RU2756445C1 - Voltage level converter - Google Patents
Voltage level converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2756445C1 RU2756445C1 RU2021107990A RU2021107990A RU2756445C1 RU 2756445 C1 RU2756445 C1 RU 2756445C1 RU 2021107990 A RU2021107990 A RU 2021107990A RU 2021107990 A RU2021107990 A RU 2021107990A RU 2756445 C1 RU2756445 C1 RU 2756445C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- transistors
- voltage level
- drain
- voltage
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
- H03K19/02—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
- H03K19/08—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
- H03K19/094—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Logic Circuits (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может быть использовано при согласовании схем, имеющих различные уровни напряжений источников питания и внутренних сигналов.The proposed invention relates to digital computing and can be used to match circuits with different voltage levels of power supplies and internal signals.
Известен преобразователь уровней сигналов на МДП-транзисторах [1]. Это устройство предназначено для преобразования уровня напряжения сигнала (например, при сопряжении ТТЛ- и КМДП-логических элементов).Known signal level converter for MIS transistors [1]. This device is designed to convert the signal voltage level (for example, when interfacing TTL and CMDP logic elements).
Недостатком указанной выше схемы является низкое быстродействие. Низкое быстродействие схемы вызвано ограничением появления напряжения высокого уровня на выходе схемы по цепи низкой проводимости, вплоть до подключения транзистора с высокой проводимостью, шунтирующего низко-проводящую цепь, которое задерживается на время распространения сигнала, необходимое на последовательное переключение двух вентилей.The disadvantage of the above scheme is its low performance. The low speed of the circuit is caused by limiting the appearance of a high-level voltage at the output of the circuit through a low-conductivity circuit, up to the connection of a high-conductivity transistor, shunting the low-conductive circuit, which is delayed by the signal propagation time required for sequential switching of two gates.
Кроме того, каждый из выходных узлов триггера, помимо затворов транзисторов выходных транзисторов, подключен к затворам двух транзисторов Р-типа, что дополнительно увеличивает паразитную емкость выходных узлов триггера и затягивает переходный процесс переключения.In addition, each of the output nodes of the trigger, in addition to the gates of the transistors of the output transistors, is connected to the gates of two P-type transistors, which additionally increases the parasitic capacitance of the output nodes of the trigger and delays the switching transient process.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение быстродействия преобразователя уровня напряжения.The objective of the present invention is to increase the speed of the voltage level converter.
Поставленная задача достигается тем, что в преобразователь уровня напряжения, содержащий полевые транзисторы Р-типа с первого по пятый и N-типа с шестого по восьмой, входы прямого IN и инверсного входных сигналов, подсоединенные к затворам транзисторов, соответственно, восьмого и шестого, выход OUT преобразователя уровня напряжения, вывод питания высокого уровня напряжения VDD, соединенный с истоком первого транзистора, вывод питания низкого уровня напряжения GND, соединенный с истоками седьмого и восьмого транзисторов, причем сток первого транзистора соединен с истоками второго и третьего, сток третьего - со стоком шестого и затвором четвертого транзисторов, и затвор третьего транзистора - со стоками четвертого и восьмого, а затворы второго и седьмого транзисторов соединены между собой введены первый и второй инверторы, входы которых соединены со стоком восьмого транзистора, а выходы, соответственно, первого инвертора - с затворами второго и пятого транзисторов, и второго инвертора - с выходом OUT, затвор первого транзистора соединен с выводом питания низкого уровня напряжения GND, исток четвертого транзистора соединен с выводом питания высокого уровня напряжения VDD, исток пятого - со стоком первого транзистора, сток второго транзистора - со стоком третьего, сток пятого - со стоком четвертого транзистора, и исток шестого транзистора соединен со стоком седьмого.The task is achieved by the fact that the voltage level converter containing P-type field-effect transistors from the first to the fifth and N-type from the sixth to the eighth, inputs of direct IN and inverse input signals connected to the gates of the eighth and sixth transistors, respectively, the OUT output of the voltage level converter, the high voltage power supply terminal VDD connected to the source of the first transistor, the low voltage power supply terminal GND connected to the sources of the seventh and eighth transistors, and the drain of the first transistor is connected to the sources of the second and third, the drain of the third - with the drain of the sixth and the gate of the fourth transistors, and the gate of the third transistor - with the drains of the fourth and eighth, and the gates of the second and seventh transistors are connected to each other, the first and second inverters are introduced, the inputs of which are connected to the drain of the eighth transistor, and the outputs, respectively, of the first inverter - with the gates of the second and fifth transistors, and the second inverter - with the OUT output, the gate of the first transistor is connected to the power supply terminal of the low voltage level GND, the source of the fourth transistor is connected to the power supply terminal of the high voltage level VDD , source pya that - with the drain of the first transistor, the drain of the second transistor - with the drain of the third, the drain of the fifth - with the drain of the fourth transistor, and the source of the sixth transistor is connected to the drain of the seventh.
