Устройство, система и способ переключения уровня напряжения

Устройство, система и способ переключения уровня напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Варианты осуществления настоящего раскрытия относятся к интегральным схемам. Некоторые варианты осуществления относятся к контроллерам напряжения.

Уровень техники

Интегральные схемы часто присутствуют в таких изделиях, как компьютеры, сотовые телефоны, телевизоры, устройства памяти и многие другие электронные изделия. Некоторые интегральные схемы могут работать с множеством напряжений. В некоторых ситуациях неправильное управление такими напряжениями может вредно влиять на операции в интегральных схемах или может приводить к эксплуатационным отказам.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - блок-схема устройства в форме интегральной схемы, соответствующей некоторым описанным здесь вариантам осуществления.

Фиг. 2А - блок-схема устройства в форме схемы сдвига уровня напряжения, соответствующей некоторым описанным здесь вариантам осуществления.

Фиг. 2В - пример временной диаграммы в некоторых узлах схемы сдвига уровня напряжения, показанной на фиг. 2А.

Фиг. 3А - блок-схема устройства в виде схемы сдвига уровня напряжения, содержащей схемы, соответствующие некоторым описанным здесь вариантам осуществления изобретения.

Фиг. 3В - пример временной диаграммы в некоторых узлах схемы сдвига уровня напряжения, показанной на фиг. 3А.

Фиг. 4 - схема сдвига уровня напряжения, соответствующая некоторым описанным здесь вариантам осуществления изобретения.

Фиг. 5 - пример временной диаграммы в некоторых узлах схемы сдвига уровня напряжения, показанной на фиг. 4.

Фиг. 6 - схема сдвига уровня напряжения, показанная на фиг. 4, в рабочем режиме, где сигнал в выходном узле схемы сдвига уровня напряжения выполняет переключение с низкого напряжения на высокое напряжение.

Фиг. 7 - схема сдвига уровня напряжения, показанная на фиг. 4, в другом рабочем режиме, где сигнал в выходном узле схемы сдвига уровня напряжения выполняет переключение с высокого напряжения на низкое напряжение.

Фиг. 8 - электронная система, соответствующая некоторым описанным здесь вариантам осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показана блок-схема интегральной схемы (IC) 100 имеющей драйверы 110 для передачи информации (например, в форме сигналов) от функционального блока 115 к узлам 120 и 121. Узлы 120 и 121 могут формировать часть узлов ввода/вывода (I/O) IC 100. IC 100 может содержать процессор, запоминающее устройство (например, запоминающее устройство, совместимое с универсальной последовательной шиной (Universal Serial Bus, USB)), систему на чипе (SOC) или другие электронные устройства или системы.

Для упрощения на фиг. 1 показаны подробности только одного из драйверов 110. Драйверы 110 могут содержать схожие или идентичные компоненты схемы. На фиг. 1 показана интегральная схема 100, содержащая в качестве примера два драйвера 110 и два соответствующих сигнала D_OUT0 и D_OUT1. Количество драйверов может меняться. Как показано на фиг. 1, каждый из драйверов 110 может содержать блоки 111, 112, 113 и 114 напряжения смещения, чтобы обеспечивать напряжение в соответствующих узлах 199, 198, 197 и 196 для управления (например, включения или выключения) транзисторами 131, 132, 133 и 134, соответственно.

Транзисторы 131, 132, 133 и 134 могут формировать выходной каскад для переключения сигнала D_OUT0 в узле 120 с полным размахом (например, от одного до другого напряжения питания), таким как размах между нулем Вольт (например, потенциал земли в узле 190) и напряжением Vcc (например, напряжение питания IC 100), в зависимости от состояний (например, открытое или закрытое) транзисторов 131, 132, 133 и 134. Например, блоки 111, 112, 113 и 114 напряжения смещения могут работать так, чтобы открывать транзисторы 131, 132, 133 и закрывать транзистор 134, чтобы переключать сигнал D_OUT0 в узле 120 с нуля Вольт (0 В) до напряжения Vcc (например, 3,3 В или какого-то другого положительного напряжения). В другом примере блоки 111, 112, 113 и 114 напряжения смещения могут работать, чтобы закрывать транзистор 131 и открывать транзисторы 132, 133 и 134, чтобы переключать сигнал D_OUT0 с напряжения Vcc до 0 В.

Узлы 197 и 198 могут обеспечивать такие напряжения, что транзисторы 132 и 133 могут оставаться открытыми, когда драйверы 110 работают. Например, узел 197 может обеспечивать напряжение (например, установленное напряжение) 1,8 В. Узел 198 может обеспечивать напряжение (например, установленное напряжение) 1,5 В.

Узел 196 может обеспечивать различные напряжения в различные моменты времени, чтобы открывать или закрывать транзистор 134. Например, блок 114 напряжения смещения может работать как двухтактный предварительный драйвер, так что узел 196 может обеспечивать напряжение 1,8 В, чтобы открывать транзистор 134, и другое напряжение 0 В, чтобы закрывать транзистор 134.

