电压转换电路制造技术

一种电压转换电路，包括：输入单元，用于接收输入的数字信号，获得所述输入数字信号的反相信号，以及传输所述输入的数字信号和所述反相信号；偏置电压单元，用于根据第二电源电压，提供根据所述输入信号对应的电源电压值变化的偏置电压；转换单元，用于接收所述偏置电压，根据所述偏置电压与所述输入的数字信号的比较结果、以及所述偏置电压与所述输入数字信号的反相信号的比较结果，使得输出信号为第一电源电压或为低电平。本发明专利技术提供了随输入信号电源电压变化的偏置电压，避免了当输入信号较小而无法使具有较高阈值电压的器件导通，影响电路的正常工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路设计，特别是涉及一种电压转换电路。
技术介绍
—般来说，核心逻辑器件和输入/输出器件在不同的工作电源下进行工作。以 0. 13微米工艺为例，核心逻辑器件通常采用1. 2伏的工作电压，而输入/输出器件需要提供 3. 3伏的工作电压。因此，将核心逻辑器件和输入/输出器件连接并协同工作时，通常需要 采用电压转换电路，对信号的工作电源电压进行转换，也就是说，将信号的工作电源电压从 核心逻辑器件的较低电源电压转换到输入/输出器件的较高电源电压。 参考图l，传统的电压转换电路通常包括PMOS管101和102， NM0S管103和104， 以及反相器105。其中，PM0S管101和102的源极与电源电压V^相连接，PMOS管101的漏 极与PMOS管102的栅极、NMOS管103的漏极相连接，PMOS管101的栅极与PMOS管102的 的漏极、NM0S管104的漏极相连接，并作为电压转换电路的输出端，输出转换结果；NMOS管 103和104的源极相连接并接地，NMOS管103的栅极通过反相器105与NMOS管103的栅极 相连接并作为电压转换电路的输入端。PMOS管101和102以及NMOS管103和104为厚氧 化层MOS管，每个MOS管的阈值电压为0. 7伏，电源电压V。。H为3. 3伏。 当输入电压大于NMOS管103的阈值电压时，NMOS管103导通，节点Nl具有低电 平，此时，当PMOS管102的栅源电压大于PM0S管102的阈值电压时，PM0S管102导通，输 出电压即为电源电压VeeH ;而当输入电压小于NMOS管103的阈值电压时，NM0S管103截止， 通过反相器105传输至NMOS管104的电压信号使NMOS管104导通，输出低电平。 也就是说，输出信号的逻辑关系取决于输入信号的逻辑关系，当输入信号为高电 平时，输出也为高电平；当输入信号为低电平时，输出也为低电平。不同的在于，所输入的电 压信号为0-1. 0伏，而输出电压信号的范围在0-3. 3伏，因此实现了从较低电压到较高电压 的转换，且不改变原有信号的逻辑关系。 然而，当输入电压较低时，传统的电压转换电路无法提供足够的驱动能力以驱 动高阈值器件。例如，由于在0. 13微米工艺中，具有厚氧化层MOS管的阈值电压一般为 0. 6-0. 8伏，当输入电压较低，例如为0. 8伏，输入电压并不足以使该M0S管导通，从而将导 致电路无法工作。此外，由于采用具有厚氧化层的MOS管，具有较高阈值，输出信号的上升/ 下降沿相对于输入信号的上升/下降沿具有较大的延迟，因此传统的电压转换电路无法在 高速的条件下进行工作。 为了使电压转换电路适于高阈值以及高速的工作条件，现有技术对电压转换电路 进行了研究，提出了例如零阈值等电路方案，然而大多数方案结构太过复杂，不仅增加了系 统实现的成本，也需要增加额外的工艺步骤。 此外，专利号为US6642769Bl，名称为"High Speed Voltage Level ShifterWith A Low Input Voltage"的美国专利中还提供一种电路结构，采用了具有薄氧化层的NMOS 管对接收输入信号，以提高输出信号随输入信号变化的速度；并且增加栅极与参考电压Vref相连的NM0S管对以实现对输入信号的电压转换。 但是，该方案通过分压电路从较高电源电压V。。H与较低电源电压之间获取参 考电压VMf，因此当所获取的参考电压VMf接近较高电源电压V。。H或与输入信号之间具有较 大差值时，将导致电路不正常工作。而且，该方案不仅增加了分压电路，还为了保护具有薄 氧化层的NMOS不会被击穿，增加了栅极与较低电源电压的NMOS管对进行保护，从而增 加了电路的复杂程度。