JP2006119364A - Level conversion circuit and flat panel display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は例えばモータや表示パネル等を駆動するために入力信号とは異なる電源電圧範囲の出力信号を発生するレベル変換回路に関し、特にこの出力信号を得るために入力信号の電圧−電流変換を行うレベル変換回路およびこのレベル変換回路を備えた平面表示装置に関する。 The present invention relates to a level conversion circuit that generates an output signal in a power supply voltage range different from an input signal in order to drive, for example, a motor, a display panel, and the like, and in particular, performs voltage-current conversion of the input signal to obtain this output signal. The present invention relates to a level conversion circuit and a flat display device provided with the level conversion circuit.
例えばフィールド・エミッション・ディスプレイ(FED)パネルは、横(水平)方向に伸びる複数の走査線、これら走査線に交差して縦(垂直)方向に伸びる複数の信号線、並びにこれら走査線および信号線の交差位置近傍に配置される複数の表示画素を備える(例えば、特許文献1参照)。各表示画素は表面伝導型電子放出素子およびこの電子放出素子から放出される電子ビームにより発光する赤(R)、緑(G)または青(B)の蛍光体で構成される。このFEDパネルの周囲には、YドライバおよびXドライバが配置される。Yドライバは、複数の走査線の一端に接続され、走査信号により複数の走査線を順次駆動する。Xドライバは複数の信号線の一端に接続され、各走査線が駆動される間に映像信号の階調レベルに対応したパルス幅の駆動信号により複数の信号線を駆動する。各表示画素は対応信号線および対応走査線間の画素電圧に対応した輝度で発光する。 For example, a field emission display (FED) panel includes a plurality of scanning lines extending in the horizontal (horizontal) direction, a plurality of signal lines extending in the vertical (vertical) direction intersecting these scanning lines, and the scanning lines and the signal lines. A plurality of display pixels arranged in the vicinity of the intersection position (see, for example, Patent Document 1). Each display pixel includes a surface conduction electron-emitting device and a red (R), green (G), or blue (B) phosphor that emits light by an electron beam emitted from the electron-emitting device. A Y driver and an X driver are arranged around the FED panel. The Y driver is connected to one end of the plurality of scanning lines, and sequentially drives the plurality of scanning lines by a scanning signal. The X driver is connected to one end of the plurality of signal lines, and drives the plurality of signal lines with a drive signal having a pulse width corresponding to the gradation level of the video signal while each scanning line is driven. Each display pixel emits light with a luminance corresponding to the pixel voltage between the corresponding signal line and the corresponding scanning line.
Yドライバには、例えばシフトレジスタがタイミングパルスをシフトし、このタイミングパルスの保持位置に対応した走査線に対して選択信号を出力するために設けられる。このシフトレジスタはCMOSトランジスタを用いた論理回路であり、選択信号を0〜5V程度の第1電源電圧範囲において遷移させる。これに対して、走査信号は0〜20V程度の第2電源電圧範囲において遷移する必要がある。このため、選択信号は例えば図7に示すようなレベル変換回路により走査信号に変換される。このレベル変換回路は、第1電源電圧範囲において遷移する入力信号の電圧をバイポーラ(またはMOS)トランジスタQ1,Q2を用いた差動対により一旦電流にそれぞれ変換し、LD(Lateral Double-diffused)MOSトランジスタM1〜M6を用いたアクティブ負荷によりこれら電流をミラーしさらに折り返して合成するようにして出力端電圧VOを制御し、LDMOSトランジスタM7〜M10を用いた出力部によりこの出力端電圧VOに対応して第2電源電圧範囲において遷移する出力信号を生成する。
図8は図7に示すレベル変換回路の動作波形を示す。入力信号φ1およびφバー入力端子INからインバータを介して差動対に供給される信号である。これら信号φ1およびφバーが遷移すると、差動電流(例えばPD1電流)が差動対の一方に流れ、アクティブ負荷となるカレントミラー回路がゲートソース間電圧(PD1VGS)の変化に伴って差動電流に対応したミラー電流を出力する。出力端電圧V0はアクティブ負荷の出力状態に基づいて決定される。レベル変換回路の変換速度を高めて図8に示す応答時間Tpdを短くするには、差動変換ゲインAvと折り返しのカレントミラー比を大きくとることが必要である。差動変換ゲインAvは差動対の相互コンダクタンスgmおよび各段の出力抵抗roに対してAv=gm×roの関係にあるため、相互コンダクタンスgmおよび出力抵抗roのいずれかを大きくすればよい。しかしながら、素子サイズを一定にしたときにゲインを大きくできる要素は相互コンダクタンスgmのみであることから、差動対がMOSおよびバイポーラのいずれの素子であっても差動電流を増大させる必要がある。レベル変換回路で差動電流を増大させると、これが定常状態での電流消費を増大させる結果となる。 