專(zhuān)利名稱(chēng)：使用交叉耦合級(jí)聯(lián)晶體管的電平移位的制作方法
使用交叉耦合級(jí)聯(lián)晶體管的電平移位
背景技術(shù)：
一些電路具有在較低的供應(yīng)電壓運(yùn)行的較低電壓部分和在較高的供應(yīng)電壓運(yùn)行 的較高電壓部分。電平移位器(level-Shifter)將從電路的較低電壓部分(在下文中稱(chēng)為 “控制電路”)接收到的較低電壓控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于控制電路的較高電壓部分(在下文 中稱(chēng)為“被控制電路”)的較高電壓控制信號(hào)。在一些情況下，被控制電路可以有變化的電壓供應(yīng)。有時(shí)候，被控制電路可如以上 解釋的一樣，在高電壓供應(yīng)下運(yùn)行(在下文中稱(chēng)為被控制電路的“高壓環(huán)境”)。但是其他 時(shí)候，被控制電路可在較低電壓供應(yīng)下運(yùn)行，可能甚至在如控制電路的電壓供應(yīng)一樣低或 者低于控制電路的電壓供應(yīng)下運(yùn)行(在下文中稱(chēng)為被控制電路的“低壓環(huán)境”)。例如，電 可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器有時(shí)候可在讀操作的過(guò)程中在低電壓環(huán)境下運(yùn)行，但是可在編程 操作過(guò)程中在高壓環(huán)境下運(yùn)行。 為了支持這個(gè)轉(zhuǎn)換操作，電平移位器和被控制電路常在低壓環(huán)境中開(kāi)始編程操 作。然后，給電平移位器的電壓供應(yīng)升高，導(dǎo)致了被控制電路向高壓環(huán)境的轉(zhuǎn)變。接著，電 壓供應(yīng)再次被降低，導(dǎo)致被控制電路回到低壓環(huán)境。為了正確運(yùn)行，即使是在低壓環(huán)境中，電平移位器的輸出也應(yīng)響應(yīng)于電平移位器 的輸入信號(hào)。也就是說(shuō)，即使電平移位器有較低的電壓供應(yīng)，輸出信號(hào)也應(yīng)轉(zhuǎn)到與輸入信號(hào) 狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
此處描述的實(shí)施方式與電平移位器有關(guān)。雖然不要求，電平移位器可甚至在低壓 供應(yīng)下也能夠快速并可靠地轉(zhuǎn)換。電平移位器包括至少一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)和兩個(gè)中間節(jié)點(diǎn)，該 兩個(gè)中間節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)是輸出節(jié)點(diǎn)，可能地，該兩個(gè)中間節(jié)點(diǎn)兩者都是輸出節(jié)點(diǎn)。該電 路包括兩個(gè)相反極性的供應(yīng)電壓節(jié)點(diǎn)。在每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)和供應(yīng)電壓之間設(shè)置兩個(gè)可選的電 流路徑。該兩個(gè)可選的電流路徑設(shè)置為以互補(bǔ)的方式交替被斷開(kāi)以及傳導(dǎo)電流，以響應(yīng)于 輸入信號(hào)。場(chǎng)效應(yīng)晶體管的網(wǎng)絡(luò)耦合在其他電壓供應(yīng)和中間節(jié)點(diǎn)之間。晶體管的網(wǎng)絡(luò)包括耦合到高(或低，視情況而定)電壓供應(yīng)的上拉(或下拉，視情 況而定)晶體管對(duì)。有兩個(gè)級(jí)聯(lián)晶體管對(duì)耦合在上拉(或下拉)晶體管和對(duì)應(yīng)的中間節(jié)點(diǎn) 之間。一個(gè)級(jí)聯(lián)對(duì)將相應(yīng)的中間節(jié)點(diǎn)與相應(yīng)的上拉(或下拉)晶體管的漏極端耦合。另一 級(jí)聯(lián)對(duì)將該中間節(jié)點(diǎn)與相對(duì)的上拉(下拉)晶體管的柵極端交叉耦合。在這個(gè)交叉耦合的設(shè)置中，下拉晶體管的柵極端的電壓可被拉到更低(或者，在 上拉晶體管的情況中，上拉晶體管的柵極端可被拉到更高)。這使得在給定電壓供應(yīng)下的轉(zhuǎn) 換操作要快速得多，即使是在供應(yīng)電壓相當(dāng)?shù)偷牡碗妷涵h(huán)境中也是如此。這個(gè)概括并非意圖定義權(quán)利要求的主題的關(guān)鍵特征或重要特征，也并非意圖被用 做幫助確定權(quán)利要求的主題的范圍。


為了描述以上所提到的和其他的優(yōu)勢(shì)和特征可能被包含的方式，各種實(shí)施方式的 更特定的描述將通過(guò)引用附圖的方式被呈現(xiàn)。