JP2004274564A - レベルシフト回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のレベルシフト回路においては、入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、前記第1のインバータで発生した電圧を中心に信号を出力する増幅器と、前記第1のインバータと等しいスレショルド電圧を持つ第2のインバータとを備えたものである。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電子機器および集積回路の論理回路入力に使用するレベルシフト回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子機器および集積回路の論理回路入力に使用するレベルシフト回路については特開平10−157141号公報に開示されている。図23は従来のレベルシフト回路の回路図である。図23において、2および3は信号を入力する入力端子、4はレベルシフトした信号を出力する出力端子、7、21、22はインバータ、11は電流源、12は電圧を印加する入力端子、20は電流源、23、24はレベルシフトを動作させるための基準電圧印加端子、R1、R2、R4〜R10は抵抗、Q1、Q2、Q12〜Q17はトランジスタまたはダイオードである。2と3と、Q1、Q2がレベルシフト回路の入力部を構成し、4、7、R1、R2がレベルシフト回路の出力部を構成し、R9、R10とQ17がレベルシフト回路の動作点を決定する。この動作点は20、21、22、23、24、R4〜R7で構成されるレベルシフトと同等な回路を準備して、23と24を同一の電圧を与えることで、22、Q14、Q15、R8によりQ16およびQ17の動作点を決定する。それにより、インバータ7の中心動作点がインバータ21の動作点と等しくなり、CMOSトランジスタなどで構成される次段論理とスレショルドレベル(論理回路しきい値)が一致して動作する。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−355119号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来、電子機器および集積回路の論理回路入力に使用するレベルシフト回路において、量産化する場合に、ばらつきによるスレショルドレベルの変動が課題であった。
【0005】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、スレショルドレベルの変動が少なく、パルスのデューティ比を正しく維持することのできるレベルシフト回路を提供することを目的とする。
【0006】
例えば、特開平10−157141号公報において、構成された回路の相対ばらつきとして、以下の素子の組み合わせがある。
【0007】
7と21、11と20、R1とR4、R2とR5、R6とR10、Q1とQ12、Q2とQ13、R7とR9、Q16とQ17の9個の組み合わせである。ここで、仮に各素子の相対ばらつきの分散による3σ値を1%とすると、これら9個の組み合わせにより、
√9×1%=3%
のばらつきの3σ値が発生する。R2の出力電圧振幅を1V程度に設計した場合、30mVとなり、インバータのスレショルドレベルに影響する。さらに高速の信号を入力した場合、入力信号と出力信号のデューティ比も変えてしまう。したがって、この構成ではスレショルドレベルの変動が大きく、パルスのデューティ比を正しく維持することができない。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明のレベルシフト回路においては、入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、前記第1のインバータで発生した電圧を中心に信号を出力する増幅器と、前記第1のインバータと等しいスレショルド電圧を持つ第2のインバータとを備えたものである。
【0009】
この構成により、ばらつきによるスレショルドレベルの変動を少なくして、パルスのデューティ比を正しく維持することのできるレベルシフト回路が得られる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、前記第1のインバータで発生した電圧を中心に信号を出力する増幅器と、前記第1のインバータと等しいしきい値電圧を持つ第2のインバータとを備え、ばらつきによるスレショルドレベルの変動を少なくして、パルスのデューティ比を正しく維持することのできるレベルシフト回路を得ることができるという作用を有する。
【0011】
本発明の請求項2に記載の発明は、信号入力する第1の入力端子および第2の入力端子と、前記入力端子を接続された差動トランジスタ対と、前記差動トランジスタ対に電流を供給する第1の電流源と、前記差動トランジスタ対の第1の出力端に電流を供給する第2の電流源と、前記差動トランジスタ対の第2の出力端に電流を供給する第3の電流源と、前記差動トランジスタ対のそれぞれの出力端に接続された第1および第2の負荷と、前記第1の負荷他端と第2の負荷他端とを接続してさらに入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、差動トランジスタ対の第1の出力端と第2の電流源と第1の負荷との接続点に入力端を接続した第2のインバータと、差動トランジスタ対の第2の出力端と第3の電流源と第2の負荷との接続点に入力端を接続した第3のインバータとを備え、ばらつきによるスレショルドレベルの変動が少なく、パルスのデューティ比を正しく維持することのできるレベルシフト回路を得ることができるという作用を有する。
【0012】
本発明の請求項3に記載の発明は、入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、前記第1のインバータで発生した電圧のインピーダンスを変換する電圧バッファ回路と、前記電圧バッファ回路の出力電圧を中心に信号を出力する増幅器と、前記第1のインバータと等しいしきい値電圧を持つ第2のインバータとを備え、ばらつきによるスレショルドレベルの変動が少なく、パルスのデューティ比を正しく維持することのできるレベルシフト回路を得ることができるという作用を有する。
【0013】
