DE102017112807B4

DE102017112807B4 - Pegelwandlerschaltung

Info

Publication number: DE102017112807B4
Application number: DE102017112807.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Feldtkeller
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2016-06-09
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2024-02-15
Anticipated expiration: 2037-06-10
Also published as: DE102017112807A1

Abstract

Hochspannungspegelwandler, der dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal aus einer Low-Side-Niederspannungsdomäne in eine High-Side-Niederspannungsdomäne zu übertragen, wobei der Hochspannungspegelwandler aufweist:eine erste Reihenschaltung, die einen ersten High-Side-Widerstand (320C), einen ersten Transistor (102A; 202A) und einen ersten Low-Side-Widerstand aufweist (320A),eine zweite Reihenschaltung, die einen zweiten High-Side-Widerstand (320D), einen zweiten Transistor (102B; 202B) und einen zweiten Low-Side-Widerstand aufweist (320B), undeine Low-Side-Steuerschaltung (104), die dazu ausgebildet ist, den ersten Transistor (102A; 202A) und den zweiten Transistor (102B; 202B) zu steuern, wobei die Low-Side-Steuerschaltung (104) dazu ausgebildet ist, das Eingangssignal und ein Rückkopplungssignal zu erhalten, das eine Differenz zwischen einem ersten Strom durch den ersten Low-Side-Widerstand (320A) und einen zweiten Strom durch den zweiten Low-Side-Widerstand (320B) anzeigt.

Description

Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf Techniken zum Verbessern der Stabilität von Hochspannungspegelwandlerschaltungen (engl.: high voltage level shifter circuits).
Ein Pegelwandler ist eine elektrische Komponente, die digitale Signale aus einem Low-Side-Spannungsbereich in einen High-Side-Spannungsbereich wandelt. Die Eingangssignale sind mit einer Erdung der Low-Side-Domäne verbunden, während die Ausgangssignale mit einer Erdung der High-Side-Domäne verbunden sind. Sowohl die Low-Side-Erdung als auch die High-Side-Erdung sind voneinander getrennt und elektrisch isoliert.
Eine Art eines Pegelwandlers ist ein Ultrahochspannungspegelwandler (Ultra-High Voltage level shifter UHV-Pegelwandler). UHV-Pegelwandler werden betrieben, um ein Steuersignal von einer Low-Side-Steuerschaltung in ein Treibersignal für einen High-Side-Gate-Treiber einer Halbbrückenschaltung zu wandeln. Eine Low-Side-Steuerschaltung erzeugt das Steuersignal und treibt außerdem einen Low-Side-Schalter der Halbbrückenschaltung. Daher wird die negative Stromversorgung der Low-Side-Domäne mit der negativen Stromversorgung der Halbbrücke verbunden. Die UHV-Pegelwandler werden typischerweise in LLC-Wandlern oder Motortreibern verwendet und weisen eine Halbbrückenversorgungsspannung von ungefähr 400 V auf. Mit anderen Worten oszilliert die Spannungsdifferenz zwischen der High-Side-Domäne und der Low-Side-Domäne von 0 V bis 400 V und zurück.
Die KR 10 2006 114 688 A beschreibt eine Pegelwandlerschaltung für eine integrierte Schaltung. Die Pegelwandlerschaltung ist eine bidirektionale Pegelwandlerschaltung mit einem ersten Signalanschluss in einer ersten Spannungsdomäne und einem zweiten Signalanschluss in einer zweiten Spannungsdomäne. Die Pegelwandlerschaltung umfasst Transistoren, die dazu ausgebildet sind, einen Stromfluss zwischen den Domänen-Stromversorgungen zu unterbrechen, wenn die Signalanschlüsse einen bestimmten Zustand aufweisen. Außerdem ist eine Signalleitung vorhanden, die über eine Grenze zwischen den beiden Spannungsdomänen verläuft.
Die US 2008 0 231 321 A1 beschreibt eine Treiberschaltung mit einer ersten Pegelwandlerschaltung und einer zweiten Pegelwandlerschaltung, die jeweils dazu ausgebildet sind, ein erstes und ein zweites Eingangssignal zu erhalten. Die erste Pegelwandlerschaltung ist dazu ausgebildet, basierend auf dem ersten und dem zweiten Eingangssignaljeweilige Ausgangssignale zu erzeugen, die auf ein erstes elektrisches Potenzial bezogen sind. Die zweite Pegelwandlerschaltung ist dazu ausgebildet, basierend auf dem ersten und dem zweiten Eingangssignal jeweilige Ausgangssignale zu erzeugen, die auf ein zweites elektrisches Potenzial bezogen sind. Jede der Pegelwandlerschaltung umfasst zwei Transistoren, die jeweils durch eines der ersten und zweiten Eingangssignale angesteuert sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung von Techniken für einen Pegelwandler, der dazu ausgebildet ist, einen Stromfluss als Reaktion auf gemessene Stromschwankungen aufgrund von Gleichtaktstörungen in dem Pegelwandler zu regulieren. Lösungen dieser Aufgabe werden in den unabhängigen Ansprüchen genannt. Der Pegelwandler umfasst zum Beispiel eine Low-Side-Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen ersten Strom zu regulieren, der als Reaktion auf eine Differenz zwischen dem ersten Strom und einem zweiten Strom, der in einen zweiten Low-Side-Anschluss einer inaktiven Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt, in einen ersten Low-Side-Anschluss einer aktiven Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt. Der Pegelwandler umfasst außerdem eine High-Side-Empfängerschaltung, die dazu ausgebildet ist, eine Differenz zwischen einem ersten Ausgangsstrom, der aus einem ersten High-Side-Anschluss der aktiven Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt, die in einem aktiven Zustand betrieben wird, und einem zweiten Ausgangsstrom zu erkennen, der aus einem zweiten High-Side-Anschluss der inaktiven Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt.
Bei einem Beispiel beschreibt diese Offenbarung einen Hochspannungspegelwandler, der dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal von einer Low-Side-Niederspannungsdomäne in eine High-Side-Niederspannungsdomäne zu übertragen, wobei der Hochspannungspegelwandler umfasst: eine erste Hochspannungspegelwandlervorrichtung, wobei die erste Hochspannungspegelwandlervorrichtung umfasst: einen ersten High-Side-Anschluss; einen ersten Low-Side-Anschluss; und einen ersten Steueranschluss; und wobei der erste Steueranschluss dazu ausgebildet ist, einen ersten Strom zu dem ersten Low-Side-Anschluss zu steuern, der in den ersten High-Side-Anschluss fließt; eine zweite Hochspannungspegelwandlervorrichtung, wobei die zweite Hochspannungspegelwandlervorrichtung umfasst: einen zweiten High-Side-Anschluss; einen zweiten Low-Side-Anschluss; und einen zweiten Steueranschluss; und wobei der zweite Steueranschluss dazu ausgebildet ist, einen zweiten Strom zu dem zweiten Low-Side-Anschluss zu steuern, der in den zweiten High-Side-Anschluss fließt; eine Low-Side-Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, den ersten Steueranschluss und den zweiten Steueranschluss anzusteuern, wobei die Low-Side-Steuerschaltung außerdem dazu ausgebildet ist, als Reaktion auf das Eingangssignal entweder die erste Hochspannungspegelwandlervorrichtung oder die zweite Hochspannungspegelwandlervorrichtung in einen aktiven Zustand zu treiben, während die andere der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung und der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung in einem inaktiven Zustand bleibt; eine High-Side-Empfängerschaltung, der dazu ausgebildet ist, einen Zustand eines High-Side-Ausgangssignals als Reaktion auf die eine der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung und der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung einzustellen, die in dem aktiven Zustand betrieben wird; wobei die High-Side-Empfängerschaltung dazu ausgebildet ist, eine erste Differenz zwischen dem ersten Strom, der in den ersten High-Side-Anschluss der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt, und dem zweiten Strom zu überwachen, der in den zweiten High-Side-Anschluss der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt; und wobei die Low-Side-Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, als Reaktion auf eine zweite Differenz zwischen dem ersten überwachten Strom und dem zweiten überwachten Strom, die aus dem ersten Low-Side-Anschluss und dem zweiten Low-Side-Anschluss fließen, einen gleichzeitig zum ersten Steueranschluss und zum zweiten Steueranschluss vorhandenen Steueranschluss zu steuern, der der einen der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung und der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung entspricht, die in dem aktiven Zustand betrieben wird.
Bei einem weiteren Beispiel beschreibt die Offenbarung ein Verfahren, das umfasst: Erhalten eines Eingangssignals von einer Low-Side-Niederspannungsdomäne über eine Low-Side-Steuerschaltung eines Hochspannungspegelwandlers; Treiben entweder einer ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung oder einer zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung durch die Low-Side-Steuerschaltung und als Reaktion auf das erhaltene Eingangssignal in einen aktiven Zustand, während die andere der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung und der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung in einem inaktiven Zustand bleibt, wobei die erste Hochspannungspegelwandlervorrichtung umfasst: einen ersten High-Side-Anschluss; einen ersten Low-Side-Anschluss; und einen ersten Steueranschluss, wobei der erste Steueranschluss dazu ausgebildet ist, einen ersten Strom zu dem ersten Low-Side-Anschluss zu steuern, der in den ersten High-Side-Anschluss fließt, wobei die zweite Hochspannungspegelwandlervorrichtung umfasst: einen zweiten High-Side-Anschluss; einen zweiten Low-Side-Anschluss; und einen zweiten Steueranschluss; und wobei der zweite Steueranschluss dazu ausgebildet ist, einen zweiten Strom zu dem zweiten Low-Side-Anschluss zu steuern, der in den zweiten High-Side-Anschluss fließt; Einstellen eines Zustands eines High-Side-Ausgangssignals durch eine High-Side-Empfängerschaltung als Reaktion auf eine überwachte erste Differenz zwischen dem ersten Strom, der in den ersten High-Side-Anschluss der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt, und dem zweiten Strom, der in den zweiten High-Side-Anschluss der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt; und Steuern durch die Low-Side-Steuerschaltung und als Reaktion auf eine zweite Differenz zwischen dem ersten überwachten Strom, der aus dem ersten Low-Side-Anschluss fließt, und dem zweiten überwachten Strom, der aus dem zweiten Low-Side-Anschluss fließt, einen gleichzeitig zum ersten Steueranschluss und zum zweiten Steueranschluss vorhandenen Steueranschluss, der der einen der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung und der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung entspricht, die in dem aktiven Zustand betrieben wird.
Bei einem weiteren Beispiel beschreibt diese Offenbarung einen Hochspannungspegelwandler, der dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal von einer Low-Side-Niederspannungsdomäne in eine High-Side-Niederspannungsdomäne zu übertragen, wobei der Hochspannungspegelwandler umfasst: eine erste Hochspannungspegelwandlervorrichtung, wobei die erste Hochspannungspegelwandlervorrichtung umfasst: einen ersten High-Side-Anschluss; einen ersten Low-Side-Anschluss; und einen ersten Steueranschluss; und wobei der erste Steueranschluss dazu ausgebildet ist, einen ersten Strom zu dem ersten Low-Side-Anschluss zu steuern, der in den ersten High-Side-Anschluss fließt; eine zweite Hochspannungspegelwandlervorrichtung, wobei die zweite Hochspannungspegelwandlervorrichtung umfasst: einen zweiten High-Side-Anschluss; einen zweiten Low-Side-Anschluss; und einen zweiten Steueranschluss; und wobei der zweite Steueranschluss dazu ausgebildet ist, einen zweiten Strom zu dem zweiten Low-Side-Anschluss zu steuern, der in den zweiten High-Side-Anschluss fließt; ein Element zum Steuern der Low-Side, wobei das Element zum Steuern der Low-Side dazu ausgebildet ist, den ersten Steueranschluss und den zweiten Steueranschluss anzusteuern, wobei das Element zum Steuern der Low-Side außerdem dazu ausgebildet ist, als Reaktion auf das Eingangssignal entweder die erste Hochspannungspegelwandlervorrichtung oder die zweite Hochspannungspegelwandlervorrichtung in einen aktiven Zustand zu treiben, während die andere der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung und der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung in einem inaktiven Zustand bleibt; ein Element zum Erhalten in der High-Side, wobei das Element zum Erhalten in der High-Side dazu ausgebildet ist, einen Zustand eines High-Side-Ausgangssignals als Reaktion auf die eine der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung und der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung einzustellen, die in dem aktiven Zustand betrieben wird; wobei das Element zum Erhalten in der High-Side dazu ausgebildet ist, eine erste Differenz zwischen dem ersten Strom, der in den ersten High-Side-Anschluss der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt, und dem zweiten Strom zu überwachen, der in den zweiten High-Side-Anschluss der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt; und wobei das Element zum Steuern der Low-Side dazu ausgebildet ist, als Reaktion auf eine zweite Differenz zwischen dem ersten überwachten Strom, der aus dem ersten Low-Side-Anschluss fließt, und dem zweiten überwachten Strom, der aus dem zweiten Low-Side-Anschluss fließt, einen gleichzeitig zum ersten Steueranschluss und zum zweiten Steueranschluss vorhandene Steueranschluss zu steuern, der der einen der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung und der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung entspricht, die in dem aktiven Zustand betrieben wird.
Die Einzelheiten von einem oder mehreren Beispielen der Techniken dieser Offenbarung werden in den begleitenden Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Weitere Merkmale, Gegenstände und Vorteile der Techniken werden aufgrund der Beschreibung und Zeichnungen sowie der Ansprüche offensichtlich.

1 ist ein Blockschaltbild, das eine beispielhafte LLC-Halbbrückenresonatorschaltung darstellt.
