CN111917408B - 高压电平转换电路及高压电平转换系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压电平转换电路及高压电平转换系统，所述电路包括低压域输入电路、跨导变换和钳位电路和浮动电源域电路；所述低压域输入电路用于向所述跨导变换和钳位电路提供输入信号；当所述输入信号为高电平时，所述跨导变换和钳位电路的第一动态信号支路对所述浮动电源域电路中的锁存器的负端Zn进行下拉，所述锁存器初步建立；当所述输入信号为低电平时，所述跨导变换和钳位电路的第二动态信号支路对所述浮动电源域电路中的锁存器的正端Z进行下拉，所述锁存器初步建立。本发明减少了锁存器的建立时间。
Description
技术领域
本发明涉及高压开关驱动集成电路领域，特别涉及一种高压电平转换电路及高压电平转换系统。
背景技术
电平转换电路是不同电源域的桥梁，通常在共地系统中用来将一个低电压域的信号转换成高电压域信号，或者将高电压域信号转换成低电压域的信号。在不共地的系统如半桥驱动中，用来将一个低电压域的信号转换成浮动电压域的信号，或者将浮动电压域的信号转换成低电压域的信号。图1示出了典型半桥驱动结构图(高压电平转换系统结构示意图)。工作时由高压电平转换电路接受低压控制信号，转到浮动电源与浮动地之间电压域的控制信号，电源与浮动地之间电压域的控制信号经过前级驱动打开高压开关管MH。高压开关管MH打开后输出端(浮动地)被高压电源充电至高压，整个浮动电源-浮动地电源域被抬升至高压电源之上，维持高压开关管MH的导通。当低压控制信号变低电平时，高压电平转换电路将低电平的低压控制信号转换到浮动电源-浮动地电源域，并将该转换后的信号经过前级驱动关闭高压开关管MH。
在高压电平转换电路中，普通结构电路如图2示出的典型低电压域到浮动电压域的电平转换电路，因为钳位的第一高压P型场效应管MPH1和第二高压P型场效应管MPH2的存在，需要较大的宽长比尺寸来增强电平转换建立时的下拉能力，但由于第一高压P型场效应管MPH1和第二高压P型场效应管MPH2的本身具有较大的寄生电容，若其宽长比尺寸再较大的话，电平转换建立的速度受到限制，信号传输延迟较大，会引起电路系统性能的下降。当第一高压P型场效应管MPH1和第二高压P型场效应管MPH2采用驱动功率场效应管或绝缘栅双极型晶体管其信号传输延迟性尚可，但如果应用于驱动氮化镓这种高电子迁移率的功率管，开关频率到十兆赫兹以上，整个驱动链路的延迟控制是非常关键的，高边电平转换的延迟在驱动链路上是相当大的一个开销。
另外，在高压电平转换电路中，信号在高边锁存在一个参考地为半桥驱动器输出端的浮动电源轨道内。工作过程中，锁存器的值随着电源轨道的变化而保持原来的值。由于输出端有钳位高压器件(第一高压P型场效应管MPH1和第二高压P型场效应管MPH2)的存在，寄生电容较大。当输出端(浮动地)在大电流负载的切换，例如：情况一、电感电流方向由负载流向驱动端，低边功率管关闭，高边功率管打开，输出端快速抬升；情况二、电感电流方向由驱动端流向负载，高边功率管关闭，低边功率管打开，输出端快速从高压下降到地；上述两种情况会使锁存器输出维持状态的充放电支路速度慢于浮动电源轨道变化速度，而引起锁存器产生暂态的误翻转。
误翻转输出的短脉冲在开关驱动线路中会引起系统功能出错，在高压系统中，功率管驱动错误会引起严重后果，如低边功率管关闭，高边功率管打开，误脉冲让高边功率管关闭，驱动功能出错。或高边功率管关闭，低边功率管打开，误脉冲让高边功率管打开，引起高压到地的直通通路，烧毁电路。这个问题在大负载电流高速开关调制系统中更易出现。
发明内容
为了适应高速的高压驱动系统或大负载电流高速开关调制系统，本发明的目的是提供一种高压电平转换电路及高压电平转换系统，以解决上述技术问题，从而实现增快的电平转换建立时间的、且消除误脉冲的滤除器，保证线路的稳健性的高压电平转换线路的目的。
为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种高压电平转换电路，包括：低压域输入电路、跨导变换和钳位电路和浮动电源域电路。所述低压域输入电路用于向所述跨导变换和钳位电路提供输入信号。当所述输入信号为高电平时，所述跨导变换和钳位电路的第一动态信号支路对所述浮动电源域电路中的锁存器的负端Zn进行下拉，所述锁存器初步建立。当所述输入信号为低电平时，所述跨导变换和钳位电路的第二动态信号支路对所述浮动电源域电路中的锁存器的正端Z进行下拉，所述锁存器初步建立。
可选地，所述跨导变换和钳位电路的所述第一动态信号支路包括：第一高压场效应管MNH3和第一钳位高压场效应管MPH1；
所述跨导变换和钳位电路的所述第二动态信号支路包括：第二高压场效应管MNH4和第二钳位高压场效应管MPH2；
所述第一高压场效应管MNH3的栅极接入所述输入信号，其源极与所述第二高压场效应管MNH4的源极连接，其漏极与所述第一钳位高压场效应管MPH1的漏极连接；
所述第二高压场效应管MNH4的栅极接入经反相处理的所述输入信号，其漏极与所述第二钳位高压场效应管MPH2的漏极连接；
所述第一钳位高压场效应管MPH1的栅极与所述第二钳位高压场效应管MPH2的栅极连接；
所述第一钳位高压场效应管MPH1的源极与所述锁存器的负端Zn连接；
所述第二钳位高压场效应管MPH2的源极与所述锁存器的正端Z连接。
可选地，所述跨导变换和钳位电路还包括：第一跨导场效应管MNH1和第二跨导场效应管MNH2；
所述第一跨导场效应管MNH1的栅极与所述低压域输入电路连接；
所述第一跨导场效应管MNH1的源极与所述第一高压场效应管MNH3的源极连接；
所述第一跨导场效应管MNH1的漏极与所述浮动电源域电路连接；
所述第二跨导场效应管MNH2的栅极与所述低压域输入电路连接；
所述第二跨导场效应管MNH2源极与所述第二高压场效应管MNH4的源极连接；
所述第二跨导场效应管MNH2漏极与所述浮动电源域电路连接。
可选地，所述低压域输入电路包括：第一脉冲发生器、第一低压反相器和第二脉冲发生器；
所述第一脉冲发生器的输入端接入所述输入信号，其输出端与所述第一跨导场效应管MNH1的栅极连接；
所述第一低压反相器的输入端与所述第一脉冲发生器的输入端连接，并接入所述输入信号；所述第一低压反相器的输出端分别与所述第二脉冲发生器的输入端和所述第二高压场效应管MNH4的栅极连接；
所述第二脉冲发生器的输出端与所述第二跨导场效应管MNH2的栅极连接。
可选地，所述浮动电源域电路包括：第一低压管MP1、第二低压管MP2、第三低压管MP3、第四低压管MP4、第五低压管MP5、第六低压管MP6、第七低压管MN1、第八低压管MN2、第九低压管MN3和第十低压管MN4；
所述第一低压管MP1的漏极与所述第一跨导场效应管MNH1的漏极连接。
所述第一低压管MP1的源极与所述第二低压管MP2的源极连接。
所述第一低压管MP1的栅极与所述第三低压管MP3的栅极连接。
所述第三低压管MP3的漏极分别与所述第七低压管MN1的漏极和栅极连接，以及和所述第九低压管MN3的栅极连接；所述第七低压管MN1的源极和所述第九低压管MN3的源极连接；所述第九低压管MN3的漏极与所述锁存器的负端Zn连接；
所述第三低压管MP3、所述第七低压管MN1和所述第九低压管MN3构成对所述锁存器的负端Zn的强下拉通路；
所述第六低压管MP6的栅极与所述第一低压管MP1的漏极连接，其源极与所述第一低压管MP1的源极连接，其漏极与所述锁存器的正端Z连接；
