CN102655407B

CN102655407B - 双向输入/输出电路

Info

Publication number: CN102655407B
Application number: CN201210047938.XA
Authority: CN
Inventors: 安德里亚斯·J·科尔曼; 斯特芬·罗得
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2032-02-27
Also published as: EP2495877A3; US20120223758A1; US8531228B2; CN102655407A; EP2495877A2

Abstract

本发明为双向输入/输出电路。一种电平位移器件和方法，其允许在输入/输出(I/O)端口之间传送信号。一种这样的器件包括第一输出驱动器，所述第一输出驱动器响应于第一控制信号驱动第一I/O端口。第二输出驱动器响应于第二控制信号驱动第二I/O端口。第一比较器电路响应于第一参考电压和第一I/O端口处的电压产生第二控制信号。限制器电路通过限制电压来限制第二驱动器对第二I/O端口的驱动，其中在第一信号电压范围上，所述限制电压对第二I/O端口作出响应，以及在第二信号电压范围上，将所述限制电压约束为设定值。电压参考值发生电路产生第二参考电压。第二比较器电路响应于第二参考电压与第二I/O端口之间而产生第一控制信号。

Description

双向输入/输出电路

技术领域

本公开的一些方面涉及可以用于在输入/输出(I/O)端口之间传送信号的双向I/O电路。在一些实施例中，I/O端口可以工作在不同的信号电平上。

背景技术

设计用于例如集成电路间(I2C)标准或消费电子控制(CEC)标准等标准的接口可以使用现代集成电路(IC)技术所不支持的电源电平。因此，可以将电平位移部件用于将现代IC技术与这些标准所对应的外部信号相接口。例如，某些(遗留(legacy))接口的工作电压可能较高，例如5V，而IC技术的工作电压可能较低，例如是1.8V(或更低的)信号。对于这些应用，电平位移器的无源集成可能会出现多种问题。一个这样的问题涉及电路的电容性负载。在一些情况下，处于无源电平位移器任一侧的电容性负载是与外部总线相连的所有驱动器可见的。因此，驱动器可能感觉到极大的电容性负载，并且有效输出阻抗通过电平位移器的导通阻抗而进一步增大。这会导致信号摆动。

电平位移器的有源缓冲器实现可用于使负载电容去耦合以及提供ESD保护。此外，与外部总线相关的电路行为不太依赖于内部总线/电路的实现。

有源缓冲器实现的缺点在于：可能会造成死锁的情况，即在死锁的情况下，电路不能够区分电平位移器所创建的状态和外部驱动器所创建的状态。例如，当使用开漏(open drain)总线实现I/O时，可能难以区分外部驱动的信号与本地I/O电路驱动的信号。一条总线的内部驱动可能导致I/O电路错误地检测该总线上的外部信号，从而驱动其它总线。这可以造成死锁的情况，在死锁的情况下，两条总线均被驱动为低，并通过I/O电路保持为低。如果外部驱动器释放总线，则维持低的状态，并且在去除电平位移器的电源之前一直锁住总线。

发明内容

本公开的实施例涉及I/O电路，所述I/O电路被配置为支持基于开漏的总线，所述基于开漏的总线支持大范围的电源电平。

根据本公开的实施例，提供了一种用于在具有不同信号电平的输入/输出(I/O)端口之间传送信号的双向电平位移器件。所述器件具有第一输出驱动器，所述第一输出驱动器被配置为响应于第一控制信号驱动第一I/O端口。第二输出驱动器被配置为响应于第二控制信号驱动第二I/O端口。第一比较器电路响应于第一参考电压和第一I/O端口处的电压，产生第二控制信号。限制器电路被配置为通过限制电压来限制第二驱动器对第二I/O端口的驱动，其中在第一信号电压范围上，根据第二I/O端口的信号电平调节所述限制电压，以及在第二信号电压范围上，将所述限制电压约束为设定值。电压参考值发生电路产生第二参考电压。第二比较器电路响应于第二参考电压与第二I/O端口之间的比较而产生第一控制信号。

