JP2006180033A - Level shifter circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低電圧の信号を、正側および負側の高電圧の信号に変換するレベルシフタ回路に関するものである。 The present invention relates to a level shifter circuit that converts a low-voltage signal into a positive-side and negative-side high-voltage signal.
例えば、液晶ドライバ等のように、ロジック回路用の低電圧の電源VDD−VSS以外の正側および負側の高電圧の電源で動作する回路では、ロジック回路用の低電圧の電源の電圧範囲で動作する信号を、正側および負側の高電圧の電源の電圧範囲で動作する信号にレベルシフトする回路が必要となる。その時、多くのレベルシフタ回路を必要とする構成の場合、そのサイズはコスト上、非常に重要な問題となる。 For example, in a circuit that operates with a positive and negative high-voltage power supply other than a low-voltage power supply VDD-VSS for a logic circuit, such as a liquid crystal driver, the voltage range of the low-voltage power supply for the logic circuit A circuit that shifts the level of an operating signal to a signal that operates in the voltage range of the high-voltage power supply on the positive side and the negative side is required. At that time, in the case of a configuration requiring many level shifter circuits, the size becomes a very important problem in terms of cost.
図4は、従来のレベルシフタ回路の構成を表す一例の回路図である。同図に示すレベルシフタ回路30は、低電圧の電源VDD(高電位)−VSS(低電位)で動作する信号IN,XINを、正側の高電圧の電源VH(高電位)−VSS(低電位)で動作する信号OUT,XOUTに変換するもので、入力段の高耐圧型のN型MOSトランジスタ(以下、NMOSという)22a、22bと、高耐圧型のP型MOSトランジスタ(以下、PMOSという)24a、24bとを備えている。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a configuration of a conventional level shifter circuit. The
ここで、NMOS22a、22bのゲートには、それぞれ信号IN,XINが入力され、そのソースは電源VSSに接続されている。また、PMOS24a、24bのゲートは、各々内部ノードB,Aに接続され、そのソースは電源VHに接続され、そのドレインは各々NMOS22a、22bのドレインに接続されている。そして、内部ノードA,Bから、各々信号XOUT,OUTが出力されている。
Here, the signals IN and XIN are input to the gates of the
以下の説明において、電源VH>電源VDD>電源VSSであり、信号IN,XINのハイレベルは電源VDD、ローレベルは電源VSSの電位、信号OUT,XOUTのハイレベルは電源VH、ローレベルは電源VSSの電位である。 In the following description, the power supply VH> the power supply VDD> the power supply VSS, the high level of the signals IN and XIN is the power supply VDD, the low level is the potential of the power supply VSS, the high levels of the signals OUT and XOUT are the power supply VH, and the low level is the power supply. This is the potential of VSS.
レベルシフタ回路30において、信号INがハイレベル、その反転信号XINがローレベルになると、NMOS22aはオン、NMOS22bはオフとなる。従って、信号XOUTは、NMOS22aを介して電源VSSに接続され、ローレベルとなる。信号XOUTのローレベルによりPMOS24bがオンとなり、信号OUTは、PMOS24bを介して電源VHに接続され、ハイレベルとなる。そして、信号OUTのハイレベルによりPMOS24aはオフとなる。
In the
続いて、信号INがローレベル、信号XINがハイレベルになると、NMOS22aはオフ、NMOS22bはオンとなる。従って、信号OUTは、NMOS22bを介して電源VSSに接続され、ローレベルとなる。信号OUTのローレベルによりPMOS24aがオンとなり、信号XOUTは、PMOS24aを介して電源VHに接続され、ハイレベルとなる。そして、信号XOUTのハイレベルによりPMOS24bがオフとなる。
Subsequently, when the signal IN is at a low level and the signal XIN is at a high level, the
ところで、レベルシフタ回路30では、信号IN,XINが変化する時に、PMOS24aおよびNMOS22a、もしくはPMOS24bおよびNMOS22bが一時的に同時にオン状態となり、電源VHから電源VSSに向かって貫通電流が流れる。例えば、信号INがローレベルからハイレベル、信号XINがハイレベルからローレベルになるとき、NMOS22aがオンとなり、NMOS22bがオフとなるが、この時には、まだPMOS24aはオン状態、PMOS24bはオフ状態である。
By the way, in the
従って、オン状態のPMOS24aおよびNMOS22aを介して、電源VHから電源VSSに向かって貫通電流が流れる。この貫通電流が流れる状態において、NMOS22aのドライブ能力によりPMOS24bのゲートのチャージを引き抜くことによってPMOS24bがオンとなり、オン状態となったPMOS24bを介して信号OUTがハイレベルとなることによってPMOS24aがオフとなり、NMOS22aを介して信号XOUTがローレベルとなる。
