JP2008312214A - Ａｃ接続を用いたレベル・シフトするためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の装置のより高い周波数で動作できないという問題を煩わないレベル・シフトのためのシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】２進信号をレベル・シフトする方法は、ＡＣ成分と第１電圧の第１共通モード成分とを有する入力２進信号を受け取ることを含む。ＡＣ成分は第１共通モードから分離される。第２電圧の第２共通モード成分はＡＣ成分に加えられる。ＡＣ成分と第２電圧の第２共通モード成分とを有する２進出力信号が提供される。負荷サイクル補償（ＤＣＣ）が行われる。本方法は、第１モードまたは第２モードのいずれかで交互に動作することを含む。第１モードにおいて、ＤＣＣが行なわれ、第２モードにおいて、ＤＣＣが行なわれない。
【選択図】 図９

Description

本発明は、概して集積回路（ＩＣ）に関し、特にＩＣ中のある電力領域から別の電力領域へと渡る信号の共通モード電圧を変化させるためのシステムおよび方法に関する。

ディジタル・デバイス（例えば集積回路）がより複雑になり、また動作速度が上がり続けるに連れて、装置の複雑さが、電力要求の相違する複数の回路領域を取り込んだデザインの実現を含む様々な形で明らかになった。例えば、幾つかの回路はアナログおよびディジタル部品を組み合わせている。この場合、アナログ回路は典型的にはディジタル回路より高電圧で動作する。

多くの場合、領域間でデータを転送する必要がある。領域間でデータまたは信号を転送する場合、信号は、行き先の領域にとって適切な特性を有するように調節されねばならない。

クロック信号の配給は、そのような例である。クロック信号のような信号は相違する電力領域の部品相互間で受け渡されねばならず、よって、相違する領域の境界を横断するはずである。したがって、信号は行き先の領域に適するために変更される必要があり得る。

信号を第１の供給電圧を用いる領域から異なる供給電圧を有する領域へと転送する場合、共通モード電圧を、起点領域のレベルによるものから信号の行き先領域のレベルによるものへと変化させることが典型的に必要である。これは一般にレベル・シフトと呼ばれる。レベル・シフトを行なうための幾つかの従来のデザインがあるが、これらの仕組みを実行するために典型的に用いられる装置は、現代のシステムで要求される周波数でこのタスクを行なうのに適していない。

この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
米国特許第6,819,159号明細書

したがって、従来の装置のより高い周波数で動作できないという問題を煩わないレベル・シフトのためのシステムおよび方法を提供することが望ましいであろう。

本発明の一態様による、２進信号をレベル・シフトする方法は、ＡＣ成分と第１電圧の第１共通モード成分とを有する入力２進信号を受け取り、前記ＡＣ成分を前記第１共通モードから分離し、第２電圧の第２共通モード成分を前記ＡＣ成分に加え、前記ＡＣ成分と前記第２電圧の前記第２共通モード成分とを有する２進出力信号を提供し、負荷サイクル補償（ＤＣＣ）を行い、第１モードまたは第２モードのいずれかで交互に動作すること、具備し、前記第１モードにおいて、ＤＣＣが行なわれ、前記第２モードにおいて、ＤＣＣが行なわれない。

本発明の一態様によるシステムは、２進入力信号のＡＣ成分とＤＣ成分とを分離し、前記ＡＣ成分を新しいＤＣ成分に付加することによって、レベル・シフトされた２進出力信号を生成するように構成され、２進入力信号を受け取るとともに前記ＡＣ成分を中間ノードへと渡すように構成されたキャパシタを含み、それによって、前記ＡＣ成分と前記ＤＣ成分とを分離し、前記中間ノードで所望の電圧を維持するように構成され、供給電圧とグランドとの間に直列接続された２つの抵抗を具備する、分圧器を具備し、前記中間ノードは、前記２つの抵抗の間に位置する。

本発明の様々な実施形態は、相違する供給電圧を有する領域内の集積回路（ＩＣ）部品相互間で信号を伝送するためのシステムおよび方法を具備し、ＡＣ接続が用いられて信号の共通モード電圧があるレベルから別のレベルへと変化させられる速度が上げられる。幾つかの実施形態は負荷サイクル補償（ＤＣＣ）を含んでいる。

一実施形態は、ＩＣ中の２進信号をレベル・シフトするための方法を具備する。この方法は、入力２進信号を受け取ることと、その共通モード成分からそのＡＣ成分を分離することを含んでいる。第２共通モード成分がＡＣ成分に加えられて、２進出力信号を提供する。入力信号の共通モード電圧は出力信号の共通モード電圧より大きい（または小さい）かもしれない。

本方法の一実施形態では、負荷サイクル補償（ＤＣＣ）が行なわれる。ＤＣＣは、負荷サイクルを所望値へと変化させ得る。別の実施形態は、ＤＣＣが行なわれるモードとＤＣＣが行なわれないモードの２つのモードで交互に動作する。さらに別の実施形態では、ＤＣＣモードは、入力２進信号の負荷サイクルが許容範囲外になったときに、有効にされる／選択される。

