JP2007019702A - Level setting circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a level setting circuit capable of setting a signal at a specified level and outputting it, and reducing a variation in setting level caused by a process variance. <P>SOLUTION: An emitter follower uses a bipolar transistor Q2 having a base for an input and an emitter for an output, wherein a first load resistance 2 connects the base and the emitter of the bipolar transistor Q2, and a second load resistance 3 connects specific potential connected with the collector side of the bipolar transistor Q2 to the base. A switch SW1 is connected to the base of the bipolar transistor Q2 in series. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、一般にレベル設定回路に関し、より特定的には信号を所定のレベルに設定して出力させることができ、かつ、プロセスばらつきによる設定レベルのばらつきを小さくすることができるように改良されたレベル設定回路に関する。   The present invention generally relates to a level setting circuit, and more specifically, has been improved so that a signal can be set to a predetermined level and output, and variation in setting level due to process variation can be reduced. The present invention relates to a level setting circuit.

集積回路の製造プロセスの微細化や高機能化は、電源電圧の低電圧化を可能にしている。電子デバイスの低消費電力動作の需要は高まるばかりであり、この流れは必然的なものである。しかし、電源電圧の低電圧化は、わずかな電源変動が招く回路の誤動作に象徴されるように、回路の電圧余裕の低下にも直結する。回路設計者は、厳しい電圧余裕の制約下で、所定の機能を具備する回路の設計に挑戦している。   The miniaturization and higher functionality of the manufacturing process of integrated circuits make it possible to lower the power supply voltage. The demand for low power consumption operation of electronic devices is only increasing, and this trend is inevitable. However, lowering the power supply voltage directly leads to a decrease in the voltage margin of the circuit, as symbolized by a malfunction of the circuit caused by a slight power supply fluctuation. Circuit designers are challenged to design a circuit having a predetermined function under the constraint of strict voltage margin.

信号を所定のレベルに設定して出力させる回路は、次段回路の入力信号を所定のレベルに設定するために、一般的に用いられる機能である。   A circuit that outputs a signal set to a predetermined level is a function that is generally used to set an input signal of a next-stage circuit to a predetermined level.

簡単なレベル設定回路を図8に示す。これは、NPNトランジスタQ12のベースに入力信号端子11、エミッタに出力信号端子10と電流源Is12が接続され、入力信号を負にシフトさせてエミッタに出力するエミッタフォロワである。電流源Is12の電流値を変化させると、NPNトランジスタQ12のベース・エミッタ間電圧VBEが変化し、出力信号の入力信号に対するシフト量、つまり、出力信号の設定レベルが変化する。   A simple level setting circuit is shown in FIG. This is an emitter follower in which the input signal terminal 11 is connected to the base of the NPN transistor Q12, the output signal terminal 10 and the current source Is12 are connected to the emitter, and the input signal is shifted negatively and output to the emitter. When the current value of the current source Is12 is changed, the base-emitter voltage VBE of the NPN transistor Q12 is changed, and the shift amount of the output signal with respect to the input signal, that is, the set level of the output signal is changed.

図9は、図8の回路を差動動作回路の出力として適用したものである。この回路は、エミッタが共通に接続されたNPNトランジスタ対Q11(Q11a、Q11b)と電流源Is11を有し、それぞれのコレクタにエミッタフォロワを形成するNPNトランジスタQ12a、Q12bが接続されている。また、NPNトランジスタQ11a、Q11bのそれぞれのコレクタには負荷抵抗13a、13bが接続されており、負荷抵抗13a、13bはその一端が電源電圧に接続された負荷抵抗14の他端で共通に接続されている。NPNトランジスタQ12a、Q12bのそれぞれのエミッタに出力信号端子10a、10bが接続されている。11a、11bは入力信号端子である。   FIG. 9 is an application of the circuit of FIG. 8 as the output of the differential operation circuit. This circuit includes an NPN transistor pair Q11 (Q11a, Q11b) and a current source Is11, the emitters of which are connected in common, and NPN transistors Q12a, Q12b that form an emitter follower at each collector. Also, load resistors 13a and 13b are connected to the collectors of the NPN transistors Q11a and Q11b, respectively, and the load resistors 13a and 13b are connected in common at the other end of the load resistor 14 whose one end is connected to the power supply voltage. ing. Output signal terminals 10a and 10b are connected to respective emitters of NPN transistors Q12a and Q12b. Reference numerals 11a and 11b denote input signal terminals.

前記と同様の原理から、電流源Is12a、Is12bの電流値によって、出力信号の差動負荷電圧に対するシフト量、つまり、出力信号の設定レベルが変化する。さらに、負荷抵抗13a、13b、14の抵抗値を変化させると、出力信号の振幅および設定レベルが変化する。   Based on the same principle as described above, the shift amount of the output signal with respect to the differential load voltage, that is, the set level of the output signal changes depending on the current values of the current sources Is12a and Is12b. Further, when the resistance values of the load resistors 13a, 13b, and 14 are changed, the amplitude and set level of the output signal are changed.

