CN113612472A - 电平转换电路与电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电平转换电路与电子设备，包括第一引脚、第二引脚、目标引脚、核心模块与开关；所述开关的第一端连接所述第一引脚，所述开关的第二端连接所述第二引脚，所述核心模块分别连接所述目标引脚、所述第二引脚与所述开关的控制端；所述核心模块用于：在所述目标引脚的接入电压为第一参考高电平时，控制所述开关导通，以传输指定电压幅度的信号，并基于所述第一参考高电平，将所述第一引脚拉至第一参考高电平，将所述第二引脚拉至第二参考高电平；其中，所述第一参考高电平高于所述第二参考高电平；所述指定电压幅度下，经所述开关所传输的信号的电压不高于所述第一参考高电平与所述第二参考高电平。

Description

电平转换电路与电子设备

技术领域

本发明涉及电路领域，尤其涉及一种电平转换电路与电子设备。

背景技术

收发器件之间做数字信号通信时，接收器件和发送器件之间往往会出 现两边逻辑高电平不匹配的问题，进而，需要使用逻辑电平的转换电路(即 电平转换电路)，而大量使用电平转换电路的设备往往都是对其电路板面 积要求尽量小的手机或穿戴设备。

现有相关技术中，电平转换电路需要接入多个引脚，包括使能引脚、 接地引脚、两个输入输出引脚(即IO脚)，以及两个参考高电平引脚， 进而，在需要将输入输出引脚拉至高电平时，可利用该两个参考高电平引 脚的电压将两个输入输出引脚拉至相应的高电平。

可见，该方案中，由于其中需采用6个引脚，进而会带来芯片面积较 大、成本较高等问题。

发明内容

本发明提供一种电平转换电路与电子设备，以解决芯片面积较大、成本 较高等问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种电平转换电路，包括第一引脚、 第二引脚、目标引脚、核心模块与开关；

所述开关的第一端连接所述第一引脚，所述开关的第二端连接所述第二 引脚，所述核心模块分别连接所述目标引脚、所述第二引脚与所述开关的控 制端；

所述核心模块用于：

在所述目标引脚的接入电压为第一参考高电平时，控制所述开关导通传 输指定电压幅度的信号，并基于所述第一参考高电平，将所述第一引脚拉至 第一参考高电平，将所述第二引脚拉至第二参考高电平；

在所述目标引脚接入电压为地电平时，控制所述开关关断。

其中，所述第一参考高电平高于所述第二参考高电平，所述指定电压幅 度下，经所述开关所传输的信号的电压不高于所述第一参考高电平与所述第 二参考高电平。

可选的，所述核心模块还用于：

在所述目标引脚的接入电压为地电平时，控制所述第一引脚、所述第二 引脚处于所述地电平。

可选的，所述核心模块包括：第一调压单元、使能控制单元；

所述第一调压单元的第一侧连接所述目标引脚，所述第一调压单元的第 二侧连接所述使能控制单元的第一侧，所述使能控制单元的第二侧连接所述 开关的控制端，所述目标引脚还直接或间接连接所述第一引脚与第二引脚；

在所述目标引脚的接入电压为所述第一参考高电平时，所述第一调压单 元的第一侧电压为所述第一参考高电平，所述第一调压单元的第二侧电压不 低于所述第二参考高电平，且不高于所述第二参考高电平与所述开关的阈值 电压之和；

