高压转低压电路的制作方法

1.本发明涉及集成电路芯片技术领域，尤其涉及低压应用技术领域，具体是指一种高压转低压电路。

背景技术：

2.传统cmos工艺器件只能应用于低压应用，常见的低压工艺为5v、3.3v等，但是在有些应用中标准的输入电源电压为24v或36v，此时需要将高电压转换为低电压，才能给低压器件供电。
3.最简单和实用的高压转低压电路一般通过串联电阻分压，利用电阻的比例关系将高压转换为低压，当输入电压固定不变时可实现精确的输出电压，但是当输入电压改变时，输出电压也会改变。当需要在输入电压变化的情况下输出一个稳定的电压值，常用到的是稳压二极管和电阻，将输出电压钳位，但是得到的输出电压存在温度系数，一般为正温度系数。还可以利用ldo结构，采用负反馈的方式得到一个稳定的输出电压。但是这些方案中都需要用到高压的mos管或jfet管。
4.一种传统的高压转低压电路如图1所示，输入高压通过r1和r2分压将高压转换为低压，再通过稳压二极管将nmos管的栅极电压稳定在一个固定值，vout电压为稳压二极管的稳压值减去nmos的开启值，即v
out
＝v
dz
－v
th
。图1所示电路输出电压值由稳压二极管的稳压值和nmos管的阈值决定，由于二极管的稳压值存在温度系数，nmos管的vgs随负载电流变化而变化，所以输出稳压值会随负载电流大小变化而变化，且存在温度系数。
5.另一种传统的高压转低压电路如图2所示，amp的正相端输入为标准电压生成电路输出的基准电压vbg，通过电阻r1和r2对输出电压分压采样，输入到amp的反相端与基准电压vbg进行比较，用其差值来控制jfet管栅极电压，从而调整输出电压。图2所示电路jfet管需要耐高压，集成在电路内部时，需要使用特殊的掩膜版，大大增加了集成电路的制造成本，选用外部jfet时，jfet成本也较高，而且jfet管的阈值电压的一致性还会影响电路的性能，当阈值过低时，栅极电压接近0v，vout的初始电压上升不够高，标准电压生成电路不能工作，vout则不能上升到最终的目标值；当阈值过高时，vout电压会超过目标值，会使电路内部低压器件损坏。

