一种宽电压域电平转换电路的制作方法

本发明涉及模拟电路，特别涉及一种宽电压域电平转换电路。

背景技术：

1、在复杂的电源片上系统中，模拟电路、数字电路和无源元件等有着不同功能的模块被集成在单个芯片中。不同功能模块有着不同的性能和约束，需要以不同的电压运行才能实现最佳的性能功耗比。常采用多电压技术来实现低功耗与高性能的折中，多电压设计方法既降低了功耗，又保证了性能。但是不同电压域之间的逻辑信号电平不同，会引起时序准确性与驱动能力问题，因此，需要利用电平转换电路进行控制信号在不同电源电压域之间的转换。

2、电压域转换可分为低到高和高到低两种结构，高电平到低电平的转换可以通过简单的buffer驱动实现。但是低电平到高电平时因为低电平信号驱动高电平信号会导致上升、下降时间变长，增加在阈值附近的时间，故需要电平转换电路实现不同电压域的转换。图1为传统的电平转换电路的示意性电路图，传统的电平转换电路包括输入反相器、锁存电路和输出反相器。其中，锁存电路由四个晶体管构成，两个pmos晶体管mp1和mp2用于上拉，两个nmos晶体管mn1和mn2用于下拉。由于两个nmos晶体管mn1和mn2工作在低压情况下，导致两个nmos晶体管mn1和mn2的下拉能力很弱，使得锁存电路的上拉网络和下拉网络之间存在很大的竞争电流，在低电平转换为高电平时会有电平上升的延时，传统的交叉耦合结构的电平转换电路晶体管mp1和mp2的栅极电平的反应速度会有延时。

3、因此需要设计一种新的电平位移电路，能够将低压电压域的低压控制信号快速转化为高压电压域的控制信号，其转化范围能够适应低压到高压的范围化，适应当输入的控制信号为振荡器时钟输入时仍然能够满足需要的电平转换速度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种宽电压域电平转换电路，以解决宽电压域的电平转换和低压转高压时响应延时的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种宽电压域电平转换电路，包括电压控制模块、电平转换锁存模块和输出驱动模块；所述电压控制模块的输出端一方面通过第一反相器连接所述电平转换锁存模块的输入端，所述电压控制模块的输出端另一方面也依次通过第一反相器和第二反相器连接所述电平转换锁存模块的输入端；所述电平转换锁存模块和所述输出驱动模块共同连接低电平控制信号vin；

3、所述电压控制模块根据输出结构的电源电压vdd_hv是否会使第一反相器的输出信号发生翻转，控制所述电平转换锁存模块中部分器件的工作状态，形成不同的工作状态；

4、所述电平转换锁存模块是低压域电平转换电路和高压域电平转换电路的复用，根据所述电压控制模块的输出信号选择低压域电平转换或高压域电平转换，快速将低压控制信号转换为目标电压域的输出控制信号；其中低压域电平转换电路用于低压情况下所述第一反相器的输出端为高时的电源域转换；高压域电平转换电路用于高压情况下所述第一反相器的输出端为低时的电压域转换；

5、所述输出驱动模块将输出结构的电源电压转换为输出信号的电压给后端电路提供负载电流。

6、在一种实施方式中，所述电压控制模块包括第二齐纳二极管、第五高压nmos管和第十低压nmos管；

7、所述第二齐纳二极管的阴极接输出的电源电压vdd_hv，阳极接所述第五高压nmos管的漏极，所述第五高压nmos管的源极与所述第十低压nmos管的漏极相连的公共端作为所述第一反相器的输入端，所述第十低压nmos管的源极接地，所述第一反相器的输出端与所述第二反相器的输入端相连；

8、所述电压控制模块根据输出电源电压使所述第一反相器有输出端为低和输出端为高两种结果；输出端为低是gnd，输出端为高是第一反相器的低压电源电压vcc_lv。

9、在一种实施方式中，所述电平转换锁存模块为低压域电平转换与高压域电平转换的复用结构，当所述第一反相器的输出端为高时，所述电平转换锁存模块为低压域电平转换；当所述第一反相器的输出端为低时，所述电平转换锁存模块为高压域电平转换。

