JP2003501855A - スルーレート制御手段を有するレベルコンバータ - Google Patents
スルーレート制御手段を有するレベルコンバータInfo
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Abstract
Description
デジタル信号に変換するための、レベルコンバータに関する。
供給するための出力とを有する、増幅器と、 前記第2のデジタル信号のスルーレートを制御するための直列配置部であって
、少なくとも、第1のキャパシタと第2のキャパシタとを有し、前記増幅器の前
記出力と前記入力との間を接続する、直列配置部と、 少なくとも前記第1及び第2のキャパシタを横切る電圧を制御するための電圧
制御手段と、を備えている。
既知である。ここでは、「信号のレベル」という言葉が用いられていると、述べ
なければならない。「レベル」という言葉は、信号の可能な最大電圧値から、信
号の可能な最小電圧値を、差し引いたものとして、解釈しなければならない。(
可能な最小電圧レベルは、通常、ゼロボルトに近接している)。既知のレベルコ
ンバータは、第1のデジタル信号U1を受信するゲートと、基準電源端子GND
に接続するソースと、第2のデジタル信号U2を送出する出力端子2に接続する
ドレインとを有する電界効果トランジスタT0を、備えている。出力端子2は、
負荷ZLを介して、レベルコンバータの供給電圧源SPLLVにより供給された
供給電圧へ、接続されている。負荷ZLは、例えば電流源のような、様々な種類
の回路に置き換えてもよい。第1及び第2のキャパシタC1、C2の直列配置部
は、電界効果トランジスタT0のドレインとゲートの間に接続されている。第1
及び第2のキャパシタC1、C2は、第1及び第2のシャント抵抗R1、R2に
より、それぞれシャントされている。既知のレベルコンバータは、さらに、基準
電源端子GNDに接続する第1の基準電源を有するプレドライブ回路PDCと、
プレドライブ供給電圧源SPLPDCへ直列抵抗RPDCを介して接続される第
2の基準電源と、レベルコンバータの入力端子1に接続する入力と、電界効果ト
ランジスタT0のゲートに接続する出力とを、備えている。
ジタル回路に接続されており、このデジタル回路は、デジタル信号を供給する。
デジタル信号の電圧レベルは、通常、高い電圧レベルに適合していなければなら
ない。このデジタル信号は、プレドライブ回路PDCによりバッファされ、プレ
ドライブ回路PDCは、レベルコンバータの第1のデジタル信号U1を、送出す
る。第1のデジタル信号U1のレベルは、プレドライブ供給電圧源SPLPDC により供給される供給電圧の値により、決定される。負荷ZLと結合する電界効
果トランジスタT0は、第1のデジタル信号U1を、第2のデジタル信号U2に
変換する。第2のデジタル信号U2のレベルは、レベルコンバータの供給電圧源
SPLLVにより供給される供給電圧の値により、決定される。
回路とにおける電磁障害(electromagnetic interference)及び/又はグランド
バウンス(groundbounce)を生じさせるという、欠点を有している。これは、図
1に示すような既知のレベルコンバータにおいては、ある程度は解決されていた
。実際には、2つの手段が、通常、実施されていた。第1の手段は、プレドライ
ブ回路PDCの出力が供給することのできる電流を制限するための直列抵抗RP DC の適用である。第2の手段は、電界効果トランジスタT0のドレインとゲー
トとの間に接続される容量パスの適用である。そうすることによって、第2のデ
ジタル信号信号U2のスルーレートが制御され、制限された電流の値と、容量パ
スにより形成されるキャパシタンスの値との商とにおよそ等しくなる。直列抵抗
RPDCの適用は、任意である。なぜなら、電流はプレドライブ回路自体によっ
ても制限されるからである。しかし、直列抵抗RPDCの省略は、制限された電
流の値は、一般に、極めて正確には予測することができない。容量パスの最も簡
単な実現方法は、電界効果トランジスタT0のドレインとゲートの間に接続され
