專利名稱：改良位準移位器的電路及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種位準移位器(level shifter)，特別是關于一種改良位準移位器的電路及方法。
背景技術：
在一般的電路中，常需要用到多種不同電位的電壓源，當不同電位的電壓源的信號要互相溝通時，信號需先經(jīng)過位準移位器將不同電位的信號調(diào)整成相同電位，使得電路可以正常運作。例如圖1所示，在現(xiàn)有的低電壓轉(zhuǎn)高電壓的位準移位器中，晶體管M1、M2用來放大低電壓互補性輸入信號hi、化2，此輸入信號^ι1、Ιη2通常為邏輯1(低電壓源VDD 的最高電位)或邏輯0 (與電壓源VSS同電位)，且^ι1、Ιη2為彼此互補的信號，當信號^il 為邏輯1時，信號Ιη2為邏輯0，反之，當信號Inl為邏輯0時，信號Ιη2為邏輯1 ；晶體管 Μ3、Μ4是源極接到高電壓源VHH且柵極、漏極交互耦合的鎖存器，用來將低電壓源VDD輸入的邏輯1轉(zhuǎn)換成高電壓源VHH輸入的邏輯1。在輸入低電壓源VDD的互補信號Inl、In2到此位準移位器時，會在輸出端得到高電壓源VHH的互補信號0utl、0ut2，且輸出信號Outl的邏輯會和輸入信號hi的邏輯相同，輸出信號0ut2的邏輯會和輸入信號的邏輯相同。 舉例來說，當信號Inl為邏輯1，信號In2為邏輯0時，輸出端Outl會產(chǎn)生高電壓源VHH的邏輯1，輸出端0ut2會產(chǎn)生邏輯0 (電位VSS)。假設目前輸入信號hi、In2分別為邏輯1及邏輯0，則輸出信號Outl、0ut2會被固定在邏輯1及邏輯0。在此狀態(tài)下，晶體管M1、M4處于導通狀態(tài)，晶體管M2、M3處于截止狀態(tài)。若輸入信號Inl、In2突然轉(zhuǎn)變成邏輯0及邏輯1，則晶體管Μ2會導通，晶體管Ml會截止，但此時輸出信號Outl、0ut2還是處于原來的狀態(tài)(邏輯1及邏輯0)，尚未轉(zhuǎn)換成邏輯 0及邏輯1，因此晶體管M4還是處于導通狀態(tài)，晶體管M3還是處于截止狀態(tài)。在此暫態(tài)下， 由于晶體管M2、M4同時處于導通狀態(tài)，因此有漏電流從高電壓源VHH經(jīng)晶體管M2、M4流到低電壓源VSS，造成功率損耗。此外，當輸入信號轉(zhuǎn)換之后，輸出信號Outl要從邏輯1轉(zhuǎn)換成邏輯0時，卻因為晶體管M2、M4同時導通，造成晶體管M2要將輸出信號Outl拉低至VSS 電位，而晶體管M4要將輸出信號Outl拉高至VHH電位的拉鋸現(xiàn)象。為了讓輸出信號Outl 順利轉(zhuǎn)換，現(xiàn)有技術采取增加晶體管M4的通道長度，使其電流驅(qū)動能力低于晶體管M2。但是這樣會增加電路面積，使得IC成本提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一，在于提出一種減少消耗電流的位準移位器。本發(fā)明的目的之一，在于提出一種減少電路面積的位準移位器。本發(fā)明的目的之一，在于提出一種可調(diào)整輸出驅(qū)動能力的位準移位器。根據(jù)本發(fā)明，一種改良位準移位器的電路及方法，是在該位準移位器的鎖存器與電壓源之間串接限流電路限制該鎖存器的驅(qū)動電流不超過某設定值，因而減少該位準移位器在轉(zhuǎn)換時的消耗電流，而且可以使用較短通道長度的晶體管實現(xiàn)該鎖存器，縮小該位準移位器的電路面積。較佳者，該設定值是可調(diào)的，藉以調(diào)整該位準移位器的輸出驅(qū)動能力，加快該位準移位器的轉(zhuǎn)換速度。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發(fā)明的限定。在附圖中圖1為現(xiàn)有的低電壓轉(zhuǎn)高電壓的位準移位器；圖2為本發(fā)明的第一實施例；圖3為圖2的位準移位器的邏輯態(tài)的電壓位準；圖4為本發(fā)明的第二實施例；以及圖5為圖4的位準移位器的邏輯態(tài)的電壓位準。附圖標號10位準移位器12限流電路14輸入信號的電壓位準16輸出信號的電壓位準18位準移位器20限流電路22輸入信號的電壓位準24輸出信號的電壓位準
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳細說明。在此，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。如圖2所示，以圖1的低電壓轉(zhuǎn)高電壓的位準移位器10為基礎，串接限流電路12 在其鎖存器與高電壓源VHH之間。限流電路12包含晶體管M5連接在位準移位器10的鎖存器與高電壓源VHH之間，受控制信號Ctrll控制其電流。當控制信號Ctrll為較低的電壓時，晶體管M5可提供較大的電流，反之，當控制信號Ctrll為較高的電壓時，晶體管M5可提供的電流較小。此改良式位準移位器在正常操作時，控制信號Ctrll為某特定電壓，以設定晶體管M5能夠產(chǎn)生的最大電流。該特定電壓可以是任何的參考電壓源。假設目前輸入信號hi、In2分別為邏輯1及邏輯0，則輸出信號Outl、0ut2會被固定在高電壓源VHH的邏輯1及邏輯0。