Therefore, a through current flows from the power supply VH to the power supply VSS via the PMOS 24a and the NMOS 22a in the on state. In the state where this through current flows, the PMOS 24b is turned on by pulling out the charge of the gate of the
このため、レベルシフタ回路30では、レベルシフト量(VDDとVHとの間の電位差)が大きくなるに従って、入力段のNMOS22a、22bのドライブ能力、すなわち、そのトランジスタサイズを大きくする必要があるという問題点があった。
Therefore, in the
この問題点を改善したものが、図5に示すレベルシフタ回路32である。レベルシフタ回路32は、レベルシフタ回路30において、さらにPMOS24aのドレインと内部ノードAとの間に高耐圧型のPMOS26a、PMOS24bのドレインと内部ノードBとの間に高耐圧型のPMOS26bを各々設け、これらのPMOS26a、26bのゲートに、各々信号IN,XINを接続した構成のものである。
A
レベルシフタ回路32では、PMOSをカスコード接続し、PMOS26a、26bのゲートに各々信号IN,XINを入力することによって、信号INがローレベルからハイレベルとなってNMOS22aがオンとなるときには、PMOS26aがオフとなり、信号XINがローレベルからハイレベルとなってNMOS22bがオンとなるときには、PMOS26bがオフとなる。
In the
例えば、信号INがローレベルからハイレベルになるとき、PMOS26aは、ソースがPMOS24aを介して高電圧の電源VHに接続されているので完全にオフ状態とはならないが、PMOS24a、26aおよびNMOS22aを介して流れる貫通電流を減少させることができる。このため、主となる入力段のNMOS22a、22bのドライブ能力を下げ、そのトランジスタサイズの小さいものを使用することが可能となる。
For example, when the signal IN changes from the low level to the high level, the
上記レベルシフタ回路30,32は、正側のレベルシフタ回路として周知の回路である。この周知の回路形態に従って、低電圧の電源VDD−VSSで動作する信号IN,XINを、負側の高電圧の電源VDD(高電位)−VL(低電位)で動作する信号OUT,XOUTに変換する回路は、PMOSとNMOSとを入れ換え、電源VH−VSSと電源VDD−VLとを入れ換えた構成となる。電源VH>電源VDD>電源VSS>電源VLである。
The
例えば、図6に示すレベルシフタ回路34は、正側の高電圧の電源VH−VSSで動作する信号にレベルシフトを行うレベルシフタ回路32に対して、負側の高電圧の電源VDD−VLで動作する信号にレベルシフトを行うものである。レベルシフタ回路34は、高耐圧型の入力段のPMOS13a、13bと、高耐圧型のNMOS16a、16bと、高耐圧型のNMOS18a、18bとを備えている。
For example, the
また、図7に示すレベルシフタ回路は、低電圧の電源VDD−VSSで動作する信号から、正側および負側の高電圧の電源VH(高電位)−VL(低電位)で動作する信号にレベルシフトを行うものである。図7に示すレベルシフタ回路は、レベルシフタ回路34から出力される信号OUT,XOUTを、レベルシフタ回路32の信号IN,XINとして入力し、レベルシフタ回路32から、正側および負側の高電圧にレベルシフトされた信号OUT,XOUTを出力する。
In addition, the level shifter circuit shown in FIG. 7 changes from a signal operating with the low voltage power supply VDD-VSS to a signal operating with the positive and negative high voltage power supplies VH (high potential) -VL (low potential). A shift is performed. The level shifter circuit shown in FIG. 7 receives signals OUT and XOUT output from the
なお、図7に示すレベルシフタ回路では、レベルシフタ回路32の入力段のNMOS22a、22bのソースは電源VSSではなく、最低電位であるVLに接続されている。
In the level shifter circuit shown in FIG. 7, the sources of the
正側および負側にレベルシフトする回路では、図7に示すレベルシフタ回路のように、負側のレベルシフタ回路34により、低電圧の電源VDD−VSSで動作する信号IN,XINを、負側の高電圧の電源VDD−VLで動作する信号に変換してから、正側のレベルシフタ回路32により、負側の高電圧の電源VDD−VLで動作する信号を、正側および負側の高電圧の電源VH−VLで動作する信号OUT,XOUTに変換する必要がある。
In the circuit that shifts the level to the positive side and the negative side, as in the level shifter circuit shown in FIG. 7, the negative
その理由は、以下の通りである。例えば、高耐圧型のNMOS22aがP基板の上に製造されると、その基板電位は、PN接合が順方向とならないようにするために、最も低い負側の高電圧の電源VLの電位とされる。従って、NMOS22aの基板電位をVLとし、そのソースの電位をVSSとすると、ソースの電位よりも基板電位の方が低くなるため、バックゲートバイアスの影響によってNMOS22aのしきい値電圧が高くなる。
The reason is as follows. For example, when the high-breakdown-
このため、正側のレベルシフタ回路32と負側のレベルシフタ回路34の順序を入れ換えて、初めに、正側のレベルシフタ回路32により、低電圧の電源VDD−VSSで動作する信号IN,XINを、正側の高電圧の電源VH−VSSで動作する信号に変換しようとすると、NMOS22aのしきい値電圧が、信号IN,XINの電位よりも高い場合、動作できない。このため、負側へのレベルシフトを先に行う必要がある。
Therefore, the order of the positive-side
