JP2010135981A - Level shift circuit - Google Patents

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Yutaka Yamanaka
豊 山中
Yoshihiko Sawada
嘉彦 澤田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a level shift circuit capable of setting the threshold of an input signal for changing the voltage of an output signal into an optional value. <P>SOLUTION: A voltage division circuit 9 is configured of resistors R1 and R2 connected in series between an input terminal 2 of the input signal Sin and an input terminal 3 of a reference potential. A transistor T1 is turned on/off on the basis of a detection voltage Vdet output from the voltage division circuit 9. A transistor T2 and a resistor R5 of an output circuit 8 are connected in series between a power line 10 for supplying a power supply voltage VDDB and a ground line 4. The transistor T2 is turned on/off in accordance with turning-on/off of the transistor T1 and outputs the power supply voltage EDDB or an output signal Sout of 0V from the collector. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、入力信号をレベルシフトして異なる電源系の下で動作する回路に対して出力するレベルシフト回路に関する。   The present invention relates to a level shift circuit that shifts the level of an input signal and outputs it to a circuit that operates under a different power supply system.

例えば、車載用の電子制御装置では、比較的低い電源電圧で動作するCPU等のデジタル回路と、比較的高い電源電圧で動作する例えば外部装置とのインターフェース回路などが混在する。このような異なる電源系の下で動作する回路間において、論理信号などの信号伝達を行う場合にはレベルシフト回路が必要となる。このレベルシフト回路は、例えば複数のMOSトランジスタから構成され、入力信号の電圧値が所定のしきい値を超えるか否かにより出力信号の電圧値を変化させるようになっている(例えば特許文献1参照)。
特開平10−028044号公報
For example, in an in-vehicle electronic control device, a digital circuit such as a CPU that operates with a relatively low power supply voltage and an interface circuit with an external device that operates with a relatively high power supply voltage are mixed. A level shift circuit is required to transmit a signal such as a logic signal between circuits operating under such different power supply systems. This level shift circuit is composed of, for example, a plurality of MOS transistors, and changes the voltage value of the output signal depending on whether or not the voltage value of the input signal exceeds a predetermined threshold (for example, Patent Document 1). reference).
Japanese Patent Laid-Open No. 10-028044

しかしながら、従来構成のレベルシフト回路を介して上記各回路間で論理信号の伝達を行う場合には次のような問題が生じる。すなわち、従来のレベルシフト回路では、上記しきい値をMOSトランジスタのゲート・ソース間しきい値電圧により設定している。従って、このしきい値はMOSトランジスタの素子特性により定まるものであり、任意の値に設定することができない。   However, when a logic signal is transmitted between the circuits via the level shift circuit of the conventional configuration, the following problems arise. That is, in the conventional level shift circuit, the threshold value is set by the threshold voltage between the gate and source of the MOS transistor. Therefore, this threshold value is determined by the element characteristics of the MOS transistor and cannot be set to an arbitrary value.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、出力信号の電圧値を変化させるための入力信号のしきい値を任意の値に設定することができるレベルシフト回路を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a level shift circuit capable of setting a threshold value of an input signal for changing a voltage value of an output signal to an arbitrary value. There is.

請求項1記載の手段によれば、第1の電源電圧で動作する回路から出力される入力信号を入力するための入力端子と基準電位を入力するための基準端子との間に介在された抵抗を有する分圧回路は、入力信号の電圧値に応じた分圧電圧を出力する。出力回路は、第2の電源電位を供給するための電源線と基準端子との間に介在されたスイッチング素子を上記分圧電圧に基づいてオンオフさせることにより、第2の電源電位の電圧値を持つ信号または基準電位の電圧値を持つ信号を出力する。この出力される信号の電圧値を決定するための入力信号の電圧値に対するしきい値は、分圧回路における分圧比の設定により決定できる。従って、本手段の構成によれば、分圧回路を構成する抵抗の抵抗値の設定により、しきい値を任意の値に設定することができる。   According to the first aspect, the resistor interposed between the input terminal for inputting the input signal output from the circuit operating at the first power supply voltage and the reference terminal for inputting the reference potential is provided. The voltage dividing circuit has a voltage output according to the voltage value of the input signal. The output circuit sets the voltage value of the second power supply potential by turning on and off the switching element interposed between the power supply line for supplying the second power supply potential and the reference terminal based on the divided voltage. A signal having a voltage value of a reference potential or a reference potential is output. The threshold for the voltage value of the input signal for determining the voltage value of the output signal can be determined by setting the voltage dividing ratio in the voltage dividing circuit. Therefore, according to the configuration of this means, the threshold value can be set to an arbitrary value by setting the resistance value of the resistor constituting the voltage dividing circuit.

請求項2記載の手段によれば、スイッチング素子のオンオフに応じて分圧回路の分圧比を変更する分圧比変更手段を備えている。これにより、入力信号の電圧値が上昇する際のしきい値と、入力信号の電圧値が低下する際のしきい値とを異ならせることができる。つまり、入力信号の検出動作にヒステリシスを持たせることができ、ノイズが重畳した入力信号が入力された場合でも、入力信号と同じ論理を持つ信号を出力することができる。   According to the second aspect of the present invention, the voltage dividing ratio changing means for changing the voltage dividing ratio of the voltage dividing circuit according to the on / off of the switching element is provided. As a result, the threshold value when the voltage value of the input signal increases can be made different from the threshold value when the voltage value of the input signal decreases. That is, it is possible to give hysteresis to the detection operation of the input signal, and even when an input signal on which noise is superimposed is input, a signal having the same logic as the input signal can be output.

