最近做PD電路時(shí)，需要將數(shù)字的PD信號(hào)（數(shù)字電平0.9V）轉(zhuǎn)化為模擬的VDD（1.2V至1.8V）信號(hào)，所以需要用到一個(gè)電平轉(zhuǎn)化電路，所以看看學(xué)習(xí)了一下什么是電平轉(zhuǎn)化電路。

上圖是簡(jiǎn)單的Level Shifter，其作用是將電平從0～Vin轉(zhuǎn)換到0～VDDH。具體工作原理如下：

當(dāng)Vin為0時(shí)，Vg2為1，M2導(dǎo)通，將M2的D端電壓拉低至0，然后M3導(dǎo)通，將VD充至VDDH，通過(guò)反向器最終輸出0。

當(dāng)Vin為1時(shí)，M1導(dǎo)通，VD被拉至0，通過(guò)反相器最終輸出VDDH。

但是你管子尺寸設(shè)置得不夠好，該電路是沒(méi)法正常工作的。

在剛剛Vin為0時(shí)，給我們的初態(tài)是VD＝VDDH，VDM2=0。不妨從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始分析，假設(shè)此時(shí)來(lái)了一個(gè)高電平Vin：

那么M1導(dǎo)通，VD拉到0。讓我們把這個(gè)過(guò)程放大一萬(wàn)倍，最關(guān)鍵的地方就在VD被拉到0這個(gè)過(guò)程。事實(shí)上，M1導(dǎo)通以后，M3也會(huì)立馬跟著導(dǎo)通，也會(huì)有電流的。如果那這倆都導(dǎo)通都有電流，VD電壓怎么辦？M3的Vgs此時(shí)可一直都很大，一直都是VDDH，之前關(guān)斷是因?yàn)閂DS為0，現(xiàn)在你M1一導(dǎo)通，但凡把VD往下拉一點(diǎn)，使得M3的VDS從0開(kāi)始增大了，他馬上進(jìn)入線(xiàn)性區(qū)。

看mos管關(guān)于vds和id的圖；由圖中可以看出，此時(shí)M3在深線(xiàn)性區(qū)，電流很?。欢鳰1處于飽和區(qū)，電流比較大。正是這兩個(gè)電流的差值，讓VD這個(gè)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電容放電，才使得該點(diǎn)電壓能夠繼續(xù)降低的。隨著這個(gè)放電的繼續(xù)，VD會(huì)越來(lái)越低，根據(jù)上面那個(gè)圖，考慮溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)，M1的Vds越來(lái)越小，M3的Vds越來(lái)越大。這就導(dǎo)致M1電流會(huì)越來(lái)越小，M3電流會(huì)越來(lái)越大，但是M1的電流始終比M3大，這保證了VD這個(gè)點(diǎn)的寄生電容能持續(xù)被放電。

系統(tǒng)會(huì)一直保持這個(gè)狀態(tài)。第二種情況，如果他倆電流還未相等，VD電壓就已經(jīng)比VDDH低了一個(gè)VTHP，那么M4導(dǎo)通，M2漏端拉高，M3關(guān)閉，VD只放不充，很快放到0，然后經(jīng)過(guò)反相器輸出VDDH。

按照常規(guī)理解分析：只要n管的寬長(zhǎng)比比p管大得多，使得n管的VDS足夠小，就能滿(mǎn)足VD的電位越來(lái)越低，使得m4管導(dǎo)通，使得VD電位到達(dá)地。

臨界的寬長(zhǎng)比分析：當(dāng)VD下降到VDDH-VTHP時(shí)；m1的飽和區(qū)電流與m3管在深度線(xiàn)性區(qū)的電流相等；

得到的尺寸比，正好就是我們保證電路能正常工作的最小尺寸比

只要n管的寬長(zhǎng)比比最小尺寸比大，就可以保證VD的電位正常拉低。

審核編輯：黃飛