代替的な実施形態は、２進入力信号のＡＣ成分およびＤＣ成分を分離するように構成されたレベル・シフタを具備する。ＡＣ成分は、次に、新たなＤＣ成分に付加され、これによって、レベル・シフトされた２進出力信号を生成する。レベル・シフタは、キャパシタを用いて２進入力信号のＡＣ成分を中間ノードへ渡し得る。中間ノードは、例えば分圧器によって、所望の電圧に維持され得る。この電圧は、信号の新しいＤＣ成分として役立つ。一実施形態では、分圧器は、供給電圧とグランドの間に直列接続された２つの抵抗から構成される。中間ノードは、２つの抵抗の間に位置する。

一実施形態では、レベル・シフタは、さらに負荷サイクルを修正する負荷サイクル補償（ＤＣＣ）回路を具備する。例えば、負荷サイクルは、所望の値によりよく一致するように修正されることが可能である。ＤＣＣ回路は、差動増幅器の入力に接続された類似の構造の２本の枝（素子構造）によって実行され得る。各枝は、インバータ、キャパシタ、分圧器を含んでいる。各インバータは、供給電圧に接続された第１抵抗、およびグランドに接続された第２抵抗を含んでいる。一方の枝は入力信号を受け取り、他方の枝は反転された入力信号を受け取る。差動増幅器がさらなる下流の増幅器に接続されて、２進出力信号を提供し得る。

一実施形態では、スイッチング回路が含められて、ＤＣＣを選択的に有効および無効にする。これは、トランジスタを用いて、２つの枝の各々のインバータに接続されている抵抗を分路することによって、行なわれ得る。スイッチング回路は、幾つかの測定基準を評価するとともにトランジスタに制御信号を供給してトランジスタのオン、オフを切り替えるＤＣＣ決定ユニットに接続されるか、またはＤＣＣ決定ユニットを含み得る。この測定基準は、（例として入力信号の、または出力信号の、または中間信号の）負荷サイクルを許容可能な閾値または範囲と比較したものであり得る。または、この測定基準は、他のデータ（例えば動作周波数）を用い得る。例えば、システムが、ＤＣＣが実行されるには高過ぎる周波数で動作する必要があるかもしれない。

また、多くのさらなる実施形態が可能である。本発明の様々な実施例は、従来のシステムおよび方法に対する多くの利点を提供し得る。例えば、幾つかの実施形態は、従来のレベル・シフタより実質的に高い周波数で動作することができ得る。さらに、幾つかの実施形態は、許容可能な範囲または値の外側にある負荷サイクルを有する信号に対してＤＣＣを行なうように構成され得る。さらなる他の利点は、本発明の当業者にとって明白になるであろう。

本発明のその他の目的および利点は、以下の詳細な説明を読み、添付の図面を参照することによって、明らかとなるであろう。

本発明は、様々な変形や代替的な形態の対象となる一方、本発明の具体的な実施形態が、図面およびこれに伴う詳細な説明において例として示される。図面および詳細な説明は、記載されている特定の実施形態に本発明を限定することが意図されていないことが理解されるべきである。そうではなく、本開示は、添付の請求項において規定される本発明の範疇に含まれる全ての変形物、等価物、代替物を網羅することが意図されている。

本発明の実施形態が以下に記載される。以下に記載されるこれらの実施形態およびその他のあらゆる実施形態は、限定的ではなく、例示的でまた本発明を例証するものであることに留意されたい。

本明細書に記載されているように、本発明の様々な実施形態は、相違する供給電圧を有する領域内のＩＣ部品相互間で信号を伝送するためのシステムおよび方法を具備し、ＡＣ接続が用いられて信号の共通モード電圧があるレベルから別のレベルへと変化させられる速度が上げられる。

一実施形態では、回路デザインは、供給電圧が相違する２つの電力領域を接続するＡＣ接続レベル・シフタを含んでいる。入力信号は起点供給電圧においてバッファされ、また、ＡＣ成分はＤＣ成分（起点共通モード電圧）から分離される。ＡＣ成分は、次に、行き先共通モード電圧のレベルへと変えられ、行き先供給電圧でバッファされる。ＡＣ接続によって、回路は従来のレベル・シフト回路を用いて達成可能な周波数より高い周波数で動作することが可能になる。この回路は負荷サイクル補償／補正（ＤＣＣ）を含み得る。ＤＣＣの適用は、所望により、交互に有効または無効にされ得る。

本発明の実施形態によって、従来のシステムに対する多くの利点が提供され得る。第１に、本システムおよび方法は置換の対象である従来システムによって可能な周波数よりも高い周波数で動作することが企図されている。また、上記のように、本発明の幾つかの実施形態は、レベル・シフトされた信号の負荷サイクルを修正することさえ可能である。

一実施形態では、回路デザインは、供給電圧が相違するとともにこれに相応して共通モード電圧が相違する２つの電力領域を接続するＡＣ接続レベル・シフタを含んでいる。負荷サイクル補償を可能にするために、入力信号および反転された入力信号が別々に処理され、次いで結合される。それらは、複製された複数の回路枝を介して、同時に同様のやり方で処理される。