所述第六低压管MP6构成对所述锁存器的正端Z的强上拉通路；
所述第二低压管MP2的漏极与所述第二跨导场效应管MNH2的漏极连接，所述第二低压管MP2的栅极分别与所述第四低压管MP4的栅极和所述第五低压管MP5的栅极连接；
所述第四低压管MP4的源极与所述第二低压管MP2的源极连接；
所述第四低压管MP4的漏极分别与第八低压管MN2的栅极，所述第十低压管MN4的栅极和漏极连接；
所述第十低压管MN4的漏极分别与所述第六低压管MP6的漏极和所述锁存器的正端连接；
所述第十低压管MN4的源极分别与所述第九低压管MN3的源极和所述第八低压管MN2的源极连接；
所述第四低压管MP4、所述第十低压管MN4和所述第八低压管MN2对所述锁存器的正端Z的强下拉通路；
所述第五低压管MP5的源极与第二低压管MP2的源极连接，其漏极与所述锁存器的负端Zn的强上拉通路。
可选地，所述第一脉冲发生器和所述第二脉冲发生器的结构相同。
可选地，所述第一脉冲发生器或所述第二脉冲发生器包括：多级串联的延时单元、第二低压反相器和低压或非门；所述多级串联的延时单元的输入端与所述第二低压反相器的输入端连接接入所述输入信号；所述多级串联的延时单元的输出端和所述第二低压反相器的输出端分别与所述低压或非门的输入端连接。
可选地，还包括：误脉冲滤除器，其与所述锁存器的正端Z和负端Zn连接，用于对所述浮动电源域电路输出的误脉冲进行过滤，以输出正确的电平信号。
可选地，所述误脉冲滤除器包括：第一N型场效应管EMN1、第二N型场效应管EMN2、第三N型场效应管EMN3、第四N型场效应管EMN4、第一P型场效应管EMP1、第二P型场效应管EMP2、第三P型场效应管EMP3和第四P型场效应管EMP4；
所述第一N型场效应管EMN1和所述第一P型场效应管EMP1的栅极均与所述锁存器的负端Zn连接；
所述第二N型场效应管EMN2和所述第二P型场效应管EMP2的栅极均与所述锁存器的正端Z连接；
所述第一P型场效应管EMP1的源极和所述第二P型场效应管EMP2的源极均连接浮动电源域；
所述第一N型场效应管EMN1的源极和所述第二N型场效应管EMN2的源极均连接浮动地；
所述第一P型场效应管EMP1的漏极与所述第三P型场效应管EMP3的源极连接；
所述第三P型场效应管EMP3的漏极与所述第三N型场效应管EMN3的漏极连接；
所述第三N型场效应管EMN3的源极与所述第一N型场效应管EMN1的漏极连接；
所述第二P型场效应管EMP2的漏极与所述第四P型场效应管EMP4的源极连接；
所述第四P型场效应管EMP4的漏极与所述第四N型场效应管EMN4的漏极连接；
所述第四N型场效应管EMN4的源极与所述第二N型场效应管EMN2的漏极连接；
所述第四N型场效应管EMN4的栅极连接至所述第一P型场效应管EMP1的漏极，此处连接点为第一节点A；
所述第三N型场效应管EMN3的栅极连接至所述第二P型场效应管EMP2的漏极，此处连接点为第二节点B；
所述第四P型场效应管EMP4的栅极连接至所述第一N型场效应管EMN1的漏极，此处连接点为第三节点C；
所述第三P型场效应管EMP3的栅极连接至所述第二N型场效应管EMN2的漏极连接，此处连接点为第四节点D；
所述第三P型场效应管EMP3的漏极和所述第三N型场效应管EMN3的漏极均连接第三低压反相器形成输出负端EZn；
所述第四P型场效应管EMP4的漏极和所述第四N型场效应管EMN4的漏极均连接第四低压反相器形成输出正端EZ。
可选地，所述输入信号为低电平时，所述第一高压场效应管MNH3维持关闭，所述第二高压场效应管MNH4导通，所述第二钳位高压场效应管MPH2对所述锁存器的正端Z下拉，所述锁存器初步建立；
所述输入信号为高电平时，所述第二高压场效应管MNH4维持关闭，所述第一高压场效应管MNH3导通，所述第一钳位高压场效应管MPH1对所述锁存器的负端Zn下拉，所述锁存器初步建立。
可选地，所述输入信号为一个低压的高电平信号时，所述输入信号经过所述第一脉冲发生器输出一高电平脉冲到所述第一跨导场效应管MNH1，所述第一跨导场效应管MNH1导通，将第一跨导场效应管MNH1的栅极电压转化为一路从浮动电源到地的电流；
所述第一低压管MP1将所述电流转换为偏置电压，所述第三低压管MP3、第七低压管MN1和第九低压管MN3产生一路对锁存器的负端Zn的下拉电流，所述第六低压管MP6产生一路对锁存器的正端Z的上拉电流；
所述输入信号经过所述第一低压反相器变成一个低电平信号，所述低电平信号经所述第二脉冲发生器输出保持为该低电平信号，则第二跨导场效应管MNH2维持关闭；
所述第二低压管MP2没有电流，保持浮动电源域内高电平，则所述第四低压管MP4，第八低压管MN2和第十低压管MN4维持关闭；所述第五低压管MP5维持关闭；
所述输入信号为一个低压的低电平信号时，所述第一脉冲发生器不响应所述输入信号高到低的翻转；所述低电平信号经过所述第一低压反相器变成高电平输入到所述第二脉冲发生器，则所述第二跨导场效应管MNH2打开，所述第二低压管MP2产生一个浮动电源减去一个第二低压管MP2的栅源电压Vgs的偏置电压；所述第四低压管MP4、第八低压管MN2和第十低压管MN4产生一路对锁存器的正端Z的下拉电流，所述第五低压管MP5产生一路对锁存器的负端Zn的上拉电流；
此时，所述第一脉冲发生器不响应和所述第一跨导场效应管MNH1维持关闭，所述第三低压管MP3、第七低压管MN1和第九低压管MN3维持关闭，所述第六低压管MP6维持关闭。
可选地，所述高压电平转换电路的跨导级延时τ如下：
式中，CMNH1表示第一跨导场效应管MNH1的寄生电容，Vgs_MP1表示第一低压管MP1的栅源电压，IMNH1表示输入高电平时第一跨导场效应管MNH1的跨导电流。
可选地，所述第一低压管MP1在导通时，所述第一低压管MP1的漏源电压Vds为：
所述第一低压管MP1在关闭时，其漏源电压Vds接近浮动电源；
所述浮动电源抬升时，由所述第一低压管MP1抬升所述第一低压管MP1的漏极。
可选地，所述高压电平转换电路在正常工作时，设所述锁存器的正端Z初始态为低电平，所述第二N型场效应管EMN2关闭，所述第二P型场效应管EMP2打开，所述第二节点B电压变高，则所述第三N型场效应管EMN3打开；
所述锁存器的负端Zn为高电平，所述第一N型场效应管EMN1打开，所述第一P型场效应管EMP1关闭，所述第三节点C变低，则所述第四P型场效应管EMP4打开；
所述输出正端EZ为高电平，所述输出负端EZn为低电平；
所述第一P型场效应管EMP1关闭，所述第一节点A处于高电平的悬空节点并当所述输出负端EZn确定为低电平后被往低电平拉；
所述第二N型场效应管EMN2关闭，所述第四节点D处于低电平的悬空节点并当所述输出正端EZ确定为高电平后被往高电平拉；
所述第一节点A的电平不断降低，则所述第四N型场效应管EMN4的栅极电压不断降低，所述第四节点D的电平不断升高，则所述第三P型场效应管EMP3栅极电压不断升高，使得所述第四N型场效应管EMN4和所述第三P型场效应管EMP3互相锁定在关闭状态，从而使得第一P型场效应管EMP1和所述第三P型场效应管EMP3支路及所述第二N型场效应管EMN2和所述第四N型场效应管EMN4支路完全关闭；
如果所述锁存器的正端Z和负端Zn在工作中发生正常翻转，所述正端Z变为高电平，所述第二N型场效应管EMN2打开，所述第二P型场效应管EMP2关闭，所述第四节点D的电平变低，所述第三P型场效应管EMP3打开；
所述负端Zn变为低电平，所述第一N型场效应管EMN1关闭，所述第一P型场效应管EMP1打开，所述第一节点A的电平变高，所述第四N型场效应管EMN4打开；