應(yīng)理解這些附圖僅描述示例性的實(shí)施方式， 因此不應(yīng)被理解為本發(fā)明的范圍的限制，實(shí)施方式將通過(guò)使用隨附的以下附圖被更加具體 和詳細(xì)地描述和解釋圖1說(shuō)明了對(duì)應(yīng)于此處所描述的實(shí)施方式的電平移位器電路，該實(shí)施方式包括晶 體管網(wǎng)絡(luò)和兩個(gè)可選的和交替的電流路徑；圖2說(shuō)明了電平移位器的更具體的實(shí)施方式，其中晶體管的網(wǎng)絡(luò)為p型場(chǎng)效應(yīng)晶 體管，其中每個(gè)交替的電流路徑包括由輸入信號(hào)(或者反相的輸入信號(hào))所控制的n型晶 體管和相應(yīng)的n型級(jí)聯(lián)晶體管的串聯(lián)組合；圖3說(shuō)明了圖1的電平移位器的具體的實(shí)施方式，其中晶體管的網(wǎng)絡(luò)是n型場(chǎng)效 應(yīng)晶體管，其中每個(gè)交替電流路徑包括由輸入信號(hào)(或者反相的輸入信號(hào))所控制的P型 晶體管和相應(yīng)的p型級(jí)聯(lián)晶體管的串聯(lián)組合；圖4說(shuō)明了圖1的電平移位器的具體的實(shí)施方式，其中晶體管的網(wǎng)絡(luò)是p型場(chǎng)效 應(yīng)晶體管，其中每個(gè)交替電流路徑包括由輸入信號(hào)(或反相的輸入信號(hào))所控制的單個(gè)的 高壓n型晶體管；圖5說(shuō)明了圖1的電平移位器的具體的實(shí)施方式，其中晶體管的網(wǎng)絡(luò)是n型場(chǎng)效 應(yīng)晶體管，其中每個(gè)交替電流路徑包括由輸入信號(hào)(或反相的輸入信號(hào))所控制的單個(gè)的 高壓P型晶體管；圖6說(shuō)明了圖2和4的電平移位器電路的運(yùn)行中的各種信號(hào)的信號(hào)時(shí)序圖；圖7說(shuō)明了圖3和5的電平移位器電路的運(yùn)行中的各種信號(hào)的信號(hào)時(shí)序圖；圖8說(shuō)明了電平移位器設(shè)置為輸出互補(bǔ)信號(hào)或非互補(bǔ)信號(hào)的可選的實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式此處所描述的實(shí)施方式涉及電平移位器，該電平移位器使用額外的級(jí)聯(lián)晶體管對(duì) 來(lái)驅(qū)動(dòng)上拉(或下拉)晶體管的交叉耦合的柵極端。圖1說(shuō)明了依照此處所描述的原理的 電平移位器100的一個(gè)實(shí)施方式。圖1為電平移位器電路100的電路圖，其包括兩個(gè)電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)101和102。這 些電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)將具有高于另一節(jié)點(diǎn)的較高電壓。但是，為了圖1的普遍化，圖1 的描述中并不指定哪個(gè)電壓更高。而是，在用于描述圖1的普遍慣例中，第一電壓供應(yīng)101 具有“第一極性”而第二供應(yīng)電壓102具有與第一極性相反的“第二極性”。極性可以是“正 的”也可以是“負(fù)的”。就兩個(gè)供應(yīng)電壓中的一特定的供應(yīng)電壓而言，正極性是指該特定的 供應(yīng)電壓高于另一供應(yīng)電壓。另一方面，就兩個(gè)供應(yīng)電壓中的特定的供應(yīng)電壓而言，負(fù)極性 是指該特定的供應(yīng)電壓低于另一供應(yīng)電壓。具有的較高的電壓極性的供應(yīng)電壓甚至無(wú)需高 于大地。而且，具有較低電壓極性的供應(yīng)電壓甚至無(wú)需低于大地。電平移位器電路100包括輸入節(jié)點(diǎn)，輸入信號(hào)應(yīng)用于該輸入節(jié)點(diǎn)。到輸入節(jié)點(diǎn)111 的信號(hào)，例如，可為數(shù)字二進(jìn)制信號(hào)，該數(shù)字二進(jìn)制信號(hào)具有由生成輸入信號(hào)的控制電路的 供應(yīng)電壓所指示的兩個(gè)可能的電壓電平。相應(yīng)地，電平移位器100生成相應(yīng)的輸出信號(hào)，該 輸出信號(hào)也可為具有代表高和/或低數(shù)字二進(jìn)制狀態(tài)的不同電壓電平的數(shù)字二進(jìn)制信號(hào)。有兩個(gè)中間節(jié)點(diǎn)121和122，其中至少有一個(gè)是輸出節(jié)點(diǎn)。但是，在一個(gè)實(shí)施方式中，中間節(jié) 點(diǎn)121和122的每個(gè)代表互補(bǔ)輸出節(jié)點(diǎn)。電平電路100包括兩個(gè)可選的和交替的電流路徑131和132。第一個(gè)可選的電流 路徑131設(shè)置為，在第一極性的信號(hào)出現(xiàn)在輸入節(jié)點(diǎn)111時(shí)，在第一中間節(jié)點(diǎn)121和第二電 壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)102之間傳導(dǎo)大量電流，并設(shè)置為在第二極性的信號(hào)出現(xiàn)在輸入節(jié)點(diǎn)111時(shí)實(shí) 質(zhì)上斷開(kāi)。如果第一電壓供應(yīng)101高于第二電壓供應(yīng)102，“第一極性的信號(hào)”是指高二進(jìn) 制信號(hào)，如果第一電壓供應(yīng)101低于第二電壓供應(yīng)，“第一極性的信號(hào)”是指低二進(jìn)制信號(hào)。 如果第一電壓供應(yīng)101高于第二電壓供應(yīng)102，“第二極性的信號(hào)”是指低二進(jìn)制信號(hào)，如果 第一電壓供應(yīng)101低于第二電壓供應(yīng)，“第二極性的信號(hào)”是指高二進(jìn)制信號(hào)。 第二可選電流路徑132設(shè)置為，在第二極性的信號(hào)出現(xiàn)在輸入節(jié)點(diǎn)時(shí)，在第二中 間節(jié)點(diǎn)122和第二電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)102之間傳導(dǎo)大量電流，并設(shè)置為，在第一極性的信號(hào)出現(xiàn) 在輸入節(jié)點(diǎn)111時(shí)實(shí)質(zhì)上斷開(kāi)。