[发明专利]低功率宽量程电平移位器

说明书

提供了基于锁存器的电平移位器，其包括：边沿触发脉冲发生器(110)，其响应于输入信号中的上升沿和下降沿驱动开关(115)关断并将电平移位器中的一对交叉耦合反相器与地隔离一个转换时段。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年4月1日提交的美国非临时专利申请No.14/676,006的权益，该非临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请涉及电平位移器，更具体地涉及一种低功率宽量程电平位移器。

背景技术

现代集成电路通常使用位于低电压域的核心设备来节省电力并提高处理速度。随着技术的进步，低电压域的电源电压持续下降。但是这些相同的设备使用需要更高电源电压的传统输入/输出(I/O)标准。因此，低功率域中的设备必须使用这些更高电压的传统I/O标准通过电平移位器接口到I/O缓冲器。

在低电压域中使用的降低的电源电压增加了相应电平移位器的输入到输出电压范围要求。例如，可能需要使用基于锁存器的电平移位器从约0.7V的低电压域电源电压移位到1.8V的I/O电源电压。像任何锁存器一样，基于锁存器的电平移位器包括一对交叉耦合的反相器。每个反相器由PMOS晶体管和NMOS晶体管的串行堆栈形成。在任何给定时间，在基于锁存器的电平移位器中的PMOS晶体管之一将导通。栅极由被移位的低电压域输入信号控制的NMOS存取晶体管必须能够关断该导通的PMOS晶体管。

由于来自较低电源电压的应力减小，所以低电压域中的晶体管可以使用相对较薄的栅极-氧化物层。相反，由于来自较高电源电压的应力增加，诸如用于I/O设备的高电压电源域中的晶体管需要较厚的栅极-氧化物层。因此，在基于锁存器的电平移位器中的NMOS存取晶体管因暴露于I/O电源电压而是厚的栅极-氧化物设备。虽然每个NMOS存取晶体管都由低电压域输入信号供电，但是由于通过低电压域电源电压驱动，其过驱动相对较弱。例如，如果NMOS存取晶体管具有400毫伏的阈值电压，则对于0.7V的低电压域电源电压，过驱动仅为300毫伏。因此鉴于这种弱的过驱动，NMOS存取晶体管必须相对较大，从而它们可以翻转基于锁存器的电平移位器中的锁存器的状态。因此，传统的基于锁存器的电平移位器具有较差的密度，特别是在从现代低压电源电压到传统I/O电源电压的电平移位所需的增加的电压转换范围内更是如此。此外，由于在NMOS存取晶体管克服反相器的接通的PMOS晶体管时从电源节点到接地的消弧电路放电，传统的基于锁存器的电平移位器遭受了功耗问题。

因此，本领域需要具有改进的密度和更低功耗的改善的基于锁存器的电平移位器。

发明内容

提供了一种基于锁存器的电平移位器，其包括具有一对交叉耦合反相器的锁存器核心。交叉耦合反相器包括通过开关耦合到接地的虚拟接地节点。脉冲发生器通过将开关断开一转换时段来对电平移位器的输入信号中的上升沿和下降沿进行响应。因此，在输入信号中的每个上升沿和下降沿之后，在转换时段期间，交叉耦合反相器与接地隔离。与传统的基于锁存器的电平移位器相比，这种隔离是非常有利的，因为在每个交叉耦合反相器中的PMOS晶体管和对应的NMOS存取晶体管之间的竞争显著被降低。

当一个NMOS存取晶体管必须对相应的交叉耦合反相器的输出节点放电，而对应的交叉耦合反相器中的PMOS晶体管仍然导通并对输出节点充电时，就会发生这种常规的竞争。由于在PMOS晶体管正在充电时，NMOS存取晶体管正在放电，所以在常规的基于锁存器的电平移位器中产生的消弧电流浪费功率。此外，在NMOS存取晶体管和对应的交叉耦合PMOS晶体管之间的传统竞争降低了切换速度。为了使传统的基于锁存器的电平移位器能够在可接受的时间段内赢得竞争，这需要NMOS存取晶体管与交叉耦合反相器中对应的PMOS晶体管相比相对较大，这降低了密度。