一种适用于开关电源的电平转移电路的制作方法

本发明涉及集成电路，特别涉及一种适用于开关电源的电平转移电路。

背景技术：

1、在开关电源或电机驱动的内部电路设计中，出于面积和驱动能力的考虑，驱动上管和下管一般都是nmos管，故上管的驱动电压轨一般都高于内部逻辑电路电压轨，因此在设计电路时，需要电平转移电路解决内部电源和地电压转换问题。

2、图1是目前常用的电平转移电路示意图，其中，m1、m2为高压nmos管，m3、m4为高压pmos管，m5、m6为低压pmos管，m7、m8构成反相器inv2，m9、m10构成反相器inv3；低压域部分电源由vcc提供，地由gnd表示，高压域部分电源为bst，地为sw。

3、其工作原理为：当低压域输入信号in为低电平gnd时，则反相器inv1输出为低压域的高电平vcc，nmos管m1关闭，nmos管m2导通，节点b被下拉至gnd，由于m3、m4为高压pmos，且栅极电压为高压域地电平sw，故节点d会被pmos管m4箝位在sw+vth，低压pmos管m5的栅极与节点d相连，m5导通，节点c被上拉到bst电平，使低压pmos管m6关断，反相器inv2由mos管m7和m8构成，且输入端与节点d相连，节点d电压为sw+vth，相对于bst电压sw+vth电压为逻辑低，经过反相器inv2和反相器inv3的vout为高压域的逻辑低电平sw。

4、当低压域输入电压in为高电平vcc时，反相器inv1输出为低压域的低电平gnd，nmos管m1导通，nmos管m2关闭，节点a被下拉至gnd，由于m3、m4为高压pmos，且栅极电压为高压域地电平sw，故节点c会被pmos管m3箝位在sw+vth，pmos管m6的栅极与c点连接，由于sw+vth在高压域中被视为低电平，则pmos管m6导通，节点d被上拉到bst，经过反相器inv2和反相器inv3，输出vout为高压域逻辑高电压bst。

5、在上述的转换过程中，由于图1所示的电平转换电路中包含低压域vcc～gnd和高压域bst～sw，在转换过程中nmos管m1和m2的漏端节点a、b的节点电压都可能会超过低压域的电源电压vcc，故需要高压nmos管m1和m2的漏端耐压，高压pmos管m3、m4作用为箝位节点c、d电压，可以将节点c、d电压箝位在sw+vth，若没有高压pmos管m3、m4，则节点c、d电压范围会落在bst和gnd间，可能导致低压pmos管m5、m6以及后续的反相器器件损毁，故在电平转移电路中需要两组高压mos管用于隔离高压，由于高压mos管会占据大量的片内面积，并且形成大的寄生电容，影响在转换时的转换速度，并且图1中的电平转移电路存在转换过程中mos管共通的风险，容易产生大电流损毁电路，降低芯片可靠性，由于节点c、d电压最低只能低至sw+vth，此处的vth为高压mos管vth，故存在反相器inv2的下管低压nmos无法完全关闭的情况，可能会存在反相器下管无法完全关闭导致有漏电流。。

6、目前涉及电平转移电路的另一些现有技术，例如申请号为201521087991.8的《电平转移电路》、申请号为201821721798.9的《基于dmos管的跨电压域的电平转移电路及芯片》、申请号为201920943385.3的《基于dmos管的电平转移电路及芯片》，均未涉及到解决多个高压mos耗费版图面积、同时解决mos管共通风险及避免反相器下管无法完全关闭的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种适用于开关电源的电平转移电路，以解决上述电平转移电路耗费版图面积的问题，避免出现高压mos管共通，避免反相器下管无法完全关闭导致的漏电流，同时提升电平转换速度。

2、为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种适用于开关电源的电平转移电路，包括第十一nmos管、第十二nmos管、第十三nmos管、第十四nmos管、第十五pmos管、第四反相器、第五反相器、第六反相器、电流源、第一电阻、第二电阻；