Блок 111 напряжения смещения может действовать так, чтобы выполнять переключение сигнала в узле 199 между различными напряжениями (например, ненулевыми и положительными напряжениями) для открывания и закрывания транзистора 131. Различные напряжения в узле 199 могут не соответствовать полному размаху (например, не быть напряжением от одного источника питания до другого). Например, блок 111 напряжения смещения может работать как двухтактный предварительный драйвер, так чтобы сигнал в узле 199 мог переключаться между более низким напряжением (например, 1,8 В) и более высоким напряжением (например, 3,3 В) для открывания и закрывания транзистора 131.

Транзисторы 131, 132, 133 и 134 могут иметь допуск рабочего напряжения, меньший, чем напряжение Vcc для IC 100. Например, транзисторы 131, 132, 133 и 134 могут иметь рабочее напряжение затвор-сток (например, Vgd=1,8 В), напряжение затвор-исток (например, Vgs=1,8 В) и напряжение сток-исток (например, Vds=1,8 В), меньшее, чем напряжение Vcc (например, 3,3 В) для IC 100. Переключение узла 199 между различными напряжениями (например, 1,8 В и 3,3 В), чтобы открыть транзистор 131, как описано выше, и включить транзисторы 131, 132, 133 и 134 последовательно (как показано на фиг. 1), может позволить транзисторам 131, 132, 133 и 134 безопасно работать (например, работать с условием защиты от электрического перенапряжения (EOS)).

По меньшей мере часть интегральной схемы 100 (например, драйверы 110) может быть выполнена с возможностью работы (например, передачи информации в форме сигналов) согласно техническим требованиям USB. Форум конструкторов универсальной последовательной шины (USB-IF), в Портленде, штат Орегон, США, руководит и публикует технические требования к USB. USB-IF были изданы несколько редакций технических требований к USB. В приведенном здесь описании технические требования к USB относятся к USB 1.0, USB 2.0 и USB 3.0 и редакциям их технических требований.

На фиг. 1 IC 100 может содержать электрическую схему (например, контроллер USB), чтобы позволить драйверам 110 обеспечивать D_OUT0 и сигналы D_OUT1 в соответствии с классическими техническими требованиями к USB (полная скорость и низкая скорость). Например, напряжение Vcc IC 100 может обеспечиваться напряжением 3,3 В таким образом, что каждый из сигналов D_OUT0 и D_OUT1 может переключаться между 0 В и 3,3 В (например, от 0 В до 3,3 В или от 3,3 В до 0 В) согласно классической сигнализации 3,3 В для USB. Таким образом, хотя транзисторы 131, 132, 133 и 134 могут проектироваться так, чтобы работать при указанном рабочем напряжении V1 (например, 1,8 В), которое меньше, чем напряжение Vcc (например, 3,3 В), расположение транзисторов 131, 132, 133 и 134 с условиями смещения, описанными выше, может позволить драйверам работать в соответствии с техническими требованиями к USB (например, технические требования к USB 2.0).

Один или более блоков 111, 112, 113 и 114 напряжения смещения могут содержать компоненты схемы и операции, подобные или идентичные схеме сдвига уровня напряжения, описанной ниже со ссылкой на фиг. 2А-7. Например, блок 111 смещения может содержать компоненты схемы и операции, подобные или идентичные схеме сдвига уровня напряжения, показанной на фиг. 2А и фиг. 4.

На фиг. 2А показана блок-схема схемы 200 сдвига уровня напряжения, содержащая узлы (например, узлы питания) 201 и 202, чтобы принимать сигналы IN_V1 и IN_V2, соответственно, узел 203 для приема сигнала IN_CTL и узел (например, выходной узел) 299, чтобы обеспечивать сигнал (например, выходной сигнал). Схема 200 сдвига уровня напряжения может реагировать на сигнал IN_CTL, чтобы переключать сигнал OUT между различными напряжениями, такими как напряжения, соответствующие уровням сигналов IN_V1 и IN_V2. Схема 200 сдвига уровня напряжения может быть введена в блок 111 напряжения смещения, показанный на фиг. 1, таким образом, что выходной узел 299 на фиг. 2А может соответствовать узлу 199 на фиг. 1.

На фиг. 2В приведен пример временной расстановки, показывающий формы сигналов IN_V1, IN_V2, IN_CTL и OUT, показанных на фиг. 2А. Как показано на фиг. 2В, сигналы IN_V1 и IN_V2 могут содержать сигнальные уровни, соответствующие напряжениям V1 и V2, соответственно. Сигналы IN_V1 и IN_V2 могут оставаться с их соответствующими напряжениями V1 и V2 во время различных временных интервалов, таких как временные интервалы 251 и 252.

Напряжения V1 и V2 могут содержать напряжения питания (например, Vcc) устройства или системы, которая использует схему 200 сдвига уровня напряжения. Каждое из напряжений V1 и V2 может иметь значение больше нуля (например, больше потенциала земли). Например, напряжения V1 и V2 могут иметь значения приблизительно 1,8 В и 3,3 В, соответственно.

