專利名稱：電平轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電平轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
圖1示出了一種傳統(tǒng)的電平轉(zhuǎn)換器1，其包括反相器2、以交叉耦接方式連接的兩 個P型晶體管Pl和P2、以及兩個η型晶體管m和N2。晶體管Ni、N2的源極接地，晶體管 P1、P2的源極連接至電壓源(未明確示出)，從而晶體管P1、P2的源極上呈現(xiàn)幅值為Vdd的 電壓。電壓Vdd小于晶體管N1、N2、P1、P2的擊穿電壓。晶體管PlJl的漏極相連，并且晶 體管P2、N2的漏極相連。邏輯信號Al和電壓信號Sl (它是幅值為Vdig的電源電壓)被饋入反相器2。幅 值Vdd通常大于Vdig。電平轉(zhuǎn)換器1將幅值同樣為Vdig的邏輯信號Al轉(zhuǎn)換成在與晶體管 Pl的漏極相連的節(jié)點3處呈現(xiàn)的幅值為Vdd的輸出邏輯信號S2。邏輯信號S2的反相是在 與晶體管P2的漏極相連的節(jié)點4處呈現(xiàn)的幅值為Vdd的邏輯信號S3。如果電壓信號Sl為Vdig或者至少大約為Vdig，則電平轉(zhuǎn)換器1可預(yù)測地進行工 作。在這種情況下，邏輯信號S2和S3總是處于相反的狀態(tài)。舉例來說，如果邏輯信號Al 為邏輯0，則邏輯信號S2為邏輯0，而邏輯信號S3是邏輯1 (Vdd)。但是，如果電壓信號Sl 不可用并且邏輯信號Al為邏輯0，則晶體管Ni、N2中都沒有電流，并且節(jié)點3和4都上升 至電壓電平Vdd。邏輯信號S2將為邏輯1而不是邏輯0。如果邏輯信號S2被用來將信號 傳遞至圖1未示出的另一電路，則在電壓信號Sl不可用時會使得該電路出現(xiàn)故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的電平轉(zhuǎn)換器。根據(jù)本發(fā)明通過一種電平轉(zhuǎn) 換器實現(xiàn)了上述目的，該電平轉(zhuǎn)換器包括第一級，其包括第一和第二輸入端，并且其被配 置用于產(chǎn)生第一信號，所述第一信號表示處于提供給電路的至少兩個第一電源電壓中的至 少一個是不可用的第一狀態(tài)中、還是處于第一電源電壓中的每一個在第一和第二輸入端是 可用的第二狀態(tài)中；以及第二級，其包括輸出端，并且其被配置用于僅僅在所述第一信號 處于其第二狀態(tài)時才將第二電源電壓接通以出現(xiàn)在所述輸出端上。本發(fā)明的電平轉(zhuǎn)換器 包括兩個級，其中第一級被配置成產(chǎn)生第一信號，第一信號表示第一和第二輸入端處的第 一電源電壓中的每一個是否可用、或者他們中的至少一個是否為低。第二級被配置用于僅 僅在第一信號表示第一電源電壓中的每一個都可用時才將第二電源電壓接通至(switch through)其輸出端。否則，對第二級進行操作，使得在輸出端上第二電源電壓被關(guān)斷。本發(fā)明的電平轉(zhuǎn)換器可以用于例如電子裝置，例如移動電話、PDA、無繩電話、MP3 播放器、CD播放器或者導(dǎo)航裝置。電子裝置可能需要至少三個電壓電平，例如一個用于數(shù) 字電路，一個用于模擬電路，且一個用于需要相對較強的電源的電路，例如電子電路的輸出 級。于是，第二電源電壓可尤其大于第一電源電壓中的每一個。第二電源電壓可源自電池， 并且第二電源電壓用于給需要相對較強的電源的電路供電，而各第一電源電壓可特別地具有不同電壓電平，例如大約1. 2V (如果用于數(shù)字邏輯電路)和2. 5V (如果用于模擬電路)。 各第一電源電壓可單獨地或者同時地被中斷。于是，本發(fā)明的電平轉(zhuǎn)換器僅僅在第一電源 電壓中的每一個都可用時使得尤其源自電池的第二電源電壓對于相關(guān)電路可用，從而有助 于延長電池壽命。本發(fā)明的電平轉(zhuǎn)換器包括第三輸入端，第三輸入端被配置成接收具有第一和第二 狀態(tài)的第一輸入信號，其中如果所述第一輸入信號處于其第一狀態(tài)，則不管所述第一電源 電壓是否可用，所述第一信號都處于其第一狀態(tài)。第一輸入信號是“上電”信號且可用來例 如接通正在休眠的電平轉(zhuǎn)換器。如果處于其第一狀態(tài)，則本發(fā)明的電平轉(zhuǎn)換器應(yīng)該處于其 關(guān)斷狀態(tài)，從而第二級處于其第一狀態(tài)，而不管第一電源電壓的狀態(tài)如何。于是，第二電源 電壓決不會被接通至輸出端。