DE102020214195A1

DE102020214195A1 - Hochspannungspegelumsetzer

Info

Publication number: DE102020214195A1
Application number: DE102020214195.9A
Authority: DE
Inventors: Walter Meusburger; Thomas Jackum
Original assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Current assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Priority date: 2020-11-11
Filing date: 2020-11-11
Publication date: 2022-05-12
Also published as: US20220149842A1; US11356095B2

Abstract

Das vorliegende Dokument betrifft Pegelumsetzer. Insbesondere betrifft das vorliegende Dokument eine Pegelumsetzerschaltung, die konfiguriert ist zum Umwandeln einer Eingangsspannung an einem Eingang der Pegelumsetzerschaltung in eine Ausgangsspannung an einem Ausgang der Pegelumsetzerschaltung. Die Pegelumsetzerschaltung kann ein erstes Schaltelement aufweisen, das zwischen einer Ausgangsversorgungsspannung und einem positiven Ausgangsanschluss gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des ersten Schaltelements mit einem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt ist. Die Pegelumsetzerschaltung kann ein zweites Schaltelement aufweisen, das zwischen der Ausgangsversorgungsspannung und dem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des zweiten Schaltelements mit dem positiven Ausgangsanschluss gekoppelt ist. Die Pegelumsetzerschaltung kann eine Ansteuerschaltung aufweisen, die konfiguriert ist zum Ansteuern der Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schaltelements basierend auf der Eingangsspannung an dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung. Die Pegelumsetzerschaltung kann einen ersten Schutztransistor aufweisen, der zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und einer Eingangsreferenzspannung gekoppelt ist. Die Pegelumsetzerschaltung kann einen zweiten Schutztransistor aufweisen, der zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung gekoppelt ist. Die Pegelumsetzerschaltung kann konfiguriert sein zum adaptiven Steuern des ersten und des zweiten Schutztransistors basierend auf der Ausgangsversorgungsspannung und/oder einer Ausgangsreferenzspannung.

