二段式电压位移模块的制作方法

专利名称：二段式电压位移模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电压位移模块，特别涉及一种可用于使用不同偏压的多 种输出入装置的二段式电压位移模块。
背景技术：
随着集成电路的发展，在集成电路的工艺中，集成电路的体积大小正逐 渐往下探底，因此使用于集成电路的偏压也必须要适应体积大小逐渐递减的 工艺而同步缩减。在这样的趋势之下，以具有较小偏压的集成电路驱动与联 具有较高偏压的外接装置的情况越来越多，然而，这些外接装置通常不会随着集成电路工艺的演进减少其偏压，或是跟不上集成电路工艺递减偏压的脚步。此类的外接装置包含了一般的输出入(Input/Output， 1/0)装置。如以上 所述，若直接以具有较低偏压的集成电路来驱动与联系具有较高偏压的外接 装置时，以一般的手段是无法顺利运作的。为了解决这样的问题，在现有技 术中会在集成电路内另外设置电压位移电路，以将集成电路较小的偏压转换 为适合外接装置的较高偏压来操作外接装置。然而，这样的电压位移电路也带来了新的问题。首先，由于集成电路在 工艺上不断的缩小其体积，集成电路包含的金属氧化物半导体场效应晶体管 中栅极氧化层的厚度也会同步递减，并造成栅极电压的上限也逐渐降低，此 是因超过上限的栅极电压会引起金属氧化物半导体场效应晶体管内栅极氧化 层崩溃(gate oxide breakdown)的发生。再者，上述的电压位移电^^实质上 只是提高了集成电路偏压范围的上限，而并没有对偏压范围的下限做更动， 换言之，该偏压范围只有数字逻辑1所代表的电压被提高，但数字逻辑0所 代表的电压并没有任何变动。举例来说，将集成电路原本的偏压范围为0伏 特至1.8伏特的提升到0伏特至3. 3伏特，其中，数字逻辑l所代表的电压 由1. 8伏特提升至3. 3伏特以适应外接装置，且数字逻辑0所代表的电压即 为0伏特。然而，当集成电路的偏压范围提升时，会使得其包含的金属氧化 物半导体场效应晶体管的栅极与源极电压差极易造成栅极氧化层崩溃的现象，并造成栅极氧化层的永久性伤害。因此可知，现有技术在集成电路内设置电压位移电路的作法仍然有需要改进的必要。若以0. 18微米工艺下的金氧 化晶体管而言，3. 3伏特的电压差相当容易导致栅极氧化层崩溃的现象。请参阅图1，其为一种现有技术中可增加电压范围上限的电压位移电路 100的示意图。如图1所示，电压位移电路IOO包含一反逻辑运算放大器102， 一第一N型金属氧化物半导体场效应晶体管104, —第二N型金属氧化物半 导体场效应晶体管106， 一第三N型金属氧化物半导体场效应晶体管108, — 第四N型金属氧化物半导体场效应晶体管110， 一第一P型金属氧化物半导 体场效应晶体管112，以及一第二P型金属氧化物半导体场效应晶体管114。 反逻辑运算放大器102的正偏压端耦接一电压源VDD1，负偏压端接地，且输 入端耦接于一信号源I叩ut。信号源Input的电压大小在接地与电压源VDD1 的电位之间。第一 N型金属氧化物半导体场效应晶体管104的栅极耦接于反 逻辑运算放大器102的输出端，且源极接地。第二N型金属氧化物半导体场 效应晶体管106的栅极耦接于信号源Input,且源极接地。第三N型金属氧 化物半导体场效应晶体管108的源极耦接于第一N型金属氧化物半导体场效 应晶体管104的漏极，且栅极耦接于一电压源VDD2。其中，电压源VDD2的 电位高于电压源VDD1的电位。第四N型金属氧化物半导体场效应晶体管110 的源极耦接于第二N型金属氧化物半导体场效应晶体管106的漏极，且栅极 耦接于第三N型金属氧化物半导体场效应晶体管108的栅极。第一 P型金属 氧化物半导体场效应晶体管112的漏极耦接于第三N型金属氧化物半导体场 效应晶体管108的漏极，栅极耦接于第四N型金属氧化物半导体场效应晶体 管110的漏极，且源极耦接于一电压源VDDIO。电压源VDDIO的电位高于电 压源VDD2。第二P型金属氧化物半导体场效应晶体管114的漏极耦接于第四 N型金属氧化物半导体场效应晶体管110的漏极，栅极耦接于第三N型金属 氧化物半导体场效应晶体管108的漏极，且源极耦接于电压源VDDIO。电压位移电路100主要是用来以将信号源Input所输入的电压上限提高 来增加信号源Input所输入的电压范围。在图1中叙述电压位移电路IOO的 运作方式时，是假设电压源VDD1的电位为1. 0伏特，电压源VDD2的电位为 2. 5伏特，电压源VDDIO的电位为3. 3伏特，且信号源Input是输入电位介 于0伏特与1. 0伏特之间的信号以输入数字逻辑为0或1的信号。反逻辑运 算放大器102藉由偏压在0伏特(即接地端)与电压源VDD1之间，将所输出的电压可完整的拉高至1. 0伏特或是降低至0伏特，其中，反逻辑运算放大器102可视为以一运算放大器外接一反向器(inverter)来实施，以将高电位的 电压完全转为低电位的电压，或是将低电位的电压完全转为高电位的电压， 此是为了可以清楚辨识电压代表高电位或是低电位的作法，故不再加以赘述。 电压位移电路100的运作方式如以下所述当信号源Input输入数字逻辑为 1的信号时，第一 N型金属氧化物半导体场效应晶体管104的栅极处于低电 位，且第二N型金属氧化物半导体场效应晶体管106的栅极处于高电位，因 此第一N型金属氧化物半导体场效应晶体管104会处于关闭状态，且第二N 型金属氧化物半导体场效应晶体管106会处于开启状态。