根据本公开的另一实施例，提供了一种使用双向电平位移器件的方法，所述双向电平位移器件用于在具有不同信号电平的I/O端口之间传送信号。所述方法包括：响应于第一控制信号，使用第一输出驱动器来驱动第一I/O端口。响应于第二控制信号，使用第二输出驱动器来驱动第二I/O端口。响应于第一参考电压和第一I/O端口处的电压，第一比较器电路被用于产生第二控制信号。限制器电路被布置为通过限制电压来限制第二驱动器对第二I/O端口的驱动，其中在第一信号电压范围上，根据第二I/O端口的信号电平调节所述限制电压，以及在第二信号电压范围上，将所述限制电压约束为设定值。电压参考值发生电路被用于产生第二参考电压。第二比较器电路被用于响应于第二参考电压与第二I/O端口之间的比较，产生第一控制信号。

根据另一实施例，提供了一种用于在具有不同信号电平的I/O端口之间传送信号的双向电平位移器件。所述器件包括用于响应于第一控制信号驱动第一I/O端口的第一装置。第二装置响应于第二控制信号驱动第二I/O端口。第三装置响应于第一参考电压和第一I/O端口处的电压产生第二控制信号。第四装置通过限制电压来限制第二装置对第二I/O端口的驱动，其中在第一信号电压范围上，根据第二I/O端口的信号电平调节所述限制电压，以及在第二信号电压范围上，将所述限制电压约束为设定值。第五装置产生第二参考电压。第六装置响应于第二参考电压与第二I/O端口之间的比较，产生第一控制信号。

以上讨论并非旨在描述每种实施例或每种实现。如图和以下描述还清楚地描述了各种实施例和落在本公开的精神和范围内的其它实施例、改型、等同物和备选。

附图说明

可以结合附图考虑以下的详细描述，以更完整地理解各种示例实施例，在附图中：

图1描述了根据本公开实施例的用于I/O器件的电路图；

图2描述了根据本公开实施例的限制器电路；

图3描述了根据本公开实施例的电压参考值发生器；

图4描述了根据本公开实施例的限制器电路与电压参考值发生器的电压响应对工作电压的曲线图；

图5描述了根据本公开实施例的限制器电路和/或电压参考值发生器。

具体实施方式

尽管本公开可修改为各种改型和备选形式，但是已经在附图中以示例的方式示出了本公开的示例，并将对其进行详细地描述。然而，应该理解，本公开不限于所示出和/或所描述的具体实施例。相反，本发明将覆盖落在本公开的精神和范围之内的所有改型、等同物和备选。

所公开的各种实施例被认为是可应用于使用多种驱动器协议(例如，只是非限制性示例的I2C或CEC)的多种不同类型的工艺、器件和装置。尽管实施例并非必须如此限制，但是可以使用本上下文对示例的讨论来理解本公开的各个方面。

根据本公开的实施例，双向I/O器件被配置为工作在大范围的工作电压上，并被用于两种不同的信号总线。I/O器件包括驱动器电路，驱动器电路被配置为响应于确定了(相对于I/O器件的)外部信号出现在总线上来驱动其它总线。为了进行这种确定，I/O电路将信号总线之一上的电压与参考电压相比较。将参考电压设置为允许区分外部驱动信号和内部驱动信号。通过将总线的内部驱动限制至限制电压来实现区分能力，其中限制电压在参考电压以上，而参考电压大于等于与外部驱动总线时相对应的电压。如本文所详细讨论的，限制电压设置了内部驱动器电路的电压输出低值(voltage output low，Vol)。因此，参考电压位于限制电压和外部驱动电压之间。对于低工作电压，根据工作电压调节限制电压。然而，对于较高的工作电压，限制电压是设定电压。

根据本公开的一些实施例，以与限制电压的方式相类似的方式来调节参考电压。因此，限制电压与参考电压很大程度上彼此追随。例如，对于低工作电压，可以根据工作电压调节参考电压。对于高工作电压，参考电压可以是设定值。因此，参考电压可以是可配置的，使得对于工作电压的所有(或实质上所有)值而言，参考电压总是小于限制电压。

