專利名稱：一種電壓電平轉(zhuǎn)換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于數(shù)?；旌霞呻娐奉I(lǐng)域，涉及一種電壓電平轉(zhuǎn)換電路， 特別是涉及由單穩(wěn)態(tài)脈沖延時(shí)電路和電流比較器及反相器構(gòu)成的電平變換 電路，適用于集成電路中不同的數(shù)字信號(hào)電平之間的轉(zhuǎn)換。
背景技術(shù)：
在集成電路中控制信號(hào)從某一工作電壓電路部分傳輸?shù)搅硪还ぷ麟妷?電路部分時(shí)，由于工作電壓的不同，須要對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。尤其 在高頻的信號(hào)電路中，當(dāng)電壓相差較大時(shí)，傳輸信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換處理就顯 得非常地重要。如圖1所示，這是現(xiàn)有低壓電平轉(zhuǎn)換到高壓電平的一種傳統(tǒng)電壓電平轉(zhuǎn)換器，其包括PMOS晶體管PG1及PG2 、 NMOS晶體管 NG1及NG2與一反相器INV ，其中所述PMOS晶體管PG1及PG2稱 作上拉晶體管，所述NMOS晶體管NG1及NG2則稱為下拉晶體管。現(xiàn) 令供應(yīng)電壓VeeH為3.3伏特，而輸入端'I的輸入電壓為一介于0至1.2伏 特間的矩形波。當(dāng)輸入電壓Vi。由低電平的0伏特變換至高電平的1.2伏特 時(shí)，NMOS晶體管NGI被導(dǎo)通，且PMOS晶體管PG2的柵極變?yōu)榈碗?平而使PMOS晶體管PG2導(dǎo)通，故輸出端V。ut的輸出為一高電平的3.3伏 特電壓。因此，電壓電平轉(zhuǎn)換器將1.2伏特的輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換為3.3伏特 的輸出電壓V。ut 。然而，由于0伏特不能瞬間轉(zhuǎn)換至1.2伏特，因此轉(zhuǎn)換 期間所經(jīng)過的較低輸入電壓Vin可能無法使各PMOS晶體管PGI及PG2 與NMOS晶體管NGI及NG2達(dá)到實(shí)際開關(guān)動(dòng)作，因只有其柵極被充電至 臨界電壓(約0.8伏特)以上方能達(dá)開關(guān)結(jié)果。另夕卜，PMOS晶體管PG2及 NMOS晶體管NG2在分別趨向于導(dǎo)通及截止與分別趨向于截止及導(dǎo)通的 過程中對(duì)于輸出電壓vQut的上拉及下拉有互相競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)象，因此輸出電壓 V。ut在轉(zhuǎn)變成低電平時(shí)速度較慢，動(dòng)態(tài)功率損耗大，波形亦因此失真。如
圖2的輸入電壓Vin及輸出電壓V則波形所示，輸入電壓Vin在由低電平 轉(zhuǎn)換至高電平時(shí)，輸出電壓V。w于一延遲對(duì)間IV后才拉升至高電平；且輸 入電壓Vin在轉(zhuǎn)換至低電平時(shí),輸出電壓V。ut于一延遲時(shí)間Tf后才降至低 電平。因此，輸出波相較于輸入波存有失真情形。另外電路要求輸入端的 低電平的電壓與輸出端的低電平的電壓值相同，這樣限制了電平的轉(zhuǎn)換范 圍。當(dāng)輸入信號(hào)Vin產(chǎn)生噪聲而無法很準(zhǔn)確維持為一定值時(shí)，由此因互相 競(jìng)爭(zhēng)而產(chǎn)生的失真不隨之改變，最后使輸出的轉(zhuǎn)換時(shí)間漂移，這一般稱作 "抖動(dòng)"現(xiàn)象，--般皆希望將之降低以獲得與輸入波相同的輸出波。另外， 當(dāng)輸入信號(hào)存在噪聲時(shí)，電壓電平轉(zhuǎn)換盔的各晶體管的開關(guān)情形與無噪聲 時(shí)不盡相同，故輸出信號(hào)會(huì)隨時(shí)間變動(dòng)，且此變動(dòng)亦是一般希望加以降低的。此外'，由于NMOS晶體管NG1和NG2所承受的最高電壓約為2.5 伏特，因此其柵極需制作得較厚，故其臨界電壓亦較高。此時(shí)，較低的輸 入電壓Vin不能使NMOS晶體管NGl和NG2導(dǎo)通，故NMOS晶體管NG1 和NG2的切換速度慢。因此，下拉晶體管NG1和NG2的柵極厚度以較低 為佳，以使其切換速度獲得改善。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種電壓電平轉(zhuǎn)換電路，該電路具有較靈 活的電壓轉(zhuǎn)換范圍，電轉(zhuǎn)換速度快、并具有降低噪聲及抖動(dòng)的影響。本實(shí)用新型提供的一種電壓電平轉(zhuǎn)換電路，其特征在于它包括第一 電壓/電流變換電路、第二電壓/電流變換電路、第三電壓池流變換電路、第 四電壓/電流變換電路、反相器INV1和電流比較電路；各電壓/電流變換電 路和反相器INV1的輸入直流電壓的工作范圍為VDD VSS , Vdd和Vss分 別為外接電壓的高低電位；電流比較電路的輸入直流電壓的工作范圍為 VQ_H V?！猯， Vo一h和Vo》分別為外接高電壓的高低電位。第一、第二電壓/ 電流變換電路和反相器INV1的信號(hào)輸入端接外接輸入信號(hào)X。