DE102014214820A1

DE102014214820A1 - Hochgeschwindigkeitspegelumsetzer mit amplitudenregelschleife

Info

Publication number: DE102014214820A1
Application number: DE102014214820.0A
Authority: DE
Inventors: Ali Nazemi; Kangmin Hu; Jun Cao; Afshin Doctor Momtaz
Original assignee: Broadcom Corp
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2015-02-05
Anticipated expiration: 2034-07-30
Also published as: DE102014214820B4

Abstract

Ein Hochgeschwindigkeitspegelumsetzer koppelt einen Hochgeschwindigkeit-DAC mit den digitalen Informationen, die der DAC verarbeitet. Der Pegelumsetzer kann digitale Darstellungen eines CMOS-Pegels zum Beispiel in digitale Darstellungen eines CML-Pegels zur Verarbeitung durch den DAC wandeln. Der Pegelumsetzer bewahrt den Spannungshub in den CMOS-Pegel-Darstellungen (z. B. ungefähr 1 V). Der Pegelumsetzer vermeidet auch eine Spannungsüberbelastung unter Verwendung einer Rückkopplungsschleife, um die Spannungsamplitude zu beschränken, und ermöglicht daher die Verwendung von schnellen Dünnschichttransistoren in seiner Architektur.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen Anmeldung mit Seriennummer 61/859,936, eingereicht am 30. Juli 2013, die in ihrer Gesamtheit mittels Bezugnahme eingebunden ist.
Technisches Gebiet
Diese Offenbarung bezieht sich auf digitale Spannungspegelumsetzer. Diese Offenbarung bezieht sich auch auf eine Pegelumsetzung von digitalen Signalen zur Kopplung mit speziellen Verarbeitungsschaltungen wie etwa Digital-Analog-Wandlern.
Hintergrund
Schnelle Fortschritte in Elektronik und Nachrichtentechnik, die durch immense Kundenanforderungen angetrieben sind, haben zu der weltweiten Einführung von technisch ausgefeilten elektronischer Vorrichtungen jeder Art geführt. In vielen Vorrichtungen erzeugen Digital-Analog-Wandler (DACs) analoge Signale aus digitalen Darstellungen. Die digitalen Darstellungen können verschiedene Formen annehmen und verschiedene Konventionen einhalten, wie etwa Signale mit CMOS-Pegel (0 V bis 1 V) und Signale mit CML-Pegel (0,5 V bis 1,5 V). Verbesserungen bei einer Kopplung von DACs mit den digitalen Darstellungen, die die DACs verarbeiten, werden dabei helfen, Hochgeschwindigkeitswandlungsziele zu erreichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Beispiel von Pegelumsetzern, die eine Schnittstelle zwischen logischen Pegeln bilden, die gemäß verschiedenen Konventionen definiert sind.
2 zeigt einen herkömmlichen Pegelumsetzer.
3 zeigt einen herkömmlichen Pegelumsetzer.
4 zeigt ein Beispiel eines Pegelumsetzers mit einer Amplitudensteuerung und einer Spannungsüberbelastungssteuerung.
5 zeigt ein Beispiel einer Rückkopplungsschleife für eine Amplitudensteuerung, die einen Spannungshub steuert, um Übereinstimmung mit Spannungsüberbelastungsvorschriften zu gewährleisten.
Ausführliche Beschreibung
1 zeigt ein Beispiel 100 von Pegelumsetzern 102, die eine Schnittstelle zwischen logischen Pegeln in verschiedenen Domänen bzw. Bereichen bilden, die gemäß verschiedenen Konventionen definiert sind. Die logischen Pegel können als einseitig geerdete bzw. Einzelpegel oder als Differenzpegel definiert sein. Zum Beispiel kann die erste Domäne 104 eine CMOS-Konvention einhalten (CMOS: ”Complementary Metal Oxide Semiconductor”), in der eine logische ”1” und eine logische ”0” gemäß Spannungen oder Spannungsbereichen eines nominalen hohen Pegels und eines nominalen niedrigen Pegels definiert sind. Als ein besonderes Beispiel kann eine CMOS-Konvention die Differenz zwischen einer logischen ”1” und einer logischen ”0” als ein 1 V-Hub von 1 V auf 0 V definieren. Als ein weiteres Beispiel kann eine zweite Domäne 106 die CML-Konvention (CML: ”Current Mode Logic”) einhalten, die die Differenz zwischen einer logischen ”1” und einer logischen ”0” als ein 1 V-Hub von 1,5 V auf 0,5 V definiert. Weitere Beispiele unterschiedlicher logischer Konventionen umfassen ”Transistor-Transistor Logic” (TTL), ”Positive Emitter Coupled Logic” (PECL), ”Low Voltage PECL” (LVPECL), ”Voltage Mode Logic” (VML) und ”Low-Voltage Differential Signaling” (LVDS). Jede Konvention kann ihre eigenen Definitionen von einer logischen ”1” und einer logischen ”0” entweder in einem differentiellen Sinn oder einem einseitig geerdeten Sinn aufweisen.
