[发明专利]两级电压电平转换

说明书

技术领域

本发明的领域涉及半导体电路，尤其涉及用于在第一值与提升的第二值之间切换的电压电平转换器(voltage level shifter)。

背景技术

能够从第一电压电平切换到提升的第二电压电平的电路是公知的。例如在用于在不工作期间降低功耗的功率选通电路领域中，提供将电源选通给处理电路的头部(header)器件或脚部(footer)器件是公知的。这些器件采取晶体管的形式，该晶体管位于电源导轨(rail)之一与处理电路之间，通过施加到它们的栅极的控制信号来导通或截止。当它们截止时，仍然有一些泄漏电流流过晶体管，然后流过处理电路，并且该泄漏电流增加器件的功耗，不提供任何好处。已经认识到这个问题并提出了一种解决方案，提供栅极偏置电压，该栅极偏置电压将施加到栅极的电压偏置到超过电源电压，导致有时候称为超级切断状态(super cutoff state)的状态。在这种状态下，通过晶体管的泄漏电流显著减少。

这种系统的问题在于需要另外的电源来提供这种偏置电压。可以通过用于产生提升的核心电源的芯片上稳压器或通过电荷泵来提供这种电源。为了降低这种器件的尺寸要求，希望将这些器件的额定电流保持为小值。小电流还降低了与电源相关联的电网要求，也就是将电流从电源分配到所需节点所需的连接的尺寸。但是，限制这种器件能够提供的电流量会由于加长某些转变所花费的时间而影响系统的性能。

希望能够提供提升的电压电平却没有大量附加硬件要求。

发明内容

本发明的第一方面提供一种电压电平转换器，用于将输出信号从第一电压电平转换到第二电压电平，然后转换到进一步提升的第二电压电平，所述电压电平转换器包括：输入端，用于接收输入信号；输出端，用于将输出信号输出；第一电源输入端，用于连接提供所述第一电压电平的第一电压源；第二电源输入端，用于连接提供所述第二电压电平的第二电压源；以及第三电源输入端，用于连接提供所述提升的第二电压电平的第三电压源；所述电压电平转换器响应于所述输入信号中的预定变化，将所述第一电源输入端与所述输出端隔离，并将所述第二电源输入端连接到所述输出端，以及响应于所述输出信号达到预定值，将所述第三电源输入端连接到所述输出端，并将所述第二电源输入端与所述输出端隔离。

本发明认识到性能速度、更小的电流泄漏和硬件尺寸的竞争要求。它解决了提供提升的电压电平同时限制这种提升的电压电平所需的附加电源的容量的问题。通过认识到在需要这种电压电平转换器的电路中会有大尺寸的提供该第二电压电平(该电压电平是用作向电路供电的电源的电压电平)的电压源和电网(grid)，它实现了这一点。本发明利用了提供所需电流的这种电源和电网的存在，以达到从第一电压向预定电压电平的转变，并且仅当达到该电平时它才切换为连接到提升的电压电平电源。

因此，通过这种方式，提升的电压电平电源只需要提供用于从预定电平转变到提升的第二电压电平的电流，因此，装置的电流需求明显小于将该电源用于向整个转变供电的情况。

提供向第一预定电平然后向最终提升的第二电压电平的两级电压电平转换，这要求附加转换来控制到不同电压电平电源的连接。通常在这种电路中尽可能避免附加转换，因为它们增加装置的尺寸且降低性能，因为附加转换会增加等待时间。但是，本发明认识到与提升的电压源和电网需求中的减少相关联的优点超过与本发明的电压电平转换器相关联的附加转换需求。

在一些实施例中，所述预定值基本上等于所述第二电压电平。

虽然可将电压电平转换器设计为对输出电压从第一电平到提升的第二电平的变化的供电在第一电压电平与第二电压电平之间的任何值处从第二电压源切换到第三电压源，但是在一些实施例中将其配置为使得它当预定值基本上等于第二电压电平时进行切换。显然第二电压源能提供直到第二电压电平的电压电平，并且由于如果它要用于向电路供电，就需要是大电压源，并且通常具有相关联的高容量电网，因此在从一个电压电平向下一个电压电平转变的过程中，尽可能长地利用该电压源和电网是有利的。

这种布置的其他优点在于，虽然提升的电压可以提高装置的性能，但是它并非其操作所必需，因此，使用第二电压源和电网来获得第二电压电平意味着，即使第三电压源或电网失效，装置在很多情况下仍将可靠地工作，虽然性能下降。

在一些实施例中，所述电压电平转换器包括反相器，使得触发所述输出从所述第一电压电平变化为所述第二提升的电压电平的所述输入电压中的所述预定变化包括从所述第二电压电平变化为所述第一电压电平的输入信号变化。