可切换工作点的高性能施密特触发器及切换工作点方法
阅读说明：本技术 可切换工作点的高性能施密特触发器及切换工作点方法 (High-performance Schmitt trigger capable of switching working points and working point switching method ) 是由 刘天奇 蔡小五 杨广文 甘霖 李博 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供的可切换工作点的高性能施密特触发器,涉及半导体集成电路设计领域,包括正向阈值调节模块、负向阈值调节模块和选通信息号模块,通过选通信号模块,能够在两种工作点之间的切换,既能够保证电路的多信号兼容能力,也能够保证在各个工作点保持良好的抗干噪声扰能力。(The invention provides a high-performance Schmitt trigger capable of switching working points, which relates to the field of semiconductor integrated circuit design and comprises a positive threshold adjusting module, a negative threshold adjusting module and a gating information signal module.)
技术领域
本发明涉及半导体集成电路设计领域，尤其涉及可切换工作点的高性能施密特触发器。
背景技术
施密特触发器对输入信号具有双向的迟滞特性，分别对应正向的阈值电压和负向的阈值电压，其输出结果为输入信号的反相。当输入信号从低电平到高电平上升时，只有电压值大于正向阈值电压，输出才会从高电平反相为低电平；当输入信号从高电平到低电平下降时，只有电压值小于负向阈值电压，输出才会从低电平反相为高电平。由于正负阈值电压的存在，使施密特触发器具备优良的抗噪声干扰能力，因此被广泛的应用在各种接口电路中。
现有技术中的施密特触发器如图1所示，一般由三个PMOS晶体管与三个NMOS晶体管连接而成，通过简单调节MN-2与MN-3晶体管的宽长比即可调节正向阈值电压的值，通过调节MP-1、MP-3、MN-2与MN-3则可以调节负向阈值电压的值。针对特定电平的输入信号，利用以上方法，一般都可以获得理想的高低电平抗噪声干扰能力。
然而在一些应用场景中，集成电路产品常常被要求一颗芯片的输入信号能够兼容多个电平的情况，比如高压功率驱动电路的输入信号多要求兼容3.3V/5.0V，这样产品便能够被更加广泛的应用。利用图1所示的施密特触发器电路结构，研发人员可以将正负阈值电压调到低压信号的工作范围内，这样对于高压信号也是可以工作的，以此便获得了多信号的兼容性。然而，这种兼容性是以牺牲高压信号下的抗噪声干扰能力为代价的。施密特触发器工作在高压信号下，其负阈值电压完全可以适当高于低压信号的值，以便获得优良的抗噪声干扰能力。对于现有技术中的施密特电路结构，如果想要适当增加高压信号工作条件下的抗干扰能力，一般都会适当增大其正负阈值电压，然而过大的正向阈值电压将会大大降低低压信号工作条件下的抗噪声干扰能力。从而导致现有技术中的施密特触发器，当其晶体管参数确定后，电路的工作点一般只能有一个，即使能够兼容两个工作点，也是以牺牲部分工作点的抗噪声干扰能力获得的。
发明内容
本发明提供的可切换工作点的高性能施密特触发器，以解决现有技术的施密特电路难以完美兼容两个工作点的问题，让电路能够兼容两个工作点，在两个工作点均能够获得极佳的抗噪声干扰能力。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
本发明提供的可切换工作点的高性能施密特触发器，包括第一PMOS、第二PMOS、第三PMOS、第一NMOS、第二NMOS、第三NMOS、输入端、输出端、电源；所述第一PMOS的源极连接电源；所述第二PMOS的源极分别与所述第一PMOS的漏极、第三PMOS的源极连接；所述第二PMOS的漏极连接第一NMOS的漏极；所述第一NMOS的源极分别与所述第二NMOS的漏极、第三NMOS的源极连接；所述第二NMOS的源极接地；输入端与所述第一PMOS的栅极、所述第二PMOS的栅极、所述第一NMOS的栅极、所述第二NMOS的栅极连接；输出端与所述第二PMOS的漏极、所述第二NMOS的漏极、所述第三PMOS的栅极、所述第三NMOS的栅极连接；包括正向阈值调节模块、负向阈值调节模块和选通信息号模块；所述正向阈值调节模块包括第四NMOS和第五NMOS；所述第三NMOS的漏端与所述第四NMOS的源极、所述第五NMOS的源极连接；所述第四NMOS的漏极与所述第五NMOS的漏极分别与所述电源连接；所述第四NMOS的栅极与所述输出端相连；所述负向阈值调节模块包括第四PMOS和第六NMOS；所述第三PMOS的漏极与所述第四PMOS的源极、所述第六NMOS的源极连接；所述第四PMOS的漏极与所述第六NMOS的漏极分别接地；所述第四PMOS的栅极与所述输出端相连；所述第五NMOS的栅极、所述第六NMOS的栅极分别与所述选通信号模块相连；所述选通信号模块可切换第五NMOS、所述第六NMOS的导通，所述第五NMOS与所述第六NMOS同时只有一个导通。