Как показано на фиг. 2В, сигнал IN_CTL может переключаться между различными сигнальными уровнями, такими как сигнальный уровень, соответствующий нулю Вольт во время временного интервала 251, и другой сигнальный уровень, соответствующий напряжению Vx во время временного интервала 252. Напряжение Vz и напряжение V1 могут иметь одно и то же значение (например, 1,8 Вольт).

Сигнал OUT может переключаться между различными сигнальными уровнями, такими как сигнальный уровень, соответствующий напряжению V2 во время временного интервала 251, и другой сигнальный уровень, соответствующий напряжению V1 во время временного интервала 252.

Таким образом, как описано выше со ссылкой на фиг. 2А и фиг. 2В, схема 200 сдвига уровня напряжения может обеспечивать напряжения (например, V1 и V2) в форме сигнала OUT в выходном узле 299. Напряжения в узле 299 могут иметь значения больше нуля (например, V1=1,8 В и V2=3,3 В). Напряжения в узле 299 могут не соответствовать полному размаху (например, не быть напряжением от одного источника питания до другого). Схема 200 сдвига уровня напряжения может содержать компоненты схемы и операции, подобные или идентичные схеме сдвига уровня напряжения, описанной ниже со ссылкой на фиг. 3А-8.

На фиг. 3А показана блок-схема схемы 300 сдвига уровня напряжения, соответствующая некоторым описанным здесь вариантам осуществления. Схема 300 сдвига уровня напряжения может содержать схемы 331, 332 и 333, узлы 301 и 302 питания для приема сигналов IN_V1 и IN_V2, соответственно, и узел 303 для приема сигнала IN_CTL. Схема 300 сдвига уровня напряжения может содержать опорный узел 309 для приема опорного напряжения (например, потенциала земли). Как показано на фиг. 3, опорный узел 309 может содержать узел с потенциалом земли. Схема 300 сдвига уровня напряжения может содержать узел (например, выходной узел) 399, чтобы обеспечивать сигнал (например, выходной сигнал). Сигналы IN_V1, IN_V2, IN_CTL и OUT могут соответствовать сигналам схемы 200 сдвига уровня напряжения, описанной выше со ссылкой на фиг. 2А и фиг. 2В. Схема 300 сдвига уровня напряжения может присутствовать в блоке 111 напряжения смещения, показанном на фиг. 1, так что выходной узел 399 на фиг. 3А может соответствовать узлу 199 на фиг. 1.

Схема 331 на фиг. 3 может действовать так, чтобы реагировать на сигнал IN_CTL и сигналы BIAS_A и BIAS_B в узлах (например, входных узлах) 322 и 321, соответственно. Схема 331 может обеспечивать сигнал PreOUT* в узле 312 (например, первом узле). Основываясь на напряжениях, обеспечиваемых сигналом BIAS_A в узле 322 (например, во втором узле) и сигналом BIAS_B в узле 321, схема 311 может выполнять переключение сигнала PreOUT* между напряжениями (например, 1,8 В и 3,3 B), большими, чем опорное напряжение (например, 0 В) в узле 309. Напряжения, обеспечиваемые сигналом PreOUT*, могут соответствовать напряжениям, обеспечиваемым сигналами IN_V1 и IN_V2.

Схема 332 может реагировать на сигнал IN_CTL, чтобы обеспечивать сигналы BIAS_A и BIAS_B в схеме 331. Каждый из сигналов BIAS_A и BIAS_B может обеспечивать различные напряжения в различных временных интервалах. Различные напряжения могут быть основаны на напряжении, обеспечиваемом сигналом IN_V1.

Схема 333 может реагировать на сигнал PreOUT*, чтобы переключать сигнал OUT в узле 399 между напряжениями (например, 1,8 В и 3,3 В), соответствующими напряжениям, обеспечиваемым сигналами IN_V1 и IN_V2.

На фиг. 3 схемы 311, 332 и 333 показаны отделенными друг от друга в качестве примера. Схемы 311, 332 и 333 могут быть расположены в одной схеме, двух схемах или другом количестве схем.

На фиг. 3В приведен пример временной расстановки, показывающий формы сигналов IN_V1, IN_V2, IN_CTL, PreOUT*, BIAS_A и BIAS_B, приведенных на фиг. 3А. Форма сигналов IN_V1, IN_V2, IN_CTL на фиг. 3В может быть подобна или идентична сигналам, показанным на фиг. 2В.

Как показано на фиг. 3В, сигнал PreOUT* может переключаться между напряжениями V1 (обеспечивается сигналом IN_V1) и V2 (обеспечивается сигналом IN_V2) во время временных интервалов 351 и 352, соответственно.

Сигнал BIAS_A может иметь различные уровни сигнала, соответствующие различным напряжениям, таким как Vx и V1 (обеспечиваются сигналом IN_V1). Например, сигнал BIAS_A может иметь уровень сигнала, соответствующий напряжению Vx во время временного интервала 351, и другой уровень сигнала, соответствующий напряжению V1 во время временного интервала 352. Напряжение Vx может иметь значение, меньшее, чем значение напряжения V1, так что Vx=V1-Vtn, где Vtn представляет пороговое напряжение транзисторов (не показано на фиг. 3А) схемы 300 сдвига уровня напряжения. Например, если V1=1,8 В и Vtn=0,5 В, то Vx=1,3 В.