Description

Technischer Bereich
Das vorliegende Dokument betrifft Hochspannungspegelumsetzer. Insbesondere betrifft das vorliegende Dokument Hochspannungspegelumsetzer, die robust sind, einen geringen Energieverbrauch haben und bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen betrieben werden können.
Hintergrund
Pegelumsetzer werden normalerweise als Bausteine in DC(Direct Current)/ DC-Leistungswandlern verwendet. Insbesondere sind Pegelumsetzer erforderlich, um Teilschaltungen zu verbinden, die in verschiedenen Spannungsbereichen arbeiten. Zum Beispiel können Pegelumsetzer eine Steuervorrichtung in einem Niedrigspannungsversorgungsbereich mit einem Leistungsschalter in einem Hochspannungsversorgungsbereich verbinden.
Eine aus dem Stand der Technik bekannte erste Klasse von Pegelumsetzern betrifft statische Pegelumsetzer ohne statischen Stromverbrauch. Die letzteren Pegelumsetzer arbeiten jedoch möglicherweise nicht bei niedrigen Versorgungsspannungen und/oder sind möglicherweise langsam. Darüber hinaus kann eine Änderung des Eingangsversorgungsbereichs gegenüber dem Ausgangsversorgungsbereich einen falschen Ausgangspuls erzeugen. Eine zweite Klasse von Pegelumsetzern, die aus dem Stand der Technik bekannt ist, betrifft statische Pegelumsetzer mit statischem Stromverbrauch. Diese Klasse von Pegelumsetzern leidet unter einem hohen Leistungsverlust und einer niedrigen Systemeffizienz. Eine dritte Klasse von Pegelumsetzern betrifft flankensensitive Pegelumsetzer. Diese Klasse von Pegelumsetzern ist jedoch fehleranfällig aufgrund eines Fehlens einer Eingangsflanke. In existierenden Ausgestaltungen kann dies sogar zu einer Blockierung des gesamten Systems führen und die Ursache für diese Blockierung kann in Simulationen sehr schwer zu finden sein.
Zusammenfassend ist ein Nachteil der gegenwärtigen Praxis von flankensensitiven Pegelumsetzern, dass eine Signaländerung übersehen werden könnte. Ein weiterer Nachteil der gegenwärtigen Praxis von pegelsensitiven Pegelumsetzern ist ein statischer Stromverbrauch. Ein weiterer Nachteil der gegenwärtigen Praxis ist die Begrenzung der niedrigstmöglichen Versorgungsspannung.
Das vorliegende Dokument thematisiert die oben angeführten technischen Probleme. Das vorliegende Dokument thematisiert insbesondere das technische Problem eines Vorsehens einer neuartigen Pegelumsetzerschaltung, die bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen betrieben werden kann.
Zusammenfassung
Gemäß einem Aspekt wird eine Pegelumsetzerschaltung vorgestellt. Die Pegelumsetzerschaltung kann konfiguriert sein zum Umwandeln einer Eingangsspannung an einem Eingang der Pegelumsetzerschaltung in eine Ausgangsspannung an einem Ausgang der Pegelumsetzerschaltung. Die Pegelumsetzerschaltung kann ein erstes Schaltelement aufweisen, das zwischen einer Ausgangsversorgungsspannung und einem positiven Ausgangsanschluss gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des ersten Schaltelements mit einem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt ist. Die Pegelumsetzerschaltung kann ein zweites Schaltelement aufweisen, das zwischen der Ausgangsversorgungsspannung und dem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des zweiten Schaltelements mit dem positiven Ausgangsanschluss gekoppelt ist. Die Pegelumsetzerschaltung kann eine Ansteuerschaltung aufweisen, die konfiguriert ist zum Ansteuern der Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schaltelements basierend auf der Eingangsspannung an dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung. Die Pegelumsetzerschaltung kann einen ersten Schutztransistor aufweisen, der zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und einer Eingangsreferenzspannung gekoppelt ist. Die Pegelumsetzerschaltung kann einen zweiten Schutztransistor aufweisen, der zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung gekoppelt ist. Die Pegelumsetzerschaltung kann konfiguriert sein zum adaptiven Steuern des ersten und des zweiten Schutztransistors basierend auf der Ausgangsversorgungsspannung und/oder einer Ausgangsreferenzspannung.
Das erste und das zweite Schaltelement können mit beliebigen geeigneten Vorrichtungen implementiert werden, wie zum Beispiel Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs - metal-oxide-semiconductor field effect transistors), Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs - insulated-gate bipolar transistors) oder MOS-gesteuerten Thyristoren. Der Steueranschluss eines Schaltelements kann ein Gate sein, an das eine entsprechende Ansteuerspannung oder ein Steuersignal angelegt werden kann, um das Schaltelement einzuschalten (d.h. das Schaltelement zu schließen) oder das Schaltelement auszuschalten (d.h. das Schaltelement zu öffnen).
Auf ähnliche Weise können der erste und der zweite Schutztransistor mit beliebigen geeigneten Vorrichtungen implementiert werden, wie zum Beispiel MOSFETs, IGBTs, MOS-gesteuerten Thyristoren oder anderen geeigneten Leistungsvorrichtungen. Insbesondere können der erste und der zweite Schutztransistor Hochspannungs(HS bzw. HV - high-voltage)- erweiterter-Drain-MOS(EDMOS - extended-drain MOS)-Feldeffekttransistoren (FETs - field-effect transistors) sein. Weiter können der erste und der zweite Schutztransistor in einem linearen Betriebsmodus (auch als Stromsättigungsbereich bekannt) betrieben werden, wobei der Drain-Source-Strom des jeweiligen Schutztransistors nahezu unabhängig von der Drain-Source-Spannung ist und direkt von der Gate-Source-Spannung abhängig ist.
Die Eingangsspannung kann ein binäres Eingangssignal darstellen, das entweder einen logisch hohen Wert oder einen logisch niedrigen Wert haben kann. Insbesondere kann die Eingangsspannung entweder einen Signalwert haben, der einer Eingangsversorgungsspannung entspricht, oder einen Signalwert, der der Eingangsreferenzspannung entspricht. Ebenso kann die Ausgangsspannung ein binäres Ausgangssignal darstellen, das entweder einen logisch hohen Wert oder einen logisch niedrigen Wert haben kann. Die Ausgangsspannung kann entweder einen Signalwert haben, der der Ausgangsversorgungsspannung entspricht, oder einen Signalwert, der der Ausgangsreferenzspannung entspricht.
Die beschriebene Pegelumsetzerschaltung kann z.B. eine Pegel-Aufwärts-Umsetzerschaltung sein. In anderen Worten, die Ausgangsversorgungsspannung kann größer oder gleich der Eingangsversorgungsspannung sein und/oder die Ausgangsreferenzspannung kann größer oder gleich der Eingangsreferenzspannung sein. Zum Beispiel kann die Eingangsreferenzspannung und/oder die Ausgangsreferenzspannung Masse sein, d.h. OV. Die Referenzspannungen sind jedoch nicht auf Masse beschränkt. Insbesondere haben die Referenzspannungen möglicherweise keine direkte physikalische Verbindung zu Erde.
Der Begriff Referenzspannung kann sich vielmehr auch auf jeden Referenzpunkt beziehen, zu dem und von dem elektrische Ströme fließen können oder von dem Spannungen gemessen werden können. Die Eingangsreferenzspannung kann sich von der Ausgangsreferenzspannung unterscheiden.
Die Ausgangsspannung der Pegelumsetzerschaltung kann von dem positiven Ausgangsanschluss oder von dem negativen Ausgangsanschluss abgeleitet werden. Zum Beispiel kann die Pegelumsetzerschaltung konfiguriert sein zum Erzeugen der Ausgangsspannung von dem negativen Ausgangsanschluss. Zu diesem Zweck kann die Pegelumsetzerschaltung eine Invertiererschaltung aufweisen, die zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und dem Ausgang der Pegelumsetzerschaltung gekoppelt ist derart, dass die Ausgangsspannung eine invertierte Version der Spannung an dem negativen Ausgangsanschluss darstellt. Durch Koppeln einer Invertiererschaltung zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und dem Ausgang der Pegelumsetzerschaltung wird es möglich, die Übergangsflanke sauberer zu machen und den negativen Ausgangsanschluss von einer unbekannten Last zu entkoppeln.
Die Pegelumsetzerschaltung kann konfiguriert sein zum Erzeugen einer Steuerspannung abhängig von der Ausgangsversorgungsspannung und/oder der Ausgangsreferenzspannung, und die Pegelumsetzerschaltung kann konfiguriert sein zum Anlegen der Steuerspannung an Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schutztransistors.
Die Pegelumsetzerschaltung kann konfiguriert sein zum Erzeugen der Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung größer oder gleich einer ersten Schwellenspannung ist, wobei die erste Schwellenspannung gleich der Ausgangsreferenzspannung minus einer Schwellenspannung des ersten oder des zweiten Schutztransistors ist.
Durch Erzeugen einer Steuerspannung, die größer oder gleich der ersten Schwellenspannung ist, wird es möglich, einen korrekten Betrieb der Pegelumsetzerschaltung bei niedrigen Ausgangsversorgungsspannungen zu garantieren.
Um die Steuerspannung zu erzeugen, die größer oder gleich der ersten Schwellenspannung ist, kann die Pegelumsetzerschaltung einen Hilfsreferenzpotentialgenerator (wie z.B. eine Ladungspumpe) zum Erzeugen eines Hilfsreferenzpotentials unterhalb der Ausgangsreferenzspannung aufweisen. Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter einen Diode-verbundenen Transistor und eine Stromquelle aufweisen, die in Serie zwischen dem Hilfsreferenzpotential und der Ausgangsreferenzspannung gekoppelt sind, zum Erzeugen der Steuerspannung, die anschließend an die Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schutztransistors angelegt werden kann. Die erste Schwellenspannung, die als anfängliche Steuerspannung dienen kann, kann z.B. von der Source oder dem Drain des Diode-verbundenen Transistors abgeleitet werden. Zum Beispiel kann die Schwellenspannung des Diode-verbundenen Transistors gleich oder ähnlich der Schwellenspannung des ersten oder des zweiten Schutztransistors sein. Weiter kann die Pegelumsetzerschaltung ein Widerstandselement aufweisen, das in Serie mit dem Diode-verbundenen Transistor und der Stromquelle gekoppelt ist zum Anpassen der Steuerspannung.
Die Pegelumsetzerschaltung kann konfiguriert sein zum Erzeugen der Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung größer oder gleich einer zweiten Schwellenspannung ist, wobei die zweite Schwellenspannung gleich der Ausgangsversorgungsspannung minus einer maximalen Gate-Source-Spannung des ersten oder des zweiten Schutztransistors ist.
Durch Erzeugen der Steuerspannung größer oder gleich der zweiten Schwellenspannung, wird verhindert, dass die Schutztransistoren aufgrund hoher Gate-Source-Spannungen beschädigt werden. Die Pegelumsetzerschaltung kann konfiguriert sein zum Erzeugen der Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung sowohl (a) größer oder gleich der ersten Schwellenspannung als auch (b) größer oder gleich der zweiten Schwellenspannung ist. Dies ermöglicht einen korrekten Betrieb der Pegelumsetzerschaltung bei niedrigen Ausgangsversorgungsspannungen und erspart gleichzeitig den Betrieb der Schutztransistoren für alle Ausgangsversorgungsspannungen.
Um die Steuerspannung zu erzeugen, die größer oder gleich der zweiten Schwellenspannung ist, kann die Pegelumsetzerschaltung einen zweiten Referenzpotentialgenerator zum Erzeugen der zweiten Schwellenspannung aufweisen. Der zweite Referenzpotentialgenerator kann z.B. eine Referenzspannungsquelle aufweisen, die mit der Ausgangsversorgungsspannung gekoppelt ist, wobei die Referenzspannungsquelle konfiguriert ist zum Erzeugen einer Spannung entsprechend der maximalen Gate-Source-Spannung des ersten oder des zweiten Schutztransistors. Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter eine Komparatorschaltung aufweisen, die konfiguriert ist zum Vergleichen der von dem zweiten Referenzpotentialgenerator erzeugten zweiten Schwellenspannung mit der anfänglichen Steuerspannung. Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter einen Transistor aufweisen zum Erzwingen der zweiten Schwellenspannung, wobei der Transistor zwischen der Ausgangsversorgungsspannung und der Ausgangsreferenzspannung gekoppelt ist und wobei der Transistor von dem Komparator gesteuert wird.
Die Pegelumsetzerschaltung kann konfiguriert sein zum Erzeugen der Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung kleiner oder gleich der Ausgangsreferenzspannung ist.
