专利名称：电平转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电平转换器。
背景技术：
图1示出了一种传统的电平转换器1，其包括反相器2、以交叉耦接方式连接的两 个P型晶体管Pl和P2、以及两个η型晶体管m和N2。晶体管Ni、N2的源极接地，晶体管 P1、P2的源极连接至电压源(未明确示出)，从而晶体管P1、P2的源极上呈现幅值为Vdd的 电压。电压Vdd小于晶体管N1、N2、P1、P2的击穿电压。晶体管PlJl的漏极相连，并且晶 体管P2、N2的漏极相连。逻辑信号Al和电压信号Sl (它是幅值为Vdig的电源电压)被馈入反相器2。幅 值Vdd通常大于Vdig。电平转换器1将幅值同样为Vdig的逻辑信号Al转换成在与晶体管 Pl的漏极相连的节点3处呈现的幅值为Vdd的输出逻辑信号S2。逻辑信号S2的反相是在 与晶体管P2的漏极相连的节点4处呈现的幅值为Vdd的逻辑信号S3。如果电压信号Sl为Vdig或者至少大约为Vdig，则电平转换器1可预测地进行工 作。在这种情况下，逻辑信号S2和S3总是处于相反的状态。举例来说，如果逻辑信号Al 为逻辑0，则逻辑信号S2为逻辑0，而逻辑信号S3是逻辑1 (Vdd)。但是，如果电压信号Sl 不可用并且逻辑信号Al为逻辑0，则晶体管Ni、N2中都没有电流，并且节点3和4都上升 至电压电平Vdd。逻辑信号S2将为逻辑1而不是逻辑0。如果逻辑信号S2被用来将信号 传递至图1未示出的另一电路，则在电压信号Sl不可用时会使得该电路出现故障。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的电平转换器。根据本发明通过一种电平转 换器实现了上述目的，该电平转换器包括第一级，其包括第一和第二输入端，并且其被配 置用于产生第一信号，所述第一信号表示处于提供给电路的至少两个第一电源电压中的至 少一个是不可用的第一状态中、还是处于第一电源电压中的每一个在第一和第二输入端是 可用的第二状态中；以及第二级，其包括输出端，并且其被配置用于仅仅在所述第一信号 处于其第二状态时才将第二电源电压接通以出现在所述输出端上。本发明的电平转换器 包括两个级，其中第一级被配置成产生第一信号，第一信号表示第一和第二输入端处的第 一电源电压中的每一个是否可用、或者他们中的至少一个是否为低。第二级被配置用于仅 仅在第一信号表示第一电源电压中的每一个都可用时才将第二电源电压接通至(switch through)其输出端。否则，对第二级进行操作，使得在输出端上第二电源电压被关断。本发明的电平转换器可以用于例如电子装置，例如移动电话、PDA、无绳电话、MP3 播放器、CD播放器或者导航装置。电子装置可能需要至少三个电压电平，例如一个用于数 字电路，一个用于模拟电路，且一个用于需要相对较强的电源的电路，例如电子电路的输出 级。于是，第二电源电压可尤其大于第一电源电压中的每一个。第二电源电压可源自电池， 并且第二电源电压用于给需要相对较强的电源的电路供电，而各第一电源电压可特别地具有不同电压电平，例如大约1. 2V (如果用于数字逻辑电路)和2. 5V (如果用于模拟电路)。 各第一电源电压可单独地或者同时地被中断。于是，本发明的电平转换器仅仅在第一电源 电压中的每一个都可用时使得尤其源自电池的第二电源电压对于相关电路可用，从而有助 于延长电池寿命。本发明的电平转换器包括第三输入端，第三输入端被配置成接收具有第一和第二 状态的第一输入信号，其中如果所述第一输入信号处于其第一状态，则不管所述第一电源 电压是否可用，所述第一信号都处于其第一状态。第一输入信号是“上电”信号且可用来例 如接通正在休眠的电平转换器。如果处于其第一状态，则本发明的电平转换器应该处于其 关断状态，从而第二级处于其第一状态，而不管第一电源电压的状态如何。于是，第二电源 电压决不会被接通至输出端。如果第一输入信号处于其第二状态(即，其“上电”状态)，则 取决于第一电源电压中的每一个的可用性，第二电源电压可出现在输出端上。