CN110868201B - 低功耗快响应电平变换电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集成电路结构领域，公开了一种低功耗快响应电平变换电路，包括：电平移位电路，用于接收外部输入并进行电平变换；开关模块，与电位平移电路电连接，用于启动信号并立即提供运行电流；偏置模块，与电位平移电路电连接，用于接收启动信号并延后提供参考电流；所述电平移位电路在接收到运行电路和/或参考电流后才可根据外部输入进行电平变化。本发明具有在确保低功耗的同时使电路实现快速响应的优点。

Description

低功耗快响应电平变换电路

技术领域

本发明涉及集成电路结构的技术领域，尤其是涉及一种低功耗快响应电平变换电路。

背景技术

目前，电平变换电路被广泛应用于几乎所有的集成电路中，以提供一种高电压和低电压相互转换的方法。

参照附图1，为了实现电平变换的低功耗设计，需要采用偏置电路31来控制电平变换的工作电流，电平移位由高压vm和低压vcc提供，pd是电平移位的使能信号，在电平移位输出准备就绪之前，需要一个适当的偏置电路来为电平移位提供参考电流。

参照附图2，为了快速响应，采用了逻辑控制电路21来减少电平漂移的响应时间，一旦PD引脚被启用，逻辑控制电路21将尽快工作，mn1相当于一个开关，它将立即响应来自逻辑控制电路21的控制信号。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：在实现低功耗的设计时，虽然运行电流是可控的，但由于偏置电路31存在启动时间，偏置电路31启动引起的延迟影响了电平漂移的响应时间，在电机驱动器或其他对响应时间较为严苛的应用中，当系统在开关状态之间切换时，电平偏移的响应时间是对应用系统的不利影响；在实现快速响应的设计时，虽然响应快速，但运行电流是无法控制的，通过一定数量的电流（通过mn1）将被浪费，难以实现低功耗的效果。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明在于提供低功耗快响应电平变换电路，具有在确保低功耗的同时使电路实现快速响应的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种低功耗快响应电平变换电路，包括：

电平移位电路，用于接收外部输入并进行电平变换；

开关模块，与电位平移电路电连接，用于启动信号并立即提供运行电流；

偏置模块，与电位平移电路电连接，用于接收启动信号并延后提供参考电流；

所述电平移位电路在接收到运行电路和/或参考电流后才可根据外部输入进行电平变化。

通过采用上述技术方案，电路工作时，逻辑控制电路接收启动信号并输出控制信号，开关元件根据控制信号判定是否提供运行电流，偏置模块接受启动信号并准备提供参考电流，在开关元件提供运行电流时，电平移位电路工作，根据外部输入进行电平的变换，当偏置模块启动完成后，逻辑控制电路不再输出控制信号，开关元件不再提供运行电流，偏置模块提供参考电流，电平位移电路，根据外部输入进行电平的变换，从而实现前期快速响应，后期低功耗的效果。

本发明进一步设置为：所述开关模块逻辑控制电路和开关元件，所述逻辑控制电路包括耦接于启动信号的第一反相器、耦接于第一反相器的第二反相器、两输入分别耦接于启动信号和第二反相器的异或门、耦接于第一反相器和第二反相器连接中点的第一电容，所述第一电容接地，所述异或门的输出端与开关元件耦接，所述开关元件为场效应管，所述异或门的输出端与开关元件的栅极耦接，所述开关元件的漏极与电平移位电路耦接，源极接地。

通过采用上述技术方案，当未接收到启动信号时，第一反相器的输入端为低电平，此时第一反相器的输出端为高电平，第一电容处于充电状态，当接收到启动信号后，第一反相器的输入端变为高电平，此时第一反相器的输出端变为低电平，第一电容放电，此时第二反相器的输入端为高电平，第二反相器的输出端为低电平，异或门的两输入端分别为高电平和低电平，异或门的输出端为高电平，开关元件导通，从而立即提供运行电流，从而使电平移位电路工作；在第一电容放电完成后，第二反相器的输入端变为低电平，第二反相器的输出端变为高电平，异或门的两输入端均为高电平，异或门的输出端为低电平，开关元件截止，从而停止提供运行电流，电平移位电路通过参考电流工作。

本发明进一步设置为：所述第一电容的充放电时间大于偏置模块的启动时间。

通过采用上述技术方案，第一电容的充放电时间大于偏置模块的启动时间，因此在开关元件截止前，偏置模块已经启动完成，从而不易出现电平移位电路在中途停止工作的情况。

本发明进一步设置为：所述偏置模块包括偏置电路和第一场效应管，所述偏置电路的输入端耦接启动信号，所述偏置电路的输出端耦接第一场效应管的栅极，所述第一场效应管的漏极与电平移位电路耦接，源极接地。

