JP2005229409A - レベルシフト回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】 VDDL=0Vのときに第1、第2の入力端子IN1,IN2が共に0Vになっても、出力端子OUTの論理を確定させる。
【解決手段】 トランジスタP1,P2,N1,N2からなり高電源電圧VDDHで動作するラッチ回路1と、そのラッチ回路1の入力端子IN1とIN2の間に接続され低電源電圧VDDL(<VDDH)で動作するインバータINV1とを有する。出力端子OUTと接地間にトランジスタN3を接続し、入力端子IN1の電圧を高電源電圧VDDHで動作するインバータINV2で反転してトランジスタN3のゲートに印加する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、電源投入時に出力電圧を所望のレベルに初期化できるようにしたレベルシフト回路に関するものである。
図4に従来のレベルシフト回路を示す(例えば、特許文献1参照)。図4において、PMOSトランジスタP1,P2とNMOSトランジスタN1,N2はラッチ回路1を構成し、高電源電圧VDDHで動作する。そのラッチ回路1のトランジスタN1のゲート(第1の入力端子:IN1)には入力端子INの電圧が印加され、トランジスタN2のゲート(第2の入力端子:IN2)にはインバータINV1を介して入力端子INの電圧がレベル反転されて印加されるようになっている。このインバータINV1は低電源電圧VDDL(<VDDH)で動作する。このレベルシフト回路の入力端子INの入力電圧は0〜VDDLの電圧、出力端子OUTの出力電圧は0〜VDDHである。
ここで、入力端子IN=0Vのときは、トランジスタN1が遮断、トランジスタN2が導通となる。トランジスタN2が導通することにより出力端子OUTの電圧が低下し、トランジスタP1が導通して、出力端子OUTと反対論理のノードA1のレベルが高電源電圧VDDHにまで上がり、トランジスタP2が遮断する。結局、トランジスタN2が導通しトランジスタP2が遮断することになり、出力端子OUTの電圧は0Vとなる。
一方、入力端子IN=VDDLのときは、トランジスタN1が導通、N2が遮断となる。トランジスタN1が導通することによりノードA1の電圧が低下し、トランジスタP2が導通して、出力端子OUTのレベルが高電源電圧VDDHにまで上がり、トランジスタP1が遮断する。結局、トランジスタP2が導通しトランジスタN2が遮断することになり、出力端子OUTの電圧は高電源電圧VDDHとなる。
以上のようにして、従来のレベルシフト回路では、貫通電流を流すことなく、入力端子INに入力する0V〜VDDLの電圧を、出力端子OUTに0V〜VDDHの電圧にレベル変換して出力する。
特開平11−027137号
ところが、この従来のレベルシフト回路では、低電源電圧VDDLよりも高電源電圧VDDHの方が早く電源投入された場合、ラッチ回路1の両入力端子IN1,IN2が共に0Vになってしまうために、トランジスタN1,N2が共に遮断して、出力端子OUTの電圧が不定になってしまう問題があった。
本発明の目的は、VDDL=0Vのときにラッチ回路1の両入力端子IN1,IN2が共に0Vになることがあっても、出力端子OUTの論理が確定するようにしたレベルシフト回路を提供することである。
請求項1にかかる発明のレベルシフト回路は、第1の入力端子、第2の入力端子および出力端子を有し高電源電圧で動作するラッチ回路と、前記第1の入力端子に入力側が接続され前記第2の入力端子に出力側が接続され低電源電圧で動作する第1のインバータとを具備し、前記第1の入力端子に入力する信号を前記低電源電圧のレベルから前記高電源電圧のレベルの信号にシフトして前記出力端子から出力するレベルシフト回路において、前記第1の入力端子に入力側が接続され前記高電源電圧で動作する第2のインバータと、前記出力端子と接地間に接続され前記第2のインバータの出力信号がハイレベルのとき導通しロウレベルのとき遮断するスイッチ手段とを設けたことを特徴とする。
