專利名稱：電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體地涉及數(shù)字邏輯電平轉(zhuǎn)換，特別涉及在一個具有第一邏輯電源(logic supply)的電路和另一個具有不同的邏輯電源的電路之間進行的數(shù)字開關(guān)和邏輯電平的轉(zhuǎn)換。
背景技術(shù)：
雙向開關(guān)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常被用于隔離或連接并行數(shù)據(jù)界面的端口。這種類型的開關(guān)也可以被用于隔離或連接孤立數(shù)據(jù)線(solitary data line)。這種類型的器件經(jīng)常被稱為“總線開關(guān)”，特別是當(dāng)多個開關(guān)被并行使用時?？偩€開關(guān)不僅對隔離特定的器件有用，而且當(dāng)多于一個器件共享一個特定的總線輸出端時，也可以采用它們。在這種類型的結(jié)構(gòu)中，例如，總線開關(guān)可以被用于建立多端口存儲。
總線開關(guān)的其它常見應(yīng)用包括帶電插入(live insertion)(熱插頭(hotplug))應(yīng)用。在類似這樣的應(yīng)用中的總線開關(guān)元件的一種理想特性是，總線開關(guān)不會干擾(interface with)總線信號，且總線開關(guān)本身也不會招致任何損害。可以想象這種類型的器件被用作多路器(multiplexer)或多路輸出選擇器(demultiplexer)，其中有多個輸入對應(yīng)于一個單獨的輸出(或者相反)。
此外，由于可以獲得越來越多的混合邏輯電平電路，因此總線開關(guān)是一種在利用第一邏輯電源的系統(tǒng)和采用第二邏輯電源運行的第二系統(tǒng)之間執(zhí)行邏輯電平轉(zhuǎn)換的方便而廉價的方法。如本領(lǐng)域所知的，可以由單個NMOS晶體管來實現(xiàn)具有低ON電阻的高速雙向開關(guān)。一種單個的串連式的NMOS總線開關(guān)，會將輸入電壓電平轉(zhuǎn)換成由NMOS晶體管的柵極電壓減去其閾值電壓確定的輸出電壓電平。
當(dāng)在3.3V和2.5V之間或在2.5V和1.8V之間進行電平轉(zhuǎn)換，而電源電壓分別為3.3V或2.5V時，這種類型的電路工作得很好。在以上給出的實例中，輸出電壓將近似于低于第一邏輯電源電壓的一個Vtn(NMOS晶體管的閾值電壓)，該電壓近似等于第二邏輯電源電壓。必須考慮到，如果輸入電壓大于柵極電壓減去NMOS的閾值電壓(Vgate-Vtn)，就利用單個NMOS晶體管結(jié)構(gòu)在輸出端產(chǎn)生箝位。
可能需要將工作于3.3V電源電壓的模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)連接到采用1.8V電源的數(shù)字信號處理器(DSP)上。即使兩個器件以不同的邏輯電平工作時，電平轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)也將允許這兩個器件連接。未能采用適當(dāng)?shù)碾娖睫D(zhuǎn)換會使DSP的輸入端受到超載電壓并可能導(dǎo)致?lián)p壞。
然而，必須考慮到，當(dāng)進行3.3V和1.8V之間的電平轉(zhuǎn)換時，這種串連式的NMOS晶體管不再能在兩個獨立的電源電壓之間提供所需要的接口。因此，提出了對電平轉(zhuǎn)換總線開關(guān)的需求，所述電平轉(zhuǎn)換總線開關(guān)即使當(dāng)邏輯電源之間的差超過特定的閾值時，例如，就像一個單級的邏輯電源電壓，也能進行邏輯電平轉(zhuǎn)換。所需要的電平轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)該是利用最新的集成電路工藝簡單地構(gòu)成的，但應(yīng)具有相對少的元件數(shù)量，占有最小的死區(qū)，并節(jié)約電源電流。

發(fā)明內(nèi)容