通过采用上述技术方案，偏置电路在接收到启动信号后进行启动准备，在启动完成后，偏置电路输出高电平至第一场效应管，使第一场效应管导通，从而提供参考电流。

本发明进一步设置为：所述电平移位电路包括输入端接控制输入的第三反相器、栅极与第三反相器的输出端耦接的第二场效应管、输入端与第三反相器的输出端耦接的第四反相器、栅极与第四反相器的输出端耦接的第三场效应管、漏极与第二场效应管的漏极耦接的第四场效应管、漏极与第三场效应管的漏极耦接的第五场效应管、输入端与第五场效应管的漏极耦接的第五反相器，所述第四场效应管和第五场效应管的源极均接高电压，所述第四场效应管的栅极与第五场效应管的漏极耦接，所述第五场效应管的栅极与第四场效应管的漏极耦接，所述第三反相器的使能端接低电压。

通过采用上述技术方案，若第三反相器的输入端由低电平变为高电平，则第二场效应管截止，第三场效应管导通，第五反相器输入端的电平渐渐降低，则流入第五场效应管的电流减少，第五反相器输入端的电平进一步降低，第五反相器输出端变高，反之，若第三反相器的输入端由高电平变为低电平，则第五反相器输出端变低。

本发明进一步设置为：所述第四场效应管上并联有第一稳压二极管，所述第一稳压二极管的正极与第四场效应管的漏极耦接，负极与第四场效应管的源极耦接，所述第五场效应管上并联有第二稳压二极管，所述第二稳压二极管的正极与第五场效应管的漏极耦接，负极与第五场效应管的源极耦接。

通过采用上述技术方案，第一稳压二极管和第二稳压二极管对电压进行稳定，从而使得输出的电压不易发生变化。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过设置开关模块和偏置模块，开关模块先行工作，从而使得电平移位电路可以进行电平变换操作，在偏置模块准备完毕后工作时，开关模块停止工作，电平移位电路通过偏置模块实现电平变换操作，在确保低功耗的同时使电路实现快速响应。

附图说明

图1为现有技术的偏置电路结构图；

图2为现有技术的逻辑控制电路结构图；

图3为本发明的电路结构图；

图4为逻辑控制电路结构图；

图5为逻辑控制电路的序列图。

附图标记：1、电平移位电路；11、第三反相器；12、第二场效应管；13、第四反相器；14、第三场效应管；15、第四场效应管；16、第五场效应管；17、第五反相器；18、第一稳压二极管；19、第二稳压二极管；2、开关模块；21、逻辑控制电路；211、第一反相器；212、第二反相器；214、异或门；3、偏置模块；31、偏置电路。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图3和图4，为本发明公开的一种低功耗快响应电平变换电路，包括电平移位电路1，电平移位电路1包括第三反相器11、第二场效应管12、第四反相器13、第三场效应管14、第四场效应管15、第五场效应管16和第五反相器17。第三反相器11的输入端接外部控制输入vin，第三反相器11的使能端接低电压vcc，第二场效应管12的栅极与第三反相器11的输出端耦接，第二场效应管12的漏极与第四场效应管15的漏极耦接。第三场效应管14的漏极与第五场效应管16的漏极耦接，第三场效应管14的源极与第二场效应管12的源极耦接，第三场效应管14的栅极与第四反相器13的输出端耦接，第四反相器13的输入端与第三反相器11的输出端耦接。

第四场效应管15和第五场效应管16的源极均接高电压vm，第四场效应管15的栅极与第五场效应管16的漏极耦接，第五场效应管16的栅极与第四场效应管15的漏极耦接。第五反相器17的使能端接高电压vm，第五反相器17的输入端与第五场效应管16的漏极耦接。第四场效应管15上并联有第一稳压二极管18，第一稳压二极管18的正极与第四场效应管15的漏极电连接，第一稳压二极管18的负极与第四场效应管15的源极电连接，第五场效应管16上并联有第二稳压二极管19，第二稳压二极管19的正极与第五场效应管16的漏极电连接，第二稳压二极管19的负极与第五场效应管16的源极电连接。

第二场效应管12和第三场效应管14为N沟道场效应管，第四场效应管15和第五场效应管16为P沟道场效应管。

还包括开关模块2和偏置模块3，开关模块2包括逻辑控制电路21和开关元件mn1，开关元件mn1为N沟道场效应管，逻辑控制电路21包括第一反相器211、第二反相器212、第一电容C1和异或门214，第一反相器211的输入端接启动信号pd，第二反相器212的输入端与第一反相器211的输出端耦接，第一电容C1一端耦接在第一反相器211和第二反相器212的连接中点，另一端接地。参照图4和图5，异或门214的两输入端分别与启动信号pd和第二反相器212的输出端耦接，第二反相器212的输出端信号为pd_dly。异或门214的输出端与开关元件mn1的栅极耦接，异或门214的输出端信号为sn。参照图3和图4，开关元件mn1的漏极与第二场效应管12的源极耦接，开关元件mn1的源极接地。第一电容C1的充放电时间大于偏置模块3的启动时间。