第一電壓/ 電流變換電路的輸出端與第二電壓/電流變換電路的輸出端相連，并連接到電流比較電路的同相電流輸入端反相器INV1的輸出端連接到第三、第四 電壓/電流變換電路的信號(hào)輸入端；第三電壓/電流變換電路的輸出端與第四 電壓/電流變換電路的輸出端相連，并連接到電流比較電路的反相電流輸入端；電流比較電路設(shè)有同相輸出端Y和反相輸出端？。反相器INV1用于 將外接信號(hào)輸入端X輸入的電平信號(hào)的高低電平取反。第一電壓/電流變換 電路用于當(dāng)外接輸入信號(hào)X為高電平時(shí)，輸出大小為A1的電流，當(dāng)外接 輸入信號(hào)X為低電平時(shí)，輸出電流為0。第二電壓/電流變換電路用于當(dāng)外 接輸入信號(hào)X從低到高的電平翻轉(zhuǎn)時(shí)，輸出電流，該電流的大小記為A2， A2與Al的比值為3 10，延遲AT時(shí)間后，該電路自動(dòng)恢復(fù)到無電流輸出 的狀態(tài)，A T為電流比較電路的翻轉(zhuǎn)延遲時(shí)間；第三電壓/電流變換電路當(dāng) 外接輸入信號(hào)X是低電平時(shí)，經(jīng)過反相器INV1后變成高電平輸入到第三 電壓/電流變換電路的信號(hào)輸入端，第三電壓/電流變換電路將輸出電流值等 于A1的電流；當(dāng)外接輸入信號(hào)X是高電平時(shí)，經(jīng)過反相器INV1后變成低 電平輸入到第三電Ui/電流變換電路的信號(hào)輸入端，第三電壓/電流變換電路輸出電流為0;第四電壓/電流變換電路用于當(dāng)外接輸入信號(hào)X有從高到低的電平翻轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)過反相器INV1后變成從低到高的電平翻轉(zhuǎn)信號(hào)輸入到第 四屯壓/電流變換電路的信號(hào)輸入端，第四電壓/電流變換電路輸出一個(gè)電流 值等于A2的電流，延遲AT時(shí)間后，該電路自動(dòng)恢復(fù)到無電流輸出的狀態(tài)-， 電流比較電路用于比較其輸入端電流的大小，輸出對(duì)應(yīng)的高低電平電壓。本實(shí)用新型電路中的電壓/電流變換電路工作在電壓域Vss Vdd內(nèi)，把 從信號(hào)輸入端X輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，然后通過電流比較電路 把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成高低電平的電壓信號(hào)。由于電流比較電路30工作在 VoL Vo一h電壓域內(nèi)，因此，它的輸出電壓為V0L~V0—h，從而實(shí)現(xiàn)電壓電 平轉(zhuǎn)換。第一、第三電壓/電流變換電路作為低速變換通道，其工作電流很 小，用于維持輸出電平的穩(wěn)定第二、第四電壓/電流變換電路作為高速變 換通道，其工作電流較大，用丁-使電流比較電路有很快的翻轉(zhuǎn)速度。第二、 第四電壓/電流變換電路只在輸入信號(hào)電平翻轉(zhuǎn)時(shí)才工作很短一段時(shí)間(A T)，等到電流比較電路完成電平翻轉(zhuǎn)后，它們立即停止工作，盡可能地減 少功耗。本發(fā)明通過合理地設(shè)計(jì)單穩(wěn)態(tài)脈沖延時(shí)模塊的延遲時(shí)間，使其延遲的時(shí)間等于電流比較器的電平翻轉(zhuǎn)所需的時(shí)間，可使電路在電平的轉(zhuǎn)換 延時(shí)和功率損耗之間有最佳的折衷處理。因此，單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路和電壓/電 流變換電路相結(jié)合中既可加快電平的翻轉(zhuǎn)速度，還可減小電路的靜態(tài)功耗， 使電路的整體功耗降低。


圖1為現(xiàn)有電壓電平轉(zhuǎn)換電路的示意圖； 圖2為圖1是電壓電平轉(zhuǎn)換電路的輸出波形示意圖； 圖3為本實(shí)用新型電壓電平轉(zhuǎn)換電路的電路原理圖； 圖4為對(duì)應(yīng)于圖3的一種實(shí)施方式的電路結(jié)構(gòu)圖。 圖5為對(duì)應(yīng)于圖4的一種具體實(shí)現(xiàn)電路圖。圖6為對(duì)應(yīng)于圖5的電路仿真結(jié)果具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。如圖3所示，本實(shí)用新型電壓電平轉(zhuǎn)換電路包括第一電壓/電流變換單 元10、第二電壓/電流變換單元20、反相器INV1和電流比較電路30。第一電壓/電流變換單元10包括第一電壓/電流變換電路11和第二電壓 /電流變換電路12。第二電壓/電流變換單元20包括第三電壓/電流變換電路21和第四電壓 /電流變換電路22。電壓/.電流變換電路11、 12、 21、 22和反相器INV1的輸入直流電壓的 工作范圍為VoD Vss ， Vdd和Vss分別為外接電壓的高低電位。電流比較電路30的輸入直流電壓的工作范圍為V。 h V。 l， Voj,和Vo , 分別為外接高電壓的高低電位。外接輸入信號(hào)X連接到第一、第二電壓/電流變換電路11、 12和反相 器INV1的信號(hào)輸入端。第一電壓/電流變換電路11的輸出端與第二電壓/ 電流變換電路12的輸出端相連，并連接到電流比較電路30的同相電流輸 入端301。反相器INV1的輸出端連接到第三、第四電壓/電流變換電路21、22的信號(hào)輸入端。第三電壓/電流變換電路21的輸出端與第四電壓/電流變 換電路22的輸出端相連，并連接到電流比較電路30的反相電流輸入端302。 電流比較電路30還設(shè)有同相輸出端Y和反相輸出端Y。
