CN112803721B - 一种电压转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种电压转换器，该电压转换器包括：电流镜模块、开关模块和偏置模块；偏置模块电连接至开关模块的衬底，偏置模块连接在偏置电流端和地端之间，偏置电流端提供偏置电流信号，偏置模块开启时，偏置电流信号使开关模块的衬底电压升高；第一电信号端的信号大于第二电信号端的信号时，偏置模块使开关模块开启，开关模块分流第一电流信号，使电流镜模块关断，电流镜模块的输出端输出第二电信号端的信号；第一电信号端的信号等于第二电信号端的信号时，开关模块关断，第一电流信号流入电流镜模块，使电流镜模块开启，电流镜模块的输出端输出第二电压信号；第二电压信号大于第一电信号端提供的高电平信号。本发明可降低杂讯干扰。

Description

一种电压转换器
技术领域
本发明实施例涉及稳压器技术领域，尤其涉及一种电压转换器。
背景技术
电压转换器也可称之为稳压器，是使输出电压稳定的设备。当输入电压或负载变化时，电压转换器通过自动调整，保持输出电压的稳定。
目前，电压转换器的结构包括偏压电路，偏压电路控制偏压，可以保证电压转换器中晶体管等器件不会高于耐压。采用偏压走线给多组电压转换器提供偏置电压信号。
然而，采用偏压走线提供偏置电压信号时，偏置电压信号的大小不好控制和选择，且容易受到杂讯干扰，影响电压转换器的性能。
发明内容
本发明实施例提供一种电压转换器，解决现有技术中偏置电压信号不好选择且电压转换器易受杂讯干扰等问题。
本发明实施例提供了一种电压转换器，包括：电流镜模块、开关模块和偏置模块；
所述电流镜模块的第一端电连接至第一电流端，所述电流镜模块的第二端电连接至第二电源端，所述第一电流端提供第一电流信号，所述第二电源端提供第二电压信号；
所述开关模块的第一端电连接至第一电信号端，所述开关模块连接在所述第一电流端和第二电信号端之间，所述开关模块的输出端电连接至所述电流镜模块的输出端；
所述偏置模块电连接至所述开关模块的衬底，所述偏置模块连接在偏置电流端和地端之间，所述偏置电流端提供偏置电流信号，所述偏置模块开启时，所述偏置电流信号使所述开关模块的衬底电压升高；
所述第一电信号端提供的电平信号大于所述第二电信号端提供的电平信号时，所述偏置模块开启，使所述开关模块开启，所述开关模块分流所述第一电流信号，使所述电流镜模块关断，所述电流镜模块的输出端输出所述第二电信号端提供的电平信号；
所述第一电信号端提供的电平信号等于所述第二电信号端提供的电平信号时，使所述开关模块关断，所述第一电流信号流入所述电流镜模块，使所述电流镜模块开启，所述电流镜模块的输出端输出所述第二电压信号；
所述第二电压信号大于所述第一电信号端提供的高电平信号。
进一步的，所述第一电信号端提供第一方波信号，且所述第二电信号端接地端；
所述第一方波信号中高电平信号的电位大于或等于所述地端的电位，且小于所述第二电压信号的电位。
进一步的，所述第一电信号端提供第一电压信号，且所述第二电信号端提供第一方波信号；
所述第一方波信号中高电平信号的电位等于所述第一电压信号的电位，且小于所述第二电压信号的电位。
进一步的，所述开关模块包括相同的第一晶体管和第二晶体管；
所述第一晶体管的控制端和所述第二晶体管的控制端均电连接至所述第一电信号端，所述第一晶体管连接在所述第一电流端和所述第二电信号端之间，所述第二晶体管连接在所述第二电信号端和所述电流镜模块的输出端之间。
进一步的，所述偏置模块包括偏置晶体管，所述偏置晶体管、所述第一晶体管和所述第二晶体管共用一半导体衬底；
所述偏置晶体管的控制端分别电连接至所述半导体衬底和所述偏置电流端，所述偏置晶体管的输入端电连接所述偏置电流端，且输出端电连接所述地端。
进一步的，所述偏置晶体管、所述第一晶体管和所述第二晶体管均为NMOS；
所述半导体衬底的电压大于0V，且小于所述第一晶体管的阈值电压。
进一步的，所述半导体衬底的电压等于所述偏置晶体管的控制端与所述第一晶体管的输出端之间的导通电压。
进一步的，所述电流镜模块包括第三晶体管至第六晶体管；
所述第三晶体管的控制端和第一端均电连接至所述第一电流端，所述第三晶体管的第二端接所述地端；
第四晶体管的控制端电连接至所述第一电流端，所述第四晶体管连接在第二电流端和所述地端之间，所述第二电流端提供第二电流信号；
第五晶体管的控制端和第一端均电连接至所述第二电流端，所述第五晶体管的第二端电连接至所述第二电源端；
所述第六晶体管的控制端电连接至所述第二电流端，所述第六晶体管连接在所述第二电源端和所述开关模块的输出端之间；
所述第三晶体管和所述第四晶体管均为相同的NMOS，所述第五晶体管和所述第六晶体管均为PMOS。
进一步的，所述第五晶体管与所述第六晶体管的宽长比为1：k，其中，k大于1。
进一步的，还包括：反相模块，所述反相模块的输入端电连接至所述电流镜模块的输出端。
进一步的，所述反相模块包括第七晶体管和第八晶体管；
所述第七晶体管的控制端和所述第八晶体管的控制端均电连接至所述电流镜模块的输出端；
所述第七晶体管连接在所述第二电源端和所述反相模块的输出端之间，所述第八晶体管连接在所述地端和所述反相模块的输出端之间；
所述第七晶体管为PMOS，所述第八晶体管为NMOS。