(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について図1を参照しながら説明する。
図1は、レベルシフト回路の電気構成を概略的に示している。レベルシフト回路1は、例えば車両の電子制御装置(Electronic Control Unit)内の制御基板に搭載された半導体集積回路装置(IC)内に形成されたものである。図示しないが、上記制御基板には、例えばシリーズレギュレータを構成する独立した2つの電源ICが搭載されている。これら2つの電源ICは、車載バッテリからバッテリ電圧の供給を受け、それぞれ電源電圧VDDA、電源電圧VDDBを生成して上記制御用ICに供給するようになっている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 schematically shows the electrical configuration of the level shift circuit. The level shift circuit 1 is formed, for example, in a semiconductor integrated circuit device (IC) mounted on a control board in an electronic control unit (Electronic Control Unit) of a vehicle. Although not shown, two independent power supply ICs constituting, for example, a series regulator are mounted on the control board. These two power supply ICs are supplied with a battery voltage from a vehicle-mounted battery, generate a power supply voltage VDDA and a power supply voltage VDDB, respectively, and supply them to the control IC.

この制御用ICにおいて、電源電圧VDDAは例えば3.3Vであり、主としてCPU等のデジタル回路で用いられており、電源電圧VDDBは例えば5Vであり、主として外部装置とのインターフェース回路で用いられている。このため、制御用ICには、3.3V系の論理レベルから5V系の論理レベルに変換するための上記レベルシフト回路1が必要となる。なお、本実施形態では、電源電圧VDDA、電源電圧VDDBがそれぞれ第1の電源電圧、第2の電源電圧に相当する。   In this control IC, the power supply voltage VDDA is 3.3 V, for example, and is mainly used in a digital circuit such as a CPU, and the power supply voltage VDDB is, for example, 5 V, and is mainly used in an interface circuit with an external device. . For this reason, the control IC requires the level shift circuit 1 for converting from a 3.3V system logic level to a 5V system logic level. In the present embodiment, the power supply voltage VDDA and the power supply voltage VDDB correspond to the first power supply voltage and the second power supply voltage, respectively.

レベルシフト回路1には、電源電圧VDDAの下で動作する論理回路(デジタル回路)において生成された入力信号Sinが入力端子2を介して与えられている。入力端子3(基準端子に相当)は、基準電位GND(0V)の入力端子でありグランド線4に接続されている。これら入力端子2、3は、上記論理回路などに接続されている。レベルシフト回路1は、入力信号Sinをレベルシフトした出力信号Soutとして出力端子5を介して出力する。出力端子6は、基準電位の出力端子でありグランド線4に接続されている。これら出力端子5、6は、電源電圧VDDBの下で動作する上記インターフェース回路などに接続されている。   An input signal Sin generated in a logic circuit (digital circuit) operating under the power supply voltage VDDA is applied to the level shift circuit 1 via the input terminal 2. The input terminal 3 (corresponding to the reference terminal) is an input terminal for the reference potential GND (0 V) and is connected to the ground line 4. These input terminals 2 and 3 are connected to the logic circuit and the like. The level shift circuit 1 outputs an output signal Sout obtained by level shifting the input signal Sin via the output terminal 5. The output terminal 6 is a reference potential output terminal and is connected to the ground line 4. These output terminals 5 and 6 are connected to the above-described interface circuit operating under the power supply voltage VDDB.

レベルシフト回路1は、入力検出回路7および出力回路8から構成されている。入力検出回路7は、NPN形のトランジスタT1および抵抗R1〜R3から構成されている。入力端子2、3間には、抵抗R1、R2が直列に接続されている。これら抵抗R1、R2の直列回路により分圧回路9が構成されている。抵抗R1とR2の相互接続ノードNaは、トランジスタT1のベースに接続されている。トランジスタT2のエミッタはグランド線4に接続され、コレクタは抵抗R3の一端子に接続されている。抵抗R3の他端子は入力検出回路7の出力ノードとされている。   The level shift circuit 1 includes an input detection circuit 7 and an output circuit 8. The input detection circuit 7 includes an NPN transistor T1 and resistors R1 to R3. Between the input terminals 2 and 3, resistors R1 and R2 are connected in series. A voltage dividing circuit 9 is constituted by a series circuit of these resistors R1 and R2. The interconnection node Na between the resistors R1 and R2 is connected to the base of the transistor T1. The emitter of the transistor T2 is connected to the ground line 4, and the collector is connected to one terminal of the resistor R3. The other terminal of the resistor R3 is an output node of the input detection circuit 7.

抵抗R1、R2の抵抗値は、入力信号Sinの電圧値が電源電圧VDDAの約50%のときに、ノードNaの電圧VdetがトランジスタT1のベース・エミッタ間順方向電圧VFと一致するように設定されている。本実施形態では、電源電圧VDDAの約50%の電圧値をしきい値電圧Vthとしている。つまり、トランジスタT1は、入力信号Sinの電圧値がしきい値電圧Vth以上であればオンし、しきい値電圧Vth未満であればオフする。   The resistance values of the resistors R1 and R2 are set so that the voltage Vdet of the node Na coincides with the base-emitter forward voltage VF of the transistor T1 when the voltage value of the input signal Sin is about 50% of the power supply voltage VDDA. Has been. In this embodiment, the threshold voltage Vth is about 50% of the power supply voltage VDDA. That is, the transistor T1 turns on when the voltage value of the input signal Sin is equal to or higher than the threshold voltage Vth, and turns off when it is lower than the threshold voltage Vth.