Сигнал BIAS_B может иметь различные уровни сигнала, соответствующие различным напряжениям, таким как Vy и V1. Например, сигнал BIAS_B может иметь уровень сигнала, соответствующий напряжению V1 во время временного интервала 351, и другой уровень сигнала, соответствующий напряжению Vy во время временного интервала 352. Напряжение Vy может иметь значение, меньшее, чем значение напряжения V1, так что Vy=V1-Vtn. Например, если V1=1,8 В и Vtn=0,5 В, то Vy=1,3 В.

Сигнал OUT может не иметь полного размаха. Например, как показано на фиг. 3В, сигнал OUT может иметь уровень сигнала, соответствующий напряжению V2 во время временного интервала 551, и другой уровень сигнала, соответствующий напряжению V1 во время временного интервала 552.

Схема 300 сдвига уровня напряжения может быть введена в схему (например, как часть передатчика в схеме приемопередатчика), которая работает согласно техническим требованиям к USB, таким как операции с низкой скоростью и операции с полной скоростью согласно техническим требованиям USB 2.0.

Схема 300 сдвига уровня напряжения может содержать компоненты схемы и операции, подобные или идентичные операциям схемы сдвига уровня напряжения, описанным ниже со ссылкой на фиг. 4-8.

На фиг. 4 показана схема 400 сдвига уровня напряжения, содержащая транзисторы P1, Р2, Р3, Р4, Р5, Р6, Р7, Р8 и Р9, транзисторы N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8 и N9, инверторы I1 и I2 и устройства Т1 и Т2. Схема 400 сдвига уровня напряжения может соответствовать схеме 300 сдвига уровня напряжения, показанной на фиг. 3А, такой, которая составлена из схем 331, 332 и 333, показанных на фиг. 3А.

На фиг. 4 транзисторы Р1-Р9 может являться полевыми транзисторами с р-каналом, такими как транзисторы с р-канальной структурой металл-диэлектрик-полупроводник (PMOS). Транзисторы N1-N9 могут содержать полевые транзисторы с n-каналом, такие как транзисторы с n-канальной структурой металл-диэлектрик-полупроводник (NMOS). Инверторы I1 и I2 могут содержать комплиментарные инверторы со структурой металл-окисел-полупроводник (CMOS). Устройства Т1 и Т2 могут быть выполнены таким образом, чтобы действовать в качестве емкостных устройств. Например, устройства Т1 и Т2 могут содержать конденсаторы. Как показано на фиг. 4, устройства Т1 и Т2 могут содержать транзисторы (например, PMOS), конфигурированные (например, имеющие сток и исток, соединенные вместе), чтобы работать как конденсаторы.

Схема 400 сдвига уровня напряжения 400 может содержать узлы 401 и 402 питания для приема сигналов IN_V1 и IN_V2, соответственно, узел 403 для приема сигнала IN_CTL и узел (например, выходной узел) 499 для обеспечения сигнала (например, выходного сигнала) OUT. Эти сигналы могут соответствовать сигналам схемы 200 сдвига уровня напряжения на фиг. 2А. Схема 400 сдвига уровня напряжения может содержать опорный узел 409 для приема опорного напряжения (например, потенциала земли). Как показано на фиг. 4, опорный узел 409 может содержать узел с потенциалом земли.

Схема 400 сдвига уровня напряжения может содержать узлы 411 и 412 для обеспечения сигналов PreOUT и PreOUT*, соответственно. Один из узлов 411 и 412 может соответствовать узлу 312 на фиг. 3А. Например, узел 412 может упоминаться как первый узел и может соответствовать узлу 312 на фиг. 3А. На фиг. 4, основываясь на сигнале IN_CTL, схема 400 сдвига уровня напряжения может переключать каждый из сигналов PreOUT и PreOUT* между напряжениями, соответствующими напряжениям (например, 1,8 В и 3,3 В), обеспечиваемым сигналами IN_V1 и IN_V2. Схема 400 сдвига уровня напряжения может использовать сигнал PreOUT* в узле 412 для переключения сигнала OUT в узле 499 между разными напряжениями (например, 1,8 В и 3,3 В).

Схема 400 сдвига уровня напряжения может содержать узлы 421 и 422, соединенные с затворами транзисторов Р3 и Р4, соответственно. Узлы 421 и 422 могут содержать напряжения, представленные сигналами BIAS_A и BIAS_B, соответственно. Узел 422 может упоминаться как второй узел и может соответствовать узлу 322 из фиг. 3А.

На фиг. 5 представлена примерная временная расстановка, показывающая формы сигналов для некоторых из сигналов, показанных на фиг. 4. Сигналы IN_V1, IN_V2, IN_CTL на фиг. 5 могут быть напряжениями, подобными или идентичными напряжениям, показанным на фиг. 2В.

