專利名稱：一種基于相變存儲(chǔ)單元的可編程電平轉(zhuǎn)換器及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路，尤其是涉及一種基于相變存儲(chǔ)單元的可編程電平轉(zhuǎn)換器的集成電路。
背景技術(shù)：
在新一代電子電路設(shè)計(jì)中，隨著低電壓邏輯的引入，系統(tǒng)內(nèi)部常常出現(xiàn)輸入/輸出邏輯不協(xié)調(diào)的問題，從而提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。例如，當(dāng)1.1V的數(shù)字電路與工作在
3.3V的模擬電路進(jìn)行通信時(shí)，需要首先解決兩種電平的轉(zhuǎn)換問題，這時(shí)就需要電平轉(zhuǎn)換器。隨著不同工作電壓的各種集成電路的不斷涌現(xiàn)，芯片集成度的提高，工藝不斷進(jìn)步。邏輯電平轉(zhuǎn)換的必要性更加突出，電平轉(zhuǎn)換方式也將隨邏輯電壓、數(shù)據(jù)總線的形式以及數(shù)據(jù)傳輸速率的不同而改變。現(xiàn)在雖然許多邏輯芯片都能實(shí)現(xiàn)較高的邏輯電平至較低邏輯電平的轉(zhuǎn)換(如將5V電平轉(zhuǎn)換至3V電平)，但極少有邏輯電路芯片能夠?qū)⑤^低的邏輯電平轉(zhuǎn)換成較高的邏輯電平(如將3V邏輯轉(zhuǎn)換至5V邏輯)。另外，電平轉(zhuǎn)換器雖然也可以用晶體管甚至電阻和二極管的組合來實(shí)現(xiàn)，但因受寄生電容的影響，這些方法大大限制了數(shù)據(jù)的傳輸速率。盡管寬字節(jié)的電平轉(zhuǎn)換器已經(jīng)商用化，但是這些器件具有較大的封裝尺寸、較多的引腳數(shù)和I/O方向控制引腳，因而不適合小型串行或外設(shè)接口和更高速率的總線。如果存在多個(gè)電平之間的轉(zhuǎn)換，用這些器件組成的系統(tǒng)復(fù)雜度也會(huì)比較高。并且不具備可編程和集成度高的特點(diǎn)。很多電子系統(tǒng)繼續(xù)向更低的電壓信號(hào)水平轉(zhuǎn)移。這個(gè)發(fā)展潮流背后的動(dòng)力是對(duì)減少功耗的需求以及微處理器功能的增加和速度的提高。更快的整流速度和降低信號(hào)噪聲等方面的進(jìn)步既方便了設(shè)計(jì)者，也向他們提出了新的挑戰(zhàn)。微處理器在向較低的電壓水平進(jìn)軍的過程中一馬當(dāng)先。處理器I/o電壓正從1. 8V轉(zhuǎn)移到1. 5V，而內(nèi)核電壓能夠低于IV。下一代微處理器甚至將采用更低的電壓。外圍設(shè)備組件的電壓雖然也在降低，但水平通常落后于處理器一代左右。電壓降低方面的發(fā)展不均帶來了系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須解決的關(guān)鍵性難題——如何在信號(hào)電平之間進(jìn)行可靠的轉(zhuǎn)換。正確的信號(hào)電平可以保證系統(tǒng)的可靠工作，它們能夠防止敏感的集成電路因過高或者過低的電壓條件而受損。但是通常的電平轉(zhuǎn)換器不具有轉(zhuǎn)換電壓片上連續(xù)可調(diào)以及非揮發(fā)可編程的特點(diǎn)。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中不具備可編程功能、電壓不連續(xù)可調(diào)和集成度不高的缺陷，提出了一種基于相變存儲(chǔ)單元的可編程電平轉(zhuǎn)換器及其實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明集成度高，且具備了可編程、電壓連續(xù)可調(diào)的功能。