进一步的，所述晶体管的阈值电压小于所述第二电压信号，且大于所述第一电信号端提供的高电平信号。
进一步的，还包括：隔离模块，所述隔离模块的输入端接收所述第一方波信号，所述隔离模块的输出端作为所述第一电信号端或作为所述第二电信号端。
进一步的，所述隔离模块包括串联连接的两个反相器，后一级所述反相器的输出端作为所述第一电信号端或作为所述第二电信号端；
所述反相器包括两个极性不同的晶体管。
进一步的，所述晶体管的阈值电压小于所述第一电信号端提供的高电平信号。
本发明实施例中，电压转换器采用偏置模块，偏置模块接收偏置电流信号，采用偏置电流信号进行驱动，无需特定上电时序，电流容易控制和选择。在偏置模块开启时，偏置电流信号流经开关模块的衬底使开关模块的衬底电压升高，开关模块反偏得以保证开启，开关模块分流第一电流信号，使电流镜模块关断，则输出端为低电平信号；在开关模块关断时，第一电流信号直接流入电流镜模块，使电流镜模块开启，则输出端为高电平信号。电流相对电压而言，电流对于电路中的杂讯不敏感，因此本发明实施例中采用稳定的偏置电流信号作为偏置信号，使得电压转换器工作过程中杂讯对信号的干扰非常小，可以提高电压转换器的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图虽然是本发明的一些具体的实施例，对于本领域的技术人员来说，可以根据本发明的各种实施例所揭示和提示的器件结构，驱动方法和制造方法的基本概念，拓展和延伸到其它的结构和附图，毋庸置疑这些都应该是在本发明的权利要求范围之内。
图1是本发明实施例提供的一种电压转换器的示意图；
图2是开关模块的示意图；
图3是另一种开关模块的示意图；
图4是开关模块和偏置模块的示意图；
图5是开关模块和偏置模块的半导体结构示意图；
图6是开关模块和偏置模块的漏电流示意图；
图7是开关模块和偏置模块的开启示意图；
图8是一种电压转换器的示意图；
图9是另一种电压转换器的示意图；
图10是又一种电压转换器的示意图；
图11是再一种电压转换器的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例所揭示和提示的基本概念，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1所示，为本发明实施例提供的一种电压转换器的示意图。本实施例提供的电压转换器包括：电流镜模块1、开关模块2和偏置模块3；电流镜模块1的第一端电连接至第一电流端I1，电流镜模块1的第二端电连接至第二电源端VP2，第一电流端I1提供第一电流信号，第二电源端VP2提供第二电压信号；开关模块2的第一端电连接至第一电信号端E1，开关模块2连接在第一电流端I1和第二电信号端E2之间，开关模块2的输出端电连接至电流镜模块1的输出端OUT；偏置模块3电连接至开关模块2的衬底B，偏置模块3连接在偏置电流端I3和地端GND之间，偏置电流端I3提供偏置电流信号，偏置模块3开启时，偏置电流信号使开关模块2的衬底B电压升高；第一电信号端E1提供的电平信号大于第二电信号端E2提供的电平信号时，偏置模块3开启，使开关模块2开启，开关模块2分流第一电流信号，使电流镜模块1关断，电流镜模块1的输出端OUT输出第二电信号端E2提供的电平信号；第一电信号端E1提供的电平信号等于第二电信号端E2提供的电平信号时，使开关模块2关断，第一电流信号流入电流镜模块1，使电流镜模块1开启，电流镜模块1的输出端OUT输出第二电压信号；第二电压信号大于第一电信号端E1提供的高电平信号。
本实施例中，电压转换器包括电流镜模块1，电流镜模块1是一个镜像恒流源电路，主要是由输入级和输出级构成，输入级提供参考电流，模块开启时输出级输出需要的恒定信号，其受控电流与输入参考电流相等，输出信号是对输入电流按一定比例的缩放，用来产生偏置电流或作为有源负载。在电流镜模块1开启时，电流镜模块1能够提供一个稳定的信号以保证其它电路稳定工作，即电流镜模块1输出恒定信号。
电流镜模块1的第一端电连接至第一电流端I1，则电流镜模块1的第一端接收第一电流端I1提供的第一电流信号，第一电流信号为稳定的电流信号。电流镜模块1的第二端电连接至第二电源端VP2，则电流镜模块1的第二端接收第二电源端VP2提供的第二电压信号，第二电压信号为稳定的电压信号。可选电流镜模块1的第一端为电流镜模块1的电流驱动端，该电流驱动端接收的电流信号的大小控制电流镜模块1的通断；电流镜模块1的第二端为电流镜模块1的输入端，电流镜模块1开启时，电流镜模块1的输出端输出第二电源端VP2提供的第二电压信号。
本实施例中，电压转换器包括开关模块2。MOS管为金属—氧化物/绝缘体—半导体场效应晶体管，MOS管具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、制造工艺简单、辐射强等优点，因而通常被用于放大电路或开关电路。可选开关模块2由MOS管构成。可以理解，开关模块2的MOS管制作在一半导体衬底上。在其他实施例中，还可选开关模块由其他开关器件构成，且制作在一半导体衬底上。
