本發(fā)明涉及一種適用于igbt驅(qū)動(dòng)芯片的電平位移結(jié)構(gòu)，具體涉及一種高速低功耗的電平位移電路。

背景技術(shù)：

1、在igbt驅(qū)動(dòng)芯片中，電平位移(level?shift)電路用于實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)模塊在不同電壓域之間的轉(zhuǎn)換，其通過將將低壓域pwm控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成高邊浮動(dòng)電壓域的pwm控制信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓功率管開啟和關(guān)斷的控制。電平位移電路連接了低壓控制電路和高壓驅(qū)動(dòng)輸出電路，為igbt驅(qū)動(dòng)電路中的關(guān)鍵模塊，其速度、功耗等指標(biāo)直接影響芯片的性能和可靠性。傳統(tǒng)電平位移電路的結(jié)構(gòu)難以在速度和功耗之間平衡，只能在其中做取舍，僅可對(duì)其中一個(gè)性能指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化?？梢钥闯?，如何設(shè)計(jì)高性能的電平位移電路就顯得尤為重要。

2、傳統(tǒng)的電平位移電路有兩種實(shí)現(xiàn)方式：一種是柵耦合結(jié)構(gòu)，另一種是電流鏡結(jié)構(gòu)。

3、柵耦合電平位移電路的結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示，電流鏡電平位移電路的結(jié)構(gòu)如圖1(b)所示。兩種結(jié)構(gòu)都利用高壓mos管的vgs鉗位來隔離高、低壓區(qū)域和保護(hù)常壓mos管。兩種結(jié)構(gòu)的工作原理如下：

4、1)柵耦合結(jié)構(gòu)：當(dāng)輸入為vddl時(shí)，左邊支路打開，在高壓pmos源跟隨的作用下pm2開啟，將輸出信號(hào)上拉至vddh，信號(hào)路徑如紅色虛線所示；當(dāng)輸入為gnd時(shí)，右邊支路打開，在高壓pmos源跟隨的作用下將輸出信號(hào)置為vssh，信號(hào)路徑如綠色虛線所示。

5、2)電流鏡結(jié)構(gòu)：當(dāng)輸入為vddl時(shí)，左邊支路導(dǎo)通，根據(jù)電流鏡原理，此時(shí)pm2開啟，將輸出電壓上拉至vddh；當(dāng)輸入為gnd時(shí)，右邊支路打開，在高壓pmos源跟隨的作用下將輸出信號(hào)置為vssh。

6、1.柵耦合結(jié)構(gòu)電平位移電路只在輸入狀態(tài)切換時(shí)存在電流通路，靜態(tài)功耗為零，但該結(jié)構(gòu)同樣存在以下缺點(diǎn)：

7、1)節(jié)點(diǎn)a存在上下拉的電位競(jìng)爭(zhēng)，若vddl過小且vddh過大時(shí)，下拉能力將遠(yuǎn)小于上拉能力，將導(dǎo)致無法正常轉(zhuǎn)換電平；

8、2)柵耦合結(jié)構(gòu)存在正反饋，將導(dǎo)致傳輸延遲時(shí)間過大。

9、2.電流鏡結(jié)構(gòu)的速度較快，但輸入為vddl時(shí)，左邊支路存在較大的恒定電流，所以該結(jié)構(gòu)的功耗較高。同時(shí)也存在上下拉的問題，轉(zhuǎn)換范圍受限。

10、隨著驅(qū)動(dòng)芯片的發(fā)展，對(duì)于橋接浮動(dòng)電壓域和低電壓域的電平位移電路提出了更高的要求，而上述兩種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不能兼顧功耗和速度，無法滿足當(dāng)今驅(qū)動(dòng)芯片的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高速低功耗的電平位移電路，以電流鏡結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化，通過電流鏡交叉和增加脈沖控制電路的方式解決了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不能兼顧功耗和速度的問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種高速低功耗的電平位移電路，包括輸入級(jí)、核心轉(zhuǎn)換電路和輸出級(jí)組成；輸入級(jí)的輸入信號(hào)經(jīng)三級(jí)反相器的整形產(chǎn)生一對(duì)反相信號(hào)，該信號(hào)控制高壓nmos管hv_n1和高壓nmos管hv_n2的開啟和關(guān)斷；核心轉(zhuǎn)換電路由交叉電流鏡和脈沖控制電路組成；脈沖控制電路通過電容充放電產(chǎn)生脈沖信號(hào)控制電流鏡中電流通路的開啟和關(guān)斷，鎖存器將電流鏡的輸出高電平進(jìn)行鎖存，同時(shí)改變電容充放電狀態(tài)。

3、作為優(yōu)選，所述輸入級(jí)，包括低壓域電源vp1、低壓域地vn1、輸入信號(hào)in、第一級(jí)反相器inv1、第二級(jí)反相器inv2第三級(jí)反相器inv3以及高壓nmos管hv_n1、高壓nmos管hv_n2；三級(jí)反相器串聯(lián)形式連接，由低壓域電源vp1和低壓域地vn1供電；第一級(jí)反相器inv1輸入端連接輸入信號(hào)in；第二級(jí)反相器輸出端連接高壓nmos管hv_n1的柵極；第三級(jí)反相器輸出端連接高壓nmos管hv_n2的柵極；高壓nmos管hv_n1和hv_n2的源極連接低壓域地vn1，漏極連接核心轉(zhuǎn)換電路。