Die Pegelumsetzerschaltung kann konfiguriert sein zum Erzeugen der Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung (a) größer oder gleich der ersten Schwellenspannung, (b) größer oder gleich der zweiten Schwellenspannung und (c) kleiner oder gleich der Ausgangsreferenzspannung ist.
Um die Steuerspannung zu erzeugen, die kleiner oder gleich der Ausgangsreferenzspannung ist, kann die Pegelumsetzerschaltung einen weiteren Komparator aufweisen, der konfiguriert ist zum Vergleichen der Steuerspannung mit der Ausgangsreferenzspannung. Wiederum kann die Pegelumsetzerschaltung einen weiteren Transistor zum Begrenzen der Steuerspannung auf die Ausgangsreferenzspannung aufweisen, wobei der weitere Transistor zwischen der Ausgangsversorgungsspannung und der Ausgangsreferenzspannung gekoppelt ist und wobei der weitere Transistor von dem weiteren Komparator gesteuert wird.
Die Ansteuerschaltung kann einen ersten Ansteuertransistor aufweisen, der zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des ersten Ansteuertransistors mit dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung gekoppelt ist. Die Ansteuerschaltung kann einen zweiten Ansteuertransistor aufweisen, der zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des zweiten Ansteuertransistors mit dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung gekoppelt ist.
Mit anderen Worten, die Ansteuerschaltung kann zwischen dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung und der niedrigen Referenzspannung gekoppelt sein. Somit kann gesagt werden, dass die Ansteuerschaltung in dem Eingangsversorgungsbereich angeordnet ist und konfiguriert sein kann, um das erste und das zweite Schaltelement anzusteuern, von denen gesagt werden kann, dass sie in dem Ausgangsversorgungsbereich angeordnet sind (d.h. sie sind zwischen der Ausgangsversorgungsspannung und der Ausgangsreferenzspannung gekoppelt). Die Ansteuerschaltung kann weiter eine Invertiererschaltung aufweisen, die zwischen den Steueranschlüssen des ersten und des zweiten Ansteuertransistors derart gekoppelt ist, dass ein Ansteuersignal des zweiten Ansteuertransistors eine Invertiererversion eines Ansteuersignals des ersten Ansteuertransistors ist. Zusätzlich kann die Ansteuerschaltung eine weitere Invertiererschaltung aufweisen, die zwischen dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung und dem Steueranschluss des ersten Ansteuertransistors gekoppelt ist.
Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter ein erstes gerichtetes leitendes Element aufweisen, das zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung gekoppelt ist. Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter ein zweites gerichtetes leitendes Element aufweisen, das zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung gekoppelt ist.
Sowohl das erste als auch das zweite gerichtete leitende Element können Dioden sein, z.B. Bipolardioden. Zum Beispiel kann ein Diode-verbundener Transistor als Diode dienen. Im Allgemeinen wird ein gerichtetes leitendes Element als eine elektronische Komponente mit zumindest zwei Anschlüssen betrachtet, die hauptsächlich in eine Richtung leitet. Das heißt, das gerichtete leitende Element hat einen geringen Widerstand gegen den Stromfluss in einer ersten Richtung und einen hohen Widerstand in einer zweiten entgegengesetzten Richtung. Eine ideale Diode würde einen Widerstand von Null in der ersten Richtung und einen unendlichen Widerstand in der zweiten Richtung haben. Zum Beispiel kann das erste gerichtete leitende Element einen geringen Widerstand von dem positiven Ausgangsanschluss zu der Eingangsreferenzspannung haben, um einen Rückstrom in Szenarien zu vermeiden, in denen die Eingangsreferenzspannung größer als die Ausgangsreferenzspannung ist. Analog kann das zweite gerichtete leitende Element einen geringen Widerstand von dem negativen Ausgangsanschluss zu der Eingangsreferenzspannung haben.
Zum Beispiel kann das erste gerichtete leitende Element zwischen dem ersten Schutztransistor und dem ersten Ansteuertransistor der Ansteuerschaltung gekoppelt sein, und das zweite gerichtete leitende Element kann zwischen dem zweiten Schutztransistor und dem zweiten Ansteuertransistor der Ansteuerschaltung gekoppelt sein.
Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter ein drittes Schaltelement aufweisen, das zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und der Ausgangsreferenzspannung gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des dritten Schaltelements mit dem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt ist. Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter ein viertes Schaltelement aufweisen, das zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Ausgangsreferenzspannung gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des vierten Schaltelements mit dem positiven Ausgangsanschluss gekoppelt ist.
Das dritte und das vierte Schaltelement können unter Verwendung ähnlicher oder identischer Schaltungselemente implementiert werden, wie oben in dem Kontext des ersten und des zweiten Schaltelement beschrieben wird. Mit Hilfe des dritten Schaltelements und des vierten Schaltelements wird es möglich, einen genau definierten niedrigen Wert der Ausgangsspannung festzulegen.
Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter ein erstes Hilfsschaltelement, ein zweites Hilfsschaltelement, ein erstes Verzögerungselement und einen ersten Invertierer aufweisen. Das erste Hilfsschaltelement und das zweite Hilfsschaltelement können in Serie zwischen der Ausgangsversorgungsspannung und dem positiven Ausgangsanschluss gekoppelt sein. Der negative Ausgangsanschluss kann mit einem Steueranschluss des ersten Hilfsschaltelements gekoppelt sein. Der negative Ausgangsanschluss kann über das erste Verzögerungselement und über den ersten Invertierer mit einem Steueranschluss des zweiten Hilfsschaltelements gekoppelt sein.
Das erste und das zweite Hilfsschaltelement können unter Verwendung von Komponenten implementiert werden, die ähnlich oder identisch zu den oben beschriebenen Schaltelementen sind. Zum Beispiel kann ein Ein-Widerstand des Drain-Source-Kanals des ersten und des zweiten Hilfsschaltelements niedriger sein als ein Ein-Widerstand des Drain-Source-Kanals des ersten Schaltelements. Mit dem ersten und dem zweiten Hilfsschaltelement wird es möglich, das Schaltverhalten der Pegelumsetzerschaltung zu beschleunigen.
Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter ein drittes Hilfsschaltelement, ein viertes Hilfsschaltelement, ein zweites Verzögerungselement und einen zweiten Invertierer aufweisen. Das dritte Hilfsschaltelement und das vierte Hilfsschaltelement können in Serie zwischen der Ausgangsversorgungsspannung und dem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt sein. Der positive Ausgangsanschluss kann mit einem Steueranschluss des dritten Hilfsschaltelements gekoppelt sein. Der positive Ausgangsanschluss kann über das zweite Verzögerungselement und über den zweiten Invertierer mit einem Steueranschluss des vierten Hilfsschaltelements gekoppelt sein.
Das dritte und das vierte Hilfsschaltelement können unter Verwendung von Komponenten implementiert werden, die ähnlich oder identisch zu den oben beschriebenen Schaltelementen sind. Zum Beispiel kann ein Ein-Widerstand des Drain-Source-Kanals des dritten und des vierten Hilfsschaltelements niedriger sein als ein Ein-Widerstand des Drain-Source-Kanals des zweiten Schaltelements. Mit dem dritten und dem vierten Hilfsschaltelement wird es möglich, das Schaltverhalten der Pegelumsetzerschaltung zu beschleunigen.
Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter ein fünftes Hilfsschaltelement, ein sechstes Hilfsschaltelement, ein drittes Verzögerungselement und einen dritten Invertierer aufweisen. Das fünfte Hilfsschaltelement und das sechste Hilfsschaltelement können in Serie zwischen der Ausgangsreferenzspannung und dem positiven Ausgangsanschluss gekoppelt sein. Der negative Ausgangsanschluss kann mit einem Steueranschluss des fünften Hilfsschaltelements gekoppelt sein. Der negative Ausgangsanschluss kann über das dritte Verzögerungselement und über den dritten Invertierer mit einem Steueranschluss des sechsten Hilfsschaltelements gekoppelt sein.
Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter ein siebtes Hilfsschaltelement, ein achtes Hilfsschaltelement, ein viertes Verzögerungselement und einen vierten Invertierer aufweisen. Das siebte Hilfsschaltelement und das achte Hilfsschaltelement können in Serie zwischen der Ausgangsreferenzspannung und dem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt sein. Der positive Ausgangsanschluss kann mit einem Steueranschluss des siebten Hilfsschaltelements gekoppelt sein. Der positive Ausgangsanschluss kann über das vierte Verzögerungselement und über den vierten Invertierer mit einem Steueranschluss des achten Hilfsschaltelements gekoppelt sein.
Gemäß einem anderen Aspekt kann eine Pegelumsetzerschaltung konfiguriert sein zum Umwandeln einer Eingangsspannung an einem Eingang der Pegelumsetzerschaltung in eine Ausgangsspannung an einem Ausgang der Pegelumsetzerschaltung. Die Pegelumsetzerschaltung kann ein erstes Schaltelement aufweisen, das zwischen einer Ausgangsreferenzspannung und einem positiven Ausgangsanschluss gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des ersten Schaltelements mit einem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt ist. Die Pegelumsetzerschaltung kann ein zweites Schaltelement aufweisen, das zwischen der Ausgangsreferenzspannung und dem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des zweiten Schaltelements mit dem positiven Ausgangsanschluss gekoppelt ist. Die Pegelumsetzerschaltung kann eine Ansteuerschaltung aufweisen, die konfiguriert ist zum Ansteuern der Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schaltelements basierend auf der Eingangsspannung an dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung. Die Pegelumsetzerschaltung kann einen ersten Schutztransistor aufweisen, der zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und einer Eingangsversorgungsspannung gekoppelt ist. Die Pegelumsetzerschaltung kann einen zweiten Schutztransistor aufweisen, der zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsversorgungsspannung gekoppelt ist. Die Pegelumsetzerschaltung kann konfiguriert sein zum adaptiven Steuern des ersten und des zweiten Schutztransistors basierend auf einer Ausgangsversorgungsspannung und/oder der Ausgangsreferenzspannung.
Die beschriebene Pegelumsetzerschaltung kann z.B. eine Abwärts-Pegelumsetzerschaltung sein. Mit anderen Worten, die Ausgangsversorgungsspannung kann kleiner oder gleich der Eingangsversorgungsspannung sein und/oder die Ausgangsreferenzspannung kann kleiner oder gleich der Eingangsreferenzspannung sein.
Die Pegelumsetzerschaltung kann konfiguriert sein zum Erzeugen einer Steuerspannung abhängig von der Ausgangsversorgungsspannung und/oder der Ausgangsreferenzspannung, und die Pegelumsetzerschaltung kann konfiguriert sein zum Anlegen der Steuerspannung an Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schutztransistors.
Die Pegelumsetzerschaltung kann konfiguriert sein zum Erzeugen der Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung kleiner oder gleich einer ersten Schwellenspannung ist, wobei die erste Schwellenspannung gleich der Ausgangsversorgungsspannung plus einer Schwellenspannung des ersten oder des zweiten Schutztransistors ist.
Die Pegelumsetzerschaltung kann konfiguriert sein zum Erzeugen der Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung kleiner oder gleich einer zweiten Schwellenspannung ist, wobei die zweite Schwellenspannung gleich der Ausgangsreferenzspannung plus einer maximalen Gate-Source-Spannung des ersten oder des zweiten Schutztransistors ist.
Alternativ oder zusätzlich kann die Pegelumsetzerschaltung konfiguriert sein zum Erzeugen der Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung größer oder gleich der Ausgangsversorgungsspannung ist.
Die Ansteuerschaltung kann einen ersten Ansteuertransistor aufweisen, der zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und einer Eingangsversorgungsspannung gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des ersten Ansteuertransistors mit dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung gekoppelt ist. Die Ansteuerschaltung kann einen zweiten Ansteuertransistor aufweisen, der zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsversorgungsspannung gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des zweiten Ansteuertransistors mit dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung gekoppelt ist.
Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter ein erstes gerichtetes leitendes Element aufweisen, das zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und der Eingangsversorgungsspannung gekoppelt ist. Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter ein zweites gerichtetes leitendes Element aufweisen, das zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsversorgungsspannung gekoppelt ist.
Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter ein drittes Schaltelement aufweisen, das zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und der Ausgangsversorgungsspannung gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des dritten Schaltelements mit dem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt ist. Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter ein viertes Schaltelement aufweisen, das zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Ausgangsversorgungsspannung gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des vierten Schaltelements mit dem positiven Ausgangsanschluss gekoppelt ist.
Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter ein erstes Hilfsschaltelement, ein zweites Hilfsschaltelement, ein erstes Verzögerungselement und einen ersten Invertierer aufweisen. Das erste Hilfsschaltelement und das zweite Hilfsschaltelement können in Serie zwischen der Ausgangsreferenzspannung und dem positiven Ausgangsanschluss gekoppelt sein. Der negative Ausgangsanschluss kann mit einem Steueranschluss des ersten Hilfsschaltelements gekoppelt sein. Der negative Ausgangsanschluss kann über das erste Verzögerungselement und über den ersten Invertierer mit einem Steueranschluss des zweiten Hilfsschaltelements gekoppelt sein.
Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter ein drittes Hilfsschaltelement, ein viertes Hilfsschaltelement, ein zweites Verzögerungselement und einen zweiten Invertierer aufweisen. Das dritte Hilfsschaltelement und das vierte Hilfsschaltelement können in Serie zwischen der Ausgangsreferenzspannung und dem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt sein. Der positive Ausgangsanschluss kann mit einem Steueranschluss des dritten Hilfsschaltelements gekoppelt sein. Der positive Ausgangsanschluss kann über das zweite Verzögerungselement und über den zweiten Invertierer mit einem Steueranschluss des vierten Hilfsschaltelements gekoppelt sein.
Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter ein fünftes Hilfsschaltelement, ein sechstes Hilfsschaltelement, ein drittes Verzögerungselement und einen dritten Invertierer aufweisen. Das fünfte Hilfsschaltelement und das sechste Hilfsschaltelement können in Serie zwischen der Ausgangsreferenzspannung und dem positiven Ausgangsanschluss gekoppelt sein. Der negative Ausgangsanschluss kann mit einem Steueranschluss des fünften Hilfsschaltelements gekoppelt sein. Der negative Ausgangsanschluss kann über das dritte Verzögerungselement und über den dritten Invertierer mit einem Steueranschluss des sechsten Hilfsschaltelements gekoppelt sein.
Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter ein siebtes Hilfsschaltelement, ein achtes Hilfsschaltelement, ein viertes Verzögerungselement und einen vierten Invertierer aufweisen. Das siebte Hilfsschaltelement und das achte Hilfsschaltelement können in Serie zwischen der Ausgangsreferenzspannung und dem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt sein. Der positive Ausgangsanschluss kann mit einem Steueranschluss des siebten Hilfsschaltelements gekoppelt sein. Der positive Ausgangsanschluss kann über das vierte Verzögerungselement und über den vierten Invertierer mit einem Steueranschluss des achten Hilfsschaltelements gekoppelt sein.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Umwandeln einer Eingangsspannung beschrieben. Das Verfahren kann Schritte aufweisen, die den Merkmalen der in dem vorliegenden Dokument beschriebenen Pegelumsetzerschaltung entsprechen. Insbesondere offenbart das vorliegende Dokument ein Verfahren zum Umwandeln, unter Verwendung einer Pegelumsetzerschaltung, einer Eingangsspannung an einem Eingang der Pegelumsetzerschaltung in eine Ausgangsspannung an einem Ausgang der Pegelumsetzerschaltung. Das Verfahren kann ein Koppeln eines ersten Schaltelements zwischen einer Ausgangsversorgungsspannung und einem positiven Ausgangsanschluss und ein Koppeln eines Steueranschlusses des ersten Schaltelements mit einem negativen Ausgangsanschluss aufweisen. Das Verfahren kann ein Koppeln eines zweiten Schaltelements zwischen der Ausgangsversorgungsspannung und dem negativen Ausgangsanschluss und ein Koppeln eines Steueranschlusses des zweiten Schaltelements mit dem positiven Ausgangsanschluss aufweisen. Das Verfahren kann ein Ansteuern, unter Verwendung einer Ansteuerschaltung, der Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schaltelements basierend auf der Eingangsspannung an dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung aufweisen. Das Verfahren kann ein Koppeln eines ersten Schutztransistors zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und einer Eingangsreferenzspannung aufweisen. Das Verfahren kann ein Koppeln eines zweiten Schutztransistors zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung aufweisen. Das Verfahren kann ein adaptives Steuern des ersten und des zweiten Schutztransistors basierend auf der Ausgangsversorgungsspannung und/oder einer Ausgangsreferenzspannung aufweisen.
Das Verfahren kann weiter ein Erzeugen einer Steuerspannung abhängig von der Ausgangsversorgungsspannung und/oder der Ausgangsreferenzspannung und ein Anlegen der Steuerspannung an Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schutztransistors aufweisen.
Das Verfahren kann ein Erzeugen der Steuerspannung derart aufweisen, dass die Steuerspannung größer oder gleich einer ersten Schwellenspannung ist, wobei die erste Schwellenspannung gleich der Ausgangsreferenzspannung minus einer Schwellenspannung des ersten oder des zweiten Schutztransistors ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren ein Erzeugen der Steuerspannung derart aufweisen, dass die Steuerspannung größer oder gleich einer zweiten Schwellenspannung ist, wobei die zweite Schwellenspannung gleich der Ausgangsversorgungsspannung minus einer maximalen Gate-Source-Spannung der ersten oder des zweiten Schutztransistors ist. Das Verfahren kann ein Erzeugen der Steuerspannung derart aufweisen, dass die Steuerspannung kleiner oder gleich der Ausgangsreferenzspannung ist.
Das Verfahren kann ein Koppeln eines ersten Ansteuertransistors der Ansteuerschaltung zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung und ein Koppeln eines Steueranschlusses des ersten Ansteuertransistors mit dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung aufweisen. Das Verfahren kann ein Koppeln eines zweiten Ansteuertransistors der Ansteuerschaltung zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung und ein Koppeln eines Steueranschlusses des zweiten Ansteuertransistors mit dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung aufweisen.
Das Verfahren kann ein Koppeln eines ersten gerichteten leitenden Elements zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung aufweisen. In ähnlicher Weise kann das Verfahren ein Koppeln eines zweiten gerichteten leitenden Elements zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung aufweisen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein weiteres Verfahren zum Umwandeln einer Eingangsspannung beschrieben. Wiederum verwendet das Verfahren eine Pegelumsetzerschaltung zum Umwandeln einer Eingangsspannung an einem Eingang der Pegelumsetzerschaltung in eine Ausgangsspannung an einem Ausgang der Pegelumsetzerschaltung. Das Verfahren kann ein Koppeln eines ersten Schaltelements zwischen einer Ausgangsreferenzspannung und einem positiven Ausgangsanschluss und ein Koppeln eines Steueranschlusses des ersten Schaltelements mit einem negativen Ausgangsanschluss aufweisen. Das Verfahren kann ein Koppeln eines zweiten Schaltelements zwischen der Ausgangsreferenzspannung und dem negativen Ausgangsanschluss und ein Koppeln eines Steueranschlusses des zweiten Schaltelements mit dem positiven Ausgangsanschluss aufweisen. Das Verfahren kann ein Ansteuern, unter Verwendung einer Ansteuerschaltung, der Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schaltelements basierend auf der Eingangsspannung an dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung aufweisen. Das Verfahren kann ein Koppeln eines ersten Schutztransistors zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und einer Eingangsversorgungsspannung aufweisen. Das Verfahren kann ein Koppeln eines zweiten Schutztransistors aufweisen, der zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsversorgungsspannung gekoppelt ist. Das Verfahren kann ein adaptives Steuern des ersten und des zweiten Schutztransistors basierend auf einer Ausgangsversorgungsspannung und/oder der Ausgangsreferenzspannung aufweisen.
Das Verfahren kann weiter ein Erzeugen einer Steuerspannung abhängig von der Ausgangsversorgungsspannung und/oder der Ausgangsreferenzspannung aufweisen. Das Verfahren kann weiter ein Anlegen der Steuerspannung an Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schutztransistors aufweisen. Das Verfahren kann weiter ein Erzeugen der Steuerspannung derart aufweisen, dass die Steuerspannung kleiner oder gleich einer ersten Schwellenspannung ist, wobei die erste Schwellenspannung gleich der Ausgangsversorgungsspannung plus einer Schwellenspannung des ersten oder des zweiten Schutztransistors ist. Das Verfahren kann weiter ein Erzeugen der Steuerspannung derart aufweisen, dass die Steuerspannung kleiner oder gleich einer zweiten Schwellenspannung ist, wobei die zweite Schwellenspannung gleich der Ausgangsreferenzspannung plus einer maximalen Gate-Source-Spannung der ersten oder des zweiten Schutztransistors ist. Das Verfahren kann weiter ein Erzeugen der Steuerspannung derart aufweisen, dass die Steuerspannung größer oder gleich der Ausgangsversorgungsspannung ist.
Das Verfahren kann weiter ein Koppeln eines ersten Ansteuertransistors zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und einer Eingangsversorgungsspannung aufweisen, wobei ein Steueranschluss des ersten Ansteuertransistors mit dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung gekoppelt ist. Das Verfahren kann weiter ein Koppeln eines zweiten Ansteuertransistors zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsversorgungsspannung aufweisen, wobei ein Steueranschluss des zweiten Ansteuertransistors mit dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung gekoppelt ist.
Das Verfahren kann weiter ein Koppeln eines ersten gerichteten leitenden Elements zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und der Eingangsversorgungsspannung aufweisen. Das Verfahren kann weiter ein Koppeln eines zweiten gerichteten leitenden Elements zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsversorgungsspannung aufweisen.
Es ist anzumerken, dass die in dem vorliegenden Dokument beschriebenen Verfahren und Systeme einschließlich ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele eigenständig oder in Kombination mit den anderen in diesem Dokument offenbarten Verfahren und Systemen verwendet werden können. Darüber hinaus sind die in dem Kontext eines Systems beschriebenen Merkmale auch auf ein entsprechendes Verfahren anwendbar. Weiter können alle Aspekte der in dem vorliegenden Dokument beschriebenen Verfahren und Systeme beliebig kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche auf beliebige Weise miteinander kombiniert werden.
In dem vorliegenden Dokument bezieht sich der Begriff „koppeln“ oder „gekoppelt“ auf Elemente, die in elektrischer Kommunikation miteinander sind, entweder direkt verbunden, z.B. über Drähte, oder auf andere Weise.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird auf beispielhafte Weise und nicht einschränkend in den Figuren der beigefügten Zeichnungen dargestellt, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder identische Elemente beziehen, und in denen