本發(fā)明中應(yīng)用的相變存儲(chǔ)單元具有非揮發(fā)的存儲(chǔ)功能，即使掉電，仍然可以記錄以前設(shè)定的高低電平的調(diào)節(jié)值，因此電路具有電平連續(xù)可調(diào)，與CMOS工藝兼容，非揮發(fā)和可編程的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種基于相變存儲(chǔ)單元的可編程電平轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述基于相變存儲(chǔ)單元的可編程電平轉(zhuǎn)換器包括電平轉(zhuǎn)換電路與兩個(gè)轉(zhuǎn)換電壓控制電路，所述電平轉(zhuǎn)換電路與轉(zhuǎn)換電壓控制電路串聯(lián)連接；所述轉(zhuǎn)換電壓控制電路控制輸出至所述電平轉(zhuǎn)換電路的高低電平；所述電平轉(zhuǎn)換電路通過輸入信號(hào)與所述轉(zhuǎn)換電壓控制電路實(shí)現(xiàn)高低電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換及輸出電平的控制。其中，所述電平轉(zhuǎn)換電路包括兩個(gè)NMOS晶體管、兩個(gè)PMOS晶體管、反相器、低壓信號(hào)輸入端與兩個(gè)輸出端。所述NMOS晶體管的源極與所述轉(zhuǎn)換電壓控制電路連接，所述NMOS晶體管的柵極與所述低壓信號(hào)輸入端連接，所述NMOS晶體管的柵極通過所述反相器與所述低壓信號(hào)輸入端連接，所述NMOS晶體管的漏極與所述輸出端連接，所述NMOS晶體管的漏極與所述輸出端連接。所述PMOS晶體管的源極與所述轉(zhuǎn)換電壓控制電路連接，所述PMOS晶體管的漏極與所述輸出端連接；所述PMOS晶體管的柵極與所述輸出端連接，所述PMOS晶體管的漏極與所述輸出端連接。其中，所述轉(zhuǎn)換電壓控制電路包括相變存儲(chǔ)單元、NMOS晶體管與信號(hào)輸入端；所述相變存儲(chǔ)單元的一端與電源連接，另一端與所述NMOS晶體管的漏極連接；所述NMOS晶體管的源極接地，所述NMOS晶體管的漏極與所述電平轉(zhuǎn)換電路連接，所述NMOS晶體管的柵極與所述信號(hào)輸入端連接。其中，所述相變存儲(chǔ)單元也可以用快速閃存(FLASH) /電可擦只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元來替換。其中,所述相變存儲(chǔ)單元的材料包括鍺鋪締、娃鋪締、招鋪締。其中，所述NMOS晶體管可以用PMOS晶體管代替。本發(fā)明還提出一種基于相變存儲(chǔ)單元的可編程電平轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟
步驟一，通過控制所述轉(zhuǎn)換電壓控制電路中的所述NMOS晶體管的柵極，調(diào)節(jié)所述相變存儲(chǔ)單元的電流，控制所述相變存儲(chǔ)單元的電阻值的大小；
步驟二，控制所述電平轉(zhuǎn)換電路中的低壓信號(hào)輸入端的邏輯信號(hào)，調(diào)節(jié)所述輸出端的高低電平輸出。其中，所述步驟二中，在所述電平轉(zhuǎn)換電路中，所述低壓信號(hào)輸入端的邏輯信號(hào)為I時(shí)，所述NMOS晶體管導(dǎo)通，所述NMOS晶體管截止，所述PMOS晶體管導(dǎo)通，所述PMOS晶體管截止，所述輸出端輸出低電平，所述輸出端輸出高電平；所述低壓信號(hào)輸入端的邏輯信號(hào)為0時(shí)，所述NMOS晶體管截止，所述NMOS晶體管導(dǎo)通，所述PMOS晶體管截止，所述PMOS晶體管導(dǎo)通，所述輸出端輸出高電平，所述輸出端輸出低電平。本發(fā)明是在電路中通過改變相變存儲(chǔ)單元的電阻狀態(tài)來得到目標(biāo)轉(zhuǎn)換電平，它包括一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路和兩個(gè)轉(zhuǎn)換電壓控制電路。電平轉(zhuǎn)換電路可實(shí)現(xiàn)輸入低電壓信號(hào)到輸出高電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換電壓控制電路可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)高低電平的控制。相變存儲(chǔ)單元的阻值可以通過施加不同大小的電流脈沖來調(diào)節(jié)，從而獲得輸出高低電平的連續(xù)可調(diào)。