電平電路100還包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管141到146的網(wǎng)絡(luò)140。兩個(gè)晶體管141和142 在第一電壓供應(yīng)101為較高電壓的情況時(shí)為上拉晶體管，或在第一電壓供應(yīng)101為較低電 壓的情況時(shí)為下拉晶體管。晶體管141和142的每個(gè)都具有連接到第一電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)101 的源極端。級(jí)聯(lián)晶體管144和145的每個(gè)都具有連接到對(duì)應(yīng)的上拉或下拉晶體管141和142 的漏極端的源極端。而且，他們的漏極端被連接到對(duì)應(yīng)的中間節(jié)點(diǎn)121和122。另外的一 對(duì)級(jí)聯(lián)晶體管143和146也具有連接到相應(yīng)的中間節(jié)點(diǎn)121和122的漏極端。但是，級(jí)聯(lián) 晶體管143和146的源極端被分別交叉連接到相應(yīng)的上拉或下拉晶體管142和141的柵極 端。進(jìn)一步地，級(jí)聯(lián)晶體管143和144的柵極端被相互連接并被連接到第一偏置電壓VBl。 級(jí)聯(lián)晶體管145和146的柵極端也可被相互連接并連接到第二偏置電壓VB2，該第二偏置電 壓VB2最好與第一偏置電壓VBl相同。如之前所提，第一可選電流路徑131在輸入信號(hào)有一個(gè)二進(jìn)制狀態(tài)時(shí)傳導(dǎo)大量電 流，并且設(shè)置為，在輸入信號(hào)有另一個(gè)二進(jìn)制狀態(tài)實(shí)質(zhì)上斷開(kāi)。第二可選電流路徑132以互 補(bǔ)的方式運(yùn)行。在這個(gè)環(huán)境中，可選的電流路徑在相應(yīng)的中間節(jié)點(diǎn)和第二供應(yīng)電壓節(jié)點(diǎn)之間傳 導(dǎo)大量電流，此時(shí)，足夠的電流被傳導(dǎo)，以致中間節(jié)點(diǎn)的電壓向第二供應(yīng)電壓遷移，使得交 叉耦合晶體管的柵極端的電壓向第二供應(yīng)電壓遷移足夠的電壓，以開(kāi)始導(dǎo)通交叉耦合晶體 管。例如，如果第一可選電流路徑131正傳導(dǎo)大量電流，晶體管142將開(kāi)始導(dǎo)通。同樣地， 如果第二可選電流路徑132正傳導(dǎo)大量電流，晶體管141將開(kāi)始導(dǎo)通。在這個(gè)環(huán)境中，如果電流路徑中有足夠的電流將相應(yīng)的中間節(jié)點(diǎn)上的電壓拉到足 夠?qū)ń徊骜詈舷吕蛏侠w管，可選的電流路徑實(shí)質(zhì)上斷開(kāi)。例如，如果第一可選電流 路徑131實(shí)質(zhì)上斷開(kāi)，在中間節(jié)點(diǎn)121的電壓將足夠能使級(jí)聯(lián)晶體管143的源極電壓和交 叉耦合的晶體管142的柵極電壓足以保持交叉耦合晶體管142截止。同樣地，如果第二可 選電流路徑132實(shí)質(zhì)上斷開(kāi)，中間節(jié)點(diǎn)122的電壓將足夠能使級(jí)聯(lián)晶體管146的源極電壓 和交叉耦合晶體管141的柵極電壓足以保持交叉耦合晶體管141截止。圖2說(shuō)明了圖1的電路100的具體實(shí)施方式
200。圖2的元件201、202、211、221、 222、231、232、241、242、243、244、245 和 246 分別是圖 1 的 101、102、111、121、122、131、132、141、142、143、144、145和146的具體實(shí)施方式
。圖1的第一和第二偏置電壓VB1和VB2被 表現(xiàn)在圖2中，兩者都為相同的電壓VPC1。在這個(gè)實(shí)施方式中，第一極性的晶體管141到 146分別是p型場(chǎng)效應(yīng)晶體管241到246。第一電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)201是高電壓供應(yīng)(這里也 稱(chēng)為+VPP)，第二電壓供應(yīng)202是低電壓供應(yīng)(示為接地)。注意，輸入電壓VIN的電壓電 平在地到VDD之間變化，而輸出電壓V0UT在地到VPP之間變化，從而實(shí)現(xiàn)電平移位功能。在圖2的情況下，第一可選電流路徑231包括nMOS下拉場(chǎng)效應(yīng)晶體管251，該nMOS 下拉場(chǎng)效應(yīng)晶體管251具有接地的源極端，并且其柵極端連接到輸入節(jié)點(diǎn)211。第一可選 電流路徑231還包括n型級(jí)聯(lián)晶體管261，該n型級(jí)聯(lián)晶體管261具有偏置到電壓VNC1的 柵極端，其具有連接到下拉晶體管251的漏極端的源極端，并且具有連接到中間節(jié)點(diǎn)221的 漏極端。在這種情況下，中間節(jié)點(diǎn)221是輸出節(jié)點(diǎn)，其設(shè)計(jì)為輸出輸入電壓VIN的互補(bǔ)電壓 VOUT,但是在電平移位的電壓下輸出。類(lèi)似地，在圖2的情況下，第二可選電流路徑232包括nMOS下拉場(chǎng)效應(yīng)晶體管 252，該nMOS下拉場(chǎng)效應(yīng)晶體管252具有接地的源極端，其具有通過(guò)反相器233連接到輸入 節(jié)點(diǎn)211的柵極端。因此，下拉晶體管252的柵極端接收輸入電壓VIN的二進(jìn)制補(bǔ)碼。第 二可選電流路徑232還包括n型級(jí)聯(lián)晶體管262，該n型級(jí)聯(lián)晶體管262具有偏置到電壓 VNC1的柵極端，具有連接到下拉晶體管252的漏極端的源極端，具有連接到中間節(jié)點(diǎn)222的 漏極端。