図10は、特許文献1で開示された回路である。ソースが共通に接続された電界効果トランジスタ対と電流源を3組有し、1組の電界効果トランジスタ対Q11のゲートに入力信号端子対11a、11b、ドレインに出力信号端子対10a、10bが接続されている。電界効果トランジスタ対Q21、Q22の一方のトランジスタQ21a、Q22aにおいて、ゲートに同一の制御信号端子20a、ドレインにそれぞれ出力信号端子10a、電源電圧が接続されている。電界効果トランジスタ対Q21、Q22の他方のトランジスタQ21b、Q22bにおいて、ゲートに同一の制御信号端子20b、ドレインにそれぞれ電源電圧、出力信号端子10bが接続されている。また、出力信号端子10a、10bはそれぞれ、一端が電源電圧である負荷抵抗13a、13bの他端に接続されている。Is11,21,22は電流源である。   FIG. 10 shows a circuit disclosed in Patent Document 1. Three pairs of field effect transistor pairs and current sources having a common source connected to each other, input signal terminal pairs 11a and 11b are connected to the gates of one field effect transistor pair Q11, and output signal terminal pairs 10a and 10b are connected to the drains. Has been. In one transistor Q21a, Q22a of the field effect transistor pair Q21, Q22, the same control signal terminal 20a is connected to the gate, and the output signal terminal 10a and the power supply voltage are connected to the drain, respectively. In the other transistor Q21b, Q22b of the field effect transistor pair Q21, Q22, the same control signal terminal 20b is connected to the gate, and the power supply voltage and the output signal terminal 10b are connected to the drain, respectively. The output signal terminals 10a and 10b are respectively connected to the other ends of the load resistors 13a and 13b, each having a power supply voltage. Is11, 21, 22 are current sources.

制御信号を変化させると、電界効果トランジスタ対Q21、Q22に流れる電流の電流値が、つまり負荷抵抗13a、13bに流れる電流の電流値が変化し、差動負荷電圧すなわち出力電圧のレベルが変化する。さらに、負荷抵抗13a、13bの抵抗値や、電流源Is11の電流値を変化させると、出力信号の振幅およびレベルが変化する。   When the control signal is changed, the current value of the current flowing through the field effect transistor pair Q21 and Q22, that is, the current value of the current flowing through the load resistors 13a and 13b is changed, and the level of the differential load voltage, that is, the output voltage is changed. . Furthermore, when the resistance values of the load resistors 13a and 13b and the current value of the current source Is11 are changed, the amplitude and level of the output signal change.

特開平9−18329号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-18329

一般に、集積回路の製造プロセスにおいては、ドーピングプロファイルやドーパントの拡散距離の不均一さ、アラインメントの精度などに起因するばらつき(以下プロセスばらつき)が生じる。プロセスばらつきは、特に、電界効果トランジスタのしきい値や受動素子である抵抗の絶対値などに大きなばらつきを与える。   In general, in an integrated circuit manufacturing process, variations (hereinafter referred to as process variations) due to non-uniformity in doping profiles, dopant diffusion distances, alignment accuracy, and the like occur. The process variation particularly gives a large variation in the threshold value of the field effect transistor and the absolute value of the resistance which is a passive element.

上記に例示された従来の回路においては、信号を所定のレベルに設定して出力させる上で、次のような課題が挙げられる。   In the conventional circuit exemplified above, there are the following problems in setting and outputting a signal at a predetermined level.

負荷抵抗として拡散抵抗や多結晶シリコン抵抗を用いる場合、抵抗の絶対値は、プロセスばらつきによって一般に10%以上ものばらつき(以下特に抵抗ばらつき)が与えられる。そのため、少なくともウェハ間やロット間で、出力レベルが抵抗の絶対値で決定される従来の回路において、出力レベルには意図しない大きなばらつきが生じる。特に、次段回路が動作入力電圧範囲や電圧余裕の小さい回路である場合、出力信号のわずかな設定レベルのズレが致命的となって、回路の誤動作の要因となりうる。   When a diffused resistor or a polycrystalline silicon resistor is used as the load resistor, the absolute value of the resistor is generally given a variation of 10% or more (hereinafter, particularly resistance variation) due to process variations. For this reason, in the conventional circuit in which the output level is determined by the absolute value of the resistance at least between wafers and lots, an unintended large variation occurs in the output level. In particular, when the next-stage circuit is a circuit with a small operating input voltage range and a small voltage margin, a slight deviation in the output signal level can be fatal and cause malfunction of the circuit.

一方、負荷抵抗として三極管領域で動作する電界効果トランジスタを用いる場合、プロセスばらつきに起因するしきい値ばらつきによって、出力信号の設定レベルは大きくばらつくことになる。負荷抵抗としてベースとコレクタが接続されたバイポーラトランジスタを用いる場合、プロセスばらつきによる設定レベルのばらつきこそ比較的小さいものの、負荷抵抗間の電圧降下がVBE(一般に0.7V以上)程度あり、所定の値まで小さくすることはできず、必ずしも低電圧動作に適した負荷抵抗であるとはいい難い。   On the other hand, when a field effect transistor that operates in the triode region is used as the load resistance, the set level of the output signal varies greatly due to threshold variations caused by process variations. When a bipolar transistor having a base and a collector connected as a load resistance is used, the variation in setting level due to process variations is relatively small, but the voltage drop between the load resistors is about VBE (generally 0.7 V or more), and a predetermined value. It cannot be said that the load resistance is suitable for low voltage operation.