入力信号は、増幅バッファを用いて起点領域の供給電圧でバッファされ、入力信号が電圧範囲（すなわち０から供給電圧まで）に亘って十分に振れることを保証する。さらに、下に説明されるように、電圧推移は、ＤＣＣの目的のために意図して遅延させられる。次に、ＡＣ成分は、キャパシタを用いて、ＤＣ成分から分離される。次に、共通モード（ＤＣ）成分は、行き先領域の供給電圧の半分で入力信号へ再度、導入される。反転された入力信号は回路の複製された枝を通過し、同じ共通モード電圧の入力信号の反転されたコピーを生成する。

レベル・シフトによって信号の負荷サイクルが変化し得るので、入力および反転された入力の両方に由来する処理された信号は差動増幅器内で結合される。遅延させられた信号推移と共通モード電圧の変化させられたレベルとの影響の組合せによって、信号の負荷サイクルが補正される。そして、得られた（負荷サイクル補正された）信号は、行き先領域の供給電圧でバッファされます。負荷サイクル補正を行なう回路が選択的に無効にされてシステムがより高い周波数で動作することが可能にされ得る。

本発明について詳細に記載する前に、従来のレベル・シフト回路を見直すことが有用であり得る。図１は単純なバッファ・システムの図である。この単純な配置が用いられて領域１４９および領域１５１のような異なる電力領域内の部品が接続されてきた。領域１４９および領域１５１は、それぞれ、信号の起点および行き先領域である。入力信号１１０は、０Ｖ（ゼロボルト）とＶＤＤ１（起点領域の供給電圧）の間で振れ、ＶＤＤ１／２（１１５）の共通モード電圧付近に中心を置いている。この信号は、起点領域供給電圧ＶＤＤ１でインバータ１２０を通過し、次いで、行き先供給電圧ＶＤＤ２のインバータ１８０、１８２へと向う。この例において、ＶＤＤ１はＶＤＤ２より大きい。インバータ１８２の出力が（入力に対して）切り詰められて、信号は、今や、０からＶＤＤ２まで振れるようになる。

この配置によって、負荷サイクルが変化する。図１中の入出力信号を比較することによって、負荷サイクルの変化が明らかになる。負荷サイクルは、本質的に信号がハイである（すなわち、共通モード電圧を越えている）時間の割合である。特に、負荷サイクルは、全領域の割合としての、共通モード電圧を越えている領域である。この領域は、信号と共通モード電圧によって区画される領域として定義されます。

入力信号１１０は、５０％の負荷サイクルを有している。最小電圧は０であり、最大電圧はＶＤＤ１である。間隔ｔ１は間隔ｔ５と等しく、間隔ｔ３は間隔ｔ６と等しく、ＶＤＤ１／２の共通モード電圧からの振れは等しい（ＶＤＤ１／２）。出力信号１９０は、入力信号１１０が一部切断されたものである。出力信号１９０が０とＶＤＤ２の間の値だけを有することができるので、信号のＶＤＤ２を越える部分は結果的に切り取られている。

出力信号１９０を考えてみると、最小電圧は０であり、最大電圧はＶＤＤ２であり、ＶＤＤ２／２の共通モード電圧からの振れは等しい（ＶＤＤ２／２）。間隔ｔ２は間隔ｔ５より大きく、間隔ｔ４は間隔ｔ７より大きい。したがって、出力信号１９０は、５０％を超える負荷サイクルを有している。

ただ今記載されたこの配置によって作製された負荷サイクル・エラー（５０％から５０％を超える値までの変化）を回避するために、レベル・シフタが使用される。図２は典型的なレベル・シフタの図である。

図２のレベル・シフタは２つのＮＭＯＳおよび２つのＰＭＯＳトランジスタを用いて実現されている。（１つのＮＭＯＳおよび１つのＰＭＯＳトランジスタから構成される）ＮＭＯＳ／ＰＭＯＳトランジスタ・ペアは各々、供給電圧ＶＤＤ２とグランドと直列接続されている。レベル・シフタ入力は、それぞれ、ＮＭＯＳトランジスタ２３０、２６０に接続された入力信号（２１０）および反転された入力信号（２１１）である。ＮＭＯＳ／ＰＭＯＳトランジスタ・ペアは、ノード２３１、２６１からＰＭＯＳトランジスタ入力２４０および２７０にそれぞれクロス接続されている。その出力（および反転された出力）はノード２３１（また２６１）で提供される。

図２のレベル・シフタにおいて、入力２１０がＶＤＤ１（ハイ）であると、トランジスタ２３０はグランドへと短絡し、トランジスタ２４０はＶＤＤ２へと短絡する。その結果、出力２９０はＶＤＤ２（ハイ）である。入力２１０がハイであるので、反転入力２１１は、０（ロー）であり、トランジスタ２６０は開いており、ＰＭＯＳトランジスタ２７０のノード２６１からの入力はＶＤＤ２（ハイ）であろう。トランジスタ２４０がＶＤＤ２へと短絡されているのでトランジスタ２７０は閉じており、トランジスタ２３０がグランドへと短絡されているので出力２９１は０（ロー）であろう。反対に、入力２１０が０（ロー）で、反転入力２１１がＶＤＤ１（ハイ）であると、出力２９０は０（ロー）であり、出力２９１はＶＤＤ２（ハイ）である。

