电平转换电路、芯片及电子设备

本公开涉及数模混合集成电路设计，尤其涉及一种电平转换电路、芯片及电子设备。

背景技术：

1、随着现代集成电路工艺尺寸的缩小，栅氧层厚度变得更薄，我们不得不面临一些新的问题。譬如，栅氧化层可靠性和热载流子退化。为了解决这些问题，必须相应地降低芯片内部供电电压(vddc)。电源电压的下降在提高系统性能和降低电路功耗的同时又引入新的问题就是芯片内外电压不匹配。一般内部电路使用薄栅氧器件和低电源电压(比如0.3v)，芯片以外的电路系统通常工作在较高的电压下(主流的工作电压是1.8v)，因此在芯片的通用输入输出单元(gpio)中需要添加电平转换电路，将低电压域的电压转换到高电压域。

2、传统的电平转换电路的电压转换范围较窄(1v～1.8v)，而现有研究中做到宽转换范围的电路又无法保证较快的工作频率及较低功耗。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的技术问题中的至少之一，本公开提供一种电平转换电路、芯片及电子设备。利用第三晶体管作为传输晶体管，提升电压转换速率，从而使得其宽转换电压条件下也能工作在较高频率。

2、本公开实施例的一个方面，提供了一种电平转换电路，包括：升压单元、第三晶体管和输出单元。升压单元被构造成电流镜结构，包括第一输入端、第二输入端和第一输出端，所述第一输入端连接第一电源，所述第二输入端连接第二电源，以在所述第一电源的作用下，在所述第一输出端产生镜像电流；第三晶体管包括第三栅极、第三源极和第三漏极，所述第三栅极适用于接收所述第一电源的高电平信号，所述第三源极连接所述第一输出端；所述第三漏极连接所述第一电源，以实现在所述第一电源的切换下，改变所述第三晶体管的工作状态，控制所述第一输出端输出的第一信号；输出单元包括第三输入端和第二输出端，所述第三输入端连接所述第二电源，所述输出单元适用于接收并响应所述第一信号，所述第二输出端输出第二电源的与所述第一电源相同电平的信号；其中，所述第一电源提供的电压高于所述第二电源提供的电压。

3、根据本公开的实施例，所述升压单元包括：第二晶体管、第四晶体管、第五晶体管。第二晶体管包括第二栅极、第二源极和第二漏极，所述第二栅极与所述第一输入端连接，所述第二源极连接参考地；第四晶体管包括第四栅极、第四源极和第四漏极，所述第四源极连接所述第二输入端，所述第四漏极与所述第二漏极连接，所述第四栅极与所述第四漏极连接；第五晶体管包括第五栅极、第五源极和第五漏极，所述第五源极与所述第二输入端连接，所述第五栅极与所述第四栅极连接，所述第五漏极与所述第一输出端连接。

4、根据本公开的实施例，所述输出单元包括：第一反相单元和第二反相单元。第一反相单元适用于接收并响应于所述第一信号输出第三信号，所述第三信号为与输入所述第一输入端的所述第一电源反相的信号；第二反相单元适用于接收并响应于所述第三信号输出所述第二信号。

5、根据本公开的实施例，所述第二漏极通过第一晶体管连接参考地。所述第一晶体管包括第一栅极、第一源极和第一漏极，第一漏极与所述第二漏极连接，所述第一源极连接参考地，所述第一栅极接收并响应于所述第三信号，在所述第三信号为高电平的情况下，切断所述升压单元产生的静态电流。

6、根据本公开的实施例，所述第一反相单元包括：第六晶体管和第八晶体管。第六晶体管包括第六栅极、第六源极和第六漏极，所述第六栅极与所述第一输出端连接，所述第六源极连接参考地；第八晶体管包括第八栅极、第八源极和第八漏极，所述第八栅极与所述第一输出端连接，所述第八源极与所述第二电源连接，所述第八漏极与所述第六漏极连接，输出所述第三信号；其中，所述第一栅极与所述第八源极连接。

7、根据本公开的实施例，所述第八源极通过第七晶体管与所述第二电源连接。所述第七晶体管包括第七栅极、第七源极和第七漏极，所述第七漏极与所述第二电源连接，所述第七栅极和所述第七漏极与所述第八源极连接。

8、根据本公开的实施例，所述输出单元还包括：第九晶体管。第九晶体管包括第九栅极、第九源极和第九漏极，所述第九栅极接收并响应于所述第三信号，控制所述第九晶体管的工作状态，所述第九源极与所述第二电源连接，所述第九漏极与所述第八漏极连接。

9、根据本公开的实施例，在所述第一电源为高电平的情况下，所述第三晶体管关闭，所述升压单元在所述第一输出端产生镜像电流，所述输出单元接收并响应于所述镜像电流输出第二电源的高电平信号。

10、本公开实施例的另一个方面，提供了一种芯片，所述芯片包括上述任一种所述的电平转换电路。

11、本公开实施例的又一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述的芯片。

12、根据本公开的实施例，在升压单元的设计中采用电流镜结构，利用第三晶体管作为传输晶体管，第三晶体管的栅极连接第一电源(低电压域)的高电平信号，在第一漏极接收第一电源的高电平信号的情况下将第三晶体管关闭，使第一输出端输出升压单元在第二电源(高电圧域)的作用下产生的镜像电流信号，在第一漏极接收第一电源的低电平信号的情况下将第三晶体管打开，使第一输出端输出低电平信号，替代了传统结构中的反相器单元，提升电压转换速率，从而使得其宽转换电压条件下也能工作在较高频率(5mhz-10mhz)。

技术特征：

1.一种电平转换电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，所述升压单元包括：

3.根据权利要求2所述的电平转换电路，其特征在于，所述输出单元包括：

4.根据权利要求3所述的电平转换电路，其特征在于，所述第二漏极通过第一晶体管连接参考地；

5.根据权利要求4所述的电平转换电路，其特征在于，所述第一反相单元包括：

6.根据权利要求5所述的电平转换电路，其特征在于，

7.根据权利要求5所述的电平转换电路，其特征在于，所述输出单元还包括：

8.根据权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，在所述第一电源为高电平的情况下，所述第三晶体管关闭，所述升压单元在所述第一输出端产生镜像电流，所述输出单元接收并响应于所述镜像电流输出第二电源的高电平信号。

9.一种芯片，其特征在于，所述芯片包括如权利要求1-8中任一项所述的电平转换电路。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求9所述的芯片。

技术总结
本公开提供了一种电平转换电路、芯片及电子设备。电平转换电路包括：升压单元，被构造成电流镜结构，包括第一输入端、第二输入端和第一输出端，第一输入端连接第一电源，第二输入端连接第二电源，以在第一电源的作用下，在第一输出端产生镜像电流；第三晶体管，包括第三栅极、第三源极和第三漏极，第三栅极适用于接收第一电源的高电平信号，第三源极连接第一输出端；第三漏极连接第一电源；输出单元，包括第三输入端和第二输出端，第三输入端连接第二电源，输出单元适用于接收并响应第一信号，第二输出端输出第二电源的与第一电源相同电平的第二信号；其中，第一电源提供的电压低于第二电源提供的电压。

技术研发人员：乔树山,王骁,赵慧冬,李智
受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13