Таким образом, в предлагаемой схеме преобразователя уровня напряжения, вследствие отличий от известного устройства, описанным выше, исключено появление напряжения высокого уровня на выходе схемы OUT по цепи низкой проводимости до подключения транзистора с высокой проводимостью, т.к. формирование выходного сигнала на выходе OUT всегда происходит сразу и по цепям только высокой проводимости.Thus, in the proposed circuit of the voltage level converter, due to the differences from the known device described above, the appearance of a high-level voltage at the output of the OUT circuit through the low-conductivity circuit is excluded before connecting the high-conductivity transistor, since the formation of the output signal at the OUT output always occurs immediately and through only high-conductivity circuits.
Кроме того, в предлагаемом преобразователе уровня напряжения, в отличие от известного преобразователя уровней сигналов на МДП-транзисторах [1], к одному выходному узлу триггера подключены нагрузки входов первого и второго инверторов и затвор только одного транзистора Р-типа, а к другому выходному узлу триггера подключен затвор только одного транзистора, без затворов транзисторов выходного инвертора, что уменьшает паразитную емкость выходных узлов триггера и дополнительно ускоряет переходный процесс переключения преобразователя уровня напряжения.In addition, in the proposed voltage level converter, in contrast to the known signal level converter on MIS transistors [1], the loads of the inputs of the first and second inverters and the gate of only one P-type transistor are connected to one output node of the trigger, and to the other output node the trigger is connected to the gate of only one transistor, without the gates of the transistors of the output inverter, which reduces the parasitic capacitance of the output nodes of the trigger and further accelerates the transient process of switching the voltage level converter.
На рисунке приведена схема предлагаемого преобразователя уровня напряжения.The figure shows a diagram of the proposed voltage level converter.
Предлагаемый преобразователь уровня напряжения содержит полевые транзисторы Р-типа с первого по пятый (1-5) и N-типа с шестого по восьмой (6-8), входы прямого IN и инверсного входных сигналов, подсоединенные к затворам транзисторов, соответственно, восьмого (8) и шестого (6), выход OUT, вывод питания высокого уровня напряжения VDD, соединенный с истоками транзисторов первого (1) и четвертого (4), вывод питания низкого уровня напряжения (GND), соединенный с истоками транзисторов седьмого (7) и восьмого (8) и затвором первого (1) транзистора, сток которого соединен с истоками второго (2), третьего (3) и пятого (5) транзисторов, причем сток второго транзистора (2) соединен со стоками третьего (3) и шестого (6) и затвором четвертого (4) транзисторов, а сток пятого (5) транзистора - со стоками четвертого (4) и восьмого (8) транзисторов, затвором третьего (3) и входами первого (9) и второго инверторов (10), выходы которых соединены, соответственно, первого инвертора (9) с затворами транзисторов (2), пятого (5) и седьмого, и второго инвертора (10) с выходом OUT, а исток шестого (6) транзистора соединен со стоком седьмого (7).The proposed voltage level converter contains field-effect transistors of the P-type from the first to the fifth (1-5) and N-type from the sixth to the eighth (6-8), inputs of direct IN and inverse input signals connected to the gates of the eighth (8) and sixth (6) transistors, respectively, the OUT output, the high voltage supply output VDD connected to the sources of the first (1) and fourth (4) transistors, the low voltage supply output ( GND), connected to the sources of the seventh (7) and eighth (8) transistors and the gate of the first (1) transistor, the drain of which is connected to the sources of the second (2), third (3) and fifth (5) transistors, and the drain of the second transistor ( 2) is connected to the drains of the third (3) and sixth (6) and the gate of the fourth (4) transistors, and the drain of the fifth (5) transistor is connected to the drains of the fourth (4) and eighth (8) transistors, the gate of the third (3) and inputs of the first (9) and second inverters (10), the outputs of which are connected, respectively, of the first inverter (9) with the gates of the transistors (2), the fifth (5) and seventh, and the second inverter (10) with the OUT output, and the source of the sixth ( 6) of the transistor is connected to the drain of the seventh (7).