一般に、図２の従来の回路は、１ＧＨｚを越えて動作するシステムでのように高周波で用いられることができない。高速動作用に用いられることが可能なＡＣ接続レベル・シフタの実施形態が、次に記載される。

図３、図４に例示されているのは、高速動作用のＡＣ接続レベル・シフタである。両方のレベル・シフタは同様に構成されている。図３のレベル・シフタの部品はバッファ３２０、キャパシタ３３０、分圧器３４０、インバータ３７０、３８０を含んでいる。これらの部品は直列接続されている。分圧器３４０は供給電圧とグランドとの間に直列接続された抵抗３５０、３６０を含んでおり、抵抗相互間の中間ノード３４１を伴っている。２つの電力領域がある。すなわち、高電圧領域と低電圧領域である。高電圧領域は、例えばアナログ回路に関連し得、他方低電圧領域はディジタル回路に関連し得る。典型的には、高電圧領域はより厚い酸化膜で実現され、低電圧領域はより薄い酸化膜で実現されるであろう。

同様に、図４のレベル・シフタの部品は、直列に接続された、バッファ４２０、キャパシタ４３０、分圧器４４０、インバータ４７０、４８０を含んでいる。分圧器３４０も、供給電圧とグランドの間で直列接続された２つの抵抗（３５０、３６０）を含んでおり、抵抗相互間の中間ノード（４４１）を伴っている。やはり、電力領域の一方はより厚い酸化膜で実現され、他方はより薄い酸化膜で実現されている。

電力領域が２つの図の中で反対になっていることに留意されたい。図３では、起点領域（３０５）は、（ＶＤＤ２＜供給電圧ＶＤＤ１を有する）高電圧領域である。図４では、起点領域（４０５）は、（ＶＤＤ＞供給電圧ＶＤＤ１を有する）低電圧領域である。図３では、部品３２０、３３０、３４０、３７０は起点である高電圧領域３０５にあり、部品３８０は行き先である低電圧領域３９５にある。図４では、部品４２０、４３０、４４０は起点である低電圧領域４０５にあり、部品４７０、４８０は行き先である高電圧領域４９５にある。

図４は図３と本質的に同じ構造を有している。以下の図３の記載において、図４の対応する部品は括弧の中に示されている。

入力３１０（４１０）は、バッファ３２０（４２０）の入力に接続されている。バッファ３２０（４２０）は、供給電圧ＶＤＤ１を有している。バッファ３２０（４２０）の出力は、キャパシタ３３０（４３０）を介してインバータ３７０（４７０）の入力に接続されている。このキャパシタはＡＣ接続をもたらし、入力のＤＣ成分を分離するとともにＡＣ成分を通過させる。分圧器３４０（４４０）の抵抗３５０（４５０）は供給電圧ＶＤＤ２に接続されており、分圧器３４０（４４０）の抵抗３６０（４６０）はグランドに接続されている。中間ノード３４１（４４１）はＶＤＤ２／２の電圧に維持されている。２つの抵抗は、相互に接続されるとともに中間ノード３４１（４４１）において回路の残り部分に接続されている。インバータ３７０（４７０）、３８０（４８０）は直列接続されており、インバータ３８０（４８０）の出力は出力信号３９０（４９０）である。

入力信号３１０（４１０）は、０Ｖ（セロボルト）とＶＤＤ１（起点領域の供給電圧）の間で振れる。入力信号３１０（４１０）は、ほぼ共通モード電圧ＶＤＤ１／２に中心を置いている。出力信号３９０（４９０）は、０Ｖ（ゼロボルト）とＶＤＤ２（行き先領域の供給電圧）の間で振れる。ＡＣ接続および分圧器３４０（４４０）を用いることによって、中間ノード３４１（４４１）における信号の共通モード電圧は、ＶＤＤ２／２へ変化させられる。この信号はインバータ３７０（４７０）へ入力される。インバータ３８０（４８０）の出力３９０（４９０）は、ＶＤＤ１−ＶＤＤ２電圧差に関わらず、入力３１０の（４１０の）負荷サイクルとほぼ同じ負荷サイクルを有している。

図５では、３つの波形が例示されている。すなわち、入力信号、中間信号、出力信号である。この例において、図３でのように、ＶＤＤ１はＶＤＤ２より大きい。入力３１０は、０Ｖ（ゼロボルト）および供給電圧ＶＤＤ１の間で振れるとともにＶＤＤ１／２の共通モード電圧を有している。例示されているように、負荷サイクルは５０％である。（中間ノード３４１における）中間信号５４１は、入力３１０と同じＡＣ変化を有する。ただし、分圧器３４０によって設定されるように、共通モード電圧はＶＤＤ２／２である。中間信号５４１の負荷サイクルは５０％である。出力信号３９０は、中間信号５４１と同じ共通モード電圧を有する。ただし、インバータ３７０、３８０によって設定されるように、０Ｖ（ゼロボルト）および供給電圧ＶＤＤ２の間で振れる。出力信号３９０の負荷サイクルは５０％である。