此外相變存儲(chǔ)單元具有非揮發(fā)的存儲(chǔ)功能，即使掉電，仍然可以記錄以前設(shè)定的高低電平的調(diào)節(jié)值，因此電路具有電平連續(xù)可調(diào)，與CMOS工藝兼容，非揮發(fā)和可編程的特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明基于相變存儲(chǔ)單元的可編程電平轉(zhuǎn)換器及其實(shí)現(xiàn)方法中實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合以下具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不局限于以下實(shí)施例。在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點(diǎn)都被包括在本發(fā)明中，并且以所附的權(quán)利要求書為保護(hù)范圍。如圖1，2-NM0S晶體管，4- NMOS晶體管，6-PM0S晶體管，8- PMOS晶體管，10-反相器，12- NMOS晶體管，14- NMOS晶體管，16-轉(zhuǎn)換電壓控制電路，18-轉(zhuǎn)換電壓控制電路，20-電平轉(zhuǎn)換電路,24-低壓信號(hào)輸入端,26-信號(hào)輸入端，28-信號(hào)輸入端，30-輸出端，32-輸出端，34-相變存儲(chǔ)單元，36-相變存儲(chǔ)單元，38-高壓電源，39-低壓電源，40-接地。本實(shí)施例提供了一種基于相變存儲(chǔ)單元的可編程電平轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)電路。其中，相變存儲(chǔ)單元34、36所連接的電源包括高壓電源38和低壓電源39.如圖1所示，本發(fā)明包括一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路20，兩個(gè)轉(zhuǎn)換電壓控制電路16、18。電平轉(zhuǎn)換電路20由NMOS晶體管2、NMOS晶體管4、PM0S晶體管6和PMOS晶體管8組成。轉(zhuǎn)換電壓控制電路18由NMOS晶體管12和相變存儲(chǔ)單元34組成。相變存儲(chǔ)單元34的一端與NMOS晶體管12的漏極連接，另一端與高壓電源38連接。NMOS晶體管12的漏極連接PMOS晶體管6、8的源極，NMOS晶體管12的源極接地40，柵極連接信號(hào)輸入端28。轉(zhuǎn)換電壓控制電路16包括NMOS晶體管14、相變存儲(chǔ)單元36、信號(hào)輸入端26。相變存儲(chǔ)單元36的一端連接NMOS晶體管14的漏極，另一端連接低壓電源39，NMOS晶體管14的漏極與NMOS晶體管2、4的源極連接，源極接地40，柵極與輸入信號(hào)26連接。低壓信號(hào)輸入端24輸入到晶體管2的柵極和反相器10，10的輸出端連接到晶體管4的柵極。反相器10的電源為低壓電源。晶體管4的漏極連接到PMOS晶體管8的柵極和PMOS晶體管6的漏極以及輸出端32，NMOS晶體管2的漏極連接到PMOS晶體管6的柵極和PMOS晶體管8的漏極以及輸出端30。PMOS晶體管6的源極和PMOS晶體管8的源極連接。NMOS晶體管4的源極連接NMOS晶體管2的源極。對(duì)于轉(zhuǎn)化電壓控制電路18和16是由相變存儲(chǔ)單元和NM0SNM0S晶體管組成，通過控制相變存儲(chǔ)器單元的電阻值及NMOS晶體管12、14的柵電壓，轉(zhuǎn)換電壓控制電路16、18可以達(dá)到NMOS晶體管2、4、6、8的導(dǎo)通電壓，進(jìn)而控制輸出端30、32的電壓。相變存儲(chǔ)單元也可以用快速閃存(FLASH)/電可擦只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元來替換，實(shí)現(xiàn)相同的功能。表I歸納了上述工作狀態(tài)時(shí)實(shí)施例中各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和元件的狀態(tài)。如表I所示，當(dāng)?shù)蛪盒盘?hào)輸入端24輸入低壓的邏輯信號(hào)“ I ”使NMOS晶體管2導(dǎo)通，NMOS晶體管4截止，則輸出端30輸出低電平，其電壓值受轉(zhuǎn)換電壓控制電路16控制，輸出的低電平使PMOS晶體管6導(dǎo)通，輸出端32輸出高電平，其電壓值受轉(zhuǎn)換電壓控制電路18控制，此時(shí)PMOS晶體管8截止。