一种高速低功耗电位平移电路的制作方法

1.本技术涉及功率开关控制的技术领域，尤其是涉及一种高速低功耗电位平移电路。


背景技术：

2.电位平移电路广泛应用于各种高压功率开关控制的应用中，用于将逻辑电平由低侧向高侧转换，在dc-dc开关电压转换器、马达驱动或class-d音频功率放大器中，电位平移电路都是必不可少的组成部分。
3.在常用的电位平移电路中，电位平移电路的偏置电流是维持高侧输出电平必不可少的一个因素，偏置电流大小的选择决定了电位平移电路的转换性能，若偏置电流较小则电位平移电路的转换速度会很慢，使得输入信号和输出信号之间的延时时间很长，所以需要增大偏置电流，使得输入信号和输出信号之间的延时时间缩短，但增大偏置电流会增加芯片的静态功耗，故亟需一种高速低功耗电位平移电路。


技术实现要素：

4.为了提高电位平移的转换速度以及减少静态功耗，本技术提供了一种高速低功耗电位平移电路。
5.本技术提供的一种高速低功耗电位平移电路，采用如下的技术方案：一种高速低功耗电位平移电路，包括电流比较器模块、偏置模块、动态电流产生模块、第一反相器iv1、第一电源端vcc、信号输入端in以及信号输出端out；所述电流比较器模块包括第一输入端a1、第二输入端a2、偏置电流输入端a3、电源端e和输出端f，所述第一输入端a1连接于信号输入端in，所述信号输入端in还连接于所述第一反相器iv1的输入端，所述第一反相器iv1的输出端连接于所述第二输入端a2，所述偏置电流输入端a3分别连接于所述偏置模块和所述动态电流产生模块，所述电源端e连接于所述第一电源端vcc，所述输出端f连接于所述信号输出端out；所述动态电流产生模块包括第三输入端d1、第四输入端d2以及动态电流输出端d3；所述第三输入端d1连接于所述第一反相器iv1的输入端，所述第四输入端d2连接于所述第一反向器iv1的输出端，所述动态电流输出端d3连接于所述偏置电流输入端a3；所述偏置模块用于提供偏置电流；所述动态电流产生模块用于在输入信号发生变化时为电位平移电路提供额外的瞬时动态电流。
6.当电流比较器模块根据信号输入端in的控制信号进行电位变换时，偏置模块为电流比较器模块提供偏置电流，与原来的电位平移电路相比，通过增加动态电流产生模块，仅在输入信号发生变化的瞬间增加电位平移电路的动态电流；动态电流产生模块为电流比较器模块提供了额外的电流，可以提高电流比较器模块的响应速度，从而使电位平移电路快速进行转换，同时在高速转换的过程中，无需偏置模块提供全部的工作电流，进而可以减小
偏置电流，减小电位平移电路的静态功耗。
7.可选的，所述动态电流产生模块包括第二反相器iv2和第一储能元件，所述第二反相器iv2的输入端连接于所述第三输入端d1，所述第二反相器iv2的电源端连接于所述动态电流输出端d3，所述第二反相器iv2的输出端连接于所述第一储能元件的一端，所述第一储能元件的另一端连接于所述动态电流输出端d3。
8.可选的，所述第二反相器iv2包括mos管m6a以及mos管m6b，所述mos管m6a的栅极以及所述mos管m6b的栅极均连接于所述第三输入端d1，所述mos管m6a的源极连接于接地端gnd，所述mos管m6a的漏极连接于所述mos管m6b的漏极，所述mos管m6a的漏极和所述mos管m6b的漏极均连接于所述第一储能元件，所述mos管m6b的源极连接于所述动态电流输出端d3。
9.通过采用上述技术方案，当信号输入端in由低电平转换为高电平时，信号输入端in的输入信号输入至第二反相器iv2内，此时mos管m6a导通，第一储能元件进行储能，为第一储能元件储能的电流同样流过电流比较器模块，为电流比较器模块提供动态电流，当信号输入端in由高电平转换为低电平时，mos管m6b导通，第一储能元件处于放电状态，此时第一储能元件放电的电流仅流过mos管m6b，不会对电位平移电路工作产生影响；通过控制第一储能元件的大小使得脉冲电流的持续时间得到展宽，提高了可靠性，还可以控制每次电位平移过程中提供的能量，通过增大电位平移电路信号转换时所需要的动态电流，从而增大电位平移电路的转换速度，而增加瞬时动态电流，可以减小偏置模块提供的静态偏置电流，进而降低电位平移电路的静态功耗。
