CN106936422A - 电平转换电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电平转换电路，所述电路包括：输入耦合电容模块、双稳态转换模块；所述输入耦合电容模块的第一端分别连接两个输入端，产生两个电平互反逻辑信号分别至输入耦合电容模块的第二端，所述第二端包括两个输出端；所述双稳态转换模块包括：两个首尾相连的反相模块；所述两个输入端通过输入耦合电容模块耦合的交流电流传到双稳态转换模块，使双稳态转换模块的两个电平互反逻辑信号分别翻转，锁存新的电平互反逻辑信号，并可直接作为结果输出，实现电源域转换。

Description

电平转换电路

技术领域

发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种电平转换电路。

背景技术

在芯片级系统(System on Chip，SOC)的设计研发过程中，由于采用了不相兼容的电源电压等原因，系统内部常常出现输入/输出电压域不一致的问题，因此需要进行电平转换。电平转换电路即是用于将输入电压域转换成输出电压域的一种电子电路。

如图1所示，电平转换电路的输入信号Vinp、Vinm为低电压域的一对反相信号，工作正电源Vdd为高电压电源，分别接于PMOS晶体管MP1和PMOS晶体管MP2的源极。NMOS晶体管MN1和MN2的源极接地。PMOS晶体管MP1的漏极、PMOS晶体管MP2的栅极以及NMOS晶体管MN1的漏极共接，形成输出端Outp。PMOS晶体管MP2的漏极、PMOS晶体管MP1的栅极以及NMOS晶体管MN2的漏极共接，形成输出端Outm。输出信号Voutp、Voutm为高电压域对应的高低电平信号。

图1所示电平转换电路的工作原理是：当输入信号Vinp为高时，输入信号Vinm为低，因此NMOS晶体管MN2导通，NMOS晶体管MN1关闭，使输出端Outm的输出信号Voutm被拉低至地电位，进而使得PMOS晶体管MP1导通，高电源电压Vdd输出到输出端Outp，输出信号Voutp被拉升至高电压域的高电平信号。

相对应的，当输入信号Vinp为低，而输入信号Vinm为高时，输出信号Voutp被拉低至地电位，而输出信号Voutm被拉升至高电压域的高电平信号。

图1所示电路中，当信号较多或者所跨电源域较多时，电平转换电路的需求量和复杂度都会提高；此外图1中为器件MOS级的电平转换电路，其电源域转换为单边转换，例如：输入为0至3V，输出为-6V至6V时需要经过多次的转换，电路结构较为复杂，并且在电平转换过程中，由于通过晶体管进行抗压，常伴有跨电源域ESD击穿的风险。

发明内容

本发明提供一种电平转换电路，包括：输入耦合电容模块、双稳态转换模块；所述输入耦合电容模块中两个电容的第一端分别连接两个输入端；所述双稳态转换模块包括：两个首尾相连的反相模块提供两个互为反相的逻辑信号分别至两个耦合电容的第二端，同时也是两个输出端。输入端通过输入耦合电容模块耦合的交流电流传到双稳态转换模块，使双稳态转换模块的两个互反逻辑信号分别翻转，锁存新的互反逻辑信号，并可以直接作为结果输出，实现电源域转换。

优选的，所述电路还包括：输入缓冲模块，所述输入缓冲模块连接至输入耦合电容模块和输入端的中间，所述输入缓冲模块包括两路反相器或缓冲器，适于于输入缓冲模块的输出端输出两个反相的逻辑信号。

优选的，所述输入缓冲模块的输入信号和输出信号可为同相或反相。

优选的，所述电路还包括：输出缓冲模块，所述输出缓冲模块连接至双稳态转换模块的两个互反逻辑信号与输出端之间，即两个与耦合电容模块直接相连的互反逻辑信号经过输出缓冲模块之后再作为结果输出。所述输出缓冲反向模块包括两路反相器或缓冲器，输出缓冲模块的输出端输出两路互反的逻辑信号。

优选的，所述输入耦合电容模块包括：第一耦合电容、第二耦合电容。

本发明提出一种电平转换电路，特别是对于高低电平都需要转换的情况，可以显著简化转换电路的结构复杂度，由于现有电平转化电路需要多级结构，本发明采用一级结构进而能节省动态功耗；并且通过直流隔离特性使得有源器件只工作在单一电源域下，大幅降低了ESD风险，并可应用于输入电源域与输出电源域压差较大的情况。

