CN114640342A - 电平转换电路、接口电路、片上系统和电平转换方法 - Google Patents

Abstract

提供一种电平转换电路、接口电路、片上系统和电平转换方法。该电平转换电路包括：升压电路，其电源端接收第一参考电压，两个输出端分别输出对第一参考电压进行提升得到的第一电压信号和对第一参考电压进行提升得到的第二电压信号，第一电压信号与第二电压信号反相；电压转换电路，其电源端接收第二参考电压，两个输入端分别接收第一电压信号和第二电压信号，输出端输出基于第二参考电压得到的电压信号。本公开实施例通过升压电路对参考电压进行提升，得到电压信号，将电压信号作为电压转换电路中的各个MOS管的栅极驱动信号，以导通MOS管，从而使得电平转换电路即使在输入的参考电压极低的情况下也能够正常工作。

Description

电平转换电路、接口电路、片上系统和电平转换方法

技术领域

本公开涉及集成电路技术领域，具体而言，涉及一种电平转换电路、接口电路、片上系统和电平转换方法。

背景技术

在低功耗应用的芯片设计中，芯片的电源电压越来越低，当电源电压低于接口电路的阈值电压(Threshold voltage)时，电源电压将无法驱动接口电路中的传统电平转换电路正常工作，接口电路也将无法正常工作。这里电平转换电路用于将两个电压域下的信号进行电平转换。

因此需要一种新设计的电平转换电路，以取代工作在极低电源电压下的传统电平转换电路。

发明内容

有鉴于此，本公开的目的是提供一种电平转换电路、接口电路、片上系统和电平转换方法，以解决现有技术中存在的问题。

第一方面，本公开实施例提供一种电平转换电路，包括：

升压电路，其电源端接收第一参考电压，两个输出端分别输出对所述第一参考电压进行提升得到的第一电压信号和对所述第一参考电压进行提升得到的第二电压信号，所述第一电压信号与所述第二电压信号反相；

电压转换电路，其电源端接收第二参考电压，两个输入端分别接收所述第一电压信号和所述第二电压信号，输出端输出基于所述第二参考电压得到的电压信号。

输入端可选地，所述电平转换电路还包括：

第一反相器，其电源端接收所述第一参考电压，输入端接收逻辑控制信号，输出端输出基于所述第一参考电压得到的第一电压信号；

第二反相器，其电源端接收所述第一参考电压，输入端接收所述第一电压信号，输出端输出基于所述第一参考电压得到的第二电压信号；

所述第一电压信号和所述第二电压信号被分别提供给所述升压电路的两个输入端。

可选地，所述第一反相器包括串联在所述第一参考电压与接地端之间的第一PMOS管和第一NMOS管，所述第二反相器包括串联在所述第一参考电压与接地端之间的第二PMOS管和第二NMOS管。

可选地，所述电压转换电路包括：

第四PMOS管，其源极接收所述第二参考电压，漏极与第三NMOS管的漏极耦接，栅极耦接到第五PMOS管的漏极与第四NMOS管的漏极之间的中间节点；

第五PMOS管，其源极接收所述第二参考电压，漏极与第四NMOS管的漏极耦接，栅极耦接到所述第四PMOS管的漏极与所述第三NMOS管的漏极之间的中间节点；

第三NMOS管，其源极接地，栅极接收所述第一电压信号；

第四NMOS管，其源极接地，栅极接收所述第二电压信号。

可选地，所述电压转换电路包括：

第四PMOS管，其源极接收所述第二参考电压，漏极与第三PMOS管的源极耦接，栅极耦接到第六PMOS管的漏极与第四NMOS管的漏极之间的中间节点；

第五PMOS管，其源极接收所述第二参考电压，漏极与第六PMOS管的源极耦接，栅极耦接到第三PMOS管的漏极与第三NMOS管的漏极之间的中间节点；

第三PMOS管，其漏极与第三NMOS管的漏极耦接，栅极接收所述第一电压信号；

第六PMOS管，其漏极与第四NMOS管的漏极耦接，栅极接收所述第二电压信号；

第三NMOS管，其源极接地，栅极接收所述第一电压信号；

第四NMOS管，其源极接地，栅极接收所述第二电压信号。

可选地，所述电压转换电路还包括：第三反相器，其电源端接收第二参考电压，输入端连接至所述第六PMOS管的漏极与所述第四NMOS管的漏极的中间节点，输出端输出所述第二参考电压。

