電平移位電路的製作方法

2023-10-08 05:18:19 2

本發明關於電平移位電路。

背景技術：

圖3示出現有的電平移位電路300的電路圖。

現有的電平移位電路300具備：高電平電源端子301、輸出端子302、接地端子303、浮動電源304、低電平電源305、pwm端子306、脈衝發生電路311、電阻316、317、高耐壓nmos電晶體314、315、323、324、由反相器電路318、319及rs觸發電路320構成的邏輯電路310、驅動電路321、322、以及低壓側驅動信號輸入端子307。

參照圖3，對現有的電平移位電路300的連接進行說明。

脈衝發生電路311的輸入與pwm端子306連接。高耐壓nmos電晶體314的柵極與脈衝發生電路311的第1輸出連接，源極與接地端子303連接，漏極與電阻316的一端和反相器電路318的輸入連接。高耐壓nmos電晶體315的柵極與脈衝發生電路311的第2輸出連接，源極與接地端子303連接，漏極與電阻317的一端和反相器電路319的輸入連接。

rs觸發電路320的置位端子s與反相器電路318的輸出連接，復位端子r與反相器電路319的輸出連接，輸出端子q與驅動電路321的輸入連接。

驅動電路321的輸出與高耐壓nmos電晶體323的柵極連接。高耐壓nmos電晶體323的源極與輸出端子302連接，漏極與高電平電源端子301連接。

浮動電源304的一端與電阻316的另一端和電阻317的另一端和驅動電路321的電源輸入連接，另一端與輸出端子302和驅動電路321的低電平電源輸入連接。驅動電路322的輸入與低壓側驅動信號輸入端子307連接，電源輸入與低電平電源305的一端連接，低電平電源輸入與接地端子303連接。高耐壓nmos電晶體324的柵極與驅動電路322的輸出連接，源極與接地端子303連接，漏極與輸出端子302連接。低電平電源305的另一端與接地端子303連接。

對現有的電平移位電路300的動作進行說明。

首先，對在pwm信號發生上升沿的情況下的動作進行描述。在此，pwm信號為具有與低電平電源305的電壓相等的振幅的信號。

脈衝發生電路311以所輸入的pwm信號的上升沿的定時向第1輸出信號s1輸出衝息觸發（one-shot）脈衝，向高耐壓nmos電晶體314的柵極輸入。高耐壓nmos電晶體314將信號s1的衝息觸發脈衝轉換為電流，通過向電阻316供給該電流而在電阻316的一端發生電壓hv1。

反相器電路318向rs觸發電路320的置位端子s供給電壓hv1的反相信號s2。rs觸發電路320通過該動作來置位，作為輸出信號q0從輸出端子q輸出high電平。此外，邏輯電路310如圖示那樣因浮動電源304進行動作。

驅動電路321對所輸入的high電平的信號q0進行緩衝，以輸出信號drv驅動高耐壓nmos電晶體323。由此，高耐壓nmos電晶體323導通，輸出端子302的輸出電壓out上升。在低壓側驅動信號輸入端子307被輸入高耐壓nmos電晶體323和324交替地導通截止那樣的信號，在信號q0為high電平的主狀態下，被輸入low電平。即，高耐壓nmos電晶體324截止。

接著，對於繼上述動作而在pwm信號發生下降沿的情況下的動作進行描述。

脈衝發生電路311以所輸入的pwm信號的下降沿的定時作為第2輸出信號r1輸出衝息觸發脈衝，向高耐壓nmos電晶體315的柵極輸入。高耐壓nmos電晶體315將信號r1的衝息觸發脈衝轉換為電流，通過向電阻317供給該電流，在電阻317的一端發生電壓hv2。

反相器電路319向rs觸發電路320的復位端子r輸出電壓hv2的反相信號r2。rs觸發電路320通過該動作而復位，作為輸出信號q0從輸出端子q輸出low電平。

驅動電路321對所輸入的low電平進行緩衝而使高耐壓nmos電晶體323截止。在高耐壓nmos電晶體323截止後，低壓側驅動信號輸入端子307被輸入high電平。即，高耐壓nmos電晶體324在高耐壓nmos電晶體323截止後導通。通過這樣的動作，輸出端子302的電壓out下降。

