JP2006033794A - Level converting circuit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(MOSトランジスタ)を用いたレベル変換回路に関し、特に、液晶素子および有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子などを利用する表示装置に用いられるラッチ機能を有するレベルシフト回路に関する。より具体的には、この発明は、表示画素に供給される画素データ信号のラッチおよびレベルシフトを行なう回路の構成に関する。 The present invention relates to a level conversion circuit using an insulated gate field effect transistor (MOS transistor), and more particularly, to a level shift circuit having a latch function used in a display device using a liquid crystal element, an organic electroluminescence (EL) element, and the like. About. More specifically, the present invention relates to a circuit configuration for latching and level shifting a pixel data signal supplied to a display pixel.
液晶素子または有機EL素子(エレクトロルミネッセンス素子)を表示画素素子として利用する表示装置においては、表示画素を駆動するための画素データ信号は、表示装置外部に設けられたIC(集積回路チップ;LSI)から与えられる。この場合、外部のICは、表示画素データ信号として、たとえばTTLレベルの小振幅の信号を転送する。画素素子へ印加される画素表示信号は、複数ビットのデジタル信号で与えられる。これらの外部からの表示データ信号は、表示装置が必要とする電圧レベルに表示装置内部でレベル変換された後、複数ビットのデジタル信号がアナログ信号に変換されて対応の階調電圧が生成されて、画素素子に書込まれる。 In a display device using a liquid crystal element or an organic EL element (electroluminescence element) as a display pixel element, a pixel data signal for driving the display pixel is an IC (integrated circuit chip; LSI) provided outside the display device. Given by. In this case, the external IC transfers, for example, a TTL level small amplitude signal as the display pixel data signal. The pixel display signal applied to the pixel element is given as a multi-bit digital signal. These external display data signals are level-converted inside the display device to a voltage level required by the display device, and then a multi-bit digital signal is converted into an analog signal to generate a corresponding gradation voltage. Written in the pixel element.
表示装置において表示操作に必要とされる回路部分のみを集積化し、それ以外の回路部分は表示装置外部に設ける。これにより、表示装置において用いられる回路数を低減し、表示装置のコスト低減および小型化を図る。 In the display device, only circuit portions required for display operation are integrated, and other circuit portions are provided outside the display device. Accordingly, the number of circuits used in the display device is reduced, and the cost and size of the display device are reduced.
この表示装置に供給される画素データ信号は、上述のように、外部に設けられたICで構成される駆動用LSIから供給される。この駆動用LSIは、製造コスト低減のためにトランジスタ素子の微細化が進められており、これに伴ってトランジスタの耐圧が低くなる。このトランジスタの耐圧特性を保証するため、また消費電力を低減するために、この駆動用LSIの電源電圧レベルが低減される。この結果、駆動用LSIから供給される表示画素データ信号の振幅も小さくなり、たとえばその論理ハイレベル(Hレベル)の電圧レベルが1.8Vとなる場合もある。この表示画素データ信号の振幅の低減は、多数の入力画素データ線の信号によるEMI(電磁輻射ノイズ)の低減および/または消費電力低減の観点からも好ましいため、今後はさらに、信号振幅が低減される方向にある。 As described above, the pixel data signal supplied to the display device is supplied from the driving LSI constituted by an IC provided outside. In this driving LSI, miniaturization of transistor elements is being promoted in order to reduce manufacturing costs, and accordingly, the breakdown voltage of the transistors is lowered. In order to guarantee the breakdown voltage characteristics of the transistor and to reduce power consumption, the power supply voltage level of the driving LSI is reduced. As a result, the amplitude of the display pixel data signal supplied from the driving LSI is also reduced, and for example, the logic high level (H level) voltage level may be 1.8V. This reduction in the amplitude of the display pixel data signal is preferable from the viewpoint of reducing EMI (electromagnetic radiation noise) and / or power consumption due to the signals of a large number of input pixel data lines, and hence the signal amplitude will be further reduced in the future. In the direction.
一方、表示装置においては、トランジスタ素子としては、ポリシリコンTFT(薄膜トランジスタ)が用いられる。表示装置においては、高温熱処理を施すのが、表示画素の信頼性の観点から困難であり、そのためポリシリコンTFTの結晶性は、単結晶シリコンを利用するトランジスタに比べて悪く、そのしきい値電圧の絶対値を低下させることは製造技術的に困難である。 On the other hand, in a display device, a polysilicon TFT (thin film transistor) is used as a transistor element. In a display device, it is difficult to perform high-temperature heat treatment from the viewpoint of display pixel reliability. Therefore, the crystallinity of polysilicon TFT is worse than that of a transistor using single crystal silicon, and its threshold voltage is low. It is difficult in terms of manufacturing technology to reduce the absolute value of.
現状では、このポリシリコンTFTのしきい値電圧は、2Vから4Vと高く、1.8Vの信号を用いて、このようなポリシリコンTFTを動作させるのは困難である。このため、現状では、表示画素データ信号のシリアル/パラレル変換回路を内蔵する表示装置においては、表示画素データ信号のHレベルとして、3Vから5Vの電圧が一般的に用いられる。外部の駆動用LSIから供給される小振幅の信号を、表示装置内部で大振幅の表示画素データ信号に変換するために、外部からの画素データ信号の振幅を拡大して表示画素データ信号を生成して画素素子へ供給するレベル変換回路が用いられる。 At present, the threshold voltage of this polysilicon TFT is as high as 2V to 4V, and it is difficult to operate such a polysilicon TFT using a signal of 1.8V. Therefore, at present, in a display device incorporating a serial / parallel conversion circuit for a display pixel data signal, a voltage of 3 V to 5 V is generally used as the H level of the display pixel data signal. In order to convert a small amplitude signal supplied from an external driving LSI into a large amplitude display pixel data signal inside the display device, the display pixel data signal is generated by expanding the amplitude of the external pixel data signal. Thus, a level conversion circuit that supplies the pixel element is used.
このような表示装置においては、一般に、発熱を防止するために消費電力を低減することが要求され、また携帯機器などの電池を電源とする用途に利用される場合には、さらに消費電力を低減することが要求される。このような消費電力を低減することを意図するレベル変換回路の構成が、特許文献1(特開2003−115758号公報)に示されている。 In such display devices, it is generally required to reduce power consumption in order to prevent heat generation, and when used in applications using a battery such as a portable device, power consumption is further reduced. It is required to do. A configuration of a level conversion circuit intended to reduce such power consumption is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-115758.
この特許文献1に示される構成においては、サンプリングパルスに従って入力信号を第1の容量素子に保持し、このサンプリング完了後、第1の容量素子に保持された電圧に従って、レベル変換機能を有するMOSドライブ段を駆動する。このMOSドライブ段の出力信号に従って、第2の容量素子を充電してレベル変換された信号を生成する。この特許文献1は、また、消費電流低減に加えて、少ない素子数で入力信号のレベル変換を行なうことを図る。
上述のごとく、表示装置においてMOSトランジスタとして利用される低温ポリシリコンTFTは、低温での熱処理のため、結晶品質が、単結晶ポリシリコンを利用するMOSトランジスタに比べて悪いため、しきい値電圧のばらつきが大きく、また導通時のチャネル抵抗(オン抵抗)も大きい。 As described above, the low-temperature polysilicon TFT used as the MOS transistor in the display device has a low crystal quality due to the heat treatment at a low temperature as compared with the MOS transistor using single crystal polysilicon. The variation is large, and the channel resistance (ON resistance) during conduction is also large.
前述の特許文献1に示される構成においては、レベル変換動作時、第1の容量素子に保持された小振幅の入力信号に従って出力ドライブ段のトランジスタを駆動して、第2の容量素子に保持された電圧を放電する。この出力ドライブ段トランジスタが、低温ポリシリコンTFTで構成される場合、その電流駆動力が小さく、また、その出力ドライブ段トランジスタの制御電極へ与えられるHレベルの信号が、外部の駆動用LSIから与えられる小振幅信号のHレベルであり、この出力ドライブ段トランジスタのしきい値電圧との差が十分ではない。この結果、第2の容量素子に保持された大振幅のレベル変換された信号を高速で放電することができず、高速動作性が保証されないという問題が生じる。
In the configuration disclosed in
また、携帯機器などの用途においては、表示画素が配列される表示パネル以外の部分の占有面積をできるだけ小さくするのが機器の小型化の観点からは好ましい。しかしながら、上述の特許文献1においては、レベル変換回路のレイアウト面積を低減する構成については何ら考慮されていない。
In applications such as portable devices, it is preferable from the viewpoint of miniaturization of the device that the area occupied by the portion other than the display panel on which the display pixels are arranged be as small as possible. However, in the above-mentioned
それゆえ、この発明の目的は、小電圧振幅信号を、高速かつ低消費電力で、大電圧振幅の信号に変換することのできる小占有面積のレベル変換回路を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a level conversion circuit having a small occupation area capable of converting a small voltage amplitude signal into a high voltage amplitude signal at high speed and with low power consumption.
この発明の他の目的は、外部のLSIから入力される低ハイレベルの表示画素データ信号のレベルを高速に変換することのできるレベルシフト回路を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a level shift circuit capable of converting the level of a display pixel data signal of a low high level inputted from an external LSI at high speed.
この発明に係るレベル変換回路は、入力に与えられた入力信号を、ラッチ信号に応答して内部ノードに転送する第1の転送ゲートと、この内部ノードの信号の論理状態を保持する信号保持回路を備える。この信号保持回路は、内部ノードに結合され、内部ノードの電圧レベルを選択的に昇圧するMOS型容量素子を含む。 A level conversion circuit according to the present invention includes a first transfer gate for transferring an input signal applied to an input to an internal node in response to a latch signal, and a signal holding circuit for holding a logic state of a signal of the internal node Is provided. This signal holding circuit includes a MOS type capacitive element coupled to the internal node and selectively boosting the voltage level of the internal node.
この発明においては、入力信号が、MOS型容量素子に結合される。したがって、入力信号のサンプリング時、このMOS型容量素子は、この入力信号の論理レベルに応じて選択的に容量素子として動作するため、そのサンプリング時、MOS型容量素子の容量素子としての動作を停止させることにより、高速で、入力信号に従ってMOS型容量素子の保持する電圧を変化させることができる。また、このMOS型容量素子を用いて昇圧動作を行なうことにより、高速でレベル変換動作を行なうことができる。また、このMOS型容量素子の昇圧動作は、容量結合(チャージポンプ動作)により実現することができ、レベル変換のための消費電力を低減することができる。 In the present invention, the input signal is coupled to the MOS type capacitive element. Therefore, when the input signal is sampled, the MOS type capacitive element selectively operates as a capacitive element according to the logic level of the input signal, so that the operation of the MOS type capacitive element as the capacitive element is stopped during the sampling. By doing so, it is possible to change the voltage held by the MOS capacitor according to the input signal at high speed. Further, by performing a boosting operation using this MOS type capacitive element, a level conversion operation can be performed at a high speed. Further, the boosting operation of the MOS type capacitive element can be realized by capacitive coupling (charge pump operation), and the power consumption for level conversion can be reduced.
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1に従うレベル変換回路の構成を示す図である。図1において、レベル変換回路は、入力ノードND5に与えられる入力信号INを、ノードND4を介して与えられるラッチ信号SLに従って内部ノードND7へ伝達するNチャネルMOSトランジスタ(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)5と、昇圧信号BSに従って選択的に内部ノードND7の電圧レベルを昇圧するMOS容量(MOS型容量素子)6と、内部ノードND7と出力ノードND6の間に縦続接続される2段のCMOSインバータIV1およびIV2と、保持信号HDに従って選択的に導通し、導通時、出力ノードND6と内部ノードND7を電気的に接続するNチャネルMOSトランジスタ7を含む。
[Embodiment 1]
FIG. 1 shows a structure of a level conversion circuit according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the level conversion circuit N-channel MOS transistor (insulated gate field effect transistor) 5 for transmitting an input signal IN applied to input node ND5 to internal node ND7 in accordance with a latch signal SL applied via node ND4. A MOS capacitor (MOS type capacitive element) 6 that selectively boosts the voltage level of internal node ND7 in accordance with boost signal BS, and two-stage CMOS inverter IV1 cascaded between internal node ND7 and output node ND6, and It includes an N
入力信号INは、外部のLSIから供給される小振幅信号(低電圧レベルの信号)である。MOS容量6は、NチャネルMOSトランジスタで構成され、そのゲートが内部ノードND7に接続され、かつそのソースおよびドレインが相互接続されかつノードND3に接続される。ノードND3に昇圧信号BSが与えられる。
The input signal IN is a small amplitude signal (low voltage level signal) supplied from an external LSI.
インバータIV1およびIV2は、図2に構成の一例を示すように、各々、ハイ側電源ノードNDHとロー側電源ノードNDLの間に直列に接続されるPチャネルMOSトランジスタPQおよびNチャネルMOSトランジスタNQを含む。 Inverters IV1 and IV2 each include a P channel MOS transistor PQ and an N channel MOS transistor NQ connected in series between high side power supply node NDH and low side power supply node NDL, as shown in an example of the configuration in FIG. Including.
ハイ側電源ノードNDHには、このレベル変換回路が利用される表示装置の電源電圧VDDが供給され、ロー側電源ノードNDLには、この表示装置の基準電位である接地電圧VSSが供給される。インバータIV1およびIV2と、MOSトランジスタ7により、フリップフロップ回路が構成される。
The high-side power supply node NDH is supplied with the power supply voltage VDD of the display device using this level conversion circuit, and the low-side power supply node NDL is supplied with the ground voltage VSS which is the reference potential of the display device. Inverters IV1 and IV2 and
ノードND9へ与えられる保持信号HDは、MOSトランジスタ7におけるしきい値電圧損失が生じるのを防止するため、活性化時(Hレベルのとき)、ノードND6から出力されるレベル変換後の信号のハイレベル(VDDレベル)よりもMOSトランジスタ7のしきい値電圧(VTN)以上高い電圧レベルに設定される。
Holding signal HD applied to node ND9 prevents the threshold voltage loss in
この図1に示すレベル変換回路は、外部のLSIから入力される低電圧レベル(小振幅)の入力信号INをラッチし、かつ入力信号INの高レベル電圧VIHを、より高い電源電圧VDDレベルに変換する機能を備える。ただし、インバータIV1およびIV2の間のノードND8から、レベル変換後の出力が生成される場合には、このレベル変換回路は、低電圧レベル信号の入力信号INのローレベル電圧VIL(接地電圧レベル)を、電源電圧VDDレベルに変換して出力する機能を有する。 The level conversion circuit shown in FIG. 1 latches an input signal IN of a low voltage level (small amplitude) input from an external LSI, and changes the high level voltage VIH of the input signal IN to a higher power supply voltage VDD level. Has the function to convert. However, when the level-converted output is generated from the node ND8 between the inverters IV1 and IV2, this level conversion circuit is provided with the low level voltage VIL (ground voltage level) of the input signal IN of the low voltage level signal. Is converted into the power supply voltage VDD level and output.
図3は、図1に示すレベル変換回路の動作を示す信号波形図である。以下、図3を参照して、この図1に示すレベル変換回路の動作について説明する。 FIG. 3 is a signal waveform diagram showing an operation of the level conversion circuit shown in FIG. The operation of the level conversion circuit shown in FIG. 1 will be described below with reference to FIG.
なお、以下の説明においては、入力信号INは、そのHレベル(論理ハイレベル)が3Vであり、Lレベルが(論理ローレベル)が0Vであり、レベル変換後の信号は、Hレベルが5V、ローレベル電源電位VSSが、0Vであり、また、このレベル変換回路を構成するMOSトランジスタのしきい値電圧は、NチャネルMOSトランジスタ5、6、7およびNQは、2V、PチャネルMOSトランジスタPQが、−2Vを想定する。
In the following description, the input signal IN has an H level (logic high level) of 3V, an L level (logic low level) of 0V, and the signal after level conversion has an H level of 5V. The low level power supply potential VSS is 0V, and the threshold voltage of the MOS transistors constituting this level conversion circuit is N
時刻t0において、入力信号INがHレベルの状態で、ラッチ信号SLがHレベルとなる。応じて、MOSトランジスタ5がオン状態となり、入力信号INが内部ノードND7へ伝達され、内部ノードND7の電圧レベルが、この入力信号INのHレベルの電圧VIH(3V)となる。
At time t0, the latch signal SL becomes H level while the input signal IN is at H level. Accordingly,
このとき、昇圧信号BSは、接地電圧レベルのLレベルであり、内部ノードND7とノードND3の電圧差が、3Vとなる。この電圧差は、MOS容量6を構成するMOSトランジスタのしきい値電圧の2Vよりも大きいため、MOS容量6には、チャネルが形成され、このMOS容量6を構成するトランジスタのゲート面積に相当するゲート容量が形成され、内部ノードND7の電圧が保持される。
At this time, boost signal BS is at the L level of the ground voltage level, and the voltage difference between internal node ND7 and node ND3 is 3V. Since this voltage difference is larger than the threshold voltage of 2V of the MOS transistor constituting the
また、内部ノードND7の電圧レベルは3Vであり、インバータIV1の入力論理しきい値、すなわち(VDD−VSS)/2=2.5Vよりも高い電圧レベルであり、内部ノードND7の電圧レベルは、Hレベルと認識されるものの、マージンは少ない状態にある。すなわち、電源電圧VDDの変動または入力信号INのノイズ等により、このインバータIV1の入力信号の電圧レベルが数百mV低下した場合には、その電圧レベルは、インバータIV1によりLレベルと誤認識される可能性があり、不安定な状態にある。 The voltage level of the internal node ND7 is 3V, which is a voltage level higher than the input logic threshold value of the inverter IV1, that is, (VDD−VSS) /2=2.5V, and the voltage level of the internal node ND7 is Although it is recognized as the H level, the margin is small. That is, when the voltage level of the input signal of the inverter IV1 is lowered by several hundred mV due to fluctuations in the power supply voltage VDD or noise of the input signal IN, the voltage level is erroneously recognized as the L level by the inverter IV1. It may be in an unstable state.