2 ist ein Blockschaltbild, das einen beispielhaften Hochspannungspegelwandler gemäß den Techniken der Offenbarung darstellt.
3 ist ein Schaltplan, der weitere Einzelheiten einer beispielhaften High-Side-Empfängerschaltung und einer Low-Side-Steuerschaltung des Hochspannungspegelwandlers der 2 gemäß den Techniken der Offenbarung darstellt.
4 ist ein Schaltplan, der weitere Einzelheiten des beispielhaften Hochspannungspegelwandlers der 2 gemäß den Techniken der Offenbarung darstellt.
5 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Betrieb eines Hochspannungspegelwandlers gemäß den Techniken der Offenbarung darstellt.

Es werden Techniken und Schaltungsgestaltungen für einen Hochspannungspegelwandler offenbart, der dazu ausgebildet ist, einen Stromfluss als Reaktion auf gemessene Stromschwankungen aufgrund von Gleichtaktstörungen in dem Pegelwandler zu regulieren. Der Pegelwandler kann zum Beispiel eine Low-Side-Steuerschaltung umfassen, die dazu ausgebildet ist, einen ersten Strom zu regulieren, der als Reaktion auf eine Differenz zwischen dem ersten Strom und einem zweiten Strom, der in einen zweiten Low-Side-Anschluss einer inaktiven Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt, in einen ersten Low-Side-Anschluss einer aktiven Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt. Der Pegelwandler kann außerdem eine High-Side-Empfängerschaltung umfassen, die dazu ausgebildet ist, eine Differenz zwischen einem ersten Ausgangsstrom, der aus einem ersten High-Side-Anschluss der aktiven Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt, die in einem aktiven Zustand betrieben wird, und einem zweiten Ausgangsstrom zu erkennen, der aus einem zweiten High-Side-Anschluss der inaktiven Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt.
Ein Elektrizitätsversorgungsunternehmen stellt typischerweise eine Netzspannung als einen Wechselstrom (Alternating Current, AC) mit hoher Spannung bereit. Ein Stromrichter wird innerhalb einer Verbraucheranwendung verwendet, um die Stromversorgung in einen Gleichstrom (Direct Current, DC) mit einer niedrigeren Spannung zu wandeln, bevor er für eine Verwendung in Haushalten oder Industrie und Handel geeignet ist. Bei einigen Beispielen weist die Netzspannung eine Nennversorgungsspannung von 100 bis 240 Volts (V) AC bei 50 bis 60 Hertz (Hz) auf. Bei einigen Beispielen umfasst der Stromrichter eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung (Power Factor Correction circuit, PFC), die eine Leistungsfaktorkorrektur an der Nennversorgungsspannung ausführt und die Nennversorgungsspannung in ungefähr 400 V DC wandelt. Der Stromrichter umfasst außerdem eine LLC-Halbbrückenresonanzwandlerschaltung, die die 400 VDC in ungefähr 400 VAC bei 100 bis 200 kHz wandelt. Diese wird wiederum durch einen Transformator in dem Stromrichter geleitet, um die Versorgungsspannung auf ungefähr 10 bis 20 VAC zurückzustufen. Schließlich werden die 10 bis 20 VAC durch eine Gleichrichterschaltung in dem Stromrichter geleitet, um die Versorgungsspannung in eine für die Endanwendung geeignete niedrige Gleichspannung zu wandeln. Die niedrige Gleichspannung kann zum Beispiel zwischen 5 und 20 VDC liegen, wie sie von zahlreichen Komponenten in Verbraucherfernsehanwendungen verwendet wird.
Die LLC-Halbbrückenresonanzwandlerschaltung wandelt einen Gleichstrom in einen Wechselstrom. Wie in dem Beispiel der 1 dargestellt wird, funktioniert die LLC-Halbbrückenresonanzwandlerschaltung, indem er einen Treiber verwendet, um zwei Leistungstransistoren, die zwischen der DC-Eingangsspannung und der Erdung in Reihe geschaltet sind, in entgegengesetzten Phasen ein- und auszuschalten, sodass jeder Transistor während der Hälfte eines Arbeitszyklus und nur dann aktiv ist, wenn der andere Transistor inaktiv ist. Als Reaktion auf Befehle von der Treiberschaltung erzeugen die Transistoren Rechteckwellen an ihrem Ausgang. Eine oder mehrere LLC-Tankschaltungen, die mit dem Mittelpunkt der Transistoren verbunden sind, unterliegen als Reaktion auf die Rechteckwelle einer Erregung, um eine sinusförmige AC-Ausgabe zu erzeugen.
Die LLC-Halbbrückenresonanzwandlerschaltung stellt typischerweise eine kleine Totzeit zwischen dem Ausschalten jedes Transistors und dem Einschalten des Komplementärtransistors bereit. Die Rolle dieser Totzeit stellt sicher, dass kein Transistor einen Querstrom erzeugt, der bei Hochspannungsanwendungen die Schaltung beschädigen könnte.
Ein Pegelwandler wird typischerweise verwendet, um die Treiberschaltung der LLC-Halbbrückenresonanzwandlerschaltung umzusetzen. Ein Pegelwandler funktioniert, um Eingangssignale in einem Spannungsbereich in Ausgangssignale in einem unterschiedlichen Spannungsbereich zu übertragen. Die Eingangssignale sind mit einer Erdung des Low-Side-Bereichs verbunden, während die Ausgangssignale mit einer Erdung der High-Side-Domäne verbunden sind. Sowohl die Low-Side-Erdung als auch die High-Side-Erdung sind voneinander getrennt und elektrisch isoliert. Ein Pegelwandler kann zum Beispiel verwendet werden, um Steuersignale in einem TTL-Spannungspegel (d.h. 3 bis 5 VDC) in Treibersignale in einem höheren Spannungsbereich wie zum Beispiel 10 VDC zu wandeln.
Bei Ultrahochspannungsanwendungen kann die Spannungsdifferenz zwischen dem Niedrigspannungsbereich und dem Hochspannungsbereich mehrere hundert Volt betragen und andere Pegelwandler können keine geeignete Trennung zwischen den Bereichen bereitstellen. Die Trennung zwischen den Bereichen ist wichtig, da die Erdung der High-Side-Domäne mit dem Mittelpunkt der Halbbrücke verbunden ist. Während des normalen Betriebs des Pegelwandlers schaltet die Halbbrücke zwischen 0 V und 400 V bei einer Anstiegsgeschwindigkeit von bis zu 10 V/Nanosekunde (ns). Da die Anstiegsgeschwindigkeit oder Spannungsänderung an dem Mittelpunkt der Transistoren in der Größenordnung von 10 V/Nanosekunde (ns) betragen kann, können andere Pegelwandler ungeeignete Schaltbefehle als Reaktion auf diese großen Spannungsänderungen erzeugen. In einigen Situationen können schnelle Änderungen der Gleichtaktspannung über den Transistoren verhindern, dass ein Ausschaltbefehl von anderen Pegelwandlern einen Transistor erreicht. Dies kann zu einer Durchschussbedingung führen, bei der beide Transistoren eingeschaltet werden, was die Hochspannungsschiene mit der Erdung kurzschließt. Dies kann zu einer beinahe sofortigen Zerstörung der Schaltung führen. Außerdem können andere Arten von Gleichtaktstörungen wie zum Beispiel ein Nachschwingen und eine elektromagnetische Störung (ElectroMagnetic Interference, EMI) verhindern, dass Befehle von anderen Pegelwandlern einen Transistor erreichen.
Eine Vorgehensweise bei diesem Problem schließt eine kernlose Transformatortechnologie ein, die Schaltbefehle von einer Steuerschaltung durch einen integrierten ebenen Mikrotransformator an einen High-Side-Gate-Treiber überträgt. Diese Vorgehensweise erfordert jedoch zwei getrennte Chips, die voneinander isoliert sind, was zu relativ hohen Herstellungskosten führt.
Gemäß den Techniken der Offenbarung wird ein Ultrahochspannungspegelwandler beschrieben, der widerstandsfähiger gegen Gleichtaktspannungsänderungen und Gleichtaktstörungen als andere Pegelwandler ist. Bei einem Beispiel umfasst der Pegelwandler eine Low-Side-Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen ersten Strom zu regulieren, der als Reaktion auf eine Differenz zwischen dem ersten Strom und einem zweiten Strom, der in einen zweiten Low-Side-Anschluss einer inaktiven Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt, in einen ersten Low-Side-Anschluss einer aktiven Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt. Der Pegelwandler umfasst außerdem eine High-Side-Empfängerschaltung, die dazu ausgebildet ist, eine Differenz zwischen einem ersten Ausgangsstrom, der aus einem ersten High-Side-Anschluss der aktiven Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt, die in einem aktiven Zustand betrieben wird, und einem zweiten Ausgangsstrom zu erkennen, der aus einem zweiten High-Side-Anschluss der inaktiven Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt. Außerdem kann der hier beschriebene Ultrahochspannungspegelwandler in einem einzigen monolithischen integrierten Chip umgesetzt werden, was sowohl die Herstellungskosten als auch die Gehäusegröße eines Ultrahochspannungspegelwandlers verringert.
2 ist ein Schaltplan, der einen beispielhaften Hochspannungspegelwandler 100 darstellt, der dazu ausgebildet ist, einen Low-Side-Strom 112 oder 114 einer aktiven Hochspannungspegelwandlervorrichtung 102 gemäß den Techniken der Offenbarung zu regulieren. Bei diesem Beispiel umfasst der Hochspannungspegelwandler 100 zwei Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102A und 102B („gemeinsam die Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102“) zum Wandeln von Spannungssignalen in der Low-Side-Domäne 101A in Spannungssignale in der High-Side-Domäne 101B. Eine Low-Side-Steuerschaltung 104 erhält ein Eingangssignal 103 eines Low-Side-Spannungsbereichs, das die Low-Side-Steuerschaltung 104 veranlasst, eine der Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 in einen aktiven Zustand zu treiben, während der andere der Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 in einen inaktiven Zustand getrieben wird. Eine High-Side-Empfängerschaltung 106 erhält die High-Side-Ströme 114A und 114B von den Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102, die die High-Side-Empfängerschaltung 106 veranlassen, ein Signal 116 zum Einstellen eines High-Side-Signalspeichers 118 auszugeben, um den Zustand des High-Side-Gate-Treibers zu definieren.
Die Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 umfassen die Low-Side-Anschlüsse 120A und 120B, die jeweils einen Low-Side-Strom 112A bzw. 112B von der Low-Side-Stromversorgung 119A erhalten. Die Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 umfassen außerdem die Steueranschlüsse 121A und 121B zum Erhalten der Steuersignale 115A und 115B von der Low-Side-Steuerschaltung 104. Die Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 umfassen außerdem die High-Side-Anschlüsse 122A und 122B zum Übertragen des High-Side-Ausgangsstroms 114. Bei einigen Beispielen umfassen die Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 einen oder mehrere Leistungstransistoren. Bei einem weiteren Beispiel umfassen die Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 einen eines lateralen n-Kanal-MOSFET oder einer Kaskode eines Hochspannungs-JFET sowie einen Niedrigspannungs-n-Kanal-Transistor. Als Reaktion auf eine überwachte Differenz zwischen den Strömen 112A und 112B (gemeinsam die „Low-Side-Ströme 112“) reguliert die Low-Side-Steuerschaltung 104 ein Steuersignal 115A, 115B der Hochspannungspegelwandlervorrichtung 102, die in dem aktiven Zustand betrieben wird.
Die Low-Side-Steuerschaltung 104 erhält ein Eingangssignal 103 des Low-Side-Spannungsbereichs. Als Reaktion auf das Eingangssignal 103 erzeugt die Low-Side-Steuerschaltung 104 die Steuersignale 115A und 115B, die eine der Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 aktivieren, während die andere Hochspannungspegelwandlervorrichtung 102 inaktiv bleibt.
Die High-Side-Empfängerschaltung 106 erhält die High-Side-Stromsignale 114A und 114B von den High-Side-Anschlüssen 122 der Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102. Als Reaktion auf die High-Side-Stromsignale 114A und 114B erzeugt die High-Side-Empfängerschaltung 106 ein Ausgangssignal 116, das den Zustand des High-Side-Signalspeichers 118 einstellt. Der High-Side-Signalspeicher 118 stellt einen Ausgang 130 der Pegelwandlerschaltung als einen High-Side-Spannungsbereich 101B äquivalent zum Eingangssignal 103 des Low-Side-Spannungsbereichs 101A ein. Der Ausgang 130 steuert den Betrieb eines High-Side-Schalters Q1 der 1.
Während eine der Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 aktiv ist, überwacht die Low-Side-Steuerschaltung 104 gemäß den Techniken dieser Offenbarung den Low-Side-Strom 112 der inaktiven Hochspannungspegelwandlervorrichtung 102. Bei einem Beispiel treibt die Low-Side-Steuerschaltung 104 die Hochspannungspegelwandlervorrichtung 102A in den aktiven Zustand und die Hochspannungspegelwandlervorrichtung 102B in den inaktiven Zustand. Da die Hochspannungspegelwandlervorrichtung 102A aktiv ist, ist der Low-Side-Strom 112A dafür vorgesehen, einen Zielwert zu erreichen. Da außerdem die Hochspannungspegelwandlervorrichtung 102B inaktiv ist, ist zu erwarten, dass der Low-Side-Strom 112B ungefähr Null ist. Somit ist zu erwarten, dass die Differenz zwischen den Low-Side-Strömen 112A und 112B im Wesentlichen gleich dem vorgesehenen Wert des Low-Side-Stroms 112A ist, während die Hochspannungspegelwandlervorrichtung 102A aktiv ist. Die Low-Side-Steuerschaltung 104 erhält ein Signal von einem Differenzverstärker 108, das die gemessene Differenz zwischen den Low-Side-Strömen 112A und 112B anzeigt. Aufgrund von Herstellungstoleranzen, einer Temperaturabhängigkeit und einer Spannungsabhängigkeit ist es unwahrscheinlich, dass der Low-Side-Strom 112A unmittelbar nach der Aktivierung mit dem Zielwert übereinstimmt. Durch ein Messen des Low-Side-Stroms 112A mithilfe des Differenzverstärkers 108 und ein Vergleichen mit dem Zielwert, reguliert die Low-Side-Steuerschaltung 104 das Steuersignal 115A, bis der Low-Side-Strom 112A mit dem Zielwert übereinstimmt.
