CN1263129C - 电平变换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明的电平变换电路包括：检测输入信号的上升沿而将之作为上升沿信号输出的第1传递电路；检测上述输入信号的下降沿而将之作为下降沿信号输出的第2传递电路；以及将上述上升沿信号和上述下降沿信号合成后输出的输出合成电路。
Description
技术领域
本发明涉及在二个不同的电源电压之间收发信号时变换信号电平的信号电平变换电路。
背景技术
电平变换电路用于变换从以电源电压Va动作的电路201传递给以电源电压Vb动作的电路204的信号电平。传统的电平变换电路，如图1A所示，系由以电源电压Ve动作的逆变器202、以及输入端子与逆变器202的输出端子相连接且以电源电压Vb动作的逆变器203所构成的。
当从电路A传递来的输入信号电压Vin超过逆变器的阈值电压Vth(a)时，逆变器202将输出反转。逆变器202的输出电压V1低于逆变器203的阈值电压Vth(b)时，逆变器203将输出反转，再将输出信号电压Vout输向电路204。接着，从电路201传递来的输入信号电压Vin低于逆变器202的阈值电压Vth(a)时，逆变器202将输出反转，逆变器202的输出电压低于逆变器203的阈值电压Vth(b)时，逆变器203将输出反转，再将输出信号电压Vout输出。
但是，在将电源电压高的逆变器202与电源电压低的逆变器203串联连接的情况下，由于二个逆变器202、203的阈值电压Vth(a)、Vth(b)不同，故传递来的信号波形Vout在下降时会比上升时产生更大的延迟。也就是说，如图1B所示，输出信号电压Vout由于低电压器件TBoff要比在高电压期间TBon来得长，而存在占空比发生变化的问题。
发明内容
本发明的电平变换电路，它包括：
检测输入信号的上升沿而将之作为上升沿信号输出的第1传递电路；
检测上述输入信号的下降沿而将之作为下降沿信号输出的第2传递电路；将从上述第1传递电路和上述第2传递电路分别输出的上述上升沿信号和上述下降沿信号进行合成而输出的输出合成电路；
将电压供给上述第1传递电路的第1高位电源；
将与上述第1高位电源不同的电压供给上述输出合成电路的第2高位电源，
从上述第1高位电源以及上述第2高位电源中的任何一方向上述第2传递电路供给电压。
附图简述
图1A是说明传统的电平变换电路的结构的图。
图1B是说明传统的电平变换电路的动作的图。
图2是说明本发明第1实施例的电平变换电路的图。
图3是本发明第1实施例的电平变换电路的时间过程曲线图。
图4是说明本发明第2实施例的电平变换电路的图。
图5是说明本发明第3实施例的电平变换电路的图。
图6是说明本发明第4实施例的电平变换电路的图。
图7是说明本发明第5实施例的电平变换电路的图。
图8是说明本发明第6实施例的电平变换电路的图。
图9是说明本发明第7实施例的电平变换电路的图。
图10是说明本发明第8实施例的电平变换电路的图。
图11是说明本发明第9实施例的电平变换电路的图。
具体实施形态
参照附图来说明本发明的各种实施例。在所有附图中对于相同或类同的部件和元件都标以相同或类同的标号，对于相同或类同的部件和元件的说明从略或从简。
在如下的叙述中，给出了诸如具体的信号值等等的、大量的具体数据资料，是为使大家能清楚地理解本发明。但是，很显然，那些熟悉本发明技术领域的技术人员也可以不采用这些具体数据资料。另外，对一些熟知的电路采用方框简图的方式示出，以免那些不必要的赘述混淆本发明的阐述。
(第1实施例)
如图2所示，本发明第1实施例的电平变换电路具有检测输入信号的上升沿而形成上升沿信号的第1传递电路1、检测输入信号的下降沿信号而形成下降沿信号的第2传递电路2、以及将上升沿信号和下降沿信号进行合成的输出合成电路3。第1传递电路1具有分别将信号输入端子50与栅极端子相连、将第1高位电压VCC1与漏极端子相连、将低位电源VSS与背侧(back)栅极端子相连、将输出合成电路3的输入端侧与源极端子相连的第1n MOS晶体管。第2传递电路2具有：分别将信号输入端子50与输入端子相连、将第1高位电源VCC1与高位电源输入端子相连、将低位电源VSS与低位电源输入端子相连的第1逆变器11；以及分别将第1逆变器11的输出端子与输入端子相连、将第2高位电源VCC2与高位电源输入端子相连、将低位电源VSS与低位电源输入端子相连的第2逆变器12。输出合成电路3具有：分别将第1传递电路1和第2传递电路2的输出端侧与输入端子相连、将第2高位电源VCC2与高位电源输入端子相连、将低位电源VSS与低位电源输入端子相连的第3逆变器13；以及分别将第3逆变器13的输出端子与输入端子相连、将第2高位电源VCC2与高位电源输入端子、将低位电源VSS与低位电源输入端子相连、将信号输出端子51与输出端相连的第4逆变器14。
