TWI535212B - 電壓轉換電路 - Google Patents

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TWI535212B TW103123421A TW103123421A TWI535212B TW I535212 B TWI535212 B TW I535212B TW 103123421 A TW103123421 A TW 103123421A TW 103123421 A TW103123421 A TW 103123421A TW I535212 B TWI535212 B TW I535212B
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Description

電壓轉換電路
本發明係有關於一種供應電壓高於電晶體操作電壓之電壓轉換電路，特別係有關於一種兼容多電壓輸出輸入的高速電壓轉換電路。
在半導體積體電路中，為了減少功率損耗，供應電壓值必須盡可能的降至最低。因此，促進了半導體積體電路中供應電壓值不斷的降低。另一方面，使用高供應電壓值之傳統積體電路依然使用，為達到此目的，必須在一相同的系統中準備好各種不同的供應電壓值以供系統切換使用。當連接具有不同供應電壓值之積體電路時，必須利用一電壓轉換電路轉換一訊號電壓。例如，在晶片中，由為0.9V之數位信號轉換至為1.2V至3.3V之輸出信號。
電壓轉換電路中最為人所熟知的就是互補金屬氧化物半導體電壓轉換電路(CMOS level shift circuit)，然而每個P型半導體以及N型半導體元件隨著製程的不同而具有不同程度的擊穿電壓。當連接至一積體電路時，該積體電路之供應電壓於兩個供應電壓值間切換，且其中一個供應電壓值高於每個P型半導體以及N型半導體元件之擊穿電壓，這對電壓轉換電路之設計而言是個很大的挑戰。
例如，在40nm或其他尺寸更大的半導體製程中，由0.9V轉換至3.3V的電壓轉換電路係為較容易實現，但是這樣的結構電晶體需要耐壓高於3.3V，而在28nm及更先進的製程中，電晶體最高的耐壓一般為2.4V左右。在此情況下，如果需要實現將0.9V之數位信號轉換至3.3V之輸出信號時，電晶體將因通常為3.3V之供應電壓而擊穿電晶體，而使得以往的電壓轉換電路無法適用。
所以，本領域需要一種新的電壓轉換電路以克服上述問題，實現壓差超過電晶體擊穿電壓之電壓轉換電路設計。
有鑑於此，本發明提出一種電壓轉換電路，接收供應電壓以及輸入信號以產生第一反相輸出信號、第一輸出信號、第二反相輸出信號以及第二輸出信號，電壓轉換電路包括：前級電壓轉換電路以及後級電壓轉換電路。前級電壓轉換電路，包括：第一電壓保護模組，耦接至供應電壓並提供內部轉換電壓；以及第一電壓轉換模組，耦接至第一電壓保護模組，接收輸入信號，根據內部轉換電壓將輸入信號轉換為前級輸出信號。後級電壓轉換電路，與前級電壓轉換電路相耦合，後級電壓轉換電路包括：第二電壓保護模組，產生第一反相輸出信號、第一輸出信號、第二反相輸出信號與第二輸出信號，其中前級電壓轉換電路以及後級電壓轉換電路具有複數電晶體，電晶體具有擊穿電壓，當供應電壓之電壓值大於擊穿電壓時，電壓轉換電路使得電晶體之壓差小於擊穿電壓，當供應電 壓之電壓值小於擊穿電壓時，電壓轉換電路不改變電壓幅度地輸出第一反相輸出信號、第一輸出信號、第二反相輸出信號與第二輸出信號。
本發明的電壓轉換電路能夠兼容高供應電壓以及低供應電壓之電路設計，並兼容多種輸出電壓之設計要求。當供應電壓之電壓直大於電晶體之擊穿電壓時，能夠保護電晶體的壓差小於擊穿電壓。當供應電壓節點的電壓值小於擊穿電壓時，該電壓轉換電路保持對輸出電壓不改必電壓幅度地輸出。因此，對後續電路的驅動能力增強，同時該電路之設計使數據傳輸速度提高。
100‧‧‧電壓轉換電路
110‧‧‧前級電壓轉換電路
111‧‧‧第一電壓保護模組
