[发明专利]用于驱动具有高阈值电压的晶体管的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路。更具体地，本发明提供了用于驱动晶体管的系统和方法。仅仅作为示例，本发明已应用于驱动具有高阈值电压的晶体管。但是将认识到，本发明具有更广泛的应用范围。

背景技术

在高电压应用中，功率场效应晶体管(FET)通常应具有高的漏极-源极击穿电压(例如，≥100V)。这样的功率FET通常具有3-4V的阈值电压。使用具有低输出电压(例如，5V)的栅极驱动器来驱动功率FET常常导致功率FET的高导通电阻或者不完全导通。因此，常常需要具有大于5V的较高输出电压(例如，输出电压为8-10V)的栅极驱动器。

图1是示出用于驱动晶体管104的系统100的简化传统示图。栅极驱动系统100包括栅极驱动器102和晶体管104。栅极驱动器102包括电源122以及四个反相器124、126、128和130。反相器124包括彼此相连的晶体管106和114，并且反相器126包括彼此相连的晶体管108和116。另外，反相器128包括彼此相连的晶体管110和118，并且反相器130包括彼此相连的晶体管112和120。这四个反相器124、126、128和130以级联方式相连。例如，晶体管106、108、110和112是P沟道FET，并且晶体管114、116、118和120是N沟道FET。在另一示例中，晶体管104是功率FET。电源122向级联连接的反相器124、126、128和130的每个提供低电平偏置电压132(例如，GND)和高电平偏置电压134(例如，V_DD)。

输入信号136(例如，GATE_IN)由级联连接的反相器124、126、128和130接收，并且作为响应，栅极驱动器102生成用于驱动晶体管104的输出信号138。具体地，在操作中，反相器124接收输入信号136(例如，GATE_IN)，并且生成第一反相信号140。反相器126接收该第一反相信号140，并且生成由反相器128接收的第二反相信号142。反相器128随后生成由反相器130接收的第三反相信号144。反相器130最后生成用于驱动晶体管104的输出信号138。例如，如果输入信号136为逻辑高电平，则晶体管106截止并且晶体管114导通。于是第一反相信号140被生成为近似等于低电平偏置电压132(例如，GND)。反相器126接收第一反相信号140，并且晶体管108导通而晶体管116截止。第二反相信号142被生成为近似等于高电平偏置电压134(例如，V_DD)。进而，第三反相信号144近似等于低电平偏置电压132(例如，GND)，并且输出信号138近似等于高电平偏置电压134(例如，V_DD)。于是，如果晶体管104是N沟道FET，则输出信号138使晶体管104导通。在另一示例中，当输入信号136为逻辑低电平时，则如果晶体管104是N沟道FET，则输出信号138使晶体管104截止。

通常，栅极驱动器102中的晶体管(例如，晶体管106等)是制造成本常常较高的高电压器件。此外，这些晶体管通常每单位面积具有低的驱动能力并且具有高的导通电阻。因此，为了驱动相同负载，栅极驱动器102中的晶体管常常要使用比低电压器件大的多的面积。

为了提高每单位面积的驱动能力，自举升压结构(bootstrap structure)和低电压器件常被用在栅极驱动器中。图2是示出具有用于驱动晶体管204的自举升压结构的系统200的简化传统示图。该栅极驱动系统200包括栅极驱动器202和晶体管204。栅极驱动器202包括低压侧驱动器206、高压侧驱动器208和电源210。栅极驱动器202还包括自举升压端子248(例如，BS)。低压侧驱动器206包括反相器212、214、216和218以及晶体管220。高压侧驱动器208包括反相器222，224，226和228、电平位移器230、晶体管232、升压电容器234以及二极管236。反相器212、214、216和218以级联方式相连接，并且反相器222、224、226和228以级联方式相连接。例如，晶体管220和232是横向扩散MOSFET(LDMOS)，例如横向扩散N沟道MOSFET。在另一示例中，晶体管204是功率FET。