一种将高电压域信号转变为低电压域信号的电平转换电路的制作方法

本发明涉及电平转换器(level-shifter)设计的技术领域，尤其涉及一种将高电压域信号转变为低电压域信号的电平转换电路。

背景技术：

不同电压域间电路相互通讯时，为了保证器件寿命和信号识别的可靠性，需要进行信号电平转换，具体分为两种情况：(1)高电压域信号驱动低电压域电路时，为了保证低电压域器件的寿命，不能直接驱动，需要将高电压域信号电平转化为低电压域信号电平后进行驱动；(2)低电压域信号驱动高电压域电路时，为了保证信号识别的可靠性，不能直接驱动以防识别错误，需要将低电压域信号电平抬升为高电压域信号电平后进行驱动。

对于高电压域电平转化为低电压域电平的电平转换器电路，目前主流电路设计如图1所示，其中，pmos管mp1_hv以及nmos管mn1_hv为高电压域mos器件，pmos管mp1以及nmos管mn1为低电压域mos器件，高电压域mos管mp1_hv以及mn1_hv构成了反相器，该反相器电源为低电压域。该电路工作时，输入端为高电压域信号，由于mp1_hv以及nmos管mn1_hv这两个器件为高电压域器件，其电压域与输入信号的高电平对应，因此工作状态下输入信号电平不会损伤器件，由于电源为低电压域，pmos器件mp1_hv以及nmos器件mn1_hv构成的反相器输出信号高电平为低电压域电平，该输出信号连接至pmos器件mp1以及nmos器件mn1构成的反相器输入端，通过逻辑反向后输出，从而保证电平转换后输入输出信号逻辑极性一致。

传统的高压至低压的电平转换器电路的缺点在于其会引入占空比畸变，由于输入信号为高电压域信号，而图1所示电路中的高电压域mos管组成了一个工作在低电压域的反相器，对应的mp1_hv的关闭电压值较高电压域低，从而导致电压翻转阈值相对于输入信号电平偏低，从而导致电平转换后输出信号高电平脉宽较输入信号增加，低电平脉宽较输入信号减小，从而导致信号占空比畸变。

技术实现要素：

为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种将高电压域信号转变为低电压域信号的电平转换电路，其将高电压域信号转换为低电压域信号时具有较强的占空比畸变抑制能力，很好地保持占空比。

本发明的技术方案是：这种将高电压域信号转变为低电压域信号的电平转换电路，其包括：输入信号生成电路、差分输入对、镜像负载电路；输入信号生成电路向差分输入对提供两路高电压域信号，差分输入对包括n对nmos管，镜像负载电路包括n对pmos管，n为正整数；

一路高电压域信号接一对nmos管之一的栅极且该nmos管的漏极连接至一对pmos管之一的漏极和栅极及该对pmos管之二的栅极，另一路高电压域信号接该对nmos管之二的栅极，该对nmos管之二的漏极和该对pmos管之二的漏极相连接形成输出，两个nmos管的源极接地，两个pmos管的源极接低压域电源。

本发明输入信号生成电路向差分输入对提供两路高电压域信号，驱动差分输入对，该差分输入对、镜像负载电路进行推挽式工作，由于高电压域信号只驱动n型mos管，并不直接驱动p型mos管，p型mos管组成的镜像负载只受低电压域信号驱动，因此可以弱化高电压信号驱动低电压域p型mos管引入的转化阈值问题，从而降低输出信号的占空比畸变；因此该电路将高电压域信号转换为低电压域信号时具有较强的占空比畸变抑制能力，很好地保持占空比。

附图说明

图1是现有技术中将高电压域信号转变为低电压域信号的电平转换电路的电路图。

图2是根据本发明的将高电压域信号转变为低电压域信号的电平转换电路的一个实施例的电路图。

图3是根据本发明的将高电压域信号转变为低电压域信号的电平转换电路的另一个实施例的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。

这种将高电压域信号转变为低电压域信号的电平转换电路，其包括：输入信号生成电路、差分输入对、镜像负载电路；输入信号生成电路向差分输入对提供两路高电压域信号，差分输入对包括n对nmos管，镜像负载电路包括n对pmos管，n为正整数；

一路高电压域信号接一对nmos管之一的栅极且该nmos管的漏极连接至一对pmos管之一的漏极和栅极及该对pmos管之二的栅极，另一路高电压域信号接该对nmos管之二的栅极，该对nmos管之二的漏极和该对pmos管之二的漏极相连接形成输出，两个nmos管的源极接地，两个pmos管的源极接低压域电源。

