[发明专利]一种高速低功耗高压驱动电路

说明书

本发明公开了一种高速低功耗高压驱动电路，包括N型DMOS管N1、P型DMOS管P1、稳压管D1、反相器驱动电路（X1，X2，X3）、低压NMOS管（N2，N3，N5，N7，N8）、高压NMOS管（N4，N6）、低压PMOS管（P2，P3，P4，P5），电阻（R1，R2，R3）及电容（C1，C2），低压PMOS管P4的源端连接高压NMOS管N4的源端，低压PMOS管P4的漏端连接低压NMOS管N7的漏端，低压PMOS管P5的源端连接高压NMOS管N6的源端，低压PMOS管P5的漏端连接低压NMOS管N8的漏端，本发明电路结构简单，与常用的高压驱动电路相比只增加了非常少的器件，应用成本低。

技术领域

本发明属于模拟集成电路设计领域，具体涉及一种高速低功耗高压驱动电路。

背景技术

在集成电路设计过程中，我们经常会碰到各种高压驱动电路，为了适应高耐压和大电流的使用要求，高压驱动电路的功率输出管通常会选用高压LDMOS或高压VDMOS，这两类DMOS管的漏源击穿电压一般都比较高，其击穿电压可以是几十伏特，也可以是几百伏特，但是它们的栅源击穿电压却都很低，一般栅源击穿电压低于10V。

基于上述原因，DMOS（LDMOS或VDMOS）管不能直接由电源电压进行驱动，目前通用的解决方案如图1所示：图中N1为功率输出级的N型DMOS管，其漏源击穿电压高于高压电源VDD，其栅源击穿电压低于10V；P1为功率输出级的P型DMOS管，其漏源击穿电压高于高压电源VDD，其栅源击穿电压低于10V；X1、X2、X3为反相器驱动电路，它们工作于由高压电源VDD产生的低压电源（一般为5V），即N型DMOS管由低压电源直接驱动；N2、N3、N5为低压NMOS管，电流偏置Ibias流过N2，N3与N5镜像N2中流过的电流；N4、N6为高压NMOS管，它们的漏源击穿电压高于高压电源VDD，其栅源击穿电压低于10V；P2、P3为低压PMOS管；R1为电阻器；D1为稳压管，其反向击穿电压为6V左右。

该电路的工作原理为：

当输入信号IN变为高电平时，信号Ngate变为低电平，输出级功率管N1关断；信号INB为低电平，N3、N4及P2、P3全部关断；信号INE为高电平，N5、N6导通，导通电流取决于Ibias电流值和N5与N2的镜像比例，该电流将D1反向击穿，将信号Pgate电压拉低到VDD-6V，所以输出级功率管P1管导通，输出电压OUT变为高电平，同时输出级功率管P1的栅源电压被钳位在6V，P1工作在安全电压范围。

当输入信号IN变为低电平时，信号INE为低电平，N5和N6全部关断；信号INB为高电平，N3、N4及P2、P3导通，导通电流取决于Ibias电流值和N3与N2及P3与P2的镜像比例，该电流将信号Pgate电压拉高到VDD的电压，输出级功率管P1管关断，电阻R1在信号Pgate电压接近VDD的电压P3工作在线性区时持续提供对信号Pgate的上拉电流；信号Ngate信号变为高电平，输出级功率管N1导通，输出电压OUT变为低电平，N1的栅源电压为5V的低压电源，N1工作在安全电压范围。

根据该电路的工作原理我们得出下面的结论：N3、N5镜像电流的大小决定了信号Pgate的电压变化速度，如果该电路应用于高频信号驱动时，N3、N5中流过的镜像电流就需要非常大，如果输入信号IN为1MHz的信号，N3与N5中流过镜像电流可能会达到几十毫安培甚至上百毫安培，这将导致整个电路的功耗电流非常大，引起电路发热甚至损坏，同时也不符合绿色低功耗的主旋律。

发明内容

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种高速低功耗高压驱动电路，本发明在满足高频高压信号应用的同时，又将电路的功耗控制在非常低的水平，所述电路包括N型DMOS管N1、P型DMOS管P1、稳压管D1、反相器驱动电路（X1，X2，X3）、低压NMOS管（N2，N3，N5，N7，N8）、高压NMOS管（N4，N6）、低压PMOS管（P2，P3，P4，P5），电阻（R1，R2，R3）及电容（C1，C2）；