本発明の請求項4に記載の発明は、信号入力する第1の入力端子および第2の入力端子と、前記入力端子を接続された差動トランジスタ対と、前記差動トランジスタ対に電流を供給する第1の電流源と、前記差動トランジスタ対の第1の出力端に電流を供給する第2の電流源と、前記差動トランジスタ対の第2の出力端に電流を供給する第3の電流源と、前記差動トランジスタ対のそれぞれの出力端に接続された第1および第2の負荷と、前記第1の負荷他端と第2の負荷他端とを接続してさらに出力端を接続された電圧バッファ回路と、前記電圧バッファ回路の入力端に入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、差動トランジスタ対の第1の出力端と第2の電流源と第1の負荷との接続点に入力端を接続した第2のインバータと、差動トランジスタ対の第2の出力端と第3の電流源と第2の負荷との接続点に入力端を接続した第3のインバータとを備え、ばらつきによるスレショルドレベルの変動が少なく、パルスのデューティ比を正しく維持することのできるレベルシフト回路を得ることができるという作用を有する。
【0014】
本発明の請求項5に記載の発明は、入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、前記第1のインバータで発生した電圧をシフトする電圧シフト回路と、前記電圧バッファ回路の出力電圧を中心に信号を出力する増幅器と、前記第1のインバータと等しいしきい値電圧を持つ第2のインバータとを備え、ばらつきによるスレショルドレベルの変動が少なく、パルスのデューティ比を正しく維持することのできるレベルシフト回路を得ることができるという作用を有する。
【0015】
本発明の請求項6に記載の発明は、信号入力する第1の入力端子および第2の入力端子と、前記入力端子を接続された差動トランジスタ対と、前記差動トランジスタ対に負荷となる第1の抵抗と、前記差動トランジスタ対の第1の出力端に電流を供給する第2の電流源と、前記差動トランジスタ対の第2の出力端に電流を供給する第3の電流源と、前記差動トランジスタ対の出力端に接続された第1および第2の負荷と、前記第1の負荷他端と第2の負荷他端とを接続してさらに出力端を接続された電圧シフト回路と、前記電圧シフト回路の入力端に入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、差動トランジスタ対の第1の出力端と第2の電流源と第1の負荷との接続点に入力端を接続した第2のインバータと、差動トランジスタ対の第2の出力端と第3の電流源と第2の負荷との接続点に入力端を接続した第3のインバータとを備え、ばらつきによるスレショルドレベルの変動が少なく、パルスのデューティ比を正しく維持することのできるレベルシフト回路を得ることができるという作用を有する。
【0016】
本発明の請求項7に記載の発明は、入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、前記第1のインバータで発生した電圧を中心に信号を出力する増幅器と、前記第1のインバータと等しいしきい値電圧を持つ第2のインバータとコモンモードフィードバック回路とを備え、ばらつきによるスレショルドレベルの変動が少なく、パルスのデューティ比を正しく維持することのできるレベルシフト回路を得ることができるという作用を有する。
【0017】
本発明の請求項8に記載の発明は、信号入力する第1の入力端子および第2の入力端子と、前記入力端子を接続された差動トランジスタ対と、前記差動トランジスタ対に負荷となる第1の抵抗と、前記差動トランジスタ対の第1の出力端に電流を供給する第2の電流源と、前記差動トランジスタ対の第2の出力端に電流を供給する第3の電流源と、前記差動トランジスタ対の出力端に接続された第1および第2の負荷と、前記第1の負荷他端と第2の負荷他端とを接続してさらに一方の入力端を接続し、出力を第1の電流源を構成するトランジスタに接続した増幅器と、前記増幅器の他方の入力端に入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、差動トランジスタ対の第1の出力端と第2の電流源と第1の負荷との接続点に入力端を接続した第2のインバータと、差動トランジスタ対の第2の出力端と第3の電流源と第2の負荷との接続点に入力端を接続した第3のインバータとを備え、ばらつきによるスレショルドレベルの変動が少なく、パルスのデューティ比を正しく維持することのできるレベルシフト回路を得ることができるという作用を有する。
【0018】
本発明の請求項9に記載の発明は、信号入力する第1の入力端子および第2の入力端子と、前記入力端子を接続された差動トランジスタ対と、前記差動トランジスタ対に負荷となる第1の抵抗と、前記差動トランジスタ対の第1の出力端に電流を供給する第2の電流源と、前記差動トランジスタ対の第2の出力端に電流を供給する第3の電流源と、前記差動トランジスタ対の出力端に接続された第1および第2の負荷と、前記第1の負荷他端と第2の負荷他端とを接続してさらに一方の入力端を接続し、出力を第2および第3の電流源を構成するそれぞれのトランジスタに接続した増幅器と、前記増幅器の他方の入力端に入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、差動トランジスタ対の第1の出力端と第2の電流源と第1の負荷との接続点に入力端を接続した第2のインバータと、差動トランジスタ対の第2の出力端と第3の電流源と第2の負荷との接続点に入力端を接続した第3のインバータとを備え、ばらつきによるスレショルドレベルの変動が少なく、パルスのデューティ比を正しく維持することのできるレベルシフト回路を得ることができるという作用を有する。
【0019】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0020】
図1は第1の実施の形態におけるレベルシフト回路の回路図を示すものである。図1において、1は増幅器、5は信号を出力する出力端、6はレベルシフト回路の出力動作電圧を決定するインバータである。インバータ6で基準電圧源を構成し、増幅器1およびインバータ7、インバータ8とからレベルシフト回路を構成する。
【0021】