図３乃至図５との関連で記載された実施形態の基本動作は、図６に示されているように要約されることが可能である。図６は、一実施形態に従ったレベル・シフト方法のフローチャートである。この図において示されているように、（起点領域の供給電圧に従ったＡＣ成分および共通モード成分を有する）起点領域の入力２進信号が受け取られる（ブロック６２０）。この信号のＡＣ成分が、起点共通モード電圧から分離される（ブロック６３０）。次に、このＡＣ成分は、行き先領域の共通モード電圧のレベルへと変化させられる（ブロック６４０）とともに行き先供給電圧でバッファされる（ブロック６８０）。この出力された２進信号が、次に、行き先領域において利用されることが可能である。

図３および図４の実施形態は、非常に高い周波数で動作することができるとともに供給電圧依存性を有していないが、入力信号における負荷サイクル・エラーについて補正を行うことができない。図７は一実施形態に従った、負荷サイクル補償／補正（ＤＣＣ）を付加されたＡＣ接続レベル・シフタを例示している。２つの処理された信号の組合せが用いられて出力信号を決定する。図８は、一実施形態、例として図７に例示されている実施形態に関連し得る例示的な信号（波形）を例示している。

図７の回路は、２本の上流の枝を有している。これらの枝は同じデザインである。しかし、各々の入力信号は他方の反転信号である。入力信号８１０および反転入力信号８１５は、２つの枝によって別々に処理される。そして、それらが結合されるとともに反転されてＤＣＣを完成させる。

図７の中の枝のうちの１つ目は、直列接続されたインバータ７２０、キャパシタ７３０、分圧器７４０を含んでいる。同様に、枝のうちの２つ目は、直列に接続されたインバータ７２５、キャパシタ７３５、分圧器７４５を含んでいる。各枝は差動増幅器７７０の入力のうちの１つに接続されている。差動増幅器の出力はインバータ７８０に接続されている。

回路の動作が、図８に例示されている典型的な波形の援助を用いて説明される。この例において、起点電力領域の供給電圧ＶＤＤ１は、行き先電力領域の供給電圧ＶＤＤ２より大きい。入力信号８１０は０Ｖ（ゼロボルト）からＶＤＤ１まで振れ、５０パーセント未満の負荷サイクルを有している。波形が実質的に正方形で、信号は時間のおよそ３分の１の間ハイであることに留意されたい。信号ＩＮｂ（８１５）は信号ＩＮ（８１０）を反転したものである。

インバータ７２０、７２５は、ゼロとＶＤＤ１の間の電圧推移を修正するための抵抗を含んでいる。その信号ｉ１（８１１）、ｉ１ｂ（８１６）の波形においてそれぞれ示されているように、入力ＩＮ（８１０）、ＩＮｂ（８１５）の正方形波形において見られるほぼ瞬間的な電圧変化は、インバータ７２０、７２５によって時間に亘って引き延ばされる。これは、インバータ７２０／７２５とＶＤＤ１／グランドとの間に抵抗を加えた結果であり、これによってインバータを通って流れる電流を減じる。キャパシタ７３０、７３５はＡＣ接続をもたらす。分圧器７４０、７４５は、キャパシタから受け取った信号を変化させてＶＤＤ２／２の共通モード電圧を提供する。この変化は、信号ｉ２（８１２）、ｉ２ｂ（８１７）の波形において見ることができる。

差動増幅器７７０は入力として信号ｉ２（８１２）、ｉ２ｂ（８１７）を取る。その入力の差をとる際に、差動増幅器７７０は結果的に信号を増幅し、電圧推移のタイミングを修正する。信号ｉ２（８１２）、ｉ２ｂ（８１７）の、波形交差（交差点）８９１、８９２、８９３、８９４に留意されたい。これらの点は、信号間の差はゼロである。交差点８９１、８９２の間で、差はゼロ未満である。交差点８９２、８９３の間で、差はゼロより大きい。そして、増幅された電圧差は、インバータ７８０によって反転される。インバータ７８０は、差動増幅器７７０の出力をバッファし、行き先領域の動作電圧範囲へと切り詰められた信号を生成する（すなわち、信号はゼロからＶＤＤ２までの振れに制限される）。その結果、出力信号ＯＵＴ（８９０）は、０Ｖ（ゼロボルト）からＶＤＤ２まで振れる実質的に正方形の波形であり、負荷サイクルは５０パーセントである。

図７の回路は、図２の従来の回路よりは高いレートで動作することが可能であるが、図３の回路ほどの高レートで動作することはできない。これは、ＤＣＣ回路内の信号の増幅の結果である。図９のＡＣ接続レベル・シフタ実施形態は、図７の回路にスイッチング回路９０１を加えてＤＣＣ機能がオン、オフされることを可能にする。