従って、負側の高電圧、もしくは正側および負側の高電圧にレベルシフトを行う回路の場合、主となる入力段のトランジスタが高耐圧型のPMOSとなる。通常、PMOSは、NMOSと比べて移動度が低いため、カスコード接続されたNMOSを追加したとしても、そのトランジスタサイズをかなり大きくする必要がある。従って、多数のレベルシフタ回路を必要とする回路の場合、チップサイズの増大を招き、コストアップにつながるという問題点があった。 Therefore, in the case of a circuit that performs level shift to a negative high voltage or a positive high voltage and a negative high voltage, the main input stage transistor is a high breakdown voltage type PMOS. Normally, the PMOS has a lower mobility than the NMOS, so that even if a cascode-connected NMOS is added, the transistor size needs to be considerably increased. Therefore, in the case of a circuit that requires a large number of level shifter circuits, there is a problem that the chip size is increased and the cost is increased.
本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、入力段のトランジスタのサイズが小さく、コストダウンを実現することができるレベルシフタ回路を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a level shifter circuit that eliminates the problems associated with the prior art, reduces the size of the transistors in the input stage, and realizes cost reduction.
上記目的を達成するために、本発明は、低電圧の電源で動作する信号を、負側の高電圧の電源で動作する信号に変換する負側のレベルシフタ回路であって、
そのゲートが前記低電圧の電源で動作する信号とその反転信号に各々接続され、そのドレインが前記低電圧の電源の高電位に接続され、その基板が前記低電圧の電源の低電位に接続された第1および第2の低耐圧型のN型MOSトランジスタと、
そのゲートが前記第1および第2の低耐圧型のN型MOSトランジスタのソースを前記低電圧の電源の低電位以上の電位にバイアスするためのバイアス信号に接続され、そのソースが前記第1および第2の低耐圧型のN型MOSトランジスタのソースに各々接続され、その基板が前記低電圧の電源の高電位に接続された第1および第2の高耐圧型のP型MOSトランジスタと、
そのゲートが前記第2および第1の高耐圧型のP型MOSトランジスタのドレインに各々接続され、そのソースが前記負側の高電圧の電源の低電位に接続された第3および第4の高耐圧型のN型MOSトランジスタと、
そのゲートが前記低電圧の電源で動作する信号とその反転信号に各々接続され、そのソースが前記第4および第3の高耐圧型のN型MOSトランジスタのドレインに各々接続され、そのドレインが前記第2および第1の高耐圧型のP型MOSトランジスタのドレインに各々接続された第5および第6の高耐圧型のN型MOSトランジスタとを備え、
前記第1および第2の高耐圧型のP型MOSトランジスタのドレインから、前記負側の高電圧の電源で動作する信号とその反転信号が各々出力されることを特徴とするレベルシフタ回路を提供するものである。
In order to achieve the above object, the present invention is a negative level shifter circuit that converts a signal operating with a low voltage power source into a signal operating with a negative high voltage power source,
The gate is connected to the signal operating with the low voltage power supply and the inverted signal thereof, the drain is connected to the high potential of the low voltage power supply, and the substrate is connected to the low potential of the low voltage power supply. First and second low breakdown voltage N-type MOS transistors;
The gate is connected to a bias signal for biasing the sources of the first and second low-breakdown-voltage N-type MOS transistors to a potential equal to or higher than the low potential of the low-voltage power supply. First and second high-breakdown-voltage P-type MOS transistors each connected to the source of a second low-breakdown-voltage N-type MOS transistor and whose substrate is connected to the high potential of the low-voltage power supply;
Third and fourth high-voltage transistors having gates connected to the drains of the second and first high-voltage P-type MOS transistors, respectively, and sources connected to the low potential of the negative high-voltage power source. A breakdown voltage type N-type MOS transistor;
Its gate is connected to the signal operating with the low voltage power supply and its inverted signal, its source is connected to the drains of the fourth and third high voltage N-type MOS transistors, and its drain is said And fifth and sixth high breakdown voltage N-type MOS transistors connected to the drains of the second and first high breakdown voltage P-type MOS transistors, respectively.