112‧‧‧第一電壓轉換模組
120‧‧‧邏輯模組
130‧‧‧後級電壓轉換電路
201‧‧‧N型電晶體
202‧‧‧P型電晶體
203‧‧‧第一反相器
204‧‧‧第一前級N型電晶體
205‧‧‧第二前級N型電晶體
206‧‧‧第一前級P型電晶體
207‧‧‧第二前級P型電晶體
208‧‧‧第三前級P型電晶體
209‧‧‧第四前級P型電晶體
301‧‧‧第二反相器
302‧‧‧第三反相器
303‧‧‧第一反及閘
304‧‧‧第二反及閘
401‧‧‧後級第一N型電晶體
402‧‧‧後級第二N型電晶體
403‧‧‧後級第三N型電晶體
404‧‧‧後級第四N型電晶體
405‧‧‧後級第一P型電晶體
406‧‧‧後級第二P型電晶體
407‧‧‧後級第三P型電晶體
408‧‧‧後級第四P型電晶體
409‧‧‧後級第五N型電晶體
410‧‧‧後級第六N型電晶體
AMD0‧‧‧前級輸出端
AMB0‧‧‧前級反相輸出端
ALD‧‧‧第一輸出端
ALB‧‧‧第一反相輸出端
AHD‧‧‧第二輸出端
AHB‧‧‧第二反相輸出端
N1‧‧‧前級第一節點
N2‧‧‧前級第二節點
P1‧‧‧後級第一節點
P2‧‧‧後級第二節點
SA‧‧‧輸入信號
SAB‧‧‧反相輸入信號
SAMD0‧‧‧前級輸出信號
SAMB0‧‧‧前級反相輸出信號
SAMD1‧‧‧邏輯輸出信號
SAMB1‧‧‧邏輯反相輸出信號
SAMD2‧‧‧第一邏輯信號
SAMB2‧‧‧第二邏輯信號
SALD‧‧‧第一輸出信號
SALB‧‧‧第一反相輸出信號
SAHD‧‧‧第二輸出信號
SAHB‧‧‧第二反相輸出信號
Vss‧‧‧接地端
VX‧‧‧內部轉換電壓
VPP‧‧‧供應電壓
VMIDN‧‧‧第一電壓轉換信號
VMIDP‧‧‧第二電壓轉換信號
VSELH‧‧‧電壓選擇信號
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電壓轉換電路之方塊圖；第2圖係顯示根據本發明之一實施例所述之前級電壓轉換電路110之電路圖；第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之邏輯模組120之電路圖；第4圖係顯示根據本發明之一實施例所述之後級電壓轉換電路130之電路圖。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特例舉一較佳實施例，並配合所附圖式，來作詳細說明如下： 以下將介紹係根據本發明所述之較佳實施例。必須要說明的是，本發明提供了許多可應用之發明概念，在此所揭露之特定實施例，僅是用於說明達成與運用本發明之特定方式，而不可用以侷限本發明之範圍。
第1圖係根據本發明之一實施例所述之電壓轉換電路之方塊圖。如第1圖所示，電壓轉換電路100包括前級電壓轉換電路110、邏輯模組120以及後級電壓轉換電路130。前級電壓轉換電路110包括第一電壓保護模組111以及第一電壓轉換模組112，第一電壓保護模組111接收供應電壓VPP並將其轉換成內部轉換電壓VX，施加內部轉換電壓VX至邏輯模組120。第一電壓轉換模組112接收輸入信號SA，並將輸入信號SA轉換成高邏輯位準，作為內部轉換電壓VX之前級輸出信號SAMD0輸出至邏輯模組120。
邏輯模組120接收前級電壓轉換電路110輸出之內部轉換電壓VX，並根據前級輸出信號SAMD0產生邏輯輸出信號SAMD1、邏輯反相輸出信號SAMB1、第一邏輯信號SAMD2以及一第二邏輯信號SAMB2，其中前級輸出信號SAMD0與邏輯輸出信號SAMD1相同，且邏輯反相輸出信號SAMB1與前級輸出信號SAMD0反相，其原因將在後文詳細描述。
後級電壓轉換電路130根據邏輯模組120所輸出之邏輯輸出信號SAMD1、邏輯反相輸出信號SAMB1、第一邏輯信號SAMD2以及一第二邏輯信號SAMB2，輸出第一輸出信號SALD、第一反相輸出信號SALB、第二輸出信號SAHD以及第二反相輸出信號SAHB。