FIG. 8 shows operation waveforms of the level conversion circuit shown in FIG. This is a signal supplied from the input signal φ1 and φbar input terminal IN to the differential pair via the inverter. When these signals φ1 and φbar transition, a differential current (for example, PD1 current) flows to one side of the differential pair, and the current mirror circuit serving as an active load changes with the change in the gate-source voltage (PD1VGS). The mirror current corresponding to is output. The output terminal voltage V0 is determined based on the output state of the active load. In order to increase the conversion speed of the level conversion circuit and shorten the response time Tpd shown in FIG. 8, it is necessary to increase the differential conversion gain Av and the folding current mirror ratio. Since the differential conversion gain Av has a relationship Av = gm × ro with respect to the mutual conductance gm of the differential pair and the output resistance ro of each stage, it is only necessary to increase either the mutual conductance gm or the output resistance ro. However, since the element that can increase the gain when the element size is constant is only the transconductance gm, it is necessary to increase the differential current regardless of whether the differential pair is a MOS or bipolar element. Increasing the differential current in the level conversion circuit results in increased current consumption in the steady state.
このような電流消費の増大を伴わずに差動変換ゲインAvを大きくする方策として、例えば図9に示すようなレベル変換回路が考えられる。このレベル変換回路では、正帰還回路PFBが図7に示すレベル変換回路に対して付加されている。この場合、正帰還回路PFBがダイナミックな差動変換動作領域で正帰還を行うことから、差動電流を増大させずに差動変換ゲインAvをある程度増大することが可能である。しかしながら、この方策は比較的ゆっくりと遷移するアナログ信号のような低スルーレートの入力信号の変換に対して有効であるが、急峻に遷移するデジタル信号のような高スルーレートの入力信号の変換に対しては意味がなく、この回路方式では性能を活かせない事と、正帰還回路PFB内は所詮基準電流のミラー比倍の変換ゲインでしか動作が高速化されないためアクティブ負荷の回路自身の負荷や次段ドライブ素子の寄生容量が大きい場合などではやはり高速化に限界がある。高スルーレートの入力信号の変換速度を純粋に高速化するには、カレントミラー回路の寄生容量を極めて十分短い時間で充放電するような差動電流を流す必要がある。 For example, a level conversion circuit as shown in FIG. 9 can be considered as a measure for increasing the differential conversion gain Av without increasing the current consumption. In this level conversion circuit, a positive feedback circuit PFB is added to the level conversion circuit shown in FIG. In this case, since the positive feedback circuit PFB performs positive feedback in the dynamic differential conversion operation region, the differential conversion gain Av can be increased to some extent without increasing the differential current. However, this strategy is effective for the conversion of low slew rate input signals such as analog signals that transition relatively slowly, but for the conversion of high slew rate input signals such as digital signals that transition sharply. There is no meaning to this, and it is impossible to make use of the performance in this circuit system, and the operation in the positive feedback circuit PFB is accelerated only with a conversion gain that is twice the mirror ratio of the reference current. When the parasitic capacitance of the next stage drive element is large, there is a limit to speeding up. To purely increase the conversion speed of an input signal with a high slew rate, it is necessary to flow a differential current that charges and discharges the parasitic capacitance of the current mirror circuit in a very short time.