Provided is a level shifter circuit characterized in that a signal operating with the negative high-voltage power supply and its inverted signal are respectively output from the drains of the first and second high-breakdown-voltage P-type MOS transistors. Is.
また、本発明は、低電圧の電源で動作する信号を、正側および負側の高電圧の電源で動作する信号に変換するレベルシフタ回路であって、
請求項1に記載の負側のレベルシフタ回路と、該負側のレベルシフタ回路から出力される前記負側の高電圧の電源で動作する信号を、正側および負側の高電圧の電源で動作する信号に変換する正側のレベルシフタ回路とを備え、
前記正側のレベルシフタ回路は、
そのゲートが前記負側のレベルシフタ回路から出力される前記負側の高電圧の電源で動作する信号とその反転信号に各々接続され、そのソースが前記負側の高電圧の電源の低電位に接続された第7および第8の高耐圧型のN型MOSトランジスタと、
そのゲートが前記第7および第8の高耐圧型のN型MOSトランジスタのドレインに各々接続され、そのソースが前記正側の高電圧の電源の高電位に接続された第3および第4のP型MOSトランジスタと、
そのゲートが前記負側のレベルシフタ回路から出力される前記負側の高電圧の電源で動作する信号とその反転信号に各々接続され、そのソースが前記第4および第3のP型MOSトランジスタのドレインに各々接続され、そのドレインが前記第7および第8の高耐圧型のN型MOSトランジスタのドレインに各々接続された高耐圧型の第5および第6のP型MOSトランジスタとを備え、
前記第8および第7の高耐圧型のN型MOSトランジスタのドレインから、前記正側および負側の高電圧の電源で動作する信号とその反転信号が各々出力されることを特徴とするレベルシフタ回路を提供する。
Further, the present invention is a level shifter circuit that converts a signal that operates with a low-voltage power supply into a signal that operates with a positive-side and negative-side high-voltage power supply,
The negative side level shifter circuit according to claim 1 and the signal operating from the negative side high voltage power source output from the negative side level shifter circuit operate from the positive side and negative side high voltage power sources. And a positive level shifter circuit for converting the signal,
The positive level shifter circuit is
The gate is connected to the negative side high voltage power source output from the negative side level shifter circuit and its inverted signal, and the source is connected to the low potential of the negative side high voltage power source. Seventh and eighth high-breakdown-voltage N-type MOS transistors,
Third and fourth Ps whose gates are connected to the drains of the seventh and eighth high-breakdown-voltage N-type MOS transistors, respectively, and whose sources are connected to the high potential of the high-voltage power supply on the positive side. Type MOS transistor;
The gate is connected to a signal operating from the negative high voltage power source output from the negative level shifter circuit and its inverted signal, and its source is the drain of the fourth and third P-type MOS transistors. High breakdown voltage type fifth and sixth P-type MOS transistors each connected to the drains of the seventh and eighth high breakdown voltage type N-type MOS transistors, respectively.
A level shifter circuit characterized in that a signal operating with the positive and negative high voltage power supplies and an inverted signal thereof are respectively output from the drains of the eighth and seventh high breakdown voltage N-type MOS transistors. I will provide a.