時刻t1において、ラッチ信号SLがLレベルとなり、MOSトランジスタ5がオフ状態となり、内部ノードND7が入力ノードND5から分離される。このとき、また、保持信号HDはLレベルであるため、MOSトランジスタ7がオフ状態にあり、内部ノードND7は、フローティング状態となり、この入力信号INは、内部ノードND7に高インピーダンス状態で保持される。
At time t1, latch signal SL becomes L level,
時刻t2において昇圧信号BSがLレベルからHレベルに立上がると、MOS容量6を介して、この昇圧信号BSの電圧変化分(5V)が内部ノードND7に伝達され、内部ノードND7の電圧が、ΔVHだけ上昇する。この電圧上昇量ΔVHは、次式(1)で表わされる。
When the boost signal BS rises from the L level to the H level at time t2, the voltage change (5 V) of the boost signal BS is transmitted to the internal node ND7 via the
ΔVH=(VBH−VBL)・C6H/(C6H+CST) … (1)
上式(1)において、VBH−VBLは、昇圧信号BSの電圧振幅(HレベルとLレベルの電圧差)を示し、C6Hは、チャネル形成時のMOS容量の容量値を示し、CSTは、内部ノードND7に存在する寄生容量(図示せず)の容量値を示す。
ΔVH = (VBH−VBL) · C6H / (C6H + CST) (1)
In the above equation (1), VBH−VBL indicates the voltage amplitude (voltage difference between the H level and the L level) of the boost signal BS, C6H indicates the capacitance value of the MOS capacitor at the time of channel formation, and CST indicates the internal A capacitance value of a parasitic capacitance (not shown) existing in the node ND7 is shown.
たとえば、C6H=CSTに設定したと仮定すると、上式(1)は、次式(2)に変形される。 For example, assuming that C6H = CST is set, the above equation (1) is transformed into the following equation (2).
ΔVH=(VBH−VBL)・(1/2) … (2)
この式(2)に表わされる状態においては、電圧上昇量ΔVHは、昇圧信号BSの電圧振幅の1/2倍(=2.5V)となる。この状態においては、内部ノードND7の電圧レベルは、5.5Vとなり、電源電圧VDDで動作する内部回路と同様に、インバータIV1のPチャネルMOSトランジスタPQ(図2参照)を十分にオフ状態とし、かつNチャネルMOSトランジスタNQを十分にオン状態に設定することのできる電圧レベルである。したがって、十分マージンを持った状態で、インバータIV1は反転動作を行なうことができ、また応じてインバータIV2も、このインバータIV1が出力するノードND8上の信号に従って出力ノードND6に、レベル変換後の信号を生成することができる。
ΔVH = (VBH−VBL) · (1/2) (2)
In the state represented by the expression (2), the voltage increase amount ΔVH is ½ times (= 2.5 V) the voltage amplitude of the boost signal BS. In this state, the voltage level of internal node ND7 is 5.5V, and similarly to the internal circuit operating at power supply voltage VDD, P channel MOS transistor PQ (see FIG. 2) of inverter IV1 is sufficiently turned off, Further, the voltage level is such that N channel MOS transistor NQ can be sufficiently set to an on state. Therefore, inverter IV1 can perform an inverting operation with a sufficient margin, and inverter IV2 accordingly provides a signal after level conversion to output node ND6 in accordance with the signal on node ND8 output from inverter IV1. Can be generated.
時刻t3において、保持信号HDがHレベルとなり、MOSトランジスタ7がオン状態となり、出力ノードND6と内部ノードND7が電気的に接続され、フリップフロップ回路が構成され、内部ノードND7の電圧レベルが保持される。このとき、内部ノードND7がそれまで高インピーダンス状態にあり、MOSトランジスタ7の導通により、低インピーダンス状態のノードND6の電圧レベルにより、その内部ノードND7の電圧レベルが決定され、インバータI2の出力信号の電圧レベルに従って電源電圧VDDレベルとなる。
At time t3, the holding signal HD becomes H level, the
ここで、保持信号HDは、電圧VDD+VTNよりも高い電圧レベルであり、このMOSトランジスタ7のしきい値電圧損失を生じさせることなく、電源電圧VDDレベルの信号を内部ノードND7に伝達することができる。
Here, holding signal HD is at a voltage level higher than voltage VDD + VTN, and a signal at power supply voltage VDD level can be transmitted to internal node ND7 without causing a threshold voltage loss of
時刻t4において、入力信号INがHレベルからLレベルに変化する。MOSトランジスタ5はオフ状態であるため、この入力信号INの変化は、内部ノードND7の電圧レベルには影響は及ぼさない。
At time t4, the input signal IN changes from H level to L level. Since
時刻t5において、昇圧信号BSが、HレベルからLレベルに低下する。このとき、時刻t2における昇圧動作と逆の動作が行なわれ、MOS容量6により、内部ノードND7の電圧レベルがΔVH分低下しようとする。しかしながら、MOSトランジスタ7がオン状態にあり、内部ノードND7は、インバータIV2の出力に結合されており、この内部ノードND7の電圧レベルが、低インピーダンスで電源電圧VDDレベルに維持される。
At time t5, the boost signal BS decreases from the H level to the L level. At this time, an operation opposite to the step-up operation at time t2 is performed, and the voltage level of internal node ND7 tends to decrease by ΔVH by
時刻t6において、保持信号HDがLレベルとなると、MOSトランジスタ7が非導通状態となり、内部ノードND7が出力ノードND6から分離されて、内部ノードND7は、高インピーダンスのVDDレベルに維持される。
At time t6, when holding signal HD becomes L level,
時刻t7において、ラッチ信号SLがLレベルからHレベルとなり、MOSトランジスタ5が導通し、内部ノードND7へ、Lレベルの入力信号INが伝達される。応じて、インバータIV1およびIV2により、出力ノードND6の電圧レベルも、この入力信号INの電圧レベルに応じて、接地電圧VSSレベルのLレベルとなる。
At time t7, the latch signal SL changes from the L level to the H level, the
時刻t8において、ラッチ信号SLがLレベルとなり、MOSトランジスタ5がオフ状態となり、ノードND7が入力ノードND5から分離され、高インピーダンスの接地電圧VSSレベルとなる。この状態において、昇圧信号BSはLレベルであり、ノードND3が接地電圧VSSレベルであり、MOS容量6の電極間電位差は0Vであり、チャネルは形成されない。内部ノードND7とノードND3の間の容量は、このMOS容量6を構成するトランジスタのゲートとドレイン/ソース部の重なり部分で形成されるわずかな容量のみとなる。
At time t8, the latch signal SL becomes L level, the
時刻t9において、昇圧信号BSがHレベルとなる。しかしながら、この昇圧信号BSがHレベルに立上がっても、MOS容量6においては、寄生容量を除いて容量が形成されていないため、この昇圧信号BSの変化による内部ノードND7の電圧レベルの変化は、わずかな量ΔVLとなる。この変化量ΔVLは、MOS容量6において存在するゲートとソース/ドレイン間の重なりにより形成される容量により生じる。この電圧ΔVLは、インバータIV1においては、Lレベルと十分余裕を持って判定され、インバータIV1の出力信号は反転せず、出力ノードND6は、接地電圧VSSレベルに維持される。
At time t9, the boost signal BS becomes H level. However, even if this boost signal BS rises to the H level, no capacitance is formed in the
時刻t10において、保持信号HDがHレベルとなると、MOSトランジスタ7が導通し、内部ノードND7が、インバータIV2により駆動され、その電圧レベルが接地電圧VSSレベルとなる。
At time t10, when the holding signal HD becomes H level, the
以降、入力信号INのラッチ信号SLによるサンプリングおよび昇圧信号BSによる選択的昇圧動作が繰返されて、入力信号INのレベル変換動作が行われる。 Thereafter, the sampling of the input signal IN by the latch signal SL and the selective boosting operation by the boosting signal BS are repeated, and the level conversion operation of the input signal IN is performed.
入力信号INがHレベルのとき、MOS容量6において容量が形成され、入力信号INが安定に保持される。一方、この入力信号INがLレベルとなるとき、MOS容量6においては容量は形成されないため、高速でこの内部ノードND7を接地電圧レベルのLレベルに駆動することができ、応じて高速のレベル変換を実現することができる。
When the input signal IN is at the H level, a capacitor is formed in the
また、縦続接続されるインバータとMOSトランジスタを用いてフリップフロップ回路を構成しており、昇圧信号BSの低下時においても、この内部ノードの電圧レベルを安定に電源電圧レベルに維持することができ、この昇圧信号BSの変化時に、レベル変換後の出力信号の電圧レベルに変化が生じるのを防止することができる。 Further, a flip-flop circuit is configured by using cascaded inverters and MOS transistors, and the voltage level of this internal node can be stably maintained at the power supply voltage level even when the boost signal BS is lowered. When the boost signal BS changes, it is possible to prevent a change in the voltage level of the output signal after level conversion.
また、レベル変換動作は、MOS容量6のチャージポンプ動作を利用しているだけであり、消費電流を低減することができる。
Further, the level conversion operation only uses the charge pump operation of the
[変更例1]
図4は、この発明の実施の形態1の変更例1に従うレベル変換回路の要部の構成を示す図である。図4においては、レベル変換回路における信号保持回路を構成するインバータIV1およびIV2の構成を示す。図4において、インバータIV1は、それぞれのゲートが内部ノードND7に接続されるPチャネルMOSトランジスタPQ1およびNチャネルMOSトランジスタNQ1と、PチャネルMOSトランジスタPQ1とハイ側電源ノードNDHの間に接続されかつそのゲートにノードND4を介してラッチ信号SLを受けるPチャネルMOSトランジスタPQ3を含む。MOSトランジスタNQ1のソースはロー側電源ノードNDLに接続される。MOSトランジスタPQ1およびNQ1のドレインノードは共通に結合されて、このインバータIV1の出力ノードを形成する。
[Modification 1]
FIG. 4 shows a structure of a main portion of the level conversion circuit according to the first modification of the first embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a configuration of inverters IV1 and IV2 constituting a signal holding circuit in the level conversion circuit. In FIG. 4, inverter IV1 is connected between P channel MOS transistor PQ1 and N channel MOS transistor NQ1, whose gates are connected to internal node ND7, and between P channel MOS transistor PQ1 and high side power supply node NDH and P channel MOS transistor PQ3 receiving latch signal SL via node ND4 is included at the gate. The source of the MOS transistor NQ1 is connected to the low-side power supply node NDL. MOS transistors PQ1 and NQ1 have their drain nodes coupled in common to form an output node of inverter IV1.
インバータIV2は、インバータIV1と同様、インバータIV1の出力信号をそれぞれのゲートに受けるPチャネルMOSトランジスタPQ2およびNQ2と、MOSトランジスタPQ2とハイ側電源ノードNDHの間に接続されかつそのゲートにノードND4を介してラッチ信号SLを受けるPチャネルMOSトランジスタPQ4を含む。MOSトランジスタNQ2のソースが、ロー側電源ノードNDLに接続される。 Inverter IV2, similarly to inverter IV1, is connected between P channel MOS transistors PQ2 and NQ2 receiving the output signal of inverter IV1 at their gates, between MOS transistor PQ2 and high-side power supply node NDH, and has node ND4 at its gate. P channel MOS transistor PQ4 receiving latch signal SL through the same. The source of the MOS transistor NQ2 is connected to the low-side power supply node NDL.
この図4に示すインバータIV1およびIV2の構成においては、MOSトランジスタPQ3およびPQ4が、ラッチ信号SLの非活性化に従ってオン状態となり、電源電圧VDDを受けるハイ側電源ノードNDHから電流を供給する。一方、ラッチ信号SLが活性状態のHレベルとなると、これらのMOSトランジスタPQ3およびPQ4がオフ状態となり、ハイ側電源ノードNDHからの電流を供給する経路が遮断される。このラッチ信号SLがHレベルのときには、レベル変換回路において、図1に示す入力段のMOSトランジスタ5がオン状態となり、入力信号INが内部ノードND7へ伝達される。図3に示すように、この入力信号INがHレベルであり、内部ノードND7の電圧レベルがVIHとなった場合、MOSトランジスタPQ1およびNQ1がともにオン状態となる。しかしながら、この状態において、MOSトランジスタPQ3をオフ状態に維持することにより、ハイ側電源ノードNDHとMOSトランジスタPQ1とは分離されており、このハイ側電源ノードNDHからロー側電源ノードNDLへ貫通電流が流れるのを防止することができ、消費電流を低減することができる。
In the configuration of inverters IV1 and IV2 shown in FIG. 4, MOS transistors PQ3 and PQ4 are turned on in accordance with deactivation of latch signal SL, and supply current from high-side power supply node NDH receiving power supply voltage VDD. On the other hand, when latch signal SL attains an active H level, MOS transistors PQ3 and PQ4 are turned off, and a path for supplying current from high-side power supply node NDH is cut off. When latch signal SL is at H level, in the level conversion circuit,
また、MOSトランジスタPQ1およびNQ1のしきい値電圧の絶対値は、約2Vである。入力信号INの電圧VIHが、2.5V程度の場合、MOとトランジスタNQ1においては、そのゲート−ソース間電圧としきい値電圧との差は、0.5Vである。入力信号INのノイズなどの影響による電圧レベルの変動を考慮すると、ラッチ信号SLがHレベルとなる入力信号INのサンプリング時、インバータIV1の非動作時に、その出力信号が不安定状態となる可能性がある。この状態において、インバータIV2の出力信号が同様不安定となるのを防止するため、MOSトランジスタPQ4もラッチ信号SLの活性化期間、オフ状態として、同様、インバータIV2に貫通電流が流れるのを防止する。 The absolute value of the threshold voltage of MOS transistors PQ1 and NQ1 is about 2V. When the voltage VIH of the input signal IN is about 2.5V, in the MO and the transistor NQ1, the difference between the gate-source voltage and the threshold voltage is 0.5V. Considering the fluctuation of the voltage level due to the influence of noise or the like of the input signal IN, the output signal may become unstable when the input signal IN when the latch signal SL becomes H level is sampled or when the inverter IV1 is not operating. There is. In this state, in order to prevent the output signal of the inverter IV2 from becoming similarly unstable, the MOS transistor PQ4 is also turned off during the activation period of the latch signal SL, and similarly prevents a through current from flowing through the inverter IV2. .
入力信号INのサンプリング動作が完了し、保持モードに入ると、ラッチ信号SLはLレベルとなり、MOSトランジスタPQ3およびPQ4がともにオン状態となり、インバータIV1およびIV2がインバータとしての機能を実現する。ラッチ信号SLの非活性化後、図3に示すように、昇圧信号BSが活性化され、入力信号INの電圧VIHを昇圧し、正確に、入力信号INに応じた信号が出力ノードND6に生成される。 When the sampling operation of input signal IN is completed and the holding mode is entered, latch signal SL becomes L level, MOS transistors PQ3 and PQ4 are both turned on, and inverters IV1 and IV2 realize the function as an inverter. After the deactivation of the latch signal SL, as shown in FIG. 3, the boost signal BS is activated to boost the voltage VIH of the input signal IN, and a signal corresponding to the input signal IN is accurately generated at the output node ND6. Is done.
したがって、この図4に示すインバータIV1およびIV2において、ハイ側電流源トランジスタPQ3およびPQ4を、ラッチ信号SLに従って選択的に活性化することにより、図3に示す時刻t1から時刻t2までの間の期間貫通電流が流れる可能性があるだけであり、消費電流を低減することができる。 Therefore, in inverters IV1 and IV2 shown in FIG. 4, high-side current source transistors PQ3 and PQ4 are selectively activated according to latch signal SL, so that a period from time t1 to time t2 shown in FIG. There is only a possibility that a through current flows, and current consumption can be reduced.
[変更例2]
図5は、この発明の実施の形態1に従うレベル変換回路の変更例2の構成を示す図である。図5においても、信号保持回路を構成するインバータIV1およびIV2の構成が示される。この図5に示すインバータIV1およびIV2の構成においては、MOSトランジスタNQ1およびNQ2とロー側電源ノードNDLの間にそれぞれ、昇圧信号BSをゲートに受けるNチャネルMOSトランジスタNQ3およびNQ4が接続される。MOSトランジスタPQ1およびPQ2はそれぞれ、直接ハイ側電源ノードNDHに接続される。
[Modification 2]
FIG. 5 shows a structure of a second modification of the level conversion circuit according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 also shows the configuration of inverters IV1 and IV2 constituting the signal holding circuit. In the configuration of inverters IV1 and IV2 shown in FIG. 5, N-channel MOS transistors NQ3 and NQ4 receiving boosted signal BS at their gates are connected between MOS transistors NQ1 and NQ2 and low-side power supply node NDL, respectively. MOS transistors PQ1 and PQ2 are directly connected to high-side power supply node NDH, respectively.
この図5に示すインバータIV1およびIV2の構成においては、昇圧信号BSがLレベルにある間、MOSトランジスタNQ3およびNQ4がオフ状態となり、インバータIV1およびIV2において貫通電流が流れる経路は遮断される。したがって、内部ノードND7が電源電圧VDDよりも低い電圧VIHレベルに維持される場合においても、確実に、貫通電流が生じるのを防止することができ、消費電流を低減することができる。 In the configuration of inverters IV1 and IV2 shown in FIG. 5, while boosted signal BS is at the L level, MOS transistors NQ3 and NQ4 are turned off, and the path through which the through current flows in inverters IV1 and IV2 is blocked. Therefore, even when internal node ND7 is maintained at voltage VIH level lower than power supply voltage VDD, it is possible to reliably prevent the occurrence of a through current and reduce the current consumption.
この図5に示すインバータIV1およびIV2の構成の場合、内部ノードND7の昇圧動作が行なわれるまで、インバータIV1およびIV2が非活性状態とされ(インバータ動作が停止され)、内部の動作電流が流れる経路が遮断される。したがって、確実に、内部ノードND7が昇圧電圧レベルに駆動されるときに、インバータIV1およびIV2も活性化されてインバータ動作するため、貫通電流が流れる期間をより短くすることができ、消費電流を低減することができる。 In the case of the configuration of inverters IV1 and IV2 shown in FIG. 5, inverters IV1 and IV2 are inactivated (inverter operation is stopped) until internal node ND7 is boosted, and the internal operation current flows therethrough. Is cut off. Therefore, when internal node ND7 is driven to the boosted voltage level, inverters IV1 and IV2 are also activated and operate as an inverter, so that the period during which the through current flows can be shortened and the current consumption can be reduced. can do.
