专利名称：电位移转电路与方法
技术领域：
本发明涉及一种电位移转电路(Level Shift Circuit),特别是指一种能以较少的元件来将正供应电压转为负供应电压的电位移转电路，以及相关联的方法。
背景技术：
电位移转电路为电子电路中所经常使用到的电路，其目的在于提供电子讯号的位准转换。当必须将工作电压的高低位准自VDD/0V转换为OV/-VDD时，现有技术作法都必须使用相当多的元件才能达成。例如请参阅图1的现有技术，此种作法是先将高/低位准由VDD / OV转换成1/2 VDD / 0V，再转换成1/2VDD/-1/2VDD,再转换成OV /-1/2 VDD，再转换成OVZ-VDD。显然此种作法不论是能量运用效率、转换速度、元件数目等都并不经济。在某些设计中将五级转换改为三级转换，省略了图1中转换至1/2VDD/0V与OVZ-l/2VDD的步骤，但仍然不够理想。
图2标出现有技术的另一种作法，此电路虽然在转换速度上比图1理想，但所使用的元件数目仍然很高，仍然不够经济。
有鉴于上述现有技术的缺点，本发明提出一种较佳的电位移转电路以及相关方法，以大幅降低元件数目，并提高电路输出的变换速度。
发明内容
本发明的第一目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种电位移转电路，其中使用较少数目的元件，来达成正负供应电压的讯号位准转换。本发明的第二目的在于，提出一种对应的方法。
为达上述目的，本发明提供一种电位移转电路，包含 一个输入级驱动电路； 一个电容，其第一端电连接于该输入级驱动电路的输出端； 一个输出级驱动电路，电连接于该电容的第二端；以及一个反馈拴锁电路，电连接于该输出级驱动电路的输出端与该电容第二端之间，以维持该电容第二端的电压位准。
上述电路中的反馈拴锁电路可为全拴锁电路(full latch)或半拴锁电路(half latch)。
此外，为达上述目的，本发明还提供一种电位移转方法，包含提供一输入讯号，此输入讯号在第一工作高/低电压间变换；提供一电容，并在该电容上产生一跨压；根据该跨压，驱动一输出电路产生输出讯号，此输出讯号对应于输入讯号而在第二工作高/低电压间变换；以及根据该输出讯号而反馈控制电容一端的电位。
下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
图1与图2为现有技术的正电压转负电压的电位移转电路的电路
图3说明本发明的概念；
图4为本发明第一实施例的电位移转电路的电路图；图5与图6说明图4实施例的操作情形；图7与图8标出本发明的另两实施例。
图中符号说明10 输入级驱动电路
15 电容
20 输出级电路
22 反馈拴锁电路
24 .输出级驱动电路
A，B 节点
GND 接地
IN 输入
M11，M12, M21，M22, M23，M24晶体管
OUT 输出
VDD 供应电压
具体实施例方式
请参考图3，首先以示意电路图的方式说明本发明的概念。如图所示，本发明的作法是提供一个工作高/低位准为VDD / 0V的输入级驱动电路IO，其输出与电容15连接，利用该电容15来储存电位差；此外并提供一个输出级电路20，与电容15连接，此电路20中包含一个工作高/低位准为OV /-VDD的输出级驱动电路24，以及一个反馈拴锁电路22，利用该反馈拴锁电路22将输出级驱动电路24的输入节点A保持在正确的位准。
上述电路概念可有多种具体实施型态，举一例如图4，在本实施例的电位移转电路中，由PMOS晶体管Mil与NMOS晶体管M12构成输入级驱动电路10，并由PMOS晶体管M21、 M22与NMOS晶体管M23、 M24构成输出级电路20。 PMOS晶体管M22与NMOS晶体管M24构成输出级驱动电路24，PMOS晶体管M21与NMOS晶体管M23则构成反馈拴锁电路22，其为全拴锁电路(fulllatch，意即在输出端讯号任何位准的情况下都进行反馈拴锁)。
详言之，通过从输出端OUT反馈控制晶体管M21与M23的栅极，可确保节点A在正确的位准；当输出为高位准(0V)时，节点A为低
位准(-VDD),而当输出为低位准(-VDD)时，节点A为高位准(0V)。确保节点A在正确的位准，其作用是维持电容15两端的跨压，使讯号不致随时间而失准。
