[發(fā)明專利]多功能功率域電平轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210019722.2
• 申請(qǐng)日: 2012-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN102624373A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阿尼斯·M·賈拉爾;阿努伊·辛加尼亞;布賴恩·T·韋斯頓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 飛思卡爾半導(dǎo)體公司
• 主分類號(hào): H03K19/0175
• 分類號(hào): H03K19/0175
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 李寶泉;周亞榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般地涉及用于對(duì)接獨(dú)立功率域的電平轉(zhuǎn)換器，并且更具體地，涉及用于將信號(hào)轉(zhuǎn)換成在具有多個(gè)功率域的系統(tǒng)中的域交叉(crossing)之間的兼容電壓電平的多功能和可配置的電平轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

為了優(yōu)化在速度和功耗之間的權(quán)衡，很多電子電路包括多個(gè)獨(dú)立功率域。功率域通過(guò)電源的電壓電平之間的變化(諸如，在接地或參考電壓電平(通常稱為“VSS”)之間的電壓電平中的差異，或者源電壓電平(通常稱為“VDD”)之間的電壓電平中的差異)來(lái)進(jìn)行區(qū)分。功率域可以替代地被稱為在不同電壓電平內(nèi)進(jìn)行操作的電壓域。電平轉(zhuǎn)換器可以被設(shè)置在單獨(dú)或其他獨(dú)立功率域之間的接口或“交叉”處，使得對(duì)由以一個(gè)電壓電平進(jìn)行操作的一個(gè)功率域斷言的信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，并且被驅(qū)動(dòng)為與另一功率域兼容的不同電壓電平。如在此使用的，每個(gè)信號(hào)通常被認(rèn)為是數(shù)字信號(hào)或二進(jìn)制信號(hào)，該信號(hào)在諸如邏輯一(1)和邏輯零(0)的相對(duì)邏輯電平之間進(jìn)行切換。每個(gè)邏輯電平都關(guān)于特定電壓電平來(lái)被確定，使得期望信號(hào)在與接收信號(hào)的功率域兼容的電壓電平內(nèi)進(jìn)行切換。另外，不兼容的二進(jìn)制信號(hào)可能被誤解而可能導(dǎo)致不正確的結(jié)果，這可能導(dǎo)致不合適的操作或者甚至是操作故障。

當(dāng)功率域處于不同的操作模式(諸如，若干功率節(jié)省模式(例如，待機(jī)、睡眠、休眠等))時(shí)，可以改變給定功率域的操作電壓電平。當(dāng)兩個(gè)域之間的電壓電平相等或以其他方式變得相等時(shí)，具有旁路的電平轉(zhuǎn)換器可以用于旁路電壓電平轉(zhuǎn)換。電平轉(zhuǎn)換器可以以隔離(諸如隔離單元等)來(lái)實(shí)現(xiàn)，以將斷電域的輸出驅(qū)動(dòng)為提供給保持通電的域的輸入的已知邏輯電平。

對(duì)于一些技術(shù)節(jié)點(diǎn)，假設(shè)電路以較低頻率進(jìn)行操作，可以通過(guò)對(duì)晶體管器件進(jìn)行反偏置來(lái)獲得漏電和功耗中的顯著減少。反偏置通常涉及在器件的塊體或基底與器件的柵極之間驅(qū)動(dòng)電壓差。在標(biāo)準(zhǔn)的互補(bǔ)金屬-氧化物半導(dǎo)體(CMOS)配置中，P-溝道MOS(PMOS)器件的源極和基底都被附接到VDD，并且N-溝道MOS(NMOS)器件的源極和基底被附接到VSS。在一種傳統(tǒng)的反偏置CMOS配置中，PMOS器件的體端(body)被拉到VDD以上的電壓，并且NMOS器件的基底被拉到VSS以下的電壓。由于VSS通常被限定在零(0)伏特(V)或接地，所以電荷泵等用于將NMOS器件的基底驅(qū)動(dòng)為接地以下的負(fù)電壓電平。傳統(tǒng)的反偏置方法的一個(gè)缺點(diǎn)在于相對(duì)低效率的電荷泵等的使用增加了總功耗。另一缺點(diǎn)在于總電壓擺動(dòng)的相應(yīng)的增加。這樣的反偏置方法對(duì)于具有有限總電壓范圍的電池供電的電子器件來(lái)說(shuō)特別不利。

替代的反偏置技術(shù)在此被稱為“源極偏置”，其中，NMOS器件的基底被保持或者以其他方式被接地，并且VSS的電壓電平增加，其增加NMOS器件的源極端子的電壓電平。即使在電池供電器件中通常也存在足夠的動(dòng)態(tài)余量(headroom)，以將P-型器件的基底驅(qū)動(dòng)到VDD以上，使得總電壓范圍一點(diǎn)都不受影響。然而，源極偏置技術(shù)可能導(dǎo)致在一些功率模式中以不同的接地電勢(shì)進(jìn)行操作的功率域。如果功率域還以不同的VDD源電壓進(jìn)行操作，則電力電平轉(zhuǎn)換器和接地電平轉(zhuǎn)換器都需要針對(duì)電力電平和地電平來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。然而，多個(gè)電平轉(zhuǎn)換單元的使用易產(chǎn)生錯(cuò)誤并且導(dǎo)致額外的延遲。

本行業(yè)將從提供下述電平轉(zhuǎn)換器而受益，使得跨越源電壓域和接地域的電平轉(zhuǎn)換器，在適當(dāng)時(shí)通過(guò)旁路電平轉(zhuǎn)換來(lái)最小化延遲，并且在期望時(shí)提供內(nèi)置隔離。

附圖說(shuō)明

根據(jù)以下的描述和附圖，本發(fā)明的益處、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，在附圖中：

圖1是具有多個(gè)功率域以及在域交叉之間的相應(yīng)電平轉(zhuǎn)換器的集成電路的一個(gè)實(shí)施例的示圖；

圖2是包括單獨(dú)的高壓(HV)域、核心域和存儲(chǔ)器域以及在由模式控制器控制的域交叉之間的電平轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)的更特定實(shí)施例的框圖；

圖3A、圖3B和圖3C是根據(jù)包括超級(jí)單元實(shí)施例以及簡(jiǎn)化實(shí)施例的相應(yīng)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的電平轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)化框圖，超級(jí)單元實(shí)施例包括利用電力和接地轉(zhuǎn)換旁路和隔離的電力和接地電平轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)化實(shí)施例排除了隔離和旁路中的一個(gè)；

圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖3的電平轉(zhuǎn)換器的更詳細(xì)的示意性框圖；

圖5A、圖5B和圖5C是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的圖4的反相器的示意圖；

圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖4的輸出緩沖器的示意圖；

圖7是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖4的隔離控制網(wǎng)絡(luò)的示意圖；

圖8是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有圖4的旁路網(wǎng)絡(luò)的接地電平轉(zhuǎn)換器的示意圖；以及