以上のように、この発明の実施の形態1に従えば、入力信号が伝達される内部ノードを、MOS容量を用いて昇圧信号に従ってチャージポンプ動作により昇圧動作を行なっており、入力信号INがLレベルのときにも内部ノードに対しては容量が十分小さくされ、高速で、Lレベルの入力信号INを内部ノードへ伝達することができる。これにより、高速で、小振幅信号(低電圧レベル信号)のレベル変換を行なって大振幅信号(高電圧レベル信号)を生成することができる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, the internal node to which the input signal is transmitted is boosted by the charge pump operation according to the boost signal using the MOS capacitor, and the input signal IN is L Even at the level, the capacitance is sufficiently small for the internal node, and the L-level input signal IN can be transmitted to the internal node at high speed. Accordingly, it is possible to generate a large amplitude signal (high voltage level signal) by converting the level of a small amplitude signal (low voltage level signal) at high speed.
[実施の形態2]
図6は、この発明の実施の形態2に従うレベル変換回路の構成を示す図である。図6に示すレベル変換回路は、以下の点で、その構成が図1に示すレベル変換回路と異なる。すなわち、内部ノードND7とインバータIV1の入力ノード(ラッチ入力ノード)ND10の間に、NチャネルMOSトランジスタ9が設けられ、またラッチ入力ノードND10を所定電位に初期設定するために、NチャネルMOSトランジスタ10が設けられる。MOSトランジスタ9は、そのゲートが内部ノードND7に接続され、内部ノードND7の電圧レベルがHレベルのとき導通し、ノードND3上の昇圧信号BSをラッチ入力ノードND10へ伝達する。
[Embodiment 2]
FIG. 6 shows a structure of a level conversion circuit according to the second embodiment of the present invention. The level conversion circuit shown in FIG. 6 differs from the level conversion circuit shown in FIG. 1 in the following points. More specifically, N
MOSトランジスタ10は、そのゲートにラッチ信号SLを受け、ラッチ信号SLが活性状態のHレベルのとき導通し、ロー側電源ノードNDLの基準電圧(以下、接地電圧と称す)VSSをラッチ入力ノードND10へ伝達する。
ラッチ入力ノードND10と出力ノードND6の間には、インバータIV1およびIV2が縦続接続される。これらのインバータIV1およびIV2により、バッファ/転送回路BFが形成される。インバータIV1およびIV2は、それぞれ、CMOSインバータで構成されてもよく、また、図4または図5に示すクロックトインバータで構成されてもよい。この図6に示すレベル変換回路の他の構成は、図1に示すレベル変換回路の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。 Inverters IV1 and IV2 are cascaded between latch input node ND10 and output node ND6. These inverters IV1 and IV2 form a buffer / transfer circuit BF. Inverters IV1 and IV2 may each be constituted by a CMOS inverter, or may be constituted by a clocked inverter shown in FIG. 4 or FIG. The other configuration of the level conversion circuit shown in FIG. 6 is the same as that of the level conversion circuit shown in FIG. 1, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図7は、図6に示すレベル変換回路の動作を示す信号波形図である。以下、図7を参照して、図6に示すレベル変換回路の動作について説明する。なお、ラッチ信号SLおよび昇圧信号BSの電圧振幅、およびMOSトランジスタのしきい値電圧などの条件は、実施の形態1と同様である。 FIG. 7 is a signal waveform diagram showing an operation of the level conversion circuit shown in FIG. The operation of the level conversion circuit shown in FIG. 6 will be described below with reference to FIG. The conditions such as the voltage amplitude of latch signal SL and boost signal BS and the threshold voltage of the MOS transistor are the same as in the first embodiment.
時刻t0において、ラッチ信号SLが電源電圧VDDレベルのHレベルとなり、MOSトランジスタ5がオン状態となり、入力信号INが内部ノードND7へ伝達される。今、入力信号INは、電圧VIHレベルでHレベルの状態を考える。この入力信号INに従って内部ノードND7の電圧レベルが、VIHレベルとなる。昇圧信号BSは、接地電圧VSSレベルであり、MOS容量6においてチャネルが形成され、内部ノードND7の電圧レベルが、このMOS容量6により保持される。
At time t0, the latch signal SL becomes the H level of the power supply voltage VDD level, the
一方、ラッチ信号SLの活性化時、MOSトランジスタ10がオン状態であり、ロー側電源ノードNDLの接地電圧VSSが、ラッチ入力ノードND10に伝達されており、ラッチ入力ノードND10は、接地電圧VSSレベルに維持され、応じて出力ノードND6も接地電圧VSSレベルに維持される。
On the other hand, when the latch signal SL is activated, the
時刻t1において、ラッチ信号SLがLレベルとなり、入力信号INのサンプリングが完了する。このとき、MOSトランジスタ9は、昇圧信号BSが接地電圧VSSレベルであり、オン状態となり、ラッチ入力ノードND10へは、この接地電圧レベルの昇圧信号BSが伝達される。また、ラッチ信号SLの非活性化に従ってMOSトランジスタ10がオフ状態となり、内部ラッチ入力ノードND10は、ロー側電源ノードND6から分離される。しかしながら、この状態においては、昇圧信号BSが、ラッチ入力ノードND10へ伝達されており、安定に、このラッチ入力ノードND10は、Lレベルに維持される。
At time t1, the latch signal SL becomes L level, and the sampling of the input signal IN is completed. At this time, the boosted signal BS is at the ground voltage VSS level and the
時刻t2において、昇圧信号BSが活性化され、LレベルからHレベル(電源電圧VDDレベル)に上昇する。応じて、実施の形態1と同様、MOS容量6のチャージポンプ動作により、内部ノードND7の電圧レベルが、電圧ΔVHだけ上昇する。この電圧ΔVH+VIHは、MOSトランジスタ9のしきい値電圧VTNと電源電圧VDDの和よりも十分高い電圧レベルであり、Hレベルの昇圧信号BSが、ラッチ入力ノードHD10へ伝達され、ラッチ入力ノードND10が、電源電圧VDDレベル(昇圧信号BSのHレベル)に充電される。応じて、このバッファ/転送回路BFの増幅動作により、出力ノードND6の電圧レベルも、電源電圧VDDレベルとなる。
At time t2, boost signal BS is activated and rises from L level to H level (power supply voltage VDD level). Accordingly, as in the first embodiment, the voltage level of internal node ND7 increases by the voltage ΔVH by the charge pump operation of
時刻t3において、保持信号HDが活性化され(Hレベルとなり)、MOSトランジスタ7がオン状態となり、出力ノードND6がラッチ入力ノードND10に電気的に接続され、このラッチ入力ノードND10のHレベル(VDDレベル)が低インピーダンスで保持される。
At time t3, the hold signal HD is activated (becomes H level), the
ここで、保持信号HDは、実施の形態1と同様、電圧VDD+VTNよりも高い電圧レベルであり、MOSトランジスタ7は、しきい値電圧損失を伴うことなく、電源電圧VDDレベルの信号を、ラッチ入力ノードND10へ伝達することができる。
Here, the holding signal HD is at a voltage level higher than the voltage VDD + VTN as in the first embodiment, and the
時刻t4において、入力信号INが、HレベルからLレベル(電圧VILレベル:VIL=VSS)となる。しかしながら、MOSトランジスタ5はオフ状態であり、この入力信号INの変化は、内部ノードND7へは伝達されない。
At time t4, the input signal IN changes from the H level to the L level (voltage VIL level: VIL = VSS). However,
時刻t5において、昇圧信号BSが、非活性化され、HレベルからLレベルに低下する。この昇圧信号BSの立下がりに従ってMOS容量6において、時刻t2におけるときの動作と逆の動作が行なわれ、内部ノードND7の電圧レベルが、この上昇した電圧ΔVH低下し、電圧VIHレベルとなる。この内部ノードND7のVIHレベルへの低下時において、MOSトランジスタ9はオン状態であり、ラッチ入力ノードND10は、この昇圧信号BSの低下に従ってLレベル(接地電圧VSSレベル)となる(昇圧信号BS発生回路の駆動力が、インバータIV2の出力駆動力よりも十分大きい)。応じて、内部ノードND6の電圧レベルも、このバッファ/転送回路BFの伝搬遅延時間経過後、Lレベル(電圧VSSレベル)となる。
At time t5, the boost signal BS is deactivated and falls from the H level to the L level. In accordance with the fall of boosted signal BS,
時刻t6において、保持信号HDが非活性化され、MOSトランジスタ7がオフ状態となると、入力ノードND10は、確実に、接地電圧VSSレベルに、昇圧信号BSに従って維持される。
When holding signal HD is deactivated at time t6 and
時刻t7において、ラッチ信号SLが再びHレベルとなり、MOSトランジスタ5がオン状態となり、内部ノードND7が、この入力信号INの電圧レベルに応じた接地電圧VSSレベルとなる。このLレベルの入力信号INの内部ノードND7への伝達時、実施の形態1と同様、MOS容量6においては、内部ノードND7の電圧レベル低下に従ってチャネルが形成されないため、内部ノードND7の容量は十分小さくなり、高速で、VIHレベルの内部ノードND7を、接地電圧VSSレベルに入力信号INに従って放電することができる。すなわち、電圧VIHが2.5Vであり、MOS容量6を構成するMOSトランジスタのしきい値電圧が2Vであれば、このMOS容量6を構成するMOSトランジスタは、弱いオン状態であり、ゲート電圧低下に従ってチャネルの反転層が非反転層となり、容量動作を停止し、内部ノードND7の電圧レベル低下に従って高速でその容量値を低減することができる。
At time t7, the latch signal SL becomes H level again, the
時刻t8において、ラッチ信号SLがLレベルとなり、MOSトランジスタ5がオフ状態となり、内部ノードND7が、高インピーダンスのLレベルに維持される。この状態において、MOSトランジスタ9は、オフ状態である。しかしながら、ラッチ信号SLの活性化時、MOSトランジスタ10がオン状態となっており、ラッチ入力ノードND10は確実に、接地電圧VSSレベルに初期設定される。
At time t8, the latch signal SL becomes L level, the
時刻t9において昇圧信号BSが活性化され、LレベルからHレベルに立上がる。しかしながら、この場合、MOS容量6においては、単にそのゲートとソース/ドレイン領域の重なり部分による容量による昇圧動作が行なわれるだけであり、ノードND7は、電圧ΔVLだけ、その電圧レベルが上昇する。この電圧ΔVLは、MOSトランジスタ9のしきい値電圧VTNよりも十分に低い電圧レベルであり、MOSトランジスタ9はオフ状態を維持し、ラッチ入力ノードND10は、高インピーダンスで、プリチャージされたLレベルに維持される。このとき、電圧ΔVLがたとえ、MOSトランジスタ9のしきい値電圧VTNよりも高い電圧レベルであっても、昇圧信号BSが活性化されたとき、MOSトランジスタ9が、ソースフォロアモードで動作するため、ラッチ入力ノードND10へは、ΔVL−VTNの電圧を伝達することができるだけであり、ラッチ入力ノードND10の電圧の浮上がりは確実に防止することができる。
At time t9, boost signal BS is activated and rises from L level to H level. However, in this case, the
時刻t10において、保持信号HDがHレベルとなると、MOSトランジスタ7がオン状態となり、ラッチ入力ノードND10は、出力ノードND6と電気的に結合され、低インピーダンスで、接地電圧VSSレベルに維持される。
At time t10, when holding signal HD becomes H level,
この図6に示すレベル変換回路の構成においては、内部ノードND7は、MOSトランジスタ9を介してラッチ入力ノードND10に結合される。したがって、内部ノードND7の寄生容量は、MOSトランジスタ9のゲート容量と配線容量だけであり、内部ノードND7にインバータIV1のPおよびNチャネルのMOSトランジスタの両ゲートが接続される構成に比べてより寄生容量を低減することができ、内部ノードND7の充放電を高速かつ効率的に行なうことができる。特に昇圧動作時、この内部ノードND7の電圧レベルを、その寄生容量が小さいため、電圧上昇量ΔVHを十分大きくすることができ、MOSトランジスタ9を介して、ラッチ入力ノードND10に高速でHレベルの信号を伝達することができる。
In the configuration of the level conversion circuit shown in FIG. 6,
また、MOSトランジスタ9を介して昇圧信号BSをラッチ入力ノードND10に伝達した状態で昇圧動作BSをHレベルに立上げることにより、高速でラッチ入力ノードND10を昇圧信号BSに従ってHレベルへ駆動することができ、より高速のレベル変換動作を実現することができる。
Further, by raising the boosting operation BS to the H level while the boosting signal BS is transmitted to the latch input node ND10 through the
なお、この図6に示すレベル変換回路の構成において、MOSトランジスタ10のソースノードへは、接地電圧VSSに代えて、昇圧信号BSが伝達されてもよい。ラッチ信号SLに応じたラッチ入力ノードND10の初期設定時、昇圧信号BSはLレベルであるため、確実に、ラッチ入力ノードND10を、昇圧信号BSに従って接地電圧レベルのLレベルに初期設定することができる。
In the configuration of the level conversion circuit shown in FIG. 6, boosted signal BS may be transmitted to the source node of
図8は、実施の形態1および2におけるレベル変換回路に利用される制御信号を発生する部分の構成の一例を概略的に示す図である。図8に示す制御信号発生部は、入力信号INの印加サイクルを規定するクロック信号CLKに従って、ラッチ信号SL、昇圧信号BSおよび保持信号HDを生成する。 FIG. 8 is a diagram schematically showing an example of a configuration of a part that generates a control signal used in the level conversion circuit in the first and second embodiments. The control signal generator shown in FIG. 8 generates a latch signal SL, a boost signal BS, and a holding signal HD in accordance with a clock signal CLK that defines an application cycle of the input signal IN.
図8において、制御信号発生部は、クロック信号CLKを所定時間遅延する遅延回路20と、保持信号HDの非活性化時遅延回路20の出力信号を通過させるゲート回路22と、ゲート回路22の出力信号の立上がりに応答してワンショットのパルス信号を生成するワンショットパルス発生回路24と、ワンショットパルス発生回路24の出力信号の立下がりに従ってワンショットのパルス信号を生成するワンショットパルス発生回路26と、ワンショットパルス発生回路26の出力信号を所定時間遅延する遅延回路28を含む。
In FIG. 8, the control signal generation unit includes a
ワンショットパルス発生回路24から、ラッチ信号SLがワンショットパルス信号の形態で生成され、ワンショットパルス発生回路26から、昇圧信号BSが、ワンショットパルス信号の形態で生成される。遅延回路28から、この昇圧信号BSを所定時間遅延した形態で保持信号HDが生成される。この遅延回路28はレベル変換機能を有し、Hレベルの保持信号HDを電源電圧VDD+VTN以上の電圧レベルに設定する。
The latch signal SL is generated from the one-shot
図9は、図8に示す制御信号発生部の動作を示す信号波形図である。以下、簡単に、図9を参照して、図8に示す制御信号発生部の動作について説明する。 FIG. 9 is a signal waveform diagram showing an operation of the control signal generator shown in FIG. Hereinafter, the operation of the control signal generator shown in FIG. 8 will be briefly described with reference to FIG.
入力信号INは、クロック信号CLKの立上がりに同期して転送される(変化する)。すなわち、入力信号INが表示画素データ信号の場合、外部の駆動用LSIから、クロック信号CLKに同期して入力信号INが転送される。遅延回路20は、クロック信号CLKを所定時間遅延する。保持信号HDがLレベルでありかつ遅延回路20の出力信号がHレベルとなると、ゲート回路22の出力信号がHレベルとなる。応じて、ワンショットパルス発生回路24からのラッチ信号SLが活性化され、所定期間活性状態に維持される。
The input signal IN is transferred (changed) in synchronization with the rise of the clock signal CLK. That is, when the input signal IN is a display pixel data signal, the input signal IN is transferred from an external driving LSI in synchronization with the clock signal CLK. The
ワンショットパルス発生回路26は、ラッチ信号SLが非活性化されると、その非活性化に応答して昇圧信号BSを活性化する。遅延回路28は、この昇圧信号BSを所定時間遅延して保持信号HDを生成しており、保持信号HDは、その活性化および非活性化が、ともに、昇圧信号BSに対して所定時間遅れている。
When the latch signal SL is deactivated, the one-shot
遅延回路28からの保持信号HDが非活性化されると、ゲート回路22がイネーブルされ、次のクロック信号CLKに従った入力信号INのサンプリングが可能となる。保持信号HDが活性状態のときには、ゲート回路22はディスエーブル状態であり、遅延回路20の出力信号がHレベルとなっても、ゲート回路22の出力信号はLレベルに固定され、ラッチ信号SLは生成されない。したがって、確実に、このレベル変換回路内部においてラッチ機能が解除された後に、入力信号INのサンプリングが行なわれ、このサンプリングした入力信号INに従って、出力信号の状態を変化させることができる。
When the hold signal HD from the
なお、保持信号HDの非活性化は、ラッチ信号SLが活性化される前の時点であればよく、たとえば、昇圧信号BSがクロック信号CLKの立上がりに同期して非活性化される構成が用いられてもよい。 The hold signal HD may be deactivated at a time before the latch signal SL is activated. For example, a configuration in which the boost signal BS is deactivated in synchronization with the rise of the clock signal CLK is used. May be.
なお、この図8に示す制御信号発生部の構成は、実施の形態1におけるレベル変換回路に対しても適用することができる。 The configuration of the control signal generator shown in FIG. 8 can also be applied to the level conversion circuit in the first embodiment.
以上のように、この発明の実施の形態2に従えば、入力信号INが伝達される内部ノードを転送用MOSトランジスタのゲートに接続し、この転送用MOSトランジスタを介してラッチ入力ノードへ、入力信号に対応した論理レベルの大振幅信号を伝達している。したがって、内部ノードの負荷容量を低減することができ、高速で内部ノードを充放電して、レベル変換を行なうことができる。 As described above, according to the second embodiment of the present invention, the internal node to which input signal IN is transmitted is connected to the gate of the transfer MOS transistor, and input to the latch input node via this transfer MOS transistor. A large amplitude signal having a logic level corresponding to the signal is transmitted. Therefore, the load capacity of the internal node can be reduced, and level conversion can be performed by charging / discharging the internal node at high speed.
