一种消除反灌电压的正负电平转换电路

本发明涉及正负电平转换电路，尤其是涉及一种消除反灌电压的正负电平转换电路。

背景技术：

1、随着微电子设计技术和制造工艺的持续进步，单芯片集成多电源品种的处理单元、集成更多数模混合电路的需求变得越来越常见。例如在雷达发射极领域，往往需要将正压电源调制和功放栅极驱动和控制集成在单芯片上，这就涉及到不同电源的供电，比如5v(正电源)和-5v(负电源)。但是在系统级，不同电源的上电顺序存在不确定性，尤其是在实验室测试环境中，驱动芯片的输入ttl/cmos控制信号、正电源、负电源都存在任意上电顺序的可能。

2、传统的电平转换电路一般由输入缓冲级、电平转换级和输出级构成，其正压供电端和负压供电端之间具有供电通路，当其正压供电端上电而负压供电端未上电时，正压供电端会通过与负压供电端之间存在的供电通路向负压供电端持续充电，产生反灌电压现象，虽然由于负压供电端和地之间的正向二极管效应，负压供电端感应电压被二极管正向压降限制得以降低，但是仍会给后级负压供电应用电路带来应用风险。比如，当正压供电端为5v供电端，负压供电端为-5v供电端时，正压供电端接入5v电压上电，而负压供电端未上电时，负压供电端的感应电压被二极管正向压降限制在0.5v左右，即负压供电端会感应出0.5v左右的感应电压，此时会给后级负压供电应用电路带来应用风险。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种消除反灌电压的正负电平转换电路，该正负电平转换电路将其正压供电端和负压供电端之间的供电通路进行物理隔离，消除其正压供电端和负压供电端无法同步上电过程中产生的反灌电压现象，从而避免给后级负压供电应用电路带来应用风险。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种消除反灌电压的正负电平转换电路，包括第一反相器、第一缓冲器、第二缓冲器、第一nmos管、第二nmos管、第三nmos管、第四nmos管、第五nmos管、第六nmos管、第七nmos管、第一pmos管、第二pmos管、第三pmos管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述的第一反相器、所述的第一缓冲器和所述的第二缓冲器均具有输入端、输出端、电源端和接地端，所述的第一缓冲器的输入端为所述的正负电平转换电路的信号输入端，所述的第一缓冲器的电源端、所述的第一反相器的电源端、所述的第一pmos管的源极、所述的第二pmos管的源极和所述的第三pmos管的源极连接，且其连接端为所述的正负电平转换电路的正压供电端，用于接入正压vdd，所述的第一缓冲器的接地端接地，所述的第一缓冲器的输出端分别与所述的第一反相器的输入端和所述的第一pmos管的栅极连接，所述的第一反相器的接地端接地，所述的第一反相器的输出端和所述的第二pmos管的栅极连接，所述的第一pmos管的漏极和所述的第一电阻的一端连接，所述的第二pmos管的漏极和所述的第二电阻的一端连接，所述的第一电阻的另一端、所述的第三电阻的一端、所述的第一nmos管的漏极和所述的第二nmos管的栅极连接；所述的第二电阻的另一端、所述的第四电阻的一端、所述的第二nmos管的漏极、所述的第一nmos管的栅极和所述的第二缓冲器的输入端连接；所述的第三电阻的另一端和所述的第三nmos管的漏极连接；所述的第四电阻的另一端和所述的第六nmos管的漏极连接；所述的第一nmos管的源极和所述的第四nmos管的漏极连接；所述的第二nmos管的源极和所述的第五nmos管的漏极连接；所述的第七nmos管的漏极、所述的第三nmos管的栅极、所述的第四nmos管的栅极、所述的第五nmos管的栅极和所述的第六nmos管的栅极连接，所述的第二缓冲器的电源端、所述的第三nmos管的源极、所述的第四nmos管的源极、所述的第五nmos管的源极和所述的第六nmos管的源极连接，且其连接端为所述的正负电平转换电路的负压供电端，用于接入负压vee，所述的第二缓冲器的接地端接地，所述的第三pmos管的栅极、所述的第三pmos管的漏极和所述的第七nmos管的栅极连接；所述的第七nmos管的源极接地；所述的第二缓冲器的输出端为所述的正负电平转换电路的输出端。

3、所述的第一反相器包括第四pmos管和第八nmos管，所述的第四pmos管的源极为所述的第一反相器的电源端，所述的第四pmos管的栅极和所述的第八nmos管的栅极连接，且其连接端为所述的第一反相器的输入端，所述的第四pmos管的漏极和所述的第八nmos管的漏极连接，且其连接端为所述的第一反相器的输出端，所述的第八nmos管的源极为所述的第一反相器的接地端。

4、所述的第一缓冲器包括m个第二反相器，m为大于等于2的偶数，每个所述的第二反相器均具有输入端、输出端、电源端和接地端，m个第二反相器的电源端连接，且其连接端为所述的第一缓冲器的电源端，m个第二反相器的接地端连接，且其连接端为所述的第一缓冲器的接地端，第1个第二反相器的输入端为所述的第一缓冲器的输入端，第n个第二反相器的输出端和第n+1个第二反相器的输入端连接，n＝1，2，…，m-1，第m个第二反相器的输出端为所述的第一缓冲器的输出端。