Bei dem Vorhandensein von Störungen wie einem Rauschen, einer Gleichtaktspannungsänderung, einem Nachschwingen oder einer EMI zeigt der Low-Side-Strom 112A den durch die Pegelwandlervorrichtung 102A fließenden Strom nicht genau an. Daher kann die Low-Side-Steuerschaltung 104 bei anderen Vorrichtungen das Steuersignal 115A durch ein alleiniges Überwachen des Low-Side-Stroms 112A regulieren, was veranlasst, dass ein falscher Strompegel durch die Pegelwandlervorrichtung 102A fließt. Die Techniken der Offenbarung setzen voraus, dass der Effekt der Störungen wie eines Rauschens, einer Gleichtaktspannungsänderung, eines Nachschwingens, einer EMI oder einer ähnlichen in beiden Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102A und 102B gleich ist. Bei dem Vorhandensein dieser Störungen überwacht die Low-Side-Steuerschaltung 104 daher die Differenz zwischen den Low-Side-Strömen 112A und 112B und reguliert das Steuersignal 115A bis die Differenz zwischen den Low-Side-Strömen 112A und 112B mit einem Zielwert übereinstimmt. Auf diese Weise wird der Strom, der durch die Pegelwandlervorrichtung 102A fließt, auf den Zielwert reguliert, selbst bei dem Vorhandensein solcher Störungen.
Ohne das Vorhandensein dieser Störungen wird vorausgesetzt, dass der High-Side-Strom 114A gleich dem Low-Side-Strom 112A ist, während vorausgesetzt wird, dass der High-Side-Strom 114B gleich dem Low-Side-Strom 112B ist. Das Vorhandensein dieser Störungen veranlasst, dass der High-Side-Strom 114A von dem Low-Side-Strom 112A abweicht und dass der High-Side-Strom 114B von dem Low-Side-Strom 112B abweicht. Die Techniken der Offenbarung setzen voraus, dass die Differenz zwischen dem High-Side-Strom 114A und dem Low-Side-Strom 112A in der aktiven Vorrichtung 102A die Gleiche ist wie die Differenz zwischen dem High-Side-Strom 114B und dem Low-Side-Strom 112B in der inaktiven Vorrichtung 102B. Daher kann durch das Messen der Differenz des Low-Side-Stroms 112A und des Low-Side-Stroms 112B mithilfe des Differenzverstärkers 108 und mithilfe des Steuersignals 115A, um die Differenz zwischen dem Low-Side-Strom 112A und dem Low-Side-Strom 112B mithilfe der Low-Side-Steuerschaltung 104 auf einen Zielwert zu regulieren, die Differenz zwischen dem High-Side-Strom 114A und dem High-Side-Strom 114B gesteuert werden, um selbst bei dem Vorhandensein dieser Störungen mit dem Zielwert übereinzustimmen. Durch das Überwachen der Differenz zwischen dem High-Side-Strom 114A und dem High-Side-Strom 114B kann die High-Side-Empfängerschaltung 106 schließlich ein Signal erhalten, das weder durch ein Rauschen, eine Gleichtaktspannungsänderung, ein Nachschwingen, eine EMI noch eine ähnliche Störung gestört wird.
Somit wird von einem Hochspannungspegelwandler, wie er hier beschrieben wird, erwartet, dass er Signale überträgt, die unempfindlich gegen Störungen oder ein Rauschen in der Schaltung sind. Wenn das Rauschen ungeprüft bleibt, kann es falsche Schaltbefehle in den Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 und dem High-Side-Signalspeicher 118 auslösen oder es kann verhindern, dass die Schaltbefehle die Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 oder den High-Side-Signalspeicher 118 überhaupt erreichen. Dementsprechend kann der hier beschriebene Hochspannungspegelwandler einen Schaden aufgrund eines Rauschens, einer Gleichtaktspannungsänderung, eines Nachschwingens oder einer EMI an der Halbbrücke vermeiden. Der hier beschriebene Hochspannungspegelwandler kann außerdem das Übertragen von Steuersignalen selbst während großer Gleichtaktspannungsänderungen in der High-Side-Schaltung fortsetzen, ohne die Befehlssignale zu verlieren. Somit kann der hier beschriebene Hochspannungspegelwandler 100 widerstandsfähiger gegen höhere Rauschpegel und eine Gleichtaktspannungsänderung sein als andere Pegelwandler.
Die Architektur des in 2 dargestellten Hochspannungspegelwandlers 100 wird als ein Beispiel gezeigt. Die Techniken, die in dieser Offenbarung erläutert werden, können bei dem beispielhaften Hochspannungspegelwandler 100 der 2 sowie in anderen Arten von Hochspannungspegelwandlern umgesetzt werden, die hier nicht speziell beschrieben werden. In dieser Offenbarung ist nichts so zu interpretieren, dass es die Techniken dieser Offenbarung hinsichtlich der beispielhaften in 2 dargestellten Architektur einschränkt.
3 ist ein Schaltplan, der weitere Einzelheiten einer beispielhaften Low-Side-Steuerschaltung 104 und einer High-Side-Empfängerschaltung 106 des beispielhaften Hochspannungspegelwandlers 100 der 2 gemäß den Techniken der Offenbarung darstellt. Bei dem Beispiel der 3 erfasst eine Low-Side-Steuerschaltung 104 mithilfe eines Differenzverstärkers 108 die Differenz zwischen dem Low-Side-Strom 112A und dem Low-Side-Strom 112B. Als Reaktion auf das von dem Differenzverstärker 108 erzeugte Differenzsignal stellt die Low-Side-Steuerschaltung 104 das Steuersignal 115A bereit, um die Differenz zwischen dem Low-Side-Strom 112A und dem Low-Side-Strom 112B auf einen Zielwert zu regulieren. Dadurch steuert die Low-Side-Steuerschaltung 104 die Differenz zwischen dem High-Side-Strom 114A und dem High-Side-Strom 114B so, dass sie mit einer Zieldifferenz übereinstimmt. Außerdem überwacht ein Differenzverstärker 208 der High-Side-Empfängerschaltung 106 eine Differenz zwischen den High-Side-Strömen 114A des aktiven Transistors 202A und 124B des inaktiven Transistors 202B. Die High-Side-Empfängerschaltung 106 erzeugt ein Ausgangssignal, das diese Differenz anzeigt, die den Zustand des (nicht gezeigten) High-Side-Signalspeichers 118 einstellt.
Bei einigen Beispielen sind die Transistoren 202A und 202B (gemeinsam die „Transistoren 202“) Ultrahochspannungsleistungstransistoren. Bei einigen Beispielen sind die Transistoren 202 in der Lage mit Spannungen von mehr als 600 V zu arbeiten. Bei einigen Beispielen sind die Transistoren 202 vertikale Bipolartransistoren (Bipolar Junction Transistors, BJTs). Bei weiteren Beispielen sind die Transistoren 202 vertikale Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effekt Transistors, MOSFETs). Bei einigen Beispielen sind die Transistoren 202 Source-Down- oder Source-Up-Transistoren. Bei einigen Beispielen sind die Transistoren 202 laterale MOSFETs. Bei einigen Beispielen sind die Transistoren 202 laterale n-Kanal-MOSFETs, die auf einem p-dotierten Substrat ausgebildet sind. Bei einigen Beispielen sind die Transistoren 202 laterale n-Kanal-MOSFETs die auf einem Siliciumauf-Isolator-Substrat (Silicon-on-Insulator substrate, SOI-Substrat) ausgebildet sind. Bei einigen Beispielen sind die Transistoren 202 eine Kaskode eines n-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistors (Junction-gate Field-Effect Transistor, JFET), der mit einem Niedrigspannungs-MOSFET in Reihe geschaltet ist. Bei einigen Beispielen sind die Transistoren 202 SJ-MOSFETs (Super Junction MOSFETs). Bei einigen Beispielen weisen die Transistoren 202 eine hohe Schaltgeschwindigkeit und eine niedrige Gate-Ladung auf. Bei einigen Beispielen weisen die Transistoren 202 eine niedrige Kapazität von dem Drain zur Source und von dem Drain zum Substrat auf.
Auf diese Weise kann die High-Side-Empfängerschaltung 106 den Strom verringern oder eliminieren, der aufgrund eines Rauschens oder einer Gleichtaktspannungsänderung durch den inaktiven MOSFET 102B fließt. Wenn das Rauschen ungeprüft bleibt, kann es falsche Schaltbefehle in dem High-Side-Signalspeicher 118 auslösen oder es kann verhindern, dass die Schaltbefehle den High-Side-Signalspeicher 118 überhaupt erreichen. Dementsprechend kann die High-Side-Empfängerschaltung 106 einen Schaden aufgrund eines Rauschens, einer Gleichtaktspannungsänderung, eines Nachschwingens oder einer EMI an dem Hochspannungspegelwandler 100 vermeiden. Die High-Side-Empfängerschaltung 106 kann außerdem das Übertragen von Steuersignalen selbst während großer Gleichtaktspannungsänderungen in der High-Side-Schaltung fortsetzen, ohne die Befehlssignale zu verlieren. Somit kann der hier beschriebene Hochspannungspegelwandler 100 widerstandsfähiger gegen höhere Rauschpegel und eine Gleichtaktspannungsänderung sein als andere Pegelwandler. Die Ausführungsform der 3 zeigt einen Hochspannungspegelwandler, der dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal, das aus einem Ein-Puls- und einem Aus-Puls-Signal besteht, von einer Low-Side-Niederspannungsdomäne in eine High-Side-Niederspannungsdomäne zu übertragen. Der Ausgang des Hochspannungspegelwandlers wird in der Figur als ein HS-Signalspeicher markiert. Die Pegel an diesem Ausgang können sich zwischen der Spannung der positiven Schiene des Hochspannungsbereichs und der Erdung ändern. Der Hochspannungspegelwandler umfasst eine erste Reihenschaltung, die einen ersten High-Side-Widerstand zwischen der positiven Schiene der High-Side-Domäne und dem Drain des ersten Transistors 202A, den ersten Transistor 202A und einen ersten Low-Side-Widerstand zwischen der Source des ersten Transistors 202A und dem Erdpotential umfasst. Der Hochspannungspegelwandler umfasst außerdem eine zweite Reihenschaltung, die einen zweiten High-Side-Widerstand zwischen der positiven Schiene der High-Side-Domäne und dem Drain des zweiten Transistors 202B, den zweiten Transistor 202B und einen zweiten Low-Side-Widerstand zwischen der Source des zweiten Transistors 202B und dem Erdpotential umfasst. Eine Low-Side-Steuerschaltung ist dazu ausgebildet, den ersten Transistor und den zweiten Transistor zu steuern. Die Low-Side-Steuerschaltung ist außerdem dazu ausgebildet, das Eingangssignal und ein Rückkopplungssignal zu erhalten, das eine Differenz zwischen einem ersten Strom durch den ersten Low-Side-Widerstand und einen zweiten Strom durch den zweiten Low-Side-Widerstand anzeigt. Bei der Ausführungsform der 3 werden sowohl das Ein-Puls- als auch das Aus-Puls-Signal mit dem Rückkopplungssignal multipliziert. Der Ausgang 115A der Multiplikation des Ein-Puls-Signals mit dem Rückkopplungssignal wird an dem Gateanschluss des zweiten Transistors 202B bereitgestellt, wohingegen der Ausgang der Multiplikation des Aus-Puls-Signals mit dem Rückkopplungssignal an dem Gateanschluss des ersten Transistors 202A bereitgestellt wird.
Die Architektur der in 3 dargestellten High-Side-Empfängerschaltung 106 wird nur als ein Beispiel gezeigt. Die Techniken, die in dieser Offenbarung erläutert werden, können bei der beispielhaften High-Side-Empfängerschaltung 106 der 3 sowie in anderen Arten von High-Side-Empfängerschaltungen umgesetzt werden, die hier nicht speziell beschrieben werden. In dieser Offenbarung ist nichts so zu interpretieren, dass es die Techniken dieser Offenbarung hinsichtlich der beispielhaften in 3 dargestellten Architektur einschränkt.
