CN105446405A

CN105446405A - 位准转换器

Info

Publication number: CN105446405A
Application number: CN201410424046.6A
Authority: CN
Inventors: 李祥骥
Original assignee: Novatek Microelectronics Corp
Current assignee: Novatek Microelectronics Corp
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2034-08-26
Also published as: CN105446405B

Abstract

本发明公开一种位准转换器，用来进行电压准换，包括一第一P型晶体管，其一闸极耦接于一汲极，一源极耦接于一系统电压；一第二P型晶体管，其一闸极耦接于所述第一P型晶体管的所述闸极，一源极耦接于所述系统电压；一第一N型晶体管，其一汲极耦接于所述第一P型晶体管的所述汲极，一源极耦接于一接地电位；以及一第二N型晶体管，其一汲极耦接于所述第二P型晶体管的一汲极，一源极耦接于一接地电位；其中，所述第一N型晶体管及所述第二N型晶体管为低临界电压晶体管或原生性晶体管。

Description

位准转换器

技术领域

本发明涉及一种位准转换器，尤其涉及一种利用低临界电压(lowthresholdvoltage)晶体管或原生性(native)晶体管接收输入电压，以高速进行电压准换抬升输出电压的位准转换器。

背景技术

一般来说，低压至高压位准转换器(levelshifter)可用来将所接收的信号由低电压位准转换至高电压位准，以将前端低压组件所产生的低电压信号转换为可供后端高压组件进行操作的高电压信号。

举例来说，请参考图1，图1为公知的一位准转换器10的示意图。如图1所示，位准转换器10包括P型金氧半场效应晶体管(MetaloxidesemiconductorField-EffectTransistor，MOSFET)MP1、MP2、N型金氧半场效应晶体管MN1、MN2以及缓冲器100，其中，P型金氧半场效应晶体管MP1、MP2以及N型金氧半场效应晶体管MN1、MN2为高压组件。

简单来说，N型金氧半场效应晶体管MN1、MN2的闸极分别接收前端低压组件所产生的输入电压IN+、IN-，在输入电压IN+为高准位而输入电压IN-为低准位时，N型金氧半场效应晶体管MN1导通而将P型金氧半场效应晶体管MP2的闸极电压往下拉，使得P型金氧半场效应晶体管MP2导通以通过一系统电压VDD抬升一输出电压Vout(即将输出电压Vout充电至系统电压VDD的准位)，再通过缓冲器100所包括的反相器对输出电压Vout缓冲后输出高电压信号至后端高压组件。如此一来，位准转换器10可在判断低压信号的输入电压IN+为高准位时，输出接近系统电压VDD的准位的高压信号。

然而，随者半导体制程的演进，输入电压IN+的低电压信号位准越来越低(如高准位由1.2V降至0.9V)，但系统电压VDD的高电压位准不变(如3.3V)，且N型金氧半场效应晶体管MN1、MN2的临界电压维持不变(约为0.8V)，由于输入电压IN+的高准位与N型金氧半场效应晶体管MN1的临界电压的差距较小而无法有效将P型金氧半场效应晶体管MP2的闸极电压往下拉以对抬升输出电压Vout，因此无法适用高速的应用，甚至进行低压至高压的位准转换。鉴于此，公知技术实有改进的必要。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种利用低临界电压晶体管或原生性晶体管接收输入电压，以高速进行电压准换抬升输出电压的位准转换器。

本发明公开一种位准转换器，用来进行电压转换。所述位准转换器包括一第一P型晶体管，包括一闸极、一汲极及一源极，所述闸极耦接于所述汲极，所述源极耦接于一系统电压；一第二P型晶体管，包括一闸极、一汲极及一源极，所述闸极耦接于所述第一P型晶体管的所述闸极，所述源极耦接于所述系统电压；一第一N型晶体管，包括一闸极、一汲极及一源极，所述汲极耦接于所述第一P型晶体管的所述汲极，所述源极耦接于一接地电位；以及一第二N型晶体管，包括一闸极、一汲极及一源极，所述汲极耦接于所述第二P型晶体管的所述汲极，所述源极耦接于一接地电位；其中，所述第一N型晶体管及所述第二N型晶体管为低临界电压晶体管或原生性晶体管。

