TW201230687A

TW201230687A - Level shifter

Info

Publication number: TW201230687A
Application number: TW100100286A
Authority: TW
Inventors: Yeong-Sheng Lee; Kuangda Chu
Original assignee: Via Tech Inc
Priority date: 2011-01-05
Filing date: 2011-01-05
Publication date: 2012-07-16
Also published as: US8570091B2; TWI455484B; US20120169395A1

Description

201230687 六、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明係有關於電位轉換電路(Level shifter)。【先前技術】在現代積體電路中，核心邏輯單元與輸入/輸出單元通常使用兩種不同準位的電源。以0.13um製程為例，核心邏輯單元通常是以1·2伏特之電源供電，而輸入/輪出單元則是以33伏特之電源供電。由於核心邏輯早元内的信號是操作在^一第/電位G Μ (例如，0〜1.2伏特）、而輸入/輪出單元内的信號是操作在〆第二電位區間（例如，〇〜3.3伏特），不同單元間通常需要電位轉換電路(level shifter)，以確保信號以正確邏輯傳遞第1圖為一種傳統的電位轉換電路。電位轉換器100 包括兩個反相器Invl與Inv2、一差動輸入對1〇2以及〆' 錯耦接電晶體對104。輸入信號IN操作於一第一電位區必〆第間。反相器Invl以及Inv2由決定該第一電位區間的/ _ 一電源VDD供電，並產生信號INb以及IN，輸入該差動輸入對102。如圖所示，該差動輸入對1〇2以及該交錯電晶體對104由一第二電源VCC供電’所產生的輸出彳5 % OUT工作於該第二電源VCC所決定的一第二電位區間總結之，電位轉換電路1〇〇將第一電位區間内操作的輸〇信號IN轉換成第二電位區間内操作的輸出信號〇UT^ 應用在上述核心邏輯單元以及輸入/輸出單元之間，進行號之電位平移。 > 電然而，傳統電位轉換電路10〇需要同時使用則、 VIU10-0001/0608-Α42801 -TW/Final 4 201230687 路的電源（即第電源VDD)以及後一級電路的電源（即第二電源VCC)，且所採用的各個電晶體也必須根據其供電電源而有不同的閘極厚度設計。因此，在設計上相去複雜。此外，傳統電位轉換電路100户斤採用的是正回授田s心e feedback)設計；差動輸入對i 02以及交錯_電晶體對i 〇4 的動作相當緩慢。因此，輸出信號〇υτ與輸入信號爪之間存在有不容忽視的延遲量。另外’差動輪入對1〇2以及交錯麵接電晶體對1〇4之尺寸差別常會使輸出信號〇υτ的 # 上升轉態時間（nSlng time)以及下降轉態時間（falling time) 存在有一可觀差距。本技術領域亟需一種可以正確、快速、且不佔面積的電位轉換電路。【發明内容】本發明揭露一種電位轉換電路，用以將於一第一電位區間内變化的一輸入彳§號轉換成在—第二電位區間内變化的一輸出信號。 • 根據一種實施方式所實現的電位轉換電路所採用的是一漏電流阻絕電路。該漏電流阻絕電路以輸入端耦接該輸入信號且以輸出端耦接該輸出信號。漏電流阻絕電路包括複數級P通道電晶體以及一 N通道電晶體。每一級p通道電晶體的源極耦接下一級P通道電晶體的閘極。第一級p 通道電晶體的閘極耦接該輸入信號。最後一級p通道電晶體的源極耦接一電源’且沒極耗接該漏電流阻絕電路的該輸出端。N通道電晶體以閘極輕接該輸入信號、源極耦接一低準位電位、且以汲極耦接戎漏電流阻絕電路的輸出端。 VIU10-0001/0608-A42801 -TW/Final 5 201230687 根據另一種實施方式所實現的電位轉換電路包括有一第一 P通道電晶體、一第二P通道電晶體以及一第一 N通道電晶體。該第一 P通道電晶體具有一閘極耦接該輸入信號、一汲極耦接一低準位電位、以及一源極。該第二P通道電晶體具有一閘極耦接該第一 P通道電晶體的上述源極、一源極耦接一電源、以及一汲極。該N通道電晶體具有一閘極耦接該輸入信號、一汲極耦接該第二P通道電晶體之上述汲極、以及一源極耦接該低準位電位。該第二P 通道電晶體的上述汲極以及該N通道電晶體的上述汲極耦接該輸出信號。為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖示，詳細說明如下。【實施方式】第2圖圖解本發明所揭露之電位轉換電路的一種實施方式。電位轉換器200包括一漏電流阻絕電路202以及一反相器204,其作用是將操作於一第一電位區間内的一輸入信號IN轉換成操作於一第二電位區間内的一輸出信號 OUT。以下舉例說明之。該第一電位區間可由低準位電位 VSS以及一第一電源VDD界定；該第一電源VDD可為該電位轉換器200的前一級電路(供應該輸入信號IN者）的供電電源。該第二電位區間可由低準位電位VSS以及一第二電源VCC界定；該第二電源VCC可為該電位轉換器200 的後一級電路(接收該輸出信號OUT者）的供電電源。於一 VIU10-0001 /0608-A42801 -TW/Final 6 201230687 實加例t ’第二電源VCC的電位高於第一電源、VDD的電位。該漏電流阻絕電路202具有一輸入端接收該輸入信號 IN且具有一輸出端供應一中繼信號〇 1。該漏電流阻絕電路202是由該第二電源vcc供電。該反相器2〇4也是由該第一電源VCC供電，用以接收該中繼信號〇丨並將其反相以產生輸出信號〇 u τ。以下將該漏電流阻絕電路2 〇 2的輸入鈿與及輸入信號皆以標號ΙΝ表示，且將該漏電流阻絕電路202的輸出端以及該中繼信號皆以標號〇1表示。漏電流阻絕電路202於其輸入端ΙΝ以及該第二電源 VCC間5史置有複數級Ρ通道電晶體（包括Ρ1與Ρ2)，使輸入端IN以及第二電源vcc之間存在有複數個ρ通道裝置閘極-源極接面。最後一級的上述P通道電晶體(例如，P2) 以没極耦接該漏電流阻絕電路202的輸出端〇1。此外，漏電流阻絕電路202更包括一個n通道電晶體 (包括N1)，以一閘極耦接該輸入信號IN、以一源極耦接低準位電位vss、以及以一汲極耦接該漏電流阻絕電路2〇2 的該輸出端01。以採用一第一 P通道電晶體P1、一第二p通道電晶體 P2、以及一 n通道電晶體N1實現漏電流阻絕電路2〇2的實施方式為例一如第2圖所示一以下詳述其耦接方式。第一 p通道電晶體P1具有一閘極耦接該輸入信號IN、一汲極耦接低準位電位VSS、以及一源極。第二p通道電晶體 P2具有一閘極耦接第一 p通道電晶體ρι的上述源極、一源極耦接第二電源vcc、以及一汲極。N通道電晶體Ni VIU10-0001 /0608-A42801 -TW/Final η 201230687 具有一閘極耗接該輸入信號IN、一没極耗接該第二ρ通道電晶體P2之上述汲極、以及一源極耦接該低準位電位 VSS。第二P通道電晶體P2的上述汲極以及N通道電晶體 N1的上述汲極耦接在一起供應該中繼信號〇1輸入該反相器204，以產生該輸出信號OUT。在上述設計下’當輸入信號IN為低準位時，可使上述複數個P通道電晶體（包括P1與P2)得以導通。導通的最後一級P通道電晶體(P2)會將輸出端01耦接到該第二電源 vcc ’使中繼信號οι為高準位（約vcc)。高準位vcc的中繼信號01會經由反相器204處理後，形成低準位vss 的輸出信號OUT。至於高準位(例如，VDD準位）的輸入信號IN則無法與該第二電源VCC產生足夠的壓差導通上述複數個p通道電晶體（包括P1與P2)。在輸入彳§號in為高準位vdd的狀態下，P通道電晶體P1與P2可確實為不導通狀態，不容二漏電流流過。此時，改由N通道電晶體N1被導通。該漏電k阻絕電路202的輸出〇 1因而被耦接至低準位電位 VSS。低準位VSS的中繼信號〇 1會由反相器204接收，形成高準位VCC的輸出信號OUT。當第一電源VDD與第二電源vcc的電位差越大時，可設置越多級的P通道電晶體，以防止漏電流的產生。第 3圖所示的電位轉換器300即是一種實施方式。與第2圖相較’電位轉換器300同樣具有一漏電流阻絕電路302以及一反相器304。兩貫施方式不同處在於漏電流阻絕電路之設計。漏電流阻絕電路302較漏電流阻絕電路202多使 VIU10-0001/0608-A42801-TW/Final 8 201230687 用一級P通道電晶體P3。如此一來，可容忍第一電源VDD 與第一電源VCC之間存在更大的電位差。

