消除静态功耗的电平转换器的制作方法

专利2025-03-01  31


本发明涉及集成电路领域,具体涉及一种消除静态功耗的电平转换器。


背景技术:

1、芯片应用中有各种不同的电源电压和地电压。电平转换器是用于将一个信号的电平从一种逻辑或电压水平转换为另一种逻辑或电压水平的电路。它在不同电路之间实现信号的兼容性和互联,使得不同电平的设备能够相互通信和交互。

2、电平转换器的工作原理基于电压比较、驱动和逻辑转换等技术。它通过内部的电路结构(如晶体管、mosfet等)改变导通状态,以控制输出端的电流流动和电压水平,确保输出信号满足目标系统的逻辑高和逻辑低电平要求。

3、电平转换器广泛应用于数字电路、通信接口、传感器接口等领域。例如,在数字电路中,不同的芯片或系统可能采用不同的电源电压工作,电平转换器可以调整信号电平,使得输出端能够匹配目标系统的逻辑阈值。

4、图1是现有技术中第一种电平转换器电路图。通过p沟道金属氧化物半导体(p-channel metal oxide semiconductor,pmos)管p1和n沟道金属氧化物半导体(n-channelmetal oxide semiconductor,nmos)管n1构成的第一反相器,以及pmos管p2和nmos管n2构成的第二反相器,电平转换器接收输入信号in,并产生转换后的输出信号out,其中第一反相器接入电压值为vddl的第一电源电压和电压值为vssl的第一地电压,第二反相器接入电压值为vddh的第二电源电压和电压值为vssh的第二地电压,其中vddl<vddh,vssl<vssh,第一反相器和第二反相器之间存在连接节点a。该方案的缺陷是当节点a的电压值为vddl时,pmos管p2有无法彻底关闭的风险,存在静态功耗,在vddh与vddl之间偏差较大时,整体功耗偏大。

5、图2是现有技术中第二种电平转换器电路图。与第一种电平转换器的主要区别在于,第一反相器和第二反相器之间通过一个电容作为连接器件,pmos管p2和nmos管n1共同的栅极和共同的漏极之间连接了一个电阻。从节点b0至节点b1,通过电容耦合交流信号至高电压域。当输入信号in频率较低时,耦合过程存在信号幅度衰减,导致信号失真,故而该方案所适用的信号存在频率下限。


技术实现思路

1、为了缓解或部分缓解上述技术问题,本发明的解决方案如下所述:

2、一种消除静态功耗的电平转换器,包括:第一反相器,其中第一反相器的输入端接入电平转换器输入信号,第一反相器接入第一电源电压和第一地电压;第二反相器,其中第一反相器的输出端作为第二反相器的输入端,第二反相器接入第一电源电压和第二地电压;并且,第二反相器的输出端作为第一模块的输入端,第二反相器的输出端连接至第三nmos管的栅极,第一模块的输出端连接至第三pmos管的栅极;第三pmos管的漏极引出电平转换器输出信号,以及电平转换器输出信号作为第一模块的输入信号;第三pmos管的源极接入第二电源电压,第三nmos管的源极接入第二地电压;此外,所述第一模块包括第三反相器、第四nmos管、第五nmos管和xnor电路;并且,所述电平转换器输出信号作为第三反相器的输入信号;所述电平转换器输出信号作为xnor电路的第一输入信号;所述电平转换器输出信号作为第五nmos管的栅极控制信号;所述第二反相器的输出端的输出信号作为所述xnor电路的第二输入信号;所述第二反相器的输出端的输出信号作为第五nmos管的源极输入信号;所述第五nmos管的漏极引出第一模块的输出端;所述第三反相器的输出端连接至第四nmos管的漏极和第五nmos管的漏极,第四nmos管的栅极连接至所述xnor电路的输出端,第四nmos管的源极接入第二地电压;其中,第二地电压的电压值大于第一地电压的电压值,第二电源电压的电压值大于第一电源电压的电压值。

3、进一步地,所述第一反相器包括第一pmos管和第一nmos管,其中第一pmos管的源极接入第一电源电压,第一nmos管的源极接入第一地电压。

4、进一步地,所述第二反相器包括第二pmos管和第二nmos管,其中第二pmos管的源极接入第一电源电压,第二nmos管的源极接入第二地电压。

5、进一步地,所述xnor电路的输出端的电压变化范围是第二地电压的电压值至第一电源电压的电压值。

6、进一步地,所述第一模块的输出端的电压变化范围是第二地电压的电压值至第二电源电压的电压值。

7、进一步地,第一pmos管的栅极和第一nmos管的栅极接入电平转换器输入信号。

8、进一步地,第二pmos管的栅极和第二nmos管的栅极接入第一反相器的输出端。

9、本发明技术方案,具有如下有益的技术效果之一或多个:

10、(1)适应宽的电源电压转换范围;

11、(2)无超压风险;

12、(3)无静态功耗损失;

13、(4)支持宽的工作频率范围,无工作频率下限。

14、此外,本发明还具有的其它有益效果将在具体实施例中提及。



技术特征:

1.一种消除静态功耗的电平转换器,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的消除静态功耗的电平转换器,其特征在于:

3.根据权利要求2所述的消除静态功耗的电平转换器,其特征在于:

4.根据权利要求3所述的消除静态功耗的电平转换器,其特征在于:

5.根据权利要求4所述的消除静态功耗的电平转换器,其特征在于:

6.根据权利要求5所述的消除静态功耗的电平转换器,其特征在于:

7.根据权利要求6所述的消除静态功耗的电平转换器,其特征在于:


技术总结
本发明公开了一种消除静态功耗的电平转换器。为消除电平转换器中的静态功耗,本发明的电平转换电路包括:第一反相器,其中第一反相器的输入端接入电平转换器输入信号,第一反相器接入第一电源电压和第一地电压;第二反相器,其中第一反相器的输出端作为第二反相器的输入端,第二反相器接入第一电源电压和第二地电压;第二反相器的输出端作为第一模块的输入端,第二反相器的输出端连接至第三NMOS管的栅极,第一模块的输出端连接至第三PMOS管的栅极;第三PMOS管的漏极引出电平转换器输出信号,以及电平转换器输出信号作为第一模块的输入信号;第三PMOS管的源极接入第二电源电压,第三NMOS管的源极接入第二地电压。本发明还具有宽转换范围,无超压风险。

技术研发人员:请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名
受保护的技术使用者:成都电科星拓科技有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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