一种消除上电不定态的有源电平转换电路制造技术

本实用新型专利技术提供了一种消除上电不定态的有源电平转换电路，所述有源电平转换电路包括反向有源放大器电路、反馈放大管、输出反相器和耦合电容，其中，有源电平转换电路工作时，高压域VCC上电，反向有源放大电路输出电压信号VG，耦合电容迫使电压信号VG跟随高电压VCC上升，赋予电压初态，反馈放大管将上升的电压信号VG反相放大为0V，反向有源放大器电路和反馈放大管整体构成正反馈电路，迫使电压信号VG锁定输出高电压VCC,输出反相器将电压信号VG反相放大为0V。本实用新型专利技术采用有源电平转换的电路结构很好地消除了上电不定态，很好地规避上述应用场景中存在的低电压VDD反复上下电问题。

【技术实现步骤摘要】
一种消除上电不定态的有源电平转换电路
本技术涉及集成电路设计
，尤其涉及一种消除上电不定态的有源电平转换电路。
技术介绍
随着集成电路规模的不断扩大，通常在芯片内部存在着多个电源域以适应不同的功能模块。当不同电源域之间存在逻辑交互时，由于电源电压的不一致会发生逻辑错误。比如1.2V模块向5V模块传输逻辑“1”时为1.2V，但5V域的逻辑电路在阈值为2.5V情况下，会将接收到1.2V判决为“0”，这样就产生了逻辑控制上的错误。而电平转换电路（levelShifter，LS）则可以在各个电源之间完成电平的转换的功能，保证逻辑传输的正确性。如图1所示，为现有的电平转换电路结构图之一。该电平转换电路完成了低压VDD=1.2V电源到高压VCC=5V电源的转换功能。图1中Din为低压VDD域输出控制信号，Dout为经过电平转换电路后的高压VCC域控制信号。低压器件MPL0、MPN0及MPL1、MNL1分别构成了低压VDD域下两对反相器，完了对输入数字信号Din的缓冲整形功能。高压域器件MNH0、MNH1为输入放大对，MPH0、MPH1构成了正反馈负载，锁存输出结果。四个MOS管起到了把低压信号放大到高压的转换作用。图1中的电平转换电路，当输入逻辑为“0”，即Din=0V时，MNH0的栅端电压VA=0V；MNH1的栅端电压VB=1.2V，Dout=0V；当输入逻辑为“1”，即Din=1.2V时，VA=1.2V，VB=0V，Dout=5V。设计中通常MNH0、MNH1的尺寸会取的较大，防止发生翻转阈值偏大的情况。图1中的电平转换电路存在如下问题，上电时，当VDD电源还没有上升到正常值时，反相器的输出VA、VB就会处于不定态，即可能为“0”也可能为“1”。如果VA、VB值与Din的复位值不一致则会导致Dout控制的VCC域的功能模块产生错误。如图2所示，为现有的电平转换电路结构图之二，属于现实环境中电平转换电路经常遇到的应用场景。VDD电压由VCC经过开关电路及稳压模块LDO产生。开关电路的控制逻辑为：当Vsw=0时，开关闭合；当Vsw=5V，开关打开。在VDD域下存在上电复位电路（PowerOnReset，POR），保证VDD到达一定值前给出低复位信号Vporl。逻辑电路（ASIC）中会产生开关控制信号Vswl。Vswl及Vprol分别经过电平转换电路LS_sw、LS_por后产生高压逻辑信号Vswh及Vporh，两者“相与”后产生控制开关的最终信号Vsw。Vswl的复位值为0，即需要保持开关导通，否则还未完成上电VDD电源就被断开，电路下电。如下图3所示，为现有的电平转换电路在理想情况下从高压VCC上电开始各个信号时序图。其中，假设在VDD上升到稳定值1.2V前，LS_sw中的反相器输出VA_LS_sw、VB_LS_sw；LS_por中的反相器输出VA_LS_por、VB_LS_por都能给出正确的逻辑电平。则在高压域Vsw可输出为有效的低，从而确保开关在上电完成前都处于闭合状态，使VDD能够上升到额定值。但在实际情况下，由于数字电路在VDD上升到稳定值前LS_sw中的反相器输出VA_LS_sw、VB_LS_sw；LS_por中的反相器输出VA_LS_por、VB_LS_por都处于不定态，可能为“1”也可能为“0”。如果VA_LS_sw=“1”、VB_LS_sw=“0”；VA_LS_por=“1”、VB_LS_por=“0”，则会出现VDD反复上下电的情况。即开关闭合VDD上升到一定值（如500mV）Vsw输出为5V开关断开VDD下电Vsw输出为0V开关闭合VDD上升到500mVVsw输出为5V。如果VDD不能正常上电则芯片就无法工作。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足，本技术的目的是提供一种消除上电不定态的有源电平转换电路，将低电压VDD域下上电复位模块产生的低压域复位信号准确转化为高压域的复位信号，且不会产生逻辑不定态。