JP2003318725A - レベルシフト回路 - Google Patents

レベルシフト回路

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JP2003318725A
JP2003318725A JP2002116464A JP2002116464A JP2003318725A JP 2003318725 A JP2003318725 A JP 2003318725A JP 2002116464 A JP2002116464 A JP 2002116464A JP 2002116464 A JP2002116464 A JP 2002116464A JP 2003318725 A JP2003318725 A JP 2003318725A
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level
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Yuichi Tsujimoto
裕一 辻本
Yukio Kato
幸男 加藤
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Toyota Industries Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した動作を確保しながら、消費電流を低
減させたレベルシフト回路を提供する。 【解決手段】 入力信号がHレベルのときは、トランジ
スタM10がON状態に制御されると共にトランジスタ
M11がOFF状態に制御され、出力端子からLレベル
が出力される。入力信号がLレベルのときは、トランジ
スタM10がOFF状態に制御されると共にトランジス
タM11がON状態に制御され、出力端子からHレベル
が出力される。入力信号が変化した時から所定時間が経
過するまでの期間、トランジスタM18、M19がON
状態に制御され、トランジスタM10、M11を介して
大きな電流が流れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レベルシフト回路
に係わり、特に、フローティング回路へ信号を出力する
レベルシフト回路に係わる。
【0002】
【従来の技術】従来より、制御信号または駆動信号など
の入力信号を伝達するためのレベルシフト回路が様々な
用途に使用されている。図4は、レベルシフト回路の使
用例を示す図である。ここでは、互いに直列的に接続さ
れた1組のスイッチ(N−MOSトランジスタM1、N
−MOSトランジスタM2)の一方を駆動する信号を生
成するために使用される場合を示す。なお、上記1組の
スイッチは、例えば、DC/DCコンバータ、インバー
タ回路などにおいて使用される。また、上記1組のスイ
ッチは、交互にON状態になるように制御されるものと
する。
【0003】図4において、スイッチング信号源101
は、Hレベル/Lレベルが交互に繰り返されるスイッチ
ング信号を生成する。そして、このスイッチング信号が
Lレベルのときは、駆動回路102がトランジスタM1
をOFF状態に制御すると共に、駆動回路103がトラ
ンジスタM2をON状態に制御する。一方、このスイッ
チング信号がHレベルのときは、駆動回路102がトラ
ンジスタM1をON状態に制御すると共に、駆動回路1
03がトランジスタM2をOFF状態に制御する。この
とき、電源側に設けられているトランジスタM1を駆動
するためには、トランジスタM1とトランジスタM2と
の接続点の電位VLCNXよりも高い電位が必要になる。そ
して、このような駆動電位を得るために、レベルシフト
回路104が設けられている。
【0004】なお、レベルシフト回路104および駆動
回路102には、ブースト電圧VBST が印加される。こ
こで、ブースト電圧VBST は、電圧Vddを出力する電
源、ダイオードD1、容量C1により生成される。すな
わち、この容量C1は、トランジスタM1がOFF状態
に制御されると共にトランジスタM2がON状態に制御
されると、電圧Vddまで充電される。したがって、この
後、トランジスタM1がON状態に制御されると共にト
ランジスタM2がOFF状態に制御されると、ブースト
電圧VBST は、「VLCNX+Vdd」にまで上昇する。そし
て、レベルシフト回路104は、このブースト電圧VBS
T まで、スイッチング信号をレベルシフトする。また、
駆動回路102は、このブースト電圧VBST を用いて、
トランジスタM1をON状態に駆動するための信号を出