這樣，具有與低電平電源305的電壓相等的振幅的pwm信號，被轉換（電平移位）為具有與浮動電源304的電壓相等的振幅的信號，作為輸出信號q0從邏輯電路310的輸出端子q輸出。

利用這樣的輸出信號q0，驅動高耐壓nmos電晶體323，從而得到具有高電平電源端子301與接地端子303之間的振幅的輸出電壓out。

這樣的與電平移位電路300同樣的結構的電平移位電路，例如，示於專利文獻1。

【現有技術文獻】

【專利文獻】

【專利文獻1】日本特開2011－109843號公報。

技術實現要素：

【發明要解決的課題】

然而，現有的電平移位電路中，電壓out的電壓變動經由浮動電源304、電阻316、高耐壓nmos電晶體314的柵極－漏極間電容傳播到脈衝發生電路311，有可能對脈衝發生電路311施加超過耐壓的電壓，破壞脈衝發生電路311。另外，電壓out的電壓變動即便在浮動電源304、電阻317、高耐壓nmos電晶體315的柵極－漏極間電容的路徑中也同樣傳播。利用圖4的時序圖進行具體的說明。

圖4是用於說明現有的電平移位電路300中產生的問題的圖，示出與現有的電平移位電路300的各節點的電壓對應的電壓波形。

如圖4所示，若pwm信號在時刻t0從low電平成為high電平，則輸出電壓out從時刻t0到時刻t1上升。可知在該輸出電壓out上升的期間t，輸出電壓out的上升如上述那樣傳播，在脈衝發生電路311的第1及第2輸出信號s1及r1分別發生毛刺狀的噪聲n，電壓會變動。特別是，在輸出信號s1的衝息觸發脈衝加入噪聲n，從而會變得比衝息觸發脈衝的最高電壓還高的電壓在脈衝發生電路311中傳播，有破壞脈衝發生電路311的擔憂。

本發明為解決如上那樣的課題而構思，提供能夠避免電平移位動作造成的耐壓破壞的電平移位電路。

【用於解決課題的方案】

本發明的電平移位電路，其特徵在於具備：輸入端子，被供給在基準電壓與第1電壓之間變動的輸入信號；輸出端子，輸出與所述輸入信號對應的輸出電壓；浮動電源，一端與所述輸出端子連接；固定電源，一端與所述基準電壓連接，在另一端生成第2電壓；第1及第2電阻，一端與所述浮動電源的另一端連接；第1及第2nmos電晶體，漏極分別與所述第1及第2電阻的各自另一端連接；第3及第4電阻，一端分別與所述第1及第2nmos電晶體的各自源極連接；第3及第4nmos電晶體，漏極分別與所述第3及第4電阻的各自另一端連接，源極與所述基準電壓連接；脈衝發生電路，基於所述輸入信號輸出控制所述第3及第4nmos電晶體的導通/截止的第1及第2脈衝信號；以及邏輯電路，因所述浮動電源進行動作，接受在所述第1及第2電阻的各自另一端生成的第1及第2信號，將所述輸入信號轉換為在所述浮動電源的一端的電壓與另一端的電壓之間變動的信號並加以輸出，所述第1及第2nmos電晶體的柵極與所述第2電壓連接，以在所述第3及第4nmos電晶體分別導通時，使所述第3及第4nmos電晶體的漏極電壓不超過該第3及第4nmos電晶體的耐壓的方式進行動作。

【發明效果】

依據本發明的電平移位電路，當輸出電壓上升時，即便其變動經由浮動電源及第1及第2電阻傳播，該變動也經由第1及第2nmos電晶體的柵極－漏極間電容而旁通到固定電源。因此，防止輸出電壓的變動向脈衝發生電路傳播，能夠避免脈衝發生電路的耐壓破壞。