スイッチング回路９０１は、インバータ７１０、７１５の振る舞いを修正するために用いられる２つのＮＭＯＳおよび２つのＰＭＯＳスイッチング・トランジスタを含んでいる。各スイッチング・トランジスタは、インバータとインバータに取り付けられる抵抗のうちの１つとの間の点に接続される。ＰＭＯＳトランジスタ９２３は供給電圧ＶＤＤ１をインバータ７２０に接続し、ＮＭＯＳトランジスタ９２４はインバータ７２０をグランドに接続する。ＰＭＯＳ９２８は供給ＶＤＤ１をインバータ７２５に接続し、他方ＮＭＯＳトランジスタ９２９はインバータ７２５をグランドに接続する。

スイッチング・トランジスタ入力はスイッチング信号ＥＮに接続されている。信号ＥＮは、ＮＭＯＳスイッチング・トランジスタ９２４、９２９に直接接続され、またインバータ９１９を介してＰＭＯＳスイッチング・トランジスタ９２３、９２８に接続されている。ＥＮ＝０のとき、４つのトランジスタはすべて開いたスイッチとして振る舞い、この結果、インバータ７２０、７２５は抵抗９２１、９２２、９２６、９２７を介してＶＤＤ１とグランドに接続される。ＥＮ＝１のとき、４つのトランジスタはすべて閉じたスイッチとして振る舞い、結果的に抵抗９２１、９２２、９２６、９２７を迂回させるとともにインバータ７２０、７２５をＶＤＤ１とグランドに本質的に直接接続する。

ＤＣＣが有効にされているとき（ＥＮ＝０）、回路は、図７と同様のＤＣＣ有りのＡＣ接続レベル・シフタ（低速動作）として動作する。ＤＣＣが無効にされているとき（ＥＮ＝１）、回路は、ＤＣＣ無しのＡＣ接続レベル・シフタ（高速動作）として動作する。すなわち、スイッチング回路が「活性とされている」場合、スイッチング回路の各ＮＭＯＳ・ＰＭＯＳトランジスタ・ペアは、それぞれ接続されたインバータを供給電圧とグランドに直接分路し、それによってＤＣＣを無効にする。そうではなく、スイッチング回路が「非活性とされている」場合、図９の回路は図７の回路の説明において上で説明されているように機能する。

図１１は、図９に例示されている実施形態のシミュレーションの結果を示している。５Ｇｈｚのシステム周波数が用いられた。供給電圧は、ＶＤＤ１＝１．５Ｖ、ＶＤＤ２＝１．０Ｖに設定された。結果は、図１１において表にされるとともにプロットされている。入力信号の負荷サイクルは３０％から７０％まで変化させられた。ＤＣＣ無しでは、得られる出力信号の負荷サイクルはわずかに改善され、３２％と６４％の間で変化する。ＤＣＣが有効にされていると、得られる出力信号の負荷サイクルは著しく改善され、４５％から５０％までに亘る。

図９の回路は、例えばクロック・ツリー内の負荷サイクル・エラーを補正するためのクロック・バッファとして用いられることが可能である。図１０はそのようなシステムを例示している。第１クロック速度で動作する、クロック源１０２０（例えば、電圧制御発振器）によって駆動されるクロック・ツリーを検討する。このクロック・ツリーによって供給された集積回路の幾つかの部分は第１クロック速度のクロック信号を用い得、他方、集積回路の他の部分はより遅いクロック速度で動作し得る。クロック分割器１０４０は因数Ｎだけクロック速度を減少させてより遅いクロック信号を供給する。

負荷サイクル・エラーは、様々な地点でクロック・ツリーに導入され得る。例えば、負荷サイクルは、インバータ１０６０、１０６１、１０８０、１０８１による増幅によって影響され得る。（スイッチング回路を備えた）図９のＡＣ接続レベル・シフタが、この例において３回現われている。すなわち、レベル・シフタ１０３０、１０５０、１０７０である。クロック分割器１０４０の上流において、レベル・シフタ１０３０はより高いクロック速度で動作できなければならない。レベル・シフタ１０３０のＤＣＣ回路を無効にすることによって、レベル・シフタ１０３０は、この高いクロック速度で動作することができる。クロック分割器１０４０の下流において、クロック周波数はクロック信号に修正を適用できほどに十分に低い。したがって、レベル・シフタ１０５０、１０７０のＤＣＣ回路が有効にされてクロック信号の負荷サイクルの修正が可能になる。よって、ＤＣＣは、レベル・シフタ１０３０用のより高速の領域１０１０内では有効にされない（ＥＮ＝１）が、レベル・シフタ１０５０、１０７０用のより低速の領域内では有効にされる（ＥＮ＝０）。したがって、ＤＣＣは、修正しないと累積するとともに集積回路の動作を妨げる負荷サイクル・エラーを修正することができる。

