CN108933592A - 高速电平转换电路、电平转换方法和数据传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速电平转换电路、电平转换方法和数据传输装置，涉及集成电路技术领域。该电路包括连接于输入电压域电源的第一场效应管，所述第一场效应管连接有第二场效应管，所述第一场效应管和第二场效应管相互连接以组成反相器；所述反相器还连接有第三场效应管和第四场效应管，所述第三场效应管和所述第四场效应管通过第五场效应管和第六场效应管连接于输出电压域电源；所述第三场效应管与所述第四场效应管之间还连接有第一电容和第二电容。本发明技术方案通过增加第一电容和第二电容，在电路进行电平转换时，通过第一电容和第二电容的耦合，可以减小上拉电路和下拉电路间的竞争，从而提高转换速度。

Description

高速电平转换电路、电平转换方法和数据传输装置

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种高速电平转换电路、电平转换方法和数据传输装置。

背景技术

随着芯片技术、工艺的革新及低功耗芯片的需求，新的芯片供电电压越来越低。当电器设备内部同时使用供电电压不同的电路、不同供电电压的电路之间需要相互传递信号时，必须经过电压转换。电平转换电路广泛用于各种应用电路中，该电路可以实现逻辑电平的电压域转换。

但是，目前的电平转换电路转换速度一般比较慢，且由于上下拉电路之间的竞争，导致上拉电路面积偏大，电压上升速度偏慢。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高速电平转换电路、电平转换方法和数据传输装置，旨在提高电平转换速度。

为实现上述目的，本发明提供一种高速电平转换电路，所述电路包括连接于输入电压域电源的第一场效应管，所述第一场效应管连接有第二场效应管，所述第一场效应管和第二场效应管相互连接以组成反相器；所述反相器还连接有第三场效应管和第四场效应管，所述第三场效应管和所述第四场效应管通过第五场效应管和第六场效应管连接于输出电压域电源；所述第三场效应管与所述第四场效应管之间还连接有第一电容和第二电容。

优选地，所述第一电容的一端连接于所述第三场效应管的栅极，且还连接于所述第一场效应管和所述第二场效应管的栅极；所述第一电容的另一端分别连接于所述第四场效应管的漏极，以及所述第五场效应管的栅极、所述第六场效应管的漏极。

优选地，所述第二电容的一端连接于所述第三场效应管的漏极，还连接于所述第五场效应管的漏极以及第六场效应管的栅极；所述第二电容的另一端连接于所述第四场效应管的栅极，并且还连接于所述第一场效应管和所述第二场效应管的漏极。

优选地，所述第一场效应管与所述第二场效应管的漏极和栅极相互连接，且两者的漏极连接于所述第四场效应管的栅极，两者的栅极连接于信号输入端，用以接收电压变化信号；所述第一场效应管的源极连接于所述输入电压域电源，所述第二场效应管的源极接地。

优选地，所述第三场效应管的栅极分别连接于所述第一场效应管和第二场效应管的栅极，并通过所述第一电容连接于所述第五场效应管的栅极以及第六场效应管的漏极；所述第三场效应管的漏极连接于所述第五场效应管的漏极和所述第六场效应管的栅极，并通过第二电容连接于所述第四场效应管的栅极；所述第三场效应管的源极接地。

优选地，所述第四场效应管的栅极分别连接于所述第一场效应管和第二场效应管的漏极，并通过所述第二电容连接于所述第五场效应管的漏极和所述第六场效应管的栅极；所述第四场效应管的漏极分别连接于所述第五场效应管的栅极和所述第六场效应管漏极；所述第四场效应管的源极接地。

优选地，所述第五场效应管和所述第六场效应管的源极相互连接，并同时连接于所述输出电压域电源；所述第五场效应管的漏极连接于所述第六场效应管的栅极；所述第五场效应管的栅极连接于所述第六场效应管的漏极，并连接至信号输出端，以输出逻辑信号。

本发明还提供一种应用上述高速电平转换电路的电平转换方法，所述方法包括：

所述第一场效应管和所述第二场效应管接通输入电压域电源；

所述第五场效应管和所述第六场效应管接通输出电压域电源；

在所述第一场效应管和所述第二场效应管的栅极输入信号；

当输入信号为低电平时，所述第三场效应管接收输入信号导通，所述第四场效应管接收输入信号关闭，以输出低电平电压；

当输入信号为高电平时，所述第三场效应管接收输入信号关闭，所述第四场效应管接收输入信号导通，以输出高电平电压。

本发明还提供一种数据传输装置，包括上述高速电平转换电路。

本发明技术方案通过第一场效应管和第二场效应管组成反相器，并增加第一电容和第二电容，在电路进行电平转换时，通过第一电容和第二电容的耦合，可以减小上拉电路和下拉电路间的竞争，从而提高转换速度。