出力回路8は、入力検出回路7のトランジスタT1のオンオフに応じて電圧値が変化する出力信号Soutを出力する。出力回路8は、PNP形のトランジスタT2(スイッチング素子に相当)と、抵抗R4、R5とから構成されている。入力検出回路7の出力ノードは、抵抗R4を介して電源線10に接続されている。この電源線10とグランド線4との間には、電源電圧VDDBが印加されている。電源線10とグランド線4との間には、トランジスタT2と抵抗R5が直列に接続されている。トランジスタT2のベースは、入力検出回路7の出力ノードに接続されており、コレクタは出力端子5に接続されている。   The output circuit 8 outputs an output signal Sout whose voltage value changes according to the on / off state of the transistor T1 of the input detection circuit 7. The output circuit 8 includes a PNP transistor T2 (corresponding to a switching element) and resistors R4 and R5. An output node of the input detection circuit 7 is connected to the power supply line 10 via a resistor R4. A power supply voltage VDDB is applied between the power supply line 10 and the ground line 4. A transistor T2 and a resistor R5 are connected in series between the power supply line 10 and the ground line 4. The base of the transistor T 2 is connected to the output node of the input detection circuit 7, and the collector is connected to the output terminal 5.

次に、レベルシフト回路1の動作について説明する。
入力信号Sinの電圧値が0V(Lレベル)のとき、検出電圧Vdetが0VであるためトランジスタT1はオフしている。これにより、入力検出回路7の出力ノードの電位が電源電圧VDDBとほぼ等しくなるためトランジスタT2もオフしている。従って、出力端子5から出力される出力信号Soutはほぼ0Vとなる。
Next, the operation of the level shift circuit 1 will be described.
When the voltage value of the input signal Sin is 0V (L level), the detection voltage Vdet is 0V, so the transistor T1 is off. As a result, since the potential of the output node of the input detection circuit 7 becomes substantially equal to the power supply voltage VDDB, the transistor T2 is also turned off. Therefore, the output signal Sout output from the output terminal 5 is approximately 0V.

続いて、入力信号Sinの電圧値が上昇し、しきい値電圧Vthに達すると、検出電圧Vdetが順方向電圧VFと一致するためトランジスタT1がオンする。これにより、入力検出回路7の出力ノードの電位がほぼ0VとなるためトランジスタT2もオンする。従って、出力端子5から出力される出力信号Soutは電源電圧VDDBとほぼ等しくなる。   Subsequently, when the voltage value of the input signal Sin increases and reaches the threshold voltage Vth, the detection voltage Vdet coincides with the forward voltage VF, so that the transistor T1 is turned on. As a result, the potential of the output node of the input detection circuit 7 becomes almost 0 V, so that the transistor T2 is also turned on. Accordingly, the output signal Sout output from the output terminal 5 is substantially equal to the power supply voltage VDDB.

この状態は、入力信号Sinの電圧値がしきい値電圧Vth未満に低下するまで続く。このため、入力信号Sinの電圧値が電源電圧VDDA(Hレベル)のとき、出力端子5から出力される出力信号Soutは電源電圧VDDBとほぼ等しくなる。その後、入力信号Sinの電圧値がしきい値電圧Vth未満になると、検出電圧Vdetが順方向電圧VFより低下するためトランジスタT1がオフする。これにより、出力端子5から出力される出力信号Soutはほぼ0Vとなる。   This state continues until the voltage value of the input signal Sin drops below the threshold voltage Vth. Therefore, when the voltage value of the input signal Sin is the power supply voltage VDDA (H level), the output signal Sout output from the output terminal 5 is substantially equal to the power supply voltage VDDB. Thereafter, when the voltage value of the input signal Sin becomes lower than the threshold voltage Vth, the detection voltage Vdet is lower than the forward voltage VF, so that the transistor T1 is turned off. As a result, the output signal Sout output from the output terminal 5 becomes approximately 0V.

以上説明したように、本実施形態のレベルシフト回路1は、電源電圧VDDAの下で動作する回路から出力される入力信号Sinの電圧値がしきい値電圧Vth未満のLレベル(0V〜VDDAの50%未満電圧)の場合、電源電圧VDDBの下で動作する回路におけるLレベルの論理(0V)を持つ出力信号Soutを出力する。一方、入力信号Sinの電圧値がしきい値電圧Vth以上のHレベル(VDDAの50%以上の電圧)の場合、電源電圧VDDBの下で動作する回路におけるHレベルの論理(電源電圧VDDB)を持つ出力信号Soutを出力する。   As described above, the level shift circuit 1 of the present embodiment has the L level (0V to VDDA) where the voltage value of the input signal Sin output from the circuit operating under the power supply voltage VDDA is less than the threshold voltage Vth. In the case of a voltage less than 50%), an output signal Sout having an L level logic (0 V) in a circuit operating under the power supply voltage VDDB is output. On the other hand, when the voltage value of the input signal Sin is H level equal to or higher than the threshold voltage Vth (voltage 50% or higher of VDDA), the logic of H level (power voltage VDDB) in the circuit operating under the power supply voltage VDDB The output signal Sout is output.