可选地，所述第一参考电压的第一电压范围小于所述第二参考电压的第二电压范围。

可选地，所述第一参考电压为系统内部使用的电源电压，所述第二参考电压为外部接口电压；或者所述第一参考电压和第二参考电压均为系统内部使用的电源电压。

第二方面，本公开实施例提供一种接口电路，包括上述任一项所述的电平转换电路。

可选地，所述接口电路为以下接口中的一种：数模接口、IO接口、网络接口和调试接口。

第三方面，本公开实施例提供一种片上系统，包括：

处理单元；

存储设备；

上述的接口电路；

片上总线，用于耦接所述处理单元、所述存储设备和所述接口电路。

第四方面，本公开实施例提供一种嵌入式系统，包括：

处理单元；

存储设备；

上述的接口电路；

片上总线，用于耦接所述处理单元、所述存储设备和所述接口电路。

第五方面，本公开实施例提供一种电平转换方法，包括：

通过升压电路将第一参考电压进行提升得到第一电压信号和第二电压信号，所述第一电压信号与所述第二电压信号反相；

通过电压转换电路的电源端接收第二参考电压，将所述第一电压信号和第二电压信号作为电压转换电路中的栅极驱动信号，并输出基于所述第二参考电压得到的电压信号。

可选地，所述第一参考电压的第一电压范围小于所述第二参考电压的第二电压范围。

本公开实施例提供的电平转换电路通过升压电路对参考电压进行提升，得到提升后的电压信号，将提升后的电压信号作为电压转换电路中的各个MOS管的栅极驱动信号，以导通各个MOS管，使得电平转换电路即使在输入的参考电压极低的情况下，也能够正常工作。而且这种电平转换电路还具有延时小，功耗低，面积较小的优点。进一步地，由于升压电路只需要两个片上电容和几个延迟单元组成，对控制电平转换电路的制造成本影响较小。

附图说明

通过参考以下附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是传统的电平转换电路100的电路图；

图2是本公开一实施例的电平转换电路的电路图；

图3是图2所示的电平转换电路的波形图；

图4是本公开一实施例的电平转换电路的电路图；

图5是本公开一实施例的电平转换电路的电路图；

图6是本公开一实施例的电平转换方法的流程示意图；

图7是本公开实施例所应用的嵌入式系统的结构图。

具体实施方式

以下基于实施例对本公开进行描述，但是本公开并不仅仅限于这些实施例。在下文对本公开的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本公开。为了避免混淆本公开的实质，公知的方法、过程、流程没有详细叙述。另外附图不一定是按比例绘制的。

在介绍本公开的各个实施例之前，先对本公开所使用的一些术语或者概念进行解释和澄清。

在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”是开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。此外，“耦接”一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接于第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接到第二装置。

阈值电压(Threshold voltage)：通常将传输特性曲线中输出电流随输入电压改变而急剧变化转折区的中点对应的输入电压称为阈值电压。

传统的电压转换电路

图1是传统的电平转换电路100的电路图。电平转换电路100可为低转高电平转换器，用于接收具有既定电平(例如，电压0伏特至vddl伏特)的输入信号，并且拉高输入信号电平，以产生具有所需电平(例如，自电压0伏特至vddh伏特)的输出信号，其中vddl可为整个系统运作的低操作电压，vddh可为整个系统运作的高操作电压。在一个实施例中，vddl为系统内部使用的电源电压，vddh为外部接口电压，一般vddl为0.8V，vddh为1.8V，或者相反。在另一个实施例中，vddl和vddh均为系统内部使用的两个不同电压域。

如图上所示，电平转换电路100包括两级反相器101和电压转换电路102。

两级反相器101包括第一反相器和第二反相器。第一反相器的电源端接收第一参考电压vddl，输入端接收逻辑控制信号vin，输出端耦接至第二反相器的输入端，并与电压转换电路102耦接。第二反相器的电源端接收第一参考电压vddl，输入端与第一反相器的输出端耦接，输出端与电压转换电路102耦接。

