高电压比较器制造技术

本公开提供了高电压比较器。一种电子设备包括功率开关，该功率开关具有被耦合到第一节点的控制端子、被耦合到第二节点的第一传导端子以及被耦合到第三节点的第二传导端子。监控电路具有被耦合到第一节点的第一输入和被耦合到第二节点的第二输入，监控电路根据在其第一输入和第二输入处所接收到的第一电压和第二电压来生成指示功率开关上的栅极氧化物应力的监控信号。当监控信号指示功率开关上的栅极氧化物应力时，保护电路驱动以保护功率开关免受栅极氧化物应力。监控信号是基于以下电流的比较而生成的：基于第一节点和第二节点处的电压而生成的电流、以及基于可编程参考电压而生成的电流。

High Voltage Comparator

The present disclosure provides a high voltage comparator. An electronic device includes a power switch having a control terminal coupled to the first node, a first conduction terminal coupled to the second node and a second conduction terminal coupled to the third node. The monitoring circuit has a first input coupled to the first node and a second input coupled to the second node. The monitoring circuit generates a monitoring signal indicating the gate oxide stress on the power switch based on the first and second voltages received at the first and second inputs. When the monitoring signal indicates the gate oxide stress on the power switch, the protection circuit drives to protect the power switch from the gate oxide stress. The monitoring signal is generated based on the comparison of currents: currents generated based on the voltages at the first and second nodes, and currents generated based on programmable reference voltages.

【技术实现步骤摘要】
高电压比较器
本公开涉及用于高电压环境中的功率开关的栅极监控电路，其中栅极监控电路能够检测功率开关的栅极氧化物上的应力。
技术介绍
在高电压功率MOS晶体管或按比例缩小的MOS晶体管中，栅极氧化物的击穿和栅极氧化物可靠性成为一个问题。氧化物中较高的电场增加了载流子从沟道到栅极氧化物的隧穿的发生率。这些载流子慢慢地降级了栅极氧化物的质量，随着时间的推移导致了栅极氧化物的失效。这种效应被称为依赖于时间的破坏性击穿。已经开发了在某些环境中用于晶体管的栅极氧化物的保护电路领域的开发。然而，高电压应用中的功率MOS晶体管的栅极氧化物的保护电路仍然需要开发。
技术实现思路
本文公开了一种电子设备，该电子设备包括功率开关，该功率开关具有被耦合到第一节点的控制端子，被耦合到第二节点的第一传导端子以及被耦合到第三节点的第二传导端子。该电子设备包括监控电路，该监控电路具有被耦合到第一节点的第一输入和被耦合到第二节点的第二输入，监控电路被配置为根据在其第一输入和第二输入分别接收到的第一电压和第二电压来生成指示功率开关上的栅极氧化物应力的监控信号。该监控电路包括：第一电压-电流转换器，根据第一输入电压生成第一电流；第二电压-电流转换器，根据第二输入电压生成第二电流；第三电压-电流转换器，根据参考电压生成参考电流；以及电流求和节点。