In dem Beispiel 100 erzeugt ein Digitallogikabschnitt 108 digitale Bitströme 110. Ein Serialisierer bzw. Parallel-Seriell-Wandler 112 wandelt parallele Bitströme in serielle Bitströme, die dann an den Digital-Analog-Wandler (DAC) 114 bereitgestellt werden. Zunächst übersetzen jedoch die Pegelumsetzer 102 die logischen Pegel von der ersten Domäne 104 in die zweite Domäne 106, z. B. von CMOS auf CML. Der DAC 114 kann ein Hochgeschwindigkeit-DAC (z. B. ein 8-Bit-, 16 GB/s-DAC) sein, der eine höhere Energieversorgung (z. B. 1,5 V) verwendet als diejenige, die in der ersten Domäne 104 verwendet wird (z. B. 1,0 V). Die höhere Energieversorgung kann die Umsetzung in Pegeln von der ersten Domäne 104 in die zweite Domäne 106 erfordern.
Die Pegelumsetzer 102 übersetzen den Spannungspegel der digitalen Datensignale auf einen Pegel, der für den DAC 114 geeignet ist. In diesem Fall übersetzen die Pegelumsetzer 102 von einem CMOS-Pegel (Hub bzw. Aussteuerung von 0 V auf 1 V) auf einen CML-Pegel (Hub bzw. Aussteuerung von 0,5 V auf 1,5 V), während sie den Spitze-Spitze-Hub von 1 V bewahren. In anderen Implementierungen können die Pegelumsetzer 102 Datensignale, Steuersignale oder beliebige andere Signale, die gewünscht sind (z. B. Adresssignale), zur Kopplung zwischen beliebigen Typen von logischen Konventionen übersetzen. Außerdem führen die Pegelumsetzer 102 die Übersetzung unter Verwendung von Dünnoxidtransistoren und ohne Verletzung von Spannungsüberbelastungsvorschriften mit sehr hoher Geschwindigkeit durch. Beispiele von Spannungsüberbelastungsvorschriften umfassen Grenzen von Gate-Source- oder Gate-Drain-Spannungen von Transistoren innerhalb des Pegelumsetzers selbst und an den Eingängen von dem DAC 114. Die Pegelumsetzer können mit einer Spannungsamplitudensteuerung arbeiten, die durch eine Rückkopplungsschleife 116 vollzogen wird, die einen konformen Betrieb über Veränderungen in Prozess, Spannung und Temperatur (PVT: ”Process, Voltage and Temperature”) hinweg aufrechterhält.
2 zeigt einen herkömmlichen Pegelumsetzer 200, und 3 zeigt einen herkömmlichen Pegelumsetzer 300. Der Pegelumsetzer 200 verwendet Dickoxidtransistoren 202, 204, 206 und 208, um Überbelastungsbedingungen zu erfüllen. Die Dickoxidtransistoren können den Betrieb des Pegelumsetzers 200 verlangsamen. Es kann für den Pegelumsetzer 200 nicht möglich sein, Hochgeschwindigkeitsanforderungen zu erfüllen, da er Dickoxidbauteile verwendet, die zu Betriebsgeschwindigkeiten führen, die viel langsamer (z. B. mehrere Größenordnungen niedriger) als diejenigen sein können, die mit Dünnoxidbauteilen erreicht werden können. In dem Pegelumsetzer 300 wird eine Verwendung von Dünnoxidtransistoren 302 und 304 zu einer Verletzung von Spannungsüberbelastungsbedingungen führen, was zu einer Zerstörung der Dünnoxidtransistoren 302 und 304 im Betrieb führt.