負荷抵抗を必要としない図8のレベル設定回路は、(A)差動信号のレベル設定に向かない、(B)電流源の電流値によって変化する出力信号の設定レベルは十分大きくない、という課題がある。一方、図9や図10の装置には、既述のようにプロセスばらつきに起因する出力信号の設定レベルのばらつきが問題となり、特に図10の装置は(A)素子数が多く消費電力も大きい、(B)プロセスばらつきを補償する精度の高い制御信号が必要となる、という別の課題も存在する。   The level setting circuit of FIG. 8 that does not require a load resistance is not suitable for (A) differential signal level setting, and (B) the output signal setting level that changes depending on the current value of the current source is not sufficiently high. There is. On the other hand, in the devices of FIGS. 9 and 10, there is a problem of variation in the setting level of the output signal due to process variation as described above. In particular, the device of FIG. 10 has (A) a large number of elements and large power consumption. (B) There is another problem that a highly accurate control signal that compensates for process variations is required.

以上より、(A)差動信号にも適用できる、(B)出力レベルの設定可能範囲が比較的大きい、(C)プロセスばらつきによる設定レベルのばらつきが小さい、(D)構成する素子数が少ない、などの条件が、低電圧動作や低消費電力動作に適したレベル設定回路といえる。   As described above, (A) applicable to differential signals, (B) output level settable range is relatively large, (C) variation in setting level due to process variation is small, and (D) the number of constituent elements is small. The level setting circuit is suitable for low voltage operation and low power consumption operation.

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、信号を所定のレベルに設定して出力させることができるレベル設定回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a level setting circuit capable of setting a signal to a predetermined level and outputting it.

この発明の他の目的は、低電圧動作や低消費電力動作に適したレベル設定回路を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a level setting circuit suitable for low voltage operation and low power consumption operation.

この発明の他の目的は、差動信号にも適用できるレベル設定回路を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a level setting circuit that can also be applied to differential signals.

この発明の他の目的は、出力レベルの設定可能範囲が比較的大きいレベル設定回路を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a level setting circuit having a relatively large output level setting range.

この発明の他の目的は、プロセスばらつきによる設定レベルのばらつきが小さいレベル設定回路を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a level setting circuit in which variations in setting levels due to process variations are small.

この発明の他の目的は、構成する素子数が少ないレベル設定回路を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a level setting circuit having a small number of elements.

この発明に従うレベル設定回路は、ベースを入力、エミッタを出力とするバイポーラトランジスタを用いたエミッタフォロワにおいて、上記ベースと上記エミッタとを接続する第1の負荷抵抗と、コレクタ側へとつながる所定電位と上記ベースとを接続する第2の負荷抵抗と、上記ベースに直列に接続されたスイッチとを有することを特徴とする。   According to the level setting circuit of the present invention, in an emitter follower using a bipolar transistor having a base as an input and an emitter as an output, a first load resistor connecting the base and the emitter, and a predetermined potential connected to the collector side It has the 2nd load resistance which connects the said base, and the switch connected in series to the said base, It is characterized by the above-mentioned.

好ましい実施態様によれば、上記スイッチは、スイッチ用トランジスタで構成され、上記バイポーラトランジスタのベースと、上記スイッチ用トランジスタのコレクタあるいはドレインとが接続される。   According to a preferred embodiment, the switch comprises a switching transistor, and the base of the bipolar transistor is connected to the collector or drain of the switching transistor.

この場合、好ましくは、上記バイポーラトランジスタのコレクタと上記所定電位とを接続する第3の負荷抵抗を有する。   In this case, it preferably has a third load resistor connecting the collector of the bipolar transistor and the predetermined potential.

上記バイポーラトランジスタのコレクタと上記所定電位とを接続するダイオードを有してもよい。   A diode may be provided for connecting the collector of the bipolar transistor and the predetermined potential.

また、上記バイポーラトランジスタのエミッタと、上記第1の負荷抵抗のエミッタ側の一端とを接続するダイオードを有してもよい。   Further, a diode may be provided that connects the emitter of the bipolar transistor and one end of the first load resistor on the emitter side.

他の好ましい実施態様によれば、上記スイッチは、エミッタあるいはソースが共通に接続された一対の第1および第2スイッチ用トランジスタで構成される。上記第1の負荷抵抗と上記第2の負荷抵抗を有する上記バイポーラトランジスタは一対設けられ、一方のバイポーラトランジスタのベースと、上記第1のスイッチ用トランジスタのコレクタあるいはドレインとが接続され、他方のバイポーラトランジスタのベースと、上記第2のスイッチ用トランジスタのコレクタあるいはドレインとが接続される。   According to another preferred embodiment, the switch is composed of a pair of first and second switching transistors having emitters or sources connected in common. A pair of the bipolar transistors having the first load resistance and the second load resistance are provided, the base of one bipolar transistor and the collector or drain of the first switch transistor are connected, and the other bipolar transistor is connected. The base of the transistor is connected to the collector or drain of the second switching transistor.

この場合、好ましくは、上記一対のバイポーラトランジスタのそれぞれのコレクタと上記所定電位とを接続する一対の第3の負荷抵抗を有する。   In this case, it preferably has a pair of third load resistors that connect the collectors of the pair of bipolar transistors and the predetermined potential.

上記一対のバイポーラトランジスタのそれぞれのコレクタと上記所定電位とを接続する一対のダイオードを有してもよい。   You may have a pair of diode which connects each collector of said pair of bipolar transistor, and said predetermined potential.

