CN103166622A - 防止io上电过程中产生大电流的电平转换器结构 - Google Patents

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李云艳
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Abstract

本发明公开了一种防止IO上电过程中产生大电流的电平转换器结构，包括第一、二N型场效应管、P型场效应管、第一、二、三反相器、第一、二耦合电容；第一N型场效应管的栅极接输入端，第二N型场效应管的栅极通过第三反相器接输入端，两N型场效应管源极接地；第一反相器的输入端和第二反相器的输出端与第一N型场效应管的漏极连接；第一反相器的输出端和第二反相器的输入端均与第二N型场效应管的漏极和P型场效应管的栅极连接；P型场效应管的源极接IO电源；第一耦合电容一端接地，另一端接第一N型场效应管的漏极，第二耦合电容一端接IO电源，另一端接P型场效应管的栅极。本发明既能实现低到高电平转换，又能抑制上电过程中大电流的产生。

Description

防止IO上电过程中产生大电流的电平转换器结构
技术领域
本发明涉及半导体集成电路领域，特别涉及一种防止IO上电过程中产生大电流的电平转换器结构。
背景技术
现有的电平转换器，电路结构如图1所示，包括N型场效应管N1、N2，P型场效应管P1、P2、P3，第一缓冲器和反相器的输入端连接所述信号发生器的输出端。N型场效应管N1的栅极与第一缓冲器的输出端连接，源极及其衬底接地。N型场效应管N2的栅极与反相器的输出端连接，源极及其衬底接地，漏极分别与P型场效应管P2的漏极和P型场效应管P3的栅极连接。N型场效应管N1的漏极、P型场效应管P2的栅极和P型场效应管P3的漏极分别与第二缓冲器的输入端连接，P型场效应管P2、P3的源极及其衬底分别连接IO电源。P型场效应管P1的栅极与第二缓冲器的输出端连接，源极及其衬底连接IO电源，漏极输出电压转换后的交流信号。如图1所示，VDDIO、VDD分别为输入输出电源(简称IO电源)和内核电源(简称core电源)，其中IO电源为高压器件供电，core电源为低压器件供电。
如图1所示，输入信号DOUT为低电压信号。当DOUT＝VDD时，N1打开，N2关闭，N1、N2的漏极电压分别为0和VDDIO。P1管打开，PAD电位为VDDIO，实现了低电位信号到高电位信号的转换。如果VDDIO比VDD先上电，P1管的栅极处于未知电平，有可能浮空在0电位，P1管就会打开，由于P1管是驱动管，尺寸通常都很大，会有大电流流到PAD。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种防止IO上电过程中产生大电流的电平转换器结构，可以实现高低电平之间的转换，并可抑制上电过程中大电流的产生。
为解决上述技术问题，本发明提供的防止IO上电过程中产生大电流的电平转换器结构，包括电平转换模块和电流抑制模块；所述电平转换模块包括第一N型场效应管、第二N型场效应管、P型场效应管、第一反相器、第二反相器和第三反相器，第三反相器连接信号输入端；所述电流抑制模块包括第一耦合电容和第二耦合电容；
其中，所述第一N型场效应管的栅极连接信号输入端，源极及其衬底接地；
所述第二N型场效应管的栅极连接第三反相器的输出端，源极及其衬底接地；
所述第一反相器的输入端和第二反相器的输出端均与第一N型场效应管的漏极连接；
所述第一反相器的输出端和第二反相器的输入端均与第二N型场效应管的漏极连接，同时都与P型场效应管的栅极连接；
所述P型场效应管的源极及其衬底连接输入输出电源，漏极用于输出；
所述第一耦合电容一端接地，另一端连接第一N型场效应管的漏极，第二耦合电容一端接输入输出电源，另一端连接P型场效应管的栅极；
所述第一反相器和第二反相器由输入输出电源供电，第三反相器由内核电源供电。
进一步地，所述电平转换器结构还包括由内核电源供电的第一缓冲器，所述第一缓冲器连接输入端，其输出端连接第一N型场效应管的栅极。
进一步地，所述电平转换器结构还包括第二缓冲器，所述第二缓冲器的输入端与第二N型场效应管的漏极连接，输出端与P型场效应管的栅极连接。
本发明既能实现低到高电平转换，又能有效地抑制上电过程中大电流的产生，经工艺测试IO在上电过程中可以将电流控制在规范的范围内。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有的电平转换器的电路图；
