CN107124177A - 一种用于指纹识别驱动芯片的电容耦合式电平转换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于指纹识别驱动芯片的电容耦合式电平转换电路，其包括有耦合电容、第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管和第二NMOS管，耦合电容的前端作为电平转换电路的输入端，耦合电容的后端连接于第一PMOS管的栅极和第一NMOS管的栅极，第一PMOS管的源极用于接入高电平信号，第一PMOS管的漏极连接于第一NMOS管的漏极，第一NMOS管的源极接地，第二PMOS管的源极和第二NMOS管的源极均连接于耦合电容的后端，第二PMOS管的漏极和第二NMOS管的漏极均连接于第一NMOS管的漏极，第二PMOS管的栅极和第二NMOS管的栅极相互连接后作为电平转换电路的输出端。本发明能提高转换速度、提高信号的传输速度、简化电路的版图布设以及降低设计难度。
Description
技术领域
本发明涉及利用低压器件或者中压器件实现高压转换的电路，尤其涉及一种用于指纹识别驱动芯片的电容耦合式电平转换电路。
背景技术
目前，被动式电容指纹识别技术是由驱动芯片和感应器这两个芯片组成，请参照图1，图1中体现了驱动芯片和感应器之间的电压域关系，通过驱动芯片把感应器芯片的地端提高，进而感应和采集指图案，芯片的接地端电压越高，指纹感应的所造成的电容变化量就越大。指纹识别芯片模组正常工作时，驱动芯片芯片需要把感应器芯片的地从0V抬高到7.5V～12V，同时驱动芯片芯片和感应器芯片的各种控制信号和数据信号都需要保持正常并相互传送。因此，需要搭配两种电平转换电路，一种是从感应器到驱动芯片的转换电路，请参照图2，用于将信号整体电平从高转换到低；另一种是从驱动芯片到感应器的转换电路，请参照图3，用于将信号整体电平从低转换到高。
其中，由于驱动芯片和感应器都是采用5V中压器件来设计，在电平转换时，5V器件两端的电压差将远超过其所设计的上限值，所以，现有技术是在两种电平之间加入PMOS_12V/NMOS_12V或者PMOS_16V/NMOS_16V高压开关管来进行分压，以保障5V中压器件两端电压不超过设计上限值，同时还可以进行数据和信号的转换和传输。但是，由于高压开关管在版图设计时需要各种单独的HV阱，所以其本身尺寸较大，寄生电容等参数也较大，其本身的导通阻抗也较大，导致现有的技术方案存在如下缺陷：首先，转换和传输的速度慢，其次，所占用的空间、器件成本和功耗也较大，此外，现有技术设计复杂，很难保证所有角下没有静态漏电流，难以满足应用要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种能提高转换速度、提高信号的传输速度、节省制造成本、简化电路的版图布设以及降低设计难度的用于指纹识别驱动芯片的电容耦合式电平转换电路。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种用于指纹识别驱动芯片的电容耦合式电平转换电路，其包括有耦合电容、第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管和第二NMOS管，所述耦合电容的前端作为所述电平转换电路的输入端，所述耦合电容的后端连接于第一PMOS管的栅极和第一NMOS管的栅极，所述第一PMOS管的源极用于接入高电平信号，所述第一PMOS管的漏极连接于第一NMOS管的漏极，所述第一NMOS管的源极接地，所述第二PMOS管的源极和第二NMOS管的源极均连接于耦合电容的后端，所述第二PMOS管的漏极和第二NMOS管的漏极均连接于第一NMOS管的漏极，所述第二PMOS管的栅极和第二NMOS管的栅极相互连接后作为所述电平转换电路的输出端。
优选地，还包括有第三PMOS管，所述第三PMOS管的源极连接高电位，所述第三PMOS管的漏极连接于第一PMOS管的源极，所述第三PMOS管的栅极用于接入第一控制信号。
优选地，还包括有第三NMOS管，所述第三NMOS管的漏极连接于所述电平转换电路的输出端，所述第三NMOS管的源极接地，所述第三NMOS管的栅极用于接入第二控制信号。
本发明公开的用于指纹识别驱动芯片的电容耦合式电平转换电路中，利用耦合电容感应输入信号的变化，并起到隔离直流电压和高通滤波的作用，由第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管和第二NMOS管组成的电路将感应信号的变化放大，并还原成输入信号的变化，具体是指，由第二PMOS管和第二NMOS管将第一PMOS管和第二PMOS管组成的电路传输到放大区，同时起到放大和滤波的作用。其中，由于耦合电容具有隔直滤波的作用，所以整个电平转换电路都可以用5V的中压器件来设计完成，无需再用到12V/16V的高压器件，本发明相比现有技术而言的有益效果在于，本发明大大减少了电平转换电路所占用的空间，同时，无需12V/16V等高压器件的光罩，有效减少了芯片制造过程中的光罩层数，进而降低了芯片的设计难度及制造成本，此外，由于本发明采用了电容耦合技术，因而能提高数据和控制信号的传输速度，可有效减少***延时。
附图说明
图1为驱动芯片和感应器之间的电压域关系示意图。
图2为现有技术从感应器到驱动芯片的电平转换电路原理图。
图3为现有技术从驱动芯片到感应器的电平转换电路原理图。
