本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高速電位轉(zhuǎn)換電路。

背景技術(shù)：

在高速輸出驅(qū)動(dòng)電路中，將小擺幅信號(hào)電位轉(zhuǎn)換為大擺幅時(shí)往往很難實(shí)現(xiàn)好的占空比。在點(diǎn)到點(diǎn)串口傳輸電路中，類似LVDS接口，信號(hào)占空比直接影響接收端信號(hào)采樣的建立保持時(shí)間，從而成為接口電路速度制約的一個(gè)關(guān)鍵因素。

如圖1所示，一種典型的電位轉(zhuǎn)換電路，通過(guò)一對(duì)輸入NMOS管和一對(duì)交叉耦合的PMOS管實(shí)現(xiàn)電位的轉(zhuǎn)換。其中輸入信號(hào)為一對(duì)極性相反的信號(hào)INP/INN，即當(dāng)INP為高時(shí)，INN為低，相反當(dāng)INP為低時(shí)，INN為高，且兩個(gè)信號(hào)幅度均為低電平域。該電路工作時(shí)，若INP為高，INN為低，則MN1工作，MN2關(guān)閉，從而MP2的柵端電壓被拉低，MP2工作，對(duì)OUTP充電，使其電壓升高。由于MN2關(guān)閉，因此MP1柵端電壓被抬高，MP1關(guān)閉。OUTN點(diǎn)電荷通過(guò)MN1泄放，電壓降到0V，而OUTP點(diǎn)電壓上升到Hi-V。這種典型電位轉(zhuǎn)換電路的缺點(diǎn)在于很難保證優(yōu)秀的占空比：在輸出信號(hào)開始的上升階段，MN1就開始給OUTN泄放電荷，OUTN電位下降，但MP2還沒(méi)有開始工作，當(dāng)OUTN電位下降到(Hi-V–Vthp)時(shí)才開始開啟，給OUTP充電。該典型的電位轉(zhuǎn)換電路的瞬態(tài)仿真結(jié)果的輸入輸出波形，如圖2所示。因此，上述圖1中的電位轉(zhuǎn)換電路面臨速度制約，因?yàn)镺UTN/OUTP為輸出點(diǎn)，有很大的負(fù)載電容，因此充放電荷的過(guò)程很慢；并且其占空比急需優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服以上問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種優(yōu)化占空比的高速電位轉(zhuǎn)換電路，該電路支持信號(hào)從低電位到高電位的高速轉(zhuǎn)換，同時(shí)能夠在不同PVT條件下保證優(yōu)秀的占空比。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種高速電位轉(zhuǎn)換電路，包括電位轉(zhuǎn)換器、與電位轉(zhuǎn)換器相連接的信號(hào)放大反向器、以及與信號(hào)放大反向器相連接的正反饋連接反向器；其中，電位轉(zhuǎn)換器將低電壓轉(zhuǎn)換為高電壓之后輸出給信號(hào)放大反向器，信號(hào)放大反向器將所輸入的高電壓進(jìn)行放大后將放大的信號(hào)輸出給正反饋連接反向器，正反饋連接反向器對(duì)放大的信號(hào)的占空比進(jìn)行優(yōu)化。

優(yōu)選地，電位轉(zhuǎn)換器具有第一PMOS管、第二PMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一輸出節(jié)點(diǎn)(A)、第二輸出節(jié)點(diǎn)(B)、第一NMOS管、第二NMOS管；其中，

第一PMOS管和第二PMOS管的源極相連接且接高壓電源；

第一PMOS管的漏極與第三NMOS管的漏極共同連接至第一輸出節(jié)點(diǎn)(A)；第三NMOS管的源極與第一NMOS管的漏極連接于節(jié)點(diǎn)(X)，第三NMOS管的柵極接高壓電源；

第二PMOS管的漏極與第四NMOS管的漏極共同連接至第二輸出節(jié)點(diǎn)(B)；第四NMOS管的源極與第二NMOS管的漏極連接于節(jié)點(diǎn)(Y)，第四NMOS管的柵極接高壓電源；

第一PMOS管的柵極接于節(jié)點(diǎn)(Y)，第二PMOS管的柵極接于節(jié)點(diǎn)(X)；

第一NMOS管的源極與第二NMOS管的源極相連接；第一NMOS管的柵極接第一輸入端(INP)，第二NMOS管的柵極接第二輸入端(INN)。

優(yōu)選地，所述電位轉(zhuǎn)換器還包括第五NMOS管和第六NMOS管；第五NMOS管的柵極與第一NMOS管的柵極相連接，第六NMOS管的柵極與第二NMOS管的柵極相連接；第五NMOS管的漏極連接于第一輸出節(jié)點(diǎn)(A)，第六NMOS管的漏極連接于第二輸出節(jié)點(diǎn)(B)，第五NMOS管的源極、第六NMOS管的源極、第一NMOS管的源極、第二NMOS管的源極之間相互連接。

