TWI260860B - Integrated circuit for level-shifting voltage levels - Google Patents
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Description
l26〇86〇 九、發明說明: 【今X明所屬之技術領域】 又=發明係關於-積體電路裝置及其製程方法,尤其是有關於一具有交 ’.、crOSS_latched)電壓位準轉換器(減妙㈣趟㈤的積體電路。 【先前技術】 成電路翻使収量組建程序的半導體基底上的一或多個裝置組 路7^)。隨著製程和材質的演進,半導鮮置自轉户; 如利用此製程產生的最小元二 戰,有待克服。 體私、縮減也伴隨著新的挑 能的時’積體電路的電子使用效率對產品效 置的額定的工她應+賴^=^=«_使’ _微電子裝 和邏辑測試裝置在如此低電/甚^更低。然而,一般積體裝置 裝置之_面成為-具挑作,使得低電壓裝置和—般積體 【發明内容】 有鑑於此,本發明提供_ 輪出端,以及—輪人/輪出電路,'输於出賴=準轉換,包含-輸入/ -供應偏壓下,用以將電壓位 ^出^ ’包含複數裳置,運作於 圍的-輸入/輸出電堡範圍之間轉換。Α毛壓範圍與一高於該核心電壓範 該輸入/輪電路包含 放大器,以及1出峰接於該m目放大器’雛於-第-串聯反相 級包含一第—和第二_°弟-串聯反相放大器。其中該輸出 -體“於搞人/輪出賴與該供應龍
0503-A30872TWF 1260860 ^三^第四電晶體串聯於該輸人/輪出電壓與該供應電壓之間,而該第一和 弟一電晶體,與該第三和第四電晶體交又耦接。 ^第-串聯反相放大器包含-第—轉二p型電晶體互相串聯,一第 =弟二N型電晶體互相串聯,並與該第—與第二p型電晶體串聯,而該 =型電晶體__接到該第三和第四電晶體以及該第—電晶體間極 ’ N型電晶體的亂_接到—輸出訊號,以及該第二 土电_的間極和該第—N型電晶體輕接到該供岸電壓。 』弟:=放大器包含—第—與第二p型電晶體互相串聯,-第 之間的-端Ν觸—帳_職帛-電晶體間極 乂匕3 —褕出級用以產生一篦一 轉換器祕於驗應雙 #,㈣《,-電位 訊號,以及-後級㈣電_接接號並對應地產生—第二驅動 號,並搞接於該電位轉換 剧輪出電路以接收該第一驅動訊 訊號 Κ 、接收该弟二驅動訊號,藉此產生-升級輪出 【實施方式】 本發明係關於一積體带 又問鎖(cr〇SS-latched)電^衣置及其製程方法’尤其是有關於—具有i 將低電準轉換☆ (vdtagelevelshiftei·)的積體電路 調整該低電顧置的輸置橋·解法是,伽·位準轉換& 器是以特定製程和技術訊號的位準。然崎些電壓位準_ 第㈣系為本發明^爾^成本和時間。 β 以核心邏輯裝置製程實作升、:f出電路觸的電關。該升級輪出電物 、作,翻於雙供應龍的顧中。該物輪出電辟
0503-A30872TWF 1260860 :可以用來升級輸出訊號的電壓位準,從核心電壓vDD升到輪入/輪出電 =_亚傳运至輸出端。輸入/輸出電壓乂腦通常遠高於核心電壓〜。 牛例來說,輸入/輪岭壓Vddi〇可以是3.3V而核心電壓Vdd大約是咖。 令^升、’及调丨包路1〇0巾包含至少兩個串聯反相放大器102和串聯反相 “ Ub耦接於一輸出級1〇4。該串聯反相放大器舰包含複數微電子裝 =02a到102d ’串聯於輸入/輪出電壓和、之間。