CN103856198A

CN103856198A - 电平转换器

Info

Publication number: CN103856198A
Application number: CN201210493160.5A
Authority: CN
Inventors: 王鑫; 冯国友
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2014-06-11

Abstract

本发明公开了一种电平转换器，包括第一晶体管及第二晶体管的源极相连接在外部高压电源上，第一晶体管的漏极、第二晶体管的栅极、第三晶体管的漏极及第五晶体管的漏极相连，第一晶体管的栅极、第二晶体管的漏极、第四晶体管的漏极及第六晶体管的漏极相连，并作为电路输出端，第三晶体管的栅极、第六晶体管的栅极与反相器的输入端相连，反相器的输出端与第四晶体管的栅极、第五晶体管的栅极相连，第三晶体管的源极与第四晶体管的源极相连接接地，第五晶体管及第六晶体管的源极相连接在外部电源电压上。本发明不仅提高了电压的翻转速度，而且减小了电路版图的面积。

Description

电平转换器

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种电平转换器。

背景技术

电平转换器(Level shifter)主要是通过数字信号实现电压域的转换，输出不同范围的电压。在转换输出正的高电压时，传统方法是利用nhv(高压n型晶体管)来做下拉管，直接与上方的phv(高压p型晶体管)的漏端相连。如图1所示，晶体管M1及晶体管M2的源端相连接在vpos(外部高压电源)上，晶体管M1的漏极、晶体管M2的栅极及晶体管M3的漏极相连于C点，晶体管M1的栅极、晶体管M2的漏极及晶体管M4的漏极相连于D点，并作为电路输出端(out)，晶体管M3的栅极与反相器的输入端相连于A点，反相器的输出端与晶体管M4的栅极相连于B点，晶体管M3的源极与晶体管M4的源极相连接接地(vgnd)。其工作原理为：当A点电位由低电位到高电位时，M3导通，M4关断，C点电位降低，M2逐渐导通，D点电位升高，直到M1完全关断，C点电位为低电位，M2完全导通，D点电位升高至高电压，out输出高电压。当A点电位由高电位到低电位时，M4导通，M3关断，D点电位降低，M1逐渐导通，C点电位升高，直到M2完全关断，D点电位为低电位，M1完全导通，C点电位升高至高电位，out输出为0。其缺点在于：为了保证电平的正常翻转和翻转速度，会加大M3和M4管的尺寸，造成面积上的损失。

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器，能减小电路版图面积，提高电压翻转速度。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种电平转换器，包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管及一反向器，其中第一晶体管及第二晶体管的源极相连接在外部高压电源上，第一晶体管的漏极、第二晶体管的栅极、第三晶体管的漏极及第五晶体管的漏极相连，第一晶体管的栅极、第二晶体管的漏极、第四晶体管的漏极及第六晶体管的漏极相连，并作为电路输出端，第三晶体管的栅极、第六晶体管的栅极与反相器的输入端相连，反相器的输出端与第四晶体管的栅极、第五晶体管的栅极相连，第三晶体管的源极与第四晶体管的源极相连接接地，第五晶体管及第六晶体管的源极相连接在外部电源电压上，其中第一晶体管、第二晶体管为高压N型晶体管，第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管及第六晶体管为高压P型晶体管。

进一步的，所述第一晶体管及所述第二晶体管的尺寸相同。

进一步的，所述第三晶体管及所述第四晶体管的尺寸相同。

进一步的，所述第三晶体管及所述第四晶体管的尺寸与所述第一晶体管或所述第二晶体管的尺寸相同。

进一步的，所述第五晶体管及所述第六晶体管的尺寸与所述第一晶体管或所述第二晶体管的尺寸相同。

进一步的，所述第五晶体管及所述第六晶体管的尺寸相同。

本发明的电平转换器改进了电平转换器电路，不仅提高了电压的翻转速度，而且减小了电路版图的面积。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是公知的电平转换器电路结构图；