利用本發(fā)明所述的電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)可滿足所述要求和其它要求，在這種電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)中，NMOS晶體管在采用不同的邏輯電源電壓工作的第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)之間提供切換和電平轉(zhuǎn)換。在第一系統(tǒng)的電源電壓大于第二系統(tǒng)的電源電壓的情況下，由低于第一系統(tǒng)的邏輯電源電壓的電壓驅(qū)動NMOS晶體管的柵極。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種改進的數(shù)字開關(guān)包括開關(guān)元件，該開關(guān)元件在采用第一邏輯電源電壓工作的第一系統(tǒng)和采用第二邏輯電源電壓工作的第二系統(tǒng)之間提供雙向信號通道。所述改進包括為所述開關(guān)元件提供控制電壓的驅(qū)動電路，其中控制電壓小于第一邏輯電源電壓。開關(guān)元件優(yōu)選地包括NMOS晶體管，且第二邏輯電源電壓的幅度低于第一邏輯電源電壓。
在本發(fā)明的一種形式中，驅(qū)動電路包括產(chǎn)生低于第一邏輯電源電壓的第二電源電壓的電壓選擇部分，以及一個由第二電源電壓供電的控制部分，所述控制部分產(chǎn)生用于開關(guān)元件的控制電壓。所述電壓選擇部分優(yōu)選地包括NMOS晶體管，該NMOS晶體管的漏極耦合到數(shù)字開關(guān)電源電壓，且在其源極上提供低于數(shù)字開關(guān)電源電壓近似一個NMOS閾值電壓第二電源電壓。
在本發(fā)明的另一種形式中，控制部分包括至少部分地由第二電源電壓供電的邏輯電路，以使邏輯電路輸出端的控制電壓響應(yīng)開關(guān)控制輸入信號在第二電源電壓和數(shù)字開關(guān)電源參考電位之間進行切換(toggle)。至少部分地由第二電源電壓供電的邏輯電路優(yōu)選地包括至少一個反相器。通常，數(shù)字開關(guān)電源參考電位是地，但當(dāng)控制部分被配置成在分路電源(split supply)下工作時，其也可以是負(fù)電源電壓。
在本發(fā)明的又一種形式中，NMOS晶體管的漏極可以耦合到數(shù)字開關(guān)電源上，且NMOS晶體管的柵極可以耦合到一個不同于數(shù)字開關(guān)電源電壓的電壓上。優(yōu)選地，所述的不同于數(shù)字開關(guān)電源電壓并耦合到NMOS晶體管的柵極上的電壓，相對獨立于溫度變化和數(shù)字開關(guān)電源電壓的幅度變化。
改進的數(shù)字開關(guān)還可以包括選擇邏輯部分，所述選擇邏輯部分響應(yīng)選擇邏輯控制輸入信號，在近似等于數(shù)字開關(guān)電源電壓的第二電源電壓和小于數(shù)字開關(guān)電源電壓近似一個NMOS閾值電壓的第二電源電壓之間進行選擇。
優(yōu)選地，選擇邏輯部分響應(yīng)第一選擇邏輯控制輸入選擇第一電平轉(zhuǎn)換模式，其中開關(guān)元件在具有邏輯電源電壓Vcc1的第一系統(tǒng)和具有近似等于Vcc1-Vtn邏輯電源電壓Vcc2的第二系統(tǒng)之間執(zhí)行電平轉(zhuǎn)換；并響應(yīng)第二選擇邏輯控制輸入選擇第二電平轉(zhuǎn)換模式，其中開關(guān)元件在具有邏輯電源電壓Vcc1的第一系統(tǒng)和具有近似等于Vcc1-2*Vtn的邏輯電源電壓Vcc2的第二系統(tǒng)之間進行電平轉(zhuǎn)換，這里Vtn近似等于NMOS晶體管的閾值電壓。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)包括開關(guān)元件，該開關(guān)元件在利用第一邏輯電源電壓工作的第一系統(tǒng)和在利用第二邏輯電源電壓工作的第二系統(tǒng)之間提供雙向數(shù)字通道；驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路包括電壓選擇部分，該電壓選擇部分包括NMOS晶體管，該NMOS晶體管的漏極耦合到數(shù)字開關(guān)電源電壓，并在其源極提供低于數(shù)字開關(guān)電源電壓近似一個NMOS閾值電壓的第二電源電壓；以及包括至少部分地由第二電源電壓供電的邏輯電路的控制部分，所述控制部分產(chǎn)生用于開關(guān)元件的控制電壓，其中控制電壓響應(yīng)開關(guān)控制輸入信號，在第二電源電壓和數(shù)字開關(guān)電源參考電位之間進行切換。