この出力信号Soutの電圧値(電圧レベル、論理レベル)を決定するための入力信号Sinに対するしきい値電圧Vthは、分圧回路9による分圧比、つまり抵抗R1、R2の抵抗比により設定されている。従って、本実施形態の構成によれば、抵抗R1、R2の抵抗値の設定によりしきい値電圧Vthを任意の値に設定することができる。   The threshold voltage Vth for the input signal Sin for determining the voltage value (voltage level, logic level) of the output signal Sout is set by the voltage dividing ratio by the voltage dividing circuit 9, that is, the resistance ratio of the resistors R1 and R2. Yes. Therefore, according to the configuration of the present embodiment, the threshold voltage Vth can be set to an arbitrary value by setting the resistance values of the resistors R1 and R2.

図1を参照した上記説明では、比較的低い電源電圧VDDA(3.3V)の下で動作する回路における論理レベル(電圧値)を持つ入力信号Sinをレベルシフトし、比較的高い電源電圧VDDB(5V)の下で動作する回路における論理レベル(電圧値)を持つ出力信号Soutとして出力する場合について説明した。本実施形態のレベルシフト回路1は、このような低電圧から高電圧へのレベルシフトに限らず、高電圧から低電圧へのレベルシフトを行うことも可能となっている。すなわち、電源電圧VDDBの下で動作する回路における論理レベルを持つ入力信号Sinを、電源電圧VDDAの下で動作する回路における論理レベルを持つ出力信号Soutにレベルシフトすることもできる。   In the above description with reference to FIG. 1, the input signal Sin having a logic level (voltage value) in a circuit operating under a relatively low power supply voltage VDDA (3.3 V) is level-shifted to obtain a relatively high power supply voltage VDDB ( The case where the output signal Sout having the logic level (voltage value) in the circuit operating under 5V) has been described. The level shift circuit 1 of this embodiment is not limited to such a level shift from a low voltage to a high voltage, but can also perform a level shift from a high voltage to a low voltage. That is, the input signal Sin having a logic level in a circuit operating under the power supply voltage VDDB can be level-shifted to an output signal Sout having a logic level in a circuit operating under the power supply voltage VDDA.

(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態について図2および図3を参照しながら説明する。図2は、本実施形態のレベルシフト回路の電気構成を示す図1相当図である。なお、第1の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。レベルシフト回路21は、第1の実施形態のレベルシフト回路1に対し、入力検出回路7に替えて入力検出回路22を備えている点が異なる。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing the electrical configuration of the level shift circuit of the present embodiment. Note that the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The level shift circuit 21 is different from the level shift circuit 1 of the first embodiment in that an input detection circuit 22 is provided instead of the input detection circuit 7.

入力検出回路22は、PNP形のトランジスタT21と抵抗R21を備えている。抵抗R21は、入力端子2と抵抗R1との間に介在するように接続されている。抵抗R21の両端子には、トランジスタT21のエミッタ、コレクタが接続されている。トランジスタT21のベースは抵抗R3の他端子に接続されている。本実施形態では、抵抗R21、R1、R2の直列回路により分圧回路23が構成されている。また、トランジスタT21が分圧比変更手段に相当する。このような構成により、トランジスタT21は、トランジスタT1がオンされるとオンし、オフされるとオフする。そして、トランジスタT21のオンオフに応じて検出電圧Vdetは以下のように変化する。   The input detection circuit 22 includes a PNP transistor T21 and a resistor R21. The resistor R21 is connected so as to be interposed between the input terminal 2 and the resistor R1. The emitter and collector of the transistor T21 are connected to both terminals of the resistor R21. The base of the transistor T21 is connected to the other terminal of the resistor R3. In the present embodiment, the voltage dividing circuit 23 is configured by a series circuit of resistors R21, R1, and R2. The transistor T21 corresponds to a voltage dividing ratio changing unit. With such a configuration, the transistor T21 is turned on when the transistor T1 is turned on and turned off when the transistor T1 is turned off. And the detection voltage Vdet changes as follows according to ON / OFF of the transistor T21.

すなわち、トランジスタT21がオンの場合、抵抗R21の両端子間が短絡された状態となり、このときの電圧Vdet(on)は、下記(1)式で表される。ただし、(1)式では、入力信号Sinの電圧値をそのままSinで表し、抵抗R1、R2の抵抗値をそのままR1、R2で表している。
Vdet(on)=Sin・R2/(R1+R2) …(1)
That is, when the transistor T21 is on, both terminals of the resistor R21 are short-circuited, and the voltage Vdet (on) at this time is expressed by the following equation (1). However, in the expression (1), the voltage value of the input signal Sin is expressed as Sin as it is, and the resistance values of the resistors R1 and R2 are expressed as R1 and R2 as they are.
Vdet (on) = Sin · R2 / (R1 + R2) (1)

一方、トランジスタT21がオフの場合、入力端子2、3間に抵抗R21、R1、R2が直列に接続された状態となる。このときの電圧Vdet(off)は、下記(2)式で表される。ただし、(2)式では、抵抗R21の抵抗値をそのままR21で表している。
Vdet(off)=Sin・R2/(R21+R1+R2) …(2)
On the other hand, when the transistor T21 is off, the resistors R21, R1, and R2 are connected in series between the input terminals 2 and 3. The voltage Vdet (off) at this time is expressed by the following equation (2). However, in the equation (2), the resistance value of the resistor R21 is expressed as R21 as it is.
Vdet (off) = Sin · R2 / (R21 + R1 + R2) (2)