る単一のキャパシタであろう。しかし、集積回路に適用された場合、これは、単
一のキャパシタを横切る電圧が、許容よりも高いという問題を、もたらすことが
ある。図1に示すような既知のレベルコンバータは、この問題を、第1及び第2
のキャパシタC1、C2の直列配置部により容量パスを形成することにより、解
決している。第1及び第2のキャパシタの共通ノードはDCフローティングノー
ドでないので、第1及び第2のキャパシタは、第1及び第2のシャント抵抗R1 、R2により、それぞれシャントされる。
タの静的な電力消費が増大することである。
1つの目的である。
が、電圧制御手段は、直列配置部の各内部ノードに、個別バイアス電圧を供給す
る、少なくとも1つの電圧源を備え、個別バイアス電圧の値、又は、複数の個別
バイアス電圧の値は、第1及び第2のデジタル信号の値に、依存している、こと
を特徴とする。
が互いに電界効果トランジスタT0のドレインとゲートとの間のDCパスを形成
することにより、静的な電力消費を増大させるという見識に基づいている。原理
的には、これは必要なものではない。1又は複数の内部ノード(図1においては
、1つだけの内部ノードN1)だけが、バイアスされていなければならない。な
ぜなら、さもなければ、これ/これらの内部ノードが、DCフローティングノー
ドとなるからである。明確化のために、第2のデジタル信号U2のスルーレート
を制御する直列配置部の外部ノードは、この直列配置部の内部ノードと解釈され
ないであろうと、明言する。
に変化しなければならない。既知のレベルコンバータにおいては、これは、第1
及び第2の抵抗の直列配置部が電圧ディバイダーを構成することによって、自動
的に生じる。本発明に係るレベルコンバータは、そのような電圧ディバイダーを
備えていないため、内部ノードの電圧は、異なるやり方で適合させなければなら
ない。この理由により、内部ノードにバイアス電圧を供給する、又は、各内部ノ
ードに個別バイアス電圧を供給する、少なくとも1つの電圧源は、第1及び第2
のデジタル信号の値に依存するように形成されていなければならない。
源の少なくとも1つが直列的に配置されていることを、特徴としても良い。上述
した少なくとも1つの電圧源の依存性が最適化されていない場合(これは、実際
には、かなりあり得るケースである)、レベルコンバータの動的な電力消費は増
大するであろう。この動的な電力消費の増大は、第2のデジタル信号のスルーレ
ートを制御する直列配置部の各内部ノードへのバイアス抵抗の適用により、減少
する。しかし、バイアス抵抗の値は、任意の大きさに設定できない。なぜなら、
バイアス抵抗の値が大きすぎると、内部ノードの電圧の制御が不正確になりすぎ
るからである。バイアス抵抗を物理的に実現することは、必ずしも必要ではない
。なぜなら、内部ノードへ1又は複数のバイアス電圧を供給する1又は複数の電
圧源の内部抵抗も同様に、バイアス抵抗として用いてもよい。
の電圧源に、直列的に配置されている、ことを特徴としてもよい。そうすること
により、各内部ノードのクラスCバイアスのタイプが、このスイッチの適切な機
能により、達成することができる。すなわち、接続している対応する内部ノード
がある電圧範囲にある限り、各スイッチが開いている(非導通状態)。この結果
、対応する内部ノードの電圧が前記電圧範囲内にある限り、充電又は放電が発生
しない。電圧源により送出される(個々の)バイアス電圧がそれほど正確でない
場合でも、これは、レベルコンバータの動的な電力消費が低減されるという効果
がある。
されるということを、特徴としても良い。これにより、極めて簡単に、上述した
スイッチの実現を達成できる。
ルコンバータは、電界効果トランジスタT0を備えている。電界効果トランジス
タT0は、第1のデジタル信号U1を受信するゲートと、供給基準端子GNDに
接続するソースと、第2のデジタル信号U2を送出するレベルコンバータの出力
端子2に接続するドレインとを、有している。出力端子2は、負荷ZLを介して
、レベルコンバータの供給電圧源SPLLVにより供給される供給電圧に、接続
されている。負荷ZLは、例えば電流源のような、様々な種類の回路に置き換え
