電平移位器的制造方法
【專利摘要】提供了一種電平移位器(200)。該電平移位器包括第一驅(qū)動(dòng)器(102)、第二驅(qū)動(dòng)器(104)、電容器(C1、C2)、偏置電路(202)和共模電路(204)。第一驅(qū)動(dòng)器具有第一信號(hào)路徑，其耦合到輸入終端和輸出終端之間，并且第一驅(qū)動(dòng)器在第一電壓域中操作。第二驅(qū)動(dòng)器在第二電壓域中操作，并且包括第二信號(hào)路徑和鎖存器(110-1)。第二信號(hào)路徑耦合到第二驅(qū)動(dòng)器的輸入終端和輸出終端之間，并且鎖存器耦合到第二信號(hào)路徑的輸入終端。電容器耦合到第一信號(hào)路徑的輸出終端和第二信號(hào)路徑的輸入終端之間，并且偏置電路(202)耦合到第二信號(hào)路徑的輸入終端，并且在第二電壓域中操作。
【專利說(shuō)明】電平移位器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明總體涉及電平移位，并且更具體地涉及具有低抖動(dòng)的電平移位器。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1示出傳統(tǒng)的電平移位器100。電平移位器100 —般由驅(qū)動(dòng)器102和104 (其在不同電壓域中操作)組成，驅(qū)動(dòng)器102和104具有耦合在其間的電容器Cl和C2(其一般足夠大以便具有充分低的截止頻率)的驅(qū)動(dòng)器102和104(其在不同電壓域中操作)組成。對(duì)于更高的電壓應(yīng)用，電容器Cl和C2可用電容器串代替。通常，驅(qū)動(dòng)器102和104中的每個(gè)都具有一對(duì)信號(hào)或數(shù)據(jù)路徑(其一般由逆變器106-1到106-4以及108-1到108-4
組成),以便能夠根據(jù)差分信號(hào)DIIN/產(chǎn)生差分信號(hào)DOUT/--。鎖存器no (其耦合在驅(qū)動(dòng)器104的信號(hào)路徑之間，并且一般由逆變器108-5和108-6組成)同樣被包括以驅(qū)動(dòng)信號(hào)到導(dǎo)軌(rail)。
[0003]然而，具有該設(shè)置的問(wèn)題在于，隨著開(kāi)關(guān)發(fā)生，電容器Cl和C2被反復(fù)充電及放電。因此，在電容器Cl和C2上的電壓變化，隨著其橫越電平移位器100 (如在圖2中所示)，其使信號(hào)DIN/DIN失真。此外，抖動(dòng)被引入，其使眼睛開(kāi)放模式失真(如在圖3中所示)。因此，存在補(bǔ)償在電平移位器中失真的需求。
[0004]在美國(guó)專利公開(kāi)N0.2006/0091907 ；Rajapandian 等人的 “High-voltage powerdelivery through charge recycling，，，IEEE J.0f Solid-State Circuits, Vol.41, N0.6,pp.1400-1410, June2006 以及 Breussegem 等人的 “Monolithic capactivie DC-DCConverter with Single Boundary-Multiphase Control and Voltage Domain Stackingin90nm CMOS, ” IEEE J.0f Solid-State Circuits, Vol.46，N0.7，pp.1715-1727，July2011中，描述了傳統(tǒng)系統(tǒng)的一些其它示例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]實(shí)施例提供一種設(shè)備。該設(shè)備包括:第一驅(qū)動(dòng)器，其具有帶有輸入終端和輸出終端的第一信號(hào)路徑，其中第一驅(qū)動(dòng)器在第一電壓域中操作，并且其中第一信號(hào)路徑的輸入終端接收輸入信號(hào)；第二驅(qū)動(dòng)器，其在第二電壓域中操作，其中第二驅(qū)動(dòng)器具有帶有輸入終端和輸出終端的第二信號(hào)路徑以及耦合到第二信號(hào)路徑的輸入終端的鎖存器；電容器，其耦合在第一信號(hào)路徑的輸出終端和第二信號(hào)路徑的輸入終端之間；以及偏置電路，其耦合到第二信號(hào)路徑的輸入終端，并且在第二電壓域中操作。