在這種情況下，中間節(jié)點(diǎn)222是設(shè)計(jì)為跟隨輸入電壓VIN、但是處于電平移位電壓 下的輸出節(jié)點(diǎn)?，F(xiàn)可就圖6的信號(hào)時(shí)序圖600來(lái)描述電平移位器電路200的運(yùn)行。電路時(shí)序圖600 說(shuō)明了幾個(gè)信號(hào)和電壓電平(此處統(tǒng)稱(chēng)為“信號(hào)”)的狀態(tài)，其包括VPP、VNC1、VPC1、VIN、 VOUT和\i「0tJT,并且適用于圖2的運(yùn)行。盡管在圖4的情況中，由于除去了 n型級(jí)聯(lián)晶體 管對(duì)而不再需要偏置電壓VNC1，上述信號(hào)也適用于圖4的情況。首先參考輸入信號(hào)VIN，在時(shí)刻t0，輸入信號(hào)VIN低(在這種情況下為0)。在該條 件下，晶體管251保持截止，從而保持可選電流路徑231斷開(kāi)。偏置電壓VNC1在時(shí)刻t0為 VDD，因此保持晶體管262導(dǎo)通。輸入信號(hào)使用反相器232被反相，從而在晶體管252的柵 極生成高信號(hào)VDD。因此，電流路徑通過(guò)可選電流路徑232被建立，從而保持輸出電壓V0UT 為0伏。VPC1在時(shí)刻t0為低，為0伏，因此晶體管243和244導(dǎo)通。因此節(jié)點(diǎn)272有低電 壓使得晶體管241導(dǎo)通。相應(yīng)地，VOITT通過(guò)經(jīng)晶體管241和244被拉向VPP而保持高 電壓。這意味著節(jié)點(diǎn)271也為高電壓，從而保持晶體管242截止，允許輸出電壓V0UT保持 0伏的低電壓。在時(shí)刻tl，輸入信號(hào)VIN轉(zhuǎn)換到高電壓(到VDD)，并且保持在那個(gè)電壓直到時(shí)刻 t6，在時(shí)刻t6輸入信號(hào)VIN轉(zhuǎn)換到低電壓(回到0伏)。當(dāng)輸入信號(hào)VIN轉(zhuǎn)換到高電壓(到 VDD)時(shí)，輸出信號(hào)V0UT轉(zhuǎn)換到VPP。例如，在時(shí)刻tl的轉(zhuǎn)換的開(kāi)始，晶體管241和244導(dǎo) 通，保持"為高，而晶體管251和261截止，晶體管252和262導(dǎo)通，保持V0UT為低， 而晶體管242和245截止。當(dāng)輸入信號(hào)VIN上升時(shí)，晶體管251導(dǎo)通，其還通過(guò)下拉晶體管 261的源極將晶體管261導(dǎo)通。這兩個(gè)串聯(lián)的晶體管251和261下拉輸出電壓▽QUT。電 流是相當(dāng)大的，原因在于其足夠強(qiáng)以吸收了由導(dǎo)通的晶體管241和244提供的所有電流，同 時(shí)額外地下拉電壓▽OUT。當(dāng)電壓▽CTtTT被下拉時(shí)，節(jié)點(diǎn)271也被部分地下拉，其將開(kāi)始導(dǎo)通晶體管242。這上拉了晶體管245的源極，從而導(dǎo)通了晶體管245。這兩個(gè)串聯(lián)的晶 體管242和245上拉輸出電壓VOUT，晶體管242通過(guò)晶體管245和246和中間節(jié)點(diǎn)222形 成的路徑上拉節(jié)點(diǎn)272。晶體管252和262截止，因?yàn)榫w管252被VIN的反相所驅(qū)動(dòng)。這 允許輸出電壓VOUT —直上升到VPP，上升時(shí)間由VOUT上的電容負(fù)載設(shè)置。當(dāng)節(jié)點(diǎn)272上升 時(shí)，晶體管241將截止，這也將晶體管244截止，允許輸出電壓γ-()1Γ 一直到零，完成所述 轉(zhuǎn)換。特別地，被控制電路的供應(yīng)電壓VPP初始與控制電路的供應(yīng)電壓VDD相同。因此， 從時(shí)刻t0到時(shí)刻t2，電壓VPP與電壓VDD相同。在時(shí)刻t0和t2，偏置電壓VPCl接地，而 偏置電壓VNCl為VDD。但是，從時(shí)刻t2到時(shí)刻t3，供應(yīng)電壓VPCl從VDD轉(zhuǎn)換到某較高的電壓(在這種情 況下大約為11伏)。被聯(lián)系到VPP的輸出電壓V0UT，在時(shí)刻t2和t3之間也從VDD轉(zhuǎn)換到 高電壓(在這種情況下大約為11伏)。在時(shí)刻t2和t3之間，偏置電壓VPCl從0伏轉(zhuǎn)換到 大約6伏，并且近似分?jǐn)?shù)(fractioinally)地跟隨VPP的增長(zhǎng)，而偏置電壓VNCl從VDD再 次轉(zhuǎn)換到大約5伏，并且分?jǐn)?shù)地(fractioinally)跟隨VPP的增長(zhǎng)。用這個(gè)偏置設(shè)置，任何 轉(zhuǎn)換的(柵極到漏極、柵極到源極，以及漏極到源極)的電壓都被限制到約為VPP的一半。 在時(shí)刻t3和t4之間，供應(yīng)電壓VPP被保持在其高值上。電壓V0UT、VPC1和VNCl 都被保持在與他們?cè)跁r(shí)刻t3時(shí)相同的值上。從時(shí)刻t4到時(shí)刻t5，供應(yīng)電壓VPP被減低回到VDD。因此，V0UT、VNC1和VPCl回 到他們?cè)跁r(shí)刻tl和t2之間時(shí)的值上。在時(shí)刻t6，輸入信號(hào)VIN從高(VDD)轉(zhuǎn)換到低(0伏)。因此，VOUT從高(VPP—— 在時(shí)刻t6與VDD相同)到低(0伏)轉(zhuǎn)換。信號(hào)在時(shí)刻t6到t7保持相同。信號(hào)VIN中從 二進(jìn)制高到低的轉(zhuǎn)換使得電路200的狀態(tài)返回到其在時(shí)刻tl以前在時(shí)刻t0時(shí)的狀態(tài)。