5、所述的第二反相器的结构与所述的第一反相器相同。

6、所述的第二缓冲器包括k个第三反相器，k为大于等于2的偶数，每个所述的第三反相器均具有输入端、输出端、电源端和接地端，k个第三反相器的电源端连接，且其连接端为所述的第二缓冲器的电源端，k个第三反相器的接地端连接，且其连接端为所述的第二缓冲器的接地端，第1个第三反相器的输入端为所述的第二缓冲器的输入端，第j个第三反相器的输出端和第j+1个第三反相器的输入端连接，j＝1，2，…，k-1，第k个第三反相器的输出端为所述的第二缓冲器的输出端。

7、所述的第三反相器的结构与所述的第一反相器相同。

8、所述的第一电阻的阻值和所述的第二电阻的阻值相等，所述的第三电阻的阻值和所述的第四电阻的阻值相等，所述的第一pmos管和所述的第二pmos管的宽长比大于等于20，所述的第一nmos管与所述的第二nmos管规格型号完全相同，所述的第三nmos管和所述的第六nmos管规格型号完全相同，所述的第四nmos管和所述的第五nmos管规格型号完全相同。

9、与现有技术相比，本发明的优点在于通过第一反相器、第一缓冲器、第二缓冲器、第一nmos管、第二nmos管、第三nmos管、第四nmos管、第五nmos管、第六nmos管、第七nmos管、第一pmos管、第二pmos管、第三pmos管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻构成消除反灌电压的正负电平转换电路，其中第三pmos管、第三nmos管、第四nmos管、第五nmos管、第六nmos管和第七nmos管构成通断控制电路，用于控制正压电源端和负压电源端之间供电通路的通断，第一pmos管和第二pmos管作为开关管，保证转换电平的正常输出，第一电阻、第三电阻、第一nmos管、第三nmos管和第四nmos管与第二电阻、第四电阻、第二nmos管、第五nmos管和第六nmos管组成差分电路结构；当正负电平转换电路的正压电源端先完成上电，即正压电源端接入正压vdd，而负压电源端未完成上电时，第三pmos管因其漏极接入正压vdd而开启，此时第七nmos管的栅极电压为高电平，第七nmos管的漏极被拉到低电平，第七nmos管的漏极的电压为0v，同时，第三nmos管的栅极、第四nmos管的栅极、第五nmos管的栅极和第六nmos管的栅极电压均为0v，第三nmos管、第四nmos管、第五nmos管和第六nmos管均不开启，此时正压电源端和负压电源端之间的供电通路断开，负压电源端不存在反灌电压；当正负电平转换电路的负压电源端后于其正压电源端也完成上电，即负压电源端接入负压vee时，此时正负电平转换电路的正压电源端和负压电源端均完成上电，正负电平转换电路进入正常工作状态，如果正负电平转换电路的的信号输入端输入低电平，该低电平经过第一缓冲器后，第一pmos管的栅极为低电平，经过第一反相器后第二pmos管的栅极为高电平，此时第二pmos管关闭，第一pmos管开启，第三pmos管的栅极随着正负电平转换电路的正压电源端上电完成变成高电平，第七nmos管打开，此时第三nmos管的栅极、第四nmos管的栅极、第五nmos管的栅极和第六nmos管的栅极均被第七nmos管拉到地电平，因此全部导通，此时第一pmos管、第一电阻、第三电阻和第三nmos管构成的通路打开，第一电阻和第三电阻上产生电流，第一电阻和第三电阻的分压决定的电平给到第二nmos管的栅极，第二nmos管打开，此时第二缓冲器的输入端被第二nmos管、第五nmos管、第四电阻和第六nmos管下拉到负压vee，该负压vee也作用到第一nmos管的栅端，从而关闭了第一nmos管，至此，第二缓冲器的输出端输出电平0v；如果正负电平转换电路的的信号输入端输入高电平，该高电平经过第一缓冲器后，第一pmos管的栅极为高电平，经过第一反相器后第二pmos管的栅极为低电平，第一pmos管关闭，第二pmos管开启，此时第二pmos管、第二电阻、第四电阻和第六nmos管通路打开，第二电阻和第四电阻上产生电流，第二电阻和第四电阻的分压决定的电平给到第一nmos管的栅极，第一nmos管打开，此时第二缓冲器的输入端被第二电阻和第四电阻分压驱动，该分压也作用到第一nmos管的栅端，从而打开了第一nmos管，此时第二nmos管的栅极被下拉到负压vee，从而第二nmos管关断，至此，第二缓冲器的输入端的电平受第二电阻和第四电阻的阻值决定，由于第二电阻的阻值等于第四电阻的阻值，第二缓冲器的输入端电平近似为0v，则第二缓冲器的输出端输出端电压等于负压vee，正负电平转换电路完成电压转换功能，本发明中，第三pmos管、第三nmos管、第四nmos管、第五nmos管、第六nmos管和第七nmos管构成的通断控制电路，在正负电平转换电路的正压电源端和负压电源端均完成上电后，第三nmos管、第四nmos管、第五nmos管和第六nmos管完全开启，不影响正负电平转换电路的电平转换功能，在正负电平转换电路的正压电源端先于负压电源端均完成上电时，第三nmos管、第四nmos管、第五nmos管和第六nmos管均不开启，此时负压电源端不存在反灌电压，由此本发明通过通断控制电路将其正压供电端和负压供电端之间的供电通路进行物理隔离，消除其正压供电端和负压供电端无法同步上电过程中产生的反灌电压现象，从而避免给后级负压供电应用电路带来应用风险。