专利名称：多组直流信号转换数字信号装置的制作方法
技术领域：
本发明关于一种直流信号转换数字信号装置；特别是有关于一种可调整不同的电压转态范围的多组直流信号转换数字信号的装置。
背景技术：
在光驱芯片的设计中，根据产品规格需对输入芯片的不同的直流电压位准(例如0.5V、1.5V及2.5V)做转换，以区分高电位或低电位。例如，将0.5V及1.5V的直流电压转换为数字的低电位，并将2.5V的直流电压转换为数字的高电位。参考图1所示，传统的技术是利用一比较器来进行转换，其将介于1.5V及2.5V之间的参考电压VR从比较器的负端输入，而另一直流输入电压VD，则由比较器的正端输入。因为芯片内部具有一供给电源为1.2V，当比较器的直流输入电压VD小于参考电压VR时，输出电压VO为0V，而当比较器的直流输入电压VD大于参考电压VR时，则输出电压VO为1.2V，其直流输入电压VD及输出电压VO的关系图如图2所示。但在此技术中，由于参考电压VR需随时都保持在导通的状态，因此会产生额外的电流及静态功率的消耗。另外，在一IC芯片(Chip)中，比较器电路所占的芯片面积较大，这也将会使得芯片的集成度降低。
参考图3所示，为另一种已知的技术，其利用改变电压位准(levelshift)的方法将光驱芯片内的模拟电压AVDD(例如3.3V)转换成数字电压DVDD(例如1.2V)来达到上述的目的，其中PMOS晶体管MP1及MP2的源极分别连接至芯片内的模拟电压AVDD(3.3V)及数字电压DVDD(1.2V)，在直流输入电压VD的电压介于0V与临界电压(例如0.7V)之间时，则晶体管MP1为导通且MN1为不导通状态，因此，输入级反向器(即由晶体管MP1与MN1所构成)的输出电压为AVDD，并作为输出级反向器(即由晶体管MP2与MN2所构成)的输入电压。此时，模拟电压AVDD对于晶体管MP2为不导通但对MN2为导通状态，因此，输出级反向器的输出电压为0V。同理，当直流输入电压VD的电压大于MN1的临界电压(约0.7V)时，则晶体管MP1不导通而MN1为导通状态，因此，输入级反向器的输出电压为0V，并作为输出级反向器的输入电压。0V对于晶体管MP2为导通，但对MN2为不导通状态，因此，输出级反向器的输出电压为数字电压DVDD。图4即为图3中已知的改变电压位准的方法的直流输入电压VD与输出电压VO的关系图。
在上述利用改变电压位准(level shift)的已知技术中，因为利用芯片内部已有的模拟电压AVDD及数字电压DVDD，故无需如比较器中利用额外电路来产生一参考电压，因而简化了芯片的设计并缩小了芯片的使用面积。但是，图3中的PMOS及NMOS晶体管只能用来区分高于(AVDD-Vtp)与低于Vtn电压，其中Vtp与Vtp为晶体管MP1与MN1的临界电压(Threshold Voltage)。故若直流输入电压VD落在(Vtn)与(AVDD-Vtp)之间时，则可能会使得晶体管MP1与MN1皆产生导通的情形；而若勉强调整其中晶体管的尺寸大小来配合输入的直流电压，则输入级的PMOS及NMOS晶体管会消耗较大量的静态功率。
发明内容
鉴于上述发明背景中，传统的改变电压位准的方法所产生的诸多缺点，本发明的目的是提出一种多组直流信号转换数字信号装置，其特征在于避免使用比较器的设计，以大幅降低静态功率的消耗并缩小芯片的使用面积。据此，本发明的主要目的即在利用电压选择区块，来产生不同的电压转态范围，因而可以区分不同的直流信号输入，并将其转换成对应的数字信号。
本发明的一较佳实施例在于提供一种多组直流信号转换数字信号装置。其中包含一第一电压选择区块、一反向器、一第二电压选择区块及一电压转换区块。第一电压选择区块与该第二电压选择区块用以控制该输入信号在转态时的一瞬时区间大小，使得反向器接收具有复数个不同位准的输入信号，不会有输入信号落于瞬时区间影响该反向器的运作情形，然后输出到电压转换区块以产生对应的数字信号输出。
