專利名稱：在低電源電壓時也必定能操作的電平移動器電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在半導體集成電路中使用的電平轉換電路，更具體地講，是一種在低電平下進行電平轉換的電平移動器電路。
眾所周知，金屬氧化物半導體(MOS)晶體管分類成N溝道MOS晶體管和P溝道MOS晶體管。每個N溝道晶體管形成在一個P阱基底上，而每個P溝道晶體管是形成在一個N阱基底上。此外，每個MOS晶體管具有柵極，漏極和源極。每個MOS晶體管可以有一個一般連接于其源極的反柵(backgate)極。
以下面將結合附圖3詳細說明的方式，一個現有的電平移動器電路包括一個倒相器，第一至第六P溝道MOS晶體管，和第一至第四N溝道MOS晶體管。倒相器將輸入信號倒相以產生一個倒相的輸入信號。第一P溝道MOS晶體管有一個施加了電源電壓的源極，和一個施加了輸入信號的柵極。第二P溝道MOS晶體管有一個施加了電壓電壓的源極，和一個施加了倒相輸入信號的柵極。第一N溝道MOS晶體管有一個連接于第一節(jié)點的漏極，一個連接于第二節(jié)點的柵極，和一個施加了電平移動可變電壓的源極。第二N溝道MOS晶體管有一個連接于第二節(jié)點的漏極，一個連接于第一節(jié)點的柵極，和一個施加了電平移動可變電壓的源極。
第三P溝道MOS晶體管連接在第一P溝道MOS晶體管的漏極與倒相輸出端之間。第三P溝道MOS晶體管有一個施加了開關信號的柵極。第三P溝道MOS晶體管作為一個防止第一P溝道MOS晶體管擊穿的第一擊穿防止裝置使用。第四P溝道MOS晶體管連接在第二P溝道MOS晶體管的漏極與一個非倒相輸出端之間。第四P溝道MOS晶體管有一個施加了開關信號的柵極。第四P溝道MOS晶體管作為一個防止第二P溝道MOS晶體管擊穿的第二擊穿防止裝置使用。
第三N溝道MOS晶體管在第一節(jié)點(第一N溝道MOS晶體管的漏極)與倒相輸出端之間。第三N溝道MOS晶體管作為一個防止第一N溝道MOS晶體管的柵極毀壞的第一柵極破壞防止裝置使用。第四N溝道MOS晶體管在第二節(jié)點(第二N溝道MOS晶體管的漏極)與非倒相輸出端之間。第四N溝道MOS晶體管作為一個防止第二N溝道MOS晶體管的柵極毀壞的第二柵極破壞防止裝置使用。
第五P溝道MOS晶體管有一個施加了開關信號的源極，一個連接于第二節(jié)點的柵極，和一個連接于第一節(jié)點的漏極。第六P溝道MOS晶體管有一個施加了開關信號的源極，一個連接于第一節(jié)點的柵極，和一個連接于第二節(jié)點的漏極。第一和第六P溝道MOS晶體管的組合可以用作加速信號開關速度的加速裝置。
但是，當電源電壓是一個低電壓時，現有的電平移動器電路產生了一個問題。這是因為在現有電平移動器電路中沒有發(fā)生倒相和非倒相輸出信號的信號開關，盡管以下面將說明的方式進行了輸入信號的開關。
因此，本發(fā)明的一個目的是要提供一種盡管操作電源電壓是低電壓也能夠必然地操作的電平移動器電路。
本發(fā)明的其它目的將隨說明的展開得到清楚的解釋。
可利用本發(fā)明的一種電平移動器電路具有一個施加了一低電平輸入信號的輸入端，一個施加了一開關信號的開關端，一個用于輸出具有與輸入信號相倒相位的倒相輸出信號的倒相輸出端，一個用于輸出具有與輸入信號相同相位的非倒相輸出信號的非倒相輸出端，一個施加了電源電壓的電源端，和一個施加了用于從零電壓至一預定負電壓改變輸入信號的低電平的電平移動可變電壓的可變電壓端。電平移動器電路響應開關信號執(zhí)行對輸入信號的電平轉換操作。當開關信號指示電平移動時，電平移動器電路把倒相輸出信號和非倒相輸出信號的低電平移動到電平移動可變電壓。
根據本發(fā)明的一個方面，上述電平移動器電路包括一個連接于輸入端、用于將輸入信號倒相的倒相器。倒相器具有一個用于產生倒相輸入信道的輸出端。第一P溝道晶體管具有一個連接于電源端的源極，一個連接于輸入端的柵極，和一個漏極。第二P溝道晶體管有一個連接于電源端的源極，一個連接于所述倒相器輸出端的柵極，和一個漏極。第一N溝道晶體管有一個連接于可變電壓端的源極，一個連接于第一節(jié)點的漏極，和一個連接于第二節(jié)點的柵極。第二N溝道晶體管有一個連接于可變電壓端的源極，一個連接于第二節(jié)點的漏極，和一個連接于第一節(jié)點的柵極。連接在第一P溝道晶體管漏極與倒相輸出端之間的第一擊穿防止裝置防止了第一P溝道晶體管擊穿。連接在第二P溝道晶體管漏極與非倒相輸出端之間的第二擊穿防止裝置防止了第二P溝道晶體管的擊穿。連接于第一節(jié)點、開關端和倒相輸出端的第一柵極破壞防止裝置防止了第一N溝道晶體管柵極的毀壞。連接于第二節(jié)點、開關端和非倒相輸出端的第二柵極破壞防止裝置防止了第二N溝道晶體管柵極的毀壞。連接在第一和第二節(jié)點與開關端之間的加速裝置使信號的開關速度加快。連接于輸入端、開關端和第一節(jié)點的第一節(jié)點電位固定裝置固定了第一節(jié)點的電位。連接于倒相器輸出端、開關端和第二節(jié)點的第二節(jié)點電位固定裝置固定了第二節(jié)點的電位。