一般に、FEDパネルのYドライバは、図10に示すように各々極めて膨大な数のレベル変換回路を内蔵するIC群からなる。従来においては、レベル変換回路の変換速度とIC全体の消費電流とがトレードオフの関係にあったため、消費電流を抑えて変換速度を高めることが困難であった。 In general, the Y driver of the FED panel is composed of an IC group including a very large number of level conversion circuits, as shown in FIG. Conventionally, since the conversion speed of the level conversion circuit and the current consumption of the entire IC are in a trade-off relationship, it is difficult to suppress the current consumption and increase the conversion speed.
本発明の目的は、消費電流を抑えて変換速度を高めることができるレベル変換回路およびこのレベル変換回路を備えた平面表示装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a level conversion circuit capable of suppressing the current consumption and increasing the conversion speed, and a flat display device including the level conversion circuit.
本発明によれば、定電流源と、定電流源に共通に接続され第1電源電圧範囲において相補的な関係で急峻に遷移する入力信号に対して電圧−電流変換を行う一対の差動トランジスタと、一対の差動トランジスタに接続されるアクティブ負荷と、このアクティブ負荷の出力状態に対応して第2の電源電圧範囲において遷移する出力電圧を生成する出力部と、入力信号の遷移開始から所定期間だけ一対の差動トランジスタに流れる差動電流を増大させる補助電流路を生成する電流路生成回路とを備えるレベル変換回路が提供される。 According to the present invention, a constant current source and a pair of differential transistors that are connected in common to the constant current source and perform voltage-current conversion on an input signal that changes sharply in a complementary relationship in the first power supply voltage range. An active load connected to the pair of differential transistors, an output unit that generates an output voltage that transitions in the second power supply voltage range corresponding to the output state of the active load, and a predetermined value from the start of transition of the input signal There is provided a level conversion circuit including a current path generation circuit for generating an auxiliary current path for increasing a differential current flowing in a pair of differential transistors only for a period.
また、本発明によれば、複数の走査線と、複数の走査線に交差する複数の信号線と、複数の走査線および複数の信号線との交差位置に配置され各々一対の走査線および信号線間の電圧に対応して駆動される複数の表示画素と、複数の走査線を順次駆動する走査線ドライバと、走査線ドライバによって複数の走査線の各々が駆動される間に映像信号に基づいて複数の信号線を駆動する信号線ドライバとを備え、走査線ドライバは定電流源、定電流源に共通に接続され第1電源電圧範囲において相補的な関係で急峻に遷移する入力信号に対して電圧−電流変換を行う一対の差動トランジスタ、一対の差動トランジスタに接続されるアクティブ負荷、このアクティブ負荷の出力状態に対応して第2の電源電圧範囲において遷移する出力電圧を生成する出力部、および入力信号の遷移開始から所定期間だけ一対の差動トランジスタに流れる差動電流を増大させる補助電流路を生成する電流路生成回路を含むレベル変換回路を各走査線毎に有する平面表示装置が提供される。 Further, according to the present invention, a plurality of scanning lines, a plurality of signal lines intersecting with the plurality of scanning lines, a plurality of scanning lines and a plurality of signal lines are arranged at the intersecting positions, and a pair of scanning lines and signals are respectively provided. A plurality of display pixels driven in accordance with a voltage between the lines, a scanning line driver for sequentially driving the plurality of scanning lines, and a video signal based on each of the plurality of scanning lines being driven by the scanning line driver. The scanning line driver is connected to the constant current source and the constant current source in common and is connected to the constant current source in a complementary relationship in the first power supply voltage range. A pair of differential transistors that perform voltage-current conversion, an active load connected to the pair of differential transistors, and an output voltage that transitions in a second power supply voltage range corresponding to the output state of the active load. Planar display having a level conversion circuit for each scanning line including an output section and a current path generation circuit for generating an auxiliary current path for increasing a differential current flowing in the pair of differential transistors for a predetermined period from the start of transition of the input signal An apparatus is provided.