力する。
【0005】このように、レベルシフト回路104(お
よび、駆動回路102)は、電源電圧よりも高いブース
ト電圧VBST を用いてトランジスタM1を駆動する。図
5は、既存のレベルシフト回路の回路図である。なお、
このレベルシフト回路は、図4に示すレベルシフト回路
104に相当する。
【0006】図5において、ブースト電圧VBST は、カ
レントミラー回路を構成するトランジスタM3、M4に
印加される。そして、トランジスタM3に対して、トラ
ンジスタM5、M10、M15が直列的に接続されてい
る。一方、トランジスタM4に対しては、トランジスタ
M6、M11、M17が直列的に接続されている。ま
た、トランジスタM3に並列にトランジスタQ1が設け
られており、トランジスタM4に並列にトランジスタQ
2が設けられている。
【0007】トランジスタM5、M6は、トランジスタ
M10、M11等を保護するための高耐圧トランジスタ
であり、ゲート接地状態で使用される。また、トランジ
スタQ1、Q2は、トランジスタM3、M4を保護す
る。さらに、トランジスタM12、M13から構成され
るカレントミラー回路、トランジスタM7、M8、M9
から構成されるカレントミラー回路、トランジスタM1
4、M15から構成されるカレントミラー回路、および
トランジスタM16、M17から構成されるカレントミ
ラー回路には、電流源が生成する電流に比例する電流が
供給される。そして、スイッチング信号源101により
生成されるスイッチング信号がトランジスタM10に与
えられ、そのスイッチング信号の反転信号がトランジス
タM11に与えられる。
【0008】スイッチング信号がLレベルのときは、ト
ランジスタM10がOFF状態に制御されると共にトラ
ンジスタM11がON状態に制御されるので、レベルシ
フト回路104の出力はHレベルになる。ここで、この
出力レベルは、概ね、ブースト電圧VBST である。そし
て、この場合、駆動回路102は、トランジスタM1を
OFF状態に制御する。一方、スイッチング信号がHレ
ベルのときは、トランジスタM10がON状態に制御さ
れると共にトランジスタM11がOFF状態に制御され
るので、レベルシフト回路104の出力はLレベルにな
る。この場合、駆動回路102は、トランジスタM1を
ON状態に制御する。
【0009】このように、上記構成のレベルシフト回路
104は、ブースト電圧VBST まで入力信号をレベルシ
フトする。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ブースト電圧VBST
は、上述したように、容量C1に蓄積されている電荷に
より電源電圧よりも高い電圧に引き上げられる。ところ
が、容量C1に蓄積されている電荷は、レベルシフト回
路104(および、駆動回路102)により消費され
る。したがって、レベルシフト回路104の消費電流が
大きいと、それに伴って容量C1も大きくする必要があ
る。このため、レベルシフト回路104の低消費電流化
が要求されている。
【0011】しかし、レベルシフト回路104の消費電
流(特に、トランジスタM10、M11を介して流れる
電流)を小さくすると、駆動回路102の制御端子に供
給する電流(又は、その制御端子から引き抜く電流)が
小さくなる。ここで、駆動回路102の制御端子は、例
えばMOSトランジスタのゲート端子であり、一般に入
力容量を有しているので、上記電流が小さいと、その入
力容量の充電/放電時間が長くなってしまう。このた
め、入力信号が変化してから、それに応じて駆動回路1
02の出力が変化するまでの伝達遅延が大きくなってし
まう。そして、これにより、トランジスタM1の駆動が
遅れるので、場合によっては、トランジスタM1、M2
が同時にON状態になってしまうおそれがある。
【0012】また、トランジスタM1、M2のスイッチ
ング動作時には、電位VLCNXが変動し、それに応じてト
ランジスタQ1、Q2を介して流れる電流も変動する。
このとき、上記電流がトランジスタM10、M11を介
して流れる電流を上回ると正常動作ができなくなるた
め、レベルシフト回路104から誤った信号が出力され
ることになり、トランジスタM1が誤点弧(ON状態に
制御されるべきときにOFF状態になってしまうこと、
および、OFF状態に制御されるべきときにON状態に
なってしまうことの双方を含むものとする)してしま
う。すなわち、トランジスタM1、M2の動作が不安定
になることがあった。
【0013】本発明の課題は、安定した動作を確保しな