また、上記一対のバイポーラトランジスタのそれぞれのエミッタと、それぞれの上記第1の負荷抵抗のエミッタ側の一端とを接続する一対のダイオードを有してもよい。   Moreover, you may have a pair of diode which connects each emitter of a pair of said bipolar transistor, and one end by the side of the emitter of each said 1st load resistance.

本発明により、シングルエンド入力信号にも差動入力信号にも適用でき、出力レベルの設定可能範囲が比較的大きく、かつ、プロセスばらつきによる設定レベルのばらつきが小さいレベル設定回路を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to realize a level setting circuit that can be applied to both a single-ended input signal and a differential input signal, has a relatively large output level setting range, and a small setting level variation due to process variations. .

また、本発明により、出力信号のレベル設定に必要な負荷抵抗間の電圧降下を所定の値に制御することができ、素子数が少なく簡単な構成であることから、低電圧動作や低消費電力動作に適したレベル設定回路を実現することができる。   In addition, according to the present invention, the voltage drop between the load resistors necessary for setting the level of the output signal can be controlled to a predetermined value, and since the number of elements is simple and the configuration is low, low voltage operation and low power consumption are achieved. A level setting circuit suitable for the operation can be realized.

以下、この発明の実施例を図面を用いて説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明にかかるレベル設定回路の構成を端的に示した回路である。NPNトランジスタQ2のエミッタに出力信号端子0と電流源Is2が接続されている。また、ベースとエミッタとを接続する第1の負荷抵抗2、電源電位とベースとを接続する第2の負荷抵抗3、ベースに直列に接続されたスイッチSW1とから構成されている。   FIG. 1 is a circuit that briefly shows the configuration of a level setting circuit according to the present invention. The output signal terminal 0 and the current source Is2 are connected to the emitter of the NPN transistor Q2. The first load resistor 2 connects the base and the emitter, the second load resistor 3 connects the power supply potential and the base, and the switch SW1 is connected in series to the base.

本実施例のレベル設定回路を具体化した例を図2に示す。図1のレベル設定回路におけるスイッチSW1として、上記NPNトランジスタQ2のベースに直列に接続されたスイッチ用トランジスタQ1を用いており、当該スイッチ用トランジスタQ1のベースが入力信号端子1となっている。スイッチ用トランジスタQ1は、図のようにバイポーラトランジスタで構成してもよいし、電界効果トランジスタで構成してもよい。以下、本発明にかかるレベル設定回路の動作を、図2のレベル設定回路を用いて説明する。   A specific example of the level setting circuit of this embodiment is shown in FIG. As the switch SW1 in the level setting circuit of FIG. 1, a switching transistor Q1 connected in series to the base of the NPN transistor Q2 is used, and the base of the switching transistor Q1 serves as the input signal terminal 1. The switch transistor Q1 may be formed of a bipolar transistor as shown in the figure, or may be formed of a field effect transistor. The operation of the level setting circuit according to the present invention will be described below using the level setting circuit of FIG.

電流源Is2の電流値を変化させることにより、NPNトランジスタQ2のベース・エミッタ間電圧VBEを変化させ、出力信号のスイッチ用トランジスタQ1のコレクタ電位に対するシフト量を変化させることができる。しかし、先の(B)で述べたように、電流源Is2の電流値を大きく変化させたとしても、当該シフト量は高々電流変化量の対数に相当する程度であり、例えば−1.0V程度(−VBEの約1.2〜1.5倍)シフトさせることは困難である。このことは、出力レベルの設定可能範囲が制約されることを意味する。   By changing the current value of the current source Is2, the base-emitter voltage VBE of the NPN transistor Q2 can be changed, and the shift amount of the output signal with respect to the collector potential of the switching transistor Q1 can be changed. However, as described in (B) above, even if the current value of the current source Is2 is greatly changed, the shift amount is at most equivalent to the logarithm of the current change amount, for example, about -1.0V. It is difficult to shift (about 1.2 to 1.5 times -VBE). This means that the settable range of the output level is restricted.

ここで、第1の負荷抵抗2の抵抗値をr2、第2の負荷抵抗3の抵抗値をr3とする。抵抗値r2を十分高くし、第1の負荷抵抗2に流れる電流をNPNトランジスタQ2のコレクタ・エミッタ間に流れる電流より十分小さくなるように設定すれば、出力信号のオンレベルの電源電圧に対するシフト量は−(1+r3/r2)VBEで表されることになる(定量的な説明は後述)。   Here, the resistance value of the first load resistor 2 is r2, and the resistance value of the second load resistor 3 is r3. If the resistance value r2 is made sufficiently high and the current flowing through the first load resistor 2 is set to be sufficiently smaller than the current flowing between the collector and emitter of the NPN transistor Q2, the amount of shift of the on level of the output signal with respect to the power supply voltage Is represented by-(1 + r3 / r2) VBE (quantitative explanation will be described later).

したがって、図1に示した比較的構成素子の少ない回路構成を用いることにより、電流源Is2が正常動作から外れないだけの十分な電圧が確保される範囲において、r3/r2を設定すれば、出力レベルの設定可能範囲を比較的大きくすることができる。   Therefore, if r3 / r2 is set within a range in which a sufficient voltage is secured so that the current source Is2 does not deviate from the normal operation by using the circuit configuration shown in FIG. The level setting range can be made relatively large.