在上述的電平移動器電路中，第一P溝道晶體管、第一擊穿防止裝置和第一柵極破壞防止裝置可以省略，并且可以把第一節(jié)點直接連接到倒相輸出端。此外，可以省略加速裝置。


圖1是一個基本電平移動器電路的電路圖；圖2是一個現有電平移動器電路的電路圖；圖3示出了在說明圖2所示電平移動器電路操作中使用的時間圖；圖4是根據本發(fā)明的第一實施例的一個電平移動器電路的電路圖；圖5是根據本發(fā)明的第二實施例的一個電平移動器電路的電路圖；圖6是根據本發(fā)明的第三實施例的一個電平移動器電路的電路圖；圖7是根據本發(fā)明的第四實施例的一個電平移動器電路的電路圖；圖8是根據本發(fā)明的第五實施例的一個電平移動器電路的電路圖；圖9是根據本發(fā)明的第六實施例的一個電平移動器電路的電路圖。
以下參考圖1對一個在低電平下執(zhí)行電平轉換的基本電平移動器電路進行說明，以便更好地理解本發(fā)明。在圖1中，參考符號IN1指示一個輸入信號或一個輸入端，參考符號OUTA指示一個倒相輸出信號或一個倒相輸出端，和參考符號OUTB指示一個非倒相輸出信號或一個非倒相輸出端。此外，參考符號VCC指示一個電源電壓或一個電源端，參考符號VNEG指示一個可變電壓端或一個電平移動可變電壓。電平移動可變電壓VNEG在零電壓和一個預定負電壓之間變動。
圖示的電平移動器電路包括一個倒相器INV1，第一和第二P溝道MOS晶體管MP1和MP2，以及第一和第二N溝道MOS晶體管MN1和MN2。倒相器INV1具有一個施加了輸入信號IN1的輸入端，倒相器INV1使輸入信號IN1倒相，以通過其輸出端產生倒相輸入信號。
第一P溝道MOS晶體管MP1有一個施加了電源電壓VCC的源極，和一個施加了輸入信號IN1的柵極。第二P溝道MOS晶體管MP2有一個施加了電源電壓VCC的源極和一個施加了來自倒相器INV1的倒相輸入信號的柵極。此外，第一P溝道MOS晶體管MP1還具有一個連接于倒相輸出端OUTA的漏極，而第二P溝道MOS晶體管MP2具有一個連接于非倒相輸出端OUTB的漏極。
第一N溝道MOS晶體管MN1有一個連接于第一節(jié)點#1的漏極，一個連接于第二節(jié)點#2的柵極，和一個施加了電平移動可變電壓VNEG的源極。第二N溝道MOS晶體管MN2有一個連接于第二節(jié)點#2的漏極，一個連接于第一節(jié)點#1的柵極，和一個施加了電平移動可變電壓VNEG的源極。也就是說，第一和第二N溝道MOS晶體管MN1和MN2具有以交叉方式連接于第二和第一MOS晶體管MN2和MN1的漏極的柵極。第一節(jié)點#1直接連接于倒相輸出端OUTA，而第二節(jié)點#2直接連接于非倒相輸出端OUTB。
在圖1中假設輸入信號IN1等于電源電壓VCC。在這種情況下，倒相輸出信號OUTA成為電平移動可變電壓VNEG，而非倒相輸出信號OUTB成為電源電壓VCC。應當特別注意第一P溝道MOS晶體管MP1。N阱基底與漏極之間的電位差成為|VCC|+|VNEG|，并且對晶體管的結耐電壓沒有采取任何特別措施。因此，N阱基底與漏極之間的電位差大大地超過了第一P溝道MOS晶體管MP1的結耐電壓，并且第一P溝道MOS晶體管MP1可能毀壞。
此外，這也適用于N溝道MOS晶體管。注意第二N溝道MOS晶體管MN2。P阱基底與漏極之間的電位差成為|VCC|+|VNEG|，并且沒有對晶體管的結耐電壓采取任何措施。此外還應當注意第一N溝道MOS晶體管MN1。柵極與基底之間的電位差成為|VCC|+|VNEG|，并且沒有對晶體管的耐電壓采取任何措施。因此，柵極與基底之間的電位差大大地超過了第一N溝道MOS晶體管的結耐電壓，并且柵極可能毀壞。
假設電源電壓等于5V，電平移動可變電壓VNEG等于-12V。在這種情況下，電平移動器電路具有大大超過一般晶體管耐電壓的17V的電位差。為了解決這種問題，現有技術提出了如下建議。
圖2示出了一種現有的在低電平下進行電平轉換的電平移動器電路。在這個圖中，參考符號IN1指示一個輸入信號或一個輸入端，參考符號IN2指示一個開關信號或一個開關端。此外，參考符號OUTA指示一個倒相輸出信號或一個倒相輸出端，而參考符號OUTB指示一個非倒相輸出信號或一個非倒相輸出端。另外，參考符號VCC指示一個電源電壓或一個電源端，參考符號VNEG指示一個電平移動可變電壓或一個可變電壓端，參考符號GND指示一個接地電位或一個接地(地面)端，即，零電壓。
圖示的電平移動器電路不僅包括倒相器INV1，第一和第二P溝道MOS晶體管MP1和MP2，以及第一和第二N溝道MOS晶體管MN1和MN2，并且還包括第三至第六P溝道MOS晶體管MP3,MP4,MP5和MP6，以及第三和第四N溝道MOS晶體管MN3和MN4。