4 ist ein Blockschaltbild, das weitere Einzelheiten eines beispielhaften Hochspannungspegelwandlers gemäß den Techniken der Offenbarung darstellt. Gemäß den Techniken dieser Offenbarung reguliert die Low-Side-Steuerschaltung 104 als Reaktion auf eine überwachte Differenz zwischen einem ersten Strom 112A durch den Widerstand 320A und einem zweiten Strom 112B, der durch den zweiten Widerstand 320B fließt, die Ströme, die durch den Transistor 302A oder 302B fließen, der in dem aktiven Zustand betrieben wird. Die High-Side-Empfängerschaltung 106 überwacht außerdem eine Differenz zwischen den Strömen 114A und 114B und stellt die Differenz als einen Ausgang zum Einstellen eines (nicht gezeigten) High-Side-Signalspeichers 118 bereit, um den Zustand des High-Side-Gate-Treibers zu definieren. Die Ausführungsform der 4 zeigt einen Hochspannungspegelwandler, der dazu ausgebildet ist, das Eingangssignal, das aus zwei einzelnen Signalen besteht, aus einer Low-Side-Niederspannungsdomäne in eine High-Side-Niederspannungsdomäne zu übertragen. Der Hochspannungspegelwandler umfasst eine erste Reihenschaltung, die einen ersten High-Side-Widerstand 320C zwischen der positiven Schiene HSVDD der High-Side-Domäne und dem Drain des ersten Transistors 302A umfasst, den ersten Transistor 302A und einen ersten Low-Side-Widerstand 320A zwischen der Source des ersten Transistors 302A und dem Erdpotential. Der Hochspannungspegelwandler umfasst außerdem eine zweite Reihenschaltung, die einen zweiten High-Side-Widerstand 320D zwischen der positiven Schiene HSVDD der High-Side-Domäne und dem Drain des zweiten Transistors 302B umfasst, den zweiten Transistor 302B und einen zweiten Low-Side-Widerstand 320B zwischen der Source des zweiten Transistors 302B und dem Erdpotential. Eine Low-Side-Steuerschaltung 104 ist dazu ausgebildet, den ersten Transistor 302A und den zweiten Transistor 302B zu steuern. Die Low-Side-Steuerschaltung 104 ist außerdem dazu ausgebildet, die Eingangssignale, die in 4 als Pulse angezeigt werden, und ein Rückkopplungssignal zu erhalten, das eine Differenz zwischen einem ersten Strom 112A durch den ersten Low-Side-Widerstand 320A und einen zweiten Strom 112B durch den zweiten Low-Side-Widerstand 320B anzeigt. Bei der Ausführungsform der 4 werden die Signale als Pulse angezeigt, die jeweils mit dem Rückkopplungssignal kombiniert werden. Die Ausgänge 115B der Kombination des ersten Eingangssignals mit dem Rückkopplungssignal werden an dem Gateanschluss des zweiten Transistors 302B bereitgestellt, wohingegen der Ausgang der Kombination des zweiten Eingangssignals mit dem Rückkopplungssignal an dem Gateanschluss des ersten Transistors 302A bereitgestellt wird.
Während einer der Transistoren 302 inaktiv ist, steuert die Low-Side-Steuerschaltung 104 gemäß den Techniken der Erfindung den Strom, der durch den aktiven Transistor der Transistoren 302 fließt.
Bei einem Beispiel treibt die Low-Side-Steuerschaltung 104 den Transistor 302A in den aktiven Zustand und den Transistor 302B in den inaktiven Zustand. Da der Transistor 302A aktiv ist, ist der Low-Side-Strom 112A dafür vorgesehen, einen Zielwert zu erreichen. Da außerdem der Transistor 302B inaktiv ist, ist zu erwarten, dass der Low-Side-Strom 112B ungefähr Null ist. Somit ist zu erwarten, dass die Differenz zwischen den Low-Side-Strömen 112A und 112B im Wesentlichen gleich dem vorgesehenen Wert des Low-Side-Stroms 112A ist, während die Hochspannungspegelwandlervorrichtung 102A aktiv ist. Aufgrund von Herstellungstoleranzen, einer Temperaturabhängigkeit und einer Spannungsabhängigkeit ist es unwahrscheinlich, dass der Low-Side-Strom 112A unmittelbar nach der Aktivierung mit dem Zielwert übereinstimmt. Durch ein Messen des Low-Side-Stroms 112A mithilfe des Differenzverstärkers 108 und ein Vergleichen mit dem Zielwert, reguliert die Low-Side-Steuerschaltung 104 das Steuersignal 115A, bis der Low-Side-Strom 112A mit dem Zielwert übereinstimmt.
Bei dem Vorhandensein von Störungen wie einem Rauschen, einer Gleichtaktspannungsänderung, einem Nachschwingen oder einer EMI zeigt der Low-Side-Strom 112A den durch die Pegelwandlervorrichtung 102A fließenden Strom nicht genau an. Daher kann die Low-Side-Steuerschaltung 104 bei anderen Vorrichtungen das Steuersignal 115A durch ein alleiniges Überwachen des Low-Side-Stroms 112A regulieren, was veranlasst, dass ein falscher Strompegel durch die Pegelwandlervorrichtung 102A fließt. Die Techniken der Offenbarung setzen voraus, dass der Effekt der Störungen wie eines Rauschens, einer Gleichtaktspannungsänderung, eines Nachschwingens, einer EMI oder einer ähnlichen Störung in beiden Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102A und 102B gleich ist. Bei dem Vorhandensein dieser Störungen überwacht die Low-Side-Steuerschaltung 104 daher die Differenz zwischen den Low-Side-Strömen 112A und 112B und reguliert das Steuersignal 115A bis die Differenz zwischen den Low-Side-Strömen 112A und 112B mit einem Zielwert übereinstimmt. Auf diese Weise wird der Strom, der durch die Pegelwandlervorrichtung 102A fließt, auf den Zielwert reguliert, selbst bei dem Vorhandensein solcher Störungen.
Ohne das Vorhandensein dieser Störungen wird vorausgesetzt, dass der High-Side-Strom 114A gleich dem Low-Side-Strom 112A ist, während vorausgesetzt wird, dass der High-Side-Strom 114B gleich dem Low-Side-Strom 112B ist. Das Vorhandensein dieser Störungen veranlasst, dass der High-Side-Strom 114A von dem Low-Side-Strom 112A abweicht und dass der High-Side-Strom 114B von dem Low-Side-Strom 112B abweicht. Es wird vorausgesetzt, dass die Differenz zwischen dem High-Side-Strom 114A und dem Low-Side-Strom 112A in der aktiven Vorrichtung 102A die Gleiche ist wie die Differenz zwischen dem High-Side-Strom 114B und dem Low-Side-Strom 112B in der inaktiven Vorrichtung 102B. Daher kann durch das Messen der Differenz des Low-Side-Stroms 112A und des Low-Side-Stroms 112B mithilfe des Differenzverstärkers 108 und mithilfe des Steuersignals 115A, um die Differenz zwischen dem Low-Side-Strom 112A und dem Low-Side-Strom 112B mithilfe der Low-Side-Steuerschaltung 104 auf einen Zielwert zu regulieren, die Differenz zwischen dem High-Side-Strom 114A und dem High-Side-Strom 114B gesteuert werden, um selbst bei dem Vorhandensein dieser Störungen mit dem Zielwert übereinzustimmen. Durch das Überwachen der Differenz zwischen dem High-Side-Strom 114A und dem High-Side-Strom 114B kann die High-Side-Empfängerschaltung 106 schließlich ein Signal erhalten, das weder durch ein Rauschen, eine Gleichtaktspannungsänderung, ein Nachschwingen, eine EMI noch eine ähnliche Störung gestört wird.
Somit wird von einem Hochspannungspegelwandler, wie er hier beschrieben wird, erwartet, dass er Signale überträgt, die unempfindlich gegen Störungen oder Rauschen in der Schaltung sind. Wenn das Rauschen ungeprüft bleibt, kann es falsche Schaltbefehle in den Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 und dem (nicht gezeigten) High-Side-Signalspeicher 118 auslösen oder es kann verhindern, dass die Schaltbefehle die Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 oder den High-Side-Signalspeicher 118 überhaupt erreichen. Dementsprechend kann der hier beschriebene Hochspannungspegelwandler einen Schaden aufgrund eines Rauschens, einer Gleichtaktspannungsänderung, eines Nachschwingens oder einer EMI an der Halbbrücke vermeiden. Der hier beschriebene Hochspannungspegelwandler kann außerdem das Übertragen von Steuersignalen selbst während großer Gleichtaktspannungsänderungen in der High-Side-Schaltung fortsetzen, ohne die Befehlssignale zu verlieren. Der hier beschriebene Hochspannungspegelwandler 100 kann somit widerstandsfähiger gegen höhere Rauschpegel und Gleichtaktspannungsänderungspegel sein als andere Pegelwandler.
Bei dem Beispiel der 4 definiert der Bezugsstrom 310 den Zielwert. Der Kollektorstrom der BJTs des Differenzverstärkers 108 ist eine Funktion der Differenz der Ströme 112A und 112B. Der Kollektorstrom wird mit dem Bezugsstrom 310 verglichen. Wenn der Kollektorstrom geringer ist, wird der größere Strom der Referenz den Eingang der Low-Side-Steuerschaltung 104 hinaufziehen, was zu einem Anstieg der Gate-Spannung des aktiven Transistors der Transistoren 302 führt. Wenn der Kollektorstrom größer ist, wird er den Eingang der Low-Side-Steuerschaltung 104 im Vergleich zu dem Bezugsstrom 310 herabziehen, was zu einer Abnahme der Gate-Spannung des aktiven Transistors der Transistoren 302 führt.
Bei einigen Beispielen können sowohl der Differenzverstärker 108 der Low-Side-Steuerschaltung als auch der Differenzverstärker 106 des High-Side-Empfängers ein erstes und ein zweites Paar Stromteilerwiderstände 320 und 322 umfassen. In Bezug auf den Differenzverstärker 108 definiert jeder der Stromerfassungswiderstände (z.B. der Widerstand 320A von 302A zur Erdung und der Widerstand 320B von 302B zur Erdung) in Bezug auf jeden der mit den Bipolartransistoren des Differenzverstärkers 108 in Reihe geschalteten Widerständen (z.B. die Widerstände 322A und 322B) ein Stromteilerverhältnis. Bei einigen Beispielen liegt das Teilerverhältnis in der Größenordnung von 2:1 bis 10:1. Mit anderen Worten ist der Widerstandswert der Widerstände 322 zwei bis zehn Mal größer als der Widerstandswert der Widerstände 320. Daher ist der Strom, der durch den entsprechenden Bipolartransistor fließt, kleiner als die Ströme 112 und 114. Jeder der Stromerfassungswiderstände 320A und 320B sollte den gleichen Wert (z.B. 1:1) aufweisen, während jeder der mit den Bipolartransistoren in Reihe geschalteten Widerstände 322A und 322B den gleichen Wert (z.B. 1:1) aufweisen sollte. Die Widerstände 320C und 320D und 322C und 322D des Differenzverstärkers 106 des High-Side-Empfängers sind in einer ähnlichen Weise konfiguriert.
Bei einigen Beispielen umfassen der Differenzverstärker 108 und die High-Side-Empfängerschaltung 106 einen oder mehrere vertikale BJT-Transistoren. Vertikale BJTs können bestimmte Vorteile über andere Arten von Transistoren bereitstellen. Zum Beispiel weist die Spannung des Basis/Emitter-Komplexes eines vertikalen npn-BJT keinen direkten p-n-Übergang zu dem Substrat auf. Daher kann er weit unterhalb des Substratpotentials betrieben werden, das heißt auf der Erdung oder der Low-Side-Spannungsschiene. Der Basis/Emitter-Komplex des vertikalen pnp-BJT weist keinen direkten p-n-Übergang zu einem n-Wannen/n-vergrabenen Schichtbereich auf, der die High-Side-Schaltung von dem Rest des Chips isoliert. Daher kann er weit oberhalb der High-Side-Spannungsschiene betrieben werden, die auch den Spannungspegel des n-Wannen/n-vergrabenen Schichtbereichs aufweist. Daher kann der Gleichtaktbereich der Emitter-Basisgebiete eines vertikalen BJT nur durch die Vorrichtungsdurchbruchspannung in einer Richtung und durch die Versorgungsspannung in der anderen Richtung begrenzt werden. Außerdem ist dieser Wert viel größer als der Signalschwellenwert des Differenzsignals, der für BJTs typischerweise bei ungefähr 0,7 V liegt.
Bei weiteren Beispielen umfassen der Differenzverstärker 108 und die High-Side-Empfängerschaltung 106 einen oder mehrere vertikale MOSFETs. Bei einigen Beispielen sind die MOSFETs DMOS-Transistoren, die einen Bulk aufweisen, der mit der Source verbunden ist. Ein Bereitstellen einer getrennten Versorgung für den Bulk kann andernfalls den Gleichtaktbereich drastisch verkleinern. Der Source/Bulk-Bereich des vertikalen MOSFETs, der in dem Differenzverstärker 108 enthalten ist, weist zum Beispiel keinen direkten p-n-Übergang zum Substrat auf, und der Source/Bulk-Bereich des vertikalen MOSFETs, der in der High-Side-Empfängerschaltung 106 enthalten ist, weist keinen direkten p-n-Übergang zu dem n-Wannen/n-vergrabenen Schichtbereich auf, der die High-Side-Schaltung von dem Rest des Chips isoliert.
Die High-Side-Empfängerschaltung 106 umfasst ein erstes kreuzgekoppeltes High-Side-Bauelement und ein zweites kreuzgekoppeltes High-Side-Bauelement, wobei sowohl das erste kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement als auch das zweite kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement einen Steueranschluss, einen Ausgangsanschluss und einen Masseanschluss umfassen.
Der Masseanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ist mit dem Steueranschluss des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und durch den Widerstand 322C mit einem Verbindungspunkt zwischen dem ersten High-Side-Widerstand 320C und dem ersten Transistor 302A verbunden. Der Masseanschluss des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ist mit dem Steueranschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und mit einem Verbindungspunkt zwischen dem zweiten High-Side-Widerstand 320D und dem zweiten Transistor 302B verbunden. Die High-Side-Empfängerschaltung 106 ist dazu ausgebildet, einen Zustand eines High-Side-Ausgangssignals als Reaktion auf die Differenz zwischen einem dritten Strom durch den ersten High-Side-Widerstand 320C und einem vierten Strom durch den zweiten High-Side-Widerstand 320D einzustellen.