てもよい。第1及び第2のキャパシタC1、C2の直列的な配置は、電界効果ト
ランジスタT0のドレインとゲートとの間に接続されている。レベルコンバータ
は、さらに、プレドライブ回路PDCを備えている。このプレドライブ回路PD
Cは、電源基準端子GNDに接続された第1供給基準と、直列抵抗RPDCを介
してプレドライブ供給電圧源SPLPDCに接続された第2供給基準と、レベル
コンバータの入力端子1に接続された入力と、電界効果トランジスタT0のゲー
トに接続された出力とを、有している。レベルコンバータは、さらに電圧源Vl s1 を備えている。これは、出力端子2と、バイアス抵抗RBを介して、第1及
び第2のキャパシタC1、C2の直列的な配置の内部ノードN1との間に、接続
されている。
回路に接続されており、デジタル信号V1を供給する。このデジタル信号の電圧
レベルを、通常、より高い電圧レベルに変更しなければならない。このデジタル
信号V1は、プレドライブ回路PDCでバッファされ、このプレドライブ回路P
DCがレベルコンバータの第1のデジタル信号U1を送出する。第1のデジタル
信号U1のレベルは、プレドライブ供給電圧源SPLPDCにより供給された供
給電圧の値により、決定される。負荷ZLに結合した電界効果トランジスタT0 は、第1のデジタル信号U1を、第2のデジタル信号U2に、変換する。第2の
デジタル信号U2のレベルは、レベルコンバータの供給電圧源SPLLVにより
供給される供給電圧の値により、決定される。直列抵抗RPDCは、プレドライ
ブ回路PDCの出力により供給することのできる電流を制限する。第2のデジタ
ル信号U2のスルーレートは、制限された電流の値と、第1及び第2のキャパシ
タC1、C2の直列的な配置により形成されたキャパシタンスの値との、商にお
よそ等しい。
、さらに説明される。一例として、第1のキャパシタC1のキャパシタンスは、
第2のキャパシタC2のキャパシタンスと、等しいと仮定する。さらに一例とし
て、第1のデジタル信号U1のレベルが2.5ボルトであり、第2のデジタル信
号U2のレベルが5.0ボルトであると、仮定する。この状態において、バイア
ス電圧Vls1の最適な依存状態は、図II、III、VIIに示されている。図2にお
ける回路の動作をよりよく説明するために、1つにはまず、次のような理論上の
状態を考えなければならない。内部ノードN1はDCフローティングであり、第
1及び第2のキャパシタC1、C2は理想的なキャパシタであって、チャージが
されておらず、V1が0ボルトであり、U1が0ボルトであり、U2が5.0ボ
ルトである。時刻t1で、V1が0ボルトから2.5ボルトに変化する。その結
果、U1が0ボルトから2.5Vに変化し、U2が5.0ボルトから0ボルトに
変化する。第1のキャパシタC1を横切る電圧UC1と、第2のキャパシタC2
を横切る電圧UC2と、内部ノードN1の電圧UN1とは、信号U1とU2から
直接決定され(キルヒホッフの法則)、図IV、V及びVIに示されている。ここで
、実際の状態が、第1及び第2のキャパシタC1及びC2が理想的なキャパシタ
でなく、且つ、寄生DCリークパスが生じてしまうと考えると、電圧UC1、U C2 及びUN1は、図IV、V及びVIに示されているように、理想的な状態から逸
脱することは、明らかである。この問題を回避するため、内部ノードN1が、バ
イアス抵抗RBと電圧源Vls1との直列配置部により、DC−バイアスされる
。そうすることにより、レベルコンバータの静的な電力消費が、ほとんど増加し
なくなる。なぜなら、第1及び第2のキャパシタの寄生DCリークパスは、実質
上無限であり、それゆえ、電界効果トランジスタT0のドレインとゲートの間の
重要なDCパスは存在しないからである。しかし、動的な電力消費の重大な増加
を回避するために、図VIIに示すように電圧Vls1は、図IVに示すように理想
的な電圧UC1に、およそ等しくなければならない。なぜなら、バイアス抵抗R
Bを通る(動的な)電流は、無視できるからである。この理由により、バイアス
電圧Vls1の精度は、比較的高くなければならない。