如果第一輸入信號處于其第二狀態(tài)(即，其“上電”狀態(tài))，則 取決于第一電源電壓中的每一個的可用性，第二電源電壓可出現(xiàn)在輸出端上。第一級可包括第四輸入端，第一級可被配置成對第一輸入信號和第一及第二輸入 端上的第二信號與第四輸入端上的第二輸入信號進行比較，并且第一級可被配置成如果第 一、第二和第三輸入端上的第二信號或者第一輸入信號中的至少一個小于第二輸入信號， 則使得第一信號處于其第一狀態(tài)，并且如果第一、第二和第三輸入端上的第二信號和第一 輸入信號中的每一個都大于第二輸入信號，則使得第一信號處于其第二狀態(tài)。對于該實施 例，第一級被配置為一個比較器，其設(shè)計用于比較第一、第二和第三輸入端上的信號與第四 輸入端上的信號。第一輸入信號(即“上電”信號)在小于第二輸入信號時處于其第一狀 態(tài)中，并且在大于第二輸入信號時處于其第二狀態(tài)中。特別地，可從第二電源電壓獲得第二 輸入信號，并且第二輸入信號可以約為0. 6V。第一級可包括第一負載和第二負載、耦接至第一輸入端并且連接至所述第一負 載的第一晶體管、耦接至第二輸入端并且連接至第一負載的第二晶體管、耦接至第三輸入 端并且連接至第一負載的第三晶體管、以及耦接至第四輸入端并且連接至第二負載的第四 晶體管，第一信號特別地可以是第一和第二負載之間的差分信號。第一至第四晶體管可以 是P型晶體管，并且輸入端可連接至相關(guān)柵極。例如源自第二電源的電源可連接至第一至 第四晶體管，第一至第三晶體管可連接在電源和第一負載之間，從而第一至第三輸入端上 的信號控制第一至第三晶體管的狀態(tài)，并且第四晶體管可連接在電源和第二負載之間，從 而第四輸入端上的第二輸入信號控制第四晶體管的狀態(tài)。第一負載可由電阻器或晶體管形成。根據(jù)本發(fā)明的電平轉(zhuǎn)換器的一個變型，第一 負載包括并聯(lián)連接的第五和第六晶體管，第二負載包括并聯(lián)連接的第七和第八晶體管，其 中第六和第八晶體管以交叉耦接的方式連接。本發(fā)明的電平轉(zhuǎn)換器可包括由第二電源電壓 供電的偏置電路，所述偏置電路被配置成產(chǎn)生用于所述第二級的偏置電壓以使所述第二級 正常工作。


下文將參考附圖所示的實施例通過非限制性的示例的方式更詳細地描述本發(fā)明。圖1是傳統(tǒng)的電平轉(zhuǎn)換器電路，圖2是部分地示出為框圖的電平轉(zhuǎn)換器，以及圖3是更詳細地示出的電平轉(zhuǎn)換器。
具體實施例方式已經(jīng)在背景技術(shù)部分中描述了圖1。圖2示出了部分地表示為框圖的電平轉(zhuǎn)換器21，以及圖3更詳細的示出了電平轉(zhuǎn) 換器21。作為示例性實施例，電平轉(zhuǎn)換器21包括第一級22、第二級23和偏置電路M。第 一級22包括ρ型晶體管25、26、27，它們的漏極連接至第一前饋負載。晶體管25、26、27的 源極連接至以大約為2. 8V至5. OV的電壓供電的電流源30。通過串聯(lián)的晶體管31、32形成 電流源30，并且可通過旨在作為用于電路40的電源的電池來產(chǎn)生電壓Vbat。對于本示例性實施例，電平轉(zhuǎn)換器21包括輸入端33、34、35，其中輸入端33連接 至晶體管25的柵極，輸入端34連接至晶體管沈的柵極，輸入端35連接至晶體管27的 柵極。輸入端33被布置成接收模擬上電邏輯信號apu，輸入端34被布置成接收輸入信號 SlK在本示例性實施例中，輸入信號Sll為對數(shù)字電路38供電的電壓Vdig)，輸入端35被 布置成接收輸入信號S22(在本示例性實施例中，輸入信號S22為對模擬電路39供電的電 壓Vdda)。Vdig的值大約為1. 2V，Vdda的值大約為2. 5V。第一級22還包括ρ型晶體管55，其源極連接至電流源30，其漏極連接至第二前 饋負載，并且其柵極連接至電平轉(zhuǎn)換器21的第四輸入端36。輸入端36被布置成接收約為 0. 6V的基準信號ref?；鶞市盘杛ef源自由電池所產(chǎn)生的電壓Vbat。在本示例性實施例中，第一前饋負載由并聯(lián)連接的兩個η型晶體管觀、四組成，第 二前饋負載由并聯(lián)連接的兩個η型晶體管34、35組成。晶體管觀、29、34、35的源極接地， 晶體管觀、四的漏極連接至晶體管25、26、27的漏極，晶體管34、35的漏極連接至晶體管55 的漏極。晶體管四、34以交叉耦接的方式連接，使得晶體管34的柵極連接至晶體管四的 漏極，并且晶體管四的柵極連接至晶體管34的漏極。晶體管觀、35還可如圖3所示分別 由串聯(lián)連接的兩個晶體管^aJ8b、35a、3^組成。