、是_供應偏 厂=地線。該微電子裝置胸和微電子裝置職包含”電晶體,例^ ^金屬氧半雜(ΡΜ·Τ或pM〇s)。_微電子裝置職和微電子 ^置102d射以是N型金騎半導體(顺⑽孤或應qs )。微電子裝 亀至-浮 壯 放迅子衣置1(Lc和102d的主體(bulk)耦接至Vss。每—微電 =^ 102a到I02d包含-間電極,一源級區,以及/或其他特徵。該微電 b和聰的閘電極|馬接至供應偏壓v_。該微電子裝置1〇^ =極麵接至輸出級104。微電子裝置刪的嶋接至用以提供輸 出«至該輪出端的一前級驅動裝置(未圖示)。 同樣地’串聯反相放大器103包含N型裝置和?型裝置職到咖, 串聯於輪入/輪出賴Vddio和Vss之間。該p型電晶體期 廳的基絲接至第2_浮_碰電請。該N ‘二 t N一型電晶體麵雛至輪體胸Π叫別包含-Γ電 Γ '原及區以及/或其他特徵。該ρ型電晶體l〇3b和Ν型電晶體1(Γ 的閘電極耦接至供庳偏厣V 斗 土电日日虹l(bc 級刚。該微電子„ Γ㈣二,型電晶體103^閘電極她至輸出 相器21峨入端雛電極墟至反相器214的輪出端,而該反 %揭接至該則級動裝置(未圖示)。 輸出級1 〇4包含一 ό且P刑壯32: t 電厂堅V_和供二Γ之ΐ P _二聯在輸入/輪出 晶體l〇4d同樣串聯在輸入/輪 、、且P i電曰· l〇4c和P型電 翰出包壓和供應偏壓VBIAS之間。這兩組
0503-A30872TWF !260860 裝置則互相交又耦接或交叉鎖閂Ur〇SS-latched)。;?型裝置1〇 輕接至p型電晶體1G4e的沒極,而p型電晶體购的間 的電趣 °ih^? p £ 104a 而P型電晶體1〇4c白赚雜至一第3圖中的後·二,的 =咖中該P型裝置购到崩d的_接至 7、。 井洞偏壓電路110。 干的~浮動 雖然升級輸出電路100是一用來升級輸入訊號電準 ’將0V至核心電壓I的範圍’升級為供應偏壓VwAS至輪::出電 V卿的範圍,卻可使用與核心電路同樣的半導體製程來製造出電髮 級輸出電路]丨、7胃女$ 換' s之,升 了乂八有/、该心黾路相同的閘氧化層厚度。 兩個供應電_差距相當大,可以採用—單—閘氧化巧程’如果該 =輸瑪峨酬爾編倍,射料— 包日日to 11一揭接於輸入/輸出電遷v Γ;ΓΓ"! (fl〇ating™) Π4., 〇 H、供,偏S VmAS,而該供應偏壓VbRS同時摩馬接於第二P型電曰=116 的源極。第二p别雪曰包日日肢116 Π.,! ;: tr, vddio , ^ 基底和輪出級104¾接至端點114。~反相放大& W中的Ρ型裝置的 第圖如為本叙明更詳細的升級輪出電路· 200包含該升級輸出電路1〇〇和 书關升、,及輪出電路 聯的Ρ型電晶體施和ρ型雷曰體;I 一後級驅動電路206包含串 晶細仏串聯反相卿’以及^電晶體2⑽和Ν型電 1, p206a 乂接收一弟一驅動訊號。該1>型電晶體
0503-A30872TWF 1260860 2〇6b和N型電晶體2〇6c的閘極耦接至供應偏壓VmAS。該N型電晶體2〇6d =間私处過兩個串聯的反相器2} g和反相器22〇 ♦馬接至位準轉換放大器辦 ^生—第二驅動訊號。一升級輪出訊號232連接在-墟於該N型電晶 體2Ο60πΝ型電晶體2〇&的汲極的共用端上。 宅曰 ^準轉換放大器204包含一差動電路,其中第一組串聯的ρ型電晶體 -’a σ Ν型電晶體204b ’轉接於供應偏壓w口 &之間。