低耐圧型のN型MOSトランジスタは、高耐圧型のP型MOSトランジスタと比べて、その移動度が高く、ドライブ能力も大きいため、そのトランジスタサイズを小さくできる。また、主となる入力段のトランジスタがドライブ能力の大きい低耐圧型のN型MOSトランジスタなので、これにカスコード接続されたバイアス用のP型MOSトランジスタのトランジスタサイズも小さくすることができる。 A low-breakdown-voltage N-type MOS transistor has a higher mobility and a higher drive capability than a high-breakdown-voltage P-type MOS transistor, so that the transistor size can be reduced. Further, since the main input stage transistor is a low-breakdown-voltage N-type MOS transistor having a large drive capability, the transistor size of the bias P-type MOS transistor cascode-connected thereto can also be reduced.
従って、本発明によれば、個々のレベルシフタ回路のレイアウトサイズを大幅に縮小することができる。また、多数のレベルシフタ回路を用いるチップにおいて、そのチップサイズを削減することができ、コストダウンを図ることができる。 Therefore, according to the present invention, the layout size of each level shifter circuit can be greatly reduced. Further, in a chip using a large number of level shifter circuits, the chip size can be reduced and the cost can be reduced.
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明のレベルシフタ回路を詳細に説明する。 Hereinafter, a level shifter circuit of the present invention will be described in detail based on a preferred embodiment shown in the accompanying drawings.
図1は、本発明のレベルシフタ回路の構成を表す一実施形態の回路図である。同図に示すレベルシフタ回路10は、低電圧の電源VDD(高電位)−VSS(低電位)で動作する信号IN,XINを、負側の高電圧の電源VDD(高電位)−VL(低電位)で動作する信号OUT,XOUTに変換するもので、入力段の低耐圧型のNMOS12a、12bと、高耐圧型のPMOS14a、14bと、高耐圧型のNMOS16a、16bと、高耐圧型のNMOS18a、18bとを備えている。
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment showing a configuration of a level shifter circuit of the present invention. The
図1に示すレベルシフタ回路10は、図6に示す従来のレベルシフタ回路34に対して本発明を適用したもので、両者の主な違いは、図6に示す入力段の高耐圧型のPMOS13a、13bの代わりに、図1に示す低耐圧型のNMOS12a、12bおよび高耐圧型のPMOS14a、14bを使用している点である。これ以外の両者で同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
The
レベルシフタ回路10において、NMOS12a、12bのゲートは信号IN,XINに各々接続され、そのドレインは電源VDDに接続され、その基板は電源VSSに接続されている。また、PMOS14a、14bは、各々NMOS12a、12bのソースとNMOS18a、18bのドレインとの間に接続され、そのゲートはバイアス信号BIASに接続され、その基板は電源VDDに接続されている。
In the
なお、レベルシフタ回路10では、入力段のNMOS12a、12bがソースホロワ構造となっている。このため、カスコード接続されたNMOS18a、18bのゲートは、図6に示すレベルシフタ回路34とは反転されて各々信号XIN,INに接続され、信号OUT,XOUTも、図6に示すレベルシフタ回路34とは反転されて内部ノードC,Dから各々出力されている。
In the
レベルシフタ回路10において、PMOS14a、14bは、低耐圧型のNMOS12a、12bの耐圧範囲である低電圧の電源VDD−VSSの電圧範囲を超えないように、NMOS12a、12bのソースが、常に電源VSS以上の電位となるようにバイアスするものである。
In the
バイアス信号BIASは、例えば図2の回路によって発生される。図2に示すバイアス発生回路20は、高耐圧型のPMOS28と、定電流源29とを備えている。PMOS28のゲートはドレインに接続され、そのソースおよび基板は電源VSSに接続されている。定電流源29は、PMOS28のドレインと電源VLとの間に接続されている。バイアス信号BIASは、PMOS28のドレインから出力されている。
The bias signal BIAS is generated by, for example, the circuit of FIG. The
バイアス発生回路20において、定電流源29により、電源VSSから電源VLに向かって所定の一定電流を流すと、バイアス信号BIASの電位が、電源VSSよりもPMOS28のしきい値電圧Vthだけ低い電位VSS−Vthの電位に固定される。
In the
レベルシフタ回路10において、バイアス信号BIASとして電位VSS−Vthが入力されると、PMOS14a、14bは、各々NMOS12a、12bのソースを電源VSSにバイアスする。例えば、INがVDDレベルのとき、NMOS12aは深くバイアスされ、PMOS14aのソース電位と自身のソース電位を持ち上げる。そのため、NMOS12a、PMOS14aともに深くバイアスされ、電流を流し込むことによってC点電位を持ち上げる。逆に、NMOS12b側のXINはVSSレベルなのでオフとなり、電流が流れずNMOS12bのソースはVSS電位付近を保持する。このため、NMOS12a、12bのソースは、常に電源VSS以上の電位に保持される。
When the potential VSS-Vth is input as the bias signal BIAS in the
なお、図2に示すバイアス発生回路20は、バイアス信号BIASを発生する回路の一例を示すもので、本発明のレベルシフタ回路で用いられるバイアス発生回路は、図2のものに限定されることなく、同様の機能を果たす各種構成のものが利用可能である。また、バイアス発生回路20は、各々のレベルシフタ回路10に対して1つずつ設けても良いし、複数のレベルシフタ回路10に対して1つだけ設けても良い。
