CN101667824B

CN101667824B - 电压电平转换电路

Info

Publication number: CN101667824B
Application number: CN2008102148879A
Authority: CN
Inventors: 许郭任
Original assignee: ILITEK TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ILITEK TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2008-09-03
Filing date: 2008-09-03
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2028-09-03
Also published as: CN101667824A

Abstract

本发明提供一种可操作于低输入电压的电压电平转换电路，该电压电平转换电路包含：第一开关元件，耦接于第一输出端点；第二开关元件，耦接于第二输出端点；第三开关元件，耦接于该第二输出端点与该第一输出端点；第四开关元件，耦接于该第一输出端点与该第二输出端点；第一电流源模块，用于在该第一开关元件与该第三开关元件导通时，使流经该第三开关元件的电流小于流经该第一开关元件的电流；以及第二电流源模块，用于在该第二开关元件与该第四开关元件导通时，使流经该第四开关元件的电流小于流经该第二开关元件的电流。

Description

电压电平转换电路

技术领域

本发明是有关于一种电压电平转换电路，尤指一种可以操作于低输入电压的电压电平转换电路。

背景技术

一般而言，电压电平转换电路(level shift circuit)是用来把输入电压转换成不同的输出电压。请参考图1，图1所绘示的为传统的电压电平转换电路100的电路架构示意图。如图1所示，电压电平转换电路100包含有：第一开关元件110、第二开关元件120、第三开关元件130以及第四开关元件140，其中第一电压源VN的电压电平是低于第二电压源VP的电压电平。此外，第一开关元件110以及第二开关元件120均为N型场效应晶体管，第三开关元件130以及第四开关元件140均为P型场效应晶体管，并且电压电平转换电路100为升压电路。然而，在电压电平转换电路100操作在低输入电压的情况下，当第一开关元件110以及第三开关元件130导通时，流经第三开关元件130的电流会远大于流经第一开关元件110的电流，以及当第二开关元件120以及第四开关元件140导通时，流经第四开关元件140的电流会远大于流经第二开关元件120的电流，这种现象会造成输出电压无法转态，因此电压电平转换电路100不能在低输入电压的情况下正常操作。

请参考图2，图2所绘示的为另一传统的电压电平转换电路200的电路架构示意图。如图2所示，电压电平转换电路200包含有：第一开关元件210、第二开关元件220、第三开关元件230、第四开关元件240、第五开关元件250以及第六开关元件260，其中第一电压源VN的电压电平是低于第二电压源VP的电压电平。此外，第一开关元件210以及第二开关元件220均为N型场效应晶体管，第三开关元件230、第四开关元件240、第五开关元件250以及第六开关元件260均为P型场效应晶体管，并且电压电平转换电路200为升压电路。然而，在电压电平转换电路200操作在低输入电压的情况下，当第一开关元件210以及第三开关元件230导通时，流经第三开关元件230的电流会远大于流经第一开关元件210的电流，以及当第二开关元件220以及第四开关元件240导通时，流经第四开关元件240的电流会远大于流经第二开关元件220的电流，这种现象会造成输出电压无法转态，因此电压电平转换电路200不能在低输入电压的情况下正常操作。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种可以操作于低输入电压的电压电平转换电路，以解决上述的问题。

依据本发明的一个方面，其是揭露一种电压电平转换电路，其包含有：第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件、第四开关元件、第一电流源模块以及第二电流源模块。该第一开关元件具有控制端点耦接于第一输入信号、第一端点耦接于第一电压源以及第二端点耦接于第一输出端点；该第二开关元件其具有控制端点耦接于第二输入信号、第一端点耦接于该第一电压源以及第二端点耦接于第二输出端点，其中该第一输入信号是与该第二输入信号反相；该第三开关元件其具有控制端点、第一端点、以及第二端点，该第三开关元件的控制端点耦接于该第二输出端点，该第三开关元件的第二端点耦接于该第一输出端点；该第四开关元件具有控制端点、第一端点、以及第二端点，该第四开关元件的控制端点耦接于该第一输出端点，该第四开关元件的第二端点耦接于该第二输出端点；该第一电流源模块是耦接于第二电压源以及该第三开关元件的该第一端点之间，并且用于在该第一开关元件以及第三开关元件导通时，使流经该第三开关元件的电流小于流经该第一开关元件的电流；以及该第二电流源模块是耦接于该第二电压源以及该第四开关元件的该第一端点之间，并且用于在该第二开关元件以及第四开关元件导通时，使流经该第四开关元件的电流小于流经该第二开关元件的电流。

