电平转换电路及供电装置的制作方法

1.本发明涉及集成电路领域，特别是涉及一种电平转换电路及供电装置。


背景技术：

2.随着消费类电子产品快速增长，ic工艺进入到深亚微米时代，电子集成度越来越高，应用的环境越来越复杂，芯片往往需要多电压域进行供电，电平转换电路能够保证数据在不同电压域进行正常交互。但现有的电平转换电路在外部电源电压掉电场景下进行不同电压域转换时电路可靠性差。


技术实现要素：

3.基于此，针对上述问题，有必要提供一种电平转换电路及供电装置。
4.为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
5.一种电平转换电路，包括：
6.供电模块，用于提供输入电压；
7.转换模块，与所述供电模块连接，用于在多个不同电压域转换通路上将所述输入电压进行转换以输出供电电压信号；
8.控制模块，与所述转换模块的受控端连接，用于监测所述转换模块的每个所述电压域转换通路的掉电状态，当所述掉电状态满足预设状态时生成掉电控制信号，并根据所述掉电控制信号对对应的所述电压域转换通路输出的电压转换信号进行锁存处理以使所述供电电压信号处于正常输出状态。
9.在其中一个实施例中，所述转换模块包括：
10.多个转换单元，每个所述转换单元设于对应的所述电压域转换通路上，第一级的所述转换单元的输入端用于输入所述电压，最后一级的所述转换单元的输出端用于输出所述供电电压信号，前一级的所述转换单元的输出端与相邻后一级的所述转换单元的输入端连接；其中：
11.每个所述转换单元的受控端与所述控制模块连接，每个所述转换单元用于对输入的电压信号进行对应电压域转换处理，并将转换处理后的电压信号输出至后一级的所述转换单元；还用于在接收到所述掉电控制信号时停止电压转换并对前一时刻输出的所述电压转换信号进行锁存处理。
12.在其中一个实施例中，所述电压域包括第一电压域、第二电压域、第三电压域、第四电压域，所述转换单元包括第一转换单元、第二转换单元、第三转换单元；
13.所述第一转换单元，与所述供电模块连接，用于将所述第一电压域的第一电压信号转换为所述第二电压域的第二电压信号并输出至所述第二转换单元；
14.所述第二转换单元，与所述第一转换单元连接，用于将所述第二电压信号转换为所述第三电压域的第三电压信号并输出至所述第三转换单元；
15.所述第三转换单元，与所述第二转换单元连接，用于将所述第三电压信号转换为
第四电压域的第四电压信号并输出所述供电电压信号。
16.在其中一个实施例中，所述控制模块包括：
17.多个控制单元，每个所述控制单元设于相邻的两个所述电压域转换通路之间；
18.其中：每个所述控制单元用于监测所述转换模块的相邻的两个所述电压域转换通路的掉电状态；还用于当相邻的两个所述电压域转换通路的掉电状态满足预设掉电状态时，生成与相邻的两个所述电压域转换通路对应的掉电控制信号，以控制对应的所述转换单元停止电压转换并对前一时刻的电压转换信号进行锁存处理。
19.在其中一个实施例中，所述控制模块还包括：
20.分压电路，与所述转换模块的不同电压域转换通路连接，用于对所述不同电压域转换通路中的电压信号进行分压处理以控制所述不同电压域转换通路的掉电状态，并输出第一分压信号；
21.第一调节电路，与所述分压电路连接，用于当所述第一分压信号满足预设分压条件时，对所述第一分压信号进行电压调节处理以生成第一调节信号；
22.第一整形电路，与所述第一调节电路连接，用于当所述第一调节信号满足第一预设调节条件时，对所述第一调节信号进行整形处理以生成第一掉电控制信号；
23.第一控制单元，用于根据所述第一掉电控制信号对所述转换单元的对应的所述电压域转换通路输出的电压转换信号进行锁存处理。
24.在其中一个实施例中，所述第一调节电路包括：
25.第一开关管、第二开关管、第一倒比管阵列、第一触发器；其中：