由于电压源VDD2耦 接于第三N型金属氧化物半导体场效应晶体管108与第四N型金属氧化物半 导体场效应晶体管110的栅极，因此第三N型金属氧化物半导体场效应晶体 管108与第四N型金属氧化物半导体场效应晶体管IIO会持续处于开启状态， 且藉由电压源VDD2的偏压，可拉高第三N型金属氧化物半导体场效应晶体管 108与第四N型金属氧化物半导体场效应晶体管110的漏极的电位，以达到 第一阶段提高电压范围的目的。此时，由于第一N型金属氧化物半导体场效 应晶体管104处于关闭状态，因此没有电流流经第一N型金属氧化物半导体 场效应晶体管104与第三N型金属氧化物半导体场效应晶体管108，并使得 第一P型金属氧化物半导体场效应晶体管112的漏极的电位(亦即图1所示节 点A+的电位)不至于由电压源VDDIO的电位下降太多。同理，由于第二N型 金属氧化物半导体场效应晶体管106处于开启状态，因此会有电流流经第二 N型金属氧化物半导体场效应晶体管106与第四N型金属氧化物半导体场效 应晶体管110，并大幅拉低第二P型金属氧化物半导体场效应晶体管114的 漏极的电位(亦即图l所示节点B+的电位)。请注意，电压位移电路100的输 出端即为节点A+与B+,换言之，节点A+与B+之间的电位差即为电压位移电 路100的输出电压范围。再者，藉由耦接于第一P型金属氧化物半导体场效 应晶体管112与第二P型金属氧化物半导体场效应晶体管114的源极的电压 源VDDIO的偏压，可使得原本介于0伏特与电压源VDD1的电位之间的电压范 围增加到0伏特与电压源VDDIO的电位之间。以上述的例子来说，电压范围 由0至1. Q伏特被拉高到0至3. 3伏特。然而，诚如之前对栅极氧化区崩溃 的叙述，当第一P型金属氧化物半导体场效应晶体管112与第二P型金属氧 化物半导体场效应晶体管114其中之一带有了 3. 3伏特的源极电压与0伏特的栅极电压时，亦即承受了 3. 3伏特的源极与栅极电压差时，极有可能发生 上述的栅极氧化区崩溃现象，而造成P型金属氧化物半导体场效应晶体管的永久性损坏，也造成节点A+与B+的电位无法正确代表数字逻辑0与1的状况。 在现有技术中，也有直接将两组同样的电压偏移电路互接以提供较大范 围且安全的电压范围的做法，但是这样一来势必也须要增加集成电路中光掩 膜的数量为至少原先的两倍，因此会增加集成电路的生产成本，并大幅增加 集成电路本身的体积。发明内容本发明提供一种可用于使用不同偏压的多种输出入装置的二段式电压位 移模块。该二段式电压位移模块包含一第一级电压位移电路、 一第一电压源、 一第二电压源、 一第三电压源、 一第一P型金属氧化物半导体场效应晶体管、 一第二 P型金属氧化物半导体场效应晶体管、以及一第二级电压位移电路。 该第一电压源耦接于该第一级电压位移电路的一第一电源输入端。该第二电 压源的电位高于该第一电压源的电位，并耦接于该第一级电压位移电路的一 第二电源输入端。该第三电压源的电位高于该第一电压源与该第二电压源的 电位。该第一 P型金属氧化物半导体场效应晶体管的源极耦接于该第三电压 源。该第二 P型金属氧化物半导体场效应晶体管的源极耦接于该第三电压源, 漏极耦接于该第一 P型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极，且栅极耦接 于该第一 P型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极。该第二级电压位移电 路包含一第三P型金属氧化物半导体场效应晶体管、 一第四P型金属氧化物 半导体场效应晶体管、 一第五P型金属氧化物半导体场效应晶体管、 一第六 P型金属氧化物半导体场效应晶体管、 一第一 N型金属氧化物半导体场效应 晶体管、 一第二N型金属氧化物半导体场效应晶体管、 一第七P型金属氧化 物半导体场效应晶体管、以及一第八P型金属氧化物半导体场效应晶体管。 该第三P型金属氧化物半导体场效应晶体管的源极耦接于该第一 P型金属氧 化物半导体场效应晶体管的漏极。该第四P型金属氧化物半导体场效应晶体 管的源极耦接于该第二 P型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极。该第五 P型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极耦接于该第三P型金属氧化物半 导体场效应晶体管的漏极，源极耦接于该第二 P型金属氧化物半导体场效应 晶体管的栅极，且漏极耦接于该第一电压源。该第六P型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极耦接于该第四P型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏 极，源极耦接于该第一P型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极，且漏极 耦接于该第一电压源。该第一 N型金属氧化物半导体场效应晶体管的源极耦 接于该第五P型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，栅极耦接于该第一 级电压位移电路的一第一信号输出端，且漏极耦接于该第三P型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极。该第二 N型金属氧化物半导体场效应晶体管的 源极耦接于该第六P型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，栅极耦接于 该第一级电压位移电路的一第二信号输出端，且漏极耦接于该第四P型金属 氧化物半导体场效应晶体管的栅极。