請求項2にかかる発明のレベルシフト回路は、第1の入力端子、第2の入力端子、出力端子および該出力端子の論理と反対の論理電圧を生成するノードを有し高電源電圧で動作するラッチ回路と、前記第1の入力端子に入力側が接続され前記第2の入力端子に出力側が接続され低電源電圧で動作する第1のインバータとを具備し、前記第1の入力端子に入力する信号を前記低電源電圧のレベルから前記高電源電圧のレベルの信号にシフトして前記出力端子から出力するレベルシフト回路において、前記第2の入力端子に入力側が接続され前記高電源電圧で動作する第2のインバータと、前記ノードと接地間に接続され前記第2のインバータの出力信号がハイレベルのとき導通しロウレベルのとき遮断するスイッチ手段とを設けたことを特徴とする。
請求項3にかかる発明のレベルシフト回路は、請求項1又は2に記載の発明において、前記第2のインバータが、インバータ本体と、前記高電源電圧の電圧を少なくとも前記低電源電圧の電圧まで低下させて前記インバータ本体に印加させる電圧シフト手段とを有することを特徴とする。
本発明のレベルシフト回路によれば、低電源電圧VDDLが高電源電圧VDDHよりも遅れて電源投入された場合でも、出力端子の電圧のレベルを0V又はVDDHに初期化することが可能となり、不定論理を後段の論理回路に出力することがなくなる。
図1は本発明のレベルシフト回路の原理構成を示す回路図である。図1において、PMOSトランジスタP1,P2とNMOSトランジスタN1,N2はラッチ回路1を構成し、高電源電圧VDDHで動作する。そのラッチ回路1のトランジスタN1のゲート(第1の入力端子:IN1)には入力端子INの電圧が印加され、トランジスタN2のゲート(第2の入力端子:IN2)にはインバータINV1を介して入力端子INの電圧がレベル反転されて印加されるようになっている。このインバータINV1は低電源電圧VDDL(<VDDH)で動作する。さらに、出力端子OUTとGND間にはNMOSトランジスタN3(スイッチ手段)が接続され、そのゲートにはインバータINV2を介して入力端子INの電圧がレベル反転して印加されるようになっている。このインバータINV2は高電源電圧VDDHで動作するが、入力電圧レベルが低電源電圧VDDLであっても貫通電流を流さない構造のインバータである。
以上により、低電源電圧VDDLよりも高電源電圧VDDHの方が早く電源投入され、VDDL=0Vとなっているときは、入力端子INが0Vであり且つインバータINV2の高電源電圧VDDHが早く立ち上がるところから、ノードA3はハイレベルとなり、トランジスタN3が導通して、出力端子OUTの電圧を0Vに確定する。
なお、通常のレベルシフト動作は図4で説明した場合と全く同様であるので、その説明は省略する。この通常動作時にトランジスタN3は、インバータINV2の出力によって導通/遮断の動作を行うが、トランジスタP1,P2,N1,N2からなるラッチ回路1によって制御される出力端子OUTが0Vのときは導通し、高電源電圧VDDHのときは遮断するので、レベルシフト動作に影響を及ぼすことはない。
図2は図1の変形例のレベルシフト回路である。この図2のレベルシフト回路は、NMOSトランジスタN4(スイッチ手段)をノードA1とGNDの間に接続し、インバータINV3をその入力側をノードA2に接続し、その出力側のノードA4をトランジスタN4のゲートに接続した点が図1のレベルシフト回路と異なる。
この図2のレベルシフト回路では、低電源電圧VDDLよりも高電源電圧VDDHの方が早く電源投入され、VDDL=0Vのときは、ノードA2の電圧が0Vであるので、トランジスタN2は遮断する。また、インバータINV3の高電源電圧VDDHが早く立ち上がり、トランジスタN4が導通してノードA1は0Vとなり、トランジスタP2が導通して、出力端子OUTの電圧を高電源電圧VDDHに確定する。