10.可选的，所述动态电流产生模块还包括第三反相器iv3和第二储能元件，所述第三反相器iv3的输入端连接于所述第四输入端d2，所述第三反相器iv3的电源端连接于所述动态电流输出端d3，所述第三反相器iv3的输出端连接于所述第二储能元件的一端，所述第二储能元件的另一端连接于所述动态电流输出端d3。
11.可选的，所述第三反相器iv3包括mos管m7a以及mos管m7b，所述mos管m7a的栅极以及所述mos管m7b的栅极均连接于所述第四输入端d2，所述mos管m7a的源极连接于接地端gnd，所述mos管m7a的漏极连接于所述mos管m7b的漏极，所述mos管m7a的漏极和所述mos管m7b的漏极均连接于所述第二储能元件，所述mos管m7b的源极连接于所述动态电流输出端d3。
12.通过采用上述技术方案，当信号输入端in由高电平转换为低电平时，第一反相器iv1产生与输入信号反相的反相信号，并输入至第三反相器iv3内，此时mos管m7a导通，第二储能元件处于充电状态，流过第二储能元件的电流为电流比较器模块提供动态电流，当信号输入端in由低电平转换为高电平时，mos管m7b导通，第二储能元件处于放电状态，此时第二储能元件放电的电流仅流过mos管m7b，不会对电位平移电路工作产生影响，动态电流产生模块仅在电位平移瞬间为电流比较器模块提供动态电流，在电位转换完成之后，无需再为电流比较器模块提供动态电流。
13.可选的，所述电流比较器模块包括差分输入子模块、第一镜像子模块、第二镜像子模块以及整形子模块；所述差分输入子模块包括所述第一输入端a1、所述第二输入端a2、所述偏置电流输入端a3、第一差分电流输出端a4以及第二差分电流输出端a5，所述第一镜像子模块包括第一差分电流输入端b1以及第一镜像电流输出端b2，所述第二镜像子模块包括
第二差分电流输入端c1以及第二镜像电流输出端c2，所述第一差分电流输出端a4连接于所述第一差分电流输入端b1，所述第一镜像电流输出端b2连接于所述整形子模块的输入端，所述第二差分电流输出端a5连接于所述第二差分电流输入端c1，所述第二镜像电流输出端c2连接于所述整形子模块的输入端，所述整形子模块的输出端连接于所述输出端f。
14.通过采用上述技术方案，当信号输入端in的输入信号和与输入信号反相的反相信号为低侧电平且均输入至差分输入子模块时，差分输入子模块将反相信号转换为第一差分电流，差分输入子模块将输入信号转换为第二差分电流，并将第一差分电流输入至第一镜像子模块，将第二差分电流输入至第二镜像子模块，第一镜像子模块根据第一差分电流产生第一镜像电流，第二镜像子模块根据第二差分电流产生第二镜像电流，第一镜像电流和第二镜像电流决定整形子模块的输入端的电平的高低，经过整形子模块对第一镜像电流和第二镜像电流进行整形然后经由信号输出端out输出高侧电平，完成由低侧电平到高侧电平的转换。
15.可选的，所述电路还包括外部电流输入端iin，所述偏置模块包括第三镜像子模块、参考电流输入端g1和偏置电流输出端g2，所述参考电流输入端g1连接于所述外部电流输入端iin，所述偏置电流输出端g2连接于所述偏置电流输入端a3，所述第三镜像子模块的输入端连接于所述参考电流输入端g1，所述第三镜像子模块的输出端连接于所述偏置电流输出端g2。
16.可选的，所述第三镜像子模块还包括mos管m1a以及mos管m1b，所述mos管m1a的漏极连接于所述参考电流输入端g1，所述mos管m1a的源极连接于接地端gnd，所述mos管m1a的栅极连接于所述m1b的栅极，所述mos管m1b的源极连接于接地端gnd，所述mos管m1b的漏极连接于所述偏置电流输出端g2。
17.通过采用上述技术方案，当由外部电流输入端iin输入参考电流，且mos管m1a导通时，流过mos管m1a的漏极的电流被镜像至mos管m1b的漏极，而流过mos管m1b的漏极的电流为电位平移电路提供偏置电流，mos管m1a和mos管m1b构成镜像电流源，流过mos管m1b的漏极的电流不受外部负载影响，为电流比较器模块提供稳定的偏置电流。