Как показано на фиг. 5, каждый из сигналов PreOUT и PreOUT* может переключаться между напряжениями V1 и V2. Например, во время временного интервала 551 сигнал PreOUT может иметь уровень сигнала, соответствующий напряжению V2, тогда как сигнал PreOUT* может иметь уровень сигнала, соответствующий напряжению V1. Во время временного интервала 552 сигнал PreOUT может иметь уровень сигнала, соответствующий напряжению V1, в то время как сигнал PreOUT* может иметь уровень сигнала, соответствующий напряжению V2.

Сигналы BIAS_A и BIAS_B могут иметь уровни сигнала, подобные или идентичные сигналам, показанным на фиг. 3В. Например, сигнал BIAS_A может иметь уровни сигнала, соответствующие напряжениям Vx и V1 во время временных интервалов 551 и 552, соответственно. Напряжение Vx может иметь значение меньше, чем значение напряжения V1, так что Vx=V1-Vtn, где Vtn представляет пороговое напряжение транзисторов NMOS (например, транзистора N6 на фиг. 4) схемы 400 сдвига уровня напряжения. Сигнал BIAS_B может иметь уровни сигнала, соответствующие напряжениям V1 и Vy во время временных интервалов 551 и 552, соответственно. Напряжение Vy может иметь значение, меньшее, чем значение напряжения V1, так что Vy=V1-Vtn. Значение напряжения Vy может быть равно значению напряжения Vx.

На фиг. 4 транзисторы P1, Р2, Р3, Р4, Р5, Р6, Р7, Р8 и Р9, транзисторы N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8 и N9 схемы 400 сдвига уровня напряжения могут иметь допуск рабочего напряжения, меньший, чем напряжение (например, V2), обеспечиваемое сигналом IN_V2. Например, транзисторы 131, 132, 133 и 134 могут иметь рабочие параметры, такие как напряжение затвор-сток (например, Vgd=1,8 В), напряжение затвор-исток (например, Vgs=1,8 В) и напряжение сток-исток (например, Vds=1,8 В), меньшее, чем напряжение, обеспечиваемое сигналом IN_V2 (например, меньшее, чем V2=3,3 В) Переключение сигналов PreOUT и PreOUT* между различными напряжениями (например, положительными напряжениями 1,8 В и 3,3 В), чтобы открывать соответствующие транзисторы Р2 и Р1 (как описано выше) и включать P1, Р2, Р3 и Р4 и N1, N2, N3 и N4 последовательно (как показано на фиг. 4), может позволить транзисторам P1, Р2, Р3 и Р4 и N1, N2, N3 и N4 безопасно работать (например, работать с защитой от электрического перенапряжения), когда напряжение в узле 402 питания (например, 3,3 В) больше, чем рабочие параметры (например, Vgd, Vgs и Vds) транзисторов схемы 400 сдвига уровня напряжения.

Некоторые традиционные схемы сдвига уровня напряжения могут работать с конкретным напряжением питания (например, 3,3 В) и могут использовать транзисторы (например, транзисторы на 3,3 В с большим допуском по затвору), имеющие допуск рабочего напряжения с тем же самым значением, что и конкретное напряжение питания. Однако, если такие транзисторы не предпочтительны или процессы с такими транзисторами недоступны, то может использоваться схема сдвига уровня напряжения, такая как схема 400 сдвига уровня напряжения (фиг. 4). Таким образом, схема 400 сдвига уровня напряжения может позволить избавиться от процессов, которые создают транзисторы (например, транзисторы на 3,3 В с большим допуском по затвору), имеющие допуск рабочего напряжения с тем же самым значением, что и конкретное напряжение питания некоторых традиционных схем сдвига уровня напряжения, если такие процессы не предпочтительны или недоступны. Это может улучшить (например, ускорить), масштабирование технологии обработки, например, используя процессы создания транзисторов с допуском 1,8 В, для введения в схему 400 сдвига уровня напряжения, которая может использовать напряжение питания 3,3 В.

Схема 400 сдвига уровня напряжения, показанная на фиг. 4, может также иметь улучшенные характеристики по сравнению с некоторыми традиционными схемами сдвига уровня напряжения. Например, некоторые традиционные схемы сдвига уровня напряжения могут содержать каскадные транзисторы, подобные транзисторам Р3 и Р4, и могут использовать фиксированное напряжение смещения (например, 1,5 В), чтобы смещать затворы таких каскадных транзисторов с целью защиты от EOS. Традиционные схемы сдвига уровня напряжения могут формировать предварительные выходные сигналы, которые могут быть подобны сигналам PreOUT и PreOUT* на фиг. 4. В традиционных схемах сдвига уровня напряжения, однако, использование фиксированного напряжения смещения для смещения затвора таких каскадных транзисторов может не позволить предварительным выходным сигналам устанавливаться в устойчивое состояние. Это может ухудшать характеристики традиционного передатчика, использующего традиционные схемы сдвига уровня напряжения. В таком традиционном транзисторе могут происходить рассогласование импеданса драйвера и рассогласование во времени. Для такого традиционного передатчика может также быть трудным удовлетворить классические технические требования к USB, такие как время нарастания/спада, дифференциальное рассогласование во времени нарастания/спада и напряжение кроссовера выходного сигнала для операций с низкой скоростью и полной скоростью.