该第七P型金属氧化物半导体场效应晶 体管的栅极耦接于该第一 N型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极，漏极 耦接于该第一 N型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，且源极耦接于该 第二电压源。该第八P型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极耦接于该第 二 N型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极，其漏极耦接于该第二 N型金 属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，且源极耦接于该第二电压源。


图1为一种现有技术中可增加电压范围上限的电压位移电路的示意图。 图2为本发明所揭露的二段式电压位移模块的示意图。 附图符号说明电压位移电3各100、202、204反逻辑运算放大器102、242N型金属氧化物半导体场效应晶体104、106、108、110、218、220、管222、224、230、232、234、236、238、240、244、246、252、254P型金属氧化物半导体场效应晶体112、114、210、212、214、216、管221、223、226、228、248、250电压源 VDD1、 VDD2、 VDDIO节点 A+、 B+、 A、 B、 AA、 BB、 AAA、 BBB信号源 Input。
具体实施方式
因此，本发明提供一种二段式电压位移^f莫块，以解决现有技术中当电压 范围过大时引起金属氧化物半导体场效应晶体管发生栅极氧化区崩溃的现象 的问题。本发明所提供的二段式电压位移模块所使用的技巧为将图1中现有 技术所揭露的可增加电压范围上限的电压位移电路另外再加上一级光掩膜较 少的电压位移电路，以提高上述电压范围中低电位的下限，避免过大的电压 差造成栅极氧化区崩溃的现象，其中，现有技术所揭露的电压位移电路可视 为 一第 一级电压位移电路，且另外加上的电压位移电路可视为 一第二级电压 位移电^各。请参阅图2，其为本发明所揭露的二段式电压位移模块200的示意图。 二段式电压位移模块200包含一第一级电压位移电路202与一第二级电压位 移电路204。请注意，在图2中，为了避免线路交错造成阅读不易，因此二 段式电压位移模块200中部分的耦接方式会以节点的方式表示。举例来说， 所有标为AAA的节点之间保有互相耦接的关系，因此所有标为AAA的节点的 电位皆相同，且此点对于图2中所示的其它节点也是相同，以避免线路交错 造成图2在浏览上造成困惑。第一级电压位移电路202大致上的结构与图1 所示的电压位移电路IOO大致上相同，但仍存在有部分不同处。第一级电压 位移电路202的详细结构将在之后再述。在二段式电压位移模块200中，第一P型金属氧化物半导体场效应晶体 管210的源极耦接于电压源VDDIO。第二 P型金属氧化物半导体场效应晶体 管212的源极耦接于电压源VDDIO,其漏极耦接第一 P型金属氧化物半导体 场效应晶体管210的栅极，且其栅极耦接于第一 P型金属氧化物半导体场效 应晶体管210的漏极。第二级电压位移电路204包含第三P型金属氧化物半导体场效应晶体管 214、第四P型金属氧化物半导体场效应晶体管216、第九N型金属氧化物半 导体场效应晶体管218、第十N型金属氧化物半导体场效应晶体管220、第五 P型金属氧化物半导体场效应晶体管221、第六P型金属氧化物半导体场效应 晶体管223、第一N型金属氧化物半导体场效应晶体管222、第二N型金属氧 化物半导体场效应晶体管224、第七P型金属氧化物半导体场效应晶体管226、 第八P型金属氧化物半导体场效应晶体管228、第五N型金属氧化物半导体 场效应晶体管230、第六N型金属氧化物半导体场效应晶体管232、第七N型 金属氧化物半导体场效应晶体管234、第八N型金属氧化物半导体场效应晶体管236、第九N型金属氧化物半导体场效应晶体管238、与第十N型金属氧 化物半导体场效应晶体管240。第三P型金属氧化物半导体场效应晶体管214 的源极耦接于第一 P型金属氧化物半导体场效应晶体管210的漏极。第四P 型金属氧化物半导体场效应晶体管216的源极耦接于第二P型金属氧化物半 导体场效应晶体管212的漏极。第五P型金属氧化物半导体场效应晶体管221 的栅极耦接于第三P型金属氧化物半导体场效应晶体管214的漏极，其源极 耦接于第二 P型金属氧化物半导体场效应晶体管212的栅极，且其漏极耦接 于电压源VDD1。第六P型金属氧化物半导体场效应晶体管223的栅极耦接于 第四P型金属氧化物半导体场效应晶体管216的漏极，其源极耦接于第一 P 型金属氧化物半导体场效应晶体管210的栅极，且其漏极耦接于电压源VDD1。 第九N型金属氧化物半导体场效应晶体管218的漏极耦接于第三P型金属氧 化物半导体场效应晶体管214的漏极，且其栅极耦接于电压源VDD2。第十N 型金属氧化物半导体场效应晶体管220的漏极耦接于第四P型金属氧化物半 导体场效应晶体管216的漏极，且其栅极耦接于第九N型金属氧化物半导体 场效应晶体管218的栅极。第一 N型金属氧化物半导体场效应晶体管222的 源极耦接于第五P型金属氧化物半导体场效应晶体管2n的漏极，其栅极经 由节点AAA耦接于第一级电压位移电路202的一第一信号输出端，且其漏极 经由节点BB耦接于第三P型金属氧化物半导体场效应晶体管214的栅极。