低電單軌電平位移器和在電域之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信號的方法
【專利摘要】本文所提供的是電壓電平位移器、包括電壓電平位移器的裝置和在輸入和輸出電域之間轉(zhuǎn)換電壓的方法。在一個實施例中，電壓電平位移器包括：（1）輸入電路，其配置為接收來自輸入電域的數(shù)據(jù)信號和來自輸出電域的斷電信號，以及（2）轉(zhuǎn)變電路，其耦連到輸入電路并且配置為接收數(shù)據(jù)信號和斷電信號的經(jīng)反轉(zhuǎn)信號，其中輸入電路和轉(zhuǎn)變電路二者都配置為連接到作為電源的輸出電域的供給電壓。
【專利說明】低電單軌電平位移器和在電域之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信號的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請總地針對用于集成電路(IC)的單軌電平位移器，并且更具體地針對節(jié)電的單軌電平位移器，也針對采用來自輸出電域斷電(power down)信號的低電單軌電平位移器和在電域之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信號的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著設(shè)備的復(fù)雜度和對移動性的期望增加，對降低電耗的需要持續(xù)影響集成電路的設(shè)計。對于集成電路來說，一種降低整體功耗的方式是包括不同的供電域(power supplydomain)ο相應(yīng)地，集成電路內(nèi)的功能塊，諸如時序關(guān)鍵塊，可以以聞于被認(rèn)為非關(guān)鍵的、集成電路的其他功能塊的供電電壓來操作。這樣，諸如芯片的單個集成電路可以包括以不同供電電壓操作的多個功能塊。
[0003]在具有不同供電電壓的供電域之間傳送信號典型地要求對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。電平位移器通常用在集成電路中以通過轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)信號的電壓電平來轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信號以在不同供電電壓操作的各供電域之間使用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]一個方面提供電壓電平位移器。在一個實施例中，電壓電平位移器包括:(I)輸入電路，其配置為接收來自輸入電域(power domain)的數(shù)據(jù)信號和來自輸出電域的斷電信號，以及(2 )轉(zhuǎn)變電路，其耦連到輸入電路并且配置為接收斷電信號的經(jīng)反轉(zhuǎn)信號和數(shù)據(jù)信號，其中輸入電路和轉(zhuǎn)變電路二者都配置為連接到作為電源的輸出電域的供給電壓。
[0005]在另一個方面，提供在輸入電域和輸出電域之間轉(zhuǎn)換電壓的方法。在一個實施例中，該方法包括:(I)接收來自輸入電域的供給電壓，以及(2)采用電壓電平位移器將來自輸入電域的供電電壓轉(zhuǎn)換到輸出電域，其中電壓電平位移器是單軌雙向位移器。
[0006]在又一個方面，提供一種裝置。在一個實施例中，該裝置包括:(1)輸入電域，(2)輸出電域以及(3)單軌電壓電平轉(zhuǎn)換器，其配置為將來自輸入電域的數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換到輸出電域。電壓電平位移器包括:(3A)輸入電路，其配置為接收來自輸入電域的數(shù)據(jù)信號和來自輸出電域的斷電信號，以及(3B)轉(zhuǎn)變電路，其耦連到輸入電路并且配置為接收斷電信號的經(jīng)反轉(zhuǎn)信號和數(shù)據(jù)信號。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]現(xiàn)在結(jié)合附圖參考下面的描述，其中:
[0008]圖1示出了包括根據(jù)本公開的原理所構(gòu)建的電壓電平位移器的集成電路的實施例的框圖；