反相器INV1是把外接信號(hào)輸入端X輸入的電平信號(hào)的高低電平取反。 當(dāng)外接信號(hào)輸入端X輸入的是高電平時(shí)，反相器INV1輸出的是低電平， 當(dāng)外接信號(hào)輸入端X輸入的是低電平時(shí)，反相器TNV1輸出的是高電平。
第一電壓/電流變換電路11用于當(dāng)外接輸入信號(hào)X為高電平時(shí)，輸出 大小為A1的電流，當(dāng)外接輸入信號(hào)X為低電平時(shí)，輸出電流為0。第二電 壓/電流變換電路12用于當(dāng)外接輸入信號(hào)X從低到高的電平翻轉(zhuǎn)時(shí)，輸出 電流，該電流的大小記為A2， A2與Al的比值為3 10，延遲AT時(shí)間后， 該電路自動(dòng)恢復(fù)到無電流輸出的狀態(tài)，A T為電流比較電路30的翻轉(zhuǎn)延遲 時(shí)間；第三電壓/電流變換電路21的結(jié)構(gòu)第一電壓/電流變換電路11相同， 當(dāng)外接輸入信號(hào)X是低電平時(shí)，經(jīng)過反相器INV1后變成高電平輸入到第 三電壓/電流變換電路21的信號(hào)輸入端，第三電壓/電流變換電路21將輸出 電流值等于A1的電流；當(dāng)外接輸入信號(hào)X是高電平時(shí)，經(jīng)過反相器INV1 后變成低電平輸入到第三電壓/電流變換電路21的信號(hào)輸入端，第三電壓/ 電流變換電路21輸出電流為0;
第四電壓/電流變換電路22的結(jié)構(gòu)與第一電壓/電流變換電路12相同。 當(dāng)外接輸入信號(hào)X有從高到低的電平翻轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)過反相器INV1后變成從 低到高的電平翻轉(zhuǎn)信號(hào)輸入到第四電壓/電流變換電路22的信號(hào)輸入端，第 四電壓/電流變換電路22輸出一個(gè)電流值等于A2的電流，延遲AT時(shí)間后， 該電路自動(dòng)恢復(fù)到無電流輸出的狀態(tài)；電流比較電路30用于比較其反相電 流輸入端302與同相電流輸入端301的電流大小，輸出相應(yīng)的高低電平電 壓的電路。
當(dāng)同相電流輸入端301上的電流大于反相電流輸入端302上的電流， 同相輸出端Y輸出高電平，反相輸出端？輸出的是低電平；當(dāng)同相電流輸 入端301上的電流小于反相電流輸入端302上的電流，同相輸出端Y輸出 f《電平，反相輸出端？輸出的是高電平。本實(shí)用新型電路的工作原理如下 當(dāng)信號(hào)輸入端x輸入的電壓為高電平時(shí)，第一電壓/電流變換電路n有一個(gè)較小的電流輸出，而第二電壓/電流變換電路12、第三電壓/電流變換 電路21、第四電壓/電流變換電路22輸出的電流都為零，因此同相電流輸 入端301上的電流大于反相電流輸入端302上的電流，使電流比較電路的 同相輸出端Y輸出高電平，反相輸出端？輸出的是低電平。當(dāng)外接輸入信 號(hào)X有從高到低的電平翻轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)過反相器INV1后變成從低到高的電平 翻轉(zhuǎn)信號(hào)輸入到第三電壓/電流變換電路21、第四電壓/電流變換電路22的 信號(hào)輸入端，使第三電壓/電流變換電路21輸出較小的電流，并且第四電壓 /電流變換電路22有一個(gè)較大的電流輸出，但第一電壓/電流變換電路11、 第二電壓/電流變換電路12輸出的電流都為零，因此同相電流輸入端301 上的電流小于反相電流輸入端302上的電流，使電流比較電路的同相輸出 端Y輸出低電平，反相輸出端？輸出的是高電平。由于第四電壓/電流變換 電路22有一個(gè)較大的電流輸出，電流比較電路30的翻轉(zhuǎn)速度很快。延遲 A T后，第四電壓/電流變換電路22自動(dòng)恢復(fù)到無電流輸出的狀態(tài)，此時(shí)只 有第三電壓/電流變換電路21輸出一個(gè)小電流，而第一電壓/電流變換電路 U、第二電壓/電流變換電路12、第四電壓/電流變換電路22輸出的電流都 為零，因此同相電流輸入端301上的電流小于反相電流輸入端302上的電 流，使電流比較電路的同相輸出端Y輸出低電平，反相輸出端？輸出的是 高電平。由于第三電壓/電流變換電路21輸出的電流較小，它可以使電流比 較電路30維持穩(wěn)定的輸出，并且功率耗較低。當(dāng)外接輸入信號(hào)X有從低到 高的電平翻轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)過反相器INV1后變成從高到低的電平翻轉(zhuǎn)信號(hào)輸入到 第三電壓/電流變換電路21、第四電壓/電流變換電路22的信號(hào)輸入端，使 第三電壓/「ti流變換電路21、第四電壓/電流變換電路22輸出的電流都為零， 但第一電壓/電流變換電路11輸出較小的電流，并且第二電壓/電流變換電 路12有一個(gè)較大的電流輸出，因此同相電流輸入端301上的電流大于反相 電流輸入端302上的電流，使電流比較電路的同相輸出端Y輸出高電平， 反相電流輸出端？