附图说明

图1为本发明高速电平转换电路的电路原理图；

图2为本发明电平转换方法的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明进一步说明。

一种高速电平转换电路，如图1所示，所述电路包括连接于输入电压域电源VDD1的第一场效应管M1，所述第一场效应管M1连接有第二场效应管M2，所述第一场效应管M1和第二场效应管M2相互连接以组成反相器；所述反相器还连接有第三场效应管M3和第四场效应管M4，所述第三场效应管M3和所述第四场效应管M4通过第五场效应管M5和第六场效应管M6连接于输出电压域电源VDD2；所述第三场效应管M3与所述第四场效应管M4之间还连接有第一电容C1和第二电容C2。

具体地，输入电压域电源VDD1的电压可以大于或者小于输出电压域电源VDD2。由第一场效应管M1和第二场效应管M2组成的反相器，用于将输入信号进行相位反转，以输入至后续电路中。

本发明技术方案通过第一场效应管M1和第二场效应管M2组成反相器，并增加第一电容C1和第二电容C2，在电路进行电平转换时，通过第一电容C1和第二电容C2的耦合，可以减小由第五场效应管M5和第六场效应管M6组成的上拉电路与由第三场效应管M3和第四场效应管M4组成的下拉电路间的竞争，从而提高电平转换速度。

优选地，所述第一电容C1的一端连接于所述第三场效应管M3的栅极，且还连接于所述第一场效应管M1和所述第二场效应管M2的栅极；所述第一电容C1的另一端分别连接于所述第四场效应管M4的漏极，以及所述第五场效应管M5的栅极、所述第六场效应管M6的漏极。

优选地，所述第二电容C2的一端连接于所述第三场效应管M3的漏极，还连接于所述第五场效应管M5的漏极以及第六场效应管M6的栅极；所述第二电容C2的另一端连接于所述第四场效应管M4的栅极，并且还连接于所述第一场效应管M1和所述第二场效应管M2的漏极。

优选地，所述第一场效应管M1与所述第二场效应管M2的漏极和栅极相互连接，且两者的漏极连接于所述第四场效应管M4的栅极，两者的栅极连接于信号输入端in，用以接收电压变化信号；所述第一场效应管M1的源极连接于所述输入电压域电源VDD1，所述第二场效应管M2的源极接地GND。

优选地，所述第三场效应管M3的栅极分别连接于所述第一场效应管M1和第二场效应管M2的栅极，并通过所述第一电容C1连接于所述第五场效应管M5的栅极以及第六场效应管M6的漏极；所述第三场效应管M3的漏极连接于所述第五场效应管M5的漏极和所述第六场效应管M6的栅极，并通过第二电容C2连接于所述第四场效应管M4的栅极；所述第三场效应管M3的源极接地GND。

优选地，所述第四场效应管M4的栅极分别连接于所述第一场效应管M1和第二场效应管M2的漏极，并通过所述第二电容C2连接于所述第五场效应管M5的漏极和所述第六场效应管M6的栅极；所述第四场效应管M4的漏极分别连接于所述第五场效应管M5的栅极和所述第六场效应管M6漏极；所述第四场效应管M4的源极接地GND。

优选地，所述第五场效应管M5和所述第六场效应管M6的源极相互连接，并同时连接于所述输出电压域电源VDD2；所述第五场效应管M5的漏极连接于所述第六场效应管M6的栅极；所述第五场效应管M5的栅极连接于所述第六场效应管M6的漏极，并连接至信号输出端out，以输出逻辑信号。

如图1所示，本发明高速电平转换电路的工作状态如下：

1、在初始状态时，信号输入端in的输入信号为低电平，信号输出端out的输出信号也为低电平。节点inn为输入电压域电源VDD1的高电平，节点outn为输出电压域电源VDD2的高电平；

2、当输入信号由低电平切换到高电平：

信号输入端in通过第一场效应管M1连接于输入电压域电源VDD1，由低电平变高电平，节点inn会由输入电压域电源VDD1的高电平变到低电平，使得第三场效应管M3导通，第四场效应管M4关闭，节点outn会由于第三场效应管M3的导通以及第二电容C2的耦合开始电压下降；信号输出端out会由于第四场效应管M4的关闭、节点outn的电压下降、以及第一电容C1的耦合而导致电压上升；同时，由于信号输出端out的电压上升，又促使第五场效应管M5渐渐关闭，使得节点outn电压下降更快，整个电路形成一个正反馈，使电压快速的由低电平转换到高电平。最终，节点outn降为低电平，信号输出端out变成输出电压域电源VDD2的高电平。