第三P溝道MOS晶體管MP3連接在第一P溝道MOS晶體管MP1的漏極與倒相輸出端OUTA之間。更具體地講，第三P溝道MOS晶體管MP3具有一個連接于第一P溝道MOS晶體管MP1漏極的源極，一個施加了接地電位GND的柵極，和一個連接于倒相輸出端OUTA的漏極。與其類似，第四P溝道MOS晶體管MP4連接在第二P溝道MOS晶體管MP2的漏極與非倒相輸出端OUTB之間。具體講，第四P溝道MOS晶體管MP4具有一個連接于第二P溝道MOS晶體管MP2漏極的源極，一個施加了接地電位GND的柵極，和一個連接于非倒相輸出端OUTB的漏極。
第三N溝道MOS晶體管MN3連接在第一N溝道MOS晶體管MN1的漏極(第一節(jié)點#1)與倒相輸出端OUTA之間。更具體講，第三N溝道MOS晶體管MN3具有一個連接于第一N溝道MOS晶體管MN1的漏極(第一節(jié)點#1)的源極，一個施加了開關信號IN2的柵極，和一個連接于倒相輸出端OUTA的漏極。與其類似，第四N溝道MOS晶體管MN4連接在第二N溝道MOS晶體管MN2的漏極(第二節(jié)點#2)與非倒相輸出端OUTB之間。具體講，第四N溝道MOS晶體管MN4具有一個連接于第二N溝道MOS晶體管MN2的漏極(第二節(jié)點#2)的源極，一個施加了開關信號IN2的柵極，和一個連接于非倒相輸出端OUTB的漏極。
此外，第五P溝道MOS晶體管MP5具有一個施加了開關信號IN2的源極，一個連接于第二N溝道MOS晶體管MN2的漏極(第二節(jié)點#2)和第六P溝道MOS晶體管MP6的漏極的柵極，和一個連接于第一N溝道MOS晶體管MN1的漏極(第一節(jié)點#1)的漏極。第六P溝道MOS晶體管MP6具有一個施加了開關信號IN2的源極，一個連接于第一N溝道MOS晶體管MN1的漏極(第一節(jié)點#1)和第五P溝道MOS晶體管MP5的漏極的柵極，和一個連接于第二N溝道MOS晶體管MN2的漏極(第二節(jié)點#2)的漏極。即，第五和第六P溝道MOS晶體管MP5和MP6具有以交叉方式連接于第六和第五P溝道MOS晶體管MP6和MP5的漏極的柵極。
此外，在圖2中，作為第一P溝道MOS晶體管MP1的漏極與第三P溝道MOS晶體管MP3的源極之間連接的節(jié)點由“A001”指示，而作為第二P溝道MOS晶體管MP2的漏極與第四P溝道MOS晶體管MP4的源極之間的連接的另一個節(jié)點由“B001”指示。
提供都具有連接于接地端GND的柵極的第三和第四P溝道MOS晶體管MP3和MP4是對第一和第二P溝道MOS晶體管MP1和MP2的漏極與源極之間的擊穿電壓BVds采取的措施。擊穿電壓BVds是如下確定的。例如，象如下的N溝道MOS晶體管的情況。把源極電壓和柵極電壓都置于零電壓，提高漏極電壓。當在此時測量漏極電流時，漏極電流是逐漸增大的，并且隨后在一個特定電壓下突然大大增大。漏極電流大大增大的特定電壓(使漏極電流超過一預定電流值的電壓)稱為漏-源極擊穿電壓BVds，或僅稱為擊穿電壓BVds。
現在假設輸入信號IN1具有邏輯高電平“H”(IN1=“H”)。在這種情況下，節(jié)點A001被置于浮動狀態(tài)。結果，N阱基底與第三P溝道MOS晶體管MP3漏極之間的電位差成為|OV|+｜VNEG|。假設電源電壓VCC等于5V，并且電平移動可變電壓NVEG等于-12V。在這種情況下，電位差為12V，因而可以緩解第三P溝道MOS晶體管MP3所受應力。在連接于第三P溝道MOS晶體管MP3的第一P溝道MOS晶體管MP1中，柵極與漏極之間的電位差成為|OV|+|VCC|，同樣操作在正常的CMOS電平下。即，第三P溝道MOS晶體管MP3是作為防止第一P溝道MOS晶體管MP1擊穿的第一擊穿防止裝置使用的。
這同樣適用于第四P溝道MOS晶體管MP4，以及連接于它的第二P溝道MOS晶體管MP2。即，第四P溝道MOS晶體管MP4是作為防止第二P溝道MOS晶體管MP2擊穿的第二擊穿防止裝置使用的。
參考圖3A至3E，這同樣適用于都具有連接于開關端IN2的柵極的第三和第四N溝道MOS晶體管MN3和MN4。圖3A示出了電平移動可變電壓VNEG。圖3B示出了輸入信號IN1，圖3C示出了開關信號IN2。圖3D示出了倒相輸出信號OUTA，圖3E示出了非倒相輸出信號OUTB。
如圖3A和3C所示，在電平移動可變電壓VNEG等于零電壓時(VNEG=“GND”)，信號具有邏輯高電平“H”(IN2=“H”)。在電平移動可變電壓VNEG等于“負電壓”時，開關信號IN2具有邏輯低電平“L”(IN2=“L”)。
假設電平移動可變電壓VBEG等于“負電壓”。注意第二N溝道MOS晶體管MN2。因為第四N溝道MOS晶體管MN4具有施加了邏輯低電平“L”的開關信號IN2的柵極，P阱基底與漏極之間的電位差成為|OV|+|VNEG|。注意第一N溝道MOS晶體管MN1。柵極與基底之間的電位差成為|OV|+|VNEG|。
假設電源電壓VCC等于5V，電平移動可變電壓VNEG等于-12V的負電壓。在這種情況下，柵極與基底之間的電位差成為12V的電位差，因此可以防止第一和第二N溝道MOS晶體管NM1和MN2的柵極破壞。也就是說，第三N溝道MOS晶體管MN3是作為防止第一N溝道MOS晶體管MN1的柵極破壞的第一柵極破壞防止裝置使用的，而第四N溝道MOS晶體管MN4是作為防止第二N溝道MOS晶體管MN2的柵極破壞的第二柵極破壞防止裝置使用的。