抵抗R21、R1、R2の抵抗値は、入力信号Sinの電圧値が電源電圧VDDAの約75%のときに検出電圧Vdet(on)がトランジスタT1の順方向電圧VFと一致し、電源電圧VDDAの約25%のときに検出電圧Vdet(off)が順方向電圧VFと一致するように設定されている。本実施形態では、この電源電圧VDDAの約75%の電圧値をしきい値電圧Vth(on)とし、この電源電圧VDDAの約25%の電圧値をしきい値電圧Vth(off)としている。つまり、トランジスタT1は、オフの状態において入力信号Sinの電圧値がしきい値電圧Vth(on)以上になるとオンし、オンの状態において入力信号Sinの電圧値がしきい値電圧Vth(off)未満になるとオフする。   The resistance values of the resistors R21, R1, and R2 are such that when the voltage value of the input signal Sin is about 75% of the power supply voltage VDDA, the detection voltage Vdet (on) matches the forward voltage VF of the transistor T1, and the power supply voltage VDDA The detection voltage Vdet (off) is set so as to coincide with the forward voltage VF at about 25%. In this embodiment, a voltage value of about 75% of the power supply voltage VDDA is set as the threshold voltage Vth (on), and a voltage value of about 25% of the power supply voltage VDDA is set as the threshold voltage Vth (off). That is, the transistor T1 is turned on when the voltage value of the input signal Sin is equal to or higher than the threshold voltage Vth (on) in the off state, and the voltage value of the input signal Sin is threshold voltage Vth (off) in the on state. Turns off when less than.

次に、レベルシフト回路21の動作について図2も参照して説明する。
図2は、レベルシフト回路21の各部の電圧波形を示している。各波形は、上から順に(a)入力信号Sin、(b)検出電圧Vdet、(c)出力信号Soutを表している。入力信号Sinの電圧値が0V(Lレベル)のとき(時刻t0)、検出電圧Vdetが0VであるためトランジスタT1はオフしている。これにより、入力検出回路22の出力ノードの電位が電源電圧VDDBとほぼ等しくなるためトランジスタT2もオフしている。従って、出力端子5から出力される出力信号Soutはほぼ0Vとなる。
Next, the operation of the level shift circuit 21 will be described with reference to FIG.
FIG. 2 shows voltage waveforms at various parts of the level shift circuit 21. Each waveform represents (a) input signal Sin, (b) detection voltage Vdet, and (c) output signal Sout in order from the top. When the voltage value of the input signal Sin is 0V (L level) (time t0), the transistor T1 is off because the detection voltage Vdet is 0V. As a result, the potential of the output node of the input detection circuit 22 becomes substantially equal to the power supply voltage VDDB, so that the transistor T2 is also turned off. Therefore, the output signal Sout output from the output terminal 5 is approximately 0V.

続いて、入力信号Sinの電圧値が上昇し、しきい値電圧Vth(on)に達すると(時刻t1)、検出電圧Vdetが順方向電圧VFと一致するためトランジスタT1がオンする。これにより、入力検出回路22の出力ノードの電位がほぼ0VとなるためトランジスタT2がオンに転じる。従って、出力端子5から出力される出力信号Soutは0Vから電源電圧VDDBに向けて上昇する。また、このとき、トランジスタT21がオンするため、分圧回路23における分圧比が変更されて検出電圧Vdetが上昇する。   Subsequently, when the voltage value of the input signal Sin increases and reaches the threshold voltage Vth (on) (time t1), the detection voltage Vdet matches the forward voltage VF, so that the transistor T1 is turned on. As a result, the potential of the output node of the input detection circuit 22 becomes almost 0 V, so that the transistor T2 is turned on. Therefore, the output signal Sout output from the output terminal 5 rises from 0V toward the power supply voltage VDDB. At this time, since the transistor T21 is turned on, the voltage dividing ratio in the voltage dividing circuit 23 is changed, and the detection voltage Vdet increases.

この状態は、入力信号Sinの電圧値がしきい値電圧Vth(off)未満に低下するまで続く。このため、入力信号Sinの電圧値が電源電圧VDDA(Hレベル)のとき(時刻t2〜t3)、出力端子5から出力される出力信号Soutは電源電圧VDDBとほぼ等しくなる。その後、入力信号Sinの電圧値がしきい値電圧Vth(off)未満になると(時刻t4)、検出電圧Vdetが順方向電圧VFより低下するためトランジスタT1がオフする。これにより、出力端子5から出力される出力信号Soutは、電源電圧VDDBから0Vに向けて低下する。また、このとき、トランジスタT21がオフするため、分圧回路23における分圧比が変更されて検出電圧Vdetが低下する。   This state continues until the voltage value of the input signal Sin drops below the threshold voltage Vth (off). Therefore, when the voltage value of the input signal Sin is the power supply voltage VDDA (H level) (time t2 to t3), the output signal Sout output from the output terminal 5 is substantially equal to the power supply voltage VDDB. Thereafter, when the voltage value of the input signal Sin becomes less than the threshold voltage Vth (off) (time t4), the detection voltage Vdet is lower than the forward voltage VF, so that the transistor T1 is turned off. As a result, the output signal Sout output from the output terminal 5 decreases from the power supply voltage VDDB toward 0V. At this time, since the transistor T21 is turned off, the voltage dividing ratio in the voltage dividing circuit 23 is changed and the detection voltage Vdet is lowered.