[0009]圖2示出了根據(jù)本公開的原理所構(gòu)建的電壓電平位移器的實施例的示意圖；
[0010]圖3示出了在正常操作模式的環(huán)境中的、圖2的電壓電平位移器；
[0011]圖4示出了根據(jù)本公開的原理所構(gòu)建的電壓電平位移器的另一個實施例的示意圖；
[0012]圖5和圖6示出了在正常操作模式的環(huán)境中的、圖4的電壓電平位移器；以及
[0013]圖7示出了在斷電模式的環(huán)境中的、圖4的電壓電平位移器。
【具體實施方式】
[0014]如上所述，電平位移器通常用在集成電路中來轉(zhuǎn)換代表數(shù)據(jù)信號的電平以在各供電域(即電域)之間使用。然而，電平位移器的添加會增加集成電路的復(fù)雜度(例如添加更多的晶體管)并且可能增加其功耗，這歸因于與由附加電路所創(chuàng)建的電流路徑相關(guān)聯(lián)的泄漏電流或DC電流。最小泄漏電流電壓電平位移器可以用在集成電路中，但是通常被限制于單向轉(zhuǎn)換。例如，最小泄漏電流電壓位移器可能僅將信號從低電域轉(zhuǎn)移到較高電域(即上移設(shè)計)。
[0015]然而，集成電路的電域可以采用取值范圍較寬的供電電壓(即供給電壓)以使得在電力和性能之間能夠更好地權(quán)衡。因此，用于功能塊的供給電壓可以動態(tài)地改變，以由于例如性能目標(biāo)或特定應(yīng)用而在給定的電壓范圍內(nèi)以最佳電壓或頻率操作。這樣，在所耦連的電域之間的供給電壓的差可以變化。在一些應(yīng)用中，供給電壓的差可以在操作期間動態(tài)地變化。例如，如果電域A即始發(fā)域具有等于IV的供給電壓并且電域B即目標(biāo)域具有等于
1.2V的供給電壓，那么因為目標(biāo)電域B的供給電壓將大于始發(fā)電域A的供給電壓，所以可以使用上移電平位移器。然而，如果電域A和電域B 二者都具有從0.8V至1.2V的供給電壓范圍，那么數(shù)據(jù)信號從域A到域B的轉(zhuǎn)換可以是0.8V到1.2V，或者1.2V到0.8V。因此，專用的上移電平位移器將不合適。
[0016]因此，本公開提供在寬的輸入/輸出范圍的供給電壓值上以上移和下移電壓位移器二者的身份工作的電壓電平位移器。這樣，當(dāng)始發(fā)電域(輸入電域)的供給電壓可能大于目標(biāo)電域(輸出電域)的供給電壓時，可以采用本文所公開的雙向電壓電平位移器，反之亦然。因此，所公開的雙向電壓電平位移器可以用在不同的電域，其中低電域和較高電域可以改變。供給電壓的改變可以在操作期間是動態(tài)的或者可以針對特定的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)置。無論如何，雙向電壓電平位移器提供通用電路用于在上移和下移這二者的情況下使用。相應(yīng)地，集成電路的設(shè)計和布局被簡化。
[0017]所公開的雙向位移器是低電單軌電平位移器。本公開還提供配置用于上移的低電單軌電壓電平位移器。這樣，除雙向位移器之外，本公開還提供改進(jìn)的上移電平位移器的實施例。
[0018]本文所公開的電壓電平位移器實施例中的每一個都配置為接收來自輸出電域的斷電信號。因此，當(dāng)輸出域斷電時所公開的電壓電平位移器防止或至少降低電流泄漏或DC電流。在所公開的實施例中，防止電流泄漏或DC電流被理解為部分或全部防止。通過降低前述電流泄漏，當(dāng)輸出域斷電時可以獲得節(jié)電效果。
[0019]圖1示出了包括根據(jù)本公開原理所構(gòu)建的電壓電平位移器130的集成電路100的實施例的框圖。集成電路100可以是芯片，諸如處理器或微處理器。在一個實施例中，集成電路100是移動通信設(shè)備的芯片。在另一個實施例中，集成電路100是圖形處理器的塊(或部分)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解集成電路100可以包括附加的部件、接口、連接等，其典型地包括在集成電路中，但未在本公開中示出或進(jìn)行論述。[0020]集成電路100包括輸入電域110、輸出電域120和電壓電平位移器。電壓電平位移器130被具體表不為代表η個電壓電平位移器。輸入電域110和輸出電域120可以是集成電路的常規(guī)功能塊。例如，輸入電域110或輸出電域120可以是集成電路100的處理單元。在圖1中，η個電壓位移器位于輸出電域120內(nèi)。在一些實施例中，η個電壓位移器或電壓位移器中的至少一些可以位于輸入電域110和輸出電域120之間。