本发明提供的可切换工作点的高性能施密特触发器，优选地，包括辅助调节模块；所述辅助调节模块包括第七NMOS；所述第七NMOS的漏极与所述第二NMOS的漏极连接；所述第七NMOS的源极与所述第二NMOS的源极连接；所述第七NMOS的栅极与所述选通信号模块连接；所述选通信号模块可使第七NMOS导通，所述第六NMOS与所述第七NMOS同时导通。
本发明提供的可切换工作点的高性能施密特触发器，优选地，还包括第零NMOS；所述第一NMOS的源极与所述第二NMOS的漏极通过所述第零NMOS连接；所述第二NMOS的漏极与所述第零NMOS的源极连接；所述第一NMOS的源极与所述第零NMOS的漏极连接。
本发明提供的可切换工作点的高性能施密特触发器，优选地，还包括第零PMOS；所述第二PMOS的源极与所述第一PMOS的漏极通过所述第零PMOS连接；所述第零PMOS的源极与所述第一PMOS的漏极连接；所述第零PMOS的漏极与所述第二PMOS的源极连接。
本发明提供的可切换工作点的高性能施密特触发器，优选地，其特征在于，所述选通信号模块包括选通信号端、第五PMOS和第八NMOS；所述第六NMOS的栅极、所述第七NMOS的栅极分别与所述选通信号端连接；所述第五PMOS的源端与所述电源连接；所述第五PMOS的漏端分别与所述第五NMOS的栅极、所述第八NMOS的漏极连接；所述第八NMOS的源极接地；所述第五PMOS的栅极、所述第八NMOS的栅极分别与所述选通信号端连接。
本发明提供的可切换工作点的高性能施密特触发器，优选地，通过选通信号模块使第六NMOS断开、第五NMOS导通，进入高电压工作点；通过选通信号模块使第五NMOS断开、第六NMOS导通，进入低电压工作点。
本发明提供的可切换工作点的高性能施密特触发器，优选地，所述“通过选通信号模块使第六NMOS断开、第五NMOS导通，进入高电压工作点”具体为，通过选通信号模块使第六NMOS断开、第七NMOS断开、第五NMOS导通，进入高电压工作点；所述“通过选通信号模块使第五NMOS断开、第六NMOS导通，进入低电压工作点”具体为，通过选通信号模块使第五NMOS断开、第六NMOS导通、第七NMOS导通，进入低电压工作点。
本发明具有如下优点：
本发明提供的可切换工作点的高性能施密特触发器，包括第一PMOS、第二PMOS、第三PMOS、第一NMOS、第二NMOS、第三NMOS、输入端、输出端、电源；所述第一PMOS的源极连接电源；所述第二PMOS的源极分别与所述第一PMOS的漏极、第三PMOS的源极连接；所述第二PMOS的漏极连接第一NMOS的漏极；所述第一NMOS的源极分别与所述第二NMOS的漏极、第三NMOS的源极连接；所述第二NMOS的源极接地；输入端与所述第一PMOS的栅极、所述第二PMOS的栅极、所述第一NMOS的栅极、所述第二NMOS的栅极连接；输出端与所述第二PMOS的漏极、所述第二NMOS的漏极、所述第三PMOS的栅极、所述第三NMOS的栅极连接；包括正向阈值调节模块、负向阈值调节模块和选通信息号模块；所述正向阈值调节模块包括第四NMOS和第五NMOS；所述第三NMOS的漏端与所述第四NMOS的源极、所述第五NMOS的源极连接；所述第四NMOS的漏极与所述第五NMOS的漏极分别与所述电源连接；所述第四NMOS的栅极与所述输出端相连；所述负向阈值调节模块包括第四PMOS和第六NMOS；所述第三PMOS的漏极与所述第四PMOS的源极、所述第六NMOS的源极连接；所述第四PMOS的漏极与所述第六NMOS的漏极分别接地；所述第四PMOS的栅极与所述输出端相连；所述第五NMOS的栅极、所述第六NMOS的栅极分别与所述选通信号模块相连；所述选通信号模块可切换第五NMOS、所述第六NMOS的导通，所述第五NMOS与所述第六NMOS同时只有一个导通。本发明可以通过选通信号模块切换第五NMOS与第六NMOS的通断，以完成在两种工作点之间的切换，既能够保证电路的多信号兼容能力，也能够保证在各个工作点保持良好的抗噪声干扰能力。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1是现有技术中的施密特触发器的电路示意图；
图2是本发明实施例1提供的一种可切换工作点的高性能施密特触发器的电路示意图；
图3是本发明实施例1提供的另一种可切换工作点的高性能施密特触发器的电路示意图；
图4是本发明实施例1提供的另一种可切换工作点的高性能施密特触发器的电路示意图；
图5是本发明实施例1提供的可切换工作点的高性能施密特触发器在高电压工作点的特征曲线示意图；
图6是本发明实施例1提供的可切换工作点的高性能施密特触发器在低电压工作点的特征曲线示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要注意的是，本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。