На фиг. 4 с должным заданием размеров транзисторов схема 400 сдвига уровня напряжения может работать на частоте в диапазоне сотен мегагерц (например, 200 МГц) при некоторых уровнях напряжения сигналов IN_V1 и IN_V2. Например, с сигналами IN_V1 и IN_V2, имеющими напряжения V1=1,8 В и V2=3,3 В, соответственно, узел 499 схемы 400 сдвига уровня напряжения может переключать сигнал OUT с частотой порядка 200 МГц, не создавая существенного искажения сигнала. Таким образом, схема 400 сдвига уровня напряжения может быть пригодна для использования в выходном буфере, который может поддерживать передачу данных с многочисленными частотами. Например, схема 400 сдвига уровня напряжения может быть введена в схему (например, как часть передатчика в схеме приемопередатчика), которая может поддерживать не только классические операции USB, но также и некоторые другие операции, такие как высокоскоростной ввод/вывод с напряжением 3,3 В общего назначения (GPIO).

На фиг. 6 показаны примеры напряжений в некоторых узлах схемы 400 сдвига уровня напряжения в рабочем режиме, когда сигнал OUT переключается с напряжения V1 на напряжение V2. Рабочий режим, связанный с фиг. 6, может иметь место по меньшей мере во время части временного интервала 551 на фиг. 5.

На фиг. 6 значение 1,8 В используется в качестве примера значения для напряжения V1 (фиг. 5), обеспечиваемого сигналом IN_V1, и значение 3,3 В используется в качестве примера значения для напряжения V2 (фиг. 5), обеспечиваемого сигналом IN_V2. Могут использоваться и другие значения. Транзисторы N1, N5, N9, Р2, Р6 и Р7 и устройство Т2 на фиг. 6 показаны пунктирными линиями, чтобы показать, что эти компоненты схемы могут быть неактивными (например, отключенными).

В рабочем режиме, связанном с фиг. 6, сигнал OUT может переключаться с 1,8 В до 3,3 В. Подробности работы схемы 400 сдвига уровня напряжения описываются ниже.

Когда сигнал IN_CTL переключается с 1,8 В до 0 В, транзистор N1 может быть закрыт. Транзистор N2 может открываться, заставляя напряжение в узле 432 переключаться с отрицательного Vtn, равного приблизительно 1,8 В (~1,8 В), на 0 В и напряжение в узле 442 переключаться с 3,3 В на 0 В.

Устройство Т1 может работать таким образом, что его эффект емкостной связи может заставлять напряжение в узле 422 (который связан с затвором транзистора Р4) уменьшаться (например, с напряжения V1) до напряжения Vx (фиг. 5). Как описано выше, Vx=V1-Vtn. В этом примере, V1=1,8 В. Таким образом, если Vtn=0,5V, то Vx=1,8 В-0,5=1,3 V.

Если напряжение в узле 422 уменьшается (например, благодаря разряду устройства Т1) до значения ниже, чем значение напряжения Vx (например, ниже 1,3 В), транзистор N6 может открыться и повлечь за собой (например, за счет электрической связи) изменение напряжения узла 422 до напряжения узла 401 питания. Это заставляет напряжение в узле 422 быть равным 1,8 В-Vtn=Vx (Vtn - пороговое напряжение транзистора N6). Таким образом, когда сигнал IN_CTL переключается от 1,8 В до 0 В, устройство Т1 и транзистор N6 действуют так, чтобы сместить затвор транзистора Р4 с напряжением Vx (которое меньше, чем напряжение V1=1,8 В в этом примере).

Напряжение в узле 412 может переключиться на Vx+Vtp, где Vx - напряжение в узле 422 и Vtp представляет пороговое напряжение транзисторов PMOS (например, транзистора Р4) схемы 400 сдвига уровня напряжения. Поскольку Vx=V1-Vtn (как описано выше), Vx+Vtp=(V1-Vtn)+Vtp. Vtn и Vtp могут иметь значения, приблизительно равные друг другу. Таким образом, (V1-Vtn)+Vtp приблизительно равно V1. Поэтому в этом примере напряжение в узле 412 может иметь значение, равное приблизительно 1,8 В. Это может заставить транзистор Р1 полностью открыться и довести напряжение узла 411 до напряжения узла 402 питания. Таким образом, узел 411 может быть обеспечен напряжением 3,3 В (которое является напряжением в узле 402 питания), заставляя транзистор Р2 закрыться и транзистор N8 открыться.

Транзистор Р8 может открыться, когда напряжение в узле 403 равно 0 В. Таким образом, когда транзистор N8 открыт, он приводит напряжение в узле 412 к напряжению узла 401 через транзистор Р8. Транзистор N8 может позволить напряжениям в узле 412 менее зависеть от порогового напряжения.

Вблизи начала рабочего режима, связанного с фиг. 6 (например, перед тем, как транзистор Р1 откроется), транзистор Р7 может закрыться, чтобы изолировать (например, электрически разъединить) узел 401 питания от транзистора N7 для предотвращения одновременного срабатывания транзисторов N7 и Р1.

