DE102014214820B4 - Hochgeschwindigkeitspegelumsetzer mit amplitudenregelschleife - Google Patents
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Abstract
einem Versorgungseingang (402), der zum Bereitstellen eines hohen Sollausgangspegels konfiguriert ist;
einem Signaleingang (404), der zum Führen eines Eingangssignals konfiguriert ist;
einem Signalausgang (408), der zum Führen eines Ausgangssignals konfiguriert ist; und
einem Pegelübersetzungsschaltkreis (412), der zum Erzeugen des Ausgangssignals durch Umsetzung des Eingangssignals zwischen einem niedrigen Sollausgangspegel und dem hohen Sollausgangspegel konfiguriert ist, wobei der Pegelübersetzungsschaltkreis (412) aufweist:
eine Amplitudensteuerschaltung (414), die mit dem Versorgungseingang (402) und dem Signalausgang (408) verbunden ist;
eine Überspannungsschutzschaltung (416), die in Reihe mit der Amplitudensteuerschaltung (414) liegt; und
eine Schaltschaltung (418), die in Reihe mit der Überspannungsschutzschaltung (416) liegt und mit dem Signaleingang (404) verbunden ist;
wobei die Schaltung ferner eine Stromanzapfschaltung (426) aufweist, die mit der Überspannungsschutzschaltung (416) verbunden ist und zum Anzapfen von Strom von der Überspannungsschutzschaltung (416) konfiguriert ist.
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-Waridlern.
- Hintergrund
- Schnelle Fortschritte in Elektronik und Nachrichtentechnik, die durch immense Kundenanforderungen angetrieben sind, haben zu der weltweiten Einführung von technisch ausgefeilten elektronischen 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.
- Figurenliste
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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
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1 zeigt ein Beispiel 100 von Pegelumsetzern102 , 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 Domäne104 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 Domäne106 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 Bitströme110 . Ein Serialisierer bzw. Parallel-Seriell-Wandler112 wandelt parallele Bitströme in serielle Bitströme, die dann an den Digital-Analog-Wandler (DAC)114 bereitgestellt werden. Zunächst übersetzen jedoch die Pegelumsetzer102 die logischen Pegel von der ersten Domäne104 in die zweite Domäne106 , z.B. von CMOS auf CML. Der DAC114 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 Domäne104 verwendet wird (z.B. 1,0 V). Die höhere Energieversorgung kann die Umsetzung in Pegeln von der ersten Domäne104 in die zweite Domäne106 erfordern. - Die Pegelumsetzer
102 übersetzen den Spannungspegel der digitalen Datensignale auf einen Pegel, der für den DAC114 geeignet ist. In diesem Fall übersetzen die Pegelumsetzer102 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 Pegelumsetzer102 Datensignale, Steuersignale oder beliebige andere Signale, die gewünscht sind (z.B. Adresssignale), zur Kopplung zwischen beliebigen Typen von logischen Konventionen übersetzen. Außerdem führen die Pegelumsetzer102 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 DAC114 . Die Pegelumsetzer können mit einer Spannungsamplitudensteuerung arbeiten, die durch eine Rückkopplungsschleife116 vollzogen wird, die einen konformen Betrieb über Veränderungen in Prozess, Spannung und Temperatur (PVT: „Process, Voltage and Temperature“) hinweg aufrechterhält. -
2 zeigt einen herkömmlichen Pegelumsetzer200 , und3 zeigt einen herkömmlichen Pegelumsetzer300 . Der Pegelumsetzer200 verwendet Dickoxidtransistoren202 ,204 ,206 und208 , um Überbelastungsbedingungen zu erfüllen.