开关模块2的第一端电连接至第一电信号端E1，开关模块2连接在第一电流端I1和第二电信号端E2之间，开关模块2的输出端电连接至电流镜模块1的输出端OUT；开关模块2的通断影响电流镜模块1的输出端的信号。可选开关模块2的第一端为开关模块2的控制端，第一电信号端E1提供的电平信号的大小控制开关模块2的通断；开关模块2开启时，开关模块2连接第二电信号端E2的一端为开关模块2的一输入端，开关模块2的输出端输出第二电信号端E2提供的电平信号。
本实施例中，电压转换器还包括偏置模块3。偏置模块3电连接至开关模块2的衬底B，偏置模块3连接在偏置电流端I3和地端GND之间，偏置电流端I3提供偏置电流信号，该偏置电流信号为稳定的电流信号。偏置模块3保持常开状态，偏置电流信号通过偏置模块3流入大地，即偏置电流信号流经偏置模块3；而偏置模块3电连接至开关模块2的衬底B，则偏置电流信号流经开关模块2的衬底B再流入大地，可以使开关模块2的衬底电压升高，进而使开关模块2的导通阈值电压减小。
电压转换器采用偏置模块3时，偏置模块3的输入端和控制端为稳定的偏置电流信号，则偏置模块3始终保持开启状态。电流和电压相比，电压对于电路中的杂讯较为敏感，因此电压转换器工作过程中杂讯会对信号造成较大干扰，影响电压转换器的性能；而电流对于电路中的杂讯不敏感，因此电压转换器工作过程中杂讯对信号的干扰非常小，可以提高电压转换器的性能。
偏置模块3保持开启。第一电信号端E1提供的电平信号大于第二电信号端E2提供的电平信号时，偏置电流信号流经开关模块2的衬底B，可以使开关模块2的衬底电压升高，进而使开关模块2的导通阈值电压减小，则可以保证开关模块2开启，提高电压转换器的稳定性。避免发生第一电信号端E1过小而无法开启开关模块2的问题。可选第二电信号端E2提供的电平信号大于0V，等于0V，或小于0V；第一电信号端E1提供的电平信号大于第二电信号端E2提供的电平信号，可选大于0V。
第一电流端I1分别与电流镜模块1和开关模块2电连接。开关模块2开启时，电流镜模块1与开关模块2分流第一电流端I1提供的恒定的第一电流信号，则电流镜模块1由于其输入级电流减小而无法开启。开关模块2的输出端电连接至电流镜模块1的输出端OUT，电流镜模块1关断，则电流镜模块1输出端OUT的信号由开关模块2的输出端决定。开关模块2还连接在第一电流端I1和第二电信号端E2之间，则开关模块2的输出端即电流镜模块1的输出端OUT输出为第二电信号端E2提供的电平信号。
第一电信号端E1提供的电平信号等于第二电信号端E2提供的电平信号时，开关模块2关断，此时，无论偏置电流信号是否流经开关模块2的衬底B，均无法影响开关模块2通断。可选第二电信号端E2提供的电平信号大于0V，等于0V，或小于0V；第一电信号端E1提供的电平信号等于第二电信号端E2提供的电平信号，可选两者均等于0V。
第一电流端I1分别与电流镜模块1和开关模块2电连接。开关模块2关断时，第一电流端I1提供的恒定的第一电流信号全部流入电流镜模块1，则电流镜模块1开启。电流镜模块1的第二端电连接至第二电源端VP2，第二电源端VP2提供第二电压信号，则电流镜模块1输出端OUT的信号由第二电源端VP2决定，电流镜模块1的输出端OUT输出为第二电源端VP2提供的第二电压信号。
第二电压信号大于第一电信号端E1提供的高电平信号，第一电信号端E1提供的电平信号大于或等于第二电信号端E2提供的电平信号。可以理解，电流镜模块1的输出端OUT输出为第二电源端VP2提供的第二电压信号时，为输出一高电平信号；电流镜模块1的输出端OUT输出为第二电信号端E2提供的电平信号时，为输出一低电平信号。由此电压转换器根据不同电路情况，实现对应电平输出。
可选第一电信号端E1提供第一方波信号，且第二电信号端E2接地端GND；第一方波信号中高电平信号的电位大于或等于地端GND的电位，且小于第二电压信号的电位。例如第一方波信号的高电平信号大于0V，且低电平信号为0V；或者，例如第一方波信号的高电平信号等于0V。
可选第一电信号端E1提供第一电压信号，且第二电信号端E2提供第一方波信号；第一方波信号中高电平信号的电位等于第一电压信号的电位，且小于第二电压信号的电位。例如第一方波信号的高电平信号大于0V，且低电平信号为0V；或者，例如第一方波信号的高电平信号等于0V。
本发明实施例中，电压转换器采用偏置模块，偏置模块接收偏置电流信号，采用偏置电流信号进行驱动，无需特定上电时序，电流容易控制和选择。在偏置模块开启时，偏置电流信号流经开关模块的衬底使开关模块的衬底电压升高，开关模块反偏得以保证开启，开关模块分流第一电流信号，使电流镜模块关断，则输出端为低电平信号；在开关模块关断时，第一电流信号直接流入电流镜模块，使电流镜模块开启，则输出端为高电平信号。电流相对电压而言，电流对于电路中的杂讯不敏感，因此本发明实施例中采用稳定的偏置电流信号作为偏置信号，使得电压转换器工作过程中杂讯对信号的干扰非常小，可以提高电压转换器的性能。
示例性的，在上述技术方案的基础上，可选如图2和图3所示开关模块2包括相同的第一晶体管T1和第二晶体管T2；第一晶体管T1的控制端和第二晶体管T2的控制端均电连接至第一电信号端E1，第一晶体管T1连接在第一电流端I1和第二电信号端E2之间，第二晶体管T2连接在第二电信号端E2和电流镜模块1的输出端OUT之间。
如图2所示第一电信号端E1提供第一方波信号(0V～vp1)，且第二电信号端E2接地端GND；第一方波信号中高电平信号的电位vp1大于地端GND的电位，且小于第二电压信号的电位。