Bei der Ausführungsform der 4 ist jeder des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein vertikaler Bipolartransistor. Jeder entsprechende Steueranschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ist ein Basisanschluss des entsprechenden vertikalen Bipolartransistors. Jeder entsprechende Masseanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ist ein Emitteranschluss des entsprechenden vertikalen Bipolartransistors. Jeder entsprechende Ausgangsanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ist ein Kollektoranschluss des entsprechenden vertikalen Bipolartransistors. Weder ein Emittergebiet noch ein Basisgebiet des vertikalen Bipolartransistors weisen einen direkten p-n-Übergang zu einer positiven Schiene der High-Side-Domäne auf.
Bei einer weiteren (nicht gezeigten) Ausführungsform ist jede des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein vertikaler MOS-Transistor. Jeder entsprechende Steueranschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ist ein Gateanschluss des entsprechenden vertikalen MOS-Transistors. Jeder entsprechende Masseanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ist ein Sourceanschluss des entsprechenden vertikalen MOS-Transistors. Jeder entsprechende Ausgangsanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ist ein Drainanschluss des entsprechenden vertikalen MOS-Transistors. Ein Sourcegebiet des vertikalen MOS-Transistors weist keinen direkten p-n-Übergang zu einer positiven Schiene der High-Side-Domäne auf.
In 4 werden ein erstes kreuzgekoppeltes Low-Side-Bauelement und ein zweites kreuzgekoppeltes Low-Side-Bauelement bereitgestellt, wobei das erste kreuzgekoppelte Low-Side-Bauelement und das zweite kreuzgekoppelte Low-Side-Bauelement jeweils einen Steueranschluss, einen Ausgangsanschluss und einen Masseanschluss umfassen.
Der Masseanschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements ist mit dem Steueranschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements und durch den Widerstand 322A mit dem ersten Low-Side-Widerstand 320A verbunden. Der Masseanschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements ist mit dem Steueranschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements und durch den Widerstand 322B mit dem zweiten Low-Side-Widerstand 320B verbunden. Das erste kreuzgekoppelte Low-Side-Bauelement und das zweite kreuzgekoppelte Low-Side-Bauelement sind dazu ausgebildet, als Differenzverstärker zu funktionieren, der dazu ausgebildet ist, das Rückkopplungssignal bereitzustellen.
Die High-Side-Empfängerschaltung 106 erhält die High-Side-Stromsignale 114A und 114B und erzeugt die Ausgangssignale 116A und 116B, die den Zustand des (nicht gezeigten) High-Side-Signalspeichers 118 der 1 einstellen. Der High-Side-Signalspeicher 118 stellt einen Ausgang ein, der den Betrieb des High-Side-Schalters Q1 der 1 steuert.
Bei einem Beispiel umfasst der Differenzverstärker 108 ein erstes kreuzgekoppeltes Low-Side-Bauelement und ein zweites kreuzgekoppeltes Low-Side-Bauelement, die jeweils einen Steueranschluss, einen Ausgangsanschluss und einen Masse- oder Erdungsanschluss aufweisen. Bei einigen Beispielen weisen das erste und das zweite kreuzgekoppelte Bauelement einen Emitter-, einen Basis- und einen Kollektoranschluss auf. Bei einer beispielhaften Konfiguration ist der Masseanschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements mit dem Steueranschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements 102A und mit dem ersten Low-Side-Anschluss der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung verbunden. Der Masseanschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements ist außerdem mit dem Steueranschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements und mit dem zweiten Low-Side-Anschluss der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung 102B verbunden.
Bei einem weiteren Beispiel umfasst die High-Side-Empfängerschaltung 106 ein erstes kreuzgekoppeltes High-Side-Bauelement und ein zweites kreuzgekoppeltes High-Side-Bauelement, die jeweils einen Steueranschluss, einen Ausgangsanschluss und einen Masse- oder Erdungsanschluss aufweisen. Bei einigen Beispielen weisen das erste und das zweite kreuzgekoppelte Bauelement einen Emitter-, einen Basis- und einen Kollektoranschluss auf. Bei einer beispielhaften Konfiguration ist der Masseanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements mit dem Steueranschluss des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und mit dem ersten High-Side-Anschluss der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung 102A verbunden. Der Masseanschluss des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ist außerdem mit dem Steueranschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und mit dem zweiten High-Side-Anschluss der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung 102B verbunden.
Während eine der Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 aktiv ist, überwacht die Low-Side-Steuerschaltung 104 gemäß den Techniken dieser Offenbarung den Low-Side-Strom 112 der inaktiven Hochspannungspegelwandlervorrichtung 102. Bei einem Beispiel treibt die Low-Side-Steuerschaltung 104 den Transistor 302A in den aktiven Zustand und den Transistor 302B in den inaktiven Zustand. Da der Transistor 302A aktiv ist, ist der Low-Side-Strom 112A dafür vorgesehen, einen Zielwert zu erreichen. Da außerdem der Transistor 302B inaktiv ist, ist zu erwarten, dass der Low-Side-Strom 112B ungefähr Null ist. Somit ist zu erwarten, dass die Differenz zwischen den Low-Side-Strömen 112A und 112B im Wesentlichen gleich dem vorgesehenen Wert des Low-Side-Stroms 112A ist, während der Transistor 302A aktiv ist. Die Low-Side-Steuerschaltung 104 erhält ein Signal von einem Differenzverstärker 108, das die gemessene Differenz zwischen den Low-Side-Strömen 112A und 112B anzeigt. Aufgrund von Herstellungstoleranzen, einer Temperaturabhängigkeit und einer Spannungsabhängigkeit ist es unwahrscheinlich, dass der Low-Side-Strom 112A unmittelbar nach der Aktivierung mit dem Zielwert übereinstimmt. Durch ein Messen des Low-Side-Stroms 112A mithilfe des Differenzverstärkers 108 und ein Vergleichen mit dem Zielwert, reguliert die Low-Side-Steuerschaltung 104 das Steuersignal 115A, bis der Low-Side-Strom 112A mit dem Zielwert übereinstimmt.
Bei dem Vorhandensein von Störungen wie einem Rauschen, einer Gleichtaktspannungsänderung, einem Nachschwingen oder einer EMI zeigt der Low-Side-Strom 112A den durch den Transistor 302A fließenden Strom nicht genau an. Daher kann die Low-Side-Steuerschaltung 104 bei anderen Vorrichtungen das Steuersignal 115A durch ein alleiniges Überwachen des Low-Side-Stroms 112A regulieren, was veranlasst, dass ein falscher Strompegel durch den Transistor 302A fließt. Die Techniken der Offenbarung setzen voraus, dass der Effekt der Störungen wie eines Rauschens, einer Gleichtaktspannungsänderung, eines Nachschwingens, einer EMI oder einer ähnlichen Störung in beiden Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102A und 102B gleich ist. Bei dem Vorhandensein dieser Störungen überwacht die Low-Side-Steuerschaltung 104 daher die Differenz zwischen den Low-Side-Strömen 112A und 112B und reguliert das Steuersignal 115A bis die Differenz zwischen den Low-Side-Strömen 112A und 112B mit einem Zielwert übereinstimmt. Auf diese Weise wird der Strom, der durch den Transistor 302A fließt, auf den Zielwert reguliert, selbst bei dem Vorhandensein solcher Störungen.
Ohne das Vorhandensein dieser Störungen wird vorausgesetzt, dass der High-Side-Strom 114A gleich dem Low-Side-Strom 112A ist, während vorausgesetzt wird, dass der High-Side-Strom 114B gleich dem Low-Side-Strom 112B ist. Das Vorhandensein dieser Störungen veranlasst, dass der High-Side-Strom 114A von dem Low-Side-Strom 112A abweicht und dass der High-Side-Strom 114B von dem Low-Side-Strom 112B abweicht. Es wird vorausgesetzt, dass die Differenz zwischen dem High-Side-Strom 114A und dem Low-Side-Strom 112A in der aktiven Vorrichtung 102A die Gleiche ist wie die Differenz zwischen dem High-Side-Strom 114B und dem Low-Side-Strom 112B in der inaktiven Vorrichtung 102B. Daher kann durch das Messen der Differenz des Low-Side-Stroms 112A und des Low-Side-Stroms 112B mithilfe des Differenzverstärkers 108 und mithilfe des Steuersignals 115A, um die Differenz zwischen dem Low-Side-Strom 112A und dem Low-Side-Strom 112B mithilfe der Low-Side-Steuerschaltung 104 auf einen Zielwert zu regulieren, die Differenz zwischen dem High-Side-Strom 114A und dem High-Side-Strom 114B gesteuert werden, um selbst bei dem Vorhandensein dieser Störungen mit dem Zielwert übereinzustimmen. Durch das Überwachen der Differenz zwischen dem High-Side-Strom 114A und dem High-Side-Strom 114B kann die High-Side-Empfängerschaltung 106 schließlich ein Signal erhalten, das weder durch ein Rauschen, eine Gleichtaktspannungsänderung, ein Nachschwingen, eine EMI noch eine ähnliche Störung gestört wird.
Somit wird von einem Hochspannungspegelwandler, wie er hier beschrieben wird, erwartet, dass er Signale überträgt, die unempfindlich gegen Störungen oder Rauschen in der Schaltung sind. Wenn das Rauschen ungeprüft bleibt, kann es falsche Schaltbefehle in den Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 und dem High-Side-Signalspeicher 118 auslösen oder es kann verhindern, dass die Schaltbefehle die Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 oder den High-Side-Signalspeicher 118 überhaupt erreichen. Dementsprechend kann der hier beschriebene Hochspannungspegelwandler einen Schaden aufgrund eines Rauschens, einer Gleichtaktspannungsänderung, eines Nachschwingens oder einer EMI an der Halbbrücke vermeiden. Der hier beschriebene Hochspannungspegelwandler kann außerdem das Übertragen von Steuersignalen selbst während großer Gleichtaktspannungsänderungen in der High-Side-Schaltung fortsetzen, ohne die Befehlssignale zu verlieren. Der hier beschriebene Hochspannungspegelwandler 100 kann somit widerstandsfähiger gegen höhere Rauschpegel und Gleichtaktspannungsänderungspegel sein als andere Pegelwandler.
Bei einigen Beispielen ist die Low-Side-Steuerschaltung 104 flankenempfindlich. Bei weiteren Beispielen ist vorgeschaltet zu der Low-Side-Steuerschaltung 104 eine Flankenerkennungsschaltung angebracht, wie in 4 gezeigt wird. Obwohl das Eingangssignal 112 statisch ist, sind beide Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 in einem inaktiven Zustand. Nur wenn die Low-Side-Steuerschaltung 104 eine Signalflanke in dem Eingangssignal 112 erkennt, erzeugt die Flankenerkennungsschaltung einen kurzen Puls, entweder in dem Eingangssignal, welches das Gate des Transistors 302A (z.B. der Puffer, der den Strom 115A der 4 erzeugt) steuert oder in dem Eingangssignal, welches das Gate des Transistors 302B (z.B. der Puffer, der den Strom 115B der 4 erzeugt) steuert. Es wird darauf hingewiesen, dass ein direktes Verbinden der Eingangssignale 112 mit den Gates der Transistoren, 302 ohne eine Flankenerkennung auszuführen, theoretisch funktionieren würde. Die erforderliche Leistungsabgabe könnte jedoch die Fähigkeit der Transistoren 302 übersteigen, wenn ein statischer Strom durch einen der Transistoren 302 fließt. Der High-Side-Signalspeicher 118 wird nur benötigt, wenn die Flankenerkennung in der Low-Side-Schaltung verwendet wird, um den letzten Puls der Low-Side-Steuerschaltung 104 zu speichern, während der Eingang statisch ist und keine der Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 oder keiner der Transistoren 302 aktiv ist.
Die Architektur des in 4 dargestellten Hochspannungspegelwandlers 100 wird als ein Beispiel gezeigt. Die Techniken, die in dieser Offenbarung erläutert werden, können bei dem beispielhaften Hochspannungspegelwandler 100 der 4 sowie in anderen Arten von Hochspannungspegelwandlern umgesetzt werden, die hier nicht speziell beschrieben werden. In dieser Offenbarung ist nichts so zu interpretieren, dass es die Techniken dieser Offenbarung hinsichtlich der beispielhaften in 4 dargestellten Architektur einschränkt.
5 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Betrieb eines Hochspannungspegelwandlers gemäß den Techniken der Offenbarung darstellt. Der Zweckmä-ßigkeit halber wird 5 in Bezug auf 2 beschrieben, obwohl auch andere Schaltungen verwendet werden können, um die Techniken umzusetzen.
Wie in dem Beispiel der 5 gezeigt wird, erhält die Low-Side-Steuerschaltung 104 ein Eingangssignal 103 aus einem Low-Side-Spannungsbereich (400). Als Reaktion auf das Eingangssignal 103 treibt die Low-Side-Steuerschaltung 106 eine der Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 in einen aktiven Zustand, während er die andere der Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 in einen inaktiven Zustand treibt (402).