为了达到上述技术目的，本技术所采用的技术方案是：一种消除上电不定态的有源电平转换电路，所述有源电平转换电路包括反向有源放大器电路、反馈放大管、输出反相器和耦合电容，其中，有源电平转换电路工作时，高压域VCC上电，反向有源放大电路输出电压信号VG，耦合电容迫使电压信号VG跟随高电压VCC上升，赋予电压初态，反馈放大管将上升的电压信号VG反相放大为0V，反向有源放大器电路和反馈放大管整体构成正反馈电路，迫使电压信号VG锁定输出高电压VCC,输出反相器将电压信号VG反相放大为0V。优选地，所述反向有源放大器电路包括第一高压域器件、第二高压域器件、第三高压域器件、第四高压域器件和第五高压域器件。优选地，所述反向有源放大器电路中，第一高压域器件的栅宽与栅长尺寸分别为5um/1um，第二高压域器件、第三高压域器件、第四高压域器件和第五高压域器件的栅宽与栅长尺寸分别为1um/10um，反向有源放大器电路的翻转阈值为500mV。优选地，所述耦合电容为高压域VCC的耦合电容，其容值为2pF。优选地，所述反馈放大管为第六高压域器件，其栅宽与栅长尺寸为1um/10um，其反相放大上升电压信号VG。优选地，所述输出反相器包括第七高压域器件与第八高压域器件，第七高压域器件的栅宽与栅长尺寸为10um/1um，第八高压域器件的栅宽与栅长尺寸为1um/1um，输出反相器的翻转阈值约为1V。本技术由于采用了上述将VDD电压域下POR模块产生的低压域的复位信号Vporl准确转化为高压域的复位信号Vporh，所获得的有益效果是，采用有源电平转换的电路结构很好地消除了上电不定态，很好地规避上述应用场景中存在的低电压VDD反复上下电问题。下面结合附图和具体实施方式对本技术做进一步说明。附图说明图1是现有的电平转换电路结构图之一图。图2是现有的电平转换电路结构图之二图。图3是现有的电平转换电路在理想情况下从高压VCC上电开始各个信号时序图。图4是本技术具体实施之一的有源电平转换电路图。图5是本技术具体实施之二的有源电平转换电路图。图6是本技术具体实施的有源电平转换电路上电时序图。具体实施方式参看图4，本技术具体实施之一的有源电平转换电路图。该有源电平转换电路中，包括反向有源放大器电路、反馈放大管、输出反相器和耦合电容，其中，Vporl为低压VDD域中的上电复位模块输出信号，Vporh为Vporl经过有源电平转换电路输出高压VCC域复位信号；第一高压域器件MNH1、第二高压域器件MPH1、第三高压域器件MPH2、第四高域器件MPH3和第五高压域器件MPH4构成了反向有源放大器电路。第一高压域器件MNH1的栅宽与栅长尺寸为5um/1um，第二高压域器件MPH1、第三高压域器件MPH2、第四高压域器件MPH3和第五高压域器件MPH4的栅宽与栅长尺寸为1um/10um，反向有源放大器电路的翻转阈值为500mV。耦合电容C0为高压域VCC的耦合电容，容值为2pF，其作用是在高压域VCC上电时，迫使反向有源放大器电路的输出电压信号VG短暂跟随高压VCC而上升，赋予电压初态。第六高压域器件MNH2为负反馈放大管，其栅宽与栅长尺寸为1um/10um，其反相放大上升VG信号。第七高压域器件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种消除上电不定态的有源电平转换电路，其特征在于，所述有源电平转换电路包括反向有源放大器电路、反馈放大管、输出反相器和耦合电容，其中，有源电平转换电路工作时，高压域VCC上电，反向有源放大电路输出电压信号VG，耦合电容迫使电压信号VG跟随高电压VCC上升，赋予电压初态，反馈放大管将上升的电压信号VG反相放大为0V，反向有源放大器电路和反馈放大管整体构成正反馈电路，迫使电压信号VG锁定输出高电压VCC, 输出反相器将电压信号VG反相放大为0V。

【技术特征摘要】
1.一种消除上电不定态的有源电平转换电路，其特征在于，所述有源电平转换电路包括反向有源放大器电路、反馈放大管、输出反相器和耦合电容，其中，有源电平转换电路工作时，高压域VCC上电，反向有源放大电路输出电压信号VG，耦合电容迫使电压信号VG跟随高电压VCC上升，赋予电压初态，反馈放大管将上升的电压信号VG反相放大为0V，反向有源放大器电路和反馈放大管整体构成正反馈电路，迫使电压信号VG锁定输出高电压VCC,输出反相器将电压信号VG反相放大为0V。2.如权利要求1所述的消除上电不定态的有源电平转换电路，其特征在于，所述反向有源放大器电路包括第一高压域器件、第二高压域器件、第三高压域器件、第四高压域器件和第五高压域器件。3.如权利要求2所述的消除上电不定态的有源电平转换电路，其特征在于，所述反向有源放大器电路中，第一高...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永成，孙志亮，况立雪，
申请(专利权)人：紫光同芯微电子有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11