以上説明したように、本実施形態のレベルシフト回路21は、電源電圧VDDAの下で動作する回路から出力される入力信号Sinの電圧値がLレベルの場合、電源電圧VDDBの下で動作する回路におけるLレベルの論理(0V)を持つ出力信号Soutを出力する。一方、入力信号SinがHレベルの場合、電源電圧VDDBの下で動作する回路におけるHレベルの論理(電源電圧VDDB)を持つ出力信号Soutを出力する。   As described above, the level shift circuit 21 of the present embodiment is a circuit that operates under the power supply voltage VDDB when the voltage value of the input signal Sin output from the circuit that operates under the power supply voltage VDDA is L level. An output signal Sout having an L level logic (0 V) is output. On the other hand, when the input signal Sin is at the H level, an output signal Sout having an H level logic (power supply voltage VDDB) in the circuit operating under the power supply voltage VDDB is output.

このような構成のレベルシフト回路21によっても、第1の実施形態と同様の作用および効果が得られる。また、入力検出回路22における入力信号Sinの検出動作(検出電圧Vdetの生成動作)にヒステリシスを持たせる構成とした。これにより、レベルシフト回路21に供給されるまでの経路において入力信号Sinにノイズが重畳しても、その影響を受け難くなる。つまり、ノイズが重畳した入力信号Sinが入力された場合でも、入力信号Sinと同じ論理を持つ出力信号Soutを出力できる。さらに、上記ヒステリシスについても、抵抗R21、R1、R2の抵抗値の設定により任意の値に設定できる。   Also with the level shift circuit 21 having such a configuration, the same operations and effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, the input detection circuit 22 is configured to have hysteresis in the detection operation of the input signal Sin (the generation operation of the detection voltage Vdet). As a result, even if noise is superimposed on the input signal Sin in the path until it is supplied to the level shift circuit 21, it is less likely to be affected. That is, even when the input signal Sin on which noise is superimposed is input, the output signal Sout having the same logic as that of the input signal Sin can be output. Further, the hysteresis can be set to an arbitrary value by setting the resistance values of the resistors R21, R1, and R2.

(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態について図4を参照しながら説明する。図4は、本実施形態のレベルシフト回路の電気構成を示す図1相当図である。なお、上記各実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。レベルシフト回路31は、第2の実施形態のレベルシフト回路21に対し、NPN形のトランジスタT1に替えてNチャネル型のMOSトランジスタM1を備えている点と、PNP形のトランジスタT2、T21に替えてPチャネル型のMOSトランジスタM2、M21を備えている点が異なる。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing the electrical configuration of the level shift circuit of the present embodiment. Note that the same parts as those in the above embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The level shift circuit 31 is different from the level shift circuit 21 of the second embodiment in that an N channel type MOS transistor M1 is provided instead of the NPN type transistor T1, and the PNP type transistors T2 and T21 are replaced. The difference is that P-channel MOS transistors M2 and M21 are provided.

本実施形態では、MOSトランジスタM2がスイッチング素子に相当し、MOSトランジスタM21が分圧比変更手段に相当する。このように、レベルシフト回路を構成するためのトランジスタをバイポーラ形のものからMOSトランジスタに変更した本実施形態の構成によっても、第2の実施形態と同様の作用および効果が得られる。   In the present embodiment, the MOS transistor M2 corresponds to a switching element, and the MOS transistor M21 corresponds to a voltage dividing ratio changing unit. As described above, the same operation and effect as in the second embodiment can be obtained also by the configuration of the present embodiment in which the transistors for configuring the level shift circuit are changed from bipolar transistors to MOS transistors.

(第4の実施形態)
以下、本発明の第4の実施形態について図5を参照しながら説明する。図5は、本実施形態のレベルシフト回路の電気構成を示す図1相当図である。なお、上記各実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。レベルシフト回路41は、第2の実施形態のレベルシフト回路21に対し、抵抗R21に替えてダイオードD41を備えている点が異なる。本実施形態では、ダイオードD41、抵抗R1、R2の直列回路により分圧回路42が構成されている。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing the electrical configuration of the level shift circuit of the present embodiment. Note that the same parts as those in the above embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The level shift circuit 41 is different from the level shift circuit 21 of the second embodiment in that a diode D41 is provided instead of the resistor R21. In the present embodiment, the voltage dividing circuit 42 is configured by a series circuit of a diode D41 and resistors R1 and R2.

このような構成のレベルシフト回路41は、トランジスタT21がオンの場合、ダイオードD41の両端子間が短絡された状態となり、このときの電圧Vdet(on)は、第2の実施形態と同様に上記(1)式で表される。一方、トランジスタT21がオフの場合、入力端子2、3間にダイオードD41、抵抗R1、R2が直列に接続された状態となる。このときの電圧Vdet(off)は、下記(3)式で表される。ただし、(3)式では、ダイオードD41の順方向電圧をVFで表している。
Vdet(off)=(Sin−VF)・R2/(R1+R2) …(3)
In the level shift circuit 41 having such a configuration, when the transistor T21 is on, both terminals of the diode D41 are short-circuited, and the voltage Vdet (on) at this time is the same as in the second embodiment. It is represented by the formula (1). On the other hand, when the transistor T21 is off, the diode D41 and the resistors R1 and R2 are connected in series between the input terminals 2 and 3. The voltage Vdet (off) at this time is expressed by the following equation (3). However, in the expression (3), the forward voltage of the diode D41 is represented by VF.
Vdet (off) = (Sin−VF) · R2 / (R1 + R2) (3)