[0021]輸入電域110以第一供給電壓操作，本文稱為A_VDD，并且輸出電域120以第二供給電壓操作，本文稱為B_VDD。典型地，第一和第二供電電壓不同并且值可以變化。如上所述，第一和第二供電電壓A_VDD和B_VDD的值的改變可以歸因于針對輸入電域110和輸出電域120的操作范圍內(nèi)的不同域來獲得最佳電力和性能。
[0022]電壓電平位移器130配置為將來自輸入電域110的數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為用于輸出電域120的數(shù)據(jù)信號。因此，電壓電平位移器130配置為將來自輸入電域110的數(shù)據(jù)信號的電壓電平轉(zhuǎn)移為輸出電域120的適用電壓電平。相應(yīng)地，電壓電平位移器130配置為將輸入域110的地電壓(“輸入域地電壓”)轉(zhuǎn)換為輸出域120的地電壓(“輸出域地電壓”)并且將輸入域110的供給電壓A_VDD轉(zhuǎn)換為輸出域120的供給電壓B_VDD。在一個實施例中，電壓電平位移器130在處于第一狀態(tài)時將輸入域110的地電壓轉(zhuǎn)換為輸出域120的地電壓,并在處于第二狀態(tài)時將輸入域110的供給電壓轉(zhuǎn)換為輸出域120的供給電壓。在本文所公開的實施例中，輸入域110和輸出域120的地電壓是公共的地電壓(“GND”或“地”)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解在其他實施例中，輸入域110和輸出域120的地電壓可以是不同的電壓。
[0023]當(dāng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換時，電壓電平位移器130在數(shù)據(jù)信號(即數(shù)據(jù)信號的電壓)從地改變?yōu)锳_VDD時可以被觸發(fā)以從第一狀態(tài)改變?yōu)榈诙顟B(tài)。同樣的，電壓電平位移器130在數(shù)據(jù)信號從A_VDD改變?yōu)榈貢r可以被觸發(fā)以從第二狀態(tài)改變?yōu)榈谝粻顟B(tài)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解第一狀態(tài)和第二狀態(tài)的命名是不隱含順序的任意命名。
[0024]輸入域110和輸出域120內(nèi)的供給電壓可以取決于應(yīng)用和所采用的處理技術(shù)而顯著地變化。用于輸入域Iio和輸出域120的電壓值的示例在典型的處理技術(shù)內(nèi)的范圍為從
0.8V至1.2V。與這些電壓域相符的η型晶體管的閾值電壓可以在200mv至350mv之間，并且用于這些電壓域的P型晶體管的閾值電壓可以在-350mv至-200mv之間。閾值電壓的范圍可以由例如不同設(shè)備Vt類型(例如HVT、SVT、LVT…)、處理變化、溫度改變等所造成。供給電壓的范圍可以由例如對優(yōu)化電力和性能的期望而產(chǎn)生。電壓電平位移器130接收B_VDD作為供給電壓。電壓電平位移器130包括互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)設(shè)備(例如NMOS和PMOS設(shè)備)。
[0025]在一個實施例中，電壓電平位移器130是配置為將數(shù)據(jù)信號的電壓電平進(jìn)行上移和下移這二者的雙向位移器。例如，電壓電平位移器130可以配置為圖4中的電壓電平位移器400。在另一個實施例中，電壓電平位移器130可以配置為僅上移數(shù)據(jù)信號的電壓電平。相應(yīng)地，電壓電平位移器130可以實現(xiàn)為圖2中的電壓電平位移器200。不管實施例如何，所公開的電壓電平位移器通過限制或防止不需要的電流來降低功耗、作為單軌位移器進(jìn)行操作并且采用來自輸出電域的斷電信號。
[0026]電壓電平位移器130包括輸入電路132、轉(zhuǎn)變電路134和輸出電路136。輸入電路132配置為接收來自輸入電域`110的數(shù)據(jù)信號以及來自輸出電域120的斷電信號。數(shù)據(jù)信號可以是與邏輯高或邏輯低信號相對應(yīng)的電壓。這樣，在一個實施例中，數(shù)據(jù)信號是輸入電域110的A_VDD或地電壓。