また、本実施例の回路構成を用いることの最大の特徴は、上記シフト量が抵抗値の絶対値ではなく抵抗値の比率で決定されることにある。つまり、抵抗ばらつきによって抵抗値が10%以上ばらついたとしても、上記シフト量はほぼ一定値に設定される。   The greatest feature of using the circuit configuration of this embodiment is that the shift amount is determined not by the absolute value of the resistance value but by the ratio of the resistance value. That is, even if the resistance value varies by 10% or more due to resistance variation, the shift amount is set to a substantially constant value.

なお、プロセスばらつきによる能動素子の特性値ばらつきは不可避のものであるが、一般にプロセスばらつきはレベル設定回路の前後に接続する回路を構成する能動素子の特性値も同一方向にばらつくため、設定レベルのばらつきに対してそれほど深刻な事態をもたらすものではない。少なくとも、抵抗ばらつきによる上記シフト量のばらつきを極めて小さくできることは、結果的にプロセスばらつきがもたらす設定レベルの(意図しない)ばらつきをより抑制する効果に直結する。   The variation in the characteristic value of the active element due to the process variation is unavoidable, but in general, the variation in the process causes the characteristic value of the active element constituting the circuit connected before and after the level setting circuit to vary in the same direction. It does not cause a serious situation with respect to variation. At least the variation in the shift amount due to the resistance variation can be extremely reduced, which results in an effect of further suppressing the setting level (unintentional) variation caused by the process variation.

ところで、負荷抵抗としては拡散抵抗や多結晶シリコン抵抗を使用することを想定しているが、これに伴ってNPNトランジスタQ2のベース・エミッタ間に意図しない寄生容量が付加されると、その容量値の大きさ次第では所定の周波数帯域での動作が得られなくなる可能性があることに注意する必要がある。   By the way, although it is assumed that a diffused resistor or a polycrystalline silicon resistor is used as the load resistor, if an unintended parasitic capacitance is added between the base and the emitter of the NPN transistor Q2 in association with this, the capacitance value is increased. It should be noted that there is a possibility that an operation in a predetermined frequency band may not be obtained depending on the size of.

以上はNPNトランジスタを用いた場合の説明であったが、PNPトランジスタを用いて実現することにより上記シフト量を正にすることができることは、容易に理解することができる。   The above is an explanation of the case where an NPN transistor is used. However, it can be easily understood that the shift amount can be made positive by realizing it using a PNP transistor.

図3は実施例2にかかるレベル設定回路の回路図である。スイッチは、エミッタ(バイポーラトランジスタが用いられた場合)あるいはソース(電界効果トランジスタが用いられた場合)が共通に接続された一対の第1および第2スイッチ用トランジスタQ1a、Q1bで構成される。第1の負荷抵抗2a,2bと第2の負荷抵抗3a、3bを有するバイポーラトランジスタQ2a,Q2bは一対設けられている。一方のバイポーラトランジスタQ2aのベースと、第1のスイッチ用トランジスタQ1aのコレクタあるいはドレインとが接続される。他方のバイポーラトランジスタQ2bのベースと、第2のスイッチ用トランジスタQ1bのコレクタあるいはドレインとが接続される。1a、1bは入力信号端子であり、0a,0bは出力信号端子であり、Is1,Is2a,Is2bは、電流源である。   FIG. 3 is a circuit diagram of a level setting circuit according to the second embodiment. The switch is composed of a pair of first and second switch transistors Q1a and Q1b, in which an emitter (when a bipolar transistor is used) or a source (when a field effect transistor is used) is connected in common. A pair of bipolar transistors Q2a and Q2b having first load resistors 2a and 2b and second load resistors 3a and 3b are provided. The base of one bipolar transistor Q2a is connected to the collector or drain of the first switching transistor Q1a. The base of the other bipolar transistor Q2b is connected to the collector or drain of the second switching transistor Q1b. 1a and 1b are input signal terminals, 0a and 0b are output signal terminals, and Is1, Is2a, and Is2b are current sources.

このように、実施例1のレベル設定回路において、エミッタが共通に接続されたスイッチ用トランジスタ対Q1を有し、当該スイッチ用トランジスタQ1a、Q1bのコレクタに、上記NPNトランジスタQ2a、Q2bのベースがそれぞれ接続された構成であってもよい。一方、本実施例のレベル設定回路は、実施例1のレベル設定回路を差動動作回路の出力として適用したものとみることもできる。なお、第1の負荷抵抗2a、2bの抵抗値は同一のものとし、第2の負荷抵抗3a、3bの抵抗値は同一のものとする。   As described above, the level setting circuit according to the first embodiment has the switch transistor pair Q1 whose emitters are commonly connected, and the bases of the NPN transistors Q2a and Q2b are respectively connected to the collectors of the switch transistors Q1a and Q1b. A connected configuration may be used. On the other hand, the level setting circuit of the present embodiment can be regarded as an application of the level setting circuit of the first embodiment as the output of the differential operation circuit. The resistance values of the first load resistors 2a and 2b are the same, and the resistance values of the second load resistors 3a and 3b are the same.

本実施例のレベル設定回路は、実施例1のレベル設定回路と同様の効果に加えて、差動信号にも適用できる点が特徴である。   The level setting circuit of the present embodiment is characterized in that it can be applied to differential signals in addition to the same effects as the level setting circuit of the first embodiment.