抵抗R1、R2の抵抗値は、入力信号Sinの電圧値が電源電圧VDDAの約75%のときに検出電圧Vdet(on)がトランジスタT1の順方向電圧VFと一致し、電源電圧VDDAの約25%のときに検出電圧Vdet(off)が順方向電圧VFと一致するように設定されている。従って、レベルシフト回路41では、第2の実施形態のレベルシフト回路21と同様にトランジスタT1がオンオフされ、これに応じた出力信号Soutが出力される。このような構成によっても、第2の実施形態と同様の作用および効果が得られる。   The resistance values of the resistors R1 and R2 are such that when the voltage value of the input signal Sin is about 75% of the power supply voltage VDDA, the detection voltage Vdet (on) matches the forward voltage VF of the transistor T1, and about 25 of the power supply voltage VDDA. %, The detection voltage Vdet (off) is set to coincide with the forward voltage VF. Accordingly, in the level shift circuit 41, the transistor T1 is turned on and off in the same manner as the level shift circuit 21 of the second embodiment, and an output signal Sout corresponding to this is output. Even with such a configuration, the same operations and effects as those of the second embodiment can be obtained.

(第5の実施形態)
以下、本発明の第5の実施形態について図6を参照しながら説明する。図6は、本実施形態のレベルシフト回路の電気構成を示す図1相当図である。なお、上記各実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。レベルシフト回路51は、第2の実施形態のレベルシフト回路21に対し、抵抗R21に替えてツェナーダイオードD51を備えている点が異なる。本実施形態では、ツェナーダイオードD51、抵抗R1、R2の直列回路により分圧回路52が構成されている。
(Fifth embodiment)
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing the electrical configuration of the level shift circuit of the present embodiment. Note that the same parts as those in the above embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The level shift circuit 51 is different from the level shift circuit 21 of the second embodiment in that a Zener diode D51 is provided instead of the resistor R21. In the present embodiment, the voltage dividing circuit 52 is configured by a series circuit of a Zener diode D51 and resistors R1 and R2.

このような構成のレベルシフト回路51は、トランジスタT21がオンの場合、ツェナーダイオードD51の両端子間が短絡された状態となり、このときの電圧Vdet(on)は、第2の実施形態と同様に上記(1)式で表される。一方、トランジスタT21がオフの場合、入力端子2、3間にツェナーダイオードD51、抵抗R1、R2が直列に接続された状態となる。このときの電圧Vdet(off)は、下記(4)式で表される。ただし、(4)式では、ツェナーダイオードD51のツェナー電圧をVzで表している。
Vdet(off)=(Sin−Vz)・R2/(R1+R2) …(4)
When the transistor T21 is on, the level shift circuit 51 having such a configuration is in a state where both terminals of the Zener diode D51 are short-circuited, and the voltage Vdet (on) at this time is the same as in the second embodiment. It is represented by the above formula (1). On the other hand, when the transistor T21 is off, a Zener diode D51 and resistors R1 and R2 are connected in series between the input terminals 2 and 3. The voltage Vdet (off) at this time is expressed by the following equation (4). However, in the equation (4), the Zener voltage of the Zener diode D51 is represented by Vz.
Vdet (off) = (Sin−Vz) · R2 / (R1 + R2) (4)

抵抗R1、R2の抵抗値は、入力信号Sinの電圧値が電源電圧VDDAの約75%のときに検出電圧Vdet(on)がトランジスタT1の順方向電圧VFと一致し、電源電圧VDDAの約25%のときに検出電圧Vdet(off)が順方向電圧VFと一致するように設定されている。従って、レベルシフト回路51では、第2の実施形態のレベルシフト回路21と同様にトランジスタT1がオンオフされ、これに応じた出力信号Soutが出力される。このような構成によっても、第2の実施形態と同様の作用および効果が得られる。   The resistance values of the resistors R1 and R2 are such that when the voltage value of the input signal Sin is about 75% of the power supply voltage VDDA, the detection voltage Vdet (on) matches the forward voltage VF of the transistor T1, and about 25 of the power supply voltage VDDA. %, The detection voltage Vdet (off) is set to coincide with the forward voltage VF. Accordingly, in the level shift circuit 51, the transistor T1 is turned on and off in the same manner as the level shift circuit 21 of the second embodiment, and an output signal Sout corresponding to this is output. Even with such a configuration, the same operations and effects as those of the second embodiment can be obtained.

(その他の実施形態)
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
しきい値電圧Vth、Vth(on)、Vth(off)の値は、適宜変更可能である。トランジスタT1をPNP形に変更してもよいし、トランジスタT2、T21をNPN形に変更してもよい。また、MOSトランジスタM1をPチャネル型に変更してもよいし、MOSトランジスタM2、M21をNチャネル型に変更してもよい。その場合、変更前と同様にオンオフ動作するように各トランジスタの接続形態も変更すればよい。第1の電源電圧および第2の電源電圧は、電源電圧VDDAおよび電源電圧VDDBに限られない。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiments described above and illustrated in the drawings, and the following modifications or expansions are possible.
The values of the threshold voltages Vth, Vth (on), and Vth (off) can be changed as appropriate. The transistor T1 may be changed to a PNP type, and the transistors T2 and T21 may be changed to an NPN type. Further, the MOS transistor M1 may be changed to a P-channel type, and the MOS transistors M2 and M21 may be changed to an N-channel type. In that case, the connection form of each transistor may be changed so that the on / off operation is performed as before the change. The first power supply voltage and the second power supply voltage are not limited to the power supply voltage VDDA and the power supply voltage VDDB.

