CN103944554B

CN103944554B - 一种电平转换电路及数模转换器

Info

Publication number: CN103944554B
Application number: CN201410152918.8A
Authority: CN
Inventors: 周立人; 熊俊
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2017-01-04
Anticipated expiration: 2034-04-16
Also published as: US20150303919A1; US9172375B1; CN103944554A

Abstract

一种电平转换电路及数模转换器，能够实现输出电压最小值大于0。该电路中，第一场效应管和第二场效应管的源极连接第一直流电源；第一场效应管的漏极、第二场效应管的栅极和第一电容的一极相连；第一电容的另一极和反相器的输入端相连后的接线端作为数字信号输入端；第一场效应管的栅极、第二场效应管的漏极、第三场效应管的源极、第五场效应管的源极和第二电容的一极相连；第二电容的另一极、第四场效应管的源极和反相器的输出端相连；反相器的电源端连接第二直流电源；第六场效应管的源极连接第三直流电源；第三场效应管、第四场效应管的漏极和第六场效应管的栅极相连；第五场效应管和第六场效应管的漏极相连后的接线端作为模拟信号输出端。

Description

一种电平转换电路及数模转换器

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种电平转换电路及数模转换器。

背景技术

目前，数模转换器已在各个领域得到了广泛的应用，例如在通信基站中，无论是接收通道还是反馈通道，往往都需要高速高精度的数模转换器。

现有技术中的一种数模转换器采用的电平转换电路如图1所示，包括第一场效应管M1、第二场效应管M2、第三场效应管M3、第四场效应管M4、第一电容C1、第二电容C2和反相器IVN，其中：

第一场效应管M1、第二场效应管M2和第四场效应管M4为N型场效应管，第三场效应管M3为P型场效应管；

第一场效应管M1的源极和第二场效应管M2的源极相连，相连后的连接端连接直流电源；该直流电源即为电平转换电路的工作电源；

第一场效应管M1的漏极、第二场效应管M2的栅极和第一电容C1的一极相连；第一电容C1的另一极和反相器IVN的输入端相连，相连后的接线端作为数字信号输入端Vin；

第一场效应管M1的栅极、第二场效应管M2的漏极、第三场效应管M3的源极和第二电容C2的一极相连；第二电容C2的另一极、第四场效应管M4的源极和反相器IVN的输出端相连；

反相器IVN的电源端连接直流电源；

第三场效应管M3的漏极和第四场效应管M4的漏极相连，相连后的接线端作为模拟信号输出端Vout；

第三场效应管M3的栅极和第四场效应管M4的栅极可以连接直流电源。

图1所示的电平转换电路，由于数字信号输入端Vin时而输入数字信号“0”时而输入数字信号“1”，第一场效应管M1时而关断时而导通，为第一电容C1充电，同样，第二场效应管M2时而关断时而导通，为第二电容C2充电，使第一电容C1和第二电容C2的两极之间均存在一个电压差，该电压差即为直流电源电压Vdd。

当数字信号输入端Vin输入数字信号“0”时，数字信号“0”对应的电压为0，图1所示的电平转换电路中各点电位如图2所示，反相器IVN输入端电压为0，反相器IVN输出端电压为Vdd；由于第一电容C1和第二电容C2的两极之间的电压差不能突变，第一场效应管M1的漏极即第二场效应管M2的栅极处的电压为Vdd，第二场效应管M2的漏极、第三场效应管M3的源极即第一场效应管M1的栅极处的电压为2Vdd。根据各点电位以及各场效应管类型，可以判断出各场效应管的状态。由于第一场效应管M1为N型场效应管，栅极电压2Vdd高于源极电压Vdd，因此第一场效应管M1导通，第一电容C1充电；由于第二场效应管M2为N型场效应管，栅极电压Vdd不高于源极电压Vdd，因此第二场效应管M2关断；由于第三场效应管M3为P型场效应管，栅极电压Vdd低于源极电压2Vdd，因此第三场效应管M3导通；由于第四场效应管M4为N型场效应管，栅极电压Vdd不高于源极电压Vdd，因此第四场效应管M4关断。即当数字信号输入端Vin输入数字信号“0”时，模拟信号输出端Vout输出电压为2Vdd。