2 shows an example of a circuit that generates the bias signal BIAS, and the bias generation circuit used in the level shifter circuit of the present invention is not limited to that shown in FIG. Various configurations having similar functions can be used. One
次に、レベルシフタ回路10の動作を説明する。
Next, the operation of the
以下の説明において、電源VDD>電源VSS>電源VLであり、信号IN,XINのハイレベルは電源VDD、ローレベルは電源VSSの電位、信号OUT,XOUTのハイレベルは電源VDD、ローレベルは電源VLの電位である。 In the following description, the power supply VDD> the power supply VSS> the power supply VL, the high level of the signals IN and XIN is the power supply VDD, the low level is the potential of the power supply VSS, the high levels of the signals OUT and XOUT are the power supply VDD, and the low level is the power supply. This is the potential of VL.
レベルシフタ回路10において、信号INがハイレベル、その反転信号XINがローレベルになると、NMOS12a、18bはオン、NMOS12b、18aはオフとなる。従って、信号OUTは、NMOS12aおよびPMOS14aを介して電源VDD付近に持ち上げられ、ハイレベルとなる。信号OUTのハイレベルによりNMOS16bがオンとなり、信号XOUTは、NMOS16b、18bを介して電源VLに接続され、ローレベルとなる。そして、信号XOUTのローレベルによりNMOS16aはオフとなる。
In the
続いて、信号INがローレベル、信号XINがハイレベルになると、NMOS12a、18bはオフ、NMOS12b、18aはオンとなる。従って、信号XOUTは、NMOS12bおよびPMOS14bを介して電源VDD付近に持ち上げられ、ハイレベルとなる。信号XOUTのハイレベルによりNMOS16aがオンとなり、信号OUTは、NMOS16a、18aを介して電源VLに接続され、ローレベルとなる。そして、信号OUTのローレベルによりNMOS16bはオフとなる。
Subsequently, when the signal IN is at a low level and the signal XIN is at a high level, the
次に、低電圧の電源VDD−VSSで動作する信号から、正側および負側の高電圧の電源VH−VLで動作する信号にレベルシフトを行うレベルシフタ回路について説明する。 Next, a level shifter circuit that performs a level shift from a signal that operates with a low-voltage power supply VDD-VSS to a signal that operates with a positive-side and negative-side high-voltage power supply VH-VL will be described.
図3に示すレベルシフタ回路は、低電圧の電源VDD(高電位)−VSS(低電位)で動作する信号IN,XINを、正側および負側の高電圧の電源VH(高電位)−VL(低電位)で動作する信号OUT,XOUTに変換するもので、図1に示す負側のレベルシフタ回路10から出力される信号OUT,XOUTを、図5に示す正側のレベルシフタ回路32の信号XIN,INとして入力し、レベルシフタ回路32から、正負両側の高電圧にレベルシフトされた信号OUT,XOUTを出力する。
The level shifter circuit shown in FIG. 3 uses signals IN and XIN operating with a low voltage power supply VDD (high potential) −VSS (low potential) as a positive and negative high voltage power supply VH (high potential) −VL ( Signal OUT, XOUT output from the negative
図3に示すレベルシフタ回路は、図7に示す従来のレベルシフタ回路に対して本発明を適用したもので、両者の主な違いは、レベルシフタ回路34の代わりに、レベルシフタ回路10を使用している点である。前述の通り、レベルシフタ回路10は、NMOS13a、13bの代わりに、NMOS12a、12bおよびPMOS14a、14bを使用する。以下、両者で同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
The level shifter circuit shown in FIG. 3 is obtained by applying the present invention to the conventional level shifter circuit shown in FIG. 7. The main difference between the two is that the
なお、図3に示すレベルシフタ回路においても、レベルシフタ回路32の入力段のNMOS22a、22bのソースは電源VSSではなく、最低電位である電源VLに接続されている。
In the level shifter circuit shown in FIG. 3 as well, the sources of the
また、前述のように、レベルシフタ回路10から出力される信号OUT,XOUTは、レベルシフタ回路34から出力される信号OUT,XOUTとは逆となる。このため、図3に示すレベルシフタ回路では、図7に示すレベルシフタ回路の場合とは逆に、レベルシフタ回路10から出力される信号OUT,XOUTが、レベルシフタ回路32の信号XIN,INとして入力され、図3に示すレベルシフタ回路32から出力される信号OUT,XOUTは、図7に示すレベルシフタ回路32から出力される信号OUT,XOUTとは逆になっている。
Further, as described above, the signals OUT and XOUT output from the
なお、レベルシフタ回路10の動作は、図1の場合と同じである。また、レベルシフタ回路32の動作は、信号IN,XINとして逆の信号が入力され、信号OUT,XOUTとして逆の信号が出力される点を除いて図5に示すものと同様である。
The operation of the
PMOS14a、14bを設けることによって、主となる入力段のトランジスタを、その耐圧範囲である電源VDD−VSSの電圧範囲で動作させることができるため、主となる入力段のトランジスタとして低耐圧型のNMOS12a、12bを使用することができる。