第2圖係根據本發明之一實施例所述之前級電壓轉換電路110之電路圖。如第2圖所示，前級電壓轉換電路110包括第一電壓保護模組111以及第一電壓轉換模組112，第一電壓保護模組111包括N型電晶體201以及P型電晶體202。N型電晶體201之閘極接收第一電壓轉換信號VMIDN之控制而汲極連接至供應電壓VPP以及源極連接至內部轉換電壓VX，P型電晶體202之閘極接收電壓選擇信號VSELH之控制而源極連結至供應電壓VPP以及閘極連接至內部轉換電壓VX。
根據本發明之一實施例，供應電壓VPP係為1.8V或3.3V，如前所述，在28nm及共先進的製程中，電晶體之擊穿電壓為2.4V。當供應電壓VPP為3.3V時，第一電壓轉換信號VMIDN為1.65V(也就是，供應電壓VPP的一半)而電壓選擇信號VSELH為3.3V，使得N型電晶體201導通而P型電晶體202斷路。由於N型電晶體201之特性以及N型電晶體201之閘極電壓為供應電壓VPP的一半，使得內部轉換電壓VX為供應電壓VPP的一半減去N型電晶體201之臨限電壓。根據本發明之一實施例，N型電晶體201之臨限電壓為0.2V，而第一電壓轉換信號VMIDN為1.65V，因此內部轉換電壓VX係為1.45V。
當供應電壓VPP為1.8V時，第一電壓轉換信號VMIDN為1.8V而電壓選擇信號VSELH為0V，使得N型電晶體201導通且P型電晶體202導通。由於N型電晶體以及P型電晶體之特性，若僅導通N型電晶體201則使得內部轉換電壓VX僅為1.6V(N型電晶體201之臨限電壓為0.2V)，而P型電晶體202亦導通的話則使得內部轉換電壓VX可提升至供應電壓VPP之相同位準，即1.8V。
因此，第一電壓保護模組111保護前級電壓轉換電路110之所有電晶體元件所承受之電壓值因超過擊穿電壓而損毀，當供應電壓VPP較低時也能保有最快的操作速度。也就是，當供應電壓VPP為3.3V時，第一電壓保護模組111將內部轉換電壓VX限制為1.45V，當供應電壓VPP為1.8V時，第一電壓保護模組111也能讓供應電壓VPP通過而保有最快的操作速度，下文中將詳細描述這其中的原因。
如第2圖所示，與第一電壓保護模組111相連接的是第一電壓轉換模組112，第一電壓轉換模組112接收內部轉換電壓VX、輸入信號SA以及反相輸入信號SAB，輸出前級反相輸出信號SAMB0以及前級輸出信號SAMD0。第一電壓轉換模組112包括第一反相器203、第一前級N型電晶體204、第二前級N型電晶體205、第一前級P型電晶體206、第二前級P型電晶體207、第三前級P型電晶體208以及第四前級P型電晶體209。第一前級N型電晶體204的閘極接收輸入信號SA，源極耦接至接地端VSS，汲極耦接至前級反相輸出端AMB0並輸出前級反相輸出信號SAMB0。第二前級N型電晶體205的閘極接收反相輸入信號SAB，源極耦接至接地端VSS，汲極耦接至前級輸出端AMD0並輸出前級輸出信號SAMD0，其中反相輸入信號SAB係為經過第一反相器203處理之輸入信號SA之反相。第一前級P型電晶體206的閘極接收輸入信號SA，源極耦接至前級第一節點N1，汲極耦接至前級反相輸出端AMB0。第二前級P型電晶體207的閘極接收反相輸入信號SAB，源極耦接至前級第二節點N2，汲極耦接至前級輸出端AMD0。第三前級P型電晶體208的閘極耦接至前 級第二節點N2，源極耦接至內部轉換電壓VX，汲極耦接至前級第一節點N1。第四前級P型電晶體209的閘極耦接至前級第一節點N1，源極耦接至內部轉換電壓VX，汲極耦接至前級第二節點N2。
