JP2012065185A - レベルシフト回路 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電源電圧に対して伝搬遅延時間を最適化したレベルシフト回路を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、ハイサイドスイッチと、ローサイドスイッチと、を備えたレベルシフト回路が提供される。前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチとは、高電位電源線と低電位電源線との間に直列に接続され、入力信号に応じて排他的にオンする。前記ハイサイドスイッチのオン抵抗と前記ローサイドスイッチのオン抵抗との比は、前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチとの接続点に出力される出力信号と、前記入力信号と、の入出力間レベル差に応じて設定されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、レベルシフト回路に関する。

機器の低消費電力化、高機能化にともない、ＣＰＵなどの集積回路は低電圧化、多電源化している。一方、従来から使用されているシステムやアナログ信号などを扱うシステムにおいては、集積回路よりも高電圧が必要とされる場合もある。
このように、異なる電源電圧で動作するシステムが混在している場合は、システム間の信号を伝送するためにレベルシフト回路が必要となる。また、機器の高速化に伴い、レベルシフト回路による伝搬遅延を短縮する必要がある。
しかし、入出力間レベル差に応じて、伝搬遅延時間を最短にする最適なトランジスタサイズ比は異なる。そのため、複数の電源電圧に切替可能な構成とした場合、伝搬遅延時間の最適化が困難である。

特開昭５８−１２５２９８号公報

本発明の実施形態は、複数の電源電圧に対して伝搬遅延時間を最適化したレベルシフト回路を提供する。

実施形態によれば、ハイサイドスイッチと、ローサイドスイッチと、を備えたレベルシフト回路が提供される。前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチとは、高電位電源線と低電位電源線との間に直列に接続され、入力信号に応じて排他的にオンする。前記ハイサイドスイッチのオン抵抗と前記ローサイドスイッチのオン抵抗との比は、前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチとの接続点に出力される出力信号と、前記入力信号と、の入出力間レベル差に応じて設定されることを特徴とする。

第１の実施形態に係るレベルシフト回路の構成を例示する回路図である。 伝搬遅延時間のトランジスタサイズ比に対する依存性を表す特性図である。 第２の実施形態に係るレベルシフト回路の構成を例示する回路図である。 第３の実施形態に係るレベルシフト回路の構成を例示する回路図である。 第４の実施形態に係るレベルシフト回路の構成を例示する回路図である。 第５の実施形態に係るレベルシフト回路の構成を例示する回路図である。 第６の実施形態に係るレベルシフト回路の構成を例示する回路図である。 図７に表したレベルシフト回路の伝搬遅延時間のトランジスタサイズ比に対する依存性を表す特性図である。 第７の実施形態に係るレベルシフト回路の構成を例示する回路図である。 第８の実施形態に係るレベルシフト回路の構成を例示する回路図である。 第９の実施形態に係るレベルシフト回路の構成を例示する回路図である。 第１０の実施形態に係るレベルシフト回路の構成を例示する回路図である。

以下、実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るレベルシフト回路の構成を例示する回路図である。
図１に表したように、レベルシフト回路１においては、ハイサイドスイッチ２とローサイドスイッチ３とは、高電位電源線４と低電位電源線５との間に、直列に接続される。出力線６は、ハイサイドスイッチ２とローサイドスイッチ３との接続点７ｂに接続される。

入力線８ａ、８ｂは、ローサイドスイッチ３に接続され、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂが、ローサイドスイッチ３に入力される。ここで、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂは、低電位電源線５の電位を基準にして、ハイレベルが電位Ｖ１、ローレベルが０Ｖの差動信号である。なお、入力信号Ｉｎｂは、入力信号Ｉｎａを反転した信号である。電源線９から電位Ｖ１の電源が供給された否定回路（ＮＯＴ）１０により入力信号Ｉｎａを反転している。

ローサイドスイッチ３は、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂに応じてオンまたはオフする。ハイサイドスイッチ２は、ローサイドスイッチ３の状態に応じてオンまたはオフする。ハイサイドスイッチ２とローサイドスイッチ３とは、排他的にオンする。そのため、出力線６は、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂに応じて、高電位電源線４または低電位電源線５に電気的に接続される。

出力線６の出力信号Ｏｕｔは、低電位電源線５の電位を基準にして、ハイレベルが電位Ｖ２、ローレベルが０Ｖの信号である。ここで、電位Ｖ２は、高電位電源線４の電位Ｖ２であり、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂのハイレベルの電位Ｖ１以上の値に設定される。またレベルシフト回路１においては、電位Ｖ２は、Ｖ２＝Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂの２つの場合がある。ただし、Ｖ２Ａ≧Ｖ２Ｂ＞０である。

レベルシフト回路１は、ハイレベルが電位Ｖ１の入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂを、ハイレベルが電位Ｖ２の出力信号Ｏｕｔに変換する。
また、後述するように、接続点７ｂと低電位電源線５との間のローサイドスイッチ３のオン抵抗Ｒｌは、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂと出力信号Ｏｕｔとの入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１＝Ｖ２Ａ−Ｖ１、Ｖ２Ｂ−Ｖ１に応じて設定される。

