CN101291147B - 模拟电平转换器 - Google Patents

模拟电平转换器 Download PDF

Info

Publication number
CN101291147B
CN101291147B CN200710141833XA CN200710141833A CN101291147B CN 101291147 B CN101291147 B CN 101291147B CN 200710141833X A CN200710141833X A CN 200710141833XA CN 200710141833 A CN200710141833 A CN 200710141833A CN 101291147 B CN101291147 B CN 101291147B
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
coupled
resistance device
level converter
effect transistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN200710141833XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN101291147A (zh
Inventor
黄志坚
李韦良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MediaTek Inc
Original Assignee
MediaTek Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MediaTek Inc filed Critical MediaTek Inc
Publication of CN101291147A publication Critical patent/CN101291147A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101291147B publication Critical patent/CN101291147B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/50—Amplifiers in which input is applied to, or output is derived from, an impedance common to input and output circuits of the amplifying element, e.g. cathode follower
    • H03F3/505—Amplifiers in which input is applied to, or output is derived from, an impedance common to input and output circuits of the amplifying element, e.g. cathode follower with field-effect devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/50—Indexing scheme relating to amplifiers in which input being applied to, or output being derived from, an impedance common to input and output circuits of the amplifying element, e.g. cathode follower
    • H03F2203/5012—Indexing scheme relating to amplifiers in which input being applied to, or output being derived from, an impedance common to input and output circuits of the amplifying element, e.g. cathode follower the source follower has a controlled source circuit, the controlling signal being derived from the drain circuit of the follower
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/50—Indexing scheme relating to amplifiers in which input being applied to, or output being derived from, an impedance common to input and output circuits of the amplifying element, e.g. cathode follower
    • H03F2203/5036—Indexing scheme relating to amplifiers in which input being applied to, or output being derived from, an impedance common to input and output circuits of the amplifying element, e.g. cathode follower the source follower has a resistor in its source circuit

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

本发明是关于一种模拟电平转换器，用以接收输入电压以产生输出电压，包括：N型金属氧化物半导体场效晶体管(NMOS)，其基极耦接至输入电压输入的输入节点；电阻装置，其第一端耦接至NMOS场效晶体管的源极，其第二端耦接至输出电压输出的输出节点；以及电流源，耦接至输出节点，将来自输出节点的电流接地。本发明可以在不需要额外增加电路成本以及工作的情况下提供灵活的电压变化范围。