以上のように構成された第1の実施形態のレベルシフト回路について以下、その動作を説明する。インバータ6の入力と出力を接続すると、帰還回路として動作して、入力と出力を接続したノードはインバータ6のスレショルド電圧となる。これにより、増幅器1の動作中心点はインバータ6のスレショルド電圧になる。インバータ7とインバータ8をインバータ6と等しい特性のトランジスタで構成すると、インバータ7とインバータ8のそれぞれのスレショルド電圧はインバータ6のスレショルド電圧に等しくなる。増幅器1の動作点の中心をインバータ6の出力電圧に設定する。それにより、インバータ7の入力信号としてインバータ6のスレショルド電圧に等しいインバータ7のスレショルド電圧を中心に動作することになる。これにより、インバータのスレショルドの絶対値ばらつきに影響を受けることなく、信号のデューティ比が正確に次段に伝播され、論理回路へ正しく伝えられる。さらに、相対ばらつきを従来例と同様に考察すると、素子の組み合わせはインバータ6とインバータ7の1組なので、相対ばらつきの3σ値を1%とすると
√1×1%=1%
となる。これは従来例のばらつきの1/3となり、1Vの入力信号のとき10mVとなる。回路規模も小さくなるので、マスクレイアウトのバランスも取り易く、さらに効果が期待できる。
【0022】
以上のように第1の実施形態によれば、入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、前記第1のインバータで発生した電圧を中心に信号を出力する増幅器と、前記第1のインバータと等しいしきい値電圧を持つ第2のインバータとを備えることより、ばらつきによるスレショルドレベルの変動を少なくして、パルスのデューティ比を正しく維持することのできるレベルシフト回路が得られる。
【0023】
次に、図2は第2の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図を示すものである。図2において、9、10は電流源である。インバータ6で基準電圧源を構成し、電流源9、10とR1、R2とインバータ7、8とからレベルシフト回路の出力部を構成する。
【0024】
以上のように構成された第2の実施形態のレベルシフト回路について以下、その動作を説明する。インバータ6の入力と出力を接続すると、帰還回路として動作して、入力と出力を接続したノードはインバータ6のスレショルド電圧となる。これにより、R1、R2の動作中心点はインバータ6のスレショルド電圧になる。インバータ7とインバータ8をインバータ6と等しい特性のトランジスタで構成すると、インバータ7とインバータ8のそれぞれのスレショルド電圧はインバータ6のスレショルド電圧に等しくなる。R1、R2はインバータ6のスレショルド電圧で動作しているので、インバータ7の入力信号としてインバータ6のスレショルド電圧に等しいインバータ7のスレショルド電圧を中心に動作することになる。これにより、インバータのスレショルドの絶対値ばらつきに影響を受けることなく、信号のデューティ比が正確に次段に伝播され、論理回路へ正しく伝えられる。さらに、相対ばらつきを従来例と同様に考察すると、素子の組み合わせはインバータ6とインバータ7の1組なので、相対ばらつきの3σ値を1%とすると
√1×1%=1%
となる。これは従来例のばらつきの1/3となり、1Vの入力信号のとき10mVとなる。回路規模も小さくなるので、マスクレイアウトのバランスも取り易く、さらに効果が期待できる。
【0025】
以上のように第2の実施形態によれば、信号入力する第1の入力端子および第2の入力端子と、前記入力端子を接続された差動トランジスタ対と、前記差動トランジスタ対に電流を供給する第1の電流源と、前記差動トランジスタ対の第1の出力端に電流を供給する第2の電流源と、前記差動トランジスタ対の第2の出力端に電流を供給する第3の電流源と、前記差動トランジスタ対のそれぞれの出力端に接続された第1および第2の負荷と、前記第1の負荷他端と第2の負荷他端とを接続してさらに入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、差動トランジスタ対の第1の出力端と第2の電流源と第1の負荷との接続点に入力端を接続した第2のインバータと、差動トランジスタ対の第2の出力端と第3の電流源と第2の負荷との接続点に入力端を接続した第3のインバータとを備えることより、ばらつきによるスレショルドレベルの変動を少なくして、パルスのデューティ比を正しく維持することのできるレベルシフト回路が得られる。
【0026】
なお、本実施の形態では入力トランジスタをnpnトランジスタの差動対としたが、図3のようにpnpトランジスタの差動対で構成してもよい。さらに、図4のように入力トランジスタをnchMOSトランジスタの差動対で構成してもよい。さらに、図5のように入力トランジスタをpchMOSトランジスタの差動対で構成してもよい。
【0027】
次に図6は第3の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図を示すものである。図6において、13は電圧バッファである。
【0028】
以上のように構成された第3の実施形態のレベルシフト回路について以下、その動作を説明する。インバータ6の入力と出力を接続すると、帰還回路として動作して、入力と出力を接続したノードはインバータ6のスレショルド電圧となる。さらに電圧バッファを介してインバータ6の出力電圧を出力する。これにより、増幅器1の動作中心点はインバータ6のスレショルド電圧になり、さらに、過渡的な電流の変動にも影響を受けなくなる。インバータ7とインバータ8をインバータ6と等しい特性のトランジスタで構成すると、インバータ7とインバータ8のそれぞれのスレショルド電圧はインバータ6のスレショルド電圧に等しくなる。増幅器1の動作点の中心をインバータ6の出力電圧に設定する。それにより、インバータ7の入力信号としてインバータ6のスレショルド電圧に等しいインバータ7のスレショルド電圧を中心に動作することになる。これにより、インバータのスレショルドの絶対値ばらつきに影響を受けることなく、信号のデューティ比が正確に次段に伝播され、論理回路へ正しく伝えられる。さらに、相対ばらつきを従来例と同様に考察すると、素子の組み合わせはインバータ6とインバータ7の1組なので、相対ばらつきの3σ値を1%とすると
√1×1%=1%
となる。これは従来例のばらつきの1/3となり、1Vの入力信号のとき10mVとなる。回路規模も小さくなるので、マスクレイアウトのバランスも取り易く、さらに効果が期待できる。
【0029】
以上のように第3の実施形態によれば、入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、前記第1のインバータで発生した電圧のインピーダンスを変換する電圧バッファ回路と、前記電圧バッファ回路の出力電圧を中心に信号を出力する増幅器と、前記第1のインバータと等しいしきい値電圧を持つ第2のインバータとを備えることより、ばらつきによるスレショルドレベルの変動を少なくして、パルスのデューティ比を正しく維持することのできるレベルシフト回路が得られる。
