JP2003298408A - レベル変換回路 - Google Patents

レベル変換回路

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JP2003298408A
JP2003298408A JP2002099909A JP2002099909A JP2003298408A JP 2003298408 A JP2003298408 A JP 2003298408A JP 2002099909 A JP2002099909 A JP 2002099909A JP 2002099909 A JP2002099909 A JP 2002099909A JP 2003298408 A JP2003298408 A JP 2003298408A
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JP
Japan
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drain
transistor
pmos transistor
delay
level conversion
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JP2002099909A
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Daisuke Sakata
大輔 坂田
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New Japan Radio Co Ltd
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New Japan Radio Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 遅延時間の短縮と低消費電力化を図る。 【解決手段】 ラッチ回路のNMOSトランジスタMN
1,MN2のドレインにスイッチSW1,SW2を接続
し、PMOSトランジスタMP1がオフ→オンに変わる
ときスイッチSW1を遅れてオンさせ、またPMOSト
ランジスタMP2がオフ→オンに変わるときスイッチS
W2を遅れてオンさせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はECL(Emitter Co
upled Logic)論理レベルをCMOS(Complementary M
OS)論理レベルに変換するレベル変換回路に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来のレベル変換回路を図7に示す。図
7において、10はECL回路、20’はレベル変換回
路である。ECL回路10は、抵抗RD1,RD2を負
荷としたバイポーラトランジスタQ1,Q2と電流源I
で構成された差動回路よりなる。レベル変換回路20’
はPMOSトランジスタMP1,MP2と、NMOSト
ランジスタMN1,MN2によるラッチ回路と、出力バ
ッファとしてのインバータINV1とから構成されてい
る。
【0003】バイポーラトランジスタQ1,Q2のベー
スに入力されたECLレベル信号は、ECL回路10に
より増幅され、電源電圧を上限電圧とした信号となる。
この信号がレベル変換回路20’のPMOSトランジス
タMP1,MP2のゲートに印加し、そのトランジスタ
MP1,MP2を駆動し、NMOSトランジスタMN
1,MN2で構成されたラッチ回路を駆動する。
【0004】NMOSトランジスタMN1,MN2で構
成されたラッチ回路は、それぞれ接続されたPMOSト
ランジスタのドレイン電流が流れた側にゲートが接続さ
れたNMOSトランジスタがオンし、PMOSトランジ
スタのドレイン電流が止まった側にゲートが接続された
NMOSトランジスタがオフする。このようにラッチ回
路はNMOSトランジスタMN1,MN2の一方がオン
時は他方がオフするように動作し、NMOSトランジス
タMN2がオンしたときCMOS論理の低レベル
(「L」)、オフしたときCMOS論理の高レベル
(「H」)となり、レベル変換される。その後、インバ
ータ回路INV1によリドライブ能力を上げて回路の出
力となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の回路構成では、ラッチ回路のオンしている側のNM
OSトランジスタのドレインに接続されたPMOSトラ
ンジスタはオフ状態で、オフしているNMOSトランジ
スタのドレインに接続されたPMOSトランジスタはオ
ン状態であるため、ラッチの状態が遷移する時、つま
り、オフしているPMOSトランジスタがオンして電流
を流し出す時、接地側に接続されているNMOSトラン
ジスタはオン状態であるため、そのNMOSトランジス
タの電流能力の分だけPMOSトランジスタの出力電流
が相殺されてしまう。このため、ラッチ回路の切り替え
動作が遅れ、結果として入力信号が変化してから出力信
号が変化するまでの遅延が大きくなるという問題があっ
た。
【0006】そこで、それを見込んで相殺される分の電
流をPMOSトランジスタに余計に流せば、消費電流が
増したり、それによリNMOSトランジスタの駆動能力
が相対的に下がるためPMOSトランジスタのオフ時に
遅延が大きくなる等の問題があった。
【0007】本発明は以上の点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、切り替え時の遅延時間を短縮し消費電