と比較した図3の実施形態の差異は、バイアス抵抗RBが第1のダイオードD1 により置き換えられていることである。もう1つの差異は、第2の電圧源Vls 2 と第2のダイオードD2の直列的な配置が、第1の電圧源Vls1(これまで
は電圧源Vls1として示された)と第1のダイオードD1との直列的な配置と
、並列に配置されていることである。さらにもう1つの差異は、第1のバイアス
電圧Vls1が、もはや依存性のある信号ではなく、一定のDC値を有すること
である。第2のバイアス電圧Vls2も依存性のある信号ではなく、通常、第1
のバイアス電圧Vls1の一定のDC値と異なる一定のDC値を有している。第
1及び第2のダイオードD1及びD2は、実際は、スイッチであり、内部ノード
N1に第1の電圧源Vls1を結合するか、内部ノードN1に第2の電圧源Vl s2 を結合するかを、自動的に選択する。そうすることにより、単一の、しかし
、信号依存電圧源Vls1(図5の図VII参照)の機能が、第1の電圧源Vls
1と、第2の電圧源Vls2と、第1のダイオードD1と、第2のダイオードD 2 とにより、より簡単に実現される。第1及び第2のダイオードD1及びD2の
さらなる適用により、内部ノードN1の望ましい電圧近傍のある電圧範囲が、生
成される。この結果、内部ノードN1の電圧が前記電圧範囲にある限り、第1及
び第2のキャパシタの充電や放電が発生しない。これは、第1及び第2の電圧源
Vls1及びVls2によりそれぞれ送出される別々のバイアス電圧Vls1及
びVls2がそれほど精度の高いものでなくとも、レベルコンバータの動的な電
力消費を削減するという効果を有する。1つの例において、第1及び第2のキャ
パシタC1及びC2のキャパシタンスが等しいと仮定し、さらに、第1のデジタ
ル信号U1のレベルは2.5ボルトであり、第2のデジタル信号U2のレベルは
2.5ボルトであり、第1及び第2のダイオードのしきい値電圧が0.5ボルト
と仮定すると、Vls1及びVls2として適切な一定のDC値は、それぞれ、
+1.75ボルトと、−1.0ボルトである。
御する直列配置部が、第1キャパシタC1と、第2キャパシタC2と、第3キャ
パシタC3とを、備えていることである。この結果、前記直列配置部は、第1の
内部ノードN1と第2の内部ノードN2の、2つの内部ノードを備えることにな
る。
8乃至第11のP型電界効果トランジスタT8〜T11とを、備えている。第1
の電界効果トランジスタT1は、第1のキャパシタC1と第2のキャパシタC2 の共通ノードN1に接続するソースと、トランジスタT0のドレインDに接続す
るドレインと、ゲートとを、備えている。第2の電界効果トランジスタT2は、
第1の電界効果トランジスタT1のゲートに接続するソースと、第1の電界効果
トランジスタT1のソースに共に接続されるドレイン及びゲートとを、備えてい
る。第3の電界効果トランジスタT3は、ソースと、トランジスタT0のドレイ
ンDに接続されるドレインと、ゲートとを、備えている。第4の電界効果トラン
ジスタT4は、第1の電界効果トランジスタT1のゲートに接続されるソースと
、第3の電界効果トランジスタT3のソースに接続されるドレインと、ゲートと
を、備えている。第5の電界効果トランジスタT5は、第2のキャパシタC2と
第3のキャパシタC3との共通ノードN2に接続されるソースと、第1の電界効
果トランジスタT1のソースに接続されるドレインと、ゲートとを、備えている
。第6の電界効果トランジスタT6は、バイアス電圧VBIASが入力されるバ
イアス基準端子BIASに接続されるソースと、第5の電界効果トランジスタT 5 のソースに共に接続されるドレイン及びゲートとを、備えている。第7の電界
効果トランジスタT7は、第5の電界効果トランジスタT5のゲートに接続する
ソースと、第4の電界効果トランジスタT4のソースに接続するドレインと、バ
イアス基準端子BIASに接続されるゲートとを、備えている。第8の電界効果
トランジスタT8は、第3の電界効果トランジスタT3のゲートに接続されるソ
ースと、トランジスタT0のドレインに接続されるドレインと、ゲートとを、備
