[發明專利]電平轉換電路

在審

• 申請號: 201710059449.9
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN108233917A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 陸建華;馬杰;周帥林
• 申請（專利權）人: 江蘇安其威微電子科技有限公司
• 主分類號: H03K19/0175
• 分類號: H03K19/0175;H03K19/007
• 代理公司: 上海華誠知識產權代理有限公司 31300
• 代理人: 肖華

本發明公開了一種電平轉換電路，該電路包括第一倒相器、第二倒相器、第三倒相器、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、初級NPN管組、第三PMOS管、第四PMOS管。其中，初級NPN管組包括第一NPN管和第二NPN管。該電平轉換電路能夠保證在電平轉換電路的外部電源電壓超過內部MOS管的擊穿電壓的情況下，使得所有的MOS管的工作點不超過其的擊穿電壓而使得其工作在安全工作電壓范圍內，從而既能夠保證所需的電平轉換性能，又能夠提高電路的可靠性，以保證電路的正常工作。

技術領域

本發明屬于集成電路設計領域，尤其涉及一種實現BiCMOS工藝的電平轉換功能，并保證所有的MOS管的工作點不超過其的擊穿耐壓值的電平轉換電路。

背景技術

電平轉換電路被廣泛應用于各種接口電路及輸入輸出單元，用來實現不同電平的邏輯轉換。在現代先進的BiCMOS集成電路設計中，內部電路一般工作在較低的電壓，比如1.2V，1.8V，而外部的接口數據電壓比較高，比如3.3V，5V等。因此，電平轉換電路成為其中一個比較關鍵的電路，其負責將內部較低的電壓提升到外部較高的接口數據電壓。

圖1顯示傳統的電平轉換電路的結構示意圖。如圖1所示，傳統的電平轉換電路包括倒相器INV、NMOS管M1和M2、以及PMOS管M3和M4。NMOS管M1和M2的漏極端分別連接PMOS管M3和M4的漏極端。NMOS管M1和M2的源極端分別接地。PMOS管M3和M4的源極端分別接入電源電壓VCC，電源電壓VCC是較高電壓。輸入信號IN經過倒相器INV，倒相器INV的輸出控制NMOS管M2的柵極端，且輸入信號IN控制NMOS管M1的柵極端，其中，倒相器INV的電源電壓VDD是較低電壓。PMOS管M3的柵極端與NMOS管M2的漏極端(PMOS管M4的漏極端)連接。PMOS管M4的柵極端與NMOS管M1的漏極端(PMOS管M3的漏極端)連接。輸出信號OUT從PMOS管M4的漏極端(NMOS管M2的漏極端)獲得。

在圖1所示的電平轉換電路中，當輸入信號IN是VDD時，NMOS管M2和PMOS管M3截止，NMOS管M1和PMOS管M4導通，輸出信號OUT將為高電平VCC。當輸入信號IN是低電平時，NMOS管M2和PMOS管M3導通，NMOS管M1和PMOS管M4截止，輸出信號OUT也是低電平。如此來實現較低電平VDD到較高電平VCC的電平轉換。

由于現在芯片的MOS管的尺寸越來越小，MOS管所能承受的電源電壓變低，從而MOS管的擊穿耐壓值也變低。在圖1所示的電平轉換電路中，如果施加的較高的電源電壓VCC不超過MOS管的擊穿電壓，該電平轉換電路能夠正常工作。然而，當施加的電源電壓VCC超過MOS管的擊穿電壓時，圖1所示的傳統的電平轉換電路中的MOS管將可能會被擊穿，從而導致該電平轉換電路不能正常工作。

發明內容

如上所述，隨著芯片的MOS管的尺寸變小，MOS器件的工作電壓也變低，因而為增進器件的可靠性，核心電路的供應電壓必須降低。而現有接口電路的MOS邏輯器件用的供電電壓范圍介于3.3伏特到5伏特之間，由于原有的電平轉換電路只適合低電源電壓工作，所以當施加的電源電壓超過器件的擊穿電壓時，電路的可靠性將降低，甚至不會正常工作。

考慮到上述問題，為了克服現有技術電路中當電平轉換電路的電源電壓超過MOS管的擊穿電壓而可能導致MOS管不可靠性的問題，本發明的目的是提供了一種針對實際應用的BiCMOS工藝的改進的電平轉換電路，該改進的電平轉換電路既能夠保證所需的電平轉換性能，又能夠保證電路中的MOS管的工作點不超過其的擊穿電壓，從而能夠提高電路的可靠性，以保證電路的正常工作。