电流求和节点被耦合以接收第一电流、第二电流和参考电流，使得第一电流被提供到电流求和节点，第二电流从电流求和节点被灌入，并且参考电流从电流求和节点被灌入。缓冲器具有被耦合到电流求和节点的输入。当监控信号指示功率开关上的栅极氧化物应力时，保护电路被配置为驱动以保护功率开关免受栅极氧化物应力。参考电压是可编程的。第一电压-电流转换器包括第一放大器，该第一放大器具有被耦合到第一电压的非反相端子、被耦合到第一反馈节点的反相端子以及输出。第一电压-电流转换器还包括第一晶体管，该第一晶体管具有被耦合到电流镜输入的第一传导端子、被耦合到第一反馈节点的第二传导端子以及被耦合到第一放大器的输出的控制端子。第一电流从电流镜输入被汲取。第一电阻分压器被耦合在第一输入电压与接地之间并且在其中心抽头处产生第一电压。第一电阻器被耦合在第一晶体管的第二传导端子与接地之间。电流镜具有电流镜输入、被耦合到电流求和节点的电流镜输出，并且被配置为将第一电流镜像到电流求和节点。第二电压-电流转换器包括第二放大器，该第二放大器具有被耦合到第二电压的非反相端子、被耦合到第二反馈节点的反相端子以及输出。第二电压-电流转换器还包括第二晶体管，该第二晶体管具有被耦合到电流求和节点的第一传导端子、被耦合到第二反馈节点的第二传导端子以及被耦合到第二放大器的输出的控制端子。第二电流从电流求和节点被汲取。第二电阻分压器被耦合在第二输入电压与接地之间并且在其中心抽头处产生第二电压。第二电阻器被耦合在第二晶体管的第二传导端子与接地之间。第三电压-电流转换器包括第三放大器，第三放大器具有被耦合到第三电压的非反相端子、被耦合到第三反馈节点的反相端子以及输出。第三晶体管具有被耦合到电流求和节点的第一传导端子、被耦合到第三反馈节点的第二传导端子以及被耦合到第三放大器的输出的控制端子。第三电流从电流求和节点被汲取。第三电阻分压器被耦合在第三电压与接地之间并且在其中心抽头处产生第三电压。第三电阻器被耦合在第三晶体管的第二传导端子与接地之间。在一些实施例中，该设备包括第二电流求和节点，其中第一电流镜被配置为将第一电流镜像到第二电流求和节点，第二电流镜被配置为将第二电流镜像到第二电流求和节点，以及第三电流镜被配置为将参考电流镜像到第二电流求和节点。第二电流求和节点接收第一电流、第二电流和参考电流，使得第二电流被提供到第二电流求和节点，第一电流从第二电流求和节点被灌入，以及参考电流从第二电流求和节点被灌入。第二缓冲器具有被耦合到第二电流求和节点的输入。OR门被耦合以接收来自第一缓冲器和第二缓冲器的输出作为输入。缓冲器被配置为在第一电流大于第二电流和参考电流之和时输出参考电压(参考电压可以是电源电压Vdd)。缓冲器被配置为在第一电流小于第二电流和参考电流之和时输出接地电压。第二缓冲器被配置为在第二电流大于第一电流和参考电流之和时输出参考电压。第二缓冲器被配置为在第二电流小于第一电流和参考电流之和时输出接地电压。附图说明图1是根据本公开的包括监控电路的电子设备的框图。图2是图1的监控电路的第一实施例的示意性框图。图3是图1的监控电路的第一实施例的更详细版本的示意性框图。图4是图1的监控电路的第二实施例的示意性框图。图5是图1的监控电路的第二实施例的更详细版本的示意性框图。图6是示出了第一实施例的输入和输出电压的曲线图。图7是示出了第二实施例的输入和输出电压的曲线图。具体实施方式下文将描述本公开的一个或多个实施例。这些描述的实施例仅是当前所公开的技术的示例。另外，为了提供简洁的描述，实际实现的所有特征可能不被描述在说明书中。在介绍本公开的各种实施例的元件时，词语“一”、“一个”和“该”旨在意指存在一个或多个元件。术语“包括”、“包括……的”和“具有”旨在是包括性的并且意指除了所列出的元件之外可以存在附加的元件。附加地，应理解的是，对本公开的“一个实施例”或“实施例”的引用不旨在被解释为排除也包含所记述特征的附加实施例的存在。在附图中相同的附图标记始终指代相同的元件。开始参考图1，现在描述了电子设备50。电子设备50包括集成电路52，诸如专用集成电路(ASIC)。功率开关p沟道晶体管PS具有被耦合到ASIC52的第一节点或焊盘N1的源极、被耦合到ASIC52的第二节点或焊盘N2的栅极以及被耦合到ASIC52的输出节点NO的漏极。第一电压V1在节点N1处，第二电压V2在节点N2处以及输出电压Vo在节点NO处。