[実施の形態3]
図10は、この発明の実施の形態3に従うレベル変換回路の構成を示す図である。この図10に示すレベル変換回路は、以下の点で、図6に示すレベル変換回路とその構成が異なる。すなわち、MOS容量6は、そのソース/ドレインノードが、昇圧信号BSを受けるノードND3ではなく、ラッチ入力ノードND10に接続される。この図10に示すレベル変換回路の他の構成は、図6に示すレベル変換回路の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
[Embodiment 3]
FIG. 10 shows a structure of the level conversion circuit according to the third embodiment of the present invention. The level conversion circuit shown in FIG. 10 differs from the level conversion circuit shown in FIG. 6 in the following points. That is,
この図10に示すレベル変換回路の動作波形は、図7に示す動作波形と同じである。ラッチ信号SLに従って、内部ノードND7に、入力信号INがサンプリングされて、閉じ込められた後、昇圧信号BSが活性化される。この昇圧信号BSは、内部ノードND7がHレベルのとき、MOSトランジスタ9を介してラッチ入力ノードND10へ伝達される。したがって、このラッチ入力ノードND10の電圧レベルが、昇圧信号BSに従って上昇するにつれて、MOS容量6が、チャージポンプ動作または容量結合により、内部ノードND7の電圧レベルを上昇させる。したがって、実質的に、MOS容量6は、昇圧信号BSに従って内部ノードND7の昇圧動作を行ない、内部ノードND7の電位上昇に従って、MOSトランジスタ9が、確実に、昇圧信号BSをラッチ入力ノードND10へ伝達する。すなわち、MOSトランジスタ9およびMOS容量6によるラッチ入力ノードND10および内部ノードND7の電圧レベルの電位上昇の正帰還動作により、内部ノードND7の電圧レベルが高速で上昇し、応じて、ラッチ入力ノードND10の電圧レベルが高速で上昇して、レベル変換が高速で行なわれる。
The operation waveform of the level conversion circuit shown in FIG. 10 is the same as the operation waveform shown in FIG. In accordance with the latch signal SL, the input signal IN is sampled and confined in the internal node ND7, and then the boost signal BS is activated. Boost signal BS is transmitted to latch input node ND10 through
内部ノードND7の電圧レベルがLレベルのときには、MOSトランジスタ9がオフ状態であり、MOSトランジスタ9はオフ状態を維持し、昇圧信号BSの転送は行われない。MOSトランジスタ9のゲート・ドレイン間寄生容量により内部ノードND11の電位は少し上昇するものの、その寄生容量は十分に小さく、ラッチ入力ノードND10は、Lレベルに維持される。保持信号HDが活性化されると、確実に、ラッチ入力ノードND10は、バッファ/転送回路BFにより、接地電圧VSSレベルに維持される。
When the voltage level of internal node ND7 is L level,
この図10に示すレベル変換回路の構成の場合、MOS容量の動作制御のために昇圧信号BSを利用する必要がなく、単にMOS容量6のソース/ドレイン領域をラッチ入力ノードND10へ接続することが要求されるだけである。したがって、回路のレイアウト設計が容易となる。
In the configuration of the level conversion circuit shown in FIG. 10, it is not necessary to use the boost signal BS for controlling the operation of the MOS capacitor, and the source / drain region of the
なお、この図10に示すレベル変換回路においても、ノードNDLへは、昇圧信号BSが供給されてもよい。これは、実施の形態2と同様である。 In the level conversion circuit shown in FIG. 10, boosting signal BS may be supplied to node NDL. This is the same as in the second embodiment.
[実施の形態4]
図11は、この発明の実施の形態4に従うレベル変換回路の構成を示す図である。この図11に示すレベル変換回路は、図10に示すレベル変換回路と、以下の点でその構成が異なる。すなわち、図11に示すレベル変換回路においては、MOS容量6は設けられない。内部ノードND7の電圧レベルに応じて昇圧信号BSをラッチ入力ノードND10へ伝達するNチャネルMOSトランジスタ39は、そのチャネル幅Wが十分大きくされる。この図11に示すレベル変換回路の他の構成は、図10に示すレベル変換回路の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
[Embodiment 4]
FIG. 11 shows a structure of the level conversion circuit according to the fourth embodiment of the present invention. The level conversion circuit shown in FIG. 11 differs from the level conversion circuit shown in FIG. 10 in the following points. That is, in the level conversion circuit shown in FIG. 11, the
MOSトランジスタ39は、導通時、MOS容量としても機能する。すなわち、このMOSトランジスタ39においてチャネル領域においてチャネルが形成されたとき、チャネルの電圧レベルが、昇圧信号BSの電圧レベルに応じて上昇し、そのゲート絶縁膜を介しての容量結合により、内部ノードND7の電圧レベルが上昇する。すなわち、内部ノードND7が、高インピーダンス状態のHレベルのとき、MOSトランジスタ39が、昇圧信号BSの電圧レベルの上昇に従ってセルフブートストラップ作用により内部ノードND7の電圧レベルを上昇させ、昇圧信号BSをラッチ入力ノードND10へ伝達する。
The
この図11に示すレベル変換回路の動作波形は、図7に示す動作波形と同じである。このMOSトランジスタ39のチャネル幅Wを十分大きくして、その電流駆動力を大きくすることにより、ラッチ入力ノードND10の電圧レベルを高速で上昇させることができる。
The operation waveform of the level conversion circuit shown in FIG. 11 is the same as the operation waveform shown in FIG. By increasing the channel width W of the
MOSトランジスタ39のチャネル幅Wは、そのゲート容量が、MOS容量6の容量値を実現する程度の大きさであればよい。
The channel width W of the
この図11に示すレベル変換回路の構成の場合、MOS容量6が不要となり、回路レイアウト設計の自由度が増大し、レイアウト設計が容易となる。
In the configuration of the level conversion circuit shown in FIG. 11, the
以上のように、この発明の実施の形態4に従えば、昇圧信号をラッチ入力ノードへ転送するMOSトランジスタを、MOS容量としても動作させており、回路レイアウト面積を低減でき、また回路素子数が低減され、レイアウト設計が容易となり、また、転送トランジスタの電流駆動力が大きく、高速でラッチ入力ノードを駆動してレベル変換を行なうことができる。 As described above, according to the fourth embodiment of the present invention, the MOS transistor for transferring the boost signal to the latch input node is also operated as a MOS capacitor, so that the circuit layout area can be reduced and the number of circuit elements can be reduced. Therefore, the layout design is facilitated, the current driving capability of the transfer transistor is large, and the latch input node can be driven at high speed to perform level conversion.
[実施の形態5]
図12は、この発明の実施の形態5に従うレベル変換回路の構成を示す図である。この図12に示すレベル変換回路は、以下の点で、図11に示すレベル変換回路とその構成が異なる。すなわち、この図12に示すレベル変換回路の構成においては、ラッチ入力ノードND10にLレベルの信号が伝達されたとき、確実に、このラッチ入力ノードND10をLレベルに維持するためのラッチ回路が設けられる。このラッチ回路は、ハイ側電源ノードNDHとロー側電源ノードNDLの間に直列に接続されるPチャネルMOSトランジスタ41およびNチャネルMOSトランジスタ42を含む。PチャネルMOSトランジスタ41は、そのゲートに昇圧信号BSを受け、ドレインノードND11が、MOSトランジスタ10のゲートに接続される。NチャネルMOSトランジスタ42は、そのゲートがラッチ入力ノードND10に接続され、そのドレインが、ノードND11に接続され、そのソースがロー側電源ノードNDLに接続される。
[Embodiment 5]
FIG. 12 shows a structure of the level conversion circuit according to the fifth embodiment of the present invention. The level conversion circuit shown in FIG. 12 differs from the level conversion circuit shown in FIG. 11 in the following points. That is, in the structure of the level conversion circuit shown in FIG. 12, a latch circuit is provided for reliably maintaining the latch input node ND10 at the L level when an L level signal is transmitted to the latch input node ND10. It is done. This latch circuit includes a P
この図12に示すレベル変換回路の他の構成は、図11に示すレベル変換回路の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。 The other configuration of the level conversion circuit shown in FIG. 12 is the same as the configuration of the level conversion circuit shown in FIG. 11, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図13は、図12に示すレベル変換回路の動作を示す信号波形図である。以下、図13を参照して、この図12に示すレベル変換回路の動作について説明する。 FIG. 13 is a signal waveform diagram representing an operation of the level conversion circuit shown in FIG. The operation of the level conversion circuit shown in FIG. 12 will be described below with reference to FIG.
時刻t2以前においては、昇圧信号BSがLレベルであり、MOSトランジスタ41がオン状態であり、ノードND11が電源電圧VDDレベルに維持される。MOSトランジスタ10がオン状態であり、ロー側電源ノードNDLの接地電圧VSSがラッチ入力ノードND10に伝達される。このラッチ入力ノードND10の電圧レベルに従って、MOSトランジスタ42はオフ状態にある。
Before time t2, boost signal BS is at L level,
ラッチ信号SLの活性化に従って、Hレベル(電圧VIHレベル)の入力信号INが内部ノードND7に伝達される。MOSトランジスタ39がこの内部ノードND7の電圧レベルの上昇に従って導通する。この状態において昇圧信号BSはLレベルであり、またMOSトランジスタ10がオン状態であるために、ラッチ入力ノードND10は接地電圧レベルVSSレベルに維持される。
In accordance with activation of latch signal SL, input signal IN at H level (voltage VIH level) is transmitted to internal node ND7.
時刻t2において昇圧信号BSがHレベルに立上がると、MOSトランジスタ41がオフ状態となる。MOSトランジスタ39を介して、昇圧信号BSがラッチ入力ノードND10へ伝達され、その電圧レベルが上昇すると、MOSトランジスタ42が導通し、ノードND11の電圧レベルを低下させ、MOSトランジスタ10のコンダクタンスが小さくなり、ラッチ入力ノードND10は、昇圧信号BSに従って高速で電源電圧VDDレベルへ駆動される。応じて、ノードND11は、MOSトランジスタ42により接地電圧VSSレベルに放電される。応じて、MOSトランジスタ10がオフ状態となり、確実に、ラッチ入力ノードND10は、昇圧信号BSに従って電源電圧VDDレベルに設定される。このラッチ入力ノードND10への昇圧信号BSの伝達時、内部ノードND7は、MOSトランジスタ39のセルフブートストラップ作用により、その電圧レベルがVIH+ΔVHの電圧レベルに上昇する。
When boosted signal BS rises to H level at time t2,
時刻t3において保持信号HDがHレベルとなり、ラッチ入力ノードND10が、低インピーダンスでHレベルに維持される。 At time t3, the holding signal HD becomes H level, and the latch input node ND10 is maintained at H level with low impedance.
時刻t4において入力信号INがLレベルに低下し、時刻t5において昇圧信号BSがLレベルに低下する。ラッチ信号SLは、Lレベルであり、この入力信号INの変化は、内部ノードND7へは伝達されない。一方、昇圧信号BSの立下がりに応答して、MOSトランジスタ41がオン状態となり、ノードND11が充電され、その電圧レベルが上昇する。このノードND11の電圧レベルの上昇に従って、MOSトランジスタ10が導通し、ラッチ入力ノードND10が接地電圧VSS方向へ駆動され、また、昇圧信号BSの低下に従ってさらに高速でラッチ入力ノードND10が接地電圧レベルへ駆動される。このラッチ入力ノードND10の電位レベル低下は、バッファ/転送回路BFをおよびMOSトランジスタ7を介して伝達され、ラッチ入力ノードND10が、接地電圧レベルに放電される。
At time t4, the input signal IN decreases to the L level, and at time t5, the boost signal BS decreases to the L level. Latch signal SL is at L level, and the change in input signal IN is not transmitted to internal node ND7. On the other hand, in response to the fall of boost signal BS,
このラッチノードND11の放電動作において、MOSトランジスタ10の電流駆動力および昇圧信号BSの電流駆動力が、インバータIV2の電流駆動力よりも大きい状態に設定されていれば、高速でラッチ入力ノードND10を接地電圧レベルへ駆動することができる。
In the discharging operation of the latch node ND11, if the current driving capability of the
一方、この昇圧信号BSの電位レベル低下に従って、MOSトランジスタ39により内部ノードND7の電圧レベルが、ΔVH低下し、電圧VIHレベルとなる。
On the other hand, as the potential level of boosted signal BS decreases, the voltage level of internal node ND7 is decreased by ΔVH by
時刻t6において保持信号HDがLレベルとなり、MOSトランジスタ7がオフ状態となる。この状態においては、MOSトランジスタ10がオン状態であり、ラッチ入力ノードND10は、低インピーダンスでLレベルに維持される。
At time t6, the holding signal HD becomes L level, and the
時刻t7においてラッチ信号SLがHレベルとなり、内部ノードND7へ、Lレベルの入力信号INが伝達され、内部ノードND11の充電電荷は少なくまたその寄生容量も小さいため、内部ノードND7は高速で接地電圧VSSレベルとなる。 At time t7, the latch signal SL becomes H level, the L level input signal IN is transmitted to the internal node ND7, the internal node ND11 has little charge and its parasitic capacitance is small. It becomes VSS level.
時刻t8においてラッチ信号SLがLレベルとなり、時刻t9において昇圧信号BSがHレベルに立上がる。この昇圧信号BSの立上がりに従って、内部ノードND7の電圧レベルが電圧ΔVLだけ、MOSトランジスタ39の寄生容量の容量結合により上昇する。しかしながらこの電圧ΔVLは、MOSトランジスタ39のしきい値電圧VTNよりも十分に低い電圧レベルであり、MOSトランジスタ39は非導通状態を維持し、ラッチ入力ノードND10へは、昇圧信号BSは伝達されない。このとき、ノードND11がHレベルであり、MOSトランジスタ10は、オン状態にあり、ラッチ入力ノードND10は、接地電圧VSレベルに維持される。応じて、MOSトランジスタ42はオフ状態を維持し、ノードND11はプリチャージされた電源電圧VDDレベルに維持される。
At time t8, latch signal SL becomes L level, and at time t9, boost signal BS rises to H level. As the boost signal BS rises, the voltage level of the internal node ND7 increases by the voltage ΔVL due to capacitive coupling of the parasitic capacitance of the
時刻t10において保持信号HDが活性化されると、MOSトランジスタ7が導通し、ラッチ入力ノードND10は確実にLレベルに維持される。この昇圧信号BSがHレベルの間、内部ノードND7の電圧レベルは、容量結合による電圧ΔVLレベルに維持される。この内部ノードND7の電圧ΔVLのレベルは、昇圧信号BSの低下時、MOSトランジスタ39の容量結合により、接地電圧VSSレベルに駆動される。
When holding signal HD is activated at time t10,
したがって、入力信号INがLレベルのとき、ラッチ入力ノードND10を、保持信号HDが活性化されるまでの間確実に接地電圧VSSレベルに維持することができる。これにより、たとえ内部ノードND7の電圧レベルが昇圧信号BSの上昇に従って上昇しても、確実に、ラッチ入力ノードND10を、低インピーダンスのLレベルに維持することができ、インバータIV1における誤動作および貫通電流の発生を防止することができる。 Therefore, when input signal IN is at L level, latch input node ND10 can be reliably maintained at ground voltage VSS level until holding signal HD is activated. Thereby, even if the voltage level of internal node ND7 rises as boost signal BS rises, latch input node ND10 can be reliably maintained at a low impedance L level, and malfunction and through current in inverter IV1 can be maintained. Can be prevented.
なお、図12に示すレベル変換回路においては、MOS容量6は用いられていない。しかしながら、先の実施の形態2および3に示す構成と同様、内部ノードND7にMOS容量6が接続される構成が利用されてもよい。この場合でも、ラッチ入力ノードND10は、Lレベル信号伝達時、確実に低インピーダンスのLレベルに維持することができ、確実に、接地電圧VSSレベルに維持することができる。
In the level conversion circuit shown in FIG. 12, the
以上のように、この発明の実施の形態5に従えば、ラッチ入力ノードへのLレベル信号伝達時、低インピーダンスでそのLレベルを維持するように構成しており、ラッチ入力ノードの電位レベルの上昇(浮上がり)を防止することができ、次段のインバータにおける誤動作および貫通電流の発生を抑制することができる。 As described above, according to the fifth embodiment of the present invention, when an L level signal is transmitted to the latch input node, the L level is maintained at a low impedance, and the potential level of the latch input node is maintained. The rise (lift) can be prevented, and the malfunction and the through current can be suppressed in the next-stage inverter.
[実施の形態6]
図14は、この発明の実施の形態6に従うレベル変換回路の構成を示す図である。この図14に示すレベル変換回路は、以下の点で、図1に示すレベル変換回路とその構成が異なる。すなわち、入力段のMOSトランジスタ5のゲートへ、電源電圧VDDよりも大きな振幅を有するラッチ信号SLBTが与えられる。この図14に示すレベル変換回路の他の構成は、図1に示すレベル変換回路の構成と同じであり、対応する部分には同一参照符号を付し、その詳細説明は省略する。
[Embodiment 6]
FIG. 14 shows a structure of the level conversion circuit according to the sixth embodiment of the present invention. The level conversion circuit shown in FIG. 14 differs from the level conversion circuit shown in FIG. 1 in the following points. That is, the latch signal SLBT having an amplitude larger than the power supply voltage VDD is applied to the gate of the
図15は、図14に示すレベル変換回路の動作を示す信号波形図である。以下、図15を参照して、この図14に示すレベル変換回路の動作について簡単に説明する。 FIG. 15 is a signal waveform diagram representing an operation of the level conversion circuit shown in FIG. The operation of the level conversion circuit shown in FIG. 14 will be briefly described below with reference to FIG.
この図15に示すレベル変換回路の動作波形図は、図3に示す動作波形図と、ラッチ信号SLBTのHレベルの電圧レベルが異なることを除いて同じである。すなわち、ラッチ信号SLBTは、そのHレベルが、電圧VDD+VTNよりも高い電圧レベルに設定される。VTNは、MOSトランジスタのしきい値電圧を示す。 The operation waveform diagram of the level conversion circuit shown in FIG. 15 is the same as the operation waveform diagram shown in FIG. 3 except that the H level voltage level of latch signal SLBT is different. That is, the latch signal SLBT is set to a voltage level whose H level is higher than the voltage VDD + VTN. VTN represents the threshold voltage of the MOS transistor.