3、其中：

4、第十一nmos管的栅端接低压域输入引脚及第四反相器输入端、源端接低压域低电平、漏端接第十二nmos管的漏端和第十四nmos管的源端；

5、第四反相器的电源电压为低压域电源电压、地电压为低压域低电平；

6、第十二nmos管的栅端接第十三nmos管栅端、源端接低压域低电平；

7、第十三nmos管的栅端与漏端相接、漏端接电流源、源端接低压域低电平，其中电流源方向为从低压域电源电压至第十三nmos管漏端；

8、所述第十二nmos管与第十三nmos管构成电流镜，电流镜比例为k:1；

9、第十四nmos管的栅端接第四反相器输出端、漏端接第十五pmos管的漏端及栅端、第十四nmos管的漏端还依次通过串联的第二电阻和第一电阻接高压域电源；

10、第十五pmos管的源端接高压域低电平；

11、所述第二电阻和第一电阻之间形成第一节点，

12、第五反相器输入端接第一节点、输出端接第六反相器输入端；

13、第六反相器输出端接输出引脚；

14、所述第五反相器和第六反相器的电源电压均为高压域电源、地电压均为高压域低电平。

15、进一步，所述第十四nmos管为高压nmos管。

16、进一步，所述第五反相器由第十六nmos管、第十七pmos管构成，其具体结构为：

17、第十六nmos管的栅端与第十七pmos管的栅端相接作为第五反相器的输入端、第十六nmos管的漏端与第十七pmos管的漏端相接作为第五反相器的输出端、第十六nmos管的源端接高压域低电平、第十七pmos管的源端接高压域电源。

18、进一步，所述第六反相器由第十八nmos管、第十九pmos管构成，其具体结构为：

19、第十八nmos管的栅端与第十九pmos管的栅端相接作为第六反相器的输入端、第十八nmos管的漏端与第十九pmos管的漏端相接作为第六反相器的输出端、第十八nmos管的源端接高压域低电平、第十九pmos管的源端接高压域电源。

20、进一步，所述低压域输入引脚的输入可为低压域逻辑低电平也即所述低压域低电平或低压域逻辑高电平也即所述低压域电源电压。

21、本发明的有益效果是：

22、本发明只使用了一个高压nmos管，能够解决传统电平转移电路结构耗费版图面积的问题，避免出现高压mos管共通产生大电流烧毁器件的问题，避免反相器下管无法完全关闭导致的漏电流，同时能够提升电平转换速度。

技术特征：

1.一种适用于开关电源的电平转移电路，其特征在于：包括第十一nmos管(m11)、第十二nmos管(m12)、第十三nmos管(m13)、第十四nmos管(m14)、第十五pmos管(m15)、第四反相器(inv4)、第五反相器(inv5)、第六反相器(inv6)、电流源(i1)、第一电阻(r1)、第二电阻(r2)；

2.根据权利要求1所述的一种适用于开关电源的电平转移电路，其特征在于：所述第十四nmos管(m14)为高压nmos管。

3.根据权利要求1所述的一种适用于开关电源的电平转移电路，其特征在于：所述第五反相器(inv5)由第十六nmos管(m16)、第十七pmos管(m17)构成，其具体结构为：

4.根据权利要求1所述的一种适用于开关电源的电平转移电路，其特征在于：所述第六反相器(inv6)由第十八nmos管(m18)、第十九pmos管(m19)构成，其具体结构为：

5.根据权利要求1所述的一种适用于开关电源的电平转移电路，其特征在于：所述低压域输入引脚(in)的输入可为低压域逻辑低电平或低压域逻辑高电平。

技术总结一种适用于开关电源的电平转移电路，涉及集成电路技术领域，其主要结构为：第十一NMOS管栅端接低压域输入引脚及第四反相器输入端、源端接低压域低电平、漏端接第十二NMOS管漏端和第十四NMOS管源端；第十二NMOS管与第十三NMOS管构成电流镜，第十四NMOS管栅端接第四反相器输出端、漏端接第十五PMOS管漏端及栅端、还通过第二电阻和第一电阻接高压域电源；第十五PMOS管源端接高压域低电平；第二电阻和第一电阻之间形成第一节点，第一节点通过第五反相器和第六反相器后接输出引脚。本发明能解决传统电平转移电路耗费版图面积的问题，避免反相器下管无法完全关闭导致的漏电流。技术研发人员：冯浪,李航,王达海,王策,丛伟林,李国,李淋静,刘中伟受保护的技术使用者：成都华微电子科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1