专利名称：从低电压区域向高电压区域转换信号的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及信号转换，特别涉及从低电压区域向高电压区域转换信号。
背景技术：
随着信息通信速度的增加，能够以高速进行电压区域之间的转换变得越来越重要。此外，由于这种转换会耗用大量电能，因此效率对于这种转换而言很重要。因而，需要消耗电能更少的高频方案，来从高电压区域转换到低电压区域。
发明内容
在本发明的一个实施例中，一种用于从低电压区域向高电压区域转换信号的方法，包括接收处于低电压区域的输入信号，以及使用该输入信号，控制具有第一载流子类型的第一晶体管，具有不同于第一载流子类型的第二载流子的第二晶体管，以及具有第二载流子类型的第三晶体管，以在输出端产生输出电压。该第一晶体管连接至输出端并且还连接至第一电压，该第一电压对应于处于高电压区域的第一值。该第二和第三晶体管串联连接在输出端和第二电压之间，该第二电压对应于处于高电压区域的第二值。基于该输入信号，将该输出电压选择为对应于第一电压或第二电压。
本发明具体实施例的重要技术优点包括高速操作。根据具体实施例，一种用于从低电压区域向高电压区域转换的电路可包括高速晶体管，特别是NMOS晶体管，因此可降低元件的响应时间并使电路能够响应GHz量级的频率。这种元件结构可允许电路在处理高频信号中获得更大的准确性。
本发明具体实施例的另一优点是降低功耗。在操作周期中，根据本发明具体实施例的电路不要求元件持续被驱动(powered)。这些实施例可消耗更低的总功率，因此，保留的功率可用于系统的其他元件，并且有可能降低操作该系统的总成本。这可为那些要求元件持续被驱动的电路提供有利条件，如使用电流镜加载的变换器。这些及其他的方案可助于实现如高速通信等应用。
从附图、说明书和权利要求书，对于本领域的技术人员而言其他技术优点会变得显而易见。此外，上面已经列举了具体的优点，同时具体实施例可包括部分或所有列举的优点，也可不包括列举的优点。
图1示出了用于从低电压区域向高电压区域转换信号的电路；以及图2示出了所述电路的操作方法的实例。
具体实施例方式
图1示出了用于将输入信号101从低电压区域转换到高电压区域的电路100。电路100连接至高电压110和地或公用电压112。电路100将输入信号101从低电压区域转换到高电压区域。例如，低电压区域约为1.25伏，而对应高电压110的高电压区域约为2.5伏。在所述实施例中，电路100包括反相NAND门102，反相器104，以及示出为晶体管106、108、114、116和118的几个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。电路100也包括输出放大器120。
反相NAND门102对输入信号101和功率降低信号(power down signal)进行逻辑NAND运算。功率降低信号或关断或触发电路100，以在电路100不工作时节省电力。功率降低信号具有对应低电压区域的高值和低值。反相NAND门102可包括任何合适的电子元件，包括晶体管、电阻和其他元件。
反相器104代表任何适于使反相NAND门102的输出反相的元件。通过将输出信号供给那些晶体管的各个栅极，此反相后的输出依次用于控制晶体管114和118。此外，反相器104在来自反相NAND门102的输出信号中引入延迟周期，从而使直接从NAND门102发出的控制信号能够先于反相器104的输出一个或更多周期到达控制元件。
控制晶体管106和108可以是任何载流子类型的任何类型的晶体管。例如，控制晶体管106和108可以是正载流子型(PMOS)或负载流子型(NMOS)的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETs)。在所述实施例中，控制晶体管106和108分别是PMOS和NMOS晶体管。控制晶体管106和108以它们各自的栅极端连接至反相NAND门102的输出。因此，控制晶体管106和108均被反相NAND门102的输出控制。控制晶体管106也连接至反相器104的输出，而允许控制晶体管106控制该输出的作用。控制晶体管108连接至公用电压112，当控制晶体管108被触发时，允许控制晶体管108降低电压至公用电压112。这种结合允许晶体管106和108控制晶体管118的操作。
晶体管114、116和118表示任何合适的具有任何主要载流子类型(一般作为“载流子类型”)的晶体管。例如，晶体管114、116和118可是正载流子型(PMOS)或负载流子型(NMOS)的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETs)。因此，例如，如果晶体管114为PMOS，则晶体管116和118可以是NMOS晶体管。由于NMOS典型地具有比PMOS晶体管更快的响应时间，晶体管116和118是NMOS晶体管有利于提高电路100的响应速度。在所述实施例中，晶体管114和116在输出端119处连接在一起。晶体管114还连接至高电压110和输出放大器120的输入。因此，晶体管114将施加在输出放大器120上的电压升高到高电压110。晶体管116和118串联连接在输出端119和公用电压112之间。晶体管116和118的结构允许这些晶体管将施加在输出放大器120的输入上的电压带到公用电压120。