力も低減したレベル変換回路を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1にかかる発明
は、入力信号をゲートに入力する第1のPMOSトラン
ジスタと、前記入力信号と相補な信号をゲートに入力す
る第2のPMOSトランジスタと、該第2のPMOSト
ランジスタのドレイン出力をゲートに入力し前記第1の
PMOSトランジスタのドレイン出力をドレインに入力
する第1のNMOSトランジスタおよび前記第1のPM
OSトランジスタのドレイン出力をゲートに入力し前記
第2のPMOSトランジスタのドレイン出力をドレイン
に入力する第2のNMOSトランジスタからなり前記第
2のPMOSトランジスタのドレイン出力をラッチする
ラッチ回路とを具備し、前記第2のPMOSトランジス
タのドレインから出力を取り出すレベル変換回路におい
て、前記第1のPMOSトランジスタのドレインと前記
第2のNMOSトランジスタのゲートとの接続点と前記
第1のNMOSトランジスタのドレインとの間、又は前
記第1のNMOSトランジスタのソースと接地との間
に、前記第2のPMOSトランジスタのドレインが
「L」になると第1の遅延の後オン、「H」になると該
第1の遅延の後オフとなる第1のスイッチを接続し、前
記第2のPMOSトランジスタのドレインと前記第1の
NMOSトランジスタのゲートとの接続点と前記第2の
NMOSトランジスタのドレインとの間、又は前記第2
のNMOSトランジスタのソースと接地との間に、前記
第2のPMOSトランジスタのドレインが「H」になる
と第2の遅延の後オン、「L」になると該第2の遅延の
後オフとなる第2のスイッチを接続してなる、ことを特
徴とするレベル変換回路とした。
【0009】請求項2にかかる発明は、請求項1にかか
る発明において、前記第1のスイッチおよび前記第2の
スイッチをNMOSトランジスタで構成したことを特徴
とするレベル変換回路とした。
【0010】請求項3にかかる発明は、請求項1又は2
にかかる発明において、前記第1のPMOSトランジス
タのドレインと接地間に第1の抵抗又は第1の電流源を
接続し、前記第2のPMOSトランジスタのドレインと
接地間に第2の抵抗又は第2の電流源を接続したことを
特徴とするレベル変換回路とした。
【0011】請求項4にかかる発明は、請求項1乃至3
のいずれか1つにかかる発明において、前記第2のPM
OSトランジスタのドレインに複数のインバータを直列
接続し、該直列接続の初段から奇数段までのインバータ
より前記第1の遅延を得、偶数段までのインバータによ
り前記第2の遅延を得る、ことを特徴とするレベル変換
回路とした。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施形態のレベル
変換回路20Aを示す図である。ここでは、NMOSト
ランジスタMN1のドレインとNMOSトランジスタM
N2のゲートとの間にスイッチSW1を、NMOSトラ
ンジスタMN2のドレインとNMOSトランジスタMN
1のゲートとの間にスイッチSW2を各々接続してい
る。スイッチSW1は出力端子の電圧が「L」でオン、
「H」でオフとなるが、その動作は遅延回路DL1によ
る時間だけ遅延する。また、スイッチSW2は出力端子
の電圧が「H」でオン、「L」でオフとなるが、その動
作は遅延回路DL2による時間だけ遅延する。これら遅
延回路DL1,DL2による遅延時間は同一であっても
よいが、多少異なっていても良い。
【0013】図2はこのレベル変換回路20Aの動作の
タイムチャートである。まず、の領域では、A点の電
位が低くMP1がオン状態、B点の電位は電源電位でM
P2はオフ状態とする。このの領域では、スイッチS
W2はオフ、スイッチSW1はオン状態であり、出力端
子OUTはCMOSロジックの「L」になっている。
【0014】次に、A点、B点の電位状態が変わり、A
点の電位が高くなりB点の電位が低くなると、MP1が
オフ状態、MP2がオン状態に変わろうとする。この瞬
間では、図2のように、MN2はオン状態にあり電流を
引き込める状態であるにも拘わらず、SW2がオフ状態
であるためこれを駆動するMP2の負荷とはならない。
このため、C点の電位は急速に上昇し、CMOSロジッ
クのレベルは、「L」から「H」に遷移することができ
る。
【0015】一方、同じくこの瞬間、SW1はすでにオ
ン状態であるため、MP1の出力電流が急速に止まって
いくこととC点の電位が急速に上昇することでMN1は
オン状態となり電流を引くため、MP1のドレインのD
点の電位が急速に下がる。そしてD点の電位が下がるた
めMN2はゲート電位が下がりオフ状態となる。
【0016】その後、の額域では、遅延素子DL1、
LD2の遅延作用により出力端子OUTの電位状態はま
だSW1とSW2には伝達されていない。このの領域
でレベル変換出力の状態遷移が完了する時間を確保して
いる。
【0017】その後、遅延素子DL1,DL2の遅延時
間が経過すると、SW1がオンからオフに、SW2がオ
フからオンに切り替わり、領域に至る。このように出
力端子OUTの電位が安定したところで、次の状態遷移
を待機する状態へ回路が切り替わる。以降は、信号の
向きが反転するだけで、同様な経過をたどる。
【0018】以上、説明したように、急速に遷移しなけ
ればならない時には、オンしている側のNMOSトラン
ジスタのドレインをスイッチで切り離しておくことで、
PMOSトランジスタの負荷が遷移時だけ低減され、切
替の遅延時間の短縮と低消費電力化を実現できる。
【0019】図3は別の例のレベル変換回路20Bを示
す図で、スイッチSW1とNMOSトランジスタMN1
に並列に抵抗R1を、スイッチSW2とNMOSトラン
ジスタMN2に並列に抵抗R2を、各々接続したもので