Description

模拟电平转换器
技术领域
本发明有关于一种模拟电路，特别是有关于一种具有可调电压偏移量范围的模拟电平转换装置。
背景技术
源跟随器(source follower)通常作为一种电平转换器用来在模拟电路中提供固定电压偏移值。图1为传统源跟随器的示意图。N型金属氧化物半导体场效晶体管(N Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor，以下简称NMOS)M1的基极耦接至输入电压Vin，源极耦接至输出节点以提供输出电压Vout。电流源耦接至输出节点，将电流Ib接地。电压偏移Vout-Vin则与组件的特性有关，如NMOS M1的临界电压Vth与宽/长比W/L以及电流Ib的电平。而临界电压Vth为主要影响因素，因为如果NMOS M1的电压没有超过临界电压Vth，则NMOS M1将无法打开。
近年来，随着低压电路的发展，对于在比临界电压小的较小电压电平间转换的需求也逐渐增加。由于图1所示的传统电平转换器提供的电压值是固定的，所以无法满足上述需求。图2为根据图1中的源跟随器的转换曲线图。当NMOS M1为普通的NMOS时，曲线Ma表示图1中电压的转换。电压偏移Va不能低于NMOS的临界电压Vth。如果NMOS M1使用本征(native)NMOS，临界电压Vth可以降低以实现转换曲线Mc。然而，电压偏移Vc可能由于太小而无法被使用。可以调节NMOS M1的宽/长比W/L或者电流Ic以增加电压偏移Vc，但是调整的范围非常有限。低临界电压组件可以用作NMOS M1以实现曲线Mb，使偏移电压Vb位于偏移电压Va与Vc之间。由于使用临界电压组件需要额外的光罩(mask)以及增加成本，但其电压的调节范围却有限。
发明内容
因此，需要一种可以调节的模拟电平转换器以解决上述问题。
本发明提供一种模拟电平转换器，用以接收输入电压以产生输出电压，包括：N型金属氧化物半导体场效晶体管，其基极耦接至输入电压输入的输入节点；电阻装置，电阻装置的第一端耦接至N型金属氧化物半导体场效晶体管的源极，电阻装置的第二端耦接至输出电压输出的输出节点；以及电流源，耦接至输出节点，减少来自输出节点的电流。
本发明还提供一种模拟电平转换器，用以接收输入电压以产生输出电压，包括：P型金属氧化物半导体场效晶体管，其基极耦接至输入电压输入的输入节点；电阻装置，该电阻装置的第一端耦接至P型金属氧化物半导体场效晶体管的源极，电阻装置的第二端耦接至输出电压输出的输出节点；以及电流源，耦接至输出节点，为电阻装置提供电流。
本发明可以在不需要额外增加电路成本以及工作的情况下提供灵活的电压变化范围。
附图说明
图1显示传统源跟随器。
图2显示依据图1中传统源跟随器的转换曲线示意图。
图3为本发明实施例的电平转换器的示意图。
图4为依据图3的电平转换器的转换曲线示意图。
图5为本发明另一实施例的电平转换器的示意图。
图6为产生电流源的电路示意图。
具体实施方式
图3为本发明实施例的电平转换器的示意图。在此模拟电平转换器中，NMOS M2的基极耦接至输入电压为Vin输入节点，电阻RL的一端耦接至NMOS M2的源极，另一端耦接至输出电压为Vout的输出节点。电流源耦接至输出节点，并从输出节点将电流Ib接地。
在电压Vin与Vout之间的电压偏移可以表示为：
ΔV＝Vout-Vin＝-(VGS+IbRL)                  (1)
其中VGS是NMOS M2的基极-源极电压，VGS会受临界电压Vth影响。电流Ib和电阻RL的值是可以调节的，用以补偿临界电压Vth所带来的影响。因此，在电压Vin与Vout之间的电压偏移只需简单的控制以及较低的成本便可以灵活的调节。NMOS M2可采用本征组件或低临界电压组件。
一些制造过程允许这些本征组件具有少量的杂质。本征组件具有特有的MOS掺杂，用以提供较低的临界电压。这些组件一般不适用于数字电路但在模拟电路中却能起到很大的作用。这些本征组件的临界电压具有较低的温度系数，使得模拟电路可以使用较低的成本便可得到较好的质量。然而，本发明实施例所使用的NMOS的工艺能够提供较好的模拟电路质量，这种工艺质量要求同样适用于数字电路，这样便可以广泛使用并可以相对便宜。
本发明实施例中的电阻装置可以是线性电阻器或可变电阻器。具体来说，电阻装置RL可以是P型多晶硅(P-poly)、N型多晶硅(N-poly)或是扩散型，产生电流源所使用的电阻器与电阻装置RL的类型一样。例如，如图6所示，电流源可利用公式V＝IR获得，其中所使用的电阻器类型需与电阻装置RL的类型一样。这样一来，则可以降低由温度或者组件变化所造成的非线性。
图4为依据图3中的电平转换器的转换曲线。图4显示出电阻装置的结合消除了临界电压的限制，并达到弹性及可调电压转换的特性。其中，阴影区域表示基于调整电流Ib以及电阻装置RL可以获得的转换范围。输入电压Vin的下限电压是临界电压Vth，由NMOS M2的组成材料所决定。输入电压Vin的上限电压由电流Ib以及电阻装置RL的乘积所决定。在一实施例中，较佳做法是调节电阻装置RL而不是调节电流Ib，因为电流Ib仍会造成很小的非线性的影响。
本发明实施例中利用NMOS降低输入电压Vin来输出电压Vout，但并不限制于此。如果利用PMOS作为转换器，电路将变换为执行升高电压转换。
图5为本发明另一实施例的电平转换器的示意图。请参阅图5，P型金属氧化物半导体场效晶体管(P Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect-Transistor，以下简称PMOS)M3的基极耦接至输入电压Vin，电阻RL耦接至PMOS M3的源极与输出电压Vout之间。电流镜耦接至输出电压Vout的输出节点。与图3的实施例相似，在电压Vin与Vout之间的电压偏移可以表示为：
ΔV＝Vout-Vin＝(VGS+IbRL)                  (2)
其中VGS是PMOS M3的基极-源极电压，VGS会由临界电压Vth所影响。电流Ib和电阻RL的值是可以调节的，用以补偿临界电压Vth所带来的影响。因此，在电压Vin与Vout之间的电压偏移只需简单的控制以及较低的成本便可以灵活的调整。PMOS M3可采用低临界电压组件代替。
图6显示产生电流源的电路的示例。请参阅图6，电压Vbg输入至运算放大器的反相输入端。电压Vbg由带隙电路所产生。通过图6中所示的闭合回路，节点N1的电压与反相输入端的电压相等。也就是说，节点N1的电压等于电压Vbg。流经电阻R的电流IR＝Vbg/R，组件M4、M5、M6构成电流镜。将IR以一比例转换成IM，通过相同的电流镜技术，可以实现电流源I1和I2，电流源I1与IR成比例，电流源I2与IR成比例。
请一并参阅图3，图5以及图6。图6中的电流源I1可以用作图3中的Ib，图6中的电流源I2可以用作图5中的Ic。在一实施例中，图6中的电阻R可以使用与图3或图5中的电阻同一类型的电阻。

