基于集成电容器的高压电平位移电路制造技术

本发明专利技术涉及基于集成电容器的高压电平位移电路，包括振荡器单元、传输门单元、普通放大器单元、检波单元、比较器单元、集成电容器单元和回路电阻；数字控制电压输入端连接传输门单元；振荡器单元的输出端连接传输门单元；传输门单元的输出端连接集成电容器单元的正极端；集成电容器单元的正极端连接传输门单元的输出端，负极端连接一个回路电阻，并和普通放大器单元的输入端连接；回路电阻位于集成电容器单元的负极输出端和普通放大器单元的输入端之间。本发明专利技术的有益效果：通过集成电容器单元实现电平位移电路，可实现输入电压信号的整体电平位移，即输入电压信号的高电平电位和低电平电位一起位移相同的幅度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子
，涉及关于集成电容器的高压电平位移电路的设计。
技术介绍
半导体芯片内部不同电源电压的电路模块之间信号的变换，涉及到电平位移电路的使用。目前半导体功率器件技术发展迅猛，实际应用要求的工作电压越来越高，可达到千伏级的高电压。但半导体功率器件的驱动控制信号通常由普通的数字信号电路产生，如 TTL(晶体管-晶体管逻辑，Transistor-Transistor Logic)信号电路，其电压的幅度通常为几伏。因此，信号在低压电路和高压电路之间的变换越来越重要，同时随着高压部分电压的升高，这种高低电平的位移变换会变得越来越困难。高压电平位移电路可由分立元件构成，通常采用脉冲变压的方式或者光电耦合的方式来实现。光电耦合传输线性范围小，工作电流低，只适于小电流的应用，脉冲变压的方式对容易产生失真。但这两种方式最大的缺点是不便于集成，所以基于这两种方式的高压电平位移电路在集成电路中极少采用。目前市场上一种集成的高压电平位移电路如图1所示。其中VH为高端浮动电源， VB为高端浮动地，Ml和M2须为高压PMOS管，该电路具有较小的功耗。但是该电路在高压应用时，Ml和M2管的栅极与源极之间，漏极和源极之间需要承受很高的电压。所以在该电路实施过程中，高低压器件的设计和工艺制造比较复杂，并且随着高压部分的工作电压越来越高，高低压器件的隔离将变得更加困难，成本也越来越高。电容器的构造是两块平行的极板中间隔着绝缘介质构成的，能够存贮能量和释放能量。耦合电容器具有通交阻直(即交流可以通过，直流被阻断)的作用，能阻断两点之间的电流，同时允许数据顺利通过。只要输入信号频率较高，耦合电容容量较大，前级的输出信号可几乎没有衰减地传递到后级的输入端。但是电容器低频特性差，不能放大变化缓慢的信号。
技术实现思路
本专利技术的目的克服上述传统技术存在的不足以及存在的问题，提供一种电平位移解决方案，以使得低压部分电路和高压部分电路是通过绝缘介质层完全隔离开来的，由于绝缘介质层的击穿电压远远大于硅基衬底的击穿电压，因此这种电平位移的电压变换幅度可以特别大。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是，基于集成电容器的高压电平位移电路，其特征在于，包括振荡器单元、传输门单元、普通放大器单元、检波单元、比较器单元、集成电容器单元和回路电阻；数字控制电压输入端连接传输门单元；振荡器单元的输出端连接传输门单元；传输门单元的输出端连接集成电容器单元的正极端；集成电容器单元的正极端连接传输门单元的输出端，负极端连接一个回路电阻， 并和普通放大器单元的输入端连接；回路电阻位于集成电容器单元的负极输出端和普通放大器单元的输入端之间；普通放大器单元的输出端连接检波单元的输入端，普通放大器单元的输入端和集成电容器单元的负极端、回路电阻连接；检波单元的输出端连接比较器单元的输入端，检波单元的输入端和普通放大器单元的输出端连接；比较器单元的输出端连接最终的电压输出端，比较器单元的输入端和检波单元的输出端连接。