当数字信号输入端Vin输入数字信号“1”时，设数字信号“1”对应的电压为V0，且V0>0，图1所示的电平转换电路中各点电位如图3所示，反相器IVN输入端电压为V0，反相器IVN输出端电压为0；由于第一电容C1和第二电容C2的两极之间的电压差不能突变，第一场效应管M1的漏极即第二场效应管M2的栅极处的电压为Vdd+V0，第二场效应管M2的漏极、第三场效应管M3的源极即第一场效应管M1的栅极处的电压为Vdd。根据各点电位以及各场效应管类型，可以判断出各场效应管的状态。由于第一场效应管M1为N型场效应管，栅极电压Vdd不高于源极电压Vdd，因此第一场效应管M1关断；由于第二场效应管M2为N型场效应管，栅极电压Vdd+V0高于源极电压Vdd，因此第二场效应管M2导通，第二电容C2充电；由于第三场效应管M3为P型场效应管，栅极电压Vdd不低于源极电压Vdd，因此第三场效应管M3关断；由于第四场效应管M4为N型场效应管，栅极电压Vdd高于源极电压0，因此第四场效应管M4导通。即当数字信号输入端Vin输入数字信号“1”时，模拟信号输出端Vout输出电压为0。

可见，现有技术中的电平转换电路输出电压的最小值为0，对于一些需要电平转换电路输出电压的最小值大于0的应用场景，图1所示的电平转换电路显然不能满足需求，使得电平转换电路的应用场景受到了限制。

发明内容

本发明实施例提供一种电平转换电路及数模转换器，用以实现输出电压的最小值大于0。

第一方面，提供一种电平转换电路，包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第一电容、第二电容和反相器，其中：

第一场效应管、第二场效应管和第四场效应管为N型场效应管；第三场效应管、第五场效应管和第六场效应管为P型场效应管；

第一场效应管的源极和第二场效应管的源极相连，相连后的连接端连接第一直流电源；

第一场效应管的漏极、第二场效应管的栅极和第一电容的一极相连；第一电容的另一极和反相器的输入端相连，相连后的接线端作为数字信号输入端；

第一场效应管的栅极、第二场效应管的漏极、第三场效应管的源极、第五场效应管的源极和第二电容的一极相连；第二电容的另一极、第四场效应管的源极和反相器的输出端相连；

反相器的电源端连接第二直流电源；所述第二直流电源为电平转换电路的工作电源，所述第一直流电源的电压和所述第二直流电源的电压之和为电平转换电路目标输出电压的最大值；

第六场效应管的源极连接第三直流电源；所述第三直流电源的电压为电平转换电路目标输出电压的最小值；

第三场效应管的漏极、第四场效应管的漏极和第六场效应管的栅极相连；第五场效应管的漏极和第六场效应管的漏极相连，相连后的接线端作为第一模拟信号输出端；

当数字信号输入端输入数字信号“0”时，第三场效应管、第五场效应管导通，第四场效应管关断；当数字信号输入端输入数字信号“1”时，第三场效应管、第五场效应管关断，第四场效应管导通。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，第三场效应管的漏极、第四场效应管的漏极和第六场效应管的栅极相连后的连接端作为第二模拟信号输出端。

结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，第三场效应管的栅极和第五场效应管的栅极连接第一直流电源；第四场效应管的栅极连接第二直流电源。

结合第一方面，第一方面的第一种可能的实现方式，或者第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，还包括第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管和第十场效应管，其中：