Die Dickoxidtransistoren können den Betrieb des Pegelumsetzers200 verlangsamen. Es kann für den Pegelumsetzer200 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 Pegelumsetzer300 wird eine Verwendung von Dünnoxidtransistoren302 und304 zu einer Verletzung von Spannungsüberbelastungsbedingungen führen, was zu einer Zerstörung der Dünnoxidtransistoren302 und304 im Betrieb führt. -
4 zeigt ein Beispiel eines Pegelumsetzers400 . Der Pegelumsetzer400 unterstützt einen Betrieb mit extrem hoher Geschwindigkeit, z.B. einen 16GB/S-Betrieb. Wie es nachstehend erläutert wird, umfasst der Pegelumsetzer400 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 Pegelumsetzer400 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 Pegelumsetzer400 umfasst einen Versorgungseingang402 , der einen hohen Sollausgangspegel (z.B. 1,5 V) bereitstellt. Ein Signaleingang404 ,406 führt das differentielle Eingangssignal In und In_bar. Ein Differenzsignalausgang408 ,410 führt ein differentielles Ausgangssignal Out und Out_bar. - Gemäß
4 ist ein Pegelübersetzungsschaltkreis412 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 Pegelumsetzer400 umfasst auch ein Pegelübersetzungsschaltkreis413 für die Komplementärseite des Pegelumsetzers400 . Der Pegelübersetzungsschaltkreis413 kann in der gleichen Art und Weise implementiert sein, wie es nachstehend für den Pegelübersetzungsschaltkreis412 beschrieben ist. Zum Beispiel kann der Pegelübersetzungsschaltkreis412 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 Amplitudensteuerschaltung414 , die mit dem Versorgungseingang402 und dem Signalausgang408 verbunden ist. Der Pegelübersetzungsschaltkreis412 umfasst auch eine Überspannungsschutzschaltung416 in Reihe mit der Amplitudensteuerschaltung414 . Zusätzlich ist eine Schaltschaltung418 in Reihe mit der Überspannungsschutzschaltung416 vorhanden und mit dem Signaleingang404 verbunden. - In dem in
1 gezeigtem Beispiel umfasst die Amplitudensteuerschaltung414 einen PMOS-Amplitudensteuertransistor412 . Die Überspannungsschutzschaltung416 weist einen in Kaskode geschalteten Transistor422 in Reihe mit der Amplitudensteuerschaltung414 und der Schaltschaltung418 auf. Die Schaltschaltung418 umfasst einen NMOS-Schalttransistor424 , der auf das Eingangssignal anspricht, um ein Ant-/Treiben des Ausgangssignals in Richtung seines gewünschten Zustands zu ermöglichen, in Verbindung mit den kreuzweise gekoppelten Ausgangsrückkopplungsschalttransistoren430 und432 . 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 Schaltschaltung418 mit Spannungsbelastungsvorschriften konform zu halten. Zum Beispiel kann der in Kaskode geschaltete Transistor422 gewährleisten, dass eine Spannung an Punkt434 unter ungefähr 1,0 V bleibt und daher Vgd und Vgs des Schalttransistors 424 < 1,05 V bleiben. Der in Kaskode geschaltete Transistor422 verhindert, dass die Spannung an Punkt434 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 Schalttransistor424 auf 1,0 V oder weniger begrenzt wird. Die Überspannungsschutzschaltung416 verhindert, dass der Schalttransistor424 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 Schalttransistor424 von der höheren Versorgungs- bzw. Betriebsspannung, insbesondere dann, wenn der Gate-Anschluss des Schalttransistors424 auf 0 V liegt. - Um die Betriebsgeschwindigkeit weiter zu erhöhen, kann der Pegelübersetzungsschaltkreis