附圖說明

【圖1】是示出本發明的第1實施方式的電平移位電路的電路圖。

【圖2】是示出本發明的第2實施方式的電平移位電路的電路圖。

【圖3】是現有的電平移位電路的電路圖。

【圖4】是用於說明現有的電平移位電路中產生的問題點的圖。

具體實施方式

圖1是本發明的第1實施方式的電平移位電路100的電路圖。

如圖1所示，本實施方式的電平移位電路100具備：高電平電源端子101、輸出端子102、接地端子103、浮動電源104、低電平電源105、pwm端子106、脈衝發生電路111、電阻128、129、116、117、高耐壓nmos電晶體130、131、123、124、由反相器電路118、119及rs觸發電路120構成的邏輯電路110、驅動電路121、122、低壓側驅動信號輸入端子107、以及低耐壓nmos電晶體126、127。

脈衝發生電路111的輸入與pwm端子106連接。低耐壓nmos電晶體126的柵極與脈衝發生電路111的第1輸出連接，源極與接地端子103連接，漏極與電阻128的一端連接。低耐壓nmos電晶體127的柵極與脈衝發生電路111的第2輸出連接，源極與接地端子103連接，漏極與電阻129的一端連接。

高耐壓nmos電晶體130的柵極與低電平電源105的一端連接，源極與電阻128的另一端連接，漏極與電阻116的一端和反相器電路118的輸入連接。高耐壓nmos電晶體131的柵極與低電平電源105的一端連接，源極與電阻129的另一端連接，漏極與電阻117的一端和反相器電路119的輸入連接。

rs觸發電路120的置位端子s與反相器電路118的輸出連接，復位端子r與反相器電路119的輸出連接，輸出端子q與驅動電路121的輸入連接。驅動電路121的輸出與高耐壓nmos電晶體123的柵極連接。高耐壓nmos電晶體123的源極與輸出端子102連接，漏極與高電平電源端子101連接。

浮動電源104的一端與電阻116的另一端和電阻117的另一端連接，另一端與輸出端子102連接。驅動電路122的輸入與低壓側驅動信號輸入端子107連接。高耐壓nmos電晶體124的柵極與驅動電路122的輸出連接，源極與接地端子103連接，漏極與輸出端子102連接。低電平電源105的另一端與接地端子103連接。

邏輯電路110及驅動電路121的電源輸入與浮動電源104的一端連接，低電平電源輸入與浮動電源104的另一端連接。即，邏輯電路110及驅動電路121因浮動電源104進行動作。另一方面，驅動電路122的電源輸入與低電平電源105的一端連接，低電平電源輸入與接地端子103連接。即，驅動電路122因低電平電源105進行動作。

此外，在本實施方式中，向pwm端子106輸入的pwm信號，是具有與低電平電源105的電壓相等的振幅的信號。

以下，對本實施方式的電平移位電路100的動作進行詳述。

首先，對在pwm信號發生上升沿的情況下的動作進行描述。

脈衝發生電路111以所輸入的pwm信號的上升沿的定時向第1輸出信號s1輸出衝息觸發脈衝，向低耐壓nmos電晶體126的柵極輸入。由此，低耐壓nmos電晶體126導通而使漏極電壓降低到0v，進而，利用與低耐壓nmos電晶體126的漏極串聯連接的電阻128和高耐壓nmos電晶體130而將信號s1的衝息觸發脈衝轉換為電流，向電阻116供給該電流，從而在電阻116的一端發生電壓hv1。此時，高耐壓nmos電晶體130以將源極電壓鉗位到比低電平電源105的電壓還低高耐壓nmos電晶體130的閾值的量的方式進行動作。通過該鉗位動作，防止低耐壓nmos電晶體126的漏極電壓超過該低耐壓nmos電晶體126的耐壓。

反相器電路118向rs觸發電路120的置位端子s供給電壓hv1的反相信號s2。rs觸發電路120通過該動作而置位，作為輸出信號q0從輸出端子q輸出high電平。

驅動電路121對所輸入的high電平的信號q0進行緩衝，以輸出信號drv驅動高耐壓nmos電晶體123。由此，高耐壓nmos電晶體123導通，輸出端子102的輸出電壓out上升。低壓側驅動信號輸入端子107被輸入高耐壓nmos電晶體123和124交替地導通截止那樣的信號，在信號q0為high電平的主狀態下，被輸入low電平。即，高耐壓nmos電晶體124截止。