第 二 N型金属氧化物半导体场效应晶体管224的源极耦接于第六P型金属氧化 物半导体场效应晶体管223的漏极，其栅极经由节点BBB耦接于第一级电压 位移电路202的一第二信号输出端，且其漏极经由节点AA耦接于第四P型金 属氧化物半导体场效应晶体管216的栅极。第七P型金属氧化物半导体场效 应晶体管226的栅极耦接于第一N型金属氧化物半导体场效应晶体管222的 栅极，其漏极耦接于第一 N型金属氧化物半导体场效应晶体管222的漏极， 且其源极耦接于电压源VDD2。第八P型金属氧化物半导体场效应晶体管228 的栅极耦接于第二 N型金属氧化物半导体场效应晶体管224的栅极，其漏极 耦接于第二 N型金属氧化物半导体场效应晶体管224的漏极，且其源极耦接 于电压源VDD2。第五N型金属氧化物半导体场效应晶体管230的栅极经由节 点B耦接于第二P型金属氧化物半导体场效应晶体管212的漏极，其源极耦 接于第五P型金属氧化物半导体场效应晶体管221的漏极，且其漏极耦接于 第二 P型金属氧化物半导体场效应晶体管212的栅极。第六N型金属氧化物半导体场效应晶体管232的栅极经由节点A耦接于第一P型金属氧化物半导 体场效应晶体管210的漏极，其源极耦接于第六P型金属氧化物半导体场效 应晶体管223的漏极，且其漏极耦接于第一 P型金属氧化物半导体场效应晶 体管210的栅极。第七N型金属氧化物半导体场效应晶体管234的栅极耦接 于电压源VDD2 ，且其漏极耦接于第二 P型金属氧化物半导体场效应晶体管212 的栅极。第八N型金属氧化物半导体场效应晶体管236的漏极耦接于第七N 型金属氧化物半导体场效应晶体管234的源极，其栅极藉由节点BBB耦接于 第一级电压位移电路202的第二信号输出端，且其源极耦接于第五P型金属 氧化物半导体场效应晶体管221的漏极。第九N型金属氧化物半导体场效应 晶体管238的漏极耦接于第一 P型金属氧化物半导体场效应晶体管210的栅 极，且其栅极耦接于电压源VDD2。第十N型金属氧化物半导体场效应晶体管 240的漏极耦接于第九N型金属氧化物半导体场效应晶体管238的源极，其 栅极经由节点AAA耦接于第一级电压位移电路202的第一信号输出端，且其 源极耦接于第六P型金属氧化物半导体场效应晶体管220的漏极。请注意， 节点A与节点B是二段式电压位移模块200的信号输出端，用来输出将信号 端I叩ut输入的电压范围放大以后的数字信号。
第一级电压位移电路202包含一反逻辑运算放大器242、 一第九P型金 属氧化物半导体场效应晶体管248、 一第十P型金属氧化物半导体场效应晶 体管250、 一第十一N型金属氧化物半导体场效应晶体管244、与一第十二N 型金属氧化物半导体场效应晶体管246。反逻辑运算放大器242的第一电压 输入端耦接于电压源VDD1,且其第二电压输入源接地，以使得反逻辑运算放 大器242可偏压于接地端与电压源VDD1之间的电压范围。第十一N型金属氧 化物半导体场效应晶体管244的栅极耦接于反逻辑运算放大器242的输出端， 其源极接地，且其漏极藉由节点AAA耦接于第一级电压位移电路202的第一 信号输出端。第十二N型金属氧化物半导体场效应晶体管246,其栅极耦接 于反逻辑运算放大器242的输入端，其源极接地，且其漏极藉由节点BBB耦 接于第一级电压位移电路202的第二信号输出端。第九P型金属氧化物半导 体场效应晶体管248的源极耦接于电压源VDD2，其栅极耦接于第十二 N型金 属氧化物半导体场效应晶体管246的漏极，且其漏极耦接于第十一 N型金属 氧化物半导体场效应晶体管244的漏极。第十P型金属氧化物半导体场效应 晶体管250的源极耦接于电压源VDD2,其栅极耦接于第十一 N型金属氧化物半导体场效应晶体管244的漏极，且其漏极耦接于第十二 N型金属氧化物半 导体场效应晶体管246的漏极。
二段式电压位移模块200另包含一第十三N型金属氧化物半导体场效应 晶体管252与一第十四N型金属氧化物半导体场效应晶体管254。第十三N 型金属氧化物半导体场效应晶体管252的源极耦接于第十一N型金属氧化物 半导体场效应晶体管244的源极，其栅极藉由节点BBB耦接于第一级电压位 移电路202的第二信号输出端，且其漏极耦接于第九N型金属氧化物半导体 场效应晶体管218的源极。第十四N型金属氧化物半导体场效应晶体管254 的源极耦接于第十二 N型金属氧化物半导体场效应晶体管246的源极，其栅 极藉由节点AAA耦接于第一级电压位移电路202的第一信号输出端，且其漏 极耦接于第十N型金属氧化物半导体场效应晶体管220的源极。
二段式电压位移模块200的运作方式叙述如下当信号源Input处于高 电位时，第十一N型金属氧化物半导体场效应晶体管244会处于关闭状态， 且第十二N型金属氧化物半导体场效应晶体管246会处于开启状态，使得节 点AAA的电位因为第十一 N型金属氧化物半导体场效应晶体管244没有电流 通过而不致由电压源VDD2的电位滑落太多，换言之，节点AAA此时处于高电 位；而节点BBB的电位会因为第十二N型金属氧化物半导体场效应晶体管246 有电流通过而由电压源VDD2的电位大幅滑落，因此此时节点BBB处于低电位。 此时在电压源VDD2的偏压下，原本电压范围处于O伏特至电压源VDD1的电 位之间的信号源I叩ut，其电压范围会在节点AAA与BBB转换为落在O伏特 与电压源VDD2的电位之间。