為了方便說明，根據本發明之一實施例，輸入信號SA以及反相輸入信號SAB之高邏輯位準以及低邏輯位準分別為0.9V以及0V，因此第一反相器203所使用之供應電壓亦為0.9V。根據本發明之另一實施例，第一電壓轉換模組112亦可直接接收輸入信號SA以及反相輸入信號SAB而不需使用第一反相器203。根據本發明之另一實施例，若第一電壓轉換模組112中忽略第一前級P型電晶體206以及第二前級P型電晶體207時，第一電壓轉換模組112之第一前級N型電晶體204、第二前級N型電晶體205、第三前級P型電晶體208以及第四前級P型電晶體209即可將輸入信號SA以及反相輸入信號SAB之電壓信號，轉換成電壓降低之前級反相輸出信號SAMB0以及前級輸出信號SAMD0，而完成電壓轉換電路之功能。但是這樣的一級電壓轉換電路卻造成第一前級N型電晶體204以及第二前級N型電晶體205之寬長比，即W/L，增大。第一前級P型電晶體206以及第二前級P型電晶體207之目的主要在於降低第一前級N型電晶體204以及第二前級N型電晶體205之寬長比，並且當於製程邊界(即，N型半導體慢，P型半導體快)或者溫度-40℃時，當輸入信號SA由低邏輯位準轉換至高邏輯位準(根據本發明之一實施例，即0V轉換至0.9V)時，由於此時N型半導體的驅動能力較P型半導體差，第一前級N型電晶體204以及第二前級N 型電晶體205必須無限制地放大才能將前級反相輸出信號SAMB0由高邏輯位準轉換至低邏輯位準(根據本發明之一實施例，例如當供應電壓VPP為3.3V時即為將前級反相輸出信號SAMB0自1.45V轉換至0V，當供應電壓VPP為1.8V時即為1.8V轉換至0V)。若加入第一前級P型電晶體206以及第二前級P型電晶體207後，當輸入信號SA由低邏輯位準轉換至高邏輯位準(0.9V)時，由於第一前級P型電晶體206之閘極電壓為0.9V而降低第一前級P型電晶體206和第三前級P型電晶體208之上拉能力，進而有助於克服極限製程邊界之不利影響。
第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之邏輯模組120之電路圖。邏輯模組120與前級電壓轉換電路110以及後級電壓轉換電路130相耦合，邏輯模組120接收來自前級電壓轉換電路110之前級反相輸出信號SAMB0以及內部轉換電壓VX並將產生的信號輸入至後級電壓轉換電路130中。如第三圖所示，內部轉換電壓VX施加至邏輯模組120，其中邏輯模組120包括第二反相器301、第三反相器302、第一反及閘303以及第二反及閘304。第二反相器301接收前級反相輸出信號SAMB0而產生邏輯輸出信號SAMD1，第三反相器302接收邏輯輸出信號SAMD1而產生邏輯反相輸出信號SAMB1，因此前級反相輸出信號SAMB0與邏輯反相輸出信號SAMB1相同。根據本發明之一實施例，由於前級電壓轉換電路110與後級電壓轉換電路130距離較遠，因此加入第二反相器301以及第三反相器302以避免前級反相輸出信號SAMB0以及前級輸出信號SAMD0因傳送距離過遠而造成信號失真。根據本發明之另一實施例，當前級電壓轉換電 路110與後級電壓轉換電路130相鄰近時，邏輯輸出信號SAMD1以及邏輯反相輸出信號SAMB1可分別由前級輸出信號SAMD0以及前級反相輸出信號SAMB0替代。
如第3圖所示，第一反及閘303接收邏輯輸出信號SAMD1以及第二電壓轉換信號VMIDP而輸出第一邏輯信號SAMD2，第二反及閘304接收邏輯反相輸出信號SAMB1以及第二電壓轉換信號VMIDP而輸出第二邏輯信號SAMB2。根據本發明之一實施例，當供應電壓VPP為3.3V時，內部轉換電壓VX係為1.45V且第二電壓轉換信號VMIDP係為1.65V；當供應電壓VPP為1.8V時，內部轉換電壓VX係為1.8V且第二電壓轉換信號VMIDP係為0V。因此，當供應電壓VPP為3.3V時，第一反及閘303以及第二反及閘304作為反相器使用，也就是第一邏輯信號SAMD2以及第二邏輯信號SAMB2分別為前級輸出信號SAMD0之同相以及反相信號；當供應電壓VPP為1.8V時，第一邏輯信號SAMD2以及第二邏輯信號SAMB2係為高邏輯位準(即1.45V)。
