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CN107528580A - 电平转换电路 - Google Patents

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    • H03K19/0175Coupling arrangements; Interface arrangements
    • H03K19/0185Coupling arrangements; Interface arrangements using field effect transistors only
    • H03K19/018507Interface arrangements

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Abstract

本发明公开了一种电平转换电路,包含有降压模块、反馈模块、反向模块以及采样模块;降压模块包含有电平转换电路的输入端口,还包括电源端口以及输出端口;反馈模块包含有电源端口,以及反馈模块的输入输出端口,反馈模块的输入端口连接降压模块的输出端口;反馈模块还通过接地端口接地;反向模块包含有电源端口,以及反向模块的输入输出端口,反向模块的输入端口连接反馈模块的输出端口;反向模块还通过接地端口接地;反向模块的输出为电平转换电路的整体输出端口;采样模块通过两个端口分别连接降压模块的输出端口以及反馈模块的输出端口,另外还通过一端口接地。本发明全部使用低压管,全CMOS器件,将高电压域电平平移到低电压域电平的功能。

Description

电平转换电路
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域,具体涉及一种将高电压域转换为低电压域的电平转换电路。
背景技术
在IC芯片的接口电路端,存在着3.3V/3.6V/5.0V等高电压的输入控制信号,为了能够正确识别这些信号,需要接口电路能够承受这些高电压并且不存在可靠性的问题。芯片的工艺厂商提供的器件类型具有1.2V/2.5V/3.3V/5V等耐压器件可供选择,但是根据不同的器件选择,除基础器件外工艺厂商会额外收取掩膜层费用。
一般而言,对于高速电路,射频电路,为了追求高速、低噪声等性能,芯片内部核心电路都是选择短沟道低电压域低耐压器件。这里就存在外部电平和内部电平的接口问题,需要将外部电平转换为核心电平。为了能够处理高输入电压,常见的一种办法如图1所示,是利用串联电阻分压的原理,先将外部的高电压域电压通过电阻分压的形式,将电压降下来之后,再供给内部电路使用。这种解决方案简单成本低廉,但是存在着静态功耗和RC延迟两个缺点,对高速和低功耗电路来说并不合适。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电平转换电路,实现将高电压域电平平移到低电压域电平的功能,并且静态功耗小,可靠性高。
为解决上述问题,本发明提供一种电平转换电路,包含有降压模块、反馈模块、反向模块以及采样模块;
降压模块,包含有电平转换电路的输入端口,还包括电源端口以及输出端口;
反馈模块,包含有电源端口,以及反馈模块的输入输出端口,反馈模块的输入端口连接降压模块的输出端口;反馈模块还通过接地端口接地;
反向模块,包含有电源端口,以及反向模块的输入输出端口,反向模块的输入端口连接反馈模块的输出端口;反向模块还通过接地端口接地;反向模块的输出为电平转换电路的整体输出端口;
采样模块,通过两个端口分别连接降压模块的输出端口以及反馈模块的输出端口,另外还通过一端口接地。
进一步地,所述降压模块的晶体管采用共源共栅结构。
进一步地,所述采样模块由NMOS管组成,等效导通电阻根据反馈模块可调。
进一步地,所述反馈模块由反相器,或者是施密特触发器,或者是具有阈值判断的电路组成。
进一步地,所述反向模块由反相器,或者是施密特触发器,或者是具有阈值判断的电路组成。
进一步地,所述电平转换电路,各模块采用的晶体管全部为低压管。
进一步地,所述电平转换电路,各模块全部为CMOS器件,与数字电路易于结合。
本发明所述的电平转换电路,全部使用低压管,全CMOS器件,实现将高电压域电平平移到低电压域电平的功能,并且在转换结束之后几乎没有静态功耗,可靠性高。
附图说明
图1是传统的电阻分压式降压解决方案。
图2是本发明电平转换电路的结构示意图。
图3是本发明电平转换电路的一实施例。
图4是本发明电平转换电路的另一实施例。
图5是本发明电平转换电路的时序图。
具体实施方式
本发明克服现有方案的不足,提供一种全新的高电压域转低电压域的电平转换方案。采用低耐压器件来实现将外部输入的高电平电压平移到低电平电压给内部电路使用,这样内部电路可以在低电压域工作。使用栅氧相对薄一点的低压晶体管,不仅可以减小芯片的面积还可以工作在更高的频率下,并且不需要支付额外的掩膜层费用。
本发明的上述目的是通过如下技术方案实现的:
如图2所示,所述电平转换电路,包含有降压模块、反馈模块、反向模块以及采样模块;
降压模块,包含有电平转换电路的输入端口IN,还包括电源端口VDDL以及输出端口;降压模块的晶体管均采用共源共栅的结构;
反馈模块,包含有电源端口VDDL,以及反馈模块的输入输出端口,反馈模块的输入端口连接降压模块的输出端口;反馈模块还通过接地端口接地;反馈模块由反相器,或者是施密特触发器,或者是具有阈值判断能力的电路组成;
反向模块,包含有电源端口VDDL,以及反向模块的输入输出端口,反向模块的输入端口连接反馈模块的输出端口;反向模块还通过接地端口接地;反向模块的输出为电平转换电路的整体输出端口OUT;反向模块由反相器,或者是施密特触发器,或者是具有阈值判断能力的电路组成。
采样模块,通过两个端口分别连接降压模块的输出端口以及反馈模块的输出端口,另外还通过一端口接地。采样模块由NMOS管组成,等效导通电阻根据反馈模块进行相应的调整。
上述电平转换电路,各模块采用的晶体管全部为低压管,这样可以省去高压管的掩膜层费用。全部为CMOS器件,与数字电路易于结合,并且不存在可靠性的问题。转换结束之后不存在静态功耗。
上述电平转换电路其工作原理是:结合附图2,VDDL是低压管的正常工作电压;当电路输入端IN输入低电平时,降压模块直接将低电平传输到VX节点,低电平VX经过反馈模块输出高电平VY来控制采样模块,高电平VY使采样模块打开接地维持VX为低电平。最后再将高电平的VY节点电压反向,输出OUT就为低电平。
当输入端IN输入高电平时,降压模块先将高电平降低到一个较低值到节点VX,但是较低的VX节点电压也足够高,能够使反馈模块输出低电平到节点VY,低电平VY使采样模块关断,这样VX点的电压也能够维持。最后反向模块再将低电平的VY节点电压反向,输出OUT为高电平。
图3所示是本发明电平转换电路的一简单实施例,VDDL是低压管的正常工作电压。M1管是降压管,相当于降压模块,M2是采样管,相当于采样模块,反相器1相当于反馈模块的作用,反相器2相当于反向模块的作用。
当端口IN输入电压为0V时,降压管M1可以直接将0V传递到VX,VX使反相器1的输出VY变为VDDL,VY将使采样管M2打开,维持将VX置位在0V。最后反相器2将VY的VDDL反向,输出OUT就为0V。
当端口IN输入高电平时,降压管M1传输高电平会有阈值电压VTH的损失,输出的VX节点为VDDL-VTH,只要反相器1能够识别VDDL-VTH为高则输出VY为0V,VY将使采样管M2关断,维持VX电位在VDDL-VTH。最后反相器2将VY的0V反向,输出OUT就为VDDL。注意这里的唯一一个风险是M1管的漏源电压差IN-(VDDL-VTH)不能超过VDDL,否则M1管会有可靠性问题,此时最大IN端电压为2*VDDL-VTH
为了降低图3所示方案的风险,基于本发明方案的另一实施例如图4所示。图4的整个工作流程与图3一样。唯一不同的是,增加了一个M3管。当IN端口为高电平时,可以打开M3管,将VDDL直接就传到VX节点。这样M1管的漏源电压差IN-VDDL不能超过VDDL,此时能处理的最大的IN为2*VDDL,提高了一个阈值电压VTH
图5是采用2.5V器件实现的,处理最大输入电压5V的电平转换电路的时序图,图中实线为输入电平IN,虚线为输出电平OUT,可以看到对于低压0V和高压5V都能够很好的平移。
最后需要指出的是,以上仅用以说明本发明的技术实施方案而不是限制。本领域的技术人员应该明白,在不脱离所附权利要求的本发明精神和范围的前提下,可能存在形式上和细节上多种变化,所附的权利要求书覆盖了本发明精神和范围内的所有这些改变和修改。