以前的技術(shù)中，電平移位器電路中沒(méi)有對(duì)應(yīng)于晶體管243和246的交叉耦合對(duì)。而 是，晶體管244和245的源極端被直接連接到晶體管241和242的柵極端。該電路的限制 是，在轉(zhuǎn)換的開(kāi)始，流經(jīng)晶體管241、244、261和251的電流限制了節(jié)點(diǎn)271可被拉低的程度 (在此情況下，節(jié)點(diǎn)271可為晶體管244的源極端和晶體管241的漏極端的之間的連接)。 在沒(méi)有電流流經(jīng)的情況下，節(jié)點(diǎn)271可被拉到的最小值是偏置電壓VPCl之上的pMOS門(mén)限。 有電流流經(jīng)，節(jié)點(diǎn)271的電壓甚至可高于那個(gè)電壓，高出的量由晶體管244的寬長(zhǎng)比(W/L 或大小)確定。節(jié)點(diǎn)271電壓越高，晶體管242就越不那么強(qiáng)地被導(dǎo)通，VOUT的上升轉(zhuǎn)換 就進(jìn)行得越慢。如果節(jié)點(diǎn)271高出某個(gè)值，晶體管242將只停留在截止?fàn)顟B(tài)，或者其導(dǎo)通的 強(qiáng)度將不足以克服VOUT上的漏電流，電路將不再轉(zhuǎn)換。處理這個(gè)限制的一個(gè)方式是增加晶體管244的W/L。但是，在使得其足能夠減小節(jié) 點(diǎn)271的電壓的給定情況下，會(huì)使得W大幅度增加。結(jié)果所得到的面積的增加和節(jié)點(diǎn)271 的額外的電容是所不希望的。圖2，在另一個(gè)方面，用以下的方式處理的原電路的限制。節(jié) 點(diǎn)271，并非被連接到晶體管241和244之間的連接點(diǎn)上，而是連接到增加的晶體管243的 源極端，該增加的晶體管243具有連接到輸出節(jié)點(diǎn) —Ο ΓΓ的漏極端。而且，節(jié)點(diǎn)272，并非 連接到晶體管242和245之間的連接點(diǎn)上，而是連接到增加的晶體管246上，該晶體管246 連接到輸出V0UT。
通過(guò)這些連接，只要\^011了被足夠地下拉，節(jié)點(diǎn)271將很快被拉到其最小值，而 獨(dú)立于流經(jīng)晶體管241、244、261和251的電流。這使得晶體管242較強(qiáng)地導(dǎo)通，并且快速 得多地上拉輸出電壓VOUT和節(jié)點(diǎn)272，這使得晶體管241截止并且所述轉(zhuǎn)換完成。由于節(jié) 點(diǎn)272現(xiàn)被晶體管245而不是被晶體管242上拉，并因此隨VOUT增長(zhǎng)，或在VOUT稍后增長(zhǎng)， 可以想到這有可能使總體上的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換慢下來(lái)。但是，通過(guò)更強(qiáng)并且更快速地導(dǎo)通晶體管 242，至少在有最慢的轉(zhuǎn)換時(shí)間的情況下，總體轉(zhuǎn)換時(shí)間比VOUT的上升與節(jié)點(diǎn)272的上升之 間的輕微延遲要改善得多。圖3說(shuō)明了電平轉(zhuǎn)換電路300，其是圖2中所示的電平轉(zhuǎn)換電路200的互補(bǔ)形式。圖3說(shuō)明了圖1的電路100的另一個(gè)具體的實(shí)施方式300。圖3的元件301、302、 311、321、322、331、332、341、342、343、344、345 和 346 分別是更通用的元件 101、102、111、 121、122、131、132、141、142、143、144、145和146的具體實(shí)施方式
。圖1的第一和第二偏置 電壓VBl和VB2被顯示在圖3中，兩者都是相同的電壓VNC2。偏置電壓VPC2和VNC2也可 相應(yīng)地被調(diào)整以減少通過(guò)晶體管的電壓(VPP)。具體地，圖7說(shuō)明了信號(hào)時(shí)序圖700，該圖示 出了信號(hào)VPP、VNC2、VPC2、VIN、V(JtJT和VOUT可如何在圖3 (還有圖5，盡管信號(hào)VPC2可 不被用于圖5)的環(huán)境中運(yùn)行。在這個(gè)實(shí)施方式中，第一極性的晶體管141到146分別為η 型場(chǎng)效應(yīng)晶體管341到346。電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)101為低電壓供應(yīng)301 (這里也稱(chēng)為——VPP)， 并且電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)102為高電壓供應(yīng)302(示為VDD)。注意到輸入電壓的電壓電平從地到 VDD之間變化，而輸出電壓從-VPP到VDD之間變化，從而完成電平移位功能。通過(guò)允許節(jié)點(diǎn) 371和372的電壓更接近于電壓供應(yīng)302，來(lái)實(shí)現(xiàn)電平移位器電路300的改進(jìn)的范圍。圖4是電平移位器電路400的另一個(gè)實(shí)施方式，并且，除了圖2的可選電流路徑 231的低電壓晶體管251和261被只有單個(gè)高電壓晶體管451的更簡(jiǎn)單的可選電流路徑 431代替外，該實(shí)施方式與圖2的電平移位器電路200相似。類(lèi)似地，圖2的可選電流路徑 232的低電壓晶體管252和262(以及反相器233)被只有單個(gè)高電壓晶體管452連同反相 器433的簡(jiǎn)單的可選電流路徑432代替。圖4的元件401、402、411、421、422、441、442、443、 444,445 和 446 可分別與圖 2 的元件 201、202、211、221、222、241、242、243、244、245 和 246 類(lèi)似。