偏置模块3包括偏置电路31和第一场效应管mn2，第一场效应管mn2为N沟道场效应管，偏置电路31的输入端与启动信号pd电连接，偏置电路31的输出端与第一场效应管mn2的栅极耦接，第一场效应管mn2的漏极与第三场效应管14的源极耦接，第一场效应管mn2的源极接地。

本实施例的实施原理为：当启动信号pd未输入时，第一反相器211的输入端为低电平，此时第一反相器211的输出端为高电平，第一电容C1处于充电状态，当接收到启动信号pd后，第一反相器211的输入端变为高电平，此时第一反相器211的输出端变为低电平，第一电容C1放电，此时第二反相器212的输入端为高电平，第二反相器212的输出端为低电平，异或门214的两输入端分别为高电平和低电平，异或门214的输出端为高电平，开关元件mn1导通，从而立即提供运行电流，从而使电平移位电路1工作；在第一电容C1放电完成后，第二反相器212的输入端变为低电平，第二反相器212的输出端变为高电平，异或门214的两输入端均为高电平，异或门214的输出端为低电平，开关元件mn1截止，从而停止提供运行电流，但此时偏置电路31已启动完毕，偏置电路31使第一场效应管mn2导通，为电平移位电路1提供参考电流，从而使电平移位电路1继续工作。

在电平移位电路1工作时，若第三反相器11的输入端由低电平变为高电平，则第二场效应管12截止，第三场效应管14导通，第五反相器17输入端的电平渐渐降低，流入第五场效应管16的电流减少，第五反相器17输入端的电平进一步降低，第五反相器17输出端变高；反之，若第三反相器11的输入端由高电平变为低电平，则第五反相器17输出端变低。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种低功耗快响应电平变换电路，其特征在于，包括：

电平移位电路（1），用于接收外部输入并进行电平变换；

开关模块（2），与电位平移电路电连接，用于启动信号并立即提供运行电流；

偏置模块（3），与电位平移电路电连接，用于接收启动信号并延后提供参考电流；

所述电平移位电路（1）在接收到运行电路和/或参考电流后根据外部输入进行电平变化；

所述开关模块（2）包括逻辑控制电路（21）和开关元件，所述逻辑控制电路（21）包括耦接于启动信号的第一反相器（211）、耦接于第一反相器（211）的第二反相器（212）、两输入分别耦接于启动信号和第二反相器（212）的异或门（214）、耦接于第一反相器（211）和第二反相器（212）连接中点的第一电容，所述第一电容接地，所述异或门（214）的输出端与开关元件耦接，所述开关元件为场效应管，所述异或门（214）的输出端与开关元件的栅极耦接，所述开关元件的漏极与电平移位电路（1）耦接，源极接地。

2.根据权利要求1所述的低功耗快响应电平变换电路，其特征在于，所述第一电容的充放电时间大于偏置模块（3）的启动时间。

3.根据权利要求1所述的低功耗快响应电平变换电路，其特征在于，所述偏置模块（3）包括偏置电路（31）和第一场效应管，所述偏置电路（31）的输入端耦接启动信号，所述偏置电路（31）的输出端耦接第一场效应管的栅极，所述第一场效应管的漏极与电平移位电路（1）耦接，源极接地。

4.根据权利要求1所述的低功耗快响应电平变换电路，其特征在于，所述电平移位电路（1）包括输入端接控制输入的第三反相器（11）、栅极与第三反相器（11）的输出端耦接的第二场效应管（12）、输入端与第三反相器（11）的输出端耦接的第四反相器（13）、栅极与第四反相器（13）的输出端耦接的第三场效应管（14）、漏极与第二场效应管（12）的漏极耦接的第四场效应管（15）、漏极与第三场效应管（14）的漏极耦接的第五场效应管（16）、输入端与第五场效应管（16）的漏极耦接的第五反相器（17），所述第四场效应管（15）和第五场效应管（16）的源极均接高电压，所述第四场效应管（15）的栅极与第五场效应管（16）的漏极耦接，所述第五场效应管（16）的栅极与第四场效应管（15）的漏极耦接，所述第三反相器（11）的使能端接低电压。

5.根据权利要求4所述的低功耗快响应电平变换电路，其特征在于，所述第四场效应管（15）上并联有第一稳压二极管（18），所述第一稳压二极管（18）的正极与第四场效应管（15）的漏极耦接，负极与第四场效应管（15）的源极耦接，所述第五场效应管（16）上并联有第二稳压二极管（19），所述第二稳压二极管（19）的正极与第五场效应管（16）的漏极耦接，负极与第五场效应管（16）的源极耦接。

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