Claims (7)

1.一种电平转换电路,其特征在于:包含有降压模块、反馈模块、反向模块以及采样模块;
降压模块,包含有电平转换电路的输入端口,还包括电源端口以及输出端口;
反馈模块,包含有电源端口,以及反馈模块的输入输出端口,反馈模块的输入端口连接降压模块的输出端口;反馈模块还通过接地端口接地;
反向模块,包含有电源端口,以及反向模块的输入输出端口,反向模块的输入端口连接反馈模块的输出端口;反向模块还通过接地端口接地;反向模块的输出为电平转换电路的整体输出端口;
采样模块,通过两个端口分别连接降压模块的输出端口以及反馈模块的输出端口,另外还通过一端口接地。
2.如权利要求1所述的电平转换电路,其特征在于:所述降压模块内部的晶体管采用共源共栅的结构。
3.如权利要求1所述的电平转换电路,其特征在于:所述采样模块由NMOS管组成,等效导通电阻根据反馈模块进行相应调整。
4.如权利要求1所述的电平转换电路,其特征在于:所述反馈模块由反相器,或者是施密特触发器,或者是具有阈值判断的电路组成。
5.如权利要求1所述的电平转换电路,其特征在于:所述反向模块由反相器,或者是施密特触发器,或者是具有阈值判断的电路组成。
6.如权利要求1所述的电平转换电路,其特征在于:所述电平转换电路,各模块采用的晶体管全部为低压管。
7.如权利要求1所述的电平转换电路,其特征在于:所述电平转换电路,各模块全部为CMOS器件,与数字电路易于结合。
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