第二組串 聯的P型電晶體204C和N型電晶體204d,亦_於供應偏屢v祕和% 2。該兩組電晶體之間交叉域。p型電晶體職的閘_接至p型電 :-04c的及極,而p型電晶體鳥的閑極趣接至p型電晶體鳥的沒 =型\電晶體鳩的閘軸接與該升、_電路⑽_触—輸入訊 型電晶體2〇_間極轉接至反相器216的輸出端,而該反相器 =端則雛至輸入訊號23〇。?型電晶體耻的及極端耗接至反相 消入端,該反相器218又麵接至反相器220和後級驅動電路206。 ^輸入而虎2j〇包含—低電壓範圍,例如介於0V和核心電壓 (含核順VDD) ’被升級輪出電路·接收後,升級至一⑼ ’例如介於供應偏壓ν_和輸人/輸_ v_之間。此電路 單一問氧化層製程實作。該升級輪出電路綱可以被實作於 用於雙供應電壓應用的核心邏輯裝置製程中。 接收Ύ圖系為本毛月11牛級輸入電路300的電路圖。一輸入端304係用來 接收一輸入訊號302,範圍介私工,从 祕““左 粑圍,1於0V到輸入/輸出電壓V娜之間。-電阻306 =至:N型電晶體3〇8的輸入端3〇4。n型電晶體则嶋接 二電路310耗接至㈣電晶⑽ =Ρ:Γ:的—ρ型電晶體3l〇a,p型電晶體通 軸接至電阻3叫N型電晶體遍之間的 308。P型體31〇C的閘電極減至N型電晶體 Π 型電晶體3 1〇C汲極之間的共用端耦接至一
0503-A30872TWF 1260860 夂相态312的輸入端。該反相器312包含一p型電晶體312a串聯一N型電 晶體312b於核心電壓VDD和Vss之間。反相器312的輸出係一訊號314, 乾圍在0V到核心電壓之間。 第5圖釭本蝥明積體電路核心裝置中的電晶體332和輸入/輸出電路中 的電晶體330的區域特寫圖。該電晶體33()是位於第一區域336代表輸入/ 輸出裝置的升級輸出電路100中和升級輸出電路2〇〇或降級輸入電路3〇〇 中的- P型電晶體或- N型電晶體。該電晶體332可以是代表核心裝置和 電路的第二區域338中的P型或電晶體。核心電路中的電晶體33q可 與敌輸入/輸出電路中的電晶體332同時以相同製程產生。電晶體33〇和電 日日版力2可以在基底^4上以習知方法或新技術形成。兩個電晶體的閘電 介層340亦可以在基底334上形成。閘電介層34〇可以是一矽二極體。「閘 電介層」和「閘氧化層」字眼是可替換的。在兩個區域中的閘電介層3如 厚度是相同的。對應電晶體33G和電晶體332的間結構344和間_祕 接著形成。W結構344包含-摻雜多石夕層,同樣以習知或未來技術製成。 電晶體330和電晶體332包含摻雜源極和没極區,其對應地包含輕微接雜 的沒/源區域346和汲/源區域348,以及高度摻雜的汲/源區域35〇和汲/源= 域3S2。源極柄及極區域的組成可使用習知或適當的離子植人技術與配方7 對應的隔離層354和隔離層356用於電晶體33〇和電晶體332,吝' 。 ^ “ 乂屋生馬度 接雜的35〇和352。可預見的是電晶體33〇和第一區域说中其他電晶體呈 有與電晶體332和其他第二區域338中電晶體相同的閑氧化層厚度,=、 可以省略額外的製程步驟。 曰子又’因此 弟6圖係-簡化的架構圖,-電子電路或系統包含至少兩個積體 402和積體電路404摩禹接在-起。每-積體電路4〇2和積體電路姻勺二、— 數半導體裝置,共同提供某種功能。尤其是,該積體電路如2包人=複 心裝置或工作在核心供應電壓範圍的積體電路4〇3 , 匕3硬數核 電壓VDD。