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)包括NMOS晶體管開關(guān)元件，該NMOS晶體管開關(guān)元件在利用第一邏輯電源電壓工作的第一系統(tǒng)和利用第二邏輯電源電壓工作的第二系統(tǒng)之間提供雙向信號通道；驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路包括電壓選擇部分，該電壓選擇部分包括NMOS晶體管，該NMOS晶體管的漏極耦合到數(shù)字開關(guān)電源電壓，并在其源極提供低于數(shù)字開關(guān)電源電壓近似一個NMOS閾值電壓的第二電源電壓；包括有至少部分地由第二電源電壓供電的邏輯電路的控制部分，所述控制部分產(chǎn)生用于開關(guān)元件的控制電壓，其中控制電壓響應(yīng)開關(guān)控制輸入信號，在第二電源電壓和數(shù)字開關(guān)電源參考電位之間進行切換；以及選擇邏輯部分，所述選擇邏輯部分響應(yīng)選擇邏輯控制輸入信號，在近似等于數(shù)字開關(guān)電源電壓的第二電源電壓和小于數(shù)字開關(guān)電源電壓近似一個NMOS閾值電壓的第二電源電壓之間進行選擇。
通過以下的說明和附圖，將會明白本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點。


圖1示出了一種先前技術(shù)的電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)；圖2表示根據(jù)本發(fā)明所述的電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)的一種實施例；圖3是根據(jù)本發(fā)明所述的電平轉(zhuǎn)換開關(guān)的一種替代實施例；圖4是根據(jù)本發(fā)明所述的執(zhí)行數(shù)字開關(guān)和邏輯轉(zhuǎn)換的網(wǎng)絡(luò)的電路原理圖；圖5中的圖表表示圖4的輸出電壓如何隨著輸入電壓的增加而被鉗位的；圖6是典型的CMOS反相器的電路原理圖；以及圖7示出了圖4的網(wǎng)絡(luò)的選擇邏輯部分。
具體實施例方式
以下描述了一種與先前技術(shù)相比具有獨特優(yōu)點的電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)。圖1示出了一種先前技術(shù)的電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)，所述開關(guān)總體地由標(biāo)號100來表示。利用這種先前技術(shù)的電路100，單片的NMOS總線開關(guān)MN1 101提供了隨著輸入電壓而變化的輸出電壓，直至Vgate-Vtn值。隨著輸入電壓的進一步增加，輸出電壓被鉗位在Vgate-Vtn。
如圖1所示，在節(jié)點A的輸入電壓是Vcc1，該輸入電壓是用于系統(tǒng)1 102的邏輯電源電壓。由于Vgate等于用于系統(tǒng)1 102的邏輯電源電壓，節(jié)點B的輸出電壓(用于系統(tǒng)2 103的電源電壓)可以通過從Vcc1電壓減去大約0.8伏的NMOS閾值電壓而計算出來。當(dāng)在3.3V和2.5V之間，或2.5V和1.8V之間執(zhí)行電平轉(zhuǎn)換時，此電路100可以工作得很好，這里電源電壓(Vcc)分別為3.3V或2.5V，但當(dāng)必要的電平轉(zhuǎn)換不再是大約Vtn，而是代之以接近于2*Vtn時，電路100就不勝任了。
當(dāng)在3.3V和1.8V之間執(zhí)行電平轉(zhuǎn)換時，對于3.3V的電源電壓，有必要產(chǎn)生一個低于Vcc的電壓以驅(qū)動NMOS的柵極MN1，以便在A和B之間實現(xiàn)所需要的電平轉(zhuǎn)換。圖2示出了采用第二個NMOS晶體管MN2201產(chǎn)生第二電源電壓Vx 202，這是一個低于Vcc 203的NMOS閾值電壓。電壓Vcc 203可以被稱為數(shù)字開關(guān)電源電壓。Vx 202被用作反相器INV1 204的正電源電壓。當(dāng)然，對于正常的操作，NMOS晶體管MN2 201需要適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定偏置，這是由通過具有Ibias值的電流源205來提供的。實際上，此電流源205將由一個電流鏡像電路來實現(xiàn)，這在本領(lǐng)域中已公知。