通常の動作では、トランジスタN4は、トランジスタN1,N2,P1,P2からなるラッチ回路1によって制御される出力端子OUTが0Vのときは遮断し、VDDHのときは導通するので、レベルシフト動作に影響を及ぼすことはない。
図3は本発明の実施例1のレベルシフト回路の具体例を示す回路図であり、前記した図1のレベルシフト回路のインバータINV2を具体化したものである。ここでは、インバータINV2を、PMOSトランジスタP3とNMOSトランジスタN5からなるCMOSインバータ本体と、そのインバータ本体と高電源電圧VDDHの端子との間にダイオード接続される3個のNMOSトランジスタN6,N7,N8からなる電圧シフト手段とから構成している。このインバータINV2では、トランジスタP3のソース点(ノードA5)の電位を3個のダイオードによって高電源電圧VDDHから低電源電圧VDDLあるいはそれより低い電圧にシフトさせる。その電圧シフト量が3個のダイオードで不足する場合は、ダイオード接続トランジスタの数を増加させればよい。
このようにして、ノードA5の電圧を入力電圧のハイレベルである低電源電圧VDDLと同じかそれより低い電圧に設定することにより、入力電圧が低電源電圧VDDLになったときに、トランジスタP3が導通することはなく、貫通電流が流れることはない。
このような構造では出力インピーダンスが大きくなるので、インバータINV2の動作速度が低下し、その出力電圧が低電源電圧VDDLのレベルまで到達しない可能性もあるが、このインバータINV2は初期値を決めるだけであるので、問題とはならない。
なお、図2に示したレベルシフト回路のインバータINV3においても、図3に示したインバータINV2と同様な構造にすれば、同様に動作する。
本発明の原理説明用のレベルシフト回路の回路図である。 変形例のレベルシフト回路の回路図である。 図1のレベルシフト回路の具体例の回路図である。 従来のレベルシフト回路の回路図である。
符号の説明
1:ラッチ回路
P1〜P3:PMOSトランジスタ、N1〜N8:NMOSトランジスタ、INV1〜INV3:インバータ、IN:入力端子、IN1:第1の入力端子、IN2:第2の入力端子、OUT:出力端子

Claims (3)

  1. 第1の入力端子、第2の入力端子および出力端子を有し高電源電圧で動作するラッチ回路と、前記第1の入力端子に入力側が接続され前記第2の入力端子に出力側が接続され低電源電圧で動作する第1のインバータとを具備し、前記第1の入力端子に入力する信号を前記低電源電圧のレベルから前記高電源電圧のレベルの信号にシフトして前記出力端子から出力するレベルシフト回路において、
    前記第1の入力端子に入力側が接続され前記高電源電圧で動作する第2のインバータと、前記出力端子と接地間に接続され前記第2のインバータの出力信号がハイレベルのとき導通しロウレベルのとき遮断するスイッチ手段とを設けたことを特徴とするレベルシフト回路。
  2. 第1の入力端子、第2の入力端子、出力端子および該出力端子の論理と反対の論理電圧を生成するノードを有し高電源電圧で動作するラッチ回路と、前記第1の入力端子に入力側が接続され前記第2の入力端子に出力側が接続され低電源電圧で動作する第1のインバータとを具備し、前記第1の入力端子に入力する信号を前記低電源電圧のレベルから前記高電源電圧のレベルの信号にシフトして前記出力端子から出力するレベルシフト回路において、
    前記第2の入力端子に入力側が接続され前記高電源電圧で動作する第2のインバータと、前記ノードと接地間に接続され前記第2のインバータの出力信号がハイレベルのとき導通しロウレベルのとき遮断するスイッチ手段とを設けたことを特徴とするレベルシフト回路。
  3. 前記第2のインバータは、インバータ本体と、前記高電源電圧の電圧を少なくとも前記低電源電圧の電圧まで低下させて前記インバータ本体に印加させる電圧シフト手段とを有することを特徴とする請求項1又は2に記載のレベルシフト回路。
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