當(dāng)?shù)蛪盒盘?hào)輸入端24輸入的邏輯信號(hào)“0”使NMOS晶體管2截止。經(jīng)過反相器10后，使NMOS晶體管4導(dǎo)通，則輸出端32輸出低電平，其電壓值受轉(zhuǎn)換電壓控制電路16控制，輸出的低電平使PMOS晶體管8導(dǎo)通，輸出端30輸出高電平，其電壓值受轉(zhuǎn)換電壓控制電路18控制，此時(shí)PMOS晶體管6截止。輸出端30、32的高電平是由相變存儲(chǔ)單元34的阻值和晶體管12的阻值分壓決定的。信號(hào)輸入端28的輸入信號(hào)可以調(diào)節(jié)NMOS晶體管12的導(dǎo)通狀態(tài)，同樣輸出端30、32的低電平是由相變存儲(chǔ)單元36和NMOS晶體管14決定的。轉(zhuǎn)換電壓控制電路16、18中相變存儲(chǔ)單元34、36具有可編程的功能，對(duì)于相變存儲(chǔ)單元34的編程，可以通過控制NMOS晶體管12的柵極來實(shí)現(xiàn)，即給予一個(gè)脈沖信號(hào)來控制通過相變存儲(chǔ)單元的編程電流，進(jìn)而控制其編程電阻值的大小。對(duì)于相變存儲(chǔ)單元36的編程，可以通過控制NMOS晶體管14的柵極來實(shí)現(xiàn)，即給予一個(gè)脈沖信號(hào)來控制通過相變存儲(chǔ)單元來編程電流，進(jìn)而控制其編程電阻值的大小。編程時(shí)，電平轉(zhuǎn)換電路16、20沒有直流通路，低壓信號(hào)輸入端24可以是0也可以是1。由于相變材料的特性，相變存儲(chǔ)單元34、36具有反復(fù)編程和保存電阻狀態(tài)的能力，即輸出端30、32的輸出高低電平可根據(jù)不同時(shí)刻的不同要求進(jìn)行編程，而且其編程電阻值在系統(tǒng)掉電后仍然可以被保存。
權(quán)利要求
1.一種基于相變存儲(chǔ)單元的可編程電平轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述基于相變存儲(chǔ)單元的可編程電平轉(zhuǎn)換器包括電平轉(zhuǎn)換電路(20)與兩個(gè)轉(zhuǎn)換電壓控制電路(16、18)，所述電平轉(zhuǎn)換電路(20)與轉(zhuǎn)換電壓控制電路(16、18)串聯(lián)連接；所述轉(zhuǎn)換電壓控制電路(16、18)控制輸出至所述電平轉(zhuǎn)換電路(20)的高低電平；所述電平轉(zhuǎn)換電路(20)通過輸入信號(hào)與所述轉(zhuǎn)換電壓控制電路(16、18 )實(shí)現(xiàn)高低電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換及輸出電平的控制。
2.如權(quán)利要求1所述基于相變存儲(chǔ)單元的可編程電平轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述電平轉(zhuǎn)換電路(20 )包括兩個(gè)NMOS晶體管(2、4 )、兩個(gè)PMOS晶體管(6、8 )、反相器(10 )、低壓信號(hào)輸入端(24)與兩個(gè)輸出端(30、32)； 所述NMOS晶體管(2、4)的源極與所述轉(zhuǎn)換電壓控制電路(16)連接，所述NMOS晶體管(2)的柵極與所述低壓信號(hào)輸入端(24)連接，所述NMOS晶體管(4)的柵極通過所述反相器(10)與所述低壓信號(hào)輸入端(24)連接，所述NMOS晶體管(2)的漏極與所述輸出端(30)連接，所述NMOS晶體管(4)的漏極與所述輸出端(32)連接； 所述PMOS晶體管(6、8)的源極與所述轉(zhuǎn)換電壓控制電路(18)連接，所述PMOS晶體管(6)的柵極與所述輸出端(30)連接，所述PMOS晶體管(6)的漏極與所述輸出端(32)連接；所述PMOS晶體管(8)的柵極與所述輸出端(32)連接，所述PMOS晶體管(8)的漏極與所述輸出端(30)連接。