Предлагаемый преобразователь уровня напряжения представляет собой цифровое логическое устройство, предназначенное для преобразования входного напряжения логической единицы «1*» (VCC), в напряжение логической «1», соответствующее напряжению питания высокого уровня напряжения VDD и работает следующим образом.The proposed voltage level converter is a digital logic device designed to convert the input voltage of a logical unit "1 *" (VCC) into a logical "1" voltage corresponding to the supply voltage of a high voltage level VDD and operates as follows.
Исходное состояние. На вывод питания GND и на вход IN подано напряжение низкого уровня, соответствующее напряжению логического «0», на вывод VDD - высокого («1»), а на вход - напряжение логической единицы «1*» (VCC). Минимальное значение напряжения логической единицы «1*» должно быть больше либо равно значению порогового напряжения транзистора N-типа. Кроме того, напряжение источника питания высокого уровня VDD («1») и напряжение логической единицы VCC («1*») должны быть больше или равны сумме пороговых напряжений транзисторов Р- и N-типа. Транзистор Р-типа 1 низкой проводимости открыт всегда, т.к. его затвор подключен к источнику питания низкого уровня напряжения «0». На затворы транзисторов N-типа 8 и 9 с входов IN и поступают напряжения, соответственно, низкого уровня GND («0») и напряжение логической единицы «1*» (VCC). Поэтому транзистор 8 закрыт, а транзистор 6 открыт. Также, в результате действия предыдущего регенеративного цикла транзисторы 2 и 5 открыты, а транзисторы 3, 4 и 7 закрыты, а на выходе OUT преобразователя уровня напряжения установлено напряжение низкого уровня «О» (GND).The initial state. A low level voltage is applied to the GND power pin and the IN input, corresponding to the logic "0" voltage, to the VDD pin - high ("1"), and the input - voltage of logical unit "1 *" (VCC). The minimum voltage value of the logical unit "1 *" must be greater than or equal to the threshold voltage value of the N-type transistor. In addition, the high-level power supply voltage VDD ("1") and the logic-one voltage VCC ("1 *") must be greater than or equal to the sum of the threshold voltages of the P- and N-type transistors. P-
В режиме преобразования высокого напряжения логической единицы VCC в напряжение высокого уровня VDD на вход IN и на вход и, следовательно, на затворы транзисторов 8 и 6 поступают напряжения, соответственно, логической единицы «1*» (VCC) и логического «0» (GND), в результате чего транзистор N-типа 8 открывается, а транзистор N-типа 6 - закрывается. Через открытый транзистор 8 на затвор транзистора 3 и входы инверторов первого (9) и второго (10) поступает напряжение низкого уровня «0» (GND). Поэтому транзистор Р-типа 3 открывается, а на выходах первого (9) и второго (10) инверторов устанавливается напряжение высокого уровня VDD, которое поступает на затворы транзисторов 2, 5 и 7 и на выход OUT преобразователя уровня напряжения. При этом транзисторы Р-типа 2 и 5 закрываются, транзистор Р-типа 4 удерживается в закрытом состоянии напряжением высокого уровня VDD, поступающем через открытые транзисторы Р-типа 1 и 3, а транзистор N-типа 7 - открывается. Таким образом, на выходе OUT преобразователя уровня напряжения установлено напряжение высокого уровня VDD, полученное преобразованием входного высокого напряжения логической единицы «1*» (VCC).In the mode of converting the high voltage of the logical unit VCC into the high voltage VDD at the input IN and at the input and, therefore, the voltages of the logical unit "1 *" (VCC) and logical "0" (GND) are applied to the gates of the