所述第一P型场效应管EMP1和所述第三P型场效应管EMP3都打开，确定了所述输出负端EZn的高电平；
所述第二N型场效应管EMN2和第四N型场效应管EMN4都打开，确定了所述输出正端EZ的低电平；
所述第一N型场效应管EMN1关闭，所述第三节点C处于低电平的悬空节点，并当所述输出负端EZn确定为高电平后被往高电平拉；
所述第二P型场效应管EMP2关闭，所述第二节点B处于高电平的悬空节点，并当所述输出正端EZ确定为低电平后被往低电平拉；
所述第二节点B不断降低，相当于所述第三N型场效应管EMN3的栅极电压不断降低，所述第三节点C点不断升高，相当于所述第四P型场效应管EMP4栅极不断升高，最终所述第四N型场效应管EMN4和所述第三P型场效应管EMP3会互相锁定在关闭状态，保证所述第二P型场效应管EMP2，所述第四P型场效应管EMP4支路及所述第一N型场效应管EMN1和所述第三N型场效应管EMN3支路完全关闭；
当所述锁存器的正端Z保持高电平，所述负端Zn保持低电平，所述第二N型场效应管EMN2和所述第四N型场效应管EMN4导通，所述第二P型场效应管EMP2和所述第四P型场效应管EMP4关闭，所述输出正端EZ保持低电平；
所述第一N型场效应管EMN1和所述第三N型场效应管EMN3关闭，所述第一P型场效应管EMP1，所述第三P型场效应管EMP3导通，所述输出负端EZn保持高电平。
可选地，当所述正端Z由于浮动电压域的快速抬升而出现错误的低电平时，所述第二N型场效应管EMN2关闭，所述第二P型场效应管EMP2打开，所述第二节点B从浮动截止电平上升到高电平，所述第三节点C的电平跟随上升，所述第四P型场效应管EMP4处于弱导通，从浮动电源到诉所述输出正端EZ没有短路通路，所述输出正端EZ的电平保持原来低电平值，当所述错误低电平过去后，所述正端Z恢复成高电平，所述第二N型场效应管EMN2打开，所述第二P型场效应管EMP2关闭，恢复原来正确的状态；
当所述正端Z保持低电平，所述负端Zn保持高电平，则所述第二N型场效应管EMN2和所述第四N型场效应管EMN4关闭，所述第二P型场效应管EMP2和所述第四P型场效应管EMP4导通，所述输出正端EZ保持高电平；
所述第一N型场效应管EMN1和所述第三N型场效应管EMN3导通，所述第一P型场效应管EMP1和所述第三P型场效应管EMP3关闭，所述输出负端EZn保持低电平；
当正端Z由于浮动电压域的快速下落而出现错误的高电平时，所述第二P型场效应管EMP2关闭，所述第二N型场效应管EMN2打开，所述第四节点D点从浮动截止电平下降到低电平，所述第一节点A跟随下降，所述第四N型场效应管EMN4处于弱导通，从所述输出正端EZ到浮动地没有短路通路，所以所述输出正端EZ保持原来高电平，当错误高电平过去后，所述正端Z恢复成低电平，所述第二P型场效应管EMP2打开，所述第二N型场效应管EMN2关闭，恢复原来正确的状态。
另一方面，本发明还提供一种高压电平转换系统，包括如上文所述的高压电平转换电路。
本发明与现有技术相比至少具有以下优点之一：
本发明的高压电平转换电路可以适应高速的高压驱动系统或高调制频率的开关模式电路系统。
本方案所提供的跨导变换和钳位电路可以实现锁存器的初步状态建立的目的，减少所述锁存器的建立时间。
传统结构的电平转换电路，因为只有单边强下拉机制，锁存器的负端Zn变低快，输出再经过一个反相器转换为高电平，即转换高电平快。但转换高电平时，下拉的是锁存器的正端Z，再建立起所述负端Zn的高电平，输出经过低压反相器转换为低电平，即转换低电平慢。对于脉宽调制系统来说，传统电平转换传输高低电平延迟不同，等同于在信号链路中注入了额外的脉宽误差，即信号的误差，降低了输出信号精度和信噪比。本发明的电平转换电路虽然和传统电平转换电路一样单边起作用，但对锁存器是双边建立，且转换低电平和转换高电平两边完全一致，所以理论上就去除了电平转换对于系统带来的额外误差。
本发明利用锁存器双端差分输出以及单端误脉冲的特性，消除了由于开关类系统输出端的快速变化，引起锁存器暂态的逻辑电平翻转错误的误脉冲滤除器，保证了线路的稳健性。
附图说明
图1为现有技术中的高压电平转换系统的电路结构示意图；
图2为现有技术中的高压电平转换电路的示意图；
图3为现有技术中的典型锁存器输出的误脉冲的产生过程示意图；
图4为本发明一实施例提供的高压电平转换电路的示意图；
图5为本发明一实施例提供的高压电平转换电路的脉冲发生器的电路结构示意图；
图6为本发明一实施例提供的电平转换信号建立与传统电平转换信号建立对比示意图；
图7为本发明一实施例提供的误脉冲滤除器的电路结构示意图；
图8为本发明一实施例提供的误脉冲滤除器的处于互锁关闭状态时的示意图；
图9为本发明一实施例提供的浮动电源快速抬升，电平转换输出比较的示意图；
图10为本发明一实施例提供的浮动电源快速下落，电平转换输出比较的示意图；
图11为本发明一实施例提供的正常工作时的电容滤除脉冲和脉冲滤除器输出比较的示意图。
具体实施方式
承如背景技术所述，锁存器输出维持状态的充放电支路速度慢于浮动电源轨道变化速度，而引起锁存器产生暂态的误翻转。进一步解释如图3所示，锁存器的晶体管的宽长尺寸取较小来保证锁存器一定的翻转阈值，从而使锁存器不容易被误触发。锁存高电平时，从锁存器输出到电源可以等效为一定阻性的上拉，锁存低电平时，从锁存器输出到地看到的是一定阻性的下拉。当浮动电源域由于开关端大摆率的变动，锁存器需要对锁存器输出再次建立到稳态，这个速度受限于上拉与下拉的能力。更极端的情况如，锁存器的输出正端Z保持高电平，浮动电源轨道快速变化，锁存器底部的N型场效应管寄生二极管导通能力大于P型场效应管上拉能力，锁存器的输出正端Z会被浮动地由二极管先充到浮动电源域的低电平，再由P型场效应管充到高电平，从而产生暂态的错误逻辑0。这个情况同样也会发生在，浮动电源域处于高压之上，锁存器已翻转为低电平，这时浮动电源突然下降，锁存器锁存的低电平先跟随浮动电源的变化，再放电变回低电平，产生暂态的错误逻辑1。
以下结合附图1～11和具体实施方式对本发明提出的一种高压电平转换电路及高压电平转换系统作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
结合图4～图11所示，本实施例提供的一种高压电平转换电路，包括：
低压域输入电路100、跨导变换和钳位电路200和浮动电源域电路300；
所述低压域输入电路100用于向所述跨导变换和钳位电路200提供输入信号。当所述输入信号为高电平时，所述跨导变换和钳位电路200的第一动态信号支路对所述浮动电源域电路300中的锁存器的负端Zn进行下拉，所述锁存器初步建立。当所述输入信号为低电平时，所述跨导变换和钳位电路200的第二动态信号支路对所述浮动电源域电路300中的锁存器的正端Z进行下拉，所述锁存器初步建立。
在本实施例中，所述跨导变换和钳位电路的所述第一动态信号支路包括：第一高压场效应管MNH3和第一钳位高压场效应管MPH1。所述跨导变换和钳位电路的所述第二动态信号支路包括：第二高压场效应管MNH4和第二钳位高压场效应管MPH2。
所述第一高压场效应管MNH3的栅极接入所述输入信号，其源极与所述第二高压场效应管MNH4的源极连接，其漏极与所述第一钳位高压场效应管MPH1的漏极连接。
所述第二高压场效应管MNH4的栅极接入经反相处理的所述输入信号，其漏极与所述第二钳位高压场效应管MPH2的漏极连接。
