基于SOI高壓集成技術(shù)的電平位移電路設(shè)計(jì)

隨著智能功率IC的發(fā)展.其應(yīng)用領(lǐng)域和功能都在不斷地?cái)U(kuò)展。而作為智能功率IC中的重要一類柵驅(qū)動(dòng)IC在功率開關(guān)、顯示驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在柵驅(qū)動(dòng)電路中需要電平位移電路來(lái)實(shí)現(xiàn)從低壓控制輸入到高壓驅(qū)動(dòng)輸出的電平轉(zhuǎn)換。而在一些領(lǐng)域如SOC中的待機(jī)模式激活、ESD保護(hù)等需要能工作在負(fù)電源的電平位移電路。

　　SOI(Silicon-On-Insulator)技術(shù)以其高速、低功耗、高集成度、極小的寄生效應(yīng)以及良好的隔離等特點(diǎn)，在集成電路設(shè)計(jì)應(yīng)用中倍受青睞。其優(yōu)良的介質(zhì)隔離性能使得智能功率IC中高低壓器件的隔離更為完善。

　　本文基于SOI高壓集成技術(shù)設(shè)計(jì)了電源電壓為8～-100V的電平位移電路，并對(duì)電路中的核心LDMOS器件進(jìn)行了設(shè)計(jì)和模擬仿真優(yōu)化。

　　1 電路結(jié)構(gòu)

　　傳統(tǒng)正電源應(yīng)用的電平位移電路結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示。L1、L2、L3是由邏輯電路部分產(chǎn)生的低壓時(shí)序控制信號(hào)，N1、N2、N3為高壓nLDMOS器件，P1、P2、P3為高壓平pLDMOS器件。由P1，P2和N1、N2構(gòu)成的電平位移單元將L1、L2的低壓邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢钥刂芇3管的高壓電平，與L3一起控制由P3和N3組成的反向輸出級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)從低壓邏輯信號(hào)到高壓驅(qū)動(dòng)輸出的轉(zhuǎn)換。

　　在正電源電平位移電路中，由于nLDMOS的源極為低壓，所以可以通過(guò)低壓邏輯部分來(lái)控制其開關(guān)狀態(tài)，而源極為高壓的pLDMOS則通過(guò)電平位移來(lái)控制。當(dāng)高壓驅(qū)動(dòng)電壓為8～-00V，低壓邏輯部分工作電壓為0～8V時(shí)，電平位移轉(zhuǎn)換部分的電壓分布本身沒有改變，但是在和低壓控制端接合時(shí)，與傳統(tǒng)的正電源相比電平發(fā)生了改變，就需要重新設(shè)計(jì)低壓邏輯的控制方式。此時(shí)，nLDMOS的源極為-100V電壓，顯然不能通過(guò)低壓邏輯控制部分的0～8V電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，而pLDMOS的源極為8V電源。因此采用了低壓邏輯輸出直接控制pLDMOS，而nLDMOS則通過(guò)電平位移來(lái)控制的方法，如圖1(b)所示。