MOSトランジスタ5のしきい値電圧VTNが、たとえば製造パラメータのばらつきなどにより高くなった場合、入力信号INのHレベル電圧VIHを内部ノードND7へ伝達することができなくなる可能性がある。しかしながら、この昇圧されたラッチ信号SLBTを利用することにより、確実に、MOSトランジスタ5を、そのゲート−ソース間電圧をそのしきい値電圧よりも高い電圧レベルに設定して、内部ノードND7へ、VIHレベルの入力信号INを確実に伝達することができる。
If threshold voltage VTN of
昇圧されたラッチ信号SBLTのHレベルは、保持信号HDのHレベルと実質的に同じ電圧レベルあり、たとえば図8に示す制御信号発生部においてワンショットパルス発生回路24および28の動作電源電圧を、この電圧VDD+VTNよりも高い電圧レベルに設定することにより、容易に昇圧されたHレベルを有するラッチ信号SLBTおよび保持信号HDを生成する構成を実現することができる。
The H level of the boosted latch signal SBLT is substantially the same voltage level as the H level of the holding signal HD. For example, the operation power supply voltage of the one-shot
以上のように、この発明の実施の形態6に従えば、入力部の入力信号の転送制御信号として、振幅が拡大された転送制御信号(ラッチ信号)を利用しており、この入力部のトランジスタのしきい値電圧損失を伴うことなく、確実に入力信号INを内部ノードND7へ伝達することができる。 As described above, according to the sixth embodiment of the present invention, the transfer control signal (latch signal) having an enlarged amplitude is used as the transfer control signal of the input signal of the input unit. The input signal IN can be reliably transmitted to the internal node ND7 without any loss of threshold voltage.
なお、このMOSトランジスタ5に代えて、CMOSトランスミッションゲートが利用される場合、特に、昇圧されたラッチ信号SLBTを用いることは要求されない。
When a CMOS transmission gate is used in place of
また、先の実施の形態1から6において、これらの転送用トランジスタ5および7は、CMOSトランスミッションゲートが用いられてもよく、またアナログバッファが用いられてもよい。
In the first to sixth embodiments, a CMOS transmission gate may be used for these
[実施の形態7]
図16は、この発明の実施の形態7に従うレベル変換回路の構成を示す図である。この図16に示すレベル変換回路は、図11に示す実施の形態4に従うレベル変換回路の構成と以下の点でその構成が異なる。すなわち、内部ノードND10が、配線50を介して出力ノードND6に接続される。したがって、内部ノードND10が出力ノードND6と常時接続される。保持信号HDに応答するMOSトランジスタ(7)は用いられない。
[Embodiment 7]
FIG. 16 shows a structure of the level conversion circuit according to the seventh embodiment of the present invention. The level conversion circuit shown in FIG. 16 differs from the level conversion circuit according to the fourth embodiment shown in FIG. 11 in the following points. That is, the internal node ND10 is connected to the output node ND6 via the
この図16に示すレベル変換回路の他の構成は、図11に示すレベル変換回路の構成と同じであり、対応する部分には同一参照符号を付し、その詳細説明は省略する。 The other configuration of the level conversion circuit shown in FIG. 16 is the same as the configuration of the level conversion circuit shown in FIG. 11, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図17は、図16に示すレベル変換回路の動作を示すタイミング図である。以下、図17を参照して、図16に示すレベル変換回路の動作について簡単に説明する。なお、図17に示す信号波形図においても、入力信号INのHレベル電圧VIH(例えば3.0V)を昇圧電圧VDD(例えば5V)に変換し、入力信号INのLレベル電圧VILは接地電圧VSS(0V)であり、その電圧レベルは変換されず、出力ノードND6からのLレベル電圧は、接地電圧VSSに維持される。 FIG. 17 is a timing chart showing the operation of the level conversion circuit shown in FIG. The operation of the level conversion circuit shown in FIG. 16 will be briefly described below with reference to FIG. In the signal waveform diagram shown in FIG. 17 as well, the H level voltage VIH (eg, 3.0 V) of the input signal IN is converted to the boosted voltage VDD (eg, 5 V), and the L level voltage VIL of the input signal IN is equal to the ground voltage VSS. The voltage level is not converted, and the L level voltage from the output node ND6 is maintained at the ground voltage VSS.
ノードND6およびND10は、先のサイクルにおける入力信号INの電圧レベルに従って、HレベルまたはLレベルである。 Nodes ND6 and ND10 are at the H level or the L level according to the voltage level of input signal IN in the previous cycle.
時刻t0において、ラッチ信号SLが電圧VDDレベルのHレベルとなる。応じて、MOSトランジスタ5がオン状態となり、入力ノードND5へ与えられる入力信号INが内部ノードND7へ伝達される。いま、入力信号INが、その電圧レベルがHレベル電圧VIHであり、内部ノードND7も、応じてHレベル電圧VIHレベルに駆動される。
At time t0, the latch signal SL becomes the H level of the voltage VDD level. Responsively,
また、ラッチ信号SLの立上がりに応答して、MOSトランジスタ10がオン状態となり、ノードND6およびND10が接地電圧VSSレベルへ放電される。この場合、バッファ/転送回路BFの出力段のインバータIV2の出力信号がHレベルであれば、インバータIV2のHレベル出力とMOSトランジスタ10のLレベル駆動とが競合状態となる。しかしながら、MOSトランジスタ10のオン抵抗(オン状態時におけるソース/ドレイン間抵抗)Ronを、インバータIV2の出力インピーダンスよりも十分低くすることにより、MOSトランジスタ10により、ノードND6およびND10の電位レベルが十分低いレベルに駆動される。応じて、バッファ/転送回路BFにおいてインバータIV1が、ノードND10の電圧レベルをLレベルと判定して、Hレベルの信号を出力するため、インバータをIV2の出力信号がLレベルに反転する。これにより、ノードND6およびND10が、接地電圧VSSレベルのLレベルに維持される。
In response to the rise of latch signal SL,
時刻t1において、ラッチ信号SLがLレベルとなり、MOSトランジスタ5がオフ状態となり、内部ノードND7において、電圧VIHが高インピーダンス状態で維持される。このとき、また、MOSトランジスタ10もラッチ信号SLの立下がりに応答してオフ状態となる。ノードND3へ与えられる昇圧信号BSは、Lレベル(接地電圧VSSレベル)であり、MOSトランジスタ39が、ノードND7の電圧VIHに従ってオン状態となり、ノードND10(ND6)へは、Lレベルの昇圧信号BSが伝達され、また、バッファ/転送回路BFにより、ノードND6およびND10が、Lレベルに維持される。
At time t1, latch signal SL becomes L level,
時刻t2において、昇圧信号BSが電圧VDDレベルに上昇すると、オン状態のMOSトランジスタ39を介してノードND10およびND6の電圧レベルがLレベルからHレベルへ上昇し始める。MOSトランジスタ39はチャネル幅Wが大きくされ、MOSトランジスタ39のオン抵抗は、インバータIV2の出力インピーダンス(放電用NチャネルMOSトランジスタのオン抵抗)よりも十分低く設定されており、インバータIV2の出力信号に拘らず、MOSトランジスタ39からの充電電流により、ノードND10およびND6の電圧レベルが上昇する。
When boosted signal BS rises to voltage VDD level at time t2, voltage levels of nodes ND10 and ND6 begin to rise from L level to H level via
このとき、内部ノードND7は、高インピーダンス状態であり、MOSトランジスタ39のセルフブートストラップ作用により、その電圧レベルがΔVH上昇し、電圧VIH+ΔVH(>VDD)となり、ノードND10が高速でHレベルに上昇する。またバッファ/転送回路BFがノードND10の電位上昇に従ってノードND6およびND10の電位を上昇させ、ノードND10およびND6が高速で電圧VDDレベルにまで上昇する。
At this time, the internal node ND7 is in a high impedance state, and the voltage level rises by ΔVH due to the self bootstrap action of the
時刻t3において、各ノードの電圧が安定化すると、ノードND7が、電圧VIH+ΔVHのレベル、ノードND6およびND10が、電圧VDDレベルとなる。昇圧信号BSが供給される場合(ノードND10の電圧上昇時)、ラッチ信号SLはLレベルであり、MOSトランジスタ10はオフ状態に維持され、内部ノードND10およびND6の昇圧動作には何ら影響は及ぼさない。すなわち、ラッチ信号SLを出力する回路により、ノードND4は低インピーダンスで接地電圧VSSに維持されており、ノードND4の電位は、昇圧信号BSのレベル上昇時何ら上昇しない。
When the voltage of each node is stabilized at time t3, node ND7 is at the level of voltage VIH + ΔVH, and nodes ND6 and ND10 are at the level of voltage VDD. When boosting signal BS is supplied (when voltage at node ND10 rises), latch signal SL is at L level,
時刻t4において、入力信号INがHレベルからLレベルに変化し、入力信号INの電圧レベルがVIL(=VSS)レベルとなる。この状態においても、ラッチ信号SLはLレベル(VSSレベル)であり、MOSトランジスタ5はオフ状態を維持し、内部ノードND7は、その電圧レベルは変化せず、電圧VIH+ΔVHの電圧レベルを維持する。同様、ノードND6およびND10も、その電圧レベルは変化せず、電圧VDDレベルを維持する。
At time t4, the input signal IN changes from the H level to the L level, and the voltage level of the input signal IN becomes the VIL (= VSS) level. Even in this state, the latch signal SL is at the L level (VSS level), the
時刻t5において、昇圧信号BSが、電圧VDDから接地電圧VSSレベルに低下する。ラッチ信号SLは、Lレベルであり、MOSトランジスタ5はオフ状態にある。したがって、ノードND7が高インピーダンス状態(フローティング状態)にあるため、この昇圧信号BSの立下がりに従って、ノードND7の電圧レベルが低下し、電圧VIHレベルとなる。
At time t5, boost signal BS falls from voltage VDD to ground voltage VSS level. The latch signal SL is at L level, and the
内部ノードND7の電圧レベルに応じて、MOSトランジスタ39を介して、昇圧信号BSがノードND10およびND6に伝達される。この場合、MOSトランジスタ39のオン抵抗とインバータIV2の出力インピーダンス(インバータIV2の充電用Pチャネルトランジスタのオン抵抗)との関係により、ノードND10およびND6の電圧レベルが、Lレベルに低下するかまたはHレベルを維持する。図17においては、接地電圧レベルVSSへノードND6およびND10の電圧レベルが低下する信号波形を実線で示し、Hレベルに保持される状態を一点鎖線で示す。
Boosted signal BS is transmitted to nodes ND10 and ND6 through
すなわち、MOSトランジスタ39は、ノードND7の電圧レベルが電源電圧VDDよりも高い電圧VIH+ΔVHレベルのときには、そのオン抵抗はインバータIV2の出力インピーダンスよりも十分小さいものの、ノードND7の電圧レベルが電圧VIHに低下すると、そのオン抵抗が増大する。従って、MOSトランジスタ39のオン抵抗が、インバータIV2の出力インピーダンスよりも高い状態では、ノードND10およびND6は、インバータIV2によりHレベルを維持し、一方、MOSトランジスタ39のオン抵抗が、インバータIV2の出力インピーダンスよりも小さい場合には、ノードND6およびND10は、MOSトランジスタ39を介して昇圧信号BSに従ってその電圧レベルが低下し、この電圧低下がバッファ/転送回路BFにより増幅され、ノードND10およびND6は、接地電圧VSSレベルにまで低下する。
That is, when the voltage level of node ND7 is voltage VIH + ΔVH level higher than power supply voltage VDD,
時刻t6において、昇圧信号BSの変化に従ってノードND6、ND7およびND10の電圧レベルがそれぞれ安定化する。 At time t6, the voltage levels of nodes ND6, ND7, and ND10 are stabilized according to the change in boost signal BS.
時刻t7においてラッチ信号SLがHレベルに立上がると、MOSトランジスタ5がオン状態となり、ノードND7へLレベルの入力信号INが伝達され、ノードND7が、ローレベル電圧VIL(=VSS)レベルとなる。このノードND7の電圧レベルの低下に従って、MOSトランジスタ39がオフ状態となる。一方、MOSトランジスタ10が、ラッチ信号SLに従ってオン状態となり、ノードND6およびND10が、時刻t0と同様に接地電圧VSSレベルへ駆動される。
When the latch signal SL rises to H level at time t7, the
時刻t8において、ラッチ信号SLがLレベルに低下すると、内部ノードND7が高インピーダンス状態のLレベルとなる。このとき、また、MOSトランジスタ10がオフ状態となる。ノードND6およびND10は、バッファ/転送回路BFのインバータIV2により、接地電圧VSSレベルに維持される。
When latch signal SL falls to L level at time t8, internal node ND7 becomes L level in a high impedance state. At this time, the
時刻t9において、昇圧信号BSがHレベルに立上がる。このとき、内部ノードND7は、接地電圧レベルであり、MOSトランジスタ39には、チャネルは形成されていないため、MOSトランジスタ39のセルフブートストラップ作用は小さく、ノードND7の電位は、ノードND3およびND7の間の寄生容量(MOSトランジスタ39のドレイン−ゲート間容量)の容量結合により電圧ΔVLだけ上昇する。この電圧ΔVLは、MOSトランジスタ39のしきい値電圧よりも低く、MOSトランジスタ39はオフ状態を維持し、ノードND6およびND10は、バッファ/転送回路BFにより、Lレベル(電圧VSSレベル)に維持される。
At time t9, boost signal BS rises to H level. At this time, the internal node ND7 is at the ground voltage level, and no channel is formed in the
この図16に示すレベル変換回路の構成において、バッファ/転送回路BFの出力ノードND6とラッチ入力ノードND10を配線50により短絡し、いわゆるハーフラッチ回路の構成がラッチ回路として用いられても、正確に、入力信号INのHレベル電圧VHIのレベル変換を行って電圧VDDレベルの信号を出力ノードND6に生成することができる。
In the configuration of the level conversion circuit shown in FIG. 16, even if the output node ND6 and the latch input node ND10 of the buffer / transfer circuit BF are short-circuited by the
なお、このバッファ/転送回路BFのインバータ(反転バッファ回路)IV1の出力信号が、レベル変換信号として用いられてもよい。その場合には、入力信号INと論理が反転したレベル変換信号が生成される。 Note that the output signal of the inverter (inversion buffer circuit) IV1 of the buffer / transfer circuit BF may be used as a level conversion signal. In that case, a level conversion signal in which the logic of the input signal IN is inverted is generated.
図16に示すレベル変換回路においては、配線50が用いられてノードND6およびND10が常時接続される。したがって、ノードND6およびND10の接続/遮断を行なうためのスイッチングトランジスタ(7)および動作制御信号(保持信号HD)を生成する回路および保持信号伝達線が不要となり、レベル変換回路のレイアウト面積およびその周辺回路のレイアウト面積を低減できかつ保持信号HDを生成する必要がなく、消費電流が低減される。 In the level conversion circuit shown in FIG. 16, wiring 50 is used and nodes ND6 and ND10 are always connected. Therefore, the switching transistor (7) for connecting / cutting off the nodes ND6 and ND10, the circuit for generating the operation control signal (holding signal HD) and the holding signal transmission line are not required, and the layout area of the level conversion circuit and its surroundings are eliminated. The layout area of the circuit can be reduced, and it is not necessary to generate the holding signal HD, so that current consumption is reduced.
以上のように、この発明の実施の形態7に従えば、ラッチ入力ノードと出力ノードを短絡し、ラッチ入力ノードに入力信号に従ってMOSトランジスタのセルフブートストラップ回路を利用して昇圧信号を伝達しており、小占有面積でかつ消費電力の小さなレベル変換回路を実現することができる。 As described above, according to the seventh embodiment of the present invention, the latch input node and the output node are short-circuited, and the boost signal is transmitted to the latch input node using the MOS transistor self-bootstrap circuit according to the input signal. Therefore, a level conversion circuit with a small occupation area and low power consumption can be realized.
[実施の形態8]
図18は、この発明の実施の形態8に従うレベル変換回路の構成を示す図である。図18に示すレベル変換回路の構成は、以下の点で、図16に示すレベル変換回路の構成と異なる。すなわち、内部ノードND7とノードND10およびND6との間に、昇圧信号BSに従って内部ノードND7とノードND10およびND6を電気的に接続するNチャネルMOSトランジスタ55が設けられる。この図18に示すレベル変換回路の他の構成は、図16に示すレベル変換回路の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
[Embodiment 8]
FIG. 18 shows a structure of the level conversion circuit according to the eighth embodiment of the present invention. The configuration of the level conversion circuit shown in FIG. 18 is different from the configuration of the level conversion circuit shown in FIG. 16 in the following points. In other words, N
画像表示装置などにおいては、画素の駆動期間は、その駆動方式にもよるものの、1フィールド期間またはフレーム期間であり、たとえば16ms(1フィールド期間)であり、昇圧信号BSのHレベル期間は比較的長い。この昇圧信号BSのHレベル期間が比較的長い場合の動作について、図19を参照して説明する。入力信号INおよびレベル変換後の出力信号の電圧関係は、図17に示すタイミング図のそれと同じである。 In an image display device or the like, the drive period of a pixel is one field period or a frame period, for example, 16 ms (one field period), depending on the drive method, and the H level period of the boost signal BS is relatively long. long. The operation when the H level period of the boost signal BS is relatively long will be described with reference to FIG. The voltage relationship between the input signal IN and the output signal after level conversion is the same as that of the timing diagram shown in FIG.
時刻t0以前において、入力信号INがHレベル電圧VIHにある。ノードND6およびND10は、先のサイクルにおける電圧レベルに応じてHレベルまたはLレベルになる。 Prior to time t0, the input signal IN is at the H level voltage VIH. Nodes ND6 and ND10 attain an H level or an L level according to the voltage level in the previous cycle.