技术实现要素：

6.本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种可以用三极管替代jfet管、且制作成本低，可靠性高，通用性强的高压转低压电路。
7.为了实现上述目的，本发明的高压转低压电路如下：
8.该高压转低压电路，其主要特点是，所述的电路包括：
9.芯片内部单元以及芯片外部单元，所述的芯片内部单元与芯片外部单元实现电路连接；
10.其中，所述的芯片内部单元包括：
11.运算放大器，所述的运算放大器的反向输入端与标准电压生成电路相连接；
12.nmos场效应管，所述的运算放大器的输出端与所述的nmos场效应管的栅极相连接；
13.所述的芯片外部单元包括：
14.npn型三极管，所述的npn型三极管的基极与所述的nmos场效应管的漏极相连接。
15.较佳地，所述的芯片内部单元具体为：
16.所述的运算放大器的输出端还与稳压补偿单元相连接，所述的运算放大器生成的输出电压经过所述的稳压补偿单元的稳定性补偿后，再经过第三电阻和分压单元将所述的输出电压输入到所述的运算放大器的正向输入端进行电压比较。
17.较佳地，所述的分压单元包括：
18.第一电阻以及第二电阻，其中，
19.所述的第一电阻的第一端与所述的第三电阻的第二端相连接，所述的第一电阻的第二端与所述的第二电阻的第一端相连接，所述的第二电阻的第二端接地。
20.较佳地，所述的nmos场效应管的源极接地，所述的nmos场效应管的漏极与所述的芯片外部单元的二极管的负极相连接，所述的二极管的正极与所述的npn型三极管的基极相连接，所述的npn型三极管的集电极通过第五电阻接入一高压输入信号vin，所述的npn型三极管的发射极还外接有一负载电容与地相连接。
21.较佳地，所述的稳压补偿单元包括：
22.第四电阻以及第一电容，所述的第四电阻的第一端与所述的运算放大器的输出端相连接，所述的第四电阻的第二端与所述的第一电容的第一端相连接，所述的第一电容的第二端与所述的第三电阻的第一端相连接。
23.更佳地，所述的芯片外部单元包括：
24.结型场效应管，所述的结型场效应管的栅极与所述的nmos场效应管的漏极相连接，所述的结型场效应管的漏极接入一高压输入信号vin，所述的结型场效应管的源极还外接有一负载电容与地相连接。
25.采用了本发明的该种高压转低压电路，可以用三极管替代jfet管的高压转低压电路，同时为了满足一些特殊需求，保留了结型场效应管jfet的应用，相较于现有技术而言在芯片内部无需高压器件，而是将高压器件放到芯片外部，同时设计了兼容三极管应用的高压转低压电路，通过电阻连接三极管栅极和高压输入端，使电路完成自启动，通过二极管降压使得芯片内部无高压，当芯片外部采用结型场效应管jfet的应用时，通过电阻连接vout以及vgate端，为下拉管提供对应的上拉电流，以使nmos场效应管的栅极电压vgate电压恒定，具有较强的通用性，同时，采用了该种电路结构的高压转低压电路的输出电压稳定，可靠性高，且输出电压为低温度系数，稳定系数和内部带隙基准一致。
附图说明
26.图1为现有技术中传统的高压转低压电路结构示意图。
27.图2为现有技术中的另一传统的高压转低压电路结构示意图。
28.图3为本发明的芯片外部单元为npn型三极管时的高压转低压电路结构示意图。
29.图4为本发明的芯片外部单元为结型场效应管jfet时的高压转低压电路结构示意
图。
30.附图标记
31.vbg基准电压
32.amp运算放大器n1nmos场效应管
33.npnnpn型三极管
34.c
load
负载电容
35.vgate栅极电压
36.vout输出电压
37.vin高压输入信号
38.jfet结型场效应管
39.r1第一电阻
40.r2第二电阻
41.r3第三电阻
42.r4第四电阻
43.r5第五电阻
44.c1第一电容
具体实施方式
45.为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
46.在详细说明根据本发明的实施例前，应该注意到的是，在下文中，术语“包括”、“包含”或任何其他变体旨在涵盖非排他性的包含，由此使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包含这些要素，而且还包含没有明确列出的其他要素，或者为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
47.请参阅图3所示，该高压转低压电路，其中，所述的电路包括：
48.芯片内部单元以及芯片外部单元，所述的芯片内部单元与芯片外部单元实现电路连接；
49.其中，所述的芯片内部单元包括：
50.运算放大器amp，所述的运算放大器amp的反向输入端与标准电压生成电路相连接；
51.nmos场效应管n1，所述的运算放大器amp的输出端与所述的nmos场效应管n1的栅极相连接；
52.所述的芯片外部单元包括：
53.npn型三极管，所述的npn型三极管的基极与所述的nmos场效应管n1的漏极相连接。
54.本发明的该高压转低压电路的芯片内部，标准电压生成电路生成一基准电压vbg作为输入电压与运算放大器amp的反向输入端相连接。
55.作为本发明的优选实施方式，所述的芯片内部单元具体为：
56.所述的运算放大器amp的输出端还与稳压补偿单元相连接，所述的运算放大器amp