更具体地，如图上所示，第一反相器包括PMOS管MP1和NMOS管MN1。PMOS管MP1和NMOS管MN1的栅极接收外部输入的逻辑控制信号vin，MP1的源极接收第一参考电压Vddl，MP1的漏极与MN1的漏极耦接，MP1的漏极与MN1的漏极之间的中间节点耦接至第二反相器中的PMOS管MP2和NMOS管MN2的栅极，同时耦接至NMOS管MMN4和PMOS管MP6的栅极，NMOS管MN1的源极接地。第二反相器包括PMOS管MP2和NMOS管MN2。PMOS管MP2和NMOS管MN2的栅极耦接到MP1的漏极与MN1的漏极之间的中间节点，PMOS管MP2的源极接收第一参考电压vddl，MP2的漏极与MN2的漏极耦接，MP2的漏极与MN2的漏极之间的中间节点耦接至电压转换电路102中的PMOS管MP3和NMOS管MN3的栅极，MN2的源极接地。

下面基于两级反相器101的电路结构具体描述两级反相器101的信号处理过程。对PMOS器件而言，阈值电压小于零，而对NMOS器件而言，阈值电压大于零。当逻辑控制信号vin为低电平(0或小的正电压)时，PMOS管MP1导通，而NMOS管MN1为截止状态.输出电压inb为高电平(这里使用VDDL表示inb的高电平)。当输入电压vin为高电平时，PMOS管MP1处于截止状态，而NMOS管MN1为导通状态.输出电压inb等于低电平(例如为0)。

第二反相器的逻辑控制信号为inb。当inb为高电平时，NMOS管MN2导通，PMOS管MP2处于截止状态，此时输出电压inbb为低电平(通常为0)，当inb为低电平时，PMOS管MP2导通，而NMOS管MN2处于截止状态，因而输出电压inbb为高电平(即VDDL)。

反相器的作用是将输入信号的相位反转180度。因此第一反相器在逻辑控制信号vin的控制下，将第一参考电压vddl的相位反转180度，由于vin和inb的电平相反(vin为高电平时，inb为低电平，反之亦然)，当第二反相器在逻辑控制信号inb的控制下，将第一参考电压vddl的相位反转180度之后，得到的inbb与第一参考电压的相位相同，与inb的相位相反。

电压转换电路102用于进行电平转换。如图上所示，电压转换电路102包括PMOS管MP3-MP7以及NMOS管MN3-MN5。PMOS管MP3和NMOS管MN3的栅极接收两级反相器101的输出信号inbb。NMOS管MN3-MN5的源极接地。NMOS管MN3的漏极与PMOS管MP3的漏极耦接。NMOS管MN4的漏极与PMOS管MP6的漏极耦接。NMOS管MN5的漏极与PMOS管MP7的漏极耦接。PMOS管MP3的源极与PMOS管MP4的漏极耦接。PMOS管MP6的源极与PMOS管MP5的漏极耦接。PMOS管MP4、MP5和MP7的源极耦接到一起，并接收第二参考电压vddh。NMOS管MN3的漏极与PMOS管MP3的漏极之间的中间节点耦接到PMOS管MP5的栅极。NMOS管MN4的漏极与PMOS管MP6的漏极之间的中间节点耦接到PMOS管MP4的栅极，并同时耦接到PMOS管MP7和NMOS管MN5的栅极。PMOS管MP7的漏极和NMOS管MN5的漏极的中间节点输出电压信号vout。

下面基于电压转换电路102的电路结构具体描述电压转换电路102的信号处理过程。电压转换电路102的输入信号为inbb。当inbb为高电平(例如为VDDL)时，NMOS管MN3导通，PMOS管MP3处于截止状态，此时，NMOS管MN3的源极和漏极电压都为接地电压(为0)，PMOS管MP5导通，同时从图上可以看出，由于PMOS管MP6的栅极接收到inb(inb此时是低电平)，因此PMOS管MP6导通，由于PMOS管MP6的漏极与NMOS管MN4的漏极之间的中间节点输出高电平(等于VDDH)，高电平驱动MN5导通，此时输出电压vout为低电平(为0)。