1 ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel einer Aufwärts-Pegelumsetzerschaltung zeigt;
2 beispielhafte Spannungsdiagramme für eine statische Steuerspannung zeigt;
3 beispielhafte Spannungsdiagramme für eine Steuerspannung zeigt, die dynamisch angepasst wird;
4 eine beispielhafte Implementierung einer dynamischen Anpassung der Steuerspannung für eine Aufwärts-Pegelumsetzerschaltung zeigt;
5 ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel einer Abwärts-Pegelumsetzerschaltung zeigt;
6 beispielhafte Spannungsdiagramme für eine statische Steuerspannung zeigt;
7 beispielhafte Spannungsdiagramme für eine Steuerspannung zeigt, die dynamisch angepasst wird; und
8 eine beispielhafte Implementierung einer dynamischen Anpassung der Steuerspannung für eine Abwärts-Pegelumsetzerschaltung zeigt.

Detaillierte Beschreibung
Eine hauptsächliche Herausforderung besteht darin, einen Pegelumsetzer bei sehr niedrigen Versorgungsspannungen zu betreiben, bei denen die Schwellenspannung der Hochspannungstransistoren ein begrenzender Faktor zu sein beginnt. Unter Berücksichtigung dieser Beschränkung müssen die Pegelumsetzer schnell und robust sein (d.h. nicht nur flankensensitiv, was zu einem Speichern eines falschen Spannungspegels führen kann), keinen statischen Stromverbrauch haben und in einer Umgebung arbeiten, in der sich die Bereichsspannungen schnell ändern können.
1 zeigt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel einer Aufwärts-Pegelumsetzerschaltung. Die Pegelumsetzerschaltung wandelt eine Eingangsspannung din an einem Eingang der Pegelumsetzerschaltung in eine Ausgangsspannung dout an einem Ausgang der Pegelumsetzerschaltung um. Die Pegelumsetzerschaltung hat ein erstes Schaltelement MO, das zwischen einer Ausgangsversorgungsspannung vdd_o und einem positiven Ausgangsanschluss dout_p gekoppelt ist, wobei ein Gate des ersten Schaltelements MO mit einem negativen Ausgangsanschluss dout_m gekoppelt ist. Die Pegelumsetzerschaltung hat ein zweites Schaltelement M1, das zwischen der Ausgangsversorgungsspannung vdd_o und dem negativen Ausgangsanschluss dout_m gekoppelt ist, wobei ein Gate des zweiten Schaltelements mit dem positiven Ausgangsanschluss dout_p gekoppelt ist. Die Pegelumsetzerschaltung weist eine Ansteuerschaltung mit Ansteuertransistoren M4 und M5 auf, die die Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schaltelements basierend auf der Eingangsspannung an dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung ansteuern. Die Pegelumsetzerschaltung weist einen ersten Schutztransistor M6 auf, der zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und einer Eingangsreferenzspannung gekoppelt ist. Die Pegelumsetzerschaltung weist einen zweiten Schutztransistor M7 auf, der zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung gekoppelt ist. Die Pegelumsetzerschaltung steuert adaptiv den ersten und den zweiten Schutztransistor M6 und M7 unter Verwendung der Steuerspannung vgp basierend auf der Ausgangsversorgungsspannung vdd_o und/oder einer Ausgangsreferenzspannung vss_o. In 1 bezeichnet vdd_i die Eingangsversorgungsspannung und vss_i bezeichnet die Eingangsreferenzspannung.
Die Transistoren M0/M1 und M4/M5 bilden einen Basispegelumsetzer. Die Transistoren M4/M5 und M6/M7 sind Hochspannungstransistoren für einen Hochspannungsschutz. Die Transistoren M2/M3 gewährleisten einen genau definierten niedrigen Wert für dout_p/dout_m basierend auf der Ausgangsreferenzspannung („Push-Pull“ -Ansteuerung). Die Transistoren M0/M1/M2/M3 bilden einen Latch bzw. Zwischenspeicher, d.h. ein Speicherelement zum Speichern eines temporären Zustands, der die Ausgangsspannung dout angibt. Die Transistoren M10 bis M17 dienen zum Beschleunigen des Schaltverhaltens der Pegelumsetzerschaltung. Dabei übersteuern die Transistoren M10 bis M17 den Latch-Ausgang in Übergangszuständen. Die Dioden M8/M9 vermeiden Rückstrom in dem Fall von vss_i > vss_o. Die letzteren Dioden befinden sich zwischen den Ansteuertransistoren und dem Latch und verhindern, dass der Latch in dem Fall von vss_i > vss_o „geklemmt“ wird. Die Gates der Schutztransistoren M6/M7 werden von der Steuerspannung vgp angesteuert.
2 zeigt beispielhafte Spannungsdiagramme für eine statische Steuerspannung vgp, die auf die Referenzausgangsspannung vss_o gesetzt ist. Die x-Achse zeigt die Ausgangsversorgungsspannung vdd_o, die während der Simulation kontinuierlich erhöht wird. Die Eingangsspannung din ist auf ihren logisch hohen Wert 1 gesetzt, d.h. din wird auf die Eingangsversorgungsspannung vdd_i gesetzt. Wenn sich die Eingangsspannung din von 0 auf 1 (oder 1 auf 0) ändert, schaltet sich der Transistor M5 (oder M4) ein und zieht dout_m (oder dout_p) unter die Schwelle der Transistoren MO/M2 (oder M1/M3), d.h. vthr1. 2 zeigt, dass dies nur oberhalb einer Ausgangsversorgungsspannung von etwa 3,1 V funktioniert, wenn das HS-PMOS(M6/M7)-Gate vgp auf vss_o gesetzt ist. Dies ist eine Prozessbeschränkung und wird noch verschlimmert aufgrund der Tatsache, dass die Bulks der Transistoren M6 und M7 mit vdd_o verbunden sein können, um Ladungsinjektionen bei schnellen Bereichsspannungsänderungen zu vermeiden. Der Bulk eines Transistors kann manchmal auch als Back-Gate, Substrat, Körper bzw. Body oder Back-Body eines Transistors bezeichnet werden.
3 zeigt eine verbesserte Lösung mit einer Hilfs-HS-PMOS-Gate-Versorgung vgp (d.h. die Steuerspannung), die adaptiv aus dem Ausgangsversorgungspegel abgeleitet wird. In anderen Worten, 3 zeigt beispielhafte Spannungsdiagramme für eine Steuerspannung vgp, die dynamisch angepasst wird. Diese Lösung ermöglicht, dass der Minimumversorgungspegel weit niedriger als 2V ist. Die adaptive Ableitung von vgp kann die folgenden Anforderungen erfüllen:

- die Steuerspannung vgp muss größer oder gleich vss_o-vth_pmos sein (d.h. eine Schwellenspannung unter vss_o), und
- die Steuerspannung vgp muss größer oder gleich vdd_o-vgs_max sein (d.h. vdd_o-vgp darf die SOA(save operation area)-Grenze nicht übersteigen),

- die Steuerspannung vgp muss kleiner oder gleich vss_o sein.