第七场效应管和第九场效应管为P型场效应管；第八场效应管和第十场效应管为N型场效应管；

第三场效应管的漏极和第七场效应管的源极相连；第四场效应管的漏极和第八场效应管的源极相连；第七场效应管的漏极、第八场效应管的漏极和第六场效应管的栅极相连；

第五场效应管的漏极和第九场效应管的源极相连；第六场效应管的漏极和第十场效应管的源极相连；第九场效应管的漏极和第十场效应管的漏极相连，相连后的接线端作为第一模拟信号输出端；

当数字信号输入端输入数字信号“0”时，第七场效应管、第九场效应管导通，第八场效应管、第十场效应管关断；当数字信号输入端输入数字信号“1”时，第七场效应管、第九场效应管关断，第八场效应管、第十场效应管导通。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，第七场效应管的漏极、第八场效应管的漏极和第六场效应管的栅极相连后的连接端作为第二模拟信号输出端。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，或者第一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，第七场效应管的栅极和第九场效应管的栅极连接第二直流电源；第八场效应管的栅极和第十场效应管的栅极连接第一直流电源。

第二方面，提供一种数模转换器，包括上述电平转换电路。

根据第一方面提供的电平转换电路，第二方面提供的数模转换器，在现有电平转换电路的基础上增加了两个场效应管，即第五场效应管和第六场效应管，当数字信号输入端输入数字信号“0”时，第一场效应管、第三场效应管、第五场效应管导通，第二场效应管、第四场效应管、第六场效应管关断，第一模拟信号输出端输出电压为第一直流电源电压和第二直流电源电压之和；当数字信号输入端输入数字信号“1”时，第一场效应管、第三场效应管、第五场效应管关断，第二场效应管、第四场效应管、第六场效应管导通，第一模拟信号输出端输出电压为第三直流电源电压。可见，通过设定第六场效应管的源极连接的第三直流电源电压，可以实现输出电压的最小值为目标值，即可以实现输出电压的最小值大于0。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术中的电平转换电路示意图；

图2为现有技术中的电平转换电路输入数字信号“0”时的各点电位示意图；

图3为现有技术中的电平转换电路输入数字信号“1”时的各点电位示意图；

图4为本发明实施例1提供的电平转换电路示意图；

图5为本发明实施例1提供的电平转换电路输入数字信号“0”时的各点电位示意图；

图6为本发明实施例1提供的电平转换电路输入数字信号“1”时的各点电位示意图；

图7为本发明实施例2提供的电平转换电路示意图；

图8为本发明实施例2提供的电平转换电路输入数字信号“0”时的各点电位示意图；

图9为本发明实施例2提供的电平转换电路输入数字信号“1”时的各点电位示意图。

具体实施方式

为了给出输出电压的最小值大于0的实现方案，本发明实施例提供了一种电平转换电路及数模转换器，以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

本发明实施例1提供了一种电平转换电路，如图4所示，包括第一场效应管M1、第二场效应管M2、第三场效应管M3、第四场效应管M4、第五场效应管M5、第六场效应管M6、第一电容C1、第二电容C2和反相器IVN，其中：

第一场效应管M1、第二场效应管M2和第四场效应管M4为N型场效应管；第三场效应管M3、第五场效应管M5和第六场效应管M6为P型场效应管；

第一场效应管M1的源极和第二场效应管M2的源极相连，相连后的连接端连接第一直流电源；

第一场效应管M1的栅极、第二场效应管M2的漏极、第三场效应管M3的源极、第五场效应管M5的源极和第二电容C2的一极相连；第二电容C2的另一极、第四场效应管M4的源极和反相器IVN的输出端相连；

反相器IVN的电源端连接第二直流电源；第二直流电源为电平转换电路的工作电源，第一直流电源的电压VddH和第二直流电源的电压Vdd之和为电平转换电路目标输出电压的最大值；

第六场效应管M6的源极连接第三直流电源；第三直流电源的电压VddL为电平转换电路目标输出电压的最小值；

第三场效应管M3的漏极、第四场效应管M4的漏极和第六场效应管M6的栅极相连；第五场效应管M5的漏极和第六场效应管M6的漏极相连，相连后的接线端作为第一模拟信号输出端Vout1；

