位准转换器的制作方法

本申请关于一种位准转换器，特别是有关于一种能在启动期间提供正确输出信号的位准转换器。

背景技术：

在多电源集成电路(multi-powerintegratedcircuit)中，需要设置位准转换器，以将信号由一电源域转换至另一电源域的位准转换器是必要的。然而，传统的位准转换器通常在低操作电压下工作，这可能会引发一些问题。举例来说，在以升压转换器为基础的电路中，用来控制升压转换器的控制信号是在一较低的电源域，且通过一位准转换器转换至一较高的电源域以用于控制升压转换器。此外，需要一降压转换器以提供一较低操作电压以对内部元件/电路(例如，产生上述控制信号的电路、位准转换器等等)供电。当此较低操作电压尚未稳定时(例如，在启动期间)，上述控制信号的位准也不稳定，可能导致位准转换器误操作，进而导致升压转换器无法正常操作，严重时甚至是意外停止操作。

技术实现要素：

因此，本发明提供一种位准转换器，包括位准转换电路以及重置电路。位准转换电路接收一输入信号，且将输入信号由一第一电源域转换为一第二电源域，以于一信号输出端产生一输出信号。重置电路耦接于信号输出端与一第一电压源之间，且受控于第二电源域的一第一重置信号。

在一实施例中，位准转换电路更根据输入信号于一反相信号输出端产生该第二电源域的一反相输出信号。重置电路包括第一型晶体管、第二型晶体管、以及反相器。第一型晶体管具有耦接信号输出端的一第一端、耦接第一电压源的一第二端、以及接收第一重置信号的一控制端。第二型晶体管具有耦接反相信号输出端的一第一端、耦接一第二电压源的一第二端、以及一控制端。反相器耦接于第一型晶体管的控制端与第二型晶体管的控制端之间，且由第二电源域的一第一高操作电压供电。在第一电源域的一第二高操作电压尚未稳定时，第一型晶体管与第二型晶体管导通以将输出信号重置为一初始位准。

本发明一实施例提供一种位准转换器，包括位准转换电路以及重置电路。位准转换电路接收一输入信号，且将输入信号由一第一电源域转换为一第二电源域，以于一信号输出端产生一输出信号。重置电路耦接信号输出端以及一第一电压源。在第一电源域的一第一高操作电压稳定前的一第一期间，重置电路由第二电源域的第二高操作电压供电，以操作来将输出信号重置为一初始位准。

附图说明

图1a表示根据本发明一实施例的位准转换器。

图1b表示根据本发明另一实施例的位准转换器。

图2表示根据本发明一实施例，图1b所示位准转换器的主要信号与操作电压在时间上的变化。

图3a表示根据本发明一实施例的位准转换器。

图3b表示根据本发明另一实施例的位准转换器。

图4表示根据本发明一实施例，图3b所示位准转换器的主要信号与操作电压在时间上的变化。

图5表示根据本发明一实施例的升压系统。

符号说明:

1、3～位准转换器；5～升压系统；

10～准转换电路；11、31～重置电路；

50～升压器；51～降压转换器；

52～功能电路；53～升压控制器；

54～位准转换器；110、111、310、311～开关；

in～输入信号；inb～反相输入信号；

inv1、inv2～反相器；

l_vccl、l_vcch、l_vss～位准；

n1…n3、n3’～nmos晶体管；nout、noutb～节点；

out～输出信号；outb～反相输出信号；

p1…p3、p3’～pmos晶体管；rst、rstb～反相信号；

t10～信号输入端；t11～信号输出端；

t11b～反相信号输出端；t12～重置输入端；

t20…t23、t40…t43～时间点；vcch、vccl～高操作电压；

vs10…vs12～电压源；vss～低操作电压。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

图1a表示根据本发明一实施例的位准转换器1。参阅图1a，位准转换器1包括位准转换电路10以及重置电路11。位准转换电路10耦接电压源vs10与vs11，以分别接收高操作电压vcch与低操作电压vss作为供应电压。位准转换电路10通过信号输入端t10接收输入信号in。当位准转换电路10正常操作时，其对输入信号in执行位准转换，也就是将输入信号in由一较低的电源域转换为一较高的电源域(即高操作电压vcch的电源域(以下称为vcch电源域))，以于信号输出端t11上产生输出信号out，且于信号输出端t11b上产生输出信号outb，其中，输出信号outb与输出信号out互为反相，因此输出信号outb也称为反相输出信号。重置电路11包括开关110与111以及反相器inv2。开关110的一端耦接电压源vs10，其另一端耦接反相信号输出端outb于节点noutb，且其控制端接收来自重置输入端t12的重置信号rstb。反相器inv2耦接电压源vs10与vs11，以分别接收高操作电压vcch与低操作电压vss作为供应电压。反相器inv2的输入端耦接重置输入端t12以接收重置信号rstb，并将重置信号rstb进行反相以产生重置信号rst。开关111的一端耦接信号输出端out于节点nout，其另一端耦接电压源vs11，且其控制端接收来自反相器inv2的重置信号rst。因此可得知，开关110与111的导通/关断状态分别由重置信号rstb与rst所控制。在此实施例中，重置信号rstb处于vcch电源域，也就是重置信号rstb的高电压位准高达至高操作电压vcch的位准。由于反相器inv2亦是在vcch电源域下操作，因此重置信号rst也处于vcch电源域。