これらレベル変換回路および平面表示装置では、電流路生成回路が入力信号の遷移開始から所定期間だけ一対の差動トランジスタに流れる差動電流を増大させる補助電流路を生成するアクティブ負荷の状態遷移は入力信号の遷移開始から増大する差動電流によってより短い時間で完了し、レベル変換速度を高速化できる。また、差動電流の増大は所定時間だけに制限されるため、この所定時間をアクティブ負荷の状態遷移に必要な時間に基づいて決定することにより、状態遷移の完了後に流れる差動電流を低減し、全体の消費電流を抑えることができる。 In these level conversion circuits and flat display devices, the current path generation circuit generates an auxiliary current path that increases the differential current flowing through the pair of differential transistors for a predetermined period from the start of the input signal transition. The differential current increasing from the start of signal transition can be completed in a shorter time, and the level conversion speed can be increased. In addition, since the increase in the differential current is limited to a predetermined time, the differential current flowing after the completion of the state transition is reduced by determining the predetermined time based on the time required for the state transition of the active load. , Overall current consumption can be suppressed.
以下、本発明の一実施形態に係るフィールド・エミッション・ディスプレイ(FED)装置について図面を参照して説明する。このFED装置は例えばカラー表示画素数が横:縦=1280:720という720PハイビジョンXGA解像度を持つ平面表示装置である。 Hereinafter, a field emission display (FED) device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This FED device is, for example, a flat display device having a 720P high-vision XGA resolution in which the number of color display pixels is horizontal: vertical = 1280: 720.
図1はこのFED装置の回路構成を概略的に示す。FED装置はFEDパネル1、Xドライバ2、Yドライバ3、および映像処理回路4を備える。FEDパネル1は横(水平)方向に伸びるm(=720)本の走査線Y(Y1〜Ym)、これら走査線Y1〜Ymに交差して縦(垂直)方向に伸びるn(=1280×3)本の信号線X(X1〜Xn)、並びにこれら走査線Y1〜Ymおよび信号線X1〜Xnの交差位置近傍に配置されるm×n(=約276万)個の表示画素PXを含む。各カラー表示画素は水平方向において隣接する3個の表示画素PXにより構成される。このカラー表示画素では、3個表示画素PXがそれぞれ表面伝導型電子放出素子11およびこれら電子放出素子11から放出される電子ビームにより発光する赤(R)、緑(G)、および青(B)の蛍光体12により構成される。各走査線Yは対応水平ラインの表示画素PXの電子放出素子11に接続される走査電極として用いられ、各信号線Xは対応列の表示画素PXの電子放出素子11に接続される信号電極として用いられる。
FIG. 1 schematically shows a circuit configuration of the FED apparatus. The FED device includes an
Xドライバ2、Yドライバ3、および映像処理回路4は表示用駆動回路としてFEDパネル1の周囲に配置される。Xドライバ2は信号線X1〜Xnの一端に接続される信号線ドライバであり、Yドライバ3は走査線Y1〜Ymの一端に接続される走査線ドライバである。映像処理回路4は外部の信号源から供給されるRGB映像信号をデジタル形式で処理する。Yドライバ3は走査信号を用いて走査線Y1〜Ymを順次駆動し、Xドライバ2は走査線Y1〜Ymの各々がYドライバ3によって駆動される間に信号線X1〜Xnを駆動する。
The
Xドライバ2は映像処理回路4から供給される1水平ライン分の映像信号を水平同期信号HDに同期してサンプリングし保持するラインメモリ20、およびこのラインメモリ20から並列的に出力される1水平ライン分の映像信号にそれぞれ対応するn個のPWM駆動信号を発生する駆動信号発生部21を含む。駆動信号発生部21は各々対応画素の映像信号の階調レベルに比例するパルス幅のパルス信号を発生するn個のパルス幅変調回路22、および各々対応パルス幅変調回路22からのパルス信号のパルス幅に等しい期間だけ駆動用基準電圧端子からの基準電圧Vrefを信号線X1〜XnにPWM駆動信号として出力するn個の出力バッファ23を含む。パルス幅変調回路22および出力バッファ23は1信号線Xに対する駆動信号出力部を構成する。
The
各水平ラインの表示画素PXが信号線X1〜Xnを介して駆動されると、これら表示画素PXのうちで黒表示のものを除いた表示画素PXの電子放出素子11にそれぞれ発光電流が流れ、さらにこれら発光電流の全てが1走査線Yを介してYドライバ3に流れる。
When the display pixels PX of each horizontal line are driven via the signal lines X1 to Xn, light emission currents flow through the electron-emitting devices 11 of the display pixels PX except for those that display black among the display pixels PX, Further, all of these light emission currents flow to the
Yドライバ3は垂直同期信号VDを1水平走査期間毎にシフトしてm個の出力端の1つから出力するシフトレジスタ31、およびこれらm個の出力端から走査信号として出力される選択パルスにそれぞれ応答して走査信号を1水平走査期間づつ走査線Y1〜Ymに出力するm個の出力バッファ32を含む。各電子放出素子11では、信号電極の電圧Vx(=Vref+ΔV)と走査電極の電圧Vyとの和がスレッショルドを越えたときに放電が起き、これにより放出される電子ビームが蛍光体12を励起する。
The