输出放大器表示任何放大元件，用以增加由晶体管114、116和118在其输入端处产生的电压振幅。输出放大器典型地具有比电路100更小的特征响应时间。因而，为了给输出放大器120足够时间来放大信号，由输出放大器120分给电路100的输出的额外电压通常远小于电压区域之间的电压差。输出放大器120的输入对应于晶体管114、116和118的集电极(collection)的输出端119。
在操作中，电路100响应处于低电压的输入信号101，产生处于高电压110的输出信号。如果输入信号101低，则反相NAND门102产生高输出，当晶体管114被触发时，所述高输出被反相器104反相为低输出。反相NAND门102的高输出关闭晶体管106并打开晶体管108，这样关闭了晶体管118。这具有将输出端119推至高电压110的作用。
如果输入信号101为高，则反相NAND门102产生低输出，所述低输出被反相器104反相为高输出。这弱触发了晶体管114。反相NAND门102的输出打开晶体管106并关闭晶体管108，这样打开了晶体管118。晶体管116和118的结合作用将输出端119下拉至公用电压112，因此产生了低输出。
所述具体电路100仅仅是多个可能实施例之一，其中每一个均可包括许多变化。例如，其他合适的元件可用于替换反相NAND门102和反相器104，来为晶体管114、116和118产生合适的控制信号和定时。一般而言，不同的控制结构可用于触发和复位晶体管114、116和118，从而例如控制晶体管106和108可替换为电路元件的适当结合，例如反相器、二极管等。同时，晶体管114、116和118可替换为不同类型的晶体管，例如具有不同载流子类型的晶体管。这些实施例应理解为包含在所述电路100的范围之内。
图2为流程图200，示出了电路100操作方法的实例。在步骤202，电路100接收输入信号101。输入信号101对电路100的作用取决于输入信号101是高还是低，如确定步骤204所示。如果输入信号101为低，则在步骤206连接至高电压110的晶体管114被触发。在步骤208，输入信号101同时复位晶体管106并触发晶体管108。在步骤210，控制晶体管106和108依次降低晶体管118的栅压，这使晶体管116和118的串接复位。由于触发晶体管114的同时使晶体管116和118的串接复位，所以在步骤212，晶体管将输出端119的电压升高到高。
另一方面，如果输入信号为高，则在步骤214晶体管114仅被弱触发。在步骤216控制晶体管106被触发并且晶体管108被复位。这允许在步骤218来自反相器104的输出信号触发晶体管118。在步骤220，与晶体管114的复位相伴随的晶体管108的触发依次允许晶体管116和118的串接将输出端119处的电压降低至公用电压112。
在输出端119处的电压被设置为高或低之后，在步骤222，输出放大器120放大该信号。如果电路100继续接收输入信号101，则可从步骤202起重复该方法，如确定步骤224所示。否则，该方法结束。应当理解所述操作方法仅为对于各种实施例可以构思的许多可行操作方法的一个实例。特别是与任何上述实施例相符的操作方法应当理解为在这种实施里的范围内构思。
尽管本发明已描述几个实施例，但对于本领域的技术人员，无数的变化、改动、改变、转换和修改可被提出，并且本发明旨在包含落入所附权利要求范围内的这种变化、改动、改变、转换和修改。
权利要求
1.一种用于从低电压区域向高电压区域转换信号的方法，其特征在于包括接收处于低电压区域的输入信号；以及使用该输入信号，控制具有第一载流子类型的第一晶体管、具有不同于第一载流子类型的第二载流子类型的第二晶体管，以及具有该第二载流子类型的第三晶体管，以在输出端产生输出电压，其中该第一晶体管连接至该输出端并且还连接至第一电压，该第一电压对应于处于高电压区域的第一值；该第二和第三晶体管串联连接在该输出端和第二电压之间，该第二电压对应于处于高电压区域的第二值；以及基于该输入信号，将该输出电压选择为对应于该第一电压或者该第二电压。
2.如权利要求1所述的方法，还包括以一电压量放大该输出电压，该电压量小于该高电压区域和该低电压区域的最大值之间的差，该高电压区域的最大值至少为该低电压区域的最大值的两倍。
3.如权利要求1所述的方法，其中在逻辑门处接收该输入信号，该逻辑门用于对该输入信号进行逻辑运算；以及该方法还包括在使用该输入信号控制该晶体管之前，对该输入信号施加该逻辑门的逻辑运算。
4.如权利要求1所述的方法，其中该低电压区域的高值为1.25伏；以及该高电压区域的高值为2.5伏。
5.如权利要求1所述的方法，其中该控制步骤包括将该输入信号施加至至少一个控制晶体管，该控制晶体管用于控制该第二和第三晶体管中的至少一个。