在本示例性實施例中，第一級22包括電阻器R1、R2、R3以及二極管Dl、D2、D3，用 于保護晶體管25、26、27。在本示例性實施例中，第一級22基本上起到一個比較器的作用，其產(chǎn)生作為差分 信號出現(xiàn)在兩個前饋負載上的信號37。在正常的系統(tǒng)工作期間，輸入信號Sll、S22的值 Vdig和Vdda都大于基準信號ref。這樣，模擬上電信號apu控制比較器的功能，并且如果 模擬上電信號apu為“低”或0，則信號37為“低”；并且如果模擬上電信號apu為“高”，則 信號37為“高”。如果電壓Vdig或Vdda之一不可用，則不管模擬上電信號apu的值如何， 輸入信號S11、S22中的至少一個小于基準信號ref，并且輸出信號37為“低”。第一級22的信號37是第二級23的輸入信號，并且在本示例性實施例中，第二級 23由ρ型晶體管41-44以及η型晶體管45-48組成。晶體管41、42的源極連接至產(chǎn)生電 壓Vbat的電池，晶體管41的漏極連接至晶體管43的源極，晶體管42的漏極連接至晶體管 44的源極。晶體管41、42以交叉耦接的方式連接，使得晶體管41的柵極連接至晶體管42 的漏極，并且晶體管42的柵極連接至晶體管41的漏極。晶體管45、47和晶體管46、48串 聯(lián)連接，其中晶體管47、48的源極接地，晶體管45、46的漏極分別連接至晶體管43、44的漏 極。此外，第一級22所產(chǎn)生的信號37被饋入晶體管47、48的柵極。
在本示例性實施例中，電平轉(zhuǎn)換器21包括偏置電路M，該偏置電路M產(chǎn)生旨在用 于對第二級23進行偏置的偏置電壓vbn、Vbp0偏置電壓vbp被提供給晶體管43、44的柵 極，偏置電壓vbn被提供給晶體管47、48的柵極。在本示例性實施例中，第二級23包括四個輸出端51-54，其中輸出信號ppu出現(xiàn) 在輸出端51上，輸出信號ppu_n出現(xiàn)在輸出端52上，輸出信號npu出現(xiàn)在輸出端53上，輸 出信號npU_n出現(xiàn)在輸出端M上。輸出端51、52具有從電池電壓的一半到整個電池電壓 Vbat的電壓擺動，即從Vbat/2到Vbat的電壓，并且輸出端53、M具有從接地電壓到大約電 池電壓Vbat的一半的電壓擺動，即從接地電壓到Vbat/2的電壓擺動。在本示例性實施例中，電池電壓連接至電路40，呈現(xiàn)在輸出端51、52上的輸出信 號？ 11、？ 11_11被用來設(shè)置電路40中的開關(guān)，以關(guān)斷電流并且確定已知狀態(tài)，S卩，使得電路40 的輸出端懸空。針對輸出端51、52的有限的電壓擺動對于本實施例來說是必須的，從而將 晶體管41-44的柵極上的電壓擺動限制為可容許的Vbat/2的電壓電平。在本示例性實施 例中，Vbat約為5V，開關(guān)的最大柵極電壓擺動約為3V，而Vbat/2為2. 5V，這是安全的。如果電平轉(zhuǎn)換器21處于“掉電”狀態(tài)，即如果信號37表示電壓Vdig、Vdda之一不 可用，那么輸出信號ppu、ppU_n將電路40設(shè)置為處于“掉電狀態(tài)”，從而例如通過去除偏置 電壓或電流、和/或?qū)⒕w管41-44的柵極拉至Vbat并將晶體管45-48的柵極拉至接地， 來關(guān)斷電路40中的電流，以使之除了例如幾個nA的潛在的小的漏電流之外都為0。最后，應(yīng)該注意的是，上述實施例是對本發(fā)明的說明而不是對本發(fā)明的限制，在不 脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠設(shè)計出很多可替 換的實施例。在權(quán)利要求中，在括號中的任何標號不應(yīng)當被解釋為對本發(fā)明的限制?！鞍?括”、“包含”以及類似的詞不排除那些沒有在權(quán)利要求或說明書全文中列出的元素或步驟 的存在。元素的單個的標號不排除這種元素的多個標號的存在，反之亦然。某些措施在不 同的附屬權(quán)利要求中被相互引用的簡單事實，不足以顯示不能利用這些措施的組合來形成 優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1.