26.所述第一开关管的第一端与所述分压电路连接，所述第一开关管的第二端、所述第一触发器的第一端、所述第一倒比管阵列的第一端共接，所述第二开关管的第一端与所述第一触发器的第二端连接，所述第二开关管的第二端与所述第一倒比管阵列的第二端连接，所述第二开关管的第三端与所述第一倒比管阵列的第三端连接。
27.在其中一个实施例中，所述第一整形电路包括：
28.第一反相器阵列，所述第一反相器阵列包括多个反相器，每个所述反相器的第一端与下一个所述反相器的第二端连接，第一个所述反相器的第一端与所述第一调节电路连接，最后一个所述反相器的第二端与所述控制模块连接。
29.在其中一个实施例中，所述控制模块还包括：
30.第二调节电路，与所述转换模块的不同电压域转换通路连接，用于对所述不同电压域转换通路中的电压信号进行电压调节处理以生成第二调节信号；
31.第三调节电路，与所述第二调节电路连接，用于当所述第二调节信号满足第二预设调节条件时，对所述第二调节信号进行通断调节处理以生成第三调节信号；
32.第二整形电路，与所述第三调节电路连接，用于当所述第三调节信号满足第三预设调节条件时，对所述第三调节信号进行整形处理以生成第二掉电控制信号；
33.第二控制单元，还用于根据所述第二掉电控制信号对所述转换单元的对应的所述电压域转换通路输出的电压转换信号进行锁存处理。
34.在其中一个实施例中，所述第二调节电路包括：
35.第三开关管、第四开关管、第二倒比管阵列、第二触发器；其中：
36.所述第三开关管的第三端、所述第四开关管的第一端、所述第二倒比管阵列的第
二端、所述第二触发器的第一端共接，所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第二端连接，所述第二触发器的第三端与所述第四开关管的第三端连接。
37.在其中一个实施例中，所述第三调节电路包括：
38.第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开开关管、第九开关管、第十开关管；其中：
39.所述第五开关管的第一端与所述第六开关管的第一端连接，所述第六开关管的第三端与所述第七开关管的第二端连接，所述第八开关管的第二端与所述第九开关管的第三端连接，所述第九开关管的第二端与所述第十开关管的第三端连接，所述第九开关管的第一端与所述第十开关管的第一端连接。
40.在其中一个实施例中，所述第三调节电路还包括：
41.第十一开关管、第十二开关管、第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管、第十六开关管；其中：
42.所述第十一开关管的第三端与所述第十二开关管的第二端连接，所述第十五开关管的第二端与所述第十六开关管的第三端连接，所述第十二开关管的第三端、所述第十三开关管的第二端、所述第十六开关管的第一端共接，所述第十一开关管的第一端、所述第十四开关管的第二端、所述第十五开关管的第三端共接；
43.所述第五开关管的第三端、所述第六开关管的第二端、所述第十二开关管的第一端、所述第十三开关管的第一端共接，所述第七开关管的第一端、所述第九开关管的第二端、所述第十开关管的第三端、所述第十四开关管的第一端、所述第十五开关管的第一端共接。
44.在其中一个实施例中，所述第二整形电路包括：
45.第二反相器阵列，所述第二反相器阵列包括多个反相器，每个所述反相器的第一端与下一个所述反相器的第二端连接，第一个所述反相器的第一端与所述第三调节电路连接，最后一个所述反相器的第二端与所述控制模块连接。
46.一种电平转换供电装置，包括根据上述的电平转换电路。
47.上述电平转换电路，通过供电模块提供输入电压，与供电模块连接的转换模块在多个不同电压域转换通路上将输入电压进行转换以输出供电电压信号，与转换模块的受控端连接的控制模块控制转换模块的每个所述电压域转换通路的掉电状态，当掉电状态满足预设状态时生成掉电控制信号，并根据掉电控制信号对对应的电压域转换通路输出的电压转换信号进行锁存处理以使供电电压信号处于正常输出状态，从而提高电平转换电路在外部电源电压掉电场景下进行不同电压域转换时的可靠性。