第一电信号端E1提供的电压为大于0V的高电平信号vp1时，第一晶体管T1开启，第一电流端I1输出的电流信号被第一晶体管T1分流，且第二晶体管T2开启，电流镜模块的输出端OUT的电压被下拉至0V。
第一电信号端E1提供的电压为等于0V时，第一晶体管T1和第二晶体管T2均关断，电流镜模块的输出端OUT的电压输出为第二电压信号。
如图3所示第一电信号端E1提供第一电压信号vp1，第二电信号端E2提供第一方波信号(0V～vp1)；第一方波信号中高电平信号的电位vp1等于第一电压信号，且小于第二电压信号的电位。
第一电信号端E1提供的电压为大于0V的第一电压信号vp1，且第一方波信号为0V时，第一晶体管T1开启，第一电流端I1输出的电流信号被第一晶体管T1分流，且第二晶体管T2开启，电流镜模块的输出端OUT的电压被下拉至0V。
第一电信号端E1提供的电压为大于0V的第一电压信号vp1，且第一方波信号为高电平信号vp1时，第一晶体管T1和第二晶体管T2均关断，电流镜模块的输出端OUT的电压输出为第二电压信号。
对于第一电信号端E1提供的电压等于0V的情况，第一晶体管T1和第二晶体管T2的控制端电压均为0V，第一晶体管T1和第二晶体管T2均关断，此时电流镜模块的输出端OUT的电压输出为第二电压信号。显然，无论第一晶体管T1和第二晶体管T2的控制端电压大于0V还是等于0V，开关模块的开关状态始终已知，则电流镜模块的输出端均能够输出有效信号，不会出现开关模块的开关状态未知导致的电流镜模块的输出端未知的情况。
可选如图4所示偏置模块3包括偏置晶体管M1，偏置晶体管M1、第一晶体管T1和第二晶体管T2共用一半导体衬底B；偏置晶体管M1的控制端分别电连接至半导体衬底B和偏置电流端I3，偏置晶体管M1的输入端电连接偏置电流端I3，且输出端电连接地端GND。可选偏置晶体管M1、第一晶体管T1和第二晶体管T2均为NMOS；半导体衬底B的电压大于0V，且小于第一晶体管T1的阈值电压。可选半导体衬底B的电压等于偏置晶体管M1的控制端与第一晶体管T1的输出端之间的导通电压。
偏置电流端I3提供一稳定的偏置电压信号，偏置晶体管M1为NMOS，偏置晶体管M1的控制端和输入端分别电连接偏置电流端I3，且输出端接地端GND，则偏置电流信号可以使偏置晶体管M1保持开启。偏置晶体管M1的控制端还分别电连接第一晶体管T1和第二晶体管T2的半导体衬底B，则偏置电流信号流经半导体衬底B，可使半导体衬底B的电位从0V升高，则半导体衬底B的电压大于0V。
第一晶体管T1和第二晶体管T2均为NMOS，其衬底电位升高，则第一晶体管T1的输出端(即源极)和第二晶体管T2的输出端(即源极)的电位升高，使第一晶体管T1和第二晶体管T2的阈值电压均降低，那么第一电信号端E1可通过较低的电压信号使第一晶体管T1和第二晶体管T2开启。
如图5所示，可选半导体衬底21为轻掺杂P-的P-substrate，该半导体衬底21上扩散有三组重掺杂的N+区，一组的两个N+区形成晶体管的源区和漏区，源漏区之间为沟道，沟道上方外设栅极G，源区外设源极S，漏区外设漏极D。由此，形成共用半导体衬底21的第一晶体管T1、第二晶体管T2和偏置晶体管M1，三个晶体管均为NMOS。
偏置晶体管M1的栅极G和漏极D均连接偏置电流端I3，偏置晶体管M1的源极S接地。第一晶体管T1的栅极G连接第一电信号端E1，漏极D连接第一电流端I1，源极S连接第二电信号端E2。第二晶体管T2的栅极G连接第一电信号端E1，源极S连接第二电信号端E2，且漏极D连接电流镜模块的输出端OUT。其中，偏置晶体管M1的栅极G还连接至半导体衬底21，具体的，在半导体衬底21上扩散两个重掺杂的P+区，偏置晶体管M1的栅极G分别连接该两个P+区，则偏置电流信号施加至P+区，可以提高半导体衬底21的电位。
偏置晶体管M1的栅极G和漏极D接收偏置电流信号，则偏置电流信号流经半导体衬底21以使其电位升高。半导体衬底21的电压可以理解为偏置晶体管M1的栅极G与第一晶体管的源极S的压差VBS，显然，偏置晶体管M1的栅极P+与第一晶体管T1的源极N+之间存在导通电压VTH_B。第一晶体管T1内部存在阈值电压VTH_H。偏置晶体管M1的栅极G为其控制端，第一晶体管T1的源极S为其输出端。
如图6所示，若压差VBS大于阈值电压VTH_H，那么压差VBS会使第一晶体管T1导通，则第一晶体管T1会产生漏电流Ileak。因此压差VBS必须小于阈值电压VTH_H，即半导体衬底21的电压小于第一晶体管T1的阈值电压VTH_H。
如图7所示，压差VBS小于阈值电压VTH_H，那么压差VBS可以升高半导体衬底21的电压，进而减小第一晶体管T1的阈值电压，使阈值电压VTH_H小于第一电压信号vp1，那么第一晶体管T1导通时，第一晶体管T1的源极S和漏极D之间产生电流Id。
可选半导体衬底21的电压等于偏置晶体管M1的控制端与第一晶体管T1的输出端之间的导通电压VTH_B。参考图6所示，若导通电压VTH_B大于阈值电压VTH_H，那么压差VBS使偏置晶体管M1的栅极G与第一晶体管T1的源极S之间导通时，还同时会使第一晶体管T1导通，则第一晶体管T1会产生漏电流Ileak。因此导通电压VTH_B必须小于阈值电压VTH_H，即偏置晶体管M1的控制端与第一晶体管T1的输出端之间的导通电压VTH_B小于第一晶体管T1的阈值电压VTH_H，以降低漏流。可选压差VBS等于导通电压VTH_B，则在偏置晶体管M1的控制端与第一晶体管T1的输出端之间导通时，不会使第一晶体管T1开启，避免第一晶体管T1的漏电流。
