电平移位器和校准方法技术

在描述的示例中，电平移位器(200)包括信号发生器(206)，该信号发生器(206)在第一输出和第二输出上产生差分信号。第一电容器(C21)耦合在第一输出和第一节点(N21)之间，并且第二电容器(C22)耦合在第二输出和第二节点(N22)之间。第三电容器(C23)耦合在第一节点(N21)和第一电压电位(VT)之间。第三电容器(C23)的电容是可变的。第四电容器(C24)耦合在第二节点(N22)和第一电压电位(VT)之间。第四电容器(C24)的电容是可变的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电平移位器和校准方法
技术介绍
电压转换器或电平移位器是解决在多个电压域中操作的系统的不同部分之间的混合电压不兼容的装置。它们在许多复杂的电子系统中很常见，特别是在与传统装置连接时。随着宽带隙半导体的出现，电平移位器的转换速度不断提高。然而，常规的电平移位器不具有所需的高共模瞬态抗扰度(CMTI)，其传播时间足够快以处理这些高开关速度。
技术实现思路
在描述的示例中，电平移位器包括在第一输出和第二输出上产生差分信号的信号发生器。第一电容器耦合在第一输出和第一节点之间，以及第二电容器耦合在第二输出和第二节点之间。第三电容器耦合在第一节点和第一电压电位之间。第三电容器的电容是可变的。第四电容器耦合在第二节点和第一电压电位之间。第四电容器的电容是可变的。附图说明图1是开关电源的一部分的示意图。图2是图1的电源的电平移位器的示例的示意图，该电平移位器是可调谐的，以增加共模瞬态抗扰度。图3是由图2的脉冲发生器响应于输入电压产生的信号的示例。图4是响应于由图2的脉冲发生器产生的脉冲，图2的放大器的输出处的信号的示例。图5是图2的第一差分放大器的示例的详细示意图。图6是描述校准电平移位器(例如图2的电平移位器)的方法的流程图。具体实施方式本文描述了具有高共模瞬态抗扰度(CMTI)和低传播延迟的电平移位器。高CMTI使电平移位器能够在例如驱动高压场效应晶体管(FET)的应用中以高开关频率工作。在一些示例中，电平移位器驱动高压开关电源中的宽带隙功率FET的FET驱动器的高侧信号转换。这种宽带隙FET可以包括氮化镓(GaN)功率FET和碳化硅(SiC)功率FET。随着这种宽带隙半导体的出现，开关电源的开关速度不断提高，这对开关电源内的栅极驱动器和电平移位器提出了更高的要求。传统的开关电源通过实现具有高于电流电平移位器可以无误差地支持的压摆率的宽带隙驱动器来降低开关损耗。图1是开关电源100的一部分的示意图。电源100包括耦合到开关部分106的控制器104，由此控制器104驱动在开关部分106中的FETQ11和FETQ12。FETQ11有时被称为高侧FET，并且FETQ12有时被称为低侧FET。在一些示例中，FETQ11和FETQ12是具有约为600V漏极/源极击穿电压的宽带隙GaNFET。FETQ11和FETQ12是可以在开关部分106中实现的开关的示例。其他开关装置可以被实现在电源100中。电源100能够在发送器(未示出)和接收器(未示出)之间进行高电压摆动。FETQ11的漏极耦合到电压源V11，电压源V11是高压源，并且在一些示例中，电压源V11具有0V到600V之间的电压电位。FETQ12的源极耦合到电压电位，在图1的示例中，该电压电位为接地。控制器104包括控制电路110，控制电路110可以接收并输出多个信号和电压以驱动开关部分106。在示例控制器104中，控制电路110在节点N11处接收控制信号。在一些示例中，控制信号包括脉冲宽度调制(PWN)信号，其控制或设置开关部分106的定时。在其他示例中，控制电路110可以具有耦合到控制电路110的其他输入。控制电路110具有耦合到电平移位器120的输入的输出112和耦合到驱动FETQ12的驱动器126的输入的输出124。当控制器104本身在低得多的电压下操作时，电平移位器120使控制器104能够以高电压操作FETQ11。电平移位器120具有耦合到驱动器或放大器132的输出130，驱动器或放大器132控制FETQ11的栅极电压。同样，驱动器126控制FETQ12的栅极电压。驱动器126相对于可以接地的电压VSS在例如5V的电压VDD下操作。电平移位器120和驱动器132可以在小电压下操作，但是它们的接地参考VHS可以远高于VSS电位。因此，接地参考VHS和电源电压VHB之间的电压差可以是VDD或5V。当FETQ12关断时，FETQ11导通，并且电压VHS快速压摆到电压V11。电平移位器120的输出也与电压VHS一起压摆，这为电平移位器120产生非常快的共模瞬态。高速开关电源需要具有非常好的共模瞬态抗扰度(CMTI)的驱动器，以承受例如FETQ11和FETQ12的宽带隙装置的高压摆率。许多开关电源进一步需要低传播时间和传播匹配以支持高开关频率。此外，许多开关电源需要具有低静态电流消耗的电平移位器。本文描述的电平移位器具有高CMTI，在高转换频率下操作并且汲取低静态电流。图2是电平移位器200的示例的示意图，电平移位器200是可调谐的以增加CMTI。电平移位器200耦合到输入，该输入可以耦合到图1的节点N11。输入202耦合到脉冲发生器206，脉冲发生器206将输入202处的输入信号转换为在节点Q和Q’上输出的多个差分脉冲。节点Q上输出的信号被称为信号V21，并且节点Q’上输出的信号被称为V22。