一种自感应自加速双向电平转换电路

摘要

本发明公开一种自感应自加速双向电平转换电路，属于电子电路技术领域。该电路结构简单，在普通CMOS工艺下工作性能良好，转换速度快，工作频率更高；不仅能在特定的双路电源电压之间进行转换，并且还拥有比较宽的电压转换范围；内置独立方向控制双向转换功能,可让器件感测和控制数据流动的方向，而无需方向控制接脚。不仅能从低电压转换到高电压，也能从高电压转换到低电压。可以很好地完成目前绝大多数系统之间的数字电平转换及匹配工作。该电路受温度，电源电压和工艺的影响较小。因此，本发明所提出的应用于信号传输领域的自感应自加速双向电平转换电路能够极大提高电平转换效率，具有重要的应用价值。

权利要求

1.一种自感应自加速双向电平转换电路，其特征在于，包括：自加速模块，对端口电压进行瞬态快速上拉，实现电平的快速转换；

方向自感应模块，让器件自动感测和控制数据流动的方向，无需方向控制引脚；

传输管，用于传输信号；

上拉通路，对端口电平进行上拉；

所述自加速模块包括自加速模块A和自加速模块B，其结构相同，分别包括或非门、与非门、电阻R1和电容C1；所述或非门的一个输入端接控制信号3T_EN，另一个输入端同时接电阻R1和电容C1，输出端接与非门的一个输入端；电阻R1和与非门的另一个输入端同时接A点；当A点电压由低变高时，在与非门的输出端VPLUS产生一个低压脉冲信号输出；通过调节电阻R1及电容C1实现调节低压脉冲的时间宽度；该电路受控制信号3T_EN控制，当控制信号

3T_EN为低时，正常产生低压脉冲工作；控制信号3T_EN为高时，与非门的输出端VPLUS输出为常高态。

2.如权利要求1所述的自感应自加速双向电平转换电路，其特征在于，所述上拉通路包括上拉管P1 P4；

~

上拉管P1源极接上拉管P3源极，上拉管P1栅极接自加速模块A，上拉管P3栅极接控制信号3T_EN，上拉管P1和上拉管P3漏极均接端口IOVL；

上拉管P2源极接上拉管P4源极；上拉管P2栅极接自加速模块B，上拉管P4栅极接控制信号3T_EN，上拉管P2和上拉管P4漏极均接端口IOVCC。

3.如权利要求2所述的自感应自加速双向电平转换电路，其特征在于，所述方向自感应模块包括：

IOVCC信号探测电路，识别来自端口IOVCC的电平信号；并输出对应的0或VCC电平至自加速模块A；

IOVL信号探测电路，识别来自端口IOVL的信号，并转换为0或VCC电平；

IOVCC信号探测电路包括PMOS管MP1、MP2，NMOS管MN1和反相器INV1；其中PMOS管MP1源极接PMOS管MP2漏极，PMOS管MP1栅极接NMOS管MN1栅极，PMOS管MP1漏极和NMOS管MN1漏极均接反相器INV1输入端，反相器INV1输出端接自加速模块A；

IOVL信号探测电路包括PMOS管MP3，电阻R0，NMOS管MN2和反相器INV2；其中PMOS管MP3漏极通过电阻R0接NMOS管MN2漏极，反相器INV2输入端接在电阻R0和NMOS管MN2漏极之间，反相器INV2输出端接自加速模块B。

4.如权利要求1所述的自感应自加速双向电平转换电路，其特征在于，所述自感应自加速双向电平转换电路还包括栅压VG产生电路，为传输管提供满足要求的栅压。

5.如权利要求1所述的自感应自加速双向电平转换电路，其特征在于，所述传输管为NMOS管，用于传输信号。

说明书

一种自感应自加速双向电平转换电路

技术领域

[0001] 本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种自感应自加速双向电平转换电路。

背景技术

[0002] 随着现代电子系统运行速度越来越快，并行处理的数据量越来越大，为了降低核心处理器的功耗，产生了各种大量低电压供电的核心处理器系统。要在使用两种不同逻辑
标准的系统间进行信息传递，就必须使用相应的逻辑电平转换电路，以实现不同供电电压
芯片之间的数据转换。