Während eine der Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 aktiv ist, überwacht die Low-Side-Steuerschaltung 104 den Low-Side-Strom 112 der inaktiven Hochspannungspegelwandlervorrichtung 102 (404). Da die Hochspannungspegelwandlervorrichtung 102A aktiv ist, ist der Low-Side-Strom 112A dafür vorgesehen, einen Zielwert zu erreichen. Da außerdem die Hochspannungspegelwandlervorrichtung 102B inaktiv ist, ist zu erwarten, dass der Low-Side-Strom 112B ungefähr Null ist. Somit ist zu erwarten, dass die Differenz zwischen den Low-Side-Strömen 112A und 112B im Wesentlichen gleich dem vorgesehenen Wert des Low-Side-Stroms 112A ist, während die Hochspannungspegelwandlervorrichtung 102A aktiv ist. Die Low-Side-Steuerschaltung 104 erhält ein Signal von einem Differenzverstärker 108, das die gemessene Differenz zwischen den Low-Side-Strömen 112A und 112B anzeigt. Aufgrund von Herstellungstoleranzen, einer Temperaturabhängigkeit und einer Spannungsabhängigkeit ist es unwahrscheinlich, dass der Low-Side-Strom 112A unmittelbar nach der Aktivierung mit dem Zielwert übereinstimmt. Durch ein Messen des Low-Side-Stroms 112A mithilfe des Differenzverstärkers 108 und ein Vergleichen mit dem Zielwert reguliert die Low-Side-Steuerschaltung 104 das Steuersignal 115A, bis der Low-Side-Strom 112A mit dem Zielwert übereinstimmt (406). Die Low-Side-Steuerschaltung 104 überwacht den Low-Side-Strom 112 der inaktiven Hochspannungspegelwandlervorrichtung 102 (404) und reguliert die Steuersignale 115, bis der Low-Side-Strom 112A mit dem Zielwert übereinstimmt (406), während eine der Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 aktiv ist.
Bei dem Vorhandensein von Störungen wie einem Rauschen, einer Gleichtaktspannungsänderung, einem Nachschwingen oder einer EMI zeigt der Low-Side-Strom 112A den durch die Pegelwandlervorrichtung 102A fließenden Strom nicht genau an. Daher kann die Low-Side-Steuerschaltung 104 bei anderen Vorrichtungen das Steuersignal 115A durch ein alleiniges Überwachen des Low-Side-Stroms 112A regulieren, was veranlasst, dass ein falscher Strompegel durch die Pegelwandlervorrichtung 102A fließt. Die Techniken der Offenbarung setzen voraus, dass der Effekt der Störungen wie eines Rauschens, einer Gleichtaktspannungsänderung, eines Nachschwingens, einer EMI oder einer ähnlichen Störung in beiden Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102A und 102B gleich ist. Bei dem Vorhandensein dieser Störungen überwacht die Low-Side-Steuerschaltung 104 daher die Differenz zwischen den Low-Side-Strömen 112A und 112B und reguliert das Steuersignal 115A bis die Differenz zwischen den Low-Side-Strömen 112A und 112B mit einem Zielwert übereinstimmt. Auf diese Weise wird der Strom, der durch die Pegelwandlervorrichtung 102A fließt, auf den Zielwert reguliert, selbst bei dem Vorhandensein solcher Störungen.
Parallel zu dem Überwachen des Low-Side-Stroms 112 und dem Regulieren der Steuersignale 115 durch die Low-Side-Steuerschaltung 104 überwacht die High-Side-Empfängerschaltung 106 eine Differenz zwischen den High-Side-Ausgangsströmen 114A und 114B (408). Als Reaktion auf die High-Side-Stromsignale 114A und 114B erzeugt die High-Side-Empfängerschaltung 106 ein Ausgangssignal 116, das den Zustand des High-Side-Signalspeichers 118 einstellt. Der High-Side-Signalspeicher 118 stellt einen Ausgang 130 der Pegelwandlerschaltung als einen High-Side-Spannungsbereich 101B äquivalent zum Eingangssignal 103 des Low-Side-Spannungsbereichs 101A ein. Der Ausgang 130 steuert den Betrieb eines High-Side-Schalters Q1 der 1 (410).
Ohne das Vorhandensein von Störungen in dem Strom wird vorausgesetzt, dass der High-Side-Strom 114A gleich dem Low-Side-Strom 112A ist, während vorausgesetzt wird, dass der High-Side-Strom 114B gleich dem Low-Side-Strom 112B ist. Das Vorhandensein dieser Störungen veranlasst, dass der High-Side-Strom 114A von dem Low-Side-Strom 112A abweicht und dass der High-Side-Strom 114B von dem Low-Side-Strom 112B abweicht. Die Techniken der Offenbarung setzen voraus, dass die Differenz zwischen dem High-Side-Strom 114A und dem Low-Side-Strom 112A in der aktiven Vorrichtung die Gleiche ist wie die Differenz zwischen dem High-Side-Strom 114B und dem Low-Side-Strom 112B in der inaktiven Vorrichtung 102B. Daher kann durch das Messen der Differenz des Low-Side-Stroms 112A und des Low-Side-Stroms 112B mithilfe des Differenzverstärkers 108 und mithilfe des Steuersignals 115A, um die Differenz zwischen dem Low-Side-Strom 112A und dem Low-Side-Strom 112B mithilfe der Low-Side-Steuerschaltung 104 auf einen Zielwert zu regulieren, die Differenz zwischen dem High-Side-Strom 114A und dem High-Side-Strom 114B gesteuert werden, um selbst bei dem Vorhandensein dieser Störungen mit dem Zielwert übereinzustimmen. Durch das Überwachen der Differenz zwischen dem High-Side-Strom 114A und dem High-Side-Strom 114B kann die High-Side-Empfängerschaltung 106 schließlich ein Signal erhalten, das weder durch ein Rauschen, eine Gleichtaktspannungsänderung, ein Nachschwingen, eine EMI noch eine ähnliche Störung gestört wird. Bei einer Ausführungsform werden während eines Großteils der Betriebszeit des Hochspannungspegelwandlers Eingangssignale bereitgestellt, sodass beide Transistoren 302A und 302B ausgeschaltet sind. Kein Strom fließt durch die Reihenschaltung. Somit ist der Stromverbrauch bei diesem Betriebsmodus fast Null und der (nicht gezeigte) Signalspeicher behält seinen vorherigen Zustand. Bei einer Ausführungsform ist die Bezugsstromquelle ausgeschaltet und das Rückkopplungsausgangssignal ist auf einen vorbestimmten Wert vorgeladen. Wenn das Rückkopplungssignal mit dem Eingangssignal multipliziert wird, das im Wesentlichen null Volt ist, ist das Ergebnis der Multiplikation auch Null, was bedeutet, dass die Transistoren 320A und 320B ausgeschaltet sind.
Wenn der Hochspannungspegelwandler eingeschaltet wird, wird die Bezugsstromquelle aktiviert, die oben erwähnte Spannungsvorladung ausgeschaltet und das Eingangssignal, das zu dem Ausgangssignal 115A führt, ist ein Spannungspuls, wohingegen das andere Eingangssignal bei null Volt bleibt. Das Ausgangssignal 115A ist ein Puls einer positiven Spannung, der dem Gate des Transistors 302A bereitgestellt wird, sodass der Transistor 302A während dieses Pulses eingeschaltet wird. Das Ausgangssignal 115B ist gleich Null, sodass der Transistor 320B ausgeschaltet ist und kein Strom durch den Widerstand 320B fließen sollte.
Während des Pulses kann jedoch die Spannung an der High-Side-Schiene HSVDD schnell ansteigen z.B. mit 50 V/ns. Die Drain-Spannung des Transistors 302B steigt auch an, sodass die Drain-Source-Spannung auch ansteigen kann. Aufgrund der Drain-Source-Kapazität des Transistors 302B fließt ein Strom durch den Widerstand 320B. Gleichzeitig steigt auch die Spannung an dem Drain des ersten Transistors 302A. Aufgrund der Drain-Source-Kapazität des ersten Transistors 320A ändert sich der Strom durch den Transistor 302A. Der Stromfluss durch den Widerstand 320A ändert sich auch. Eine Low-Side-Steuerschaltung, die den ersten Transistor 302A nur aufgrund eines Überwachens des Stroms durch den Widerstand 320A steuert, würde das Steuersignal 115A neu regulieren, bis der Stromfluss durch den Widerstand 320A wieder mit dem Zielwert übereinstimmt. Da der Stromfluss durch den Transistor 302B aufgrund des Stromflusses durch die Drain-Source-Kapazität nicht Null ist und der Stromfluss durch den Transistor 302A bei dem Zielwert einschließlich des Stromflusses durch die Drain-Source-Kapazität liegt, muss die Differenz zwischen den Stromflüssen durch die Transistoren 302A und 302B nicht bei dem Zielwert liegen.
Diese Abweichung kann eine Änderung bei der Differenz des dritten Stroms und des vierten Stroms verursachen, welche die ordnungsgemäße Funktion des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements beeinträchtigen kann, was zu falschen Ausgangssignalen 116A und 116B führt.
Um diesen Effekt zu kompensieren, werden der erste Transistor und der zweite Transistor so gesteuert, dass die Differenz zwischen dem ersten Strom und dem zweiten Strom einem Zielwert entspricht. Wenn die Differenz zu klein ist, z.B. aufgrund eines Anstiegs oder eines Abfalls der Schienenspannung, kann die Spannung in dem Spannungspuffer der Low-Side-Steuerschaltung 104 ansteigen, was veranlasst, dass die Spannung in dem Signal 115A ansteigt. Dies vergrößert den Strom durch den ersten Transistor, bis die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Strom gleich einem vorbestimmten Zielwert ist. Dementsprechend ist die Differenz zwischen dem dritten Strom 114A und dem vierten Strom 114B auch gleich einem Zielwert, sodass das erste kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement und das zweite kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement das richtige Ergebnis ausgeben.
Bei einem weiteren Beispiel fällt die Schienenspannung schnell ab, sodass die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Strom 112A und 112B zu klein ist, sodass die Spannung in dem Signal 115 verringert wird, was auch den Strom durch den Transistor 302A verringert.
Somit wird von einem Hochspannungspegelwandler, wie er hier beschrieben wird, erwartet, dass er Signale überträgt, die unempfindlich gegen Störungen oder Rauschen in der Schaltung sind. Wenn das Rauschen ungeprüft bleibt, kann es falsche Schaltbefehle in den Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 und dem High-Side-Signalspeicher 118 auslösen oder es kann verhindern, dass die Schaltbefehle die Hochspannungspegelwandlervorrichtungen 102 oder den High-Side-Signalspeicher 118 überhaupt erreichen. Dementsprechend kann der hier beschriebene Hochspannungspegelwandler einen Schaden an der Halbbrücke aufgrund eines Rauschens, einer Gleichtaktspannungsänderung, eines Nachschwingens oder einer EMI vermeiden. Der hier beschriebene Hochspannungspegelwandler kann außerdem das Übertragen von Steuersignalen selbst während großer Gleichtaktspannungsänderungen in der High-Side-Schaltung fortsetzen, ohne die Befehlssignale zu verlieren. Der hier beschriebene Hochspannungspegelwandler 100 kann somit widerstandsfähiger gegen höhere Rauschpegel und Gleichtaktspannungsänderungspegel sein als andere Pegelwandler.
Der Betrieb des in 5 dargestellten Hochspannungspegelwandlers 100 wird als ein Beispiel gezeigt. Die Techniken, die in dieser Offenbarung erläutert werden, können bei dem beispielhaften Betrieb in 5 sowie bei anderen Betriebsformen umgesetzt werden, die hier nicht speziell beschrieben werden. In dieser Offenbarung ist nichts so zu interpretieren, dass es die Techniken dieser Offenbarung hinsichtlich des beispielhaften in 5 dargestellten Betriebs einschränkt.
Die folgenden Beispiele können einen oder mehrere Aspekte der Offenbarung darstellen:

Beispiel 1. Ein Hochspannungspegelwandler, der dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal aus einer Low-Side-Niederspannungsdomäne in eine High-Side-Niederspannungsdomäne zu übertragen, wobei der Hochspannungspegelwandler umfasst: eine erste Hochspannungspegelwandlervorrichtung, wobei die erste Hochspannungspegelwandlervorrichtung umfasst: einen ersten High-Side-Anschluss; einen ersten Low-Side-Anschluss; und einen ersten Steueranschluss; und wobei der erste Steueranschluss dazu ausgebildet ist, einen ersten Strom zu dem ersten Low-Side-Anschluss zu steuern, der in den ersten High-Side-Anschluss fließt; eine zweite Hochspannungspegelwandlervorrichtung, wobei die zweite Hochspannungspegelwandlervorrichtung umfasst: einen zweiten High-Side-Anschluss; einen zweiten Low-Side-Anschluss; und einen zweiten Steueranschluss; und wobei der zweite Steueranschluss dazu ausgebildet ist, einen zweiten Strom zu dem zweiten Low-Side-Anschluss zu steuern, der in den zweiten High-Side-Anschluss fließt; eine Low-Side-Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, den ersten Steueranschluss und den zweiten Steueranschluss anzusteuern, wobei die Low-Side-Steuerschaltung außerdem dazu ausgebildet ist, als Reaktion auf das Eingangssignal entweder die erste Hochspannungspegelwandlervorrichtung oder die zweite Hochspannungspegelwandlervorrichtung in einen aktiven Zustand zu treiben, während die andere der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung und der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung in einem inaktiven Zustand bleibt; eine High-Side-Empfängerschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen Zustand eines High-Side-Ausgangssignals als Reaktion auf die eine der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung und der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung einzustellen, die in dem aktiven Zustand betrieben wird; wobei die High-Side-Empfängerschaltung dazu ausgebildet ist, eine erste Differenz zwischen dem ersten Strom, der in den ersten High-Side-Anschluss der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt, und dem zweiten Strom zu überwachen, der in den zweiten High-Side-Anschluss der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt; und wobei die Low-Side-Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, als Reaktion auf eine zweite Differenz zwischen dem ersten überwachten Strom und dem zweiten überwachten Strom, die aus dem ersten Low-Side-Anschluss und dem zweiten Low-Side-Anschluss fließen, einen gleichzeitig zum ersten Steueranschluss und zum zweiten Steueranschluss vorhandenen Steueranschluss zu steuern, der der einen der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung und der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung entspricht, die in dem aktiven Zustand betrieben wird.