接着，在节点AAA的高电位与节点BBB的低电位 下，第七P型金属氧化物半导体场效应晶体管226会处于关闭状态，第一N 型金属氧化物半导体场效应晶体管222处于开启状态，第八P型金属氧化物 半导体场效应晶体管228会处于开启状态，第二N型金属氧化物半导体场效 应晶体管224处于关闭状态，第八N型金属氧化物半导体场效应晶体管236 会处于关闭状态，第十N型金属氧化物半导体场效应晶体管240会处于开启 状态，第十三N型金属氧化物半导体场效应晶体管252会处于关闭状态，且 第十四N型金属氧化物半导体场效应晶体管254会处于开启状态。此时，因 为第七P型金属氧化物半导体场效应晶体管226处于关闭状态，且第三P型 金属氧化物半导体场效应晶体管222处于开启状态，因此节点BB的电位会被 大幅拉低至低电位。同理，因为第八P型金属氧化物半导体场效应晶体管228处于开启状态，且第二N型金属氧化物半导体场效应晶体管224处于关闭状 态，因此节点AA的电位会维持在接近于电压源VDD2的高电位。由于节点AA 处于高电位，且节点BB处于低电位，因此第三P型金属氧化物半导体场效应 晶体管214处于开启状态，且第四P型金属氧化物半导体场效应晶体管216 处于关闭状态。然而因为第十三N型金属氧化物半导体场效应晶体管252会 处于关闭状态，且第十四N型金属氧化物半导体场效应晶体管254会处于开 启状态，因此第十三N型金属氧化物半导体场效应晶体管252没有电流通过， 且第十四N型金属氧化物半导体场效应晶体管254会有电流通过，并连带使 得第三P型金属氧化物半导体场效应晶体管214的通过电流较小，且第四P 型金属氧化物半导体场效应晶体管216有较大电流通过。此时，第三P型金 属氧化物半导体场效应晶体管214的漏极的电位会较接近其源极的电位，也 就是接近电压源VDDIO的电位，并使得第五P型金属氧化物半导体场效应晶 体管221关闭，因此第一P型金属氧化物半导体场效应晶体管210的漏极的 电位(亦即节点A的电位)会接近于电压源VDDIO的电位；同理，第四P型金 属氧化物半导体场效应晶体管216的漏极的电位会被通过的电流拉低，使得 第六P型金属氧化物半导体场效应晶体管223进入开启状态，并拉低第二 P 型金属氧化物半导体场效应晶体管212的漏极的电位(亦即节点B的电位)； 因此，节点A的电位处于高电位，且节点B的电位会处于低电位，其中节点 A的电位会接近于电压源VDDIO，节点B的电位会因为耦接于第六P型金属氧 化物半导体场效应晶体管223的漏极的电压源VDD1而比电压源VDD1的电位 略高。
第五N型金属氧化物半导体场效应晶体管230、第七N型金属氧化物半导 体场效应晶体管234、与第八N型金属氧化物半导体场效应晶体管236用于 在节点A处于低电位时，将节点A的电位更为快速的放电而降低电位。同理， 第六N型金属氧化物半导体场效应晶体管232、第九N型金属氧化物半导体 场效应晶体管238、与第十N型金属氧化物半导体场效应晶体管240用于在 节点B处于低电位时，将节点B的电位更为快速的放电而降低电位。如以上 所述信号源Input输入高电位时，第五N型金属氧化物半导体场效应晶体管 230会因为其栅极耦接于处于低电位的节点B而关闭，且第八N型金属氧化 物半导体场效应晶体管236会因为其栅极耦接于处于低电位的节点BBB而关 闭，因此节点A的电位不会被第五N型金属氧化物半导体场效应晶体管230、第七N型金属氧化物半导体场效应晶体管234、与第八N型金属氧化物半导 体场效应晶体管236拉低而顺利维持在高电位。同理，由于第六N型金属氧 化物半导体场效应晶体管232会因为其栅极耦接于处于高电位的节点A而开 启，且第十N型金属氧化物半导体场效应晶体管240会因为其栅极耦接于处 于高电位的节点AAA而开启，因此第六N型金属氧化物半导体场效应晶体管 232会形成一放电路径，且第九N型金属氧化物半导体场效应晶体管238与 第十N型金属氧化物半导体场效应晶体管240会形成另外一条放电路径，以 加快节点B拉低电位的速度。请注意，当第五N型金属氧化物半导体场效应 晶体管230包含于第二级电压位移电路204内时，可在不包含第七N型金属 氧化物半导体场效应晶体管234与第八N型金属氧化物半导体场效应晶体管 236的状况下同样达到加速降低节点A的电位的效果；反之，当第七N型金 属氧化物半导体场效应晶体管234与第八N型金属氧化物半导体场效应晶体 管236存在于第二级电压位移电路204内时，可在不包含第五N型金属氧化 物半导体场效应晶体管230的状况下达到加速降低节点A的电位的效果。同 理，当第六N型金属氧化物半导体场效应晶体管232包含于第二级电压位移 电路204内时，可在不包含第九N型金属氧化物半导体场效应晶体管238与 第十N型金属氧化物半导体场效应晶体管240的状况下达到加速降低节点B 的电位的效果，且反之亦然。总结来说，第五N型金属氧化物半导体场效应 晶体管230、第七N型金属氧化物半导体场效应晶体管"4、第八N型金属氧 化物半导体场效应晶体管236 、第六N型金属氧化物半导体场效应晶体管232 、 第九N型金属氧化物半导体场效应晶体管238、与第十N型金属氧化物半导 体场效应晶体管240用于以放电的方式加速第二级电压位移电路204在电位 上的切换，因此使得二段式电压位移模块200可以快速且准确的根据信号端 Input输入的电位切换其输出电位。请注意，虽然以上的叙述仅基于信号源I叩ut处于高电位的状况来说明， 但是由于第二级电压位移电路204具备有对称的结构，因此信号源在I叩ut 处于低电位的状况与上面的叙述也会在第二级电压位移电路204各晶体管的 间呈现对称，故不再此加以赘述。除此以外，第一级电压位移电路202可以 一般常见可提高电压范围上限的其它电压位移电路来实施，且图2所示的电 压位移模块200仅为本发明所揭露的一较佳实施例，故对第一级电压位移电 路202以其它可提高电压范围上限的其它电压位移电路做替换并不构成脱离17将之前所叙述中假设电压源VDD1的电位为1. 