3.如權(quán)利要求1所述基于相變存儲(chǔ)單元的可編程電平轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換電壓控制電路(16、18)包括相變存儲(chǔ)單元(36、34)、NM0S晶體管(14、12)與信號(hào)輸入端(26、28);所述相變存儲(chǔ)單元(36、34)的一端與電源連接，另一端與所述NMOS晶體管(14、12)的漏極連接；所述NMOS晶體管(14、12)的源極接地，所述NMOS晶體管(14、12)的漏極與所述電平轉(zhuǎn)換電路(20)連接，所述NMOS晶體管(14、12)的柵極與所述信號(hào)輸入端(26、28)連接。
4.如權(quán)利要求3所述基于相變存儲(chǔ)單元的可編程電平轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述相變存儲(chǔ)單元(36、34)也可以用快速閃存、電可擦只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元來替換。
5. 如權(quán)利要求3所述基于相變存儲(chǔ)單元的可編程電平轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述相變存儲(chǔ)單元(36、34 )的材料包括鍺鋪締、娃鋪締、招鋪締。
6.如權(quán)利要求3所述的基于相變存儲(chǔ)單元的可編程電平轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述NMOS晶體管(12、14)也可以用PMOS晶體管。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的基于相變存儲(chǔ)單元的可編程電平轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一，通過控制所述轉(zhuǎn)換電壓控制電路(16、18)中的所述NMOS晶體管(12、14)的柵極，調(diào)節(jié)所述相變存儲(chǔ)單元(34、36)的電流，控制所述相變存儲(chǔ)單元(34、36)的電阻值的大小; 步驟二，控制所述電平轉(zhuǎn)換電路(20)中的低壓信號(hào)輸入端(24)的邏輯信號(hào)，調(diào)節(jié)所述輸出端(30、32)的高低電平輸出。
8.如權(quán)利要求7所述基于相變存儲(chǔ)單元的可編程電平轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟二中，在所述電平轉(zhuǎn)換電路(20)中，所述低壓信號(hào)輸入端(24)的邏輯信號(hào)為I時(shí)，所述NMOS晶體管(2)導(dǎo)通，所述NMOS晶體管(4)截止，所述PMOS晶體管(6)導(dǎo)通，所述PMOS晶體管(8)截止，所述輸出端(30)輸出低電平，所述輸出端(32)輸出高電平；所述低壓信號(hào)輸入端(24)的邏輯信號(hào)為0時(shí)，所述NMOS晶體管(2)截止，所述NMOS晶體管(4)導(dǎo)通， 所述PMOS晶體管(6 )截止，所述PMOS晶體管(8 )導(dǎo)通，所述輸出端(30 )輸出高電平，所述輸出端(32)輸出低電平。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于相變存儲(chǔ)單元的可編程電平轉(zhuǎn)換器及其實(shí)現(xiàn)方法，所述基于相變存儲(chǔ)單元的可編程電平轉(zhuǎn)換器包括電平轉(zhuǎn)換電路與兩個(gè)轉(zhuǎn)換電壓控制電路，所述電平轉(zhuǎn)換電路與轉(zhuǎn)換電壓控制電路串聯(lián)連接；所述轉(zhuǎn)換電壓控制電路控制輸出至所述電平轉(zhuǎn)換電路的高低電平；所述電平轉(zhuǎn)換電路通過輸入信號(hào)與所述轉(zhuǎn)換電壓控制電路實(shí)現(xiàn)高低電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換及輸出電平的控制。本發(fā)明集成度高，且具備了可編程、電壓連續(xù)可調(diào)的功能。
文檔編號(hào)G11C16/06GK103065680SQ20111031995
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者亢勇, 陳邦明 申請(qǐng)人:上海新儲(chǔ)集成電路有限公司