先行する記載は幾つか具体的な典型的な実施形態を示しているが、代替的な実施形態において、記載された特徴および部品の多くの変形体があり得る。例えば、スイッチング回路は様々な方法で実現され得る。一実施形態では、ＤＣＣスイッチング回路は、ＮＭＯＳおよびＰＭＯＳトランジスタの両方の代わりに１つのタイプのトランジスタを用いることが可能である。別の実施形態では、スイッチング回路は、ＤＣＣ回路を選択的に有効におよび無効にするＤＣＣ決定ユニットに接続される。ＤＣＣ決定ユニットは、評価用の様々な測定値または評価値のうちのいずれか（すなわち、入力信号、中間信号、出力信号、クロック周波数など）を用いることが可能である。例えば、その評価は、入力負荷サイクルの閾値との比較に基づくことができる。

代替的な実施形態は、上で用いられている基準と異なる基準を用いて、負荷サイクル補償を実行し得る。上の記載におけるインバータに接続された抵抗の対は、同数で且つ固定されているが、そうであることは必須ではない。さらに別の実施形態では、差動増幅器が用いられてＡＣ接続を行なうことが可能である。他の多くの変形体も、本開示を読めば当業者に対して明白になるであろう。

当業者は、情報および信号が様々な異なる技術および手法を用いて表現され得ることを理解するであろう。例えば、上の記載を通じて言及されたデータ、情報、信号等は、電圧、電流等によって表現され得る。情報および信号は、ワイヤ、金属配線、ビア等を含むあらゆる適切な輸送媒体を用いて、開示のシステムの部品相互間で通信される。

本明細書に開示の実施形態との関連で説明された様々な説明用の論理ブロック、モジュール、回路は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）または他の論理装置、ディスクリート・ゲートまたはトランジスタ・ロジック、ディスクリート・ハードウェア要素、これらの本明細書に記載の機能を実行するように設計されたあらゆる組み合わせとともに実現および実行されることが可能である。

本発明によってもたらされる利益および利点は、具体的な実施形態に関して上に記載された。これらの利益および利点、およびこれらの利益および利点を生み出すまたはよりはっきりしたものとする要素および限定事項は、いずれも、請求項のいずれかまたは全ての限定的な、必要な、必須の特徴と解釈されるべきではない。本明細書で用いられているように、「具備する」という文言またはその変形体は、これらの文言に先行する要素および限定事項を非排他的に含むものとして解釈されることが意図されている。よって、要素の組を具備するシステム、方法または他の実施形態は、これらの要素のみに限定されるのではなく、明白に列挙されていないまたは請求項に記載の実施形態に本来備わっている他の要素を含み得る。

開示された実施形態のここまでの説明は、当業者が本発明を実行および使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態に対する様々な変形は、当業者にとって容易に明らかとなり、本明細書で定義されている包括的な原理は、本発明の思想および範疇から逸脱することなく他の実施形態に適用されてよい。よって、本発明は、本明細書に示す実施形態に限定されることが意図されるのではなく、本明細書に開示されまた請求項内で列挙される原理および新規な特徴に従った最も広い範疇に一致するべきである。

また、この発明は以下の実施態様を取り得る。

（１）ＡＣ成分と第１電圧の第１共通モード成分とを有する入力２進信号を受け取り、前記ＡＣ成分を前記第１共通モードから分離し、第２電圧の第２共通モード成分を前記ＡＣ成分に加え、前記ＡＣ成分と前記第２電圧の前記第２共通モード成分とを有する２進出力信号を提供する、ことを具備する、２進信号をレベル・シフトする方法。

（２）負荷サイクル補償（ＤＣＣ）を行なうことをさらに具備する、（１）の方法。

（３）第１モードまたは第２モードのいずれかで交互に動作することをさらに具備し、前記第１モードにおいて、ＤＣＣが行なわれ、前記第２モードにおいて、ＤＣＣが行なわれない、（２）の方法。

（４）前記入力２進信号の負荷サイクルが許容範囲外にあるとき、前記第１モードで動作する、（３）の方法。

（５）前記第１電圧は前記第２電圧より大きい、（１）の方法。

（６）前記第２電圧は前記第１電圧より大きい、（１）の方法。

（７）２進入力信号のＡＣ成分とＤＣ成分とを分離し、前記ＡＣ成分を新しいＤＣ成分に付加することによって、レベル・シフトされた２進出力信号を生成するように構成されたレベル・シフタ。

（８）前記レベル・シフタは、２進入力信号を受け取るとともに前記ＡＣ成分を中間ノードへと渡すように構成されたキャパシタを含み、それによって、前記ＡＣ成分と前記ＤＣ成分とを分離する、（７）のレベル・シフタ。

