一種採用二極體架構的低壓電平轉高壓電平電路的製作方法

2023-09-23 07:21:30 1

專利名稱：一種採用二極體架構的低壓電平轉高壓電平電路的製作方法
技術領域：
本發明屬於集成電路晶片技術，具體涉及一種採用二極體架構的低壓電平轉高壓電平電路。
背景技術：
高壓供電的集成電路，其內部電路可分為高壓電路模塊和低壓電路模塊。高壓電路模塊的供電直接由外接電源提供，低壓電路模塊的供電由內部低壓電源提供，高壓模塊和低壓模塊之間的控制信號的處理是每個高壓集成電路都必須解決的問題。高壓模塊輸出的信號絕對電壓高，一般不能直接給低壓模塊使用，反之也是如此，不然就會損壞內部器件。解決這方面的問題現行的方法一般是使器件的輸入端可以接受高壓信號，這種方法電路控制起來比較簡單，可以用普通的電平轉換電路來實現。但這種方案是以增加晶片工藝成本為代價，在集成電路生產工藝中，需要額外增加一次光刻，因此這種方案雖然電路簡單卻增加了產品的成本。且隨著電源電壓的提高，輸入端需耐受的高電壓越來越高，工藝難度越來越大。鑑於現行的產品的成本的考慮以及晶片工作電壓越來越高，需要一種新的架構來解決低壓電平轉高壓電平的問題。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種穩定可靠的低壓電平轉高壓電平轉換電路，該電路可以適用於任何一種高壓供電的集成電路，電路相對簡單，工作穩定可靠，對器件的耐壓要求不高。本發明的技術方案包括二極體、高壓NMOS管、電流鏡與鎖存器。二極體包括第一二極體Dl和第二二極體D2，它們的的正端接第二高壓電位VSW，負端接高壓NMOS管的輸入端和電流鏡的輸出端；高壓NMOS管包括第一高壓NMOS管m和第二高壓NMOS管N2，第一高壓NMOS管的柵端接第一控制信號SET，第二高壓NMOS管的柵端接第二控制信號CLR， 兩個高壓NMOS管的源端接地電位VGND，兩個高壓NMOS管的漏端作為輸入端，接第一二極體Dl和第二二極體D2的負端和電流鏡的輸出端；電流鏡由第一 PMOS管Pl和第二 PMOS管 P2組成，第一 PMOS管Pl和第二 PMOS管P2的源端接第一高壓電位HVDD，兩者的柵連接在一起接到第一 PMOS管Pl的漏端，兩者的漏端作為電流鏡的輸出端；鎖存器由第一反相器 Il和第二反相器12組成，這兩個反相器的電源端接第一高壓電位HVDD，地端接第二高壓電位VSW，且第一高壓電位HVDD的電壓大於第二高壓電位VSW，第一反相器Il的輸出作為第二反相器12的輸入，同時第二反相器12的輸出作為第一反相器Il的輸入，第一反相器Il 的輸入同時接到第二二極體D2的負端和第二 PMOS管P2的漏端，鎖存器的輸出端OUT為第一反相器Il的輸出端。作為上述方案的改進，所述第一二極體Dl和第二二極體D2可以是正嚮導通電壓為0. 7V左右的普通二極體或者是正嚮導通電壓為0. 3V左右的肖特基二極體。
本發明採用二極體架構的低壓電平轉高壓電平電路，不需要特殊的器件，直接採用高壓工藝中常用器件來實現低壓電平信號轉化為高壓電平信號的目的。電路結構比較簡單，控制起來穩定可靠。具體而言，本發明具有以下技術優勢本發明電路對於低電平信號轉換為高電平信號的處理，不需要傳統結構上的輸入端需耐高壓的工藝器件，採用高壓工藝中最常用的器件來實現相同的功能，因此能減少工藝製造成本；同時，本發明採用了鎖存器來鎖存低壓電平轉換過來的高壓電平信號。低壓電平信號只需要一個很短時間的脈衝信號就可以鎖存住此低壓電平信號，由此可以很好的控制好電路功耗。


現結合附圖與具體實施方式