通過(guò)允許節(jié)點(diǎn)471和472的電壓更接近于電壓供應(yīng)402，來(lái)實(shí)現(xiàn)電平移位器電路400 改進(jìn)的范圍。圖5是電平移位器電路500的另一個(gè)實(shí)施方式，并且，除了圖3的可選電流路徑 331的低電壓晶體管351和361被只有單個(gè)高電壓晶體管551的更簡(jiǎn)單的可選電流路徑531 代替外，該實(shí)施方式與圖3的電平移位器電路300相似。類(lèi)似地，圖3的可選電流路徑332 的低電壓晶體管352和362(連同反相器333)被只有單個(gè)高電壓晶體管552和反相器533 的更簡(jiǎn)單的可選電流路徑532代替。圖5的元件5 01、502、511、521、522、541、542、543、544、 545 和 546 可分別類(lèi)似于圖 3 的元件 301、302、311、321、322、341、342、343、344、345 和 346。 通過(guò)允許節(jié)點(diǎn)571和572的電壓更接近于電壓供應(yīng)502來(lái)實(shí)現(xiàn)電平移位器電路500的改進(jìn) 的范圍。即使當(dāng)輸出信號(hào)電平的電壓差接近于或甚至低于輸入信號(hào)電平的電壓差時(shí)，此處 所描述的電平移位器電路也允許快速且可靠地進(jìn)行電平移位轉(zhuǎn)換。電平移位器電路200、300、400和500輸出互補(bǔ)的輸出信號(hào)。圖8說(shuō)明了可配置的 電平移位器電路800，除了該電路可被配置為輸出互補(bǔ)的輸出信號(hào)或非互補(bǔ)的輸出信號(hào)外，所述可配置的電平移位器電路800與圖2的電平移位器電路200相似。在圖8中，與圖2 的元件相似的元件被標(biāo)記為使用與圖2中所用的標(biāo)號(hào)相同的標(biāo)號(hào)。另外，在兩個(gè)輸入端811 和812之間沒(méi)有采用反相器，代之以如所示出的那樣被配置并且接收兩個(gè)輸入信號(hào)vmi和 VIN2的或非門(mén)801和802。設(shè)置了另一組p型場(chǎng)效應(yīng)晶體管841和842，其中虛線標(biāo)示出 晶體管841和842可連接的位置。晶體管841和842的柵極端的每個(gè)都接收第三輸入信號(hào) VIN3，該第三輸入信號(hào)是邏輯信號(hào)VIN2的電平移位和反相后的版本。在運(yùn)行中，當(dāng)VIN2等于0伏，VIN3等于VPP時(shí)，電路800以與圖2的電路200所 描述的相同的方式運(yùn)行。但是，當(dāng)VIN2等于VDD，VIN3(約)等于VPP減3伏時(shí)，通過(guò)晶體 管251和252的電流路徑都被斷開(kāi)，從而V0UT和\^5"|11"兩者通過(guò)晶體管841和842都被 拉高到電壓供應(yīng)201的電壓。本發(fā)明可以其他具體的形式被實(shí)施而不偏離其精神或本質(zhì)特征。所描述的實(shí)施方 式可僅作為說(shuō)明性的和非限制性的實(shí)施方式在所有的方面被考慮。因此，本發(fā)明的范圍是 被所附的權(quán)利要求所表明的，而非通過(guò)之前的描述被表明。所有來(lái)自權(quán)利要求的等同替換 的意義和范圍內(nèi)的改變都被包括在其范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種電平移位器電路，其包括第一極性的第一電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)；與第一極性相反的第二極性的第二電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)；輸入節(jié)點(diǎn)；第一中間節(jié)點(diǎn)和第二中間節(jié)點(diǎn)，該第一中間節(jié)點(diǎn)和第二中間節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)是輸出節(jié)點(diǎn)；第一可選電流路徑，該第一可選電流路徑設(shè)置為在所述第一極性的信號(hào)出現(xiàn)在所述輸入節(jié)點(diǎn)時(shí)在所述第一中間節(jié)點(diǎn)與所述第二電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)之間實(shí)質(zhì)上傳導(dǎo)電流，并且設(shè)置為在所述第二極性的信號(hào)出現(xiàn)在所述輸入節(jié)點(diǎn)時(shí)實(shí)質(zhì)上斷開(kāi)；第二可選電流路徑，該第二可選電流路徑設(shè)置為在所述第二極性的信號(hào)出現(xiàn)在所述輸入節(jié)點(diǎn)時(shí)在所述第二中間節(jié)點(diǎn)和所述第二電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)之間實(shí)質(zhì)上傳導(dǎo)電流，并且設(shè)置為在所述第一極性的信號(hào)出現(xiàn)在所述輸入節(jié)點(diǎn)時(shí)實(shí)質(zhì)上斷開(kāi)；以及多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的每個(gè)都是所述第一極性的，并且該多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的每個(gè)都具有柵極端、源極端和漏極端，所述多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括第一晶體