ある。このように抵抗R1,R2を接続すると、D点、
C点がフローティングになることを防止でき、動作の安
定性を確保できる。
【0020】図4は図3の抵抗R1,R2に代えて、電
流源I1,I2を接続したレベル変換回路20Cを示す
図であり、図3の場合と同様に動作する。
【0021】図5は図1のスイッチSW1,SW2をN
MOSトランジスタMN1,MN2のソース側に接続し
たレベル変換回路20Dを示す図であり、図1と同様に
動作する。
【0022】図6は図1のスイッチSW1,SW2、遅
延素子DL1,DL2の部分を具体化したレベル変換回
路20Eを示す図である。スイッチSW1,SW2はN
MOSトランジスタMN3,MN4で構成し、遅延素子
DL1はインバータINV2,INV3,INV4で構
成し、遅延素子DL2はインバータINV2,INV3
で構成している。インバータINV2は出力バッファを
兼用している。このように、遅延素子DL1を奇数段の
インバータにより、遅延素子DL2を偶数段のインバー
タにより構成でき、このとき一部のインバータは共用で
きる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レベル変換回路のラッチの動作時に、PMOSトランジ
スタが駆動する負荷を一時的に低減することで、遅延時
間の短縮と低消費電力化を図ることができ、実用上極め
て有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のレベル変換回路の回路図である。
【図2】 図1のレベル変換回路の動作説明用のタイム
チャートである。
【図3】 別の例のレベル変換回路の回路図である。
【図4】 別の例のレベル変換回路の回路図である。
【図5】 別の例のレベル変換回路の回路図である。
【図6】 図1のレベル変換回路の具体的な回路図であ
る。
【図7】 従来のレベル変換回路の回路図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力信号をゲートに入力する第1のPMO
    Sトランジスタと、前記入力信号と相補な信号をゲート
    に入力する第2のPMOSトランジスタと、該第2のP
    MOSトランジスタのドレイン出力をゲートに入力し前
    記第1のPMOSトランジスタのドレイン出力をドレイ
    ンに入力する第1のNMOSトランジスタおよび前記第
    1のPMOSトランジスタのドレイン出力をゲートに入
    力し前記第2のPMOSトランジスタのドレイン出力を
    ドレインに入力する第2のNMOSトランジスタからな
    り前記第2のPMOSトランジスタのドレイン出力をラ
    ッチするラッチ回路とを具備し、前記第2のPMOSト
    ランジスタのドレインから出力を取り出すレベル変換回
    路において、 前記第1のPMOSトランジスタのドレインと前記第2
    のNMOSトランジスタのゲートとの接続点と前記第1
    のNMOSトランジスタのドレインとの間、又は前記第
    1のNMOSトランジスタのソースと接地との間に、前
    記第2のPMOSトランジスタのドレインが「L」にな
    ると第1の遅延の後オン、「H」になると該第1の遅延
    の後オフとなる第1のスイッチを接続し、 前記第2のPMOSトランジスタのドレインと前記第1
    のNMOSトランジスタのゲートとの接続点と前記第2
    のNMOSトランジスタのドレインとの間、又は前記第
    2のNMOSトランジスタのソースと接地との間に、前
    記第2のPMOSトランジスタのドレインが「H」にな
    ると第2の遅延の後オン、「L」になると該第2の遅延
    の後オフとなる第2のスイッチを接続してなる、 ことを特徴とするレベル変換回路。
  2. 【請求項2】請求項1において、 前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチをNMO
    Sトランジスタで構成したことを特徴とするレベル変換
    回路。
  3. 【請求項3】請求項1又は2において、 前記第1のPMOSトランジスタのドレインと接地間に
    第1の抵抗又は第1の電流源を接続し、前記第2のPM
    OSトランジスタのドレインと接地間に第2の抵抗又は
    第2の電流源を接続したことを特徴とするレベル変換回
    路。
  4. 【請求項4】請求項1乃至3のいずれか1つにおいて、 前記第2のPMOSトランジスタのドレインに複数のイ
    ンバータを直列接続し、該直列接続の初段から奇数段ま
    でのインバータより前記第1の遅延を得、偶数段までの
    インバータにより前記第2の遅延を得る、 ことを特徴とするレベル変換回路。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006325193A (ja) * 2005-04-19 2006-11-30 Semiconductor Energy Lab Co Ltd レベルシフタ回路
JP2007201704A (ja) * 2006-01-25 2007-08-09 Nec Electronics Corp レベルシフト回路
CN108964639A (zh) * 2018-06-06 2018-12-07 电子科技大学 一种双向迟滞比较器
CN113938126A (zh) * 2021-10-25 2022-01-14 中国电子科技集团公司第五十八研究所 一种电压锁存式电平转换电路

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