所述使能控制单元用于：在所述目标引脚的接入电压为所述第一参考高 电平时，响应于所述第一调压单元的第二侧电压控制所述开关导通，以传输 所述指定电压幅度的信号；

在所述目标引脚接入的电压为地电平时，控制所述开关关断。

可选的，所述第一调节单元采用低压差线性稳压器LDO。

可选的，所述核心模块还包括第二调压单元，所述第二调压单元的第一 侧连接所述目标引脚，所述第二调压单元的第二侧直接或间接连接所述第二 引脚；

在所述目标引脚的接入电压为所述第一参考高电平时，所述第二调压单 元的第一侧电压为所述第一参考高电平，所述第二调压单元的第二侧电压为 所述第二参考高电平。

可选的，所述核心模块还包括设于所述目标引脚与所述第一引脚之间的 第一短接上拉单元，以及设于所述第二调压单元的第二侧与所述第二引脚之 间的第二短接上拉单元。

可选的，所述第二调压单元采用低压差线性稳压器LDO。

可选的，所述电平转换电路设于同一芯片。

可选的，所述芯片还设有接地引脚。

根据本发明的第二方面，提供了一种电子设备，包括第一方面及其可选 方案涉及的电平转换电路。

本发明提供的电平转换电路与电子设备中，由于核心模块可在所述目 标引脚的接入电压为第一参考高电平时，基于所述第一参考高电平，将所述 第一引脚拉至第一参考高电平，将所述第二引脚拉至第二参考高电平，所述 第一参考高电平与所述第二参考高电平为不同电压的高电平。进而，基于目 标引脚对第一参考高电平的接入，以及核心模块的配合，目标引脚可兼顾实 现现有技术中使能引脚与参考高电平引脚的作用，即实现了开关的使能并提 供了两种参考高电平，可见，本发明降低了电平转换电路所使用的引脚的数量，减少了两个引脚，精简了电路构造，从而降低了电路及芯片的面积，以 及成本，节省了电子设备的内部空间。

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作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例中电平转换电路的电路构造示意图一；

图2是本发明一实施例中电平转换电路的电路构造示意图二；

图3是本发明一实施例中电平转换电路的电路构造示意图三；

图4是本发明一实施例中电平转换电路的电路构造示意图四；

图5是本发明一实施例中电平转换电路的电路构造示意图五。

附图标记说明：

1-第一引脚；

2-第二引脚；

3-核心模块；

31-第一调压单元；

32-使能控制单元；

33-第二调压单元；

34-第一短接上拉单元；

35-第二短接上拉单元；

4-目标引脚。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术人员在没有做出 创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第 二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不 必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情 况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示 或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他 们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤 或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步 骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品 或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具 体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例 不再赘述。

请参考图1至图5，本发明实施例提供了一种电平转换电路，该电平 转换电路可设于同一芯片，该芯片可具有接地引脚。

本发明实施例中，电平转换电路包括第一引脚1、第二引脚2、目标引 脚4、核心模块3与开关5。

所述开关5的第一端连接所述第一引脚1，所述开关5的第二端连接所 述第二引脚2，所述核心模块3分别连接所述目标引脚4、所述第二引脚2 与所述开关5的控制端。

其中的开关5可以采用任意可受控通断的器件，例如可以采用晶体管， 具体可以采用三极管、场效应管等。进而，开关5的控制端可例如为基极或 栅极。在图5所示的方案中，开关5采用了NMOS管。

进一步的举例中，开关5可配置有导通的阈值电压Vth，具体可理解为 可以使开关导通的栅源阈值电压。

其中的第一引脚1、第二引脚2可以为任意实现数字信号传输的引脚， 在电平转换电路中，第二引脚所传输的高电平的电压会低于第一引脚所传输 的高电平。在图5所示的举例中，第一引脚1为高压侧引脚(即IOVH 脚)，第二引脚2为低压侧引脚(即IOVL脚)。

其中的目标引脚4，可以为能够传输电信号的任意引脚。在图5所示的 举例中，因其能起到使能，以及提供参考高电平的作用，故而目标引脚4可 表征为VCCEN脚。

本发明实施例中，所述核心模块3用于：

在所述目标引脚4的接入电压为第一参考高电平时，控制所述开关5导 通，以传输指定电压幅度的信号，并基于所述第一参考高电平，将所述第一 引脚拉至第一参考高电平，将所述第二引脚拉至第二参考高电平；

其中，所述第一参考高电平高于所述第二参考高电平，所述指定电压幅 度下，经所述开关所传输的信号的电压不高于所述第一参考高电平与所述第 二参考高电平。

其中，核心模块3基于同一电压(即第一参考高电平)，分别提供了两 种电压(即第一参考高电平与第二参考高电平)，进而，不论如何将引脚电 平拉至参考高电平，均不脱离本发明实施例的范围。由于第一参考高电平高 于第二参考高电平，进而，核心模块3中将实现电压的降压调整。