0伏特，电压源VDD2的电 位为2. 5伏特，且电压源VDDIO为3. 3伏特的情况考虑进本发明所提供的二 段式电压位移模块200时，输入信号的电压范围是0伏特至1.0伏特，且输 出信号的电压范围是l. O伏特至3. 3伏特。以0. 18微米工艺的集成电路来说， 2. 3伏特的电压差尚不至于造成栅极氧化层崩溃的现象。请注意，本发明所 提供的二段式电压位移模块200尚可运用于其它大小的工艺与不同种类之外 接输出入装置的偏压，并不限于上述的例子。总结来说，本发明所提供的二段式电压位移模块藉由第 一级电压位移电 路将输入信号的电压范围上限先行做一初步的提升，接着再以第二级电压位 移电路将输入信号的电压范围的上限与下限同步提升，以避免现有技术中造 成金属氧化物半导体场效应晶体管产生栅极氧化区崩溃的缺点，以正确的表 示出数字逻辑0与数字逻辑1的数字信号。除此以外，当本发明所提供的二 段式电压位移模块应用于具有不同电位的偏压范围的外接输出入装置时，藉 由本发明的二段式电压位移模块可提供较大且较安全偏压范围的优点，可以 顺利的提供这些外接输出入装置适当的偏压。本发明所提供的二段式电压位 移模块也较现有技术中直接将两组相同的电压偏移电^4妄起来的做法使用较 少的光掩膜，因此可以避免增加集成电路的体积。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均 等变化与修^饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种可用于使用不同偏压的多种输出入装置的二段式电压位移模块，包含一第一级电压位移电路；一第一电压源，耦接于该第一级电压位移电路的一第一电源输入端；一第二电压源，其电位高于该第一电压源的电位，并耦接于该第一级电压位移电路的一第二电源输入端；一第三电压源，其电位高于该第一电压源与该第二电压源的电位；一第一P型金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极耦接于该第三电压源；一第二P型金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极耦接于该第三电压源，其漏极耦接于该第一P型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极，且其栅极耦接于该第一P型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极；及一第二级电压位移电路，包含一第三P型金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极耦接于该第一P型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极；一第四P型金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极耦接于该第二P型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极；一第五P型金属氧化物半导体场效应晶体管，其栅极耦接于该第三P型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，其源极耦接于该第二P型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极，且其漏极耦接于该第一电压源；一第六P型金属氧化物半导体场效应晶体管，其栅极耦接于该第四P型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，其源极耦接于该第一P型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极，且其漏极耦接于该第一电压源；一第一N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极耦接于该第五P型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，其栅极耦接于该第一级电压位移电路的一第一信号输出端，且其漏极耦接于该第三P型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极；一第二N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极耦接于该第六P型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，其栅极耦接于该第一级电压位移电路的一第二信号输出端，且其漏极耦接于该第四P型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极；一第七P型金属氧化物半导体场效应晶体管，其栅极耦接于该第一N型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极，其漏极耦接于该第一N型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，且其源极耦接于该第二电压源；及一第八P型金属氧化物半导体场效应晶体管，其栅极耦接于该第二N型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极，其漏极耦接于该第二N型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，且其源极耦接于该第二电压源。
