[发明专利]多功能功率域电平转换器

说明书

技术领域

本发明一般地涉及用于对接独立功率域的电平转换器，并且更具体地，涉及用于将信号转换成在具有多个功率域的系统中的域交叉(crossing)之间的兼容电压电平的多功能和可配置的电平转换器。

背景技术

为了优化在速度和功耗之间的权衡，很多电子电路包括多个独立功率域。功率域通过电源的电压电平之间的变化(诸如，在接地或参考电压电平(通常称为“VSS”)之间的电压电平中的差异，或者源电压电平(通常称为“VDD”)之间的电压电平中的差异)来进行区分。功率域可以替代地被称为在不同电压电平内进行操作的电压域。电平转换器可以被设置在单独或其他独立功率域之间的接口或“交叉”处，使得对由以一个电压电平进行操作的一个功率域断言的信号进行电平转换，并且被驱动为与另一功率域兼容的不同电压电平。如在此使用的，每个信号通常被认为是数字信号或二进制信号，该信号在诸如逻辑一(1)和逻辑零(0)的相对逻辑电平之间进行切换。每个逻辑电平都关于特定电压电平来被确定，使得期望信号在与接收信号的功率域兼容的电压电平内进行切换。另外，不兼容的二进制信号可能被误解而可能导致不正确的结果，这可能导致不合适的操作或者甚至是操作故障。

当功率域处于不同的操作模式(诸如，若干功率节省模式(例如，待机、睡眠、休眠等))时，可以改变给定功率域的操作电压电平。当两个域之间的电压电平相等或以其他方式变得相等时，具有旁路的电平转换器可以用于旁路电压电平转换。电平转换器可以以隔离(诸如隔离单元等)来实现，以将断电域的输出驱动为提供给保持通电的域的输入的已知逻辑电平。

对于一些技术节点，假设电路以较低频率进行操作，可以通过对晶体管器件进行反偏置来获得漏电和功耗中的显著减少。反偏置通常涉及在器件的块体或基底与器件的栅极之间驱动电压差。在标准的互补金属-氧化物半导体(CMOS)配置中，P-沟道MOS(PMOS)器件的源极和基底都被附接到VDD，并且N-沟道MOS(NMOS)器件的源极和基底被附接到VSS。在一种传统的反偏置CMOS配置中，PMOS器件的体端(body)被拉到VDD以上的电压，并且NMOS器件的基底被拉到VSS以下的电压。由于VSS通常被限定在零(0)伏特(V)或接地，所以电荷泵等用于将NMOS器件的基底驱动为接地以下的负电压电平。传统的反偏置方法的一个缺点在于相对低效率的电荷泵等的使用增加了总功耗。另一缺点在于总电压摆动的相应的增加。这样的反偏置方法对于具有有限总电压范围的电池供电的电子器件来说特别不利。

替代的反偏置技术在此被称为“源极偏置”，其中，NMOS器件的基底被保持或者以其他方式被接地，并且VSS的电压电平增加，其增加NMOS器件的源极端子的电压电平。即使在电池供电器件中通常也存在足够的动态余量(headroom)，以将P-型器件的基底驱动到VDD以上，使得总电压范围一点都不受影响。然而，源极偏置技术可能导致在一些功率模式中以不同的接地电势进行操作的功率域。如果功率域还以不同的VDD源电压进行操作，则电力电平转换器和接地电平转换器都需要针对电力电平和地电平来对信号进行电平转换。然而，多个电平转换单元的使用易产生错误并且导致额外的延迟。

本行业将从提供下述电平转换器而受益，使得跨越源电压域和接地域的电平转换器，在适当时通过旁路电平转换来最小化延迟，并且在期望时提供内置隔离。

附图说明

根据以下的描述和附图，本发明的益处、特征和优点将变得更好理解，在附图中：

图1是具有多个功率域以及在域交叉之间的相应电平转换器的集成电路的一个实施例的示图；

图2是包括单独的高压(HV)域、核心域和存储器域以及在由模式控制器控制的域交叉之间的电平转换器的系统的更特定实施例的框图；

图3A、图3B和图3C是根据包括超级单元实施例以及简化实施例的相应实施例实现的电平转换器的简化框图，超级单元实施例包括利用电力和接地转换旁路和隔离的电力和接地电平转换，简化实施例排除了隔离和旁路中的一个；

图4是根据一个实施例的图3的电平转换器的更详细的示意性框图；

图5A、图5B和图5C是根据一个实施例实现的图4的反相器的示意图；

图6是根据一个实施例的图4的输出缓冲器的示意图；

图7是根据一个实施例的图4的隔离控制网络的示意图；

图8是根据一个实施例的具有图4的旁路网络的接地电平转换器的示意图；以及