При переходе преобразователя уровня напряжения в исходное состояние и режим формирования на выходе OUT напряжения низкого уровня GND («0»), на входы IN - прямого входного сигнала и - инверсного входного сигнала, и, следовательно, на затворы транзисторов 8 и 6, поступают, соответственно, напряжения логического «0» (GND) и логической единицы «1*» (VCC). Поэтому транзистор N-типа 8 закрывается, а транзистор N-типа 6 - открывается. Через открытые транзисторы N-типа 6 и 7 на затвор транзистора высокой проводимости Р-типа 4 поступает напряжение низкого уровня GND («0»). Поэтому транзистор 4 открывается и через него на затвор транзистора 3 и входы инверторов первого (9) и второго (10) поступает напряжение высокого уровня VDD («1»). Поэтому транзистор Р-типа 3 закрывается, а на выходах первого (9) и второго (10) инверторов устанавливается напряжение низкого уровня GND («0»), которое поступает на затворы транзисторов 2, 5 и 7 и на вход OUT преобразователя уровня напряжения. При этом транзисторы Р-типа 2 и 5 открываются, а транзистор N-типа 7 закрывается. Поэтому через открытые транзисторы 1 и 2 на затвор транзистора 4 поступает напряжение высокого уровня VDD («1»), в результате чего транзистор Р-типа 4 закрывается. Однако, через открытый транзистор Р-типа 5, на затворе транзистора 3 и на входах первого (9) и второго (10) инверторов удерживается напряжение высокого уровня. Поэтому на выходе OUT преобразователя уровня напряжения сохраняется напряжение низкого уровня GND («0»), и схема переходит в исходное состояние.When the voltage level converter switches to the initial state and the mode of formation of a low level voltage GND ("0") at the output OUT, a direct input signal at the IN inputs and - an inverse input signal, and, therefore, to the gates of
Таким образом, в предлагаемой схеме преобразователя уровня напряжения формирование выходного сигнала высокого уровня VDD («1») на выходе OUT происходит сразу и по цепям только высокой проводимости, что существенно ускоряет время переходного процесса перезаряда выходной емкости и тем самым повышает быстродействие работы схемы.Thus, in the proposed circuit of the voltage level converter, the formation of the output signal of a high level VDD ("1") at the OUT output occurs immediately and through circuits of only high conductivity, which significantly accelerates the transient process of recharging the output capacitance and thereby increases the operating speed of the circuit.
Кроме того, в предлагаемом преобразователе уровня напряжения, в отличие от известного преобразователя уровней сигналов на МДП-транзисторах [1], к одному выходному узлу триггера подключены нагрузки входов первого и второго инверторов и затвор только одного транзистора Р-типа, а к другому выходному узлу триггера подключен затвор только одного транзистора, без затворов транзисторов выходного инвертора, что уменьшает паразитную емкость выходных узлов триггера и дополнительно ускоряет переходный процесс переключения преобразователя уровня напряжения.In addition, in the proposed voltage level converter, in contrast to the known signal level converter on MIS transistors [1], the loads of the inputs of the first and second inverters and the gate of only one P-type transistor are connected to one output node of the trigger, and to the other output node the trigger is connected to the gate of only one transistor, without the gates of the transistors of the output inverter, which reduces the parasitic capacitance of the output nodes of the trigger and further accelerates the transient process of switching the voltage level converter.