[0027]斷電信號(圖1中的PD)是指示電壓電平位移器130斷電的、來自輸出電域120的電壓信號。在一個實施例中，從輸出電域120的“斷電管腳”接收斷電信號。集成電路100的中央處理器或控制器可以發(fā)起斷電信號。輸入電路132還配置為接收來自輸入電域110的參考電壓(圖1中的參考)。參考電壓可以是八_乂00或者可以是輸入電路110的地電壓的反轉(zhuǎn)。
[0028]斷電信號和參考電壓不是時序關(guān)鍵的并且可以連接到多個電壓電平位移器，如圖1所指示的。因此，與諸如雙軌電壓位移器的一些常規(guī)電平位移器相比，電壓電平位移器130可以降低需要被路由的信號的數(shù)目。例如，如果存在1000個需要從輸入電域110路由到輸出電域120的數(shù)據(jù)信號(圖1的η是1000)，則需要1000個電壓電平位移器130。相比之下，如果使用雙軌電平位移器，則將需要路由2000個數(shù)據(jù)信號。
[0029]轉(zhuǎn)變電路134耦連到輸入電路132并且配置為接收數(shù)據(jù)信號和斷電信號的反轉(zhuǎn)(即經(jīng)反轉(zhuǎn)斷電信號)。輸出電路136耦連到輸入電路132和轉(zhuǎn)變電路134這二者并且還配置為接收經(jīng)反轉(zhuǎn)斷電信號。輸入電路132、轉(zhuǎn)變電路134和輸出電路136每一個都配置為連接到用作電源的8_￥00。因此，輸入電路132、轉(zhuǎn)變電路134和輸出電路136中的每一個都配置為連接到輸出電域120的單軌輸入并且采用單軌輸入作為電源。
[0030]輸入電路132、轉(zhuǎn)變電路134和輸出電路136每一個都提供從B_VDD到地的路徑。因此，電壓電平位移器130包括開關(guān)，其配置為在電壓電平位移器130的各操作模式期間控制通過這些電路中的每一個的泄漏和DC電流。
[0031]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2，示出了根據(jù)本公開的原理所構(gòu)建的電壓電平位移器200的實施例的示意圖。電壓電平位移器200配置為在集成電路的電域之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信號，集成電路的電域諸如圖1的輸入電域110和輸出電域120。電壓電平位移器200配置為通過上移來轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信號。因此，電壓電平位移器200適用于將來自低電域的數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為用于較高電域的數(shù)據(jù)信號。電壓電平位移器200包括輸入電路210、轉(zhuǎn)變電路220和輸出電路230。圖2中還表示了各節(jié)點和觸點以幫助描述電壓電平位移器的連接和操作。電壓電平位移器200配置為采用由圖2中的B_VDD所代表的輸出電域的供電電壓。相應(yīng)地，輸入電路210、轉(zhuǎn)變電路220和輸出電路230連接到B_VDD。對于電壓電平位移器200，供給電壓B_VDD具有大于輸入電域的供給電壓A_VDD的值。因此，在圖2中，輸入域是低電域并且輸出域是高電域。
[0032]輸入電路210包括串聯(lián)地連接在一起的P型晶體管Pl、p型晶體管P2和η型晶體管NI。Ρ2的源極連接到B_VDD并且漏極連接到Pl的源極。NI的源極連接到數(shù)據(jù)信號A_IN，其是來自電域A的輸入信號。NI的漏極在節(jié)點“a”處連接到Pl的漏極。NI的柵極連接到來自電域A的參考電壓A_HI，電域A是圖2中的低電壓域。域A可以提供A_H1、或地、或域A的低電壓，其之后被反轉(zhuǎn)用于傳遞到NI的柵極。Pl的柵極連接到輸出節(jié)點“b”并且P2的柵極連接到來自域B的斷電控制信號B_PD。
