CN112491408B - 一种电平转换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电平转换电路，涉及集成电路技术领域。该电平转换电路包括连接于电源电压的第一场效应管和第二场效应管，连接于第一输入端的第三场效应管、第一高压native管和第一低压场效应管，连接于第二输入端的第四场效应管、第二高压native管和第二低压场效应管，第四场效应管、第二高压native管和第二低压场效应管还通过反相器连接于电路输出端；第一场效应管连接于第三场效应管、第四场效应管和第二高压native管；第二场效应管连接于第三场效应管、第四场效应管和第一高压native管；第一高压native管通过第一低压场效应管接地，第二高压native管通过第二低压场效应管接地。本发明技术方案实现了电路的宽电源电压的转换。

Description

一种电平转换电路
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种电平转换电路。
背景技术
电平转换电路在模拟电路中非常常见，往往用于不同电平之间的转换，以将低压信号抬高至高压电平。但随着低压器件的工作电压进一步降低，传统结构的低压转高压电平转换电路在宽电源范围中遇到瓶颈。例如图1传统结构，电路中的场效应管都是高压管。一般情况下，输入端V1和V2在接收低压1.2V的时钟输入时，可以在CLK_OUT端输出3.3V高压的时钟，电压都是典型值。而在另一些要求高的应用中，电压转换还可再超出百分之十，即该电路支持的电平转换最极限时候是1.08V转3.63V。
但随着应用需求不断提高，有些应用需要器件支持0.9V的低压、甚至比0.9V更低时，图1的电路结构中的NMOS管N1和N2会无法导通。若将图1的电路结构中的NMOS管换为低压管，则又会面临其耐压问题无法解决。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电平转换电路，旨在实现电平转换电路中宽电源电压的转换。
为实现上述目的，本发明提供一种电平转换电路，包括连接于电源电压的第一场效应管和第二场效应管，连接于第一输入端的第三场效应管、第一高压native管和第一低压场效应管，连接于第二输入端的第四场效应管、第二高压native管和第二低压场效应管，所述第四场效应管、所述第二高压native管和所述第二低压场效应管还通过反相器连接于电路输出端；所述第一场效应管连接于所述第三场效应管、所述第四场效应管和所述第二高压native管；所述第二场效应管连接于所述第三场效应管、所述第四场效应管和所述第一高压native管；所述第一高压native管通过所述第一低压场效应管接地，所述第二高压native管通过所述第二低压场效应管接地。
优选地，所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管和所述第四场效应管为高压PMOS场效应管；所述第一高压native管和所述第二高压native管为高压NMOS管；所述第一低压场效应管和所述第二低压场效应管为低压NMOS管。
优选地，所述第一高压native管的漏极连接于所述第二场效应管的栅极和所述第三场效应管的漏极，所述第一高压native管的栅极与所述第三场效应管和第一低压场效应管的栅极连接于第一输入端，所述第一高压native管的源极连接于所述第一低压场效应管的漏极，所述第一低压场效应管的源极接地；
所述第二高压native管的漏极连接于所述第一场效应管的栅极和所述第四场效应管的漏极，所述第二高压native管的源极连接于所述第二低压场效应管的漏极，所述第二低压场效应管的源极接地，所述第二高压native管的栅极与所述第四场效应管和所述第二低压场效应管的栅极连接于所述第二输入端。
优选地，所述第二高压native管的栅极、所述第四场效应管的栅极和所述第二低压场效应管的栅极通过所述反相器连接于所述电路输出端。
优选地，所述反相器包括相互连接的第五场效应管和第六场效应管，所述第五场效应管为高压PMOS场效应管，所述第六场效应管为高压NMOS场效应管。
优选地，所述第五场效应管的源极连接于所述电源电压、漏极连接于所述电路输出端、栅极与所述第二高压native管的栅极、所述第四场效应管的栅极和所述第二低压场效应管的栅极连接；
所述第六场效应管的漏极连接于所述第五场效应管的漏极和所述电路输出端，所述第六场效应管的源极接地、栅极与所述第二高压native管的栅极、所述第四场效应管的栅极和所述第二低压场效应管的栅极连接。
优选地，所述第一输入端和所述第二输入端分别接收相反的低压时钟信号，所述低压时钟信号的电压为0.6V~1.2V。