4 zeigt ein Beispiel eines Pegelumsetzers 400. Der Pegelumsetzer 400 unterstützt einen Betrieb mit extrem hoher Geschwindigkeit, z. B. einen 16 GB/s-Betrieb. Wie es nachstehend erläutert wird, umfasst der Pegelumsetzer 400 eine Architektur, die aus Dünnschichttransistoren aufgebaut ist, die einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb ermöglichen. Die Dünnschichttransistoren stehen im Gegensatz zu Dickschichttransistoren, die, während sie zur Handhabung der vollen Versorgungs- bzw. Betriebsspannung über den Transistoren (z. B. 1,5 V Vgs oder Vgd) im Stande sind, andererseits die Betriebsgeschwindigkeit begrenzen können, zum Beispiel auf ungefähr 2 GB/s oder weniger. Die Dünnschichttransistoren können unter Verwendung der neuesten Prozesstechnologien gefertigt werden/sein und daher die schnellsten Betriebsgeschwindigkeiten erreichen. Lediglich als ein Beispiel können die Dünnoxidbauteile unter Verwendung von einem 28 nm-(Minimallänge)Prozess gefertigt werden/sein und mit ungefähr bis zu 15 Ghz arbeiten, während Dickoxidbauteile einem 180 nm-Prozess entsprechen und mit ungefähr bis zu 2 Ghz arbeiten können. Die Dünnoxidbauteile sind jedoch nicht auf irgendeinen speziellen Prozess/-knoten oder irgendeine spezielle Minimallänge beschränkt, und sie können gemäß den gewünschten Betriebsgeschwindigkeiten des Pegelumsetzers kleiner oder größer sein. Der Pegelumsetzer 400 umfasst eine Amplitudensteuerung, um eine Spannungsüberbelastung auf die Dünnschichttransistoren in seiner Architektur zu verhindern, während die Spannungseingangsanforderungen, z. B. ein niedriger Sollausgangspegel von 0,5 V und ein hoher Sollausgangspegel von 1,5 V, der Schaltung erfüllt werden, die die pegelumgesetzten Signale empfängt.
Der Pegelumsetzer 400 übersetzt ein differentielles Vollhub-CMOS-Eingangssignal (”In” und ”In_bar”) in Pegel, die mit einer ausgewählten Logikkonvention kompatibel sind, z. B. von CMOS auf CML. Der Pegelumsetzer 400 umfasst einen Versorgungseingang 402, der einen hohen Sollausgangspegel (z. B. 1,5 V) bereitstellt. Ein Signaleingang 404, 406 führt das differentielle Eingangssignal In und In_bar. Ein Differenzsignalausgang 408, 410 führt ein differentielles Ausgangssignal Out und Out_bar.
Gemäß 4 ist ein Pegelübersetzungsschaltkreis 412 konfiguriert, das Eingangssignal in umgesetzte Pegel zu übersetzen, die mit der Logikdomäne kompatibel sind, die die übersetzten Signale empfangen wird. Jeder Transistor in dem Übersetzungsschaltkreis kann ein Dünnschichttransistor sein. Der Pegelumsetzer 400 umfasst auch ein Pegelübersetzungsschaltkreis 413 für die Komplementärseite des Pegelumsetzers 400. Der Pegelübersetzungsschaltkreis 413 kann in der gleichen Art und Weise implementiert sein, wie es nachstehend für den Pegelübersetzungsschaltkreis 412 beschrieben ist. Zum Beispiel kann der Pegelübersetzungsschaltkreis 412 CMOS-Pegel-Eingangssignale, die durch einen nominalen hohen Pegel (z. B. 1,0 V) und einen nominalen niedrigen Pegel (z. B. 0,0 V) charakterisiert sind, in einen umgesetzten hohen Pegel (z. B. 1,5 V) und einen umgesetzten niedrigen Pegel (z. B. 0,5 V) übersetzen, die mit CML-Logik kompatibel sind.
In einer Implementierung umfasst der Pegelübersetzungsschaltkreis 412 eine Amplitudensteuerschaltung 414, die mit dem Versorgungseingang 402 und dem Signalausgang 408 verbunden ist. Der Pegelübersetzungsschaltkreis 412 umfasst auch eine Überspannungsschutzschaltung 416 in Reihe mit der Amplitudensteuerschaltung 414. Zusätzlich ist eine Schaltschaltung 418 in Reihe mit der Überspannungsschutzschaltung 416 vorhanden und mit dem Signaleingang 404 verbunden.