图1b表示图1a中位准转换器1的详细电路。在图1b的实施例中，位准转换电路10包括n型金属氧化物半导体(n-typemetal-oxide-semiconductor，nmos)晶体管n1与n2、p型金属氧化物半导体(p-typemetal-oxide-semiconductor，pmos)晶体管p1与p2、以及反相器inv1。反相器inv1耦接电压源vs12与vs11，以分别接收另一高操作电压vccl与低操作电压vss作为供应电压。在此实施例中，高操作电压vccl的位准低于高操作电压vcch的位准，且低操作电压vss的位准低于高操作电压vccl的位准。反相器inv1的输入端耦接输入端t10以接收输入信号in，并将输入信号in进行反相以产生反相输入信号inb。在此实施例中，输入信号in处于上述较低的电源域(即高操作电压vccl的电源域(以下称为vccl电源域))，也就是输入信号in的高电压位准高达至高操作电压vccl的位准。由于反相器inv1亦是在vccl电源域下操作，因此反向输入信号inb也处于vccl电源域。nmos晶体管n1的漏极(输入端)耦接反相信号输出端outb于节点noutb，其源级(输出端)耦接电压源vs11，且其栅极(控制端)耦接信号输入端t10以接收输入信号in。nmos晶体管n2的漏极(输入端)耦接信号输出端out于节点nout，其源级(输出端)耦接电压源vs11，且其栅极(控制端)耦接反相器inv1的输出端以接收反相输入信号inb。pmos晶体管p1的源极(输入端)耦接电压源vs10，其汲级(输出端)耦接反相信号输出端outb于节点noutb，且其栅极(控制端)耦接信号输出端out于节点nout。pmos晶体管p2的源极(输入端)耦接电压源vs10，其汲级(输出端)耦接信号输出端out于节点nout，且其栅极(控制端)耦接反相信号输出端outb于节点noutb。

参阅图1b，开关110包括pmos晶体管p3，而开关111包括nmos晶体管n3。pmos晶体管p3的源极(输入端)耦接电压源vs10，其漏极(输出端)耦接反相信号输出端outb于节点noutb，且其栅极(控制端)耦接重置输入端t12以接收重置信号rstb。nmos晶体管n3的漏极(输入端)耦接信号输出端out于节点nout，其源级(输出端)耦接电压源vs11，且其栅极(控制端)耦接反相器inv2的输出端以接收反相重置信号rst。图2表示根据本发明一实施例，位准转换器1的主要信号与操作电压在时间上的变化。以下将通过图1b与图2来说明位准转换器1的操作。

参阅图1b与图2，于时间点t20，电源开始提供至位准转换器1，此时，高操作电压vcch开始由低操作电压vss的位准l_vss开始朝向位准l_vcch上升。直到时间点点t22为止，高操作电压vccl维持在位准l_vss而未上升。在时间点t20至时间点t22的期间可称为启动期间，且于此启动期间，位准转换电路10无法正常地对输入信号in执行位准转换。在高操作电压vcch开始上升之后，由高操作电压vcch所供电的反相器inv2可正常操作。在时间点t20至时间点t21的期间，重置信号rstb处于位准l_vss以导通pmos晶体管p3，同时，通过反相器inv2的反相操作，nmos晶体管n3根据反相重置信号rst而导通。此外，输入信号in处于位准l_vss以关断nmos晶体管n1。此时，节点nout上的电压通过导通的nmos晶体管n3而处于位准l_vss，而节点noutb上的电压通过导通的pmos晶体管p3而上拉至位准l_vcch，使得pmos晶体管p1导通且pmos晶体管p2关断。如此一来，节点nout上的电压能稳定地维持在位准l_vss，也就是输出信号out稳定维持在一对应的初始位准(l_vss)；且节点noutb上的电压能稳定地维持在位准l_vcch，也就是输出信号outb稳定维持在一对应的初始位准(l_vcch)。在时间点t21，重置信号rstb开始朝向位准l_vcch上升，以关断pmos晶体管p3与nmos晶体管n3。在时间点t21至时间点t22的期间，输出信号out稳定维持在初始位准l_vss，且输出信号outb稳定维持在初始位准l_vcch。

