一种高速全差分升压转换电路的制作方法

1.本发明属于集成电路设计领域，特别是涉及一种高速全差分升压转换电路。


背景技术：

2.通常把介于内部芯片与外部芯片之间的接口称为i/o接口，通过i/o接口可以实现外部芯片与内部芯片之间的信号转换，完成相应的控制功能。
3.而在信号转换过程中，如何将输入的低电源电压信号转换为高电源电压信号以供内部芯片使用，则是本领域技术人员需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高速全差分升压转换电路，应用于i/o接口处，用以实现电压抬升。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高速全差分升压转换电路，所述高速全差分升压转换电路包括：
6.升压转换模块，用于对低压差分输入信号进行电压抬升，以产生高压差分输出信号；
7.偏置设定模块，用于设定所述高压差分输出信号的直流工作点。
8.可选地，所述升压转换模块包括：
9.输入控制单元，用于根据所述低压差分输入信号产生转换控制信号；
10.转换输出单元，连接于高电源电压和所述输入控制单元的输出端之间，用于根据所述转换控制信号进行电压转换以产生所述高压差分输出信号；
11.偏置镜像单元，连接于高电源电压和所述高速全差分升压转换电路的差分输出端之间，用于将所述直流工作点镜像至所述差分输出端。
12.可选地，所述输入控制单元包括：第一反相器、第二反相器、第一nmos管及第二nmos管，所述第一反相器的输入端及所述第二反相器的输入端作为所述高速全差分升压转换电路的差分输入端，所述第一反相器的输出端连接于所述第一nmos管的栅极，所述第一nmos管的源极接地，所述第一nmos管的漏极作为所述输入控制单元的第一输出端，所述第二反相器的输出端连接于所述第二nmos管的栅极，所述第二nmos管的源极接地，所述第二nmos管的漏极作为所述输入控制单元的第二输出端；其中，所述第一反相器及所述第二反相器的工作电压为低电源电压。
13.可选地，所述输入控制单元还包括：第三nmos管及第四nmos管，所述第三nmos管串联于所述第一nmos管的漏极和所述输入控制单元的第一输出端之间，所述第四nmos管串联于所述第二nmos管的漏极和所述输入控制单元的第二输出端之间，所述第三nmos管的栅极及所述第四nmos管的栅极均接入偏置电压。
14.可选地，所述转换输出单元包括：第一pmos管及第二pmos管，所述第一pmos管的源极及所述第二pmos管的源极均接入高电源电压，所述第一pmos管的漏极连接于所述第二
pmos管的栅极，并作为所述高速全差分升压转换电路的一差分输出端，所述第一pmos管的栅极连接于所述输入控制单元的第二输出端，所述第二pmos管的漏极连接于所述第一pmos管的栅极，并作为所述高速全差分升压转换电路的另一差分输出端，所述第二pmos管的栅极连接于所述输入控制单元的第一输出端。
15.可选地，所述转换输出单元还包括：第一电阻及第二电阻，所述第一电阻并联于所述第一pmos管的源、漏极两端，所述第二电阻并联于所述第二pmos管的源、漏极两端。
16.可选地，所述偏置镜像单元包括：第三pmos管及第四pmos管，所述第三pmos管串联于高电源电压和所述高速全差分升压转换电路的一差分输出端之间，所述第四pmos管串联于高电源电压和所述高速全差分升压转换电路的另一差分输出端之间，所述第三pmos管的栅极及所述第四pmos管的栅极均连接于所述偏置设定模块的镜像控制端。
17.可选地，所述偏置设定模块包括：
18.偏置设定单元，用于根据预设电压及预设电阻来设定所述直流工作点的大小；
19.偏置产生单元，连接于所述偏置设定单元的输出端，用于根据运算放大器的自反馈产生所述直流工作点，并通过镜像作用将所述直流工作点镜像至所述高速全差分升压转换电路的差分输出端。
20.可选地，所述偏置设定单元包括：预设电阻及电流源，所述预设电阻的一端接入预设电压，所述预设电阻的另一端连接于所述电流源的一端，并作为所述偏置设定单元的输出端，所述电流源的另一端接地。
21.可选地，所述偏置产生单元包括：运算放大器、第三反相器、第三电阻、第五pmos管、第五nmos管及第六nmos管，所述运算放大器的同相输入端连接于所述偏置设定单元的输出端，所述运算放大器的反相输入端连接于所述第五pmos管的漏极及所述第六nmos管的漏极，所述运算放大器的输出端连接于所述第五pmos管的栅极，并作为所述偏置产生单元的镜像控制端，所述第五pmos管的源极接入高电源电压，所述第三电阻并联于所述第五pmos管的源、漏极两端，所述第六nmos管的源极连接于所述第五nmos管的漏极，所述第六nmos管的栅极接入偏置电压，所述第五nmos管的源极接地，所述第五nmos管的栅极连接于所述第三反相器的输出端，所述第三反相器的输入端接入低电源电压的低电平。
22.如上所述，本发明的一种高速全差分升压转换电路，可将i/o接口接收到的低压差分输入信号正确地升压转换为高压差分输出信号以供内部芯片使用；而且，通过第三、第四nmos管及第一、第二电阻的设计，可实现电平的快速下拉与抬升，使得本发明所述高速全差分升压转换电路的电平转换速度甚至可以超过10gb/s。
附图说明
23.图1显示为本发明所述高速全差分升压转换电路的电路示意图。