In dem in 1 gezeigtem Beispiel umfasst die Amplitudensteuerschaltung 414 einen PMOS-Amplitudensteuertransistor 412. Die Überspannungsschutzschaltung 416 weist einen in Kaskode geschalteten Transistor 422 in Reihe mit der Amplitudensteuerschaltung 414 und der Schaltschaltung 418 auf. Die Schaltschaltung 418 umfasst einen NMOS-Schalttransistor 424, der auf das Eingangssignal anspricht, um ein Ant-/Treiben des Ausgangssignals in Richtung seines gewünschten Zustands zu ermöglichen, in Verbindung mit den kreuzweise gekoppelten Ausgangsrückkopplungsschalttransistoren 430 und 432. Jeder der Transistoren in dem Pegelübersetzungsschaltkreis kann ein Dünnoxidtransistor sein, der im Vergleich zu Dickoxidbauteilen einen sehr schnellen Betrieb ermöglicht.
Der physikalische Aufbau der Transistoren hat Spannungsbelastungsvorschriften für die Transistoren zur Folge. Die Spannungsbelastungsvorschriften beeinflussen die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer des Chips, der die Transistoren umfasst. Die Übereinstimmung mit den Spannungsbelastungsvorschriften verhindert die Beschädigung der Transistoren. Mit Dünnoxidbauteilen können die Spannungsbelastungsvorschriften niedrigere Grenzen für Belastungsparameter wie etwa Gate-Drain-Spannung und Gate-Source-Spannung als für Dickoxidbauteile festlegen. Zum Beispiel können die Spannungsbelastungsvorschriften für die Dünnoxidtransistoren sein: Vgd < 1,05 V und Vgs < 1,05 V. Der Pegelumsetzer kann jedoch konfiguriert sein, andere Spannungsbelastungsvorschriften zu erfüllen.
Die Überspannungsschutzschaltung 416 ist konfiguriert, eine Spannungsbelastung auf die Schaltschaltung 418 mit Spannungsbelastungsvorschriften konform zu halten. Zum Beispiel kann der in Kaskode geschaltete Transistor 422 gewährleisten, dass eine Spannung an Punkt 434 unter ungefähr 1,0 V bleibt und daher Vgd und Vgs des Schalttransistors 424 < 1,05 V bleiben. Der in Kaskode geschaltete Transistor 422 verhindert, dass die Spannung an Punkt 434 im schlimmsten Fall über ungefähr Vb und in dem üblichen Fall nominal über Vb – Vt steigt. In einer Implementierung wird die Kaskode-Gate-Spannung Vb auf ungefähr 1,0 V gehalten, wodurch Vgd für den Schalttransistor 424 auf 1,0 V oder weniger begrenzt wird. Die Überspannungsschutzschaltung 416 verhindert, dass der Schalttransistor 424 mehr als den zulässigen Betrag an Spannungsbelastung erfährt, angesichts der höheren Versorgungs- bzw. Betriebsspannung von 1,5 V. In dieser Hinsicht isoliert die Überspannungsschutzschaltung den Schalttransistor 424 von der höheren Versorgungs- bzw. Betriebsspannung, insbesondere dann, wenn der Gate-Anschluss des Schalttransistors 424 auf 0 V liegt.
Um die Betriebsgeschwindigkeit weiter zu erhöhen, kann der Pegelübersetzungsschaltkreis 412, 413 ferner eine Stromanzapfschaltung bzw. eine Stromentnahme-/Spannungsteilerschaltung 426 umfassen, die mit der Überspannungsschutzschaltung 416 verbunden ist. Die Stromanzapfschaltung 426 ist konfiguriert, Strom von der Überspannungsschutzschaltung 416 abfließen zulassen, um dabei zu helfen, einen schnellen Betrieb der Überspannungsschutzschaltung 416 zu gewährleisten. In einer Implementierung verhindert die Stromanzapfschaltung 426, dass der in Kaskode geschalteten Transistor 422 vollständig abschaltet, indem ermöglicht wird, dass ein Strom durch den in Kaskode geschalteten Transistor 422 fließt. Der Strom kann sehr klein (z. B. 50 μA) und von einem Energieverbrauchsstandpunkt aus im Wesentlichen vernachlässigbar sein.