18.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.当电流比较器模块根据信号输入端in的控制信号进行电位变换时，偏置模块为电流比较器模块提供偏置电流，与原来的电位平移电路相比，通过增加动态电流产生模块，仅在输入信号发生变化的瞬间增加电位平移电路的动态电流；动态电流产生模块为电流比较器模块提供了额外的电流，可以提高电流比较器模块的响应速度，从而使电位平移电路快速进行转换，同时在高速转换的过程中，无需偏置模块提供全部的工作电流，进而可以减小偏置电流，减小电位平移电路的静态功耗；2.当信号输入端in由低电平转换为高电平时，信号输入端in的输入信号输入至第二反相器iv2内，此时mos管m6a导通，第一储能元件进行储能，为第一储能元件储能的电流同样流过电流比较器模块，为电流比较器模块提供动态电流，当信号输入端in由高电平转换为低电平时，mos管m6b导通，第一储能元件处于放电状态，此时第一储能元件放电的电流仅流过mos管m6b，不会对电位平移电路工作产生影响；通过控制第一储能元件的大小使得脉冲电流的持续时间得到展宽，提高了可靠性，还可以控制每次电位平移过程中提供的能量，通过增大电位平移电路信号转换时所需要的动态电流，从而增大电位平移电路的转换
速度，而增加瞬时动态电流，可以减小偏置模块提供的静态偏置电流，进而降低电位平移电路的静态功耗；3.当信号输入端in由高电平转换为低电平时，第一反相器iv1产生与输入信号反相的反相信号，并输入至第三反相器iv3内，此时mos管m7a导通，第二储能元件处于充电状态，流过第二储能元件的电流为电流比较器模块提供动态电流，当信号输入端in由低电平转换为高电平时，mos管m7b导通，第二储能元件处于放电状态，此时第二储能元件放电的电流仅流过mos管m7b，不会对电位平移电路工作产生影响，动态电流产生模块仅在电位平移瞬间为电流比较器模块提供动态电流，在电位转换完成之后，无需再为电流比较器模块提供动态电流；4.动态电流产生模块可以非常方便的调整其电气元件的参数，达到改善电位平移电路响应性能的目的。
附图说明
19.图1是本技术实施例的结构框图。
20.图2是本技术实施例中电流比较器模块的电路原理图。
21.图3是本技术实施例中偏置模块和动态电流产生模块的电路原理图。
22.附图标记说明：1、电流比较器模块；11、差分输入子模块；12、第一镜像子模块；13、第二镜像子模块；14、整形子模块；2、偏置模块；21、第三镜像子模块；3、动态电流产生模块。
具体实施方式
23.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
24.本技术实施例公开一种高速低功耗电位平移电路。参照图1和图2，一种高速低功耗电位平移电路包括电流比较器模块1、偏置模块2、动态电流产生模块3、第一反相器iv1、第一电源端vcc、信号输入端in，信号输出端out。电流比较器模块1包括第一输入端a1、第二输入端a2、偏置电流输入端a3、电源端e以及输出端f，信号输入端in分别连接于第一反相器iv1的输入端和第一输入端a1，第一反相器iv1的输出端连接于第二输入端a2，偏置电流输入端a3分别连接于偏置模块2和动态电流产生模块3，电源端e连接于第一电源端vcc，输出端f连接于信号输出端out。
25.偏置模块2用于电位在平移过程中提供偏置电流；动态电流产生模块3用于在输入信号发生变化时为电位平移电路提供额外的瞬时动态电流。
26.当控制信号由信号输入端in输入时，电流比较器模块1接收到输入信号和与输入信号反相的反相信号，偏置模块2为电流比较器模块1提供偏置电流，动态电流产生模块3对偏置电流进行补偿，从而提高电位平移的转换速度，通过控制补偿电流的大小，可以间接减小偏置电流，进而减小电位平移电路的静态功耗。
27.参照图1，本实施例中，电流比较器模块1包括差分输入子模块11、第一镜像子模块12、第二镜像子模块13以及整形子模块14；差分输入子模块11分别连接于第一镜像子模块
12和第二镜像子模块13，第一镜像子模块12的电源端和第二镜像子模块13的电源端均连接于第一电源端vcc，第一镜像子模块12的输出端和第二镜像子模块13的输出端均连接于整形子模块14的输入端，整形子模块14的输出端连接于信号输出端out。
