一种用于超宽范围电压转换的低功耗电平转换器制造技术

一种用于超宽范围电压转换的低功耗电平转换器，下拉电路用于在低压电源域的电平为高电平时，将节点Q1下拉至低电平，以及在低压电源域的电平为低电平时，将节点Q2下拉至低电平，在下拉电路将节点Q1下拉至低电平的过程中，第一充电电路用于输出电流至节点Q2，使得节点Q2的电位上升，在下拉电路将节点Q2下拉至低电平的过程中，第二充电电路用于输出电流至节点Q1，使得节点Q1的电位上升，互补上拉电路用于在节点Q1为低电平时，将节点Q2上拉至高压电源域的高电平，以及在节点Q2为低电平时，将节点Q1上拉至高压电源域的高电平。由于互补上拉电路和下拉电路之间消除或降低了竞争，使得电平转换时电平的电压差范围较宽，降低了电平转换时的转换能耗。转换时的转换能耗。转换时的转换能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种用于超宽范围电压转换的低功耗电平转换器


[0001]本专利技术涉及信号处理
，具体涉及一种用于超宽范围电压转换的低功耗电平转换器。

技术介绍

[0002]现代复杂的片上系统(SoC)已广泛采用多个电源域，以在满足性能要求的同时降低功耗。而多个电源域之间通过需要增加电平转换器，以满足多个电源域之间的数据传输，例如在多电源电压系统中，通过电平转换器实现从低压(VDDL)电源域到高压(VDDH)电源域的信号传递。传统的电平转换器结构包括很多种，例如交叉耦合电平转换器(CCLS)和电流镜电平转换器(CMLS)。其中，交叉耦合电平转换器通过互补上拉网络(PUN)和下拉网络(PDN)实现了接近于零的静态功耗，但是其在电平转换切换时所转换电平之间的电压差范围有限，且转换能耗高。而电流镜电平转换器通过电流镜电路提高了电平转换时电平的电压差范围，但是其在电平转换时会存在较高的静态电流，从而导致产生额外的静态功耗。