第4圖係顯示根據本發明之一實施例所述之後級電壓轉換電路130之電路圖。後級電壓轉換電路130與邏輯模組120相耦合，接收來自邏輯模組120之輸出信號，並產生本發明電壓轉換電路之最終輸出信號。如第4圖所示，後級電壓轉換電路130包括後級第一N型電晶體401、後級第二N型電晶體402、後級第三N型電晶體403、後級第四N型電晶體404、後級第一P型電晶體405、後級第二P型電晶體406、後級第三P型電晶體407、後級第四P型電晶體408、後級第五N型電晶體409以及後級第六N型電晶體410。
如第4圖所示，後級第一N型電晶體401，閘極接收邏輯單元120之邏輯輸出信號SAMD1(根據本發明之一實施例，邏輯輸出信號SAMD1可替代為前級輸出信號SAMD0)，源極耦接至接地端VSS，汲極耦接至第一反相輸出端ALB，且第一反相輸出端ALB輸出第一反相輸出信號SALB。後級第二N型電晶體402，閘極接收邏輯反相輸出信號SAMB1，根據本發明之一實施例，邏輯反相輸出信號SAMB1可替代前級反相輸出信號SAMB0作為後級電壓轉換電路130之輸出，源極耦接至接地端VSS，汲極耦接至第一輸出端ALD，且第一輸出端ALD輸出第一輸出信號SALD。後級第三N型電晶體403，閘極接收第一電壓轉換信號VMIDN，源極耦接至第一反相輸出端ALB，汲極耦接至後級第一節點P1。
後級第四N型電晶體404，閘極接收第一電壓轉換信號VMIDN，源極耦接至第一輸出端ALD，汲極耦接至後級第二節點P2。後級第一P型電晶體405，閘極接收第二電壓轉換信號VMIDP，源極耦接至第二反相輸出端AHB，且第二反相輸出端AHB輸出第一輸出信號SAHB，汲極耦接至後級第一節點P1。後級第二P型電晶體406，閘極接收第二電壓轉換信號VMIDP，源極耦接至第二輸出端AHD，且第二輸出端AHD輸出第一輸出信號SAHD，汲極耦接至後級第二節點P2。後級第三P型電晶體407，閘極耦接至第二輸出端AHD，源極耦接至供應電壓VPP，汲極耦接至第二反相輸出端AHB。後級第四P型電晶體408，閘極耦接至第二反相輸出端AHB，源極耦接至供應電壓VPP，汲極耦接至第二輸出端AHD。
後級第五N型電晶體409，閘極耦接至第二邏輯信號SAMB2，源極耦接至第一反相輸出端ALB，汲極耦接至第二反相輸出端AHB。後級第六N型電晶體410，閘極耦接至第一邏輯信號SAMD2，源極耦接至第一輸出端ALD，汲極耦接至第二輸出端AHD。
為方便詳細說明本發明，在此假設N型電晶體之臨限電壓與P型電晶體之臨限電壓的絕對值係皆為0.2V。根據本發明之一實施例，當供應電壓VPP係為3.3V時，第一電壓轉換信號VMIDN以及上述第二電壓轉換信號VMIDP為1.65V，使得第二反相輸出端AHB以及第二輸出端AHD之高邏輯位準為3.3V且低邏輯位準為1.65V加上P型電晶體之臨限電壓的絕對值(即1.85V)，而第一反相輸出端ALB以及第一輸出端ALD之高邏輯位準為1.65V減去N型電晶體之臨限電壓(即1.45V)且低邏輯位準為0V。儘管供應電壓VPP為3.3V超過所有電晶體之擊穿電壓2.4V，因為後級第三N型電晶體403、後級第四N型電晶體404、後級第一P型電晶體405、後級第二P型電晶體406、第一電壓轉換信號VMIDN以及上述第二電壓轉換信號VMIDP的緣故，所有電晶體接受到保護而使得所有電晶體之跨壓都未超過擊穿電壓而造成電晶體崩潰。