附图说明
48.图1为一个实施例中的一种电平转换电路的结构示意框图；
49.图2为一个实施例中转换模块的结构示意框图；
50.图3为一个实施例中控制模块的具体结构框图；
51.图4为一个实施例中控制模块中的第一调节电路的结构示意图；
52.图5为一个实施例中第一倒比管阵列的具体结构示意图；
53.图6为一个实施例中控制模块中的第一整形电路的结构示意图；
54.图7为一个实施例中控制模块的结构示意图；
55.图8为一个实施例中第二调节电路的具体结构示意图；
56.图9为一个实施例中第三调节电路的具体结构示意图；
57.图10为一个实施例中第二整形电路的具体结构示意图。
具体实施方式
58.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
59.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
60.参阅图1，为一个实施例中的一种电平转换电路的结构示意框图。
61.如图1所示，该电平转换包括供电模块100、转换模块200、控制模块300。
62.供电模块100，用于提供输入电压。
63.转换模块200，与供电模块100连接，用于在多个不同电压域转换通路上将输入电压进行转换以输出供电电压信号。
64.控制模块300，与转换模块200的受控端连接，用于控制转换模块200的每个电压域转换通路的掉电状态，当掉电状态满足预设状态时生成掉电控制信号，并根据掉电控制信号对对应的电压域转换通路输出的电压转换信号进行锁存处理以使供电电压信号处于正常输出状态。
65.其中，供电模块100提供输入电压，并将该输入电压传送给转换模块200，转换模块200在多个不同电压域转换通路上将该输入电压进行转换以输出供电电压信号，而控制模块300监测转换模块200的每个电压域转换通路的掉电状态，当掉电状态满足预设状态时生成掉电控制信号，并根据该掉电控制信号对对应的电压域转换通路输出的电压转换信号进行锁存处理以使供电电压信号处于正常输出状态。
66.可选地，控制模块300与转换模块200的受控端连接的方法，可以是通过添加额外的开关管或者传输门构建控制模块300与转换模块之间的连接通路。
67.本实施例中的电平转换电路，通过供电模块100提供输入电压，与供电模块100连接的转换模块200在多个不同电压域转换通路上将输入电压进行转换以输出供电电压信号，与转换模块200的受控端连接的控制模块300控制转换模块的每个电压域转换通路的掉电状态，当掉电状态满足预设状态时生成掉电控制信号，并根据掉电控制信号对对应的电压域转换通路输出的电压转换信号进行锁存处理以使供电电压信号处于正常输出状态，从而提高电平转换电路在外部电源电压掉电场景下进行不同电压域转换时的可靠性。
68.在一个实施例中，转换模块包括多个转换单元，其中第一级的转换单元的输入端用于输入电压，最后一级的转换单元的输出端用于输出供电电压信号，前一级的转换单元的输出端与相邻后一级的转换单元的输入端连接。
69.其中，每个转换单元的受控端与控制模块连接，每个转换单元用于对输入的电压
信号进行对应电压域转换处理，并将转换处理后的电压信号输出至后一级的转换单元；还可以用于在接收到掉电控制信号时，停止电压转换并对前一时刻输出的电压转换信号进行锁存处理。
70.可选地，该转换模块包括第一转换单元即第1级的转换单元、第二转换单元即第2级的转换单元、第三转换单元即第3级的转换单元。三个转换单元依次连接，第1级的转换单元的输入端用于接入外部供电电源提供的输入电压，第3级的转换单元的输出端用于输出供电电压信号，第1级的转换单元的输出端与相邻的第2级的转换单元的输入端连接，第2级的转换单元的输出端与相邻的第3级的转换单元的输入端连接。