图4为本发明用于指纹识别驱动芯片的电容耦合式电平转换电路原理图。
图5为本发明第一实施例的电路原理图。
图6为本发明第二实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
本发明公开了一种用于指纹识别驱动芯片的电容耦合式电平转换电路，请参照图4，其包括有耦合电容C、第一PMOS管P2、第二PMOS管P3、第一NMOS管N2和第二NMOS管N3，所述耦合电容C的前端作为所述电平转换电路的输入端Vin，所述耦合电容C的后端连接于第一PMOS管P2的栅极和第一NMOS管N2的栅极，所述第一PMOS管P2的源极用于接入高电平信号，所述第一PMOS管P2的漏极连接于第一NMOS管N2的漏极，所述第一NMOS管N2的源极接地，所述第二PMOS管P3的源极和第二NMOS管N3的源极均连接于耦合电容C的后端，所述第二PMOS管P3的漏极和第二NMOS管N3的漏极均连接于第一NMOS管N2的漏极，所述第二PMOS管P3的栅极和第二NMOS管N3的栅极相互连接后作为所述电平转换电路的输出端Vout。
上述电平转换电路中，利用耦合电容C感应输入信号的变化，并起到隔离直流电压和高通滤波的作用，由第一PMOS管P2、第二PMOS管P3、第一NMOS管N2和第二NMOS管N3组成的电路将感应信号的变化放大，并还原成输入信号的变化，具体是指，由第二PMOS管P3和第二NMOS管N3将第一PMOS管P2和第二PMOS管P3组成的电路传输到放大区，同时起到放大和滤波的作用。
其中，由于耦合电容C具有隔直滤波的作用，所以整个电平转换电路都可以用5V的中压器件来设计完成，无需再用到12V/16V的高压器件，本发明相比现有技术而言的有益效果在于，本发明大大减少了电平转换电路所占用的空间，同时，无需12V/16V等高压器件的光罩，有效减少了芯片制造过程中的光罩层数，进而降低了芯片的设计难度及制造成本，此外，由于本发明采用了电容耦合技术，因而能提高数据和控制信号的传输速度，可有效减少***延时。
为了控制电路的工作状态，本实施例还包括有第三PMOS管P1，所述第三PMOS管P1的源极连接高电位，所述第三PMOS管P1的漏极连接于第一PMOS管P2的源极，所述第三PMOS管P1的栅极用于接入第一控制信号。
作为一种优选方式，本实施例还包括有第三NMOS管N1，所述第三NMOS管N1的漏极连接于所述电平转换电路的输出端Vout，所述第三NMOS管N1的源极接地，所述第三NMOS管N1的栅极用于接入第二控制信号。
在上述第三PMOS管P1和第三NMOS管N1的作用下，能够在停机状态下关闭该电平转换电路，从而起到降低静态功耗的作用。
为了更好地描述本发明在电容指纹识别模块中的应用，本发明还提供了如下实施例。
实施例一
请参照图5，从驱动芯片端传输到感应器端的低压到高压的电平转换电路中，其基于5V器件进行设计，因而大大简化了版图布设并提高了集成度。
实施例二
请参照图6，从感应器端传输到驱动芯片端的高压到低压的电平转换电路中，由于其采用了5V器件，因而大大降低了版图所占用的空间，同时还提高了集成度。
将上述两个实施例与现有技术中的电路进行波形仿真后，经对比得出，基于电容耦合的技术方案可较大提高信号传输速度。
本发明公开的用于指纹识别驱动芯片的电容耦合式电平转换电路，其采用了电容耦合技术，因而能提高数据和控制信号的传输速度，可有效减少***延时。由此可见，本发明在低压器件或者中压器件实现高压转换方面取得了突出的进步，适合在本领域内推广使用，并具有较好的应用前景。
以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。
Claims (3)
1.一种用于指纹识别驱动芯片的电容耦合式电平转换电路，其特征在于，包括有耦合电容(C)、第一PMOS管(P2)、第二PMOS管(P3)、第一NMOS管(N2)和第二NMOS管(N3)，所述耦合电容(C)的前端作为所述电平转换电路的输入端(Vin)，所述耦合电容(C)的后端连接于第一PMOS管(P2)的栅极和第一NMOS管(N2)的栅极，所述第一PMOS管(P2)的源极用于接入高电平信号，所述第一PMOS管(P2)的漏极连接于第一NMOS管(N2)的漏极，所述第一NMOS管(N2)的源极接地，所述第二PMOS管(P3)的源极和第二NMOS管(N3)的源极均连接于耦合电容(C)的后端，所述第二PMOS管(P3)的漏极和第二NMOS管(N3)的漏极均连接于第一NMOS管(N2)的漏极，所述第二PMOS管(P3)的栅极和第二NMOS管(N3)的栅极相互连接后作为所述电平转换电路的输出端(Vout)。
2.如权利要求1所述的用于指纹识别驱动芯片的电容耦合式电平转换电路，其特征在于，还包括有第三PMOS管(P1)，所述第三PMOS管(P1)的源极连接高电位，所述第三PMOS管(P1)的漏极连接于第一PMOS管(P2)的源极，所述第三PMOS管(P1)的栅极用于接入第一控制信号。
3.如权利要求1所述的用于指纹识别驱动芯片的电容耦合式电平转换电路，其特征在于，还包括有第三NMOS管(N1)，所述第三NMOS管(N1)的漏极连接于所述电平转换电路的输出端(Vout)，所述第三NMOS管(N1)的源极接地，所述第三NMOS管(N1)的栅极用于接入第二控制信号。
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