By providing the
低耐圧型のNMOS12a、12bは、図6に示す高耐圧型のPMOS13a、13bと比べて、その移動度が高く、ドライブ能力も大きい。このため、NMOS12a、12bのトランジスタサイズを小さくできる。また、主となる入力段のトランジスタがドライブ能力の大きい低耐圧型のNMOS12a、12bなので、NMOS12a、12bにカスコード接続されたPMOS14a、14bのトランジスタサイズも小さくすることができる。
The low breakdown
より具体的には、図1に示すNMOS12a、12bおよびPMOS14a、14bの合計のトランジスタサイズは、図6に示すPMOS13a、13bの合計のトランジスタサイズよりも小さい。例えば、0.35μm、LV/HV=3.3V/18Vのプロセスでの比較で、本発明のレベルシフタ回路は、従来のレベルシフタ回路よりも約40%のレイアウトシュリンクが可能である。
More specifically, the total transistor size of the
従って、本発明のレベルシフタ回路を用いることによって、個々のレベルシフタ回路のレイアウトサイズを大幅に縮小することができる。その結果、多数のレベルシフタ回路を用いるチップのチップサイズを削減することができ、コストダウンを図ることができる。 Therefore, by using the level shifter circuit of the present invention, the layout size of each level shifter circuit can be greatly reduced. As a result, the chip size of a chip using a large number of level shifter circuits can be reduced, and the cost can be reduced.
本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明のレベルシフタ回路について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
The present invention is basically as described above.
The level shifter circuit according to the present invention has been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes may be made without departing from the spirit of the present invention. .
10、30、32、34 レベルシフタ回路
12a、12b 低耐圧型のN型MOSトランジスタ
13a、13b、14a、14b、24a、24b、26a、26b、28 高耐圧型のP型MOSトランジスタ
16a、16b、18a、18b、22a、22b 高耐圧型のN型MOSトランジスタ
20 バイアス発生回路
29 定電流源
10, 30, 32, 34
Claims (2)
そのゲートが前記低電圧の電源で動作する信号とその反転信号に各々接続され、そのドレインが前記低電圧の電源の高電位に接続され、その基板が前記低電圧の電源の低電位に接続された第1および第2の低耐圧型のN型MOSトランジスタと、
そのゲートが前記第1および第2の低耐圧型のN型MOSトランジスタのソースを前記低電圧の電源の低電位以上の電位にバイアスするためのバイアス信号に接続され、そのソースが前記第1および第2の低耐圧型のN型MOSトランジスタのソースに各々接続され、その基板が前記低電圧の電源の高電位に接続された第1および第2の高耐圧型のP型MOSトランジスタと、
そのゲートが前記第2および第1の高耐圧型のP型MOSトランジスタのドレインに各々接続され、そのソースが前記負側の高電圧の電源の低電位に接続された第3および第4の高耐圧型のN型MOSトランジスタと、
そのゲートが前記低電圧の電源で動作する信号とその反転信号に各々接続され、そのソースが前記第4および第3の高耐圧型のN型MOSトランジスタのドレインに各々接続され、そのドレインが前記第2および第1の高耐圧型のP型MOSトランジスタのドレインに各々接続された第5および第6の高耐圧型のN型MOSトランジスタとを備え、
前記第1および第2の高耐圧型のP型MOSトランジスタのドレインから、前記負側の高電圧の電源で動作する信号とその反転信号が各々出力されることを特徴とするレベルシフタ回路。 A negative level shifter circuit that converts a signal that operates with a low-voltage power source into a signal that operates with a negative high-voltage power source,
The gate is connected to the signal operating with the low voltage power supply and the inverted signal thereof, the drain is connected to the high potential of the low voltage power supply, and the substrate is connected to the low potential of the low voltage power supply. First and second low breakdown voltage N-type MOS transistors;
The gate is connected to a bias signal for biasing the sources of the first and second low-breakdown-voltage N-type MOS transistors to a potential equal to or higher than the low potential of the low-voltage power supply. First and second high-breakdown-voltage P-type MOS transistors each connected to the source of a second low-breakdown-voltage N-type MOS transistor and whose substrate is connected to the high potential of the low-voltage power supply;
Third and fourth high-voltage transistors having gates connected to the drains of the second and first high-voltage P-type MOS transistors, respectively, and sources connected to the low potential of the negative high-voltage power source. A breakdown voltage type N-type MOS transistor;