Claims (10)

1.一种模拟电平转换器，用以接收输入电压以产生输出电压，所述的模拟电平转换器包括：
N型金属氧化物半导体场效晶体管，其基极耦接至所述的输入电压输入的输入节点；
电阻装置，所述的电阻装置的第一端耦接至所述的N型金属氧化物半导体场效晶体管的源极，所述的电阻装置的第二端耦接至所述的输出电压输出的输出节点；以及
电流源，耦接至所述的输出节点，减少来自所述的输出节点的电流。
2.根据权利要求1所述的模拟电平转换器，其特征在于，所述的N型金属氧化物半导体场效晶体管是本征组件或低临界电压组件。
3.根据权利要求1所述的模拟电平转换器，其特征在于，所述的电阻装置是线性电阻器或可变电阻器。
4.根据权利要求1所述的模拟电平转换器，其特征在于，所述的电阻装置是P型多晶硅、N型多晶硅或扩散型。
5.根据权利要求4所述的模拟电平转换器，其特征在于，所述的电流源的产生使用与所述的电阻装置类型相同的电阻器。
6.一种模拟电平转换器，用以接收输入电压以产生输出电压，包括：
P型金属氧化物半导体场效晶体管，其基极耦接至所述的输入电压输入的输入节点；
电阻装置，所述的电阻装置的第一端耦接至所述的P型金属氧化物半导体场效晶体管的源极，所述的电阻的第二端耦接至所述的输出电压输出的输出节点；以及
电流源，耦接至所述的输出节点，为所述的电阻装置提供电流。
7.根据权利要求6所述的模拟电平转换器，其特征在于，所述的P型金属氧化物半导体场效晶体管是低临界电压组件。
8.根据权利要求6所述的模拟电平转换器，其特征在于，所述的电阻装置是线性电阻器或可变电阻器。
9.根据权利要求6所述的模拟电平转换器，其特征在于，所述的电阻装置是P型多晶硅、N型多晶硅或扩散型。
10.根据权利要求9所述的模拟电平转换器，其特征在于，所述的电流源的产生使用与所述的电阻装置类型相同的电阻器。
CN200710141833XA 2007-04-18 2007-08-13 模拟电平转换器 Expired - Fee Related CN101291147B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/736,744 US20080258798A1 (en) 2007-04-18 2007-04-18 Analog level shifter
US11/736,744 2007-04-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101291147A CN101291147A (zh) 2008-10-22
CN101291147B true CN101291147B (zh) 2010-06-09