根据本公开的一个实施例，限制电路造成了I/O端口与相应驱动器部件之间的压降。该压降限制驱动器部件，使得不能驱动I/O端口处于该压降以下。因此，压降表示器件的限制电压(Vol)。限制电路包括第一组电路元件，该第一组电路元件产生压降，该压降具有对工作电压作出响应的值。第二组电路元件将该压降限制为对工作电压的增大实质上不作出响应的设定(或最大值)值，从而在工作电压是高电压时无效第一组电路元件。

现在转到附图，图1描述了根据本公开实施例的用于I/O器件的电路图。I/O器件将源自I/O端口102和122之一的信号传输至另一I/O端口。因此，如果外部驱动器驱动I/O端口122处于低值，则I/O器件将驱动I/O端口102处于低值。当外部驱动器释放I/O端口122时，I/O器件将释放I/O端口102。I/O端口102和122在相应的工作电压VDD2和VDD1下工作。元件104、118(例如电阻器)在没有要驱动的端口的情况下将I/O端口拉至其相应的工作电压。

输出驱动器108和120工作以驱动相应的端口102和122。当输出驱动器108、120处于活动状态时，其将来自I/O端口的电流输出至接地，以减小I/O端口上的电压。这种类型的驱动器结构有时被称作开漏(open-drain)总线，并且这种类型的结构可能对于双向总线以及当总线上有多个器件时尤其有用。这种类型的驱动器结构对于使用多种不同的工作电压以及从外部将不同工作电压提供给驱动器电路也尤其有用。例如，驱动器电路可以通过改变VDD2和/或VDD1而在不同的工作电压下工作。

为了将I/O端口102、122之一的输入信号传输至另一个I/O端口，I/O器件使用两个比较器电路110和116。这些比较器电路110、116检测外部驱动器何时将(相应的)I/O端口122和102驱动为低。在比较器电路110、116检测到外部驱动信号的情况下，它们提供控制信号以使能相应的输出驱动器108和120。

参见比较器110，将I/O端口122处的电压与第一参考电压(Vref1)相比较，其中Vref1被设置在VDD1与GND(地)之间。在具体实施例中，根据I/O器件的这个端口122所期望的最大输入低电压(Vil)设置Vref1。当I/O端口122处的电压大于Vref1时，比较器110产生禁用输出驱动器108的控制信号。当I/O端口122处的电压小于Vref1时，比较器110产生使能输出驱动器108的控制信号。按照这种方式，从I/O端口122上接收的信号被传送至I/O端口102。

参见比较器116，将I/O端口102处的电压与第二参考电压(Vref2)相比较，其中Vref2被设置在VDD2与GND之间。在具体实施例中，可以根据I/O器件的相应端口102所期望的最大输入低电压(Vil)设置Vref2。当I/O端口102处的电压大于Vref2时，比较器116产生禁用输出驱动器120的控制信号。当I/O端口102处的电压小于Vref2时，比较器116产生使能输出驱动器120的控制信号。按照这种方式，从I/O端口102上接收的信号被传送至I/O端口122。

已经认识到I/O器件可能会出现死锁的情况。例如，如果通过内部驱动每个I/O端口102和122来检测外部信号，则I/O器件将使得两个I/O端口被恒定地驱动。因此，本公开的一方面涉及限制器电路106的使用。该限制器电路106限制了输出驱动器108的驱动能力。这导致针对输出驱动器108的Vol大于针对外部驱动器的Vol。因此，比较器116可以被配置为响应于外部驱动器的较低Vol而非较高Vol，来使能输出驱动器120，所述较高Vol对应于限制器电路106。这可以通过使用电压参考值发生器114将Vref2设置为处于这两个Vol之间来完成。参考值发生器可以(可选地)通过元件112(例如，电阻器或电流源)与VDD2相连。

也已经认识到，可能期望将由限制器电路106设置的Vol确定为工作电压VDD2的函数。例如，Vol的大值可以破坏针对VDD2的小电源电平的电平位移，因为Vol可以变得不期望地大(例如，当被测量为VDD2的百分比时)。例如，如果Vol在接收机器件的Vil以上，则可能会发生数据丢失。设计用于约3V工作电平的接收机的Vil可能大于设计用于约1.8V或1.2V工作电平的接收机的Vil。因此，本公开的实施例基于VDD2的值改变由限制器106设置的Vol。