第一晶体管T1与第二晶体管T2完全相同，在此不在赘述。
而压差VBS的大小由偏置电流信号IBIAS决定，因此偏置电流信号IBIAS必须满足
Figure GDA0003379792130000151
则能够在提高半导体衬底21的电压的基础上，不会开启第一晶体管T1和第二晶体管T2，避免产生漏电流。
示例性的，在上述技术方案的基础上，如图8和图9所示可选电流镜模块1包括第三晶体管T3至第六晶体管T6；第三晶体管T3的控制端和第一端均电连接至第一电流端I1，第三晶体管T3的第二端接地端GND；第四晶体管T4的控制端电连接至第一电流端I1，第四晶体管T4连接在第二电流端I2和地端GND之间，第二电流端I2提供第二电流信号；第五晶体管T5的控制端和第一端均电连接至第二电流端I2，第五晶体管T5的第二端电连接至第二电源端VP2；第六晶体管T6的控制端电连接至第二电流端I2，第六晶体管T6连接在第二电源端VP2和开关模块2的输出端OUT之间；第三晶体管T3和第四晶体管T4均为相同的NMOS，第五晶体管T5和第六晶体管T6均为PMOS。可选第五晶体管T5与第六晶体管T6的宽长比为1：k，其中，k大于1。
本实施例中，第三晶体管T3～第六晶体管T6构成电流镜模块1，其中，第五晶体管T5与第六晶体管T6并联，则第五晶体管T5和第六晶体管T6的长度不变且宽度之比为1:k，k大于1。偏置晶体管M1为偏置器件，通过偏置电流信号使衬底偏置，可选压差VBS大于0V且约等于导通电压VTH_B。第一晶体管T1和第二晶体管T2为开关器件，用于控制电流镜模块1的通断；其阈值电压为VTH_H，可选压差VBS小于阈值电压VTH_H。
如图8所示，可选第一电信号端E1提供第一方波信号，第二电信号端E2接地端GND，其中，第一方波信号的高电平信号为第一电压信号vp1，且低电平信号为0V。未加偏置器件时，vp1<VTH_H<vp2。增加偏置晶体管M1后，偏置电流信号流经衬底使其电压升高，则第一晶体管T1和第二晶体管T2的阈值电压VTH_H被降低至小于第一电压信号vp1。
当第一电信号端E1的电压等于第一电压信号vp1时，第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极电压等于第一电压信号vp1，且偏置晶体管M1使第一晶体管T1和第二晶体管T2的阈值电压VTH_H小于第一电压信号vp1，则第一晶体管T1和第二晶体管T2均开启；第一晶体管T1的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号，使第三晶体管T3至第六晶体管T6均关断；第二晶体管T2开启，使电流镜模块1的输出端OUT电压被下拉至地端GND的电压。
当第一电信号端E1的电压等于0V时，第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极电压等于0V，则第一晶体管T1和第二晶体管T2均关断，第三晶体管T3至第六晶体管T6均开启；第三晶体管T3的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号，第四晶体管T4的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号+第二电流端I2提供的第二电流信号，第五晶体管T5的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号，第六晶体管T6导通，使电流镜模块1的输出端OUT电压输出为第二电压信号vp2。
对于第一电信号端E1提供的电压等于0V的情况，第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极电压等于0V，则第一晶体管T1和第二晶体管T2均关断，第三晶体管T3至第六晶体管T6均开启；第三晶体管T3的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号，第四晶体管T4的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号+第二电流端I2提供的第二电流信号，第五晶体管T5的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号，第六晶体管T6导通，使电流镜模块1的输出端OUT电压输出为第二电压信号vp2。
如图9所示，可选第一电信号端E1提供第一电压信号vp1，第二电信号端E2提供第一方波信号，其中，第一方波信号的高电平信号为第一电压信号vp1，且低电平信号为0V。未加偏置器件时，vp1<VTH_H<vp2。增加偏置晶体管M1后，偏置电流信号流经衬底使其电压升高，则第一晶体管T1和第二晶体管T2的阈值电压VTH_H被降低至小于第一电压信号vp1。