Die resultierende Einschränkung für die Steuerspannung vgp kann geschrieben werden als: $min (max ((vss_0 - vth_pmos), (vdd_0 - vgs_max)),vss_0) \leq vgp \leq vss_0$
Die vorgeschlagene Lösung ist pegelsensitiv (d.h. nicht nur flankensensitiv), hat keinen statischen Stromverbrauch, ist geeignet zur Pegelverschiebung zu/von sich schnell ändernden Spannungsbereichen (~10V in ~0,1ns), ist bis zu niedrigen Versorgungsspannungen betriebsfähig (~2 V in einem reinen 5V-BCD-Prozess, wobei BCD einen bipolaren CMOS-DMOS (bipolar- Complementary Metal Oxide Semiconductor - Double Diffused Metal Oxide Semiconductor) bezeichnet, d.h. bipolarer komplementärer Metalloxidhalbleiter - doppelt diffundierter Metalloxidhalbleiter), ist auch dann betriebsfähig, wenn die Bereiche auf dem gleichen Spannungspegel sind, bietet Schutz für den Fall, dass die Eingangsversorgung niedriger als die Ausgangsversorgung ist, ist schnell (-Ins Verzögerung) und hat einen niedrigen dynamischen Stromverbrauch (~10pC pro fallendem + steigendem Dateneingang).
4 zeigt eine beispielhafte Implementierung einer dynamischen Anpassung der Steuerspannung vgp für eine Aufwärts-Pegelumsetzerschaltung. Wie bereits in der obigen Beschreibung diskutiert, kann die Pegelumsetzerschaltung die Steuerspannung derart erzeugen, dass die Steuerspannung (a) größer oder gleich der ersten Schwellenspannung ist (vss_o-vth_pmos), (b) größer oder gleich der zweiten Schwellenspannung ist (vdd_o-vgs_max, wobei vgs_max die maximal zulässige Gate-Source-Spannung der Schutztransistoren M6/M7 bezeichnet, die das Gate-Oxid der letzteren Transistoren nicht zerstört), und (c) kleiner oder gleich der Ausgangsreferenzspannung (vss_o) ist.
Um die Steuerspannung zu erzeugen, die größer oder gleich der ersten Schwellenspannung ist, kann die Pegelumsetzerschaltung einen Hilfsreferenzpotentialgenerator (wie z.B. eine Ladungspumpe 41) zum Erzeugen eines Hilfsreferenzpotentials unter der Ausgangsreferenzspannung aufweisen. Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter einen Diode-verbundenen Transistor 42 und eine Stromquelle 43 aufweisen, die in Serie zwischen dem Hilfsreferenzpotential und der Ausgangsreferenzspannung vss_o gekoppelt sind, um die Steuerspannung vgp zu erzeugen, die anschließend an die Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schutztransistors M6/M7 angelegt werden kann. Die erste Schwellenspannung, die als anfängliche Steuerspannung dienen kann, kann z.B. von der Source oder dem Drain des Diode-verbundenen Transistors 42 abgeleitet werden. Zum Beispiel kann die Schwellenspannung des Diode-verbundenen Transistors gleich oder ähnlich der Schwellenspannung des ersten oder des zweiten Schutztransistors sein. Weiter kann die Pegelumsetzerschaltung ein Widerstandselement 44 aufweisen, das in Serie mit dem Diode-verbundenen Transistor 42 und der Stromquelle 43 gekoppelt ist zum Anpassen der Steuerspannung.
Um die Steuerspannung vgp zu erzeugen, die größer oder gleich der zweiten Schwellenspannung ist, kann die Pegelumsetzerschaltung einen zweiten Referenzpotentialgenerator zum Erzeugen der zweiten Schwellenspannung aufweisen. Der zweite Referenzpotentialgenerator kann z.B. eine Referenzspannungsquelle 45 aufweisen, die mit der Ausgangsversorgungsspannung vdd_o gekoppelt ist, wobei die Referenzspannungsquelle 45 konfiguriert ist zum Erzeugen einer Spannung entsprechend der maximalen Gate-Source-Spannung des ersten oder des zweiten Schutztransistors. Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter eine Komparatorschaltung 46 aufweisen, die konfiguriert ist zum Vergleichen der zweiten Schwellenspannung, die von dem zweiten Referenzpotentialgenerator erzeugt wird, mit der anfänglichen Steuerspannung. Die Pegelumsetzerschaltung kann weiter einen Transistor 47 zum Erzwingen der zweiten Schwellenspannung aufweisen, wobei der Transistor 47 zwischen der Ausgangsversorgungsspannung vdd_o und der Ausgangsreferenzspannung vss_o gekoppelt ist, und wobei der Transistor 47 durch den Komparator 46 gesteuert wird.
5 zeigt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel einer Abwärts-Pegelumsetzerschaltung. Die Transistoren MO/M1 und M4/M5 bilden einen Basispegelumsetzer. Die Transistoren MO/M1/M2/M3 bilden einen Latch. Die Transistoren M4/M5 und M6/M7 dienen zum Hochspannungs-HS-Schutz derart, dass der Latch in dem Ausgangsversorgungsbereich durch HS-Transistorkaskoden geschützt ist. Die Transistoren M2/M3 gewährleisten einen genau definierten hohen Wert für dout_p/dout_m („Push-Pull“-Ansteuerung). Die Transistoren M10... M17 dienen zu Beschleunigungszwecken. Die Transistoren M8/M9 verhindern Rückstrom in dem Fall von vdd_i < vdd_o. Wiederum werden die Gates der Schutztransistoren M6/M7 von einer Steuerspannung vgn angesteuert. Wenn sich der Eingang din von 1 auf 0 (oder 0 auf 1) ändert, schaltet sich der Transistor M5 (oder M4) ein und muss dout_m (oder dout_p) über die Schwelle der Transistoren MO/M2 (oder M2/M3) ziehen, d.h. vthr1. 6 zeigt, dass dies nur oberhalb eines Ausgangsversorgungspegels von etwa 2,2V funktioniert, in dem Fall, dass das HS-NMOS(M6/M7)-Gate vgn auf vdd_o gesetzt ist. Dies ist eine Prozessbeschränkung.
7 zeigt die verbesserte Lösung mit der Hilfs-HS-NMOS-Gate-Versorgung vgn (d.h. Steuerspannung), die adaptiv von dem Ausgangsversorgungspegel abgeleitet wird. Diese Lösung ermöglicht, dass der Minimumversorgungspegel weit unter 2V ist.
Die adaptive Ableitung von vgn muss die folgenden Bedingungen erfüllen:

- die Steuerspannung vgn muss kleiner oder gleich vdd_o+vth_nmos sein (d.h. eine Schwellenspannung über vdd_o).
- die Steuerspannung vgn muss kleiner oder gleich vss_o+vgs_max sein (d.h. vss_o+vgp darf die SOA-Grenze nicht übersteigen).