412 ,413 ferner eine Stromanzapfschaltung bzw. eine Stromentnahme-/Spannungsteilerschaltung426 umfassen, die mit der Überspannungsschutzschaltung416 verbunden ist. Die Stromanzapfschaltung426 ist konfiguriert, Strom von der Überspannungsschutzschaltung416 abfließen zulassen, um dabei zu helfen, einen schnellen Betrieb der Überspannungsschutzschaltung416 zu gewährleisten. In einer Implementierung verhindert die Stromanzapfschaltung426 , dass der in Kaskode geschalteten Transistor422 vollständig abschaltet, indem ermöglicht wird, dass ein Strom durch den in Kaskode geschalteten Transistor422 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 Transistor428 implementiert. Der als Diode geschaltete Transistor428 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 Transistor428 eine lange Kanallänge und eine schmale Breite aufweisen. Als ein besonderes Beispiel kann der als Diode geschaltete Transistor428 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 Transistor422 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 Amplitudensteuertransistors420 regelt. Insbesondere wird die Spannung an dem Gate-Anschluss durch eine Rückkopplungsschleife gesteuert, die eine Spannungssteuerschaltung umfasst. Die Rückkopplungsschleife wird nachstehend mit Bezug auf5 ausführlich beschrieben. -
5 zeigt eine beispielhafte Implementierung einer Rückkopplungsschleife500 für eine Amplitudensteuerung. Die Rückkopplungsschleife500 umfasst einen Referenzspannungseingang502 und einen mit dem Signalausgang514 verbundenen Rückkopplungsspannungseingang504 . Der Referenzspannungseingang502 kann aus einer beliebigen Spannungsversorgung, wie etwa der 1,5 V-Systemsspannungsversorgung, abgeleitet werden. Die Rückkopplungsschleife500 umfasst ferner eine Spannungssteuerschaltung506 , die auf den Referenzspannungseingang502 im Vergleich zu dem Rückkopplungsspannungseingang504 anspricht. In dem Beispiel von5 ist die Spannungssteuerschaltung als Differenzverstärker implementiert, im Speziellen als Operationsverstärker508 , der die Amplitudensteuerung-Gate-Spannung510 erzeugt. Die Amplitudensteuerung-Gate-Spannung510 treibt/steuert den Gate-Anschluss von jedem Amplitudensteuertransistor420 an. - Es ist zu beachten, dass eine Abgleichpegelumsetzerstruktur
512 den Signalausgang514 bereitstellt. Die Abgleichpegelumsetzerstruktur512 stellt eine Referenzstruktur für die einzelnen Pegelumsetzer (z.B. Instanzen des Pegelumsetzers400 ) bereit, die in der Schaltung arbeiten. In einer Hinsicht kann erwartet werden, dass die Abgleichpegelumsetzerstruktur512 über Prozess, Spannung, Temperatur (PVT) und andere Variablen hinweg in der gleichen Art und Weise variiert wie die Transistoren in den einzelnen Pegelumsetzern. Die Abgleichpegelumsetzerstruktur512 kann mit statischen Eingängen (z.B. In = 0 V, In_bar = 1 V) an-/getrieben werden, so dass der Signalausgang514 eine feste Referenzspannung für den Rückkopplungsspannungseingang504 bereitstellt. - Erneut Bezug nehmend auf
4 ist zu beachten, dass das Verhältnis des Widerstands des Pull-Up-Widerstands436 und des Ein-Widerstands des Schalttransistors424 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 Rückkopplungsschleife500 den niedrigen Ausgang auf 0,5 V oder mehr. Zu diesem Zweck treibt/steuert die Spannungssteuerschaltung506 den Amplitudensteuertransistor420 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 Schalttransistor424 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-Widerstand436 stellt einen Weg niedriger Kapazitanz für den Ausgang des Pegelumsetzers bereit, um schnell auf den hohen Ausgangspegel von 1,5 V überzugehen. Die zwei PFETs420 und430 tragen auch zu dem Hochziehen bei, obgleich die Impedanz des Pull-Up-Widerstands436 typischerweise viel kleiner ist als diejenige der PFETs. Beim An-/Treiben auf den niedrigen Ausgang, z.B. 0,5 V, ist der Schalttransistor424 ein, und stellt er einen Widerstand von ungefähr 1/3 von demjenigen des Pull-Up-Widerstands436 dar. Zum Beispiel kann der Pull-Up-Widerstand436 ein 1K 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-Widerstands436 erhöht werden (was zu einer niedrigeren Stromdissipation führt). - Zurückkehrend zu