【0030】
次に、図7は第4の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図を示すものである。
【0031】
以上のように構成された第4の実施形態のレベルシフト回路について以下、その動作を説明する。インバータ6の入力と出力を接続すると、帰還回路として動作して、入力と出力を接続したノードはインバータ6のスレショルド電圧となる。さらに電圧バッファを介してインバータ6の出力電圧を出力する。これにより、R1、R2の動作中心点はインバータ6のスレショルド電圧になる。インバータ7とインバータ8をインバータ6と等しい特性のトランジスタで構成すると、インバータ7とインバータ8のそれぞれのスレショルド電圧はインバータ6のスレショルド電圧に等しくなる。R1、R2はインバータ6のスレショルド電圧で動作しているので、インバータ7の入力信号としてインバータ6のスレショルド電圧に等しいインバータ7のスレショルド電圧を中心に動作することになる。これにより、インバータのスレショルドの絶対値ばらつきに影響を受けることなく、信号のデューティ比が正確に次段に伝播され、論理回路へ正しく伝えられる。さらに、相対ばらつきを従来例と同様に考察すると、素子の組み合わせはインバータ6とインバータ7の1組なので、相対ばらつきの3σ値を1%とすると
√1×1%=1%
となる。これは従来例のばらつきの1/3となり、1Vの入力信号のとき10mVとなる。回路規模も小さくなるので、マスクレイアウトのバランスも取り易く、さらに効果が期待できる。
【0032】
以上のように第4の実施形態によれば、信号入力する第1の入力端子および第2の入力端子と、前記入力端子を接続された差動トランジスタ対と、前記差動トランジスタ対に電流を供給する第1の電流源と、前記差動トランジスタ対の第1の出力端に電流を供給する第2の電流源と、前記差動トランジスタ対の第2の出力端に電流を供給する第3の電流源と、前記差動トランジスタ対のそれぞれの出力端に接続された第1および第2の負荷と、前記第1の負荷他端と第2の負荷他端とを接続してさらに出力端を接続された電圧バッファ回路と、前記電圧バッファ回路の入力端に入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、差動トランジスタ対の第1の出力端と第2の電流源と第1の負荷との接続点に入力端を接続した第2のインバータと、差動トランジスタ対の第2の出力端と第3の電流源と第2の負荷との接続点に入力端を接続した第3のインバータとを備えることより、ばらつきによるスレショルドレベルの変動を少なくして、パルスのデューティ比を正しく維持することのできるレベルシフト回路が得られる。
【0033】
なお、本実施の形態では入力トランジスタをnpnトランジスタの差動対としたが、pnpトランジスタの差動対で構成してもよい。さらに、入力トランジスタをnchMOSトランジスタの差動対で構成してもよい。さらに、図8のように入力トランジスタをpchMOSトランジスタの差動対で構成してもよい。
【0034】
次に図9は第5の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図を示すものである。図9において、14は直流電圧シフト回路である。
【0035】
以上のように構成された第5の実施形態のレベルシフト回路について以下、その動作を説明する。インバータ6の入力と出力を接続すると、帰還回路として動作して、入力と出力を接続したノードはインバータ6のスレショルド電圧となる。さらに直流電圧シフト回路14を介してインバータ6の出力電圧をシフトして出力する。これにより、増幅器1の動作中心点はインバータ6のスレショルド電圧にすることができる。インバータ7とインバータ8をインバータ6と等しい特性のトランジスタで構成すると、インバータ7とインバータ8のそれぞれのスレショルド電圧はインバータ6のスレショルド電圧に等しくなる。増幅器1の動作点の中心をインバータ6の出力電圧に設定する。それにより、インバータ7の入力信号としてインバータ6のスレショルド電圧に等しいインバータ7のスレショルド電圧を中心に動作することになる。これにより、インバータのスレショルドの絶対値ばらつきに影響を受けることなく、信号のデューティ比が正確に次段に伝播され、論理回路へ正しく伝えられる。さらに、相対ばらつきを従来例と同様に考察すると、素子の組み合わせはインバータ6とインバータ7の1組と直流電圧シフト内部の素子の組み合わせを1組とし、相対ばらつきの3σ値を1%とすると
√2×1%=1.414%
となる。これは従来例のばらつきの約1/2となり、1Vの入力信号のとき14mVとなる。回路規模も小さくなるので、マスクレイアウトのバランスも取り易く、さらに効果が期待できる。
【0036】
以上のように第5の実施形態によれば、入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、前記第1のインバータで発生した電圧をシフトする電圧シフト回路と、前記電圧バッファ回路の出力電圧を中心に信号を出力する増幅器と、前記第1のインバータと等しいしきい値電圧を持つ第2のインバータとを備えることより、ばらつきによるスレショルドレベルの変動を少なくして、パルスのデューティ比を正しく維持することのできるレベルシフト回路が得られる。
【0037】
次に、図10は第6の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図を示すものである。
【0038】
以上のように構成された第6の実施形態のレベルシフト回路について以下、その動作を説明する。インバータ6の入力と出力を接続すると、帰還回路として動作して、入力と出力を接続したノードはインバータ6のスレショルド電圧となる。さらに直流電圧シフト回路14を介してインバータ6の出力電圧をシフトして出力する。これにより、R1、R2の動作中心点はインバータ6のスレショルド電圧にすることができる。インバータ7とインバータ8をインバータ6と等しい特性のトランジスタで構成すると、インバータ7とインバータ8のそれぞれのスレショルド電圧はインバータ6のスレショルド電圧に等しくなる。R1、R2はインバータ6のスレショルド電圧で動作しているので、インバータ7の入力信号としてインバータ6のスレショルド電圧に等しいインバータ7のスレショルド電圧を中心に動作することになる。これにより、インバータのスレショルドの絶対値ばらつきに影響を受けることなく、信号のデューティ比が正確に次段に伝播され、論理回路へ正しく伝えられる。さらに、相対ばらつきを従来例と同様に考察すると、素子の組み合わせはインバータ6とインバータ7の1組と直流電圧シフト内部の素子の組み合わせを1組とし、相対ばらつきの3σ値を1%とすると