技术实现思路

[0003]本专利技术主要解决的技术问题是如何提高电平转换时电平的电压差范围，并降低静态电流。
[0004]根据第一方面，一种实施例中提供一种用于超宽范围电压转换的低功耗电平转换器，包括：下拉电路、互补上拉电路、第一充电电路、第二充电电路和电平输出模块；
[0005]所述下拉电路的第一控制端用于输入低压电源域的电平，第二控制端用于输入与所述低压电源域的电平类型相反的电平，所述下拉电路的第一输出端分别连接所述互补上拉电路的第一输出端和第二控制端，并形成节点Q1，所述下拉电路的第二输出端分别连接所述互补上拉电路的第二输出端和第一控制端，并形成节点Q2；
[0006]所述第一充电电路的控制端用于输入低压电源域的电平，输出端连接节点Q2，所述第二充电电路的控制端用于输入与所述低压电源域的电平类型相反的电平，输出端连接节点Q1；
[0007]所述电平输出模块的输入端用于至少连接节点Q1或者节点Q2，所述电平输出模块用于至少根据节点Q1或者节点Q2的电位输出高压电源域的电平，所述高压电源域的电平与低压电源域的电平的类型相同；
[0008]其中，所述下拉电路用于在低压电源域的电平为高电平时，将所述节点Q1下拉至低电平，以及在低压电源域的电平为低电平时，将所述节点Q2下拉至低电平，在所述下拉电路将所述节点Q1下拉至低电平的过程中，所述第一充电电路用于输出电流至节点Q2，使得节点Q2的电位上升，在所述下拉电路将所述节点Q2下拉至低电平的过程中，所述第二充电电路用于输出电流至节点Q1，使得节点Q1的电位上升，所述互补上拉电路用于在所述节点Q1为低电平时，将所述节点Q2上拉至高压电源域的高电平，以及在所述节点Q2为低电平时，将所述节点Q1上拉至高压电源域的高电平。
[0009]根据第二方面，一种实施例中提供一种用于超宽范围电压转换的低功耗电平转换器，包括：下拉电路、互补上拉电路、第一充电电路、第二充电电路和电平输出模块；
[0010]所述下拉电路的第一控制端和第二控制端均用于输入低压电源域的电平，所述下拉电路的第一输出端分别连接所述互补上拉电路的第一输出端和第二控制端，并形成节点Q1，所述下拉电路的第二输出端分别连接所述互补上拉电路的第二输出端和第一控制端，并形成节点Q2；
[0011]所述第一充电电路和第二充电电路的控制端均用于输入所述低压电源域的电平，所述第一充电电路的输出端连接节点Q2，所述第二充电电路的输出端连接节点Q1；
[0012]所述电平输出模块的输入端至少用于连接节点Q1或者节点Q2，所述电平输出模块用于至少根据节点Q1或者节点Q2的电位输出高压电源域的电平，所述高压电源域的电平与低压电源域的电平的类型相同；
[0013]其中，所述下拉电路用于在低压电源域的电平为高电平时，将所述节点Q1下拉至低电平，以及在低压电源域的电平为低电平时，将所述节点Q2下拉至低电平，在所述下拉电路将所述节点Q1下拉至低电平的过程中，所述第一充电电路用于输出电流至节点Q2，使得节点Q2的电位上升，在所述下拉电路将所述节点Q2下拉至低电平的过程中，所述第二充电电路用于输出电流至节点Q1，使得节点Q1的电位上升，所述互补上拉电路用于在所述节点Q1为低电平时，将所述节点Q2上拉至高压电源域的高电平，以及在所述节点Q2为低电平时，将所述节点Q1上拉至高压电源域的高电平。
[0014]据上述实施例的用于超宽范围电压转换的低功耗电平转换器，通过第一充电电路向节点Q2进行充电，或者第二充电电路向节点Q1进行充电，从而可以消除或降低互补上拉电路和下拉电路之间在节点Q1或者节点Q2的竞争，使得节点Q1或者节点Q2可以顺利的被下拉电路拉至低电平，从而实现电平转换的切换。由于互补上拉电路和下拉电路之间消除或降低了竞争，因此可以使得电平转换时电平的电压差范围较宽，而且还可以降低电平转换时的转换能耗。并且由于第一充电电路和第二充电电路只在下拉电路将节点Q1或节点Q2下拉至低电平的过程中，向节点Q1或节点Q2进行短暂的充电，因此第一充电电路和第二充电电路也只是消耗较小的功耗，而不会增加额外的功耗，从而使得电平转换器的整体功耗降低。
附图说明
[0015]图1为
技术介绍
中的交叉耦合电平转换器；
[0016]图2为一种实施例的用于超宽范围电压转换的低功耗电平转换器的电路图；
[0017]图3为一种实施例的用于超宽范围电压转换的低功耗电平转换器的高电平转换切换为低电平转换的示意图；
[0018]图4为一种实施例的用于超宽范围电压转换的低功耗电平转换器的低电平转换切换为高电平转换的示意图；
[0019]图5为另一种实施例的用于超宽范围电压转换的低功耗电平转换器的电路图。
具体实施方式
[0020]下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。其中不同实施方式
中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
[0021]另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
[0022]本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超宽范围电压转换的低功耗电平转换器，其特征在于，包括：下拉电路、互补上拉电路、第一充电电路、第二充电电路和电平输出模块；所述下拉电路的第一控制端用于输入低压电源域的电平，第二控制端用于输入与所述低压电源域的电平类型相反的电平，所述下拉电路的第一输出端分别连接所述互补上拉电路的第一输出端和第二控制端，并形成节点Q1，所述下拉电路的第二输出端分别连接所述互补上拉电路的第二输出端和第一控制端，并形成节点Q2；所述第一充电电路的控制端用于输入低压电源域的电平，输出端连接节点Q2，所述第二充电电路的控制端用于输入与所述低压电源域的电平类型相反的电平，输出端连接节点Q1；所述电平输出模块的输入端用于至少连接节点Q1或者节点Q2，所述电平输出模块用于至少根据节点Q1或者节点Q2的电位输出高压电源域的电平，所述高压电源域的电平与低压电源域的电平的类型相同；其中，所述下拉电路用于在低压电源域的电平为高电平时，将所述节点Q1下拉至低电平，以及在低压电源域的电平为低电平时，将所述节点Q2下拉至低电平，在所述下拉电路将所述节点Q1下拉至低电平的过程中，所述第一充电电路用于输出电流至节点Q2，使得节点Q2的电位上升，在所述下拉电路将所述节点Q2下拉至低电平的过程中，所述第二充电电路用于输出电流至节点Q1，使得节点Q1的电位上升，所述互补上拉电路用于在所述节点Q1为低电平时，将所述节点Q2上拉至高压电源域的高电平，以及在所述节点Q2为低电平时，将所述节点Q1上拉至高压电源域的高电平。