Так как напряжение в узле 403 равно 0 В, транзистор N5 может закрыться. Транзистор Р5 может открыться и довести напряжение узла 421 (который связан с затвором транзистора Р3) до напряжения узла 401 питания Таким образом, узел 421 может быть иметь напряжение 1,8 В (который является напряжением в узле 401 питания). В результате, транзистор Р3 может быть смещен по затвору напряжением 1,8 В и выполнить переключение напряжения в узле 441 с 0 В до 3,3 В с условием защиты от электрического перенапряжения.

Как показано на фиг. 6, транзистор N3 может открыться и переключить напряжение в узле 431 с 0 В до приблизительно 1,8 В-Vtn. Затворы транзисторов N3 и N4 могут быть связаны с узлом 401 питания, так чтобы транзисторы N3 и N4 были открыты во время временного интервала 551 (фиг. 5), чтобы обеспечить условие защиты от электрического перенапряжения транзисторов N1 и N2.

Транзисторы Р9 и N9 могут формировать цепь, реагирующую на сигнал PreOUT* в узле 412, чтобы переключить сигнал OUT между 1,8 В и 3,3 В. В этом примере, так как напряжение в узле 412 равно приблизительно 1,8 В, транзистор N9 может закрыться. Транзистор Р9 может открыться и привести напряжение выходного узла 499 к напряжению узла 402 питания. Таким образом, выходной узел 499 может обеспечиваться напряжением 3,3 В. Если схема 400 сдвига уровня напряжения содержится в блоке 111 напряжения смещения, показанном на фиг. 1, и узел 499, показанный на из фиг. 6, соответствуют узлу 199 на фиг. 1, то напряжение 3,3 В (фиг. 6) может закрыть транзистор 131, показанный на фиг. 1. Это может переключить сигнал D_OUT0 (фиг. 1) на уровень, соответствующий напряжению в узле 190 (например, 0 В), как описано выше в отношении фиг. 1.

На фиг. 7 показаны примерные напряжения в некоторых узлах схемы 400 сдвига уровня напряжения в рабочем режиме, где сигнал OUT переключается с напряжения V2 (например, 3,3 В) на напряжение V1 (например, 1,8 В). Рабочий режим, связанный с фиг. 7, может возникнуть, по меньшей мере частично, во время временного интервала 552, показанного на фиг. 5.

Транзисторы N2, N6, Р1, Р5, Р8 и Р9 и устройство Т1 на фиг. 7 показаны пунктирными линиями, чтобы показать, что эти компоненты схемы могут быть неактивными (например, выключенными) во время временного интервала 552 (фиг. 5).

В рабочем режиме, связанном с фиг. 7, сигнал OUT может переключаться с 3,3 В на 1,8 В. Подробности работы схемы 400 сдвига уровня напряжения описаны ниже.

Когда сигнал IN_CTL переключается с 0 В на 1,8 В, транзистор N2 может закрыться. Транзистор N1 может открыться, переключая напряжение в узле 431 с отрицательного напряжения Vtn приблизительно 1,8 В (~1,8 В) на 0 В, и напряжение в узле 441 переключается с 3,3 В на 0 В.

Устройство Т2 может работать таким образом, что его эффект емкостной связи может заставить напряжение в узле 421 (который соединен с затвором транзистора Р3) уменьшиться (например, с напряжения V1) до напряжения Vy. В этом примере, если Vtn=0,5 В, то Vy=1,8 В-0,5=1,3 В.

Если напряжение в узле 421 уменьшается (например, благодаря разряду устройства Т2) до значения ниже, чем значение напряжения Vy (например, ниже 1,3 В), транзистор N5 может открыться и довести напряжение в узле 421 до напряжения узла 401 питания. Это делает напряжение в узле 421 равным 1,8 В-Vtn=Vy (Vtn - пороговое напряжение транзистора N5). Таким образом, когда сигнал IN_CTL переключается с 0 В до 1,8 В, устройство Т2 и транзистор N5 действуют так, чтобы сместить затвор транзистора Р4 с помощью напряжения Vy (которое меньше, чем напряжение V1=1,8 В в этом примере).

Напряжение в узле 411 может переключиться на Vy+Vtp, где Vy - напряжение в узле 421. Vy+Vtp=(V1-Vtn)+Vtp=V1. Поэтому, в этом примере напряжение в узле 411 может иметь значение приблизительно 1,8 В. Это может заставить транзистор Р2 полностью открыться и довести напряжение узла 412 до напряжения узла 402 питания. Таким образом, узел 412 может быть обеспечен напряжением 3,3 В (которое является напряжением в узле 402 питания), выполняя закрывание транзистора Р1 и открывание транзистора N7.

Транзистор Р7 может открыться, когда напряжение в узле 403 равно 1,8 В. Таким образом, когда транзистор N7 открывается, он доводит напряжение в узле 411, до напряжения узла 401 питания через транзистор Р7. Транзистор N7 может позволить напряжениям в узле 411 быть менее зависимыми от порогового напряжения.