5 ist der Referenzspannungseingang502 auf 0,5 V eingestellt. Dementsprechend versucht die Spannungssteuerschaltung506 , den Signalausgang auf nicht weniger als 0,5 V zu halten, indem sie die Amplitudensteuertransistoren420 so regelt, dass die Ausgangspannung nicht unter 0,5 V fällt. Somit hält die Spannungssteuerschaltung506 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 Spannungssteuerschaltung506 weiterhin aktiv ist, wenn der Pegelübersetzungsschaltkreis412 einen hohen Ausgangspegel von 1,5 V an-/treibt. Wenn der Schalttransistor424 aus ist, treiben jedoch der Pull-Up-Widerstand436 und der kreuzweise gekoppelte Rückkopplungsschaltransistor430 bereits den Signalausgang408 auf 1,5 V, und zwar ungeachtet des Betriebs der Spannungssteuerschaltung506 . Der kreuzweise gekoppelte Rückkopplungsschaltransistor430 ist aus, wenn der Pegelübersetzungsschaltkreis412 einen niedrigen Pegelausgang, eine logische „0“, treibt und in dem Fall, in dem der Amplitudensteuertransistor420 unter der Steuerung der Rückkopplungsschleife500 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 (14)
- Schaltung mit: einem Versorgungseingang (402), der zum Bereitstellen eines hohen Sollausgangspegels konfiguriert ist; einem Signaleingang (404), der zum Führen eines Eingangssignals konfiguriert ist; einem Signalausgang (408), der zum Führen eines Ausgangssignals konfiguriert ist; und einem Pegelübersetzungsschaltkreis (412), der zum Erzeugen des Ausgangssignals durch Umsetzung des Eingangssignals zwischen einem niedrigen Sollausgangspegel und dem hohen Sollausgangspegel konfiguriert ist, wobei der Pegelübersetzungsschaltkreis (412) aufweist: eine Amplitudensteuerschaltung (414), die mit dem Versorgungseingang (402) und dem Signalausgang (408) verbunden ist; eine Überspannungsschutzschaltung (416), die in Reihe mit der Amplitudensteuerschaltung (414) liegt; und eine Schaltschaltung (418), die in Reihe mit der Überspannungsschutzschaltung (416) liegt und mit dem Signaleingang (404) verbunden ist; wobei die Schaltung ferner eine Stromanzapfschaltung (426) aufweist, die mit der Überspannungsschutzschaltung (416) verbunden ist und zum Anzapfen von Strom von der Überspannungsschutzschaltung (416) konfiguriert ist.
- Schaltung gemäß
Anspruch 1 , wobei: die Amplitudensteuerschaltung (414) einen Amplitudensteuertransistor (420) aufweist. - Schaltung gemäß
Anspruch 1 , wobei: die Überspannungsschutzschaltung (416) einen Transistor (422) aufweist, der in Kaskode mit einem weiteren Transistor (424) geschaltet ist und in Reihe mit der Amplitudensteuerschaltung (414) und der Schaltschaltung (418) geschaltet ist. - Schaltung gemäß
Anspruch 1 , wobei: die Amplitudensteuerschaltung (414) einen Amplitudensteuertransistor (420) aufweist; der Amplitudensteuertransistor (420) einen Gate-Anschluss aufweist; und wobei: der Gate-Anschluss mit einer Amplitudensteuerung-Gate-Spannung verbunden ist. - Schaltung gemäß
Anspruch 4 , zusätzlich mit: einer Rückkopplungsschleife (500), die zum Bereitstellen der Amplitudensteuerung-Gate-Spannung konfiguriert ist. - Schaltung gemäß
Anspruch 5 , wobei die Rückkopplungsschleife (500) aufweist: einen Referenzspannungseingang (502); einen Rückkopplungsspannungseingang (504), der mit dem Signalausgang (408) verbunden ist; und eine Spannungssteuerschaltung (506), die zum Erzeugen der Amplitudensteuerung-Gate-Spannung ansprechend auf den Referenzspannungseingang (502) im Vergleich zu dem Rückkopplungsspannungseingang (504) konfiguriert ist. - Schaltung gemäß
Anspruch 1 , wobei: die Überspannungsschutzschaltung (416) einen Transistor (422) aufweist, der in Kaskode mit einem weiteren Transistor (424) geschaltet ist und in Reihe mit der Amplitudensteuerschaltung (414) und der Schaltschaltung (418) geschaltet ist. - Schaltung gemäß