采用图3所示的时序图，对于本发明第1实施例的电平变换电路的动作进行说明。
(A)首先，在时刻t1处，如图3(a)所示，输入到信号输入端子50的输入信号电压Vin开始从低电平变化到高电平。
(B)接着，在时刻t2处，当输入信号电压Vin超过第1n MOS晶体管N1的阈值电压Vth N时，第1n MOS晶体管N1接通。第1n MOS晶体管一接通时，则如图4(d)所示，第2电压V2开始反转。也就是说，第1传递电路1将输入信号Vin的上升沿传递到作为输出合成电路3的输入的第3逆变器13的输入端子上。
(C)在时刻t3处，当输入信号电压Vin超过第1逆变器I1的阈值电压Vth(a)时，第1逆变器I1开始反转输出，如图3(b)所示，输出第1电压V1。
(D)在时刻t4处，图3(d)所示的输出电压V2超过了第3逆变器I3的阈值电压Vth(b)时，第3逆变器I3开始反转输出，如图3(e)所示，输出第3电压V3。
(E)在时刻t5处，图3(e)所示的第3电压V3低于第4逆变器I4的阈值电压Vth(b)时，如图3(d)所示，开始将输出电压Vout反转。
(F)在时刻t6处，输入信号电压Vin成为高电平。高电平时的电压作为电源电压Va进行说明。
(G)在时刻t9处，输入信号电压Vin开始从高电平变化低电平。
(H)在时刻t10处，输入信号电压Vin低于第1逆变器I1的阈值电压Vth(a)时，如图3(b)所示，第1电压V1反转。
(I)在时刻t11处，第1电压V1超过第2逆变器I2的阈值电压Vth(b)时，如图3(d)所示，第2电压V2反转。
(J)在时刻t12处，第2电压V2低于第3逆变器I3的阈值电压Vth(b)时，如图3(e)所示，第3电压反转。
(K)在时刻t13处，当第3电压V3超过第4逆变器I4的阈值电压Vth(b)时，如图3(f)所示，输出电压Vout反转。
与此相应，在传统的电平变换电路中，在时刻t7处，第1电压V1超过第2逆变器的阈值电压Vth(b)时，输出电压Vout反转。在时刻t8处，完成从低电平向高电平的移动。
若采用本发明第1实施例的电平变换电路，就可高速传递输入信号电压Vin的上升沿。也就是说，利用第1传递电路，上升沿延迟减小、且能够传递占空比变动小的信号波形。
(第2实施例)
如图4所示，本发明的第2实施例的电平变换电路的第1传递电路1采用p MOS晶体管P1而第1实施例中采用第1 n MOS晶体管N1，在这一点上是不同的。第1传递电路1具有：分别将第1逆变器I1的输出端子与栅极端子相连、将第1高位电源VCC1与源极子相连的第1 p MOS晶体管P1；以及在第1 pMOS晶体管P1的漏极端子和输出合成电路3的第1输入端侧之间作二极管连接的第2 p MOS晶体管。第2 p MOS晶体管P2分别将第1 p MOS晶体管P1的漏极端子与源极端子相连、将输出合成电路3的第1输入端侧与漏极端子及栅极端子相连接。其他的都与第1实施例实质上相同，故略去重复性叙述。
第2实施例电平变换电路的第1逆变器I1在从信号输入端子50输入的信号电压Vin成为高电平时输出低电平信号。第1逆变器I1的输出电压在低于第1 p MOS晶体管P1的阈值电压时，第1 p MOS晶体管P1接通。第1 p MOS晶体管一接通，则电流就从第1高位电源VCC供向第2 p MOS晶体管P2的源极端子。第2 p MOS晶体管P2则将从源极端子供来的电流从漏极端子输出到输出合成电路3的第1输入端侧。
第1 p MOS晶体管可使输入信号电压Vin的上升沿的延迟减小。另外，作二极管连接的第2 p MOS晶体管P2将在第1 p MOS晶体管P1接通时的第1传递电路1的输出电压抑制在Vb以下。也就是说，即使第1 p MOS晶体管P1和第2逆变器I2的输出电压V2同时为高电平的情况下，第2 p MOS晶体管P2也能防止电流从第1高位电源VCC1流入到第2高位电源VCC2。