生成的输出电压经过所述的稳压补偿单元的稳定性补偿后，再经过第三电阻r3和分压单元将所述的输出电压输入到所述的运算放大器amp的正向输入端进行电压比较。
57.作为本发明的优选实施方式，所述的分压单元包括：
58.第一电阻r1以及第二电阻r2，其中，
59.所述的第一电阻r1的第一端与所述的第三电阻r3的第二端相连接，所述的第一电阻r1的第二端与所述的第二电阻r2的第一端相连接，所述的第二电阻r2的第二端接地。
60.所述的第一电阻r1和第二电阻r2对输出电压分压采样，输入到运算放大器amp的正相端与基准电压vbg进行比较，用其差值来控制nmos场效应管n1的栅极电压，调整下拉电流的大小。
61.所述的第一电阻r1用于实现高压转低压电路的自启动。
62.作为本发明的优选实施方式，所述的nmos场效应管n1的源极接地，所述的nmos场效应管n1的漏极与所述的芯片外部单元的二极管d1的负极相连接，所述的二极管d1的正极与所述的npn型三极管的基极相连接，所述的npn型三极管的集电极通过第五电阻r5接入一高压输入信号vin，所述的npn型三极管的发射极还外接有一负载电容c
load
与地相连接。
63.nmos场效应管n1的漏极经过二极管d1连接第五电阻r5，从而调整npn型三极管的基极电压。二极管d1的使用保证了栅极电压vgate端口电压为低压，不超过低压器件耐压值。
64.当高压输入信号vin的电压开始上升时，第五电阻r5流过的电流使npn型三极管的基极电压跟着升高，由于npn型三极管的跟随作用，输出电压vout也会升高，直到标准电压生成电路开始工作，为运算放大器amp输入提供一个基准电压vbg，通过负反馈调整，输出电压趋于稳定。
65.作为本发明的优先实施方式，所述的稳压补偿单元包括：
66.第四电阻r4以及第一电容c1，所述的第四电阻r4的第一端与所述的运算放大器amp的输出端相连接，所述的第四电阻r4的第二端与所述的第一电容c1的第一端相连接，所述的第一电容c1的第二端与所述的第三电阻r3的第一端相连接。
67.请参阅图4所示，作为本发明的优选实施方式，所述的芯片外部单元包括：
68.结型场效应管jfet，所述的结型场效应管jfet的栅极与所述的nmos场效应管n1的漏极相连接，所述的结型场效应管jfet的漏极接入一高压输入信号vin，所述的结型场效应管jfet的源极还外接有一负载电容c
load
与地相连接。
69.所述的第四电阻r4以及第一电容c1用于输出稳定性补偿，第三电阻r3用于当芯片外部为结型场效应管jfet时提供上拉电流，结型场效应管jfet应用时的电路如图4所示，当高压输入信号vin开始上升时，在基准电压vbg生成之前，输出电压vout电压会逐渐升高，基准电压vbg生成后，vout的分压值和vbg比较，其差值控制n1管的栅极，调整其输出电流，第三电阻r3的上拉电流会得到一个平衡值，栅极电压vgate恒定，从而输出电压vout恒定。
70.在本发明的一具体实施方式中，该高压转低压电路的芯片内部通过一标准电压生成电路生成一基准电压vbg，与所述的运算放大器amp的反向输入端作为该高压转低压电路的输入电压，所述的运算放大器amp的输出端与nmos场效应管n1的栅极相连接，所述的输入电压还通过第四电阻r4以及第一电容c1进行输出稳定性补偿，所述的nmos场效应管n1的漏极经过二极管d1连接第五电阻r5，从而调整npn型三极管的基极电压。当芯片外部的高压输
入信号vin开始上升时，第五电阻r5流过的电流使芯片外部的npn型三极管的基极电压跟着升高，使得输出电压vout也会升高，直到标准电压生成电路开始工作，为运算放大器amp输入提供一个基准电压vbg，通过负反馈调整，从而使得输出电压趋于稳定。
71.在本发明的另一具体实施方式中，该高压转低压电路的芯片外部接上一结型场效应管jfet作为外部高压器件，此时，芯片内部的第三电阻r3用于为所述的结型场效应管jfet提供上拉电流，当高压输入信号vin开始上升时，输出电压vout电压会逐渐升高，当芯片内部的基准电压vbg生成后，输出电压vout的分压值和基准电压vbg进行比较，二者相比较的差值控制nmos场效应管n1的栅极电压vgate，此时调整芯片内部的输出电流，第三电阻r3的上拉电流会得到一个平衡值，栅极电压vgate的电压恒定，从而输出电压vout恒定。
72.在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“实施例”、“实施方式”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
73.采用了本发明的该种高压转低压电路，可以用三极管替代jfet管的高压转低压电路，同时为了满足一些特殊需求，保留了结型场效应管jfet的应用，相较于现有技术而言在芯片内部无需高压器件，而是将高压器件放到芯片外部，同时设计了兼容三极管应用的高压转低压电路，通过电阻连接三极管栅极和高压输入端，使电路完成自启动，通过二极管降压使得芯片内部无高压，当芯片外部采用结型场效应管jfet的应用时，通过电阻连接vout以及vgate端，为下拉管提供对应的上拉电流，以使nmos场效应管的栅极电压vgate电压恒定，具有较强的通用性，同时，采用了该种电路结构的高压转低压电路的输出电压稳定，可靠性高，且输出电压为低温度系数，稳定系数和内部带隙基准一致。
74.在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