当数字信号输入端输入数字信号“0”时，第三场效应管M3、第五场效应管M5导通，第四场效应管M4关断；当数字信号输入端输入数字信号“1”时，第三场效应管M3、第五场效应管M5关断，第四场效应管M4导通。

进一步的，第三场效应管M3的漏极、第四场效应管M4的漏极和第六场效应管M6的栅极相连后的连接端可以作为第二模拟信号输出端Vout2。

在本发明实施例1中，第三场效应管M3的栅极和第五场效应管M5的栅极可以连接第一直流电源，第四场效应管M4的栅极可以连接第二直流电源，能够实现当数字信号输入端输入数字信号“0”时，第三场效应管M3、第五场效应管M5导通，第四场效应管M4关断，而当数字信号输入端输入数字信号“1”时，第三场效应管M3、第五场效应管M5关断，第四场效应管M4导通。

上述第三场效应管M3、第四场效应管M4、第五场效应管M5的栅极连接方式仅为一个示例，并不用于限定本发明。只要能够实现当数字信号输入端输入数字信号“0”时，第三场效应管M3、第五场效应管M5导通，第四场效应管M4关断，而当数字信号输入端输入数字信号“1”时，第三场效应管M3、第五场效应管M5关断，第四场效应管M4导通，任意栅极连接方式或场效应管控制方式均可。

为了进一步说明本发明实施例1提供的电平转换电路，下面结合附图，对其工作原理进行详细阐述。

图4所示的电平转换电路，由于数字信号输入端Vin时而输入数字信号“0”时而输入数字信号“1”，第一场效应管M1时而关断时而导通，为第一电容C1充电，同样，第二场效应管M2时而关断时而导通，为第二电容C2充电，使第一电容C1和第二电容C2的两极之间均存在一个电压差，该电压差即为直流电源电压VddH。

当数字信号输入端Vin输入数字信号“0”时，数字信号“0”对应的电压为0，图4所示的电平转换电路中各点电位如图5所示，反相器IVN输入端电压为0，反相器IVN输出端电压为Vdd；由于第一电容C1和第二电容C2的两极之间的电压差不能突变，第一场效应管M1的漏极即第二场效应管M2的栅极处的电压为VddH，第二场效应管M2的漏极、第三场效应管M3的源极、第五场效应管M5的源极即第一场效应管M1的栅极处的电压为VddH+Vdd。根据各点电位以及各场效应管类型，可以判断出各场效应管的状态。

由于第一场效应管为N型场效应管，栅极电压VddH+Vdd高于源极电压VddH，因此第一场效应管M1导通，第一电容充电；由于第二场效应管为N型场效应管，栅极电压VddH不高于源极电压VddH，因此第二场效应管M2关断。

由于第三场效应管M3为P型场效应管，栅极电压VddH低于源极电压VddH+Vdd，因此第三场效应管M3导通；由于第四场效应管M4为N型场效应管，栅极电压Vdd不高于源极电压Vdd，因此第四场效应管M4关断；即当数字信号输入端Vin输入数字信号“0”时，第二模拟信号输出端Vout2输出电压为VddH+Vdd。

由于第五场效应管M5为P型场效应管，栅极电压VddH低于源极电压VddH+Vdd，因此第五场效应管M5导通；由于第六场效应管M6为P型场效应管，栅极电压VddH+Vdd不低于源极电压VddH，因此第六场效应管M6关断；即当数字信号输入端Vin输入数字信号“0”时，第一模拟信号输出端Vout1输出电压也为VddH+Vdd。