一種電平轉(zhuǎn)換器，包括第一級(22)，其包括第一和第二輸入端(34，35)，并且被配置成產(chǎn)生第一信號(37)，所 述第一信號表示處于提供給電路(38，39)的至少兩個第一電源電壓(Vdig、Vdda)中的至少 一個是不可用的第一狀態(tài)中、還是處于第一電源電壓(Vdig、Vdda)中的每一個在第一和第 二輸入端(34,3 是可用的第二狀態(tài)中，以及第二級(23)，其包括輸出端(51巧4)，并且被配置成僅僅在所述第一信號(37)處于其 第二狀態(tài)時才將第二電源電壓(Vbat)接通以出現(xiàn)在所述輸出端(51-54)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電平轉(zhuǎn)換器，其中所述第二電源電壓(Vbat)大于所述第一電 源電壓(Vdig、Vdda)中的每一個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電平轉(zhuǎn)換器，包括第三輸入端(33)，其被配置成接收具有第 一狀態(tài)和第二狀態(tài)的第一輸入信號(apu)，其中如果所述第一輸入信號(apu)處于其第一 狀態(tài)，則不管所述第一電源電壓(Vdig、Vdda)是否可用，所述第一信號(37)都處于其第一 狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電平轉(zhuǎn)換器，其中所述第一級0 包括第四輸入端(36)，所 述第一級0 被配置成將所述第一和第二輸入端(34,3 上的第二信號(Sll，S22)和所 述第一輸入信號(apu)與所述第四輸入端(36)上的第二輸入信號(ref)進行比較，并且所 述第一級0 被配置成如果第一、第二和第三輸入端(34，35，3 上的所述第二信號(S11， S22)或者第一輸入信號(apu)中的至少一個小于所述第二輸入信號(ref)，則使得所述第 一信號(37)處于其第一狀態(tài)，并且如果第一、第二和第三輸入端(34，35，36)上的所述第二 信號(Sll，S22)和第一輸入信號(apu)中的每一個都大于所述第二輸入信號(ref)，則使 得所述第一信號(37)處于其第二狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電平轉(zhuǎn)換器，其中所述第二輸入信號(ref)源自所述第二電 源電壓(Vbat)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電平轉(zhuǎn)換器，其中所述第一級0 包括第一負載(28,29)和第二負載(34，35)，第一晶體管(沈)，其耦接至第一輸入端(34)并且連接至所述第一負載08，四)，第二晶體管(27)，其耦接至第二輸入端(3 并且連接至所述第一負載08，四)，第三晶體管(25)，其耦接至第三輸入端(3 并且連接至所述第一負載08，四)，以及第四晶體管65)，其耦接至第四輸入端(36)并且連接至所述第二負載(34，35)，所述 第一信號(37)是存在于第一和第二負載(28，29，34，35)之間的差分信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電平轉(zhuǎn)換器，其中第一負載包括并聯(lián)連接的第五晶體管和第 六晶體管(28，四)，第二負載包括并聯(lián)連接的第七晶體管和第八晶體管(35，34)，其中第六 晶體管和第八晶體管(33，34)以交叉耦接的方式連接，以使得第六晶體管(29)的柵極連接 至第八晶體管(34)的漏極，并且第八晶體管(34)的柵極連接至第六晶體管(29)的漏極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電平轉(zhuǎn)換器，包括由所述第二電源電壓(Vbat)供電的偏置電 路(24)，所述偏置電路(24)被配置成產(chǎn)生用于所述第二級(23)的偏置電壓(vbp，vbn)以 使所述第二級03)正常工作。
全文摘要
一種電平轉(zhuǎn)換器(21)包括第一級(22)和第二級(23)。第一級(22)包括第一和第二輸入端(34，35)，并且被配置成產(chǎn)生第一信號(37)，所述第一信號表示處于提供給電路(38，39)的至少兩個第一電源電壓(Vdig、Vdda)中的至少一個是不可用的第一狀態(tài)中、還是處于第一電源電壓(Vdig、Vdda)中的每一個在第一和第二輸入端(34，35)是可用的第二狀態(tài)中。第二級(23)包括輸出端(51-54)，并且被配置成僅僅在所述第一信號(37)處于其第二狀態(tài)時才將第二電源電壓(Vbat)接通以出現(xiàn)在所述輸出端(51-54)上。
文檔編號H03F3/45GK102150365SQ200980135759
公開日2011年8月10日 申請日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月11日
發(fā)明者威勒姆·格勒內(nèi)維格 申請人:Nxp股份有限公司