71.参阅图2，为一个实施例中转换模块的结构示意框图。
72.如图2所示，在本实施例中电压域包括第一电压域、第二电压域、第三电压域、第四电压域，转换模块的转换单元具体包括第一转换单元210、第二转换单元220、第三转换单元230。
73.第一转换单元210，与供电模块连接，用于将第一电压域的第一电压信号转换为第一电压域的第二电压信号，并输出至第二转换单元220的输入端。
74.第二转换单元220，与第一转换单元210连接，用于将第二电压信号转换为第三电压域的第三电压信号，并输出至第三转换单元230的输入端。
75.第三转换单元230，与第二转化单元220连接，用于将第三电压信号转换为第四电压域的第四电压信号，并输出供电电压信号。
76.可选地，第一电压域可以是1.5v至0v电压域，第二电压域可以是5.6v至0v电压域，第三电压域可以是5.6v至-12v电压域，第四电压域可以是12v至-12v的电压域；电平转换过程中，第一转换单元210可以将电压信号从1.5v至0v电压域转换为5.6v至0v电压域，第二转换单元220可以将电压信号从5.6v至0v电压域转换为5.6v至-12v电压域，第三转换单元可以将电压信号从5.6v至-12v电压域转换为12v至-12v的电压域。
77.在一个实施例中控制模块包括多个控制单元，每个控制单元设于相邻的两个电压域转换通路之间。其中，每个控制单元用于检测转换模块的相邻的两个电压域转换通路的掉电状态，还用于当相邻的两个电压域转换通路的掉电状态满足预设掉电状态时，生成与相邻的两个电压域转换通路对应的掉电控制信号，以控制对应的转换单元停止电压转换并对前一时刻输出的电压转换信号进行锁存处理。
78.可选地，相邻的两个电压域转换通路的掉电状态满足预设掉电状态的情形，可以是相邻的两个电压域转换通路之间出现突然掉电现象，即相邻两个电压域转换通路之间的无电压信号，也可以是相邻两个电压域转换通路之间的电压信号幅值的骤降量超过50％。
79.举例地，在第二转换单元将第二电压域的第二电压信号转换为第三电压域的第三电压信号的电压转换过程中，假设第二电压域与第三电压域之间的转换通路突然掉电，则生成第二电压域与第三电压域之间的转换通路对应的掉电控制信号，将掉电控制信号输入至第二转换单元，控制第二转换单元停止电压转换并对前一时刻输出的电压转换信号进行锁存处理，从而保持在掉电前的状态，待第二电压域与第三电压域之间的转换通路恢复时，第二转换单元继续电压转换，从而提高电平转换的可靠性、准确性。
80.参阅图3，为一个实施例中控制模块的具体结构框图。
81.如图3所示，在本实施例中的控制模块包括分压电路310、第一调节电路320、第一
整形电路330。
82.分压电路310，与转换模块的不同电压域转换通路连接，用于对不同电压域转换通路中的电压信号进行分压处理以检测不同电压域转换通路的掉电状态，并输出第一分压信号。
83.第一调节电路320，与分压电路310连接，用于当第一分压信号满足预设分压条件时，对第一分压信号进行电压调节处理以生成第一调节信号。
84.第一整形电路330，与第一调节电路320连接，用于当第一调节信号满足第一预设调节条件时，对第一调节信号进行整形处理以生成第一掉电控制信号。
85.举例地，在第一转换单元将第一电压域的第一电压信号转换为第二电压域的第二电压信号的电压转换过程中，假设第一电压域与第二电压域之间的转换通路突然掉电，则此时与转换模块的不同电压域转换通路连接的分压电路310对不同电压域转换通路中的电压信号进行分压处理以检测不同电压域转换通路的掉电状态，并输出第一分压信号，与分压电路310连接的第一调节电路320当第一分压信号满足预设分压条件时，对第一分压信号进行电压调节处理以生成第一调节信号，与第一调节电路320连接的第一整形电路330当第一调节信号满足第一预设调节条件时，对第一调节信号进行整形处理以生成第一掉电控制信号，第一控制单元根据第一掉电控制信号对与第一转换单元相邻的第一电压域与第二电压域之间的转换通路输出的电压转换信号进行锁存处理。