In einer Implementierung ist die Stromanzapfschaltung 426 mit einem als Diode geschalteten Transistor 428 implementiert. Der als Diode geschaltete Transistor 428 kann als großer Widerstand wirken Pegelübersetzungsschaltkreis, wobei die Transistorfertigung nur einen sehr kleinen Platz in dem Layout einnimmt. Zum Beispiel kann die als Diode geschaltete Transistor 428 eine lange Kanallänge und eine schmale Breite aufweisen. Als ein besonderes Beispiel kann der als Diode geschaltete Transistor 428 2 Mal bis 3 Mal die Minimalgeometrielänge darstellen und eine Breite aufweisen, die die Minimalgeometriebreite darstellt. Es sind jedoch viele Abwandlungen von Breite und Länge dazu geeignet, zu ermöglichen, dass ein gewisser Strom weiter durch den in Kaskode geschalteten Transistor 422 fließt.
Hinsichtlich der Amplitudensteuerung ist zu beachten, dass der Amplitudensteuertransistor 420 einen Gate-Anschluss mit einer Amplitudensteuerung-Gate-Spannung verbunden hat, die den Betrieb des Amplitudensteuertransistors 420 regelt. Insbesondere wird die Spannung an dem Gate-Anschluss durch eine Rückkopplungsschleife gesteuert, die eine Spannungssteuerschaltung umfasst. Die Rückkopplungsschleife wird nachstehend mit Bezug auf 5 ausführlich beschrieben.
5 zeigt eine beispielhafte Implementierung einer Rückkopplungsschleife 500 für eine Amplitudensteuerung. Die Rückkopplungsschleife 500 umfasst einen Referenzspannungseingang 502 und einen mit dem Signalausgang 514 verbundenen Rückkopplungsspannungseingang 504. Der Referenzspannungseingang 502 kann aus einer beliebigen Spannungsversorgung, wie etwa der 1,5 V-Systemsspannungsversorgung, abgeleitet werden. Die Rückkopplungsschleife 500 umfasst ferner eine Spannungssteuerschaltung 506, die auf den Referenzspannungseingang 502 im Vergleich zu dem Rückkopplungsspannungseingang 504 anspricht. In dem Beispiel von 5 ist die Spannungssteuerschaltung als Differenzverstärker implementiert, im Speziellen als Operationsverstärker 508, der die Amplitudensteuerung-Gate-Spannung 510 erzeugt. Die Amplitudensteuerung-Gate-Spannung 510 treibt/steuert den Gate-Anschluss von jedem Amplitudensteuertransistor 420 an.
Es ist zu beachten, dass eine Abgleichpegelumsetzerstruktur 512 den Signalausgang 514 bereitstellt. Die Abgleichpegelumsetzerstruktur 512 stellt eine Referenzstruktur für die einzelnen Pegelumsetzer (z. B. Instanzen des Pegelumsetzers 400) bereit, die in der Schaltung arbeiten. In einer Hinsicht kann erwartet werden, dass die Abgleichpegelumsetzerstruktur 512 über Prozess, Spannung, Temperatur (PVT) und andere Variablen hinweg in der gleichen Art und Weise variiert wie die Transistoren in den einzelnen Pegelumsetzern. Die Abgleichpegelumsetzerstruktur 512 kann mit statischen Eingängen (z. B. In = 0 V, In_bar = 1 V) an-/getrieben werden, so dass der Signalausgang 514 eine feste Referenzspannung für den Rückkopplungsspannungseingang 504 bereitstellt.
Erneut Bezug nehmend auf 4 ist zu beachten, dass das Verhältnis des Widerstands des Pull-Up-Widerstands 436 und des Ein-Widerstands des Schalttransistors 424 die niedrige Ausgangsspannung nominal auf ungefähr 0,5 V hält. Dies kann jedoch über PVT variieren, und sie kann in einigen Fällen unter 0,5 V fallen. Dementsprechend hält die Rückkopplungsschleife 500 den niedrigen Ausgang auf 0,5 V oder mehr. Zu diesem Zweck treibt/steuert die Spannungssteuerschaltung 506 den Amplitudensteuertransistor 420 an, um die Ausgangsspannung hochzuziehen, um die Ausgangsspannung auf dem Referenzwert (z. B. 0,5 V) oder darüber zu halten. Als Folge hiervon fallen die differentiellen Ausgänge Out und Out_bar nicht unter 0,5 V, wodurch der Schalttransistor 424 vor einer potentiell beschädigenden Spannungsbelastung geschützt wird.