輸出的是低電平。由于第一電壓/電流變換電路12有一個(gè) 較大的電流輸出，電流比較電路30的翻轉(zhuǎn)速度很快。延遲AT后，第二電 壓/電流變換電路12自動(dòng)恢復(fù)到無電流輸出的狀態(tài)，此時(shí)只有第一電壓/電 流變換電路21輸出一個(gè)小電流，而第二電壓/電流變換電路12、第三電壓/ 電流變換電路21、第四電壓/電流變換電路22輸出的電流都為零，因此同 相電流輸入端301上的電流大于反相電流輸入端302上的電流，使電流比 較電路的同相輸出端Y輸出高電平，反相輸出端？輸出的是低電平。由于 第一電壓/電流變換電路11輸出的電流較小，它可以使電流比較電路30維 持穩(wěn)定的輸出，并且功率耗較低。根據(jù)上面公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域一般人員可以采用多種具體方式實(shí)施本 實(shí)用新型，下面列舉其中一種方式予以進(jìn)一步詳細(xì)的說明。如圖4所示，第一電壓/電流變換電路11由電流源II和NMOS開關(guān)管 MN1組成。電流源Il的下端連接外接低電壓Vss，上端連接到NMOS開關(guān) 管MN1的源極，NMOS開關(guān)管MN1的柵極連接到外接輸入信號(hào)X， NM0S開關(guān)管MN1的漏極作為第一電壓/電流變換電路11的輸出端，連接 到電流比較器31的反相電流輸入端，即電流比較電路30的同相電流輸入 端3(H。第二電壓/電流變換電路12由電流源12和NMOS開關(guān)管MN2以及單 穩(wěn)態(tài)脈沖延時(shí)模塊Pl組成。電流源12的下端連接Vss，上端連接到NMOS 幵關(guān)管MN2的源極；NMOS開關(guān)管MN2的漏極作為第二電壓/電流變換電 路12的輸出端，連接到電流比較器31的反相電流輸入端，并與MN1的漏 極相連；NM0S開關(guān)管MN2的棚極連接到單穩(wěn)態(tài)延時(shí)模塊P1的輸出；單 穩(wěn)態(tài)延時(shí)模塊Pl的輸入連接外接輸入信號(hào)X，單穩(wěn)態(tài)延時(shí)模塊Pl的上端連接外接輸入電壓VDD，單穩(wěn)態(tài)延時(shí)模塊P1的下端連接外接輸入電壓Vss。第三電壓/電流變換電路21由電流源13和NMOS開關(guān)管MN3組成。 電流源13的下端連接外接低電壓Vss，上端連接到NMOS開關(guān)管MN3的 源極，NMOS開關(guān)管MN3的漏極作為第三電壓/電流變換電路21的輸出 端，連接到電流比較器31的同相電流輸入端，即電流比較電路30的反相 電流輸入端302。NMOS開關(guān)管MN3的柵極連接到反相器INV1的輸出端， 反相器INV1的輸入端連接到外接輸入信號(hào)X。第四電壓/電流變換電路22由電流源14和NMOS開關(guān)管MN4以及單 穩(wěn)態(tài)脈沖延時(shí)模塊P2組成，電流源I4的下端連接外接低電壓Vss，上端連
接到NMOS開關(guān)管MN4的源極；NMOS開關(guān)管MN4的漏極作為第四電 壓/電流變換電路22的輸出端，連接到電流比較器31的同相電流輸入端， 并與MN3的漏極相連；NMOS開關(guān)管MN4的柵極連接到單穩(wěn)態(tài)延時(shí)模塊P2的輸出；單穩(wěn)態(tài)延時(shí)模塊P2的上端連接外接輸入電壓VDD，單穩(wěn)態(tài)延時(shí)模塊P2的下端連接外接輸入電壓Vss，單穩(wěn)態(tài)延時(shí)模塊P2的輸入連接反相 器INV1的輸出端；反相器INV1的輸入端連接到外接輸入信號(hào)X，反相器 INV1的上端連接外接輸入電壓VDD，反相器INV1的下端連接外接輸入電 壓Vss。電流比較電路30包括電流比較器31和兩個(gè)反相器INV2、 INV3。 電流比較器31的反相電流輸入端連接到NMOS開關(guān)管MN1和MN2 的漏極，電流比較器31的同相電流輸入端連接到NMOS開關(guān)管MN3和 MN4的漏極。電流比較器31的輸出端連接到反相器INV2的輸入端，電流 比較器31的上端連接外接輸入電壓V0—h，電流比較器31的下端連接外接 輸入電壓V0 l;反相器INV2的輸出信號(hào)就是電壓電平轉(zhuǎn)換電路的同相輸 出端Y，并且該反相器的輸出端還連接到反相器INV3的輸入端，反相器 INV3的輸出信號(hào)就是電壓電平轉(zhuǎn)換電路的反相輸出端？。反相器INV2和 INV3的上端連接外接輸入電壓V0H，反相器INV2和INV3的下端連接外 接輸入電壓V^?？梢?，輸入信號(hào)變換單元IO、 20的直流輸入電壓的高電平為VDD，低 電平為Vss，即輸入信號(hào)變換單元的工作電壓域?yàn)閂SS VDD。電流比較電路 30的直流輸入電壓的高電平為Vo一h，低電平為Vo二，即輸出信號(hào)變換單元的工作電壓域?yàn)閂o丄 V(j一h。