在此配合下列图示、实施例的详细说明及权利要求书，将上述及本发明的其它目的与优点详述于后。

附图说明

图1为公知的一位准转换器的示意图。

图2为本发明实施例一位准转换器的示意图。

图3为本发明实施例另一位准转换器的示意图。

图4为本发明实施例另一位准转换器的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10～40位准转换器

100缓冲器

MP1、MP2、MN1、MN2、MN3、MN4晶体管

IN+、IN-输入电压

VDD系统电压

Vout输出电压

GND接地电位

SW1～SW6开关

PDN、PD控制信号

具体实施方式

请参考图2，图2为本发明实施例一位准转换器20的示意图。如图2所示，位准转换器20与位准转换器10部分相同，因此具有相同功能的组件及信号以相同符号表示。简单来说，位准转换器20包括P型金氧半场效应晶体管(MetaloxidesemiconductorField-EffectTransistor，MOSFET)MP1、MP2、N型金氧半场效应晶体管MN3、MN4以及缓冲器100，详细架构与连接方式如图2所示，即P型金氧半场效应晶体管MP1的一闸极耦接于其一汲极，其一源极耦接于一系统电压VDD；P型金氧半场效应晶体管MP2的一闸极耦接于P型金氧半场效应晶体管MP1的所述闸极，其一源极耦接于系统电压VDD；N型金氧半场效应晶体管MN3的一汲极耦接于P型金氧半场效应晶体管MP1的所述汲极，其一源极耦接于一接地电位GND；N型金氧半场效应晶体管MN4的一汲极耦接于P型金氧半场效应晶体管MP2的一汲极，其一源极耦接于一接地电位GND；其中，P型金氧半场效应晶体管MP1、MP2以及N型金氧半场效应晶体管MN3、MN4为高压组件。位准转换器20与位准转换器10的主要差别在于，N型金氧半场效应晶体管MN3、MN4为低临界电压(lowthresholdvoltage)晶体管或原生性(native)晶体管。

在此结构下，由于N型金氧半场效应晶体管MN3、MN4为临界电压大致小于0.3V的低临界电压晶体管或临界电压大致等于0V的原生性晶体管，因此在N型金氧半场效应晶体管MN3、MN4的闸极所分别接收前端低压组件的输入电压IN+、IN-为高准位及低准位时，N型金氧半场效应晶体管MN3可有效导通(如高准位为0.9V远大于小于0.3V的低临界电压或等于0V的临界电压)，以将P型金氧半场效应晶体管MP2的闸极电压有效往下拉，使得P型金氧半场效应晶体管MP2快速导通以通过系统电压VDD抬升一输出电压Vout(即将输出电压Vout充电至系统电压VDD的准位)，再通过缓冲器100所包括的反相器对输出电压Vout缓冲后输出高电压信号至后端高压组件。如此一来，位准转换器20可以低临界电压晶体管或原生性晶体管实现N型金氧半场效应晶体管MN3、MN4以接收输入电压IN+、IN-，而加大输入电压IN+与N型金氧半场效应晶体管MN3的临界电压的差距，因此可高速进行电压准换抬升输出电压Vout。

此外，在N型金氧半场效应晶体管MN3、MN4以低临界电压晶体管或原生性晶体管实现的结构下，当输入电压IN+未处在高准位时，N型金氧半场效应晶体管MN3可能导通或部分导通而造成漏电流。因此，位准转换器20还包括一开关SW1，耦接于N型金氧半场效应晶体管MN3、MN4的所述源极与接地电位GND之间，用来在位准转换器20未动作时关闭(如开关SW1以N型金氧半场效应晶体管实现时，其一闸极所接收的一控制信号PDN在位准转换器20未动作而输入电压IN+、IN-被前级电路拉到0电位时可为一低准位以关闭开关SW1)。如此一来，位准转换器20可以开关SW1进行控制，以避免以低临界电压晶体管或原生性晶体管实现N型金氧半场效应晶体管MN3、MN4造成漏电流。