ЛитератураLiterature
1. Авторское свидетельство СССР (SU) №1538246, «Преобразователь уровней сигналов на МДП-транзисторах» / В.А. Максимов, А.Е. Заболотный и Я.Я. Петричкович // Бюллетень №3 от 23.01.90.1. USSR author's certificate (SU) No. 1538246, "Converter of signal levels on MIS-transistors" / V.А. Maksimov, A.E. Zabolotny and Ya. Ya. Petrichkovich // Bulletin No. 3 from 23.01.90.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021107990A RU2756445C1 (en) | 2021-03-24 | 2021-03-24 | Voltage level converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021107990A RU2756445C1 (en) | 2021-03-24 | 2021-03-24 | Voltage level converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2756445C1 true RU2756445C1 (en) | 2021-09-30 |
Family
ID=78000237
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021107990A RU2756445C1 (en) | 2021-03-24 | 2021-03-24 | Voltage level converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2756445C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU607342A1 (en) * | 1976-12-27 | 1978-05-15 | Предприятие П/Я Г-4367 | Voltage level switch |
SU1538246A1 (en) * | 1988-04-20 | 1990-01-23 | Организация П/Я В-8466 | Signal level converter with mis transistors |
SU1672437A1 (en) * | 1988-06-03 | 1991-08-23 | Предприятие П/Я А-3791 | Voltages level converter |
US20170288671A1 (en) * | 2014-08-20 | 2017-10-05 | Altera Corporation | Pipelined interconnect circuitry with double data rate interconnections |
-
2021
- 2021-03-24 RU RU2021107990A patent/RU2756445C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU607342A1 (en) * | 1976-12-27 | 1978-05-15 | Предприятие П/Я Г-4367 | Voltage level switch |
SU1538246A1 (en) * | 1988-04-20 | 1990-01-23 | Организация П/Я В-8466 | Signal level converter with mis transistors |
SU1672437A1 (en) * | 1988-06-03 | 1991-08-23 | Предприятие П/Я А-3791 | Voltages level converter |
US20170288671A1 (en) * | 2014-08-20 | 2017-10-05 | Altera Corporation | Pipelined interconnect circuitry with double data rate interconnections |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6985022B2 (en) | Semiconductor device | |
RU2604054C1 (en) | Voltage level converter | |
KR20000004876A (en) | Buffer using mos transistor having dynamic threshold | |
JP2019097179A (en) | Voltage level shifter with low-latency voltage boost circuit | |
US4689505A (en) | High speed bootstrapped CMOS driver | |
CN105958994A (en) | Subthreshold level shifter having wide input voltage range | |
US20030193362A1 (en) | Level shifting circuit | |
US7646233B2 (en) | Level shifting circuit having junction field effect transistors | |
US11632101B1 (en) | Voltage level shifter applicable to very-low voltages | |
US9762216B1 (en) | Level shifter circuit using boosting circuit | |
KR930018855A (en) | "Transistor Transistor Logic (TTL) -Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS)" Conversion Input Buffer Circuit with Double Limit for High Dynamic Current and Low Static Current | |
CN111181546B (en) | High-Speed Voltage-Level Shifter Including Automatic Bootstrapping Cascode Driver | |
RU2380739C1 (en) | Accumulator | |
RU2679186C1 (en) | Voltage level converter | |
RU2756445C1 (en) | Voltage level converter | |
RU2702979C1 (en) | High-voltage voltage level converter | |
RU2739487C1 (en) | Voltage level converter | |
US20080024188A1 (en) | Junction field effect transistor level shifting circuit | |
RU2667798C1 (en) | Voltage level converter | |
RU2632567C1 (en) | Voltage level converter | |
RU2642416C1 (en) | Voltage logical level converter | |
US8860461B2 (en) | Voltage level shifter, decoupler for a voltage level shifter, and voltage shifting method | |
RU2771447C1 (en) | Input register element | |
RU2712422C1 (en) | High-voltage voltage level converter | |
RU2787930C1 (en) | Input register element |