在電平移動可變電壓VNEG等于零電壓(VNEG=“GND”)的情況中，注意第五和第六P溝道MOS晶體管MP5和MP6。
假設第五和第六P溝道MOS晶體管MP5和MP6不存在。此外，如圖2中所示，第一N溝道MOS晶體管MN1的漏極與第三N溝道MOS晶體管MN3源極之間的連接是第一節(jié)點#1，而第二N溝道MOS晶體管MN2的漏極與第四N溝道MOS晶體管MN4的源極之間的連接是第二節(jié)點#2。在這種情況下，由于存在用于保護的第三和第四N溝道MOS晶體管MN3和MN4，第一和第二節(jié)點#1和#2具有如下所述的電位。即，第一節(jié)點#1的電位被第三N溝道MOS晶體管MN3降低一個等級，并具有由第一和第三N溝道MOS晶體管MN1和MN2分壓電阻獲得的值。另一方面，第二節(jié)點#2的電位被第四N溝道MOS晶體管MN4降低一個等級，并具有由第二和第四N溝道MOS晶體管MN2和MN4分壓電阻獲得的值。因此，第一和第二節(jié)點#1和#2的電位是低的，并且不能快速決定N溝道MOS晶體管的ON/OFF。所以使用第五和第六P溝道MOS晶體管MP5和MP6來幫助提高電位至電源電壓VCC。結果，設置第五和第六P溝道MOS晶體管MP5和MP6一個通過快速決定VNEG/GND或VCC/GND加速信號開關。即，第五和第六P溝道MOS晶體管MP5和MP6的組合是作為加快信號的開關速度的加速裝置使用的。
但是，圖2中所示的現有電平移動器電路造成了下述問題。當電源電壓VCC是低電壓時，例如，是3V時，產生了問題，因為盡管執(zhí)行了輸入信號IN1的開關，但在電平移動電路中沒有發(fā)生倒相和非倒相輸出信號OUTA和OUTB的信號開關。這是當電平移動可變電壓VNEG等于接地電位(VNEG=“GND”)并且開關信號具有邏輯高電平(IN2=“H”)時發(fā)生的。
這是由于為了防止晶體管破壞，為電平移動器電路提供了都具有連接于開關端IN2的柵極的第三和第四N溝道MOS晶體管MN3和MN4。更具體地講，假設電源電壓VCC是低電壓，電平移動可變電壓VNEG=“GND”，和開關信號IN2=“H”。在這種情況下，例如，當輸入信號IN1=“H”時，那么如上所述，第二節(jié)點#2的電位被第四N溝道MOS晶體管MN4降低一個等級，并且由第二和第四N溝道MOS晶體管MN2和MN4的分壓電阻確定。結果，由于第二節(jié)點#2的電位沒有提高到比初始狀態(tài)中的第五P溝道MOS晶體管MP5的門限電壓更高的電壓，因而不能斷開第五P溝道MOS晶體管MP5。對于輸入信號IN1=“L”的場合也是一樣，不能斷開第六P溝道MOS晶體管MP6。在這種情況下，不能如本說明書前序部分中所述的那樣發(fā)揮電平移動器電路的功能。
參考圖4，對根據本發(fā)明的第一實施例的電平移動器電路進行說明。除了電平移動器電路還包括第七至第十P溝道MOS晶體管MP7,MP8,MP9和MP10之外，電平移動器電路在結構和操作上與圖2中所示的現有電平移動器電路相同。因此，把相同的參考符號賦予具有與圖2中所示相同功能的元件，并且為簡化說明省略了對它們的說明。
第七P溝道MOS晶體管MP7具有一個連接于輸入端IN1的柵極，一個連接于開關端IN2的源極，和一個連接于第九P溝道MOS晶體管MP9的源極的漏極。同樣，第八P溝道MOS晶體管MP8具有一個連接于倒相器INV1的輸出端的柵極，一個連接于開關端IN2的源極，和一個連接于第十P溝道MOS晶體管MP10的源極的漏極。此外，第九P溝道MOS晶體管MP9具有一個連接于接地端GND的柵極和一個連接于第一節(jié)點#1的漏極。第十P溝道MOS晶體管MP10具有一個連接于接地端GND的柵極和一個連接于第二節(jié)點#2的漏極。
回到圖3A至3E，對有關圖4中所示電平移動器電路的操作進行說明。
首先，注意輸入信號IN1具有邏輯高電平(IN1=“H”)的第一狀態(tài)。在這種場合，第八P溝道MOS晶體管MP8導通，第一N溝道MOS晶體管MN1導通，第三N溝道MOS晶體管MN3導通，第一P溝道MOS晶體管MP1斷開，倒相輸出信號OUTA等于電平移動可變電壓VNEG，第七P溝道MOS晶體管MP7斷開，第二N溝道MOS晶體管MN2斷開，第四N溝道MOS晶體管MN4導通，第二P溝道MOS晶體管MP2導通，和非倒相輸出信號OUTB等于電源電壓VCC。
現在注意輸入信號IN2具有邏輯低電平(IN1=“L”)的第二狀態(tài)。在這種場合，第八P溝道MOS晶體管MP8斷開，第一N溝道MOS晶體管MN1斷開，第三N溝道MOS晶體管MN3導通，第一P溝道MOS晶體管MP1導通，倒相輸出信號OUTA等于電源電壓VCC，第七P溝道MOS晶體管MP7導通，第二N溝道MOS晶體管MN2導通，第四N溝道MOS晶體管MN4導通，第二P溝道MOS晶體管MP2導通，和非倒相輸出信號OUTB等于電平移動可變電壓VNEG。