えている。第9の電界効果トランジスタT9は、第3の電界効果トランジスタT 3 のゲートに接続されるソースと、第8の電界効果トランジスタT8のゲートに
接続されるドレインと、トランジスタT0のドレインに接続されるゲートとを、
備えている。第10の電界効果トランジスタT10は、第4の電界効果トランジ
スタT4のゲートと第8の電界効果トランジスタT8のゲートとに接続されるソ
ースと、第4の電界効果トランジスタT4のドレインに接続されるドレインと、
第7の電界効果トランジスタT7のゲートに接続されるゲートとを、備えている
。第11の電界効果トランジスタT11は、第4の電界効果トランジスタT4の
ゲートに接続されるソースと、第10の電界効果トランジスタT10のゲートに
接続されるドレインと、第10の電界効果トランジスタT10のドレインに接続
されるゲートとを、備えている。
第1ダイオードD1と同様の機能を有しており、第2及び第5の電界効果トラン
ジスタT2、T6はそれぞれ、第2実施形態の第2のダイオードD2と同様の機
能を有している。他の電界効果トランジスタ(T0を除く)は、実際は、電圧源
Vls1、Vls2などのための装置である。
参照符号が付されている。
Claims (6)
- 【請求項1】 第1の電圧範囲の第1のデジタル信号を、第2の電圧範囲の第2のデジタル信
号に変換する、レベルコンバータであって、 前記第1のデジタル信号を受信する入力と、前記第2のデジタル信号を供給す
る出力とを有する、増幅器と、 前記第2のデジタル信号のスルーレートを制御する直列配置部であって、少な
くとも第1のキャパシタと第2のキャパシタとを有し、前記増幅器の前記出力と
前記入力との間を接続する、直列配置部と、 前記少なくとも第1及び第2のキャパシタを横切る電圧を制御する、電圧制御
手段と、 を備えるとともに、 前記電圧制御手段は、前記直列配置部の各内部ノードに、個別バイアス電圧を
供給する、少なくとも1つの電圧源を備え、 前記個別バイアス電圧の値、又は、複数の前記個別バイアス電圧の値は、前記
第1及び第2のデジタル信号の値に、依存している、 ことを特徴とするレベルコンバータ。 - 【請求項2】 バイアス抵抗が、前記少なくとも1つの電圧源のうちの少なくとも1つに、直
列的に配置されている、ことを特徴とする請求項1に記載のレベルコンバータ。 - 【請求項3】 スイッチング手段が、前記少なくとも1つの電圧源に、直列的に配置されてい
る、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレベルコンバータ。 - 【請求項4】 前記スイッチング手段は、ダイオードにより形成されている、請求項3に記載
のレベルコンバータ。 - 【請求項5】 第1の電圧範囲の第1のデジタル信号を、第2の電圧範囲の第2のデジタル信
号に変換する、レベルコンバータであって、 制御端子と第1のメイン端子と第2のメイン端子とを有するトランジスタであ
って、前記制御端子と前記第1のメイン端子とが共に前記第1のデジタル信号を
受信する入力を形成し、前記第2のメイン端子と前記第1のメイン端子とが共に
前記第2のデジタル信号を供給する出力を形成する、トランジスタと、 前記第2のデジタル信号のスルーレートを制御する直列配置部であって、少な
くとも第1のキャパシタと第2のキャパシタとを有し、前記トランジスタの前記
第2のメイン端子と前記制御端子との間を接続する、直列配置部と、 前記少なくとも第1及び第2のキャパシタを横切る電圧を制御する、電圧制御
手段と、 を備えるとともに、 前記電圧制御手段は、第1の電圧源と、前記第1の電圧源に直列的に配置され
た第1のダイオードと、第2の電圧源と、前記第2の電圧源に直列的に配置され
た第2のダイオードとを備え、 前記第1の電圧源と前記第1のダイオードとの直列的な配置は、前記第1のキ
ャパシタと並列的に配置されており、前記第2の電圧源と前記第2のダイオード
との直列的な配置は、前記第1のキャパシタと並列的に配置されている、 ことを特徴とするレベルコンバータ。 - 【請求項6】 第1の電圧範囲の第1のデジタル信号を、第2の電圧範囲の第2のデジタル信
号に変換する、レベルコンバータであって、 制御端子と供給基準端子に接続された第1のメイン端子と第2のメイン端子と
