電平切換電路和電平切換裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電平切換電路和電平切換裝置。
【背景技術】
[0002]絕大多數數字電路都是采用高/低兩電平方式來完成各種信號處理，高、低電平大小是由該電路的正、負電源的數值決定的:如1.8V、0V或3.3V、0V或5V、-5V等。
[0003]有少數特殊場合需要采用三電平(或三電平以上)來進行信號處理，如5V、0V、-5V或5V、-5V、-8V等。一般來說，這種應用多半是高速高壓大功率驅動，最典型的就是CXD的驅動，它需要H-driver、V-driver、CSS-driver三種類型的高壓大電流驅動器。H-driver、V-driver都是高壓兩電平驅動器，CSS-driver則是VH = 5V、VL = -5V、VLL = -8V的階梯形三電平高壓驅動器，而且VH、VL、VLL都需要在±2V內波動。
[0004]高壓大功率三電平乃至多電平脈沖產生電路歷來都是集成電路設計難點，因為它涉及多個電源域之間的快速切換，不僅要考慮管子的耐壓特性還要考慮管子襯底的連接以及所使用工藝的限制等多個方面。
[0005]圖1為一種現有三電平脈沖產生電路?？刂菩盘朧h_in、Vl_in、Vll_in分別經過電平轉換電路后，再經過反相器鏈驅動，送到第一 MOS管M1、第二 MOS管M2和第三MOS管M3的柵極，輸出端out依次輸出第一電平VH、第二電平VL和第三電平VLL。
[0006]第一 MOS管Ml導通時，輸出端out輸出第一電平VH，第一 MOS管Ml起著上拉作用。第二 MOS管M2導通時，輸出端out輸出第二電平VL，第二 MOS管M2起著下拉作用。第三MOS管M3導通時，輸出端out輸出第三電平VLL，第三MOS管M3也是起著下拉作用，而且在同一時刻第一 MOS管Ml、第二 MOS管M2和第三MOS管M3只能有一個管子導通，其它兩個管子關斷。
[0007]為了能讓第一 MOS管M1、第二 MOS管M2和第三MOS管M3各自能夠快速導通或關斷，它們各自的柵極驅動電壓信號應該能在盡量大的擺幅里快速翻轉，但是又不能過大而將其柵極擊穿。一般來說，高壓管分兩大類:第一類是高壓管的柵極到源極之間的壓差Vgs不能超過5?5.5V，源極到漏極Vds可以承受高壓，即這類高壓管的柵不能承受高壓；第二類是高壓管的柵極到源極壓差Vgs可以為高壓，如15V，25V等，源極到漏極Vds可以承受高壓(但是耐壓程度遠比Vgs的高)。
[0008]第一類高壓管的最小溝道長度一般為lum。第二類高壓管的最小溝道長度則較大，如2um、3um等，整個芯片也會因此面積擴大很多，而且第二類高壓管的工藝也比第一類高壓管的復雜，昂貴，所以使用第二類高壓管的設計出來的芯片綜合成本就比第一類大得多。所以，高壓管都是基于第一類高壓管的，即第一 MOS管M1、第二 MOS管M2和第三MOS管M3的Vgs不超過5V。
[0009]為了使第一 MOS管Ml導通和截止，其柵極電壓應分別為第一電平VH_5V(即圖中的VH_m5)和第一電平VH0為了使第二 MOS管M2導通和截止，其柵極電壓應分別為第二電平VL+5V(即圖中的VL_p5)和第二電平VL。為了使第三MOS管M3導通和截止，其柵極電壓應分別為第三電平VLL+5V(即圖中的VLL_p5)和第三電平VLL。
[0010]三電平脈沖產生電路在第二電平VL和第三電平VLL的電壓差值低于一個二極管導通電壓即0.7V時，可以正常工作。但是，當第二電平VL和第三電平VLL的電壓差值的絕對值大于0.7V以上時，就不能正常工作了。
[0011]例如，第二電平VL =-5V，第三電平VLL =-6V。當第二 MOS管M2導通，第一 MOS管Ml和第三MOS管M3關斷時，輸出端out為-5V ;接著第二 MOS管M2關斷，第三MOS管M3導通(第一 MOS管Ml仍不通)時，輸出端out應為-6V，但是，由于第二 MOS管M2襯底與源極連在一起為-5V，而第二 MOS管M2的漏極為-6V，那么第二 MOS管M2的襯底到漏極這個二極管就處于正偏狀態(tài)而且正偏電壓為IV，超過二極管的正向導通電壓0.7V，于是該二極管導通，第二電平VL就會通過該二極管倒灌向輸出端out，其結果就是不僅會使輸出端out鉗位在第二電平VL-0.7V(本例為-5.7V)，而且還將有很大的倒灌電流流過第二 MOS管M2，容易損壞該功率管。

【發(fā)明內容】

[0012]本發(fā)明解決的問題是現有現有電平脈沖產生電路出現的倒灌和輸出電平鉗位問題。
[0013]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種電平切換電路，包括:第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管和第六MOS管；
[0014]所述第一 MOS管的漏極連接第六MOS管的漏極并作為所述電平切換電路的輸出端，所述第一 MOS管的柵極連接所述第二 MOS管的柵極、第四MOS管的漏極、第五MOS管的漏極，第一 MOS管的源極連接第二 MOS管的源極和第三MOS管的漏極；
[0015]所述第三MOS管的源極連接所述第六MOS管的源極；
[0016]所述第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管和第六MOS管的襯底均各自與其自身的源極連接；