此外，由于增加了输入端与输出端之间的MOS管数量，输出信号与输 入信号之间的延时变大，无法适应高速的工作条件。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种可实现高速工作的稳定的电压转换电路。 为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种电压转换电路，包括输入单元，用于接收输入的数字信号，获得所述输入数字信号的反相信号，以及传输所述输入的数字信号和所述反相信号；偏置电压单元，用于根据第二电源电压，提供根据所述输入信号对应的电源电压值变化的偏置电压；转换单元，用于接收所述偏置电压，根据通过所述偏置电压与所述输入的数字信号的比较结果、以及所述偏置电压与所述输入数字信号的反相信号的比较结果，选择不同的MOS管导通，使得输出信号为第一电源电压或为低电平。 可选的，所述根据第二电源电压，提供根据输入信号对应的电源电压值变化的偏置电压包括使所述第二电源电压与所述输入信号对应的电源电压值相等；使所述偏置电压与所述第二电源电压之间的差值保持固定值。 可选的，所述固定值为晶体管阈值电压。 可选的，所述偏置电压单元至少包括第一 NMOS管和第二 NMOS管；所述第一NMOS 管的源极连接所述第二电源电压，所述第二NMOS管的栅极及其漏极与所述第一电源电压 相连接；所述第一NMOS管的栅极及其漏极与所述第二NMOS管的源极相连接，并作为所述偏 置电压单元的输出端。 可选的，所述偏置电压单元还包括第一电容，所述第一电容的一端接于所述偏置 电压单元的输出端，一端接地，用于根据所述偏置电压，进行充、放电。 可选的，所述偏置电压单元还包括在所述第一NMOS管和第二电源电压之间，串 联连接至少一个NMOS管，连接的所述PM0S管的栅极与所述第一 NMOS管的栅极相连接。 可选的，所述输入单元包括第一反相器和第二反相器；所述第一反相器和所述 第二反相器串联连接，分别将所述输入数字信号通过所述第一反相器和所述第二反相器的 信号输出至所述转换单元。 可选的，所述输入单元包括一个反相器，用于接收输入的数字信号，输出所述输 入数字信号的反相信号。可选的，所述反相器为薄氧化层的晶体管。 可选的，所述转换单元包括反相器，接收所述输出信号，并输出所述输出信号的 反相信号。 可选的，所述转换单元包括第三NM0S管、第四NM0S管、第一PM0S管和第二PM0S 管；所述第三NMOS管的源极作为所述转换单的第一输入端，与所述输入单元的第一输出端 相连接；所述第四NMOS管的源极作为所述转换单元的第二输入端，与所述输入单元的第二输出端相连接；所述第三NMOS管和所述第四NMOS管的栅极耦接之后，作为所述转换单元的 第三输入端，与所述偏置电压单元的输出端相连接；所述第三NM0S管和所述第四NMOS管 的源极连接第一电源电压；所述第三NM0S管的漏极与所述第一 PMOS管的漏极和所述第二 PMOS管的栅极相连接；所述第四NMOS管的漏极与所述第一 PMOS管的栅极和所述第二 PMOS 管的漏极相连接，作为所述转换单元的输出端。 相较于现有技术，本专利技术提供了随输入信号电源电压以及厚氧化层MOS管阈值电 压变化的偏置电压，通过将所述偏置电压与输入数字信号的比较结果、或者所述偏置电压 与输入数字信号的反相信号的比较结果，判断并输出高电平或为低电平，避免了当输入信 号较小而无法使具有较高阈值电压的器件导通，进而导致电路无法正常工作的问题。附图说明 图1是传统电压转换电路的结构示意图； 图2是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压转换电路，其特征在于，包括：输入单元，用于接收输入的数字信号，获得所述输入数字信号的反相信号，以及传输所述输入的数字信号和所述反相信号；偏置电压单元，用于根据第二电源电压，提供根据所述输入信号对应的电源电压值变化的偏置电压；转换单元，用于接收所述偏置电压，根据所述偏置电压与所述输入的数字信号的比较结果、以及所述偏置电压与所述输入数字信号的反相信号的比较结果，使得输出信号为第一电源电压或为低电平。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳雄，李智，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]