第一级可包括第四输入端，第一级可被配置成对第一输入信号和第一及第二输入 端上的第二信号与第四输入端上的第二输入信号进行比较，并且第一级可被配置成如果第 一、第二和第三输入端上的第二信号或者第一输入信号中的至少一个小于第二输入信号， 则使得第一信号处于其第一状态，并且如果第一、第二和第三输入端上的第二信号和第一 输入信号中的每一个都大于第二输入信号，则使得第一信号处于其第二状态。对于该实施 例，第一级被配置为一个比较器，其设计用于比较第一、第二和第三输入端上的信号与第四 输入端上的信号。第一输入信号(即“上电”信号)在小于第二输入信号时处于其第一状 态中，并且在大于第二输入信号时处于其第二状态中。特别地，可从第二电源电压获得第二 输入信号，并且第二输入信号可以约为0. 6V。第一级可包括第一负载和第二负载、耦接至第一输入端并且连接至所述第一负 载的第一晶体管、耦接至第二输入端并且连接至第一负载的第二晶体管、耦接至第三输入 端并且连接至第一负载的第三晶体管、以及耦接至第四输入端并且连接至第二负载的第四 晶体管，第一信号特别地可以是第一和第二负载之间的差分信号。第一至第四晶体管可以 是P型晶体管，并且输入端可连接至相关栅极。例如源自第二电源的电源可连接至第一至 第四晶体管，第一至第三晶体管可连接在电源和第一负载之间，从而第一至第三输入端上 的信号控制第一至第三晶体管的状态，并且第四晶体管可连接在电源和第二负载之间，从 而第四输入端上的第二输入信号控制第四晶体管的状态。第一负载可由电阻器或晶体管形成。根据本发明的电平转换器的一个变型，第一 负载包括并联连接的第五和第六晶体管，第二负载包括并联连接的第七和第八晶体管，其 中第六和第八晶体管以交叉耦接的方式连接。本发明的电平转换器可包括由第二电源电压 供电的偏置电路，所述偏置电路被配置成产生用于所述第二级的偏置电压以使所述第二级 正常工作。
下文将参考附图所示的实施例通过非限制性的示例的方式更详细地描述本发明。图1是传统的电平转换器电路，图2是部分地示出为框图的电平转换器，以及图3是更详细地示出的电平转换器。
具体实施例方式已经在背景技术部分中描述了图1。图2示出了部分地表示为框图的电平转换器21，以及图3更详细的示出了电平转 换器21。作为示例性实施例，电平转换器21包括第一级22、第二级23和偏置电路M。第 一级22包括ρ型晶体管25、26、27，它们的漏极连接至第一前馈负载。晶体管25、26、27的 源极连接至以大约为2. 8V至5. OV的电压供电的电流源30。通过串联的晶体管31、32形成 电流源30，并且可通过旨在作为用于电路40的电源的电池来产生电压Vbat。对于本示例性实施例，电平转换器21包括输入端33、34、35，其中输入端33连接 至晶体管25的栅极，输入端34连接至晶体管沈的栅极，输入端35连接至晶体管27的 栅极。输入端33被布置成接收模拟上电逻辑信号apu，输入端34被布置成接收输入信号 SlK在本示例性实施例中，输入信号Sll为对数字电路38供电的电压Vdig)，输入端35被 布置成接收输入信号S22(在本示例性实施例中，输入信号S22为对模拟电路39供电的电 压Vdda)。Vdig的值大约为1. 2V，Vdda的值大约为2. 5V。第一级22还包括ρ型晶体管55，其源极连接至电流源30，其漏极连接至第二前 馈负载，并且其栅极连接至电平转换器21的第四输入端36。输入端36被布置成接收约为 0. 6V的基准信号ref。基准信号ref源自由电池所产生的电压Vbat。在本示例性实施例中，第一前馈负载由并联连接的两个η型晶体管观、四组成，第 二前馈负载由并联连接的两个η型晶体管34、35组成。晶体管观、29、34、35的源极接地， 晶体管观、四的漏极连接至晶体管25、26、27的漏极，晶体管34、35的漏极连接至晶体管55 的漏极。晶体管四、34以交叉耦接的方式连接，使得晶体管34的栅极连接至晶体管四的 漏极，并且晶体管四的栅极连接至晶体管34的漏极。