低電壓源VDD的邏輯態(tài)對應的電壓位準及高電壓源VHH的邏輯態(tài)對應的電壓位準如圖3所示，波形14指出輸入信號hi、In2的電壓位準，波形16指出輸出信號 OutU 0ut2的電壓位準。在輸入信號hi、In2突然轉(zhuǎn)變成邏輯0及邏輯1時，晶體管M2、 M4同時處于導通狀態(tài)，因而產(chǎn)生一條從高電壓源VHH到低電壓源VSS的漏電流路徑，不過因為晶體管M5的關系，該漏電流會被限制在晶體管M5所能提供的電流，因此減少位準移位器在信號轉(zhuǎn)換時的消耗功率。此外，在晶體管M2、M4拉鋸時，因為晶體管M5的限流效果，晶體管M4上拉的電流只有限制電流的大小，使其上拉能力比現(xiàn)有電路小了很多，因此不需要將晶體管M4的通道長度加大來限制其驅(qū)動電流，也可以使輸出信號順利轉(zhuǎn)換。如此一來，便可使用較小的面積實現(xiàn)位準移位電路的功能。較佳者，晶體管M5的限制電流是可調(diào)的，以調(diào)整位準移位電路的輸出驅(qū)動能力。 例如圖2所示，限流電路12包含晶體管M6連接在晶體管M5的柵極Ctrl與電壓源VSS之間，受控制信號Ctr2控制，以調(diào)整晶體管M5的限制電流。當位準移位器的負載較小時，控制信號Ctrl2固定在邏輯0，因此晶體管M6為截止狀態(tài)，晶體管M5的電流由控制信號Ctrll 的電壓控制。當負載較大時，控制信號Ctrl2設定在邏輯1，高、低電壓源皆可，因此晶體管 M6為導通狀態(tài)，將晶體管M5的柵極電壓Ctrl下拉至邏輯0，使得晶體管M5完全導通，達到增加驅(qū)動電流的效果，因而加快位準移位電路的轉(zhuǎn)換速度。圖4為本發(fā)明的第二實施例，其中位準移位器18是現(xiàn)有電路，用來將輸入信號的邏輯0的電位VSS轉(zhuǎn)換到比其更低的VLL電位。參照圖5，波形22指出輸入信號hi、In2 的電壓位準，波形M指出輸出信號Outl、0ut2的電壓位準。在此改良式位準移位器中，限流電路20串接在位準移位器18的鎖存器與電壓源VLL之間。限流電路20包含晶體管M7 受控制信號Ctrl3的控制，其功能和圖2中的晶體管M5雷同。此外，限流電路20中的晶體管M8連接在晶體管M7的柵極Ctrl3與電壓源VDD之間，受控制信號Ctr4控制，其功能和圖2中的晶體管M6雷同。以上對于本發(fā)明的較佳實施例所作的敘述為闡明的目的，而無意限定本發(fā)明精確地為所揭露的形式，基于以上的教導或從本發(fā)明的實施例學習而作修改或變化是可能的， 實施例是為解說本發(fā)明的原理以及讓本領域技術人員以各種實施例利用本發(fā)明在實際應用上而選擇及敘述，本發(fā)明的技術思想由權利要求范圍及其均等來決定。
權利要求
1.一種改良位準移位器的電路，其特征在于，所述位準移位器的鎖存器與電壓源之間具有一限流電路限制所述鎖存器的驅(qū)動電流不超過一設定值。
2.如權利要求1所述的改良位準移位器的電路，其特征在于，所述設定值是可調(diào)的。
3.如權利要求1所述的改良位準移位器的電路，其特征在于，所述限流電路包含一晶體管串接在所述鎖存器與所述電壓源之間，具有一控制端接受一控制信號以決定所述設定值。
4.如權利要求3所述的改良位準移位器的電路，其特征在于，所述電路更包含另一晶體管連接在所述控制端與另一電壓源之間，具有一控制端接受另一控制信號以調(diào)整所述設定值。
5.如權利要求4所述的改良位準移位器的電路，其特征在于，所述另一控制信號根據(jù)所述位準移位器的負載大小調(diào)整所述設定值。
6.如權利要求5所述的改良位準移位器的電路，其特征在于，所述設定值在所述位準移位器的負載較大時為較大的值。
7.一種改良位準移位器的方法，其特征在于，在所述位準移位器的鎖存器與電壓源之間串接一限流電路限制所述鎖存器的驅(qū)動電流不超過一設定值。
8.如權利要求7所述的改良位準移位器的方法，其特征在于，所述設定值是可調(diào)的。
9.如權利要求7所述的改良位準移位器的方法，其特征在于，所述方法包含施加一控制信號控制一串接在所述鎖存器與所述電壓源之間的晶體管，以決定所述設定值。
10.如權利要求9所述的改良位準移位器的方法，其特征在于，所述方法更包含改變所述控制信號以調(diào)整所述設定值。
11.如權利要求10所述的改良位準移位器的方法，其特征在于，所述控制信號根據(jù)所述位準移位器的負載大小改變。
12.如權利要求11所述的改良位準移位器的方法，其特征在于，所述設定值在所述位準移位器的負載較大時被調(diào)整為較大的值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改良位準移位器的電路及方法，是在位準移位器的鎖存器與電壓源之間串接限流電路限制該鎖存器的驅(qū)動電流不超過某設定值，因而減少該位準移位器在轉(zhuǎn)換時的消耗電流，而且可以使用較短通道長度的晶體管實現(xiàn)該鎖存器，縮小該位準移位器的電路面積。較佳者，該設定值是可調(diào)的，藉以調(diào)整該位準移位器的輸出驅(qū)動能力，加快該位準移位器的轉(zhuǎn)換速度。
文檔編號H03K19/0175GK102457263SQ20101052839
公開日2012年5月16日 申請日期2010年11月1日 優(yōu)先權日2010年11月1日
發(fā)明者劉永元, 黃弘安 申請人:天鈺科技股份有限公司