Yドライバ3では、m個の出力バッファ32が図10を参照して説明したIC群により構成され、各出力バッファ32が1走査線Yに対して走査信号の電圧Vyを発生するレベル変換回路を含む。
In the
図2はこのレベル変換回路の基本構成を説明するためのものである。レベル変換回路はCMOSインバータIV1,IV2、定電流源IS、バイポーラトランジスタQ1,Q2、LDMOSトランジスタM1〜M10、MOSトランジスタCM1、抵抗R1、およびワンショットディレイラインDLを有する。インバータIV1,IV2は電源端子GND1(=0V)およびVDD1(=5V)間の電源電圧で動作する。インバータIV1はシフトレジスタ31の出力端からの選択信号を反転し、インバータIV2はインバータIV1によって反転された選択信号をさらに反転する。バイポーラトランジスタQ1,Q2はそれぞれこれらインバータIV1,IV2からの入力信号φ1,φ1バーの電圧を電流に変換する差動対として定電流源ISに接続される。これら差動対はLDMOSトランジスタM1〜M6からなるアクティブ負荷に接続される。トランジスタM1,M2はトランジスタQ1に対するカレントミラー回路を構成し、トランジスタM3,M5はトランジスタQ2に対するカレントミラー回路を構成する。トランジスタM4,M6はトランジスタM1,M2により得られるミラー電流を折り返すカレントミラー回路である。トランジスタM5は電源端子GND2(=15V)およびVDD2(=20V)間においてトランジスタM6と直列に接続され、これらの接続点から出力電圧VOを出力する。トランジスタM7,M8は出力電圧を反転しトランジスタM9をスイッチングするインバータを構成する。トランジスタM9は電源端子GND1およびVDD2間においてトランジスタM10に直列に接続され、トランジスタM10はインバータIV1の出力によりスイッチングされる。走査信号の電圧VyはこれらトランジスタM9,M10の接続点OUTから出力される。抵抗R1およびMOSトランジスタCM1は差動対および電源端子GND1間において定電流源ISと並列に接続される。ワンショットディレイラインDLは電源端子GND,VDD1間に接続され、インバータIV1,IV2から出力される信号φ1,φ1バーの遷移開始から所定時間だけMOSトランジスタCM1を導通させるように動作する。 FIG. 2 is for explaining the basic configuration of the level conversion circuit. The level conversion circuit includes CMOS inverters IV1 and IV2, a constant current source IS, bipolar transistors Q1 and Q2, LDMOS transistors M1 to M10, a MOS transistor CM1, a resistor R1, and a one-shot delay line DL. The inverters IV1 and IV2 operate with a power supply voltage between the power supply terminals GND1 (= 0V) and VDD1 (= 5V). The inverter IV1 inverts the selection signal from the output terminal of the shift register 31, and the inverter IV2 further inverts the selection signal inverted by the inverter IV1. Bipolar transistors Q1 and Q2 are connected to a constant current source IS as a differential pair for converting the voltages of the input signals φ1 and φ1 from the inverters IV1 and IV2 into currents, respectively. These differential pairs are connected to an active load composed of LDMOS transistors M1 to M6. Transistors M1 and M2 constitute a current mirror circuit for transistor Q1, and transistors M3 and M5 constitute a current mirror circuit for transistor Q2. The transistors M4 and M6 are current mirror circuits that fold back the mirror current obtained by the transistors M1 and M2. The transistor M5 is connected in series with the transistor M6 between the power supply terminals GND2 (= 15V) and VDD2 (= 20V), and outputs the output voltage VO from these connection points. The transistors M7 and M8 constitute an inverter that inverts the output voltage and switches the transistor M9. The transistor M9 is connected in series with the transistor M10 between the power supply terminals GND1 and VDD2, and the transistor M10 is switched by the output of the inverter IV1. The voltage Vy of the scanning signal is output from the connection point OUT of these transistors M9 and M10. The resistor R1 and the MOS transistor CM1 are connected in parallel with the constant current source IS between the differential pair and the power supply terminal GND1. The one-shot delay line DL is connected between the power supply terminals GND and VDD1, and operates to make the MOS transistor CM1 conductive for a predetermined time from the start of transition of the signals φ1 and φ1 bar output from the inverters IV1 and IV2.
