CN100442642C - 高输出电压移转装置 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种高输出电压移转装置，其包括一输入级电路、一电流镜电路及一电流开关，其中，输入级电路具有第一开关与第二开关，电流镜电路具有第三开关与第四开关，该第一开关、电流开关及该第三开关是形成一电流路径，当该电流镜电路的第三开关导通时，该电流路径将产生直流电流，且电流镜电路的第四开关并产生一电流镜电流，以便透过该电流镜电流来关闭电流开关，以使得直流电流不会产生。

Description

高输出电压移转装置

技术领域

本发明是关于一种高输出电压移转装置，尤指一种适用于高电压转换的高输出电压移转装置。

背景技术

高输出电压移转装置通常是用来将低压的控制信号转换为高压的控制信号，例如：应用在液晶显示器时，通常需要20～40伏的高电压来打开薄膜晶体管，然而其输入信号一般为3伏，或者在一些逻辑电路其内部通常只提供例如1伏的操作电压，但与其连接的外部电路的操作电压却需要5伏，此时则需要透过高输出电压移转装置来进行移转。

图1显示现有高输出电压移转装置的示意图，其是主要包含两个P型金属氧化半导体(MOS)11，12、两个N型MOS13，14以及一个反相单元15。P型MOS11，12的源极是与一提供高电压的高电压电平电压节点HVDD相连接，N型MOS13，14的源极则接地(GND)。P型MOS11的漏极与N型MOS13的漏极相连接，P型MOS12的漏极与N型MOS14的漏极相连接，P型MOS11与N型MOS13的漏极皆连接至节点NDl，P型MOS12与N型MOS14的漏极皆连接至输出端162，节点NDl并与P型MOS11及P型MOS12两者的栅极相连接，输入电压端161则直接与N型MOS13的栅极相连接，并透过反相单元15来与N型MOS14的栅极相连接，且上述P型MOS11与P型MOS12并成一电流镜电路。

当输入电压端161输入一低电压(例如：0伏)，则将使得N型MOS13关闭，N型MOS14导通，另P型MOS11至N型MOS13电流路径亦将因N型MOS13关闭的缘故而没有电流，是故在P型MOS12上亦不会有镜像电流产生，所以输出端162的电位被拉成低电位(0伏)。当输入电压端161输入一高电压(例如：5伏)，则N型MOS13导通，N型MOS14关闭，由于N型MOS13导通的缘故，在P型MOS11到N型MOS13的电流路径上产生一电流，使得P型MOS12上产生镜像电流。由于N型MOS14关闭，因此由P型MOS12产生的镜像电流将使得输出端162成为HVDD的电压电平(例如：15伏)。

然而，此种做法的高输出电压移转装置因为高压元件占用空间的问题，使得整体电路所占用的面积较小，但其会产生较为严重的直流耗电情形，亦即在电流镜电路中的主动负载路径上所产生的直流电流。

图2显示目前解决上述电路的高输出电压移转装置的示意图，其是利用双电流镜来产生差动放大信号，以改善现有高输出电压移转装置图1会产生直流漏电的缺点，但是采用此种电路作为高输出电压移转装置时最少需要用到八颗高压制程元件，这在实用性上仍有改善空间。

发明内容

本发明的目的是在提供一种高输出电压移转装置，以便能采用较少高压制程元件来达成，以使得电路面积变小。

本发明的目的是在提供一种高输出电压移转装置，以便能使高输出电压移转装置在静态时不会有直流耗电的情形产生。

依据本发明的特色，是提供一种高输出电压移转装置，其包括：一输入级电路，是具有一第一开关与一第二开关，且该输入级电路接收一低电压信号，以便透过该低电压信号来导通该第一开关或该第二开关，其中，该第一开关与该第二开关不同时导通；一电流镜电路，是具有一第三开关与一第四开关，且该电流镜电路与一高电平电压源相连接，其中，该第三开关与该第一开关之间是连接有一电流路径开关，以使得该第三开关、该电流路径开关及该第一开关形成一电流路径，该第四开关与该第二开关是直接相连接，以便依据该第一开关或该第二开关的导通来驱动该电流镜电路的该第三开关与该第四开关，以输出一高电平电压信号，并产生一电流镜电流，以便透过该电流镜电流控制该电流路径开关，以关闭该电流路径的电流。

依据本发明的另一特色，是提供一种高输出电压移转装置，其包括：一输入级电路，是具有一第一开关与一第二开关，且该输入级电路是与一第一电压节点相连接，以便透过该第一电压节点输入的电压信号来控制该第一开关或该第二开关，其中，该第一开关与该第二开关不同时导通；一电流镜电路，是具有一第三开关与一第四开关，且该电流镜电路与一第二电压节点相连接，该电流镜电路是与该输入级电路相连接，且该电流镜电路与该输入级电路之间具有一电流开关，以便依据该第一开关或该第二开关的导通来控制该电流镜电路的该第三开关与该第四开关导通或关闭，以输出一高电平电压信号，其中，当该第三开关与该第四开关导通时是产生一直流电流与一电流镜电流，以便透过该电流镜电流控制该电流开关，以截止该直流电流。

