[发明专利]一种电压电平转换电路

说明书

本申请公开了一种电压电平转换电路，包括上拉电路、下拉电路和偏置电路，上拉电路和下拉电路连接在第一高电源电压和地之间，下拉电路的低压输入端连接低压输入信号，上拉电路和下拉电路的连接位置输出高压输出信号，偏置电路根据第二高电源电压向下拉电路提供偏置电压，其中，高压输出信号的大小位于第一高电源电压和第二高电源电压之间。本申请的电压电平转换电路中的上拉电路的PMOS晶体管的漏源两端电压以及栅源两端电压的电压摆幅为第一高电源电压至第二高电源电压，小于PMOS晶体管的耐受电压，使得PMOS晶体管可以使用低压器件(例如5V)，对器件的工艺要求较低，制造成本更低。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，更具体地，涉及一种电压电平转换电路。

背景技术

随着集成电路的发展，IC芯片(Integrated Circuit Chip)内部的典型工作电压约为1V左右，在IC芯片外部，电源电压可以是1.8V、2.5V或者3.3V，为适应各种应用场景，需要采用电压电平转换电路将IC芯片内部的低压信号转换为IC芯片外部的高压信号，或者将IC芯片外部的高压信号转换为IC芯片内部的低压信号。

图1示出传统的电压电平转换电路的示意性电路图。如图1所示，电压电平转换电路100包括一对PMOS晶体管(P-Metal-Oxide-Semiconductor，P型金属氧化物半导体场效应晶体管)Mp1和Mp2、一对NMOS晶体管(N-Metal-Oxide-Semiconductor，N型金属氧化物半导体场效应晶体管)Mn1和Mn2。PMOS晶体管Mp1和NMOS晶体管Mn1串联连接在高电源电压VCCH和地之间，PMOS晶体管Mp2和NMOS晶体管Mn2串联连接在高电源电压VCCH和地之间，PMOS晶体管Mp1的控制端与PMOS晶体管Mp2和NMOS晶体管Mn2的中间节点连接，PMOS晶体管Mp2的控制端与PMOS晶体管Mp1和NMOS晶体管Mn1的中间节点连接。由PMOS晶体管Mp3和NMOS晶体管Mn3串联形成的反相器连接在低电源电压VCCL和地之间，输入信号IN连接到NMOS晶体管Mn1的控制端和反相器的输入端(即PMOS晶体管Mp3和NMOS晶体管Mn3的控制端)，反相器的输出端(即PMOS晶体管Mp3和NMOS晶体管Mn3的中间节点)作为反相后的输入信号INB与NMOS晶体管Mn2的控制端连接。PMOS晶体管Mp2和NMOS晶体管Mn2的中间节点作为输出信号OUTP的输出端。输出信号OUTP还与PMOS晶体管Mp4的控制端连接，PMOS晶体管Mp4的第一端与高电源电压VCCH连接，第二端与后级电路连接。PMOS晶体管Mp1和NMOS晶体管Mn1的中间节点作为输出信号OUTN的输出端。输出信号OUTP和OUTN为一对反相信号。

当输入信号IN等于低电源电压VCCL时，输入信号INB等于零，NMOS晶体管Mn1和PMOS晶体管Mp2导通，NMOS晶体管Mn2和PMOS晶体管Mp1关断，NMOS晶体管Mn1将输出信号OUTN下拉至地，PMOS晶体管Mp2将输出信号OUTP上拉至高电源电压VCCH；当输入信号IN等于零时，输入信号INB等于低电源电压VCCL，NMOS晶体管Mn1和PMOS晶体管Mp2关断，NMOS晶体管Mn2和PMOS晶体管Mp1导通，NMOS晶体管Mn2将输出信号OUTP下拉至地，PMOS晶体管Mp1将输出信号OUTN上拉至高电源电压VCCH，从而可将0V到低电源电压VCCL的输入信号转换为0V到高电源电压VCCH的输出信号OUTP。

传统的电压电平转换电路存在以下问题：传统的电压电平转换电路中的PMOS晶体管Mp1和Mp2以及NMOS晶体管Mn1和Mn2的源漏两端需要承受从高电源电压VCCH到地的全电压摆幅。当高电源电压VCCH等于40V时，NMOS晶体管Mn1和Mn2的源漏电压Vds以及PMOS晶体管Mp1和Mp2的栅源电压Vgs和漏源电压Vds可能等于40V，对晶体管的工艺要求较高，虽然通过BCD工艺技术可以实现漏源电压Vds等于40V的晶体管，但是无法使得晶体管的栅源电压Vgs达到40V，所以现有的电压电平转换电路对器件的耐受电压具有很高的要求，无法使用低耐受电压的器件。