附图说明

通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1为本发明现有技术的电平转换电路；

图2为本发明一实施例中电平转换电路的示意图；

图3为本发明另一实施例中电平转换电路的示意图；

图4为本发明再一实施例中电平转换电路的示意图；

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置（模块）或步骤。

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。

本发明提供一种电平转换电路，包括：输入耦合电容模块、双稳态转换模块；所述输入耦合电容模块中两个电容的第一端分别连接两个输入端；所述双稳态转换模块包括：两个首尾相连的反相模块提供两个互反逻辑信号分别至两个耦合电容的第二端，同时也是两个输出端。输入端通过输入耦合电容模块耦合的交流电流传到双稳态转换模块，使双稳态转换模块的两个互反逻辑信号分别翻转，锁存新的互反逻辑信号，并可以直接作为结果输出，实现电源域转换。

下面结合具体实施例对本案进行具体说明，

第一实施例

请参考图2，图2为本发明电平转换电路第一实施例的示意图。电平转换电路包括：输入耦合电容模块200、双稳态转换模块300。两极性互反逻辑信号经由两个输入端输入至输入耦合电容模块200再连接至双稳态转换模块300由双稳态转换模块300的两个输出端输出；本实施例中第一输入、第二输入为极性相反的逻辑信号，输入耦合电容模块200包括第一耦合电容210和第二耦合电容220，输入耦合电容模块200的第一端分别连接两个输入端，分别为第一输入端110，第二输入端120；第一耦合电容210、第二耦合电容220由两条并联的支路分别连接第一输入端110、第二输入端120。第一逻辑输入信号由第一输入端110至第一耦合电容210由输入耦合电容模块200的第二端的第一输出端输出，再连接至双稳态转换模块300的第三输入端310；第二逻辑输入信号由第二输入端120连接至第二耦合电容220由输入耦合电容模块200的第二端的第二输出端输出，再连接至双稳态转换模块300的第四输入端320；第一逻辑输入信号、第二逻辑输入信号通过输入耦合电容模块的两个支路产生两个电平互为反相的逻辑信号分别至输入耦合电容模块200的第二端的两个输出端，并连接至双稳态转换模块300的第三输入端310、第四输入端320。

本实施例中双稳态转换模块300由两个首尾相连的反相模块330、340组成，每一路的反向模块330、340为一个反相器或者奇数个反相器级联组成，或者其他任何可以产生电平反相信号的结构。所述双稳态转换模块300第三输入端310连接至第一反相模块330的输入端，330的输出端420连接至双稳态转换模块300的第三输入端320；所述双稳态转换模块300第三输入端320连接至第二反相模块340的输入端，340的输出端410连接至双稳态转换模块300的第三输入端310；第三输入端310直接连接至整个电平转换电路输出端410，第三输入端320直接连接至整个电平转换电路输出端420。

通过双稳态转换模块300并结合输入耦合电容模块200能实现输入信号电源域的转换，例如：输入为（0，2.8V）转换为（-2.8V，0），在实际中第一逻辑输入信号、第二逻辑输入信号为电源和地；当第一逻辑输入信号、第二逻辑输入信号为电平互反逻辑信号时，通过输入耦合电容模块200电容耦合交流电流到双稳态转换模块300，使双稳态转换模块300的两个节点分别翻转，同时靠双稳态原理实现互相正反馈完成两路的电平转换并锁住新的数字逻辑信号，并且第一耦合电容210和第二耦合电容220隔离两电源域间的直流通路，故不同电源域的逻辑信号状态可以稳定共存。采用该实施例能对高低电平两级或者多级的转换一次完成。并且通过采用耦合电容隔离了直流，使得有源器件只工作在单一电源域下，能有效减小ESD的风险。

第二实施例

请参考图3，图3为本发明电平转换电路另一实施例的模块功能示意图。电平转换电路包括：输入缓冲模块100’、输入耦合电容模块200’、双稳态转换模块300’， 输入缓冲模块100’包括两路反相器或缓冲器，适用于输入缓冲模块100’的输出端输出两个电平互反逻辑信号；输入缓冲模块中两个支路中，每一支路分别对应的输入信号与输出信号可为电平同相或电平反相；输入缓冲模块的两个输入信号为电平互反信号，在一实施例中分别为第三反相器130’、第四反相器140’。两个输入经由输入缓冲模块100’输出两个极性相反的第一子输入端110’,第二子输入端120’输入至输入耦合电容模块200’再连接至双稳态转换模块300’由两个输出端输出；