技术特征：

1.一种高压转低压电路，其特征在于，所述的电路包括：芯片内部单元以及芯片外部单元，所述的芯片内部单元与芯片外部单元实现电路连接；其中，所述的芯片内部单元包括：运算放大器(amp)，所述的运算放大器(amp)的反向输入端与标准电压生成电路相连接；nmos场效应管(n1)，所述的运算放大器(amp)的输出端与所述的nmos场效应管(n1)的栅极相连接；所述的芯片外部单元包括：npn型三极管，所述的npn型三极管的基极与所述的nmos场效应管(n1)的漏极相连接。2.根据权利要求1所述的高压转低压电路，其特征在于，所述的芯片内部单元具体为：所述的运算放大器(amp)的输出端还与稳压补偿单元相连接，所述的运算放大器(amp)生成的输出电压经过所述的稳压补偿单元的稳定性补偿后，再经过第三电阻(r3)和分压单元将所述的输出电压输入到所述的运算放大器(amp)的正向输入端进行电压比较。3.根据权利要求2所述的高压转低压电路，其特征在于，所述的分压单元包括：第一电阻(r1)以及第二电阻(r2)，其中，所述的第一电阻(r1)的第一端与所述的第三电阻(r3)的第二端相连接，所述的第一电阻(r1)的第二端与所述的第二电阻(r2)的第一端相连接，所述的第二电阻(r2)的第二端接地。4.根据权利要求3所述的高压转低压电路，其特征在于，所述的nmos场效应管(n1)的源极接地，所述的nmos场效应管(n1)的漏极与所述的芯片外部单元的二极管(d1)的负极相连接，所述的二极管(d1)的正极与所述的npn型三极管的基极相连接，所述的npn型三极管的集电极通过第五电阻(r5)接入一高压输入信号(vin)，所述的npn型三极管的发射极还外接有一负载电容(c
load
)与地相连接。5.根据权利要求2所述的高压转低压电路，其特征在于，所述的稳压补偿单元包括：第四电阻(r4)以及第一电容(c1)，所述的第四电阻(r4)的第一端与所述的运算放大器(amp)的输出端相连接，所述的第四电阻(r4)的第二端与所述的第一电容(c1)的第一端相连接，所述的第一电容(c1)的第二端与所述的第三电阻(r3)的第一端相连接。6.根据权利要求1所述的高压转低压电路，其特征在于，所述的芯片外部单元包括：结型场效应管(jfet)，所述的结型场效应管(jfet)的栅极与所述的nmos场效应管(n1)的漏极相连接，所述的结型场效应管(jfet)的漏极接入一高压输入信号(vin)，所述的结型场效应管(jfet)的源极还外接有一负载电容(c
load
)与地相连接。

技术总结

本发明涉及一种高压转低压电路，其中，所述的电路包括芯片内部单元以及芯片外部单元，所述的芯片内部单元包括：运算放大器(AMP)，所述的运算放大器(AMP)的反向输入端与标准电压生成电路相连接；NMOS场效应管(N1)，所述的运算放大器(AMP)的输出端与所述的NMOS场效应管(N1)的栅极相连接；所述的芯片外部单元包括NPN型三极管，所述的NPN型三极管的基极与所述的NMOS场效应管(N1)的漏极相连接。采用该种结构的高压转低压电路，通过电阻连接三极管栅极和高压输入端，使电路完成自启动，通过二极管降压使得芯片内部无高压，且芯片内部无需高压器件，制造成本低，外部高压器件既可使用三极管也可使用JFET，通用性强，并且输出电压稳定，可靠性高，稳定系数和内部带隙基准一致。稳定系数和内部带隙基准一致。稳定系数和内部带隙基准一致。