管，該第一晶體管具有連接到所述第一電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)的源極端；第二晶體管，該第二晶體管具有連接到所述第一電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)的源極端；第三晶體管，該第三晶體管具有連接到所述第二晶體管的柵極端的源極端以及連接到所述第一中間節(jié)點(diǎn)的漏極端；第四晶體管，該第四晶體管具有連接到所述第一晶體管的漏極端的源極端，所述第四晶體管的漏極端連接到所述第一中間節(jié)點(diǎn)，所述第四晶體管的柵極端連接到所述第三晶體管的柵極端并且連接到提供第一偏置電壓的第一偏置電壓源；第五晶體管，該第五晶體管具有連接到所述第二晶體管的漏極端的源極端以及連接到所述第二中間節(jié)點(diǎn)的漏極端；以及第六晶體管，該第六晶體管具有連接到所述第一晶體管的柵極端的源極端，所述第六晶體管的漏極端連接到所述第二中間節(jié)點(diǎn)，所述第六晶體管的柵極端連接到所述第五晶體管的柵極端并且連接到提供第二偏置電壓的第二偏置電壓源。
2.如權(quán)利要求1所述的電平移位器電路，其中，所述第一偏置電壓源和所述第二偏置 電壓源是相同的，從而為所述第三、第四、第五和第六晶體管中的每個(gè)的柵極端提供相同的 偏置電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的電平移位器電路，其中，所述第一可選電流路徑包括所述第二 極性的多個(gè)晶體管，該多個(gè)晶體管中的每個(gè)都具有柵極端、源極端和漏極端，所述第二極性 的所述多個(gè)晶體管包括所述第二極性的第一晶體管，該第一晶體管具有是所述輸入節(jié)點(diǎn)的柵極端，所述第二 極性的所述第一晶體管的源極端連接到所述第二電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)；以及所述第二極性的第二晶體管，該第二晶體管具有連接到所述第二極性的所述第一晶體 管的漏極端的源極端、具有連接到所述第一中間節(jié)點(diǎn)的漏極端，并且具有連接到提供第三 偏置電壓的第三偏置電壓源的柵極端。
4.如權(quán)利要求3所述的電平移位器電路，其中，所述第一電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)耦合到可變電 壓供應(yīng)電路，該可變電壓供應(yīng)電路設(shè)置為在運(yùn)行過(guò)程中為所述第一電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)提供可變電壓，其中所述第一、第二和第三偏置電壓依賴(lài)于所述可變電壓。
5.如權(quán)利要求3所述的電平移位器電路，其還包括反相器，該反相器具有連接到所述 輸入節(jié)點(diǎn)的輸入端，其中所述第二極性的所述多個(gè)晶體管是所述第二極性的第一多個(gè)晶體管，其中所述第二可選電流路徑包括所述第二極性的第二多個(gè)晶體管，該第二多個(gè)晶體管 中的每個(gè)都具有柵極端、源極端和漏極端，所述第二極性的所述第二多個(gè)晶體管包括所述第二極性的第三晶體管，該第三晶體管具有連接到所述反相器的輸出端的柵極 端，所述第二極性的所述第三晶體管的源極端連接到所述第二電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)；以及所述第二極性的第四晶體管，該第四晶體管具有連接到所述第二極性的所述第三晶體 管的漏極端的源極端，具有連接到所述第二中間節(jié)點(diǎn)的漏極端，并具有連接到所述第三偏 置電壓源的柵極端。
6.如權(quán)利要求1所述的電平移位器電路，其中所述第一可選電流路徑包括所述第二極 性的高電壓晶體管，該高電壓晶體管具有柵極端、源極端和漏極端，所述第二極性的所述高 電壓晶體管的柵極端是所述輸入節(jié)點(diǎn)，所述第二極性的所述高電壓晶體管的源極端連接到 所述第二電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)，所述第二極性的所述高電壓晶體管的漏極端連接到所述第一中間 節(jié)點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求6所述的電平移位器電路，其還包括反相器，該反相器具有連接到所述 輸入節(jié)點(diǎn)的輸入端，其中，所述第二極性的所述高電壓晶體管是所述第二極性的第一高電壓晶體管，其中所述第二可選電流路徑包括所述第二極性的第二高電壓晶體管，該第二高電壓晶 體管具有柵極端、源極端和漏極端，所述第二極性的所述第二高電壓晶體管的柵極端連接 到所述反相器的輸出端，所述第二極性的所述第二高電壓晶體管的源極端連接到所述第二 電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)，并且所述第二極性的所述第二高電壓晶體管的漏極端連接到所述第二中間 節(jié)點(diǎn)。