Beispiel 2. Der Hochspannungspegelwandler aus Beispiel 1, wobei jeder des Low-Side-Niedrigspannungsbereichs und des High-Side-Niedrigspannungsbereichs eine positive Schiene und eine negative Schiene umfasst; wobei den ersten High-Side-Anschluss der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung über eine erste High-Side-Stromerfassungsvorrichtung mit der positiven Schiene der High-Side-Domäne verbunden ist; wobei den zweiten High-Side-Anschluss der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung über eine zweite High-Side-Stromerfassungsvorrichtung mit der positiven Schiene der High-Side-Domäne verbunden ist; wobei der erste Low-Side-Anschluss der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung über eine erste Low-Side-Stromerfassungsvorrichtung mit der negativen Schiene der Low-Side-Domäne verbunden ist; und wobei der zweite Low-Side-Anschluss der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung durch eine zweite Low-Side-Stromerfassungsvorrichtung mit der negativen Schiene der Low-Side-Domäne verbunden ist.
Beispiel 3. Der Hochspannungspegelwandler aus einem der Beispiele 1 und 2, wobei die ersten High-Side-Stromerfassungsvorrichtung und die zweite High-Side-Stromerfassungsvorrichtung jeweils einen Widerstand mit einem ersten Wert umfassen; wobei die erste Low-Side-Stromerfassungsvorrichtung und die zweite Low-Side-Stromerfassungsvorrichtung jeweils einen Widerstand mit einem zweiten Wert umfasst; wobei der erste und der zweite Wert ein vorbestimmtes Verhältnis zueinander aufweisen.
Beispiel 4. Der Hochspannungspegelwandler aus einem der Beispiele 1 bis 3, wobei das vorbestimmte Verhältnis im Wesentlichen gleich 1 ist.
Beispiel 5. Der Hochspannungspegelwandler aus einem der Beispiele 1 bis 4, wobei die High-Side-Empfängerschaltung ein erstes kreuzgekoppeltes High-Side-Bauelement und ein zweites kreuzgekoppeltes High-Side-Bauelement umfasst, wobei jede des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements umfasst: einen Steueranschluss, einen Ausgangsanschluss und einen Masseanschluss; wobei der Masseanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements mit dem Steueranschluss des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und mit dem ersten High-Side-Anschluss der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung verbunden ist; und wobei der Masseanschluss des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements mit dem Steueranschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und mit dem zweiten High-Side-Anschluss der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung verbunden ist.
Beispiel 6. Der Hochspannungspegelwandler aus einem der Beispiele 1 bis 5, wobei die Low-Side-Empfängerschaltung ein erstes kreuzgekoppeltes Low-Side-Bauelement und ein zweites kreuzgekoppeltes Low-Side-Bauelement umfasst, wobei das erste kreuzgekoppelte Low-Side-Bauelement und das zweite kreuzgekoppelte Low-Side-Bauelement jeweils umfassen: einen Steueranschluss, einen Ausgangsanschluss und einen Masseanschluss; wobei der Masseanschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements mit dem Steueranschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements und dem ersten Low-Side-Anschluss der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung verbunden ist; und wobei der Masseanschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements mit dem Steueranschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements und dem zweiten Low-Side-Anschluss der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung verbunden ist.
Beispiel 7. Der Hochspannungspegelwandler aus einem der Beispiele 1 bis 6, wobei eine monolithisch integrierte Schaltung den Hochspannungspegelwandler umfasst, und wobei die High-Side-Empfängerschaltung von einem Substrat der monolithisch integrierten Schaltung durch eine n-dotierte Wanne isoliert ist, die mit der positiven Schiene der High-Side-Domäne verbunden ist.
Beispiel 8. Der Hochspannungspegelwandler aus einem der Beispiele 1 bis 7, wobei das erstes kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement und das zweite kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement jeweils vertikaler Bipolartransistor sind; wobei jeder entsprechende Steueranschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Basisanschluss des vertikalen Bipolartransistors ist; wobei jeder entsprechende Masseanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Emitteranschluss des vertikalen Bipolartransistors ist; wobei jeder entsprechende Ausgangsanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Kollektoranschluss des vertikalen Bipolartransistors ist; und wobei weder ein Emittergebiet noch ein Basisgebiet des vertikalen Bipolartransistors einen direkten p-n-Übergang zu der n-dotierten Wanne aufweist.
Beispiel 9. Der Hochspannungspegelwandler aus einem der Beispiele 1 bis 8, wobei das erste kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement und das zweite kreuzgekoppelten High-Side-Bauelement jeweils ein vertikaler MOS-Transistor sind; wobei jeder entsprechende Steueranschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Gateanschluss des vertikalen MOS-Transistors ist; wobei jeder entsprechende Masseanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Sourceanschluss des vertikalen MOS-Transistors ist; wobei jeder entsprechende Ausgangsanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Drainanschluss des vertikalen MOS-Transistors ist; und wobei ein Sourcegebiet des vertikalen MOS-Transistors keinen direkten p-n-Übergang zu der n-dotierten Wanne aufweist.
Beispiel 10. Ein Verfahren, umfassend: Erhalten eines Eingangssignals von einer Low-Side-Niederspannungsdomäne über eine Low-Side-Steuerschaltung eines Hochspannungspegelwandlers; Treiben entweder einer ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung oder einer zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung durch die Low-Side-Steuerschaltung und als Reaktion auf das erhaltene Eingangssignal in einen aktiven Zustand, während die andere der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung und der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung in einem inaktiven Zustand bleibt, wobei die erste Hochspannungspegelwandlervorrichtung umfasst: einen ersten High-Side-Anschluss; einen ersten Low-Side-Anschluss; und einen ersten Steueranschluss, wobei der erste Steueranschluss dazu ausgebildet ist, einen ersten Strom zu dem ersten Low-Side-Anschluss zu steuern, der in den ersten High-Side-Anschluss fließt, wobei die zweite Hochspannungspegelwandlervorrichtung umfasst: einen zweiten High-Side-Anschluss; einen zweiten Low-Side-Anschluss; und einen zweiten Steueranschluss; und wobei der zweite Steueranschluss dazu ausgebildet ist, einen zweiten Strom zu dem zweiten Low-Side-Anschluss zu steuern, der in den zweiten High-Side-Anschluss fließt; Einstellen eines Zustands eines High-Side-Ausgangssignals durch eine High-Side-Empfängerschaltung als Reaktion auf eine überwachte erste Differenz zwischen dem ersten Strom, der in den ersten High-Side-Anschluss der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt, und dem zweiten Strom, der in den zweiten High-Side-Anschluss der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt; und Steuern durch die Low-Side-Steuerschaltung und als Reaktion auf eine zweite Differenz zwischen dem ersten überwachten Strom, der aus dem ersten Low-Side-Anschluss fließt, und dem zweiten überwachten Strom, der aus dem zweiten Low-Side-Anschluss fließt, einer gleichzeitig zum ersten Steueranschluss und zum zweiten Steueranschluss vorhandenen Steueranschluss, der der einen der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung und der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung entspricht, die in dem aktiven Zustand betrieben wird.
Beispiel 11. Das Verfahren aus Beispiel 10, wobei jeder des Low-Side-Niedrigspannungsbereichs und des High-Side-Niedrigspannungsbereichs eine positive Schiene und eine negative Schiene umfasst; wobei den ersten High-Side-Anschluss der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung über eine erste High-Side-Stromerfassungsvorrichtung mit der positiven Schiene der High-Side-Domäne verbunden ist; wobei den zweiten High-Side-Anschluss der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung über eine zweite High-Side-Stromerfassungsvorrichtung mit der positiven Schiene der High-Side-Domäne verbunden ist; wobei der erste Low-Side-Anschluss der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung über eine erste Low-Side-Stromerfassungsvorrichtung mit der negativen Schiene der Low-Side-Domäne verbunden ist; und wobei der zweite Low-Side-Anschluss der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung durch eine zweite Low-Side-Stromerfassungsvorrichtung mit der negativen Schiene der Low-Side-Domäne verbunden ist.
Beispiel 12. Das Verfahren aus einem der Beispiele 10 und 11, wobei die erste High-Side-Stromerfassungsvorrichtung und die zweite High-Side-Stromerfassungsvorrichtung jeweils einen Widerstand mit einem ersten Wert umfasst; wobei die erste Low-Side-Stromerfassungsvorrichtung und die zweite Low-Side-Stromerfassungsvorrichtung jeweils einen Widerstand mit einem zweiten Wert umfassen; wobei der erste und der zweite Wert ein vorbestimmtes Verhältnis zueinander aufweisen.
Beispiel 13. Das Verfahren aus einem der Beispiele 10 bis 12, wobei das vorbestimmte Verhältnis im Wesentlichen gleich 1 ist.
Beispiel 14. Das Verfahren aus einem der Beispiele 10 bis 13, wobei die High-Side-Empfängerschaltung ein erstes kreuzgekoppeltes High-Side-Bauelement und ein zweites kreuzgekoppeltes High-Side-Bauelement umfasst, wobei jede des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements umfasst: einen Steueranschluss, einen Ausgangsanschluss und einen Masseanschluss; wobei der Masseanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements mit dem Steueranschluss des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und mit dem ersten High-Side-Anschluss der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung verbunden ist; und wobei der Masseanschluss des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements mit dem Steueranschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und mit dem zweiten High-Side-Anschluss der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung verbunden ist.
Beispiel 15. Das Verfahren aus einem der Beispiele 10 bis 14, wobei die Low-Side-Empfängerschaltung ein erstes kreuzgekoppeltes Low-Side-Bauelement und ein zweites kreuzgekoppeltes Low-Side-Bauelement umfasst, wobei das erste kreuzgekoppelte Low-Side-Bauelement und das zweite kreuzgekoppelte Low-Side-Bauelement jeweils umfassen: einen Steueranschluss, einen Ausgangsanschluss und einen Masseanschluss; wobei der Masseanschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements mit dem Steueranschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements und dem ersten Low-Side-Anschluss der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung verbunden ist; und wobei der Masseanschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements mit dem Steueranschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements und dem zweiten Low-Side-Anschluss der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung verbunden ist.
Beispiel 16. Das Verfahren aus einem der Beispiele 10 bis 15, wobei eine monolithische integrierte Schaltung den Hochspannungspegelwandler umfasst, und wobei die High-Side-Empfängerschaltung von einem Substrat der monolithischen integrierten Schaltung durch eine n-dotierte Wanne isoliert ist, die mit der positiven Schiene der High-Side-Domäne verbunden ist.
Beispiel 17. Das Verfahren aus einem der Beispiele 10 bis 16, wobei das erstes kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement und das zweite kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement jeweils ein vertikaler Bipolartransistor sind; wobei jeder entsprechende Steueranschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Basisanschluss des vertikalen Bipolartransistors ist; wobei jeder entsprechende Masseanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Emitteranschluss des vertikalen Bipolartransistors ist; wobei jeder entsprechende Ausgangsanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Kollektoranschluss des vertikalen Bipolartransistors ist; und wobei weder ein Emittergebiet noch ein Basisgebiet des vertikalen Bipolartransistors einen direkten p-n-Übergang zu der n-dotierten Wanne aufweisen.
Beispiel 18. Das Verfahren aus einem der Beispiele 10 bis 17, wobei das erstes kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement und das zweite kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement jeweils ein vertikaler MOS-Transistor sind; wobei jeder entsprechende Steueranschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Gateanschluss des vertikalen MOS-Transistors ist; wobei jeder entsprechende Masseanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Sourceanschluss des vertikalen MOS-Transistors ist; wobei jeder entsprechende Ausgangsanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Drainanschluss des vertikalen MOS-Transistors ist; und wobei ein Sourcegebiet des vertikalen MOS-Transistors keinen direkten p-n-Übergang zu der n-dotierten Wanne aufweist.
Beispiel 19. Ein Hochspannungspegelwandler, der dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal aus einer Low-Side-Niederspannungsdomäne in eine High-Side-Niederspannungsdomäne zu übertragen, wobei der Hochspannungspegelwandler umfasst: eine erste Hochspannungspegelwandlervorrichtung, wobei die erste Hochspannungspegelwandlervorrichtung umfasst: einen ersten High-Side-Anschluss; einen ersten Low-Side-Anschluss; und einen ersten Steueranschluss; und wobei der erste Steueranschluss dazu ausgebildet ist, einen ersten Strom zu dem ersten Low-Side-Anschluss zu steuern, der in den ersten High-Side-Anschluss fließt; eine zweite Hochspannungspegelwandlervorrichtung, wobei die zweite Hochspannungspegelwandlervorrichtung umfasst: einen zweiten High-Side-Anschluss; einen zweite Low-Side-Anschluss; und einen zweiten Steueranschluss; und wobei der zweite Steueranschluss dazu ausgebildet ist, einen zweiten Strom zu dem zweiten Low-Side-Anschluss zu steuern, der in den zweiten High-Side-Anschluss fließt; ein Element zum Steuern der Low-Side, wobei das Element zum Steuern der Low-Side dazu ausgebildet ist, den ersten Steueranschluss und den zweiten Steueranschluss anzusteuern, wobei das Element zum Steuern der Low-Side außerdem dazu ausgebildet ist, als Reaktion auf das Eingangssignal entweder die ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung oder die zweite Hochspannungspegelwandlervorrichtung in einen aktiven Zustand zu treiben, während die andere der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung und der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung in einem inaktiven Zustand bleibt; ein Element zum Erhalten in der High-Side, wobei das Element zum Erhalten in der High-Side dazu ausgebildet ist, einen Zustand eines High-Side-Ausgangssignals als Reaktion auf die eine der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung und der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung einzustellen, die in dem aktiven Zustand betrieben wird; wobei das Element zum Erhalten in der High-Side dazu ausgebildet ist, eine erste Differenz zwischen dem ersten Strom, der in den ersten High-Side-Anschluss der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt, und dem zweiten Strom zu überwachen, der in den zweiten High-Side-Anschluss der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung fließt; und wobei das Element zum Steuern der Low-Side dazu ausgebildet ist, als Reaktion auf eine zweite Differenz zwischen dem ersten überwachten Strom, der aus dem ersten Low-Side-Anschluss fließt, und dem zweiten überwachten Strom, der aus dem zweiten Low-Side-Anschluss fließt, einen gleichzeitig zum ersten Steueranschluss und zum zweiten Steueranschluss vorhandenen Steueranschluss zu steuern, der der einen der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung und der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung entspricht, die in dem aktiven Zustand betrieben wird.