24.元件标号说明
25.100
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升压转换模块
26.101
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输入控制单元
27.102
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转换输出单元
28.103
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偏置镜像单元
29.200
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偏置设定模块
30.201
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偏置设定单元
31.202
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偏置产生单元
具体实施方式
32.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
33.请参阅图1。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
34.如图1所示，本实施例提供一种高速全差分升压转换电路，所述高速全差分升压转换电路包括：
35.升压转换模块100，用于对低压差分输入信号进行电压抬升，以产生高压差分输出信号；
36.偏置设定模块200，用于设定所述高压差分输出信号的直流工作点。
37.作为示例，如图1所示，所述升压转换模块100包括：
38.输入控制单元101，用于根据所述低压差分输入信号产生转换控制信号；
39.转换输出单元102，连接于高电源电压和所述输入控制单元101的输出端之间，用于根据所述转换控制信号进行电压转换以产生所述高压差分输出信号；
40.偏置镜像单元103，连接于高电源电压和所述高速全差分升压转换电路的差分输出端之间，用于将所述直流工作点镜像至所述差分输出端。
41.具体的，如图1所示，所述输入控制单元101包括：第一反相器inv1、第二反相器inv2、第一nmos管mn1及第二nmos管mn2，所述第一反相器inv1的输入端及所述第二反相器inv2的输入端作为所述高速全差分升压转换电路的差分输入端(inp、inn)以接入所述低压差分输入信号，所述第一反相器inv1的输出端连接于所述第一nmos管mn1的栅极，所述第一nmos管mn1的源极接地，所述第一nmos管mn1的漏极作为所述输入控制单元101的第一输出端，所述第二反相器inv2的输出端连接于所述第二nmos管mn2的栅极，所述第二nmos管mn2的源极接地，所述第二nmos管mn2的漏极作为所述输入控制单元101的第二输出端；其中，所述第一反相器inv1及所述第二反相器inv2的工作电压为低电源电压。更具体的，所述低电源电压为全摆幅电压，其电压范围为0
‑
1.1v；具体应用时，可根据实际需求来设定所述低电源电压的具体数值，如本示例中所述低电源电压为1.1v。
42.进一步地，如图1所示，所述输入控制单元101还包括：第三nmos管mn3及第四nmos管mn4，所述第三nmos管mn3串联于所述第一nmos管mn1的漏极和所述输入控制单元101的第一输出端之间，所述第四nmos管mn4串联于所述第二nmos管mn2的漏极和所述输入控制单元101的第二输出端之间，所述第三nmos管mn3的栅极及所述第四nmos管mn4的栅极均接入偏置电压vb，以使所述第三nmos管mn3及所述第四nmos管mn4均工作于饱和区，起到控制其电流的目的，从而便于对所述差分输出端进行充电和放电，加快电压抬升及下拉的速度，实现
电压的快速抬升及快速下拉。
43.具体的，如图1所示，所述转换输出单元102包括：第一pmos管mp1及第二pmos管mp2，所述第一pmos管mp1的源极及所述第二pmos管mp2的源极均接入高电源电压，所述第一pmos管mp1的漏极连接于所述第二pmos管mp2的栅极，并作为所述高速全差分升压转换电路的一差分输出端，所述第一pmos管mp1的栅极连接于所述输入控制单元101的第二输出端，所述第二pmos管mp2的漏极连接于所述第一pmos管mp1的栅极，并作为所述高速全差分升压转换电路的另一差分输出端，所述第二pmos管mp2的栅极连接于所述输入控制单元101的第一输出端。本示例中，所述第一pmos管mp1及所述第二pmos管mp2采用交叉耦合连接方式，不仅保证了所述低压差分输入信号的电压抬升，还保证了所述高压差分输出信号上升沿的一致性。更具体的，所述高电源电压的电压范围为1.1
‑
3.3v；具体应用时，可根据实际需求来设定所述高电源电压的具体数值，如本示例中所述高电源电压为2.5v。
44.进一步地，如图1所示，所述转换输出单元102还包括：第一电阻r1及第二电阻r2，所述第一电阻r1并联于所述第一pmos管mp1的源、漏极两端，所述第二电阻r2并联于所述第二pmos管mp2的源、漏极两端。本示例中，通过所述第一电阻r1及所述第二电阻r2的设计，使得所述第一pmos管mp1及所述第二pmos管mp2中始终有电流存在，从而加快电压抬升的速度，实现电压的快速抬升。