本發明之電壓轉換電路可以兼容多種供應電壓，上述之實施例為供應電壓高於電晶體擊穿電壓之情況，下面例舉供應電壓低於電晶體擊穿電壓之情況。當供應電壓VPP係為1.8V時，後級第五N型電晶體409以及後級第六N型電晶體410分別根據第二邏輯信號SAMB2以及第一邏輯信號SAMD2，將第一 反相輸出端ALB與第二反相輸出端AHB短路，以及將第一輸出端ALD與第二輸出端AHD短路，使得第一反相輸出端ALB、第一輸出端ALD、第二反相輸出端AHB以及第二輸出端AHD之高邏輯位準為1.8V且低邏輯位準為0V，由於沒有降低信號電壓，壓差得以保留，這樣在驅動後續電路中可能存在的電晶體時，該電路的驅動能力明顯提升。同時，將後級第三N型電晶體403、後級第四N型電晶體404、後級第一P型電晶體405以及後級第二P型電晶體406短路，因而電路中串接之電晶體數量減少，運算速度得到大幅提昇。
為了清楚說明本發明之電路操作，以下將綜合第1、2、3、4圖做更詳細的敘述。根據本發明之一實施例，供應電壓VPP係切換於1.8V以及3.3V，輸入信號SA之高邏輯位準為0.9V，N型電晶體以及P型電晶體之臨限電壓的絕對值皆為0.2V，所有電晶體之擊穿電壓皆為2.4V。以下對於本發明電路操作將據此作詳細描述。
當供應電壓VPP係為3.3V時，在第2圖之第一電壓保護模組111中之第一電壓轉換信號VMIDN為1.65V(供應電壓VPP之一半)且電壓選擇信號VSELH為3.3V，因而將內部轉換電壓VX限制為1.45V，也就是第一電壓轉換信號VMIDN減去N型電晶體之臨限電壓。也因此，第一電壓轉換模組112僅能將輸入信號SA之高邏輯位準(0.9V)轉換成高邏輯位準為1.45V之前級反相輸出信號SAMB0以及前級輸出信號SAMD0。第一電壓轉換模組112之第一前級P型電晶體206以及第二前級P型電晶體207主要目的在於減輕第一前級N型電晶體204以及第二前級N型電 晶體205之下拉能力不足之壓力，而使得第一前級N型電晶體204以及第二前級N型電晶體205寬長比(即W/L)不必無限制的增加。
同樣當供應電壓VPP係為3.3V時，第3圖之邏輯模組120使用內部轉換電壓VX(此時為1.45V)之電壓值，並將第一邏輯信號SAMD2以及第二邏輯信號SAMB2分別成為前級輸出信號SAMD0之同相以及反相信號，其中第二反相器301以及第三反相器302用於維持前級輸出信號SAMD0以及前級反相輸出信號SAMB0之信號於傳輸的過程中不受破壞。
緊接著，第一邏輯信號SAMD2、第二邏輯信號SAMB2、邏輯輸出信號SAMD1以及邏輯反相輸出信號SAMB1傳送至第4圖之後級電壓轉換電路130(供應電壓VPP亦為3.3V)，第一電壓轉換信號VMIDN係為1.65V，用以限制第一反相輸出端ALB以及第一輸出端ALD之電壓值小於或等於1.45V(也就是第一電壓轉換信號VMIDN減去後級第三N型電晶體403或後級第二P型電晶體406之臨限電壓)，而第二電壓轉換信號VMIDP亦為1.65V，用以限制第二反相輸出端AHB以及第二輸出端AHD之電壓值大於或等於1.85V(也就是第二電壓轉換信號VMIDP加上後級第一P型電晶體405或後級第二P型電晶體406之臨限電壓的絕對值)。
當供應電壓VPP係為1.8V時，第2圖之電壓選擇信號VSELH為0V，使得內部轉換電壓VX為1.8V，因此第一電壓轉換模組112將輸入信號SA之高邏輯位準，例如0.9V，轉換成高邏輯位準為1.8V之前級反相輸出信號SAMB0以及前級輸出信號 SAMD0。此時，第3圖之邏輯模組120根據為0V之第二電壓轉換信號VMIDP而輸出皆為高邏輯位準(1.8V)之第一邏輯信號SAMD2以及第二邏輯信號SAMB2，用以導通第4圖之後級第五N型電晶體409以及後級第六N型電晶體410。
由於第4圖中四個電晶體串接於供應電壓VPP至接地端Vss之間，因此當供應電壓VPP較低時速度較慢，無法適用於較高傳輸速率之應用。因此導通後級第五N型電晶體409以及後級第六N型電晶體410已降低電晶體串接個數，即後級第三N型電晶體403、後級第四N型電晶體404、後級第一P型電晶體405以及後級第二P型電晶體406短路，因而電路中串接之電晶體數量減少，運算速度得到大幅提昇。並且在不會擊穿電晶體的情況下增大第一輸出信號SALD、第一反相輸出信號SALB、第二輸出信號SAHD以及第二反相輸出信號SAHB之電壓幅度全幅保留且沒有被降低，即，高邏輯位準為1.8V，低邏輯位準為0V，而增加電壓轉換電路對可能存在的後續電路中電晶體之驅動能力。