Beispiel 20. Der Hochspannungspegelwandler aus Beispiel 19, wobei jeder des Low-Side-Niedrigspannungsbereichs und des High-Side-Niedrigspannungsbereichs eine positive Schiene und eine negative Schiene umfasst; wobei den ersten High-Side-Anschluss der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung über eine erste High-Side-Stromerfassungsvorrichtung mit der positiven Schiene der High-Side-Domäne verbunden ist; wobei den zweiten High-Side-Anschluss der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung über eine zweite High-Side-Stromerfassungsvorrichtung mit der positiven Schiene der High-Side-Domäne verbunden ist; wobei der erste Low-Side-Anschluss der ersten Hochspannungspegelwandlervorrichtung über eine erste Low-Side-Stromerfassungsvorrichtung mit der negativen Schiene der Low-Side-Domäne verbunden ist; und wobei der zweite Low-Side-Anschluss der zweiten Hochspannungspegelwandlervorrichtung durch eine zweite Low-Side-Stromerfassungsvorrichtung mit der negativen Schiene der Low-Side-Domäne verbunden ist.

Die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken können in der gleichen Vorrichtung oder in getrennten Vorrichtungen umgesetzt werden, um die zahlreichen in dieser Offenbarung beschriebenen Vorgänge und Funktionen zu unterstützen. Außerdem kann jede der beschriebenen Einheiten oder Komponenten oder jedes der beschriebenen Module zusammen oder getrennt als diskrete aber miteinander nutzbare Logikvorrichtungen umgesetzt werden. Die Darstellung der verschiedenen Merkmale als Module oder Einheiten ist dafür vorgesehen, verschiedene funktionelle Aspekte hervorzuheben, und bedeutet nicht unbedingt, dass diese Module oder Einheiten durch getrennte Hardwarekomponenten realisiert werden müssen. Stattdessen kann eine Funktionalität, die einem oder mehreren Modulen oder einer oder mehreren Einheiten zugeordnet ist, durch separate Hardwarekomponenten oder integriert in gemeinsamen oder getrennten Hardwarekomponenten ausgeführt werden.

Claims

Hochspannungspegelwandler, der dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal aus einer Low-Side-Niederspannungsdomäne in eine High-Side-Niederspannungsdomäne zu übertragen, wobei der Hochspannungspegelwandler aufweist: eine erste Reihenschaltung, die einen ersten High-Side-Widerstand (320C), einen ersten Transistor (102A; 202A) und einen ersten Low-Side-Widerstand aufweist (320A), eine zweite Reihenschaltung, die einen zweiten High-Side-Widerstand (320D), einen zweiten Transistor (102B; 202B) und einen zweiten Low-Side-Widerstand aufweist (320B), und eine Low-Side-Steuerschaltung (104), die dazu ausgebildet ist, den ersten Transistor (102A; 202A) und den zweiten Transistor (102B; 202B) zu steuern, wobei die Low-Side-Steuerschaltung (104) dazu ausgebildet ist, das Eingangssignal und ein Rückkopplungssignal zu erhalten, das eine Differenz zwischen einem ersten Strom durch den ersten Low-Side-Widerstand (320A) und einen zweiten Strom durch den zweiten Low-Side-Widerstand (320B) anzeigt.
Hochspannungspegelwandler nach Anspruch 1, wobei die Low-Side-Steuerschaltung (104) dazu ausgebildet ist, den ersten Transistor (102A; 202A) und den zweiten Transistor (102B; 202B) so zu steuern, dass die Differenz zwischen dem ersten Strom und dem zweiten Strom einem Zielwert entspricht.
Hochspannungspegelwandler nach Anspruch 1 oder 2, der außerdem aufweist: eine High-Side-Empfängerschaltung (106), die dazu ausgebildet ist, einen Zustand eines High-Side-Ausgangssignals als Reaktion auf die Differenz zwischen einem dritten Strom durch den ersten High-Side-Widerstand (320C) und einem vierten Strom durch den zweiten High-Side-Widerstand (320D) einzustellen.
Hochspannungspegelwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die High-Side-Empfängerschaltung (106) ein erstes kreuzgekoppeltes High-Side-Bauelement und ein zweites kreuzgekoppeltes High-Side-Bauelement aufweist, wobei das erste kreuzgekoppelte High-Side-Bauelements und das zweite kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements jeweils aufweisen: einen Steueranschluss; einen Ausgangsanschluss; und einen Masseanschluss; wobei der Masseanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements mit dem Steueranschluss des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und mit einem Verbindungspunkt zwischen dem ersten High-Side-Widerstand (320C) und dem ersten Transistor (102A, 202A) verbunden ist; und wobei der Masseanschluss des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements mit dem Steueranschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und mit einem Verbindungspunkt zwischen dem zweiten High-Side-Widerstand (320D) und dem zweiten Transistor (102B, 202B) verbunden ist.
Hochspannungspegelwandler nach Anspruch 4, wobei das erste kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement und das zweite kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement jeweils ein vertikaler Bipolartransistor sind; wobei der Steueranschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Basisanschluss des jeweiligen vertikalen Bipolartransistors ist; wobei der Masseanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Emitteranschluss des jeweiligen vertikalen Bipolartransistors ist; wobei der Ausgangsanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Kollektoranschluss des jeweiligen vertikalen Bipolartransistors ist; und wobei weder ein Emittergebiet noch ein Basisgebiet des vertikalen Bipolartransistors einen direkten p-n-Übergang zu einer positiven Schiene der High-Side-Domäne aufweist.
Hochspannungspegelwandler nach Anspruch 4, wobei das erste kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement und das zweite kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement jeweils ein vertikaler MOS-Transistor sind; wobei der Steueranschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Gateanschluss des jeweiligen vertikalen MOS-Transistors ist; wobei der Masseanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Sourceanschluss des jeweiligen vertikalen MOS-Transistors ist; wobei der Ausgangsanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Drainanschluss des jeweiligen vertikalen MOS-Transistors ist; und wobei ein Sourcegebiet des vertikalen MOS-Transistors keinen direkten p-n-Übergang zu einer positiven Schiene der High-Side-Domäne aufweist.
Hochspannungspegelwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der außerdem einen Differenzverstärker (108) aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Rückkopplungssignal auszugeben.
Hochspannungspegelwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der außerdem ein erstes kreuzgekoppeltes Low-Side-Bauelement und ein zweites kreuzgekoppeltes Low-Side-Bauelement aufweist, wobei das erste kreuzgekoppelte Low-Side-Bauelement und das zweite kreuzgekoppelte Low-Side-Bauelement jeweils aufweisen: einen Steueranschluss; einen Ausgangsanschluss; und einen Masseanschluss; wobei der Masseanschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements mit dem Steueranschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements und mit dem ersten Low-Side-Widerstand (320A) verbunden ist; und wobei der Masseanschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements mit dem Steueranschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements und mit dem zweiten Low-Side-Widerstand (320B) verbunden ist.
Hochspannungspegelwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Low-Side-Steuerschaltung (104) dazu ausgebildet ist, das Eingangssignal und das Rückkopplungssignal zu kombinieren, um den ersten Transistor (102B; 202B) und den zweiten Transistor (102B; 202B) zu steuern.
Verfahren, das aufweist: Erhalten eines Eingangssignals von einer Low-Side-Niederspannungsdomäne in einer Low-Side-Steuerschaltung (104); Steuern durch die Low-Side-Steuerschaltung (104) eines ersten Transistors (102A; 202A) und eines zweiten Transistors (102B; 202B) als Reaktion auf das Eingangssignal und ein Rückkopplungssignal, das eine Differenz zwischen einem ersten Strom durch einen ersten Low-Side-Widerstand (320A) und einem zweiten Strom durch einen zweiten Low-Side-Widerstand (320B) anzeigt, wobei ein erster High-Side-Widerstand (320C), der erste Transistor (102A; 202A) und der erste Low-Side-Widerstand (320A) in Reihe geschaltet sind, und wobei ein zweiter High-Side-Widerstand (320D), der zweite Transistor (102B; 202B) und der zweite Low-Side-Widerstand (320B) in Reihe geschaltet sind.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Steuern des ersten Transistors (102A; 202A) und des zweiten Transistors (102B; 202B) ein Steuern des ersten Transistors (102A; 202A) und des zweiten Transistors (102B; 202B) in einer Weise aufweist, dass die Differenz zwischen dem ersten Strom und dem zweiten Strom einem Zielwert entspricht.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, das außerdem aufweist: Einstellen durch eine High-Side-Empfängerschaltung (106) eines Zustands eines High-Side-Ausgangssignals als Reaktion auf eine Differenz zwischen einem dritten Strom durch den ersten High-Side-Widerstand (320C) und einem vierten Strom durch den zweiten High-Side-Widerstand (320D).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die High-Side-Empfängerschaltung (106) ein erstes kreuzgekoppeltes High-Side-Bauelement und ein zweites kreuzgekoppeltes High-Side-Bauelement aufweist, wobei das erste kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement und das zweite kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement jeweils aufweisen: einen Steueranschluss; einen Ausgangsanschluss; und einen Masseanschluss; wobei der Masseanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements mit dem Steueranschluss des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und mit einem Verbindungspunkt zwischen dem ersten High-Side-Widerstand (320C) und dem ersten Transistor (102A, 202A) verbunden ist; und wobei der Masseanschluss des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements mit dem Steueranschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und mit einem Verbindungspunkt zwischen dem zweiten High-Side-Widerstand (320D) und dem zweiten Transistor (102B, 202B) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das erste kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement und das zweite kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement jeweils ein vertikaler Bipolartransistor sind; wobei der Steueranschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Basisanschluss des jeweiligen vertikalen Bipolartransistors ist; wobei der Masseanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Emitteranschluss des jeweiligen vertikalen Bipolartransistors ist; wobei der Ausgangsanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Kollektoranschluss des jeweiligen vertikalen Bipolartransistors ist; und wobei weder ein Emittergebiet noch ein Basisgebiet des vertikalen Bipolartransistors einen direkten p-n-Übergang zu einer positiven Schiene der High-Side-Domäne aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das erste kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement und das zweite kreuzgekoppelte High-Side-Bauelement jeweils ein vertikaler MOS-Transistor sind; wobei der Steueranschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Gateanschluss des jeweiligen vertikalen MOS-Transistors ist; wobei der Masseanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Sourceanschluss des jeweiligen MOS-Transistors ist; wobei der Ausgangsanschluss des ersten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements und des zweiten kreuzgekoppelten High-Side-Bauelements ein Drainanschluss des jeweiligen vertikalen MOS-Transistors ist; und wobei ein Sourcegebiet des vertikalen MOS-Transistors keinen direkten p-n-Übergang zu einer positiven Schiene der High-Side-Domäne aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, das außerdem ein Ausgeben eines Rückkopplungssignals durch einen Differenzverstärker (108) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei der Differenzverstärker (108) ein erstes kreuzgekoppeltes Low-Side-Bauelement und ein zweites kreuzgekoppeltes Low-Side-Bauelement aufweist, wobei das erste kreuzgekoppelte Low-Side-Bauelement und das zweite kreuzgekoppelte Low-Side-Bauelement jeweils aufweisen: einen Steueranschluss; einen Ausgangsanschluss; und einen Masseanschluss; wobei der Masseanschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements mit dem Steueranschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements und mit dem ersten Low-Side-Widerstand (320A) verbunden ist; und wobei der Masseanschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements mit dem Steueranschluss des zweiten kreuzgekoppelten Low-Side-Bauelements und mit dem zweiten Low-Side-Widerstand (320B) verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei das Steuern des ersten Transistors (102A; 202A) und des zweiten Transistors (102B; 202B) ein Steuern des ersten Transistors (102A; 202A) und des zweiten Transistors (102B; 202B) durch ein Kombinieren des Eingangssignals und des Rückkopplungssignals aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine monolithische integrierte Schaltung den Hochspannungspegelwandler aufweist, wobei die High-Side-Empfängerschaltung (106) von einem Substrat der monolithisch integrierten Schaltung durch eine n-dotierte Wanne isoliert ist, die mit der positiven Schiene der High-Side-Domäne verbunden ist, und wobei weder der Emittergebiet noch der Basisgebiet des vertikalen Bipolartransistors einen direkten p-n-Übergang zu der n-dotierten Wanne aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei eine monolithischer integrierte Schaltung den Hochspannungspegelwandler aufweist, wobei die High-Side-Empfängerschaltung (106) von einem Substrat der monolithisch integrierten Schaltung durch eine n-dotierte Wanne isoliert ist, die mit der positiven Schiene der High-Side-Domäne verbunden ist, und wobei ein Sourcegebiet des vertikalen MOS-Transistors keinen direkten p-n-Übergang zu der n-dotierten Wanne aufweist.