(第3实施例)
如图5所示，本发明第3实施例的电平变换电路的第1传递电路的不同之处在于，将第2实施例中所述的第1 p MOS晶体管P1替换成连接到低电位电源VCC侧的第1 p MOS晶体管P31。第1传递电路1具有第1 p MOS晶体管31，该晶体管具有施加第1高位电源电压的背侧栅极端子、施加低电源电压Vg的漏极端子以及与输出合成电路3的第1输入端侧相连接的源极端子。第1 p MOS晶体管P31的背侧栅极端子与第1高位电源VCC1相连接。其他的都与第1实施例实质上相同，故略去重复性的叙述。
若采用第3实施例的电平变换电路，就可与第1实施例同样地减小输入信号电压Vin的上升沿的延迟。另外，即使不用第2实施例中所述的第2 n MOS晶体管P2，也不会有电流从第1高位电源VCC1流到第2高位电源VCC2。也就是说，输出电压不会超过第2高位电源电压，故可不要第2 p MOS晶体管P2。
(第4实施例)
如图6所示，本发明第4实施例的电平变换电路的不同之处在于，将第1实施例所述的第1 n MOS晶体管N1替换成第1 n MOS晶体管N41及第2 n MOS晶体管N42。第1传递电路1具有：分别将第1高位电源VCC1与漏极端子相连、将第2传递电路2的反转输出端子与栅极端子相连的第1 n MOS晶体管N41；以及分别将第1 n MOS晶体管N41的源极端子与漏极端子相连、将输入端子50与栅极端子相连、将低位电源VSS与源极端子相连的第2 n MOS晶体管42。第1 nMOS晶体管N41的栅极端子与第1逆变器I1的输出端子相连接。第1 n MOS晶体管N41和第2 n MOS晶体管N42的连接点与第3逆变器I3的输出端子相连接。第1 n MOS晶体管N41的栅极端子与低位电源VSS相连接。其他的都与第1实施例实质上相同，故略去重复性的叙述。
第4实施例中所述的电平变换电路是使第1 n MOS晶体管N41和第2 n MOS晶体管N42根据输入信号的电压Vin的电平而交替地接通。第1晶体管N41接通时，就将第1高位电源电压VCC1供给第4逆变器I4的输入端侧。也就是说，将输入信号电压Vin的上升沿传递给输出合成电路3。第2 n MOS晶体管N42接通时，第4逆变器I4的输入端子的电压就成为低电位电源电压Vg。
若采用第4实施例的电平变换电路，就可与第1实施例同样地减小输入信号电压Vin的上升沿的延迟。
(第5实施例)
如图7所示，本发明第5实施例的电平变换电路的不同之处在于，第1 n MOS晶体管N51与第2 n MOS晶体管N52的输出合成电路3的输入端侧之间设有第5逆变器I5而不同于第4实施例中所述的第1传递电路1。第1传递电路1具有：分别将第1高位电源VCC1与漏极端子相连、将第2传递电路的反转输出端子与栅极端子相连的第1 n MOS晶体管N51；分别将第1 n MOS晶体管N51的源极端子与漏极端子相连、将输入端子50与栅极端子相连、将低位电源VSS与源极端子相连的第2 n MOS晶体管N52；以及分别将第1晶体管N51和第2晶体管N52的连接点与输入端子相连、将输出合成电路3的第1输入端子与输出子相连的第5逆变器I5。第5逆变器I5的输出端子与第3逆变器I3的输入端子相连接。其他的都与第4实施例实质上相同，故略去重复性的叙述。
第5实施例的电平变换电路是使第1 n MOS晶体管N51和第2 n MOS晶体管N52根据输入信号的电压Vin的电平而交替地接通。第1晶体管N51接通时，就将第1高位电源电压V供给第5逆变器I5。第2 n MOS晶体管N52接通时，第5逆变器I5的输入端子的电压就成为低电位电源电压VSS。第5逆变器I5将从输入端输入的信号反转过来的信号输出到第3逆变器I3的输入端子。
若采用第5实施例所述的电平变换电路，就可与第1实施例同样地减小输入信号电压Vin的上升沿的延迟。
(第6实施例)
如图8所示，本发明第6实施例的电平变换电路的不同之处在于，将第5实施例中所述的第1 n MOS晶体管N51和第2 n MOS晶体管N52的栅极端子的连接点互换，具有第1 n MOS晶体管N61和第2 n MOS晶体管N62。