優(yōu)選地，所述第五NMOS管和所述第六NMOS管的尺寸為4μm/0.4μm。

優(yōu)選地，所述信號(hào)放大反向器包括第一反饋端(OUTP)、第二反饋端(OUTN)、第三PMOS管、第四PMOS管、第七NMOS管和第八NMOS管；其中，

所述第三PMOS管的柵極與第七NMOS管的柵極共同連接于第一輸出節(jié)點(diǎn)(A)，第三PMOS管的漏極和第七NMOS管的漏極相連接且共同接于第一反饋端(OUTP)；

所述第四PMOS管的柵極與第八NMOS管的柵極共同連接于第二輸出節(jié)點(diǎn)(B)，第四PMOS管的漏極和第八NMOS管的漏極相連接且共同接于第二反饋端(OUTN)；

第七NMOS管的源極與第五NMOS管的源極相連接，第八NMOS管的源極與第六NMOS管的源極相連接；

第三PMOS管的源極與第一PMOS管的源極相連接至高壓電源；第四PMOS管的源極與第二PMOS管的源極相連接至高壓電源。

優(yōu)選地，所述正反饋連接反向器包括第五PMOS管、第六PMOS管、第九NMOS管和第十NMOS管；其中，第五PMOS管的源極和第六PMOS管的源極均接于高壓電源；所述第五PMOS管的柵極和第九NMOS管的柵極相連接且接于第一反饋端(OUTP)，第五PMOS管的漏極和第九NMOS管的漏極相連接且接于第二反饋端(OUTN)；所述第六PMOS管的柵極和第十NMOS管的柵極相連接且接于第二反饋端(OUTN)，所述第六PMOS管的漏極與第十NMOS管的漏極相連接且接于第一反饋端(OUTP)；所述第九NMOS管的源極和所述第十NMOS管的源極均接地。

優(yōu)選地，所述第一NMOS管和第二NMOS管的尺寸為20μm/0.4μm，所述第三NMOS管和所述第四NMOS管的尺寸為8μm/0.4μm。

優(yōu)選地，所述高壓電源為直流高壓電源。

優(yōu)選地，所述第一輸入端(INP)和所述第二輸入端(INN)所輸入的信號(hào)為極性相反的信號(hào)。

優(yōu)選地，所述第一輸入端(INP)和所述第二輸入端(INN)所輸入的信號(hào)均為低電平域。

本發(fā)明在提高電位轉(zhuǎn)換器工作速度的同時(shí)保證了優(yōu)秀的輸出信號(hào)占空比。

附圖說(shuō)明

圖1為一種典型的電位轉(zhuǎn)換電路示意圖

圖2為圖1中的典型的電位轉(zhuǎn)換電路的瞬態(tài)仿真結(jié)果示意圖

圖3為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的高速電位轉(zhuǎn)換電路示意圖

圖4為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的高速電位轉(zhuǎn)換電路的瞬態(tài)仿真結(jié)果示意圖

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說(shuō)明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

以下結(jié)合附圖3和4和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式、使用非精準(zhǔn)的比例，且僅用以方便、清晰地達(dá)到輔助說(shuō)明本實(shí)施例的目的。

本實(shí)施例包括電位轉(zhuǎn)換器、與電位轉(zhuǎn)換器相連接的信號(hào)放大反向器、以及與信號(hào)放大反向器相連接的正反饋連接反向器；其中，電位轉(zhuǎn)換器將低電壓轉(zhuǎn)換為高電壓之后輸出給信號(hào)放大反向器，信號(hào)放大反向器將所輸入的高電壓進(jìn)行放大后將放大的信號(hào)輸出給正反饋連接反向器，正反饋連接反向器對(duì)放大的信號(hào)的占空比進(jìn)行優(yōu)化。

本實(shí)施例中，請(qǐng)參閱圖3，電位轉(zhuǎn)換器具有第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、還可以包括第五NMOS管MN5和第六NMOS管MN6；第一輸出節(jié)點(diǎn)A、第二輸出節(jié)點(diǎn)B；信號(hào)放大反向器包括第一反饋端OUTP、第二反饋端OUTN、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第七NMOS管MN7和第八NMOS管MN8；正反饋連接反向器包括第五PMOS管PM5、第六PMOS管PM6、第九NMOS管NM9和第十NMOS管NM10。