3、当输入信号由高电平切换到低电平：

信号输入端in由输入电压域电源VDD1的高电平变到低电平时，节点inn会由低电平变到输入电压域电源VDD1的高电平，使得第三场效应管M3关闭，第四场效应管M4导通，信号输出端out会由于第四场效应管M4的导通以及第一电容C1的耦合开始电压下降；节点outn会由于第三场效应管M3的关闭、输出信号端out的电压下降、以及第二电容C2的耦合而导致电压上升；同时，节点outn的电压上升，又促使第六场效应管M6渐渐关闭，使得信号输出端out电压下降更快，整个电路形成一个正反馈，使电压快速的由高电平转换为低电平。最终，节点outn升为输出电压域电源VDD2的高电平，信号输出端out变成低电平。

4、步骤2、3完成了一个以低电平-高电平-低电平的周期的电平转换。其中，第一电容C1和第二电容C2提高了电平转换速度。

本发明还提供一种应用上述高速电平转换电路的电平转换方法，如图2所示，所述方法包括：

所述第一场效应管M1和所述第二场效应管M2接通输入电压域电源VDD1；

所述第五场效应管M5和所述第六场效应管M6接通输出电压域电源VDD2；

在所述第一场效应管M1和所述第二场效应管M2的栅极输入信号；

当输入信号为低电平时，所述第三场效应管M3接收输入信号导通，所述第四场效应管M4接收输入信号关闭，以输出低电平电压；

当输入信号为高电平时，所述第三场效应管M3接收输入信号关闭，所述第四场效应管M4接收输入信号导通，以输出高电平电压。

本发明还提供一种数据传输装置，包括上述高速电平转换电路。

应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变 换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种高速电平转换电路，其特征在于，所述电路包括连接于输入电压域电源的第一场效应管，所述第一场效应管连接有第二场效应管，所述第一场效应管和第二场效应管相互连接以组成反相器；所述反相器还连接有第三场效应管和第四场效应管，所述第三场效应管和所述第四场效应管通过第五场效应管和第六场效应管连接于输出电压域电源；所述第三场效应管与所述第四场效应管之间还连接有第一电容和第二电容。

2.根据权利要求1所述的高速电平转换电路，其特征在于，所述第一电容的一端连接于所述第三场效应管的栅极，且还连接于所述第一场效应管和所述第二场效应管的栅极；所述第一电容的另一端分别连接于所述第四场效应管的漏极，以及所述第五场效应管的栅极、所述第六场效应管的漏极。

3.根据权利要求2所述的高速电平转换电路，其特征在于，所述第二电容的一端连接于所述第三场效应管的漏极，还连接于所述第五场效应管的漏极以及第六场效应管的栅极；所述第二电容的另一端连接于所述第四场效应管的栅极，并且还连接于所述第一场效应管和所述第二场效应管的漏极。

4.根据权利要求1所述的高速电平转换电路，其特征在于，所述第一场效应管与所述第二场效应管的漏极和栅极相互连接，且两者的漏极连接于所述第四场效应管的栅极，两者的栅极连接于信号输入端，用以接收电压变化信号；所述第一场效应管的源极连接于所述输入电压域电源，所述第二场效应管的源极接地。

5.根据权利要求1所述的高速电平转换电路，其特征在于，所述第三场效应管的栅极分别连接于所述第一场效应管和第二场效应管的栅极，并通过所述第一电容连接于所述第五场效应管的栅极以及第六场效应管的漏极；所述第三场效应管的漏极连接于所述第五场效应管的漏极和所述第六场效应管的栅极，并通过第二电容连接于所述第四场效应管的栅极；所述第三场效应管的源极接地。

6.根据权利要求1所述的高速电平转换电路，其特征在于，所述第四场效应管的栅极分别连接于所述第一场效应管和第二场效应管的漏极，并通过所述第二电容连接于所述第五场效应管的漏极和所述第六场效应管的栅极；所述第四场效应管的漏极分别连接于所述第五场效应管的栅极和所述第六场效应管漏极；所述第四场效应管的源极接地。

7.根据权利要求1所述的高速电平转换电路，其特征在于，所述第五场效应管和所述第六场效应管的源极相互连接，并同时连接于所述输出电压域电源；所述第五场效应管的漏极连接于所述第六场效应管的栅极；所述第五场效应管的栅极连接于所述第六场效应管的漏极，并连接至信号输出端，以输出逻辑信号。

8.一种应用权利要求1至7中任一项所述的高速电平转换电路的电平转换方法，其特征在于，所述方法包括：

所述第一场效应管和所述第二场效应管接通输入电压域电源；

所述第五场效应管和所述第六场效应管接通输出电压域电源；

在所述第一场效应管和所述第二场效应管的栅极输入信号；

当输入信号为低电平时，所述第三场效应管接收输入信号导通，所述第四场效应管接收输入信号关闭，以输出低电平电压；

当输入信号为高电平时，所述第三场效应管接收输入信号关闭，所述第四场效应管接收输入信号导通，以输出高电平电压。

9.一种数据传输装置，其特征在于，所述数据传输装置包括权利要求1至7中任一项所述的高速电平转换电路。