86.参阅图4，为一个实施例中控制模块中的第一调节电路的结构示意图。
87.如图4所示，在本实施例中的第一调节电路包括第一开关管q1、第二开关管q2、第一倒比管阵列bm、第一触发器t1。其中，第一开关管q1的第一端与分压电路连接，第一开关管q1的第二端、第一触发器t1的第一端、第一倒比管阵列bm的第一端共接，第二开关管q2的第二端与第一倒比管阵列bm的第二端连接，第二开关管q2的第三端与第一倒比管阵列bm的第三端连接。
88.可选地，第一倒比管阵列bm，可以是多个倒比管串接构成。其中，第一个倒比管的第三端与第一开关管连接，最后一个倒比管的第二端与第二开关管连接，每个倒比管的第一端共接，每个倒比管的第二端与相邻两个倒比管中一个倒比管的第三端连接，每个倒比管的第三端与相邻两个倒比管中另一个倒比管的第二端连接。
89.参阅图5，为一个实施例中第一倒比管阵列的具体结构示意图。
90.如图5所示，在本实施例中该第一倒比管阵列包括第一倒比管b1、第二倒比管b2、第三倒比管b3、第四倒比管b4。其中，第一倒比管b1的第一端、第二倒比管b2的第一端、第三倒比管b3的第一端、第四倒比管b4的第一端共接，第一倒比管b1的第二端与第二倒比管b2的第三端连接，第二倒比管b2的第三端与第三倒比管b3的第二端连接，第三倒比管b3的第三端与第四倒比管b4的第二端连接。
91.参阅图6，为一个实施例中控制模块中的第一整形电路的结构示意图。
92.如图6所示，在本实施例中的第一整形电路包括第一反相器阵列fm，第一反相器阵列fm多个反相器，即f1至fm共m个反相器，可选地m不少于2。每个反相器的第一端与下一个反相器的第二端连接，第一个反相器的第一端与第一调节电路连接，最后一个反相器的第二端与控制模块连接。
93.参阅图7，为一个实施例中控制模块的结构示意图。
94.如图7所示，在本实施例中该控制模块包括第二调节电路710、第三调节电路720、第二整形电路730。
95.第二调节电路710，与转换模块的不同电压域转换通路连接，用于对不同电压域转换通路中的电压信号进行电压调节处理以生成第二调节信号。
96.第三调节电路720，与第二调节电路710连接，用于当第二调节信号满足第二预设调节条件时，对第二调节信号进行通断调节处理以生成第三调节信号。
97.第二整形电路730，与第三调节电路720连接，用于当第三调节信号满足第三预设调节条件时，对第三调节信号进行整形处理以生成第二掉电控制信号。
98.可选地，电压调节处理，可以是电压幅值抬升处理；也可以是输入信号的高低电位翻转；譬如，当输入电压高于正向阈值电压，输出为高；当输入电压低于负向阈值电压，输出为低；当输入在正负向阈值电压之间，输出不改变，也就是说输出由高电准位翻转为低电准位，或是由低电准位翻转为高电准位时所对应的阈值电压是不同的。通断调节处理，可以是对输入信号通断方向切换调节。整形处理，可以是对输入信号的相位反转180度。
99.可选地，第二预设调节条件，可以是输入电压幅值大于开关管导通压降，也可以是输入电压高于触发器的正向阈值电压，还可以是输入电压低于触发器的负向阈值电压等。
100.可选地，第三预设调节条件，可以是输入电压幅值大于开关管导通压降。
101.举例地，在第三转换单元将第三电压域的第三电压信号转换为第四电压域的第四电压信号的电压转换过程中，假设第三电压域与第四电压域之间的转换通路突然掉电，则此时与转换模块的不同电压域转换通路连接的第二调节电路710对不同电压域转换通路中的电压信号进行电压调节处理以生成第二调节信号，与第二调节电路710连接的第三调节电路720接收第二调节电压，并当第二调节电压幅值大于开关管导通压降，且输入电压高于触发器的正向阈值电压时，对第二调节信号进行通断调节处理以生成第三调节信号，与第三调节电路720连接的第二整形电路730接收第三调节信号，并当第三调节信号满足该电路中开关管导通压降时，对输入的第三调节信号的相位反转180度以生成第二掉电控制信号，第二控制单元根据第二掉电控制信号对与第三转换单元相邻的第三电压域与第四电压域之间的转换通路输出的电压转换信号进行锁存处理。
