一种电平转换电路的制作方法

本发明涉及集成电路，特别涉及一种电平转换电路。

背景技术：

1、电平转换电路广泛用于集成电路领域，比如存储器、输入/输出接口电路或者模拟电路（电源管理、电荷泵、模数/数模转换器等）。在这些集成电路中，不同的模块电路可能工作在不同的电压域，这些不同电压域的逻辑信号可以通过电平转换电路进行交互。由于电平转换电路会引入额外的延时，因此，高速电路往往要求电平转换电路延时小，也就是速度要快。此外，在一些集成电路中，电平转换电路的数量可能非常多，因此也要求电平转换电路功耗低。

2、传统的电平转换电路如图1所示，由nmos管m11和m12、pmos管m13和m14、以及反相器i10组成。逻辑信号d及其反相信号dz和反相器i10工作在低电压域vddl。mos管m11、m12、m13、m14工作在高电压域vddh，因此它们一般采用厚栅管。

3、当d=0，即d为vddl低电压域逻辑低电平时，dz=1，即dz为vddl低电压域逻辑高电平，m11关闭，m12打开→out=0，输出vddh高电压域逻辑低电平，即电平转换电路使低电压域逻辑低电平转换为高电压域逻辑低电平；另外由于m13打开，outn的电压为vddh，使m14关闭；由于m11处于关闭状态，所以整个电路没有静态漏电流。

4、当d=1，即d为vddl低电压域逻辑高电平时，dz=0，即dz为vddl低电压域逻辑低电平，m11打开，m12关闭→outn=0→m14打开，out=1，输出vddh高电压域逻辑高电平，即电平转换电路使低电压域逻辑高电平转换为高电压域逻辑高电平；另外由于m14打开，out的电压为vddh，使m13关闭；由于m12处于关闭状态，所以整个电路没有静态漏电流。

5、由以上可知，传统的电平转换电路正确翻转的条件为nmos管m11和m12的电流输出能力强于pmos管m13和m14。假设m11和m12尺寸相同，m13和m14尺寸相同，mos管i/v特性符合平方律，即

6、i(m11)=i(m12)=(1)

7、i(m13)=i(m14)==(2)

8、和分别为电子和空穴的迁移率，为栅氧化层的单位电容，和为nmos管和pmos管栅宽，和分别为nmos管和pmos管栅长和分别为nmos管和pmos管栅源之间的电压和分别为nmos管和pmos管的阈值电压。

9、传统的电平转换电路的缺点是受vddl的影响很大。假设vddl=1.2v，vddh=3.3v，由于m11和m12均为厚栅管，其阈值电压较高，由式（1）和（2）可知，为了保证电平转换电路的正确翻转，一般使较大，而较小。但当vddl略高于时，由于驱动电流太小，电平转换速度变得非常慢，无法满足一些高速集成电路的要求，当vddl<=时，传统的电平转换电路将无法正常工作。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电平转换电路，以解决背景技术中的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种电平转换电路，包括nmos管m21和m22、pmos管m23和m24、反相器i20和i21、开关sw1~sw5、偏置管mbias、偏置电流ibias；

3、nmos管m21的衬底端和nmos管m22的衬底端均接地；反相器i20的输入端接逻辑信号d，输出端同时接nmos管m21的源端和反相器i21的输入端，反相器i21的输出端接nmos管m22的源端；nmos管m21的栅端和nmos管m22的栅端相连；nmos管m21的漏端同时接pmos管m23的漏端和pmos管m24的栅端，nmos管m22的漏端同时接pmos管m24的漏端和pmos管m23的栅端；pmos管m23和m24的源端均接高电压域vddh；

4、偏置电流ibias的输入端接高电压域vddh，输出端同时接偏置管mbias的漏端、开关sw3的第一端、nmos管m21的栅端和nmos管m22的栅端，开关sw3的第二端接地；偏置管mbias的栅端接开关sw3的第一端，衬底端同时接开关sw1的第一端和开关sw2的第一端，开关sw1的第二端和偏置管mbias的源端共同接低电压域vddl，开关sw2的第二端接地；

5、开关sw5的第一端接高电压域vddh，第二端接nmos管m22的漏端；开关sw4的第一端接nmos管m22的漏端，第二端接地。

6、在一种实施方式中，所述nmos管m21和m22、pmos管m23和m24和偏置管mbias均为厚栅器件。

7、在一种实施方式中，所述开关sw4和开关sw5分别为下拉开关和上拉开关；当电平转换电路不使能时，通过pd控制信号打开开关sw4，使电平转换电路输出端out为固定的低电平，或者通过pu控制信号，打开开关sw5，使电平转换电路输出端out为固定的高电平。

8、本发明提供的一种电平转换电路，可以将低电压域如1.2v的数字逻辑电平，转换为高电压域如3.3v的数字逻辑电平信号，并且具有延时小，速度快和功耗低的特点。

技术特征：

1.一种电平转换电路，其特征在于，包括nmos管m21和m22、pmos管m23和m24、反相器i20和i21、开关sw1~sw5、偏置管mbias、偏置电流ibias；

2.如权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，所述nmos管m21和m22、pmos管m23和m24和偏置管mbias均为厚栅器件。

3.如权利要求2所述的电平转换电路，其特征在于，所述开关sw4和开关sw5分别为下拉开关和上拉开关；当电平转换电路不使能时，通过pd控制信号打开开关sw4，使电平转换电路输出端out为固定的低电平，或者通过pu控制信号，打开开关sw5，使电平转换电路输出端out为固定的高电平。

技术总结
本发明公开一种电平转换电路，通过偏置电压V<subgt;BIAS</subgt;电路，以及低电压域的逻辑电平信号由NMOS管M<subgt;21</subgt;和M<subgt;22</subgt;的源端输入，加强NMOS管M<subgt;21</subgt;和M<subgt;22</subgt;的电流输出能力，提高电平转换电路的速度，可以工作在更低的电源电压。当电平转换电路使能时，偏置管M<subgt;BIAS</subgt;没有体效应，而NMOS管M<subgt;21</subgt;或M<subgt;22</subgt;具有体效应，利用MOS管体效应带来的阈值电压差导致NMOS管M<subgt;21</subgt;或M<subgt;22</subgt;关闭，使电平转换电路具有零静态功耗；偏置管M<subgt;BIAS</subgt;和NMOS管M<subgt;21</subgt;、M<subgt;22</subgt;均为厚栅NMOS管，有较好的匹配性，因此电平转换电路的速度和静态漏电流随工艺变化较小。当电平转换电路数量较多时，可以共用同一个偏置电路，降低电路功耗。

技术研发人员：吴光林,刘正军,程剑平
受保护的技术使用者：上海芯炽集成电路技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/4/7