所述第一钳位高压场效应管MPH1的栅极与所述第二钳位高压场效应管MPH2的栅极连接。
所述第一钳位高压场效应管MPH1的源极与所述锁存器的负端Zn连接。
所述第二钳位高压场效应管MPH2的源极与所述锁存器的正端Z连接。
所述跨导变换和钳位电路还包括：第一跨导场效应管MNH1和第二跨导场效应管MNH2；所述第一跨导场效应管MNH1的栅极与所述低压域输入电路100连接；所述第一跨导场效应管MNH1的源极与所述第一高压场效应管MNH3的源极连接；所述第一跨导场效应管MNH1的漏极与所述浮动电源域电路100连接；所述第二跨导场效应管MNH2的栅极与所述低压域输入电路100连接；所述第二跨导场效应管MNH2源极与所述第二高压场效应管MNH4的源极连接；所述第二跨导场效应管MNH2漏极与所述浮动电源域电路300连接。
在本实施例中，所述第一跨导场效应管MNH1、第二跨导场效应管MNH2、第一高压场效应管MNH3、第一钳位高压场效应管MPH1、第二高压场效应管MNH4和第二钳位高压场效应管MPH2可以为N型管或P型管，在本实施例中，所述第一跨导场效应管MNH1、第二跨导场效应管MNH2、第一高压场效应管MNH3和第二高压场效应管MNH4均为N型管。所述第一钳位高压场效应管MPH1和所述第二钳位高压场效应管MPH2为P型管。
所述第一跨导场效应管MNH1的源极、第二跨导场效应管MNH2的源极、第一高压场效应管MNH3的源极和第二高压场效应管MNH4的源极串接构成地端。
所述低压域输入电路100包括：第一脉冲发生器、第一低压反相器和第二脉冲发生器；所述第一脉冲发生器的输入端接入所述输入信号，其输出端与所述第一跨导场效应管MNH1的栅极连接。所述第一低压反相器的输入端与所述第一脉冲发生器的输入端连接，并接入所述输入信号；所述第一低压反相器的输出端分别与所述第二脉冲发生器的输入端和所述第二高压场效应管MNH4的栅极连接。所述第二脉冲发生器的输出端与所述第二跨导场效应管MNH2的栅极连接。
所述浮动电源域电路300包括：第一低压管MP1、第二低压管MP2、第三低压管MP3、第四低压管MP4、第五低压管MP5、第六低压管MP6、第七低压管MN1、第八低压管MN2、第九低压管MN3和第十低压管MN4。
所述第一低压管MP1的漏极与所述第一跨导场效应管MNH1的漏极连接。所述第一低压管MP1的源极与所述第二低压管MP2的源极连接。所述第一低压管MP1的栅极与所述第三低压管MP3的栅极连接。
所述第三低压管MP3的漏极分别与所述第七低压管MN1的漏极和栅极连接，以及和所述第九低压管MN3的栅极连接；所述第七低压管MN1的源极和所述第九低压管MN3的源极连接；所述第九低压管MN3的漏极与所述锁存器的负端Zn连接。
所述第三低压管MP3、所述第七低压管MN1和所述第九低压管MN3构成对所述锁存器的负端Zn的强下拉通路。
所述第六低压管MP6的栅极与所述第一低压管MP1的漏极连接，其源极与所述第一低压管MP1的源极连接，其漏极与所述锁存器的正端Z连接；
所述第六低压管MP6构成对所述锁存器的正端Z的强上拉通路。
所述第二低压管MP2的漏极与所述第二跨导场效应管MNH2的漏极连接，所述第二低压管MP2的栅极分别与所述第四低压管MP4的栅极和所述第五低压管MP5的栅极连接。
所述第四低压管MP4的源极与所述第二低压管MP2的源极连接；所述第四低压管MP4的漏极分别与第八低压管MN2的栅极，所述第十低压管MN4的栅极和漏极连接。所述第十低压管MN4的漏极分别与所述第六低压管MP6的漏极和所述锁存器的正端连接。所述第十低压管MN4的源极分别与所述第九低压管MN3的源极和所述第八低压管MN2的源极连接。所述第四低压管MP4、所述第十低压管MN4和所述第八低压管MN2对所述锁存器的正端Z的强下拉通路。所述第五低压管MP5的源极与第二低压管MP2的源极连接，其漏极与所述锁存器的负端Zn的强上拉通路。
可以理解的是，上述低压管可以是P型或N型，在本实施例中，所述第一低压管MP1、第二低压管MP2、第三低压管MP3、第四低压管MP4、第五低压管MP5和第六低压管MP6为P型；所述第七低压管MN1、第八低压管MN2、第九低压管MN3和第十低压管MN4为N型。所述第七低压管MN1的源极、第八低压管MN2的源极、第九低压管MN3的源极和第十低压管MN4的源极串联形成所述高压电平转换电路的输出端或浮动地端。
所述第一低压管MP1的源极、第二低压管MP2的源极、第三低压管MP3的源极、第四低压管MP4的源极、第五低压管MP5的源极和第六低压管MP6的源极连接构成浮动电源端。
请继续参考图5，所述第一脉冲发生器和所述第二脉冲发生器的结构相同。所述第一脉冲发生器或所述第二脉冲发生器包括：多级串联的延时单元、第二低压反相器和低压或非门；所述多级串联的延时单元的输入端与所述第二低压反相器的输入端连接接入所述输入信号；所述多级串联的延时单元的输出端和所述第二低压反相器的输出端分别与所述低压或非门的输入端连接。
结合图4和图5所示，当没有所述输入信号时，输入保持为低电平，各个所述延时单元输出同相为低，所述第二低压反相器输出为高，两个信号(低经过低压或非门组合后输出为低电平。当输入一个高电平(所述输入信号是高电平)时，所述第二低压反相器输出立即变低，延时单元通路因为延时的作用，仍然保持为低，经过或非门输出为高，直到延时单元输出为高时，高电平脉冲消失。每一所述延时单元由倒比低压场效应管或者场效应管加电容方式实现，本发明不以此为限。
结合图4和图7所示，本实施例还包括：误脉冲滤除器，其与所述锁存器的正端Z和负端Zn连接，用于对所述浮动电源域电路输出的误脉冲进行过滤，以输出正确的电平信号。
所述误脉冲滤除器包括：第一N型场效应管EMN1、第二N型场效应管EMN2、第三N型场效应管EMN3、第四N型场效应管EMN4、第一P型场效应管EMP1、第二P型场效应管EMP2、第三P型场效应管EMP3和第四P型场效应管EMP4。所述第一N型场效应管EMN1和所述第一P型场效应管EMP1的栅极均与所述锁存器的负端Zn连接。所述第二N型场效应管EMN2和所述第二P型场效应管EMP2的栅极均与所述锁存器的正端Z连接。所述第一P型场效应管EMP1的源极和所述第二P型场效应管EMP2的源极均连接浮动电源域。所述第一N型场效应管EMN1的源极和所述第二N型场效应管EMN2的源极均连接浮动地。
所述第一P型场效应管EMP1的漏极与所述第三P型场效应管EMP3的源极连接。所述第三P型场效应管EMP3的漏极与所述第三N型场效应管EMN3的漏极连接。所述第三N型场效应管EMN3的源极与所述第一N型场效应管EMN1的漏极连接。所述第二P型场效应管EMP2的漏极与所述第四P型场效应管EMP4的源极连接。所述第四P型场效应管EMP4的漏极与所述第四N型场效应管EMN4的漏极连接。所述第四N型场效应管EMN4的源极与所述第二N型场效应管EMN2的漏极连接。所述第四N型场效应管EMN4的栅极连接至所述第一P型场效应管EMP1的漏极，此处连接点为第一节点A。所述第三N型场效应管EMN3的栅极连接至所述第二P型场效应管EMP2的漏极，此处连接点为第二节点B。所述第四P型场效应管EMP4的栅极连接至所述第一N型场效应管EMN1的漏极，此处连接点为第三节点C。所述第三P型场效应管EMP3的栅极连接至所述第二N型场效应管EMN2的漏极连接，此处连接点为第四节点D。所述第三P型场效应管EMP3的漏极和所述第三N型场效应管EMN3的漏极均连接第三低压反相器形成输出负端EZn。所述第四P型场效应管EMP4的漏极和所述第四N型场效应管EMN4的漏极均连接第四低压反相器形成输出正端EZ。
