具有反向电流阻挡的传感器设备的高压输出驱动器制造技术

一种用于具有反向电流阻挡的传感器设备(100)的高压输出驱动器(1)，其包括用于施加电源电压(VHV)的电源节点(SN)和用于提供高压输出驱动器(1)的输出信号(OS)的输出节点(OP)。高压输出驱动器(1)包括设置在电源节点(SN)与输出节点(OP)之间的驱动器晶体管(MP0)。高压输出驱动器(1)还包括：体控制电路(20)，其将体控制电压(Vwell)施加到驱动器晶体管(MP0)的体节点(BMP0)；以及栅极控制电路(30)，其将栅极控制电压(GCV)施加到驱动器晶体管(MP0)的栅极节点(GMP0)。

High voltage output driver of sensor equipment with reverse current blocking

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有反向电流阻挡的传感器设备的高压输出驱动器
本公开涉及用于具有反向电流阻挡能力的传感器设备的高压输出驱动器。
技术介绍
传感器设备包括输出驱动器，以产生传感器的输出信号。特别地，工业传感器可以包括3线推挽式高压输出驱动器。在图1中示出了包括输出驱动器1的传感器设备100的实施例。当驱动器关闭时，一些工业传感器标准不允许超过ILoff＝0.5mA的电流通过负载电阻Rload、通过传感器的输出端子Q流入传感器的信号线，并经由输出驱动器的输出节点QP流入输出驱动器1。在电源路径中存在反极性保护二极管D2的情况下，如果信号被例如负载电阻Rload上拉达到电势L+，则传感器的输出端子Q/输出驱动器1的输出节点QP被上拉至高于输出驱动器在电源节点SN处看到的高压电源VHV。在图1所示的示例中，传感器1的输出端子Q/输出驱动器1的输出节点QP被上拉至24V，即高于输出驱动器1在电源节点SN处看到的23.4V的高压电源。在这种情况下，驱动器晶体管MP反向导通，导致电流流入传感器设备1的输出端子Q/输出驱动器的输出节点QP。需要提供一种用于传感器设备的高压输出驱动器，该高压输出驱动器在反极性条件下防止任何电流流入传感器设备的输出端子/传感器设备的输出驱动器的输出节点。
技术实现思路
权利要求1中指定了一种用于传感器设备的、防止任何电流流入传感器的信号线的高压输出驱动器。根据权利要求1所限定的高压输出驱动器的实施例，高压输出驱动器包括用于施加电源电压的电源端子、用于提供高压输出驱动器的输出信号的输出端子、以及用于施加参考电压的参考端子。高压输出驱动器包括设置在电源端子与输出端子之间的高侧驱动器晶体管。高压输出驱动器还包括：体控制电路，其将体控制电压施加到高侧驱动器晶体管的体节点；以及栅极控制电路，其将栅极控制电压施加到高侧驱动器晶体管的栅极节点。提出的高压输出驱动器的实施例通过提高输出驱动器的驱动器晶体管开始反向导通处的反向电压来解决上述IC级问题。所提出的电路配置的体控制电路配置为独立的阱/体开关，并且栅极控制电路提供了智能栅极控制，用于隔离和控制高侧驱动器晶体管的控制/栅极节点。包括附图以提供进一步的理解，并且附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了用于传感器设备的高压输出驱动器的若干实施例，并且与说明书一起用于解释各种实施例的原理和操作。附图说明图1示出了传感器设备的实施例，该传感器设备包括具有驱动器晶体管的高压输出驱动器，该驱动器晶体管在反极性条件下开始反向导通；图2示出了根据现有技术解决方案的用于具有反向电流保护的传感器设备的输出驱动器的可能实施方式；图3A示出了根据现有技术解决方案的利用驱动器晶体管的智能栅极控制而具有反向电流保护的传感器设备的输出驱动器的可能实施方式；图3B示出了根据现有技术解决方案的利用驱动器晶体管的智能栅极控制而具有反向电流保护的传感器设备的输出驱动器的可能实施方式；图3C示出了根据现有技术解决方案的通过使用智能二极管而具有反向电流保护的传感器设备的输出驱动器的可能实施方式；图4示出了根据现有技术解决方案的通过使用电荷泵电路而具有反向电流保护的传感器设备的输出驱动器的可能实施方式；图5示出了用于传感器设备的高压输出驱动器的优选实施例，该传感器设备在反极性条件下操作时具有反向电流保护。具体实施方式图2示出了具有反向电流保护的传感器设备的输出驱动器的已知解决方案的电路配置，该反向电流保护具有背对背连接的PMOS晶体管，以如由IEEE成员Hao-PingHong和Jiin-ChuanWu在IEEEJOURNALOFSOLID-STATECIRCUITS,VOL.36,NO.1,JANUARY2001:AReverse-VoltageProtectionCircuitforMOSFETPowerSwitches中所述的任一方式隔离寄生二极管。