本发明技术方案通过使用低压场效应管和高压native管的组合，使得电路输入低压信号时可顺利导通，且电路导通后，高压native管为低压场效应管做钳位，避免低压场效应管出现耐压问题，实现了电路的宽电源电压的转换。
附图说明
图1为现有技术中电平转换电路的结构原理示意图；
图2为本发明电平转换电路的结构原理示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明进一步说明。
一种电平转换电路，如图2所示，包括连接于电源电压VDDH的第一场效应管MP1和第二场效应管MP2，连接于第一输入端X1的第三场效应管MP3、第一高压native管MN1_HV和第一低压场效应管MN1_LV，连接于第二输入端X2的第四场效应管MP4、第二高压native管MN2_HV和第二低压场效应管MN2_LV，所述第四场效应管MP4、所述第二高压native管MN2_HV和所述第二低压场效应管MN2_LV还通过反相器连接于电路输出端CLK_OUT；所述第一场效应管MP1连接于所述第三场效应管MP3、所述第四场效应管MP4和所述第二高压native管MN2_HV；所述第二场效应管MP2连接于所述第三场效应管MP3、所述第四场效应管MP4和所述第一高压native管MN1_HV；所述第一高压native管MN1_HV通过所述第一低压场效应管MN1_LV接地VSS，所述第二高压native管MN2_HV通过所述第二低压场效应管MN2_LV接地VSS。
本发明实施例在电路中采用低压器件第一低压场效应管MN1_LV和第二低压场效应管MN2_LV接收低压信号输入，由于低压场效应管的最大阈值电压小于0.5V，可避免电路在接收低压输入时，电路中高压场效应管无法导通问题。同时，利用第一高压native管MN1_HV和第二高压native管MN2_HV为第一低压场效应管MN1_LV和第二低压场效应管MN2_LV做钳位，且两个高压native管的栅极都分别与第一低压场效应管MN1_LV和第二低压场效应管MN2_LV相连，使得电平转换电路在开启时，第一高压native管MN1_HV和第二高压native管MN2_HV分别限制了第一低压场效应管MN1_LV和第二低压场效应管MN2_LV的电压，避免两个低压管出现耐压的问题；电路关断时，第一高压native管MN1_HV、第二高压native管MN2_HV、第一低压场效应管MN1_LV和第二低压场效应管MN2_LV都关断，可避免电路漏电。
其中第一高压native管MN1_HV和第二高压native管MN2_HV为高压native器件，native管的阈值电压可低至几十毫伏、甚至可为负，可通过现有技术中的工艺来设定。
并且，高压native管在栅极为0时，两个高压native管的栅极分别与第一低压场效应管MN1_LV和第二低压场效应管MN2_LV相连，由于低压场效应管在电路关断时能彻底关断，则可避免高压native管漏电的风险。
优选地，所述第一场效应管MP1、所述第二场效应管MP2、所述第三场效应管MP3和所述第四场效应管MP4为高压PMOS场效应管；所述第一高压native管MN1_HV和所述第二高压native管MN2_HV为高压NMOS管；所述第一低压场效应管MN1_LV和所述第二低压场效应管MN2_LV为低压NMOS管。
优选地，所述第一高压native管MN1_HV的漏极连接于所述第二场效应管MP2的栅极和所述第三场效应管MP3的漏极，所述第一高压native管MN1_HV的栅极与所述第三场效应管MP3和第一低压场效应管MN1_LV的栅极连接于第一输入端X1，所述第一高压native管MN1_HV的源极连接于所述第一低压场效应管MN1_LV的漏极，所述第一低压场效应管MN1_LV的源极接地VSS；
所述第二高压native管MN2_HV的漏极连接于所述第一场效应管MP1的栅极和所述第四场效应管MP4的漏极，所述第二高压native管MN2_HV的源极连接于所述第二低压场效应管MN2_LV的漏极，所述第二低压场效应管MN2_LV的源极接地VSS，所述第二高压native管MN2_HV的栅极与所述第四场效应管MP4和所述第二低压场效应管MN2_LV的栅极连接于所述第二输入端X2。
优选地，所述第二高压native管MN2_HV的栅极、所述第四场效应管MP4的栅极和所述第二低压场效应管MN2_LV的栅极通过所述反相器连接于所述电路输出端CLK_OUT。
优选地，所述反相器包括相互连接的第五场效应管MP5和第六场效应管MN6，所述第五场效应管MP5为高压PMOS场效应管，所述第六场效应管MN6为高压NMOS场效应管。