2.如权利要求1所述的用于超宽范围电压转换的低功耗电平转换器，其特征在于，所述下拉电路包括晶体管N3和晶体管N4；所述晶体管N3的第一极分别连接互补上拉电路的第一输出端和第二控制端，以形成节点Q1，所述晶体管N4的第一极分别连接互补上拉电路的第二输出端和第一控制端，以形成节点Q2，所述晶体管N3和晶体管N4的第二极均连接地电位，所述晶体管N3的控制极用于输入所述低压电源域的电平，所述晶体管N4的控制极用于输入与所述低压电源域的电平类型相反的电平；所述晶体管N3用于低压电源域的电平为高电平时导通，以将所述节点Q1下拉至低电平，所述晶体管N4用于低压电源域的电平为低电平时导通，以将所述节点Q2下拉至低电平。3.如权利要求1所述的用于超宽范围电压转换的低功耗电平转换器，其特征在于，所述第二充电电路包括第二电流镜电路、晶体管N5和晶体管N6；所述第二电流镜电路的第一输出端连接晶体管N5的第一极，第二输出端连接节点Q1，所述晶体管N5的第二极连接晶体管N6的第一极，所述晶体管N6的第二极连接地电位，所述晶体管N5的控制极连接节点Q2，所述晶体管N6的控制极用于输入与所述低压电源域的电平类型相反的电平；所述晶体管N6用于低压电源域的电平为低电平时导通，所述晶体管N5用于在节点Q2为高电平时导通，所述第二电流镜电路用于在晶体管N5和晶体管N6均导通时，通过第二输出端输出电流至节点Q1，直至所述节点Q2的电位被下拉电路下拉至低电平，使得晶体管N5截止。4.如权利要求3所述的用于超宽范围电压转换的低功耗电平转换器，其特征在于，所述
第二电流镜电路包括晶体管P5和晶体管P6；所述晶体管P5和晶体管P6的第一极均连接高压电源域的高电平，所述晶体管P6的第二极分别连接其控制极、晶体管P5的控制极和晶体管N5的第一极，所述晶体管P5的第二极连接节点Q1，在晶体管N5和晶体管N6均导通时，所述晶体管P5和晶体管P6也均导通，并通过晶体管P5的第二极输出电流至节点Q1。5.如权利要求1所述的用于超宽范围电压转换的低功耗电平转换器，其特征在于，所述下拉电路包括下拉单元和压降单元；所述压降单元的第一端分别连接互补上拉电路的第一输出端和第二控制端，以形成节点Q1，所述压降单元的第二端连接下拉单元的第一输出端，以形成节点Q3，所述下拉单元的第一控制端用于输入低压电源域的电平，第二控制端用于输入与所述低压电源域的电平类型相反的电平，第二输出端分别连接互补上拉电路的第二输出端和第一控制端，以形成节点Q2；所述压降单元用于在其第一端和第二端之间产生预设降压，所述下拉单元用于在低压电源域的电平为高电平时，将所述节点Q3下拉至低电平，并通过压降单元将节点Q1下拉至低电平，以及在低压电源域的电平为低电平时，将所述节点Q2下拉至低电平。6.如权利要求5所述的用于超宽范围电压转换的低功耗电平转换器，其特征在于，所述下拉单元包括晶体管N3和晶体管N4；所述晶体管N3的第一极连接压降单元的第二端，所述晶体管N4的第一极分别连接互补上拉电路的第二输出端和第一控制端，以形成节点Q2，所述晶体管N3和晶体管N4的第二极均连接地电位，所述晶体管N3的控制极用于输入所述低压电源域的电平，所述晶体管N4的控制极用于输入与所述低压电源域的电平类型相反的电平；所述晶体管N3用于低压电源域的电平为高电平时导通，以将所述节点Q1下拉至低电平，所述晶体管N4用于低压电源域的电平为低电平时导通，以将所述节点Q2下拉至低电平。7.如权利要求5所述的用于超宽范围电压转换的低功耗电平转换器，其特征在于，所述压降单元包括晶体管N8，所述晶体管N8的第一极分别连接其控制极、互补上拉电路的第一输出端和第二控制端，以形成节点Q1，所述晶体管N8的第二极连接下拉单元的第一输出端；或者，所述压降单元包括电阻，所述电阻的第一端分别连接互补上拉电路的第一输出端和第二控制端，以形成节点Q1，所述电阻的第二端连接下拉单元的第一输出端；或者，所述压降单元包括二极管，所述二极管的正极分别连接互补上拉电路的第一输出端和第二控制端，以形成节点Q1，所述二极管的负极连接下拉单元的第一输出端。8.一种用于超宽范围电压转换的低功耗电平转换器，其特征在于，包括：下拉电路、互补上拉电路、第一充电电路、第二充电电路和电平输出模块；所述下拉电路的第一控制端和第二控制端均用于输入低压电源域的电平，所述下拉电路的第一输出端分别连接所述互补上拉电路的第一输出端和第二控制端，并形成节点Q1，所述下拉电路的第二输出端分别连接所述互补上拉电路的第二输出端和第一控制端，并形成节点Q2；所述第一充电电路和第二充电电路的控制端均用于输入所述低压电源域的电平，所述第一充电电路的输出端连接节点Q2，所述第二充电电路的输出端连接节点Q1；所述电平输出模块的输入端至少用于连接节点Q1或者节点Q2，所述电平输出模块用于
至少根据节点Q1或者节点Q2的电位输出高压电源域的电平，所述高压电源域的电平与低压电源域的电平的类型相同；其中，所述下拉电路用于在低压电源域的电平为高电平时，将所述节点Q1下拉至低电平，以及在低压电源域的电平为低电平时，将所述节点Q2下拉至低电平，在所述下拉电路将所述节点Q1下拉至低电平的过程中，所述第一充电电路用于输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦海龙，黄聪，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：