Anspruch 7 , wobei die Stromanzapfschaltung (426) zum Verhindern konfiguriert ist, dass der mit einem weiteren Transistor (424) in Kaskode geschaltete Transistor (422) vollständig abschaltet. - Schaltung gemäß
Anspruch 8 , wobei die Stromanzapfschaltung (426) einen als Diode geschalteten Transistor (428) aufweist. - Schaltung mit: einem Signaleingang (404), der zum Führen eines Eingangssignals konfiguriert ist, das durch einen hohen Pegel oder einen niedrigen Pegel charakterisiert ist; einem Signalausgang (408), der zum Führen eines Ausgangssignals konfiguriert ist; einem Pegelübersetzungsschaltkreis (412), der mit dem Signaleingang (404) und dem Signalausgang (408) in Verbindung steht und zum Übersetzen des Eingangssignals in einen umgesetzten hohen Pegel und einen umgesetzten niedrigen Pegel in dem Ausgangssignal konfiguriert ist; einer Spannungssteuerschaltung (506) in dem Pegelübersetzungsschaltkreis (412), die zum Halten des umgesetzten niedrigen Pegels über einem vorausgewählten Spannungsreferenzwert konfiguriert ist; einer Schaltschaltung (418), die mit dem Signaleingang (404) verbunden ist; einer Überspannungsschutzschaltung (416), die in Reihe mit der Schaltschaltung (418) liegt; und einer Stromanzapfschaltung (426), die mit der Überspannungsschutzschaltung (416) verbunden ist und zum Anzapfen von Strom von der Überspannungsschutzschaltung (416) konfiguriert ist.
- Schaltung gemäß
Anspruch 10 , wobei: die Schaltschaltung (418) durch eine Spannungsbelastungsvorschrift charakterisiert ist; und die Überspannungsschutzschaltung (416) zum Halten einer Spannungsbelastung auf der Schaltschaltung (418), dass diese mit der Spannungsbelastungsvorschrift konform ist, konfiguriert ist. - Schaltung gemäß
Anspruch 11 , wobei die Spannungsbelastungsvorschrift eine Gate-Drain-Spannungsgrenze, eine Gate-Source-Spannungsgrenze oder beides aufweist. - Schaltung mit: einem Versorgungseingang (402); einem Signaleingang (404), der zum Führen eines Eingangssignals konfiguriert ist, das durch einen hohen Pegel oder einen niedrigen Pegel charakterisiert ist; einem Signalausgang (408), der zum Führen eines Ausgangssignals konfiguriert ist; einem Pegelübersetzungsschaltkreis (412), der zum Übersetzen des Eingangssignals zwischen einem umgesetzten hohen Pegel und einem umgesetzten niedrigen Pegel in dem Ausgangssignal konfiguriert ist, wobei der Pegelübersetzungsschaltkreis (412) aufweist: einen Amplitudensteuertransistor (420), der zwischen dem Versorgungseingang (402) und dem Signalausgang (408) verbunden ist; eine Überspannungsschutzschaltung (416), die in Reihe mit dem Amplitudensteuertransistor (420) liegt; und einen Schalttransistor (424), der in Reihe mit der Überspannungsschutzschaltung (416) liegt, wobei der Schalttransistor (424) mit dem Signaleingang (404) verbunden ist; und einer Spannungssteuerschaltung (506), die zum Regeln des Amplitudensteuertransistors (420) konfiguriert ist, um zu verhindern, dass der umgesetzte niedrige Pegel unter eine vorausgewählte Spannung fällt; wobei die Schaltung ferner eine Stromanzapfschaltung (426) aufweist, die mit der Überspannungsschutzschaltung (416) verbunden ist und zum Anzapfen von Strom von der Überspannungsschutzschaltung (416) konfiguriert ist.
- Schaltung gemäß
Anspruch 13 , wobei die Spannungssteuerschaltung (506) aufweist: einen Referenzspannungseingang, der auf die vor ausgewählte Spannung eingestellt ist; einen Rückkopplungsspannungseingang, der mit dem Signalausgang (408) verbunden ist; und einen Differenzverstärker, der mit dem Referenzspannungseingang und dem Rückkopplungsspannungseingang verbunden ist, wobei der Differenzverstärker zum Regeln des Amplitudensteuertransistors (420) ansprechend auf eine Differenz zwischen dem Referenzspannungseingang und dem Rückkopplungsspannungseingang konfiguriert ist.
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