当inbb为低电平(例如为0)，PMOS管MP3导通，NMOS管MN3处于截止状态，此时inb为高电平(例如为VDDL)，从图上可以看出，由于NMOS管MN4的栅极接收到inb，则NMOS管MN4导通，MN4与MP6的漏极之间的中间节点此时为接地电压(为0)，由于MN4与MP6的漏极之间的中间节点耦接至PMOS管MP4的栅极和PMOS管MP7的栅极，因此PMOS管MP4和MP7导通，此时输出电压vout等于电压VDDH。

如此，通过两级反相器101和电压转换电路102将输入电压vddl转换为芯片内部的电源电压vddh。

但应说明的是，vddl和vddh同时表示电源电压，但通常一个为低电平电压，一个为高电平电压，电平转换电路100的目的就是将输入的vddl转换为vddh。但相应地，在电路101和102中的即使相同器件，由于需要承受的电源电压不同，会采用不同电源参数的产品。

基于上述图1，正如背景中所述，在低功耗应用的芯片设计中，为了降低芯片功耗，电源电压vddl会变得极小，因此通过两级反相器101输出的电压inbb和inb也相应地很小，导致可能无法驱动电压转换电路102的MOS管导通，并进一步导致电压转换电路102不能正常工作。这样，整个电平转换电路100也就无法正常工作。

为了解决上述问题，本公开实施例提供如图2所示的电平转换电路。如图上所示，电平转换电路200包括两级反相器201、升压电路202和第二电压转换电路203。

图上的两级反相器201与图1中的电平转换电路100中的两级反相器101的结构相同，这里就不再赘述。但优选地，本公开实施例中的两级反相器201中的MOS管为增强型场效应管。

从图上可以看出，两级反相器201的两个输出端分别输出电压信号inbb和inb，并分别提供给升压电路202的两个输入端。升压电路202包括第一升压电路和第二升压电路。

第一升压电路的输入端接收电压信号inb，电源端接收电源电压vddl，输出端输出升压后的电压信号bst_bb，即，bst_bb的高电平大于电源电压vddl的高电平。

第一升压电路包括延迟单元b1、电容c1、PMOS管MP10、PMOS管MP11和NMOS管MN7。延迟单元b1的输入端接收电压信号inb，输出端与电容c1的一端耦接，电容c1的另一端耦接至PMOS管MP10的漏极。PMOS管MP10的源极接收第二参考电压vddl，栅极接收电压信号inb。PMOS管MP10的漏极与电容c1之间的中间节点耦接至PMOS管MP11的源极。PMOS管MP11的栅极与NMOS管MN7的栅极耦接，并接收电压信号inbb，PMOS管MP11的漏极与NMOS管MN7的漏极耦接，且PMOS管MP11的漏极与NMOS管MN7的漏极耦接，并耦接至升压电路的第一输出端以及PMOS管MP3和NMOS管MN3的栅极。NMOS管MN7的源极接地。

第二升压电路的输入端接收电压信号inbb，电源端接收电源电压vddl，输出端输出升压后的电压信号bst_b，即，bst_b的高平大于电源电压vddl的电压范围。

第二升压电路包括延迟单元b2、电容c2、PMOS管MP8、PMOS管MP9和NMOS管MN6。延迟单元b2接收电压信号inbb，输出端与电容c2的一端耦接，电容c2的另一端耦接至PMOS管MP8的漏极，PMOS管MP8的源极接收电源电压vddl，PMOS管MP8的栅极接收电压信号inbb。PMOS管MP8的漏极与电容c2的中间节点耦接至PMOS管MP9的源极。PMOS管MP9的栅极与NMOS管MN6的栅极耦接，并接收电压信号inb，PMOS管MP9的漏极与NMOS管MN6的漏极耦接，且PMOS管MP9的漏极与NMOS管MN6的漏极耦接并连接至升压电路的第一输出端，第一输出端耦接至PMOS管MP6和NMOS管MN4的栅极。NMOS管MN6的源极接地。

