[发明专利]一种超低功耗的高速度动态电平转换器

说明书

本发明所述的一种超低功耗的高速度动态电平转换器，包括上升沿延时控制级电路和输出驱动级电路，所述上升沿延时控制级电路控制所述输出驱动级电路的第一PMOS开关管和第二PMOS开关管的启闭，以确保输出电平信号能够正常开启或关闭第一负载PMOS开关管，所述输出驱动级电路利用电荷在第二电容、第一PMOS开关管的栅源电容、第一负载PMOS开关管的栅源电容与工作电压之间的相互转移来实现输入电平信号到输出电平信号之间的电平转换，几乎没有电荷的流失，实现了工作电压的超低功率损耗运行，而且该超低功率损耗与工作电压的电位高低、输入电平信号的频率快慢没有关系，输入电平信号到输出电平信号的传输速度非常快。

技术领域

本发明涉及动态电平转换器技术，特别是一种超低功耗的高速度动态电平转换器。

背景技术

传统电平转换器的输出级大都为电阻性驱动级，电阻没有电荷存储能力，所以需要恒定的电流流经电阻而产生电压。

如图1所示为传统电阻驱动电平转换器的内部电路图，需要恒定电流流经第一电阻R1 和第二电阻R2，其第一节点A和第二节点B才会产生相应的电压信号，即该第一电阻R1和第二电阻R2存在静态功耗，工作电压VCC为芯片输出电荷泵的输出电压，即芯片输出电荷泵存在功率功耗。

如图2所示，为在图1的基础上改进型的电阻驱动电平转换器，用第一锁存管M3a和第二锁存管M3b锁存其第一节点A和第二节点B的状态，代替电阻R1、R2，其中第一电流源I1和第二电流源I2为第一锁存管M3a和第二锁存管M3b提供偏置电流，只用于偏置作用的第一电流源I1和第二电流源I2的静态值较小，故而静态功耗降低，但是在打破第一锁存管M3a和第二锁存管M3b对其第一节点A和第二节点B的锁存状态过程中，存在很大瞬态功率损耗。例如，当第一NMOS管M1a关闭，第二NMOS管M1b开启，第一锁存 PMOS管M3a开启，第二锁存PMOS管M3b关闭时，第一锁存PMOS管M3a和第二锁存 PMOS管M3b锁存当前第一状态：第一节点A为高电位H，第二节点B为低电位L；此时若输入电平信号IN变化，第一NMOS管M1a开启，第二NMOS管M1b关闭，第一NMOS 管M1a需要先打破第一锁存PMOS管M3a和第二锁存PMOS管M3b的当前锁存状态，即第一NMOS管M1a会强拉第一锁存PMOS管M3a，第一NMOS管M1a会强拉第一锁存 PMOS管M3a时会出现很大的瞬态电流流经第一锁存PMOS管M3a和第二锁存PMOS管 M3b，最终第二锁存PMOS管M3b被开启，第一锁存PMOS管M3a被关闭，第一锁存PMOS 管M3a和第二锁存PMOS管M3b建立并锁存第二状态：第一节点A为低电位L，第二节点B为高电位H。

综上所述，以上两种传统电平转换器方案中，转换器输出电荷泵的输出电压VCC的功率损耗非常大，且转换频率越快，电荷泵输出电压VCP的电位越高，功率损耗越严重；并且有时为了提高转换速度，会增大驱动电流，比如在图1中减小第一电阻R1和第二电阻 R2的阻值，在图2中增大第一NMOS管M1a和第二NMOS管M1b的尺寸以增大驱动能力，对于输出能力较弱的电荷泵来说，其驱动能力很弱，一般为微安级别，这些功率损耗是不可接受的。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种超低功耗的高速度动态电平转换器，使用死区时间控制级电路，控制输出驱动级电路的第一PMOS开关管和第二PMOS开关管，利用电荷在第一电容、第二电容、第一PMOS开关管的栅源电容、第二PMOS开关管的栅源电容和第一负载PMOS开关管的栅源电容与工作电压之间的相互转移来实现输入电平信号IN到输出电平信号OUT的转换，整个过程中因为只是电荷的转移，很少甚至不存在电荷的流失，故而实现了工作电压的超低功率损耗。

本发明通过以下技术方案实现：