如图2所示，本发明实施例1提供的一种可切换工作点的高性能施密特触发器，包括第一PMOS、第二PMOS、第三PMOS、第一NMOS、第二NMOS、第三NMOS、输入端、输出端、电源；第一PMOS的源极连接电源；第二PMOS的源极分别与第一PMOS的漏极、第三PMOS的源极连接；第二PMOS的漏极连接第一NMOS的漏极；第一NMOS的源极分别与第二NMOS的漏极、第三NMOS的源极连接；第二NMOS的源极接地；输入端与第一PMOS的栅极、第二PMOS的栅极、第一NMOS的栅极、第二NMOS的栅极连接；输出端与第二PMOS的漏极、第二NMOS的漏极、第三PMOS的栅极、第三NMOS的栅极连接；包括正向阈值调节模块、负向阈值调节模块和选通信息号模块；正向阈值调节模块包括第四NMOS和第五NMOS；第三NMOS的漏端与第四NMOS的源极、第五NMOS的源极连接；第四NMOS的漏极与第五NMOS的漏极分别与电源连接；第四NMOS的栅极与输出端相连；所述负向阈值调节模块包括第四PMOS和第六NMOS；第三PMOS的漏极与第四PMOS的源极、第六NMOS的源极连接；第四PMOS的漏极与第六NMOS的漏极分别接地；第四PMOS的栅极与输出端相连；第五NMOS的栅极、第六NMOS的栅极分别与选通信号模块相连；选通信号模块可切换第五NMOS、第六NMOS的导通，第五NMOS与第六NMOS同时只有一个导通。
在本实施例中，高电压工作点的输入端IN的输入信号高电平为V等于电源VDD电平(如5V逻辑信号)，输入信号低电平等于电源地VSS电平。通过选通信号模块使第六NMOS断开、第五NMOS导通，进入高电压工作点。进入高压工作点后，可以对正阈值电压及负阈值电压进行调节，以获得良好的抗噪声干扰能力。正阈值电压调节：主要通过调整第三NMOS的参数进行调节，并且可以通过第四NMOS、第五NMOS、第二NMOS进行辅助调节。负阈值电压调节：主要通过调整第四PMOS的参数进行调节，并且可以通过第三PMOS、第二NMOS进行辅助调节。通过上述调节方法，可以将正阈值电压VTH1+和负阈值电压VTH1-关于VDD/2保持对称分布(如图5所示)，进而获得高压工作点良好的抗噪声干扰能力。
在本实施例中，低压工作点的输入端IN的输入信号电平为V′(如3.3V逻辑信号)，其中V′<电源VDD，输入信号低电平等于电源地VSS电平。通过选通信号模块使第五NMOS断开、第六NMOS导通，进入低电压工作点。进入低压工作点后，可以对正阈值电压及负阈值电压进行调节，以获得良好的抗噪声干扰能力。正阈值电压调节：主要通过调整第四NMOS的参数进行调节，并通过第三NMOS进行辅助调节。负阈值电压调节：主要通过调整第三PMOS的参数进行调节。通过上述调节方法可以将正阈值电压VTH2+和负阈值电压VTH2-关于V′/2保持对称分布(如图6所示)，进而获得低压工作点良好的抗噪声干扰能力。
因此，通过上述电路结构，可以通过选通信号模块切换第五NMOS与第六NMOS的通断，以完成在两种工作点之间的切换，既能够保证电路的多信号兼容能力，也能够保证在各个工作点保持良好的抗噪声干扰能力。
如图3所示，本实施例中包括辅助调节模块；所述辅助调节模块包括第七NMOS；第七NMOS的漏极与第二NMOS的漏极连接；第七NMOS的源极与第二NMOS的源极连接；第七NMOS的栅极与选通信号模块连接；选通信号模块可使第七NMOS导通，第六NMOS与第七NMOS同时导通。当本实施例提供的可切换工作点的高性能施密特触发器进入低压工作点时，此时第七NMOS导通，在进行负阈值电压调节时，可以通过调节第七NMOS的参数来辅助调节。
如4图所示，本实施例中还包括第零NMOS、第零PMOS；所述第一NMOS的源极与第二NMOS的漏极通过第零NMOS连接；第二NMOS的漏极与第零NMOS的源极连接；第一NMOS的源极与第零NMOS的漏极连接。第二PMOS的源极与第一PMOS的漏极通过第零PMOS连接；第零PMOS的源极与第一PMOS的漏极连接；第零PMOS的漏极与第二PMOS的源极连接。通过添加第零PMOS与第零NMOS，可以使两种工作点的正负阈值均处在合理的范围内，使电路参数调节更容易折中到预期的状态。
本实施例中选通信号模块包括选通信号端、第五PMOS和第八NMOS；第六NMOS的栅极、第七NMOS的栅极分别与选通信号端连接；第五PMOS的源端与所述电源连接；第五PMOS的漏端分别与第五NMOS的栅极、第八NMOS的漏极连接；第八NMOS的源极接地；第五PMOS的栅极、第八NMOS的栅极分别与选通信号端连接。通过使得选通信号端S处于低电平，第六NMOS的与第七NMOS断开，第五NMOS导通，本实施例提供的高性能施密特触发器进入高电压工作点；通过切换选通信号端S处于高电平，第六NMOS的与第七NMOS导通，第五NMOS断开，本实施例提供的高性能施密特触发器进入低电压工作点。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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