每一核心電路404a到404e輕接至_或多 ,、、《 m — 1 ,,,……、 &爾时〇v到核 輪出電路406,藉以 0503-A30872TWF 10 1260860 升痛出訊號,透過該輸出端送出,或 積體電路402中的輪入電路4_和輸入電輪,號。該 級輪出雷敗1ΠΠ⑽/、肢上可以是上述的升 侧和咖Λ f電路200。該積體電路402中的輪出電路购, 亦可以工作在Γ二ΐ上述的降級輸入電路3⑻。藉此,輸出電路. 入/輪出W 圍,即使輸场輪纖的範圍介於叫輸 同樣地,該積體電路綱包含複數運作於核心供應電髮 =〇,其範_咖介謂和核心電壓Vdd之間。每—核心雷路: 用以^Γ織至—或多輸入或輸出電路408,該輸入或輪出電路408 ^ 號。該積ϋΓΓΓ出賴,或_晴續收的輪入訊 呈雕卜:L、、中的輸入電路條’輸入電路4_和輪入電路條 崖t/以疋則述的升級輸出電路100或升級輪出電路200。該輪出雷路 ^和輸出電路408c具體上可以是前述降級輪入電路3〇〇。藉此。 褕出電路姻亦可以工作在核心供應錢範圍,即使輸入和輪出:= 圍介於ov和輪入/輸出電壓VDDI0之間。 u /。本2明雖以較佳實酬揭露如上,然其並翻錄定本發明的範圍, 任何熟習此項技藝者,在不麟本發明之精神和範_,當可做各^ 動與潤飾,因此本發明之纏範圍當視_之中請專利範圍所界定者1準。
0503-A30872TWF 11 1260860 【圖式簡單說明】 =1圖係為本發明之一實施例的升級輪出電路圖; ,第2圖係為本發明之—實施_飾井驗電路圖; f 3圖係為本發明之—實補餅級細電路更詳細電路圖; 第4圖係為本發明之一實施例的降級輪入電路圖; 第項♦、為本發明之一實施例的輪入/輸出電路與積體電路核心裝置中 的電晶體的區域放大圖;以及 第6圖係為本發明之簡化系統架構圖。 【主要元件符號說明】 100〜升級輪出電路; 102〜103〜串聯反相放大器; 102a〜l〇2d〜微電子裝置; 103a〜103d〜P型及N型電晶體; 104〜輪出級; 104a〜104d〜P型及N型電晶體; 110〜浮動井洞偏壓電路; 112〜第一 P型電晶體; 114〜端點; 116〜P型電晶體; 200〜升級輪出電路; 204〜位準轉換放大器·, 204a〜204d〜P型與n型電晶體; 206〜後級驅動電路; 206a〜206d〜P型與n型電晶體; 214〜220〜反相器; 230〜輸入訊號; 232〜升級輪出訊號; 300〜降級輸入電路; 302〜304輪入端; 306〜電阻, 308〜N型電晶體; 310〜電路; 310a〜310c〜P型與n型電晶體; 312〜反相器; 312a〜P型電晶發; 312b〜N型電晶體; 314〜訊號; 330〜332〜電晶體; 334〜基底;
0503-A30872TWF 1260860 336〜第一區域; 340〜閘電介層; 344〜345〜閘結構; 346〜352〜汲/源區域; 354〜356〜隔離層; 402〜404〜積體裝置; 404〜積體裝置; 404a〜404e〜核心電路; 406〜輸出電路; 338〜第二區域; 406a〜406e〜輸入電路及輸出電路; 408〜輸入或輸出電路; 408a〜408e〜輸入與輸出電路 410〜核心電路; 410a〜410d〜核心電路。 0503-A30872TWF 13
Claims (1)
