一种基于开关电容放大器的高压驱动电路制造技术

本发明专利技术属于模拟集成电路技术领域，具体涉及一种基于开关电容放大器的高压驱动电路。本发明专利技术为了应对放大模式转采样模式时增益级负向输入端高压击穿问题，提出一种新的放电时序加入到保持模式与采样模式之间，该时序能够保证在高压作用到增益级负向输入端之前将高压输出迅速放电到足够低的电压。本发明专利技术利用开关电容放大器同时实现采样保持与高压放大的功能，通过将采样保持与高压放大相结合，降低了传统高压驱动电路的电路版图面积及功耗，尤其适用于在可调波长红外传感器的高压驱动阵列中。中。中。

【技术实现步骤摘要】
一种基于开关电容放大器的高压驱动电路


[0001]本专利技术属于模拟集成电路
，具体涉及一种基于开关电容放大器的高压驱动电路，可应用于可调波长红外传感器。

技术介绍

[0002]在许多应用领域，便携式红外传感器的需求越来越大，生产成本越来越低，因此红外传感器的微型化技术逐渐兴起。得益于硅基微机电系统(MEMS)加工技术的不断发展，微机械结构能够与传统的集成电路(IC)工艺兼容，使得便携式红外传感器芯片制造成本大大降低，同时紧凑性得到提高。
[0003]在红外传感器应用中，往往需要高压驱动阵列，传统的高压驱动模块采用前级采样保持电路与后级高压放大电路的组合。前级采样保持电路以单位增益模式采集来自数模转换器(DAC)的输出信号，后级高压放大电路对采样信号进行放大用于驱动滤光片。为了保证采样保持级对DAC输出信号保持足够长的时间，一般采用有源采样保持电路，即利用运算放大器构成的采样保持结构。同时，为了达到足够的采样保持精度，有源采样保持电路中运算放大器的增益需要足够高，因此采样保持级的功耗也比较高。同理，为了使得高压输出足够精确，高压运算放大器的增益也要足够高，功耗也比较大。
[0004]总的来说，传统高压驱动电路在电路实现上采用两级结构，使得总的版图面积和功耗较大，对于应用于较大规模阵列的高压驱动电路，上述缺点难以接受。