在第一和第二每一種狀態(tài)中，當電平移動可變電壓VNEG等于接地電壓“GND”時，開關信號IN2等于邏輯高電平“H”，而當電平移動可變電壓VNEG等于“負電壓”時，開關信號IN2等于邏輯低電平“L”。其中電平移動可變電壓VNEG=“負電壓”表示在接地電位GND或零電壓與預定負電壓之間。此外，開關信號IN2從邏輯高電平“H”轉變?yōu)檫壿嫷碗娖健癓”的時限內要求電平移動可變電壓VNEG具有至少比N溝道MOS晶體管門限電壓的兩倍還要大的負電壓值。例如，假設N溝道MOS晶體管的門限電壓等于1V。在這種場合，當電平移動可變電壓VNEG等于比至少-2V還大的大約-4V時，開關信號IN2從邏輯高電平“H”轉變?yōu)檫壿嫷碗娖健癓”。這是因為具有施加了開關信號IN2的柵極的N溝道MOS晶體管不被轉變?yōu)镺FF狀態(tài)。
如上所述，在圖2所示的現有電平移動器電路中，第一和第二節(jié)點#1和#2的電位是由把N溝道MOS晶體管降低一個等級和分割串聯連接的N溝道MOS晶體管的電阻決定的。這是因為存在著第三和第四N溝道MOS晶體管MN3和MN4。
與此相反，在第一實施例中，由于兩個新的附加P溝道MOS晶體管，即，第七和第八P溝道MOS晶體管MP7和MP8具有分別直接施加了輸入信號IN1和倒相輸入信號的柵極，因而能夠必然地向第一和第二節(jié)點#1和#2傳送一個電源電壓VCC或接地電位GND電平。這是因為可以不利用N溝道MOS晶體管中的門限電壓Vt的一個等級的降低而把電源電壓VCC本身的電平傳送到第一和第二節(jié)點#1和#2，因為MP7,MP8,MP9和MP10的晶體管都是P溝道晶體管。
如上所述，第七和第九P溝道MOS晶體管MP7和MP9的組合被連接到輸入端IN1，開關端IN2和第一節(jié)點#1，并且是作為固定第一節(jié)點#1電位的第一節(jié)點電位固定裝置使用。同樣，第八和第十P溝道MOS晶體管MP8和MP10的組合被連接到倒相器INV1的輸入端，開關端IN2和第二節(jié)點#2，并且作為固定第二節(jié)點#2電位的第二節(jié)點電位固定裝置使用。
此外，電平移動器電路設置有都具有連接于接地端GND的柵極的第九和第十P溝道MOS晶體管MP9和MP10。這是出于為電平移動器電路設置第三和第四P溝道MOS晶體管MP3和MP4的同樣原因，并且第九和第十P溝道MOS晶體管MP9和MP10分別對第七和第八P溝道MOS晶體管MP7和MP8的漏極和源極之間的擊穿電壓BVds發(fā)揮作用。也就是說，第九P溝道MOS晶體管MP9可以起到防止第七P溝道MOS晶體管MP7擊穿的第一附加擊穿防止裝置的作用，而第十P溝道MOS晶體管MP10可以起到防止第八P溝道MOS晶體管MP8擊穿的第二附加擊穿防止裝置的作用。
參考圖5，對根據本發(fā)明第二實施的電平移動器電路進行說明。除了從圖4中所示的電平移動器電路刪除了第一P溝道MOS晶體管MP1，作為第一擊穿防止裝置的第三P溝道MOS晶體管MP3，和發(fā)揮第一柵極破壞防止裝置作用的第三N溝道MOS晶體管NM3，以及第一節(jié)點#1直接連接于倒相輸出端OUTA之外，所示的電平移動器電路與圖4中所示的電平移動器電路的結構和操作相同。
第二實施例是在當電平移動可變電壓VNEG等于“負電壓”時不進行電平開關的前提下執(zhí)行的。輸入信號IN1的輸入值是在電平移動可變電壓VNEG等于接地電位“GND”并在此后使電平移動可變電壓VNEG降低到負電壓時確定的。
倒相輸出端OUTA產生電平移動可變電壓VNEG或開關信號IN2的一個值，與此同時非倒相輸出端OUTB產生電平移動可變電壓VNEG或電源電壓VCC。
這在當電平移動可變電壓VNEG等于負電壓時不使倒相輸出端OUTA產生電源電壓VCC的情況中是有效的。例如，可以把反向輸出端OUTA作為一個包括一個具有施加了電平移動可變電壓VNEG=“-12V”的源極的N溝道MOS晶體管的傳輸門的柵極輸入端。如果倒相輸出端OUTA產生了電源電壓VCC=“3V”，那么15V的應力施加在晶體管的柵極與基底之間，并且柵極耐電壓不會長久。第二實施例對于傳輸這樣的負電壓是有效的。
參考圖6，對根據本發(fā)明第三實施例的電平移動器電路進行說明。除了從圖4中所示的電平移動器電路中刪除了作為加速裝置使用的第五和第六P溝道MOS晶體管MP5和MP6之外，圖示的電平移動器電路在結構和操作上與圖4所示的電平移動器電路相同。
當電平移動可變電壓VNEG等于負電壓時，盡管電源電壓VCC是低電壓，圖示的電平移動器電路操作沒有問題，只不過是倒相速度慢一些。電平移動器電路的操作與圖4所示的相同。
由于在第三實施例中沒有作為加速裝置使用的第五和第六P溝道MOS晶體管MP5和MP6，可能減小電路布局面積。