√2×1%=1.414%
となる。これは従来例のばらつきの約1/2となり、1Vの入力信号のとき14mVとなる。回路規模も小さくなるので、マスクレイアウトのバランスも取り易く、さらに効果が期待できる。
【0039】
さらに、図11は第6の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図を示すものである。図11において、15、16は電流源、Q3、Q4はトランジスタ、R3はレベルシフト量を電流源16とともに決める抵抗である。電流源15、16、トランジスタQ3、Q4および抵抗R3で直流電圧シフト回路14を構成している。
【0040】
以上のように構成された第6の実施形態のレベルシフト回路について以下、その動作を説明する。インバータ6の入力と出力を接続すると、帰還回路として動作して、入力と出力を接続したノードはインバータ6のスレショルド電圧となる。さらに直流電圧シフト回路14において、シフト電圧幅はR3と電流源16とで決定される。いま、シフト電圧幅をR1と電流源11で決まる振幅幅の1/2に設定する。トランジスタQ3およびQ4のエミッタ−ベース間電圧をほぼ等しいとすると、R1、R2の動作中心点はインバータ6のスレショルド電圧にすることができる。インバータ7とインバータ8をインバータ6と等しい特性のトランジスタで構成すると、インバータ7とインバータ8のそれぞれのスレショルド電圧はインバータ6のスレショルド電圧に等しくなる。R1、R2はインバータ6のスレショルド電圧で動作しているので、インバータ7の入力信号としてインバータ6のスレショルド電圧に等しいインバータ7のスレショルド電圧を中心に動作することになる。これにより、インバータのスレショルドの絶対値ばらつきに影響を受けることなく、信号のデューティ比が正確に次段に伝播され、論理回路へ正しく伝えられる。さらに、相対ばらつきを従来例と同様に考察すると、素子の組み合わせはインバータ6とインバータ7、Q3とQ4、R1とR3の3組である。相対ばらつきの3σ値を1%とすると
√3×1%=1.732%
となる。これは従来例のばらつきの約1/2となり、1Vの入力信号のとき17mVとなる。ただし、Q3とQ4の電流値が等しいと仮定した。回路規模も小さくなるので、マスクレイアウトのバランスも取り易く、さらに効果が期待できる。
【0041】
さらに、図12は第6の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図を示すものである。図12において、17は演算増幅器である。演算増幅器17、抵抗R3および電流源16で直流電圧シフト回路14を構成している。
【0042】
以上のように構成された第6の実施形態のレベルシフト回路について以下、その動作を説明する。インバータ6の入力と出力を接続すると、帰還回路として動作して、入力と出力を接続したノードはインバータ6のスレショルド電圧となる。さらに直流電圧シフト回路14において、シフト電圧幅はR3と電流源16とで決定される。いま、シフト電圧幅をR1と電流源11で決まる振幅幅の1/2に設定する。演算増幅器17の+入力と−入力は等しくなるので、演算増幅器17の出力電圧はインバータ6のスレショルド電圧よりR1と電流源11で決まる振幅幅の1/2高い電圧となる。つまり、R1、R2の動作中心点はインバータ6のスレショルド電圧にすることができる。インバータ7とインバータ8をインバータ6と等しい特性のトランジスタで構成すると、インバータ7とインバータ8のそれぞれのスレショルド電圧はインバータ6のスレショルド電圧に等しくなる。R1、R2はインバータ6のスレショルド電圧で動作しているので、インバータ7の入力信号としてインバータ6のスレショルド電圧に等しいインバータ7のスレショルド電圧を中心に動作することになる。これにより、インバータのスレショルドの絶対値ばらつきに影響を受けることなく、信号のデューティ比が正確に次段に伝播され、論理回路へ正しく伝えられる。さらに、相対ばらつきを従来例と同様に考察すると、素子の組み合わせはインバータ6とインバータ7、R1とR3の2組である。相対ばらつきの3σ値を1%とすると
√2×1%=1.414%
となる。これは従来例のばらつきの約1/2となり、1Vの入力信号のとき14mVとなる。回路規模も小さくなるので、マスクレイアウトのバランスも取り易く、さらに効果が期待できる。
【0043】
以上のように第6の実施形態によれば、信号入力する第1の入力端子および第2の入力端子と、前記入力端子を接続された差動トランジスタ対と、前記差動トランジスタ対に負荷となる第1の抵抗と、前記差動トランジスタ対の第1の出力端に電流を供給する第2の電流源と、前記差動トランジスタ対の第2の出力端に電流を供給する第3の電流源と、前記差動トランジスタ対の出力端に接続された第1および第2の負荷と、前記第1の負荷他端と第2の負荷他端とを接続してさらに出力端を接続された電圧シフト回路と、前記電圧シフト回路の入力端に入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、差動トランジスタ対の第1の出力端と第2の電流源と第1の負荷との接続点に入力端を接続した第2のインバータと、差動トランジスタ対の第2の出力端と第3の電流源と第2の負荷との接続点に入力端を接続した第3のインバータとを備えることより、ばらつきによるスレショルドレベルの変動を少なくして、パルスのデューティ比を正しく維持することのできるレベルシフト回路が得られる。
【0044】
なお、本実施の形態では入力トランジスタをnpnトランジスタの差動対としたが、pnpトランジスタの差動対で構成してもよい。さらに、入力トランジスタをnchMOSトランジスタの差動対で構成してもよい。さらに、図13のように入力トランジスタをpchMOSトランジスタの差動対で構成してもよい。
【0045】
次に図14は第7の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図を示すものである。図14において、18は演算増幅器である。演算増幅器18と増幅器1とにより増幅器1のコモンモードフィードバックを構成している。