图1为一比较器示意图；图2为一比较器的输入及输出电压的关系图；图3为一已知的改变电压位准的方法的电路结构图；图4为一已知的改变电压位准的方法的电路结构的输入及输出电压的关系图；图5为根据本发明的一较佳实施例的直流信号转换数字信号装置的方块示意图；及图6为根据本发明的一较佳实施例的直流信号转换数字信号装置的电路结构图标意图；及图7为根据本发明的另一较佳实施例的直流信号转换数字信号装置加上电压波形整修区块的电路结构图标意图。
图中符号说明100 直流信号转换数字信号装置110 第一电压选择区块120 反向器130 第二电压转换区块140 电压转换区块150 电压波形整修区块具体实施方式
如图5所示，其为依照本发明的一较佳实施例所建构的多组直流信号转换数字信号装置的示意图。在图5中，多组直流信号转换数字信号装置100包括一第一电压选择区块110、一反向器120、一第二电压选择区块130及一电压转换区块140。第一电压选择区块110其一端连接一模拟电压(AVDD)，而另一端连接反向器120的一端。反向器120的输入端连接输入信号(VI)，而其一端除连接第一电压选择区块110的另一端外，其另一端则连接第二电压选择区块130的一端。第二电压选择区块130的另一端则连接接地点。电压转换区块140，其一输入端连接反向器120的输出端，而其一端除连接一数字电压(DVDD)外，其另一端则连接接地点。在本发明的多组直流信号转换数字信号装置100中，第一与第二电压选择区块(110、130)用以压缩输入信号(VI)在转态的瞬时区间至最小，以防止输入信号(VI)落于此区间内，造成大量的电流损失。
依据上述的装置，当反向器120的输入信号VI的电压介于0V与一临界电压(此临界电压的大小可视实际应用的规格要求，由第一与第二电压选择区块110、130来决定，此部份将于图6中再进一步说明)之间时，会使第一电压选择区块110形成导通且第二电压选择区块130不导通，则会由第一电压选择区块110将模拟电压AVDD经由反向器120的输出端输出，并作为电压转换区块140的输入电压。此时，当模拟电压AVDD大于电压转换区块140的数字电压(DVDD)时，电压转换区块140的输出为一低电位(例如0V)的数字信号。反过来时，当反向器120的输入信号VI的电压大于临界电压时，会使得第一压选择区块110不导通而第二电压选择区块130形成导通，则反向器120会形成一接地状态。此时，电压转换区块140的输出为一高电位的数字信号，即数字电压(DVDD)。因此，本发明的电压转换区块140的输出端，可依据反向器120的输出为高电位或是低电位来转换并输出一数字信号(VO)。
为更进一步说明，请参考图6，其为本发明的多组直流信号转换数字信号装置的一具体实施例的电路结构示意图，其目的在针对多组不同的直流输入信号，使其在转换数字信号时的转态范围(或称为瞬时区)能够有效的控制在特定值(例如2V)，并可进一步压缩至最小，以防止静态功率的消耗。第一电压选择区块110由一PMOS晶体管(MP3)所组成，反向器120由一PMOS晶体管(MP4)及一NMOS晶体管(MN3)所组成，第二电压选择区块130由两个NMOS晶体管(MN4及MN5)所组成，而电压转换区块140则由一互补式金氧半(CMOS)晶体管(MP2及MN2)所形成。
