[發明專利]一種近閾值電平轉換器

在審

• 申請號: 202010375730.5
• 申請日: 2020-05-07
• 公開（公告）號: CN111478693A
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 喬樹山;袁甲;胡曉宇;于增輝;凌康
• 申請（專利權）人: 北京中科芯蕊科技有限公司
• 主分類號: H03K19/0185
• 分類號: H03K19/0185
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 杜陽陽

本發明涉及一種近閾值電平轉換器。所述近閾值電平轉換器，包括：低電壓反相器、威爾遜電流鏡、第一反相電路、第五PMOS管、第二反相電路和第七PMOS管；威爾遜電流鏡的第一輸入端與輸入電平連接；低電壓反相器的輸出端與威爾遜電流鏡的第二輸入端連接；第五PMOS管的漏極與第一反相電路的第一端連接；第一反相電路的第二端與威爾遜電流鏡的輸出端連接；第一反相電路的第三端與第二級輸出反相器的輸入端連接；第七PMOS管的漏極和第二反相電路的第一端均與第一反相電路的第三端連接；第七PMOS管的柵極和第二反相電路的第二端連接。本發明消除了傳統威爾遜電流鏡的高電平壓降引起的漏電通路問題。

技術領域

本發明涉及電平轉換器領域，特別是涉及一種近閾值電平轉換器。

背景技術

在可穿戴電子、醫療電子和無線傳感節點等應用中，為了系統更好的續航時間，芯片往往采用多電壓域技術。芯片中不同的模塊會根據性能需求被劃分在不同的電壓域，每個電壓域會根據關鍵路徑及時序要求工作在最合適的電源電壓下。一般而言，性能需求高的模塊，通常工作在高電壓，而性能需求低的模塊，則工作在低電壓，甚至到近亞閾值水平。因此，在芯片內部，往往需要采用大量的電平轉換器，來滿足不同電壓域之間信號交互的需要。這些電平轉換器，一方面要能夠支持超寬電壓范圍的信號轉換，將近閾值信號轉換為正常電壓信號。同時，因為他們在芯片中大量存在，并且常常處于常開的工作狀態，所以還必須保證自身漏電較小。

為滿足超寬電壓范圍的信號轉換，電流鏡結構被提出，它能夠有效的實現近閾值信號到正常電壓信號的轉換，但是卻存在著直流通路。針對這一缺陷，威爾遜電流鏡結構被提出，它通過引入反饋截斷的PMOS管，切斷了直流通路，但卻引入了新的問題，就是威爾遜電流鏡結構的輸出電壓無法達到理想的高電平，造成第一級輸出反相器的上拉PMOS管無法徹底關斷，從而存在較大的漏電。所以現在急需一種能夠消除漏電通路，實現低漏電的近閾值電平轉換器。

發明內容

本發明的目的是提供一種近閾值電平轉換器，本發明消除了傳統威爾遜的高電平壓降引起的漏電通路問題，從而實現了一款將近閾值信號轉換為正常電壓信號的低漏電的電平轉換器。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種近閾值電平轉換器，包括：低電壓反相器、威爾遜電流鏡、第一級輸出反相器和第二級輸出反相器；所述低電壓反相器與低電壓電源連接，所述威爾遜電流鏡、所述第一級輸出反相器和所述第二級輸出反相器均與高電壓電源連接；所述低電壓反相器的輸入端和所述威爾遜電流鏡的第一輸入端均與輸入電平信號連接；所述低電壓反相器的輸出端與所述威爾遜電流鏡的第二輸入端連接；所述威爾遜電流鏡的輸出端與所述第一級輸出反相器的輸入端連接；所述第一級輸出反相器的輸出端與所述第二級輸出反相器的輸入端連接；所述第二級輸出反相器的輸出端為所述近閾值電平轉換器的輸出端；

所述第一級輸出反相器包括：第一反相電路和第五PMOS管；所述第五PMOS管的源極和柵極均與所述高電源電壓連接；所述第五PMOS管的漏極與所述第一反相電路的第一端連接；所述第一反相電路的第二端與所述威爾遜電流鏡的輸出端連接；所述第一反相電路的第三端與所述第二級輸出反相器的輸入端連接；

所述第二級輸出反相器包括：第二反相電路和第七PMOS管；所述第七PMOS管的源極和所述第二反相電路均與所述高電源電壓連接；所述第七PMOS管的漏極和所述第二反相電路的第一端均與所述第一反相電路的第三端連接；所述第七PMOS管的柵極和所述第二反相電路的第二端連接，所述第七PMOS管的柵極和所述第二反相電路的第二端為所述近閾值電平轉換器的輸出端。

可選的，所述低電壓反向器包括：第一PMOS管和第一NMOS管；所述第一PMOS管的柵極和所述第一NMOS管的柵極均與所述輸入電平信號連接；所述第一PMOS管的源極與所述低電源電壓連接；所述第一PMOS管的漏極和所述第一NMOS管的漏極均與所述威爾遜電流鏡的第二輸入端連接；所述第一NMOS管的源極接地。