[0003] 传统电平转换器的电路如图1所示，输入in，其高电平为vdd，输出out，其高电平为vdda。当输入in由vss变为vdd时，MOS管MN1、MP2导通，MOS管MN2、MP1截止，输出out电平被
MP2上拉至vdda。实现由vdd电平到vdda电平的转化；当输入in电平由vdd变vss时，MOS管
MN1、MP2截止，MOS管MN2、MP1导通，输出out电平被MN2下拉至vss。实现低电平的传输。传统
的这种电路结构虽然应用广泛，但仅能进行固定电平之间的单向转化。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种自感应自加速双向电平转换电路，以解决现有的电平转换电路仅能实现电平之间单向转化的问题。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供一种自感应自加速双向电平转换电路，包括：

[0006] 方向自感应模块，让器件自动感测和控制数据流动的方向，无需方向控制引脚；

[0007] 方向自感应模块，自动感知探测电平转换方向；

[0008] 传输管，用于传输信号；

[0009] 上拉通路，对端口电平进行上拉。

[0010] 可选的，所述自加速模块包括自加速模块A和自加速模块B，其结构相同，分别包括或非门、与非门、电阻R1和电容C1；所述或非门的一个输入端接控制信号3T_EN，另一个输入
端同时接电阻R1和电容C1，输出端接与非门的一个输入端；电阻R1和与非门的另一个输入
端同时接A点；当A点电压由低变高时，在与非门的输出端VPLUS产生一个低压脉冲信号输
出；通过调节电阻R1及电容C1实现调节低压脉冲的时间宽度；该电路受控制信号3T_EN控
制，当控制信号3T_EN为低时，正常产生低压脉冲工作；控制信号3T_EN为高时，与非门的输
出端VPLUS输出为常高态。

[0011] 可选的，所述上拉通路包括上拉管P1 P4；~

[0012] 上拉管P1源极接上拉管P3源极，上拉管P1栅极接自加速模块A，上拉管P3栅极接控制信号3T_EN，上拉管P1和上拉管P3漏极均接端口IOVL；

[0013] 上拉管P2源极接上拉管P4源极；上拉管P2栅极接自加速模块B，上拉管P4栅极接控制信号3T_EN，上拉管P2和上拉管P4漏极均接端口IOVCC。

[0014] 可选的，所述方向自感应模块包括：

[0015] IOVCC信号探测电路，识别来自端口IOVCC的电平信号；并输出对应的O或VCC电平至自加速模块A；

[0016] IOVL信号探测电路，识别来自端口IOVL的信号，并转换为O或VCC电平；

[0017] IOVCC信号探测电路包括PMOS管MP1、MP2，NMOS管MN1和反相器INV1；其中PMOS管MP1源极接PMOS管MP2漏极，PMOS管MP1栅极接NMOS管MN1栅极，PMOS管MP1漏极和NMOS管MN1
漏极均接反相器INV1输入端，反相器INV1输出端接自加速模块A；

[0018] IOVL信号探测电路包括PMOS管MP3，电阻R0，NMOS管MN2和反相器INV2；其中PMOS管MP3漏极通过电阻R0接NMOS管MN2漏极，反相器INV2输入端接在电阻R0和NMOS管MN2漏极之
间，反相器INV2输出端接自加速模块B。