也已经认识到，可能期望将由限制器电路106设置的Vol保持在上限(例如，最大)值以下。例如，不管工作电压是否进一步增大，接收机的Vil都不会增大到大于特定电平。因此，本公开的一方面涉及保持限制器电路106的Vol在设定值以下。

根据本公开的一些实施例，在Vol接近或到达上限值之前，由限制器设置的Vol的可调节本质处于支配地位。对于工作电压大于上限值的情况，将Vol设置为上限值。

本公开的各种实施例涉及第二参考电压Vref2的产生。电压参考值发生器114可以被配置为确保Vref2小于由限制器电路106设置的Vol。已经认识到，可能有利的是不将Vref2的值设置为最小可能值，例如因为这可能导致通过I/O器件的不期望的信号延迟。对于I/O端口102上的给定输入信号，较大的Vref2电压将导致较早的比较器116跳变点。因此，Vref2值越小，通过器件的延迟可能越长。根据本公开的一些实施例，Vref2被配置为追随由限制器电路106设置的Vol。

根据各种实施例，可以将限制器电路106连接在地与输出驱动器108之间。当使能I/O驱动器时，限制器电路106将产生压降，该压降将限制针对I/O驱动器的电压。尽管可以不在附图中清楚地描述这些实施例，但是本公开意欲包括这些实施例以及与附图和本文包括的相关讨论相关的其它变型。

图2描述了根据本公开实施例的限制器电路。将该限制器电路连接在I/O端口与相应输出驱动器之间。输出驱动器被配置为响应于控制信号提供低电压(例如，接地)。限制器电路创建在I/O端口与输出驱动器之间的电压，从而当I/O端口由输出驱动器驱动时限制I/O端口上的电压。例如，输出驱动器可以被配置为使用与地相连的晶体管。当使能输出驱动器时，210处的电压接地或者接近接地。因此，I/O端口212处的电压不低于由限制器电路两端的压降(限制电压)确定的限制电压。

在本公开的具体实施例中，限制器电路两端的电压包括由电阻性部件204两端的电压产生的电压。这允许根据通过限制器电路的电流来改变限制电压。例如，开漏总线可以使用上拉元件(例如，上拉电阻器或电流源)来设置总线的工作电压。电阻性部件204形成分压网络，该分压网络具有诸如上拉元件(例如，部件202)之类的外部部件。该分压器限定了限制电压。因此，限制器电路将根据以下公式产生电压。限制电压(Vol)被限定为：

Vol＝VDD2*R2/(R2+R1)

其中R1＝上拉部件202，VDD2＝工作电压，以及R2＝电阻性部件204。这个公式假定输出驱动器的导通电阻比R1和R2小，以及如果该假定是错误的或者期望更精确，则可以相应地调节该公式。Vol随VDD2缩放，并且可能对于低电压电源的电平和总线工作电压尤其有用。

根据本公开的各种实施例，附加(可选的)电路部件(例如附加电阻性部件或电流源)可以被用于设置/调节Vol的值。此外，本公开的一些实施例意欲包括对非VDD2的电压的使用。例如，可以使用(例如，由VDD2控制的和/或与VDD2去耦合的)中间电压，替代与VDD2直接相连。

根据本公开的其它实施例，可以使用有源电路部件(例如，运算放大器和/或比较器)产生限制电压，其中所述有源电路部件被配置为响应于工作电压的变化，调节限制电压。

本公开的实施例还涉及限制部件206的使用。该限制部件206配置为设置限制器电路两端的压降上限。以此方式，根据第一电压范围的工作电压调节限制电压，而对于第二(较高)电压范围将限制电压保持为设定值。

本公开的一些实施例使用二极管元件208提供限制部件206的功能。二极管元件208被配置为与电阻性部件204并联。当电阻性部件204两端的电压足以到达二极管元件208的正向电压时，二极管元件208正向偏置，并且分流过电流。因此，电阻性部件204两端的压降被有效地设置为二极管元件208的正向电压。此刻，已经达到第二电压范围，限制器电路提供针对限制电压(Vol)的设定值。