第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2的源極相連接且接高壓電源Hi-V；

第一PMOS管PM1的漏極與第三NMOS管NM3的漏極共同連接至第一輸出節(jié)點(diǎn)A；第三NMOS管NM3的源極與第一NMOS管NM1的漏極連接于節(jié)點(diǎn)X，第三NMOS管NM3的柵極接高壓電源Hi-V；

第二PMOS管PM2的漏極與第四NMOS管NM4的漏極共同連接至第二輸出節(jié)點(diǎn)B；第四NMOS管NM4的源極與第二NMOS管NM2的漏極連接于節(jié)點(diǎn)Y，第四NMOS管NM4的柵極接高壓電源Hi-V；

第一PMOS管PM1的柵極接于節(jié)點(diǎn)Y，第二PMOS管PM2的柵極接于節(jié)點(diǎn)X；

第一NMOS管NM1的源極與第二NMOS管NM2的源極相連接；第一NMOS管NM1的柵極接第一輸入端INP，第二NMOS管NM2的柵極接第二輸入端INN。

第五NMOS管NM5的柵極與第一NMOS管NM1的柵極相連接，第六NMOS管NM6的柵極與第二NMOS管NM2的柵極相連接；第五NMOS管NM5的漏極連接于第一輸出節(jié)點(diǎn)A，第六NMOS管NM6的漏極連接于第二輸出節(jié)點(diǎn)B，第五NMOS管NM5的源極、第六NMOS管NM6的源極、第一NMOS管NM1的源極、第二NMOS管NM2的源極之間相互連接。

第三PMOS管NM3的柵極與第七NMOS管NM7的柵極共同連接于第一輸出節(jié)點(diǎn)A，第三PMOS管NM3的漏極和第七NMOS管NM7的漏極相連接且共同接于第一反饋端OUTP；

第四PMOS管PM4的柵極與第八NMOS管NM8的柵極共同連接于第二輸出節(jié)點(diǎn)B，第四PMOS管PM4的漏極和第八NMOS管NM8的漏極相連接且共同接于第二反饋端OUTN；

第七NMOS管NM7的源極與第五NMOS管NM5的源極相連接，第八NMOS管NM8的源極與第六NMOS管NM6的源極相連接；

第三PMOS管PM3的源極與第一PMOS管PM1的源極相連接至高壓電源；第四PMOS管PM4的源極與第二PMOS管PM2的源極相連接至高壓電源Hi-V。

第五PMOS管PM5的源極和第六PMOS管PM6的源極均接于高壓電源Hi-V；第五PMOS管PM5的柵極和第九NMOS管NM9的柵極相連接且接于第一反饋端OUTP，第五PMOS管PM5的漏極和第九NMOS管NM9的漏極相連接且接于第二反饋端OUTN；第六PMOS管PM6的柵極和第十NMOS管NM10的柵極相連接且接于第二反饋端OUTN，第六PMOS管PM6的漏極與第十NMOS管NM10的漏極相連接且接于第一反饋端OUTP；第九NMOS管NM9的源極和第十NMOS管NM10的源極均接地。

本實(shí)施例中，第一NMOS管NM1和第二NMOS管NM2的尺寸為20μm/0.4μm，第三NMOS管NM3和第四NMOS管NM4的尺寸為8μm/0.4μm，第五NMOS管NM5和第六NMOS管NM6的尺寸為4μm/0.4μm。

高壓電源為直流高壓電源。第一輸入端INP和第二輸入端INN所輸入的信號(hào)為極性相反的信號(hào)。第一輸入端INP和第二輸入端INN所輸入的信號(hào)均為低電平域。

舉例來(lái)說(shuō)，電位轉(zhuǎn)化器包括MN1～MN6/MP1～MP2管。其中MN1～MN2構(gòu)成了輸入對(duì)管，MN3～MN4構(gòu)成了一對(duì)cascode對(duì)管，其柵端接電源電壓，漏端接輸出節(jié)點(diǎn)。MN3～MN4管的作用在于一方面可以抬高輸出節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)電位，一方面隔離了輸出端的大負(fù)載電容，使X、Y點(diǎn)的負(fù)載電容大大降低。此外，MN5～MN6作為NMOS輸入對(duì)管的一個(gè)補(bǔ)充，用來(lái)協(xié)助輸出點(diǎn)的充放電，其柵極分別接輸入互補(bǔ)信號(hào)INP、INN，漏極接電位轉(zhuǎn)換器的輸出節(jié)點(diǎn)A、B。MP1～MP2構(gòu)成了交叉耦合對(duì)，主要作用時(shí)對(duì)輸出節(jié)點(diǎn)A、B充放電，實(shí)現(xiàn)輸出節(jié)點(diǎn)A、B信號(hào)擺幅提高到Hi-V。MP1～MP2的柵端分別接X(jué)、Y節(jié)點(diǎn)，漏極分別接輸出節(jié)點(diǎn)A、B。