在重置电压rstb上升至位准l_vcch之后的时间点t22，高操作电压vccl开始朝向位准l_vcch上升，使得反相器inv1能正常操作。在时间点t22之后，当输入信号in维持在位准l_vss时，nmos晶体管n1关断。通过反相器inv1的反相操作，nmos晶体管n2根据反相输入信号inb而导通。此时，节点nout上的电压通过导通的nmos晶体管n2而处于位准l_vss以导通pmos晶体管p1，且节点noutb上的电压通过导通的pmos晶体管p1而维持在位准l_vcch，藉以关断pmos晶体管p2。如此一来，随着输入信号in维持在位准l_vss，输出信号out维持在位准l_vss，且输出信号outb维持在位准l_vcch。

在时间点t23，当输入信号in由位准l_vss朝向位准vccl上升时，导通nmos晶体管n1导通。通过反相器inv1的反相操作，nmos晶体管n2根据反相输入信号inb而关断。此时，节点noutb上的电压通过导通的nmos晶体管n1而朝向位准l_vss下降以导通pmos晶体管p2，且节点nout上的电压通过导通的pmos晶体管p2而朝向位准l_vcch上升以关断pmos晶体管p1。如此一来，随着输入信号in的上升，输出信号out变为位准l_vcch，且输出信号outb变为位准l_vss。

根据上述实施例，在高操作电压vccl尚未上升的启动期间，通过操作在vcch电源域的重置电路11将输出信号out箝制在初始位准，使得接收输出信号out的后续电路/元件不会因为输出信号out的不稳定而导致误操作。在高操作电压vccl稳定维持在位准l_vccl时，位准转换电路10则可正常地根据输入信号in执行位准转换操作，以进行vccl电源域-vcch电源域的转换。

图3a表示根据本发明另一实施例的位准转换器3。参阅图3a，位准转换器3包括位准转换电路10以及重置电路31。位准转换电路10的相关连接与操作与图1a相同，请参阅前文相关说明，在此省略叙述。重置电路31包括开关310与311以及反相器inv2。开关310的一端耦接电压源vs10，其另一端耦接信号输出端out于节点nout，且其控制端接收来自重置输入端t12的重置信号rstb。反相器inv2耦接电压源vs10与vs11，以分别接收高操作电压vcch与低操作电压vss作为供应电压。反相器inv2的输入端耦接重置输入端t12以接收重置信号rstb，并将重置信号rstb进行反相以产生重置信号rst。开关311的一端耦接反相信号输出端outb于节点noutb，其另一端耦接电压源vs11，且其控制端接收来自反相器inv2的重置信号rst。因此可得知，开关310与311的导通/关断状态分别由重置信号rstb与rst所控制。在此实施例中，重置信号rstb处于vcch电源域，也就是重置信号rstb的高电压位准高达至高操作电压vcch的位准。由于反相器inv2亦是在vcch电源域下操作，因此重置信号rst也处于vcch电源域。

图3b表示图3a中位准转换器3的详细电路。参阅图3b，位准转换电路10的电路架构与图1b相同，请参阅前文相关说明，在此省略叙述。如图3b所示，开关310包括pmos晶体管p3’，而开关311包括nmos晶体管n3’。pmos晶体管p3’的源极(输入端)耦接电压源vs10，其漏极(输出端)耦接信号输出端out于节点nout，且其栅极(控制端)耦接重置输入端t12以接收重置信号rstb。nmos晶体管n3’的漏极(输入端)耦接反相信号输出端outb于节点noutb，其源级(输出端)耦接电压源vs11，且其栅极(控制端)耦接反相器inv2的输出端以接收反相重置信号rst。图4表示根据本发明一实施例，位准转换器3的主要信号与操作电压在时间上的变化。以下将通过图3b与图4来说明位准转换器1的操作。