本公开的其它实施例涉及用于限制部件206的非二极管的元件的使用。例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)可以被配置为与二极管的功能类似(例如，其中栅极连接至漏极)。在另一示例中，双极型晶体管可以被配置为与二极管的功能类似(例如，其中基极连接至集电极)。各种其他电路和部件可以用于提供类似的功能。

图3描述了根据本公开实施例的电压参考值发生器。电压参考值发生器提供输出参考电压(Vref2)，而该Vref2将与限制器电路限制的I/O端口上的电压相比。电压参考值发生器被配置为保持Vref2处于限制器电压(Vol)以下。在一些实施例中，电压参考值发生器被配置为：使得Vref2即使在工作电压是较低电压时也在工作电压的潜在范围内跟随Vol。这可能对于促进对外部驱动信号与内部驱动信号的检测尤其有用，从而减少了死锁的风险。

在本公开的具体实施例中，通过电阻性部件302、304、306的组合产生的电压，来产生Vref2。这允许根据通过电压产生器的电流来改变参考电压。因此，电阻性部件302、304、306形成分压网络，该分压网络具有与工作电压(例如VDD2)成比例的输出。从而根据以下公式产生Vref2：

Vref2＝VDD2*R3/(R3+R4+R5)

其中R3＝部件306，R4＝部件304，R5＝部件302以及VDD2＝工作电压。这种结构允许Vref2随着VDD2缩放，并且可能对于低电压电源电平和总线工作电压尤其有用。根据本公开的实施例，电压参考值发生器被配置使得针对电阻性部件302、304和306的值满足Vref2＜Vol。例如，R3/(R3+R4+R5)＜R2/(R2+R1)。

在本公开的一些实施例中，可以使用非VDD2的电压产生Vref2。例如，可以使用(例如，由VDD2控制的和/或与VDD2去耦合的)中间电压，替代与VDD2直接相连。

本公开的其它实施例认识到，部件302是可选的，并且可以被去除。从而根据以下公式产生Vref2：

Vref2＝VDD2*R3/(R3+R4)

根据本公开的各种实施例，可以使用附加(可选的)电路部件(例如，附加电阻性部件或电流源)设置/调节Vref2的值。

本公开的实施例还涉及限制部件308的使用。该限制部件308被配置为将部件304和306两端的压降设置为上限。这对于提供参考电压尤其有用，其中根据第一电压范围内的工作电压来调节该参考电压，但是对于第二(较高)电压范围，将该参考电压保持处于设定值。

本公开的具体实施例使用二极管元件310，以提供限制部件308的功能。二极管元件310被配置为与部件304和306并联。当电阻性部件304与306的两端的电压足以达到二极管元件310的正向电压时，二极管元件310正向偏置，并且分流过电流。因此，部件304和306两端的压降被有效地设置为二极管元件310的正向电压。此刻，已经达到第二电压范围，以及电压参考值发生器提供参考电压(Vref2)的设定值。

对与二极管元件310并联的多个部件304和306的使用允许产生参考电压，其中该参考电压的电平小于二极管元件310的正向电压。例如，如果部件304和306具有相应的电阻值R4和R3，则Vref(考虑各种非理想的情况，比如小于正向电压时的二极管电流)是以下值中的较小者：

VDD2*R3/(R3+R4+R5)；以及

Vforward_voltage*(R3/(R3+R4))。

本公开的其它实施例涉及对非二极管限制部件308的元件的使用。例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)可以被配置为与二极管的功能类似(例如，其中栅极连接至漏极)。在另一示例中，双极型晶体管可以被配置为与二极管的功能类似(例如，其中基极连接至集电极)。各种其它电路和部件可以用于提供类似的功能。

本公开的实施例涉及对限制电路和电压参考值发生器使用类似元件，例如，对限制部件308和限制部件206使用相应元件。这可能对于减轻工艺和温度变化的影响尤其有用。将二极管用作示例，二极管的正向电压可以根据温度而改变，并且还可以根据制造工艺的参数而改变，而所述制造工艺的参数可能是难以控制的。然而，如果部件308和206使用类似的二极管，则其更可能具有紧密匹配的工艺参数，并承受相同的温度变化。

