CN101630955A

CN101630955A - 带加速管的高性能电平转换电路

Info

Publication number: CN101630955A
Application number: CN200910043648A
Authority: CN
Inventors: 窦强; 唐李红; 马卓; 徐炜遐; 郭阳; 李少青; 陈吉华; 赵振宇; 陈怒兴; 张民选; 刘梅; 黄冲; 白创; 肖海鹏
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: National University of Defense Technology
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2010-01-20

Abstract

本发明公开了一种带加速管的高性能电平转换电路，它包括两个交叉耦合MOS管P1和P2、两个差分输入MOS管N1和N2和两个加速MOS管P3和P4。加速管P3、P4与差分输入管N1、N2分别构成CMOS反向器形式，使得输出节点导通和截止的速度变得更快。由于增加了加速管P3和P4，该电路在不需要后级反相器调整的情况下实现电平转换，并能使得转化后的信号具有精确的占空比，信号保真。本发明所涉及的电平转换电路，结构简单，工作频率高。

Description

带加速管的高性能电平转换电路

技术领域

本发明涉及到在CMOS工艺下，实现不同电压域间信号电平转换的一种电路技术。

背景技术

在CMOS工艺下，通常针对不同的电路模块使用不同的供电电压，这就使得不同的电路模块采用不同的信号电平。因此，在采用不同信号电平的模块之间进行信号传递就必须使用电平转换电路。

对电平转换电路通常有转换精确、对称的要求，并能够抗工艺/电源电压/温度的变换(PVT变化)，这是因为如果转换后输出电平outa和outb占空比失真，就需要后续反向器电路对outa和outb进行整形，因此延时大；如果差分信号不能够精确对称，就会出现时钟重叠和沟道电荷注入效应，导致电路性能下降甚至不能正常工作；如果抗PVT不好，会导致输出随着电路工作环境的变化而失真，或者一致性较差。

传统的电平转换电路的结构如图3所示，该电路双端输入双端输出的差分电路，由于尾电流源不存在，因此，称为伪差分电路结构。它的电压摆幅比单端的大1倍，由于尾电流源不存在，所以更适合在低电源电压下使用，并且线性度高。尤其是对称的双端输入双端输出的差分电路对环境噪声具有很强的抗干扰能力，假设易受干扰的信号分成两个大小相等、相位相反地信号进行传输。但其差值会保持不变。这种情况下，虽然这两个信号的共模电平被干扰，但差动输出并没有损坏，所以抑制了共模噪声。

图3这种结构的电平转换速率取决于P1和P2这两个PMOS管的沟道电阻以及输出端outa和outb所带的负载大小。同时P1和P2这两个交叉耦合CMOS管构成的正反馈通路，使得outa和outb的输出节点导通和截止的速度变快。一般来说，设计者都希望outa和outb的输出摆幅大致为地电平VSS到电源电平VDD，但实际效果证明这种结构输出的占空比并不是很好、上升下降时间大、过冲较大，需要后续反向器电路对outa和outb进行整形，因此延时大。为了避免这些问题，要求形成差分输入信号的两条支路的反向器链路要精确一致，然而这在高频下很难实现，并且会产生较大的延迟，尤其是当工艺/电压/温度发生改变时，会导致输出信号严重失真。

如前面所述，传统的电平转换电路占空比并不是很好、延迟大和过冲大会引起电路性能的下降，甚至抗PVT不好使得电路不能正常工作。

发明内容

本发明要解决的问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种高性能带加速管的电平转换电路结构，能简单够快速的产生完全对称且信号占空比保真，而且不需要后级反相器来调节信号质量。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种高性能带加速管的电平转换电路，其特征在于：两个加速MOS管P3和P4，P3和P4的栅漏分别与N1和N2的栅漏相连，构成CMOS反向器形式的电路结构，使得outa和outb的输出节点导通和截止的速度变得更快，因此，能使差分输出信号outa和outb很快达到高电平并保真信号形状，所以不需要后级反相器来调节。本发明是一种结构简单、能够快速产生完全对称且信号质量保真的电平转换，而且不需要后级反相器来调节的高性能带加速管的电平转换电路。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：