[0006]在實(shí)施例中，第二信號(hào)路徑進(jìn)一步包括多個(gè)逆變器，該多個(gè)逆變器在第二信號(hào)路徑的輸入和輸出終端之間按順序彼此串聯(lián)耦合。
[0007]在實(shí)施例中，電容器進(jìn)一步包括第一電容器，并且其中偏置電路進(jìn)一步包括:耦合到第二信號(hào)路徑的輸入終端的電阻器；第二電容器；以及耦合在第二電容器和電阻器之間的共模逆變器。
[0008]在實(shí)施例中，共模逆變器是序列的第一逆變器的復(fù)制品。[0009]在實(shí)施例中，輸入信號(hào)是差分的，并且其中第一驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步包括具有輸入終端和輸出終端的第三信號(hào)路徑。
[0010]在實(shí)施例中，電阻器進(jìn)一步包括第一電阻器，并且其中第二驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步包括具有輸入終端和輸出終端的第四信號(hào)路徑，并且其中鎖存器和第二電阻器耦合到第四信號(hào)路徑的輸入終端，并且其中設(shè)備進(jìn)一步包括第三電容器，其耦合到第三信號(hào)路徑的輸出終端和第四信號(hào)路徑的輸入終端之間。
[0011 ] 在實(shí)施例中，第一和第二電阻器耦合到一起。
[0012]在實(shí)施例中，共模逆變器進(jìn)一步包括第一共模逆變器，并且其中偏置電路進(jìn)一步包括:第四電容器；以及第二共模逆變器，其耦合到第二第四和第二電阻器之間。
[0013]在實(shí)施例中，第一和第二電阻器是可調(diào)節(jié)的。
[0014]在實(shí)施例中，提供了一種設(shè)備。該設(shè)備包括:第一驅(qū)動(dòng)器，其在第一電壓域中操作，其中第一驅(qū)動(dòng)器具有:第一輸入終端，第一輸出終端，以及第一組逆變器，該第一組逆變器在第一輸入終端和第一輸出終端之間彼此串聯(lián)耦合；第二驅(qū)動(dòng)器，其在第二電壓域中操作，其中第二驅(qū)動(dòng)器具有:第二輸入終端，第二輸出終端，第二組逆變器，該第二組逆變器在第二輸入終端和第二輸出終端之間彼此串聯(lián)耦合；以及鎖存器，其耦合到第二輸入終端；電容器，其耦合到第一輸出終端和第二輸入終端之間；以及偏置電路，其耦合到第二輸入終端，并且在第二電壓域中操作。
[0015]在實(shí)施例中，第二組逆變器在序列中彼此串聯(lián)耦合，并且其中電容器進(jìn)一步包括第一電容器，并且其中偏置電路進(jìn)一步包括:電阻器，其耦合到第二輸入終端；第二電容器；以及共模逆變器，其耦合到第二電容器和電阻器之間。
[0016]在實(shí)施例中，共模逆變器是序列的第一逆變器的復(fù)制品。
[0017]在實(shí)施例中，第一驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步包括:第三輸入終端；第三輸出終端；以及第三組逆變器，其在第三輸入終端和第三輸出終端之間彼此串聯(lián)耦合。
[0018]在實(shí)施例中，電阻器進(jìn)一步包括第一電阻器，并且其中偏置電路進(jìn)一步包括第二電阻器，并且其中第二驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步包括:第四輸入終端；第四輸出終端，其耦合到鎖存器和第二電阻器；以及第四組逆變器，其在第四輸入終端和第四輸出終端之間彼此串聯(lián)耦合。
[0019]在實(shí)施例中，設(shè)備進(jìn)一步包括第三電阻器，其耦合到第三輸出終端和第四輸入終端之間。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是傳統(tǒng)電平移位器的示例的圖示；
[0021]圖2是示出圖1的電平移位器的瞬態(tài)響應(yīng)的圖示；
[0022]圖3是示出圖1的電平移位器的眼睛睜開(kāi)的圖示；
[0023]圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電平移位器的示例的圖示；
[0024]圖5和8是圖4的偏置電路的示例的圖示；