接著，對於繼上述動作而在pwm信號發生下降沿的情況下的動作進行描述。

脈衝發生電路111以所輸入的pwm信號的下降沿的定時向第2輸出信號r1輸出衝息觸發脈衝，向低耐壓nmos電晶體127的柵極輸入。由此，低耐壓nmos電晶體127導通而使漏極電壓降低到0v，進而利用與低耐壓nmos電晶體127的漏極串聯連接的電阻129和高耐壓nmos電晶體131，將信號r1的衝息觸發脈衝轉換為電流，向電阻117供給該電流，從而在電阻117的一端發生電壓hv2。此時，高耐壓nmos電晶體131以使源極電壓鉗位到比低電平電源105的電壓還低高耐壓nmos電晶體131的閾值的量的方式進行動作。通過該鉗位動作，防止低耐壓nmos電晶體127的漏極電壓超過該低耐壓nmos電晶體127的耐壓。

反相器電路119向rs觸發電路120的復位端子r供給電壓hv2的反相信號r2。rs觸發電路120通過該動作而復位，作為輸出信號q0從輸出端子q輸出low電平。

驅動電路121對所輸入的low電平的信號q0進行緩衝，使高耐壓nmos電晶體123截止。另一方面，在高耐壓nmos電晶體123截止後，低壓側驅動信號輸入端子107被輸入high電平。即，高耐壓nmos電晶體124在高耐壓nmos電晶體123截止後導通。通過這樣的動作，輸出端子102的電壓out下降。

這樣，具有與低電平電源105的電壓相等的振幅的pwm信號、即在接地電壓（也稱為「基準電壓」）與低電平電源105的一端的電壓之間變動的信號，被轉換（電平移位）為具有與浮動電源104的電壓相等的振幅的信號、即在浮動電源104的一端的電壓與另一端的電壓之間變動的信號，作為輸出信號q0從邏輯電路110的輸出端子q輸出。

利用這樣的輸出信號q0，驅動高耐壓nmos電晶體123，從而得到具有高電平電源端子101與接地端子103之間的振幅的輸出電壓out。

如以上那樣，本實施方式的電平移位電路100設為將高耐壓nmos電晶體130、131的柵極連接到低電平電源105的結構，因此傳播到高耐壓nmos電晶體130、131的漏極的輸出電壓out的電壓變動，經由各自的柵極－漏極間電容而旁通到低電平電源105。因而，抑制了在現有的電平移位電路300中發生的在輸出電壓out上升的期間在脈衝發生電路的第1及第2輸出信號s1及r1產生的電壓變動，能夠防止脈衝發生電路111的耐壓破壞。

圖2是示出本發明的第2實施方式的電平移位電路200的電路圖。

圖2的電平移位電路200成為具備與圖1的電平移位電路100中的電阻128、129各自並聯連接的電容201、202的結構。關於其他的結構，與圖1所示的電平移位電路100同樣，因此對於相同結構要素標註相同標號，省略重複的說明。

在低耐壓nmos電晶體126切換到導通時，電容201能夠發生比電阻128還大的電流，能夠使電阻116的一端的節點的電荷高速放電。另外，電容202也對電阻117的一端的節點帶來同樣的效果。

因而，依據本實施方式，不僅得到與在上述第1實施方式中得到的效果同樣的效果，而且通過具備電容201、202，能夠使電平移位動作高速化。

以上，對本發明的實施方式進行了說明，但是本發明並不局限於上述實施方式，在不脫離本發明的主旨的範圍內能夠進行各種各樣的變更這一點無需贅述。

例如，在上述實施方式中，示出了向pwm端子106輸入的pwm信號為具有與低電平電源105的電壓相等的振幅的信號的例子，但是即便為具有不同振幅的信號也無妨。

標號說明

100、200電平移位電路；101高電平電源端子；102輸出端子；103接地端子；104浮動電源；105低電平電源；106pwm端子；107低壓側驅動信號輸入端子；110邏輯電路；111脈衝發生電路；116、117、128、129電阻；114、115、123、124、130、131高耐壓nmos電晶體；118、119反相器電路；120rs觸發電路；121、122驅動電路；126、127低耐壓nmos電晶體；201、202電容。