すなわち、このレベル変換回路は図7に示すレベル変換回路において抵抗R1,MOSトランジスタCM1およびワンショットディレイラインDLを追加した構造を有する。抵抗R1およびMOSトランジスタCM1は、トランジスタCM1がワンショットディレイラインDLの制御により導通したときに定電流源ISに並列的に電流路を形成し、差動対に流れる差動電流を増大させる。トランジスタCM1の導通期間はワンショットディレイラインDLにより所定期間に制限され、この所定期間は信号φ1,φ1バーの遷移に伴ってアクティブ負荷の出力電圧VOが反転するために要する時間にほぼ一致するように予め設定される。 That is, this level conversion circuit has a structure in which a resistor R1, a MOS transistor CM1, and a one-shot delay line DL are added to the level conversion circuit shown in FIG. The resistor R1 and the MOS transistor CM1 form a current path in parallel with the constant current source IS when the transistor CM1 becomes conductive under the control of the one-shot delay line DL, and increases the differential current flowing through the differential pair. The conduction period of the transistor CM1 is limited to a predetermined period by the one-shot delay line DL, and this predetermined period almost coincides with the time required for the output voltage VO of the active load to be inverted with the transition of the signals φ1 and φ1 bar. Is preset.
すなわち、抵抗R1およびMOSトランジスタCM1は、入力信号φ1,φ1バーの遷移開始から所定期間だけ一対の差動トランジスタに流れる差動電流を増大させる補助電流路を生成する電流路生成回路として機能するため、アクティブ負荷の状態遷移が入力信号φ1,φ1バーの遷移開始から増大する差動電流によってより短い時間で完了し、レベル変換速度を高速化する。また、差動電流の増大は所定時間だけに制限され、状態遷移の完了後に流れる差動電流を低減し、全体の消費電流を抑えることになる。 That is, the resistor R1 and the MOS transistor CM1 function as a current path generation circuit that generates an auxiliary current path that increases the differential current flowing through the pair of differential transistors for a predetermined period from the start of transition of the input signals φ1 and φ1 bar. The state transition of the active load is completed in a shorter time by the differential current increasing from the start of the transition of the input signals φ1 and φ1 bar, and the level conversion speed is increased. Further, the increase in the differential current is limited only to a predetermined time, and the differential current that flows after the completion of the state transition is reduced, thereby suppressing the overall current consumption.
図2では、レベル変換回路の基本構成を説明するために差動対がバイポーラトランジスタQ1,Q2で構成されたが、実際には図3に示す構造の方が安定な動作を期待できる。 In FIG. 2, in order to explain the basic configuration of the level conversion circuit, the differential pair is composed of bipolar transistors Q1 and Q2. However, in practice, the structure shown in FIG.
