專利名稱：電壓移轉電路的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種電壓移轉(Level shifter)電路，尤指一種適用于低電壓轉換高電壓的電壓移轉電路。
背景技術：
電壓移轉電路通常是用來進行電壓轉換動作，例如將較低電壓的控制信號轉換為較高電壓的控制信號。由于此電路所使用的電子元件少，且容易實作，因此目前廣泛地應用于電腦系統、平面顯示器的掃瞄驅動器(Scan Driver)等產品中。
圖1顯示目前常見的電壓移轉電路的示意圖，其是由一輸入級電壓轉換電路11、第一輸出電路12及第二輸出電路13所組成，其中，輸入級電壓轉換電路11是由P金氧半場效電晶體(PMOS)111，112及N金氧半場效電晶體(NMOS)113，114等高壓制程電子元件及一由低準位電壓源VDD所驅動的反相器115所組成，第一輸出電路12由PMOS121及NMOS122所組成，第二輸出電路13由PMOS131及NMOS132所組成。
輸入級電壓轉換電路11主要透過一輸入信號A(使用低準位電壓源VDD，其中VDD在高電壓介于2.3～2.5之間，低電壓為0)來控制該等PMOS111，112及NMOS113，114來輸出高準位電壓信號VPP(一般高電壓下為3.3V)，繼而透過第一輸出電路12及第二輸出電路13來予以輸出，其中，第一輸出電路12與第二輸出電路13所輸出的信號的相位是相反。
當該反相器115的輸入端輸入2.5伏的輸入信號A時，NMOS113的閘極接收到0伏的控制信號，而NMOS114的閘極接收到2.5伏的控制信號，是NMOS113關閉(OFF)，NMOS114導通(ON)。由于NMOS113關閉且NMOS114導通，故PMOS111導通，PMOS112關閉，而PMOS121則導通，NMOS122關閉，B點將以3.3伏的VPP輸出作為高準位控制信號。另外，PMOS131則關閉，NMOS132導通，C點輸出0伏的高準位控制信號。
相類似地，若輸入信號A輸入0伏的控制信號時，NMOS113導通，NMOS114關閉，PMOS111關閉，PMOS112導通，PMOS121關閉，NMOS122導通，在B點輸出一0伏的高準位控制信號，而PMOS131導通，NMOS132關閉，C點輸出另一以3.3伏的VPP的高準位控制信號。
然而，上述電路有其缺點，由于目前的積體電路越來越多透過先進制程來產生，低準位電壓源VDD是越來越低(例如降至1～1.5V之間)，因此將導致較低的低準位電壓源VDD無法導通高壓制程元件的NMOS(例如圖1的113與114)的臨界電壓，也就是說，若低準位電壓源小于高壓制程元件的臨界電壓，則將無法打開(ON)高壓制程元件，使得整個電壓移轉電路無法動作。另外，低準位電壓源VDD的高電壓過低(1～1.5V)，而只略高于高電壓元件的臨界電壓情況下，其輸出的信號的上升/下降波形將會不平衡，亦即此電路的轉態時間較久。
發明內容
本發明的主要目的是在提供一種電壓移轉電路，以便能在不同的輸入電壓時，提供一平衡的工作周期及上升/下降轉態速度。
本發明的另一目的是在提供一種電壓移轉電路，以便能提高電路的可靠度及操作穩定度。
為達前述的目的，本發明的電壓移轉電路包括一輸入控制電路、一高準位電壓供應電路、及一壓降電路。該輸入控制電路接收具有一低準位電壓源的一控制信號，來產生一反相控制信號；該高準位電壓供應電路提供一高準位電壓源；該壓降電路是位于該輸入控制電路與該高準位電壓開關電路之間，該壓降電路包括一高準位控制元件與一低準位控制元件，該高準位控制元件提供壓降作用，以保護該低準位控制元件，該低準位控制元件由該控制信號或該反相控制信號控制開關切換，以驅動該高準位電壓供應電路的高準位電壓源作為輸出。
圖1現有電壓移轉電路的示意圖；圖2是本發明一較佳實施例的電壓移轉電路的示意圖。
具體實施例方式
有關本發明的較佳實施例，敬請參照圖2，其是由輸入控制電路21、高準位電壓供應電路22、第一輸出電路23、第二輸出電路24及壓降電路25等主要電路所組成的電壓移轉電路。
上述的輸入控制電路21是由PMOS211及NMOS212所組成，其中，PMOS211與NMOS212的閘極是連接在一起，以接收一控制信號Lo。PMOS21 的源極與低準位電壓源接腳VDDIN相連接，以接收一低準位電壓(例如為1～1.5V)，PMOS211的汲極與NMOS212的汲極相連接，且拉出一連接線至NMOS227的閘極，以輸出一反相的控制信號LoB，NMOS212的源極則接地。