综上所述，当本发明所揭露的电压电平转换电路在操作于低输入电压的时候，也可以让该第一输出端点以及该第二输出端点的输出电压顺利地转态。

附图说明

图1所绘示的为传统的电压电平转换电路的电路架构示意图。

图2所绘示的为另一传统的电压电平转换电路的电路架构示意图。

图3所绘示的为依据本发明的第一实施例的电压电平转换电路的电路架构示意图。

图4所绘示的为依据本发明的第二实施例的电压电平转换电路的电路架构示意图。

图5所绘示的为依据本发明的第三实施例的电压电平转换电路的电路架构示意图。

图6所绘示的为依据本发明的第四实施例的电压电平转换电路的电路架构示意图。

[主要元件标号说明]

100、200、300、400、500、600：电压电平转换电路

110、210、310、510：第一开关元件

120、220、320、520：第二开关元件

130、230、330、530：第三开关元件

140、240、340、540：第四开关元件

350、550：第一电流源模块

360、560：第二电流源模块

250、352、552：第五开关元件

260、362、562：第六开关元件

VN：第一电压源

VP：第二电压源

IN：第一输入信号

INB：第二输入信号

OUTB：第一输出端点

OUT：第二输出端点

具体实施方式

在本说明书以及上述的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的元件，而本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件，本说明书及上述的申请专利范围并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则，在通篇说明书及上述的请求项当中所提及的「包含有」为开放式的用语，故应解释成「包含有但不限定于」，此外，「耦接」一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段，因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表该第一装置可以直接电气连接于该第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

请参考图3，图3所绘示的为依据本发明的第一实施例的电压电平转换电路300的电路架构示意图。如图3所示，电压电平转换电路300包含有：第一开关元件310、第二开关元件320、第三开关元件330、第四开关元件340、第一电流源模块350以及第二电流源模块360，其中第一电压源VN的电压电平是低于第二电压源VP的电压电平。此外，第一开关元件310以及第二开关元件320均为N型场效应晶体管，第三开关元件330以及第四开关元件340均为P型场效应晶体管，并且电压电平转换电路300为升压电路。

第一开关元件310具有控制端点(亦即栅极)耦接于第一输入信号IN、第一端点(亦即源极)耦接于第一电压源VN以及第二端点(亦即漏极)耦接于第一输出端点OUTB；第二开关元件320其具有控制端点(亦即栅极)耦接于第二输入信号INB、第一端点(亦即源极)耦接于第一电压源VN以及第二端点(亦即漏极)耦接于第二输出端点OUT，其中第一输入信号IN是与第二输入信号INB反相；第三开关元件330其具有控制端点(亦即栅极)、第一端点(亦即源极)、以及第二端点(亦即漏极)，第三开关元件330的控制端点耦接于第二输出端点OUT，第三开关元件330的第二端点耦接于第一输出端点OUTB；第四开关元件340具有控制端点(亦即栅极)第一端点(亦即源极)、以及第二端点(亦即漏极)，第四开关元件340的控制端点耦接于第一输出端点OUTB，第四开关元件340的第二端点耦接于第二输出端点OUT；第一电流源模块350是耦接于第二电压源VP以及第三开关元件330的该第一端点之间，并且用于在第一开关元件310以及第三开关元件330导通时，使流经第三开关元件330的电流小于流经第一开关元件310的电流；以及第二电流源模块360是耦接于第二电压源VP以及第四开关元件340的该第一端点之间，并且用于在第二开关元件320以及第四开关元件340导通时，使流经第四开关元件340的电流小于流经第二开关元件320的电流。如此一来，当电压电平转换电路300操作于低输入电压的时候，也可以让第一输出端点OUTB以及第二输出端点OUT的输出电压顺利地转态。

举例来说，假设电压电平转换电路300的初始状态为第一开关元件310不导通、第二开关元件320导通、第三开关元件330导通、第四开关元件340不导通、第一输出端点OUTB的电压电平等于第二电压源VP的电压电平以及第二输出端点OUT的电压电平等于第一电压源VN的电压电平，当第一输入信号IN将第一开关元件310导通以及第二输入信号INB将第二开关元件320不导通的时候，第一输出端点OUTB的电压电平会较快速地下降到第一电压源VN的电压电平，所以可以很容易地将第四开关元件340导通，进而使得第二输出端点OUT的电压电平上升到第二电压源VP的电压电平，以完成转态的操作。