時刻t0において、ラッチ信号SLがHレベルに立上がり、MOSトランジスタND4がオン状態となる。応じて、内部ノードND7へ、入力信号INが伝達され、ノードND7が、電圧VIHレベルとなる。また、MOSトランジスタ10がオン状態となり、または昇圧信号BSがLレベルであるため、ノードND10およびND6が、Lレベルに設定される。昇圧信号BSはLレベルであるため、MOSトランジスタ55はオフ状態にあり、ノードND7は、確実に、電圧VIHレベルに維持される。
At time t0, latch signal SL rises to H level, and MOS transistor ND4 is turned on. Accordingly, input signal IN is transmitted to internal node ND7, and node ND7 attains voltage VIH level. Since
時刻t1において、ラッチ信号SLがLレベルとなり、MOSトランジスタ5がオフ状態となる。応じて、ノードND7が、高インピーダンス状態でHレベルに維持される。MOSトランジスタ10がオフ状態となり、ノードND6およびND10は、バッファ/転送回路BFにより、Lレベルに維持される。
At time t1, the latch signal SL becomes L level, and the
時刻t2において、昇圧信号BSが接地電圧VSSから電源電圧VDDレベルに立上がる。この昇圧信号BSの立上がりにより、MOSトランジスタ39のセルフブートストラップ作用を介してノードND7の電圧レベルが上昇し、応じて、ノードND10の電圧レベルが昇圧信号BSに従って上昇する。このとき、ノードND6およびND10の電圧レベルは、昇圧信号BSとほぼ同様の速度でHレベル(電圧VDDレベル)に上昇する。一方、内部ノードND7は、電圧VDDよりも高い電圧レベルに駆動される。したがって、MOSトランジスタ55においては、ゲート(ノードND3)およびソース(ノードND10)の電位が、互いにほぼ同じ電位を維持する状態で上昇するため、オフ状態を維持し、内部ノードND7は、電圧VIH+ΔVHレベルまで確実に上昇される。
At time t2, boost signal BS rises from ground voltage VSS to power supply voltage VDD level. Due to the rise of boosted signal BS, the voltage level of node ND7 rises through the self bootstrap action of
時刻t3において、ノードND7、ND6およびND10の電圧レベルがそれぞれ電圧VIH+ΔVHおよびVDDのレベルで安定化する。 At time t3, voltage levels of nodes ND7, ND6, and ND10 are stabilized at voltages VIH + ΔVH and VDD, respectively.
時刻t4から時刻t8までの動作は、先の図17に示すタイミングチャートに示す動作と同様の動作が行なわれるため、その説明は省略する。 Since the operation from time t4 to time t8 is the same as the operation shown in the timing chart of FIG. 17, the description thereof is omitted.
時刻t9において、昇圧信号BSが電圧VDDレベルに上昇すると、ノードND7の電圧レベルが、MOSトランジスタ39のゲート−ドレイン間寄生容量を介しての容量結合により上昇しようとする。このとき、MOSトランジスタ55が昇圧信号BSの立上がりにより、オン状態となる。ノードND6およびND10が、バッファ/転送回路BFにより、低インピーダンスで接地電圧VSSレベルに維持されており、高インピーダンス状態の内部ノードND7の電圧レベルは、図19において実線で示すように、バッファ/転送回路BFのインバータIV2により接地電圧レベルに維持される。従って、MOSトランジスタ39は、確実にオフ状態に維持され、昇圧信号BSがノードND6および10に伝達されるのを防止し、後に説明するような消費電流および誤動作の問題を回避する。
When the boost signal BS rises to the voltage VDD level at time t9, the voltage level of the node ND7 tends to rise due to capacitive coupling via the gate-drain parasitic capacitance of the
時刻t10において、内部ノードND7の電圧レベルが所定電圧レベルで安定化する。 At time t10, the voltage level of internal node ND7 is stabilized at a predetermined voltage level.
時刻t11において、入力信号INがLレベルVILからハイレベル電圧VIHに上昇する。また、ノードND4を介してMOSトランジスタ5のゲートに与えられるラッチ信号SLは、Lレベル電圧VILレベルに維持されている。この場合、MOSトランジスタ5は、そのゲート電圧が接地電圧VSSレベルであり、サブスレッショルド電流(オフリーク電流)が、MOSトランジスタ5を介してHレベルの入力信号INに従って流れる。しかしながら、MOSトランジスタ55は、オン状態にあるため、内部ノードND7へ流入するサブスレッショルド電流は、インバータIV2に含まれる放電用NチャネルMOSトランジスタ(NQ)を介して接地ノードへ放電され、内部ノードND7の電圧レベルの上昇は抑制され、MOSトランジスタ39は、確実にオフ状態を維持する。
At time t11, the input signal IN rises from the L level VIL to the high level voltage VIH. Latch signal SL applied to the gate of
図19においては、このノードND7の電圧レベルが接地電圧レベルに維持される状態を示す。しかしながら、内部ノードND7の電圧レベルは、MOSトランジスタ55のオン抵抗と、インバータIV2の放電用NチャネルMOSトランジスタのオン抵抗の合成抵抗により、接地電圧より高い電圧レベルに設定されてもよい。この場合でも、MOSトランジスタ39は、ゲート−ソース間電圧はしきい値電圧よりも十分に低い電圧レベルであり、確実にオフ状態に維持される。MOSトランジスタ39を介してサブスレッショルド電流が流れても、インバータIV2により接地電圧レベルに放電され、ノードND6およびND10は接地電圧レベルに維持される。
FIG. 19 shows a state where the voltage level of node ND7 is maintained at the ground voltage level. However, the voltage level of internal node ND7 may be set to a voltage level higher than the ground voltage by the combined resistance of the ON resistance of
このMOSトランジスタ55が設けられていない場合、図19において一点鎖線で電圧波形を示すように、MOSトランジスタ5を介して流れるサブスレッショルド電流によりノードND7の電圧レベルが上昇し、MOSトランジスタ39が場合によってはオン状態となる。MOSトランジスタ39が、MOSトランジスタ5からのサブスレッショルド電流によるノードND7の電位上昇によりオン状態となった場合、ノードND3に与えられる昇圧信号BSを駆動する回路から、バッファ/転送回路BFのインバータIV2の放電用MOSトランジスタを介して接地ノードへ電流が流れ、ノードND6およびND10の電圧は、Lレベルに維持されるものの、不必要に電流が消費され、消費電流が増大する。MOSトランジスタ55を設けることにより、内部ノードND7の電位上昇を防止し、MOSトランジスタ39を確実にオフ状態に維持して、不必要に電流が消費されるのを防止する。MOSトランジスタ55が設けられていない場合に、内部ノードND7が、MOSトランジスタ5からのサブスレッショルド電流(オフリーク電流)により、その電圧レベルが上昇するのは以下の理由による。
When this
図20は、MOSトランジスタ5が、バルク型トランジスタ構造を有する場合の断面構造を概略的に示す図である。図20において、MOSトランジスタ5は、p型半導体基板領域60と、このp型半導体基板領域60表面に間をおいて形成されるn型不純物領域61aおよび61bと、これらの不純物領域61aおよび61bの間の基板領域表面上に図示しないゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極62とを含む。
FIG. 20 schematically shows a cross-sectional structure when
不純物領域61aおよび61bが、それぞれ入力ノードND5および内部ノードND7に接続され、ゲート62がノードND4に接続される。バルク型トランジスタ構造において、ノードND4のラッチ信号SLがLレベルの場合、サブスレッショルド電流Ilが、不純物領域61aから不純物領域61bに流れる。サブスレッショルド電流Ilのうちの電流成分Ilaにより、高インピーダンス状態の内部ノードND7の電圧レベルが上昇する。応じて、MOSトランジスタ5において、ゲート(ゲート電極62)とソース(不純物領域61b)の間が逆バイアス状態に設定され、より深いオフ状態となり、サブスレッショルド電流Ilが低減され、ノードND7の電圧レベルの上昇は抑制される。さらに、n型不純物領域61bとp型半導体基板領域62の間にはPN接合が存在し、サブスレッショルド電流Ilは、PN接合逆方向リーク電流Ilbにより放電される(通常、p型半導体基板領域は接地電圧レベルに維持される)。したがって、このPN接合リーク電流により、内部ノードND7の電圧レベルの上昇は抑制され、バルク型トランジスタを用いる場合には、内部ノードND7のサブスレッショルド電流による電位上昇は、特に問題とはならない。
一方、このレベル変換回路が、画像表示装置において用いられる場合、MOSトランジスタ5、39および55等は、たとえば低温ポリシリコンTFT(薄膜トランジスタ)などのTFTで形成される。TFTは、図21にその断面構造を概略的に示すように、絶縁性基板上に、ソースおよびドレイン不純物領域が形成される。
On the other hand, when this level conversion circuit is used in an image display device,
すなわち、図21において、TFT構造のMOSトランジスタ5は、例えばガラス基板で構成される絶縁性基板65上に間をおいて形成される不純物領域66aおよび66bと、これらの不純物領域66aおよび66bの間の領域表面上に図示しないゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極67を含む。不純物領域66aおよび66bは、ポリシリコン層68に不純物を注入して形成される。
That is, in FIG. 21, a
不純物領域66aおよび66bが、それぞれ、ノードND5およびND7に接続され、ゲート電極67がノードND4に接続される。
図21に示すMOSトランジスタ5の構造の場合、入力信号INがHレベルでありかつラッチ信号SLがLレベルの場合、不純物領域66aおよび66bの間の基板領域66cを介してサブスレッショルド電流Ilが流れる。このサブスレッショルド電流Ilにより、ノードND7の電圧レベルが上昇し、MOSトランジスタのゲート−ソース間が逆バイアス状態とされ、このサブスレッショルド電流Ilは抑制される。しかしながら、絶縁性基板65と不純物領域66bの間には、PN接合は存在せず、接合リーク電流は流れない。したがって、MOSトランジスタ5においては、そのゲート−ソース間が逆バイアス状態とされても、微小なサブスレッショルド電流Ilが流れ続け、ノードND7の電圧レベルが上昇し続ける。したがって、レベル変換回路のトランジスタをTFTで形成する場合、特に、サブスレッショルド電流により高インピーダンス状態のノードの電位が上昇する問題がバルク型トランジスタを用いる場合に比べて生じやすい。
In the structure of
TFT構造としてゲート電極がポリシリコン層よりも上層に形成されるトップゲート型TFTが図21においては示されているものの、ゲート電極が絶縁性基板上に形成され、ゲート絶縁膜を介してゲート電極上層にポリシリコン層が形成されるボトムゲート型TFT構造においても、ソース/ドレイン領域を構成するポリシリコン層はゲート絶縁膜および層間絶縁膜の間に形成されており、同様、ソース/ドレイン領域に対してはPN接合リーク電流が流れる経路は存在せず、リーク電流による電圧上昇の問題は生じる。 Although a top gate type TFT in which the gate electrode is formed in an upper layer than the polysilicon layer as a TFT structure is shown in FIG. 21, the gate electrode is formed on an insulating substrate, and the gate electrode is interposed through the gate insulating film. Even in a bottom gate TFT structure in which a polysilicon layer is formed as an upper layer, the polysilicon layer constituting the source / drain region is formed between the gate insulating film and the interlayer insulating film, and similarly, in the source / drain region. On the other hand, there is no path through which the PN junction leakage current flows, and the problem of voltage increase due to the leakage current occurs.
この対策として、図18に示すMOSトランジスタ55が設けられ、レベル変換回路がTFTを用いて構成される場合においても、確実に内部ノードND7の電位をLレベルに維持して、昇圧信号転送用MOSトランジスタ39の誤動作を防止して、消費電流を低減する。
As a countermeasure, even when the
[変更例]
図22は、この発明の実施の形態8の変更例の構成を示す図である。この図22に示すレベル変換回路は、先の図10に示すレベル変換回路の構成と以下の点が異なっている。すなわち、ノードND10とノードND7の間に、ラッチ信号BSをゲートに受けるNチャネルMOSトランジスタ70が設けられる。この図22に示すレベル変換回路の他の構成は、図10に示すレベル変換回路の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
[Example of change]
FIG. 22 shows a structure of a modification of the eighth embodiment of the present invention. The level conversion circuit shown in FIG. 22 differs from the configuration of the level conversion circuit shown in FIG. 10 in the following points. That is, N
図22に示すレベル変換回路の構成においても、昇圧信号BSのHレベル期間が長い場合、入力信号INがHレベルとなり、かつラッチ信号SLがLレベルのときに、MOSトランジスタ5を介してのサブスレッショルド電流によるノードND7の電圧レベルの上昇を抑制する。特に、MOS容量6が設けられている場合、ノードND7の電位上昇により、ノードND10の電圧レベルが昇圧信号BSに従って上昇した場合、MOS容量素子6による容量結合(チャージポンプ)により、内部ノードND7の電圧レベルがさらに上昇し、消費電流がより増大する可能性がある。したがって、MOSトランジスタ70を設けて、確実に、このラッチ信号BSがHレベルのときに、内部ノードND7の電圧レベル上昇を抑制して、確実に、MOSトランジスタ9をオフ状態に維持する。これにより、サブスレッショルド電流に起因する電流消費の問題を回避することができる。
Also in the configuration of the level conversion circuit shown in FIG. 22, when the H level period of the boost signal BS is long, when the input signal IN is at the H level and the latch signal SL is at the L level, An increase in the voltage level of the node ND7 due to the threshold current is suppressed. In particular, when the
図22に示すレベル変換回路においても、ノードND10/ND6の電位が昇圧信号BSに従って上昇するとき、MOSトランジスタ70のゲートおよびソース(ノードND10、ND6)は同一電位で上昇するため、MOSトランジスタ70はオフ状態を維持し、ノードND7の電位上昇に対しては影響は及ぼさず、ノードND7は、確実に高電圧レベルへとMOSトランジスタ9のセルフブートストラップ作用およびMOS容量素子6のチャージポンプにより昇圧される。
Also in the level conversion circuit shown in FIG. 22, when the potential of node ND10 / ND6 rises according to boosted signal BS, the gate and source of MOS transistor 70 (nodes ND10 and ND6) rise at the same potential, so that
なお、ラッチ入力ノードND10と内部ノードND7の間に、ラッチ信号BSをゲートに受けるMOSトランジスタ70を設ける構成は、他の図6、図11および図12に示すレベル変換回路の構成に対しても適用することができる。
Note that the configuration in which
以上のように、この発明の実施の形態8に従えば、内部ノードがLレベルのとき、ラッチ信号BSがHレベルであっても、確実に、この内部ノードをLレベルに維持するようにラッチ入力ノードと内部ノードの間にトランジスタ素子を設けており、入力信号変化時におけるサブスレッショルド電流に起因する内部ノードの電位上昇を抑制でき、応じて、ラッチ入力ノードへ電流が流れるのを防止でき、消費電流を低減することができる。 As described above, according to the eighth embodiment of the present invention, when the internal node is at the L level, even if the latch signal BS is at the H level, the latch is surely maintained at the L level. A transistor element is provided between the input node and the internal node, and the potential increase of the internal node due to the subthreshold current when the input signal changes can be suppressed, and accordingly, current can be prevented from flowing to the latch input node. Current consumption can be reduced.
[実施の形態9]
図23は、この発明の実施の形態9に従うレベル変換回路の構成を示す図である。図23に示すレベル変換回路は、図16に示すレベル変換回路と、以下の点でその構成が異なる。すなわち、入力信号INをラッチ信号SLに従って転送するMOSトランジスタ5と内部ノードND7の間に、そのゲートにハイ側電源ノードNDHを介して電源電圧VDDを受けるNチャネルMOSトランジスタ75が設けられる。図23に示すレベル変換回路の他の構成は、図16に示すレベル変換回路の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
[Embodiment 9]
FIG. 23 shows a structure of a level conversion circuit according to the ninth embodiment of the present invention. The level conversion circuit shown in FIG. 23 differs from the level conversion circuit shown in FIG. 16 in the following points. That is, an N-
図17のタイミング図において示すように、時刻t2において昇圧信号BSがHレベル(電圧VDDレベル)に上昇したとき、内部ノードND7の電圧レベルは、電圧VIH+ΔVHの電圧レベルとなる。MOSトランジスタとして、TFT(薄膜トランジスタ)が用いられる場合、オフ状態において、ドレイン−ゲート間に高い電圧(電圧VDD以上)が印加されると、図21に示す基板領域66cに電荷が蓄積され、しきい値電圧が等価的に上昇し、トランジスタのオン電流が徐々に低下するという現象(ボディ効果)が知られている。このように、オン電流が低下した場合、駆動電流が低下し、入力信号INに従って出力ノードND6に信号を伝達するのが遅くなる。画像表示装置の用途において、レベル変換回路の出力信号に従って画素書込電圧を生成する場合、画素書込電圧生成までに長時間を要し、画素データの書込速度が遅くなる。
As shown in the timing chart of FIG. 17, when boosted signal BS rises to the H level (voltage VDD level) at time t2, the voltage level of internal node ND7 becomes the voltage level of voltage VIH + ΔVH. In the case where a TFT (thin film transistor) is used as the MOS transistor, when a high voltage (voltage VDD or higher) is applied between the drain and gate in the off state, charges are accumulated in the
図23に示す構成においては、MOSトランジスタ75は、ゲートに電圧VDDを受けており、ラッチ信号SLに従って内部ノードND7に入力信号INを伝達するとき、オン状態にある。入力信号INのHレベルは、電源電圧VDDよりも低い電圧レベルであり(ラッチ信号SLが、電圧VDDと同一電圧レベル)、ノードND7には、入力信号INのHレベル電圧VIHが電圧損失なく伝達される。この場合、MOSトランジスタ75のドレイン−ゲート間電圧VDG(75)は、次式(3)で表わされる。
In the configuration shown in FIG. 23,
VDG(75)=VIH+ΔVH−VDD … (3)
この電圧上昇ΔVHが、最大の電源電圧VDDとなったと仮定すると、次式(4)で示す関係が成立する。
VDG (75) = VIH + ΔVH−VDD (3)
Assuming that this voltage increase ΔVH becomes the maximum power supply voltage VDD, the relationship represented by the following equation (4) is established.