ここで、本実施例のレベル設定回路(図3)と従来のレベル設定回路(図9)の差動出力動作を比較するため、それぞれのレベル設定回路における差動負荷電圧と差動出力信号電圧の関係(一方のみ表示)をそれぞれ図4(a)と図4(b)に示す。   Here, in order to compare the differential output operation of the level setting circuit of this embodiment (FIG. 3) and the conventional level setting circuit (FIG. 9), the differential load voltage and the differential output signal voltage in each level setting circuit. FIG. 4 (a) and FIG. 4 (b) respectively show the relationship (only one is displayed).

差動入力信号によるスイッチ動作の結果、差動負荷電圧と差動出力信号電圧の差はともにVBEである。また、差動出力信号の振幅は、それぞれ負荷抵抗3a、3b、13a、13bの抵抗値r3、r13と、電流源Is1、Is11の電流値I1、I11の積で表され、ともに抵抗ばらつきの影響を受ける。   As a result of the switching operation by the differential input signal, the difference between the differential load voltage and the differential output signal voltage is VBE. The amplitude of the differential output signal is represented by the product of the resistance values r3 and r13 of the load resistors 3a, 3b, 13a and 13b, and the current values I1 and I11 of the current sources Is1 and Is11, both of which are affected by resistance variations. Receive.

ところで、図9のレベル設定回路では、差動出力信号のオンレベルが負荷抵抗14の抵抗値r14と電流源Is11の電流値I11の積で表されるため、当該オンレベルは抵抗ばらつきの影響を直接受けてばらつくことになる。   By the way, in the level setting circuit of FIG. 9, since the ON level of the differential output signal is represented by the product of the resistance value r14 of the load resistor 14 and the current value I11 of the current source Is11, the ON level is affected by the resistance variation. It will be received directly and vary.

他方、本実施例のレベル設定回路では、当該オンレベルが第2の負荷抵抗対3a,3bの抵抗値と第1の負荷抵抗対2a,2bの抵抗値の比r3/r2と上記NPNトランジスタ対Q2a、Q2bのベース・エミッタ間電圧VBEの積で表される、つまり、抵抗ばらつきによる当該オンレベルのばらつきは極めて小さい。   On the other hand, in the level setting circuit of this embodiment, the ON level is the ratio r3 / r2 between the resistance value of the second load resistance pair 3a, 3b and the resistance value of the first load resistance pair 2a, 2b, and the NPN transistor pair. The on-level variation represented by the product of the base-emitter voltage VBE of Q2a and Q2b, that is, the resistance variation, is extremely small.

したがって、本実施例のレベル設定回路では、結果的に差動出力信号のコモンレベルは抵抗ばらつきの影響をほとんど受けない。言い換えれば、本実施例のレベル設定回路を用いることにより、出力レベルの設定可能範囲が比較的大きく、かつ、プロセスばらつきによる設定レベルのばらつきが小さくすることができる。   Therefore, in the level setting circuit of this embodiment, as a result, the common level of the differential output signal is hardly affected by the resistance variation. In other words, by using the level setting circuit of this embodiment, the settable range of the output level is relatively large, and the variation in the setting level due to the process variation can be reduced.

図5は、実施例3にかかるレベル設定回路の回路図である。図5に示す回路において、図3に示す回路と同一部分には同一の参照番号を付し、その説明を繰り返さない。本実施例では、NPNトランジスタQ2a、Q2bのコレクタと電源電圧との間に第3の負荷抵抗5a、5bを接続することを特徴とする。   FIG. 5 is a circuit diagram of a level setting circuit according to the third embodiment. In the circuit shown in FIG. 5, the same parts as those in the circuit shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. This embodiment is characterized in that third load resistors 5a and 5b are connected between the collectors of the NPN transistors Q2a and Q2b and the power supply voltage.

一般に、バイポーラトランジスタのコレクタ電流は、ベース電流によって制御されコレクタ・エミッタ間電圧にはほとんど依存しない。しかし、厳密にはコレクタ電圧で生じるベース・コレクタ間空乏層により実質的なベース幅が変化する現象のために、コレクタ・エミッタ間電圧の増大に伴ってコレクタ電流は増加する。これをアーリ効果という。   In general, the collector current of a bipolar transistor is controlled by a base current and hardly depends on the collector-emitter voltage. However, strictly speaking, the collector current increases as the collector-emitter voltage increases due to the phenomenon that the substantial base width changes due to the base-collector depletion layer generated by the collector voltage. This is called the Early effect.

いま、プロセスばらつきによって電流源Is2a、Is2bの電流値I2にばらつきが生じる場合を考える。I2が設計値から大きくなると、NPNトランジスタQ2a、Q2bのコレクタ電流の増大によりベース・エミッタ間電圧はわずかながらも大きくなり、結果的に出力レベルのばらつきを与える。ここで、負荷抵抗5a、5bが存在すれば、コレクタ電流の増大によって負荷抵抗間の電圧降下が増大するためにコレクタ電圧は抑制され、アーリ効果を考えればコレクタ電流は抑制する方向に働くこととなる。つまり、NPNトランジスタQ2a、Q2bのベース・エミッタ電圧VBEは、電流源の電流値ばらつきに対して補償することができる。   Consider a case where the current value I2 of the current sources Is2a and Is2b varies due to process variations. As I2 increases from the design value, the base-emitter voltage increases slightly due to the increase in the collector currents of the NPN transistors Q2a and Q2b, resulting in variations in output level. Here, if the load resistances 5a and 5b exist, the voltage drop between the load resistances increases due to the increase in the collector current, so that the collector voltage is suppressed. Become. That is, the base-emitter voltage VBE of the NPN transistors Q2a and Q2b can be compensated for variations in the current value of the current source.