电压转换电路203与图1中的电压转换电路102的电路结构相同，这里就不再详细描述。

下面基于图2所示的电路结构以及图3所示的波形图具体描述电平转换电路200的信号处理过程。

两级反相器201的工作原理可以参考前文。两级反相器201输出inbb。inbb的波形图和vddl相同，如图上所示。

电压信号inbb提供给第二升压电路。第二升压电路中的延迟单元b2接收电压信号inbb，并对其进行时序控制，输出信号inbb_dly，如图上所示，inbb_dly的上升沿比inbb的上升沿延迟了一定时长。信号inbb同时提供给PMOS管MP8，并驱动PMOS管MP8导通。当MP8导通后，PMOS管MP8的漏极与电容c2之间的中间节点输出inbb_boost，在电容c2的充放电作用下，inbb_boost的电压值将从VDDL上升到VDDL+vboost。vboost表示电压增量。在PMOS管MP9的漏极和NMOS管MN6的漏极之间的中间节点输出电压信号bst_b，通过PMOS管MP9和NMOS管MN6的共同作用，bst_bb的电压范围从[VDDL，VDDL+vboost]转换为[0，VDDL+vboost]。即通过PMOS管MP9和NMOS管MN6，使电压信号bst_bb的低电平到地，从而可以完全关闭NMOS管MN4。

第一反相器输出电压信号inb。电压信号inb，如图上所示，和inbb相比，波形图的相位增加180度。

信号inb提供给第一升压电路。第一升压电路中的延迟单元b1接收inb以对信号inb进行时序控制，输出信号inb_dly，如图上所示，inb_dly的上升沿比inb的上升沿延迟了一定时长。信号inb同时提供给PMOS管MP10，并驱动PMOS管MP10导通。当MP10导通后，PMOS管MP10的漏极与电容c1之间的中间节点输出inb_boost，在电容c1的充放电的作用下，inb_boost的电压范围将上升为[VDDL，VDDL+vboost]，vboost表示电压增量。这个过程可参考图3所示。在0到T1时段，信号inb和inb_dly的电压都为0，PMOS管MP10导通后，inb_boost被拉升VDDL。在T1到T2时段，PMOS管MP10关闭，电容c1的下极板为0，inb_boost维持在VDDL。T2至T3时段，MP10关闭，电容c1的下极板电压为VDDL，由于电容存储电荷，inb_boost被拉升到VDDL+_vboost的电平处，以此类推。实际中由于电容的漏电，会导致inb_boost的高电平略微下降。

在PMOS管MP11的漏极和NMOS管MN7的漏极之间的中间节点输出电压信号bst_b，在PMOS管MP11和NMOS管MN7的共同作用下，输出电压信号bst_b的电压范围转换为[0，VDDL+vboost]，vboost表示电压增量。即通过PMOS管MP11和NMOS管MN7，使电压信号bst_b的低电平到地，从而完全关闭NMOS管MN3。

图4是本公开一实施例的电平转换电路的电路图。如图上所示，图上电平转换电路采用和图2中示出的两级反相器201和升压电路202。和图2不同之处在于电压转换电路403。

如图上所示，电压转换电路403包括：PMOS管MP4-MP5和NMOS管MN3-MN4。PMOS管MP4的源极接收第二参考电压vddh，漏极与NMOS管MN3的漏极耦接，栅极耦接至PMOS管MP5的漏极与NMOS管MN4的漏极之间的中间节点。PMOS管MP5的源极接收第二参考电压vddh，漏极与NMOS管MN4的漏极耦接，栅极耦接至PMOS管MP4的漏极与NMOS管MN3的漏极之间的中间节点。NMOS管MN3的漏极与PMOS管MP4的漏极耦接，源极接地，栅极接收电压信号bst_bb。NMOS管MN4的漏极与PMOS管MP5的漏极耦接，源极接地，栅极接收电压信号bst_b。PMOS管MP5与NMOS管MN4的漏极之间的中间节点耦接至电平转换电路403的输出端。

图5是本公开一实施例的电平转换电路的电路图。如图上所示，图上电平转换电路采用和图2中示出的两级反相器201和升压电路202。和图2不同之处在于电压转换电路503。