在其他示例中，除了脉冲发生器206之外的信号发生装置可以被实现以产生代表节点N11上的输入信号的差分信号。节点Q和节点Q’耦合到多个驱动器208。驱动器208中的最后一个是耦合到可变电压源216或由可变电压源216供电的驱动器210和驱动器212。可变电压源216在驱动器210和驱动器212的输出处设置信号V23和信号V24的幅度。如下面更详细描述的，可变电压源216改变信号V23和信号V24的幅度以校准电平移位器200的输出幅度。在一些示例中，利用耦合到Q节点的单个驱动器和耦合到Q’节点的单个驱动器来实现多个驱动器208。电容器C21耦合在驱动器210和节点N21之间，并且电容器C22耦合在驱动器212和节点N22之间。电容器C21和电容器C22将电压电位VHS与低压电路(例如驱动器208和脉冲发生器206)隔离。电容器C23耦合在节点N21和电压终端VT之间。电容器C24耦合在节点N22和电压终端VT之间。电压终端VT可以是如本文所述的多个不同电压。电容器C23和电容器C24是可变的或能够被调整以改进节点N21处和节点N22处的CMTI，如下面更详细描述的。在一些示例中，电容器C23和电容器C24的电容值大于电容器C21和电容器C22的电容值。电容器C21和电容器C23在节点N21处形成分压器，并且电容器C22和电容器C24在节点N22处形成分压器。信号V23和信号V24通常是高频信号或包含高频分量，例如阶跃函数，信号V23和信号V24能够通过电容器C21和电容器C22并成为节点N21处和节点N22处的差分信号。响应于电平移位器200上的CMTI，在N21和N22上产生共模信号。在校准期间，C21与C23的比率和C22与C24的比率紧密匹配，以最小化响应于CMTI在节点N21和节点N22上产生的差分输出。如果比率不紧密匹配，则瞬态共模电压可能导致如本文所述的信号V23和信号V24的处理中的延迟和/或错误。差分放大器220的差分输入耦合到节点N21和节点N22。差分放大器220如本文所述处理信号V21和信号V22。另一个差分放大器222的差分输入也耦合到节点N21和节点N22。差分放大器222在瞬态测试期间测量节点N21和节点N22上的差分瞬态响应，并产生信号VTEST，信号VTEST与差分瞬态响应成比例。信号VTEST被输入到处理器224，处理器224响应于信号VTEST调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电平移位器，其包括：信号发生器，其在第一输出和第二输出上产生差分信号；第一电容器，其耦合在所述第一输出和第一节点之间；第二电容器，其耦合在所述第二输出和第二节点之间；第三电容器，其耦合在所述第一节点和第一电压电位之间，其中所述第三电容器的电容是可变的；以及第四电容器，其耦合在所述第二节点和所述第一电压电位之间，其中所述第四电容器的电容是可变的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.30 US 62/315,471;2017.03.20 US 15/463,4041.一种电平移位器，其包括：信号发生器，其在第一输出和第二输出上产生差分信号；第一电容器，其耦合在所述第一输出和第一节点之间；第二电容器，其耦合在所述第二输出和第二节点之间；第三电容器，其耦合在所述第一节点和第一电压电位之间，其中所述第三电容器的电容是可变的；以及第四电容器，其耦合在所述第二节点和所述第一电压电位之间，其中所述第四电容器的电容是可变的。2.根据权利要求1所述的电平移位器，其进一步包括电压电位，该电压电位选择性地耦合到所述第一节点并且选择性地耦合到所述第二节点。3.根据权利要求2所述的电平移位器，其进一步包括第一差分放大器，所述第一差分放大器具有输入，该输入耦合到所述第一节点和所述第二节点，所述第一差分放大器的输出耦合到所述电平移位器的输出，其中所述电压电位是所述第一差分放大器的共模电压。4.根据权利要求1所述的电平移位器，其进一步包括第二差分放大器，该第二差分放大器具有第一输入和第二输入，该第一输入耦合到所述第一节点并且该第二输入耦合到所述第二节点，其中响应于所述第二差分放大器的输出，设置所述第三电容器和所述第四电容器中的至少一个的电容值。5.根据权利要求4所述的电平移位器，其进一步包括处理器，所述处理器耦合到所述第二差分放大器的输出，所述处理器响应于所述第二差分放大器输出的信号提供设置所述第三电容器和所述第四电容器的电容值的指令。6.根据权利要求5所述的电平移位器，其中所述处理器将电压电位耦合到所述第一节点和所述第二节点并将电压电位与所述第一节点和所述第二节点去耦合。7.根据权利要求6所述的电平移位器，其中所述处理器在将所述第二电压电位耦合到所述第一节点和所述第二节点然后将所述第二电压电位与所述第一节点和所述第二节点去耦合的循环之后，测量所述第一节点和所述第二节点之间的共模瞬态抗扰度。8.根据权利要求1所述的电平移位器，其进一步包括耦合到所述电平移位器的输出的至少一个比较器。9.根据权利要求8所述的电平移位器，其中所述信号发生器产生的信号的幅度是可变的，并且其中所述至少一个比较器的阈值水平是响应于...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·R·申姆，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US