[0025]圖6是比較圖1和4的電平移位器的瞬態(tài)響應(yīng)的圖示；以及
[0026]圖7是示出圖4的電平移位器的眼睛睜開(kāi)的圖示。
【具體實(shí)施方式】[0027]圖4以體現(xiàn)本發(fā)明的原理示出電平移位器200的示例。如所示的，電平移位器200在結(jié)構(gòu)上與電平移位器100類似，不同的是電平移位器200包括偏置電路202。該偏置電路202 (其在一些電壓域中操作為驅(qū)動(dòng)器104) —般包括耦合到驅(qū)動(dòng)器104的信號(hào)路徑的電阻器Rl和R2以及共模電路204。共模電路204產(chǎn)生(多個(gè))共模電壓，共模電壓可以被用來(lái)基本上保持電容器Cl和C2上的電壓。逆變器106-1到106-4，108-1到108-6中的每個(gè)以及204同樣由PMOS晶體管和NMOS晶體管組成，并且電阻器Rl和R2 —般可具有相同的值或電阻。此外，如所示的，電平移位器200是差分的，但是電平移位器200可同樣與單端信號(hào)一起使用(其中省略了包括逆變器106-3、106-4、108-3和108-4以及電容器C2的數(shù)據(jù)路徑)。
[0028]在圖5中，可看出偏置電路202(對(duì)于圖5標(biāo)記為202-A)的更詳細(xì)示例。如所示的，電阻器Rl和R2耦合到一起以形成在驅(qū)動(dòng)器104的信號(hào)路徑之間的分配器，并且共模電路204-A—般包括共模逆變器204和電容器C3。通常，逆變器108-1到108-4匹配(意味著采用相同大小的晶體管)，并且共模逆變器204 (其一般在相同電壓域中操作為驅(qū)動(dòng)器104)通常是逆變器108-1的復(fù)制品(意味著204的晶體管與逆變器108-1相比是縮放的)。作為復(fù)制品，逆變器204使用的電流更低。
[0029]如上所述，使用該偏置電路202-A，電容器Cl和C2上的電壓一般被保持；這通常通過(guò)在開(kāi)關(guān)期間形成具有偏置電路202-A的額外電流路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。作為示例，可假設(shè)在節(jié)點(diǎn)NI上的電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嫷?，而在?jié)點(diǎn)N2上的電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嫺?。?dāng)在節(jié)點(diǎn)N2上的電壓變得足夠大時(shí)，在節(jié)點(diǎn)NI上的電壓變得足夠小，并且都不入軌，用于逆變器108-5的NMOS晶體管和用于逆變器108-6的PMOS晶體管進(jìn)入線性區(qū)域。在該點(diǎn)處，共模電路202形成電流路徑，其將電壓擺動(dòng)的幅度(A)限制為:
[0030]VSS+IRonnmos≤A≤VDD — IRonpmos,⑴其中VDD和VSS是用于驅(qū)動(dòng)器104和偏置電路202-A的導(dǎo)軌電壓。電流路徑將同樣對(duì)于在相反方向中的轉(zhuǎn)變類似地形成。此外，用于逆變器108-5和108-6的PMOS和NMOS晶體管以及電阻器Rl和R2也應(yīng)該被設(shè)定尺寸，使得用于逆變器108-5和108-6的PMOS和NMOS晶體管不進(jìn)入深線性區(qū)域(即漏極-源極電壓VD小于約50mV)。作為采用偏置電路202-A的結(jié)果，由電容器Cl和C2看出的電壓擺動(dòng)的幅度很小，意味著電容器Cl和C2上的電壓基本上被保持。因此，信號(hào)完整性得到改善，其中信號(hào)失真被減小(如在圖6中示出)，并且其中抖動(dòng)被減小(如在圖7中示出)。
[0031]偏置電路202-A同樣包括開(kāi)關(guān)SI到S5，以允許偏置電路202-A和電平移位器200被禁用。開(kāi)關(guān)SI到S5通常由使能信號(hào)控制，使得當(dāng)使能信號(hào)是邏輯高或“I”時(shí)開(kāi)關(guān)S1、S2和S4閉合，并且當(dāng)使能信號(hào)是邏輯低或“O”時(shí)開(kāi)關(guān)S3和S5閉合。通過(guò)具有該設(shè)置，開(kāi)關(guān)S5將共模電壓驅(qū)動(dòng)到地，而開(kāi)關(guān)S3將節(jié)點(diǎn)N2驅(qū)動(dòng)到地，允許鎖存器(逆變器108-5和108-6)將節(jié)點(diǎn)NI驅(qū)動(dòng)到導(dǎo)軌VDD。因此，當(dāng)禁用時(shí)，在電平移位器200中很少到?jīng)]有靜態(tài)電流。