- vgn muss größer oder gleich vdd_o sein

Die resultierende Einschränkung für die Steuerspannung vgn kann geschrieben werden als: $max (min ((vdd_o + vth_nmos), (vss_o - vgs_max)),vdd_o) \leq vgn \leq vdd_o$
8 zeigt eine beispielhafte Implementierung einer dynamischen Anpassung der Steuerspannung vgp für eine Abwärts-Pegelumsetzerschaltung.
Zusammenfassend offenbart das vorliegende Dokument verschiedene Pegelumsetzer, die für die Anwendung in einem Schaltwandler ausgelegt sind. Es sind robuste Pegelumsetzer, die in Umgebungen arbeiten können, in denen sich der Eingangsversorgungsbereich gegenüber dem Ausgangsversorgungsbereich mit einer Rate von mehreren 100V/ns gegeneinander bewegen kann. Sie sind pegelsensitiv (d.h. nicht nur flankensensitiv). Obwohl die beschriebenen Pegelumsetzer sehr robust sind, verbrauchen sie keinen statischen Strom und nur einen sehr geringen Strom während eines Änderns des digitalen Eingangs/Ausgangs. Eines der Hauptmerkmale ist, dass diese Pegelumsetzer bis zu sehr niedrigen Versorgungsspannungen arbeiten können, wenn die Schwelle des schützenden HS-MOS (d.h. M6/M7) in anderen Architekturen begrenzend ist. Sie sind auch in Grenzfällen betriebsfähig, in denen die Bereiche auf demselben Spannungspegel sind, mit einem Schutz für den Fall, dass die Eingangsversorgung niedriger als die Ausgangsversorgung ist.
Es ist anzumerken, dass die Beschreibung und die Zeichnungen lediglich die Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme darstellen. Fachleute werden in der Lage sein, verschiedene Anordnungen zu implementieren, die, obwohl hier nicht explizit beschrieben oder gezeigt, die Prinzipien der Erfindung verkörpern und in ihrem Sinn und Umfang enthalten sind. Darüber hinaus sollen alle in dem vorliegenden Dokument beschriebenen Beispiele und Ausführungsbeispiele ausdrücklich nur zu Erklärungszwecken dienen, um den Leser beim Verständnis der Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme zu unterstützen. Darüber hinaus sollen alle hierin enthaltenen Aussagen, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsbeispiele der Erfindung vorsehen, sowie spezifische Beispiele davon, Äquivalente davon umfassen.