を有するトランジスタであって、前記制御端子と前記供給基準端子とが共に前記
第1のデジタル信号を受信する入力を形成し、前記第2のメイン端子と前記供給
基準端子とが共に前記第2のデジタル信号を供給する出力を形成する、トランジ
スタと、 前記第2のデジタル信号のスルーレートを制御する直列配置部であって、第1
のキャパシタと第2のキャパシタと第3のキャパシタを有し、前記トランジスタ
の前記第2のメイン端子と前記制御端子との間を接続する、直列配置部と、 前記第1、第2及び第3のキャパシタを横切る電圧を制御する、電圧制御手段
と、 を備えるとともに、 前記電圧制御手段は、第1の伝導型の第1乃至第7の電界効果トランジスタと
、第2の伝導型の第8乃至第11の電界効果トランジスタとを備え、 前記第1の電界効果トランジスタは、前記第1のキャパシタと前記第2のキャ
パシタの共通ノードに接続された第1のメイン端子と、前記トランジスタの前記
第2のメイン端子に接続された第2のメイン端子と、ゲートとを、備え、 前記第2の電界効果トランジスタは、前記第1の電界効果トランジスタのゲー
トに接続された第1のメイン端子と、前記第1の電界効果トランジスタの前記第
1のメイン端子にともに接続された第2のメイン端子及びゲートと、を備え、 前記第3の電界効果トランジスタは、第1のメイン端子と、前記トランジスタ
の前記第2のメイン端子に接続された第2のメイン端子と、ゲートとを、備え、 前記第4の電界効果トランジスタは、前記第1の電界効果トランジスタのゲー
トに接続された第1のメイン端子と、前記第3の電界効果トランジスタの前記第
1のメイン端子に接続された第2のメイン端子と、ゲートとを、備え、 前記第5の電界効果トランジスタは、前記第2のキャパシタと前記第3のキャ
パシタとの共通ノードに接続された第1のメイン端子と、前記第1の電界効果ト
ランジスタの前記第1のメイン端子に接続された第2のメイン端子と、ゲートと
を、備え、 前記第6の電界効果トランジスタは、バイアス電圧を受信するバイアス基準端
子に接続された第1のメイン端子と、前記第5の電界効果トランジスタの前記第
1のメイン端子に共に接続された第2のメイン端子及びゲートとを、備え、 前記第7の電界効果トランジスタは、前記第5の電界効果トランジスタの前記
ゲートに接続された第1のメイン端子と、前記第4の電界効果トランジスタの前
記第1のメイン端子に接続された第2のメイン端子と、前記バイアス基準端子に
接続されたゲートとを、備え、 前記第8の電界効果トランジスタは、前記第3の電界効果トランジスタの前記
ゲートに接続された第1のメイン端子と、前記トランジスタの前記第2のメイン
端子に接続された第2のメイン端子と、ゲートとを、備え、 前記第9の電界効果トランジスタは、前記第3の電界効果トランジスタのゲー
トに接続された第1のメイン端子と、前記第8の電界効果トランジスタのゲート
に接続された第2のメイン端子と、前記トランジスタの前記第2のメイン端子に
接続されたゲートとを、備え、 前記第10の電界効果トランジスタは、前記第4の電界効果トランジスタの前
記ゲート及び前記第8の電界効果トランジスタの前記ゲートに接続された第1の
メイン端子と、前記第4の電界効果トランジスタの前記第2のメイン端子に接続
された第2のメイン端子と、前記第7の電界効果トランジスタの前記ゲートに接
続されたゲートとを、備え 前記第11の電界効果トランジスタは、前記第4の電界効果トランジスタのゲ
ートに接続された第1のメイン端子と、前記第10の電界効果トランジスタの前
記ゲートに接続された第2のメイン端子と、前記第10の電界効果トランジスタ
の前記第2のメイン端子に接続されたゲートとを、備える、 ことを特徴とするレベルコンバータ。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP99201681.6 | 1999-05-28 | ||
EP99201681 | 1999-05-28 | ||
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