がらレベルシフト回路の低消費電流化を図ることであ
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明のレベルシフト回
路は、入力信号に応じた信号を出力する回路であって、
出力端子に電気的に結合されて上記入力信号に従って制
御されるスイッチ回路と、上記スイッチ回路に電流を供
給する第1の電流回路と、上記入力信号の論理が変化し
たときに所定時間だけ上記スイッチ回路に電流を供給す
る第2の電流回路を有する。
【0015】上記レベルシフト回路においては、入力信
号が変化すると、所定時間だけ、上記スイッチ回路を介
して、第1の電流回路から供給される電流および第2の
電流回路により供給される電流が流れる。したがって、
入力信号が変化すると、上記出力端子に接続される回路
等は、その大きな電流により駆動される。そして、上記
所定時間が経過すると、以降、上記スイッチ回路を介し
て、第1の電流回路から供給される電流のみが流れる。
したがって、この期間の消費電流は小さい。
【0016】なお、上記レベルシフト回路の第2の電流
回路は、例えば、入力信号の論理が変化したときに所定
幅のパルスを生成する入力回路、およびそのパルスに従
って上記スイッチ回路に電流を供給するスイッチ手段か
ら構成されるようにしてもよい。この構成によれば、簡
単な構成で第2の電流回路を実現できる。
【0017】また、上記レベルシフト回路は、第1の電
流回路に電気的に結合する容量をさらに有し、上記所定
時間が経過した直後に、その容量を用いて、上記第1の
電流回路により上記スイッチ回路に供給される電流を増
加させるように構成されてもよい。この構成によれば、
上記スイッチ回路を介して流れる電流は、上記所定時間
が経過した後、徐々に減少していく。この結果、上記所
定時間を短くすることによる低消費電流化、および上記
スイッチ回路を介して大きな電流を流すことによって得
られる安定動作がバランスよく実現される。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施形
態のレベルシフト回路の回路図である。なお、このレベ
ルシフト回路は、図5に示した既存のレベルシフト回路
をベースにしており、図1および図5の双方で使用して
いる符号は同じ素子を表す。また、このレベルシフト回
路は、図4に示す形態で使用されるものとする。
【0019】実施形態のレベルシフト回路は、図5に示
したレベルシフト回路に対して、トランジスタM18、
M19、入力回路10、入力回路20、および容量C2
を追加することにより実現される。なお、実施形態のレ
ベルシフト回路に設けられている電流源30が生成する
電流は、図5に示したレベルシフト回路に設けられてい
る電流源が生成する電流よりも小さいものとする。
【0020】トランジスタM18は、トランジスタM1
0に直列的に設けられると共に、トランジスタM15に
並列に設けられる。そして、トランジスタM18は、入
力回路10からの指示に従ってトランジスタM10に電
流を供給する。一方、トランジスタM19は、トランジ
スタM11に直列的に設けられると共に、トランジスタ
M17に並列に設けられる。そして、トランジスタM1
9は、入力回路20からの指示に従ってトランジスタM
11に電流を供給する。また、容量C2は、入力回路1
0と、トランジスタM14のドレインとの間に設けられ
ている。
【0021】入力回路10は、入力信号の論理を反転さ
せるインバータ(INV2)、インバータ(INV2)の出力を
遅延させる遅延回路(delay1)、遅延回路(delay1)か
ら出力される信号の論理を反転させるインバータ(INV
3)、インバータ(INV2)の出力とインバータ(INV3)
の出力との論理積を出力する論理積回路(and1)、イン
バータ(INV3)から出力される信号の論理を反転させる
インバータ(INV4)を備える。そして、インバータ(IN
V2)から出力される信号は、トランジスタM10のゲー
トに与えられる。また、論理積回路(and1)から出力さ
れる信号は、トランジスタM18のゲートに与えられ
る。さらに、インバータ(INV4)から出力される信号
は、容量C2に与えられる。
【0022】一方、入力回路20は、入力信号を遅延さ
せる遅延回路(delay2)、遅延回路(delay2)から出力
される信号の論理を反転させるインバータ(INV5)、入
力信号とインバータ(INV5)の出力との論理積を出力す
る論理積回路(and2)を備える。そして、入力回路20
に入力される信号が、そのままトランジスタM11のゲ