2. 如权利要求1所述的二段式电压位移模块，另包含一第三N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其漏极耦接于该第三P型 金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，且其栅极耦接于该第二电压源；及一第四N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其漏极耦接于该第四P型 金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，且其栅极耦接于该第三N型金属氧 化物半导体场效应晶体管的栅极。
3. 如权利要求1所述的二段式电压位移模块，另包含一第三N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其栅极耦接于该第二 P型 金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，其源极耦接于该第五P型金属氧化 物半导体场效应晶体管的漏极，且其漏极耦接于该第二 P型金属氧化物半导 体场效应晶体管的栅极；及一第四N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其栅极耦接于该第一 P型 金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，其源极耦接于该第六P型金属氧化 物半导体场效应晶体管的漏极，且其漏极耦接于该第一 P型金属氧化物半导 体场效应晶体管的栅极。
4. 如权利要求1所述的二段式电压位移模块，另包含一第三N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其栅极耦接于该第二电压 源，且其漏极耦接于该第二 P型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极；一第四N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其漏极耦接于该第三N型 金属氧化物半导体场效应晶体管的源极，其栅极耦接于该第一级电压位移电 路的第二信号输出端，且其源极耦接于该第五P型金属氧化物半导体场效应 晶 体管的漏极；一第五N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其漏极耦接于该第一 P型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极，且其栅极耦接于该第二电压源；及 一第六N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其漏极耦接于该第五N型 金属氧化物半导体场效应晶体管的源极，其栅极耦接于该第一级电压位移电 路的第一信号输出端，且其源极耦接于该第六P型金属氧化物半导体场效应 晶体管的漏极。
5. 如权利要求1所述的二段式电压位移模块，另包含一第三N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其栅极耦接于该第二 P型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，其源极耦接于该第五P型金属氧化 物半导体场效应晶体管的漏极，且其漏极耦接于该第二 P型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极；一第四N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其栅极耦接于该第一 P型 金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，其源极耦接于该第六P型金属氧化 物半导体场效应晶体管的漏极，且其漏极耦接于该第一 P型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极；一第五N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其栅极耦接于该第二电压 源，且其漏极耦接于该第二 P型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极；一第六N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其漏极耦接于该第五N型 金属氧化物半导体场效应晶体管的源极，其栅极耦接于该第一级电压位移电 路的第二信号输出端，且其源极耦接于该第五P型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极；一第七N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其漏极耦接于该第一 P型 金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极，且其栅极耦接于该第二电压源；及一第八N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其漏极耦接于该第七N型 金属氧化物半导体场效应晶体管的源极，其栅极耦接于该第一级电压位移电 路的第一信号输出端，且其源极耦接于该第六P型金属氧化物半导体场效应 晶 体管的漏极。