以上方案中，基于目标引脚对第一参考高电平的接入，以及核心模块 的配合，目标引脚可兼顾实现现有技术中使能引脚与参考高电平引脚的作 用，即实现了开关的使能并提供了两种参考高电平，可见，本发明实施例降 低了电平转换电路所使用的引脚的数量，减少了两个引脚，精简了电路构 造，从而降低了电路及芯片的面积、以及成本，节省了电子设备的内部空 间。

此外，所述核心模块3还可用于：

在所述目标引脚的电压为地电平时，控制所述第一引脚、所述第二引脚 处于所述地电平。

其中的地电平，也可理解为接地电压，具体可理解为逻辑转换电路的芯 片的地的电位(例如可理解为是0V)，也可不限于此。

其中一种实施方式中，为了实现降压调整，核心模块3可以包括：第一 调压单元31、使能控制单元32。

所述第一调压单元31的第一侧连接所述目标引脚4，所述第一调压单 元31的第二侧连接所述使能控制单元32的第一侧，所述使能控制单元32 的第二侧连接所述开关5的控制端，所述目标引脚4还直接或间接连接所述 第一引脚1与第二引脚2；其中，在图2所示的举例中，目标引脚4是直接 连接至第一引脚1与第二引脚2的，在图3至图5所示的举例中，目标引脚 4是间接连接(例如经相应的调压单元和/或短接上拉单元连接)至对应引脚 (即第一引脚1和/或第二引脚2)的。

在所述目标引脚的接入电压为所述第一参考高电平时，所述第一调压单 元的第一侧电压为所述第一参考高电平，所述第一调压单元的第二侧电压不 低于所述第二参考高电平，且不高于所述第二参考高电平与所述开关的阈值 电压之和。

所述使能控制单元32用于：

在所述目标引脚的接入电压为所述第一参考高电平时，响应于第一调压 单元的第二侧电压控制开关5导通，以传输所述指定电压幅度的信号；

在所述目标引脚接入的电压为地电平时，控制所述开关关断。

例如，在所述目标引脚的接入电压为所述第一参考高电平时，则：

若第一调压单元的第二侧电压为第二参考高电平，第一引脚被拉至第二 参考高电平，此时，开关开启(即导通)，且开关两侧的引脚(即第一引 脚、第二引脚)分别被拉至对应的第一参考高电平、第二参考高电平；

若第一调压单元的第二侧电压为第二参考高电平与阈值电压之和，第一 引脚被拉至第二参考高电平，此时，开关开启可使得：所传输的小于第二参 考高电平的信号均可经开关直通。

其中的使能控制单元32，可理解为能够基于所收到的外部信号控制开 关通断的电路单元，进一步方案中，使能控制单元32还可配置有过温时自 动关断开关的功能。

第一调压单元可具有调压的能力，其可通过线性调压的方式实现，也可 基于开关电源的方式实现，还可结合分压电阻来实现。在具体方案中，第一 调压单元31可以采用低压差线性稳压器(即LDO，Low Dropout Regulator)。其第一侧电压、第二侧电压、第一侧电压与第二侧电压的压差 等可根据需求预先配置。此外，匹配于图2至图5的电路，可对第一调压单 元31的第二侧电压进行预先的配置。

具体的，在图2所示的电路中(即未采用后文提及的第二调压单元 33、第一短接上拉单元34、第二短接上拉单元35的情况下)，则：

以第一调压单元采用LDO为例，第一调压单元31的第一侧的第一参考 高电平可描述为VH_Ref，第一调压单元31的第二侧电压可描述为 VLDO1，第二参考高电平可描述为VL_Ref，阈值电压可描述为Vth，则：

适于图2所示的一种举例中，VLDO＝VL_Ref+Vth；

适于图2所示的另一举例中，VLDO略小于VL_Ref+Vth，例如： VLDO＝0.9*VL_Ref+Vth。其也可理解为：VL_Ref+Vth-VLDO的值小于预设 的差值阈值。

以上数值的选择也可应用于图3至图5的电路。

在图3至图5所示的电路中，所述核心模块3还包括第二调压单元 33，所述第二调压单元33的第一侧连接所述目标引脚4，所述第二调压单 元33的第二侧直接或间接连接所述第二引脚2；具体的，第二调压单元33 可例如图3所示直接连接第二引脚2，也可经后文所提及的第二短接上拉单 元连接至第二引脚2。

