最近做PD電路時，需要將數字的PD信號（數字電平0.9V）轉化為模擬的VDD（1.2V至1.8V）信號，所以需要用到一個電平轉化電路，所以看看學習了一下什么是電平轉化電路。

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

當Vin為0時，Vg2為1，M2導通，將M2的D端電壓拉低至0，然后M3導通，將VD充至VDDH，通過反向器最終輸出0。

當Vin為1時，M1導通，VD被拉至0，通過反相器最終輸出VDDH。

但是你管子尺寸設置得不夠好，該電路是沒法正常工作的。

在剛剛Vin為0時，給我們的初態是VD＝VDDH，VDM2=0。不妨從這個狀態開始分析，假設此時來了一個高電平Vin：

那么M1導通，VD拉到0。讓我們把這個過程放大一萬倍，最關鍵的地方就在VD被拉到0這個過程。事實上，M1導通以后，M3也會立馬跟著導通，也會有電流的。如果那這倆都導通都有電流，VD電壓怎么辦？M3的Vgs此時可一直都很大，一直都是VDDH，之前關斷是因為VDS為0，現在你M1一導通，但凡把VD往下拉一點，使得M3的VDS從0開始增大了，他馬上進入線性區。

看mos管關于vds和id的圖；由圖中可以看出，此時M3在深線性區，電流很小；而M1處于飽和區，電流比較大。正是這兩個電流的差值，讓VD這個點的節點電容放電，才使得該點電壓能夠繼續降低的。隨著這個放電的繼續，VD會越來越低，根據上面那個圖，考慮溝道長度調制效應，M1的Vds越來越小，M3的Vds越來越大。這就導致M1電流會越來越小，M3電流會越來越大，但是M1的電流始終比M3大，這保證了VD這個點的寄生電容能持續被放電。

系統會一直保持這個狀態。第二種情況，如果他倆電流還未相等，VD電壓就已經比VDDH低了一個VTHP，那么M4導通，M2漏端拉高，M3關閉，VD只放不充，很快放到0，然后經過反相器輸出VDDH。

按照常規理解分析：只要n管的寬長比比p管大得多，使得n管的VDS足夠小，就能滿足VD的電位越來越低，使得m4管導通，使得VD電位到達地。

臨界的寬長比分析：當VD下降到VDDH-VTHP時；m1的飽和區電流與m3管在深度線性區的電流相等；

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