电平转换电路及脑机接口模拟前端装置

专利2025-04-13  8


本发明涉及电平转换领域,尤其是涉及一种电平转换电路及脑机接口模拟前端装置。


背景技术:

1、目前,脑机接口(bci)技术正在迅速发展,芯片设计的工艺不断更新优化,低压低功耗设计在脑机接口中应用的越来越广泛,脑机接口模拟前端的设计趋向于具有更低功耗的数字化结构,而电平转换电路作为数字化结构中低压转变成高电压中的一个关键,也在不断演进和改进。

2、最初,简单的二极管和电阻被用来实现电平转换,这种电路简单但效率不高,且可能引入较大的信号损失。随着半导体技术的发展,尤其是mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)的广泛应用,电平转换电路变得更加高效和可靠。mosfet具有高速开关特性、低功耗、高输入阻抗和低驱动功率等优点,因此在电平转换电路中得到了广泛应用。mosfet电平转换电路能够实现快速、准确的电平转换,同时减小了信号损失和噪声干扰。现有的电平转换电路如图1所示,该电路一般应用在1.8v-3.3v之间的较高电压。脑机接口模拟前端中的电源电压一般为1v左右,现有的电平转换电路在应用1v这种低压设计中会出现错误转换的情况,这是由于转换前的电压太低而导致无法正确转换,而且在转换速度上也相对较慢,输入频率较高的低压方波时转换延时较高,这就会增加系统延时,严重影响了脑机接口模拟前端的性能。而且需要双端输入才能正常工作,应用条件比较高,还有一些电平转换电路结构较为复杂,电路功耗较高,不适用于脑机接口模拟前端。具有低功耗、输入电压更低,转换速度更宽是需要解决的关键问题。


技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种适用于更低电压,转换准确度更高且功耗更低的电平转换电路及脑机接口模拟前端装置。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:

3、根据本发明的第一方面,提供了一种电平转换电路,包括用于输入低压脉冲信号的输入端、低压反向部分、反相器和输出端;

4、所述低压反向部分包括第一mos管、第二mos管和第三mos管,所述第一mos管为低阈值nmos管,第二mos管为正常阈值pmos管,第三mos管为正常阈值nmos管;所述第一mos管的栅极和第二mos管的栅极连通后接至输入端,所述第三mos管的栅极和漏极接入电源,所述第三mos管的源极接至第二mos管的源极,所述第一mos管的漏极接地,所述第二mos管的漏极和第三mos管的漏极接通后引出作为低压反向部分的输出;

5、所述反相器将低压反向部分的输出转换回与输入低压脉冲信号相同频率但幅值不同的脉冲信号给输出端。

6、优选地,所述反相器包括第四mos管和第五mos管,所述第四mos管为正常阈值nmos管,所述第五mos管为正常阈值pmos管;

7、所述低压反向部分的输出接至第四mos管和第五mos管的栅极,所述第五mos管的源极接入电源,所述四mos管的源极接地,所述第四mos管的漏极和第五mos管的漏极接通后引出接至输出端。

8、优选地,所述第一mos管、第二mos管、第三mos管、第四mos管和第五mos管均采用smic180nmbcd工艺中的1.8v器件低压低功耗设计所得。

9、优选地,所述低阈值nmos管的阈值电压为0.3v。

10、优选地,所述输入端输入的低压脉冲信号,其高电平在0.3-0.5v之间。

11、优选地,所述电平转换电路为单端输入结构。

12、优选地,所述低压反向部分将低压脉冲信号中电压值为0的信号转换为电源电压,将低压脉冲中的高电平被转换为0。

13、优选地,所述电源电压为1v。

14、优选地,所述正常阈值pmos管、正常阈值nmos管的阈值电压为0.45v。

15、根据本发明的第二方面,提供了一种脑机接口模拟前端装置,所述脑机接口模拟前端装置中搭载有任一项上述的电平转换电路。

16、与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:

17、1)在低压反向部分的nmos采用低阈值电压的nmos,阈值电压在0.3v左右,比常规nmos阈值电压更低,输入信号的高电平在0.3-0.5v之间,能够使低阈值电压nmos导通,从而使输入拉到低电平,因此能够应用于更低电压,转换准确度更高。

18、2)采用更简单的电路结构,且应用的电源电压为1v,与常用的1.8v相比更低,因此功耗更低。

19、3)在电路结构上改进了现有双端输入结构,单端输入就能工作,应用条件更加宽松。



技术特征:

1.一种电平转换电路,其特征在于,包括用于输入低压脉冲信号的输入端、低压反向部分、反相器和输出端;

2.根据权利要求1所述的一种电平转换电路,其特征在于,所述反相器包括第四mos管和第五mos管,所述第四mos管为正常阈值nmos管,所述第五mos管为正常阈值pmos管;

3.根据权利要求2所述的一种电平转换电路,其特征在于,所述第一mos管、第二mos管、第三mos管、第四mos管和第五mos管均采用smic180nmbcd工艺中的1.8v器件低压低功耗设计所得。

4.根据权利要求1所述的一种电平转换电路,其特征在于,所述低阈值nmos管的阈值电压为0.3v。

5.根据权利要求1所述的一种电平转换电路,其特征在于,所述输入端输入的低压脉冲信号,其高电平在0.3-0.5v之间。

6.根据权利要求1所述的一种电平转换电路,其特征在于,所述电平转换电路为单端输入结构。

7.根据权利要求1所述的一种电平转换电路,其特征在于,所述低压反向部分将低压脉冲信号中电压值为0的信号转换为电源电压,将低压脉冲中的高电平被转换为0。

8.根据权利要求1所述的一种电平转换电路,其特征在于,所述电源电压为1v。

9.根据权利要求1所述的一种电平转换电路,其特征在于,所述正常阈值pmos管、正常阈值nmos管的阈值电压为0.45v。

10.一种脑机接口模拟前端装置,其特征在于,所述脑机接口模拟前端装置中搭载有权利要求1~9任一项所述的电平转换电路。


技术总结
本发明涉及一种电平转换电路及脑机接口模拟前端装置,电平转换电路包括用于输入低压脉冲信号的输入端、低压反向部分、反相器和输出端;低压反向部分包括第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管,第一MOS管为低阈值NMOS管,第二MOS管为正常阈值PMOS管,第三MOS管为正常阈值NMOS管;所述第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极连通后接至输入端,第三MOS管的栅极和漏极接入电源,第三MOS管的源极接至第二MOS管的源极,第一MOS管的漏极接地,第二MOS管的漏极和第三MOS管的漏极接通后引出作为低压反向部分的输出;反相器将低压反向部分的输出转换回与输入低压脉冲信号相同频率但幅值不同的脉冲信号给输出端。与现有技术相比,本发明适用于更低电压,转换准确度更高且功耗更低。

技术研发人员:徐浩然,张家豪,姚镭
受保护的技术使用者:上海大学
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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