在所述目标引脚的接入电压为所述第一参考高电平时，所述第二调压单 元的第一侧电压为所述第一参考高电平，所述第二调压单元的第二侧电压为 所述第二参考高电平。

第二调压单元33可具有调压的能力，其可通过线性调压的方式实现， 也可基于开关电源的方式实现，还可结合分压电阻来实现。在具体方案中， 第二调压单元33可以采用低压差线性稳压器(即LDO，Low Dropout Regulator)。其第一侧电压、第二侧电压、第一侧电压与第二侧电压的压差 等可根据需求预先配置。

具体的，在图3至图5所示的电路中，以第二调压单元采用LDO为 例，第二调压单元33的第一侧的第二参考高电平可描述为VH_Ref，第二调 压单元32的第二侧电压可描述为VLDO2，第二参考高电平可描述为 VL_Ref，阈值电压可描述为Vth，则：

适于图3至图5所示的一种举例中，VLDO＝VL_Ref；

适于图3至图5所示的一种举例中，VLDO＝VL_Ref+Vth；此时，传输 的信号范围在GND到VL_Ref之间时信号都可以直通过去，进而加快了较 高的逻辑高电平的建立速度。

其中一种实施方式中，请参考图4与图5，所述核心模块3还包括设于 所述目标引脚4与所述第一引脚1之间的第一短接上拉单元34，以及设于 所述第二调压单元33的第二侧与所述第二引脚2之间的第二短接上拉单元 35。

其中的短接上拉单元，可理解为能够通过短接对应的电路位置而将引脚 拉至对应电位的任意电路单元，例如：第一短路上拉单元可将第一引脚上拉 至目标引脚的电压(例如第一参考高电平)，第二短路上拉单元可将第二引 脚上拉至第二调压单元的输出侧电压。

进一步方案中，短接上拉单元可实现瞬时的短接，进而，短接上拉单元 也可理解为是瞬时短接上拉单元，在上拉时，可基于上拉电阻实现上拉，例 如，可通过10K欧姆的上拉电阻实现上拉。

瞬时短接上拉单元可以包括：瞬时短接部(可理解为One-Shoot电路部 分)，以及上拉部(可理解为Pull-up电路部分)，瞬时短接部可理解为实现 瞬时短接的电路部分，上拉部可实现上拉的电路部分，其可并联在一起后连 接于对应的引脚；例如：第一短接上拉单元中的瞬时短接部与上拉部可并联 后两端分别连接于目标引脚与第一引脚之间；第二短接上拉单元中的瞬时短 接部与上拉部可并联后分别连接于第二调压单元33的第二侧与第二引脚之 间。

进而，通过瞬时短接上拉单元，可实现目标引脚与第一引脚的瞬时短接， 第二调压单元与第二引脚的瞬时短接，在电路中，一边发现逻辑高电平传输 时，另一边通过瞬时短接上拉单元中的瞬时短接电路部分把电平迅速拉高以 便支持更高速信号传输，同时又可以通过与瞬时短接上拉单元并联的上拉部 来保持瞬时短接后的逻辑高电平状态(除非进入逻辑低电平传输阶段)。其中 上拉部的可以是电路中固定或可控通断的上拉电阻电路，若其可受控，则可 受控于使能控制单元或其他电路。

请参考图5，以上所提及的第一引脚即为IOVH脚，第二引脚即为IOVL 脚，目标引脚即为VCCEN脚，接地引脚即为GND脚，其中的开关5可以为 开关SW，开关SW的阈值电压表征为VTH；其中的第一调压单元采用LDO1， 其中的第二调压单元采用LDO2。

进而：

当VCCEN脚的电压为第一参考高电平VH_Ref的正常工作电压值时， 则对其中的电平转换电路芯片进行供电，同时VCCEN脚的第一参考高电平 VH_Ref输入到LDO1，LDO1的输出为第二参考高电平VL_Ref的正常工作 时电压值，即此时芯片内部通过LDO1产生的第二参考高电平VL_Ref电压 承担了现有技术中外接的第二参考高电平VL_Ref的职责；

VCCEN脚也通过LDO2产生输出电压，并通过使能控制模块32控制开 关SW的通断，此时LDO2的输出可以为第二参考高电平VL_Ref，也可以为 VL_Ref+VTH；