再者，当开关SW1关闭以避免漏电流时，P型金氧半场效应晶体管MP1、MP2的汲极(即N型金氧半场效应晶体管MN3、MN4的汲极)会处在浮接(floating)的状态而可能造成漏流(如P型金氧半场效应晶体管MP2的汲极受噪声扰动而使输出电压Vout介于高准位及低准位之间时，缓冲器100所包括的反相器的N型金氧半场效应晶体管及P型金氧半场效应晶体管将会同时部分导通而造成漏流)。因此，位准转换器20还包括开关SW2、SW3，开关SW2耦接于P型金氧半场效应晶体管MP2的所述源极与所述汲极之间，用来在位准转换器20未动作时导通将P型金氧半场效应晶体管MP2的汲极抬升至系统电压VDD(如开关SW2以P型金氧半场效应晶体管实现时，其一闸极所接收的控制信号PDN在位准转换器20未动作而输入电压IN+、IN-被前级电路拉到0电位时可为一低准位以导通开关SW2)，开关SW3耦接于P型金氧半场效应晶体管MP1的所述源极与所述汲极之间，用来在位准转换器20未动作时导通将P型金氧半场效应晶体管MP1的汲极抬升至系统电压VDD(如开关SW3以P型金氧半场效应晶体管实现时，其一闸极所接收的控制信号PDN在位准转换器20未动作而输入电压IN+、IN-被前级电路拉到0电位时可为一低准位以导通开关SW3)。如此一来，位准转换器20可以开关SW2、SW3进行控制，以避免P型金氧半场效应晶体管MP1、MP2的汲极处在浮接的状态而造成漏电流。

值得注意的是，本实施例的主要精神在于可以低临界电压晶体管或原生性晶体管实现N型金氧半场效应晶体管MN3、MN4以接收输入电压IN+，而加大输入电压IN+与N型金氧半场效应晶体管MN3的临界电压的差距，因此可高速进行电压准换抬升输出电压Vout。本领域普通技术人员当可据以进行修饰或变化，而不限于此。举例来说，上述实施例中P型金氧半场效应晶体管MP1、MP2及N型金氧半场效应晶体管MN3、MN4都以金氧半场效应晶体管实现，但在其它实施例中也可以其它种类的晶体管实现。此外，上述实施例中，开关SW1～SW3分别以一N型金氧半场效应晶体管及两P型金氧半场效应晶体管，但在其它实施例中也可以其它种类的开关实现。再者，在上述实施例中，开关SW1可避免以低临界电压晶体管或原生性晶体管实现N型金氧半场效应晶体管MN3、MN4造成漏电流，而开关SW2、SW3可避免P型金氧半场效应晶体管MP1、MP2的汲极处在浮接的状态而造成漏电流，但在其它实施例中，若漏电很小或浮接状态未列入考虑，则位准转换器20也可不包括开关SW3(P型金氧半场效应晶体管MP1的汲极浮接)、不包括开关SW2、SW3(P型金氧半场效应晶体管MP1、MP2的汲极浮接且缓冲器100的反相器可能产生漏电流)或不包括开关SW1～SW3(以低临界电压晶体管或原生性晶体管实现的N型金氧半场效应晶体管MN3、MN4可能造成漏电流)。

除此之外，在上述实施例中，开关SW1～SW3分别设置在图2所示的位置以达到其各别效果，但在其它实施例中，也可将开关设置在其它位置以达到开关SW1～SW3的效果。举例来说，请参考图3，图3为本发明实施例另一位准转换器30的示意图。如图3所示，位准转换器30与位准转换器20部分相同，因此具有相同功能的组件及信号以相同符号表示。位准转换器30与位准转换器20的主要差别在于，位准转换器30包括一开关SW4，耦接于P型金氧半场效应晶体管MP1、MP2的所述源极与系统电压VDD之间，用来在位准转换器30未动作时关闭(如开关SW4以P型金氧半场效应晶体管实现时，其一闸极所接收的一控制信号PD在位准转换器30未动作而输入电压IN+、IN-被前级电路拉到0电位时可为一高准位以关闭开关SW4)。如此一来，位准转换器30可以开关SW4进行控制，以避免以低临界电压晶体管或原生性晶体管实现N型金氧半场效应晶体管MN3、MN4造成漏电流。

此外，位准转换器30包括开关SW5、SW6，开关SW5耦接于N型金氧半场效应晶体管MN4的所述源极与所述汲极之间，用来在位准转换器30未动作时导通将N型金氧半场效应晶体管MN4的汲极拉低至接地电位GND(如开关SW5以N型金氧半场效应晶体管实现时，其一闸极所接收的控制信号PD在位准转换器30未动作而输入电压IN+、IN-被前级电路拉到0电位时可为一高准位以导通开关SW5)，开关SW6耦接于N型金氧半场效应晶体管MN3的所述源极与所述汲极之间，用来在位准转换器30未动作时导通将N型金氧半场效应晶体管MN3的汲极拉低至接地电位GND(如开关SW6以N型金氧半场效应晶体管实现时，其一闸极所接收的控制信号PD在位准转换器30未动作而输入电压IN+、IN-被前级电路拉到0电位时可为一高准位以导通开关SW6)。如此一来，位准转换器30可以开关SW5、SW6进行控制，以避免P型金氧半场效应晶体管MP1、MP2的汲极处在浮接的状态而造成漏电流。