图4实施例的操作情形，请参考图5与图6。假设VDD为5V，当整体电位移转电路的输入为0V时，PMOS晶体管Mil导通、NMOS晶体管M12关闭，故电容15左端节点B的电压为5V，右端节点A的初始电压为0V，因此电容15上产生了 5V的跨压。因节点A为0V，因此NMOS晶体管M24导通、PMOS晶体管M22关闭，使输出端电压为-5V。此外，自输出端反馈控制晶体管M21与M23的栅极，将节点A保持在0V，故如图中箭号所示，自VDD(5V) —Mil—B—电容15—A—M21 — GND构成一个对电容15充电的回路，使电容15的跨压维持为5V。
另一方面，当整体电位移转电路的输入为5V时，PMOS晶体管Mil关闭、NMOS晶体管M12导通，故电容15左端节点B的电压为0V，因电容的跨压，使右端节点A的电压成为-5V，而使PMOS晶体管M22导通、NMOS晶体管M24关闭，于是输出端电压成为0V。自输出端反馈控制晶体管M21与M23的栅极，将节点A保持在-5V，故如图中箭号所示，自GND — M12 —B—电容15 —A — M23 —-VDD(-5V)构成一个对电容15充电的回路，使电容15的跨压维持为5V。
图4实施例所示为较保守的作法，事实上反馈拴锁电路22不必使用全拴锁电路，可更节省元件，请参考图7的第二个实施例，在此实施例中，仅以晶体管M21构成的半拴锁电路(half latch)来作为反馈拴锁电路22，此电路仅在输出端为低位准时才反馈控制节点A的位准，又例如图8所示的第三个实施例，在此实施例中，仅以晶体管M23构成的半拴锁电路来作为反馈拴锁电路22,此电路仅在输出端为高位准时才反馈控制节点A的位准。图7与图8实施例，亦为可行的作法。
7以上己针对较佳实施例来说明本发明，但是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。对于本领域技术人员，当可在本发明概念之内，立即思及各种等效变化。例如，反馈控制节点A的方式，可使用其它拴锁电路；又如，本发明不限于应用在正供应电压转负供应电压等等。故凡依本发明的概念与精神所为之均等变化或修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
权利要求
1. 一种电位移转电路，其特征在于，包含一个输入级驱动电路；一个电容，其第一端电连接于该输入级驱动电路的输出端；一个输出级驱动电路，电连接于该电容的第二端；以及一个反馈拴锁电路，电连接于该输出级驱动电路的输出端与该电容第二端之间，以维持该电容第二端的电压位准。
2. 如权利要求l所述的电位移转电路，其中，该输入级驱动电路的工作高/低电压分别为正供应电压与ov。
3. 如权利要求l所述的电位移转电路，其中，该输出级驱动电路 的工作高/低电压分别为0V与负供应电压。
4. 如权利要求l所述的电位移转电路，其中，该反馈拴锁电路为 全拴锁电路。
5. 如权利要求4所述的电位移转电路，其中，该全拴锁电路包含 漏极互连且栅极互连的一对PMOS晶体管与NMOS晶体管。
6. 如权利要求l所述的电位移转电路，其中，该反馈拴锁电路为 半拴锁电路。
7. 如权利要求6所述的电位移转电路，其中，该半拴锁电路包含 一个晶体管，其栅极受控于该输出级驱动电路的输出端，其漏极与该 电容第二端电连接。
8. 如权利要求l所述的电位移转电路，其中，该输入级驱动电路 为反相器，包含漏极互连且栅极互连的一对PMOS晶体管与NMOS晶体管，该互连的漏极作为该输入级驱动电路的输出。
9. 如权利要求l所述的电位移转电路，其中，该输出级驱动电路为反相器，包含漏极互连且栅极互连的一对PMOS晶体管与NMOS晶 体管，该互连的漏极作为该输入级驱动电路的输出。
10. —种电位移转方法，其特征在于，包含 提供一输入讯号，此输入讯号在第一工作高/低电压间变换； 提供一电容，并在该电容上产生一跨压；根据该跨压，驱动一输出电路产生输出讯号，此输出讯号对应于 输入讯号而在第二工作高/低电压间变换；以及 根据该输出讯号而反馈控制电容一端的电位。
11. 如权利要求IO所述的电位移转方法，其中，该第一工作高/ 低电压分别为正供应电压与0V。
12. 如权利要求IO所述的电位移转电路，其中，该第二工作高/ 低电压分别为0V与负供应电压。
全文摘要
本发明提出一种电位移转电路，包含一个输入级驱动电路；一个电容，其第一端电连接于该输入级驱动电路的输出端；一个输出级驱动电路，电连接于该电容的第二端；以及一个反馈拴锁电路，电连接于该输出级驱动电路的输出端与该电容第二端之间，以维持该电容第二端的电压位准。
文档编号H03K19/0175GK101465641SQ20071016006
公开日2009年6月24日 申请日期2007年12月21日 优先权日2007年12月21日
发明者吕建平, 朱冠任 申请人:立锜科技股份有限公司