ASIC52包括监控电路54，该监控电路54接收电压V1和V2作为输入，并且确定功率开关p沟道晶体管PS两端的栅极-源极电压是否使得栅极氧化物可能被损坏。基于这样的确定，ASIC52内的保护电路56然后用于改变功率开关p沟道晶体管PS两端的栅极-源极电压，以便防止损坏栅极氧化物。另外参考图2，给出监控电路54的第一实施例的细节。监控电路54接收电压V1作为节点N1处的第一输入电压。分压器70被耦合在节点N1与接地之间。第一放大器60具有在中心抽头N3处被耦合到分压器70的非反相端子和被耦合到节点N10的反相端子。电阻器R1被耦合在节点N10与接地之间。n沟道晶体管MN1的栅极被耦合为由放大器60的输出偏置，其源极被耦合到节点N10，其漏极被耦合到由p沟道晶体管MP1-MP2形成的电流镜。该布置形成电流-电压转换器，生成作为具有与节点N3处的电压成比例(并因此与电压V1成比例)的大小的电流I1。监控电路54在节点N2处接收电压V2作为第二输入电压。分压器72被耦合在节点N2与接地之间。第二放大器62具有在中心抽头N4处被耦合到分压器72的非反相端子、以及被耦合到节点N11的反相端子。电阻器R2被耦合在节点N11与接地之间。n沟道晶体管MN2的栅极被耦合为由放大器62的输出偏置，其源极被耦合到节点N11，以及其漏极被耦合到节点A。这种布置形成电流-电压转换器，生成作为具有与节点N本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子设备，包括：功率开关，具有被耦合到第一节点的控制端子、被耦合到第二节点的第一传导端子以及被耦合到第三节点的第二传导端子；监控电路，具有被耦合到所述第一节点的第一输入和被耦合到所述第二节点的第二输入，所述监控电路被配置为根据在其所述第一输入处和所述第二输入处分别接收到的第一电压和第二电压来生成指示所述功率开关上的栅极氧化物应力的监控信号；其中所述监控电路包括：第一电压‑电流转换器，根据第一输入电压生成第一电流；第二电压‑电流转换器，根据第二输入电压生成第二电流；第三电压‑电流转换器，根据参考电压生成参考电流；电流求和节点，被耦合以接收所述第一电流、所述第二电流和所述参考电流，使得所述第一电流被提供到所述电流求和节点，所述第二电流从所述电流求和节点被灌入，并且所述参考电流从所述电流求和节点被灌入；以及缓冲器，具有被耦合到所述电流求和节点的输入；保护电路，被配置为当所述监控信号指示所述功率开关上的所述栅极氧化物应力时驱动以保护所述功率开关免受所述栅极氧化物应力。

【技术特征摘要】
2017.06.16 US 15/625,2611.一种电子设备，包括：功率开关，具有被耦合到第一节点的控制端子、被耦合到第二节点的第一传导端子以及被耦合到第三节点的第二传导端子；监控电路，具有被耦合到所述第一节点的第一输入和被耦合到所述第二节点的第二输入，所述监控电路被配置为根据在其所述第一输入处和所述第二输入处分别接收到的第一电压和第二电压来生成指示所述功率开关上的栅极氧化物应力的监控信号；其中所述监控电路包括：第一电压-电流转换器，根据第一输入电压生成第一电流；第二电压-电流转换器，根据第二输入电压生成第二电流；第三电压-电流转换器，根据参考电压生成参考电流；电流求和节点，被耦合以接收所述第一电流、所述第二电流和所述参考电流，使得所述第一电流被提供到所述电流求和节点，所述第二电流从所述电流求和节点被灌入，并且所述参考电流从所述电流求和节点被灌入；以及缓冲器，具有被耦合到所述电流求和节点的输入；保护电路，被配置为当所述监控信号指示所述功率开关上的所述栅极氧化物应力时驱动以保护所述功率开关免受所述栅极氧化物应力。2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述参考电压是可编程的。3.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一电压-电流转换器包括：第一放大器，具有被耦合到第一电压的非反相端子、被耦合到第一反馈节点的反相端子以及输出；第一晶体管，具有被耦合到电流镜输入的第一传导端子、被耦合到所述第一反馈节点的第二传导端子以及被耦合到所述第一放大器的所述输出的控制端子；其中所述第一电流从所述电流镜输入被汲取；第一电阻分压器，被耦合在所述第一输入电压与接地之间，并且在其中心抽头处产生所述第一电压；以及第一电阻器，被耦合在所述第一晶体管的所述第二传导端子与接地之间。