一種電平轉換的方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及信號檢測與電平轉換領域，尤其涉及一種電平轉換的方法及裝置。
【背景技術】
[0002]在芯片的系統應用中，往往會存在處于不同電源電壓域的芯片之間需要進行通訊的情況，以實現所需的系統功能。當芯片需要接收來自其他電源電壓域的控制信號時，則需要通過電平轉換電路將外部信號工作電壓轉換至芯片內部邏輯的工作電壓。
[0003]該類型的檢測通常采用雙電源電壓系統，其中一個電壓與外部輸入信號高電平電壓相同，另一電壓為芯片工作電壓。通過將輸入信號接入雙電源電平轉換器后得到所需信號電壓。
[0004]這種通過使用雙電源供電的電平轉換方式會導致以下較為突出的問題:倘若系統除了該電平轉換模塊外并不需要雙電源供電，則會浪費一個獨立管腳以及部分芯片面積。此外，該轉換方法對輸入電壓的范圍限制較大，很難覆蓋到不同生產工藝下較為廣泛的數字信號電壓。
【發明內容】
[0005]本發明為了克服上述現有技術的不足，提供了一種電平轉換的方法及裝置。通過將不同或相同電源電壓域的輸入信號轉換為芯片內部所需要的電壓信號，從而達到低功耗及寬輸入電壓范圍的要求。
[0006]為了實現上述目的，一方面，本發明提供了一種電平轉換的裝置，該裝置包括:輸入電路，用于接收來自第二電源電壓域的輸入信號；閾值產生電路，用于生成區分輸入信號高低電平的閾值電壓；自偏置放大器電路，用于將輸入信號與閾值電壓進行比較，產生邏輯值；該電平轉換裝置產生與所述邏輯值相應的第一電源電壓域的輸出信號。
[0007]另一方面，本發明提供了一種電平轉換的方法，該方法包括以下步驟:接收來自第二電源電壓域的輸入信號；在第一電源電壓域通過自偏置放大器電路與閾值產生電路檢測出輸入信號的邏輯值；在第一電源電壓域產生與邏輯值相應的輸出信號。
[0008]本發明工作在寬電源電壓域，且在單電源電壓供電環境下即可工作，將不同或相同電源電壓域的輸入信號通過自偏置結構設計以達到不需要額外偏置電路的目的，以及設定信號高低電平的比較閾值電壓來適應較寬的輸入電壓范圍，提高了應用的靈活性。通過采用低功耗與去毛刺的設計，將內部各個模塊的功耗控制在極低的水平，進而保證較低的整體功耗，提高了信號的準確性。
【附圖說明】
[0009]為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。
[0010]圖1為本發明實施例提供的第一種電平轉換裝置的結構示意圖；
[0011]圖2為本發明實施例提供的第二種電平轉換裝置的結構示意圖；
[0012]圖3為本發明實施例提供的第三種電平轉換裝置的結構示意圖；
[0013]圖4為本發明實施例提供的一種電平轉換的方法流程示意圖；
[0014]圖5為本發明實施例提供的一種閾值產生電路的結構不意圖；
【具體實施方式】
[0015]下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
[0016]圖1為本發明實施例提供的第一種電平轉換裝置的結構示意圖。如圖1所示，該電平轉換裝置包括輸入電路101、自偏置放大器102、閾值產生電路103。
[0017]其中，輸入電路101用于接收來自相同或不同電源電壓域的輸入信號，其輸入端為輸入節點，輸出端連接至自偏置放大器電路102的正向輸入端。自偏置放大器電路102包括正向輸入端、負向輸入端和輸出端，用于將輸入信號與閾值產生電路103生成的閾值電壓進行比較，并將閾值比較結果由輸出端輸出，其正向輸入端連接至輸入電路101的輸出端，負向輸入端連接至閾值產生電路103的輸出端。閾值產生電路103生成用于區分輸入信號高低電平的閾值電壓，其輸出端連接至自偏置放大器電路102的負向輸入端。
[0018]在相同或不同電源電壓域的芯片間需要進行通訊時，相同或不同電源電壓域的輸入信號與閾值電壓進行比較來確定輸入信號的邏輯值，并將輸出結果轉換為與電源電壓相應的邏輯信號，通過設置適當的閾值電壓實現對相同或不同寬電壓域的輸入信號進行檢測后，由自偏置放大器電路102的輸出端將比較結果輸出。
[0019]圖2為本發明實施例提供的第二種電平轉換裝置的結構示意圖。如圖2所示，該電平轉換裝置包括第一種單電源低功耗自偏置片上的電平轉換裝置、反相放大器104、斯密特反相器電路105和輸出緩沖器106。