图4描述了根据本公开实施例的限制器电路与电压参考值发生器的电压响应对工作电压的曲线图。水平/X轴表示工作电压(例如，VDD2)，垂直/Y轴表示由限制器电路或电压参考值发生器提供的相应电压。上方的线表示限制器电压(Vol)，而下方的线则表示参考电压(Vref2)。为了减小死锁的可能性，将Vref2保持在Vol以下。

图4的曲线图示出了，对于低工作电压，Vol是工作电压的函数。具体地，Vol随着工作电压(VDD2)(几乎)线性缩放。然而在点402处，对于增大的VDD2的值，Vol的电压是受限的。在图4所描绘的实施例中，示出了针对Vref2的类似行为。因此，在点404(VDD2值可以与点402处的VDD2值相同)处，对于增大的VDD2的值，Vref2的电压是受限的。

应该理解，理想电路行为难以实现，并且并非对于所有实现中都是必要的。如图4所示，虚线表示理想行为，而实线则示出了小于理想实现的示例。此外，设定值(例如，二极管的正向电压)可以是相对恒定的，同时可以根据诸如输入电压和温度变化之类的因素而改变。

图5描述了根据本公开实施例的限制器电路和/或电压参考发生器。在一些示例中，可能期望限制电压(Vol)(或参考电压(Vref2))的设定值是大于或小于二极管的正向电压的值。如果期望电压大于二极管的正向电压，则可以使用两个或多个二极管。备选地，可以使用与二极管并联的分压网络来提供小于正向电压的设定值。据此，可以结合分压网络使用多个二极管，以获得大于单个正向电压而非单个正向电压的倍数的设定值。

对于VDD2值的低范围，图5的电路的输出(I/O端口/Vref2)根据以下公式操作：

输出＝VDD2*R9/(1/(1/R6+1/(R7+R8))+R9)；

其中R6＝501，R7＝502，R8＝504以及R9＝506。

当VDD2达到较高电压范围(其中，二极管510和512开始导通)时，图5的电路的输出(I/O端口/Vref2)根据以下公式操作：

(2*Vforward_voltage)*(R9/(R8+R9))

关于部件元件的数目及其具体结构的变型是可能的。此外，对备选部件(例如，电流源、二极管配置晶体管和/或有源部件)的使用也是可能的。根据一个实施例，可以使用PMOS晶体管(例如，以线性模式工作)提供本文所讨论的一个或多个电阻性部件。

基于上述讨论和说明，本领域技术人员应容易地认识到，可以在不严格地遵循本文所示出和描述的示例性实施例和应用的情况下进行各种修改和改变。例如，电压电平和协议以示例的方式提供，而并非限制。这些修改没有背离本公开的真实精神和范围，其中本公开的真实精神和范围包括所附权利要求所阐述的内容。

Claims

1.一种双向电平位移器件，用于在具有不同信号电平的输入/输出I/O端口之间传送信号，所述器件包括：

第一输出驱动器，被配置为响应于第一控制信号，驱动第一I/O端口；

第二输出驱动器，被配置为响应于第二控制信号，驱动第二I/O端口；

第一比较器电路，响应于第一参考电压和第一I/O端口处的电压，产生第二控制信号；

限制器电路，被配置为通过限制电压来限制第二驱动器对第二I/O端口的驱动，其中在第一信号电压范围上，根据第二I/O端口的信号电平调节所述限制电压，以及在第二信号电压范围上，将所述限制电压约束为设定值；

电压参考值发生电路，被配置为产生第二参考电压；

第二比较器电路，被配置为响应于第二参考电压与第二I/O端口之间的比较，产生第一控制信号；

其中限制器电路包括：第一分压网络，所述第一分压网络根据第二I/O端口的信号电平调节所述限制电压；以及用于在第二信号电压范围上约束所述限制电压的部件，其中所述部件是以下之一：具有正向偏置压降的二极管、配置为二极管的晶体管，和有源电路。