Перед началом рабочего режима, связанного с фиг. 7, (например, перед открыванием транзистора Р2) транзистор Р8 может закрыться, чтобы изолировать узел 401 питания от транзистора N8, чтобы предотвратить одновременную работу транзисторов N8 и Р2.

Поскольку напряжение в узле 403 равно 1,8 В, транзистор N6 может быть закрыт. Транзистор Р6 может открыться и довести напряжение в узле 422 (который связан с затвором транзистора Р4) до напряжения узла 401 питания. Таким образом, узел 422 может быть обеспечен напряжением 1,8 В (который является напряжением в узле 401 питания). В результате, транзистор Р4 может быть смещен по затвору напряжением 1,8 В и может заставить напряжение в узле 442 переключиться с 0 В до 3,3 В с условием защиты от электрического перенапряжения.

Как показано на фиг. 7, транзистор N4 может открыться и переключить напряжение в узле 432 с 0 В до приблизительно 1,8 В-Vtn. Затворы транзисторов N3 и N4 могут быть соединены с узлом 401 питания, так чтобы транзисторы N3 и N4 были открыты во время временного интервала 552 (фиг. 5), чтобы обеспечивать условие защиты от электрического перенапряжения для транзисторов N1 и N2.

В этом примере, так как напряжение в узле 412 приблизительно 3,3 В, транзистор Р9 может закрыться. Транзистор N9 может открыться и довести напряжение в выходном узле 499 до напряжения узла 401 питания. Таким образом, выходной узел 499 может обеспечиваться напряжением 1,8 В. Если схема 400 сдвига уровня напряжения содержится в блоке 111 напряжения смещения, показанном на фиг. 1, и узел 499 на фиг. 6 соответствуют узлу 199 на фиг. 1, то напряжение 1,8 В (фиг. 6) может открыть транзистор 131, показанный на фиг. 1. Это может переключить сигнал D_OUT0 (фиг. 1) на уровень, соответствующий напряжению Vcc (например, 3,3 В), как описано выше со ссылкой на фиг. 1.

Как описано выше со ссылкой на фиг. 4-7, по меньшей мере часть схемы 400 сдвига уровня напряжения (например, транзисторы P1, Р2, Р3, Р4, Р7, Р8, N1, N2, N3, N4, N7 и N8) может являться частью (например, передатчиком) схемы (например, схемы приемопередатчика), которая переключает сигналы PreOUT и PreOUT* между различными напряжениями (V1 и V2), которые больше нуля.

По меньшей мере часть схемы 400 сдвига уровня напряжения (например, устройство Т1 и транзисторы N6 и Р6) может явиться частью (например, передатчиком) схемы (например, схемы приемопередатчика), чтобы подавать различные напряжения на затвор транзистора Р4 в различных временных интервалах (например, во временных интервалах 551 и 552 на фиг. 5). Например, устройство, Т1 и транзистор N6 могут поддерживать на затворе транзистора Р4 напряжение Vx (которое меньше напряжения V1) во время временного интервала 551. Транзистор Р6 может довести напряжение на затворе транзистора Р4 до напряжения узла 401 питания во время временного интервала 52, так чтобы затвор транзистора Р4 мог быть обеспечен напряжением (например, V1) равным напряжению в узле 401 питания.

По меньшей мере часть схемы 400 сдвига уровня напряжения (например, устройство Т2 и транзисторы N5 и Р7) может являться другой частью схемы, чтобы подавать различные напряжения на затвор транзистора Р3 в различных временных интервалах (например, во временных интервалах 551 и 552 на фиг. 4). Например, транзистор Р5 может довести напряжение на затворе транзистора Р3 до напряжения узла 401 питания во время временного интервала 551, так чтобы затвор транзистора Р3 мог обеспечиваться напряжением (например, V1), равным напряжению в узле 401 питания. В другом примере устройство Т2 и транзистор N5 могут поддерживать на затворе транзистора Р3 напряжение Vy (которое меньше напряжения V1) во время временного интервала 552.

Устройство Т1 на фиг. 4 может быть выполнено с возможностью влияния на емкостную связь между узлом 412 и затвором (в узле 422) транзистора Р4. Например, устройство Т1 может быть выполнено таким образом, что емкостная связь между узлом 422 и опорным узлом (например, опорным узлом 409) может иметь значение, большее, чем значение емкостной связи между затвором и истоком (например, Cgs) транзистора Р4. Если устройство Т1 содержит транзистор, выполненный с возможностью работы в качестве конденсатора (например, как показано на фиг. 4), то такой транзистор может иметь такую емкость, что комбинация емкостной связи между затвором и истоком (например, Cgs) транзистора и емкостной связи между затвором и стоком (например, Cgd) транзистора может иметь значение, большее, чем значение емкостной связи между затвором и истоком транзистора Р4.

Устройство Т2 на фиг. 4 может быть выполнено с возможностью оказания влияния на емкостную связь между узлом 411 и затвором (в узле 421) транзистора Р3. Например, устройство Т2 может быть выполнено таким образом, что емкостная связь между узлом 421 и опорным узлом (наприм