当第二电信号端E2的电压等于0V时，第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极电压等于第一电压信号vp1，且偏置晶体管M1使第一晶体管T1和第二晶体管T2的阈值电压VTH_H小于第一电压信号vp1，则第一晶体管T1和第二晶体管T2均开启；第一晶体管T1的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号，使第三晶体管T3至第六晶体管T6均关断；第二晶体管T2开启，使电流镜模块1的输出端OUT电压被下拉至0V。
当第二电信号端E2的电压等于第一电压信号vp1时，第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极电压等于第一电压信号vp1，则第一晶体管T1和第二晶体管T2均关断，第三晶体管T3至第六晶体管T6均开启；第三晶体管T3的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号，第四晶体管T4的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号+第二电流端I2提供的第二电流信号，第五晶体管T5的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号，第六晶体管T6导通，使电流镜模块1的输出端OUT电压输出为第二电压信号vp2。
对于第一电信号端E1提供的电压等于0V的情况，第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极电压等于0V，则第一晶体管T1和第二晶体管T2均关断，第三晶体管T3至第六晶体管T6均开启；第三晶体管T3的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号，第四晶体管T4的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号+第二电流端I2提供的第二电流信号，第五晶体管T5的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号，第六晶体管T6导通，使电流镜模块1的输出端OUT电压输出为第二电压信号vp2。
如上所述，无论第一电信号端E1提供的电压大于0V还是等于0V，电压转换器中晶体管的通断状态能够明确得出，因此输出端均能够输出有效信号，不会出现晶体管状态未知导致的输出端未知等情况。
可选如图10和图11所示电压转换器还包括：反相模块4，反相模块4的输入端电连接至电流镜模块1的输出端OUT。反相模块4包括第七晶体管T7和第八晶体管T8；第七晶体管T7的控制端和第八晶体管T8的控制端均电连接至电流镜模块1的输出端OUT；第七晶体管T7连接在第二电源端VP2和反相模块4的输出端OUTA之间，第八晶体管T8连接在地端GND和反相模块4的输出端OUTA之间；第七晶体管T7为PMOS，第八晶体管T8为NMOS。
可选晶体管的阈值电压小于第二电压信号vp2，且大于第一电信号端E1提供的高电平信号vp1。可以理解，在未加偏置晶体管时，开关模块2中的晶体管的阈值电压均小于第二电压信号vp2，且均大于第一电信号端E1提供的高电平信号vp1。在增加偏置晶体管M1后，偏置晶体管M1提高开关模块2中半导体衬底的电位，以降低开关模块2中的晶体管的阈值电压，使其小于第一电信号端E1提供的高电平信号vp1。
电压转换器还包括：隔离模块5，隔离模块5的输入端接收第一方波信号IN，隔离模块5的输出端作为第一电信号端E1或作为第二电信号端E2。可选隔离模块5包括串联连接的两个反相器，后一级反相器的输出端作为第一电信号端E1或作为第二电信号端E2；反相器包括两个极性不同的晶体管。晶体管的阈值电压小于第一电信号端E1提供的高电平信号vp1。
如图10所示隔离模块5的输出端作为第一电信号端E1。如图11所示隔离模块5的输出端作为第二电信号端E2。
本实施例中，可选第十晶体管T10和第十二晶体管T12均为NMOS，其阈值电压为VTH_L。第九晶体管T9和第十一晶体管T11均为PMOS，其阈值电压接近-VTH_L。
第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体管T4和第八晶体管T8均为高耐压的NMOS，其阈值电压为VTH_H。
第五晶体管T5、第六晶体管T6和第七晶体管T7均为高耐压的PMOS，其阈值电压接近-VTH_H。
其中，vp2>VTH_H>vp1>VTH_L。偏置晶体管M1为NMOS，且其阈值电压VTH_B小于第一晶体管T1的阈值电压VTH_H。
如图10所示，当第一方波信号IN的电压等于第一电压信号vp1时，第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极电压等于第一电压信号vp1，且偏置晶体管M1使第一晶体管T1和第二晶体管T2的阈值电压VTH_H小于第一电压信号vp1，则第一晶体管T1和第二晶体管T2均开启；第一晶体管T1的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号，使第三晶体管T3至第六晶体管T6均关断；第二晶体管T2开启，使电流镜模块1的输出端OUT电压被下拉至地端GND的电压，则经过反相模块4反相OUTA电压输出为第二电压信号vp2。