【0046】
以上のように構成された第7の実施形態のレベルシフト回路について以下、その動作を説明する。インバータ6の入力と出力を接続すると、帰還回路として動作して、入力と出力を接続したノードはインバータ6のスレショルド電圧となる。この電圧を演算増幅器18に入力し、さらに増幅器1の動作中心点を演算増幅器18により帰還することができる。それにより、増幅器1の動作中心点をインバータ6のスレショルド電圧にすることができる。インバータ7とインバータ8をインバータ6と等しい特性のトランジスタで構成すると、インバータ7とインバータ8のそれぞれのスレショルド電圧はインバータ6のスレショルド電圧に等しくなる。増幅器1の動作点の中心をインバータ6の出力電圧に設定する。それにより、インバータ7の入力信号としてインバータ6のスレショルド電圧に等しいインバータ7のスレショルド電圧を中心に動作することになる。これにより、インバータのスレショルドの絶対値ばらつきに影響を受けることなく、信号のデューティ比が正確に次段に伝播され、論理回路へ正しく伝えられる。さらに、相対ばらつきを従来例と同様に考察すると、素子の組み合わせはインバータ6とインバータ7の1組なので、相対ばらつきの3σ値を1%とすると
√1×1%=1%
となる。これは従来例のばらつきの1/3となり、1Vの入力信号のとき10mVとなる。回路規模も小さくなるので、マスクレイアウトのバランスも取り易く、さらに効果が期待できる。
【0047】
以上のように第7の実施形態によれば、入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、前記第1のインバータで発生した電圧をシフトする電圧シフト回路と、前記電圧バッファ回路の出力電圧を中心に信号を出力する増幅器と、前記第1のインバータと等しいしきい値電圧を持つ第2のインバータとを備えることより、ばらつきによるスレショルドレベルの変動を少なくして、パルスのデューティ比を正しく維持することのできるレベルシフト回路が得られる。
【0048】
次に図15は第8の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図を示すものである。図15において、Q7はトランジスタで電流源11を構成している。演算増幅器18と増幅器1の抵抗R1、R2およびトランジスタQ7とにより増幅器1のコモンモードフィードバックを構成している。
【0049】
以上のように構成された第8の実施形態のレベルシフト回路について以下、その動作を説明する。インバータ6の入力と出力を接続すると、帰還回路として動作して、入力と出力を接続したノードはインバータ6のスレショルド電圧となる。この電圧を演算増幅器18に入力し、さらに増幅器1の動作中心点を演算増幅器18で増幅器1の差動対のテール電流源11を構成するトランジスタQ7に帰還することができる。それにより、増幅器1の動作中心点をインバータ6のスレショルド電圧にすることができる。インバータ7とインバータ8をインバータ6と等しい特性のトランジスタで構成すると、インバータ7とインバータ8のそれぞれのスレショルド電圧はインバータ6のスレショルド電圧に等しくなる。増幅器1の動作点の中心をインバータ6の出力電圧に設定する。それにより、インバータ7の入力信号としてインバータ6のスレショルド電圧に等しいインバータ7のスレショルド電圧を中心に動作することになる。これにより、インバータのスレショルドの絶対値ばらつきに影響を受けることなく、信号のデューティ比が正確に次段に伝播され、論理回路へ正しく伝えられる。さらに、相対ばらつきを従来例と同様に考察すると、素子の組み合わせはインバータ6とインバータ7の1組なので、相対ばらつきの3σ値を1%とすると
√1×1%=1%
となる。これは従来例のばらつきの1/3となり、1Vの入力信号のとき10mVとなる。さらに、この構成を用いると差動出力の誤差、つまり、R1、R2の相対ばらつき、トランジスタQ1、Q2の相対ばらつきも帰還することで減少することができる。回路規模も小さくなるので、マスクレイアウトのバランスも取り易く、さらに効果が期待できる。
【0050】
以上のように第8の実施形態によれば、信号入力する第1の入力端子および第2の入力端子と、前記入力端子を接続された差動トランジスタ対と、前記差動トランジスタ対に負荷となる第1の抵抗と、前記差動トランジスタ対の第1の出力端に電流を供給する第2の電流源と、前記差動トランジスタ対の第2の出力端に電流を供給する第3の電流源と、前記差動トランジスタ対の出力端に接続された第1および第2の負荷と、前記第1の負荷他端と第2の負荷他端とを接続してさらに一方の入力端を接続し、出力を第1の電流源を構成するトランジスタに接続した増幅器と、前記増幅器の他方の入力端に入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、差動トランジスタ対の第1の出力端と第2の電流源と第1の負荷との接続点に入力端を接続した第2のインバータと、差動トランジスタ対の第2の出力端と第3の電流源と第2の負荷との接続点に入力端を接続した第3のインバータとを備えることより、ばらつきによるスレショルドレベルの変動を少なくして、パルスのデューティ比を正しく維持することのできるレベルシフト回路が得られる。
【0051】
なお、本実施の形態では入力トランジスタをnpnトランジスタの差動対としたが、pnpトランジスタの差動対で構成してもよい。さらに、入力トランジスタをnchMOSトランジスタの差動対で構成してもよい。さらに、図16のように入力トランジスタをpchMOSトランジスタの差動対で構成してもよい。
【0052】
図17および図18にコモンフィードバックを構成する演算増幅器18の具体的な回路図を含んだ第8の実施形態の回路図を示す。
【0053】
次に図19は第9の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図を示すものである。図19において、Q5はトランジスタで電流源9、Q6はトランジスタで電流源11を構成している。演算増幅器18と増幅器1の抵抗R1、R2およびトランジスタQ5およびQ6とにより増幅器1のコモンモードフィードバックを構成している。
【0054】