図3では、差動対がMOSトランジスタDM1,DM2により構成され、さらに電源端子VDD1によってバイアスされるバイポーラトランジスタQ3,Q4を介してアクティブ負荷に接続される。この場合、抵抗R1およびMOSトランジスタCM1の直列回路がトランジスタDM2およびQ4の接続点と電源端子GND1間に接続され、さらに抵抗R2およびMOSトランジスタCM2の直列回路がトランジスタDM1およびQ3の接続点と電源端子GND1間に接続される。MOSトランジスタCM1,CM2はそれぞれワンショットディレイラインDLからの制御信号φ2,φ2バーによってスイッチングされる。これら制御信号φ2,φ2バーは信号φ1,φ1バーの遷移開始から所定時間だけMOSトランジスタCM2,CM1をそれぞれ導通させるものである。 In FIG. 3, the differential pair is composed of MOS transistors DM1 and DM2, and is further connected to an active load via bipolar transistors Q3 and Q4 biased by a power supply terminal VDD1. In this case, the series circuit of the resistor R1 and the MOS transistor CM1 is connected between the connection point of the transistors DM2 and Q4 and the power supply terminal GND1, and the series circuit of the resistor R2 and the MOS transistor CM2 is connected to the connection point of the transistors DM1 and Q3 and the power supply terminal. Connected between GND1. The MOS transistors CM1 and CM2 are switched by control signals φ2 and φ2 bar from the one-shot delay line DL, respectively. These control signals φ2 and φ2 are for conducting the MOS transistors CM2 and CM1 for a predetermined time from the start of transition of the signals φ1 and φ1, respectively.
図4はこのレベル変換回路の動作を示す。入力信号φ1,φ1バーが各々反転すると、差動対に流れる電流が切り替わる。制御信号φ2,φ2バーは入力信号φ1,φ1バーと同じ位相で反転する。ここで、入力信号φ1が高レベルとなり、入力信号φ1バーが低レベルとなると、制御信号φ2が高レベルとなり、制御信号φ2バーも低レベルとなる。このとき、トランジスタDM1およびトランジスタCM2がオンし、トランジスタDM2およびトランジスタCM1がオフする。この動作時には、トランジスタCM2を流れる電流が差動電流(PD1電流)に加算される。具体的には、(V1−Vbe)/Rの電流が加算される。ここで、V1は電源端子GND1に対する電源端子VDD1の電圧であり、VbeはトランジスタQ3のベース・エミッタ間電圧であり、Rは抵抗R2の抵抗値である。この加算電流は負荷であるカレントミラー回路を十分高速に動作させる値に設定される必要がある。アクティブ負荷の出力電圧VOが十分反転すると、ワンショットディレイラインDLは制御信号を高レベルから低レベルに変化させ、トランジスタCM2をオフさせる。これにより、差動電流のみが定常状態の保持電流としてアクティブ負荷に流れる。この保持電流は出力論理を維持するに足る十分小さな値であればよい。 FIG. 4 shows the operation of this level conversion circuit. When the input signals φ1 and φ1 are inverted, the current flowing through the differential pair is switched. The control signals φ2 and φ2 are inverted with the same phase as the input signals φ1 and φ1. Here, when the input signal φ1 becomes high level and the input signal φ1 bar becomes low level, the control signal φ2 becomes high level, and the control signal φ2 bar also becomes low level. At this time, the transistor DM1 and the transistor CM2 are turned on, and the transistor DM2 and the transistor CM1 are turned off. During this operation, the current flowing through the transistor CM2 is added to the differential current (PD1 current). Specifically, a current of (V1-Vbe) / R is added. Here, V1 is the voltage of the power supply terminal VDD1 with respect to the power supply terminal GND1, Vbe is the base-emitter voltage of the transistor Q3, and R is the resistance value of the resistor R2. This added current needs to be set to a value that causes the current mirror circuit as a load to operate at a sufficiently high speed. When the output voltage VO of the active load is sufficiently inverted, the one-shot delay line DL changes the control signal from the high level to the low level and turns off the transistor CM2. As a result, only the differential current flows to the active load as a steady-state holding current. This holding current only needs to be a sufficiently small value to maintain the output logic.
逆に、入力信号φが低レベルとなり、入力信号φ1バーが高レベルとなる場合には、トランジスタDM2およびトランジスタCM1がオンし、トランジスタDM1およびトランジスタCM2がオフする。この場合には、上述した動作と同様にしてトランジスタCM1を流れる電流が差動電流に加算される。 Conversely, when the input signal φ is at a low level and the input signal φ1 bar is at a high level, the transistor DM2 and the transistor CM1 are turned on, and the transistor DM1 and the transistor CM2 are turned off. In this case, the current flowing through the transistor CM1 is added to the differential current in the same manner as described above.