盡管至此結合幾個優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了說明，但是熟悉本領域的技術人員可以以各種其它的方式利用本發(fā)明。例如，如果可以不考慮晶體管的結耐電壓，那么如圖7至9中所示，串聯連接于連接到電源電壓VCC的第一和第二P溝道MOS晶體管MP1和MP2的第三和第四P溝道MOS晶體管MP3和MP4可以有連接于電源端VCC的反柵極，盡管在上述第一、第二和第三實施例中第三和第四P溝道MOS晶體管MP3和MP4具有連接到它們源極(A001,B001)的反柵極。結果，由于不需要阱區(qū)域，可能減小電路布局面積。
此外，如果在上述第一、第二和第三實施例中可以不考慮晶體管的耐電壓，那么，如圖7至9中所示，串聯連接于連接到可變電壓端VNEG的第一和第二N溝道MOS晶體管MN1和MN2的第三和第四N溝道MOS晶體管MN3和MN4可以具有連接于可變電壓端VNEG的反柵極。另外，如圖7至9中所示，串聯連接于連接到開關端IN2的第七和第八P溝道MOS晶體管MP7和MP8的第九和第十P溝道MOS晶體管MP9和MP10可以具有連接于開關端IN2的反柵極。利用這種結構可以減小電路布局面積。
此外，盡管在上述的實施例中使用了金屬氧化物半導體(MOS)場效應晶體管(FET)作為晶體管，但也可以使用結型FET作為晶體管。
權利要求
1．電平移動器電路，其帶有一個施加了低電平輸入信號的輸入端，一個施加了開關信號的開關端，一個用于輸出與輸入信號相倒相位的倒相輸出信號的倒相輸出端，一個用于輸出與輸入信號相同相位的非倒相輸出信號的非倒相輸出端，一個施加了電源電壓的電源端，和一個施加了電平移動可變電壓用于從零電壓至一預定負電壓改變輸入信號低電平的可變電壓端，所述電平移動器電路響應于開關信號進行對輸入信號的電平轉換操作，當開關信號指示一電平移動時所述電平移動器電路把倒相輸出信號和非倒相輸出信號的低電平移動到電平移動可變電壓，其特征在于所述電平移動器電路包括一個連接于輸入端、用于使輸入信號倒相的倒相器，所述倒相器具有一個用于產生倒相輸入信號的輸出端；一個具有連接于電源端的源極、連接于輸入端的柵極和漏極的第一P溝道晶體管；一個具有連接于電源端的源極、連接于所述倒相器輸出端的柵極，以及漏極的第二P溝道晶體管；一個具有連接于可變電壓端的源極、連接于一個第一節(jié)點的漏極和連接于一個第二節(jié)點的柵極的第一N溝道晶體管；一個具有連接于可變電壓端的源極、連接于第二節(jié)點的漏極和連接于第一節(jié)點的柵極的第二N溝道晶體管；連接在所述第一P溝道晶體管的漏極與倒相輸出端之間，用于防止所述第一P溝道晶體管擊穿的第一擊穿防止裝置；連接在所述第二P溝道晶體管的漏極與非倒相輸出端之間，用于防止所述第二P溝道晶體管擊穿的第二擊穿防止裝置；連接于第一節(jié)點、開關端和倒相輸出端，用于防止所述第一N溝道晶體管的柵極破壞的第一柵極破壞防止裝置；連接于第二節(jié)點、開關端和非倒相輸出端，用于防止所述第二N溝道晶體管的柵極破壞的第二柵極破壞防止裝置；連接在第一和第二節(jié)點與開關端之間，用于加快信號的開關速度的加速裝置；連接于輸入端、開關端和第一節(jié)點，用于固定第一節(jié)點電位的第一節(jié)點電位固定裝置；和連接于所述倒相器的輸出端、開關端和第二節(jié)點，用于固定第二節(jié)點電位的第二節(jié)點電位固定裝置。
2．如權利要求1所述的電平移動器電路，其特征在于所述第一擊穿防止裝置是由一個具有接地柵極、連接于所述第一P溝道晶體管的漏極的源極和連接于倒相輸出端的漏極的第三P溝道晶體管構成的；所述第二擊穿防止裝置是由一個具有接地柵極、連接于所述第二P溝道晶體管的漏極的源極和連接于非倒相輸出端的漏極的第四P溝道晶體管構成的。
3．如權利要求2所述的電平移動器電路，其特征在于所述第三P溝道晶體管具有一個連接于電源端的反柵極，和所述第四P溝道晶體管具有一個連接于電源端的反柵極。
4．如權利要求2所述的電平移動器電路，其特征在于所述第一柵極破壞防止裝置是由一個具有連接于開關端的柵極、連接于第一節(jié)點的源極和連接于倒相輸出端的漏極的第三N溝道晶體管構成的，所述第二柵極破壞防止裝置是由一個具有連接于開關端的柵極、連接于第二節(jié)點的源極和連接于非倒相輸出端的漏極的第四N溝道晶體管構成的。
5．如權利要求4所述的電平移動器電路，其特征在于所述第三N溝道晶體管具有一個連接于可變電壓端的反柵極，和所述第四N溝道晶體管具有一個連接于可變電壓端反柵極。
6．如權利要求4所述的電平移動器電路，其特征在于所述加速裝置包括一個具有連接于開關端的源極、連接于第二節(jié)點的柵極和連接于第一節(jié)點的漏極的第五P溝道晶體管；和一個具有連接于開關端的源極、連接于第一節(jié)點的柵極和連接于第二節(jié)點的漏極的第六P溝道晶體管。