當(dāng)NMOS晶體管MN1 101處于ON時，INV1 204的輸出將是Vx202，此電壓Vx 202驅(qū)動晶體管MN1 101的柵極104。這樣可允許在節(jié)點A和B之間進行電壓轉(zhuǎn)換，使節(jié)點B具有最大電壓為Vx 202減去一個NMOS閾值電壓，或者為Vtn。實際上，節(jié)點B的電壓為比Vcc 203低的2*Vtn。此結(jié)構(gòu)允許從3.3V到1.8V的邏輯電平轉(zhuǎn)換。節(jié)點A和B是可以互換的，這使得圖2的電路成為雙向的。
在圖3的電路中，獨立電壓Vgen 301被加在晶體管MN2 201的柵極上，并被設(shè)計成在不同的電源和溫度條件下提供優(yōu)化的性能。Vgen 301通常由產(chǎn)生與電源電壓變化或溫度變化無關(guān)的固定輸出電壓的電路來提供。例如，Vgen 301可以由標(biāo)準(zhǔn)的電壓調(diào)節(jié)器或基準(zhǔn)電壓IC來實現(xiàn)。要求使Vgen 301盡可能與參數(shù)變化無關(guān)，因為MN2 210的柵極電壓越穩(wěn)定會導(dǎo)致Vx 202越穩(wěn)定，這進而將在輸出端產(chǎn)生所能看到的更少的電壓變化。當(dāng)然，由于這個原因，“更穩(wěn)定”意味著更少地依賴于溫度和數(shù)字開關(guān)電源電壓Vcc 203。
圖4是根據(jù)本發(fā)明所述的執(zhí)行數(shù)字開關(guān)和邏輯轉(zhuǎn)換的網(wǎng)絡(luò)的簡易原理圖。MN3 401是在節(jié)點A和B之間執(zhí)行實際的電平轉(zhuǎn)換的開關(guān)。Vgate電壓402決定了可以從網(wǎng)絡(luò)的輸出端獲得的最大輸出電壓，具體地說是Vgate-Vtn。當(dāng)然，在此情況下的閾值電壓，是指執(zhí)行實際開關(guān)任務(wù)的NMOS晶體管MN3 401的閾值電壓。
控制輸入BE 403判斷晶體管MN3 401是ON還是OFF。在此示例性的實施例中，控制信號BE403通過一連串三個反相器INV1 404、INV2405、和INV3 406傳輸，但是可以采用不同數(shù)量的反相器。事實上，經(jīng)其傳遞控制輸入信號BE403的邏輯電路，可以通過其它邏輯元件來構(gòu)造，例如，本領(lǐng)域公知的的與門和或門。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，INV3 406比INV2 405占有更大的死區(qū)(die area)，且INV2 405大于INV1 404。尺寸的順次增大使得INV3 406成為一個大得足以驅(qū)動大型NMOS晶體管MN3 401的柵極的反相器。反相器INV3 406是由芯片上(on-chip)產(chǎn)生的電壓(即，Vx407)來供電的。要指出的是，這種反相器的漸次尺寸增加只是設(shè)計實踐中的慣例，而并非為滿足本發(fā)明功能的需要。
盡管很明顯，反相器INV3 406響應(yīng)控制輸入信號BE 403在Vx407和地之間切換，反相器或其它傳遞控制輸入信號BE403的邏輯電路也可以被配置成在分路電源(split power supply)下工作。在此情況下，由于電路的控制部分現(xiàn)在由第二電源電壓Vx 407和負(fù)電源電壓Vss來供電(圖4中沒有示出)，反相器INV3 406(或其它的被選作驅(qū)動NMOS晶體管MN3 401的器件)的輸出，將響應(yīng)控制輸入信號BE 403，在Vx和Vss之間切換。作為一般原則，可以說反相器INV3 406在第二電源電壓和數(shù)字開關(guān)電源參考電位之間切換。對于單電源工作，這種數(shù)字開關(guān)電源參考電位是地。對于分路電源工作，所述數(shù)字開關(guān)電源參考電位是負(fù)電源電壓。