對應不同供應電壓VPP時，本發明之各個重要信號之電壓值之對應表詳列於表1，以期更詳細敘述本發明。
以上敘述許多實施例的特徵，使所屬技術領域中具有通常知識者能夠清楚理解本說明書的形態。所屬技術領域中具有通常知識者能夠理解其可利用本發明揭示內容為基礎以設計或更動其他製程及結構而完成相同於上述實施例的目的及/或達到相同於上述實施例的優點。所屬技術領域中具有通常知識者亦能夠理解不脫離本發明之精神和範圍的等效構造可在不脫離本發明之精神和範圍內作任意之更動、替代與潤飾。
100‧‧‧電壓轉換電路
110‧‧‧前級電壓轉換電路
111‧‧‧第一電壓保護模組
112‧‧‧第一電壓轉換模組
120‧‧‧邏輯模組
130‧‧‧後級電壓轉換電路
SA‧‧‧輸入信號
SAMD0‧‧‧前級輸出信號
SAMD1‧‧‧邏輯輸出信號
SAMB1‧‧‧邏輯反相輸出信號
SAMD2‧‧‧第一邏輯信號
SAMB2‧‧‧第二邏輯信號
SALD‧‧‧第一輸出信號
SALB‧‧‧第一反相輸出信號
SAHD‧‧‧第二輸出信號
SAHB‧‧‧第二反相輸出信號
VX‧‧‧內部轉換電壓
VPP‧‧‧供應電壓

Claims (9)

  1. 一種電壓轉換電路，接收一供應電壓以及一輸入信號以產生一第一反相輸出信號、一第一輸出信號、一第二反相輸出信號以及一第二輸出信號，上述電壓轉換電路包括：一前級電壓轉換電路，包括：一第一電壓保護模組，耦接至上述供應電壓並提供一內部轉換電壓；以及一第一電壓轉換模組，耦接至上述第一電壓保護模組，接收上述輸入信號，根據上述內部轉換電壓將上述輸入信號轉換為一前級輸出信號；以及一後級電壓轉換電路，與上述前級電壓轉換電路相耦合，上述後級電壓轉換電路包括：一第二電壓保護模組，產生一第一反相輸出信號、一第一輸出信號、一第二反相輸出信號與一第二輸出信號；一N型輸入對，包括複數第一N型電晶體，上述第一N型電晶體之源極耦接至一接地端，上述第一N型電晶體之閘極分別接收上述前級輸出信號以及上述前級輸出信號之反相信號，上述第一N型電晶體之汲極分別耦接至上述第一反相輸出信號以及上述第一輸出信號；以及一P型交叉耦合對，包括複數第一P型電晶體，上述第一P型電晶體之源極耦接至上述供應電壓，上述第一P型電晶體之汲極分別耦接至上述第二反相輸出信號以及上述第二輸出信號，其中上述前級電壓轉換電路以及上述後級電壓轉換電路具 有複數電晶體，上述電晶體具有擊穿電壓，當上述供應電壓之電壓值大於上述擊穿電壓時，上述電壓轉換電路使得上述電晶體之壓差小於上述擊穿電壓，當上述供應電壓之電壓值小於上述擊穿電壓時，上述電壓轉換電路不改變電壓幅度地輸出上述第一反相輸出信號、上述第一輸出信號、上述第二反相輸出信號與上述第二輸出信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電壓轉換電路，其中上述第二電壓保護模組更包括：一第一N型電晶體對，包括複數第二N型電晶體，上述第二N型電晶體之源極分別耦接至上述第一反相輸出信號以及上述第一輸出信號，上述第二N型電晶體之閘極耦接至一第一電壓轉換信號；一第一P型電晶體對，包括複數第二P型電晶體，上述第二P型電晶體之源極分別耦接至上述第二反相輸出信號以及上述第二輸出信號，上述第二P型電晶體之閘極耦接至一第二電壓轉換信號，上述第二P型電晶體之汲極分別耦接至上述第二N型電晶體之汲極；一第三N型電晶體，源極耦接至上述第一反相輸出信號，汲極耦接至上述第二反相輸出信號，閘極接收上述第二邏輯信號；以及一第四N型電晶體，源極耦接至上述第一輸出信號，汲極耦接至上述第二輸出信號，閘極接收上述第一邏輯信號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電壓轉換電路，其中當上述供應電壓為一第一供應電壓時，上述第二電壓轉換信號之電 壓值為上述第一供應電壓之一半，當上述供應電壓節點提供一第二供應電壓時，上述第二電壓轉換信號之電壓值為接地位準。