6. 如权利要求1所述的二段式电压位移模块，其中，该第一级电压位移 电路包含一反逻辑运算放大器，其第一电压输入端耦接于该第一电压源，且其第 二电压输入源接地；一第三N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其栅极耦接于该反逻辑运算放大器的输出端，其源极接地，且其漏极耦接于该第一级电压位移电路的第一信号输出端；一第四N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其栅极耦接于该反逻辑运 算放大器的输入端，其源极接地，且其漏极耦接于该第一级电压位移电路的第二信号输出端；一第七P型金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极耦接于该第二电压 源，其栅极耦接于该第三N型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，且其漏极耦接于该第四N型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极；及一第八P型金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极耦接于该第二电压 源，其栅极耦接于该第三N型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，且其 漏极耦接于该第四N型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极。
7. 如权利要求6所述的二段式电压位移模块，另包含一第五N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极耦接于该第三N型 金属氧化物半导体场效应晶体管的源极，且其栅极耦接于该第一级电压位移 电路的第二信号输出端；及一第六N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极耦接于该第六N型 金属氧化物半导体场效应晶体管的源极，且其栅极耦接于该第一级电压位移 电路的第一信号输出端。
8. 如权利要求2所述的二段式电压位移模块，其中，该第一级电压位移 电^各包含一反逻辑运算放大器，其第一电压输入端耦接于该第一电压源，且其第 二电压输入源接地；一第五N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其栅极耦接于该反逻辑运 算放大器的输出端，其源极接地，且其漏极耦接于该第一级电压位移电路的 第一信号输出端；一第六N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其栅极耦接于该反逻辑运 算放大器的输入端，其源极接地，且其漏极耦接于该第一级电压位移电路的第二信号输出端；一第七p型金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极耦接于该第二电压源，其栅极耦接于该第五N型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，且其 漏极耦接于该第六N型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极；及一第八P型金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极耦接于该第二电压 源，其栅极耦接于该第五N型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，且其漏极耦接于该第六N型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极。 9.如权利要求8所述的二段式电压位移模块，另包含 一第七N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极耦接于该第五N型 金属氧化物半导体场效应晶体管的源极，其栅极耦接于该第一级电压位移电 路的第二信号输出端，且其漏极耦接于该第三N型金属氧化物半导体场效应晶体管的源极；及一第八N型金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极耦接于该第六N型 金属氧化物半导体场效应晶体管的源极，其栅极耦接于该第一级电压位移电 路的第一信号输出端，且其漏极耦接于该第四N型金属氧化物半导体场效应 晶体管的源极。
全文摘要
为了将电位较小的电压范围在不过分拉大电压范围的前提下提高其电位，将一仅可提高电压范围上限的第一级电压位移电路耦接于另一可同步提高电压范围的上限与下限的第二级电压位移电路，以使得由将第一级电压位移电路耦接于第二级电压位移电路所产生的二段式电压位移模块可提供具有不同电位的偏压范围的外接输出入装置适当的电压，并以此电压的上限与下限准确的反应代表数字逻辑0或数字逻辑1的数字信号。
文档编号H03K19/0185GK101320969SQ200710108228
公开日2008年12月10日 申请日期2007年6月4日 优先权日2007年6月4日
发明者杨财铭 申请人:联华电子股份有限公司