VDD(75)=VIH+VDD−VDD=VIH<VDD ・・・(4)
したがって、MOSトランジスタ75のドレイン−ゲート間電圧は、電源電圧VDDよりも小さく、先のオン電流が徐々に低下するという問題は回避することができる。また、内部ノードND7の電圧上昇時、MOSトランジスタ75のソースノードがノードND70であり、ノードND70の電圧レベルは、電圧VDD−VTNとなる。ここで、VTNは、MOSトランジスタ75のしきい値電圧を示す。したがって、MOSトランジスタ5においても、MOSトランジスタ75が高電圧伝達を防止するデカップルトランジスタとして機能し、ドレイン−ゲート間電圧は最大VDD−VTNとなり、そのドレイン−ゲート間電圧は、電圧VDD以下であり、MOSトランジスタ5においても、同様、オン電流低下の問題は回避することができる。
VDD (75) = VIH + VDD−VDD = VIH <VDD (4)
Therefore, the drain-gate voltage of the
[変更例]
図24は、この発明の実施の形態9のレベル変換回路の変更例の構成を示す図である。この図24に示すレベル変換回路は、図1に示すレベル変換回路とその構成が以下の点で異なっている。すなわち、内部ノードND7とMOSトランジスタ5の間に、そのゲートにハイ側電源ノードNDHを介して電源電圧VDDを受けるNチャネルMOSトランジスタ77が設けられる。この図24に示すレベル変換回路の他の構成は、図1に示すレベル変換回路の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
[Example of change]
FIG. 24 shows a structure of a modification of the level conversion circuit according to the ninth embodiment of the present invention. The level conversion circuit shown in FIG. 24 differs from the level conversion circuit shown in FIG. 1 in the following points. That is, an N-
この図20に示すレベル変換回路の構成においても、内部ノードND7は、MOS容量6の昇圧動作により、式(1)で示される電圧ΔVHだけ電源電圧VDDよりも上昇する。この内部ノードND7の電圧レベルは、先の式(2)において一例として示すように、例えば1.5・VDDレベルとなる。したがって、MOSトランジスタ77においてドレイン−ゲート間電圧は、電圧VDDよりも低く、前述の、オン電流低下の問題をMOSトランジスタ77において回避することができる。同様、MOSトランジスタ5についても、MOSトランジスタ77は、ドレイン電圧がゲート電圧よりも低く、デカップルトランジスタとして機能して、そのソースノード(MOSトランジスタ77および5の間のノード)に対し電圧VDD−VTNを伝達するだけである。従って、MOSトランジスタ5においても、最大電圧VDD−VTNがドレイン−ゲート間に印加されるだけであり、オン電流低下の問題は回避することができる。
Also in the configuration of the level conversion circuit shown in FIG. 20, the internal node ND7 rises from the power supply voltage VDD by the voltage ΔVH shown by the equation (1) by the boosting operation of the
また、この高電圧が入力側のMOSトランジスタ5に印加されるのを防止するための高電圧伝達防止トランジスタ(デカップルトランジスタ)は、先の図6、図10、図11および図12および図14に示す構成においても同様に適用することができる。内部の電圧レベルが昇圧される昇圧ノードと入力部のMOSトランジスタの間にデカップルトランジスタを配置し、そのゲート電圧を電源電圧レベルにたとえば設定することにより、オン電流低下の問題は回避することができ、レベル変換回路の動作速度低下を防止することができる。特に、画像表示装置において適用される場合には、画素データの書込が遅くなるのを防止することができ、高速画素書込を実現することができる。
Further, the high voltage transmission preventing transistor (decoupled transistor) for preventing the high voltage from being applied to the
なお、このデカップルトランジスタ75,77のゲートへ印加される電圧は、電源電圧VDDでなく、入力信号INを内部ノードND7へ伝達するときに、この入力信号INに電圧損失を生じさせることなく、内部ノードND7へ入力信号INを伝達することができる電圧レベルであればよい。すなわち、このデカップルトランジスタ75または77のゲートノードへは、次式(5)の関係を満たす電圧Vdcpが印加されればよい。
The voltage applied to the gates of the
VIH+VTN<Vdcp、かつ
VDD+VTN>Vdcp、かつ
VIH+ΔVH−VDD<Vdcp ・・・(5)
一番目の関係式は、入力信号INを内部ノードND7に電圧損失を生じさせることなく伝達するために要求され、2番目の関係式は、入力トランジスタ5のドレインに対して電圧VDD以下の電圧を伝達するデカップルトランジスタとして作用するために要求され、3番目の関係式は、デカップルトランジスタのドレイン(内部ノード7)とゲート電圧Vdcpの差が電源電圧VDD以下となるために要求される関係である。
VIH + VTN <Vdcp, VDD + VTN> Vdcp, and VIH + ΔVH−VDD <Vdcp (5)
The first relational expression is required to transmit the input signal IN to the internal node ND7 without causing a voltage loss, and the second relational expression applies a voltage equal to or lower than the voltage VDD to the drain of the
以上のように、この発明の実施の形態9に従えば、内部昇圧ノードと入力MOSトランジスタの間に、高電圧がドレイン−ゲート間に印加されるのを抑制するデカップルトランジスタを設けており、オン電流が低下するのを抑制でき、高速のレベル変換を実現することができる。 As described above, according to the ninth embodiment of the present invention, the decoupling transistor that suppresses application of a high voltage between the drain and gate is provided between the internal boosting node and the input MOS transistor. A decrease in current can be suppressed, and high-speed level conversion can be realized.
[実施の形態10]
図25は、この発明の実施の形態10に従う表示装置の全体の構成を概略的に示す図である。図25においては、表示装置として、画素素子として液晶素子が利用される液晶表示装置100の構成が一例として示される。この画素素子としては、有機EL素子が用いられてもよい。
[Embodiment 10]
FIG. 25 schematically shows a whole structure of the display device according to the tenth embodiment of the invention. In FIG. 25, a configuration of a liquid
図25において、液晶表示装置100は、行列状に配列される複数の画素125を含む画素マトリクス120と、この画素マトリクス120の画素の各行に対応して設けられるゲート線GL(GL1、…)を駆動するゲート線駆動回路130と、画素マトリクス120の画素列それぞれに対応して設けられるデータ線DL(DL1,DL2…)に表示画素データ信号を伝達するデータ線駆動回路140とを含む。
In FIG. 25, the liquid
画素マトリクス120においては、画素列それぞれに対応してデータ線DLが配置され、また画素行それぞれに対応してゲート線GLが配置されるが、図25においては、代表的にデータ線DL1およびDL2とゲート線GL1とを示す。
In the
なお、以下の説明においては、ゲート線を総称的に示す場合には、符号GLを用い、また、データ線を総称的に示す場合には、符号DLを用いる。 In the following description, the symbol GL is used when the gate lines are generically shown, and the symbol DL is used when the data lines are generically shown.
画素125は、対応のデータ線DLと内部の画素ノードNX1との間に設けられ、対応のゲート線GL上の信号電位に応答してオン状態となる画素選択スイッチ126と、画素ノードNX1と共通電極ノードNX2の間に並列に設けられる容量素子127および液晶表示素子128を含む。
The
画素ノードNX1と共通電極ノードNX2の間の電圧差に応じて液晶表示素子128内の液晶の配向性が変化し、応じて液晶表示素子128の表示輝度が変化する。データ線DLを介して表示画素データ信号を転送し、画素選択スイッチ126を介して画素ノードNX1へ表示画素データ信号を伝達する。これにより、画素125の輝度を制御することができる。画素選択スイッチ126は、典型的には、N型ポリシリコンTFTで構成される。また、容量素子127は書込まれた表示画素データ信号を保持して、表示素子128の表示状態(輝度)を保持する。
The orientation of the liquid crystal in the liquid crystal display element 128 changes according to the voltage difference between the pixel node NX1 and the common electrode node NX2, and the display brightness of the liquid crystal display element 128 changes accordingly. The display pixel data signal is transferred via the data line DL, and the display pixel data signal is transmitted to the pixel node NX1 via the
ゲート線駆動回路130は、所定の走査周期に基づいてゲート線GL1、…を順次選択状態へ駆動する。ゲート線GLが選択されている期間中、データ線DLが対応の画素125の画素ノードNX1と接続され、データ線駆動回路140によりデータ線DL上に出力された表示画素データ信号(階調電圧)が、選択されたゲート線に接続される画素に書込まれて容量素子127により保持される。
The gate
データ線駆動回路140は、Nビットのデジタル信号の表示画素データ信号SIGにより、段階的に設定される表示画素データ信号をデータ線DLへ出力する。図16においては、一例として、外部から与えられる表示画素データ信号SIGが、6ビットD0−D5で構成される場合を一例として示す。表示装置における表示の仕様としては、フルカラー表示で、26万色の表示が一般的である。この場合、赤(R)、緑(G)および青(B)の三原色それぞれに対し、64段階の階調表示を行なうことが必要とされ、したがって、6ビットの画素データが各原色について必要とされる。したがって、6ビットD0−D5で構成される表示画素データ信号SIGが、R、GおよびBの三原色それぞれについて伝達される(SIGx3)。
The data line driving
この表示画素データ信号SIGの各ビットD(D0−D5)は、先の実施の形態1から9の入力信号INに対応し、外部の駆動用LSIから供給され、各ビットの信号振幅は小さい。 Each bit D (D0-D5) of the display pixel data signal SIG corresponds to the input signal IN of the first to ninth embodiments, and is supplied from the external driving LSI, and the signal amplitude of each bit is small.
データ線駆動回路140は、図示しないシフトクロック信号に従ってデータ線選択信号SH1、SH2…を生成するシフトレジスタ回路150と、シフトレジスタ回路150からのデータ線選択信号SH(SH1,SH2…)に従って、入力された表示画素データ信号SIGを取込みかつ画素データ信号のレベル変換を行なうレベル変換部152と、レベル変換部152の出力信号をラッチする第1のデータラッチ部154と、第1のデータラッチ部154のラッチ信号を、ラッチ指示信号LTに従ってラッチする第2データラッチ部156と、第2データラッチ部156から出力される表示画素データ信号に基づいて階調電圧V1−V64のいずれかを選択して階調電圧を生成するDAC(デジタル/アナログコンバータ)160と、このDAC160の出力信号に従ってデータ線DLを駆動する出力バッファ回路180を含む。
The data line driving
入力表示画素データ信号SIGは、データ線DLそれぞれに伝達される表示信号に対応する画素データとして、各画素単位(データ線単位)で所定の周期でシリアルに入力される。シフトレジスタ回路150は、この表示画素データ信号SIGが与えられる周期に同期してデータ線選択信号SH(SH1,SH2…)を順次選択状態へ切換える。
The input display pixel data signal SIG is serially input in a predetermined cycle for each pixel unit (data line unit) as pixel data corresponding to a display signal transmitted to each data line DL. The
レベル変換部152は、データ線DLそれぞれに対して設けられるレベル変換ユニットを含み、シフトレジスタ回路150からのデータ線選択信号SHが指定するデータ線に対して設けられるレベル変換ユニットが活性化され、入力された表示画素データ信号SIGに対するレベル変換を行なう。このレベル変換部152においては、またデータ線選択信号SHに基づいて、ラッチ信号SLおよび昇圧信号BSを生成する制御ユニットが配置される。
第1データラッチ部154は、シフトレジスタ回路150からのデータ線選択信号SHに基づいて生成される保持信号に従って、レベル変換部152によりレベル変換された信号を保持する。
The first
第2データラッチ部156は、第1データラッチ部154において1行の画素に対する表示画素データ信号のラッチが完了すると、ラッチ指示信号LTに従って第1データラッチ部154のラッチ信号をそれぞれラッチする。
When the first
DAC160は、階調電圧V1−V64を供給する階調電圧供給回路60と、第2データラッチ部156からのレベル変換された画素データ信号に従って各画素について階調電圧を選択するデコード回路170を含む。階調電圧供給回路160は、一例として、高電圧VDHおよび低電圧VDLの間に直列に接続される分圧抵抗で構成され、これらの高電圧VDHおよび低電圧VDLを抵抗分割して64段階の階調電圧V1−V64を生成する。
The
デコード回路170は、第2データラッチ部156にラッチされた各データ線DLごとの6ビットの信号をデコードし、そのデコード結果に基づいて階調電圧供給回路160からの階調電圧V1−V64からのうちの対応の階調電圧を選択して出力する(1つの色について)。
The
このデコード回路170により、各データ線に対する表示信号が生成され、次いで出力バッファ回路180を介して対応のデータ線DLへ生成された表示信号が伝達される。出力バッファ回路180からデータ線DLへ表示信号が伝達される方式としては、1行の画素に対する表示信号が並列に出力される線順次駆動方式が用いられてもよく、また、各データ線ごとに順次表示信号が伝達される点順次方式(ドットシーケンシャル方式)が用いられてもよい。出力バッファ回路180は、アナログ回路であり、デコード回路170からの階調電圧を受けてそれぞれ対応のデータ線DLを駆動し、選択画素に対する表示信号(階調電圧)を書込む。
The
なお、この図25に示すDAC160は、単に、第2データラッチ部156から与えられる各画素に対する6ビット表示画素データ信号を直接アナログ信号に変換するデジタル/アナログ変換器で構成されてもよい。
Note that the
図26は、図25に示すレベル変換部152、第1データラッチ部154および第2データラッチ部156の具体的構成を示す図である。図26においては、2列のデータ線に対する1ビットの画素信号のレベル変換を行なう部分の構成を代表的に示す。
FIG. 26 shows a specific configuration of
図26において、シフトレジスタ回路150は、データ線それぞれに対して設けられ、画素データ入力開始指示信号STARTをシフトクロック信号Cおよび/Cに従って順次転送してデータ線選択信号SHを生成するシフトレジスタSR0、SR1を含む。シフトクロック信号Cおよび/Cは、2相の相補なクロック信号であり、シフトレジスタSR(SR0,SR1…)は、これらのシフトクロック信号Cおよび/Cを2分周して、データ線選択信号SH(SH0,SH1)を生成する。
In FIG. 26, a
レベル変換部152は、データ線それぞれに対して設けられるレベル変換ユニットSF(SF0,SF1)を含む。図26においては、データ線DL0に対して設けられるレベル変換ユニットSF0の構成要素に対して参照番号を詳細に付す。レベル変換ユニットSF0は、ラッチ信号SL0に従って入力ノードND5を介して与えられる表示画素データ信号INを内部ノードND7へ転送するNチャネルMOSトランジスタ5と、昇圧信号BS0に従って内部ノードND7に対する昇圧操作を選択的に行なうMOS容量6を含む。このレベル変換ユニットSFの構成は、図1に示す実施の形態1に従うレベル変換回路のレベル変換部の構成と同様である。しかしながら、このレベル変換ユニットSFにおいて実施の形態2から9のレベル変換回路のいずれかが用いられてもよい。
MOSトランジスタ5およびMOS容量6は、対応のデータ線に対する1つの色に対する1ビットの信号のレベル変換を行なう。このレベル変換ユニットSFが、三原色R、G、およびBそれぞれのデータビットに対して配置される。これは、第1データラッチ部154および第2データラッチ部156の各部分の構成についても同様である。
第1データラッチ部154は、データ線それぞれに対応して設けられる第1ラッチFLT(FLT0,FTL1…)を含む。図26においては、第1ラッチFLT0の構成要素に対して参照番号を付す。第1ラッチFLT0は、レベル変換ユニットSF0の内部ノードND7と内部出力ノードND6の間に直列に接続されるインバータIV1およびIV2と、保持信号HD0に従ってノードND6およびND7を電気的に接続するNチャネルMOSトランジスタ7を含む。
First data latch
第2データラッチ部156は、第1ラッチFLT(FLT0,FLT1…)それぞれに対応して設けられ、ラッチ指示信号LTに従って対応の第1ラッチFLTのラッチ/出力信号を取込みラッチするセカンドラッチSLT(SLT0,SLT1)を備える。このセカンドラッチSLT(SLT0,SLT1)は、1行の画素に対するデータ信号のレベル変換完了後、ラッチ指示信号LTに従って対応の第1ラッチFLTのレベル変換後の画素データ信号を取込みラッチする。
Second data latch
レベル変換部152および第1データラッチ部154の動作を、各データ線単位で制御するために、各データ線に対応して、制御ユニットCTL(CTL0,CTL1)が設けられる。図26においては、制御ユニットCTL0の構成要素に対して参照番号を付す。制御ユニットCTL0は、隣接列のデータ線に対するデータ線選択信号SH1および対応のデータ線に対するデータ線選択信号SH0を受けてラッチ信号SL0を生成するANDゲート回路G1と、データ線選択信号SH1およびSH0を受けて昇圧信号BS0を生成するNORゲート回路G2と、このNORゲート回路G2の出力信号を所定時間遅延しかつそのHレベルを昇圧した電圧レベルに変換するレベル変換遅延回路DGを含む。
In order to control the operations of the
シフトレジスタSR(SR0,SR1)は、シフトクロック信号Cおよび/Cを2分周しており、これらのゲート回路G1およびG2を利用することにより、シフトクロック信号Cおよび/Cの半サイクル期間、ラッチ信号SLおよび昇圧信号BSを活性化することができる。 The shift register SR (SR0, SR1) divides the shift clock signals C and / C by two, and by using these gate circuits G1 and G2, a half cycle period of the shift clock signals C and / C, Latch signal SL and boost signal BS can be activated.
図27は、図26に示す回路の動作を示す信号波形図である。以下、図27を参照して、図26に示す回路の動作について説明する。 FIG. 27 is a signal waveform diagram representing an operation of the circuit shown in FIG. The operation of the circuit shown in FIG. 26 will be described below with reference to FIG.
時刻t0において、画素データ入力開始指示信号STARTがHレベルとなり、1行の画素に対する有効画素データ信号が入力されることが指定される。この画素データ入力開始指示信号STARTは、たとえば、画素マトリックスのゲート線を駆動する周期を規定する水平同期クロック信号に基づいて生成される。 At time t0, the pixel data input start instruction signal START becomes H level, which specifies that an effective pixel data signal for one row of pixels is input. The pixel data input start instruction signal START is generated based on, for example, a horizontal synchronization clock signal that defines a cycle for driving the gate lines of the pixel matrix.
時刻t1において、シフトクロック信号CがHレベル、補のシフトクロック信号/CがLレベルとなると、シフトレジスタSR0のシフト動作により、その出力のデータ線選択信号SH0がHレベルに駆動される。このデータ線選択信号SH0の立上がりに応答して、NORゲート回路G2の出力する昇圧信号BS0がLレベルとなり、所定時間経過後、レベル変換遅延回路DGからの保持信号HD0がLレベルとなる。しかしながら、この間は、無効画素データ信号であり、第1ラッチFLTには、有効画素データ信号はラッチされない。 When the shift clock signal C becomes H level and the complementary shift clock signal / C becomes L level at time t1, the output data line selection signal SH0 is driven to H level by the shift operation of the shift register SR0. In response to the rise of the data line selection signal SH0, the boost signal BS0 output from the NOR gate circuit G2 becomes L level, and after a predetermined time elapses, the hold signal HD0 from the level conversion delay circuit DG becomes L level. However, the pixel data signal is invalid during this period, and the valid pixel data signal is not latched in the first latch FLT.