当数字信号输入端Vin输入数字信号“1”时，设数字信号“1”对应的电压为V0，且V0>0，图4所示的电平转换电路中各点电位如图6所示，反相器IVN输入端电压为V0，反相器IVN输出端电压为0；由于第一电容C1和第二电容C2的两极之间的电压差不能突变，第一场效应管M1的漏极即第二场效应管M2的栅极处的电压为VddH+V0，第二场效应管M2的漏极、第三场效应管M3的源极、第五场效应管M5的源极即第一场效应管M1的栅极处的电压为VddH。根据各点电位以及各场效应管类型，可以判断出各场效应管的状态。

由于第一场效应管为N型场效应管，栅极电压VddH不高于源极电压VddH，因此第一场效应管M1关断；由于第二场效应管为N型场效应管，栅极电压VddH+V0高于源极电压VddH，因此第二场效应管M2导通，第二电容C2充电。

由于第三场效应管M3为P型场效应管，栅极电压VddH不低于源极电压VddH，因此第三场效应管M3关断；由于第四场效应管M4为N型场效应管，栅极电压Vdd高于源极电压0，因此第四场效应管M4导通；即当数字信号输入端Vin输入数字信号“1”时，第二模拟信号输出端Vout2输出电压为0。

由于第五场效应管M5为P型场效应管，栅极电压VddH不低于源极电压VddH，因此第五场效应管M5关断；由于第六场效应管M6为P型场效应管，栅极电压0低于源极电压VddL，因此第六场效应管M6导通；即当数字信号输入端Vin输入数字信号“1”时，第一模拟信号输出端Vout1输出电压为VddL。

可见，采用了本发明实施例1提供的电平转换电路，第一模拟信号输出端Vout1输出电压范围为[VddL，VddH+Vdd]，即可以根据目标输出范围，设定电路连接的第一直流电源和第三直流电源，能够实现输出电压的最小值大于0。

同时，本发明实施例1提供的电平转换电路还具有第二模拟信号输出端Vout2，其输出电压范围为[0，VddH+Vdd]，可以满足多种应用场景的需求。

本发明实施例1提供的电平转换电路中，第一直流电源的电压VddH可以大于第二直流电源的电压Vdd。然而，当第一直流电源的电压VddH大于第二直流电源的电压Vdd时，电路中会出现场效应管承受电压大于第二直流电源电压Vdd的情况，例如图5中第四场效应管M4、图6中第三场效应管M3，场效应管承受电压大于第二直流电源电压Vdd会增加场效应管的损耗，降低电路可靠性。所以，较佳的，图4所示的电平转换电路中，第一直流电源的电压VddH不大于第二直流电源的电压Vdd。

为了保证第一直流电源的电压VddH大于第二直流电源的电压Vdd时的电路可靠性，本发明还提供了一种电平转换电路，详见下述实施例2。

实施例2：

本发明实施例2提供的种电平转换电路如图7所示，包括第一场效应管M1、第二场效应管M2、第三场效应管M3、第四场效应管M4、第五场效应管M5、第六场效应管M6、第七场效应管M7、第八场效应管M8、第九场效应管M9、第十场效应管M10、第一电容C1、第二电容C2和反相器IVN，其中：

第一场效应管M1、第二场效应管M2、第四场效应管M4、第八场效应管和第十场效应管为N型场效应管；第三场效应管M3、第五场效应管M5和第六场效应管M6、第七场效应管和第九场效应管为P型场效应管；

第三场效应管M3的漏极和第七场效应管M7的源极相连；第四场效应管M4的漏极和第八场效应管M8的源极相连；第七场效应管M7的漏极、第八场效应管M8的漏极和第六场效应管M6的栅极相连；

第五场效应管M5的漏极和第九场效应管M9的源极相连；第六场效应管M6的漏极和第十场效应管M10的源极相连；第九场效应管M9的漏极和第十场效应管M10的漏极相连，相连后的接线端作为第一模拟信号输出端Vout1；