提高單穩(wěn)態(tài)脈沖延時(shí)模塊Pl和P2的延遲時(shí)間可以使電流比較器的輸 出電平翻轉(zhuǎn)時(shí)間縮短，當(dāng)電流比較器的輸出電平穩(wěn)定后，高速變換通道的 電流除了增加電中的功率損耗外，對(duì)電路無貢獻(xiàn)。因此，當(dāng)電流比較器的 輸出電平穩(wěn)定后，需使單穩(wěn)態(tài)脈沖延時(shí)模塊P1和P2的延遲時(shí)間結(jié)束，關(guān) 斷高速變換通道，降低功率損耗。本實(shí)用新型電路的工作原理如下單穩(wěn)態(tài)脈沖延時(shí)模塊Pl和P2具有單穩(wěn)態(tài)升沿觸發(fā)并輸出脈沖方波的 特性。當(dāng)其輸入信號(hào)有從低到高翻轉(zhuǎn)的升沿時(shí)，模塊輸出具有一定時(shí)間寬
度AT的高電平脈沖，此后輸出信號(hào)又自動(dòng)返回到穩(wěn)定的低電平Vss;在其它狀態(tài)下，模塊輸出為低電平Vss。當(dāng)原端的輸入信號(hào)X為高電平(電壓為VoD)時(shí)，單穩(wěn)態(tài)脈沖延時(shí)模塊Pl和P2輸出低電平(電壓為Vss)，因此NMOS開關(guān)管MN1導(dǎo)通，NMOS 開關(guān)管MN2、 MN3、 MN4截止，此時(shí)電流比較器31的反相電流輸入端的 電流大于其同相電流輸入端的電流，使Y端輸出高電平(電壓為H)。 當(dāng)輸入信號(hào)X由高電平(電壓為VoD)向低電平(電壓為Vss)翻轉(zhuǎn)時(shí)，單 穩(wěn)態(tài)脈沖延時(shí)模塊Pl輸出低電平(電壓為Vss)，單穩(wěn)態(tài)脈沖延時(shí)模塊P2輸 出高電平(電壓為VDD),因此NMOS開關(guān)管MN3、 MN4導(dǎo)通，NMOS開 關(guān)管MN1、 MN2截止，由于流過NMOS開關(guān)管MN4的電流比流過NMOS 開關(guān)管MN3的電流大得多，因此NMOS開關(guān)管MN4的導(dǎo)通能加速電流比 較器31的翻轉(zhuǎn)，使Y端輸出迅速翻轉(zhuǎn)為低電平(電壓為VoL)。由于單穩(wěn) 態(tài)脈沖延時(shí)模塊P2輸出的高電平只有很短的時(shí)間AT，超過這段時(shí)間后， 其輸出變?yōu)榈碗娖?，使NMOS開關(guān)管MN4截止，只有NMOS開關(guān)管MN3 導(dǎo)通，通過它的電流很小，可使輸出端Y維持穩(wěn)定的低電平(電壓為Vo》) 的狀態(tài)。同理，當(dāng)原端的輸入信號(hào)X由低電平向高電平翻轉(zhuǎn)時(shí)，單穩(wěn)態(tài)脈 沖延時(shí)?！姥隤l輸出高電平，單穩(wěn)態(tài)脈沖延時(shí)模塊P2輸出低電平，因此 NMOS開關(guān)管MNl、 MN2導(dǎo)通，NMOS開關(guān)管MN3、 MN4截止，由于流 過NMOS開關(guān)管MNN2的電流比流過NMOS開關(guān)管MN1的電流大得多， 因此NMOS開關(guān)管MN2的導(dǎo)通能加速電流比較器31的翻轉(zhuǎn)，使Y端輸出 迅速翻轉(zhuǎn)為高電平(電壓為V。ji)。由于單穩(wěn)態(tài)脈沖延時(shí)模塊P1輸出的高 電平只有很短的時(shí)間AT，超過這段時(shí)間后，其輸出變?yōu)榈碗娖?，使NMOS 開關(guān)管MN2截止，只有NMOS開關(guān)管MNl導(dǎo)通，通過它的電流很小，可 使輸出端Y維持穩(wěn)定的高電平(電壓為V。H)的狀態(tài)?？梢?，由于單穩(wěn)態(tài) 脈沖延時(shí)模塊的作用，使第二變換電路12和第四變換電路22只在電平翻 轉(zhuǎn)的瞬間it導(dǎo)通，可加速電路的電平轉(zhuǎn)換速度；當(dāng)輸入信號(hào)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)， 只有第一變換電路11和第三變換電路21導(dǎo)通，使輸出維持穩(wěn)定，盡可能 地減少功率損耗。針對(duì)圖4所示的電路圖，圖5給出了一種具體實(shí)現(xiàn)電路。如圖5所示，
反相器INV4、電容C1、與非門NAND1、反相器INV5構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)脈沖延 時(shí)模塊P1，反相器INV6、電容C2、與非門NAND2、反相器INY7構(gòu)成單 穩(wěn)態(tài)脈沖延時(shí)模塊P2， PMOS管HP1、 HP2、 HP3、 HP4和NMOS管HN1、 HN2構(gòu)成電流比較器31。 NM0S管MN5、 MN6、 MN7、 MN8分別構(gòu)成四 個(gè)電流源Il、 12、 13、 14，它們的源極和襯底都接到Vss，柵極接到外接輸 入偏置電壓vref,漏極作為電流源的輸出端，分別接NMOS開關(guān)管MNl、 MN2、 MN3、 MN4的源極，NM0S管MN1、 MN2、 MN3、 MN4的襯底接 VSS。數(shù)字信號(hào)的輸入端X連接到反相器INY4、 INV1的輸入端，并連接到 二輸入與非門NAND1的一個(gè)輸入端，還連接到NMOS開關(guān)管MNl的柵極。 