ートに与えられる。また、論理積回路(and2)から出力
される信号は、トランジスタM19のゲートに与えられ
る。
【0023】図2は、入力回路10の動作を説明するタ
イミングチャートである。なお、ここでは、インバータ
(INV1)が入力回路10の一部であるものとして動作の
説明をする。入力信号は、図4に示すスイッチング信号
源101により生成されるスイッチング信号である。イ
ンバータ(INV1)の出力は、スイッチング信号の論理が
反転した信号である。インバータ(INV2)の出力は、イ
ンバータ(INV1)から出力される信号の論理が反転した
信号である。
【0024】遅延回路(delay1)は、インバータ(INV
2)の出力を「時間T1」だけ遅延させる。なお、この
実施例では、遅延回路(delay1)は、インバータ(INV
2)から出力される信号の立上りエッジを「時間T1」
だけ遅延させる。そして、インバータ(INV3)は、遅延
回路(delay1)から出力される信号の論理を反転させ
る。したがって、論理積回路(and1)の出力は、「時間
T1」のパルス幅を持ったパルス信号となる。このと
き、各パルスは、それぞれ、入力信号の立上りエッジに
同期して生成される。
【0025】インバータ(INV4)の出力は、インバータ
(INV3)から出力される信号の論理が反転した信号であ
る。したがって、インバータ(INV4)から出力されるパ
ルスは、論理積回路(and1)から出力される対応するパ
ルスの直後に生成されることになる。
【0026】入力回路20の動作は、基本的に入力回路
10の動作と同じなので、説明を省略する。ただし、入
力回路20においては、入力信号の立下りエッジに同期
して「時間T2」のパルス幅を持ったパルスが生成され
る。ここで、「時間T1」及び「時間T2」は、互いに
同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。
【0027】次に、実施形態のレベルシフト回路の動作
を説明する。図1において、電流源30により生成され
る電流がカレントミラー回路により所定の素子に供給さ
れる動作は、基本的に、図5に示したレベルシフト回路
における動作と同じである。すなわち、トランジスタM
12、M13から構成されるカレントミラー回路、トラ
ンジスタM7、M8、M9から構成されるカレントミラ
ー回路、トランジスタM14、M15から構成されるカ
レントミラー回路、及びトランジスタM16、M17か
ら構成されるカレントミラー回路により、電流源30に
より生成される電流に対応する電流がトランジスタM1
5、M17に供給される。ここで、トランジスタM15
はトランジスタM10に直列的に接続されており、トラ
ンジスタM17はトランジスタM11に直列的に接続さ
れている。したがって、電流源30、トランジスタM7
〜M9、M12〜M17は、トランジスタM10および
M11に電流を供給(電流を引き出すことを含む)する
回路として動作する。
【0028】上記構成のレベルシフト回路において、入
力信号(スイッチング信号)がLレベルからHレベルに
変化すると、トランジスタM10がON状態に制御され
ると共に、トランジスタM11はOFF状態に制御され
る。したがって、レベルシフト回路の出力は、Hレベル
からLレベルに変化する。
【0029】このとき、図2を参照しながら説明したよ
うに、入力信号がLレベルからHレベルに変化すると、
論理積回路(and1)により所定幅のパルスが生成され
る。そして、このパルスは、トランジスタM18に与え
られる。したがって、トランジスタM18は、入力信号
がLレベルからHレベルに変化したときから所定時間が
経過するまでの期間、ON状態に制御されることにな
る。即ち、この期間は、トランジスタM15を介して流
れる電流およびトランジスタM18を介して流れる電流
の合計電流が、トランジスタM10を介して流れること
になる。
【0030】また、図2を参照しながら説明したよう
に、上記所定時間が経過した直後にインバータ(INV4)
からパルスが出力される。そして、このパルスにより、
容量C2を介してトランジスタM14にカップリング電
流が与えられる。すなわち、トランジスタM15を介し
て流れる電流は、一時的に、そのカップリング電流の分
だけ増加することになる。したがって、トランジスタM
10を介して流れる電流も、一時的に、そのカップリン
グ電流の分だけ上昇することになる。なお、上記カップ
リング電流は、時間の経過とともに徐々に減少していく
過渡的な電流である。
【0031】一方、入力信号がHレベルからLレベルに