1、结构简单：本发明中提出的电路结构只是在原有技术基础上增加了两个加速MOS管，实现结构简单。

2、性能优异：本发明中提出的电路却可以快速产生保真、精确对称的电平转换后的差分输出信号，这是现有技术所不可比拟的。a)转换后的信号高保真，差分信号精确对称；b)不需要后级反相器来调节，因此延迟小；c)过冲小；d)抗工艺/电源电压/温度变化能力强。

3、使用方便：由于本发明提出的电路结构简单，所以使用十分方便，不会给设计增加复杂度降低设计复杂度。

附图说明

图1是本发明的框架结构示意图；

图2是差分输入输出信号产生电路的示意图；

图3是传统的电路原理示意图；

图4是本发明的电路原理示意图；

图5是本发明在超高速低电平差分信号的输入条件下向高电平转换的模拟结果示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图4所示，本发明的高性能带加速管的电平转换电路，它包括两个交叉耦合MOS管、两个差分输入MOS管和两个加速MOS管，所述高性能带加速管的电平转换电路如图所示包括由两个交叉耦合MOS管P1和P2，P1和P2的栅端分别接转换后的高电平差分输出端口outa和outb，构成正反馈，使得outa和outb的输出节点导通和截止的速度变快；两个差分输入MOS管N1和N2，N1和N2的栅端分别接低电平差分输入信号端口ina和inb；两个加速MOS管P3和P4，P3和P4的栅漏端分别与N1和N2的栅漏端相连，构成CMOS反向器形式的电路结构，使得outa和outb的输出节点导通和截止的速度变得更快。能使差分输出信号outa和outb很快达到高电平，并精确复制输入信号的形状，所以不需要后级反相器来调节。本发明是一种结构简单、能够快速产生精确、高保真的转换后差分信号的电平转换电路。

如图5所示，本发明在CMOS工艺条件以及超高速低电平差分信号的输入条件下的模拟结果，可以看出，本发明提出的带加速管的高性能电平转换的输入低电平差分信号和输出高电平差分信号，并且输出波形也已经做到完全对称并精确复制，不需要反向器来整形，延迟小、过冲小。说明本发明提出的电路结构消除了传统结构产生的信号占空比不好、延迟小和过冲小以及抗工艺/电源电压/温度变化能力不好的缺点，能够快速做到使得从低电平向高电平转换产生的互补信号完全对称，而且不需要后级反相器来调节。

Claims

1、一种高性能带加速管的电平转换电路，其特征在于：

它包括两个交叉耦合MOS管、两个差分输入MOS管和两个加速MOS管，所述高性能带加速管的电平转换电路包括由两个交叉耦合MOS管(P1)和(P2)，(P1)和(P2)的栅分别接差分输出端口(outa)和(outb)，构成正反馈，使得(outa)和(outb)的输出节点导通和截止的速度变快；两个差分输入MOS管(N1)和(N2)，(N1)和(N2)的栅分别接低电平差分输入信号端口(ina)和(inb)；两个加速MOS管(P3)和(P4)，(P3)和(P4)的栅漏分别与(N1)和(N2)的栅漏相连，构成CMOS反向器形式的电路结构，使得(outa)和(outb)的输出节点导通和截止的速度变得更快，因此，能使差分输出信号(outa)和(outb)很快达到高电平并时钟信号很容易实现占空比为50％，所以不需要后级反相器来调节。

2、根据权利要求1所述的高性能带加速管的电平转换电路，其特征在于：两个加速MOS管(P3)和(P4)，(P3)和(P4)的栅漏分别与(N1)和(N2)的栅漏相连，构成CMOS反向器形式的电路结构，使得(outa)和(outb)的输出节点导通和截止的速度变得更快，因此，能使差分输出信号(outa)和(outb)很快达到高电平并保真，所以不需要后级反相器来调节的高性能带加速管的电平转换电路。