此外，在本发明的第二实施例中，电压电平转换电路300中的第一电流源模块350可以包含有第五开关元件352，以及第二电流源模块360可以包含有第六开关元件362，如图4所示，其中第五开关元件352以及第六开关元件362均为P型场效应晶体管，并且第五开关元件352具有控制端点(亦即栅极)耦接于第一输出端点OUTB、第一端点(亦即源极)耦接于第二电压源VP以及第二端点(亦即漏极)耦接于第三开关元件330的该第一端点；以及第六开关元件362具有控制端点(亦即栅极)耦接于第二输出端点OUT、第一端点(亦即源极)耦接于第二电压源VP以及第二端点(亦即漏极)耦接于第四开关元件340的该第一端点。另外，第五开关元件352以及第六开关元件362的临界电压值均等于Vt。本发明的第二实施例类似于本发明的第一实施例，假设电压电平转换电路300的初始状态为第一开关元件310不导通、第二开关元件320导通、第三开关元件330导通、第四开关元件340不导通、第五开关元件352导通、第六开关元件362导通、第一输出端点OUTB的电压电平等于第二电压源VP的电压电平减去Vt(亦即VP-Vt)以及第二输出端点OUT的电压电平等于第一电压源VN的电压电平，当第一输入信号IN将第一开关元件310导通以及第二输入信号INB将第二开关元件320不导通的时候，第一输出端点OUTB的电压电平会较快速地下降到第一电压源VN的电压电平，所以可以很容易地将第四开关元件340导通，进而使得第二输出端点OUT的电压电平上升到第二电压源VP的电压电平减去Vt(亦即VP-Vt)的电压电平，以完成转态的操作。

请参考图5，图5所绘示的为依据本发明的第三实施例的电压电平转换电路500的电路架构示意图。如图5所示，电压电平转换电路500包含有：第一开关元件510、第二开关元件520、第三开关元件530、第四开关元件540、第一电流源模块550以及第二电流源模块560，其中第一电压源VP的电压电平是高于第二电压源VN的电压电平。此外，第一开关元件510以及第二开关元件520均为P型场效应晶体管，第三开关元件530以及第四开关元件540均为N型场效应晶体管，并且电压电平转换电路500为降压电路。

第一开关元件510具有控制端点(亦即栅极)耦接于第一输入信号IN、第一端点(亦即源极)耦接于第一电压源VP以及第二端点(亦即漏极)耦接于第一输出端点OUTB；第二开关元件520其具有控制端点(亦即栅极)耦接于第二输入信号INB、第一端点(亦即源极)耦接于第一电压源VP以及第二端点(亦即漏极)耦接于第二输出端点OUT，其中第一输入信号IN是与第二输入信号INB反相；第三开关元件530其具有控制端点(亦即栅极)、第一端点(亦即源极)、以及第二端点(亦即漏极)，第三开关元件530的控制端点耦接于第二输出端点OUT，第三开关元件530的第二端点耦接于第一输出端点OUTB；第四开关元件540具有控制端点(亦即栅极)、第一端点(亦即源极)、以及第二端点(亦即漏极)，第四开关元件540的控制端点耦接于第一输出端点OUTB，第四开关元件540的第二端点耦接于第二输出端点OUT；第一电流源模块550是耦接于第二电压源VN以及第三开关元件530的该第一端点之间，并且用于在第一开关元件510以及第三开关元件530导通时，使流经第三开关元件530的电流小于流经第一开关元件510的电流；以及第二电流源模块560是耦接于第二电压源VN以及第四开关元件540的该第一端点之间，并且用于在第二开关元件520以及第四开关元件540导通时，使流经第四开关元件540的电流小于流经第二开关元件520的电流。如此一来，当电压电平转换电路500操作于低输入电压的时候，也可以让第一输出端点OUTB以及第二输出端点OUT的输出电压顺利地转态。

举例来说，假设电压电平转换电路500的初始状态为第一开关元件510不导通、第二开关元件520导通、第三开关元件530导通、第四开关元件540不导通、第一输出端点OUTB的电压电平等于第二电压源VN的电压电平以及第二输出端点OUT的电压电平等于第一电压源VP的电压电平，当第一输入信号IN将第一开关元件510导通以及第二输入信号INB将第二开关元件520不导通的时候，第一输出端点OUTB的电压电平会较快速地上升到第一电压源VP的电压电平，所以可以很容易地将第四开关元件540导通，进而使得第二输出端点OUT的电压电平下降到第二电压源VN的电压电平，以完成转态的操作。