所述高压电平转换电路的工作过程如下：所述输入信号为低电平时，所述第一高压场效应管MNH3维持关闭，所述第二高压场效应管MNH4导通，所述第二钳位高压场效应管MPH2对所述锁存器的正端Z下拉，所述锁存器初步建立。所述输入信号为高电平时，所述第二高压场效应管MNH4维持关闭，所述第一高压场效应管MNH3导通，所述第一钳位高压场效应管MPH1对所述锁存器的负端Zn下拉，所述锁存器初步建立。
本实施例提供的锁存器的数据更新，完成电平转换功能并不是靠所述第一高压场效应管MNH3和所述第一钳位高压场效应管MPH1以及所述第二高压场效应管MNH4和所述第二钳位高压场效应MPH2这两条支路(第一动态信号支路和第二动态信号支路)，因为要实现电平转换的快速建立，需要强下拉驱动，耗费较大高压管面积开销，且较大面积高压管又增加了锁存器输出节点的寄生电容，又限制了建立速度，这是一个得不偿失的做法。在这里这两条支路作用只是为了没有速度要求的锁存器的初始状态建立和辅助维持稳态下的确定电平，没有了驱动能力和速度限制，所述第一高压场效应管MNH3和所述第一钳位高压场效应管MPH1以及所述第二高压场效应管MNH4和所述第二钳位高压场效应MPH2的宽长比尺寸可以取工艺允许的最小尺寸。
输入信号去所述第一高压场效应管MNH3和所述第二高压场效应管MNH4的同时也经过所述第一脉冲发生器，以及经过所述第一低压反相器后再通过所述第二脉冲发生器，将输入信号(输入电平信号)转换为一个短时脉宽信号。电平转换真正的信号变换电源域功能由通常的电平触发转变为动态脉冲触发。完成转换后的短时脉宽信号为低电平输入所述第一跨导场效应管MNH1和所述第二跨导场效应管MNH2，所述第一跨导场效应管MNH1和MNH2处于截止工作状态，此设置减小了本实施例的高压电平转换电路的静态功耗。
当要转换一个高电平信号时，即所述输入信号为一个低压的高电平信号时，所述输入信号经过所述第一脉冲发生器输出一高电平脉冲到所述第一跨导场效应管MNH1，所述第一跨导场效应管MNH1导通，将第一跨导场效应管MNH1的栅极电压转化为一路从浮动电源到地的电流。
所述第一低压管MP1将所述电流转换为偏置电压，所述第三低压管MP3、第七低压管MN1和第九低压管MN3产生一路对锁存器的负端Zn的下拉电流，所述第六低压管MP6产生一路对锁存器的正端Z的上拉电流。
第一低压管MP1响应输入脉宽的变化，将电流转换为偏置电压后，为后级第九低压管MN3和第六低压管MP6组成的推挽电路提供驱动能力。第一低压管MP1在导通时，漏源电压Vds为
第一低压管MP1在关闭时，漏源电压Vds接近浮动电源。浮动电源抬升时，由第一低压管MP1的二极管结构快速抬升第一低压管MP1的漏端(漏极)，所以可以看到第一低压管MP1在工作中不会承受高压，所述第一动态信号建立支路省去了传统高压电平转换中钳位高压晶体管的开销。
如图2所示，在传统高压电平转换电路的电平信号转换建立时靠输入管MNH1下拉锁存器，一般必须要下拉过1/2浮动电源，跨导级延时τ为：
式中，IMNH1表示输入高电平时输入管MNH1的跨导电流，CMPH1表示钳位高压管MPH1对锁存器的节点Zn贡献的寄生电容，Clatch表示锁存器对节点Zn贡献的寄生电容，V浮动表示浮动电源电压。
如图4所示，本实施例提供的高压电平转换电路的跨导级延时τ为
式中，CMNH1表示第一跨导场效应管MNH1的寄生电容，Vgs_MP1表示第一低压管MP1的栅源电压，IMNH1表示输入高电平时第一跨导场效应管MNH1的跨导电流。
传统高压电平转换中钳位高压管MPH1由于是P型，为了工作速度加快，其宽长比尺寸取较大，使得
CMNH1≤CMPH1 (4)
Vgs_MP1≤0.5V浮动 (5)
由以上比较可以得到，本实施例提供的高压电平转换电路的跨导级延迟远小于传统高压电平转换电路。
所述输入信号经过所述第一低压反相器变成一个低电平信号，由之前的解释可知，第二脉冲发生器不对低电平信号响应，所述低电平信号经所述第二脉冲发生器输出保持为该低电平信号，则第二跨导场效应管MNH2维持关闭状态。
因为第二跨导场效应管MNH2的不响应，所述第二低压管MP2没有电流，保持浮动电源域内高电平，则所述第四低压管MP4，第八低压管MN2和第十低压管MN4没有电流，保持关闭，在锁存器的正端Z不会产生下拉额外电流，不影响所述第六低压管MP6对所述锁存器的正端Z的高电平建立。
所述第五低压管MP5维持关闭，不会对所述锁存器的负端Z产生上拉额外电流，不影响所述第三低压管MP3、第七低压管MN1和第九低压管MN3对锁存器的负端Zn的低电平建立。
分析可以看出在工作脉宽内，有两个机制触发锁存器内数据的更新，加速了正反馈的建立，最终锁存器的正端Z变成浮动电源域内高电平状态，其负端Zn变成浮动电源域低电平状态。在传统电平转换中只有对锁存器的负端(或节点)Zn一个下拉机制，锁存器的正端(节点)Z的高电平建立完全取决于锁存器自身的上拉能力，通常为了锁存器的可靠性，设置锁存器的器件宽长比比较小来获得较高的触发电平，但这样降低了整个电平转换的速度。在相同尺寸的钳位高压管的下拉支路情况下，传统和增加了动态增强的电平转换电路锁存器建立时间比较如图6所示，(a)为低压输入信号，(b)为传统结构电平转换的锁存器正负端信号，其表示出了因为锁存器的器件具有较小的宽长比尺寸引入较大的电平信号转换的建立延时。输入高电平信号后，可以看出传统的锁存器的负端Zn被下拉，其正端Z在负端Zn变化较大幅度之后才开始上升，正反馈建立速度慢，整个建立过程为10纳秒。(c)为增加了动态增强的电平转换电路锁存器正负端信号。可以看出本实施例提供的锁存器的正端Z和负端Zn同时变化，大幅减小了正反馈初始建立时间，整个过程为1.7纳秒。由此可以通过调整动态增强的驱动电流，可以进一步减小正反馈初始建立时间来达到更高速要求。
所述输入信号为一个低压的低电平信号时，所述第一脉冲发生器不响应所述输入信号高到低的翻转；所述低电平信号经过所述第一低压反相器变成高电平输入到所述第二脉冲发生器，则所述第二跨导场效应管MNH2打开，所述第二低压管MP2产生一个浮动电源减去一个第二低压管MP2的栅源电压Vgs的偏置电压，其中该偏置电压的幅度与第一低压管MP1响应时的偏置电压的幅度相同；所述第四低压管MP4、第八低压管MN2和第十低压管MN4产生一路对锁存器的正端Z的下拉电流，所述第五低压管MP5产生一路对锁存器的负端Zn的上拉电流；
与此同时，所述第一脉冲发生器不响应和所述第一跨导场效应管MNH1维持关闭，所述第三低压管MP3、第七低压管MN1和第九低压管MN3维持关闭，不会对锁存器的负端Zn产生下拉额外电流，不影响所述第五低压管MP5对锁存器的负端Zn的高电平建立；所述第六低压管MP6维持关闭，不会对所述锁存器的正端Z产生上拉额外电流，不影响所述第四低压管MP4、第八低压管MN2和第十低压管MN4对所述锁存器的正端Z的低电平建立。
由此可知，该低电平信号转换过程与输入高电平信号转换过程一样，工作的器件换了一半，也一样可以达到高速目标。
另外传统的高压电平转换电路(如图1和图2所示)，因为只有单边强下拉机制，锁存器的负端Zn变低快，输出再经过一个反相器转换为高电平，即转换高电平快。但转换高电平时，下拉的是正端Z，再建立起负端Zn的高电平，输出经过反相器转换为低电平，即转换低电平慢。对于脉宽调制系统来说，传统电平转换传输高低电平延迟不同，等同于在信号链路中注入了额外的脉宽误差，即信号的误差，降低了输出信号精度和信噪比。本实施例所提供的高压电平转换电路虽然和传统高压电平转换电路一样单边起作用，但对锁存器是双边建立，且转换低电平和转换高电平两边完全一致，所以理论上就去除了电平转换对于电平转换系统带来的额外误差。