继续如图6所示，当输入信号(VI)的电压为0.5V、数字电压(DVDD)为1.2V以及模拟电压(AVDD)为3.3V时，因VI的电压值小于晶体管MN3、MN4及MN5串接后的临界电压值(约为2.1V)，故晶体管MN3、MN4及MN5为不导通状态，但对晶体管MP3及MP4而言，由于AVDD与VI的电压差值约为2.6V，高于晶体管MP3及MP4串接后的临界电压值(约为1.2-1.4V)，故串接后的MP3及MP4晶体管为导通状态。因此，模拟电压AVDD端的电流会流至反向器120的输出端，以将AVDD电压作为电压转换区块140的输入电压。之后，由于晶体管MP2为不导通状态，而晶体管MN2则为导通状态，因此，电压转换区块140得到数字输出信号VO为0V。同理，当输入信号VI的电压为1.5V时，因第二电压选择区块130的晶体管(MN4、MN5)与另一晶体管(MN3)所形成的临界电压为2.1V，故运作情形与上述相同，所以其电压转换区块140得到数字信号VO仍为0V。
当输入信号(VI)的电压升高至2.5V、数字电压(DVDD)为1.2V以及模拟电压(AVDD)为3.3V时，因VI的电压值大于晶体管MN3、MN4及MN5串接后的临界电压值(2.1V)，故晶体管MN3、MN4及MN5为导通状态，而对晶体管MP3及MP4而言，由于AVDD与VI的电压差值(即3.3V-2.5V＝0.8V)小于MP3及MP4串接后的临界电压值(约1.2V-1.4V)，故MP3及MP4晶体管则为不导通状态。因为晶体管MN3、MN4及MN5的导通会使得第二选择区块形成接地状态，故使得电压转换区块140的输入电压为0V。之后，由于晶体管MP2为导通状态，而晶体管MN2则为不导通状态，因此，电压转换区块140的输出信号VO为1.2V。同理，当输入信号电压VI为3V时，其电压转换区块140得到数字输出信号VO仍为1.2V。
在此要强调，本发明的第一电压选择区块110及第二电压选择区块130可依AVDD及VI的电压值来设计电压选择区块内的元件数量，以便使不同规格的输入信号VI能转换成对应的高准为或低准位的数字信号。例如，当AVDD为4.2V时，而同样希望VI在2V以上能转换成高准位的一数字信号输出时，则可将第一电压选择区块110以2个串接的PMOS来形成。依先前的电路操方式，当VI小于2.1V时，第二选择区块为不导通状态，而第一选择区块为导通，因此，电压转换区块140的输出信号为0V。当VI大于2.1V时，第二电压选择区块130为导通状态，而第一电压选择区块110为不导通，因此，电压转换区块140的输出信号VO为数字信号1.2V。故，当AVDD升高时，则可经由对第一电压选择区块110内的PMOS数量来选择VI值。
同理，若要将以较高的VI电压才能转换数字信号的高电位时，则可选择增加第二电压选择区块130内的NMOS数量来达成。例如，当AVDD为4.2V时，而希望VI在3V以上才能转换一高准位的数字信号输出时，则可将第二选择区块以3个串接的NMOS来形成。依先前的电路操方式，当VI小于2.8V(即4个NMOS形成的电压降)时，第二电压选择区块130为不导通状态，而第一电压选择区块110为导通，因此，电压转换区块140的输出信号VO为0V。当VI大于2.8V时，第二电压选择区块130则为导通状态，而第一电压选择区块110则为不导通，因此，电压转换区块140的输出信号VO为数字信号1.2V。经由上述，本发明可依VI及AVDD电压值的变化，选择第一区块与第二区块内的MOS数量来达到转换成数字信号输出的目的。所以无需利用额外的电路来产生参考电压。
如图4所示，经过模拟及数字信号转换后的输出波形，在电压导通转换处均不会很陡峭(sharp)，使得输入电压实际上的转换点不易掌握。因此，为使电压转换波形能够变得更陡峭，本发明提出另一具较佳实施例，如图7所示，其在反向器120与电压转换区块140之间加上一电压波形整修区块150，其中电压波形整修区块150由偶数个CMOS电路所形成的反向器串接而成。电压波形整修区块150的输入端与反向器120连接，而输出端则与电压转换区块140的输入端连接，而其一端连接模拟电压AVDD，另一端则连接接地点。当模拟电压AVDD经过波形整修区块150后，可使转换的数字信号的输出波形会较陡峭。若电压波形整修区块150内的CMOS电路愈多时，则能使输出波形接近理想波形。