以上所介紹的電位轉換器結構成功地將第一電位區間 (VSS〜VDD)内操作的輸入信號[N位移成第二電位區間 (vss~vcc)内操作的輸出信號out，且其中僅需要單--•個電源（第二電源VCC)供電，電路設計遠較第1圖所示之電位轉換電路1〇〇(需要兩個電源VDD與VCC)單純。此外，上述結構並無需採用第1圖傳統電位轉換電路100的正回參授控制技術’因此’電路反應速度大幅提升，輸出信號OUT 可即時反應輸入信號IN之轉態。第1圖傳統電位轉換電路 100之差動輸入對102以及交錯耦接電晶體對104之尺寸設計之於輸出信號OUT之上升轉態速度與下降轉態迷度的嚴重影響’也不復見於本案所揭露之結構中。參考第2、3圖所揭露之電路，其中漏電流阻絕電路 202、302的各個電晶體（包括p丨，.p2、P3以及N1)除了供電電源VCC外並沒有另外設計偏壓電路(bias circuit)，電 φ 路相對的單純。此外’需特別聲明的是，第2、3圖所述結構並不意圖限定漏電流阻絕電路所需採用的P通道電晶體以及N通道電晶體的數量。P通道電晶體與N通道電晶體的數量應當隨著不同的設計需求而有所調整。第2、3圖所示之反相器204、304電路僅是一種實施方式’也可以其他本技術領域所通知的反相器電路取代之。特別聲明的是，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在 VIU10-0001 /0608-A42801 -TW/Final 0 5 201230687 不脫離本發明之精神和範圍内，當可做些許更動與潤飾因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。【圖式簡單說明】第1圖圖解一種傳統的電位轉換電路；第2圖圖解根據本發明一種實施方式所實現的一電位轉換電路；以及第3圖圖解根據本發明一種實施方式所實現的一電位轉換電路。【主要元件符號說明】 100〜電位轉換電路； 104〜交錯耦接電晶體對； 200〜電位轉換電路； 204〜反相器； 300〜電位轉換電路； 3 04〜反相器；