晶體管MN0 408和MN1 409與晶體管C0 401一起用于產(chǎn)生Vx 407。如以下將詳細描述的，SELB(圖7中的701)控制是MN0 408和MN1 409，還是MP0(圖7中的703)為ON。就通道尺寸而言，MN1 409是一個非常小的器件，該器件設(shè)定通過MN0 408偏置電流。然后MN0 408將電壓Vx407鉗位在Vcc-Vtn，此電壓Vx407然后被用作用于INV3 406的電源。由于INV3 406是一個標(biāo)準(zhǔn)的反相器，與Vgate 402相對應(yīng)的INV3 406的輸出，根據(jù)控制電壓輸入BE 403在零伏特和Vx 407之間進行切換。因此，提出了一種用于改變MN3 401的柵極上的電壓Vgate 402的方法。電壓Vx 407也可以被用作其它反相器的電源，且也可以用于為其它電路供電。
圖7示出了圖4的網(wǎng)絡(luò)的選擇邏輯部分。數(shù)字輸入信號SELB 701決定了圖4的網(wǎng)絡(luò)是執(zhí)行3.3V至2.5V之間的轉(zhuǎn)換，還是執(zhí)行3.3V至1.8V之間的轉(zhuǎn)換(假定采用3.3V電源)。當(dāng)SELB701處于HIGH邏輯狀態(tài)時，圖4的網(wǎng)絡(luò)被構(gòu)造成執(zhí)行3.3V至2.5V的轉(zhuǎn)換。當(dāng)SELB處于LOW邏輯狀態(tài)時，圖4的網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行3.3V至1.8V之間的轉(zhuǎn)換。
當(dāng)SELB為HIGH時，晶體管MP0 703為ON。這意味著Vx407通過晶體管MP0 703被鉗位(is tied to)于Vcc411。對于-Vcc的柵極-源極電壓(gate-to-source)Vgs，MP0 703是完全地ON。由于MP0 703被有意地構(gòu)造成具有大的通道面積(channel area)，因此跨越它的電壓降將很小。這意味著Vx 407將近似等于Vcc，且這是加在INV3(圖4中的406)上的電源電壓。
另一方面，當(dāng)SELB 701處于LOW邏輯狀態(tài)時，MN0 408和MN1 409為ON。MN1 409被用于建立通過MN0 408的偏置電流。Vx 407然后被設(shè)定為Vcc-Vtn0(MN0 408的閾值電壓)。這是因為MN0 408的電平轉(zhuǎn)換作用。此電壓Vx 407，為Vcc-Vtn0，就是以后被用作用于INV3的電源的電壓(圖4中的406)。
MN1 409只是在建立偏置電流，以使MN0 408具有一個通過它的已知的Ids(漏極—源極電流)。此偏置電流可以例如利用一個晶體管或一個電流源來產(chǎn)生。C0 410是一個大電容，當(dāng)瞬態(tài)電流可能很大時，用于在切換期間保持Vx 407盡可能穩(wěn)定。在所述大的切換電流期間，電壓Vx407會變化，但C0 410起著一個“儲能電路”的作用，以保持該電壓Vx 407盡可能穩(wěn)定。盡管優(yōu)選地包括電容C0 410，但所述電路在沒有C0 410的情況下也將工作。
一種典型的反相器，例如反相器INV1 404、INV2 405、和INV3 406的電原理圖如圖6所示，并總體上由標(biāo)號600表示。每個反相器的特征是都具有，該P溝道MOSFET 601與電源電壓603耦合，再進而將N溝道MOSFET 602耦合到地。輸入信號604同時耦合到器件601、602，而輸出信號605從兩個器件漏極的連接點處被引出。
當(dāng)施加HIGH輸入信號604時，晶體管601將處于OFF，且晶體管602將處于ON，從而產(chǎn)生了接近零伏特的邏輯低輸出信號。反之，出現(xiàn)在輸入端604的LOW邏輯電平將會導(dǎo)通晶體管601，并截止晶體管602。因此，輸入電壓605將是一個近似等于電源電壓603的邏輯HIGH電平信號。
圖示在圖5中的曲線圖表示當(dāng)輸入電壓501(圖4中的節(jié)點A)從零伏特斜線增加到3.3伏特時，輸出電壓502(圖4中的節(jié)點B)是如何被鉗位于大約1.8伏特的。對產(chǎn)生圖5所示曲線的圖4網(wǎng)絡(luò)的模擬，是基于對所有電路元件的額定工作模式(nominal models)、Vcc等于3.3V、且溫度為25℃的條件進行的。