1260^6029586號申請專利範圍修正本 年 修正日期:95.4.17 十、申請專利範圍: 1.-用於電壓轉職之積體 一輸入/輸出端;以及 一輸入/輸出電路,耦接於該輪出 壓下,用以轉換鱗於_核心電壓範圍與—置’運作於 輸出電壓範圍之間,該輸入/輸出電路包在· 曰修(更)正本 供應偏 高於該核心電壓範圍的一輪入/ -輸出級,包含: 電壓與該供應偏壓之間;以及 一第一和第二電晶體串聯於該輪/1印 一第三和第四電晶體串聯於該輪人 該第-電晶體的閘極_於該第三和第㈣賴該供應偏壓之間;其中 三電晶體的閘極織於該第-和第二㊣日:日3體之間的—第―端點,該第 第二、第三、第四電晶體係為P料^肢之間的—第二端點,該第一、 -第-串聯反相放大接該第1點;以及 一第二串聯反相放大器,耦接該第二端點。 1如申請專利範圍第丨項所述之用於電壓位準轉換之積體電路,其中該 第一串聯反相放大器包含: 一第一與第二Ρ型電晶體互相串聯; -第與第一Ν型電晶體互相串聯,並與該第一與第二ρ型電晶體串 聯; 該第一Ρ型電晶體的閘極耦接到該第—端點; 该第一Ν型電曰曰體的閘級搞接到一輪出訊號;以及 該第二Ρ型電晶體的閘極和該第一 Ν型電晶體雛到該供應偏壓。 3.如申請專利範圍第丨項所述之用於電壓位準轉換之積體電路,其中該 第二串聯反相放大器包含: 一第一與第二Ρ型電晶體互相串聯; 一第-與第二Ν型電晶體互相串聯,並與該第—與第二ρ型電晶體串 0503-A30872TWF1 14 1260860 聯, 該第p型電晶體的閘極耦接到該第二端點; 該第-N型電晶體的間級轉接到一輸出訊號的反相;以及 該弟- p型電晶體的開極和該第一 N型電晶體輕接到該供應偏壓。 4·如申請專利範圍第1項所述之用於電壓位準轉換之積體電路,進-步 包含: ,輸出級’用以產生—第—驅動訊號; /電位轉換器,_於該供應偏壓,用以接收—輸人訊號並對應地產 生〆第二驅動訊號;以及 /後級驅動電路’婦於該輪人/輸出電路,以接收該第-驅動訊號, 又’蛛於。亥電位轉換器,以接收該第二驅動訊號,藉以產生一升級輸出 訊號° 5,胁電壓辦轉換之積體祖,包含: /輸入電路,輕接於—赵p山 、’j、而,用以將輸入訊號從一輸入/輸出電壓範 園轉換到一该心電壓範圍; 〆輸出電路,牵馬接於一輪+ 丨入、出而,用以將輸出訊號從一供應偏壓範圍轉 換到該輸入/輸出電壓範圍之間;以及 # ®付 一核〜電路,耦接於一輸入和輪 ^ 相當於該輸入電路和該輸出電路 电路,亚具有一閘極電介層,厚度 一輸出級,包含·· 玉^^層厚度;其中該輸出電路包含·· 一第和第一電晶體串聯於該 一第三和第四電晶體㈣”;輪出電顯該供應驗之間;以及 該第-電晶體的間極輕接於該第‘二輪出電塵與該供應偏屢之間,·其中 三電晶體的_織於該第H =電晶體之間的—第—端點,該第 第二、第三、第四電晶體係為p 體之間的—第二端點,該第一、 一第一串聯反相放大器,耦接C’ 安4罘〜端點;以及 0503-A30872TWF1 1260860 一第二•聯反相放大?§’麵接該第二端點。 6·如申請專利範圍第5項所述之用於電壓位準轉換之積體電里上 第一串聯反相放大器包含: /、中ΰ亥 一第一與第二ρ型電晶體互相串聯; 一第-與第二Ν型電晶體互相串聯’並與該第—與第二ρ型電晶體串 聯; 曰曰 該第- Ρ型電晶體的閘極输_第三和第四電晶體以及一帝曰 體閘極之間的一端點; / 迅郎 該第一 Ν型包日日體的閘級耦接到—輪出訊號;以及