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之電壓轉換電路，其中當上述供應電壓為一第一供應電壓時，上述第一電壓轉換信號以及上述第二電壓轉換信號之電壓值約為上述第一供應電壓之一半，當上述供應電壓為一第二供應電壓時，上述第三N型電晶體以及上述第四N型電晶體分別根據上述第二邏輯信號以及上述第一邏輯信號，將上述第一N型電晶體對以及第一P型電晶體對短路，使得上述第二反相輸出信號以及上述第二輸出信號之電壓差為上述第二供應電壓，其中上述第一供應電壓大於上述擊穿電壓，上述第二供應電壓小於上述擊穿電壓。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電壓轉換電路，其中當上述供應電壓為上述第一供應電壓時，上述第二輸出信號以及上述第二反相輸出信號之電壓變化範圍為上述第一供應電壓以及上述第一供應電壓之一半之間，上述第一輸出信號以及上述第一反相輸出信號之電壓變化範圍約為上述第一供應電壓之一半以及接地位準之間。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之電壓轉換電路，其中上述第一電壓保護模組包括：一第五N型電晶體，源極耦接至上述內部轉換電壓，汲極耦接至上述供應電壓，閘極接收上述第一電壓轉換信號；以 及一第三P型電晶體，源極耦接至上述供應電壓，汲極耦接至上述內部轉換電壓，閘極接收一電壓選擇信號，其中當上述供應電壓為上述第一供應電壓時，上述第一電壓轉換信號之電壓值為上述第一供應電壓之一半，上述電壓選擇信號為上述第一供應電壓，當上述供應電壓為上述第二供應電壓時，上述第一電壓轉換信號為上述第二供應電壓，上述電壓選擇信號為接地位準。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電壓轉換電路，其中上述第一電壓轉換模組包括：一第六N型電晶體，閘極接收上述輸入信號，源極耦接至上述接地端，汲極耦接至上述前級輸出信號之反相信號；一第七N型電晶體，閘極接收上述輸入信號之反相信號，源極耦接至上述接地端，汲極耦接至上述前級輸出信號；一第四P型電晶體，閘極接收上述輸入信號，源極耦接至一第一節點，汲極耦接至上述前級輸出信號之反相信號；一第五P型電晶體，閘極接收上述輸入信號之反相信號，源極耦接至一第二節點，汲極耦接至上述前級輸出信號；一第六P型電晶體，閘極耦接至上述第二節點，源極施加上述內部轉換電壓，汲極耦接至上述第一節點；以及一第七P型電晶體，閘極耦接至上述第一節點，源極施加上述內部轉換電壓，汲極耦接至上述第二節點。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之電壓轉換電路，更包括： 一邏輯模組，耦接至上述前級電壓轉換電路以及上述後級電壓轉換電路，上述邏輯模組耦接至上述內部轉換電壓以及上述前級輸出信號，並根據上述前級輸出信號，產生一第一邏輯信號以及一第二邏輯信號，上述第一邏輯信號以及上述第二邏輯信號耦接至上述第二電壓保護模組。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電壓轉換電路，其中當上述供應電壓為上述第一供應電壓時，上述邏輯模組所產生之上述第一邏輯信號係為上述前級輸出信號，上述邏輯模組所產生之上述第二邏輯信號係為上述前級反相輸出信號；以及當上述供應電壓為上述第二供應電壓時，上述邏輯模組所產生之上述第一邏輯信號以及上述第二邏輯信號係為上述第二供應電壓。
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