技术实现思路

[0005]针对上述存在问题或不足，为解决传统高压驱动电路面积大、功耗高的问题，本专利技术提供了一种基于开关电容放大器的高压驱动电路，将开关电容放大器自身的采样保持与高压放大相结合，有效降低版图面积和电路功耗，从而减小传感器芯片面积和功耗。
[0006]本专利技术具体技术方案如下：
[0007]一种基于开关电容放大器的高压驱动电路，如图1所示，包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第一稳压二极管Z1、第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2、第一负载电容CL、第一二极管D1、第二二极管D2、增益级放大电路Gain和控制时钟(包括CK0、CK1、CK2和CK3四个)。其中，第一MOS管M1和第二MOS管M2是≤5V的低压N型MOS管，M3、M5、M6是＞5V的高压N型MOS管，M4是＞5V的高压P型MOS管。
[0008]所述第一MOS管M1的源极连接输入信号VIN，其漏极分别与第二MOS管M2的漏极和第一电容C1的左极板相连，第一MOS管M1的栅极连接输入时钟信号CK1。
[0009]所述第二MOS管M2的栅极连接输入时钟信号CK2，其源极接地。
[0010]所述第一电容C1右极板、第二电容C2的左极板和第六MOS管M6的源极均连接到增益级电路Gain的负向输入端X，增益级电路Gain的正向输入端连接低压共模信号VCM，第六MOS管M6的栅端接输入时钟信号CK0。
[0011]所述第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5和第六MOS管M6的漏端与第一负载
电容CL的上极板连接在一起作为输出端VOUT，第一负载电容CL的下极板接地。
[0012]所述第三MOS管M3的栅极连接增益级电路Gain的输出，其源极接地。第四MOS管M4的栅极连接偏置电压VBP，其源极连接高压电源HVDD，第一电阻R1与第一稳压二极管Z1串联后跨接在第四MOS管M4的源极和栅极之间。
[0013]所述第五MOS管M5的栅极连接输入时钟信号CK3，第一二极管D1和第二二极管D2并联后跨接在第五MOS管M5的源极和地之间。
[0014]整个基于开关电容放大器的高压驱动电路包括两个电压域，增益级电路Gain工作在低电压域LVDD≤5V，而输出级第三MOS管M3和第四MOS管M4属于高电压域HVDD(5V＜HVDD≤35V)。
[0015]上述基于开关电容放大的高压驱动电路，其具体工作流程为：
[0016]所述高压驱动电路工作在采样模式时：输入时钟信号CK0和CK1为高电平，输入时钟信号CK2和CK3为低电平，此时第一MOS管M1、第六MOS管M6导通，第二MOS管M2、第五MOS管M5截止。
[0017]导通的第六MOS管M6将增益级电路Gain的负向输入端X和输出端VOUT短接，于是增益级电路Gain工作在单位增益反馈模式下，使得增益级电路Gain的负向输入端X点的电压和输出电压VOUT最终均建立为VCM。导通的第一MOS管M1将输入信号VIN与第一电容C1的左极板连接，VIN对第一电容C1充电。截止的第二MOS管M2和第五MOS管M5在采样模式时相当于断路。
[0018]所述高压驱动电路由采样模式进入放大模式(也称为保持模式)的过程中：输入时钟信号CK0首先变为低电平，第六MOS管M6首先截止，使增益级电路Gain退出单位增益模式；随后CK1变为低电平，此时第一MOS管M1截止，停止第一电容C1对输入信号VIN的采样。在CK1变为低电平之后，电路开始进入放大阶段，CK2开始变为高电平，第二MOS管M2导通，第一电容C1的左极板被第二MOS管M2短接到地，CK2变为高电平结束之后，电路工作在放大模式。在这个过程中，输入时钟信号CK3始终为低电平。
[0019]所述高压驱动电路在放大模式结束后进入放电模式，输入时钟信号CK3首先变为高电平，电路进入放电模式，第五MOS管M5导通。
[0020]如果输出电压VOUT是高电压，那么第一二极管D1和第二二极管D2就会导通，第一负载电容CL上的电荷通过第一二极管D1和第二二极管D2导入地，高压输出VOUT被迅速拉低。如果输出电压VOUT是低电压，那么第一二极管D1和第二二极管D2不会导通。
[0021]随后CK0变为高电平，第六MOS管M6导通，但是由于放电阶段的作用，输出电压VOUT被放电至低电压，不会将增益级电路Gain的负向输入端击穿。
[0022]放电模式结束后，CK2和CK3变为低电平，第二MOS管M2和第五MOS管M5截止。同时CK1变为高电平，电路重新进入采样模式。
[0023]综上所述，本专利技术采用了低压域放大与高压域提供摆幅结合的方式实现了一种基于开关电容放大的高压输出驱动电路，通过增加放电时序保证低压输入级MOS不会被击穿。本专利技术可以应用于阵列驱动，同时满足增益和摆幅的要求并提供相对小的功耗。并且在提供足够大的增益的同时避免使用大量的高压MOS管，极大的降低了版图面积。有效解决了传统高压驱动电路面积大，功耗高的问题，尤其适用于可调波长红外传感器。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的电路图；
[0025]图2为本专利技术的时序关系图；
[0026]图3为实施例仿真验证结果。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和实施例，对本专利技术技术方案进行详细描述。
[0028]本实施例提供一种基于开关电容放大器的高压驱动电路(如图1所示)，应用于可调波长红外传感器。包括第一MOS管M1、第二MOS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于开关电容放大器的高压驱动电路，其特征在于：包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第一稳压二极管Z1、第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2、第一负载电容CL、第一二极管D1、第二二极管D2、增益级放大电路Gain和控制时钟；其中，M1和M2是≤5V的低压N型MOS管，M3、M5、M6是＞5V的高压N型MOS管，M4是＞5V的高压P型MOS管；控制时钟包括CK0、CK1、CK2和CK3四个；所述第一MOS管M1的源极连接输入信号VIN，其漏极分别与第二MOS管M2的漏极和第一电容C1的左极板相连，第一MOS管M1的栅极连接输入时钟信号CK1；所述第二MOS管M2的栅极连接输入时钟信号CK2，其源极接地；所述第一电容C1右极板、第二电容C2的左极板和第六MOS管M6的源极均连接到增益级电路Gain的负向输入端X，增益级电路Gain的正向输入端连接低压共模信号VCM，第六MOS管M6的栅端接输入时钟信号CK0；所述第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5和第六MOS管M6的漏端与第一负载电容CL的上极板连接在一起作为输出端VOUT，第一负载电容CL的下极板接地；所述第三MOS管M3的栅极连接增益级电路Gain的输出，其源极接地；第四MOS管M4的栅极连接偏置电压VBP，其源极连接高压电源HVDD，第一电阻R1与第一稳压二极管Z1串联后跨接在第四MOS管M4的源极和栅极之间；所述第五MOS管M5的栅极连接输入时钟信号CK3，第一二极管D1和第二二极管D2并联后跨接在第五MOS管M5的源极和地之间；整个基于开关电容放大器的高压驱动电路包括两个电压域，增益级电路Gain工作在低电压域LVDD≤5V，输出级第三MOS管M3和第四MOS管M4属于高电压域HVDD，5V＜HVDD≤35V。2.如权利要求1所述基于开关电容放大的高压驱动电路，其特征在于，具体工作流程为：所述高压驱动电路工作在采样模式时：输入时钟信号CK0和CK1为高电平，输入时钟信号CK2和CK3为低电平，此时第一MOS管M1、第六MOS管M6导通，第二MOS管M2、第五MOS管M5截止；导通的第六MOS管M6将增益级电路Gain的负向输入端X和输出端VOUT短接，于是增益级电路Gain工作在单位增益反馈模式下，使得增益级电路Gain的负向输入端X点的电压和输出电压VOUT最...

【专利技术属性】
技术研发人员：王向展，赵伟乐，吴克军，刘军，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：