8.一種用于操作電平移位器電路的方法，，該電平移位器電路包括第一極性的第一電 壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)；與所述第一極性相反的第二極性的第二電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)；輸入節(jié)點(diǎn)；第一中間 節(jié)點(diǎn)和第二中間節(jié)點(diǎn)，該第一中間節(jié)點(diǎn)和第二中間節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)是輸出節(jié)點(diǎn)；第一可 選電流路徑，該第一可選電流路徑設(shè)置為在所述第一極性的信號(hào)出現(xiàn)在所述輸入節(jié)點(diǎn)時(shí)在 所述第一中間節(jié)點(diǎn)與所述第二電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)之間實(shí)質(zhì)上傳導(dǎo)電流，并且設(shè)置為在所述第二 極性的信號(hào)出現(xiàn)在所述輸入節(jié)點(diǎn)時(shí)實(shí)質(zhì)上斷開(kāi)；第二可選電流路徑，該第二可選電流路徑 設(shè)置為在所述第二極性的信號(hào)出現(xiàn)在所述輸入節(jié)點(diǎn)時(shí)在所述第二中間節(jié)點(diǎn)和所述第二電 壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)之間實(shí)質(zhì)上傳導(dǎo)電流，并且設(shè)置為在所述第一極性的信號(hào)出現(xiàn)在所述輸入節(jié)點(diǎn) 時(shí)實(shí)質(zhì)上斷開(kāi)；以及多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的每個(gè)都是所述第一極性的， 并且該多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的每個(gè)都具有柵極端、源極端和漏極端，所述多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管 包括第一晶體管，該第一晶體管具有連接到所述第一電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)的源極端；第二晶體 管，該第二晶體管具有連接到所述第一電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)的源極端；第三晶體管，該第三晶體管 具有連接到所述第二晶體管的柵極端的源極端以及連接到所述第一中間節(jié)點(diǎn)的漏極端；第 四晶體管，該第四晶體管具有連接到所述第一晶體管的漏極端的源極端，所述第四晶體管 的漏極端連接到所述第一中間節(jié)點(diǎn)，所述第四晶體管的柵極端連接到所述第三晶體管的柵極端并且連接到提供第一偏置電壓的第一偏置電壓源；第五晶體管，該第五晶體管具有連 接到所述第二晶體管的漏極端的源極端以及連接到所述第二中間節(jié)點(diǎn)的漏極端；以及第六 晶體管，該第六晶體管具有連接到所述第一晶體管的柵極端的源極端，所述第六晶體管的 漏極端連接到所述第二中間節(jié)點(diǎn)，所述第六晶體管的柵極端連接到所述第五晶體管的柵極 端并且連接到提供第二偏置電壓的第二偏置電壓源，所述方法包括將所述第一極性的輸入信號(hào)應(yīng)用到所述輸入節(jié)點(diǎn)的操作，從而使得所述第一中間節(jié)點(diǎn) 被拉向應(yīng)用在所述第二電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)上的電壓，并且從而使得所述第二中間節(jié)點(diǎn)被拉向應(yīng) 用在所述第一電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)處的電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括在將所述第一極性的輸入信號(hào)應(yīng)用到所述輸入節(jié)點(diǎn)的操作的過(guò)程中，將第一供應(yīng)電壓 在所述第一極性中調(diào)整到更強(qiáng)的操作。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括在將所述第一供應(yīng)電壓在所述第一極性中調(diào)整到更強(qiáng)的操作的過(guò)程中，使所述第一和 第二偏置電壓分?jǐn)?shù)地跟隨所述第一供應(yīng)電壓的操作。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用交叉耦合級(jí)聯(lián)晶體管的電平移位。電平移位器電路能夠在低電壓下運(yùn)行。兩個(gè)互補(bǔ)的電流路徑設(shè)置在兩個(gè)中間節(jié)點(diǎn)(至少其中的一個(gè)是輸出節(jié)點(diǎn))中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)和供應(yīng)電壓中的一個(gè)之間。場(chǎng)效應(yīng)晶體管的網(wǎng)絡(luò)耦合在另一的電壓供應(yīng)和中間節(jié)點(diǎn)之間。晶體管包括與高(或低，視情況而定)電壓供應(yīng)耦合的上拉(或下拉，視情況而定)晶體管對(duì)。有兩個(gè)級(jí)聯(lián)晶體管對(duì)耦合在上拉(或下拉)晶體管和相應(yīng)的中間節(jié)點(diǎn)之間。一個(gè)級(jí)聯(lián)對(duì)將相應(yīng)中間節(jié)點(diǎn)耦合到相應(yīng)上拉(下拉)晶體管的漏極端。另一個(gè)級(jí)聯(lián)對(duì)將中間節(jié)點(diǎn)交叉耦合到相對(duì)的上拉(或下拉)晶體管的柵極端。
文檔編號(hào)H03K19/0185GK101873129SQ20101015080
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日
發(fā)明者C·A·艾德蒙森, J·J·沃爾什 申請(qǐng)人:半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責(zé)任公司