如图上所示，电压转换电路503包括：PMOS管MP3-MP6以及NMOS管MN3-MN4。PMOS管MP4的源极接收第二参考电压vddh，漏极与PMOS管MP3的漏极耦接，栅极耦接至PMOS管MP6的漏极与NMOS管MN4的漏极之间的中间节点。PMOS管MP5的源极接收第二参考电压vddh，漏极与PMOS管MP6的漏接耦接，栅极耦接至PMOS管MP3的漏极与NMOS管MN3的漏极之间的中间节点。PMOS管MP3的源极与PMOS管MP4的漏极耦接，漏极与NMOS管MN3的漏极耦接，栅极接收电压信号bst_bb。PMOS管MP6的源极与PMOS管MP5的漏极耦接，漏极与NMOS管MN4的漏极耦接，栅极接收电压信号bst_b。NMOS管MN3的漏极与PMOS管MP3的漏极耦接，源极接地，栅极接收电压信号bst_bb。NMOS管MN4的漏极与PMOS管MP6的漏极耦接，源极接地，栅极接收电压信号bst_b。PMOS管MP6与NMOS管MN4的漏极之间的中间节点耦接至电平转换电路503的输出端。

图2中的电压转换电路要优于图4和图5中的电压转换电路。由于图4和图5提供的电压转换电路最终的输出电压vout的高电平可能不能达到VDDH(比VDDH稍小)，而图2中由于图5的基础上增加了一个反相器，因此能够确保输出电压的高电平与VDDH一致，避免漏电问题。

根据上述实施例可以看出，本公开实施例不需要额外的直流模块产生偏置电压，只需要两个片上电容和几个延迟单元组成升压电路对参考电压进行提升，就可以得到提升后的电压信号，将电压信号作为电压转换电路中的各个MOS管的栅极驱动信号来导通MOS管，使电平转换电路能够正常工作，进而整个系统能够正常工作。如此即使在很低的参考电压的情况下，升压后的电压信号也能够使电平转换电路正常工作，同时此类电路本身还具有延时小，功耗低，面积较小的优点。

本公开实施例提供的电平转换方法

图6是本公开实施例提供的电平转换方法的流程图。如图上所示，该方法包括以下步骤。

步骤S601通过升压电路将第一参考电压进行提升得到第一电压信号和第二电压信号，所述第一电压信号与所述第二电压信号反相。

步骤S602通过电压转换电路的电源端接收第二参考电压，将所述第一电压信号和第二电压信号作为电压转换电路中的栅极驱动信号，并输出基于第二参考电压得到的电压信号。

参考图2、4和5所示，升压电路202中的两个端输入分别电压信号inb和inbb作为控制信号，电源端接收第一参考信号vddl，通过升压电路将第一参考信号vddl进行升压，分别得到升压后的电压信号bst_b和bst_bb，电压信号bst_b和bst_bb作为电压转换电路的控制信号，和现有技术相比，具有更强的驱动能力，进而能够驱动电源转换电路中的各个MOS管，而电压转换电路的电源端接收第二参考电压vddh，通过电压转换，在输出端输出基于第二参考电压得到的电压信号。

升压电路202可采用升压技术实现，这样即使在第一参考电压vddl非常小的情况下，电平转换电路也能够正常工作，同时电路本身具有延时小，功耗低，面积较小的优点。

进一步地，根据图上所示，升压电路可采用电容和延迟单元实现，电容和延迟单元的产品成本对于整个电平转换电路的制造成本影响很小。

进一步地，第一参考电压vddl的电压范围[0，VDDL]小于第二参考电压vddh的电压范围[0,VDDH]。也就是说，电平转换电路是将低电平转换为高电平的电平转换电路，而且，能够适用于vddl非常小的情况。

本公开实施例所应用的嵌入式系统和片上系统

嵌入式系统(Embedded system)是一种完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统。根据英国电气工程师协会(U.K.Institution of ElectricalEngineer)的定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。与个人计算机这样的通用计算机系统不同，嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。由于嵌入式系统只针对一项特殊的任务，设计人员能够对它进行优化，减小尺寸降低成本。嵌入式系统通常进行大量生产，所以单个的成本节约，能够随着产量进行成百上千的放大。

图7是本公开一个实施例所应用的嵌入式系统700的一种系统架构图。

尽管各种具体的嵌入式系统的功能、外观界面、操作等各不相同，甚至千差万别，但是基本的硬件结构却是大同小异的，而且和通用计算机的硬件系统有着高度的相似性，但是嵌入式系统应用上的特点致使嵌入式系统在硬件的组成和实现形式上与通用计算机系统又有较大区别。