Der Pull-Up-Widerstand 436 kann den Großteil des Hochziehens auf 1,5 V durchführen. Der Pull-Up-Widerstand 436 stellt einen Weg niedriger Kapazitanz für den Ausgang des Pegelumsetzers bereit, um schnell auf den hohen Ausgangspegel von 1,5 V überzugehen. Die zwei PFETs 420 und 430 tragen auch zu dem Hochziehen bei, obgleich die Impedanz des Pull-Up-Widerstands 436 typischerweise viel kleiner ist als diejenige der PFETs. Beim An-/Treiben auf den niedrigen Ausgang, z. B. 0,5 V, ist der Schalttransistor 424 ein, und stellt er einen Widerstand von ungefähr 1/3 von demjenigen des Pull-Up-Widerstands 436 dar. Zum Beispiel kann der Pull-Up-Widerstand 436 ein 1 K Ohm-Widerstand sein und kann der Schalttransistor so gefertigt sein, dass er ein Rds-Ein von ungefähr 500 Ohm darstellt. Für eine Umschaltung niedrigerer Geschwindigkeit kann der Wert des Pull-Up-Widerstands 436 erhöht werden (was zu einer niedrigeren Stromdissipation führt).
Zurückkehrend zu 5 ist der Referenzspannungseingang 502 auf 0,5 V eingestellt. Dementsprechend versucht die Spannungssteuerschaltung 506, den Signalausgang auf nicht weniger als 0,5 V zu halten, indem sie die Amplitudensteuertransistoren 420 so regelt, dass die Ausgangspannung nicht unter 0,5 V fällt. Somit hält die Spannungssteuerschaltung 506 in einem Aspekt den umgesetzten niedrigen Pegel davor ab, unter einen vorausgewählten Spannungsreferenzwert (z. B. 0,5 V) zu fallen. Es ist zu beachten, dass die Spannungssteuerschaltung 506 weiterhin aktiv ist, wenn der Pegelübersetzungsschaltkreis 412 einen hohen Ausgangspegel von 1,5 V an-/treibt. Wenn der Schalttransistor 424 aus ist, treiben jedoch der Pull-Up-Widerstand 436 und der kreuzweise gekoppelte Rückkopplungsschaltransistor 430 bereits den Signalausgang 408 auf 1,5 V, und zwar ungeachtet des Betriebs der Spannungssteuerschaltung 506. Der kreuzweise gekoppelte Rückkopplungsschaltransistor 430 ist aus, wenn der Pegelübersetzungsschaltkreis 412 einen niedrigen Pegelausgang, eine logische ”0”, treibt und in dem Fall, in dem der Amplitudensteuertransistor 420 unter der Steuerung der Rückkopplungsschleife 500 zu dem niedrigen Pegelausgang beitragen kann.
Der Pegelumsetzer 400 kann auf viele verschiedene Arten beschrieben und implementiert werden. Anders ausgedrückt umfasst der Pegelübersetzungsschaltkreis einen Versorgungseingang, einen Signaleingang, der zum Führen eines Eingangssignals konfiguriert ist, das durch einen hohen Pegel einer ersten Konvention und einen niedrigen Pegel einer ersten Konvention charakterisiert ist, und einen Signalausgang, der zum Führen eines Ausgangssignals konfiguriert ist. Zusätzlich ist ein Pegelübersetzungsschaltkreis konfiguriert, das Eingangssignal in einen umgesetzten hohen Pegel und einen umgesetzten niedrigen Pegel, die mit einer zweiten Konvention kompatibel sind, für das Ausgangssignal zu übersetzen.
Der Pegelübersetzungsschaltkreis kann einen Amplitudensteuertransistor, der zwischen dem Versorgungseingang und dem Signalausgang verbunden ist, einen Überspannungsschutztransistor, der in Reihe mit dem Amplitudensteuertransistor liegt, und einen Schalttransistor, der in Reihe mit der Überspannungsschutzschaltung liegt, umfassen. Der Schalttransistor ist mit dem Signaleingang verbunden. Zusätzlich ist eine Spannungssteuerschaltung vorhanden und konfiguriert, den Amplitudensteuertransistor zu regeln, um zu verhindern, dass der umgesetzte niedrige Pegel unter eine vorausgewählte Spannung fällt.