28.具体的，第一差分输入子模块11包括第一输入端a1、第二输入端a2、偏置电流输出端a3、第一差分电流输出端a4以及第二差分电流输出端a5，第一镜像子模块12包括第一差分电流输入端b1以及第一镜像电流输出端b2，第二镜像子模块13包括第二差分电流输入端c1以及第二镜像电流输出端c2，第一差分电流输出端a4连接于第一差分电流输入端b1，第一镜像电流输出端b2连接于整形子模块14的输入端，第二差分电流输出端a5连接于第二差分电流输入端c1，第二镜像电流输出端c2连接于整形子模块14的输入端，整形子模块14的输出端连接于输出端f。
29.进一步地，差分输入子模块11还包括mos管m2a和mos管m2b，mos管m2a的栅极连接于第二输入端a2，mos管m2a的源极连接于偏置电流输入端a3，mos管m2a的漏极连接于第一差分电流输出端a4；mos管m2b的栅极连接于第一输入端a1，mos管m2b的源极连接于偏置电流输入端a3，mos管m2b的漏极连接于第二差分电流输出端a5。
30.其中，mos管m2a和mos管m2b组成mos管差分对。
31.在本实施例中，第一镜像子模块包括mos管m3a和mos管m3b，mos管m3a的漏极连接于第一差分电流输入端b1，mos管m3a的源极连接于电源端e，mos管m3a的栅极分别连接于第一差分电流输入端b1和mos管m3b的栅极，mos管m3b的源极连接于电源端e，mos管m3b的漏极连接于第一镜像电流输出端b2。其中，mos管m3a和mos管m3b组成第一电流镜。
32.在本实施例中，高速低功耗电位平移电路还包括第二电源端vcc-5v，第二镜像子模块包括mos管m4a、mos管m4b、mos管m5a以及mos管m5b，mos管m4a的漏极连接于第二差分电流输入端c1，mos管m4a的源极连接于电源端e，mos管m4a的栅极分别连接于第二差分电流输入端c1和mos管m4b的栅极，mos管m4b的源极连接于电源端e，mos管m4b的漏极连接于mos管m5a的漏极，mos管m5a的源极连接于第二电源端vcc-5v，mos管m5b的栅极连接于mos管m5a的栅极，mos管m5b的漏极连接于第二镜像电流输出端c2,mos管m5b的源极连接于第二电源端vcc-5v。其中，mos管m4a和mos管m4b组成第二电流镜，mos管m5a和mos管m5b组成第三电流镜。
33.在本实施例中，整形子模块14包括施密特触发器g，施密特触发器g的输入端分别连接于第一镜像电流输出端b2和第二镜像电流输出端c2，施密特触发器g的输出端连接于输出端f。
34.本实施例中，第一电源端vcc为第一电流镜和第二电流镜供电，第二电源端vcc-5v为第三电流镜供电，同时第一电源端vcc与第二电源端vcc-5v还为施密特触发器g供电，施密特触发器g用于对流过mos管m5b以及mos管m3b的电流或电压信号进行整形。
35.当输入信号由第一输入端a1输入至mos管m2b的栅极，反相信号由第二输入端a2输入至mos管m2a时，mos管m2a根据反相信号产生第一差分电流，并由第一差分电流输出端a4输入至第一镜像子模块12内，第一差分电流经过第一电流镜产生稳定的第一镜像电流，mos管m2b根据输入信号产生第二差分电流，并由第二差分电流输出端a5输入至第二镜像子模块13内，并分别经过第二电流镜和第三电流镜产生稳定的第二镜像电流。之后将第一镜像电流和第二镜像电流输入至施密特触发器g，经过施密特触发器g整形再由信号输出端out
输出。
36.第一镜像电流和第二镜像电流决定了施密特触发器g输入端的逻辑电平的高低，然后在经过施密特触发器g对输入的逻辑信号进行整形，再经由信号输出端out输出。当输入信号的逻辑电平为0v～5v的低侧逻辑时，而第一电流镜、第二电流镜、m第三电流镜以及施密特触发器g的供电电压为高侧逻辑电压，通过电流比较器模块1输入的低侧逻辑电平被转换为高侧逻辑电平输出，即电压由信号输入端in的0v～5v转换为信号输出端out的（vcc-5）～vcc。
37.本实施例中mos管m3a、mos管m3b、mos管m4a以及mos管m4b均为p沟道mos管，mos管m2a、mos管m2b、mos管m5a以及mos管m5b均为n沟道mos管。
38.参照图3，在本实施例中，电位平移电路还包括外部电流输入端iin，偏置模块2包括第三镜像子模块21、参考电流输入端g1和偏置电流输出端g2；参考电流输入端g1连接于外部电流输入端iin，偏置电流输出端g2连接于偏置电流输入端a3，第三镜像子模块21的输入端连接于参考电流输入端g1，第三镜像子模块21的输出端连接于偏置电流输出端g2。