参阅图3b与图4，于时间点t40，电源开始提供至位准转换器3，此时，高操作电压vcch开始由低操作电压vss的位准l_vss开始朝向位准l_vcch上升。直到时间点点t42为止，高操作电压vccl维持在位准l_vss而未上升。在时间点t40至时间点t42的期间可称为启动期间，且于此启动期间，位准转换电路10无法正常地对输入信号in执行位准转换。在高操作电压vcch开始上升之后，由高操作电压vcch所供电的反相器inv2可正常操作。在时间点t40至时间点t41的期间，重置信号rstb处于位准l_vss以导通pmos晶体管p3’，同时，通过反相器inv2的反相操作，nmos晶体管n3’根据反相重置信号rst而导通。此外，输入信号in处于位准l_vss以关断nmos晶体管n1。此时，节点nout上的电压通过导通的pmos晶体管p3’而上拉至位准l_vcch，而节点noutb上的电压通过导通的nmos晶体管n3’而处于位准l_vss，使得pmos晶体管p1关断且pmos晶体管p2导通。如此一来，节点nout上的电压能上升且稳定地维持在位准l_vcch，也就是输出信号out稳定维持在一对应的初始位准(l_vcch)；且节点noutb上的电压能稳定地维持在位准l_vss，也就是输出信号outb稳定维持在一对应的初始位准(l_vss)。在时间点t41，重置信号rstb开始朝向位准l_vcch上升，以关断pmos晶体管p3’与nmos晶体管n3’。在时间点t41至时间点t42的期间，输出信号out稳定维持在初始位准l_vcch，且输出信号outb稳定维持在初始位准l_vss。

在重置电压rstb上升至位准l_vcch之后的时间点t42，高操作电压vccl开始朝向位准l_vcch上升，使得反相器inv1能正常操作。在时间点t42之后，当输入信号in处于位准l_vccl时，nmos晶体管n1导通。通过反相器inv1的反相操作，nmos晶体管n2根据反相输入信号inb而关断。此时，节点noutb上的电压通过导通的nmos晶体管n1而朝向位准l_vss下降以导通pmos晶体管p2，且节点nout上的电压通过导通的pmos晶体管p2而朝向位准l_vcch上升以关断pmos晶体管p1。如此一来，随着输入信号in的上升，输出信号out处于在位准l_vcch，且输出信号outb处于位准l_vss。

在时间点t43，当输入信号in由位准l_vccl朝向位准l_vss下降时，nmos晶体管n1关断。通过反相器inv1的反相操作，nmos晶体管n2根据反相输入信号inb而导通。此时，节点nout上的电压通过导通的nmos晶体管n2而处于位准l_vss以导通pmos晶体管p1，且节点noutb上的电压通过导通的pmos晶体管p1而维持在位准l_vcch，藉以关断pmos晶体管p2。如此一来，随着输入信号in的下降，输出信号out变为位准l_vss，且输出信号outb变为位准l_vcch。

根据上述实施例，在高操作电压vccl尚未上升的启动期间，通过操作在vcch电源域的重置电路31将输出信号out箝制在初始位准，使得接收输出信号out的后续电路/元件不会因为输出信号out的不稳定而导致误操作。在高操作电压vccl稳定维持在位准l_vccl时，位准转换电路10则可正常地根据输入信号in执行位准转换操作，以进行vccl电源域-vcch电源域的转换。

图5表示根据本发明一实施例的升压系统。参阅图5，升压系统5包括升压器50、降压转换器51、功能电路52、升压控制器53、以及位准转换器54。在此实施例中，位准转换器54可以图1a、图1b、图3a、或图3b中的位准转换器来实现，以将接收到的信号由一较低的电源域转换为一较高的电源域。当升压系统5接收到输入电压vccin时，表示升压系统5上电(power-on)。在升压系统5由输入电压vccin供电而正常操作时，升压器50接收输入电压vccin，且产生具有较高位准的高操作电压vcch。由于用来执行各种操作或任务的功能电路52以及控制升压器50的升压控制器53操作在较低电压，则降压转换器51接收高操作电压vcch并产生高操作电压vccl以实现降压转换。也就是，降压转换器51产生的高操作电压vccl的位准低于高操作电压vcch的位准。高操作电压vccl提供至功能电路52以及升压控制器53，作为其操作电压，即功能电路52以及升压控制器53系操作在vccl电源域。通过位准转换器54执行的电源域转换，可将升压控制器53所产生的控制信号(作为位准转换器的输入信号in)由vccl电源域转换至vcch电源域以产生vcch电源域的输出信号(即输入信号out/outb)。

在升压系统5上电的过程(例如图2的时间点t40至t41的期间)中，高操作电压vcch几乎是随着输入电压vccin而上升。然而，高操作电压vccl是在高操作电压vcchg上升至位准l_vcch之后才会开始上升。因此，用来控制升压器50的升压控制器53在上电的过程中无法正常工作且无法产生正确的输出信号给位准转换器54。若位准转换器54是以已知的架构来实现，其将会误操作并产生不稳定或不正确的输出信号给升压器50，导致升压转换器无法正常操作，严重时甚至是意外停止操作。根据上述，位准转换器54采用图1a、图1b、图3a、或图3b中的电路架构。如此一来，在高操作电压vccl尚未上升或尚未稳定时，位准转换器54可将其输出信号(例如第out箝制在初始位准，使得接收输出信号out的升压器50不会因为输出信号out的不稳定而导致误操作。

本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何所属技术领域的相关技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。