当数字信号输入端输入数字信号“0”时，第三场效应管M3、第五场效应管M5、第七场效应管M7、第九场效应管M9导通，第四场效应管M4、第八场效应管M8、第十场效应管M10关断；当数字信号输入端输入数字信号“1”时，第三场效应管M3、第五场效应管M5、第七场效应管M7、第九场效应管M9关断，第四场效应管M4、第八场效应管M8、第十场效应管M10导通。

进一步的，第七场效应管M7的漏极、第八场效应管M8的漏极和第六场效应管M6的栅极相连后的接线端可以作为第二模拟信号输出端Vout2。

在本发明实施例2中，第三场效应管M3的栅极、第五场效应管M5的栅极、第八场效应管M8的栅极和第十场效应管M10的栅极可以连接第一直流电源，第四场效应管M4的栅极、第七场效应管M7的栅极和第九场效应管M9的栅极可以连接第二直流电源，能够实现当数字信号输入端输入数字信号“0”时，第三场效应管M3、第五场效应管M5、第七场效应管M7、第九场效应管M9导通，第四场效应管M4、第八场效应管M8、第十场效应管M10关断，而当数字信号输入端输入数字信号“1”时，第三场效应管M3、第五场效应管M5、第七场效应管M7、第九场效应管M9关断，第四场效应管M4、第八场效应管M8、第十场效应管M10导通。

上述第三场效应管M3、第四场效应管M4、第五场效应管M5、第七场效应管M7、第八场效应管M8、第九场效应管M9、第十场效应管M10的栅极连接方式仅为一个示例，并不用于限定本发明。

当数字信号输入端Vin输入数字信号“0”时，数字信号“0”对应的电压为0，图7所示的电平转换电路中各点电位如图8所示，第一模拟信号输出端Vout1输出电压为VddH+Vdd，第二模拟信号输出端Vout2输出电压为VddH+Vdd。

当数字信号输入端Vin输入数字信号“1”时，设数字信号“1”对应的电压为V0，且V0>0，图7所示的电平转换电路中各点电位如图9所示，第一模拟信号输出端Vout1输出电压为VddL，第二模拟信号输出端Vout2输出电压为0。

本发明实施例2提供的电平转换电路其工作原理和上述实施例1提供的电平转换电路相同，在此不再赘述。

并且，本发明实施例2提供的电平转换电路，相比于上述实施例1提供的电平转换电路，通过增加串联的场效应管，能够进行分压，当第一直流电源的电压VddH大于第二直流电源的电压Vdd时，能够避免电路中出现场效应管承受电压大于第二直流电源电压Vdd的情况，因此能够降低场效应管的损耗，提高电路可靠性。

实施例3：

本发明实施例3还提供了一种数模转换器，包括上述任一实施例的电平转换电路。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种电平转换电路，其特征在于，包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第一电容、第二电容和反相器，其中：

第三场效应管的漏极、第四场效应管的漏极和第六场效应管的栅极相连；第五场效应管的漏极和第六场效应管的漏极相连，相连后的接线端作为第一模拟信号输出端，所述第一模拟信号输出端用于输出所述电平转换电路目标输出电压；

2.如权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，第三场效应管的漏极、第四场效应管的漏极和第六场效应管的栅极相连后的连接端作为第二模拟信号输出端。

3.如权利要求1或2所述的电平转换电路，其特征在于，第三场效应管的栅极和第五场效应管的栅极连接第一直流电源；第四场效应管的栅极连接第二直流电源。

4.如权利要求1或2任一所述的电平转换电路，其特征在于，还包括第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管和第十场效应管，其中：

5.如权利要求4所述的电平转换电路，其特征在于，第七场效应管的漏极、第八场效应管的漏极和第六场效应管的栅极相连后的连接端作为第二模拟信号输出端。

6.如权利要求5所述的电平转换电路，其特征在于，第七场效应管的栅极和第九场效应管的栅极连接第二直流电源；第八场效应管的栅极和第十场效应管的栅极连接第一直流电源。

7.一种数模转换器，其特征在于，包括如权利要求1-6任一所述的电平转换电路。