首先，为满足嵌入式系统700在速度、体积和功耗上的要求，操作系统、应用软件、特殊数据等需要长期保存的数据，通常不使用磁盘这类具有大容量且速度较慢的存储介质，而大多使用随机存储器702或闪存(Flash Memory)703，如图上所示。

另外，在嵌入式系统700中，需要A/D(模拟/数字转换)接口705和串行接口706，用于测控的需要，这在通用计算机中用得很少。A/D接口705主要完成测试中所需要的模拟信号到数字信号的转换、和数字信号到模拟信号的转换。嵌入式系统700应用于工业生产时经常需要测试。由于单片机产生的是数字信号，在测试时需要转换成模拟信号用于测试，因此，与通用计算机不同，需要A/D(模拟/数字转换)接口705完成相关转换。另外，工业中经常需要多个嵌入式系统串接在一起，完成相关功能，因此需要用于将多个嵌入式系统串联的串行接口706，而在通用计算机中则大多不需要。

另外，嵌入式系统700作为一个基本的处理单元，常常在工业设计中需要将多个嵌入式系统700联成网络，因此需要将嵌入式系统700联入网络的网络接口707。这在通用计算机中大多也不需要。此外，根据实际应用和规模的不同，有些嵌入式系统700要采用外部总线704。随着嵌入式系统700应用领域的迅速扩张，嵌入式系统700越来越趋于个性化，根据自身特点采用总线的种类也越来越多。另外，为了对嵌入式处理器701内部电路进行测试，处理器芯片普遍采用了边界扫描测试技术。为了适应该测试，采用了调试接口708。嵌入式系统700的处理核心是嵌入式处理器701。

本公开实施例提供的电平转换电路可以应用在图7所示的各种接口中，例如，当本公开实施例应用在A/D接口时，第一参考电压可以是外部系统提供给嵌入式系统700的电源电压，第二参考电压是嵌入式系统内部的电源电压，通过电平转换电路使A/D接口，即使在输入电压极低的情况下也能够正常工作。

随着超大规模集成电路(Very Large Scale Integration)和半导体工艺的迅速发展，上述的嵌入式系统的部分或者全部可实现在一个硅片上，即为嵌入式片上系统(SoC)。换言之，上述实施例提供的电平转换电路也可以应用到同一芯片中的各种接口中。

本公开实施例的商业价值

本公开实施例提供的电平转换电路可工作在电源电压极小的情况下，包括该电平转换电路的片上系统和嵌入式系统可用于形成多种场景使用的计算装置，例如，日常生活中使用的电子设备，包括诸如笔记本和手机等终端设备、作为边缘节点的物联网设备以及某些消费型电子产品。为了减少能耗，这些设备的制造商都有动力将电源电压降低为极低的程度，因此需要本公开实施例提供的电平转换电路进行电平转换。基于此，本公开实施例的电平转换电路、片上系统以及由该片上系统构建的计算装置在具有实用价值的基础上，具备商业价值和经济价值。

本领域的技术人员能够理解，本公开可以实现为系统、方法和计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码)，还可以实现为软件和硬件结合的形式。此外，在一些实施例中，本公开还可以实现为一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。

可以采用一个或多个计算机可读介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如但不限于为电、磁、光、电磁、红外线或半导体的系统、装置或器件，或其他任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子包括：具体一个或多个导线的电耦接，便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或者闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器、磁存储器或者上述任意合适的组合。在本文中，计算机可读的存储介质可以是任意包含或存储程序的有形介质，该程序可以被处理单元、装置或者器件使用，或者与其结合使用。

计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为截波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或者其他任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令系统、装置或器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，以及上述任意合适的组合。

可以以一种或者多种程序设计语言或者组合来编写用于执行本公开实施例的计算机程序代码。所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，例如JAVA、C++，还可以包括常规的过程式程序设计语言，例如C。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)耦接到用户计算机，或者，可以耦接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网耦接)。

以上所述仅为本公开的优选实施例，并不用于限制本公开，对于本领域技术人员而言，本公开可以有各种改动和变化。凡在本公开的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种电平转换电路，包括：

升压电路，其电源端接收第一参考电压，两个输出端分别输出对所述第一参考电压进行提升得到的第一电压信号和对所述第一参考电压进行提升得到的第二电压信号，所述第一电压信号与所述第二电压信号反相；