此外，在本发明的第四实施例中，电压电平转换电路500中的第一电流源模块550可以包含有第五开关元件552，以及第二电流源模块560可以包含有第六开关元件562，如图6所示，其中第五开关元件552以及第六开关元件562均为N型场效应晶体管，并且第五开关元件552具有控制端点(亦即栅极)耦接于第一输出端点OUTB、第一端点(亦即源极)耦接于第二电压源VN以及第二端点(亦即漏极)耦接于第三开关元件530的该第一端点；以及第六开关元件562具有控制端点(亦即栅极)耦接于第二输出端点OUT、第一端点(亦即源极)耦接于第二电压源VN以及第二端点(亦即漏极)耦接于第四开关元件540的该第一端点。另外，第五开关元件552以及第六开关元件562的临界电压值均等于Vt。本发明的第四实施例类似于本发明的第三实施例，假设电压电平转换电路500的初始状态为第一开关元件510不导通、第二开关元件520导通、第三开关元件530导通、第四开关元件540不导通、第五开关元件552导通、第六开关元件562导通、第一输出端点OUTB的电压电平等于第二电压源VN的电压电平加上Vt(亦即VN+Vt)以及第二输出端点OUT的电压电平等于第一电压源VP的电压电平，当第一输入信号IN将第一开关元件510导通以及第二输入信号INB将第二开关元件520导通的时候，第一输出端点OUTB的电压电平会较快速地上升到第一电压源VP的电压电平，所以可以很容易地将第四开关元件540导通，进而使得第二输出端点OUT的电压电平下降到第二电压源VN的电压电平加上Vt(亦即VN+Vt)的电压电平，以完成转态的操作。

综上所述，本发明所揭露的电压电平转换电路在操作于低输入电压的时候，也可以让第一输出端点OUTB以及第二输出端点OUT的输出电压顺利地转态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种电压电平转换电路，其包含有：

第一开关元件，其具有控制端点耦接于第一输入信号、第一端点耦接于第一电压源以及第二端点耦接于第一输出端点；

第二开关元件，其具有控制端点耦接于第二输入信号、第一端点耦接于该第一电压源以及第二端点耦接于第二输出端点，其中该第一输入信号是与该第二输入信号反相；

第三开关元件，其具有控制端点、第一端点、以及第二端点，该第三开关元件的控制端点耦接于该第二输出端点，该第三开关元件的第二端点耦接于该第一输出端点；

第四开关元件，其具有控制端点、第一端点、以及第二端点，该第四开关元件的控制端点耦接于该第一输出端点，该第四开关元件的第二端点耦接于该第二输出端点；

第一电流源模块，耦接于第二电压源以及该第三开关元件的该第一端点之间，用于在该第一开关元件以及该第三开关元件导通时，使流经该第三开关元件的电流小于流经该第一开关元件的电流；以及

第二电流源模块，耦接于该第二电压源以及该第四开关元件的该第一端点之间，用于在该第二开关元件以及该第四开关元件导通时，使流经该第四开关元件的电流小于流经该第二开关元件的电流。

2.根据权利要求1所述的电压电平转换电路，其中该第一电流源模块包含有：

第五开关元件，其具有控制端点耦接于该第一输出端点、第一端点耦接于该第二电压源以及第二端点耦接于该第三开关元件的该第一端点；以及

该第二电流源模块包含有：

第六开关元件，其具有控制端点耦接于该第二输出端点、第一端点耦接于该第二电压源以及第二端点耦接于该第四开关元件的该第一端点。

3.根据权利要求2所述的电压电平转换电路，其中该第一开关元件、该第二开关元件、该第三开关元件、该第四开关元件、该第五开关元件以及该第六开关元件均为晶体管。

4.根据权利要求2所述的电压电平转换电路，其中该第一电压源的电压电平是低于该第二电压源的电压电平。

5.根据权利要求4所述的电压电平转换电路，其中该第一开关元件以及该第二开关元件均为N型场效应晶体管，该第三开关元件、该第四开关元件、该第五开关元件以及该第六开关元件均为P型场效应晶体管，并且该电压电平转换电路为升压电路。

6.根据权利要求2所述的电压电平转换电路，其中该第一电压源的电压电平是高于该第二电压源的电压电平。

7.根据权利要求6所述的电压电平转换电路，其中该第一开关元件以及该第二开关元件均为P型场效应晶体管，该第三开关元件、该第四开关元件、该第五开关元件以及该第六开关元件均为N型场效应晶体管，并且该电压电平转换电路为降压电路。

8.根据权利要求1所述的电压电平转换电路，其中该第一开关元件、该第二开关元件、该第三开关元件以及该第四开关元件均为晶体管。

9.根据权利要求8所述的电压电平转换电路，其中该第一电压源的电压电平是低于该第二电压源的电压电平。

10.根据权利要求9所述的电压电平转换电路，其中该第一开关元件以及该第二开关元件均为N型场效应晶体管，该第三开关元件以及该第四开关元件均为P型场效应晶体管，并且该电压电平转换电路为升压电路。

11.根据权利要求8所述的电压电平转换电路，其中该第一电压源的电压电平是高于该第二电压源的电压电平。

12.根据权利要求11所述的电压电平转换电路，其中该第一开关元件以及该第二开关元件均为P型场效应晶体管，该第三开关元件以及该第四开关元件均为N型场效应晶体管，并且该电压电平转换电路为降压电路。