変化すると、トランジスタM10がOFF状態に制御さ
れると共に、トランジスタM11はON状態に制御され
る。したがって、レベルシフト回路の出力は、Lレベル
からHレベルに変化する。このとき、この出力端子から
は、ブースト電圧VBST が出力される。
【0032】入力信号がHレベルからLレベルに変化す
ると、上述の動作と同様に、論理積回路(and2)により
生成されるパルスがトランジスタM19に与えられる。
したがって、トランジスタM19は、入力信号がHレベ
ルからLレベルに変化したときから上記所定時間が経過
するまでの期間、ON状態に制御されることになる。す
なわち、この期間は、トランジスタM17を介して流れ
る電流およびトランジスタM19を介して流れる電流の
合計電流が、トランジスタM11を介して流れることに
なる。
【0033】次に、図3を参照しながら、実施形態のレ
ベルシフト回路の特徴的な動作を具体的に説明する。こ
こでは、実施形態のレベルシフト回路と、図5に示した
従来のレベルシフト回路とを比較しながら説明をする。
なお、いずれのレベルシフト回路においても、Hレベル
が入力されると、トランジスタM10がON状態に制御
されると共にトランジスタM11がOFF状態に制御さ
れ、Lレベルが入力されると、トランジスタM10がO
FF状態に制御されると共にトランジスタM11がON
状態に制御される。
【0034】図5に示す従来のレベルシフト回路におい
ては、入力信号がHレベルである期間は、トランジスタ
M10を介して継続的に電流I2が流れる。また、入力
信号がLレベルである期間は、トランジスタM11を介
して継続的に電流I2が流れる。ここで、従来技術の問
題(駆動回路102における遅延、誤点弧)を防ぐため
には、電流I2として比較的大きな電流を流す必要があ
った。このため、レベルシフト回路における消費電流が
大きくなり、容量C1を大きくする必要が生じていた。
【0035】これに対して、実施形態のレベルシフト回
路においては、入力信号がLレベルからHレベルに変化
すると、所定時間だけトランジスタM10を介して電流
I2が流れる。ここで、この所定時間は、論理積回路
(and2)により生成されるパルスのパルス幅に相当す
る。また、この電流I2は、トランジスタM15を介し
て流れる電流およびトランジスタM18を介して流れる
電流の合計電流であり、従来のレベルシフト回路におい
てトランジスタM10を介して流れる電流と同程度であ
る。
【0036】上記所定時間が経過した後は、トランジス
タM18がOFF状態に戻るので、トランジスタM10
を介して流れる電流は減少する。ただし、上記所定時間
が経過した直後は、容量C2によるカップリング電流が
流れるので、トランジスタM10を介して流れる電流
は、電流I3まで徐々に減少していくことになる。ここ
で、電流I3は、電流源30が生成する電流に対応して
トランジスタM15を流れる電流であり、電流I2と比
較して十分に小さいものとする。
【0037】また、入力信号がHレベルからLレベルに
変化すると、所定時間だけトランジスタM11を介して
電流I2が流れる。ここで、この電流I2は、トランジ
スタM17を介して流れる電流およびトランジスタM1
9を介して流れる電流の合計電流である。そして、上記
所定時間が経過すると、トランジスタM11を介して流
れる電流は、電流I3に減少する。
【0038】このように、実施形態のレベルシフト回路
においては、入力信号が変化した直後の所定時間だけト
ランジスタM10、M11を介して大きな電流が流れる
ように構成されている。したがって、実施形態のレベル
シフト回路においては、図5に示した従来の回路と比較
して、その消費電流が減少する。また、これにより、容
量C1を小さくすることができる。
【0039】また、入力信号が変化した直後にはトラン
ジスタM10、M11を介して大きな電流が流れるの
で、駆動回路102の入力容量を充電/放電するための
時間が長くなることはない。よって、駆動回路102に
おいて大きな遅延が発生することはなく、トランジスタ
M1、M2が同時にON状態に制御されてしまうような
事態は回避される。
【0040】さらに、図4に示す回路においては、レベ
ルシフト回路への入力信号がLレベルからHレベルに変
化すると、トランジスタM1がターンオンされると共に
トランジスタM2がターンオフされ、電位VLCNXが上昇
していく。そして、この電位VLCNXが上昇していくとき
には、トランジスタQ1を介して電流が流れる。しか
し、実施形態のレベルシフト回路においては、上記電位
