CN107517054A - 转压器 - Google Patents

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吴政晃
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Abstract

本发明公开了一种转压器，可将一输入信号转换为一输出信号。当输入信号由接地电压转换至第一电源电压时，利用转压器内的第一电流镜与第一电流路径控制电路将输出信号上拉(pull up)至第二电源电压。当输入信号由第一电源电压转换至该接地电压时，利用转压器内的第二电流镜与第二电流路径控制电路将反相的输出信号上拉至第二电压。本发明的优点在于提出一种转压器，其输入信号IN与反相的输入信号INB可以操作在极低的信号范围。

Description

转压器
技术领域
本发明是有关一种接口电路(interface circuit)，特别涉及接口电路中的一种转压器。
背景技术
转压器可接收信号范围较小的输入信号，并将其对应地转换为信号范围较大的输出信号，是接口电路(interface circuit)中的重要构筑方块。譬如说，在IC晶片中，将特定的信号由核心电压(core voltage)的信号范围转换至输出入电压(IO voltage)的信号范围。基本上，核心电压的信号范围可以是0到1.5伏特，而输出入电压的信号范围为0到3.3伏特。为了在两种信号范围间进行转换，就需要使用到转压器，用以将0到1.5伏特的输入信号转换为0到3.3伏特的输出信号。
请参考图1，其所绘示为现有转压器。此转压器10可将信号范围介于电压VDDL至GND的输入信号IN转为信号范围在电压VDDH至GND间的输出信号OUT。其中，电源电压VDDL可为例如1.5伏特，电源电压VDDH可为例如3.3伏特，接地电压GND为0伏特，其中，电源电压VDDH大于电源电压VDDL，且电源电压VDDL大于接地电压GND。
转压器10包括一P型晶体管MP1、P型晶体管MP2、N型晶体管MN1与N型晶体管MN2，其中，P型晶体管MP1的源极连接至电源电压VDDH，漏极连接至节点a，以及栅极连接至节点b。P型晶体管MP2源极连接至电源电压VDDH，漏极连接至节点b，以及栅极连接至节点a。
再者，N型晶体管MN1漏极连接至节点a，源极连接至接地电压GND，以及栅极接收输入信号IN。N型晶体管MN2漏极连接至节点b，源极连接至接地电压GND，以及栅极接收反相的输入信号INB。其中，节点a更做为第一输出端，用以产生反相的输出信号OUTB，以及节点b更做为第二输出端，用以产生输出信号OUT。
当转压器10的输入信号IN为1.5伏特且反相的输入信号INB为0伏特时，N型晶体管MN1与P型晶体管MP2为开启(turn on)，N型晶体管MN2与P型晶体管MP1为关闭(turn off)。因此，输出信号OUT为3.3伏特的电源电压VDDH，反相的输出信号OUTB为0伏特的接地电压GND。
当转压器10的输入信号IN为0伏特且反相的输入信号INB为1.5伏特时，N型晶体管MN1与P型晶体管MP2为关闭(turn off)，N型晶体管MN2与P型晶体管MP1为开启(turn on)。因此，输出信号OUT为0伏特的接地电压GND，以及反相的输出信号OUTB为3.3伏特的电源电压VDDH。
发明内容
本发明涉及一种转压器，将一输入信号转换为一输出信号，包括：一第一晶体管，具有一第一漏极连接至一第一节点，一第一栅极接收该输入信号，以及一第一源极连接至一第一电源电压；一第二晶体管，具有一第二漏极连接至一第二节点，一第二栅极接收一反相的输入信号，以及一第二源极连接至该第一电源电压；一第三晶体管，具有一第三源极连接至一第二电源电压，一第三漏极连接至该第一节点，以及一第三栅极连接至该第二节点；一第四晶体管，具有一第四源极连接至该第二电源电压，一第四漏极连接至该第二节点，以及一第四栅极连接至该第一节点，其中该第一节点是作为一第一输出端以产生一反相的输出信号，且该第二节点是作为一第二输出端以产生该输出信号；一第一电流镜连接至该第二电源电压，其中该第一电流镜具有一第一电流输入端连接至一第三节点，以及一第一电流镜射端连接至该第一节点；一第一电流路径控制电路，连接至该第三节点与该第一电源电压之间，根据该反相的输入信号与该输出信号来动作；一第二电流镜连接至该第二电源电压，其中该第二电流镜具有一第二电流输入端连接至一第四节点，以及一第二电流镜射端连接至该第二节点；以及一第二电流路径控制电路，连接至该第四节点与该第一电源电压之间，根据该输入信号与该反相的输出信号来动作。
本发明的优点在于提出一种转压器，其输入信号IN与反相的输入信号INB可以操作在极低的信号范围。
为了对本发明之上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合说明书附图，作详细说明如下：
附图说明
图1所绘示的是现有转压器。
图2所绘示为本发明的转压器。
图3所绘示为本发明转压器的相关信号示意图。
其中，附图标记说明如下：
10、20：转压器
21：反相器
22、24：电流镜
26、28：电流路径控制电路
MN1～MN6：N型晶体管
MP1～MP6：P型晶体管
具体实施方式
为了让IC晶片的运算速度更快、更省电，IC晶片中的核心电压越来越低。而本发明提出的转压器以在核心电压范围为0到0.7伏特时仍旧能够正常运作。
请参考图2，其所绘示为本发明转压器。此转压器20可将信号范围介于电压VDDL至VSS的输入信号IN转为信号范围在电压VDDH至VSS间的输出信号OUT。其中，电源电压VDDL可为例如0.7伏特，电源电压VDDH可为例如3.3伏特，电源电压VSS可为例如0伏特；亦即电源电压VDDH大于电源电压VDDL，且电源电压VDDL大于电源电压VSS。