图2是本发明的电平转换器的电路图。
具体实施方式
本发明的防止IO上电过程中产生大电流的电平转换器结构，如图2所示，包括电平转换模块和电流抑制模块；所述电平转换模块包括第一N型场效应管N1、第二N型场效应管N2、P型场效应管P1、第一反相器INV1、第二反相器INV2和第三反相器，第三反相器连接输入端；所述电流抑制模块包括第一耦合电容C1和第二耦合电容C2。
所述第一N型场效应管N1的栅极连接输入端，源极及其衬底接地。
所述第二N型场效应管N2的栅极连接第三反相器的输出端，源极及其衬底接地。
所述第一反相器INV1的输入端和第二反相器INV2的输出端均与第一N型场效应管N1的漏极连接。
所述第一反相器INV1的输出端和第二反相器INV2的输入端均与第二N型场效应管N2的漏极连接，同时都与P型场效应管P1的栅极连接。
所述P型场效应管P1为上拉驱动管，其源极及其衬底连接输入输出电源，漏极用于输出。
所述第一耦合电容C1一端接地，另一端连接第一N型场效应管N1的漏极，第二耦合电容C2一端接输入输出电源，另一端连接P型场效应管P1的栅极。
所述电平转换器结构还包括输入输出电源VDDIO、内核电源VDD、第一缓冲器和第二缓冲器，输入输出电源VDDIO为第一反相器INV1、第二反相器INV2、第二耦合电容C2和P型场效应管P1供电，内核电源VDD为第一缓冲器和第三反相器供电。
所述第一缓冲器连接输入端，其输出端连接第一N型场效应管N1的栅极。
所述第二缓冲器的输入端与第二N型场效应管N2的漏极连接，输出端与P型场效应管P1的栅极连接。
电平转换器结构正常工作，即VDDIO和VDD上电完成后：
当DOUT从低电平翻转为高电平，第一N型场效应管N1开启，第二N型场效应管N2关闭，第一耦合电容C1与第一N型场效应管N1漏极之间的连接线net0处下拉到低电平，而第二耦合电容C2与第一反相器INV1之间的连接线net1处翻转到高电平，此时上拉驱动管P1关闭；
当DOUT从高电平翻转为低电平，第一N型场效应管N1关闭，第二N型场效应管N2开启，第二耦合电容C2与第一反相器INV1之间的连接线net1处下拉到低电平，而第一耦合电容C1与第一N型场效应管N1漏极之间的连接线net0处翻转到高电平，此时上拉驱动管P1开启。
电平转换器结构在上电过程时，core电源VDD由线性稳压器产生，IO电源VDDIO比core电源VDD先上电。在VDDIO上电过程中，对电源的电容C2和对地的电容C1将net1，net0两处分别耦合到一定的电位，且net 1处的电位高于net0处的电位，通过第一反相器INV1和第二反相器INV2组成的锁存器将压差放大，net1处和net0处电位分别达到高电平和低电平。因此，上拉驱动管P1关闭，在上电过程中不会产生大电流。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种防止IO上电过程中产生大电流的电平转换器结构，其特征在于：包括电平转换模块和电流抑制模块；所述电平转换模块包括第一N型场效应管、第二N型场效应管、P型场效应管、第一反相器、第二反相器和第三反相器，第三反相器连接信号输入端；所述电流抑制模块包括第一耦合电容和第二耦合电容；
其中，所述第一N型场效应管的栅极连接信号输入端，源极及其衬底接地；
所述第二N型场效应管的栅极连接第三反相器的输出端，源极及其衬底接地；
所述第一反相器的输入端和第二反相器的输出端均与第一N型场效应管的漏极连接；
所述第一反相器的输出端和第二反相器的输入端均与第二N型场效应管的漏极连接，同时都与P型场效应管的栅极连接；
所述P型场效应管的源极及其衬底连接输入输出电源，漏极用于输出；
所述第一耦合电容一端接地，另一端连接第一N型场效应管的漏极，第二耦合电容一端接输入输出电源，另一端连接P型场效应管的栅极；
所述第一反相器和第二反相器由输入输出电源供电，第三反相器由内核电源供电。
2.根据权利要求1所述的防止IO上电过程中产生大电流的电平转换器结构，其特征在于：所述电平转换器结构还包括由内核电源供电的第一缓冲器，所述第一缓冲器连接输入端，其输出端连接第一N型场效应管的栅极。
3.根据权利要求1所述的防止IO上电过程中产生大电流的电平转换器结构，其特征在于：所述电平转换器结构还包括第二缓冲器，所述第二缓冲器的输入端与第二N型场效应管的漏极连接，输出端与P型场效应管的栅极连接。
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