4、作為優(yōu)選，所述核心轉(zhuǎn)換電路，包括高壓域電源vp2，高壓域“浮地”vn2，電容c1和電容c2，高壓pmos管hv_p1～hv_p6，常壓pmos管m1～m8；

5、高壓pmos管hv_p5的柵極連接輸出端out，漏極連接高壓nmos管hv_n1漏極，源極連接高壓域電源vp2；高壓pmos管hv_p6的柵極連接反相輸出端out_n，漏極連接hv_n2的漏極，源極連接高壓域電源vp2；

6、高壓pmos管hv_p1的柵極連接高壓域“浮地”vn2，漏極連接高壓nmos管hv_n1漏極，源極連接常壓pmos管m1的漏極；高壓pmos管hv_p4的柵極連接高壓域“浮地”vn2，漏極連接高壓nmos管hv_n2漏極，源極連接常壓pmos管m5的漏極；

7、高壓pmos管hv_p2的柵極連接高壓域“浮地”vn2，漏極連接高壓nmos管hv_n1漏極，源極連接電容c1下級(jí)板；高壓pmos管hv_p3的柵極連接高壓域“浮地”vn2，漏極連接hv_n2漏極，源極連接電容c2下級(jí)板；

8、電容c1下級(jí)板連接高壓pmos管hv_p2的源極，上級(jí)板連接常壓pmos管m1的柵極和常壓pmos管m2的漏極；電容c2下級(jí)板連接高壓pmos管hv_p3的源極，上級(jí)板連接常壓pmos管m5的柵極和常壓pmos管m6的漏極；

9、常壓pmos管m1的柵極連接電容c1的上級(jí)板，漏極連接高壓pmos管hv_p1的源極，源極連接常壓pmos管m3的漏極；常壓pmos管m5的柵極連接電容c2的上級(jí)板，漏極連接高壓pmos管hv_p4的源極，源極連接常壓pmos管m7的漏極；

10、常壓pmos管m2的柵極連接高壓域“浮地”vn2，漏極連接電容c1的上級(jí)板，源極連接常壓pmos管m4的漏極；常壓pmos管m6的柵極連接高壓域“浮地”vn2，漏極連接電容c2的上級(jí)板，源極連接常壓pmos管m8的漏極；

11、常壓pmos管m3和常壓pmos管m4組成電流鏡結(jié)構(gòu)，常壓pmos管m3的柵極和漏極短接并與常壓pmos管m1的源極、常壓pmos管m4的柵極相連接，源極連接高壓域電源vp2；m4的源極連接高壓域電源vp2，漏極連接常壓pmos管m2的源極；

12、常壓pmos管m7和常壓pmos管m8組成電流鏡結(jié)構(gòu)，常壓pmos管m7的柵極和漏極短接并與常壓pmos管m5的源極、常壓pmos管m8的柵極相連接，源極連接高壓域電源vp2；常壓pmos管m4的源極連接高壓域電源vp2，漏極連接常壓pmos管m6的源極。

13、作為優(yōu)選，所述輸出級(jí)，由四個(gè)反相器inv4～inv7、高壓域電源vp2、高壓域“浮地”vn2、輸出端out和反向輸出端out_n組成；反相器inv4～inv7由vp2和vn2供電；inv5和inv6構(gòu)成鎖存器，inv5輸出連接inv6輸入并與inv4的輸入連接，inv5輸入連接inv6輸出并與inv7輸入連接；inv4輸出端連接反向輸出端out_n，inv7的輸出端連接輸出端out。

14、作為優(yōu)選，該電路結(jié)構(gòu)存在兩個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)x和y，這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)連接核心轉(zhuǎn)換電路和輸出級(jí)，同時(shí)兩組電流鏡通過節(jié)點(diǎn)x和節(jié)點(diǎn)y構(gòu)成交叉電流鏡結(jié)構(gòu)。

15、作為優(yōu)選，所述常壓pmos管m4的漏極、常壓pmos管m2的源極、電容c2的下級(jí)板、高壓管hv_p3的源極、反相器inv6的輸入端、反相器inv5的輸出端和反相器inv4的輸入端都與x節(jié)點(diǎn)相連。

16、作為優(yōu)選，所述常壓pmos管m8的漏極、常壓pmos管m6的源極、電容c1的下級(jí)板、高壓管hv_p2的源極、反相器inv6的輸出端、反相器inv5的輸入端和反相器inv7的輸入端都與y節(jié)點(diǎn)相連。

17、本發(fā)明提供一種高速低功耗的電平位移電路，利用電容充放電和威爾遜電流鏡的工作原理，產(chǎn)生脈沖控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)恒定電流支路的開啟和關(guān)斷。本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)：

18、本發(fā)明是在電流鏡結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，保留了電流鏡結(jié)構(gòu)高速的優(yōu)點(diǎn)。通過增加脈沖控制電路，阻斷了恒定的電流通路，解決了電流鏡結(jié)構(gòu)存在靜態(tài)功耗、功耗較大的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了低功耗。當(dāng)電路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，鎖存器會(huì)將電壓進(jìn)行鎖存，并且利用高壓管對(duì)高壓域和低壓域進(jìn)行隔離，不會(huì)存在上下拉的電位競(jìng)爭(zhēng)。