附图说明

图1是现有高输出电压移转装置的示意图；

图2是现有高输出电压移转装置的另一示意图；

图3是本发明的一较佳实施例的电路示意图；

图4是本发明的另一较佳实施例的电路示意图；

图5是本发明的又一较佳实施例的电路示意图；

图6是本发明的再一较佳实施例的电路示意图；

图7是显示直流耗电示意图。

具体实施方式

有关本发明的高输出电压移转装置的较佳实施例，请先参照图3显示的电路示意图，其主要由P型场效应晶体管31，32，33，36、N型场效应晶体管34，35，37以及反相单元393等主要电路元件所组成，其中，P型MOS31，32是组成一电流镜电路38。

上述的P型MOS31，32，36的源极是与一高电压电平电压节点HVDD相连接，以便透过高电平电压节点HVDD来与一高电平电压源(例如：40伏)相连接。N型MOS34，35，37的源极与一低电压电平电压节点VSS相连接，其为接地电压源。

N型MOS37的漏极是与P型MOS36的漏极相连接，且输出端392分别与N型MOS37及P型MOS36的漏极相连接。在N型MOS34与P型MOS31之间是具有P型MOS33，P型MOS33的源极与P型MOS31的漏极相连接于节点A1，且P型MOS33的源极除了与P型MOS32的栅极相连接之外，尚与节点A1相连接。P型MOS33的漏极、N型MOS34的漏极及P型MOS36的栅极相连接于节点A3。N型MOS35的漏极与P型MOS32的漏极及P型MOS33的栅极相连接于节点A2。N型MOS34的栅极是与控制信号输入端391相连接，以接收一低电压控制输入信号(例如：2伏)。在控制信号输入端391上更具有一反相单元393与其相连接，以便将电压控制输入信号进行反相转换，以由反相单元输出端3931提供反相的低电压控制输入信号至N型MOS35，37的栅极。

以上述的电路架构，当低电压控制输入信号为低电位时(例如：0V)，N型MOS34为关闭状态(OFF)，N型MOS35，37为导通状态(ON)。由于，P型MOS31，33及N型MOS34在同一条电流路径上，是故N型MOS34为关闭，则P型MOS31，33也关闭，因为P型MOS31关闭，故节点A1的电压约为38伏(HVDD-VT)。而P型MOS32与P型MOS31形成电流镜电路38，因此当P型MOS31关闭时，P型MOS32也关闭而无电流镜电流。

由于N型MOS35为导通状态，因此节点A2的电压接近为0伏，而使得P型MOS33的P型通道(p-channel)打开，然而此时P型MOS33并无电流流过，此时但有节点A3的电压与节点A1的电压相同，才能使P型MOS33无电流流过，故节点A3的电压约为38伏，使得P型MOS36关闭，以在输出端392输出低电平电压(例如：0伏)。

当低电压控制输入信号为高电位时(例如：2V)，N型MOS34为导通状态，N型MOS35，37为关闭状态。由于N型MOS34导通，因此将有一直流电流路径产生，亦即直流电流将流经P型MOS31，33及N型MOS34。而P型MOS32则产生一电流镜电流，以便对关闭的N型MOS35的漏极(Drain端)进行充电，以使得节点A2的电压由0伏往上升，以将P型MOS33关闭。当P型MOS33关闭时，由于N型MOS34为导通，因此节点A3的电压为低电位，而使得P型MOS36导通，以在输出端392输出高电平电压(例如：40伏)。

图4显示本发明的另一实施例的电路图，其是由P型MUS41，42，43、N型MOS44，45及反相单元46等主要元件所组成，其中，P型MOS41，42是组成一电流镜电路47。图4的电路是与图3相类似，但图4中是直接将输出端482设置于P型MOS43与N型MOS44的漏极之间，亦即，图3中的输出端392是由P型MOS36与N型MOS37所组成的输出级拉出来，而图4的输出端则没有输出级电路。

图5显示本发明的又一实施例的电路图，其是由P型MOS51，52，53、N型MOS54，55，56，57及反相单元58等元件所组成，图5是与图4所显示的电路动作相类似，但图4是将输入的低电压控制信号向上转为正高压(例如：40V)，图5是将输入的低电压控制信号向下转为负高压(例如：-40V)，因此图5中的P型MOS52，53作为接受输入信号控制的开关元件，而N型MOS54则作为控制N型MOS56，57组成的电流镜电路的控制开关。

图6显示本发明的再一实施例的电路图，其是由P型MOS61，62、N型MOS63，64，65及反相单元66等元件所组成，图6显示的电路是与图4显示的电路相类似，但，图6所欲输出的高电压与图4所欲输出的高电压反相，因此对该等MOS及工作电压等相关连接予以进行相对应的互换。

图7显示本发明的直流耗电示意图，其是显示本发明的高输出电压移转装置只有在转态瞬间才会发生直流耗电的情形，而在稳态时并不会有直流耗电的情形产生，因此不仅改善了现有采用电流镜作为高输出电压移转装置会有严重直流耗电的情形产生，更达成使用较少的高压制程元件(例如：7个，包含输出级)来使得整体电路的面积比较小。