本发明的实施例中，利用由复数个PMOS及NMOS晶体管所组成的电压选择区块，故可利用内部的模拟电压(例如3.3V或4.2V)，所以无需利用额外的电路来产生参考电压。之后，利用一电压波形整修区块150来将输出信号波形进行修整。最后，利用电压转换区块将输入信号转换成对应的数字信号。此设计中，利用互补金氧半晶体管(CMOS)的设计规则来布局，因而避免比较器的使用，故可简化芯片的设计及缩小装置所占芯片的面积，并且使得操作功率的消耗大幅的减少。此外，因模拟直流信号AVDD对CMOS电路而言，已属于高电压，因此与AVDD连接的元件均需使用高电压元件的结构。
当本发明的多组直流信号转换数字信号装置嵌入(embedded)于在光驱芯片中，即可对输入芯片的不同的直流电压位准(例如0.5V、1.5V及2.5V)做转换，以区分出高电位或低电位，以输出一数字信号DVDD。
以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在所述的申请专利范围内。
权利要求
1.一种多组直流信号转换数字信号的装置，其特征在于，包括一第一电压选择区块，其一端连接一模拟电压；一反向器，其一输入端连接一输入信号且该输入信号具有复数个不同位准，其一端连接该第一电压选择区块；一第二电压选择区块，其一端连接该反向器，另一端接地；及一电压转换区块，其一输入端连接该反向器的一输出端，其一端连接一数字电压，而其另一端接地，并产生一数字信号输出；其中该第一电压选择区块与该第二电压选择区块用以控制该输入信号在转态时的一瞬时区间大小，该瞬时区间影响该反向器的运作。
2.如权利要求1所述的多组直流信号转换数字信号的装置，其中上述的第一电压选择区块由至少一三端元件所组合。
3.如权利要求2所述的多组直流信号转换数字信号的装置，其中该三端元件为一P型金氧半场效晶体管。
4.如权利要求1所述的多组直流信号转换数字信号的装置，其中上述的第二电压选择区块由至少一三端元件所组合。
5.如权利要求1所述的多组直流信号转换数字信号的装置，其中该三端元件为一N型金氧半场效晶体管。
6.如权利要求2所述的多组直流信号转换数字信号的装置，其中该三端元件均为高电压元件。
7.如权利要求1所述的多组直流信号转换数字信号的装置，其中该反向器均为一高电压元件。
8.如权利要求1所述的多组直流信号转换数字信号的装置，其中该电压转换区块为一CMOS电路结构。
9.如权利要求1所述的多组直流信号转换数字信号的装置，其更包括一电压波形修整区块，该电压波形修整区块的一输入端连接该反向器的输出端，其一端连接该模拟直流信号，其另一端接地，而其一输出端则连接该电压转换区块的输入端。
10.如权利要求9所述的多组直流信号转换数字信号的装置，其中该电压波形修整区块由偶数个反向器所组成。
11.如权利要求10所述的多组直流信号转换数字信号的装置，其中该偶数个反向器均为高电压元件。
全文摘要
一种多组直流信号转换数字信号的装置，包含一第一电压选择区块、一反向器、一第二电压选择区块及一电压转换区块。第一电压选择区块一端连接一模拟电压，而另一端与反向器的一端连接。反向器的输入端与一输入信号连接，而其一端除与第一电压选择区块连接外，其另一端则与第二电压选择区块的一端连接。第二电压选择区块的另一端则形成接地。电压转换区块，其一输入端与反向器的输出端连接，而其一端除与一数字电压连接外，其另一端则形成接地。该装置除可用来调整不同的电压转态范围，将直流信号转换成数字信号输出外，还可以用来缩小芯片面积并节省功率消耗。
文档编号G01R19/25GK1564004SQ200410033578
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月7日 优先权日2004年4月7日
发明者刘智民 申请人:威盛电子股份有限公司