转压器20包括P型晶体管MP1、P型晶体管MP2、N型晶体管MN1、N型晶体管MN2、电流镜22与24、以及电流路径控制电路26与28。另外，操作于电源电压VDDL与电源电压VSS之间的一反相器21，其输入端接收输入信号IN，其输出端产生反相的输入信号INB。
转压器20中，P型晶体管MP1源极连接至电源电压VDDH；漏极连接至节点a；栅极连接至节点b。P型晶体管MP2源极连接至电源电压VDDH；漏极连接至节点b；栅极连接至节点a。
再者，N型晶体管MN1漏极连接至节点a；源极连接至电源电压VSS；栅极接收输入信号IN。N型晶体管MN2漏极连接至节点b；源极连接至电源电压VSS；栅极接收反相的输入信号INB。其中，节点a更做为第一输出端，产生反相的输出信号OUTB；节点b更做为第二输出端，产生输出信号OUT。
电流镜22连接于电源电压VDDH，且电流镜22包括一电流输入端(currentinputting terminal)连接于节点c以及一电流镜射端(current mirroring terminal)连接于节点a。另外，电流镜24连接于电源电压VDDH，且电流镜24包括一电流输入端连接于节点d以及一电流镜射端连接于节点b。
电流路径控制电路(current path control circuit)26包括串接于节点c与电源电压VSS之间的二个N型晶体管MN3与MN4，N型晶体管MN3的栅极接收反相的输入信号INB，N型晶体管MN4的栅极接收输出信号OUT。另外，电流路径控制电路28包括串接于节点d与电源电压VSS之间的二个N型晶体管MN5与MN6，N型晶体管MN5的栅极接收输入信号IN，N型晶体管MN6的栅极接收反相的输出信号OUTB。
请参照图3，其所绘示为本发明转压器的相关信号示意图。于时间点t1，转压器20的输入信号IN由0伏特变为0.7伏特，N型晶体管MN1开启(turn on)且N型晶体管MN2关闭(turn off)。
于时间点t1至时间点t2为第一暂态期间(transient period)。于第一暂态期间的初期，输入信号IN为0.7伏特且反相的输出信号OUTB为3.3伏特，使得电流路径控制电路28动作(activate)。同时，于第一暂态期间，由于反相的输入信号INB为0伏特，使得电流路径控制电路26不动作。
当电流路径控制电路28动作时，节点d的电压Vd由0伏特逐渐升高，电流路径控制电路28产生一控制电流至电流镜24的电流输入端，使得节点b(意即输出信号OUT)被上拉(pull up)至3.3伏特，并使得P型晶体管MP1关闭(turn off)，而节点a(意即反相的输出信号OUTB)被下拉(pull down)至0伏特。
于时间点t2至时间点t3为第一稳态期间(steady period)，输入信号IN为0.7伏特、反相的输入信号INB为0伏特、输出信号OUT为3.3伏特且反相的输出信号OUTB为0伏特。此时，P型晶体管MP1关闭(turn off)、P型晶体管MP2开启(turn on)、N型晶体管MN1开启(turn on)、N型晶体管MN2关闭(turn off)、电流路径控制电路26与28皆不动作。明显地，于第一稳态期间，转压器20中并没有任何的漏电路径(leakage current path)，可以有效地减少转压器20的电源消耗(power consumption)。
于时间点t3，转压器20的输入信号IN由0.7伏特变为0伏特，N型晶体管MN1关闭(turn off)且N型晶体管MN2开启(turn on)。
于时间点t3至时间点t4为第二暂态期间。于第二暂态期间的初期，反相输入信号INB为0.7伏特且输出信号OUT为3.3伏特，使得电流路径控制电路26动作(activate)。同时，于第二暂态期间，由于输入信号IN为0伏特，使得电流路径控制电路28不动作。
当电流路径控制电路26动作时，节点c的电压Vc由0伏特逐渐升高，电流路径控制电路26产生一控制电流至电流镜22的电流输入端，使得节点a(意即反相的输出信号OUTB)被上拉(pull up)至3.3伏特，并使得P型晶体管MP2关闭(turn off)，而节点b(意即输出信号OUT)被下拉(pull down)至0伏特。
于时间点t4之后为第二稳态期间，输入信号IN为0伏特、反相的输入信号INB为0.7伏特、输出信号OUT为0伏特且反相的输出信号OUTB为3.3伏特。此时，P型晶体管MP1开启(turn on)、P型晶体管MP2关闭(turn off)、N型晶体管MN1关闭(turn off)、N型晶体管MN2开启(turn on)、电流路径控制电路26与28皆不动作。明显地，于第二稳态期间，转压器20中并没有任何的漏电路径，可以有效地降低转压器20的电源消耗。
当输入信号IN再次由0伏特变为0.7伏特时，其动作原理与上述时间点t1之后的动作相同，不再赘述。
由上述的说明可知，当输入信号IN由电源电压VSS转换至电源电压VDDL时，利用电流镜24与电流路径控制电路28将输出信号OUT上拉至电源电压VDDH。当输入信号IN由电源电压转VDDL换至电源电压VSS时，利用电流镜22与电流路径控制电路28将反相的输出信号INB上拉至第二电压。
再者，本发明的优点在于提出一种转压器，其输入信号IN与反相的输入信号INB可以操作在极低的信号范围。根据本发明的实施例，当电源电压VDDL下降至0.4伏特时，本发明的转压器仍旧可以正常运作，因此非常适合运用在具有极低核心电压的IC晶片上。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定范围为准。