[0032]轉(zhuǎn)到圖8，可看到偏置電路202 (對(duì)于圖8標(biāo)記為202-B)的另一個(gè)示例。與偏置電路202-A類似，偏置電路202-B包括電阻器R3和R4，以及開(kāi)關(guān)SI到S3，但是共模電路204-B從偏置發(fā)生器中分別產(chǎn)生用于電阻器R3和R4中的每個(gè)的偏置電壓BIASl和BIAS2。這些偏置發(fā)生器208-1和208-2使用共模逆變器210-1和210-2 (其分別是逆變器108-1和108-3的復(fù)制品，并且其以與逆變器206類似的方式操作)以及電容器C4-1和C4-2(其以與電容器C3類似的方式操作)來(lái)產(chǎn)生這些偏置電壓BIASl和BIAS2。此外，電阻器R3和R4是可調(diào)節(jié)的(其可例如是開(kāi)關(guān)電阻器陣列)，以便“調(diào)整”共模電壓來(lái)補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)器104的數(shù)據(jù)路徑中的偏差。偏置發(fā)生器208-1和208-2同樣包括開(kāi)關(guān)S6-1、S6_2、S7-1和S7-2，其以與開(kāi)關(guān)S4和S5類似的方式操作，以降低在驅(qū)動(dòng)器200中的靜態(tài)電流。
[0033]本發(fā)明涉及的本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將理解到，可對(duì)所描述的實(shí)施例進(jìn)行修改，并且在要求發(fā)明的范圍內(nèi)，許多其它實(shí)施例同樣是可行的。
【權(quán)利要求】
1.一種設(shè)備，其包括: 第一驅(qū)動(dòng)器，其具有帶有輸入終端和輸出終端的第一信號(hào)路徑，其中所述第一驅(qū)動(dòng)器在第一電壓域中操作，并且其中所述第一信號(hào)路徑的所述輸入終端接收輸入信號(hào)； 第二驅(qū)動(dòng)器，其在第二電壓域中操作，其中所述第二驅(qū)動(dòng)器具有: 第二信號(hào)路徑，其具有輸入終端和輸出終端；以及 鎖存器，其耦合到所述第二信號(hào)路徑的所述輸入終端； 電容器，其耦合在所述第一信號(hào)路徑的所述輸出終端和所述第二信號(hào)路徑的所述輸入終端之間；以及 偏置電路，其耦合到所述第二信號(hào)路徑的所述輸入終端，并且在所述第二電壓域中操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第二信號(hào)路徑進(jìn)一步包括多個(gè)逆變器，所述多個(gè)逆變器在所述第二信號(hào)路徑的所述輸入和輸出終端之間的序列中彼此串聯(lián)耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述電容器進(jìn)一步包括第一電容器，并且其中所述偏置電路進(jìn)一步包括: 電阻器，其耦合到所述第二信號(hào)路徑的所述輸入終端； 第二電容器；以及 共模逆變器，其耦合在所述第二電容器和所述電阻器之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述共模逆變器是所述序列的所述第一逆變器的復(fù)制品。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述輸入信號(hào)是差分的，并且其中所述第一驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步包括具有輸入終端和輸出終端的第三信號(hào)路徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述電阻器進(jìn)一步包括第一電阻器，并且其中所述第二驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步包括具有輸入終端和輸出終端的第四信號(hào)路徑，并且其中所述鎖存器和第二電阻器耦合到所述第四信號(hào)路徑的所述輸入終端，并且其中所述設(shè)備進(jìn)一步包括耦合在所述第三信號(hào)路徑的所述輸出終端和所述第四信號(hào)路徑的所述輸入終端之間的第三電容器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述第一和第二電阻器耦合到一起。