[0019] 可选的，所述自感应自加速双向电平转换电路还包括栅压VG产生电路，为传输管提供满足要求的栅压。

[0020] 可选的，所述传输管为NMOS管，用于传输信号。

[0021] 本发明提供的一种自感应自加速双向电平转换电路，结构简单，在普通CMOS工艺下工作性能良好，转换速度快，工作频率更高；不仅能在特定的双路电源电压之间进行转
换，并且还拥有比较宽的电压转换范围；内置独立方向控制双向转换功能,可让器件感测和
控制数据流动的方向，而无需方向控制接脚。不仅能从低电压转换到高电压，也能从高电压
转换到低电压。可以很好地完成目前绝大多数系统之间的数字电平转换及匹配工作。该电
路受温度，电源电压和工艺的影响较小。因此，本发明所提出的应用于信号传输领域的自感
应自加速双向电平转换电路能够极大提高电平转换效率，具有重要的应用价值。

附图说明

[0022] 图1是传统电平转换器结构示意图；

[0023] 图2是本发明提供的自感应自加速双向电平转换电路结构示意图；

[0024] 图3是自加速模块电路结构示意图；

[0025] 图4是栅压VG产生电路结构示意图。

具体实施方式

[0026] 以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种自感应自加速双向电平转换电路作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明
的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本
发明实施例的目的。

[0027] 实施例一

[0028] 本发明提供了一种自感应自加速双向电平转换电路，通过设置自加速模块，对端口电压进行瞬态快速上拉，实现电平的快速转换；内置方向自感应模块，可让器件感测和控
制数据流动的方向，而无需方向控制接脚；不仅能在特定的双路电源电压之间进行转换，并
且还拥有比较宽的电压转换范围；不仅能从低电压转换到高电压，也能从高电压转换到低
电压。

[0029] 如图2所示，所述自感应自加速双向电平转换电路包括自加速模块、方向自感应模块、传输管、上拉通路和栅压VG产生电路。所述自加速模块对端口电压进行瞬态快速上拉，
实现电平的快速转换；所述方向自感应模块自动感知探测电平转换方向；所述传输管为
NMOS管，用于传输信号；所述上拉通路对端口电平进行上拉；所述栅压VG产生电路为传输管
提供满足要求的栅压。

[0030] 所述自加速模块产生低压脉冲信号，控制瞬态上拉管开启上拉，实现端口由0电平到高电平的快速转换，提高转换效率，包括自加速模块A和自加速模块B，其结构相同，如图3
所示，分别包括或非门、与非门、电阻R1和电容C1；所述或非门的一个输入端接控制信号3T_
EN，另一个输入端同时接电阻R1和电容C1，输出端接与非门的一个输入端；电阻R1和与非门
的另一个输入端同时接A点；当A点电压由低变高时，由于电阻R1及电容C1延迟作用，C点电
压在A点电压变化一段时间后才由高变低，经过与非门后，在与非门的输出端VPLUS产生一
个低压脉冲信号输出；通过调节电阻R1及电容C1实现调节低压脉冲的时间宽度；该电路受
控制信号3T_EN控制，当控制信号3T_EN为低时，正常产生低压脉冲工作；控制信号3T_EN为
高时，与非门的输出端VPLUS输出为常高态。

[0031] 所述上拉通路包括上拉管P1 P4；上拉管P1源极接上拉管P3源极，上拉管P1栅极接~
自加速模块A，上拉管P3栅极接控制信号3T_EN，上拉管P1和上拉管P3漏极均接端口IOVL；上
拉管P2源极接上拉管P4源极；上拉管P2栅极接自加速模块B，上拉管P4栅极接控制信号3T_
EN，上拉管P2和上拉管P4漏极均接端口IOVCC。