6.如权利要求5所述的方法，其中该方法还包括将该输入信号分成两部分，其中，该输入信号的第一部分施加至该控制晶体管；将该输入信号的第二部分反相；以及将该输入信号的第二部分施加至该第一晶体管的栅极端。
7.如权利要求1所述的方法，其中该输入信号的频率大于1GHz。
8.一种用于从低电压区域向高电压区域转换信号的电路，其特征在于包括接收器，用于接收处于低电压区域的输入信号；以及第一晶体管，具有第一载流子类型，其中该第一晶体管连接至输出端并且还连接至第一电压，该第一电压对应于处于高电压区域的第一值；第二晶体管，具有不同于该第一载流子类型的第二载流子类型；第三晶体管，具有该第二载流子类型，其中该第二和第三晶体管串联连接在输出端和第二电压之间，该第二电压对应于处于高电压区域的第二值；以及控制结构，用于控制该第一、第二和第三晶体管，以响应于该输入信号在该输出端产生对应于该第一电压或该第二电压的输出。
9.如权利要求8所述的电路，还包括输出放大器，用于以一电压量放大该输出电压，该电压量小于该高电压区域和该低电压区域的最大值之间的差，该高电压区域的最大值至少为该低电压区域的最大值的两倍。
10.如权利要求8所述的电路，其中该接收器包括用于对该输入信号施加逻辑门运算的逻辑门。
11.如权利要求8所述的电路，其中该低电压区域的高值为1.25伏；以及该高电压区域的高值为2.5伏。
12.如权利要求8所述的电路，其中该控制结构包括至少一个控制晶体管，该控制晶体管用于控制该第二和第三晶体管中的至少一个。
13.如权利要求12所述的电路，其中该接收器还用于将该输入信号分成两部分；该控制结构还用于将该输入信号的第一部分施加至该控制晶体管；该控制结构还包括反相器，用于将该输入信号的第二部分反相；以及该控制结构还用于将该输入信号的第二部分施加至该第一晶体管的栅极端。
14.如权利要求8所述的电路，其中该输入信号频率大于1GHz。
15.一种用于从低电压区域向高电压区域转换信号的电路，其特征在于包括用于接收处于低电压区域的输入信号的装置；以及用于控制第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管以使用该输入信号在输出端产生输出电压的装置，该第一晶体管具有第一载流子类型，该第二晶体管具有不同于该第一载流子类型的第二载流子类型，以及该第三晶体管具有该第二载流子类型，其中该第一晶体管连接至该输出端并且还连接至第一电压，该第一电压对应于处于高电压区域的第一值；该第二和第三晶体管串联连接在该输出端和第二电压之间，该第二电压对应于处于高电压区域的第二值；以及基于该输入信号，将该输出电压选择为对应于该第一电压或第二电压。
16.如权利要求15所述的电路，还包括用于以一电压量放大该输出电压的装置，该电压量小于该高电压区域和该低电压区域的最大值之间的差，该高电压区域的最大值至少为该低电压区域的最大值的两倍。
17.如权利要求15所述的电路，还包括用于在所述晶体管被控制装置控制之前，对该输入信号施加逻辑运算的装置。
18.一种用于从低电压区域向高电压区域转换的电路，其特征在于包括反相NAND门；反相器，连接至该反相NAND门；第一晶体管，具有第一载流子类型，该第一晶体管连接至对应于处于高电压区域的高值的高电压，并且还连接至输出端以及在该第一晶体管的栅极端处的该反相器；第二晶体管，具有不同于该第一载流子类型的第二载流子类型，连接至该输出端；第三晶体管，具有该第二载流子类型，其与该第二晶体管串联连接在该输出端和低电压之间，该低电压对应于处于高电压区域的低值；第四晶体管，连接至在该第四晶体管的栅极端处的该反相器，并且还连接至该第三晶体管的栅极端；以及第五晶体管，连接至在该第五晶体管的栅极端处的该反相NAND门，并且还连接至该第二电压和该第三晶体管的栅极端。
19.如权利要求18所述的电路，其中该第一、第二、第三、第四和第五晶体管都是金属氧化物半导体场效应晶体管；该第一和第四晶体管为正载流子类型金属氧化物半导体场效应晶体管；以及该第二、第三和第五晶体管为负载流子型金属氧化物半导体场效应晶体管。
20.如权利要求18所述的电路，还包括输出放大器，用于以一量放大该输出电压，该量基本上小于该高电压区域和该低电压区域的最大值之间的差。
全文摘要
本发明提供一种用于从低电压区域向高电压区域转换信号的方法，包括接收处于低电压区域中的输入信号，以及使用该输入信号，控制具有第一载流子类型的第一晶体管，具有不同于第一载流子类型的第二载流子的第二晶体管，以及具有第二载流子类型的第三晶体管，以在输出端产生输出电压。该第一晶体管连接至输出端并且还连接至第一电压，该第一电压对应于处于高电压区域的第一值。该第二和第三晶体管串联连接在输出端和第二电压之间，该第二电压对应于处于高电压区域的第二值。基于该输入信号，将该输出电压选择为对应于第一电压或第二电压。
文档编号H03K19/01GK1658505SQ200510008089
公开日2005年8月24日 申请日期2005年2月16日 优先权日2004年2月20日
发明者姜建华 申请人:富士通株式会社