本発明のレベルシフト回路は、デジタル回路における論理レベルを持つ信号をインターフェース回路における論理レベルを持つ信号に変換する用途以外にも適用可能である。例えば、車載用バッテリから供給されるバッテリ電圧の下で動作する回路から出力される信号をIC内部のロジック回路における論理レベルを持つ信号に変換する用途に用いることもできる。すなわち、高い電源電圧の下で動作する回路から出力される信号を低い電源電圧の下で動作する回路の信号に変換する用途(例えば入力バッファ)や、低い電源電圧の下で動作する回路から出力される信号を高い電源電圧の下で動作する回路の信号に変換する用途(例えばドライバ回路)全般に適用可能である。
本発明のレベルシフト回路は、車載用の電子制御装置に限らず、異なる電源系の下で動作する回路間における信号伝達を必要とする他の装置にも適用可能である。
The level shift circuit of the present invention can be applied to applications other than the use of converting a signal having a logic level in a digital circuit into a signal having a logic level in an interface circuit. For example, it can also be used for the purpose of converting a signal output from a circuit operating under a battery voltage supplied from a vehicle-mounted battery into a signal having a logic level in a logic circuit inside the IC. That is, the signal output from a circuit operating under a high power supply voltage is converted to a signal of a circuit operating under a low power supply voltage (for example, an input buffer), or output from a circuit operating under a low power supply voltage The present invention can be applied to all applications (for example, a driver circuit) for converting a generated signal into a signal of a circuit that operates under a high power supply voltage.
The level shift circuit of the present invention is not limited to an on-vehicle electronic control device, but can be applied to other devices that require signal transmission between circuits operating under different power supply systems.

本発明の第1の実施形態を示すレベルシフト回路の電気構成図FIG. 1 is an electrical configuration diagram of a level shift circuit showing a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態を示す図1相当図FIG. 1 equivalent diagram showing a second embodiment of the present invention 各部の電圧波形を示す図Diagram showing the voltage waveform of each part 本発明の第3の実施形態を示す図1相当図FIG. 1 equivalent view showing a third embodiment of the present invention 本発明の第4の実施形態を示す図1相当図FIG. 1 equivalent view showing a fourth embodiment of the present invention 本発明の第5の実施形態を示す図1相当図FIG. 1 equivalent view showing a fifth embodiment of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

図面中、1、21、31、41、51はレベルシフト回路、2は入力端子、3は入力端子(基準端子)、8は出力回路、9、23、42、52は分圧回路、10は電源線、M2はMOSトランジスタ(スイッチング素子)、M21はMOSトランジスタ(分圧比変更手段)、R1、R2は抵抗、T2はトランジスタ(スイッチング素子)、T21はトランジスタ(分圧比変更手段)を示す。   In the drawings, 1, 21, 31, 41 and 51 are level shift circuits, 2 is an input terminal, 3 is an input terminal (reference terminal), 8 is an output circuit, 9, 23, 42 and 52 are voltage dividing circuits, 10 is The power supply line, M2 is a MOS transistor (switching element), M21 is a MOS transistor (voltage division ratio changing means), R1 and R2 are resistors, T2 is a transistor (switching element), and T21 is a transistor (voltage division ratio changing means).

Claims (2)

第1の電源電位と基準電位との間の第1の電源電圧で動作する回路から出力される入力信号を、前記第1の電源電位とは異なる第2の電源電位と基準電位との間の第2の電源電圧で動作する回路の信号にレベル変換するレベルシフト回路であって、
前記入力信号を入力するための入力端子と前記基準電位を入力するための基準端子との間に介在された抵抗を有する分圧回路と、
前記第2の電源電位を供給するための電源線と前記基準端子との間に介在され前記分圧回路から出力される分圧電圧に基づいてオンオフするスイッチング素子を有し、このスイッチング素子のオンオフに応じて前記第2の電源電位を持つ信号または前記基準電位を持つ信号を出力する出力回路とを備えていることを特徴とするレベルシフト回路。
An input signal output from a circuit operating with a first power supply voltage between the first power supply potential and the reference potential is input between a second power supply potential different from the first power supply potential and the reference potential. A level shift circuit for converting a level into a signal of a circuit operating with a second power supply voltage,
A voltage dividing circuit having a resistance interposed between an input terminal for inputting the input signal and a reference terminal for inputting the reference potential;
A switching element that is interposed between a power supply line for supplying the second power supply potential and the reference terminal and that is turned on / off based on a divided voltage output from the voltage dividing circuit; And a level shift circuit comprising: an output circuit that outputs a signal having the second power supply potential or a signal having the reference potential.
前記スイッチング素子のオンオフに応じて前記分圧回路の分圧比を変更する分圧比変更手段を備えていることを特徴とする請求項1記載のレベルシフト回路。   2. The level shift circuit according to claim 1, further comprising a voltage dividing ratio changing means for changing a voltage dividing ratio of the voltage dividing circuit in accordance with on / off of the switching element.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015222914A (en) * 2014-05-23 2015-12-10 株式会社ノーリツ Control device

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