（９）前記中間ノードで所望の電圧を維持するように構成された回路をさらに具備する、（８）のシステム。

（１０）前記所望の電圧を維持するように構成された前記回路は分圧器を具備する、（９）のシステム。

（１１）前記分圧器は、供給電圧とグランドとの間に直列接続された２つの抵抗を具備し、前記中間ノードは、前記２つの抵抗の間に位置する、（１０）のシステム。

（１２）前記負荷サイクルを修正して前記負荷サイクルを所望の値へと変化させるように構成された負荷サイクル補償（ＤＣＣ）回路をさらに具備する、（７）のシステム。

（１３）前記負荷サイクルを修正して前記負荷サイクルを所望の値へと変化させるように構成された負荷サイクル補償（ＤＣＣ）回路をさらに具備する、（１１）のシステム。

（１４）前記ＤＣＣ回路は、分圧器、キャパシタ、インバータを具備し、前記インバータは２つの抵抗に接続され、前記第１抵抗は前記インバータと供給電圧との間に接続され、前記第２抵抗は前記インバータとグランドとの間に接続された構造を有する、第１素子構造と、前記第１素子構造と等価の構造を有する第２素子構造と、を具備し、両方の枝は差動増幅器の入力に接続され、前記第１素子構造は入力信号を受け取るように接続され、前記第２素子構造は反転された前記入力信号を受け取るように接続され、前記差動増幅器の出力はアンプに接続される、（１３）のシステム。

（１５）前記ＤＣＣを選択的に有効および無効にするように構成されたスイッチング回路をさらに具備する、（１４）のシステム。

（１６）前記スイッチング回路は、すべては開いた状態またはすべて閉じた状態のいずれかであるように構成された４つのトランジスタを具備し、各トランジスタは、前記抵抗のうちの前記インバータのうちの１つと接続された１つを選択的に分路する、（１５）のシステム。

（１７）測定基準を評価するとともに前記スイッチング回路へ制御信号を供給するように構成されたＤＣＣ決定ユニットをさらに具備する、（１５）のシステム。

（１８）前記測定基準は負荷サイクル値を許容範囲または閾値と比較したものである、（１７）のシステム。

（１９）前記負荷サイクルは前記入力信号の負荷サイクルである、（１８）のシステム。

従来技術に従った２つの異なる供給電圧領域間のインターフェースを跨ぐための単純なシステムを示す機能ブロック図である。 従来技術に従った典型的なレベル・シフタを示す機能ブロック図である。 一実施形態に従った単純なレベル・シフト・システムを示す機能ブロック図である。 別の実施形態に従った単純なレベル・シフト・システムを示す機能ブロック図である。 一実施形態に従った負荷サイクルの変化を伴ったレベル・シフテトの例である。 一実施形態に従った方法を示すフローチャートである。 一実施形態に従った、負荷サイクル補償を伴ったレベル・シフト・システムを示す機能ブロック図である。 一実施形態に従った、負荷サイクル補償を伴ったレベル・シフトの例である。 一実施形態に従った、負荷サイクル補償スイッチング回路を組み込んだレベル・シフト・システムを示す機能ブロック図である。 一実施形態に従った、レベル・シフトを用いたクロック・ツリーを例示する機能ブロック図である。 一実施形態に従ったレベル・シフタにおける負荷サイクル補償の効果の例である。

Claims (5)

1. ＡＣ成分と第１電圧の第１共通モード成分とを有する入力２進信号を受け取り、
   前記ＡＣ成分を前記第１共通モードから分離し、
   第２電圧の第２共通モード成分を前記ＡＣ成分に加え、
   前記ＡＣ成分と前記第２電圧の前記第２共通モード成分とを有する２進出力信号を提供し、
   負荷サイクル補償（ＤＣＣ）を行い、
   第１モードまたは第２モードのいずれかで交互に動作すること、
   具備し、
   前記第１モードにおいて、ＤＣＣが行なわれ、前記第２モードにおいて、ＤＣＣが行なわれない、
   ２進信号をレベル・シフトする方法。
2. 前記入力２進信号の負荷サイクルが許容範囲外にあるとき、前記第１モードで動作する、請求項１の方法。
3. ２進入力信号のＡＣ成分とＤＣ成分とを分離し、前記ＡＣ成分を新しいＤＣ成分に付加することによって、レベル・シフトされた２進出力信号を生成するように構成され、
   ２進入力信号を受け取るとともに前記ＡＣ成分を中間ノードへと渡すように構成されたキャパシタを含み、それによって、前記ＡＣ成分と前記ＤＣ成分とを分離し、
   前記中間ノードで所望の電圧を維持するように構成され、供給電圧とグランドとの間に直列接続された２つの抵抗を具備する、分圧器を具備し、
   前記中間ノードは、前記２つの抵抗の間に位置する、
   システム。
4. 負荷サイクルを修正して前記負荷サイクルを所望の値へと変化させるように構成された負荷サイクル補償（ＤＣＣ）回路をさらに具備する、請求項３のシステム。
5. 前記ＤＣＣ回路は、
   分圧器、キャパシタ、インバータを具備し、前記インバータは２つの抵抗に接続され、前記第１抵抗は前記インバータと供給電圧との間に接続され、前記第２抵抗は前記インバータとグランドとの間に接続された構造を有する、第１素子構造と、
   前記第１素子構造と等価の構造を有する第２素子構造と、
   を具備し、
   前記第１素子構造および前記第２素子構造は差動増幅器の入力に接続され、
   前記第１素子構造は入力信号を受け取るように接続され、
   前記第２素子構造は反転された前記入力信号を受け取るように接続され、
   前記差動増幅器の出力はアンプに接続される、
   請求項４のシステム。

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