[發明專利]電壓電平移位器

有效

• 申請號: 201110462926.9
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN103166625B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 王猛
• 申請（專利權）人: 恩智浦美國有限公司
• 主分類號: H03K19/0175
• 分類號: H03K19/0175
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 劉倜

技術領域

本發明涉及數字電子電路，并且尤其涉及電壓電平移位器。

背景技術

半導體裝置(比如集成電路(IC))可能操作在多于一個電源電壓下。例如，集成電路(IC)可具有不同功能的內部模塊并且這些內部模塊使用不同的電源電壓。另外，與外部模塊連接的輸入/輸出端子處的信號電平可能由與所連接模塊的特性的兼容性來確定，并且要求與內部電路的不同的電源電壓。電平移位器(有時也稱作電平轉換器)是一種廣泛使用的用以將信號電平轉換至更高或者更低電壓的電路。

電平移位器的兩個關鍵參數是其電流和功率消耗以及其傳輸延遲(transfer delay)(輸入信號的變化和相應的輸出信號的變化之間的延遲)。電平移位器的電源電壓較高，常常是集成電路中的最高電壓，使得低電流消耗成為對于低功率消耗的一個特別重要的參數。傳輸延遲也是重要的，尤其對于一些需要快導通(turning-on)時間的柵極驅動器(gate driver)應用。這些參數趨向于沖突，并且目前已知的電平移位器表現了這兩參數的折衷。因此，需要一種具有較低消耗電流但還具有較高轉換速度的電平移位器。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供一種電平移位器，包括：鎖存器，其被供以第一電壓，并具有第一支路和第二支路；第一開關元件和第二開關元件，其分別與所述第一支路和第二支路串聯連接；輸出端，連接到所述支路中的至少一個；第三開關元件和第四開關元件，其分別與所述包含第一開關元件的第一串聯連接體和所述包含第二開關元件的第二串聯連接體并聯連接；控制器，其接收處于與所述第一電壓不同的電壓的輸入信號，用于在所述輸入信號的斷言后的轉變期期間激活所述第三開關元件以改變所述鎖存器的狀態，以及用于在所述轉變期之后的穩定期期間去激活所述第三開關元件并激活所述第一開關元件以維持所述鎖存器的狀態，用于在所述輸入信號的去斷言后的反相轉變期期間激活所述第四開關元件以改變所述鎖存器的狀態，以及用于在所述反相轉變期之后的穩定期期間去激活所述第四開關元件并激活所述第二開關元件以維持所述鎖存器的狀態，其中所述控制器包括限定所述轉變期和所述反相轉變期的持續時間的電容性定時元件；電荷泵，其向所述電平移位器提供電力；以及功率晶體管，其柵電極連接至所述電平移位器的輸出端，其中所述輸出端向所述功率晶體管的柵電極施加電壓。

根據一個或多個實施例，電平移位器還包括：第一偏置元件和第二偏置元件，其分別串聯連接在所述第一開關元件與所述第一支路之間、所述第二開關元件與所述第二支路之間，其中所述第一偏置元件和第二偏置元件被比所述第一電壓低的第二電壓偏置。

根據一個或多個實施例的電平移位器，其中所述控制器包括選通元件，該選通元件根據所述轉變期和所述反相轉變期的終點來限定所述穩定期的開始。

根據本發明的第二發面，提供一種電平移位器，包括：鎖存器，其具有第一支路和第二支路，被供以第一電壓；第一串聯連接體，其具有與所述第一支路串聯連接的第一偏置元件以及與所述第一偏置元件串聯連接的第一開關元件；第二串聯連接體，其具有與所述第二支路串聯連接的第二偏置元件以及與所述第二偏置元件串聯連接的第二開關元件；其中所述第一偏置元件和第二偏置元件被比所述第一電壓小的第二電壓偏置；輸出端，其連接到所述支路中的至少一個；第三開關元件和第四開關元件，其分別與所述第一串聯連接體和第二串聯連接體并聯連接；以及控制器，其接收處于與所述第一電壓不同的電壓的輸入信號，用于在所述輸入信號的斷言后的轉變期期間激活所述第三開關元件以改變所述鎖存器的狀態，以及用于在所述轉變期之后的穩定期期間去激活所述第三開關元件并激活所述第一開關元件以維持所述鎖存器的狀態，用于在所述輸入信號的去斷言后的反相轉變期期間激活所述第四開關元件以改變所述鎖存器的狀態，以及用于在所述反相轉變期之后的穩定期期間去激活所述所述第四開關元件并激活所述第二開關元件以維持所述鎖存器的狀態，其中所述控制器包括限定所述轉變期和所述反相轉變期的持續時間的電容性定時元件，以及其中所述控制器包括選通元件，該選通元件根據所述轉變期和所述反相轉變期的終點來限定所述穩定期的開始。