這里已經(jīng)描述了一種與先前技術(shù)相比具有獨特優(yōu)點的電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)。很明顯，對于所述技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，可以在不脫離本發(fā)明的精髓和范圍的情況下可進行修改。因此，并不試圖對本發(fā)明進行限定，除非可能必須考慮到附加的權(quán)利要求書。
權(quán)利要求
1.一種改進的數(shù)字開關(guān)，包括在利用第一邏輯電源電壓工作的第一系統(tǒng)和利用第二邏輯電源電壓工作的第二系統(tǒng)之間提供雙向信號通道的開關(guān)元件，所述改進包括提供用于開關(guān)元件的控制電壓的驅(qū)動電路，其中控制電壓小于第一邏輯電源電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的改進的數(shù)字開關(guān)，其特征在于所述第二邏輯電源電壓在幅度上低于第一邏輯電源電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的改進的數(shù)字開關(guān)，其特征在于所述開關(guān)元件包括NMOS晶體管。
4.如權(quán)利要求1所述的改進的數(shù)字開關(guān)，其特征在于所述驅(qū)動電路包括產(chǎn)生小于第一邏輯電源電壓的第二電源電壓的電壓選擇部分；和由第二電源電壓供電的控制部分，控制部分產(chǎn)生用于開關(guān)元件的控制電壓。
5.如權(quán)利要求4所述的改進的數(shù)字開關(guān)，其特征在于所述電壓選擇部分包括NMOS晶體管，該NMOS晶體管的漏極耦合到數(shù)字開關(guān)電源電壓，且在其源極提供比所述數(shù)字開關(guān)電源電壓低近似一個NMOS閾值電壓的第二電源電壓。
6.如權(quán)利要求5所述的改進的數(shù)字開關(guān)，其特征在于所述控制部分包括至少部分地由第二電源電壓供電的邏輯電路，以使邏輯電路輸出端的控制電壓響應(yīng)開關(guān)控制輸入信號，在第二電源電壓和數(shù)字開關(guān)電源參考電位之間切換。
7.如權(quán)利要求6所述的改進的數(shù)字開關(guān)，其特征在于至少部分地由所述第二電源電壓供電的所述邏輯電路包括至少一個反相器。
8.如權(quán)利要求6所述的改進的數(shù)字開關(guān)，其特征在于所述數(shù)字開關(guān)電源參考電位是地。
9.如權(quán)利要求6所述的改進的數(shù)字開關(guān)，其特征在于所述控制部分至少部分地被構(gòu)造成工作于分路電源下，且數(shù)字開關(guān)電源參考電位是負(fù)電源電壓。
10.如權(quán)利要求5所述的改進的數(shù)字開關(guān)，其特征在于所述NMOS晶體管的漏極耦合到數(shù)字開關(guān)電源電壓，且所述NMOS晶體管的柵極耦合到與所述數(shù)字開關(guān)電源電壓不同的電壓。
11.如權(quán)利要求10所述的改進的數(shù)字開關(guān)，其特征在于不同于所述數(shù)字開關(guān)電源電壓并耦合到NMOS晶體管的柵極的所述電壓，相對地獨立于溫度變化以及所述數(shù)字開關(guān)電源電壓的幅度變化。
12.如權(quán)利要求5所述的改進的數(shù)字開關(guān)，還包括選擇邏輯部分，該選擇邏輯部分響應(yīng)選擇邏輯控制輸入信號，在近似等于所述數(shù)字開關(guān)電源電壓的第二電源電壓和低于所述數(shù)字開關(guān)電源電壓近似一個NMOS閾值電壓的第二電源電壓之間進行選擇。
13.如權(quán)利要求12所述的改進的數(shù)字開關(guān)，其特征在于所述選擇邏輯部分響應(yīng)第一選擇邏輯控制輸入而選擇第一電平轉(zhuǎn)換模式，其中開關(guān)元件在具有邏輯電源電壓Vcc1的第一系統(tǒng)和具有近似等于Vcc1-Vtn的邏輯電源電壓Vcc2的第二系統(tǒng)之間進行電平轉(zhuǎn)換，而且所述選擇邏輯部分響應(yīng)第二選擇邏輯控制輸入而選擇第二電平轉(zhuǎn)換模式，其中開關(guān)元件在具有邏輯電平Vcc1的第一系統(tǒng)和具有近似等于Vcc1-2*Vtn的邏輯電平Vcc2的第二系統(tǒng)之間進行電平轉(zhuǎn)換，這里Vtn近似等于NMOS晶體管的閾值電壓。