除此之外，位准转换器20所示的开关SW1～SW3及位准转换器30所示的开关SW4～SW6也可以其它形式搭配实施以达到其各别效果。举例来说，请参考图4，图4为本发明实施例另一位准转换器40的示意图。如图4所示，位准转换器40与位准转换器20、30部分相同，因此具有相同功能的组件及信号以相同符号表示。位准转换器40与位准转换器20、30的主要差别在于，位准转换器40除包括位准转换器30所示的开关SW4～SW6外，还包括位准转换器20所示的开关SW1以更进一步避免以低临界电压晶体管或原生性晶体管实现N型金氧半场效应晶体管MN3、MN4造成漏电流，开关SW1、SW4～SW6的操作与上述相似，在此不再赘述。

在公知技术中，输入电压IN+的高准位与N型金氧半场效应晶体管MN1的临界电压的差距较小而无法有效将P型金氧半场效应晶体管MP2的闸极电压往下拉以对抬升输出电压Vout，因此无法适用高速的应用，甚至进行低压至高压的位准转换。

相较之下，本案以低临界电压晶体管或原生性晶体管实现N型金氧半场效应晶体管MN3、MN4以接收输入电压IN+、IN-，而加大输入电压IN+与N型金氧半场效应晶体管MN3的临界电压的差距，因此可高速进行电压准换抬升输出电压Vout。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种位准转换器，用来进行电压转换，其特征在于，包括：

一第一P型晶体管，包括一闸极、一汲极及一源极，所述闸极耦接于所述汲极，所述源极耦接于一系统电压；

一第二P型晶体管，包括一闸极、一汲极及一源极，所述闸极耦接于所述第一P型晶体管的所述闸极，所述源极耦接于所述系统电压；

一第一N型晶体管，包括一闸极、一汲极及一源极，所述汲极耦接于所述第一P型晶体管的所述汲极，所述源极耦接于一接地电位；以及

一第二N型晶体管，包括一闸极、一汲极及一源极，所述汲极耦接于所述第二P型晶体管的所述汲极，所述源极耦接于一接地电位；

其中，所述第一N型晶体管及所述第二N型晶体管为低临界电压晶体管或原生性晶体管。

2.如权利要求1所述的位准转换器，其特征在于，所述第一P型晶体管、所述第二P型晶体管、所述第一N型晶体管及所述第二N型晶体管为金氧半场效应晶体管。

3.如权利要求1所述的位准转换器，其特征在于，第一N型晶体管及第二N型晶体管为临界电压小于0.3伏特的低临界电压晶体管或临界电压等于0伏特的原生性晶体管。

4.如权利要求1所述的位准转换器，其特征在于，还包括一第一开关，耦接于所述第一N型晶体管及所述第二N型晶体管的所述源极与所述接地电位之间，用来在所述位准转换器未动作时关闭。

5.如权利要求4所述的位准转换器，其特征在于，还包括一第二开关，耦接于所述第二P型晶体管的所述源极与所述汲极之间，用来在所述位准转换器未动作时导通。

6.如权利要求5所述的位准转换器，其特征在于，还包括一第三开关，耦接于所述第一P型晶体管的所述源极与所述汲极之间，用来在所述位准转换器未动作时导通。

7.如权利要求1所述的位准转换器，其特征在于，还包括一第四开关，耦接于所述第一P型晶体管及所述第二P型晶体管的所述源极与所述系统电压之间，用来在所述位准转换器未动作时关闭。

8.如权利要求7所述的位准转换器，其特征在于，还包括一第五开关，耦接于所述第二N型晶体管的所述源极与所述汲极之间，用来在所述位准转换器未动作时导通。

9.如权利要求8所述的位准转换器，其特征在于，还包括一第六开关，耦接于所述第一P型晶体管的所述源极与所述汲极之间，用来在所述位准转换器未动作时导通。