如果VLDO2(即LDO2的第二侧电压)＝VL_Ref+VTH，则电平转换电 路传输的信号范围在GND到第二参考高电平VL_Ref之间时信号都可以直通 过去，进而加快了较高的逻辑高电平的建立速度。

最后，当VCCEN＝GND时，实现了VH_Ref＝GND、LDO1＝VL_Ref＝GND 和LDO2＝GND，即SW的栅极控制电压为GND，进而实现了整个电平转换 电路的完全关断。

可见，在该方案中，既很好地实现了电平转换的功能，又减少了两个管 脚，从而减少晶粒面积以及更方便选择合适的更小的封装进而减少了芯片成 品的面积。这样对一些空间很拘束的电子设备如手机和无线蓝牙耳机应用中 既节省了空间又降低了成本。

在实际具体应用中，考虑到采用了电平转换的电路系统中接收器件和发 送器件的信号逻辑高电平都是固定的，这就可以预先通过LDO1在电平转换 电路中固化第二参考高电平VL_Ref电压以及通过LDO2固化SW的控制电 压。进而，本来需要外接的电压现在在内部产生了，实现了芯片的引脚的精 简。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括以上所涉及的电平转换电路。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种电平转换电路，其特征在于，包括第一引脚、第二引脚、目标引脚、核心模块与开关；

所述开关的第一端连接所述第一引脚，所述开关的第二端连接所述第二引脚，所述核心模块分别连接所述目标引脚、所述第二引脚与所述开关的控制端；

所述核心模块用于：

在所述目标引脚的接入电压为第一参考高电平时，控制所述开关导通，以传输指定电压幅度的信号，并基于所述第一参考高电平，将所述第一引脚拉至第一参考高电平，将所述第二引脚拉至第二参考高电平；

在所述目标引脚接入电压为地电平时，控制所述开关关断；

其中，所述第一参考高电平高于所述第二参考高电平；

所述指定电压幅度下，经所述开关所传输的信号的电压不高于所述第一参考高电平与所述第二参考高电平。

2.根据权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，所述核心模块还用于：

在所述目标引脚的接入电压为地电平时，控制所述第一引脚、所述第二引脚处于所述地电平。

3.根据权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，所述核心模块包括：第一调压单元、使能控制单元；

所述第一调压单元的第一侧连接所述目标引脚，所述第一调压单元的第二侧连接所述使能控制单元的第一侧，所述使能控制单元的第二侧连接所述开关的控制端，所述目标引脚还直接或间接连接所述第一引脚与第二引脚；

在所述目标引脚的接入电压为所述第一参考高电平时，所述第一调压单元的第一侧电压为所述第一参考高电平，所述第一调压单元的第二侧电压不低于所述第二参考高电平，且不高于所述第二参考高电平与所述开关的阈值电压之和；

所述使能控制单元用于：在所述目标引脚的接入电压为所述第一参考高电平时，响应于所述第一调压单元的第二侧电压控制所述开关导通，传输所述指定电压幅度的信号；

在所述目标引脚接入的电压为地电平时，控制所述开关关断。

4.根据权利要求3所述的电平转换电路，其特征在于，所述第一调节单元采用低压差线性稳压器。

5.根据权利要求3所述的电平转换电路，其特征在于，所述核心模块还包括第二调压单元，所述第二调压单元的第一侧连接所述目标引脚，所述第二调压单元的第二侧直接或间接连接所述第二引脚；

在所述目标引脚的接入电压为所述第一参考高电平时，所述第二调压单元的第一侧电压为所述第一参考高电平，所述第二调压单元的第二侧电压为所述第二参考高电平。

6.根据权利要求5所述的电平转换电路，其特征在于，所述核心模块还包括设于所述目标引脚与所述第一引脚之间的第一短接上拉单元，以及设于所述第二调压单元的第二侧与所述第二引脚之间的第二短接上拉单元。

7.根据权利要求5所述的电平转换电路，其特征在于，所述第二调压单元采用低压差线性稳压器。

8.根据权利要求1至7任一项所述的电平转换电路，其特征在于，所述电平转换电路设于同一芯片。

9.根据权利要求8所述的电平转换电路，其特征在于，所述芯片还设有接地引脚。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的电平转换电路。

Images