结合图4和图7所示，由于开关类系统输出端的快速变化，会引起锁存器暂态的逻辑电平翻转错误，本实施例提供的误脉冲滤除器可以解决这一问题。
由于所述第二N型场效应管EMN2，所述第二P型场效应管EMP2的栅极接锁存器正端Z,所述第一N型场效应管EMN1,第一P型场效应管EMP1的栅极接锁存器负端Zn。由以上解释可知，所述锁存器的正端Z和负端Zn为互补关系。
所述高压电平转换电路在正常工作时，设所述锁存器的正端Z初始态为低电平，所述第二N型场效应管EMN2关闭，所述第二P型场效应管EMP2打开，所述第二节点B电压变高，则所述第三N型场效应管EMN3打开；
所述锁存器的负端Zn为高电平，所述第一N型场效应管EMN1打开，所述第一P型场效应管EMP1关闭，所述第三节点C变低，则所述第四P型场效应管EMP4打开，所述输出正端EZ为高电平，所述输出负端EZn为低电平。
可以看到第二P型场效应管EMP2和第四P型场效应管EMP4都打开，确定了节点EZ的高电平，第一N型场效应管EMN1和第三N型场效应管EMN3都打开，确定了节点EZn的低电平。对于第四N场效应管EMN4和第三P型场效应管EMP3来说，在其他器件状态都确定的情况下，等效如图8所示的电路。
所述第一P型场效应管EMP1关闭，所述第一节点A处于高电平的悬空节点并当所述输出负端EZn确定为低电平后被往低电平拉；
所述第二N型场效应管EMN2关闭，所述第四节点D处于低电平的悬空节点并当所述输出正端EZ确定为高电平后被往高电平拉；
所述第一节点A的电平不断降低，则所述第四N型场效应管EMN4的栅极电压不断降低，所述第四节点D的电平不断升高，则所述第三P型场效应管EMP3栅极电压不断升高，使得所述第四N型场效应管EMN4和所述第三P型场效应管EMP3互相锁定在关闭状态，从而使得第一P型场效应管EMP1和所述第三P型场效应管EMP3支路及所述第二N型场效应管EMN2和所述第四N型场效应管EMN4支路完全关闭。
如果所述锁存器的正端Z和负端Zn在工作中发生正常翻转，所述正端Z变为高电平，所述第二N型场效应管EMN2打开，所述第二P型场效应管EMP2关闭，所述第四节点D的电平变低，所述第三P型场效应管EMP3打开。
所述负端Zn变为低电平，所述第一N型场效应管EMN1关闭，所述第一P型场效应管EMP1打开，所述第一节点A的电平变高，所述第四N型场效应管EMN4打开。
所述第一P型场效应管EMP1和所述第三P型场效应管EMP3都打开，确定了所述输出负端EZn的高电平。
所述第二N型场效应管EMN2和第四N型场效应管EMN4都打开，确定了所述输出正端EZ的低电平。
所述第一N型场效应管EMN1关闭，所述第三节点C处于低电平的悬空节点，并当所述输出负端EZn确定为高电平后被往高电平拉。
所述第二P型场效应管EMP2关闭，所述第二节点B处于高电平的悬空节点，并当所述输出正端EZ确定为低电平后被往低电平拉。
所述第二节点B不断降低，相当于所述第三N型场效应管EMN3的栅极电压不断降低，所述第三节点C点不断升高，相当于所述第四P型场效应管EMP4栅极不断升高，最终所述第四N型场效应管EMN4和所述第三P型场效应管EMP3会互相锁定在关闭状态，保证所述第二P型场效应管EMP2，所述第四P型场效应管EMP4支路及所述第一N型场效应管EMN1和所述第三N型场效应管EMN3支路完全关闭。
当所述锁存器的正端Z保持高电平，所述负端Zn保持低电平，所述第二N型场效应管EMN2和所述第四N型场效应管EMN4导通，所述第二P型场效应管EMP2和所述第四P型场效应管EMP4关闭，所述输出正端EZ保持低电平。
所述第一N型场效应管EMN1和所述第三N型场效应管EMN3关闭，所述第一P型场效应管EMP1，所述第三P型场效应管EMP3导通，所述输出负端EZn保持高电平。
当所述正端Z由于浮动电压域的快速抬升而出现错误的低电平时，所述第二N型场效应管EMN2关闭，所述第二P型场效应管EMP2打开，所述第二节点B从浮动截止电平上升到高电平，所述第三节点C的电平跟随上升，所述第四P型场效应管EMP4处于弱导通，相当于一个高阻，从浮动电源到诉所述输出正端EZ没有短路通路，所以所述输出正端EZ的电平保持原来低电平值，如图9所示，当所述错误低电平过去后，所述正端Z恢复成高电平，所述第二N型场效应管EMN2打开，所述第二P型场效应管EMP2关闭，恢复原来正确的状态。
当所述正端Z保持低电平，所述负端Zn保持高电平，由以上解释可知，所述第二N型场效应管EMN2和所述第四N型场效应管EMN4关闭，所述第二P型场效应管EMP2和所述第四P型场效应管EMP4导通，所述输出正端EZ保持高电平。
所述第一N型场效应管EMN1和所述第三N型场效应管EMN3导通，所述第一P型场效应管EMP1和所述第三P型场效应管EMP3关闭，所述输出负端EZn保持低电平；
当正端Z由于浮动电压域的快速下落而出现错误的高电平时，所述第二P型场效应管EMP2关闭，所述第二N型场效应管EMN2打开，所述第四节点D点从浮动截止电平下降到低电平，所述第一节点A跟随下降，所述第四N型场效应管EMN4处于弱导通，相当于一个高阻，从所述输出正端EZ到浮动地没有短路通路，所以所述输出正端EZ不会改变，保持原来高电平值，如图10所示，当错误高电平过去后，所述正端Z恢复成低电平，所述第二P型场效应管EMP2打开，所述第二N型场效应管EMN2关闭，恢复原来正确的状态。
由以上解释可知误脉冲在浮动电源域抬升或下降速度越快的情况越容易出现，在锁存器输出串联误脉冲滤除器后，电平转换电路不会输出锁存器由于浮动电源域快抬升或下落引起的误脉冲，仍然保持原来的电平。图9(a)(b)(c)示出在浮动电源域在5纳秒抬升情况下，锁存器正端Z出现误脉冲，无误脉冲滤除器直接经过整形，电平转换器输出看到一定脉宽的错误信号。图9(d)(e)(f)示出在浮动电源域就算快到0.1纳秒的速度抬升，锁存器的正端Z的误脉冲经过误脉冲滤除器后，输出仍然可以稳在原来电平。图10(a)(b)(c)示出在浮动电源域5纳秒下降情况下，锁存器的正端Z出现误脉冲，无误脉冲滤除器直接经过整形，电平转换器输出看到一定脉宽的错误信号。图10(d)(e)(f)示出在浮动电源域0.1纳秒的速度下降，锁存器的正端Z的误脉冲经过误脉冲滤除器后，输出仍然可以稳在原来电平。
众所周知，电容是最直接滤除高频毛刺，在这里电平转换器输出端不用误脉冲滤除器，直接接7皮法电容也可以达到滤除误脉冲的效果。但电容对电平转换正常工作也会产生延迟影响，如图11(b)所示，而本实施例提供的误脉冲滤除器由以上解释可知其信号翻转并没有大的延时，如图11(c)所示，它的正常翻转速度和锁存器的正端Z变化相差无异。所以误脉冲滤除器在不影响工作速度的增加了系统的稳健性。
对于低压域输入电路和跨导变换和钳位电路(跨导变换部分与钳位器件)，这部分都是高压器件，浮动电源域电路，包括动态增强线路(包括第一低压管MP1、第二低压管MP2、第三低压管MP3、第四低压管MP4、第五低压管MP5、第六低压管MP6、第七低压管MN1、第八低压管MN2、第九低压管MN3和第十低压管MN4)和锁存器和误脉冲滤除器，都是由低压器件组成。
基于同一发明构思，本发明还提供一种高压电平转换系统，包括如上文所述的高压电平转换电路。
