[发明专利]电压准位转换电路

说明书

【技术领域】

本发明关于一种电压准位转换电路，特别是一种具有较快的操作速度以及较大的电压转换范围的电压准位转换电路。

【背景技术】

随着半导体制程技术的不断进步，电子电路可以依据其个别应用上的需求而选择不同世代的半导体制程来实现，以得到操作速度、电路尺寸、功耗以及硬体成本的最佳化。例如需要快速运算以及低功耗的各种处理器（processor）的应用，会以深次微米（deep sub-micron）的制程进行实现，如最新世代的中央处理器（central processing unit，CPU），是利用22奈米的半导体制程技术来实现。而在需要输出较大电压或功率输出的应用上，例如扬声器驱动电路、马达驱动电路等等，则会选择能承受较大电压的半导体制程技术实现。

然而就数位电路的讯号处理而言，当涉及不同电路模组之间的讯号传递时，如何以适当的电压准位进行传送以及接收，则是电子电路是否能够正常运作的关键设计之一。例如前述的深次微米制程，可能会以1伏特甚至低于1伏特的电压进行供电以及操作，而其他应用的半导体制程，则可能以1.8伏特、3.3伏特甚至5伏特的额定电压进行操作。此时，电压准位转换电路（level shift circuit）即扮演了相当重要的角色，例如将核心电路的数位讯号的电压准位进行准位转换之后，再进行输出，或者将从外部接收到的数位讯号进行准位转换之后，再传送给核心电路进行讯号处理。就一般的设计而言，电压准位转换电路的目标为速度快、尺寸小、电压转换范围大且不破坏其输入的工作周期（duty cycle）为佳。

图1为习知的电压准位转换电路100的电路图。电晶体101以及102组成一输入级电路，用以接收互为反相的第一输入讯号以及第二输入讯号，其中第一输入讯号是为输入端110所接收的数位逻辑讯号，第二输入讯号则为第一输入讯号通过反相器120（inverter）所产生的数位逻辑讯号，第二输入讯号的电压准位则由反相器120所耦接的输入参考电压端130的电压定义。电晶体103以及104形成一闩锁电路（latch circuit），并与输入级电路分别耦接于第一输出端点105以及第二输出端点106。闩锁电路与输入级电路依据第一输入讯号以及第二输入讯号决定第一输出端点105以及第二输出端点106的稳态准位，且闩锁电路在暂态时形成一正回授，使第一输出端点105以及第二输出端点106进行转态。第一输出端点105以及第二输出端点106的电压准位由输出参考电压端140的电压定义。另外，电压准位转换电路100更包括反相器150，其输入耦接于第二输出端点106，且反相器150的输出端即为电压准位转换电路100的输出端160。反相器150可增加电压准位转换电路100的输出驱动能力，并且调整输出讯号的工作周期。

图2为对应习知的电压准位转换电路100的时序图。时序210、220、230、240以及250分别对应于第一输入讯号、第二输入讯号、第一输出端点105、第二输出端点106以及输出端160的电压时序。在时间t1的前，第一输入讯号以及第二输入讯号所分别对应的时序210以及220各为数位逻辑的「0」及「1」。在时间t1时，输入端110发生正缘转态，即第一输入讯号由数位逻辑「0」转换为数位逻辑「1」，而反相器120则据以产生与第一输入讯号反相的第二输入讯号，为数位逻辑「0」。此时由于第一输入讯号的逻辑准位为「1」，电晶体101的通道开始导通，而虽然电晶体103的通道亦为导通，但设计上电晶体101的通道驱动能力较电晶体103的通道驱动能力强，因此第一输出端点105所对应的时序230开始发生负缘转态，直到时间t2时由于第一输出端点105的电压够低，足以控制导通电晶体104的通道，并对第二输出端点106进行充电，因此第二输出端点106，亦即其所对应的时序240开始发生正缘转态。直到时间t3时，由于第二输出端点106的准位够高，使反相器160的输出，亦即时序250发生负缘转态。

进一步说明，在时间t4时，输入端110发生负缘转态，即第一输入讯号由数位逻辑「1」转换为数位逻辑「0」，第二输入讯号则由数位逻辑「0」转换为数位逻辑「1」，电晶体102的通道导通，第二输出端点106的讯号随即发生负缘转态，在延迟一段时间后，于时间t5输出端160发生正缘转态。