本发明输入信号生成电路向差分输入对提供两路高电压域信号，驱动差分输入对，该差分输入对、镜像负载电路进行推挽式工作，由于高电压域信号只驱动n型mos管，并不直接驱动p型mos管，p型mos管组成的镜像负载只受低电压域信号驱动，因此可以弱化高电压信号驱动低电压域p型mos管引入的转化阈值问题，从而降低输出信号的占空比畸变；因此该电路将高电压域信号转换为低电压域信号时具有较强的占空比畸变抑制能力，很好地保持占空比。

优选地，如图2所示，n＝1时，所述输入信号生成电路包括第一nmos管mn0_hv、第一pmos管mp0_hv，第一nmos管mn0_hv、第一pmos管mp0_hv组成反向器、工作在高电压区域；所述差分输入对包括第二nmos管mn1_hv、第三nmos管mn2_hv；所述镜像负载电路包括第二pmos管mp1、第三pmos管mp2，工作在低电压区域；第一nmos管源极与地连接、第一pmos管源极与高压域电源hv连接，第一nmos管栅极及第一pmos管栅极同时连接至输入信号in，第一nmos管漏极及第一pmos管漏极相连接后输出至第三nmos管的栅极，第二nmos管与第三nmos管的源极连接至地，第二nmos管的栅极连接至输入信号in、漏极连接至第二pmos管的漏极和栅极及第三pmos管的栅极，第三pmos管及第二pmos管的漏极与低压域电源lv连接，第三nmos管的漏极与第三pmos管的漏极相连接形成输出信号out。

该电路的具体工作原理如下：

高电压域的输入信号in经过mn0_hv与mp0_hv组成反向器后产生极性相反的高电压域信号，与输入信号形成差分信号，该差分信号驱动mn1_hv与mn2_hv组成的差分输入对，该差分输入对驱动、mp1与mp2组成的镜像负载进行推挽式工作，由于高电压域信号只驱动n型mos管，并不直接驱动p型mos管，p型mos管组成的镜像负载只受低电压域信号驱动，因此可以弱化高电压信号驱动低电压域p型mos管引入的转化阈值问题，从而降低输出信号的占空比畸变。

第二nmos管mn1_hv、第三nmos管mn2_hv受互为差分的信号驱动，mn1_hv和mn2_hv构成差分对管，二者尺寸相同或不同。

优选地，如图3所示，n＝2时，所述输入信号生成电路包括正向输入信号in+、反向输入信号in-；所述差分输入对包括第一对nmos管的第二nmos管mn1_hv、第三nmos管mn2_hv和第二对nmos管的第四nmos管mn3_hv、第五nmos管mn4_hv，第二nmos管与第四nmos管尺寸相同，第三nmos管与第五nmos管尺寸相同；所述镜像负载电路包括第一对pmos管的第二pmos管mp1、第三pmos管mp2和第二对pmos管的第四pmos管mp3、第五pmos管mp4，第二pmos管和第四pmos管尺寸相同，第三pmos管和第五pmos管尺寸相同；第二nmos管与第三nmos管的源极连接至地，第二nmos管的栅极连接至正向输入信号、漏极连接至第二pmos管的漏极和栅极及第三pmos管的栅极，第三pmos管及第二pmos管的漏极与低压域电源lv连接，第三nmos管的栅极连接至反向输入信号、第三nmos管的漏极与第三pmos管的漏极相连接形成正向输出out+；第四nmos管与第五nmos管的源极连接至地，第四nmos管的栅极连接至反向输入信号、漏极连接至第四pmos管的漏极和栅极及第五pmos管的栅极，第四pmos管及第五pmos管的漏极与低压域电源连接，第五nmos管的栅极连接至正向输入信号、第五nmos管的漏极与第五pmos管的漏极相连接形成反向输出out-。

该电路的基本工作原理与图2的电路相同，由于本发明所述差分工作模式下差分输入信号驱动的差分对管负载和以及差分对管负载驱动的镜像负载完全相同，因此能够较好抑制输入共模变化引起的输出占空比变化，同时，电平转换后的输出信号out+和out-仍可较好的保持差分输入信号的相位特性。

第二nmos管mn1_hv、第三nmos管mn2_hv的尺寸相同或不同；第四nmos管mn3_hv、第五nmos管mn4_hv的尺寸相同或不同。

另外，第二nmos管和第三nmos管为耐高电压域电压的mos器件。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明所述的电平转换器将高电压域信号转换为低电压域信号时具有较强的占空比畸变抑制能力。

(2)本发明所述的电平转换器在差分工作模式下能够较好抑制输入共模变化引起的输出占空比变化。

(3)本发明所述的电平转换器在差分工作模式下能够仍可较好的保持差分输入信号的相位特性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。