Claims (8)

1.一种转压器，将一输入信号转换为一输出信号，包括：
一第一晶体管，具有一第一漏极连接至一第一节点，一第一栅极接收该输入信号，以及一第一源极连接至一第一电源电压；
一第二晶体管，具有一第二漏极连接至一第二节点，一第二栅极接收一反相的输入信号，以及一第二源极连接至该第一电源电压；
一第三晶体管，具有一第三源极连接至一第二电源电压，一第三漏极连接至该第一节点，以及一第三栅极连接至该第二节点；
一第四晶体管，具有一第四源极连接至该第二电源电压，一第四漏极连接至该第二节点，以及一第四栅极连接至该第一节点，其中该第一节点是作为一第一输出端以产生一反相的输出信号，且该第二节点是作为一第二输出端以产生该输出信号；
一第一电流镜连接至该第二电源电压，其中该第一电流镜具有一第一电流输入端连接至一第三节点，以及一第一电流镜射端连接至该第一节点；
一第一电流路径控制电路，连接至该第三节点与该第一电源电压之间，根据该反相的输入信号与该输出信号来动作；
一第二电流镜连接至该第二电源电压，其中该第二电流镜具有一第二电流输入端连接至一第四节点，以及一第二电流镜射端连接至该第二节点；以及
一第二电流路径控制电路，连接至该第四节点与该第一电源电压之间，根据该输入信号与该反相的输出信号来动作。
2.如权利要求1所述的转压器，其中该第一晶体管与该第二晶体管为N型晶体管，以及该第三晶体管与该第四晶体管为P型晶体管。
3.如权利要求1所述的转压器，还包括一反相器，连接于一第三电源电压与该第一电源电压，该反相器接收该输入信号产生该反相的输入信号。
4.如权利要求3所述的转压器，其中该第二电源电压大于该第三电源电压，且该第三电源电压大于该第一电源电压。
5.如权利要求1所述的转压器，其中该第一电流路径控制电路包括串接于该第三节点与该第一电源电压之间的一第五晶体管与一第六晶体管，该第五晶体管的一第五栅极接收该反相的输入信号，且该第六晶体管的一第六栅极接收该输出信号。
6.如权利要求5所述的转压器，其中该第一电流镜包括：
一第七晶体管，具有一第七源极连接至该第二电源电压，一第七漏极连接至该第一节点，以及一第七栅极连接至该第三节点；以及
一第八晶体管，具有一第八源极连接至该第二电源电压，一第八漏极连接至该第三节点，以及一第八栅极连接至该第三节点。
7.如权利要求1所述的转压器，其中该第二电流路径控制电路包括串接于该第四节点与该第一电源电压之间的一第九晶体管与一第十晶体管，该第九晶体管的一第九栅极接收该输入信号，且该第十晶体管的一第十栅极接收该反相的输出信号。
8.如权利要求7所述的转压器，其中该第二电流镜包括：
一第十一晶体管，具有一第十一源极连接至该第二电源电压，一第十一漏极连接至该第二节点，以及一第十一栅极连接至该第四节点；以及
一第十二晶体管，具有一第十二源极连接至该第二电源电压，一第十二漏极连接至该第四节点，以及一第十二栅极连接至该第四节点。
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