图2是本发明的电平转换器电路结构图；

图3是本发明及公知的电平转换器输出翻转速度仿真对比图。

具体实施方式

为使贵审查员对本发明的目的、特征及功效能够有更进一步的了解与认识，以下配合附图详述如后。

如图2所示，第一晶体管M1及第二晶体管M2的源端相连接在外部高压电源(vpos)上，第一晶体管M1的漏极、第二晶体管M2的栅极、第三晶体管M3的漏极及第五晶体管M5的漏极相连于C点，第一晶体管M1的栅极、第二晶体管M2的漏极、第四晶体管M4的漏极及第六晶体管M6的漏极相连于D点，并作为电路输出端(out)，第三晶体管M3的栅极、第六晶体管M6的栅极与反相器的输入端相连于A点，反相器的输出端与第四晶体管M4的栅极、第五晶体管M5的栅极相连于B点，第三晶体管的源极与第四晶体管的源极相连接接地(vgnd)，第五晶体管M5及第六晶体管M6的源极相连接在外部电源电压(vpwr)上。其中第一晶体管、第二晶体管为高压N型晶体管，第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管及第六晶体管为高压P型晶体管，优选的第三晶体管M3及第四晶体管M4的尺寸相同，优选的第一晶体管M1及第二晶体管M2的尺寸相同，优选的第三晶体管M3及第四晶体管M4的尺寸与第一晶体管M1或第二晶体管M2的尺寸相同。优选的第五晶体管及第六晶体管的尺寸与第一晶体管或第二晶体管相同或略大，优选的第五晶体管及第六晶体管的尺寸相同。

本发明电平转换器的工作原理为：当A点电位由低电位(0V)变为高电位(1.8V左右)时，B点电位由高电位变为低电位，M4管关断，M6管导通，帮助提高D点电位，帮助关断M1管，M3管只要使用较小的尺寸就可以把C点电位拉低至低电位，M2管完全导通，out输出为高电压(5V或7V)。当A点电位由高电位变为低电位时，B点电位由低电位变为高电位，M3管关断，M5管导通，帮助提高C点电位，帮助关断M2管，M4管使用较小的尺寸就可以把D点电位拉低至低电位，M1管完全导通，out输出为0。即当需要输出高电压时，A置为高电位，B为低电位，C点降低为低电位，D点逐渐提高到高电压，当需要输出0时，A置为低电位，B为高电位，D点降低为低电位。

由于增加M5和M6两个nhv管，M3和M4就可以使用较小的管子尺寸，同时M5，M6两个nhv管尺寸较小，它们的阱电位同M3和M4一样，因此可以保证增加的这两个管子不会造成很大的版图面积损失。从而实现了整体版图面积的减小。并且本发明电路能提高了电压的翻转速度。

如图3所示，为在公知的电平转换器结构的版图面积大于本发明结构的版图面积的情况下，本发明及公知的电平转换器输出翻转速度仿真对比图；由上到下分别为A点点位变化、公知的电平转换器电压的翻转速度及本发明的电平转换器电压翻转速度，由图中可以明显的发现，随着A点点位的变化，本发明的电压翻转速度明显快于公知的电平转换器。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种电平转换器，其特征在于，包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管及一反向器，其中第一晶体管及第二晶体管的源极相连接在外部高压电源上，第一晶体管的漏极、第二晶体管的栅极、第三晶体管的漏极及第五晶体管的漏极相连，第一晶体管的栅极、第二晶体管的漏极、第四晶体管的漏极及第六晶体管的漏极相连，并作为电路输出端，第三晶体管的栅极、第六晶体管的栅极与反相器的输入端相连，反相器的输出端与第四晶体管的栅极、第五晶体管的栅极相连，第三晶体管的源极与第四晶体管的源极相连接接地，第五晶体管及第六晶体管的源极相连接在外部电源电压上，其中第一晶体管、第二晶体管为高压N型晶体管，第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管及第六晶体管为高压P型晶体管。

2.如权利要求1所述的电平转换器，其特征在于，所述第一晶体管及所述第二晶体管的尺寸相同。

3.如权利要求1所述的电平转换器，其特征在于，所述第三晶体管及所述第四晶体管的尺寸相同。

4.如权利要求1所述的电平转换器，其特征在于，所述第三晶体管及所述第四晶体管的尺寸与所述第一晶体管或所述第二晶体管的尺寸相同。

5.如权利要求1所述的电平转换器，其特征在于，所述第五晶体管及所述第六晶体管的尺寸与所述第一晶体管或所述第二晶体管的尺寸相同。

6.如权利要求1所述的电平转换器，其特征在于，所述第五晶体管及所述第六晶体管的尺寸相同。