晶体管观、35还可如图3所示分别 由串联连接的两个晶体管^aJ8b、35a、3^组成。在本示例性实施例中，第一级22包括电阻器R1、R2、R3以及二极管Dl、D2、D3，用 于保护晶体管25、26、27。在本示例性实施例中，第一级22基本上起到一个比较器的作用，其产生作为差分 信号出现在两个前馈负载上的信号37。在正常的系统工作期间，输入信号Sll、S22的值 Vdig和Vdda都大于基准信号ref。这样，模拟上电信号apu控制比较器的功能，并且如果 模拟上电信号apu为“低”或0，则信号37为“低”；并且如果模拟上电信号apu为“高”，则 信号37为“高”。如果电压Vdig或Vdda之一不可用，则不管模拟上电信号apu的值如何， 输入信号S11、S22中的至少一个小于基准信号ref，并且输出信号37为“低”。第一级22的信号37是第二级23的输入信号，并且在本示例性实施例中，第二级 23由ρ型晶体管41-44以及η型晶体管45-48组成。晶体管41、42的源极连接至产生电 压Vbat的电池，晶体管41的漏极连接至晶体管43的源极，晶体管42的漏极连接至晶体管 44的源极。晶体管41、42以交叉耦接的方式连接，使得晶体管41的栅极连接至晶体管42 的漏极，并且晶体管42的栅极连接至晶体管41的漏极。晶体管45、47和晶体管46、48串 联连接，其中晶体管47、48的源极接地，晶体管45、46的漏极分别连接至晶体管43、44的漏 极。此外，第一级22所产生的信号37被馈入晶体管47、48的栅极。
在本示例性实施例中，电平转换器21包括偏置电路M，该偏置电路M产生旨在用 于对第二级23进行偏置的偏置电压vbn、Vbp0偏置电压vbp被提供给晶体管43、44的栅 极，偏置电压vbn被提供给晶体管47、48的栅极。在本示例性实施例中，第二级23包括四个输出端51-54，其中输出信号ppu出现 在输出端51上，输出信号ppu_n出现在输出端52上，输出信号npu出现在输出端53上，输 出信号npU_n出现在输出端M上。输出端51、52具有从电池电压的一半到整个电池电压 Vbat的电压摆动，即从Vbat/2到Vbat的电压，并且输出端53、M具有从接地电压到大约电 池电压Vbat的一半的电压摆动，即从接地电压到Vbat/2的电压摆动。在本示例性实施例中，电池电压连接至电路40，呈现在输出端51、52上的输出信 号？ 11、？ 11_11被用来设置电路40中的开关，以关断电流并且确定已知状态，S卩，使得电路40 的输出端悬空。针对输出端51、52的有限的电压摆动对于本实施例来说是必须的，从而将 晶体管41-44的栅极上的电压摆动限制为可容许的Vbat/2的电压电平。在本示例性实施 例中，Vbat约为5V，开关的最大栅极电压摆动约为3V，而Vbat/2为2. 5V，这是安全的。如果电平转换器21处于“掉电”状态，即如果信号37表示电压Vdig、Vdda之一不 可用，那么输出信号ppu、ppU_n将电路40设置为处于“掉电状态”，从而例如通过去除偏置 电压或电流、和/或将晶体管41-44的栅极拉至Vbat并将晶体管45-48的栅极拉至接地， 来关断电路40中的电流，以使之除了例如几个nA的潜在的小的漏电流之外都为0。最后，应该注意的是，上述实施例是对本发明的说明而不是对本发明的限制，在不 脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，本领域技术人员能够设计出很多可替 换的实施例。在权利要求中，在括号中的任何标号不应当被解释为对本发明的限制。“包 括”、“包含”以及类似的词不排除那些没有在权利要求或说明书全文中列出的元素或步骤 的存在。元素的单个的标号不排除这种元素的多个标号的存在，反之亦然。某些措施在不 同的附属权利要求中被相互引用的简单事实，不足以显示不能利用这些措施的组合来形成 优势。
权利要求