14.一種電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)，包括開關(guān)元件，該開關(guān)元件在利用第一邏輯電源電壓工作的第一系統(tǒng)和利用第二邏輯電源電壓工作的第二系統(tǒng)之間提供雙向信號通道；和驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路包括電壓選擇部分，該電壓選擇部分包括NMOS晶體管，該NMOS晶體管的漏極耦合到數(shù)字開關(guān)電源電壓，且在其源極上提供低于所述數(shù)字開關(guān)電源電壓近似一個NMOS閾值電壓的第二電源電壓；和控制部分，該控制部分包括至少部分地由第二電源電壓供電的邏輯電路，所述控制部分產(chǎn)生用于開關(guān)元件的控制電壓，其中控制電壓響應(yīng)開關(guān)控制輸入信號，在第二電源電壓和數(shù)字開關(guān)電源參考電位之間進行切換。
15.如權(quán)利要求14所述的電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)，其特征在于所述第二邏輯電源電壓在幅度上低于第一邏輯電源電壓。
16.如權(quán)利要求14所述的電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)，其特征在于所述開關(guān)元件包括NMOS晶體管。
17.如權(quán)利要求14所述的電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)，其特征在于所述至少部分地由第二電源電壓供電的邏輯電路包括至少一個反相器。
18.如權(quán)利要求14所述的電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)，其特征在于上述數(shù)字開關(guān)電源參考電位是地。
19.如權(quán)利要求14所述的電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)，其特征在于所述控制部分被配置成至少部分地工作于分路電源，且數(shù)字開關(guān)電源參考電位是負(fù)電源電壓。
20.如權(quán)利要求14所述的電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)，其特征在于所述NMOS晶體管的漏極耦合到數(shù)字開關(guān)電源電壓，且NMOS晶體管的柵極耦合到不同于所述數(shù)字開關(guān)電源電壓的電壓。
21.如權(quán)利要求20所述的電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)，其特征在于不同于所述數(shù)字開關(guān)電源電壓并耦合到NMOS晶體管的柵極的所述電壓相對獨立于溫度變化和所述數(shù)字開關(guān)電源電壓的幅度變化。
22.如權(quán)利要求14所述的電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)，還包括選擇邏輯部分，該選擇邏輯部分響應(yīng)選擇邏輯控制輸入信號，在近似等于所述數(shù)字開關(guān)電源電壓的第二電源電壓和低于所述數(shù)字開關(guān)電源電壓近似一個NMOS的閾值電壓的第二電源電壓之間進行選擇。
23.如權(quán)利要求22所述的電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)，其特征在于所述選擇邏輯部分響應(yīng)第一選擇邏輯控制輸入而選擇第一電平轉(zhuǎn)換模式，其中開關(guān)元件在具有邏輯電源電壓Vcc1的第一系統(tǒng)和具有近似等于Vcc1-Vtn的邏輯電源電壓Vcc2的第二系統(tǒng)之間進行電平轉(zhuǎn)換，而且所述選擇邏輯部分響應(yīng)第二選擇邏輯控制輸入而選擇第二電平轉(zhuǎn)換模式，其中開關(guān)元件在具有邏輯電源電壓Vcc1的第一系統(tǒng)和具有近似等于Vcc1-2*Vtn的邏輯電源電壓Vcc2的第二系統(tǒng)之間進行電平轉(zhuǎn)換，這里Vtn近似等于NMOS晶體管的閾值電壓。