該第二Ρ型電晶體的閘極和該第—Μ電晶體叙接到該供應偏壓。 7·如申請專利範圍第6項所述之用於電壓位準轉換之積體電路二 第二串聯反相放大器包含: ’、Μ 一第一與第二Ρ型電晶體互相串聯; -第-與第二Ν型電晶體互相串聯,並與該第―與第二”雷晶體串 聯; %曰曰^ 該第- P型電晶體的閘_接到該第—和第二電晶體以及該 體閘極之間的一端點;
該第二N型電晶體的閘級編妾到一輸出訊號的反相;以及 該第二P型電晶體的閘極和該第一 N型電晶體雛到該供應偏壓。 8·如申請專利細第6俩叙用於賴位轉換之碰電路,進一步 包含: -輸出級,用以產生一第—驅動訊號; -電位轉換器’输於該供應偏壓,用以接收—輸人訊號並對應地產 生^一弟·一驅動訊戒;以及 後級驅動包路,輕接於該輪入/輸出電路,以接收該第一驅動訊號, 又耦接於。亥甩位轉換裔,以接收該第二驅動訊號,藉以產生一升級輸出 0503-A30872TWF1 16 訊號。 人如申請專鄕面第6項所述之 翁出電壓範圍在0V到3 JV之間,、錢位準轉換之積體電路,其中該 σ亥核心電壓範圍在〇y到1.8y之 ” 1申凊專利範圍第6項所述之 ,入/輪出電財大於該供應纏的一 _解轉換之積體電路,其中 ]1.1於電_專換之積 、 -輪由級,包含: 為,包含·· t和第二電晶體串聯於該輪人I 、 一弟三和第四電晶體串聯於錄二电壓與該供應偏屢之間’·以及 該第-電晶體的__於該第三^=電屡與該供應偏屢之間;其中 三電晶體的間極_於該第―和第二:^晶體之間的-第-端點,該第 第一、第三、第四電晶體係為p型半導P *之Θ的—第二端點’該第-、 -第-串聯反相放大器,耦接該第:端 一第二串聯反相放大器,輕接於該第二端點以及 12·如申請專利範圍第n項所述之 、 該第-串聯反相放大器包含: 、壓位準轉換之積體電路,其中 聯; 苐與苐一 P型電晶體互相串聯; 第-與第二N型電晶體互相串聯,並與該第一與第 二p型電晶體串 該第一 P㈣晶體的閘極输到該第三和第四電晶體以及 體閘極之間的一端點; 該第一電 曰曰 該第二串聯反相放大器包含: 該第型電晶體的閘級耗翻—輸出訊號;以及 該第二P型電晶體的閘極和該第—_電晶體到舰應偏壓。 η.如申请專利乾圍第11項所述之用於電壓位準轉換之積體電路,其中 0503-A30872TWF1 17 l26〇86〇 —第—與第二p型電晶體互相串聯; 第-與第二N型電晶體互相串聯,並與該第—與第二p型電晶體串 聯; p型電晶體的閘極_到該第-和第二電晶體以及該第-電晶 月豆閘極之間的_端點; 型電晶體的閘級雜接到—輸出訊號的反相;以及 L型電ΐ體的閘極和該第—N型電晶體輪到該供應偏壓。 步包含:D输_第12項所述之用於電壓位準轉換之積體電路,進- =幸:出級,用以產生-第-驅動訊號; %位轉換裔,輕接於該供鹿 生一第二驅動訊號;以及 α 土,用以接收一輪入訊號並對應地產 -後級驅動電路,輪 泰 及輕接於該電位轉換器崎收該第二^ “構以接«第-驅動訊號,以 15·如申請專利範圍第u :動矾號’藉此產生一升級輸出訊號。 合· ’之轉麵鱗觀之積體電路,包 一輪入/輪出區,包含複數輪人 —一核心電路區,鄰近於該輪人/輪構;以及 寺輪入/輸出電路,具有一間 二,包含複數核心電路, 層厚度。 等切細的料 0503-A30872TWF1 18
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