[發明專利]一種電壓電平轉換電路

有效

• 申請號: 202010101626.7
• 申請日: 2020-02-19
• 公開（公告）號: CN113285706B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 張利地
• 申請（專利權）人: 圣邦微電子（北京）股份有限公司
• 主分類號: H03K19/0175
• 分類號: H03K19/0175;H03K19/0185
• 代理公司: 北京成創同維知識產權代理有限公司 11449
• 代理人: 楊思雨;馬陸娟

本申請公開了一種電壓電平轉換電路，包括上拉電路和下拉電路，上拉電路和下拉電路連接在第一高電源電壓和地之間，下拉電路的低壓輸入端連接低壓輸入信號，上拉電路和下拉電路的連接位置輸出高壓輸出信號，上拉電路包括第一PMOS晶體管和第二PMOS晶體管，所述第一PMOS晶體管和所述第二PMOS晶體管構成差分結構，以及第一箝位模塊和第二箝位模塊，上拉電路的PMOS晶體管的漏源兩端電壓以及柵源兩端電壓的電壓擺幅為第一高電源電壓至第二高電源電壓，小于PMOS晶體管的耐受電壓，使得PMOS晶體管可以使用低壓器件，對器件的工藝要求較低，制造成本更低。

技術領域

本發明涉及集成電路技術領域，更具體地，涉及一種電壓電平轉換電路。

背景技術

隨著集成電路的發展，IC芯片(Integrated?Circuit?Chip)內部的典型工作電壓約為1V左右，在IC芯片外部，電源電壓可以是1.8V、2.5V或者3.3V，為適應各種應用場景，需要采用電壓電平轉換電路將IC芯片內部的低壓信號轉換為IC芯片外部的高壓信號，或者將IC芯片外部的高壓信號轉換為IC芯片內部的低壓信號。

圖1示出傳統的電壓電平轉換電路的示意性電路圖。如圖1所示，電壓電平轉換電路100包括一對PMOS晶體管(P-Metal-Oxide-Semiconductor，P型金屬氧化物半導體場效應晶體管)Mp1和Mp2、一對NMOS晶體管(N-Metal-Oxide-Semiconductor，N型金屬氧化物半導體場效應晶體管)Mn1和Mn2。PMOS晶體管Mp1和NMOS晶體管Mn1串聯連接在高電源電壓VCCH和地之間，PMOS晶體管Mp2和NMOS晶體管Mn2串聯連接在高電源電壓VCCH和地之間，PMOS晶體管Mp1的控制端與PMOS晶體管Mp2和NMOS晶體管Mn2的中間節點連接，PMOS晶體管Mp2的控制端與PMOS晶體管Mp1和NMOS晶體管Mn1的中間節點連接。由PMOS晶體管Mp3和NMOS晶體管Mn3串聯形成的反相器連接在低電源電壓VCCL和地之間，輸入信號IN連接到NMOS晶體管Mn1的控制端和反相器的輸入端(即PMOS晶體管Mp3和NMOS晶體管Mn3的控制端)，反相器的輸出端(即PMOS晶體管Mp3和NMOS晶體管Mn3的中間節點)作為反相后的輸入信號INB與NMOS晶體管Mn2的控制端連接。PMOS晶體管Mp2和NMOS晶體管Mn2的中間節點作為輸出信號OUTP的輸出端。輸出信號OUTP還與PMOS晶體管Mp4的控制端連接，PMOS晶體管Mp4的第一端與高電源電壓VCCH連接，第二端與后級電路連接。PMOS晶體管Mp1和NMOS晶體管Mn1的中間節點作為輸出信號OUTN的輸出端。輸出信號OUTP和OUTN為一對反相信號。

當輸入信號IN等于低電源電壓VCCL時，輸入信號INB等于零，NMOS晶體管Mn1和PMOS晶體管Mp2導通，NMOS晶體管Mn2和PMOS晶體管Mp1關斷，NMOS晶體管Mn1將輸出信號OUTN下拉至地，PMOS晶體管Mp2將輸出信號OUTP上拉至高電源電壓VCCH；當輸入信號IN等于零時，輸入信號INB等于低電源電壓VCCL，NMOS晶體管Mn1和PMOS晶體管Mp2關斷，NMOS晶體管Mn2和PMOS晶體管Mp1導通，NMOS晶體管Mn2將輸出信號OUTP下拉至地，PMOS晶體管Mp1將輸出信號OUTN上拉至高電源電壓VCCH，從而可將0V到低電源電壓VCCL的輸入信號轉換為0V到高電源電壓VCCH的輸出信號OUTP。

傳統的電壓電平轉換電路存在以下問題：傳統的電壓電平轉換電路中的PMOS晶體管Mp1和Mp2以及NMOS晶體管Mn1和Mn2的源漏兩端需要承受從高電源電壓VCCH到地的全電壓擺幅。當高電源電壓VCCH等于40V時，NMOS晶體管Mn1和Mn2的源漏電壓Vds以及PMOS晶體管Mp1和Mp2的柵源電壓Vgs和漏源電壓Vds可能等于40V，對晶體管的工藝要求較高，雖然通過BCD工藝技術可以實現漏源電壓Vds等于40V的晶體管，但是無法使得晶體管的柵源電壓Vgs達到40V，所以現有的電壓電平轉換電路對器件的耐受電壓具有很高的要求，無法使用低耐受電壓的器件。