39.进一步地，第三镜像子模块还包括mos管m1a以及mos管m1b。mos管m1a的漏极连接于参考电流输入端g1，mos管m1a的源极连接于接地端gnd，mos管m1a的栅极分别连接于参考电流输入端g1和mos管m1b的栅极， mos管m1b的源极连接于接地端gnd，mos管m1b的漏极连接于偏置电流输出端g2。其中，mos管m1a和mos管m1b组成第四电流镜，且mos管m1a和mos管m1b均为n沟道型mos管，且参数相同。
40.当偏置模块2为电流比较器模块1提供偏置电流时，外部电流输入端iin为第四电流镜提供参考电流，然后参考电流经由参考电流输入端g1进入mos管m1a；然后经过第四电流镜产生偏置电流，并由偏置电流输出端g2输入至电流比较器模块1。
41.本实施例中，动态电流产生模块3包括第三输入端d1、第四输入端d2以及动态电流输出端d3；第三输入端d1连接于第一反相器iv1的输入端，第四输入端d2连接于第一反向器iv1的输出端，动态电流输出端d3连接于偏置电流输入端a3；具体的，动态电流产生模块3还包括第二反相器iv2、第三反相器iv3、第一储能元件和第二储能元件，第二反相器iv2的输入端连接于第三输入端d1，第二反相器iv2的输出端连接于第一储能元件的一端，第二反相器iv2的电源端以及第一储能元件的另一端均连接于偏置电
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流输入端a3；第三反相器iv3的输入端连接于第四输入端d2，第三反相器iv3的输出端连接于第二储能元件的一端，第三反相器iv3的电源端以及第二储能元件的另一端均连接于偏置电流输入端a3。
42.本实施例中，第一储能元件为电容器c1，第二储能元件为电容器c2。
43.具体的，第二反相器iv2包括mos管m6b和mos管m6a，mos管m6a的栅极和mos管m6b的栅极均连接于第三输入端d1，mos管m6a的源极连接于接地端gnd，mos管m6a的漏极连接于mos管m6b的漏极，mos管m6b的源极连接于动态电流输出端d3，mos管m6b的源极还连接于电容器c1的一端，电容器c1的另一端连接于动态电流输出端d3。
44.第三反相器iv3包括mos管m7b和mos管m7a，mos管m7a的栅极和mos管m7b的栅极均连接于第三输入端d1，mos管m7a的源极连接于接地端gnd，mos管m7a的漏极连接于mos管m7b的漏极，mos管m7b的源极连接于动态电流输出端d3，mos管m7b的源极还连接于电容器c2的一端，电容器c2的另一端连接于动态电流输出端d3。
45.本技术实施例中，mos管m6a和mos管m7a均为n沟道型mos管，mos管m6b和mos管m7b均为p沟道型mos管。
46.当信号输入端in的输入信号由低电平转换为高电平时，此时mos管m6a和mos管m7b导通，mos管m6b和mos管m7a截止，电容器c1处于充电状态，电容器c2处于放电状态，为电容器c1充电的电流流过电流比较器模块1，使流过mos差分对m2a-m2b的电流增大；电容器c2放电的电流流过mos管m7a，与mos管m7a的开关电流几乎相等，不会对流过差分对m2a-m2b产生影响，从而可以通过控制电容器c1的容量控制电流的幅度及持续时间，进而间接减小偏置模块2提供的偏执电流，使电流比较器模块1的静态损耗减小。
47.当信号输入端in的输入信号由高电平转换为低电平时，此时mos管m6b和mos管m7a导通，mos管m7b和mos管m6a截止，电容器c2处于充电状态，电容器c1处于放电状态，为电容器c2充电的电流流过电流比较器模块1，使流过差分对m2a-m2b的电流增大；电容器c1放电的电流流过mos管m6a，与mos管m6a的开关电流几乎相等，同样不会对流过差分对m2a-m2b产生影响。
48.由上述原理可知，动态电流产生模块3仅在输入信号变化瞬间为电流比较器模块1提供动态电流，相较于之前仅由偏置模块2提供偏置电流，提高了转换速度，且动态电流产生模块3在转换完成之后不产生任何损耗，同时还可以减小偏置电流，达到降低静态功耗的目的。
49.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。