本专利技术的有益效果通过集成电容器单元实现电平位移电路，可实现输入电压信号的整体电平位移，即输入电压信号的高电平电位和低电平电位一起位移相同的幅度；通过集成电容器的隔离性，使输入电压信号的整体位移幅度可以特别大，并且这种电压信号的整体电平位移既可以是往正电压方向的电平位移，也可以是往负电压方向的电平位移； 由于对于输入电压信号的相对幅度值(即输入电压信号的高电平值减去低电平值)没有做电平位移，集成电容器的正极端和负极端的电路两部分，相对于彼此地电位的电源的幅度是相同的，由于正极端电路部分的地电位相对于负极端电路部分的地电位可以是一个电压值相差很大的电位，因此即使输入电压信号的整体电平位移幅度很大，但两部分电路所使用的器件对耐压的要求是相同的，都可采用低压器件来实现，避免了对高压器件的要求。同时这种方案借助了载波的概念，使得由振荡器产生的特定频率的信号，而不是由低频的电压输入信号，通过集成电容器进行变换，从而很好解决了集成电容器由于制造工艺的限制不能通过低频电压信号的缺点，使得各种频率的低频电压控制信号都能够进行电平位移。 并且本专利技术的高压电平位移电路在电平位移前的电路可以采用纯数字电路，大大降低了电平位移电路的复杂程度。附图说明图1为现有的一种电平位移电路图。图2为本专利技术所述的基于集成电容器的高压电平位移电路的原理框图。图3为本专利技术的振荡器单元的电路图。图4为本专利技术的传输门单元的电路图。图5为本专利技术的普通放大器单元的电路图。图6为本专利技术的检波单元的电路图，其中图6(a)为检波单元的并联型二极管包络检波电路图，图6 (b)为检波单元的串联型二极管包络检波电路图。图7为本专利技术的比较器单元电路图。图8为本专利技术所述的基于集成电容器的高压电平位移电路的信号波形变换示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的说明为了便于书写方便，下面作如下规定输入电平信号记为Vin ；第一电源信号端记为VCC1，第一接地端记为VSS1 ；第二电源信号端记为VCC2，第二接地端记为VSS2 ；振荡器单元1的输出信号记为S1 ；传输门单元2的输出信号记为S2 ；集成电容器单元6的负极端输出信号记为S3 ；普通放大器单元3输出信号记为S4 ；检波单元4输出信号记为S5 ；比较器单元5的输出端即为电平位移电路的输出，其输出的信号记为Vout。如图2所示，本实施例中基于集成电容器的高压电平位移电路，包括振荡器单元 1、传输门单元2、普通放大器单元3、，检波单元4、比较器单元5、集成电容器单元6、回路电阻Rl ；数字控制电压输入端连接传输门单元2 ；振荡器单元1的输出端连接传输门单元2 ；传输门单元2的输出端连接集成电容器单元6的正极端；集成电容器单元6的正极端连接传输门单元2的输出端，负极端连接一个回路电阻Rl，并和普通放大器单元3的输入端连接；回路电阻Rl位于集成电容器单元6的负极输出端和普通放大器单元3的输入端之间；普通放大器单元3的输出端S4连接检波单元4的输入端，普通放大器单元3的输入端和集成电容器单元6的负极端、回路电阻Rl连接；检波单元4的输出端连接比较器单元5的输入端，检波单元4的输入端和普通放大器单元3的输出端连接；比较器单元5的输出端连接最终的电压输出端Vout，比较器单元5的输入端和检波单元4的输出端连接。检波单元4和比较器单元5用来对通过集成电容器单元6的负极端输出信号进行还原，实现对原TTL信号的电平位移。进一步的，所有电路单元采用的晶体管都是普通耐压晶体管，而非高压晶体管。输入到集成电容器单元6的正极端的信号，为一个对数字电压信号进行了载波变换的振荡信号，它带有数字电压信号高低电平的信息。振荡器单元1输出信号的频率是由集成电容器单元6的特征频率决定的，与集成电容器单元6的特征频率相近。同时本专利技术的高压电平位移电路在集成电容器单元6左端的电路(即电平位移前得电路)可以采用纯数字电路，大大降低了电平位移电路的复杂程度。下面对基于集成电容器的高压电平位移电路的各单元(包括振荡器单元1、传输门单元2、普通放大器单元3、，检波单元4、比较器单元幻的具体电路图做出详细的描述。本实施例中虽然给出了个单元的具体电路，本领域的普通技术人员应该意识到，这些单元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：方健，陈吕赟，王泽华，吴琼乐，柏文斌，管超，杨毓俊，黎俐，向莉，梁晨陇，李曼，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：