本实施提供的高压电平转换电路可以适应高速的高压驱动系统或高调制频率的开关模式电路系统。本方案所提供的跨导变换和钳位电路可以实现锁存器的初步状态建立的目的，减少所述锁存器的建立时间。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (16)
1.一种高压电平转换电路，其特征在于，包括：
低压域输入电路、跨导变换和钳位电路和浮动电源域电路；
所述低压域输入电路用于向所述跨导变换和钳位电路提供输入信号；
当所述输入信号为高电平时，所述跨导变换和钳位电路的第一动态信号支路对所述浮动电源域电路中的锁存器的负端Zn进行下拉，所述锁存器初步建立；
当所述输入信号为低电平时，所述跨导变换和钳位电路的第二动态信号支路对所述浮动电源域电路中的锁存器的正端Z进行下拉，所述锁存器初步建立。
2.如权利要求1所述的高压电平转换电路，其特征在于，所述跨导变换和钳位电路的所述第一动态信号支路包括：第一高压场效应管MNH3和第一钳位高压场效应管MPH1；
所述跨导变换和钳位电路的所述第二动态信号支路包括：第二高压场效应管MNH4和第二钳位高压场效应管MPH2；
所述第一高压场效应管MNH3的栅极接入所述输入信号，其源极与所述第二高压场效应管MNH4的源极连接，其漏极与所述第一钳位高压场效应管MPH1的漏极连接；
所述第二高压场效应管MNH4的栅极接入经反相处理的所述输入信号，其漏极与所述第二钳位高压场效应管MPH2的漏极连接；
所述第一钳位高压场效应管MPH1的栅极与所述第二钳位高压场效应管MPH2的栅极连接；
所述第一钳位高压场效应管MPH1的源极与所述锁存器的负端Zn连接；
所述第二钳位高压场效应管MPH2的源极与所述锁存器的正端Z连接。
3.如权利要求2所述的高压电平转换电路，其特征在于，所述跨导变换和钳位电路还包括：第一跨导场效应管MNH1和第二跨导场效应管MNH2；
所述第一跨导场效应管MNH1的栅极与所述低压域输入电路连接；
所述第一跨导场效应管MNH1的源极与所述第一高压场效应管MNH3的源极连接；
所述第一跨导场效应管MNH1的漏极与所述浮动电源域电路连接；
所述第二跨导场效应管MNH2的栅极与所述低压域输入电路连接；
所述第二跨导场效应管MNH2源极与所述第二高压场效应管MNH4的源极连接；
所述第二跨导场效应管MNH2漏极与所述浮动电源域电路连接。
4.如权利要求3所述的高压电平转换电路，其特征在于，所述低压域输入电路包括：第一脉冲发生器、第一低压反相器和第二脉冲发生器；
所述第一脉冲发生器的输入端接入所述输入信号，其输出端与所述第一跨导场效应管MNH1的栅极连接；
所述第一低压反相器的输入端与所述第一脉冲发生器的输入端连接，并接入所述输入信号；所述第一低压反相器的输出端分别与所述第二脉冲发生器的输入端和所述第二高压场效应管MNH4的栅极连接；
所述第二脉冲发生器的输出端与所述第二跨导场效应管MNH2的栅极连接。
5.如权利要求4所述的高压电平转换电路，其特征在于，所述浮动电源域电路包括：第一低压管MP1、第二低压管MP2、第三低压管MP3、第四低压管MP4、第五低压管MP5、第六低压管MP6、第七低压管MN1、第八低压管MN2、第九低压管MN3和第十低压管MN4；
所述第一低压管MP1的漏极与所述第一跨导场效应管MNH1的漏极连接；
所述第一低压管MP1的源极与所述第二低压管MP2的源极连接；
所述第一低压管MP1的栅极与所述第三低压管MP3的栅极连接；
所述第三低压管MP3的漏极分别与所述第七低压管MN1的漏极和栅极连接，以及和所述第九低压管MN3的栅极连接；所述第七低压管MN1的源极和所述第九低压管MN3的源极连接；所述第九低压管MN3的漏极与所述锁存器的负端Zn连接；
所述第三低压管MP3、所述第七低压管MN1和所述第九低压管MN3构成对所述锁存器的负端Zn的强下拉通路；
所述第六低压管MP6的栅极与所述第一低压管MP1的漏极连接，其源极与所述第一低压管MP1的源极连接，其漏极与所述锁存器的正端Z连接；
所述第六低压管MP6构成对所述锁存器的正端Z的强上拉通路；
所述第二低压管MP2的漏极与所述第二跨导场效应管MNH2的漏极连接，所述第二低压管MP2的栅极分别与所述第四低压管MP4的栅极和所述第五低压管MP5的栅极连接；
所述第四低压管MP4的源极与所述第二低压管MP2的源极连接；
所述第四低压管MP4的漏极分别与第八低压管MN2的栅极，所述第十低压管MN4的栅极和漏极连接；
所述第十低压管MN4的漏极分别与所述第六低压管MP6的漏极和所述锁存器的正端连接；
所述第十低压管MN4的源极分别与所述第九低压管MN3的源极和所述第八低压管MN2的源极连接；
所述第四低压管MP4、所述第十低压管MN4和所述第八低压管MN2对所述锁存器的正端Z的强下拉通路；
所述第五低压管MP5的源极与第二低压管MP2的源极连接，其漏极与所述锁存器的负端Zn的强上拉通路。
6.如权利要求5所述的高压电平转换电路，其特征在于，所述第一脉冲发生器和所述第二脉冲发生器的结构相同。
7.如权利要求6所述的高压电平转换电路，其特征在于，所述第一脉冲发生器或所述第二脉冲发生器包括：多级串联的延时单元、第二低压反相器和低压或非门；所述多级串联的延时单元的输入端与所述第二低压反相器的输入端连接接入所述输入信号；所述多级串联的延时单元的输出端和所述第二低压反相器的输出端分别与所述低压或非门的输入端连接。
8.如权利要求7所述的高压电平转换电路，其特征在于，还包括：误脉冲滤除器，其与所述锁存器的正端Z和负端Zn连接，用于对所述浮动电源域电路输出的误脉冲进行过滤，以输出正确的电平信号。
9.如权利要求8所述的高压电平转换电路，其特征在于，所述误脉冲滤除器包括：第一N型场效应管EMN1、第二N型场效应管EMN2、第三N型场效应管EMN3、第四N型场效应管EMN4、第一P型场效应管EMP1、第二P型场效应管EMP2、第三P型场效应管EMP3和第四P型场效应管EMP4；
所述第一N型场效应管EMN1和所述第一P型场效应管EMP1的栅极均与所述锁存器的负端Zn连接；
所述第二N型场效应管EMN2和所述第二P型场效应管EMP2的栅极均与所述锁存器的正端Z连接；
所述第一P型场效应管EMP1的源极和所述第二P型场效应管EMP2的源极均连接浮动电源域；
所述第一N型场效应管EMN1的源极和所述第二N型场效应管EMN2的源极均连接浮动地；
所述第一P型场效应管EMP1的漏极与所述第三P型场效应管EMP3的源极连接；
所述第三P型场效应管EMP3的漏极与所述第三N型场效应管EMN3的漏极连接；
所述第三N型场效应管EMN3的源极与所述第一N型场效应管EMN1的漏极连接；
所述第二P型场效应管EMP2的漏极与所述第四P型场效应管EMP4的源极连接；
所述第四P型场效应管EMP4的漏极与所述第四N型场效应管EMN4的漏极连接；
所述第四N型场效应管EMN4的源极与所述第二N型场效应管EMN2的漏极连接；
所述第四N型场效应管EMN4的栅极连接至所述第一P型场效应管EMP1的漏极，此处连接点为第一节点A；
所述第三N型场效应管EMN3的栅极连接至所述第二P型场效应管EMP2的漏极，此处连接点为第二节点B；
所述第四P型场效应管EMP4的栅极连接至所述第一N型场效应管EMN1的漏极，此处连接点为第三节点C；
所述第三P型场效应管EMP3的栅极连接至所述第二N型场效应管EMN2的漏极连接，此处连接点为第四节点D；
所述第三P型场效应管EMP3的漏极和所述第三N型场效应管EMN3的漏极均连接第三低压反相器形成输出负端EZn；