[0033]轉(zhuǎn)變電路220包括串聯(lián)連接的P型晶體管P3和P4以及η型晶體管Ν2和Ν3。Ν3的源極連接到地并且漏極連接到Ν2的源極。Ν2的漏極連接到節(jié)點b并且N2的柵極連接到A_IN。N3的柵極在節(jié)點“c”處連接到來自域B的經(jīng)反轉(zhuǎn)斷電控制信號。P4的柵極連接到A_IN并且P3的柵極連接到節(jié)點a。[0034]輸出電路230包括具有連接到B_VDD的源極和連接到節(jié)點b的漏極的p型晶體管P5。輸出電路230還包括反轉(zhuǎn)器Il和12。反轉(zhuǎn)器Il的輸入連接到節(jié)點b并且在其輸出端提供B_0UT。B_0UT是來自已經(jīng)針對域B被進(jìn)行電壓上移的輸入數(shù)據(jù)信號A_IN的經(jīng)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信號。
[0035]反轉(zhuǎn)器12具有輸入和輸出端。反轉(zhuǎn)器12的輸入端連接到斷電信號B_PD以及輸出端連接到節(jié)點c并且在此處提供經(jīng)反轉(zhuǎn)斷電信號。P5的柵極還在輸出觸頭c處連接到經(jīng)反轉(zhuǎn)斷電信號。
[0036]表1示出了與電壓電平位移器200相關(guān)聯(lián)的各操作模式。
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種電壓電平位移器，包括: 輸入電路，其配置為接收來自輸入電域的數(shù)據(jù)信號和來自輸出電域的斷電信號；以及轉(zhuǎn)變電路，其耦連到所述輸入電路并且配置為接收所述數(shù)據(jù)信號和所述斷電信號的經(jīng)反轉(zhuǎn)信號，其中所述輸入電路和所述轉(zhuǎn)變電路二者都配置為連接到作為電源的所述輸出電域的供給電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的電壓電平位移器，其中所述輸入電路包括開關(guān)，所述開關(guān)配置為接收所述供給電壓以控制其操作。
3.如權(quán)利要求2所述的電壓電平位移器，其中所述電壓電平位移器是雙向電壓位移器。
4.如權(quán)利要求2所述的電壓電平位移器，其中所述開關(guān)被確定位置以控制流經(jīng)所述輸入電路的電流。
5.如權(quán)利要求1所述的電壓電平位移器，其中所述輸入電路包括串聯(lián)耦連到兩個η型晶體管的兩個P型晶體管，其中所述P型晶體管之一的柵極配置為連接到所述斷電信號并且所述η型晶體管之一的柵極配置為連接到所述輸入電域的參考電壓。
6.如權(quán)利要求1所述的電壓電平位移器，其中所述轉(zhuǎn)變電路包括串聯(lián)耦連到兩個η型晶體管的兩個P型晶體管，其中所述P型晶體管之一的柵極和所述η型晶體管的第一者的柵極配置為連接到所述數(shù)據(jù)信號并且所述η型晶體管的第二者的柵極配置為連接到所述經(jīng)反轉(zhuǎn)斷電信號。
7.如權(quán)利要求1所述的電壓電平位移器，其中所述電壓電平位移器是單軌雙向位移器。
8.—種在輸入電域和輸出電域之間轉(zhuǎn)換電壓的方法，包括: 接收來自所述輸入電域的供給電壓， 采用電壓電平位移器將來自所述輸入電域的所述供給電壓轉(zhuǎn)換到所述輸出電域，其中所述電壓電平位移器是單軌雙向位移器。
9.一種裝置，包括: 輸入電域； 輸出電域；以及 單軌電壓電平位移器，其配置為將來自所述輸入電域的數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換到所述輸出電域，所述電壓電平位移器包括: 輸入電路，其配置為接收來自所述輸入電域的所述數(shù)據(jù)信號和來自所述輸出電域的斷電信號；以及 轉(zhuǎn)變電路，其耦連到所述輸入電路并且配置為接收所述數(shù)據(jù)信號和所述斷電信號的經(jīng)反轉(zhuǎn)信號。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述電壓電平位移器進(jìn)一步包括輸出電路，其具有耦連在所述輸出電域的供給電壓和所述電壓電平位移器的輸出節(jié)點之間的P型晶體管，其中所述P型晶體管的柵極配置為連接到所述斷電信號的所述經(jīng)反轉(zhuǎn)信號。
【文檔編號】H03K19/0175GK103684401SQ201310349443
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月25日
【發(fā)明者】林宏國, 揚戈, 張曦, 余佳妮, 龔海燕 申請人:輝達(dá)公司