[0032] 请继续参阅图2，所述自感应自加速双向电平转换电路包括方向自感应模块，可让器件自动识别和控制信号传输方向，无需额外的方向控制引脚。所述方向自感应模块包括
IOVCC信号探测电路和IOVL信号探测电路；所述IOVCC信号探测电路识别来自端口IOVCC的
电平信号，并输出对应的O或VCC电平至自加速模块A；IOVCC信号探测电路包括PMOS管MP1、
MP2，NMOS管MN1和反相器INV1；其中PMOS管MP1源极接PMOS管MP2漏极，PMOS管MP1栅极接
NMOS管MN1栅极，PMOS管MP1漏极和NMOS管MN1漏极均接反相器INV1输入端，反相器INV1输出
端接自加速模块A。所述IOVL信号探测电路识别来自端口IOVL的信号，并转换为O或VCC电
平；IOVL信号探测电路包括PMOS管MP3，电阻R0，NMOS管MN2和反相器INV2；其中PMOS管MP3漏
极通过电阻R0接NMOS管MN2漏极，反相器INV2输入端接在电阻R0和NMOS管MN2漏极之间，反
相器INV2输出端接自加速模块B。受使能信号控制，当3T_EN为高电平，栅压VG为0，方向自感
应模块关断。

[0033] 本发明的自感应自加速双向电平转换电路包括两路电源电压，可工作电源电压范围较宽，且电源低压较低，对传输管栅压VG的要求较高。如栅压VG过低，电路传输效率就低，
在高频下不工作；栅压VG过高，就会有传输管两端串通漏电的问题。因此，栅压VG需满足VTH
＜VG＜（VL+VTH），VTH是NMOS管MN5阈值电压，VL是电源电压。为此，提供了随电源电压VL变
化的栅压VG产生电路，如图4所示。在图4中，PMOS管MP1、NMOS管MN1、NMOS管MN2、PMOS管MP2、
PMOS管MP3组成镜像支路，为PMOS管MP3和PNP1管所在支路提供偏置电流；另一条镜像支路
由PMOS管MP4、NMOS管MN3、NMOS管MN4组成，为PMOS管MP5、PMOS管MP6、NMOS管MN9、NMOS管MN4
所在支路提供偏置电流。电源电压VL，由NMOS管MN5输入，经NMOS管MN5、NMOS管MN9、PNP1管
组成的通路传输后，输出栅压VG。NMOS管MN5阈值电压VTH，VPN为PNP1管的一个PN结电压，最
终VG≈VL‑VTH+VPN。电阻R1主要是起分流作用，可保证PMOS管MP6的正常开启。同时，V1、V2
为使能控制信号，当两者为高电平时，PMOS管MP1、PMOS管MP4、PMOS管MP5关断，NMOS管MN6、
NMOS管MN7、NMOS管MN8开启，使得整体模块关断，实现低功耗。

[0034] 图2中3T_EN为电路工作模式控制信号，控制电路处于不同的两种工作模式：电平转换模式和3态输出模式。3态输出模式：控制信号3T_EN为高，上拉管P3、P4以及传输管M0关
断，端口IOVL与IOVCC输出高阻态，整体电路功耗为零。正常电平转换模式：控制信号3T_EN
为低，上拉管P3、P4以及传输管M0导通。

[0035] 电平转换过程分析：参阅图2中所示，当端口IOVL电平由0变VL时，B点电压由0变VCC，自加速模块B产生低压脉冲信号，控制上拉管P2瞬时导通上拉，端口IOVCC电位迅速上
升至VCC，随后上拉管P2关闭，上拉管P4上拉维持端口IOVCC高电平，完成端口IOVL到端口
IOVCC的高电平转换。反之，端口IOVCC到端口IOVL的低电平转换原理相同。端口信号传输方
向可自动感应识别，无需额外的方向控制模块。当两端需要传输低电平时，自加速模块不工
作，完全靠传输管M0即能实现低电平的快速传输转换。

[0036] 本发明的自感应自加速双向电平转换电路包含两路电源电压VL与VCC，可实现VL电平与VCC电平的双向电平转换（需VL＜VCC）；通过增加自加速模块，对端口电平进行瞬态
的快速上拉，提高转换效率，实现快速的电平转换。

[0037] 上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护
范围。