[0017]所述第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第五MOS管和第六MOS管為同類型的MOS管，所述第四MOS管與所述第一 MOS管為不同類型的MOS管。
[0018]可選的，所述第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第五MOS管和第六MOS管均為NMOS管，第四MOS管為PMOS管，所述第三MOS管的源極、第六MOS管的源極和第五MOS管的源極均適于輸入第一電壓，所述第二 MOS管的漏極適于輸入第二電壓，所述第四MOS管的源極適于輸入第三電壓，所述第三電壓比第二電壓高4V至5V。
[0019]可選的，所述第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第五MOS管和第六MOS管均為PMOS管，第四MOS管為NMOS管，所述第三MOS管的源極、第六MOS管的源極和第五MOS管的源極均適于輸入第五電壓，所述第二MOS管的漏極適于輸入第六電壓，所述第四MOS管的源極適于輸入第七電壓，所述第七電壓比第六電壓低4V至5V。
[0020]可選的，所述的電平切換電路還包括:
[0021]第一控制單元，適于控制所述第四MOS管在第二時間段內處于導通狀態(tài)，在第三時間段內處于截止狀態(tài)；
[0022]第二控制單元，適于控制所述第五MOS管在所述第二時間段內處于截止狀態(tài)，在所述第三時間段內處于導通狀態(tài)；
[0023]第三控制單元，適于控制所述第六MOS管在所述第二時間段內處于截止狀態(tài)，在所述第三時間段內處于導通狀態(tài)；
[0024]第四控制單元，適于控制所述第三MOS管在所述第二時間段內處于截止狀態(tài)，在所述第三時間段內處于導通狀態(tài)。
[0025]可選的，所述電平切換電路還包括:
[0026]所述第一控制單元包括:第一電平轉換電路和第一反相器鏈，所述第一反相器鏈包括奇數個串聯的第一反相器，所述第一電平轉換電路的輸入端適于輸入第一控制信號，所述第一電平轉換電路的輸出端連接所述第一反相器鏈的輸入端，所述第一反相器鏈的輸出端連接所述第四MOS管的柵極，所述第一反相器的第一電源端電壓和第二電源端電壓分別與所述第二電壓和第三電壓的電壓值相等；
[0027]所述第二控制單元包括:第二電平轉換電路和第二反相器鏈，所述第二反相器鏈包括奇數個串聯的第二反相器，所述第二電平轉換電路的輸入端適于輸入所述第一控制信號，所述第二電平轉換電路的輸出端連接所述第二反相器鏈的輸入端，所述第二反相器鏈的輸出端連接所述第五MOS管的柵極，所述第二反相器的第一電源端電壓與所述第一電壓的電壓值相等，所述第二反相器的第二電源端電壓與所述第二反相器的第一電源端電壓的電壓值之差為4V至5V ;
[0028]所述第三控制單元包括:第三電平轉換電路和第三反相器鏈，所述第三反相器鏈包括偶數個串聯的第三反相器，所述第三電平轉換電路的輸入端適于輸入第二控制信號，所述第三電平轉換電路的輸出端連接所述第三反相器鏈的輸入端，所述第三反相器鏈的輸出端連接所述第六MOS管的柵極，所述第三反相器的第一電源端電壓與所述第一電壓的電壓值相等，所述第三反相器的第二電源端電壓與所述第三反相器的第一電源端電壓的電壓值之差為4V至5V ;
[0029]所述第四控制單元包括:第四電平轉換電路和第四反相器鏈，所述第四反相器鏈包括偶數個串聯的第四反相器，所述第四電平轉換電路的輸入端適于輸入所述第二控制信號，所述第四電平轉換電路的輸出端連接所述第四反相器鏈的輸入端，所述第四反相器鏈的輸出端連接所述第三MOS管的柵極，所述第四反相器的第一電源端電壓與所述第一電壓的電壓值相等，所述第四反相器的第二電源端電壓與所述第四反相器的第一電源端電壓的電壓值之差為4V至5V。
[0030]可選的，所述電平切換電路還包括:第七MOS管；
[0031]所述第七MOS管的漏極連接所述第一 MOS管的漏極，所述第七MOS管的源極適于輸入第四電壓，所述第七MOS管與所述第四MOS管為同類型的MOS管，所述第七MOS管的襯底與其自身的源極連接。
[0032]可選的，所述電平切換電路還包括:
[0033]第一控制單元，適于控制所述第四MOS管在第一時間段內處于截止狀態(tài)，在第二時間段內處于導通狀態(tài)，在第三時間段內處于截止狀態(tài)；
[0034]第二控制單元，適于控制所述第五MOS管在所述第一時間段內處于導通狀態(tài)，在所述第二時間段內處于截止狀態(tài)，在所述第三時間段內處于導通狀態(tài)；
[0035]第三控制單元，適于控制所述第六MOS管在所述第一時間段內處于截止狀態(tài)，在所述第二時間段內處于截止狀態(tài)，在所述第三時間段內處于導通狀態(tài)；
[0036]第四控制單元，適于控制所述第三MOS管在所述第一時間段內處于導通狀態(tài)，在所述第二時間段內處于截止狀態(tài)，在所述第三時間段內處于導通狀態(tài)；
[0037]第五控制單元，適于控制所述第七MOS管在所述第一時間段處于導通狀態(tài)，在所述第二時間段內處于截止狀態(tài)，在所述第三時間段內處于截止狀態(tài)。
[0038]可選的，所述第一控制單元包括:第一電平轉換電路和第一反相器鏈，所述第一反相器鏈包括奇數個串聯的第一反相器，所述第一電平轉換電路的輸入端適于輸入第一控制信號，所述第一電平轉換電路的輸出端連接所述第一反相器鏈的輸入端，所述第一反相器鏈的輸出端連接所述第四MOS管的柵極，所述第一反相器的第一電源端電壓和第二電源端電壓分別與所述第二電壓和第三電壓的電壓