Its gate is connected to the signal operating with the low voltage power supply and its inverted signal, its source is connected to the drains of the fourth and third high voltage N-type MOS transistors, and its drain is said And fifth and sixth high breakdown voltage N-type MOS transistors connected to the drains of the second and first high breakdown voltage P-type MOS transistors, respectively.
A level shifter circuit characterized in that a signal operating with the negative high-voltage power supply and its inverted signal are output from the drains of the first and second high-breakdown-voltage P-type MOS transistors, respectively.
請求項1に記載の負側のレベルシフタ回路と、該負側のレベルシフタ回路から出力される前記負側の高電圧の電源で動作する信号を、正側および負側の高電圧の電源で動作する信号に変換する正側のレベルシフタ回路とを備え、
前記正側のレベルシフタ回路は、
そのゲートが前記負側のレベルシフタ回路から出力される前記負側の高電圧の電源で動作する信号とその反転信号に各々接続され、そのソースが前記負側の高電圧の電源の低電位に接続された第7および第8の高耐圧型のN型MOSトランジスタと、
そのゲートが前記第7および第8の高耐圧型のN型MOSトランジスタのドレインに各々接続され、そのソースが前記正側の高電圧の電源の高電位に接続された第3および第4のP型MOSトランジスタと、
そのゲートが前記負側のレベルシフタ回路から出力される前記負側の高電圧の電源で動作する信号とその反転信号に各々接続され、そのソースが前記第4および第3のP型MOSトランジスタのドレインに各々接続され、そのドレインが前記第7および第8の高耐圧型のN型MOSトランジスタのドレインに各々接続された高耐圧型の第5および第6のP型MOSトランジスタとを備え、
前記第8および第7の高耐圧型のN型MOSトランジスタのドレインから、前記正側および負側の高電圧の電源で動作する信号とその反転信号が各々出力されることを特徴とするレベルシフタ回路。 A level shifter circuit that converts a signal that operates with a low-voltage power source into a signal that operates with a positive-side and negative-side high-voltage power source,
The negative side level shifter circuit according to claim 1 and the signal operating from the negative side high voltage power source output from the negative side level shifter circuit operate from the positive side and negative side high voltage power sources. And a positive level shifter circuit for converting the signal,
The positive level shifter circuit is
The gate is connected to the negative side high voltage power source output from the negative side level shifter circuit and its inverted signal, and the source is connected to the low potential of the negative side high voltage power source. Seventh and eighth high-breakdown-voltage N-type MOS transistors,
Third and fourth Ps whose gates are connected to the drains of the seventh and eighth high-breakdown-voltage N-type MOS transistors, respectively, and whose sources are connected to the high potential of the high-voltage power supply on the positive side. Type MOS transistor;
The gate is connected to a signal operating from the negative high voltage power source output from the negative level shifter circuit and its inverted signal, and its source is the drain of the fourth and third P-type MOS transistors. High breakdown voltage type fifth and sixth P-type MOS transistors each connected to the drains of the seventh and eighth high breakdown voltage type N-type MOS transistors, respectively.
A level shifter circuit characterized in that a signal operating with the positive and negative high voltage power supplies and an inverted signal thereof are respectively output from the drains of the eighth and seventh high breakdown voltage N-type MOS transistors. .
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