由以上的说明可知，本发明主要利用复数个MOS来组成一输入级电路、一电流镜电路及一个电流路径的MOS开关，其中，输入级电路是接收低电压输入控制信号，电流镜电路则与高电平电压相连接，以便输入级电路依据低电压输入控制信号来控制其所包含的MOS开关导通或关闭，以进而控制电流镜电路是否产生电流镜电流，并利用电流路径的MOS开关元件来关闭电流镜电路与输入级电路之间的直流耗电，以便能使高输出电压移转装置在静态时不会有直流耗电的情形产生，并使得电路面积变小。

上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利保护范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (13)

1.一种高输出电压移转装置，是将一输入信号的电压电平转换至不同的电压电平，其特征在于，该装置包括：

一输入级电路，具有一第一开关与一第二开关，且该输入级电路接收一低电压信号作为该输入信号，以便透过该低电压信号来导通该第一开关或该第二开关，其中，该第一开关与该第二开关不同时导通；

一电流镜电路，是具有一第三开关与一第四开关，且该电流镜电路与一高电平电压源相连接，其中，

该第三开关与该第一开关之间连接有一电流路径开关，以使得该第三开关、该电流路径开关及该第一开关形成一电流路径，该第四开关与该第二开关直接相连接，以便依据该第一开关或该第二开关的导通来驱动该电流镜电路的该第三开关与该第四开关，以在介于该第一开关与该电流路径开关间的一输出端输出一高电平电压信号，并产生一电流镜电流，以透过该电流镜电流控制该电流路径开关，而关闭该电流路径的电流；以及

一输出级电路，其具有一第五开关与一第六开关，以便透过该第五开关与该第六开关来分别与该电流镜电路及该输入级电路相连接，以输出该高电平电压信号，该第五开关为P型场效应晶体管，该第六开关为N型场效应晶体管，该第五开关的栅极连接至该输出端，该第五开关的源极连接至该高电平电压源，该第五开关的漏极连接至第六开关的漏极，该第六开关的栅极连接至该第二开关的栅极，该第六开关的源极连接至一接地节点。

2.如权利要求1所述的高输出电压移转装置，其特征在于，所述第一开关与该第二开关是N型场效应晶体管。

3.如权利要求1所述的高输出电压移转装置，其特征在于，所述第三开关、该第四开关及该电流路径开关是P型场效应晶体管。

4.一种高输出电压移转装置，是将一输入信号的电压电平转换至不同的电压电平，其特征在于该装置包括：

一输入级电路，具有一第一开关与一第二开关，且该输入级电路是与一第一电压节点相连接，以便透过该第一电压节点输入的该输入信号来控制该第一开关或该第二开关，其中，该第一开关与该第二开关不同时导通；

一电流镜电路，该电流镜电路与一第二电压节点及一电流开关相连接，具有一第三开关与一第四开关，其中该电流开关连接于该输入级电路与该电流镜电路间，以便依据该第一开关或该第二开关的导通来控制该电流镜电路的该第三开关与该第四开关导通或关闭，以于该第一开关与该电流开关间的一输出端输出一高电平电压信号，

其中，当该第三开关与该第四开关导通时产生一直流电流与一电流镜电流，以便透过该电流镜电流控制该电流开关，以截止该直流电流；以及

一输出级电路，该输出级电路具有一第五开关与一第六开关，以便透过该第五开关与该第六开关来分别与该电流镜电路及该输入级电路相连接，以输出该高电平电压信号，该第五开关为P型场效应晶体管，该第六开关为N型场效应晶体管，该第五开关的栅极连接至该输出端，该第五开关的源极连接至一高电平电压源，该第五开关的漏极连接至第六开关的漏极，该第六开关的栅极连接至该第二开关的栅极，该第六开关的源极连接至一接地节点。

5.如权利要求4所述的高输出电压移转装置，其特征在于，所述直流电流由该电流镜电路流向该输入级电路。

6.如权利要求4所述的高输出电压移转装置，其特征在于，所述第一开关、该第三开关及该电流开关形成一电流路径，该直流电流是于该电流路径产生。

7.如权利要求6所述的高输出电压移转装置，其特征在于，当该电流镜电流产生时关闭该电流开关，以使得该直流电流不产生。

8.如权利要求4所述的高输出电压移转装置，其特征在于，所述第一电压节点接收的该输入信号是一低电平电压信号。

9.如权利要求4所述的高输出电压移转装置，其特征在于，所述第二电压节点接收该高电平电压信号。

10.如权利要求4所述的高输出电压移转装置，其特征在于，所述第一开关与该第二开关是N型场效应晶体管。

11.如权利要求4所述的高输出电压移转装置，其特征在于，所述第三开关、该第四开关及该电流开关是P型场效应晶体管。

12.如权利要求4所述的高输出电压移转装置，其特征在于，所述第一开关与该第二开关是P型场效应晶体管。

13.如权利要求4所述的高输出电压移转装置，其特征在于，所述第三开关、该第四开关及该电流开关是N型场效应晶体管。

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