当第一方波信号IN的电压等于0V时，第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极电压等于0V，则第一晶体管T1和第二晶体管T2均关断，第三晶体管T3至第六晶体管T6均开启；第三晶体管T3的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号，第四晶体管T4的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号+第二电流端I2提供的第二电流信号，第五晶体管T5的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号，第六晶体管T6导通，使电流镜模块1的输出端OUT电压输出为第二电压信号vp2，则经过反相模块4反相OUTA电压输出为0。
对于第一电信号端E1提供的电压等于0V的情况，第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极电压等于0V，则第一晶体管T1和第二晶体管T2均关断，第三晶体管T3至第六晶体管T6均开启；第三晶体管T3的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号，第四晶体管T4的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号+第二电流端I2提供的第二电流信号，第五晶体管T5的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号，第六晶体管T6导通，使电流镜模块1的输出端OUT电压输出为第二电压信号vp2，则经过反相模块4反相OUTA电压输出为0。
如图11所示，当第一方波信号IN的电压等于0V时，第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极电压等于第一电压信号vp1，且偏置晶体管M1使第一晶体管T1和第二晶体管T2的阈值电压VTH_H小于第一电压信号vp1，则第一晶体管T1和第二晶体管T2均开启；第一晶体管T1的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号，使第三晶体管T3至第六晶体管T6均关断；第二晶体管T2开启，使电流镜模块1的输出端OUT的电压被下拉至0V，则经过反相模块4反相OUTA的电压输出为第二电压信号vp2。
当第一方波信号IN的电压等于第一电压信号vp1时，第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极电压等于第一电压信号vp1，则第一晶体管T1和第二晶体管T2均关断，第三晶体管T3至第六晶体管T6均开启；第三晶体管T3的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号，第四晶体管T4的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号+第二电流端I2提供的第二电流信号，第五晶体管T5的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号，第六晶体管T6导通，使电流镜模块1的输出端OUT的电压输出为第二电压信号vp2，则经过反相模块4反相OUTA的电压输出为0。
对于第一电信号端E1提供的电压等于0V的情况，第一晶体管T1和第二晶体管T2的栅极电压等于0V，则第一晶体管T1和第二晶体管T2均关断，第三晶体管T3至第六晶体管T6均开启；第三晶体管T3的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号，第四晶体管T4的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号+第二电流端I2提供的第二电流信号，第五晶体管T5的导通电流为第一电流端I1提供的第一电流信号，第六晶体管T6导通，使电流镜模块1的输出端OUT的电压输出为第二电压信号vp2，则经过反相模块4反相OUTA的电压输出为0。
本发明实施例提供的电压转换器，无需偏压信号，而是采用偏置电流信号进行开关模块的半导体衬底的偏置。提高了电压转换器传输信号的准确性，降低杂讯对电压转换器的干扰，实现了高耐压性能，还减少了漏流产生，能够防止负载电路短路。可以理解，电压转换器可以应用在多种设备中，如稳压器等。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (13)

1.一种电压转换器，其特征在于，包括：电流镜模块、开关模块和偏置模块；
所述电流镜模块的第一端电连接至第一电流端，所述电流镜模块的第二端电连接至第二电源端，所述第一电流端提供第一电流信号，所述第二电源端提供第二电压信号；
所述开关模块的第一端电连接至第一电信号端，所述开关模块连接在所述第一电流端和第二电信号端之间，所述开关模块的输出端电连接至所述电流镜模块的输出端；