45.具体的，如图1所示，所述偏置镜像单元103包括：第三pmos管mp3及第四pmos管mp4，所述第三pmos管mp3串联于高电源电压和所述高速全差分升压转换电路的一差分输出端之间，所述第四pmos管mp4串联于高电源电压和所述高速全差分升压转换电路的另一差分输出端之间，所述第三pmos管mp3的栅极及所述第四pmos管mp4的栅极均连接于所述偏置设定模块200的镜像控制端。本示例中，所述第三pmos管mp3及所述第四pmos管mp4通过镜像作用，将所述直流工作点镜像至所述高速全差分升压转换电路的差分输出端(outp、outn)，从而实现设定所述高压差分输出信号的直流工作点。
46.作为示例，如图1所示，所述偏置设定模块200包括：
47.偏置设定单元201，用于根据预设电压vs及预设电阻rs来设定所述直流工作点的大小；
48.偏置产生单元202，连接于所述偏置设定单元201的输出端，用于根据运算放大器的自反馈产生所述直流工作点，并通过镜像作用将所述直流工作点引入至所述高速全差分升压转换电路的差分输出端。
49.具体的，如图1所示，所述偏置设定单元201包括：预设电阻rs及电流源，所述预设电阻rs的一端接入预设电压vs，所述预设电阻rs的另一端连接于所述电流源的一端，并作为所述偏置设定单元201的输出端，所述电流源的另一端接地。需要注意的是，具体应用时，可根据实际需求来设定所述直流工作点的大小，如本示例中所述直流工作点的电压为1.8v。
50.具体的，如图1所示，所述偏置产生单元202包括：运算放大器op、第三反相器inv3、第三电阻r3、第五pmos管mp5、第五nmos管mn5及第六nmos管mn6，所述运算放大器op的同相输入端连接于所述偏置设定单元201的输出端，所述运算放大器op的反相输入端连接于所述第五pmos管mp5的漏极及所述第六nmos管mn6的漏极，所述运算放大器op的输出端连接于所述第五pmos管mp5的栅极，并作为所述偏置产生单元202的镜像控制端，所述第五pmos管
mp5的源极接入高电源电压，所述第三电阻r3并联于所述第五pmos管mp5的源、漏极两端，所述第六nmos管mn6的源极连接于所述第五nmos管mn5的漏极，所述第六nmos管mn6的栅极接入偏置电压vb，所述第五nmos管mn5的源极接地，所述第五nmos管mn5的栅极连接于所述第三反相器inv3的输出端，所述第三反相器inv3的输入端接入低电源电压的低电平。本示例中，所述运算放大器op基于自反馈的连接方式，使其反相输入端的电压等于其同相输入端的电压，即其反相输入端的电压等于直流工作点的电压；之后再通过镜像作用，将差分输出端(outp、outn)产生的高压差分输出信号的直流电平固定在直流工作点处。
51.下面请参阅图1，对本实施例所述高速全差分升压转换电路的工作过程进行说明；其中，以低电源电压为1.1v，高电源电压为2.5v，直流工作点的电压为1.8v为例。
52.当差分输入端inp的电平从0
→
1、inn的电平从1
→
0进行切换时，所述第一反相器inv1输出的电平为1
→
0，所述第二反相器inv2输出的电平为0
→
1，则所述第一nmos管mn1关断，所述第二nmos管mn2导通；此时，所述第一pmos管mp1的栅极电压经由所述第二nmos管mn2及所述第四nmos管mn4被快速拉低，所述第一pmos管mp1导通，而所述第二pmos管mp2关断；差分输出端outp处的电平经由所述第一pmos管mp1、所述第一电阻r1及所述第三nmos管mn3被快速抬升至高电源电压，而差分输出端outn的电平则经由所述第二nmos管mn2及所述第四nmos管mn4被快速拉低至地。
53.当差分输入端inp的电平从1
→
0、inn的电平从0
→
1进行切换时，所述第一反相器inv1输出的电平为0
→
1，所述第二反相器inv2输出的电平为1
→
0，则所述第一nmos管mn1导通，所述第二nmos管mn2关断；此时，所述第二pmos管mp2的栅极电压经由所述第一nmos管mn1及所述第三nmos管mn3被快速拉低，所述第二pmos管mp2导通，而所述第一pmos管mp1关断；差分输出端outn处的电平经由所述第二pmos管mp2、所述第二电阻r2及所述第四nmos管mn4被快速抬升至高电源电压，而差分输出端outp的电平则经由所述第一nmos管mn1及所述第三nmos管mn3被快速拉低至地。
54.该过程中，偏置设定模块200设定直流工作点，并通过镜像作用将差分输出端(outp、outn)产生的高压差分输出信号的直流电平固定在直流工作点处。
55.综上所述，本发明的一种高速全差分升压转换电路，可将i/o接口接收到的低压差分输入信号正确地升压转换为高压差分输出信号以供内部芯片使用；而且，通过第三、第四nmos管及第一、第二电阻的设计，可实现电平的快速下拉与抬升，使得本发明所述高速全差分升压转换电路的电平转换速度甚至可以超过10gb/s。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
56.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。