[发明专利]电压电平转换器电路

说明书

技术领域

本发明总体上涉及电气和电子电路，更具体地说，涉及电压电平转换电路。

背景技术

场效应晶体管(FET)包括栅极氧化层，所述栅极氧化层是在晶体管的栅极和沟道区之间的绝缘层。当用在数字逻辑应用中时，FET常常是用称为核心(core)栅极氧化层的栅极氧化层制造的，在近来的集成电路(IC)制造技术中，核心栅极氧化层一般是很薄的栅极氧化层，诸如例如约2纳米(nm)或者更小。核心或薄栅极氧化层晶体管一般只能够承受比如约1.2伏(V)或者更小的较低电压(例如，核心级电压)而不致损坏。包括核心栅极氧化层的晶体管常常被称为核心晶体管，并且承受核心电压电平。

在例如包括一些输入/输出(I/O)缓冲器和模型应用的某些应用中，需要能够承受例如约1.98、3.63或5.5伏的更高电压(例如，I/O电平电压)而不致损坏的晶体管。能够承受这些较高的I/O电平电压的晶体管一般是通过获得通常称为厚(thick)栅极氧化层的栅极氧化层制造的，在近来的技术中，所述厚栅极氧化层可包括具有栅极氧化层厚度例如约2.3nm或更厚的器件。包括厚栅极氧化层的晶体管通常被称为厚氧化层晶体管，并且承受更高的I/O电压电平。许多IC制造工艺既提供核心晶体管，又提供厚氧化层晶体管。

在某些应用中，诸如例如在热载流子注入(HCI)应用中，为了稍微增大晶体管器件能够承受的电压，而不致受到长期损伤，可增大器件的沟道长度。不过，这会显著增大采用这种晶体管的电路所需的面积，这是不期望的。另外已知在IC制造中使用三栅极氧化层工艺来提供具有甚至更厚的栅极氧化层，从而承受更高电压电平而不致持续受损的晶体管。这样的晶体管可用在高电压应用中，包括例如静电放电(ESD)保护。不过，在标准的IC制造工艺，比如例如40-nm技术中，受限于仅仅利用单一类型的厚氧化层晶体管，主要是因为向所述标准IC制造工艺中增加额外的厚栅极氧化层会不可避免地降低所制造器件的产量，及增加不必要的成本和复杂性。另外，随着栅极氧化层的增加，栅极电极相应增大，从而降低器件的高频性能。这迫使电路设计人员决定在片上系统(SoC)设计中，将使用哪种可用的厚栅极氧化层。

发明内容

本发明的实施例提供使得能够在要求驱动比制造工艺支持的电压电平更高的电压电平的应用中，使用具有较薄的栅极氧化层厚度的晶体管的技术。按照这种方式，具有增强的高频性能的晶体管可被用于驱动更高的电压电平，而不致持续损坏晶体管。为了实现这个目的，在其说明性实施例中，本发明提供一种电压电平转换器电路和I/O缓冲器，通过仅仅采用核心晶体管和单一类型的厚氧化层晶体管，所述电压电平转换器电路和I/O缓冲器提供高于输入电压电平和高于IC制造工艺以其它方式支持的最大电压电平的转换的电压电平。

按照本发明的一个方面，电压转换器电路包括适合于接收以第一电压电源为基准的输入信号的输入级，适合于连接到第二电压电源并可操作用于至少临时保存输入信号的逻辑状态的锁存器，和耦接在输入级和锁存器之间的电压钳。电压钳可操作用于把锁存器两端之间的最大电压设定为第一规定电平，并把输入级两端之间的最大电压设定为第二规定电平。电压转换器电路在锁存器和电压钳之间的接点产生第一输出信号。电压转换器电路在电压钳和输入级之间的接点产生第二输出信号。

按照本发明的另一个实施例，缓冲器电路包括至少一个电压转换器电路。所述电压转换器电路包括适合于接收以第一电压电源为基准的输入信号的输入级，适合于连接到第二电压电源并可操作用于至少临时保存输入信号的逻辑状态的锁存器，和耦接在输入级和锁存器之间的电压钳。电压钳可操作用于把锁存器两端之间的最大电压设定为第一规定电平，并把输入级两端之间的最大电压设定为第二规定电平。电压转换器电路在锁存器和电压钳之间的接点产生第一输出信号。电压转换器电路在电压钳和输入级之间的接点产生第二输出信号。

缓冲器电路还包括与所述至少一个电压转换器电路耦接的第一前置驱动器电路，第一前置驱动器电路可操作用于接收第一输出信号，并根据第一输出信号产生第一控制信号，和与所述至少一个电压转换器电路耦接的第二前置驱动器电路，第二前置驱动器电路可操作用于接收第二输出信号，并根据第二输出信号产生第二控制信号。输出级与第一和第二前置驱动器电路耦接。输出级包括适合于连接在缓冲器电路的电压电源和缓冲器电路的输入/输出焊盘之间的至少一个第一上拉器件，和适合于连接在缓冲器电路的电压回路和所述输入/输出焊盘之间的至少一个下拉器件。

结合附图，根据本发明的例证实施例的下述详细说明，本发明的这些和其它特征、目的和优点将变得明显。

附图说明