In einer Implementierung umfasst die Spannungssteuerschaltung einen Referenzspannungseingang, der auf die vorausgewählte Spannung eingestellt ist, einen Rückkopplungsspannungseingang, der mit dem Signalausgang verbunden ist, und einen Differenzverstärker. Der Differenzverstärker ist mit dem Referenzspannungseingang und dem Rückkopplungsspannungseingang verbunden. Ferner ist der Differenzverstärker konfiguriert, den Amplitudensteuertransistor ansprechend auf eine Differenz zwischen dem Referenzspannungseingang und dem Rückkopplungsspannungseingang zu regeln. Es wurden mehrere Beispiele des Pegelumsetzers angegeben, und es ist zu beachten, dass weitere Implementierungen möglich sind. In weiteren Implementierungen kann der Differenzverstärker stattdessen ein Fehlerverstärker oder ein anderer Typ von Rückkopplungsschaltung sein, die versucht, den Rückkopplungsspannungseingang auf eine festgelegte Referenzspannung zu treiben.
Ein Hochgeschwindigkeitspegelumsetzer koppelt einen Hochgeschwindigkeit-DAC mit den digitalen Informationen, die der DAC verarbeitet. Der Pegelumsetzer kann digitale Darstellungen eines CMOS-Pegels zum Beispiel in digitale Darstellungen eines CML-Pegels zur Verarbeitung durch den DAC wandeln. Der Pegelumsetzer bewahrt den Spannungshub in den CMOS-Pegel-Darstellungen (z. B. ungefähr 1 V). Der Pegelumsetzer vermeidet auch eine Spannungsüberbelastung unter Verwendung einer Rückkopplungsschleife, um die Spannungsamplitude zu beschränken, und ermöglicht daher die Verwendung von schnellen Dünnschichttransistoren in seiner Architektur.

Claims

Schaltung mit: einem Versorgungseingang, der zum Bereitstellen eines hohen Sollausgangspegels konfiguriert ist; einem Signaleingang, der zum Führen eines Eingangssignals konfiguriert ist; einem Signalausgang, der zum Führen eines Ausgangssignals konfiguriert ist; und einem Pegelübersetzungsschaltkreis, der zum Erzeugen des Ausgangssignals durch Umsetzung des Eingangssignals zwischen einem niedrigen Sollausgangspegel und dem hohen Sollausgangspegel konfiguriert ist, wobei der Pegelübersetzungsschaltkreis aufweist: eine Amplitudensteuerschaltung, die mit dem Versorgungseingang und dem Signalausgang verbunden ist; eine Überspannungsschutzschaltung, die in Reihe mit der Amplitudensteuerschaltung liegt; und eine Schaltschaltung, die in Reihe mit der Überspannungsschutzschaltung liegt und mit dem Signaleingang verbunden ist.
Schaltung gemäß Anspruch 1, wobei: die Amplitudensteuerschaltung einen Amplitudensteuertransistor aufweist.
Schaltung gemäß Anspruch 1, wobei: die Überspannungsschutzschaltung einen in Kaskode geschalteten Transistor in Reihe mit der Amplitudensteuerschaltung und der Schaltschaltung aufweist.
Schaltung gemäß Anspruch 1, wobei: die Amplitudensteuerschaltung einen Amplitudensteuertransistor aufweist; der Amplitudensteuertransistor einen Gate-Anschluss aufweist; und wobei: der Gate-Anschluss mit einer Amplitudensteuerung-Gate-Spannung verbunden ist.
Schaltung gemäß Anspruch 4, zusätzlich mit: einer Rückkopplungsschleife, die zum Bereitstellen der Amplitudensteuerung-Gate-Spannung konfiguriert ist.
Schaltung gemäß Anspruch 5, wobei die Rückkopplungsschleife aufweist: einen Referenzspannungseingang; einen Rückkopplungsspannungseingang, der mit dem Signalausgang verbunden ist; und eine Spannungssteuerschaltung, die zum Erzeugen der Amplitudensteuerung-Gate-Spannung ansprechend auf den Referenzspannungseingang im Vergleich zu dem Rückkopplungsspannungseingang konfiguriert ist.
Schaltung gemäß Anspruch 1, zusätzlich mit: einer Stromanzapfschaltung, die mit der Überspannungsschutzschaltung verbunden ist.
Schaltung gemäß Anspruch 7, wobei die Stromanzapfschaltung zum Anzapfen von Strom von der Überspannungsschutzschaltung konfiguriert ist.
Schaltung gemäß Anspruch 7, wobei: die Überspannungsschutzschaltung einen in Kaskode geschalteten Transistor in Reihe mit der Amplitudensteuerschaltung und der Schaltschaltung aufweist.
Schaltung gemäß Anspruch 9, wobei die Stromanzapfschaltung zum Verhindern konfiguriert ist, dass der in Kaskode geschaltete Transistor vollständig abschaltet.