1.一种电平转换器，包括第一级(22)，其包括第一和第二输入端(34，35)，并且被配置成产生第一信号(37)，所 述第一信号表示处于提供给电路(38，39)的至少两个第一电源电压(Vdig、Vdda)中的至少 一个是不可用的第一状态中、还是处于第一电源电压(Vdig、Vdda)中的每一个在第一和第 二输入端(34,3 是可用的第二状态中，以及第二级(23)，其包括输出端(51巧4)，并且被配置成仅仅在所述第一信号(37)处于其 第二状态时才将第二电源电压(Vbat)接通以出现在所述输出端(51-54)上。
2.根据权利要求1所述的电平转换器，其中所述第二电源电压(Vbat)大于所述第一电 源电压(Vdig、Vdda)中的每一个。
3.根据权利要求1所述的电平转换器，包括第三输入端(33)，其被配置成接收具有第 一状态和第二状态的第一输入信号(apu)，其中如果所述第一输入信号(apu)处于其第一 状态，则不管所述第一电源电压(Vdig、Vdda)是否可用，所述第一信号(37)都处于其第一 状态。
4.根据权利要求3所述的电平转换器，其中所述第一级0 包括第四输入端(36)，所 述第一级0 被配置成将所述第一和第二输入端(34,3 上的第二信号(Sll，S22)和所 述第一输入信号(apu)与所述第四输入端(36)上的第二输入信号(ref)进行比较，并且所 述第一级0 被配置成如果第一、第二和第三输入端(34，35，3 上的所述第二信号(S11， S22)或者第一输入信号(apu)中的至少一个小于所述第二输入信号(ref)，则使得所述第 一信号(37)处于其第一状态，并且如果第一、第二和第三输入端(34，35，36)上的所述第二 信号(Sll，S22)和第一输入信号(apu)中的每一个都大于所述第二输入信号(ref)，则使 得所述第一信号(37)处于其第二状态。
5.根据权利要求4所述的电平转换器，其中所述第二输入信号(ref)源自所述第二电 源电压(Vbat)。
6.根据权利要求4所述的电平转换器，其中所述第一级0 包括第一负载(28,29)和第二负载(34，35)，第一晶体管(沈)，其耦接至第一输入端(34)并且连接至所述第一负载08，四)，第二晶体管(27)，其耦接至第二输入端(3 并且连接至所述第一负载08，四)，第三晶体管(25)，其耦接至第三输入端(3 并且连接至所述第一负载08，四)，以及第四晶体管65)，其耦接至第四输入端(36)并且连接至所述第二负载(34，35)，所述 第一信号(37)是存在于第一和第二负载(28，29，34，35)之间的差分信号。
7.根据权利要求6所述的电平转换器，其中第一负载包括并联连接的第五晶体管和第 六晶体管(28，四)，第二负载包括并联连接的第七晶体管和第八晶体管(35，34)，其中第六 晶体管和第八晶体管(33，34)以交叉耦接的方式连接，以使得第六晶体管(29)的栅极连接 至第八晶体管(34)的漏极，并且第八晶体管(34)的栅极连接至第六晶体管(29)的漏极。
8.根据权利要求1所述的电平转换器，包括由所述第二电源电压(Vbat)供电的偏置电 路(24)，所述偏置电路(24)被配置成产生用于所述第二级(23)的偏置电压(vbp，vbn)以 使所述第二级03)正常工作。
全文摘要
一种电平转换器(21)包括第一级(22)和第二级(23)。第一级(22)包括第一和第二输入端(34，35)，并且被配置成产生第一信号(37)，所述第一信号表示处于提供给电路(38，39)的至少两个第一电源电压(Vdig、Vdda)中的至少一个是不可用的第一状态中、还是处于第一电源电压(Vdig、Vdda)中的每一个在第一和第二输入端(34，35)是可用的第二状态中。第二级(23)包括输出端(51-54)，并且被配置成仅仅在所述第一信号(37)处于其第二状态时才将第二电源电压(Vbat)接通以出现在所述输出端(51-54)上。
文档编号H03F3/45GK102150365SQ200980135759
公开日2011年8月10日 申请日期2009年9月9日 优先权日2008年9月11日
发明者威勒姆·格勒内维格 申请人:Nxp股份有限公司