[發明專利]電平轉換電路及其操作方法

有效

• 申請號: 201310257799.8
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN104124954B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 羅賢君
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: H03K19/0175
• 分類號: H03K19/0175
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 陳小雯

技術領域

本公開涉及一種電平轉換電路。

背景技術

隨著技術的演進，加上現今科技產品的輕薄短小，功能越來越強大的趨勢，產品內部電路所需使用的電源值也隨之減小，一般所采用的電路或是集成電路芯片(Integrated?Circuit?Chip)的數量及種類也變得更多，因而對于需要不同的電壓電平以供應這些電路或是集成電路芯片使用，而扮演提供電壓電平轉換的角色的，是電平轉換器。

圖1為使用電平轉換器100的示意圖。I1是低電壓反相器（Low?Voltage?Inverter）。所述電平轉換器100主要是使用兩級交叉耦合電平轉換器(Cross?Coupled?Level?Shifter)達成轉換低于臨界電壓信號的輸入信號IN到高于臨界電壓信號的輸出信號OUT，第一級的電源供應是高電壓的電位VDDH減掉二極管電壓的電位差，以作為降低P型晶體管驅動力的方式。然而，這個架構不能僅使用標準臨界電壓(Standard?Voltage?Threshold，SVT)晶體管，還需要搭配低臨界電壓(Low?Voltage?Threshold，LVT)的晶體管，才能有效轉換低于臨界電壓信號到高于臨界電壓信號，且，所述電平轉換器100降壓需要經過微調，否則在某個電壓范圍反應非常緩慢。

圖2為電平轉換器200的示意圖。所述電平轉換器200使用單級威爾森電流鏡作為差動放大電平轉換器，用以穩定轉換低于臨界電壓信號的輸入信號IN3到高于臨界電壓信號的輸出信號OUT3。所述電平轉換器200不需要特殊搭配高臨界電壓或低臨界電壓的晶體管，也不受P型晶體管驅動力過強影響。然而，在轉換高低電壓差相近的信號時，電平轉換器200的轉換速度非常緩慢，并且上升延遲和下降延遲差距很大。

圖3為另一電平轉換器300的示意圖。所述電平轉換器300使用交叉耦合電平轉換器，搭配N型晶體管M16及M17做差動型感應，利用N型晶體管M18和M21使信號先到先輸出。然而，電平轉換器300的架構在輸入信號IN5轉換至輸出信號OUT5的時候，其轉換速度可能會受到限制。而且，受限于第一級的交叉耦合電平轉換器，轉換電壓的范圍亦受到限制。

因此，如何設計一種可將輸入電壓信號轉換到輸出電壓信號的電平轉換器，使其可轉換的電壓范圍包含低壓轉高壓以及高壓轉低壓。并且，電平轉換器不論低壓轉高壓或高壓轉低壓時，都可以可較快達成電壓信號的轉換，且其架構較可不易受到工藝變異或操作環境影響，確為本產業需要研發的主要課題。

發明內容

根據本公開實施范例提供一種電平轉換器，用以將第一電壓信號轉換為第二電壓信號，包括：比較電路，用以比較第一電壓信號和反相的第一電壓信號，以產生第一信號；延遲電路，用所述第一電壓信號產生第二信號；以及選擇電路，電性連接至所述比較電路及所述延遲電路，用來接收所述第一信號及所述第二信號，并選擇所述第一信號及所述第二信號中電壓較高的一個，產生所述第二電壓信號。

根據本公開實施范例還提供一種電平轉換器的操作方法，包括：接收第一電壓信號。比較所述第一電壓信號和反相的第一電壓信號，產生第一輸出信號。經由延遲電路，產生第二輸出信號。接收所述第一信號及所述第二信號，并選擇第一信號及所述第二信號中電壓較高的一個，產生第二電壓信號。

為了對本發明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特舉優選實施例，并配合附圖，作詳細說明如下：

附圖說明

圖1繪示為電平轉換器電路示意圖。

圖2繪示為另一電平轉換器電路示意圖。

圖3繪示為另一電平轉換器電路示意圖。

圖4繪示為本公開的電平轉換器電路的功能方塊圖。

圖5A繪示為本公開的電平轉換器的一個實施例示意圖。

圖5B繪示為本公開的延遲電路的一個實施例示意圖。

圖5C繪示為本公開的電平轉換器的一個實施例示意圖。

圖5D繪示為本公開的延遲電路的一個實施例示意圖。

圖6繪示為本公開的電平轉換器的另一個實施例示意圖。

圖7繪示為本公開的電平轉換器的另一個實施例示意圖。

圖8A、圖8B、圖8C及8D繪示為根據本公開的電平轉換器的實施例繪示的延遲圖。

圖9A、圖9B、圖9C及圖9D繪示為根據本公開的電平轉換器的實施例繪示的功率消耗關系圖。

圖10A、圖10B、圖10C及圖10D繪示為根據本公開的電平轉換器的實施例繪示的工作周期關系圖。