Family

ID=39871594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200710141833XA Expired - Fee Related CN101291147B (zh) 2007-04-18 2007-08-13 模拟电平转换器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20080258798A1 (zh)
CN (1) CN101291147B (zh)
TW (1) TW200843362A (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5053421B2 (ja) * 2010-06-16 2012-10-17 矢崎総業株式会社 信号判定システム及び温度判定システム
CN103294089B (zh) * 2012-03-02 2015-02-04 株式会社理光 电子线路
US9634648B1 (en) * 2013-12-05 2017-04-25 Xilinx, Inc. Trimming a temperature dependent voltage reference
US9503090B2 (en) 2014-08-19 2016-11-22 International Business Machines Corporation High speed level translator
CN105761694B (zh) * 2016-05-12 2019-02-26 深圳市华星光电技术有限公司 用于阵列基板栅极驱动电路的电平转换器
CN108390671A (zh) * 2018-02-27 2018-08-10 郑州云海信息技术有限公司 一种电压转换的方法及电压转换电路
TWI684968B (zh) * 2018-09-26 2020-02-11 大陸商北京集創北方科技股份有限公司 輸入級電路，驅動器及顯示裝置
US11114986B2 (en) * 2019-08-12 2021-09-07 Omni Design Technologies Inc. Constant level-shift buffer amplifier circuits
CN113595546B (zh) * 2021-07-01 2022-05-17 深圳市汇芯通信技术有限公司 宽带高速电平转换电路及高速时钟芯片

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5760606A (en) * 1995-04-17 1998-06-02 Matsushita Electric Industrial, Co. High voltage withstanding circuit and voltage level shifter
CN1293488A (zh) * 1999-10-15 2001-05-02 威盛电子股份有限公司 使用栅极电压控制的单端输入电压电平转换器

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4754169A (en) * 1987-04-24 1988-06-28 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Differential circuit with controllable offset
US6232805B1 (en) * 2000-04-10 2001-05-15 National Semiconductor Corporation Buffer circuit with voltage clamping and method
JP4568982B2 (ja) * 2000-10-06 2010-10-27 株式会社デンソー 物理量検出装置
US6717451B1 (en) * 2001-06-01 2004-04-06 Lattice Semiconductor Corporation Precision analog level shifter with programmable options
US6924667B2 (en) * 2002-07-19 2005-08-02 O2Micro International Limited Level shifting and level-shifting amplifier circuits
US7382180B2 (en) * 2006-04-19 2008-06-03 Ememory Technology Inc. Reference voltage source and current source circuits

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5760606A (en) * 1995-04-17 1998-06-02 Matsushita Electric Industrial, Co. High voltage withstanding circuit and voltage level shifter
CN1293488A (zh) * 1999-10-15 2001-05-02 威盛电子股份有限公司 使用栅极电压控制的单端输入电压电平转换器

Also Published As

Publication number Publication date
US20080258798A1 (en) 2008-10-23
CN101291147A (zh) 2008-10-22
TW200843362A (en) 2008-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101291147B (zh) 模拟电平转换器
US10671109B2 (en) Scalable low output impedance bandgap reference with current drive capability and high-order temperature curvature compensation
CN100514249C (zh) 一种带隙基准源产生装置
CN106959723A (zh) 一种宽输入范围高电源抑制比的带隙基准电压源
CN100461628C (zh) 差动放大器及半导体电路
CN112859996B (zh) 一种低压高精度带隙基准电路
JP2015061294A (ja) カスコード増幅器
CN110231851A (zh) 输出电压补偿电路、方法、稳压电路和显示装置
CN103760944A (zh) 实现基极电流补偿的无运放内部电源结构
KR101934598B1 (ko) 기준 전압 회로
CN111427411A (zh) 一种可用于调整温度系数的集成输出电路
CN111601429A (zh) 一种恒流驱动电路
US7719341B2 (en) MOS resistor with second or higher order compensation
CN101458541B (zh) 一种高低压转换电路
CN103312282A (zh) 偏压生成电路和差动电路
CN111399580A (zh) 一种线性稳压电路
CN109388171B (zh) 一种带隙基准电压源及电子设备
CN101907901B (zh) 带隙电路
CN211044054U (zh) 一种电压和温度系数独立可调的基准电路
JP2003078366A (ja) Ｍｏｓ型基準電圧発生回路
CN211089632U (zh) 一种高线性度宽摆幅cmos电压跟随器
CN110568902B (zh) 一种基准电压源电路
KR20180094390A (ko) 밴드갭 전압 기준 회로
CN108362929B (zh) 双路正端电流采样模块、采样电路、开关电路及采样方法
KR0158625B1 (ko) 자유 컬렉터단자를 구비한 바이폴라 트랜지스터 회로

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100609

Termination date: 20160813