102.参阅图8，为一个实施例中第二调节电路的具体结构示意图。
103.如图8所示，在本实施例中该第二调节电路包括第三开关管q3、第四开关管q4、第二倒比管阵列bn、第二触发器t2。其中，第三开关管q3的第三端、第四开关管q4的第一端、第二倒比管阵列bn的第二端、第二触发器t2的第一端共接，第三开关管q3的第二端与第四开关管q4的第二端连接，第二触发器t2的第三端与第四开关管q4的第三端连接。
104.可选地，第三开关管q3的第一端、第四开关管q4的第一端，可以是mos管的栅极；第三开关管q3的第二端、第四开关管q4的第二端，可以是mos管的源极；第三开关管q3的第三端、第四开关管q4的第三端，可以是mos管的漏极。
105.参阅图9，为一个实施例中第三调节电路的具体结构示意图。
106.如图9所示，在本实施例中该第三调节电路包括第五开关管q5、第六开关管q6、第七开关管q7、第八开开关管q8、第九开关管q9、第十开关管q10。其中，第五开关管q5的第一端与第六开关管q6的第一端连接，第六开关管q6的第三端与第七开关管q7的第二端连接，第八开关管q8的第二端与第九开关管q9的第三端连接，第九开关管q9的第二端与第十开关
管q10的第三端连接，第九开关管q9的第一端与第十开关管q10的第一端连接。
107.继续参阅图9，为一个实施例中第三调节电路的具体结构示意图。
108.如图9所示，在本实施例中该第三调节电路包括第十一开关管q11、第十二开关管q12、第十三开关管q13、第十四开关管q14、第十五开关管q15、第十六开关管q16。其中，第十一开关管q11的第三端与第十二开关管q12的第二端连接，第十五开关管q15的第二端与第十六开关管q16的第三端连接，第十二开关管q12的第三端、第十三开关管q13的第二端、第十六开关管q16的第一端共接，第十一开关管q11的第一端、第十四开关管q14的第二端、第十五开关管q15的第三端共接。
109.此外，第五开关管q5的第三端、第六开关管q6的第二端、第十二开关管q12的第一端、第十三开关管q13的第一端共接，第七开关管q7的第一端、第九开关管q9的第二端、第十开关管q10的第三端、第十四开关管q14的第一端、第十五开关管q15的第一端共接。
110.参阅图10，为一个实施例中第二整形电路的具体结构示意图。
111.如图10所示，在本实施例中该第二整形电路包括第二反相器阵列fn，该第二反相器阵列包括多个反相器，即f1至fn共n个反相器，可选地n不少于2。每个反相器的第一端与下一个反相器的第二端连接，第一个反相器的第一端与第三调节电路连接，最后一个反相器的第二端与控制模块连接。
112.在一个实施例中，一种电平转换供电装置包括根据上述实施例中的电平转换电路。
113.可选地，上述实施例中的开关管包括mos管；开关管的第一端，可以是mos管的栅极；开关管的第二端，可以是mos管的源极；开关管的第三端，可以是mos管的漏极。
114.可选地，上述实施例中的反相器的第一端，可以是反相器的信号输入端；反相器的第二端，可以是反相器的信号输出端。
115.可选地，上述实施例中的触发器包括施密特触发器；触发器的第一端，可以是触发器的信号输入端；触发器的第二端，可以是触发器的信号输出端。
116.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
117.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。