反相器INV4的輸出端連接到二輸入與非門NAND1的另一個(gè)輸入端，并與 電容Cl的上端相連，電容Cl的下端接Vss。 二輸入與非門NAND1的輸 出端連接到反相器INV5的輸入端，反相器INY5的輸出端連接到NMOS 開關(guān)管MN2的柵極。NMOS開關(guān)管MN1和MN2的漏極相連，該節(jié)點(diǎn)是電 流比較器31的反相電流輸入端，并連接到PMOS管HP1的漏極和柵極， 還連接到PMOS管HP2的柵極。反相器INV1的輸出連接到反相器INV6 的輸入端，并連接到二輸入與非門NAND2的一個(gè)輸入端，還連接到NMOS 開關(guān)管MN3的柵極。反相器INV6的輸出端連接到二輸入與非門NAND2的另一個(gè)輸入端， 并與電容C2的上端相連，電容C2的下端接Vss。 二輸入與非門NAND2 的輸出端連接到反相器INV7的輸入端，反相器INV7的輸出端連接到 NMOS開關(guān)管MN4的柵極。NMOS開關(guān)管MN3和MN4的漏極相連，該 節(jié)點(diǎn)是電流比較器31的同相電流輸入端，并連接到PMOS管HP3的漏極 和柵極，還連接到PMOS管HP4的柵極。反相器INV4、INV5、與非門NAND1 以及反相器INV1、 INV6、 INV7、與非門NAND2的上端連接外接輸入電 壓VoD，下端連接外接輸入電壓Vss。PMOS管HPl、 HP2、 HP3、 HP4的源極和襯底電極都接到外接電壓輸 入端V0—h。 PMOS管HP2的漏極連接NMOS管HN1的漏極和柵極，并與 NMOS管HN2的柵極相連接。NMOS管HN1、 HN2的源極和襯底電極都
接到外接電壓輸入端V(^。 NMOS管HN2的漏極與PMOS管HP4的漏極 連接，并與反相器INV2的輸入端相連。反相器INV2的輸出端即為電壓電 平轉(zhuǎn)換電路的同相輸出端Y,它與反相器INV3的輸入端相連。反相器INV3 的輸出端即為電壓電平轉(zhuǎn)換電路的反相輸出端？。反相器INV2和INV3的 上端連接外接輸入電壓Voh，反相器INV2和INV3的下端連接外接輸入電 壓V0—l。本實(shí)用新型的實(shí)施電路具體工作原理詳細(xì)敘述如下。 當(dāng)輸入信號(hào)X為高電平(電壓為VcD)時(shí)，NMOS開關(guān)管MNl導(dǎo)通， NMOS開關(guān)管MN2、 MN3和MN4截止，因此PMOS管HP3和HP4也截 止，此時(shí)PMOS管HPl、 HP2、 NMOS管HNl處于飽和態(tài)，HN2處于深線 性區(qū)，使Y端輸出高電平(電壓為V?！猦)。當(dāng)輸入信號(hào)X由高電平向低電 平翻轉(zhuǎn)時(shí)，NMOS開關(guān)管MN1截止，NMOS開關(guān)管MN3導(dǎo)通；低電平X 使與非門NAND1鎖定，使與非門NAND2導(dǎo)通，此時(shí)電容Cl的延時(shí)作用 被屏蔽，NAND1輸出的高電平使NMOS幵關(guān)管MN2截止，而電容C2的 延時(shí)作用，使NAND2輸出有一定脈沖寬度AT的負(fù)脈沖信號(hào)，使MN4導(dǎo) 通AT時(shí)間，由于流過NMOS開關(guān)管MN4的電流比流過NMOS開關(guān)管MN3 的電流大得多，因此流過PMOS開關(guān)管HP3的電流較大，加速輸出端電平 的翻轉(zhuǎn)；當(dāng)輸出端電平完成翻轉(zhuǎn)后，電路的延時(shí)結(jié)束，NMOS開關(guān)管MN4 截止，只有MN3保持導(dǎo)通狀態(tài)，流過PMOS開關(guān)管HP3的電流很小，用 來維持輸出端的電平穩(wěn)定，因此使輸出端Y輸出穩(wěn)定的低電平(電壓為 V?！猯)。同理，當(dāng)輸入信號(hào)X由低電平向高電平翻轉(zhuǎn)時(shí)，由于電容C1的延 時(shí)作用使NMOS開關(guān)管MN2導(dǎo)通AT時(shí)間，使流過PMOS開關(guān)管HP1的 電流較大，加快輸出端電平的翻轉(zhuǎn)；其后NMOS開關(guān)管MN2截止，只有 NMOS開關(guān)管MN1導(dǎo)通，流過NMOS開關(guān)管MN1的微弱電流使輸出端Y 維持穩(wěn)定的高電平(電壓為V。一h)?？梢姡捎趩畏€(wěn)態(tài)脈沖延時(shí)電路的作用， 使兩個(gè)高速通道只在電平翻轉(zhuǎn)的瞬間才輪流導(dǎo)通，當(dāng)輸入信號(hào)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)， 只有低速通道輪流導(dǎo)通。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型公開的內(nèi)容，對(duì)各部分均可以采 用其它多種不同的具體實(shí)施方式