上述のワンショットディレイラインDLは、例えば入力信号φ1,φ1バーの遷移に応答するRSフリップフロップと所定時間に等しい遅延時間を持つ遅延回路とを組み合わせたオーバーラップ回路で構成でき、これにより簡単に制御信号φ2,φ2バーを得ることができる。制御信号φ2,φ2バーとなるワンショットパルスの生成は基本的にデジタル制御動作であるが、遅延回路は図5に示すように遅延時間を時定数によって得る抵抗とコンデンサのようなアナログ部品で構成することもでき、また図6に示すように論理回路を縦列接続して得ることもできる。 The above-described one-shot delay line DL can be configured by an overlap circuit combining, for example, an RS flip-flop that responds to transitions of the input signals φ1 and φ1 and a delay circuit having a delay time equal to a predetermined time. Control signals φ2 and φ2 bars can be obtained. The generation of the one-shot pulse that becomes the control signals φ2 and φ2 bars is basically a digital control operation, but the delay circuit is composed of analog parts such as a resistor and a capacitor for obtaining a delay time by a time constant as shown in FIG. It is also possible to obtain logic circuits in cascade as shown in FIG.
本実施形態では、電流路生成回路DL,R1,CM1,R2,CM2が入力信号φ1,φ1バーの遷移開始から所定期間だけ一対の差動トランジスタに流れる差動電流を増大させる補助電流路を生成する。アクティブ負荷M1〜M6の状態遷移は入力信号φ1,φ1バーの遷移開始から増大する差動電流によってより短い時間で完了し、レベル変換速度を高速化できる。また、差動電流の増大は所定時間だけに制限されるため、この所定時間をアクティブ負荷M1〜M6の状態遷移必要な時間に基づいて決定することにより、状態遷移の完了後に流れる差動電流を低減し、全体の消費電流を抑えることができる。 In this embodiment, the current path generation circuits DL, R1, CM1, R2, and CM2 generate auxiliary current paths that increase the differential current flowing through the pair of differential transistors for a predetermined period from the start of transition of the input signals φ1 and φ1 bar. To do. The state transition of the active loads M1 to M6 is completed in a shorter time by the differential current that increases from the start of the transition of the input signals φ1 and φ1 bar, and the level conversion speed can be increased. In addition, since the increase in the differential current is limited to a predetermined time, the differential current flowing after the completion of the state transition is determined by determining the predetermined time based on the time required for the state transition of the active loads M1 to M6. This can reduce the overall current consumption.
尚、本発明は上述の実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で様々に変形可能である。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It can deform | transform variously in the range which does not deviate from the summary.
上述の実施形態では、入力信号φ1,φ1バーが相補的な関係で急峻に遷移するデジタル信号であったが、相補的な関係で急峻に遷移するだけでなく緩やかに遷移することもある信号である場合には、図9に示すような正帰還回路PFBを差動対に接続することも可能である。 In the above-described embodiment, the input signals φ1 and φ1 bars are digital signals that transition steeply in a complementary relationship. However, the signals may not only transition steeply in a complementary relationship but may also transition slowly. In some cases, a positive feedback circuit PFB as shown in FIG. 9 can be connected to the differential pair.
また、上述の電流路生成回路は第2電源電圧範囲が第1電源電圧範囲よりも小さなレベル差に設定される場合であっても適用かのうであり、レベル変換速度を高速化させる一方で消費電流を低減するために有効に機能する。 Further, the above-described current path generation circuit can be applied even when the second power supply voltage range is set to a level difference smaller than the first power supply voltage range, and the current consumption is increased while the level conversion speed is increased. It works effectively to reduce
1…FEDパネル、2…Xドライバ、3…Yドライバ、4…映像処理回路、11…表面伝導型電子放出素子、12…蛍光体、Y…走査線、PX…表示画素、IS…定電流源、IV1,IV2…CMOSインバータ、DL…ワンショットディレイライン、Q1,Q2…バイポーラトランジスタ、Q3,Q4…バイポーラトランジスタ、M1〜M10…LDMOSトランジスタ、CM1,CM2…MOSトランジスタ、R1,R2…抵抗。
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