電位轉(zhuǎn)換器的輸出節(jié)點(diǎn)A、B分別接到兩對(duì)反相器的柵極，MN7～MN8、MP3～MP4構(gòu)成了這兩對(duì)放大器。經(jīng)反相器放大后從第一反饋端OUTP、第二反饋端OUTN得到信號(hào)。該信號(hào)再經(jīng)過(guò)由MN9～MN10、NP5～MP6構(gòu)成的正反饋反相器進(jìn)行占空比優(yōu)化。其中MN9和MN5構(gòu)成一個(gè)反相器，MN10和MP6構(gòu)成一個(gè)反相器。MP5、MN9反相器的柵端接到MN10、MP6的輸出端，MN10、MP6的柵端接到MN9、NP5的輸出端。通過(guò)正反饋實(shí)現(xiàn)了占空比的優(yōu)化。

請(qǐng)對(duì)比圖4和圖2，通過(guò)增加MN3～MN10、MP3～MP6，本實(shí)施例在提高電位轉(zhuǎn)換器工作速度的同時(shí)保證了優(yōu)秀的輸出信號(hào)占空比。對(duì)電路的瞬態(tài)仿真結(jié)果如圖四所示，對(duì)比圖2，可看到優(yōu)勢(shì)如下：

1)對(duì)比圖4的第一個(gè)波形和圖2的波形，可以看到本實(shí)施例中的電位轉(zhuǎn)換器輸出占空比有明顯優(yōu)化。另一方面，本實(shí)施例中的電位轉(zhuǎn)換器各管尺寸為：MN1～MN2(20μm/0.4μm)，MN3～MN4(8μm/0.4μm)，MN5～MN6(4μm/0.4μm)，NMOS管的總尺寸為64μm/0.4μm，而在圖2中的電位轉(zhuǎn)換器中NMOS管總尺寸為120μm/0.4μm。因此本實(shí)施例通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化不僅提高了信號(hào)的占空比性能，同時(shí)節(jié)約了MOS管尺寸；

2)反相器正反饋電路的引進(jìn)進(jìn)一步優(yōu)化了占空比，使電路在不同PVT條件下均能實(shí)現(xiàn)保證好的占空比。

綜上所述，本實(shí)施例通過(guò)增加兩個(gè)NMOS管MN3/MN4，其柵即接電源電壓Hi-V。MN3、MN4的作用有兩個(gè)方面，首先通過(guò)MN3/MN4提高了輸出電壓的靜態(tài)工作點(diǎn)，優(yōu)化了輸出信號(hào)占空比。其次起到了隔離輸出節(jié)點(diǎn)A、B和MN1、MN2的功能。為了提高電路工作速度，需要MP1、MP2盡快開啟或關(guān)斷?？紤]到輸出結(jié)點(diǎn)的負(fù)載電容較大，MN3、MN4使X、Y節(jié)點(diǎn)與輸出節(jié)點(diǎn)A、B隔離，從而提高了X、Y節(jié)點(diǎn)的充放電速度，從而使MP1、MP2管能迅速進(jìn)入開啟或關(guān)斷狀態(tài)。再者，增加輔助泄放管MN5、MN6，這兩個(gè)NMOS管MN5、MN6可以進(jìn)一步增加輸出節(jié)點(diǎn)A、B的電壓充放電速度。其次，MN9～MN10、MP5～MP6提供了一個(gè)正反饋電路，通過(guò)將兩個(gè)反向器的輸入和輸出分別連接，有助于優(yōu)化信號(hào)占空比。同時(shí)MN7～MN8、MP3～MP4的引入隔離了占空比優(yōu)化電路對(duì)前級(jí)電位轉(zhuǎn)換器輸出電位的干擾，同時(shí)起到了對(duì)電位轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)放大穩(wěn)定的作用。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然所述實(shí)施例僅為了便于說(shuō)明而舉例而已，并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可作若干的更動(dòng)與潤(rùn)飾，本發(fā)明所主張的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。