予以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求1、一種電壓電平轉(zhuǎn)換電路，其特征在于它包括第一電壓/電流變換電路(11)、第二電壓/電流變換電路(12)、第三電壓/電流變換電路(21)、第四電壓/電流變換電路(22)、反相器INV1和電流比較電路(30)；各電壓/電流變換電路(11、12、21、22)和反相器INV1的輸入直流電壓的工作范圍為VDD～VSS，VDD和VSS分別為外接電壓的高低電位；電流比較電路(30)的輸入直流電壓的工作范圍為VO_H～VO_L，VO_H和VO_L分別為外接高電壓的高低電位；第一、第二電壓/電流變換電路(11、12)和反相器INV1的信號(hào)輸入端接外接輸入信號(hào)X；第一電壓/電流變換電路(11)的輸出端與第二電壓/電流變換電路(12)的輸出端相連，并連接到電流比較電路(30)的同相電流輸入端(301)；反相器INV1的輸出端連接到第三、第四電壓/電流變換電路(21、22)的信號(hào)輸入端；第三電壓/電流變換電路(21)的輸出端與第四電壓/電流變換電路(22)的輸出端相連，并連接到電流比較電路(30)的反相電流輸入端(302)；電流比較電路(30)設(shè)有同相輸出端Y和反相輸出端反相器INV1用于將外接信號(hào)輸入端X輸入的電平信號(hào)的高低電平取反；第一電壓/電流變換電路(11)用于當(dāng)外接輸入信號(hào)X為高電平時(shí)，輸出大小為A1的電流，當(dāng)外接輸入信號(hào)X為低電平時(shí)，輸出電流為0；第二電壓/電流變換電路(12)用于當(dāng)外接輸入信號(hào)X從低到高的電平翻轉(zhuǎn)時(shí)輸出電流，該電流的大小記為A2，A2與A1的比值為3～10，延遲ΔT時(shí)間后，該電路自動(dòng)恢復(fù)到無電流輸出的狀態(tài)，ΔT為電流比較電路(30)的翻轉(zhuǎn)延遲時(shí)間；第三電壓/電流變換電路(21)當(dāng)外接輸入信號(hào)X是低電平時(shí)，經(jīng)過反相器INV1后變成高電平輸入到第三電壓/電流變換電路(21)的信號(hào)輸入端，第三電壓/電流變換電路(21)將輸出電流值等于A1的電流；當(dāng)外接輸入信號(hào)X是高電平時(shí)，經(jīng)過反相器INV1后變成低電平輸入到第三電壓/電流變換電路(21)的信號(hào)輸入端，第三電壓/電流變換電路(21)輸出電流為0；第四電壓/電流變換電路(22)用于當(dāng)外接輸入信號(hào)X有從高到低的電平翻轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)過反相器INV1后變成從低到高的電平翻轉(zhuǎn)信號(hào)輸入到第四電壓/電流變換電路(22)的信號(hào)輸入端，第四電壓/電流變換電路(22)輸出一個(gè)電流值等于A2的電流，延遲ΔT時(shí)間后，該電路自動(dòng)恢復(fù)到無電流輸出的狀態(tài)；電流比較電路(30)用于比較其輸入端電流的大小，輸出對(duì)應(yīng)的高低電平電壓。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的電壓電平轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述第一 電壓/電流變換電路(11)由電流源I1和NM0S開關(guān)管MN1組成；電流源 II的下端連接外接低電壓Vss,上端連接到NMOS開關(guān)管MN1的源極， NMOS開關(guān)管MN1的柵極連接到外接婢入信號(hào)X， NMOS開關(guān)管MN1 的漏極與電流比較器(31)的反相電流輸入端相連，電流比較器(31)的 反相電流輸入端即電流比較電路(30)的同相電流輸入端(301);第二電壓/電流變換電路(12)由電流源12和NMOS開關(guān)管MN2以及 單穩(wěn)態(tài)脈沖延時(shí)模塊Pl組成；電流源12的下端連接Vss，上端連接到NMOS 開關(guān)管MN2的源極；NMOS開關(guān)管MN2的漏極與電流比較器(31)的反 相電流輸入端相連，并與NMOS開關(guān)管MN1的漏極相連；NMOS開關(guān)管 MN2的柵極連接到單穩(wěn)態(tài)延時(shí)模塊Pl的輸出；單穩(wěn)態(tài)延時(shí)模塊P1的輸入 連接外接輸入信號(hào)X，單穩(wěn)態(tài)延時(shí)模塊Pl的輸入直流電壓的工作范圍為VDD VSS;第三電壓/電流變換電路(21)由電流源13和NMOS開關(guān)管MN3組成; 電流源13的下端連接外接低電壓Vss，上端連接到NMOS開關(guān)管MN3的 源極，NMOS開關(guān)管MN3的漏極連接到電流比較器(31)的同相電流輸 入端，電流比較電路(30)的反相電流輸入端(302)， NMOS開關(guān)管MN3 的柵極連接到反相器INV1的輸出端，反相器INV1的輸入端連接到外接輸 入信號(hào)X;第四電壓/電流變換電路(22)由電流源14和NMOS開關(guān)管MN4以及 單穩(wěn)態(tài)脈沖延時(shí)電路P2組成，電流源I4的下端連接外接低電壓Vss,上端 連接到NMOS開關(guān)管MN4的源極;NMOS開關(guān)管MN4的漏極連接到電流 比較器(31)的同相電流輸入端，并與NMOS開關(guān)管MN3的漏極相連； NMOS開關(guān)管MN4的柵極連接到單穩(wěn)態(tài)延時(shí)模塊P2的輸出；單穩(wěn)態(tài)延時(shí) 模塊P2的輸入直流電壓的工作范圍為VDD VSS，單穩(wěn)態(tài)延時(shí)模塊P2的輸 入連接反相器INV1的輸出端；電流比較電路30包括電流比較器31和反相器INV2、 INV3;電流比較 器(31)的反相電流輸入端連接到NMOS開關(guān)管MN1和MN2的漏極，電 流比較器(31)的周相電流輸入端連接到NMOS開關(guān)管MN3和MN4的漏 極；電流比較器(31)的輸出端連接到反相器INV2的輸入端，電流比較器 (31)的輸入直流電壓的工作范圍為V(3h Vo一l;反相器INV2的輸出信 號(hào)作為同相輸出端Y,并且該反相器的輸出端還連接到反相器INV3的輸入 端，反相器INV3的輸出信號(hào)作為反相輸出端？