7．如權利要求6所述的電平移動器電路，其特征在于所述第一節(jié)點電位固定裝置包括一個具有連接于開關端的源極、連接于輸入端的柵極和漏極的第七P溝道晶體管；和連接在所述第七P溝道晶體管的漏極與第一節(jié)點之間，用于防止所述第七P溝道晶體管擊穿的第一附加擊穿防止裝置，所述第二節(jié)點電位固定裝置包括一個具有連接于開關端的源極、連接于所述倒相器的輸出端的柵極和漏極的第八P溝道晶體管；和連接在所述第八P溝道晶體管的漏極與第二節(jié)點之間，用于防止所述第八P溝道晶體管擊穿的第二附加擊穿防止裝置。
8．如權利要求7所述的電平移動器電路，其特征在于所述第一附加擊穿防止裝置是由一個具有連接于所述第七P溝道晶體管的漏極的源極、接地的柵極和連接于第一節(jié)點的漏極的第九P溝道晶體管構成的，所述第二附加擊穿防止裝置是由一個具有連接于所述第八P溝道晶體管的漏極的源極、接地的柵極和連接于第二節(jié)點的漏極的第十P溝道晶體管構成的。
9．如權利要求8所述的電平移動器電路，其特征在于所述第九P溝道晶體管具有一個連接于開關端的反柵極，和所述第十P溝道晶體管具有一個連接于開關端的反柵極。
10．電平移動器電路，其帶有一個施加了低電平輸入信號的輸入端，一個施加了開關信號的開關端，一個用于輸出與輸入信號相倒相位的倒相輸出信號的倒相輸出端，一個用于輸出與輸入信號相同相位的非倒相輸出信號的非倒相輸出端，一個施加了電源電壓的電源端，和一個施加了電平移動可變電壓用于從零電壓至一預定負電壓改變輸入信號低電平的可變電壓端，所述電平移動器電路用于響應開關信號進行對輸入信號的電平轉換操作，當開關信號指示一電平移動時所述電平移動器電路把倒相輸出信號和非倒相輸出信號的低電平移動到電平移動可變電壓，其特征在于所述電平移動器電路包括一個連接于輸入端、用于使輸入信號倒相的倒相器，所述倒相器具有一個用于產生倒相輸入信號的輸出端；一個具有連接于電源端的源極、連接于所述倒相器輸出端的柵極和漏極的第一P溝道晶體管；一個具有連接于可變電壓端的源極、連接于第一節(jié)點的漏極和連接于第二節(jié)點的柵極的第一N溝道晶體管，所述第一節(jié)點直接連接于倒相輸出端；一個具有連接于可變電壓端的源極、連接于第二節(jié)點的漏極和連接于第一節(jié)點的柵極的第二N溝道晶體管；連接在所述第一P溝道晶體管的漏極與非倒相輸出端之間，用于防止所述第一P溝道晶體管擊穿的擊穿防止裝置；連接于第二節(jié)點、開關端和非倒相輸出端，用于防止所述第二N溝道晶體管的柵極破壞的柵極破壞防止裝置；連接在第一和第二節(jié)點與開關端之間，用于加快信號的開關速度的加速裝置；連接于輸入端、開關端和第一節(jié)點，用于固定第一節(jié)點電位的第一節(jié)點電位固定裝置；和連接于所述倒相器的輸出端、開關端和第二節(jié)點，用于固定第二節(jié)點電位的第二節(jié)點電位固定裝置。
11．如權利要求10所述的電平移動器電路，其特征在于所述擊穿防止裝置是由一個具有接地的柵極、連接于所述第一P溝道晶體管漏極的源極和連接于非倒相輸出端漏極的第二P溝道晶體管構成的。
12．如權利要求11所述的電平移動器電路，其特征在于所述第二P溝道晶體管具有一個連接于電源端的反柵極。
13．如權利要求11所述的電平移動器電路，其特征在于所述柵極破壞防止裝置是由一個具有連接于開關端的柵極、連接于第二節(jié)點的源極和連接于非倒相輸出端的漏極的第三N溝道晶體管構成的。
14．如權利要求13所述的電平移動器電路，其特征在于所述第三N溝道晶體管具有一個連接于可變電壓端的反柵極。
15．如權利要求13所述的電平移動器電路，其特征在于所述加速裝置包括一個具有連接于開關端的源極、連接于第二節(jié)點的柵極和連接于第一節(jié)點的漏極的第三P溝道晶體管；和一個具有連接于開關端的源極、連接于第一節(jié)點的柵極和連接于第二節(jié)點的漏極的第四P溝道晶體管。
16．如權利要求15所述的電平移動器電路，其特征在于所述第一節(jié)點電位固定裝置包括一個具有連接于開關端的源極、連接輸入端的柵極和漏極的第五P溝道晶體管；和連接在所述第五P溝道晶體管的漏極與第一節(jié)點之間，用于防止所述第七P溝道晶體管擊穿的第一附加擊穿防止裝置，所述第二節(jié)點電位固定裝置包括一個具有連接于開關端的源極、連接于所述倒相器的輸出端的柵極和漏極的第六P溝道晶體管；和連接在所述第六P溝道晶體管的漏極與第二節(jié)點之間，用于防止所述第六P溝道晶體管擊穿的第二附加擊穿防止裝置。
17．如權利要求16所述的電平移動器電路，其特征在于所述第一附加擊穿防止裝置是由一個具有連接于所述第五P溝道晶體管的漏極的源極、接地的柵極和連接于第一節(jié)點的漏極的第七P溝道晶體管構成的，所述第二附加擊穿防止裝置是由一個具有連接于所述第六P溝道晶體管的漏極的源極、接地的柵極和連接于第二節(jié)點的漏極的第八P溝道晶體管構成的。
18．如權利要求17所述的電平移動器電路，其特征在于所述第七P溝道晶體管具有一個連接于開關端的反柵極，和所述第八P溝道晶體管具有一個連接于開關端的反柵極。