對本發明的技術方案做進一步的說明 圖1為本發明一種採用二極體架構的低壓電平轉高壓電平電路。圖2為本發明二極體的結構示意圖。圖3為本發明高壓NMOS管的結構示意圖。圖4為本發明電流鏡的結構示意圖。圖5為本發明鎖存器的結構示意圖。圖6為本發明電路輸入輸出波形示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示本發明採用二極體架構的低壓電平轉高壓電平電路，該包括二極體(1)，高壓NMOS管(2)，電流鏡(3)，鎖存器(4)。連接關係為二極體(1)中的第一二極體Dl和第二二極體D2的正端接第二高壓電位VSW，第一二極體Dl的負端接高壓NMOS管(2)中的第一高壓NMOS管附的漏端和電流鏡(3)中的第一 PMOS管Pl的漏端和柵端；第二二極體D2 的負端接高壓NMOS管(2)中的第二高壓NMOS管N2的漏端和電流鏡(3)中的第二 PMOS管 P2的漏端，同時接到鎖存器(4)中的第一反相器Il的輸入端；高壓NMOS管(2)中的第一高壓NMOS管m的柵端接第一控制信號SET，源端接地電位VGND ；第二高壓NMOS管N2的柵端接第二控制信號CLR，源端接地電位VGND ；電流鏡(3)中的第一 PMOS管Pl的源端接第一高壓電位HVDD，柵端和漏端接一起，接到第一二極體Dl的負端和第一高壓NMOS管m的漏端；第二 PMOS管P2的源端接第一高壓電位HVDD，漏端接第二二極體D2的負端和第二高壓 NMOS管N2的漏端，同時接到鎖存器(4)中的第一反相器Il的輸入端，其柵端接第一 PMOS 管Pl的柵端和漏端；鎖存器(4)的輸入是其中的第一反相器Il的輸入端。輸出OUT是第一反相器Il的輸出端。如圖2是本發明二極體(1)的結構示意圖，由第一二極體Dl和第二二極體D2組成，第一二極體Dl和第二二極體D2可以由正嚮導通電壓為0. 7V左右的普通二極體或者正嚮導通電壓為0. 3V左右的肖特基二極體組成。這兩個二極體的正端接第二高壓電位VSW， 負端的電路接法在圖1的描述中已經說明。如圖3是本發明高壓NMOS管⑵的結構示意圖，由第一高壓NMOS管附和第二高壓NMOS管N2組成，這兩個高壓NMOS管的柵端分別接第一控制信號SET和第二控制信號
4CLR，源端都接地電位VGND.漏端所接電路描述如圖1中描述所示。第一高壓NMOS管m和第二高壓NMOS管N2的漏端和源端的電壓差VDS可以是高壓電位，所以當第二高壓電位VSW 的電位相對於地電位VGND為高壓差時，基本所有的壓降可以降在這兩個高壓NMOS管上而不會損壞器件，由於這兩個高壓NMOS管的柵端電位和源端電位電壓差VGS不能承受高壓， 即普通的低電壓信號，一般來說最高是5V左右。所以第一控制信號SET和第二控制信號 CLR —般都是最高為5V以下的低壓信號，通過本發明的電路轉換後成為相對於地電位VGND 為高電壓的高壓信號。圖4為本發明中的電流鏡(3)電路，由第一 PMOS管Pl和第二 PMOS管P2組成， 兩個PMOS管的源端接到第一高壓電壓HVDD，第一 PMOS管Pl的柵端和漏端接在一起，第二 PMOS管P2的柵端接第一 PMOS管Pl的柵端，根據PMOS管飽和區電流公式I=K (VGS-VTH)2 ，如果PMOS管柵端和源端的電壓差VGS —致，則流過這兩個PMOS管的電流一致，這是本電流鏡(4)的工作原理。第一 PMOS管Pl和第二 PMOS管P2的漏端電路接法見圖1描述。圖5為本發明中的鎖存器(4)電路，鎖存器⑷由第一反相器Il和第二反相器12 組成，這兩個反相器的電源為第一高壓電壓HVDD，地接第二高壓電壓VSW，且第一高壓電壓 HVDD比第二高壓電壓VSW電壓高，兩者的電壓差可以保證鎖存器(4)電路能夠正常工作。 