Invl、Inv2〜反相器； IN〜輸入信號； N1〜N通道電晶體； 01〜中繼信號； PI、P2、P3〜P通道電晶 VCC〜第二電源； 102〜差動輸入對； 202〜漏電流阻絕電路； 302〜漏電流阻絕電路； INb、IN’〜信號； OUT〜輸出信號；， VDD〜第一電源； VSS〜低準位電位。 VIU10-0001/0608-A42801-TW/Final 10

Claims

201230687 七、申請專利範圍： 1-種電位轉換電路，用以將操作於一第一電位區間 1的一輸人信號轉換成操作於—第二電位區間内的一輸出信號，該電位轉換電路包括： -漏電流阻絕電路’具有__輸人端轉接該輸入信號且具有輸出端1¾接該輸出信號’其中該漏電流阻絕電路包括：複數級p通道電晶體，其中每一級上述p通道電 • 晶體的源極耦接其下一級上述P通道電晶體的閘極’ H述p通道電晶體的閉極祕該輸入信號，=最後-級上述P通道電晶體的源極麵接一電源，最後、’及上述P通道電晶體的汲極耦接該漏電流阻絕電路的該輸出端；以及、- N通道電晶體，具有閘極㈣該輸入信號、源極麵接低準位電位、以及一没極搞接該漏電流阻絕電路的該輸出端。 • .2.如中請專利範圍第1項所述之電位轉換電路，更包括： '、Ί’、电，八有一輸入端轉接該編電流阻絕電路的該輪出嫂，g g 士· 屬且具P輸出端供應上述輸出 3.如申料·圍第1項所述之電轉 =漏電流阻絕電路的上述複數級P通道電晶體中，；了最後一級以外的每—級P通# 甲除位電位。、*PIt•日日體的々軸接該低準 VTU10-0001/〇608-A42801-TW/Final 11 201230687 其中 4.如申請專利範圍第1項所述之電位轉換電路該電源決定該第二電位區間。呀/ 請專利範圍第1項所述之電位轉換電路，复中第一電位區間的電位高於該第-電位區間的電位。 6.如申請專利範圍第1項所述之電位轉換電路，复中該低準位電位為地端電位。一 r 種電位轉換電路，用以將操作於、第p通道電晶體，具有一閘極轉接該輸入信號、一汲極耦接一低準位電位、以及一源極；第一P通道電晶體，具有一閘極耦接該第一 p 電晶體的上述源極、-源極耦接-電源、以及一汲極；以一 N通道電晶體，極耦接該第二p通道電該低準位電位，具有一閘極耦接該輸入信號、一汲晶體之上述汲極、以及一源極耦接其中該第二P通道電晶體的上述沒極以及該N通道電晶體的上述汲極耦接該輸出信號。 8.如申請專利範圍第7項所述之電位轉換電路，更包一反相器’由該電源供電，且具有—輸人端轉接該第 -P通道電晶體的上述沒極以及該N通道電晶體的上述汲極’且具有—輸出端供應上述輸出信號。 9.如申明專利範園第7項所述之電位轉換電路，其中 VIU10-0001/0608-A42801 -TW/Final 201230687 該電源決定該第二電位區間。 10. 如申請專利範圍第7項所述之電位轉換電路，其中§玄第^一電位區間的電位向於該第一電位區間的電位。 11. 如申請專利範圍第7項所述之電位轉換電路，其中該低準位電位為地端電位。

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