10、在一种实施方式中，所述电平转换锁存模块为低压域电平转换时，所述电平转换锁存模块包括第一齐纳二极管、第三齐纳二极管、第一高压nmos管、第四高压nmos管、第六低压nmos管、第七低压nmos管和第三反相器；

11、所述第一齐纳二极管的阴极接输出端的电源电压vdd_hv，阳极接所述第一高压nmos管的漏极；所述第一高压nmos管的源极与所述第六低压nmos管的漏极相连，所述第六低压nmos管的源极接地；所述第三齐纳二极管的阴极接输出端的电源电压vdd_hv，阳极接所述第四高压nmos管的漏极；所述第四高压nmos管的源极与所述第七低压nmos管的漏极相连，所述第七低压nmos管的源极接地。

12、在一种实施方式中，所述电平转换锁存模块为高压域电平转换时，所述电平转换锁存模块包括第一齐纳二极管、第三齐纳二极管、第四齐纳二极管、第一高压pmos管、第二高压pmos管、第四高压pmos管、第五高压pmos管、第二高压nmos管、第三高压nmos管、第六低压nmos管、第七低压nmos管和第三反相器；

13、所述第一齐纳二极管的阴极接输出端的电源电压vdd_hv，阳极接所述第四高压pmos管的源极；所述第四高压pmos管的漏极与所述第二高压nmos管的漏极相连，所述第二高压nmos管的源极与所述第六低压nmos管的漏极相连，所述第六低压nmos管的源极接地；

14、所述第三齐纳二极管的阴极接输出端的电源电压vdd_hv，阳极接所述第五高压pmos管的源极；所述第五高压pmos管的漏极与所述第三高压nmos管的漏极相连，所述第三高压nmos管的源极与所述第七低压nmos管的漏极相连，所述第七低压nmos管的源极接地；

15、所述第一高压pmos管的源极与输出端电源vdd_hv相连，所述第一高压pmos管的漏极同时相连于所述第四高压pmos管的漏极与所述第二高压nmos管的漏极，所述第一高压pmos管的栅极同时相连于所述第三齐纳二极管的阳极与所述第五高压pmos管的源极；

16、所述第二高压pmos管的源极与输出端电源vdd_hv相连，所述第二高压pmos管的漏极同时相连于所述第五高压pmos管的漏极与所述第三高压nmos管的漏极，所述第二高压pmos管的栅极相连于所述第一齐纳二极管的阳极与所述第四高压pmos管的源极。

17、在一种实施方式中，所述输出驱动模块包括第三高压pmos管、第八高压nmos管和第十三低压nmos管；

18、所述第三高压pmos管的源极接输出端的电源电压vdd_hv，所述第三高压pmos管的漏极与所述第八高压nmos管的漏极相连，所述第八高压nmos管的源极与所述第十三高压nmos管的漏极相连，所述第十三高压nmos管的源极与地相连。

19、在一种实施方式中，所述低电平控制信号vin与所述第三反相器的输入端、第六低压nmos管的栅极、第十三低压nmos管的栅极相连，所述第三反相器的输出端与所述第七低压nmos管的栅极相连，所述第三高压pmos管的漏极与所述第八高压nmos管的漏极公共端连接于输出端；

20、所述第一反相器的输出端同时连接于所述第一高压nmos管的栅极与所述第四高压nmos管的栅极，所述第二反相器的输出端同时连接于所述第二高压nmos管的栅极与所述第三高压nmos管的栅极；所述第五高压nmos管的栅极、所述第八高压nmos管的栅极连接于低压电源vcc_lv。

21、本发明提供的一种宽电压域电平转换电路，具有以下增益效果：

22、(1)输出适应范围广，可以实现宽电压范围的电平转换；

23、(2)既能工作于低压(电压低至3v)，又能工作在中高压(高至50v)下工作，解决高低压工作无法兼容的问题；

24、(3)本发明控逻辑只控制一个低压nmos管，在低压域和高压域均可实现快速响应，满足vin信号为时钟输入信号的转换速度要求。