第一反相器Il的輸出端接第二反相器12的輸入端，第二反相器12的輸出端接第一反相器 Il的輸入端，用此結構構成鎖存器(4)。圖6為本發明電路的輸入輸出波形示意圖，本電路的控制信號為第一控制信號 SET和第二控制信號CLR，如果第一控制信號SET出現高電平脈衝，則鎖存器(4)輸出OUT為低電平，且此低電平在第一控制信號SET變為低電平後一直維持為低電平，只有當第二控制信號CLR出現高電平脈衝時，鎖存器(4)輸出OUR才變為高電平，且當第二控制信號CLR 變為低電平後鎖存器(4)輸出OUT維持輸出高電平，只有當第一控制信號SET出現高電平脈衝時，鎖存器(4)輸出OUT才變為低電平。所以鎖存器(4)的輸出OUT受控於第一控制信號SET和第二控制信號CLR。
權利要求
1.一種採用二極體架構的低壓電平轉高壓電平電路，包括二極體(1)、高壓NMOS管 (2 )、電流鏡(3 )與鎖存器(4 )，其特徵是所述二極體(1)包括第一二極體Dl和第二二極體D2，它們的的正端接第二高壓電位 VSW，負端接高壓NMOS管(2)的輸入端和電流鏡(3)的輸出端；所述高壓NMOS管(2)包括第一高壓NMOS管附和第二高壓NMOS管N2，第一高壓NMOS 管的柵端接第一控制信號SET，第二高壓NMOS管的柵端接第二控制信號CLR，兩個高壓NMOS 管的源端接地電位VGND，兩個高壓NMOS管的漏端作為輸入端，接第一二極體Dl和第二二極體D2的負端和電流鏡(3)的輸出端；所述電流鏡(3)由第一 PMOS管Pl和第二 PMOS管P2組成，第一 PMOS管Pl和第二 PMOS管P2的源端接第一高壓電位HVDD，兩者的柵連接在一起接到第一 PMOS管Pl的漏端， 兩者的漏端作為電流鏡(3)的輸出端；所述鎖存器(4)由第一反相器Il和第二反相器12組成，這兩個反相器的電源端接第一高壓電位HVDD，地端接第二高壓電位VSW，且第一高壓電位HVDD的電壓大於第二高壓電位 VSW，第一反相器Il的輸出作為第二反相器12的輸入，同時第二反相器12的輸出作為第一反相器Il的輸入，第一反相器Il的輸入同時接到第二二極體D2的負端和第二 PMOS管P2 的漏端，鎖存器(4)的輸出端OUT為第一反相器Il的輸出端。
2.根據權利要求1所述的採用二極體架構的低壓電平轉高壓電平電路，其特徵在於所述第一二極體Dl和第二二極體D2可以是正嚮導通電壓為0. 7V左右的普通二極體或者是正嚮導通電壓為0. 3V左右的肖特基二極體。
全文摘要
本發明公開了一種採用二極體架構的低壓電平轉高壓電平電路，包括二極體、高壓NMOS管、電流鏡與鎖存器。其中二極體包括第一二極體D1和第二二極體D2，高壓NMOS管包括第一高壓NMOS管N1和第二高壓NMOS管N2，電流鏡由第一PMOS管P1和第二PMOS管P2組成，鎖存器由第一反相器I1和第二反相器I2組成，這兩個反相器的電源端接第一高壓電位HVDD，地端接第二高壓電位VSW，第一反相器I1的輸出作為第二反相器I2的輸入，同時第二反相器I2的輸出作為第一反相器I1的輸入，第一反相器I1的輸入同時接到第二二極體D2的負端和第二PMOS管P2的漏端，鎖存器(4)的輸出端OUT為第一反相器I1的輸出端。與現有技術相比本發明具有電路結構簡單、控制穩定可靠等優點。
文檔編號H03K19/0185GK102468841SQ20101054692
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月17日 優先權日2010年11月17日
發明者周飆, 張立新, 張韜, 易揚波, 李海松, 胡旅順, 鄒宇彤, 陳健 申請人:無錫芯朋微電子有限公司