优选地，所述第五场效应管MP5的源极连接于所述电源电压VDDH、漏极连接于所述电路输出端CLK_OUT、栅极与所述第二高压native管MN2_HV的栅极、所述第四场效应管MP4的栅极和所述第二低压场效应管MN2_LV的栅极连接；
所述第六场效应管MN6的漏极连接于所述第五场效应管MP5的漏极和所述电路输出端CLK_OUT，所述第六场效应管MN6的源极接地VSS、栅极与所述第二高压native管MN2_HV的栅极、所述第四场效应管MP4的栅极和所述第二低压场效应管MN2_LV的栅极连接。
优选地，所述第一输入端X1和所述第二输入端X2分别接收相反的低压时钟信号，所述低压时钟信号的电压为0.6V~1.2V。在具体实施例中，相反的两个低压时钟信号可通过连接反相器产生。
本发明实施例的工作原理为：
在电路接通前，第一高压native管MN1_HV和第二高压native管MN2_HV的栅极为0，第一高压native管MN1_HV和第二高压native管MN2_HV的栅极分别与第一低压场效应管MN1_LV和第二低压场效应管MN2_LV的栅极相连，由于低压场效应管在电路关断时能彻底关断，可避免电路漏电。
当第一输入端X1和第二输入端X2分别接收相反的低压时钟信号时， 第一低压场效应管MN1_LV和第二低压场效应管MN2_LV导通，第一高压native管MN1_HV和第二高压native管MN2_HV为第一低压场效应管MN1_LV和第二低压场效应管MN2_LV做钳位，避免第一低压场效应管MN1_LV和第二低压场效应管MN2_LV的电压过高，第三场效应管MP3的漏极被置为0，第二场效应管MP2导通，电路输出端CLK_OUT输出高电平。
应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种电平转换电路，其特征在于，包括连接于电源电压的第一场效应管和第二场效应管，连接于第一输入端的第三场效应管、第一高压native管和第一低压场效应管，连接于第二输入端的第四场效应管、第二高压native管和第二低压场效应管，所述第四场效应管、所述第二高压native管和所述第二低压场效应管还通过反相器连接于电路输出端；所述第一场效应管连接于所述第三场效应管、所述第四场效应管和所述第二高压native管；所述第二场效应管连接于所述第三场效应管、所述第四场效应管和所述第一高压native管；所述第一高压native管通过所述第一低压场效应管接地，所述第二高压native管通过所述第二低压场效应管接地；
所述第一高压native管的漏极连接于所述第二场效应管的栅极和所述第三场效应管的漏极，所述第一高压native管的栅极与所述第三场效应管和第一低压场效应管的栅极连接于第一输入端，所述第一高压native管的源极连接于所述第一低压场效应管的漏极，所述第一低压场效应管的源极接地；
所述第二高压native管的漏极连接于所述第一场效应管的栅极和所述第四场效应管的漏极，所述第二高压native管的源极连接于所述第二低压场效应管的漏极，所述第二低压场效应管的源极接地，所述第二高压native管的栅极与所述第四场效应管和所述第二低压场效应管的栅极连接于所述第二输入端。
2.根据权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管和所述第四场效应管为高压PMOS场效应管；所述第一高压native管和所述第二高压native管为高压NMOS管；所述第一低压场效应管和所述第二低压场效应管为低压NMOS管。
3.根据权利要求2所述的电平转换电路，其特征在于，所述第二高压native管的栅极、所述第四场效应管的栅极和所述第二低压场效应管的栅极通过所述反相器连接于所述电路输出端。
4.根据权利要求3所述的电平转换电路，其特征在于，所述反相器包括相互连接的第五场效应管和第六场效应管，所述第五场效应管为高压PMOS场效应管，所述第六场效应管为高压NMOS场效应管。
5.根据权利要求4所述的电平转换电路，其特征在于，所述第五场效应管的源极连接于所述电源电压、漏极连接于所述电路输出端、栅极与所述第二高压native管的栅极、所述第四场效应管的栅极和所述第二低压场效应管的栅极连接；
所述第六场效应管的漏极连接于所述第五场效应管的漏极和所述电路输出端，所述第六场效应管的源极接地、栅极与所述第二高压native管的栅极、所述第四场效应管的栅极和所述第二低压场效应管的栅极连接。
6.根据权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，所述第一输入端和所述第二输入端分别接收相反的低压时钟信号，所述低压时钟信号的电压为0.6V～1.2V。
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