以上のように構成された第9の実施形態のレベルシフト回路について以下、その動作を説明する。インバータ6の入力と出力を接続すると、帰還回路として動作して、入力と出力を接続したノードはインバータ6のスレショルド電圧となる。この電圧を演算増幅器18に入力し、さらに増幅器1の動作中心点を演算増幅器18で増幅器1の電流源9および10を構成するトランジスタQ5およびQ6に帰還することができる。それにより、増幅器1の動作中心点をインバータ6のスレショルド電圧にすることができる。インバータ7とインバータ8をインバータ6と等しい特性のトランジスタで構成すると、インバータ7とインバータ8のそれぞれのスレショルド電圧はインバータ6のスレショルド電圧に等しくなる。増幅器1の動作点の中心をインバータ6の出力電圧に設定する。それにより、インバータ7の入力信号としてインバータ6のスレショルド電圧に等しいインバータ7のスレショルド電圧を中心に動作することになる。これにより、インバータのスレショルドの絶対値ばらつきに影響を受けることなく、信号のデューティ比が正確に次段に伝播され、論理回路へ正しく伝えられる。さらに、相対ばらつきを従来例と同様に考察すると、素子の組み合わせはインバータ6とインバータ7の1組なので、相対ばらつきの3σ値を1%とすると
√1×1%=1%
となる。これは従来例のばらつきの1/3となり、1Vの入力信号のとき10mVとなる。さらに、この構成を用いると差動出力の誤差、つまり、R1、R2の相対ばらつき、トランジスタQ1、Q2の相対ばらつきも帰還することで減少することができる。回路規模も小さくなるので、マスクレイアウトのバランスも取り易く、さらに効果が期待できる。
【0055】
以上のように第9の実施形態によれば、信号入力する第1の入力端子および第2の入力端子と、前記入力端子を接続された差動トランジスタ対と、前記差動トランジスタ対に負荷となる第1の抵抗と、前記差動トランジスタ対の第1の出力端に電流を供給する第2の電流源と、前記差動トランジスタ対の第2の出力端に電流を供給する第3の電流源と、前記差動トランジスタ対の出力端に接続された第1および第2の負荷と、前記第1の負荷他端と第2の負荷他端とを接続してさらに一方の入力端を接続し、出力を第2および第3の電流源を構成するそれぞれのトランジスタに接続した増幅器と、前記増幅器の他方の入力端に入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、差動トランジスタ対の第1の出力端と第2の電流源と第1の負荷との接続点に入力端を接続した第2のインバータと、差動トランジスタ対の第2の出力端と第3の電流源と第2の負荷との接続点に入力端を接続した第3のインバータとを備えることより、ばらつきによるスレショルドレベルの変動を少なくして、パルスのデューティ比を正しく維持することのできるレベルシフト回路が得られる。
【0056】
なお、本実施の形態では入力トランジスタをnpnトランジスタの差動対としたが、pnpトランジスタの差動対で構成してもよい。さらに、入力トランジスタをnchMOSトランジスタの差動対で構成してもよい。さらに、図20のように入力トランジスタをpchMOSトランジスタの差動対で構成してもよい。
【0057】
図21および図22にコモンフィードバックを構成する演算増幅器18の具体的な回路図を含んだ回路図を示す。
【0058】
【発明の効果】
以上のように本発明は、入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、前記第1のインバータで発生した電圧を中心に信号を出力する増幅器と、前記第1のインバータと等しいスレショルド電圧を持つ第2のインバータとを備えることにより、ばらつきによるスレショルドレベルの変動を少なくして、パルスのデューティ比を正しく維持することのできる優れたレベルシフト回路を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図2】本発明の第2の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図3】本発明の第2の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図4】本発明の第2の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図5】本発明の第2の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図6】本発明の第3の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図7】本発明の第4の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図8】本発明の第4の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図9】本発明の第5の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図10】本発明の第6の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図11】本発明の第6の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図12】本発明の第6の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図13】本発明の第6の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図14】本発明の第7の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図15】本発明の第8の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図16】本発明の第8の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図17】本発明の第8の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図18】本発明の第8の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図19】本発明の第9の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図20】本発明の第9の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図21】本発明の第9の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図22】本発明の第9の実施形態におけるレベルシフト回路の回路図