19．電平移動器電路，其帶有一個施加了低電平輸入信號的輸入端，一個施加了開關信號的開關端，一個用于輸出與輸入信號相反相位的倒相輸出信號的倒相輸出端，一個用于輸出與輸入信號相同相位的非倒相輸出信號的非倒相輸出端，一個施加了電源電壓的電源端，和一個施加了電平移動可變電壓用于從零電壓至一預定負電壓改變輸入信號低電平的可變電壓端，所述電平移動器電路用于響應開關信號進行對輸入信號的電平轉換操作，當開關信號指示一電平移動時所述電平移動器電路把倒相輸出信號和非倒相輸出信號的低電平移動到電平移動可變電壓，其中所述電平移動器電路包括一個連接于輸入端，用于使輸入信號倒相的倒相器，所述倒相器具有一個用于產生倒相輸入信號的輸出端；一個具有連接于電源端的源極、連接于輸入端的柵極和漏極的第一P溝道晶體管；一個具有連接于電源端的源極、連接于所述倒相器的輸出端的柵極和漏極的第二P溝道晶體管；一個具有連接于可變電壓端的源極、連接于第一節(jié)點的漏極和連接于第二節(jié)點的柵極的第一N溝道晶體管；一個具有連接于可變電壓端的源極、連接于第二節(jié)點的漏極和連接于第一節(jié)點的柵極的第二N溝道晶體管；連接在所述第一P溝道晶體管的漏極與倒相輸出端之間，用于防止所述第一P溝道晶體管擊穿的第一擊穿防止裝置；連接在所述第二P溝道晶體管的漏極與非倒相輸出端之間，用于防止所述第二P溝道晶體管擊穿的第二擊穿防止裝置；連接于第一節(jié)點、開關端和倒相輸出端，用于防止所述第一N溝道晶體管的柵極破壞的第一柵極破壞防止裝置；連接于第二節(jié)點、開關端和非倒相輸出端，用于防止所述第二N溝道晶體管的柵極破壞的第二柵極破壞防止裝置；連接于輸入端、開關端和第一節(jié)點，用于固定第一節(jié)點電位的第一節(jié)點電位固定裝置；和連接于所述倒相器的輸出端、開關端和第二節(jié)點，用于固定第二節(jié)點電位的第二節(jié)點電位固定裝置。
20．如權利要求19所述的電平移動器電路，其特征在于所述第一擊穿防止裝置是由一個具有接地的柵極、連接于所述第一P溝道晶體管的漏極的源極和連接于倒相輸出端的漏極的第三P溝道晶體管構成的，所述第二擊穿防止裝置是由一個具有接地的柵極、連接于所述第二P溝道晶體管的漏極的源極和連接于非倒相輸出端的第四P溝道晶體管構成的。
21．如權利要求20所述的電平移動器電路，其特征在于所述第三P溝道晶體管具有一個連接于電源端的反柵極，和所述第四P溝道晶體管具有一個連接于電源端的反柵極。
22．如權利要求20所述的電平移動器電路，其特征在于所述第一柵極破壞防止裝置是由一個具有連接于開關端的柵極、連接于第一節(jié)點的源極和連接于倒相輸出端的漏極的第三N溝道晶體管構成的，所述第二柵極破壞防止裝置是由一個具有連接于開關端的柵極、連接于第二節(jié)點的源極和連接于非倒相輸出端的漏極的第四N溝道晶體管構成的。
23．如權利要求22所述的電平移動器電路，其特征在于所述第三N溝道晶體管具有一個連接于可變電壓端的反柵極，和所述第四N溝道晶體管具有一個連接于可變電壓端的反柵極。
24．如權利要求22所述的電平移動器電路，其特征在于所述第一節(jié)點電位固定裝置包括一個具有連接于開關端的源極、連接于輸入端的柵極和漏極的第五P溝道晶體管；和連接在所述第五P溝道晶體管的漏極與第一節(jié)點之間，用于防止所述第七P溝道晶體管擊穿的第一附加擊穿防止裝置，所述第二節(jié)點電位固定裝置包括一個具有連接于開關端的源極、連接于所述倒相器的輸出端的柵極和漏極的第六P溝道晶體管；和連接在所述第六P溝道晶體管的漏極與第二節(jié)點之間，用于防止所述第八P溝道晶體管擊穿的第二附加擊穿防止裝置。
25．如權利要求24所述的電平移動器電路，其特征在于所述第一附加擊穿防止裝置是由一個具有連接于所述第五P溝道晶體管的漏極的源極、接地的柵極和連接于第一節(jié)點的漏極的第七P溝道晶體管構成的，所述第二附加擊穿防止裝置是由一個具有連接于所述第六P溝道晶體管的漏極的源極、接地的柵極和連接于第二節(jié)點的漏極的第八P溝道晶體管構成的。
26．如權利要求25所述的電平移動器電路，其特征在于所述第七P溝道晶體管具有一個連接于開關端的反柵極，和所述第八P溝道晶體管具有一個連接于開關端的反柵極。
全文摘要
一種電平移動器電路中,四個P溝道晶體管(MP7，MP8，MP9，MP10)串聯連接在節(jié)點(＃1,＃2)與VCC/GND信號(IN2)之間,以固定N溝道晶體管(MN3,MN4)的節(jié)點電位于VCC/GND。連接于節(jié)點(＃1,＃2)的P溝道晶體管(MP9,MP10)具有連接于GND的柵極,作為擊穿電壓BVds的反措施。連接于VCC/GND信號(IN2)的P溝道晶體管(MP7,MP8)具有分別直接連接于一個倒相器(INV1)的輸入端(IN1)和輸出端的柵極。
文檔編號H03K3/356GK1219030SQ9812491
公開日1999年6月9日 申請日期1998年11月13日 優(yōu)先權日1997年11月13日
發(fā)明者下田洋史 申請人:日本電氣株式會社