したがって、本実施例のレベル設定回路を用いることにより、出力信号の設定レベルの制御性をより高くすることが可能となる。   Therefore, by using the level setting circuit of the present embodiment, it is possible to further increase the controllability of the output signal setting level.

なお、本実施例では、差動入力信号を適用する場合を例示したが、図2に示すようなシングルエンド入力信号を適用するように構成にしてもよい。   In this embodiment, the case where the differential input signal is applied has been exemplified. However, a single end input signal as shown in FIG. 2 may be applied.

図6は、実施例4にかかるレベル設定回路の回路図である。図6に示す回路において、図2に示す回路と同一部分には同一の参照番号を付し、その説明を繰り返さない。本実施例では、NPNトランジスタQ2のコレクタと電源電圧との間にダイオード6を1つ接続したことを特徴とする。ただし、出力信号端子0は、NPNトランジスタQ2のエミッタではなくコレクタに接続する。   FIG. 6 is a circuit diagram of a level setting circuit according to the fourth embodiment. In the circuit shown in FIG. 6, the same parts as those in the circuit shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. This embodiment is characterized in that one diode 6 is connected between the collector of the NPN transistor Q2 and the power supply voltage. However, the output signal terminal 0 is connected not to the emitter of the NPN transistor Q2, but to the collector.

ここで、ダイオード6として、上記NPNトランジスタQ2と同等の物性値を有するNPNトランジスタのベースとコレクタを接続したものを適用すれば、出力信号のオンレベルの電源電圧に対するシフト量は−(r3/r2)VBEとなる。   Here, if the diode 6 is connected to the base and collector of an NPN transistor having the same physical properties as the NPN transistor Q2, the shift amount of the output signal with respect to the on-level power supply voltage is-(r3 / r2 ) VBE.

したがって、上記シフト量の絶対値をVBEより小さく設定したければ、本実施例のレベル設定回路を適用すればよい。   Therefore, if the absolute value of the shift amount is set smaller than VBE, the level setting circuit of the present embodiment may be applied.

なお、本実施例では、シングルエンド入力信号を適用する場合を例示したが、図3に示すような差動入力信号を適用するように構成してもよい。   In this embodiment, the case where a single-ended input signal is applied has been illustrated, but a differential input signal as shown in FIG. 3 may be applied.

図7は、実施例5にかかるレベル設定回路の回路図である。図7に示す回路において、図3に示す回路と同一部分には同一の参照番号を付し、その説明を繰り返さない。本実施例では、NPNトランジスタQ2a、Q2bのエミッタと、第1の負荷抵抗2a、2bのエミッタ側の一端との間にダイオード7a、7bをそれぞれ1つ接続することを特徴とする。   FIG. 7 is a circuit diagram of a level setting circuit according to the fifth embodiment. In the circuit shown in FIG. 7, the same parts as those in the circuit shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. This embodiment is characterized in that one diode 7a, 7b is connected between the emitters of the NPN transistors Q2a, Q2b and one end of the first load resistors 2a, 2b on the emitter side.

ここで、ダイオード7a、7bとして、NPNトランジスタQ2a、Q2bと同等の物性値を有するNPNトランジスタのベースとコレクタを接続したものを適用すれば、出力信号のオンレベルの電源電圧に対するシフト量は−(2+r3/r2)VBEとなる。   Here, if diodes 7a and 7b having NPN transistor bases and collectors connected with the same physical properties as NPN transistors Q2a and Q2b are applied, the shift amount of the output signal with respect to the on-level power supply voltage is-( 2 + r3 / r2) VBE.

したがって、上記シフト量の絶対値を大きく設定したければ、本実施例のレベル設定回路を適用してもよい。   Therefore, if the absolute value of the shift amount is set to be large, the level setting circuit of this embodiment may be applied.

なお、接続するダイオード数をnとすると、電流源Is2が正常動作から外れないだけの十分な電圧が確保される範囲において、上記シフト量は−(1+n+r3/r2)VBEとなる。   When the number of diodes to be connected is n, the shift amount is − (1 + n + r3 / r2) VBE in a range in which a sufficient voltage is secured so that the current source Is2 does not deviate from the normal operation.

なお、本実施例では、差動入力信号を適用する場合を例示したが、図2に示すようなシングルエンド入力信号を適用するように構成にしてもよい。   In this embodiment, the case where the differential input signal is applied has been exemplified. However, a single end input signal as shown in FIG. 2 may be applied.

今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明によれば、プロセスばらつきによる設定レベルのばらつきが小さいレベル設定回路を得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a level setting circuit in which the setting level variation due to process variation is small.

実施例1にかかるレベル設定回路の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a level setting circuit according to the first embodiment. 実施例1にかかるレベル設定回路の具体的構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a specific configuration of the level setting circuit according to the first embodiment. 実施例2にかかるレベル設定回路の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a level setting circuit according to a second embodiment. 実施例2と従来(図9)の可変レベルシフトにおける差動負荷電圧と出力信号電圧の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the differential load voltage and output signal voltage in Example 2 and the conventional variable level shift (FIG. 9). 実施例3にかかるレベル設定回路の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a level setting circuit according to a third embodiment. 実施例4にかかるレベル設定回路の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of a level setting circuit according to a fourth embodiment. 実施例5にかかるレベル設定回路の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of a level setting circuit according to a fifth embodiment; 一般のエミッタフォロワの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a common emitter follower. 従来のレベル設定回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional level setting circuit. 他の従来のレベル設定回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the other conventional level setting circuit.