VLCNXが上昇して所定の値に安定するまでの期間は、容
量C2の容量カップリングにより、トランジスタM10
を介して比較的大きな電流が流れる。よって、トランジ
スタQ1を介して流れる電流による誤点弧の問題が回避
され、レベルシフト回路の誤動作が防止される。
【0041】なお、図1において、容量C2を設ける代
わりに、遅延回路(delay1)の遅延時間を長くすること
によっても同様の効果が得られる。すなわち、例えば、
トランジスタM18がON状態に制御される時間が、入
力信号がLレベルからHレベルに変化したときから電位
VLCNXが安定するまでの期間よりも長くなるように遅延
回路(delay1)の遅延時間が設定されれば、トランジス
タQ1を介して流れる電流による誤点弧の問題は解決さ
れる。
【0042】また、上述の実施例では、レベルシフト回
路が図4に示すトランジスタM1を駆動するために使用
されているが、これに限定されるものではない。すなわ
ち、実施形態のレベルシフト回路は、入力信号の基準電
位を変換して出力する回路として広く利用可能である。
【0043】
【発明の効果】本発明によれば、レベルシフト回路への
入力信号が変化したときに、所定時間だけ大きな電流が
流れるようにしたので、動作遅延や誤動作を発生させる
ことなく、消費電流を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態のレベルシフト回路の回路図
である。
【図2】入力回路の動作を説明するタイミングチャート
である。
【図3】実施形態のレベルシフト回路の動作を説明する
図である。
【図4】レベルシフト回路の使用例を示す図である。
【図5】既存のレベルシフト回路の一例の回路図であ
る。
【符号の説明】
10、20 入力回路 30 電流源 M1〜M19 MOSトランジスタ INV1〜INV5 インバータ delay1、delay2 遅延回路 and1、and2 論理積回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J056 AA11 BB17 BB21 CC01 CC02 CC05 CC21 DD02 DD13 DD35 DD39 DD51 FF07 FF08 KK01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号に応じた信号を出力するレベル
    シフト回路であって、 出力端子に電気的に結合され、上記入力信号に従って制
    御されるスイッチ回路と、 上記スイッチ回路に電流を供給する第1の電流回路と、 上記入力信号の論理が変化したときに、所定時間だけ上
    記スイッチ回路に電流を供給する第2の電流回路と、 を有することを特徴とするレベルシフト回路。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のレベルシフト回路であ
    って、 上記第2の電流回路は、 上記入力信号の論理が変化したときに、所定幅のパルス
    を生成する入力回路と、 上記パルスに従って上記スイッチ回路に電流を供給する
    スイッチ手段と、 を有する。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のレベルシフト回路であ
    って、 上記第1の電流回路に電気的に結合する容量をさらに有
    し、 上記所定時間が経過した直後に、その容量を用いて、上
    記第1の電流回路により上記スイッチ回路に供給される
    電流を増加させる。
JP2002116464A 2002-04-18 2002-04-18 レベルシフト回路 Withdrawn JP2003318725A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005184770A (ja) * 2003-11-25 2005-07-07 Toshiba Corp レベルシフト回路
KR20200074462A (ko) * 2018-12-17 2020-06-25 에스케이하이닉스 주식회사 레벨 쉬프터 및 이를 포함하는 드라이버 회로
US11722132B2 (en) 2018-05-31 2023-08-08 SK Hynix Inc. Semiconductor integrated circuit device and semiconductor system including the same

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