电压转换电路，其电源端接收第二参考电压，两个输入端分别接收所述第一电压信号和所述第二电压信号，输出端输出基于所述第二参考电压得到的电压信号。

2.根据权利要求1所述的电平转换电路，所述电平转换电路还包括：

第一反相器，其电源端接收所述第一参考电压，输入端接收逻辑控制信号，输出端输出基于所述第一参考电压得到的第一电压信号；

第二反相器，其电源端接收所述第一参考电压，输入端接收所述第一电压信号，输出端输出基于所述第一参考电压得到的第二电压信号；

所述第一电压信号和所述第二电压信号被分别提供给所述升压电路的两个输入端。

3.根据权利要求2所述的电平转换电路，其中，所述第一反相器包括串联在所述第一参考电压与接地端之间的第一PMOS管和第一NMOS管，所述第二反相器包括串联在所述第一参考电压与接地端之间的第二PMOS管和第二NMOS管。

4.根据权利要求1所述的电平转换电路，其中，所述电压转换电路包括：

第四PMOS管，其源极接收所述第二参考电压，漏极与第三NMOS管的漏极耦接，栅极耦接到第五PMOS管的漏极与第四NMOS管的漏极之间的中间节点；

第五PMOS管，其源极接收所述第二参考电压，漏极与第四NMOS管的漏极耦接，栅极耦接到所述第四PMOS管的漏极与所述第三NMOS管的漏极之间的中间节点；

第三NMOS管，其源极接地，栅极接收所述第一电压信号；

第四NMOS管，其源极接地，栅极接收所述第二电压信号。

5.根据权利要求1所述的电平转换电路，其中，所述电压转换电路包括：

第四PMOS管，其源极接收所述第二参考电压，漏极与第三PMOS管的源极耦接，栅极耦接到第六PMOS管的漏极与第四NMOS管的漏极之间的中间节点；

第五PMOS管，其源极接收所述第二参考电压，漏极与第六PMOS管的源极耦接，栅极耦接到第三PMOS管的漏极与第三NMOS管的漏极之间的中间节点；

第三PMOS管，其漏极与第三NMOS管的漏极耦接，栅极接收所述第一电压信号；

第六PMOS管，其漏极与第四NMOS管的漏极耦接，栅极接收所述第二电压信号；

第三NMOS管，其源极接地，栅极接收所述第一电压信号；

第四NMOS管，其源极接地，栅极接收所述第二电压信号。

6.根据权利要求5所述的电平转换电路，其中，所述电压转换电路还包括：第三反相器，其电源端接收所述第二参考电压，输入端连接至所述第六PMOS管的漏极与所述第四NMOS管的漏极的中间节点，输出端输出所述第二参考电压。

7.根据权利要求1所述的电平转换电路，其中，所述第一参考电压的电压范围小于所述第二参考电压的电压范围。

8.根据权利要求1所述的电平转换电路，其中，所述第一参考电压为系统内部使用的电源电压，所述第二参考电压为外部接口电压；或者所述第一参考电压和第二参考电压均为系统内部使用的电源电压。

9.一种接口电路，包括如权利要求1至8任一项所述的电平转换电路。

10.根据权利要求9所述的接口电路，所述接口电路为以下接口中的一种：数模接口、IO接口、网络接口和调试接口。

11.一种片上系统，包括：

处理单元；

存储设备；

如权利要求9或10所述的接口电路；

片上总线，用于耦接所述处理单元、所述存储设备和所述接口电路。

12.一种嵌入式系统，包括：

处理单元；

存储设备；

如权利要求9或10所述的接口电路；

片上总线，用于耦接所述处理单元、所述存储设备和所述接口电路。

13.一种电平转换方法，包括：

通过升压电路将第一参考电压进行提升得到第一电压信号和第二电压信号，所述第一电压信号与所述第二电压信号反相；

通过电压转换电路的电源端接收第二参考电压，将所述第一电压信号和第二电压信号作为电压转换电路中的栅极驱动信号，并输出基于所述第二参考电压得到的电压信号。

14.根据权利要求13所述的电平转换方法，其中，所述第一参考电压的电压范围小于所述第二参考电压的电压范围。

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