符号の説明Explanation of symbols

0 出力信号端子
1 入力信号端子
2 第1の負荷抵抗
3 第2の負荷抵抗
5a、5b 第3の負荷抵抗
6 ダイオード
7a,7b ダイオード
10 出力信号端子
11 入力信号端子
13a,13b 負荷抵抗
14 負荷抵抗
Q1,Q2 トランジスタ
SW1 スイッチ
Is1,Is2 電流源

DESCRIPTION OF SYMBOLS 0 Output signal terminal 1 Input signal terminal 2 1st load resistance 3 2nd load resistance 5a, 5b 3rd load resistance 6 Diode 7a, 7b Diode 10 Output signal terminal 11 Input signal terminal 13a, 13b Load resistance 14 Load resistance Q1, Q2 transistor SW1, switch Is1, Is2 current source

Claims (9)

ベースを入力、エミッタを出力とするバイポーラトランジスタを用いたエミッタフォロワにおいて、
前記ベースと前記エミッタとを接続する第1の負荷抵抗と、
コレクタ側へとつながる所定電位と前記ベースとを接続する第2の負荷抵抗と、
前記ベースに直列に接続されたスイッチとを有することを特徴とするレベル設定回路。
In an emitter follower using a bipolar transistor with the base as input and the emitter as output,
A first load resistor connecting the base and the emitter;
A second load resistor connecting a predetermined potential connected to the collector side and the base;
And a switch connected in series to the base.
前記スイッチは、スイッチ用トランジスタで構成され、
前記バイポーラトランジスタのベースと、前記スイッチ用トランジスタのコレクタあるいはドレインとが接続されることを特徴とする請求項1に記載のレベル設定回路。
The switch is composed of a switch transistor,
2. The level setting circuit according to claim 1, wherein a base of the bipolar transistor is connected to a collector or drain of the switching transistor.
前記スイッチは、エミッタあるいはソースが共通に接続された一対の第1および第2スイッチ用トランジスタで構成され、
前記第1の負荷抵抗と前記第2の負荷抵抗を有する前記バイポーラトランジスタは一対設けられ、
一方のバイポーラトランジスタのベースと、前記第1スイッチ用トランジスタのコレクタあるいはドレインとが接続され、
他方のバイポーラトランジスタのベースと、前記第2スイッチ用トランジスタのコレクタあるいはドレインとが接続されることを特徴とする請求項1に記載のレベル設定回路。
The switch is composed of a pair of first and second switch transistors having emitters or sources connected in common,
A pair of the bipolar transistors having the first load resistance and the second load resistance are provided,
The base of one bipolar transistor and the collector or drain of the first switch transistor are connected,
2. The level setting circuit according to claim 1, wherein the base of the other bipolar transistor is connected to the collector or drain of the second switch transistor.
前記バイポーラトランジスタのコレクタと前記所定電位とを接続する第3の負荷抵抗を有することを特徴とする請求項2に記載のレベル設定回路。   3. The level setting circuit according to claim 2, further comprising a third load resistor for connecting the collector of the bipolar transistor and the predetermined potential. 前記一対のバイポーラトランジスタのそれぞれのコレクタと前記所定電位とを接続する一対の第3の負荷抵抗を有することを特徴とする請求項3に記載のレベル設定回路。   4. The level setting circuit according to claim 3, further comprising a pair of third load resistors that connect the collectors of the pair of bipolar transistors and the predetermined potential. 前記バイポーラトランジスタのコレクタと前記所定電位とを接続するダイオードを有することを特徴とする請求項2に記載のレベル設定回路。   The level setting circuit according to claim 2, further comprising a diode that connects a collector of the bipolar transistor and the predetermined potential. 前記一対のバイポーラトランジスタのそれぞれのコレクタと前記所定電位とを接続する一対のダイオードを有することを特徴とする請求項3に記載のレベル設定回路。   4. The level setting circuit according to claim 3, further comprising a pair of diodes for connecting the respective collectors of the pair of bipolar transistors and the predetermined potential. 前記バイポーラトランジスタのエミッタと、前記第1の負荷抵抗のエミッタ側の一端とを接続するダイオードを有することを特徴とする請求項2に記載のレベル設定回路。   3. The level setting circuit according to claim 2, further comprising a diode connecting the emitter of the bipolar transistor and one end of the first load resistor on the emitter side. 前記一対のバイポーラトランジスタのそれぞれのエミッタと、それぞれの前記第1の負荷抵抗のエミッタ側の一端とを接続する一対のダイオードを有することを特徴とする請求項3に記載のレベル設定回路。

4. The level setting circuit according to claim 3, further comprising a pair of diodes for connecting each emitter of the pair of bipolar transistors and one end of each first load resistor on the emitter side.

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101949988A (en) * 2010-08-24 2011-01-19 浙江中控技术股份有限公司 Detection device of level-type signal disconnection fault
CN104360213A (en) * 2014-10-31 2015-02-18 深圳怡化电脑股份有限公司 Detection circuit
JP2019179978A (en) * 2018-03-30 2019-10-17 日本電信電話株式会社 Track and hold circuit

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