所述偏置模块电连接至所述开关模块的衬底，所述偏置模块连接在偏置电流端和地端之间，所述偏置电流端提供偏置电流信号，所述偏置模块开启时，所述偏置电流信号使所述开关模块的衬底电压升高；
所述第一电信号端提供的电平信号大于所述第二电信号端提供的电平信号时，所述偏置模块开启，使所述开关模块开启，所述开关模块分流所述第一电流信号，使所述电流镜模块关断，所述电流镜模块的输出端输出所述第二电信号端提供的电平信号；
所述第一电信号端提供的电平信号等于所述第二电信号端提供的电平信号时，使所述开关模块关断，所述第一电流信号流入所述电流镜模块，使所述电流镜模块开启，所述电流镜模块的输出端输出所述第二电压信号；
所述第二电压信号大于所述第一电信号端提供的高电平信号；
所述开关模块包括相同的第一晶体管和第二晶体管；所述第一晶体管的栅极连接第一电信号端，所述第一晶体管的漏极连接所述第一电流端，所述第一晶体管的源极连接所述第二电信号端；所述第二晶体管的栅极连接所述第一电信号端，所述第二晶体管的源极连接所述第二电信号端，所述第二晶体管的漏极连接所述电流镜模块的输出端；
所述偏置模块包括偏置晶体管，所述偏置晶体管、所述第一晶体管和所述第二晶体管共用一半导体衬底；
所述偏置晶体管的控制端分别电连接至所述半导体衬底和所述偏置电流端，所述偏置晶体管的输入端电连接所述偏置电流端，且输出端电连接所述地端。
2.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，所述第一电信号端提供第一方波信号，且所述第二电信号端接地端；
所述第一方波信号中高电平信号的电位大于或等于所述地端的电位，且小于所述第二电压信号的电位。
3.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，所述第一电信号端提供第一电压信号，且所述第二电信号端提供第一方波信号；
所述第一方波信号中高电平信号的电位等于所述第一电压信号的电位，且小于所述第二电压信号的电位。
4.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，所述偏置晶体管、所述第一晶体管和所述第二晶体管均为NMOS；
所述半导体衬底的电压大于0V，且小于所述第一晶体管的阈值电压。
5.根据权利要求4所述的电压转换器，其特征在于，所述半导体衬底的电压等于所述偏置晶体管的控制端与所述第一晶体管的输出端之间的导通电压。
6.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，所述电流镜模块包括第三晶体管至第六晶体管；
所述第三晶体管的控制端和第一端均电连接至所述第一电流端，所述第三晶体管的第二端接所述地端；
第四晶体管的控制端电连接至所述第一电流端，所述第四晶体管连接在第二电流端和所述地端之间，所述第二电流端提供第二电流信号；
第五晶体管的控制端和第一端均电连接至所述第二电流端，所述第五晶体管的第二端电连接至所述第二电源端；
所述第六晶体管的控制端电连接至所述第二电流端，所述第六晶体管连接在所述第二电源端和所述开关模块的输出端之间；
所述第三晶体管和所述第四晶体管均为相同的NMOS，所述第五晶体管和所述第六晶体管均为PMOS；
所述第四晶体管的第一端电连接至第二电流端，所述第四晶体管的第二端接所述地端；所述第六晶体管的第一端电连接至所述开关模块的输出端，所述第六晶体管的第二端电连接至所述第二电源端。
7.根据权利要求6所述的电压转换器，其特征在于，所述第五晶体管与所述第六晶体管的宽长比为1：k，其中，k大于1。
8.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，还包括：反相模块，所述反相模块的输入端电连接至所述电流镜模块的输出端。
9.根据权利要求8所述的电压转换器，其特征在于，所述反相模块包括第七晶体管和第八晶体管；
所述第七晶体管的控制端和所述第八晶体管的控制端均电连接至所述电流镜模块的输出端；
所述第七晶体管连接在所述第二电源端和所述反相模块的输出端之间，所述第八晶体管连接在所述地端和所述反相模块的输出端之间；
所述第七晶体管为PMOS，所述第八晶体管为NMOS；
所述第七晶体管的第一端电连接至所述反相模块的输出端，将所述第七晶体管的第二端连接至所述第二电源端；所述第八晶体管的第一端电连接至所述反相模块的输出端，将所述第八晶体管的第二端连接地端。
10.根据权利要求1、6或9所述的电压转换器，其特征在于，所述晶体管的阈值电压小于所述第二电压信号，且大于所述第一电信号端提供的高电平信号。
11.根据权利要求2或3所述的电压转换器，其特征在于，还包括：隔离模块，所述隔离模块的输入端接收所述第一方波信号，所述隔离模块的输出端作为所述第一电信号端或作为所述第二电信号端。
12.根据权利要求11所述的电压转换器，其特征在于，所述隔离模块包括串联连接的两个反相器，后一级所述反相器的输出端作为所述第一电信号端或作为所述第二电信号端；
所述反相器包括两个极性不同的晶体管。
13.根据权利要求12所述的电压转换器，其特征在于，所述晶体管的阈值电压小于所述第一电信号端提供的高电平信号。
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