所述第四P型场效应管EMP4的漏极和所述第四N型场效应管EMN4的漏极均连接第四低压反相器形成输出正端EZ。
10.如权利要求9所述的高压电平转换电路，其特征在于，
所述输入信号为低电平时，所述第一高压场效应管MNH3维持关闭，所述第二高压场效应管MNH4导通，所述第二钳位高压场效应管MPH2对所述锁存器的正端Z下拉，所述锁存器初步建立；
所述输入信号为高电平时，所述第二高压场效应管MNH4维持关闭，所述第一高压场效应管MNH3导通，所述第一钳位高压场效应管MPH1对所述锁存器的负端Zn下拉，所述锁存器初步建立。
11.如权利要求10所述的高压电平转换电路，其特征在于，
所述输入信号为一个低压的高电平信号时，所述输入信号经过所述第一脉冲发生器输出一高电平脉冲到所述第一跨导场效应管MNH1，所述第一跨导场效应管MNH1导通，将第一跨导场效应管MNH1的栅极电压转化为一路从浮动电源到地的电流；
所述第一低压管MP1将所述电流转换为偏置电压，所述第三低压管MP3、第七低压管MN1和第九低压管MN3产生一路对锁存器的负端Zn的下拉电流，所述第六低压管MP6产生一路对锁存器的正端Z的上拉电流；
所述输入信号经过所述第一低压反相器变成一个低电平信号，所述低电平信号经所述第二脉冲发生器输出保持为该低电平信号，则第二跨导场效应管MNH2维持关闭；
所述第二低压管MP2没有电流，保持浮动电源域内高电平，则所述第四低压管MP4，第八低压管MN2和第十低压管MN4维持关闭；所述第五低压管MP5维持关闭；
所述输入信号为一个低压的低电平信号时，所述第一脉冲发生器不响应所述输入信号高到低的翻转；所述低电平信号经过所述第一低压反相器变成高电平输入到所述第二脉冲发生器，则所述第二跨导场效应管MNH2打开，所述第二低压管MP2产生一个浮动电源减去一个第二低压管MP2的栅源电压Vgs的偏置电压；所述第四低压管MP4、第八低压管MN2和第十低压管MN4产生一路对锁存器的正端Z的下拉电流，所述第五低压管MP5产生一路对锁存器的负端Zn的上拉电流；
此时，所述第一脉冲发生器不响应和所述第一跨导场效应管MNH1维持关闭，所述第三低压管MP3、第七低压管MN1和第九低压管MN3维持关闭，所述第六低压管MP6维持关闭。
12.如权利要求11所述的高压电平转换电路，其特征在于，所述高压电平转换电路的跨导级延时τ如下：
式中，CMNH1表示第一跨导场效应管MNH1的寄生电容，Vgs_MP1表示第一低压管MP1的栅源电压，IMNH1表示输入高电平时第一跨导场效应管MNH1的跨导电流。
13.如权利要求12所述的高压电平转换电路，其特征在于，
所述第一低压管MP1在导通时，所述第一低压管MP1的漏源电压Vds为：
所述第一低压管MP1在关闭时，其漏源电压Vds接近浮动电源；
所述浮动电源抬升时，由所述第一低压管MP1抬升所述第一低压管MP1的漏极。
14.如权利要求12所述的高压电平转换电路，其特征在于，所述高压电平转换电路在正常工作时，设所述锁存器的正端Z初始态为低电平，所述第二N型场效应管EMN2关闭，所述第二P型场效应管EMP2打开，所述第二节点B电压变高，则所述第三N型场效应管EMN3打开；
所述锁存器的负端Zn为高电平，所述第一N型场效应管EMN1打开，所述第一P型场效应管EMP1关闭，所述第三节点C变低，则所述第四P型场效应管EMP4打开；
所述输出正端EZ为高电平，所述输出负端EZn为低电平；
所述第一P型场效应管EMP1关闭，所述第一节点A处于高电平的悬空节点并当所述输出负端EZn确定为低电平后被往低电平拉；
所述第二N型场效应管EMN2关闭，所述第四节点D处于低电平的悬空节点并当所述输出正端EZ确定为高电平后被往高电平拉；
所述第一节点A的电平不断降低，则所述第四N型场效应管EMN4的栅极电压不断降低，所述第四节点D的电平不断升高，则所述第三P型场效应管EMP3栅极电压不断升高，使得所述第四N型场效应管EMN4和所述第三P型场效应管EMP3互相锁定在关闭状态，从而使得第一P型场效应管EMP1和所述第三P型场效应管EMP3支路及所述第二N型场效应管EMN2和所述第四N型场效应管EMN4支路完全关闭；
如果所述锁存器的正端Z和负端Zn在工作中发生正常翻转，所述正端Z变为高电平，所述第二N型场效应管EMN2打开，所述第二P型场效应管EMP2关闭，所述第四节点D的电平变低，所述第三P型场效应管EMP3打开；
所述负端Zn变为低电平，所述第一N型场效应管EMN1关闭，所述第一P型场效应管EMP1打开，所述第一节点A的电平变高，所述第四N型场效应管EMN4打开；
所述第一P型场效应管EMP1和所述第三P型场效应管EMP3都打开，确定了所述输出负端EZn的高电平；
所述第二N型场效应管EMN2和第四N型场效应管EMN4都打开，确定了所述输出正端EZ的低电平；
所述第一N型场效应管EMN1关闭，所述第三节点C处于低电平的悬空节点，并当所述输出负端EZn确定为高电平后被往高电平拉；
所述第二P型场效应管EMP2关闭，所述第二节点B处于高电平的悬空节点，并当所述输出正端EZ确定为低电平后被往低电平拉；
所述第二节点B不断降低，相当于所述第三N型场效应管EMN3的栅极电压不断降低，所述第三节点C点不断升高，相当于所述第四P型场效应管EMP4栅极不断升高，最终所述第四N型场效应管EMN4和所述第三P型场效应管EMP3会互相锁定在关闭状态，保证所述第二P型场效应管EMP2，所述第四P型场效应管EMP4支路及所述第一N型场效应管EMN1和所述第三N型场效应管EMN3支路完全关闭；
当所述锁存器的正端Z保持高电平，所述负端Zn保持低电平，所述第二N型场效应管EMN2和所述第四N型场效应管EMN4导通，所述第二P型场效应管EMP2和所述第四P型场效应管EMP4关闭，所述输出正端EZ保持低电平；
所述第一N型场效应管EMN1和所述第三N型场效应管EMN3关闭，所述第一P型场效应管EMP1，所述第三P型场效应管EMP3导通，所述输出负端EZn保持高电平。
15.如权利要求12所述的高压电平转换电路，其特征在于，
当所述正端Z由于浮动电压域的快速抬升而出现错误的低电平时，所述第二N型场效应管EMN2关闭，所述第二P型场效应管EMP2打开，所述第二节点B从浮动截止电平上升到高电平，所述第三节点C的电平跟随上升，所述第四P型场效应管EMP4处于弱导通，从浮动电源到诉所述输出正端EZ没有短路通路，所述输出正端EZ的电平保持原来低电平值，当所述错误低电平过去后，所述正端Z恢复成高电平，所述第二N型场效应管EMN2打开，所述第二P型场效应管EMP2关闭，恢复原来正确的状态；
当所述正端Z保持低电平，所述负端Zn保持高电平，则所述第二N型场效应管EMN2和所述第四N型场效应管EMN4关闭，所述第二P型场效应管EMP2和所述第四P型场效应管EMP4导通，所述输出正端EZ保持高电平；
所述第一N型场效应管EMN1和所述第三N型场效应管EMN3导通，所述第一P型场效应管EMP1和所述第三P型场效应管EMP3关闭，所述输出负端EZn保持低电平；
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16.一种高压电平转换系统，其特征在于，包括如权利要求1～15中任意一项所述的高压电平转换电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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