Claims

Eine Pegelumsetzerschaltung, die konfiguriert ist zum Umwandeln einer Eingangsspannung an einem Eingang der Pegelumsetzerschaltung in eine Ausgangsspannung an einem Ausgang der Pegelumsetzerschaltung, wobei die Pegelumsetzerschaltung aufweist: - ein erstes Schaltelement, das zwischen einer Ausgangsversorgungsspannung und einem positiven Ausgangsanschluss gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des ersten Schaltelements mit einem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt ist, - ein zweites Schaltelement, das zwischen der Ausgangsversorgungsspannung und dem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des zweiten Schaltelements mit dem positiven Ausgangsanschluss gekoppelt ist, - eine Ansteuerschaltung, die konfiguriert ist zum Ansteuern der Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schaltelements basierend auf der Eingangsspannung an dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung, - einen ersten Schutztransistor, der zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und einer Eingangsreferenzspannung gekoppelt ist, und - einen zweiten Schutztransistor, der zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung gekoppelt ist, wobei die Pegelumsetzerschaltung konfiguriert ist zum adaptiven Steuern des ersten und des zweiten Schutztransistors basierend auf der Ausgangsversorgungsspannung und/oder einer Ausgangsreferenzspannung.
Die Pegelumsetzerschaltung gemäß Anspruch 1, wobei die Pegelumsetzerschaltung konfiguriert ist zum Erzeugen einer Steuerspannung abhängig von der Ausgangsversorgungsspannung und/oder der Ausgangsreferenzspannung, und wobei die Pegelumsetzerschaltung konfiguriert ist zum Anlegen der Steuerspannung an Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schutztransistors.
Die Pegelumsetzerschaltung gemäß Anspruch 2, wobei die Pegelumsetzerschaltung konfiguriert ist zum Erzeugen der Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung größer oder gleich einer ersten Schwellenspannung ist, wobei die erste Schwellenspannung gleich der Ausgangsreferenzspannung minus einer Schwellenspannung des ersten oder des zweiten Schutztransistors ist.
Die Pegelumsetzerschaltung gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Pegelumsetzerschaltung konfiguriert ist zum Erzeugen der Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung größer oder gleich einer zweiten Schwellenspannung ist, wobei die zweite Schwellenspannung gleich der Ausgangsversorgungsspannung minus einer maximalen Gate-Source-Spannung des ersten oder des zweiten Schutztransistors ist.
Die Pegelumsetzerschaltung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Pegelumsetzerschaltung konfiguriert ist zum Erzeugen der Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung kleiner oder gleich der Ausgangsreferenzspannung ist.
Die Pegelumsetzerschaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ansteuerschaltung aufweist - einen ersten Ansteuertransistor, der zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des ersten Ansteuertransistors mit dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung gekoppelt ist, und - einen zweiten Ansteuertransistor, der zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des zweiten Ansteuertransistors mit dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung gekoppelt ist.
Die Pegelumsetzerschaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiter aufweist - ein erstes gerichtetes leitendes Element, das zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung gekoppelt ist, und - ein zweites gerichtetes leitendes Element, das zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung gekoppelt ist.
Die Pegelumsetzerschaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiter aufweist - ein drittes Schaltelement, das zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und der Ausgangsreferenzspannung gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des dritten Schaltelements mit dem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt ist, - ein viertes Schaltelement, das zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Ausgangsreferenzspannung gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des vierten Schaltelements mit dem positiven Ausgangsanschluss gekoppelt ist.
Die Pegelumsetzerschaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiter ein erstes Hilfsschaltelement, ein zweites Hilfsschaltelement, ein erstes Verzögerungselement und einen ersten Invertierer aufweist, wobei - das erste Hilfsschaltelement und das zweite Hilfsschaltelement in Serie zwischen der Ausgangsversorgungsspannung und dem positiven Ausgangsanschluss gekoppelt sind, - der negative Ausgangsanschluss mit einem Steueranschluss des ersten Hilfsschaltelements gekoppelt ist, und - der negative Ausgangsanschluss über das erste Verzögerungselement und über den ersten Invertierer mit einem Steueranschluss des zweiten Hilfsschaltelements gekoppelt ist.
Die Pegelumsetzerschaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiter ein drittes Hilfsschaltelement, ein viertes Hilfsschaltelement, ein zweites Verzögerungselement und einen zweiten Invertierer aufweist, wobei - das dritte Hilfsschaltelement und das vierte Hilfsschaltelement in Serie zwischen der Ausgangsversorgungsspannung und dem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt sind, - der positive Ausgangsanschluss mit einem Steueranschluss des dritten Hilfsschaltelements gekoppelt ist, und - der positive Ausgangsanschluss über das zweite Verzögerungselement und über den zweiten Invertierer mit einem Steueranschluss des vierten Hilfsschaltelements gekoppelt ist.
Eine Pegelumsetzerschaltung, die konfiguriert ist zum Umwandeln einer Eingangsspannung an einem Eingang der Pegelumsetzerschaltung in eine Ausgangsspannung an einem Ausgang der Pegelumsetzerschaltung, wobei die Pegelumsetzerschaltung aufweist: - ein erstes Schaltelement, das zwischen einer Ausgangsreferenzspannung und einem positiven Ausgangsanschluss gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des ersten Schaltelements mit einem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt ist, - ein zweites Schaltelement, das zwischen der Ausgangsreferenzspannung und dem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des zweiten Schaltelements mit dem positiven Ausgangsanschluss gekoppelt ist, - eine Ansteuerschaltung, die konfiguriert ist zum Ansteuern der Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schaltelements basierend auf der Eingangsspannung an dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung, - einen ersten Schutztransistor, der zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und einer Eingangsversorgungsspannung gekoppelt ist, und - einen zweiten Schutztransistor, der zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsversorgungsspannung gekoppelt ist, wobei die Pegelumsetzerschaltung konfiguriert ist zum adaptiven Steuern des ersten und des zweiten Schutztransistors basierend auf einer Ausgangsversorgungsspannung und/oder der Ausgangsreferenzspannung.
Die Pegelumsetzerschaltung gemäß Anspruch 11, wobei die Pegelumsetzerschaltung konfiguriert ist zum Erzeugen einer Steuerspannung abhängig von der Ausgangsversorgungsspannung und/oder der Ausgangsreferenzspannung, und wobei die Pegelumsetzerschaltung konfiguriert ist zum Anlegen der Steuerspannung an Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schutztransistors.
Die Pegelumsetzerschaltung gemäß Anspruch 12, wobei die Pegelumsetzerschaltung konfiguriert ist zum Erzeugen der Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung kleiner oder gleich einer ersten Schwellenspannung ist, wobei die erste Schwellenspannung gleich der Ausgangsversorgungsspannung plus einer Schwellenspannung des ersten oder des zweiten Schutztransistors ist.
Die Pegelumsetzerschaltung gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Pegelumsetzerschaltung konfiguriert ist zum Erzeugen der Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung kleiner oder gleich einer zweiten Schwellenspannung ist, wobei die zweite Schwellenspannung gleich der Ausgangsreferenzspannung plus einer maximalen Gate-Source-Spannung des ersten oder des zweiten Schutztransistors ist.
Die Pegelumsetzerschaltung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Pegelumsetzerschaltung konfiguriert ist zum Erzeugen der Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung größer oder gleich der Ausgangsversorgungsspannung ist.
Die Pegelumsetzerschaltung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Ansteuerschaltung aufweist - einen ersten Ansteuertransistor, der zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und einer Eingangsversorgungsspannung gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des ersten Ansteuertransistors mit dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung gekoppelt ist, und - einen zweiten Ansteuertransistor, der zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsversorgungsspannung gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des zweiten Ansteuertransistors mit dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung gekoppelt ist.
Die Pegelumsetzerschaltung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, die weiter aufweist - ein erstes gerichtetes leitendes Element, das zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und der Eingangsversorgungsspannung gekoppelt ist, und - ein zweites gerichtetes leitendes Element, das zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsversorgungsspannung gekoppelt ist.
Die Pegelumsetzerschaltung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17, die weiter aufweist - ein drittes Schaltelement, das zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und der Ausgangsversorgungsspannung gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des dritten Schaltelements mit dem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt ist, - ein viertes Schaltelement, das zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Ausgangsversorgungsspannung gekoppelt ist, wobei ein Steueranschluss des vierten Schaltelements mit dem positiven Ausgangsanschluss gekoppelt ist.
Die Pegelumsetzerschaltung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 18, die weiter ein erstes Hilfsschaltelement, ein zweites Hilfsschaltelement, ein erstes Verzögerungselement und einen ersten Invertierer aufweist, wobei - das erste Hilfsschaltelement und das zweite Hilfsschaltelement in Serie zwischen der Ausgangsreferenzspannung und dem positiven Ausgangsanschluss gekoppelt sind, - der negative Ausgangsanschluss mit einem Steueranschluss des ersten Hilfsschaltelements gekoppelt ist, und - der negative Ausgangsanschluss über das erste Verzögerungselement und über den ersten Invertierer mit einem Steueranschluss des zweiten Hilfsschaltelements gekoppelt ist.
Die Pegelumsetzerschaltung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 19, die weiter ein drittes Hilfsschaltelement, ein viertes Hilfsschaltelement, ein zweites Verzögerungselement und einen zweiten Invertierer aufweist, wobei - das dritte Hilfsschaltelement und das vierte Hilfsschaltelement in Serie zwischen der Ausgangsreferenzspannung und dem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt sind, - der positive Ausgangsanschluss mit einem Steueranschluss des dritten Hilfsschaltelements gekoppelt ist, und - der positive Ausgangsanschluss über das zweite Verzögerungselement und über den zweiten Invertierer mit einem Steueranschluss des vierten Hilfsschaltelements gekoppelt ist.
Verfahren zum Umwandeln, unter Verwendung einer Pegelumsetzerschaltung, einer Eingangsspannung an einem Eingang der Pegelumsetzerschaltung in eine Ausgangsspannung an einem Ausgang der Pegelumsetzerschaltung, wobei das Verfahren aufweist: - Koppeln eines ersten Schaltelements zwischen einer Ausgangsversorgungsspannung und einem positiven Ausgangsanschluss und Koppeln eines Steueranschlusses des ersten Schaltelements mit einem negativen Ausgangsanschluss, - Koppeln eines zweiten Schaltelements zwischen der Ausgangsversorgungsspannung und dem negativen Ausgangsanschluss und Koppeln eines Steueranschlusses des zweiten Schaltelements mit dem positiven Ausgangsanschluss, - Ansteuern der Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schaltelements unter Verwendung einer Ansteuerschaltung basierend auf der Eingangsspannung an dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung, - Koppeln eines ersten Schutztransistors zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und einer Eingangsreferenzspannung, - Koppeln eines zweiten Schutztransistors zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung, und - adaptives Steuern des ersten und des zweiten Schutztransistors basierend auf der Ausgangsversorgungsspannung und/oder einer Ausgangsreferenzspannung.
Das Verfahren gemäß Anspruch 21, das weiter aufweist - Erzeugen einer Steuerspannung abhängig von der Ausgangsversorgungsspannung und/oder der Ausgangsreferenzspannung, und - Anlegen der Steuerspannung an Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schutztransistors.
Das Verfahren gemäß Anspruch 22, das weiter aufweist - Erzeugen der Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung größer oder gleich einer ersten Schwellenspannung ist, wobei die erste Schwellenspannung gleich der Ausgangsreferenzspannung minus einer Schwellenspannung des ersten oder des zweiten Schutztransistors ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 22 oder 23, das weiter aufweist - Erzeugen der Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung größer oder gleich einer zweiten Schwellenspannung ist, wobei die zweite Schwellenspannung gleich der Ausgangsversorgungsspannung minus einer maximalen Gate-Source-Spannung des ersten oder des zweiten Schutztransistors ist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 22 bis 24, das weiter aufweist - Erzeugen der Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung kleiner oder gleich der Ausgangsreferenzspannung ist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 25, das weiter aufweist - Koppeln eines ersten Ansteuertransistors der Ansteuerschaltung zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung und Koppeln eines Steueranschlusses des ersten Ansteuertransistors mit dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung, und - Koppeln eines zweiten Ansteuertransistors der Ansteuerschaltung zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung und Koppeln eines Steueranschlusses des zweiten Ansteuertransistors mit dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 26, das weiter aufweist - Koppeln eines ersten gerichteten leitenden Elements zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung, und - Koppeln eines zweiten gerichteten leitenden Elements zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsreferenzspannung.
Verfahren zum Umwandeln, unter Verwendung einer Pegelumsetzerschaltung, einer Eingangsspannung an einem Eingang der Pegelumsetzerschaltung in eine Ausgangsspannung an einem Ausgang der Pegelumsetzerschaltung, wobei das Verfahren aufweist: - Koppeln eines ersten Schaltelements zwischen einer Ausgangsreferenzspannung und einem positiven Ausgangsanschluss und Koppeln eines Steueranschlusses des ersten Schaltelements mit einem negativen Ausgangsanschluss, - Koppeln eines zweiten Schaltelements zwischen der Ausgangsreferenzspannung und dem negativen Ausgangsanschluss und Koppeln eines Steueranschlusses des zweiten Schaltelements mit dem positiven Ausgangsanschluss, - Ansteuern der Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schaltelements unter Verwendung einer Ansteuerschaltung basierend auf der Eingangsspannung an dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung, - Koppeln eines ersten Schutztransistors zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und einer Eingangsversorgungsspannung, - Koppeln eines zweiten Schutztransistors, der zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsversorgungsspannung gekoppelt ist, und - adaptives Steuern des ersten und des zweiten Schutztransistors basierend auf einer Ausgangsversorgungsspannung und/oder der Ausgangsreferenzspannung.
Das Verfahren gemäß Anspruch 28, das weiter aufweist - Erzeugen einer Steuerspannung abhängig von der Ausgangsversorgungsspannung und/oder der Ausgangsreferenzspannung, und - Anlegen der Steuerspannung an die Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schutztransistors.
Das Verfahren gemäß Anspruch 29, das weiter aufweist - Erzeugen der Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung kleiner oder gleich einer ersten Schwellenspannung ist, wobei die erste Schwellenspannung gleich der Ausgangsversorgungsspannung plus einer Schwellenspannung des ersten oder des zweiten Schutztransistors ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 29 oder 30, das weiter aufweist - Erzeugen der Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung kleiner oder gleich einer zweiten Schwellenspannung ist, wobei die zweite Schwellenspannung gleich der Ausgangsreferenzspannung plus einer maximalen Gate-Source-Spannung des ersten oder des zweiten Schutztransistors ist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 29 bis 31, das weiter aufweist - Erzeugen der Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung größer oder gleich der Ausgangsversorgungsspannung ist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 29 bis 32, das weiter aufweist - Koppeln eines ersten Ansteuertransistors zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und einer Eingangsversorgungsspannung, wobei ein Steueranschluss des ersten Ansteuertransistors mit dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung gekoppelt ist, und - Koppeln des zweiten Ansteuertransistors zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsversorgungsspannung, wobei ein Steueranschluss des zweiten Ansteuertransistors mit dem Eingang der Pegelumsetzerschaltung gekoppelt ist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 29 bis 33, das weiter aufweist - Koppeln eines ersten gerichteten leitenden Elements zwischen dem positiven Ausgangsanschluss und der Eingangsversorgungsspannung, und - Koppeln eines zweiten gerichteten leitenden Elements zwischen dem negativen Ausgangsanschluss und der Eingangsversorgungsspannung.