Schaltung gemäß Anspruch 10, wobei die Stromanzapfschaltung einen als Diode geschalteten Transistor aufweist.
Schaltung mit: einem Signaleingang, der zum Führen eines Eingangssignals konfiguriert ist, das durch einen nominalen hohen Pegel und einen nominalen niedrigen Pegel charakterisiert ist; einem Signalausgang, der zum Führen eines Ausgangssignals konfiguriert ist; einem Pegelübersetzungsschaltkreis, der mit dem Signaleingang und dem Signalausgang in Verbindung steht und zum Übersetzen des Eingangssignals in einen umgesetzten hohen Pegel und einen umgesetzten niedrigen Pegel in dem Ausgangssignal konfiguriert ist; und einer Spannungssteuerschaltung in dem Pegelübersetzungsschaltkreis, die zum Halten des umgesetzten niedrigen Pegels über einem vorausgewählten Spannungsreferenzwert konfiguriert ist.
Schaltung gemäß Anspruch 12, zusätzlich mit: einer Schaltschaltung, die mit dem Signaleingang verbunden ist; und einer Überspannungsschutzschaltung, die in Reihe mit der Schaltschaltung liegt.
Schaltung gemäß Anspruch 13, wobei: die Schaltschaltung durch eine Spannungsbelastungsvorschrift charakterisiert ist; und die Überspannungsschutzschaltung zum Halten einer Spannungsbelastung auf der Schaltschaltung, dass diese mit der Spannungsbelastungsvorschrift konform ist, konfiguriert ist.
Schaltung gemäß Anspruch 14, wobei die Spannungsbelastungsvorschrift eine Gate-Drain-Spannungsgrenze, eine Gate-Source-Spannungsgrenze oder beides aufweist.
Schaltung gemäß Anspruch 12, zusätzlich mit: einer Amplitudensteuerschaltung, die durch die Spannungssteuerschaltung geregelt wird.
Schaltung gemäß Anspruch 16, wobei die Amplitudensteuerschaltung einen Transistor mit einem durch die Spannungssteuerschaltung geregelten Gate-Anschluss aufweist.
Schaltung gemäß Anspruch 16, zusätzlich mit: einem Referenzspannungseingang; und einem Rückkopplungsspannungseingang, der mit dem Signalausgang verbunden ist; und wobei: die Spannungssteuerschaltung zum Erzeugen einer Amplitudensteuerung-Gate-Spannung ansprechend auf den Referenzspannungseingang im Vergleich zu dem Rückkopplungsspannungseingang konfiguriert ist.
Schaltung mit: einem Versorgungseingang; einem Signaleingang, der zum Führen eines Eingangssignals konfiguriert ist, das durch einen hohen Pegel einer ersten Konvention und einen niedrigen Pegel einer ersten Konvention charakterisiert ist; einem Signalausgang, der zum Führen eines Ausgangssignals konfiguriert ist; einem Pegelübersetzungsschaltkreis, der zum Übersetzung des Eingangssignals zwischen einem umgesetzten hohen Pegel und einem umgesetzten niedrigen Pegel, die mit einer zweiten Konvention kompatibel sind, in dem Ausgangssignal konfiguriert ist, wobei der Pegelübersetzungsschaltkreis aufweist: einen Amplitudensteuertransistor, der zwischen dem Versorgungseingang und dem Signalausgang verbunden ist; einen Überspannungsschutztransistor, der in Reihe mit dem Amplitudensteuertransistor liegt; und einen Schalttransistor, der in Reihe mit dem Überspannungsschutztransistor liegt, wobei der Schalttransistor mit dem Signaleingang verbunden ist; und einer Spannungssteuerschaltung, die zum Regeln des Amplitudensteuertransistors konfiguriert ist, um zu verhindern, dass der umgesetzte niedrige Pegel unter eine vorausgewählte Spannung fällt.
Schaltung gemäß Anspruch 19, wobei die Spannungssteuerschaltung aufweist: einen Referenzspannungseingang, der auf die vor ausgewählte Spannung eingestellt ist; einen Rückkopplungsspannungseingang, der mit dem Signalausgang verbunden ist; und einen Differenzverstärker, der mit dem Referenzspannungseingang und dem Rückkopplungsspannungseingang verbunden ist, wobei der Differenzverstärker zum Regeln des Amplitudensteuertransistors ansprechend auf eine Differenz zwischen dem Referenzspannungseingang und dem Rückkopplungsspannungseingang konfiguriert ist.