第1传输电路1具有：分别将第1高位电源VCC1与漏极端子相连、将输入端子50与栅极端子相连的第1 n MOS晶体管N61；分别将第1 n MOS晶体管N61的源极端子和漏极端子相连、将第2传递电路2的反转输出端子与栅极端子相连、将低位电源Vss与源极端子相连的第2 n MOS晶体管N62；以及分别将第1晶体管N61与第2晶体管N62的连接点与输出端子相连、将合成电路3的第1输入端子与输出端子相连的第5逆变器。第5逆变器I5的输出端子与第3逆变器I3的输入端子相连接。其他的都与第4实施例实质上相同，故略去重复性的叙述。
第5实施例的电平变换电路是使第1 n MOS晶体管N61和第2 n MOS晶体管N62根据输入信号电压Vin的电平而交替地接通。第1晶体管N61接通时，就将第1高位电源电压供给到第5逆变器I5的输入端侧。第2 n MOS晶体管N62接通时，第5逆变器I5的输入端子的电压就成为低电位电源电压Vg。第5逆变器将从输入端子输入的信号反转过来的信号输出到第3逆变器I3的输出端子。
若采用第5实施例所述的电平变换电路，就可与第1实施例同样地减小输入信号电压Vin的上升沿延迟。
(第7实施例)
如图9所示，本发明第7实施例的电平变换电路的不同之处在于，将第1实施例所述的第1 n MOS晶体管N1替换为第1 p MOS晶体管P71与逆变器I5。第1传递电路1具有：分别将第1高位电源VCC1与源极端子相连、将输入端子50与栅极端子相连的第1 p MPS晶体管P71；以及分别将第1 p MOS晶体管P71的漏极端子与输入端子相连、将输出合成电路3的输入端子与第1输入端子相连的第5逆变器I5。第5逆变器I5的输出端子与第4逆变器I4的输入端子相连接。其他的都与第1实施例实质上相同，故略去重复性的叙述。
若采用第7实施例的电平变换电路，就可通过采用第5逆变器15来截断由第1高位电源VCC1到低位电源电压VSS的电流路径。
(第8实施例)
如图10所示，本发明第8实施例的电平变换电路的不同之处在于，将第7实施例所述的第1 p MOS晶体管P81替换为连接到低位电源VSS的第1 p MOS晶体管P81。第1传递电路1具有：分别将第2传递电路的反转输出端子与栅极端子相连、将低位电源与漏极端子相连的第1 p MOS晶体管P81；以及分别将第1 p MOS晶体管P81的源极端子与输入端子相连、将输出合成电路3的第1输入端子与输出端相连的第5逆变器I5。第5逆变器I5的输出端与第4逆变器I4的输入端子相连接。其他的都与第1实施例实质上相同，故略去重复性的叙述。
若采用第8实施例的电平变换电路，就能与第1实施例同样地减小输入信号电压Vin的上升沿的延迟。
(第9实施例)
如图11所示，本发明第9实施例的电平变换电路的不同之处在于，对于第1实施例中所述的输出合成电路3，具有任意级数的逆变器。其他的都与第1实施例实质上相同，故略去重复性的叙述。
若采用第9实施例的电平变换电路，由于逆变器是多级连接的，故可将第1传递电路1和第2传递电路2的输出信号输出到任意位置，就可进行传递输入信号电压Vin的上升沿的时序的调节。也就是说，就可调节输出信号相对于输入信号的占空比变化。
熟悉本发明技术领域的技术人员可以在了解本发明所揭示的内容后，在本发明的精神实质范围内可作出各种各样的具体变形。
Claims (18)
1.一种电平变换电路，它包括：
检测输入信号的上升沿而将之作为上升沿信号输出的第1传递电路；
检测上述输入信号的下降沿而将之作为下降沿信号输出的第2传递电路；将从上述第1传递电路和上述第2传递电路分别输出的上述上升沿信号和上述下降沿信号进行合成而输出的输出合成电路；
将电压供给上述第1传递电路的第1高位电源；
将与上述第1高位电源不同的电压供给上述输出合成电路的第2高位电源，
从上述第1高位电源以及上述第2高位电源中的任何一方向上述第2传递电路供给电压。
2.如权利要求1所述的电平变换电路，其特征在于，所述第1传递电路还包括：第1n MOS晶体管，
该第1n MOS晶体管具有：被施加上述输入信号脉冲的栅极端子；
与第1高位电源连接的漏极端子；以及
具有连接上述输出合成电路的输入端侧的源极端子。
3.如权利要求1或2所述的电平变换电路，其特征在于，
所述第1n MOS晶体管的背侧栅极端子与低位电源相连。
4.如权利要求1所述的电平变换电路，其特征在于，所述第1传递电路还包括：