图2中的附图标记对应于Hao-PingHong和Jin-ChuanWu的原始文件中的图1(a)中的附图标记。两个晶体管串联连接，其源极连接在一起(背对背)。如果驱动器强度需要保持不变，则附加的串联晶体管显著增加面积。由于两个晶体管的串联连接(4倍面积)，驱动器所需的面积变得更大，因此该解决方案的面积效率不高。为了控制体和栅极电势，需要例如比较器或锁存器的附加电路。该解决方案允许支持高达正常操作电压水平的反向电压，例如24V，这在解决当前问题时不一定需要。该解决方案还通过保持反向电流被阻挡，使电源电压降至衬底以下。当前问题也不需要此功能。为上述问题提供解决方案的唯一具有成本效益的方法是，除了进行智能栅极控制以在反向条件下正确关闭驱动器晶体管外，还要对PMOS晶体管进行阱开关。Hao-PingHong和Jin-ChuanWu在“AReverse-VoltageProtectionCircuitforMOSFETPowerSwitches”中解释了这种解决方案。图3A示出了根据Hao-PingHong和Jin-ChuanWu的具有智能栅极控制的反向保护电路的可能实现方式。图3A中的附图标记对应于Hao-PingHong和Jin-ChuanWu的原始文件的图2中的附图标记。其具有带栅极控制的阱开关，用于关闭和隔离栅极驱动器，两者均由反向条件比较器控制。但是，该电路只在低于5V的电压电平下工作。为了使该电路在VDD>5V电压下工作，状态GND应该表示相对上轨VDD的低压浮动接地。重要的是要理解，体开关本身防止(例如由于闩锁等)破坏，但因为它不控制晶体管的栅极而不解决反向电流阻挡问题。图3B示出了类似于图3A的电路实施方式的电路配置。在US6,628,489B1中描述了所示的电路配置。图3B中的附图标记对应于US6,628,489B1的图4中的附图标记。该电路通过智能栅极控制实现反向电流保护。其具有带栅极控制的阱开关，用于关闭和隔离栅极驱动器。阱开关和栅极控制两者均由反向条件比较器控制。为了使该电路在VDD>5V电压下工作，状态GND应该表示相对上轨VDD的低压浮动接地。图3C示出了根据US8,669,805B2的电路的实施方式。图3C中的附图标记对应于US8,669,805B2的图3中的附图标记。该电路通过智能二极管(由PMOS晶体管组成)实现反向电流保护，该智能二极管通常与低侧(NMOS)晶体管串联。为了解决该问题，图3C所示的电路也能够用作高侧驱动器，而无需额外的串联晶体管。重要的是要理解，对于US8,669,805B2中描述的电路，主要目的是当上端子低于衬底电势时阻止反向电流。由于这不是解决问题的要求，因此这导致了不良的反向电流抑制。一些系统提供了辅助电源轨，该辅助电源轨由电荷泵充电至高于正电源电压的电压。这允许将PMOS开关的体或栅极连接到该电势，以切断反向电流。对于必须在轨外也保持低失真的系统/开关，需要此解决方案。该解决方案对于仅用于防止反向电流流过是过度的。显然，电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于具有反向电流阻挡的传感器设备的高压输出驱动器，包括：/n-电源节点(SN)，其用于施加电源电压(VHV)，/n-输出节点(OP)，其用于提供所述高压输出驱动器(1)的输出信号(OS)，/n-驱动器晶体管(MP0)，其布置在所述电源节点(SN)与所述输出节点(OP)之间，/n-体控制电路(20)，其将体控制电压(Vwell)施加到所述驱动器晶体管(MP0)的体节点(BMP0)，/n-栅极控制电路(30)，其将栅极控制电压(GCV)施加到所述驱动器晶体管(MP0)的栅极节点(GMP0)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170829 EP 17188317.61.一种用于具有反向电流阻挡的传感器设备的高压输出驱动器，包括：
-电源节点(SN)，其用于施加电源电压(VHV)，
-输出节点(OP)，其用于提供所述高压输出驱动器(1)的输出信号(OS)，
-驱动器晶体管(MP0)，其布置在所述电源节点(SN)与所述输出节点(OP)之间，
-体控制电路(20)，其将体控制电压(Vwell)施加到所述驱动器晶体管(MP0)的体节点(BMP0)，
-栅极控制电路(30)，其将栅极控制电压(GCV)施加到所述驱动器晶体管(MP0)的栅极节点(GMP0)。