【図23】従来のレベルシフト回路の回路図
【符号の説明】
1 増幅器
2、3 信号入力端子
4、5 信号出力端子
6〜8、21、22 インバータ
9〜11、15、16、19、20 電流源
12 電源印加端子
13 電圧バッファ
14 直流電圧シフト回路
17、18 増幅器
23、24 入力端子
C コンデンサ
Q1〜Q17 トランジスタ
R1〜R10 抵抗
Claims (9)
- 入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、前記第1のインバータで発生した電圧を中心に信号を出力する増幅器と、前記第1のインバータと等しいしきい値電圧を持つ第2のインバータとを備えたレベルシフト回路。
- 信号入力する第1の入力端子および第2の入力端子と、前記入力端子を接続された差動トランジスタ対と、前記差動トランジスタ対に電流を供給する第1の電流源と、前記差動トランジスタ対の第1の出力端に電流を供給する第2の電流源と、前記差動トランジスタ対の第2の出力端に電流を供給する第3の電流源と、前記差動トランジスタ対のそれぞれの出力端に接続された第1および第2の負荷と、前記第1の負荷他端と第2の負荷他端とを接続してさらに入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、差動トランジスタ対の第1の出力端と第2の電流源と第1の負荷との接続点に入力端を接続した第2のインバータと、差動トランジスタ対の第2の出力端と第3の電流源と第2の負荷との接続点に入力端を接続した第3のインバータとを備えたレベルシフト回路。
- 入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、前記第1のインバータで発生した電圧のインピーダンスを変換する電圧バッファ回路と、前記電圧バッファ回路の出力電圧を中心に信号を出力する増幅器と、前記第1のインバータと等しいしきい値電圧を持つ第2のインバータとを備えたレベルシフト回路。
- 信号入力する第1の入力端子および第2の入力端子と、前記入力端子を接続された差動トランジスタ対と、前記差動トランジスタ対に電流を供給する第1の電流源と、前記差動トランジスタ対の第1の出力端に電流を供給する第2の電流源と、前記差動トランジスタ対の第2の出力端に電流を供給する第3の電流源と、前記差動トランジスタ対のそれぞれの出力端に接続された第1および第2の負荷と、前記第1の負荷他端と第2の負荷他端とを接続してさらに出力端を接続された電圧バッファ回路と、前記電圧バッファ回路の入力端に入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、差動トランジスタ対の第1の出力端と第2の電流源と第1の負荷との接続点に入力端を接続した第2のインバータと、差動トランジスタ対の第2の出力端と第3の電流源と第2の負荷との接続点に入力端を接続した第3のインバータとを備えたレベルシフト回路。
- 入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、前記第1のインバータで発生した電圧をシフトする電圧シフト回路と、前記電圧バッファ回路の出力電圧を中心に信号を出力する増幅器と、前記第1のインバータと等しいしきい値電圧を持つ第2のインバータとを備えたレベルシフト回路。
- 信号入力する第1の入力端子および第2の入力端子と、前記入力端子を接続された差動トランジスタ対と、前記差動トランジスタ対に負荷となる第1の抵抗と、前記差動トランジスタ対の第1の出力端に電流を供給する第2の電流源と、前記差動トランジスタ対の第2の出力端に電流を供給する第3の電流源と、前記差動トランジスタ対の出力端に接続された第1および第2の負荷と、前記第1の負荷他端と第2の負荷他端とを接続してさらに出力端を接続された電圧シフト回路と、前記電圧シフト回路の入力端に入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、差動トランジスタ対の第1の出力端と第2の電流源と第1の負荷との接続点に入力端を接続した第2のインバータと、差動トランジスタ対の第2の出力端と第3の電流源と第2の負荷との接続点に入力端を接続した第3のインバータとを備えたレベルシフト回路。
- コモンモードフィードバック回路を備えた請求項1のレベルシフト回路。
- 信号入力する第1の入力端子および第2の入力端子と、前記入力端子を接続された差動トランジスタ対と、前記差動トランジスタ対に負荷となる第1の抵抗と、前記差動トランジスタ対の第1の出力端に電流を供給する第2の電流源と、前記差動トランジスタ対の第2の出力端に電流を供給する第3の電流源と、前記差動トランジスタ対の出力端に接続された第1および第2の負荷と、前記第1の負荷他端と第2の負荷他端とを接続してさらに一方の入力端を接続し、出力を第1の電流源を構成するトランジスタに接続した増幅器と、前記増幅器の他方の入力端に入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、差動トランジスタ対の第1の出力端と第2の電流源と第1の負荷との接続点に入力端を接続した第2のインバータと、差動トランジスタ対の第2の出力端と第3の電流源と第2の負荷との接続点に入力端を接続した第3のインバータとを備えたレベルシフト回路。
- 信号入力する第1の入力端子および第2の入力端子と、前記入力端子を接続された差動トランジスタ対と、前記差動トランジスタ対に負荷となる第1の抵抗と、前記差動トランジスタ対の第1の出力端に電流を供給する第2の電流源と、前記差動トランジスタ対の第2の出力端に電流を供給する第3の電流源と、前記差動トランジスタ対の出力端に接続された第1および第2の負荷と、前記第1の負荷他端と第2の負荷他端とを接続してさらに一方の入力端を接続し、出力を第2および第3の電流源を構成するそれぞれのトランジスタに接続した増幅器と、前記増幅器の他方の入力端に入力端と出力端とを接続された第1のインバータと、差動トランジスタ対の第1の出力端と第2の電流源と第1の負荷との接続点に入力端を接続した第2のインバータと、差動トランジスタ対の第2の出力端と第3の電流源と第2の負荷との接続点に入力端を接続した第3のインバータとを備えたレベルシフト回路。
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