[0020]其中，反相放大器104用于將閾值比較結果的輸出信號放大后輸出，使輸出信號更易于后級處理，其輸入端連接至自偏置放大器電路102的輸出端，輸出端連接至施密特反相器電路105的輸入端。施密特反相器電路105用于防止比較結果輸出的誤觸發，其輸入端連接至反相放大器104的輸出端，其輸出端連接至輸出緩沖器106的輸入端。輸出緩沖器106用于提高輸出至外部信號的驅動能力，其輸入端連接至施密特反相器電路105的輸出端，其輸出端連接至輸出節點。
[0021]在相同或不同電源電壓域的芯片間需要進行通訊時，通過第一種單電源低功耗自偏置去毛刺片上的電平轉換裝置，將相同或不同電源電壓域的輸入信號轉換為與電源電壓相應的邏輯信號后輸出，反相放大器104將輸出信號進行放大處理，并和斯密特反相器電路105 —同過濾掉輸出信號中可能會產生誤觸發的毛刺信號，最后經輸出緩沖器106提高輸出信號的驅動能力后，由輸出節點輸出電源電壓域的輸出信號。
[0022]本發明工作在寬電源電壓域，且在單電源電壓供電環境下即可工作，通過自偏置結構設計以達到不需要額外偏置電路的目的，以及設定信號高低電平的比較閾值電壓來適應較寬的輸入電壓范圍，提高了應用的靈活性。通過采用低功耗與去毛刺的設計，將內部各個模塊的功耗控制在極低的水平，進而保證較低的整體功耗，提高了信號的準確性。
[0023]圖3為本發明實施例提供的第三種電平轉換裝置的結構示意圖。如圖3所示，該電平轉換裝置包括輸入電路101、自偏置放大器電路102、閾值產生電路103/D1、反相放大器104、施密特反相器電路105和輸出緩沖器106/D3。
[0024]輸入電路101包括一個上拉電阻Rpu和一個保護電阻Re，用于接收來自相同或不同電源電壓域的輸入信號。其中，上拉電阻Rpu用于提供輸入端的默認偏置，其一端連接至電源，另一端連接至輸入節點，其阻值無窮大；輸入電路101亦可根據設計需求采用下拉電阻連通輸入節點與地；保護電阻Re用于對自偏置放大器電路102的輸入端提供保護，其一端連接至輸入節點，另一端連接至自偏置放大器電路102的輸入端。
[0025]閾值產生電路103/D1用于產生區分輸入信號高低電平的閾值電壓；閾值產生電路103/D1的輸出端存在分別連接至電源和地的解耦電容Cpl和Cnl，用于穩定閾值產生電路103/D1輸出的閾值電壓；該解耦濾波電容可以有多種實現形式，包括但不限于可變電容、MOM電容、MIM電容和有源器件等。
[0026]自偏置放大器電路102包括兩個PMOS管構成的輸入級、NMOS管構成的有源電流鏡負載、PMOS管構成共柵極的電流源；輸入級中第一 PMOS管的柵極為正向輸入端，第二 PMOS管的柵極為負向輸入端；共柵極電流源的源極連接至電源電壓，漏極連接至輸入級的源極，柵極與有源電流鏡負載的柵極共同連接至輸入級中第一 PMOS管的漏極，有源電流鏡負載的兩個漏極分別連接至輸入級的兩個漏極，該結構形成內部自偏置結構，以達到不需要額外偏置電路的目的，減少支路降低功耗。
[0027]自偏置放大器電路102用于將相同或不同電壓域的輸入信號與閾值電壓進行比較，來確定輸入信號的邏輯值，判斷比較結果是否與電源電壓有相應的邏輯信號，若沒有相應的邏輯信號，則通過改變閾值電壓產生電路103輸出的閾值電壓將比較結果轉換為與電源電壓有相應的邏輯信號，由該部分電路的輸出端將比較結果輸出。
[0028]其中，兩個PMOS管構成的輸入級由MPl和MP2構成輸入級，MPl的柵極為正向輸入端，MP2的柵極為負向輸入端。NMOS管構成的有源電流鏡負載由寬長比小于I的NMOS管麗l-MN2n構成，其中所有NMOS管的柵極均連接至輸入PMOS管MPl的漏極。NMOS管麗I的漏極連接至輸入PMOS管MPl的漏極，麗I的源極與麗3的漏極相連，麗3的源極與麗5的漏極相連，以此類推，麗2n-l的源極連接至地；NM0S管麗2的漏極連接至輸入PMOS管MP2的漏極，MN2的源極與MN4的漏極相連，MN4的源極與MN6的漏極相連，以此類推，MN2n的源極連接至地。PMOS管構成的電流源由寬長比小于I的PMOS管MP3-MPn構成，其中所有PMOS管的柵極連接至輸入PMOS管MPl的漏極。PMOS管MP3的漏極連接至輸入PMOS管MPl和