高準位電壓供應電路22是由PMOS221及222所組成，該壓降電路25是由NMOS223、224、225、226、227及228所組成，其中，PMOS221，222及NMOS223，224是為高電壓元件(在此以hV表示)，NMOS225，226，227，228為一般元件。PMOS221，222的源極是與高準位電壓接腳VPPIN相連接，以接收高準位電壓(一般為3.3V)。PMOS221的汲極、NMOS223的汲極及PMOS222的閘極是相連接于節點NT 1。PMOS222的汲極、NMOS224的汲極及PMOS221的閘極是相連接于節點NT 2。NMOS223，224的閘極皆與高準位電壓接腳VPPIN相連接。NMOS223的源極與NMOS225的汲極相連接，NMOS224的源極與NMOS226的汲極相連接。NMOS225，226的閘極皆與低準位電壓源接腳VDDIN相連接，接收1～1.5V的低準位電壓源。NMOS225的源極與NMOS227的汲極相連接，NMOS226的源極與NMOS228的汲極相連接，且NMOS227，228的源極皆接地。
第一輸出電路23是由PMOS231，232及NMOS233，234所組成，其中，PMOS231，232及NMOS233，234皆為高電壓元件。PMOS231，232的源極皆與高準位電壓接腳VPPIN相連接。PMOS231及NMOS233的閘極皆與節點NT2相連接。PMOS231的汲極、NMOS233的汲極、PMOS232的閘極及NMOS344的閘極是相互連接在一起。PMOS232的汲極是與NMOS234的汲極相連接，且由此拉出第一輸出端H1B。NMOS233，234的源極皆接地。
第二輸出電路24是由PMOS241，242及NMOS243，244所組成，其中，PMOS241，242及NMOS243，244皆為高電壓元件。PMOS241，242的源極皆與高準位電壓接腳VPPIN相連接。PMOS241及NMOS243之閘極皆與節點NT 1相連接。PMOS241的汲極、NMOS243的汲極、PMOS242的閘極及NMOS44的閘極是相互連接在一起。PMOS242的汲極是與NMOS244的汲極相連接，且由此拉出第二輸出端H1。NMOS243，244的源極皆接地。
當高準位電壓接腳VPPIN所提供的高準位電壓為3.3伏時，若直接提供1.5伏～2.5伏的輸入信號至一般的MOS元件之閘極，例如NMOS225，226，227，228(其可容忍的范圍落于1～1.5V之間)，則將會破壞該等元件或使得整個電路的壽命縮短。因此，本發明設計以高電壓元件的NMOS223，224之下分別串接NMOS225，227及NMOS226，228等一般元件，以便能利用較低電壓準位的輸入控制信號來使整個電壓移轉電路動作，有關其詳細說明，敬請參照下述。
由于，NMOS223，224的閘極直接與高準位電壓接腳VPPIN相連接，因此若高準位電壓接腳VPPIN提供高準位電壓時，NMOS223，224是導通(ON)，通常此類高電壓元件導通時其汲源極電壓約為0.8伏。相類似地，NMOS225，226的閘極直接與低準位電壓接腳VDDIN相連接，因此若低準位電壓接腳VDDIN提供低準位電壓時，一般電壓元件的NMOS225，228將會導通，而此類一般電壓元件導通時其汲源極電壓約為0.5伏。若節點NT 1為3.3伏，則在節點NT5約為2伏(3.3V～0.8V～0.5V)，因此，對于NMOS227只需用較低的輸入電壓控制信號來驅動。相同地，對于NMOS228亦只需使用較低的輸入電壓控制信號來驅動。
當輸入電壓控制信號Lo為1伏時，PMOS211關閉，NMOS212導通，以使得NMOS227的閘極為0伏。此時，NMOS228為導通狀態，NMOS227為關閉狀態。由于NMOS228導通，使得節點NT2的電位下拉至0伏，則PMOS221導通，且PMOS231亦為導通，NMOS233為關閉，以便供PMOS232關閉，NMOS234導通，使HIB輸出0伏的電壓信號。另外，由于NMOS227關閉，使得節點NT 1仍保持高電位(3.3伏)，則PMOS222關閉，且PMOS241為關閉，NMOS243為導通，以便供PMOS242導通，NMOS244關閉，使H1輸出3.3伏的高準位電壓信號。
相類似地，當輸入電壓控制信號Lo為0伏時，PMOS211導通，NMOS212關閉，以使得NMOS227的閘極為1伏。此時，NMOS228為關閉狀態，NMOS227為導通狀態。由于NMOS228關閉，使得節點NT2的電位保持高電壓(3.3伏)，則PMOS221關閉，且PMOS231為關閉，NMOS233為導通，以便供PMOS232導通，NMOS234關閉，使HIB輸出3.3伏的高準位電壓信號。另外，由于NMOS227導通加上PMOS221關閉，使得節點NT1的電位往下拉至0伏，則PMOS222導通，且PMOS241為導通，NMOS243為導通，以便供PMOS242關閉，NMOS244導通，使H1輸出0伏的電壓信號。
