Pegelverschiebung in HV-CMOS-Prozessen

Ich arbeite an einem Projekt, für das benutzerdefinierte ICs von einer anderen Person im Projekt entworfen werden. Der verwendete Prozess ist ein CMOS-Prozess mit gemischter Spannung, der a$1.8\mathrm{V}/5\mathrm{V}$Logikebene zusammen mit a$60\mathrm{V}$Hochspannungstauglichkeit. Im Wesentlichen umfassen die entworfenen Schaltungen Hochspannungs-Ausgangstreiber, die von der Niederspannungslogik angesteuert werden müssen. Dies erfordert natürlich eine Pegelverschiebung.

Die Hochspannungstransistoren im Prozess sind dafür ausgelegt$60\mathrm{V}$, aber wie bei den meisten Transistoren ist dies nur der$V_{ds}$Bewertung. Der$V_{gs}$Bewertung ist natürlich viel niedriger - nur in diesem Fall$5\mathrm{V}$.

Die eingeschränkte Gate-Spannung erschwert die Pegelverschiebung eindeutig - irgendwie a$5\mathrm{V}$Steuersignal für die niedrige Seite muss nach oben verschoben werden$55\mathrm{V}$um den High-Side-Transistor einer Halbbrücke zu steuern. Dies ist jedoch keine einfache Aufgabe, da die Gate-Spannungen begrenzt sind.

Die IC-Leute, die daran arbeiten, haben grundsätzlich zwei Lösungen. Verwenden Sie zunächst einen Widerstand für die hohe Seite anstelle eines PMOS, der, wie Sie sich vorstellen können, sehr viel Strom verbrauchen würde, da der Widerstand niedrig genug sein muss, um schnelle Anstiegszeiten zu erreichen ($20\mathrm{ns}$) in ein ziemlich großes ($10\mathrm{pF}$) kapazitive Last. Verwenden Sie zweitens einen Widerstandsteiler, der von einem Low-Side-NMOS angesteuert wird, um die zu erzeugen$60\mathrm{V}/55\mathrm{V}$Logikpegel für ein High-Side-PMOS - aber auch dies würde viel Strom verbrauchen, da das Gate des PMOS ein ~ ist$2\mathrm{pF}$.

Da ich selbst kein IC-Designer bin, lasse ich sie ihre Arbeit machen, aber ich nehme an, es hat mich nur genervt. Ich kann nicht umhin, über das Problem nachzudenken und zu denken, dass es einen besseren Weg geben muss, aber mir fällt keiner ein.

Ich bin gespannt, ob es typische Möglichkeiten gibt, diese Art von Pegelverschiebung mit begrenzten Komponenten zu erreichen?

Tatsächlich sind die einzigen Komponenten das obige PMOS / NMOS, Widerstände, Dioden und ich denke auch 5,5-V-Zenerdioden. Es gibt Kondensatoren im Prozess, aber soweit ich mich erinnere, haben sie eine niedrige Spannung und konnten daher nicht in Strukturen verwendet werden, die ich gesehen habe und die Impulse zur Pegelverschiebung über eine große Spannung unter Verwendung von Kondensatoren zur Isolierung ausgleichen können.

_{Ich nehme an, was mich am meisten nervt, ist, dass es seltsam erscheint, dass IC-Fabriken Hochspannungsprozesse anbieten, ohne dass es scheinbar eine „nette“ Möglichkeit gibt, den PMOS- und den NMOS-Transistor miteinander zu verbinden, um Gegentakttreiber zu bilden.}