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述共模逆變器進(jìn)一步包括第一共模逆變器，并且其中所述偏置電路進(jìn)一步包括: 第四電容器；以及 第二共模逆變器，其耦合在所述第二第四和所述第二電阻器之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述第一和第二電阻器是可調(diào)節(jié)的。
10.一種設(shè)備，其包括: 第一驅(qū)動(dòng)器，其在第一電壓域中操作，其中所述第一驅(qū)動(dòng)器具有: 第一輸入終端； 第一輸出終端；以及 第一組逆變器，其在所述第一輸入終端和所述第一輸出終端之間彼此串聯(lián)耦合； 第二驅(qū)動(dòng)器，其在第二電壓域中操作，其中所述第二驅(qū)動(dòng)器具有: 第二輸入終端；第二輸出終端； 第二組逆變器，其在所述第二輸入終端和所述第二輸出終端之間彼此串聯(lián)耦合；以及 鎖存器，其耦合到所述第二輸入終端； 電容器，其耦合在所述第一輸出終端和所述第二輸入終端之間；以及 偏置電路，其耦合到所述第二輸入終端，并且在所述第二電壓域中操作。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述第二組逆變器在序列中彼此串聯(lián)耦合，并且其中所述電容器進(jìn)一步包括第一電容器，并且其中所述偏置電路進(jìn)一步包括: 電阻器，其耦合到所述第二輸入終端； 第二電容器；以及 共模逆變器，其耦合在所述第二電容器和所述電阻器之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述共模逆變器是所述序列的第一逆變器的復(fù)制品。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述第一驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步包括: 第三輸入終端； 第三輸出終端；以及 第三組逆變器，其在所述第三輸入終端和所述第三輸出終端之間彼此串聯(lián)耦合。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述電阻器進(jìn)一步包括第一電阻器，并且其中所述偏置電路進(jìn)一步包括第二電阻器，并且其中所述第二驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步包括: 第四輸入終端； 第四輸出終端，其耦合到所述鎖存器和所述第二電阻器；以及 第四組逆變器，其在所述第四輸入終端和所述第四輸出終端之間彼此串聯(lián)耦合。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備進(jìn)一步包括第三電阻器，其耦合在所述第三輸出終端和所述第四輸入終端之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述第一和第二電阻器耦合到一起。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述共模逆變器進(jìn)一步包括第一共模逆變器，并且其中所述偏置電路進(jìn)一步包括: 第四電容器；以及 第二共模逆變器，其耦合在所述第四電容器和所述第二電阻器之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述第一和第二電阻器是可調(diào)節(jié)的。
【文檔編號(hào)】H03K19/0175GK104012003SQ201280053054
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月28日
【發(fā)明者】P·M·埃莫森, R·穆赫帕得亞 申請(qǐng)人:德克薩斯儀器股份有限公司