；反相器INV2和INV3的 輸入直流電壓的工作范圍為V0H V0Jj。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓電平轉(zhuǎn)換電路，其特征在于單穩(wěn)態(tài)脈 沖延時(shí)模塊P1由反相器INV4、電容C1、與非門NAND1和反相器INV5 構(gòu)成，單穩(wěn)態(tài)脈沖延時(shí)模塊P2由反相器INV6、電容C2、與非門NAND2 和反相器INV7構(gòu)成，電流比較器(31)由PMOS管HP1、 HP2、 HP3、 HP4 和NM0S管HN1、 HN2構(gòu)成；NMOS管MN5、 MN6、 MN7、 MN8分別構(gòu)成四個(gè)電流源II、 12、 13、14，它們的源極和襯底均接Vss，柵極接到外接輸入偏置電壓VREF，漏極作為電流源的輸出端，分別接NMOS開^管MNl、 MN2、 MN3、 MN4的源 極，NMOS管MNl、 MN2、 MN3、 MN4的襯底接Vss;數(shù)字信號(hào)的輸入端X連接到反相器INV4、 INV1的輸入端，并連接到 二輸入與非門NAND1的一個(gè)輸入端，還連接到NMOS開關(guān)管MNl的柵極; 反相器mV4的輸出端連接到二輸入與非門NANDl的另一個(gè)輸入端，并與 電容Cl的上端相連，電容Cl的下端接Vss; 二輸入與非門NAND1的輸 出端連接到反相器INV5的輸入端，反相器INV5的輸出端連接到NMOS 幵關(guān)管MN2的柵極；NMOS開關(guān)管MN1和MN2的漏極相連，該節(jié)點(diǎn)是電 流比較器(31)的反相電流輸入端，并連接到PMOS管HPl的漏極和柵極， 還連接到PMOS管HP2的柵極；反相器INVl的輸出連接到反相器INV6 的輸入端，并連接到二輸入與非門NAND2的一個(gè)輸入端，還連接到NMOS 開關(guān)管MN3的柵極；反相器INV6的輸出端連接到二輸入與非門NAND2的另一個(gè)輸入端， 并與電容C2的上端相連，電容C2的下端接Vss; 二輸入與非門NAND2 的輸出端連接到反相器INV7的輸入端，反相器INV7的輸出端連接到 NMOS開關(guān)管MN4的柵極；NMOS開關(guān)管MN3和MN4的漏極相連，該 節(jié)點(diǎn)是電流比較器(31)的同相電流輸入端，并連接到PMOS管HP3的漏 極和柵極，還連接到PMOS管HP4的柵極；反相器INV4、 INV5、與非門 NAND1以及反相器INV1、 INV6、 INV7、與非門NAND2的上端連接外接輸入電壓VDD,下端連接外接輸入電壓Vss;PMOS管HPl、 HP2、 HP3、 HP4的源極和襯底電極都接到外接電壓輸 入端Voji; PMOS管HP2的漏極連接NMOS管HNl的漏極和柵極，并與 NMOS管HN2的柵極相連接；NMOS管HN1、 HN2的源極和襯底電極都 接到外接電壓輸入端Vol; NMOS管HN2的漏極與PMOS管HP4的漏極 連接，并與反相器INV2的輸入端相連；反相器INV2的輸出端即為電壓電 平轉(zhuǎn)換電路的同相輸出端Y，它與反相器INY3的輸入端相連；反相器INV3 的輸出端即為電壓電平轉(zhuǎn)換電路的反相輸出端？；反相器INV2和INV3的 上端連接外接輸入電壓V0—h,反相器INV2和INV3的下端連接外接輸入電壓V。l。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種電壓電平轉(zhuǎn)換電路。它包括第一電壓/電流變換電路、第二電壓/電流變換電路、第三電壓/電流變換電路、第四電壓/電流變換電路、反相器INV1和電流比較電路。反相器INV1用于將外接信號(hào)輸入端X輸入的電平信號(hào)的高低電平取反；電流比較電路用于比較其輸入端電流的大小，輸出對(duì)應(yīng)的高低電平電壓。第一、第三電壓/電流變換電路作為低速變換通道，其工作電流很小，用于維持輸出電平的穩(wěn)定；第二、第四電壓/電流變換電路作為高速變換通道，其工作電流較大，用于使電流比較電路有很快的翻轉(zhuǎn)速度。第二、第四電壓/電流變換電路只在輸入信號(hào)電平翻轉(zhuǎn)時(shí)才工作很短時(shí)間，等到電流比較電路完成電平翻轉(zhuǎn)后，它們立即停止工作，盡可能地減少功耗。
文檔編號(hào)H03K19/0185GK201018470SQ20062016363
公開日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者劉政林, 孔令榮, 張科峰, 曾子玉, 胡水根, 鄒志革, 鄒雪城, 鄭朝霞 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)