2.根据权利要求1所述的高压输出驱动器，
-其中，所述高压输出驱动器(1)在第一操作模式下和第二操作模式下操作，在第一操作模式中，所述输出节点(OP)处的电势(QP)低于电源电压(VHV)，在第二操作模式中，所述输出节点(OP)处的电势(QP)高于电源电压(VHV)，
-其中，所述体控制电路(20)配置为根据所述高压输出驱动器(1)在第一操作模式和操作模式下的操作而将体控制电压(Vwell)的电平施加到所述驱动器晶体管(MP0)的体节点(BMP0)，
-其中，所述栅极控制电路(30)配置为根据所述高压输出驱动器(1)在第一操作模式和第二操作模式下的操作而将所述栅极控制电压(GCV)的电平施加到高侧驱动器晶体管(MP0)的栅极节点(GMP0)。


3.根据权利要求1或2所述的高压输出驱动器，
-其中，所述体控制电路(20)配置为，当所述高压输出驱动器(1)在第一操作模式中操作时，向所述驱动器晶体管(MP0)的体节点(BMP0)施加电源电压(VHV)，
-其中，所述体控制电路(20)配置为，当所述高压输出驱动器(1)在第二操作模式下操作时，将所述输出节点(OP)处的电势(QP)施加到所述驱动器晶体管(MP0)的体节点(BMP0)。


4.根据权利要求1到3所述的高压输出驱动器，
-其中，所述栅极控制电路(30)配置为，当所述高压输出驱动器(1)在第一操作模式中操作，特别是在第一操作模式的截止状态下操作时，将电源电压(VHV)施加到所述驱动器晶体管(MP0)的栅极节点(GMP0)，
-其中，所述栅极控制电路30配置为，当所述高压输出驱动器(1)在第一操作模式的第二状态下操作，特别是第一操作模式的导通状态下操作时，将另一电压(Vg)施加到所述驱动器晶体管(MP0)的栅极节点GMP0，
-其中，所述栅极控制电路(30)配置为，当所述高压输出驱动器(1)在第二操作模式下操作时，将所述输出节点(OP)处的电势(QP)施加到所述驱动器晶体管(MP0)的栅极节点(GMP0)。


5.根据权利要求1到4所述的高压输出驱动器，
-其中，所述体控制电路(20)包括第一晶体管(MP1)，其设置在所述电源节点(SN)与所述驱动器晶体管(MP0)的体节点(BMP0)之间，
-其中，所述第一晶体管(MP1)的控制节点通过第一电阻器(R1)耦合到所述输出节点(OP)。


6.根据权利要求1到5所述的高压输出驱动器，
其中，所述体控制电路(20)包括第二晶体管(MP2)，其设置在所述驱动器晶体管(MP0)的体节点(BMP0)与所述高压输出驱动器(1)的输出节点(OP)之间。


7.根据权利要求1到6所述的高压输出驱动器，
其中，所述体控制电路(20)包括第二电阻器(R2)，其设置在所述电源节点(SN)与所述驱动器晶体管(MP0)的体节点(BMP0)之间。


8.根据权利要求1到7所述的高压输出驱动器，
-其中，所述栅极控制电路(30)包括第三晶体管(MP3)，其设置在所述驱动器晶体管(MP0)的栅极节点(GMP0)与所述高压输出驱动器(1)的输出节点(OP)之间，
-其中，所述第三晶体管(MP3)具有耦合到所述电源节点(SN)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：温琴佐·莱昂纳多，卡米洛·斯特凡努奇，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT