مبدل سطح ولتاژ سريع و كم توان بر اساس ساختار اتصال متقابل پشته‌اي بهبود يافته جهت كاربرد‌هاي كم توان و اينترنت اشيا

A Fast and Low-power Level Shifter Based on Improved Stack-based Cross-Coupled Structure for Low-power and IoT Applications

در اين مقاله يك مبدل سطح ولتاژ كم توان و سريع با محدوده تبديل ولتاژ زير آستانه به ولتاژ متعارف تكنولوژي هدف ارائه شده است. سريع و كم توان بودن مبدل پيشنهادي به دليل ساختار اتصال متقابل پشته‌اي بهبود يافته است. به منظور كاهش بيشتر توان ناشي از جريان اتصال كوتاه، در خروجي از يك معكوس‌كننده با ورودي‌هاي مجزا استفاده شده است. براي كاهش سوئينگ ولتاژ در حلقه فيدبك، و ايجاد اختلاف بين زمان روشن و خاموش شدن ترانزيستور‌هاي خروجي از ترانزيستور‌هاي اتصال ديودي در حلقه فيدبك استفاده شده است. نتايج شبيه‌سازي Post-layout در تكنولوژي استاندارد 180 nm CMOS نشان مي‌دهند كه مبدل پيشنهادي مي‌تواند در تبديل 0/4 ولت به 1/8 ولت در فركانس يك مگاهرتز با توان مصرفي 89/23 نانووات و تأخير انتشار 23/68 نانوثانيه صورت صحيح عمل نمايد. اين مدار با توجه به توان كم و رنج ولتاژهاي كاركردي براي كاربردهاي برچسب هاي اينترنت اشيا بخصوص در بخش جداسازي نواحي كم مصرف و با ولتاژ پايين از بخش هاي پر مصرف و با ولتاژ بالا قابل استفاده است.

This paper presents a low-power and fast voltage level shifter that can convert sub-threshold logic levels to the conventional level of target technology. The proposed design performs fast and low-power operations due to the improved stacked-based cross-coupled structure. In order to reduce the power consumption caused by the short-circuit current at the output driver stage, the output inverter is modified to have phase-changed inputs on PMOS and NMOS transistor gates. Additional diode-connected transistors in the feedback loop are used to reduce the voltage swings in the feedback loop, and to make a difference between the on and off time of the output transistors. Post-layout simulation results on standard 180 nm CMOS technology show that the proposed level shifter can convert 0.4V to 1.8V at a frequency of 1MHz with a power consumption of 89.23nW and a propagation delay of 23.68ns correctly. The proposed design is suitable for Internet-of-Things (IoT) sensor tags due its low-power and converted voltage levels with emphasis on the boundary of low-voltage low-power and normal-voltage high-performance sub-units.