時刻t2において、シフトクロック信号CがLレベル、補のシフトクロック信号/CがHレベルとなると、シフトレジスタSR1がシフト動作を行ない、データ線選択信号SH0に従ってその出力のデータ線選択信号SH1をHレベルに駆動する。応じて、制御ユニットCTL1においても昇圧信号BS1がLレベルとなり、また保持信号HD1がLレベルとなる。 When the shift clock signal C becomes L level and the complementary shift clock signal / C becomes H level at time t2, the shift register SR1 performs a shift operation, and the output data line selection signal SH1 is set to H in accordance with the data line selection signal SH0. Drive to level. Accordingly, also in the control unit CTL1, the boost signal BS1 becomes L level and the holding signal HD1 becomes L level.
時刻t3において画素データ入力開始指示信号STARTがLレベルとなり、応じて最初の有効画素データ信号IN0が供給される。入力信号INは、シフトクロック信号Cの変化毎にサンプリングされ、したがって、シフトクロック信号Cと90°位相のずれたクロック信号に従って、このクロック信号の立上りおよび立下りに同期して駆動用LSIから画素データ信号INが供給される。 At time t3, the pixel data input start instruction signal START becomes L level, and the first valid pixel data signal IN0 is supplied accordingly. The input signal IN is sampled at every change of the shift clock signal C. Therefore, the pixel from the driving LSI is synchronized with the rising and falling edges of the clock signal in accordance with the clock signal that is 90 ° out of phase with the shift clock signal C. A data signal IN is supplied.
時刻t2におけるデータ線選択信号SH1の活性化に従って、制御ユニットCTR0においてANDゲート回路G1の出力するラッチ信号SL0がHレベルとなり、MOSトランジスタ5がオン状態となり、入力信号INが内部ノードND7へ伝達される。有効入力画素データ信号IN0が確定状態となると、転送クロック信号CがHレベル、補のシフトクロック信号/CがLレベルとなり、応じてデータ線選択信号SH0は、シフトレジスタSR0のシフト動作によりLレベルとなる。応じて、ANDゲート回路G1からのラッチ信号SL0がLレベルとなり、最初の入力信号IN0のサンプリングが完了してラッチされる。
In accordance with activation of data line selection signal SH1 at time t2, latch signal SL0 output from AND gate circuit G1 at control unit CTR0 attains H level,
データ線選択信号SL0がLレベルとなると、時刻t4におけるシフトクロック信号Cの立上がりに同期して、データ線選択信号SH2がHレベルに立上がり、応じて、制御ユニットCTL1においてラッチ信号SL1がHレベルとなり、入力信号INの取込(サンプリング)が行なわれ、有効画素データ信号IN1が、取込まれてラッチされる。 When data line selection signal SL0 attains L level, data line selection signal SH2 rises to H level in synchronization with the rise of shift clock signal C at time t4, and accordingly, latch signal SL1 attains H level in control unit CTL1. The input signal IN is captured (sampling), and the effective pixel data signal IN1 is captured and latched.
時刻t5におけるシフトクロック信号Cの立下がりに同期して、Lレベルのデータ線選択信号SH0のシフトレジスタSR1のシフト動作により、その出力するデータ線選択信号SH1がLレベルとなり、応じてラッチ信号SL1がLレベルとなる。 In synchronization with the fall of the shift clock signal C at time t5, the shift operation of the shift register SR1 of the L-level data line selection signal SH0 causes the output data line selection signal SH1 to become L level, and accordingly the latch signal SL1. Becomes L level.
一方、データ線選択信号SH0およびSH1がともにLレベルとなると、制御ユニットCTR0においてNORゲート回路G2の出力する昇圧信号BS0がHレベルとなり、MOS容量6により選択的な昇圧動作が行なわれ、入力データ信号IN0のHレベルの電圧レベルの昇圧動作が行なわれる。
On the other hand, when data line selection signals SH0 and SH1 both attain an L level, boosting signal BS0 output from NOR gate circuit G2 at control unit CTR0 attains an H level, and a selective boosting operation is performed by
この昇圧信号BS0がHレベルに立上がってから所定期間経過後、レベル変換遅延回路DGの出力する保持信号HD0がHレベルとなり、このレベル変換された信号が、第1ラッチFLT0により保持される。 After the elapse of a predetermined period after the boost signal BS0 rises to the H level, the holding signal HD0 output from the level conversion delay circuit DG becomes the H level, and the level-converted signal is held by the first latch FLT0.
時刻t6においてシフトクロック信号CがHレベルとなると、データ線選択信号SH2がLレベルとなり、応じて、制御ユニットCTL1において、昇圧信号BS1がHレベルとなり選択的な昇圧動作が行なわれ、このレベル変換後の信号が、第1ラッチFLT1にラッチされる。 When the shift clock signal C becomes H level at time t6, the data line selection signal SH2 becomes L level. Accordingly, in the control unit CTL1, the boost signal BS1 becomes H level and a selective boosting operation is performed. The later signal is latched in the first latch FLT1.
シフトクロック信号Cの半サイクルごとに、データ線選択信号SH0、SH1、SH2が順次このシフトクロック信号Cの1サイクル期間Hレベルとなり、隣接列に対するデータ線選択信号の活性化完了後、MOS容量6による昇圧動作が行なわれ、その昇圧動作が、シフトクロック信号Cの半サイクル周期で順次各列に対して実行される。
At every half cycle of the shift clock signal C, the data line selection signals SH0, SH1, SH2 are sequentially set to the H level for one cycle period of the shift clock signal C, and after the activation of the data line selection signal for the adjacent column is completed, the
昇圧信号BS(BS0,BS1)および保持信号HD(HD0,HD1)は、対応のデータ線に対する画素データ入力の取込みが行なわれる前のサイクルで非活性化され、対応のデータ線に対する画素データ信号の入力の取込およびレベル変換が行なわれている期間の間非活性状態となる。隣接列におけるデータ信号の取込が完了すると、取込んだ画素データ信号の昇圧および保持が行なわれる。したがって、昇圧信号BSおよび保持信号HDは、1行の画素に対する書込期間Hレベルの活性状態に維持され、第1ラッチFLT(FLT0,FLT1)は、それぞれ、いわゆる1水平走査期間、レベル変換された画素データ信号を保持する。 Boost signal BS (BS0, BS1) and hold signal HD (HD0, HD1) are deactivated in the cycle before the pixel data input is taken in to the corresponding data line, and the pixel data signal for the corresponding data line is It is inactive during the period during which input is input and level conversion is performed. When the capture of the data signal in the adjacent column is completed, the captured pixel data signal is boosted and held. Therefore, the boost signal BS and the holding signal HD are maintained in the active state of the writing period H level for the pixels in one row, and the first latch FLT (FLT0, FLT1) is level-converted for one horizontal scanning period, respectively. Hold the pixel data signal.
最終行に対する画素データ信号のレベル変換ユニットSFnによるレベル変換および第1ラッチFLTnによるラッチ動作が完了すると、ラッチ指示信号LTが活性化され、1行の画素に対する画素データ信号が第2データラッチ部156のセカンドラッチSLT(SLT0〜SLTn)(図示せず)に取込まれて、ラッチされる。
When the level conversion of the pixel data signal for the last row by the level conversion unit SFn and the latch operation by the first latch FLTn are completed, the latch instruction signal LT is activated, and the pixel data signal for the pixel of one row is the second
このラッチ指示信号LTが非活性化されると、セカンドラッチSLT(SLT0〜SLTn)はラッチ状態となる。DAC160が、各データ線に対して設けられるセカンドラッチSLT(SLT0〜SLTn)のラッチした画素データ信号に基づいて各データ線に対する表示信号PX0、PX1、…PXnを生成する。
When the latch instruction signal LT is deactivated, the second latch SLT (SLT0 to SLTn) is in a latched state. The
なお、データ線選択信号SH0、SH1、SH2…は、入力信号INの転送サイクルの1サイクル期間の位相差を有する信号であればよく、シフトレジスタ回路150の内部のシフトレジスタSR(SR0,SR1)による生成と異なる態様で生成されてもよい。
The data line selection signals SH0, SH1, SH2,... May be signals having a phase difference of one cycle period of the transfer cycle of the input signal IN, and the shift registers SR (SR0, SR1) inside the
また、セカンドラッチSLT(SLT0,SLT1)としては、ラッチ指示信号LTの活性化時、与えられた信号を取込み、ラッチ指示信号LTの非活性化時ラッチ状態になる構成が利用されるが、たとえば、入力段に、このラッチ指示信号LTの活性化時動作し、ラッチ指示信号LTの非活性化時出力ハイインピーダンス状態となるクロックドバッファが設けられ、次段のインバータラッチにクロックドインバータの出力信号を転送する回路構成が用いられてもよい。 As the second latch SLT (SLT0, SLT1), a configuration in which a given signal is taken in when the latch instruction signal LT is activated and is in a latch state when the latch instruction signal LT is inactive is used. The input stage is provided with a clocked buffer that operates when the latch instruction signal LT is activated and becomes an output high-impedance state when the latch instruction signal LT is inactive. The output of the clocked inverter is output to the inverter latch of the next stage. A circuit configuration for transferring a signal may be used.
また、表示画素素子として、EL素子が用いられる表示装置に対しても本発明は適用可能である。 The present invention can also be applied to a display device in which an EL element is used as the display pixel element.
なお、上述の説明において、表示装置のDAC160に対し、第2データラッチ部156のセカンドラッチSLT0、SLT1…の出力信号が並列に伝達されている。しかしながら、この発明は、シリアルに入力される入力信号INのレベル変換を行なってパラレルに出力するシリアル/パラレル変換回路に対し、一般に適用することができる。
In the above description, the output signals of the second latches SLT0, SLT1,... Of the second
以上のように、この発明の実施の形態10に従えば、シリアルに入力される入力信号の、各データ単位ごとに、レベル変換およびラッチ回路を設けて、シフトクロック信号に従ってデータ信号の取込、レベル変換およびラッチを行なっており、低占有面積で高速でレベル変換およびシリアル/パラレル変換を行なう回路を実現することができる。 As described above, according to the tenth embodiment of the present invention, the level conversion and latch circuit is provided for each data unit of the serially input signal, and the data signal is fetched according to the shift clock signal. Level conversion and latching are performed, and a circuit that performs level conversion and serial / parallel conversion at a high speed with a small occupation area can be realized.
この発明は、一般に、表示装置のシリアル入力信号をレベル変換を行なってパラレル信号に変換してDAC(デジタル/アナログ変換部)へ転送する回路部分に適用することができる。また、これに限らず、一般に、電源電圧の異なる回路部分の転送される信号のレベル変換を行なうインターフェイス部に対して本発明のレベル変換回路を適用することができる。 In general, the present invention can be applied to a circuit portion that converts a serial input signal of a display device into a parallel signal by performing level conversion and transfers the parallel signal to a DAC (digital / analog converter). Further, the present invention is not limited to this, and the level conversion circuit of the present invention can generally be applied to an interface unit that performs level conversion of a signal to be transferred in circuit portions having different power supply voltages.
5,7 MOSトランジスタ、6 MOS容量、IV1,IV2 インバータ、9,10 NチャネルMOSトランジスタ、41 PチャネルMOSトランジスタ、42 NチャネルMOSトランジスタ、50 配線、55,70,75,77 MOSトランジスタ、150 シフトレジスタ回路、152 レベル変換部、154 第1データラッチ部、156 第2データラッチ部、120 画素マトリクス、130 ゲート線駆動回路、160 DAC、CTL0,CTL1 制御ユニット、SF0,SF1 レベル変換ユニット、SFT0,SFT1 第1ラッチ、SLT0,SLT1 第2ラッチ。 5,7 MOS transistor, 6 MOS capacitor, IV1, IV2 inverter, 9,10 N channel MOS transistor, 41 P channel MOS transistor, 42 N channel MOS transistor, 50 wiring, 55, 70, 75, 77 MOS transistor, 150 shift Register circuit, 152 level conversion unit, 154 first data latch unit, 156 second data latch unit, 120 pixel matrix, 130 gate line drive circuit, 160 DAC, CTL0, CTL1 control unit, SF0, SF1 level conversion unit, SFT0, SFT1 first latch, SLT0, SLT1 second latch.
Claims (16)
前記内部ノードの信号の論理状態を保持する信号保持回路を備え、前記信号保持回路は、前記内部ノードに結合されかつ前記内部ノードの電圧レベルを選択的に昇圧するMOS型容量素子を備える、レベル変換回路。 A first transfer gate that transfers an input signal given to an input to an internal node in response to a latch signal; and a signal holding circuit that holds a logic state of the signal of the internal node, A level conversion circuit comprising a MOS type capacitive element coupled to the internal node and selectively boosting the voltage level of the internal node.
前記内部ノードの電圧に従って選択的に昇圧信号をラッチ入力ノードに転送する転送トランジスタと、
前記ラッチ入力ノードの信号を保持信号に従ってラッチするラッチ回路とを備える、請求項2記載のレベル変換回路。 The signal holding circuit further includes:
A transfer transistor for selectively transferring a boost signal to a latch input node according to the voltage of the internal node;
The level conversion circuit according to claim 2, further comprising: a latch circuit that latches a signal of the latch input node according to a holding signal.
前記内部ノードに結合される制御電極を有し、前記内部ノードの電圧に従って選択的に昇圧信号をラッチ入力ノードに伝達する転送トランジスタと、
前記ラッチ入力ノードの信号を保持信号に従って保持するラッチ回路とを備え、
前記転送トランジスタは、前記昇圧信号印加時前記MOS型容量素子として機能してセルフブートストラップ作用により前記内部ノードの電圧を選択的に昇圧する、請求項1記載のレベル変換回路。 The signal holding circuit is
A transfer transistor having a control electrode coupled to the internal node and selectively transmitting a boost signal to a latch input node according to a voltage of the internal node;
A latch circuit that holds the signal of the latch input node according to a holding signal;
2. The level conversion circuit according to claim 1, wherein the transfer transistor functions as the MOS-type capacitance element when the boost signal is applied and selectively boosts the voltage of the internal node by a self-bootstrap action.
前記内部ノードに結合される制御電極を有し、昇圧信号をラッチ入力ノードに伝達する転送トランジスタと、
前記ラッチ入力ノードの信号を保持指示信号に従ってラッチするラッチ回路とを備え、
前記MOS型容量素子は、前記内部ノードと前記ラッチ入力ノードとの間に接続されるMOS容量を備える、請求項1記載のレベル変換回路。 The signal holding circuit is
A transfer transistor having a control electrode coupled to the internal node and transmitting a boost signal to a latch input node;
A latch circuit that latches a signal of the latch input node according to a holding instruction signal;
The level conversion circuit according to claim 1, wherein the MOS capacitance element includes a MOS capacitor connected between the internal node and the latch input node.
前記ラッチ入力ノードを前記入力信号の印加時に所定電圧レベルにプリチャージするプリチャージトランジスタを備える、請求項3から5のいずれかに記載のレベル変換回路。 The signal holding circuit further includes:
6. The level conversion circuit according to claim 3, further comprising a precharge transistor that precharges the latch input node to a predetermined voltage level when the input signal is applied.
前記ラッチ信号は、活性化時、前記入力信号の前記内部ノードへの転送時に前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのしきい値電圧分の損失が生じるのを防止する電圧レベルに設定される、請求項1記載のレベル変換回路。 The first transfer gate includes a first conductivity type insulated gate field effect transistor,
The latch signal is set to a voltage level that prevents a loss corresponding to a threshold voltage of the insulated gate field effect transistor from occurring when the input signal is transferred to the internal node when activated. The level conversion circuit according to 1.
前記内部ノードの昇圧された電圧に従って昇圧電圧が伝達されるラッチ入力ノードと出力ノードとの間に接続され、前記ラッチ入力ノードの電圧をラッチするラッチ回路をさらに備える、請求項1記載のレベル変換回路。 The signal holding circuit is
2. The level conversion according to claim 1, further comprising: a latch circuit connected between a latch input node to which a boosted voltage is transmitted according to a boosted voltage of the internal node and an output node, and latching the voltage of the latch input node. circuit.
保持信号に従って前記ラッチ入力ノードと前記出力ノードとを接続する伝送ゲートとを備える、請求項9記載のレベル変換回路。 The latch circuit includes an even number of cascaded inverting buffer circuits connected between the latch input node and the output node;
The level conversion circuit according to claim 9, further comprising a transmission gate that connects the latch input node and the output node according to a holding signal.
前記ラッチ入力ノードと出力ノードの間に接続される偶数段の縦続接続される反転バッファ回路と、
前記ラッチ入力ノードと前記出力ノードとを短絡する配線とを備える、請求項9記載のレベル変換回路。 The latch circuit is
An even number of cascaded inverting buffer circuits connected between the latch input node and the output node;
The level conversion circuit according to claim 9, further comprising a wiring that short-circuits the latch input node and the output node.
前記内部ノードの電圧に従って昇圧信号を前記ラッチ入力ノードに選択的に伝達する第2の転送ゲートと、
前記昇圧信号に従って前記ラッチ入力ノードと前記内部ノードとを選択的に結合する伝送ゲートとを含む、請求項9記載のレベル変換回路。 The signal holding circuit is
A second transfer gate for selectively transmitting a boost signal to the latch input node according to the voltage of the internal node;
The level conversion circuit according to claim 9, further comprising a transmission gate that selectively couples the latch input node and the internal node according to the boost signal.
前記第1の転送ゲートは、前記信号線を指定する信号線指定信号に基づいて導通状態に設定され、
前記MOS型容量素子は、前記内部ノードに接続される第1の電極と、前記信号線指定信号に基づいて生成される信号を受ける第2の電極とを有するMOS容量を備える、請求項1記載のレベル変換回路。 The input signal includes a signal that is input serially and applied to a plurality of signal lines,
The first transfer gate is set to a conductive state based on a signal line designating signal designating the signal line,
The MOS capacitor includes a MOS capacitor having a first electrode connected to the internal node and a second electrode for receiving a signal generated based on the signal line designation signal. Level conversion circuit.
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