4.根据权利要求3所述的电子设备，进一步包括电流镜，所述电流镜具有所述电流镜输入和被耦合到所述电流求和节点的电流镜输出，并且被配置为将所述第一电流镜像到所述电流求和节点。5.根据权利要求4所述的电子设备，其中所述第二电压-电流转换器包括：第二放大器，具有被耦合到第二电压的非反相端子、被耦合到第二反馈节点的反相端子以及输出；第二晶体管，具有被耦合到所述电流求和节点的第一传导端子、被耦合到所述第二反馈节点的第二传导端子以及被耦合到所述第二放大器的所述输出的控制端子；其中所述第二电流从所述电流求和节点被汲取；第二电阻分压器，被耦合在所述第二输入电压与接地之间并且在其中心抽头处产生所述第二电压；以及第二电阻器，被耦合在所述第二晶体管的所述第二传导端子与接地之间。6.根据权利要求5所述的电子设备，其中所述第三电压-电流转换器包括：第三放大器，具有被耦合到第三电压的非反相端子、被耦合到第三反馈节点的反相端子以及输出；第三晶体管，具有被耦合到所述电流求和节点的第一传导端子、被耦合到所述第三反馈节点的第二传导端子以及被耦合到所述第三放大器的所述输出的控制端子；其中所述第三电流从所述电流求和节点被汲取；第三电阻分压器，被耦合在所述第三电压与接地之间并且在其中心抽头处产生所述第三电压；以及第三电阻器，被耦合在所述第三晶体管的所述第二传导端子与接地之间。7.根据权利要求6所述的电子设备，进一步包括：第二电流求和节点；第一电流镜，被配置为将所述第一电流镜像到所述第二电流求和节点；第二电流镜，被配置为将所述第二电流镜像到所述第二电流求和节点；第三电流镜，被配置为将所述参考电流镜像到第二电流求和节点；其中所述第二电流求和节点接收所述第一电流、所述第二电流和所述参考电流，使得所述第二电流被提供到所述第二电流求和节点，所述第一电流从所述第二电流求和节点被灌入，并且所述参考电流从第二电流求和节点被灌入；第二缓冲器，具有被耦合到所述第二电流求和节点的输入；OR门，被耦合以接收来自所述第一缓冲器和所述第二缓冲器的输出作为输入。8.根据权利要求7所述的电子设备，其中：所述缓冲器被配置为输出所述参考电压，其中所述第一电流大于所述第二电流和所述参考电流之和；所述缓冲器被配置为输出接地电压，其中所述第一电流小于所述第二电流和所述参考电流之和；所述第二缓冲器被配置为输出所述参考电压，其中在所述第二电流大于所述第一电流和所述参考电流之和；以及所述第二缓冲器被配置为输出接地电压，其中所述第二电流小于所述第一电流和所述参考电流之和。9.一种电子设备，包括：第一电压-电流转换器，根据第一输入电压生成第一电流；第二电压-电流转换器，根据第二输入电压生成第二电流；第三电压-电流转换器，根据可编程电压生成参考电流；电流求和节点，被耦合以接收所述第一电流、所述第二电流和所述参考电流，使得所述第一电流被提供到所述电流求和节点，所述第二电流从所述电流求和节点被灌入，并且所述参考电流从所述电流求和节点被灌入；缓冲器，具有被耦合到所述电流求和节点的输入；其中所述缓冲器被配置为输出所述可编程电压，其中所述第一电流大于所述第二电流和所述参考电流之和；其中所述缓冲器被配置为输出接地电压，其中所述第一电流小于所述第二电流和所述参考电流之和。10.根据权利要求9所述的电子设备，其中所述第一电压-电流转换器包括：第一放大器，具有被耦合到第一电压的非反相端子、被耦合到第一反馈节点的反相端子以及输出；以及第一晶体管，具有被耦合到电流镜输入的第一传导端子、被耦合到所述第一反馈节点的第二传导端子以及被耦合到所述第一放大器的所述输出的控制端子；其中所述第一电流从所述电流镜输入被汲取。11.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述第一电压-电流转换器进一步包括：第一电阻分压器，被耦合在所述第一输入电压与接地之间并且在其中心抽头处产生所述第一电压；以...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·纳拉莫苏，
申请(专利权)人：意法半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国,US