24.一種電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)，其包括NMOS晶體管開關(guān)元件，其在利用第一邏輯電源電壓工作的第一系統(tǒng)和利用第二邏輯電源電壓工作的第二系統(tǒng)之間提供一種雙向信號通道；以及驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路包括電壓選擇部分，該電壓選擇部分包括NMOS晶體管，該NMOS晶體管的漏極耦合到數(shù)字開關(guān)電源電壓，且在源極上提供低于所述數(shù)字開關(guān)電源電壓近似一個NMOS閾值電壓的第二電源電壓；和控制部分，該控制部分包括至少部分地由第二電源電壓供電的邏輯電路，所述控制部分產(chǎn)生用于開關(guān)元件的控制電壓，其中控制電壓響應(yīng)開關(guān)控制輸入信號在第二電源電壓和數(shù)字開關(guān)電源參考電位之間進行切換；以及選擇邏輯部分，其響應(yīng)選擇邏輯控制輸入信號，在近似等于所述數(shù)字開關(guān)電源電壓的第二電源電壓和低于所述數(shù)字開關(guān)電源電壓近似一個NMOS閾值電壓的第二電源電壓之間進行選擇。
25.如權(quán)利要求24所述的電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)，其特征在于所述第二邏輯電源電壓在幅度上低于第一邏輯電源電壓。
26.如權(quán)利要求24所述的電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)，其特征在于所述數(shù)字開關(guān)電源參考電位是地。
27.如權(quán)利要求24所述的電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)，其特征在于所述控制部分至少部分地被配置成工作于分路電源，且數(shù)字開關(guān)電源參考電位是負(fù)電源電壓。
28.如權(quán)利要求24所述的電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)，其中所述選擇邏輯部分響應(yīng)第一選擇邏輯控制輸入而選擇第一電平轉(zhuǎn)換模式，其中開關(guān)元件在具有邏輯電源電壓Vcc1的第一系統(tǒng)和具有近似等于Vcc1-Vtn的邏輯電源電壓Vcc2的第二系統(tǒng)之間執(zhí)行電平轉(zhuǎn)換，并且所述選擇邏輯部分響應(yīng)第二選擇邏輯控制輸入而選擇第二電平轉(zhuǎn)換模式，其中開關(guān)元件在具有邏輯電源電壓Vcc1的第一系統(tǒng)和具有近似等于Vcc1-2*Vtn的邏輯電源電壓Vcc2的第二系統(tǒng)之間執(zhí)行電平轉(zhuǎn)換，這里Vtn近似等于NMOS晶體管的閾值電壓。
全文摘要
一種電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)，其中開關(guān)元件在以不同的邏輯電源電壓工作的第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)之間提供切換和電平轉(zhuǎn)換。在用于第一系統(tǒng)的電源電壓大于用于第二系統(tǒng)的電源電壓的情況下，開關(guān)元件由一個低于第一系統(tǒng)的邏輯電源電壓的電壓來驅(qū)動。在本發(fā)明的一種形式中，電平轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)包括在利用第一邏輯電源電壓工作的第一系統(tǒng)和利用第二邏輯電源電壓工作的第二系統(tǒng)之間提供雙向信號通道的開關(guān)元件，包括有產(chǎn)生小于第一邏輯電源電壓的第二電源電壓的電壓選擇部分、以及由第二電源電壓供電的控制部分，控制部分產(chǎn)生用于開關(guān)元件的控制電壓，其中控制電壓小于第一邏輯電源電壓。
文檔編號H03K19/01GK1512670SQ20031011618
公開日2004年7月14日 申請日期2003年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月22日
發(fā)明者約翰·奧蘭·鄧?yán)麪? 約翰·P·奎爾, P 奎爾, 約翰 奧蘭 鄧?yán)麪?申請人:模擬器件公司