第1p MOS晶体管，具有被施加上述输入信号的反转信号的栅极端子与连接第1高位电源的源极端子；以及
第2p MOS晶体管，具有与上述第1p MOS晶体管的漏极端子连接的源极端子、与所述输出合成电路的输入端侧作二极管连接的漏极端子以及栅极端子。
5.如权利要求4所述的电平变换电路，其特征在于，
所述第1p MOS晶体管的背侧栅极端子与第1高位电源相连接。
6.如权利要求1所述的电平变换电路，其特征在于，上述第1传递电路还包括：p MOS晶体管，
该p MOS晶体管具有：
被施加上述输入信号电压的反转电压的栅极端子；
与低位电源相连接的漏极端子；以及
具有与上述输出合成电路的输入端侧相连接的源极端子的。
7.如权利要求6所述的电平变换电路，其特征在于，
所述p MOS晶体管的背侧栅极端子与第1高位电源相连接。
8.如权利要求1所述的电平变换电路，其特征在于，所述第1传递电路还包括：
第1nMOS晶体管，漏极端子与第1高位电源连接、栅极端子与第2传递电路的反转输出端子连接、源极端子与上述输出合成电路的反转输出端子连接；以及
第2n MOS晶体管，具有与该第1n MOS晶体管的源极端子相连接的漏极端子、被施加所述输入信号的电压的栅极端子和与低位电源连接的源极端子。
9.如权利要求8所述的电平变换电路，其特征在于，
所述第1n MOS晶体管的背侧栅极端子与低位电源相连接。
10.如权利要求1所述的电平变换电路，其特征在于，所述第1传递电路还包括：
具有与第1高位电源相连接的漏极端子以及与上述第2传递电路的反转输出端子相连接的栅极端子的第1n MOS晶体管；
具有与该第1n MOS晶体管的源极端子相连接的漏极端子、被施加输入信号电压的栅极端子以及与低位电源相连接的源极端子的第2n MOS晶体管；以及
逆变器，该逆变器具有与上述第1与第2的n MOS晶体管的连接点连接的输入端子和与上述输出合成电路的输入端子连接的输出端子。
11.如权利要求1所述的电平变换电路，其特征在于，所述第1传递电路还包括：
具有被施加上述输入信号电压的栅极端子以及与第1高位电源相连接的漏极端子的第1n MOS晶体管；
具有被施加上述输入信号电压的反转电压的栅极端子、与低位电源相连接的源极端子以及与上述第1n MOS晶体管的源极端子相连接的漏极端子的第2nMOS晶体管；以及
逆变器，该逆变器具有与上述第2n MOS晶体管的漏极端子相连接的输入端子以及与上述输出合成电路的输入端侧相连接的输出端子。
12.如权利要求1所述的电平变换电路，其特征在于，所述第1传递电路还包括：
p MOS晶体管，该p MOS晶体管具有被施加上述输入信号的电压的栅极端子、与第1高位电源相连接的源极端子以及将反转输出电压输出到输出合成电路的漏极端子；以及
逆变器，该逆变器具有与上述p MOS晶体管的漏极端子连接的输入端子和与上述输出合成电路的输出端子连接的输出端子。
13.如权利要求12所述的电平变换电路，其特征在于，
所述p MOS晶体管的背侧栅极端子与第1高位电源相连接。
14.如权利要求1所述的电平变换电路，其特征在于，所述第1传递电路还包括：
具有与上述第2传递电路的反转输出端相连接的栅极端子以及与低位电源相连接的漏极端子的p MOS晶体管；以及
逆变器，该逆变器具有与该p MOS晶体管的源极端子连接的输入端子和与上述输出合成电路的输入端子连接的输出端子。
15.如权利要求14所述的电平变换电路，其特征在于，
上述p MOS晶体管的背侧栅极端子与第1高位电源相连接。
16.如权利要求1所述的电平变换电路，其特征在于，所述第2传递电路还包括：
第1逆变器，该第1逆变器是将输入信号电压输入到其输入端子而在第1高位电源电压下进行动作；以及
第2逆变器，该第2逆变器具有与上述第1逆变器的输出端子连接的输入端子并且在比上述第1高位电源电压要低的第2高位电源电压下进行动作。
17.如权利要求1所述的电平变换电路，其特征在于，所述输出合成电路还连接在上述第1传递电路的输出与上述第2传递电路的输出的连接点。
18.如权利要求1所述的电平变换电路，其特征在于，所述输出合成电路中，与上述第1传递电路的输出连接的连接点不同于与上述第2传递电路连接的连接点。
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