上述的NMOS225，226及NMOS223，224是主要用來產生壓降，以降低NMOS227，228其汲極與閘極所承受的壓降，以保護NMOS227，228，因為NMOS227，228是一般元件，只有較低的臨界電壓，只能承受比高電壓元件較低的壓降，因此就能透過一較低的輸入控制電壓即可驅動NMOS227，228，以使得整個電路動作。當然，本發明的電路亦可視需求而再增設至少一組NMOS來增加壓降，且其他利用主動或被動元件來產生壓差的方式，皆可實作應用于上述電路。另外，雖然上述電路以正相輸入控制信號來控制，當然，若采用反相輸入控制信號(例如0伏，-VDD)亦可實作于上述電路，唯該等PMOS與NMOS必須互換，且電路連接部分稍作修改，由于此乃一般熟悉電路知識人們皆可輕易實作，因此不再揭釋該等電路圖及其相關動作說明。
由以上的說明可知，本發明利用一般電壓的MOS元件串接于高電壓元件的MOS下，以便供透過其中一對一般電壓的MOS元件來降一壓差，以透過另一對一般電壓的MOS元件來控制整個電壓移轉電路的動作，以便能提供一平衡的工作周期及上升/下降轉態速度，且提高電路的可靠度及操作穩定度。
上述實施例僅是為了方便說明而舉例而已，本發明所主張的權利范圍自應以申請專利范圍所述為準，而非僅限于上述實施例。
權利要求
1.一種電壓移轉電路，其特征在于，包括一輸入控制電路，接收具有一低準位電壓源的一控制信號，來產生一反相控制信號；一高準位電壓供應電路，提供一高準位電壓源；以及一壓降電路，是位于該輸入控制電路與該高準位電壓開關電路之間，該壓降電路包括一高準位控制元件與一低準位控制元件，該高準位控制元件提供壓降作用，以保護該低準位控制元件，該低準位控制元件由該控制信號或該反相控制信號控制開關切換，以驅動該高準位電壓供應電路的高準位電壓源作為輸出。
2.如權利要求1所述的電壓移轉電路，其特征在于，所述該輸入控制電路具有一第一開關元件與一第二開關元件，該第一開關元件與該第二開關元件是不同時導通(ON)及不同時關閉(OFF)。
3.如權利要求2所述的電壓移轉電路，其特征在于，所述該第一開關元件及該第二開關元件是為一低準位控制金氧半場效電晶體(MOS)。
4.如權利要求1所述的電壓移轉電路，其特征在于，所述該高準位電壓供應電路具有一第三開關元件及一第四開關元件，該第三開關元件與該第四開關元件是不同時導通及不同時關閉。
5.如權利要求4所述的電壓移轉電路，其特征在于，所述該第三開關元件及該第四開關元件是為高準位控制P型金氧半場效電晶體。
6.如權利要求1所述的電壓移轉電路，其特征在于，所述該壓降電路的高準位控制元件包括一第五開關元件及一第六開關元件，該第五開關元件與第六開關元件為高壓型的N型金氧半場效電晶體。
7.如權利要求1所述的電壓移轉電路，其特征在于，所述該壓降電路的低準位控制元件包括一第七開關元件與一第八開關元件，該第七開關元件與該第八開關元件為一般電壓型的N型金氧半場效電晶體。
8.如權利要求1所述的電壓移轉電路，其特征在于，所述該壓降電路更包括一第九開關元件與一第十開關元件，介于該高準位控制元件與該低準位控制元件之間，用以進一步提供壓降作用，該第九開關元件與該第十開關元件為一般電壓型的N型金氧半場效電晶體。
9.如權利要求1所述的電壓移轉電路，其特征在于，其更包括一第一輸出電路與一第二輸出電路，該第一輸出電路與該第二輸出電路是與連接于該高準位電壓供應電路與該壓降電路之間，以便供由該第一輸出電路及該第二輸出電路分別產生一輸出信號。
10.如權利要求9所述的電壓移轉電路，其特征在于，所述該第一輸出電路所產生的輸出信號是與該第二輸出電路所產生的輸出信號反相。
全文摘要
本發明是有關于一種電壓移轉電路，主要包括一輸入控制電路、一高準位電壓供應電路、及一壓降電路。該輸入控制電路接收具有一低準位電壓源的一控制信號，來產生一反相控制信號；該高準位電壓供應電路提供一高準位電壓源；該壓降電路是位于該輸入控制電路與該高準位電壓開關電路之間，該壓降電路包括一高準位控制元件與一低準位控制元件，該高準位控制元件提供壓降作用，以保護該低準位控制元件，該低準位控制元件由該控制信號或該反相控制信號控制開關切換，以驅動該高準位電壓供應電路的高準位電壓源作為輸出。
文檔編號H03K19/094GK1558554SQ200410004030
公開日2004年12月29日 申請日期2004年2月4日 優先權日2004年2月4日
發明者黃友利 申請人:威盛電子股份有限公司