本实施例中第一子输入端110’、第二子输入端120’为极性互反的逻辑信号，输入耦合电容模块200’包括第一耦合电容210’和第二耦合电容220’，输入耦合电容模块200’的第一端分别连接第一子输入端110’，第二子输入端120’；第一耦合电容210’、第二耦合电容220’由两条并联的支路分别连接第一子输入端110’、第二子输入端120’。第一逻辑输入信号由第一子输入端110’至第一耦合电容210’由输入耦合电容模块200’的第二端的第一输出端输出，再连接至双稳态转换模块300’的第三输入端310’；第二逻辑输入信号由第二子输入端120’连接至第二耦合电容220’由输入耦合电容模块200’的第二端的第二输出端输出，再连接至双稳态转换模块300’的第四输入端320’；第一逻辑输入信号、第二逻辑输入信号通过输入耦合电容模块的两个支路产生两个电平互为反相的逻辑信号分别至输入耦合电容模块200’的第二端的两个输出端，并连接至双稳态转换模块300’的第三输入端310’、第四输入端320’。

本实施例中双稳态转换模块300’由两个首尾相连的反相模块330’、340’组成，每一路的反向模块330’、340’为一个反相器或者奇数个反相器级联组成，或者其他任何可以产生电平反相信号的结构。所述双稳态转换模块300’第三输入端310’连接至第一反相模块330’的输入端，330’的输出端420’连接至双稳态转换模块300’的第三输入端320’；所述双稳态转换模块300’第三输入端320’连接至第二反相模块340’的输入端，340’的输出端410’连接至双稳态转换模块300’的第三输入端310’；第三输入端310’直接连接至整个电平转换电路输出端410’，第三输入端320’直接连接至整个电平转换电路输出端420’。

通过双稳态转换模块300’并结合输入耦合电容模块200’能实现输入信号电源域的转换，例如：输入为（0，2.8V）转换为（-2.8V，0），在实际中第一逻辑输入信号、第二逻辑输入信号为电源和地；当第一逻辑输入信号、第二逻辑输入信号为电平互反逻辑信号时，通过输入耦合电容模块200’电容耦合交流电流到双稳态转换模块300’，使双稳态转换模块300’的两个节点分别翻转，同时靠双稳态原理实现互相正反馈完成两路的电平转换并锁住新的数字逻辑信号，并且第一耦合电容210’和第二耦合电容220’隔离两电源域间的直流通路，故不同电源域的逻辑信号状态可以稳定共存。采用该实施例能对高低电平两级或者多级的转换一次完成。并且通过采用耦合电容隔离了直流，使得有源器件只工作在单一电源域下，能有效减小ESD的风险。

第三实施例

请继续参考图4，图4为本发明电平转换电路再一实施例的模块功能示意图。本实施例在第二实施例的基础上增加输出缓冲模块500，当第一子输入端、第二子输入端为输入互反逻辑信号时，通过输入耦合电容模块200’电容耦合交流电流到双稳态转换模块300’，使双稳态转换模块300’的两个节点互相相向翻转，信号切换结束后，靠双稳态原理锁住新的数字信号，在连接至输出缓冲模块500能实现新电源域数字信号的可选择性。需要注意的是，输出缓冲模块500中每一路的模块510、520可为：反相器或缓冲器。

本发明电平转换电路，特别是对于高低电平都需要转换的情况，可以显著简化转换电路的结构复杂度，由于现有电平转化电路需要多级结构，本发明采用一级结构进而能节省动态功耗；并且通过直流隔离特性使得有源器件只工作在单一电源域下，大幅降低了ESD风险，并可应用于输入电源域与输出电源域压差较大的情况。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (5)

1.一种电平转换电路，其特征在于，所述电路包括：

输入耦合电容模块、双稳态转换模块；

所述输入耦合电容模块的第一端分别连接两个输入端，产生两个电平互反逻辑信号分别至输入耦合电容模块的第二端，所述第二端包括两个输出端；所述双稳态转换模块包括：两个首尾相连的反相模块；

所述两个输入端通过输入耦合电容模块耦合的交流电流传到双稳态转换模块，使双稳态转换模块的两个电平互反逻辑信号分别翻转，锁存新的电平互反逻辑信号，并可直接作为结果输出，实现电源域转换。

2.根据权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，所述电路还包括：输入缓冲模块，所述输入缓冲模块连接至输入耦合电容模块的第一端，所述输入缓冲模块包括两路反相器或缓冲器，适用于输入缓冲模块的输出端输出两个电平互反逻辑信号。

3.根据权利要求2所述的电平转换电路，其特征在于，所述输入缓冲模块中两个支路中，每一支路分别对应的输入与输出可为电平同相的信号或电平反相的信号；输入缓冲模块的两个输入为电平互反的逻辑信号。

4.根据权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，所述电路还包括：输出缓冲模块，所述输出缓冲模块连接至双稳态转换模块的输出端，所述输出缓冲模块的两个支路中，每一支路分别对应的输入与输出可为电平同相的信号或电平反相的信号，适用于输出缓冲模块的输出端输出两路电平互反的逻辑信号。

5.根据权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，所述输入耦合电容模块包括：第一耦合电容、第二耦合电容。