2.如权利要求1所述的器件，其中电压参考值发生电路被配置为如下产生第二参考电压：

在第三信号电压范围上，根据第二I/O端口的信号电平调节第二参考电压，以及在第四信号电压范围上，将第二参考电压设置为设定值。

3.如权利要求1所述的器件，其中第一输出驱动器和第二输出驱动器均包括场效应晶体管，所述场效应晶体管被配置为响应于相应的控制信号，将相应的I/O端口驱动为接地。

4.如权利要求2所述的器件，其中电压参考值发生电路包括：第二分压网络，所述电压参考值发生电路的第二分压网络根据第二I/O端口的信号电平调节第二参考电压；以及用于在第四信号电压范围上约束第二参考电压的部件，其中所述部件是以下之一：具有正向偏置压降的二极管、配置为二极管的晶体管，和有源电路。

5.如权利要求2所述的器件，其中电压参考值发生电路包括：第二分压网络，所述电压参考值发生电路的第二分压网络根据第二I/O端口的信号电平调节第二参考电压；以及二极管，所述二极管具有正向偏置压降，在第四信号电压范围上约束第二参考电压。

6.如权利要求1所述的器件，其中限制器电路的第一分压网络被布置为与具有正向电压的至少一个二极管并联，以及在第二信号电压范围上，所述限制器电路的第一分压网络将所述限制电压设置为小于所述正向电压的值。

7.如权利要求1所述的器件，其中限制器电路的第一分压网络根据第二I/O端口的信号电平调节所述限制电压；所述部件包括至少两个二极管，所述至少两个二极管被布置为串联，在第二信号电压范围上将限制电压约束为大于所述至少两个二极管之一的正向电压的值。

8.如权利要求2所述的器件，其中电压参考值发生电路包括第二分压网络，所述第二分压网络被布置为与具有正向电压的至少一个二极管并联，以及在第四信号电压范围上，所述第二分压网络将限制电压设置为小于所述正向电压的值。

9.如权利要求2所述的器件，其中电压参考值发生电路包括：第二分压网络，所述第二分压网络根据第二I/O端口的信号电平调节所述限制电压；以及至少两个二极管，所述至少两个二极管被布置为串联，在第四信号电压范围上将限制电压约束为大于所述至少两个二极管之一的正向电压的值。

10.一种使用双向电平位移器件的方法，所述双向电平位移器件用于在具有不同信号电平的输入/输出I/O端口之间传送信号，所述方法包括：

响应于第一控制信号，使用第一输出驱动器来驱动第一I/O端口；

响应于第二控制信号，使用第二输出驱动器来驱动第二I/O端口；

响应于第一参考电压和第一I/O端口处的电压，使用第一比较器电路来产生第二控制信号；

使用限制器电路，通过限制电压来限制第二驱动器对第二I/O端口的驱动，其中在第一信号电压范围上，根据第二I/O端口的信号电平调节所述限制电压，以及在第二信号电压范围上，将所述限制电压约束为设定值；

使用电压参考值发生电路产生第二参考电压；以及

响应于第二参考电压与第二I/O端口之间的比较，使用第二比较器电路产生第一控制信号；

其中限制器电路包括：第一分压网络，所述第一分压网络根据第二I/O端口的信号电平调节所述限制电压；以及用于在第二信号电压范围上约束限制电压的部件，其中所述部件是以下之一：具有正向偏置压降的二极管、配置为二极管的晶体管，和有源电路。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述使用电压参考值发生电路产生第二参考电压包括：在第三信号电压范围上，根据第二I/O端口的信号电平调节第二参考电压，以及在第四信号电压范围上，将第二参考电压设置为设定值。

12.如权利要求10所述的方法，其中第一输出驱动器和第二输出驱动器中均包括场效应晶体管，所述场效应晶体管被配置为响应于相应的控制信号将相应的I/O端口驱动为接地。

13.如权利要求11所述的方法，其中电压参考值发生电路包括：第二分压网络，所述电压参考值发生电路的第二分压网络根据第二I/O端口的信号电平调节第二参考电压；以及用于在第四信号电压范围上约束第二参考电压的部件，其中所述部件是以下之一：具有正向偏置压降的二极管、配置为二极管的晶体管，和有源电路。

14.如权利要求11所述的方法，其中使用电压参考值发生电路包括：

使用第二分压网络，以根据第二I/O端口的信号电平调节第二参考值电压，以及

使用具有正向偏置压降的二极管，在第四信号电压范围上约束第二参考电压。