従って、高電位電源線４と接続点７ｂとの間のハイサイドスイッチ２のオン抵抗Ｒｈと、接続点７ｂと低電位電源線５との間のローサイドスイッチ３のオン抵抗Ｒｌとの比Ｒｈ／Ｒｌは、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１に応じて設定される。

ハイサイドスイッチ２は、一対の出力トランジスタＰ１、Ｐ２の差動回路で構成されている。出力トランジスタＰ１、Ｐ２は、それぞれＰチャンネル形ＭＯＳＦＥＴ（以下、ＰＭＯＳ）で構成され、それぞれのバックゲートは、高電位電源線４に接続されている。

出力トランジスタＰ１、Ｐ２のそれぞれのソースは、高電位電源線４に接続される。出力トランジスタＰ１のゲートは、出力トランジスタＰ２のドレインに接続される。出力トランジスタＰ２のゲートは、出力トランジスタＰ１のドレインに接続される。出力トランジスタＰ１、Ｐ２は、クロスカップルされている。

出力トランジスタＰ１、Ｐ２は、差動回路であり、排他的にオンする。
出力線６は、接続点７ｂを介して、出力トランジスタＰ２のゲート及び出力トランジスタＰ１のドレインに接続される。

出力トランジスタＰ１がオンで出力トランジスタＰ２がオフのとき、ハイサイドスイッチ２はオンである。このとき、出力線６は、接続点７ｂを介して高電位電源線４と電気的に接続される。また、出力トランジスタＰ１がオフで出力トランジスタＰ２がオンのとき、ハイサイドスイッチ２はオフである。このとき、出力線６と高電位電源線４との接続は遮断される。

ローサイドスイッチ３は、一対の入力トランジスタＮ１、Ｎ２、一対の入力トランジスタＮ３、Ｎ４、一対の直列トランジスタＮ５、Ｎ６の差動回路で構成される。各トランジスタは、Ｎチャンネル形ＭＯＳＦＥＴ（以下、ＮＭＯＳ）で構成され、それぞれのバックゲートは、低電位電源線５に接続されている。

入力トランジスタＮ１は、ハイサイドスイッチ２と低電位電源線５との間に接続されている。入力トランジスタＮ３及び直列トランジスタＮ５は、ハイサイドスイッチ２と低電位電源線５との間に、直列に接続される。入力トランジスタＮ３及び直列トランジスタＮ５は、入力トランジスタＮ１に並列に接続される。

同様に、入力トランジスタＮ２は、ハイサイドスイッチ２と低電位電源線５との間に接続されている。入力トランジスタＮ４及び直列トランジスタＮ６は、ハイサイドスイッチ２と低電位電源線５との間に、直列に接続される。入力トランジスタＮ４及び直列トランジスタＮ６は、入力トランジスタＮ２に並列に接続される。

詳細に説明すると、入力トランジスタＮ１のドレインは、接続点７ｂを介してハイサイドスイッチ２の出力トランジスタＰ１のドレインに接続される。入力トランジスタＮ１のソースは、低電位電源線５に接続される。

直列トランジスタＮ５のドレインは、接続点７ｂを介して、ハイサイドスイッチ２の出力トランジスタＰ１のドレインに接続される。直列トランジスタＮ５のソースは、入力トランジスタＮ３のドレインに接続される。入力トランジスタＮ３のソースは、低電位電源線５に接続される。

入力トランジスタＮ１のゲート及び入力トランジスタＮ３のゲートは、入力線８ｂに接続される。入力トランジスタＮ１のゲート及び入力トランジスタＮ３のゲートには、入力信号Ｉｎｂが入力される。
直列トランジスタＮ５のゲートは、信号線１１に接続され、直列トランジスタＮ５のゲートには、選択信号Ｓｅｌが入力される。選択信号Ｓｅｌは、入力信号Ｉｎｂと出力信号Ｏｕｔとの入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１に応じてハイレベルまたはローレベルに設定される。

入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のとき、選択信号Ｓｅｌはハイレベルである。入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１よりも小さい第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のとき、選択信号Ｓｅｌはローレベルである。

同様に、入力トランジスタＮ２のドレインは、ハイサイドスイッチ２の出力トランジスタＰ２のドレインに接続される。入力トランジスタＮ２のソースは、低電位電源線５に接続される。

直列トランジスタＮ６のドレインは、ハイサイドスイッチ２の出力トランジスタＰ２のドレインに接続される。直列トランジスタＮ６のソースは、入力トランジスタＮ４のドレインに接続される。入力トランジスタＮ４のソースは、低電位電源線５に接続される。
入力トランジスタＮ２のゲート及び入力トランジスタＮ４のゲートは、入力線８ａに接続される。入力トランジスタＮ２のゲート及び入力トランジスタＮ４のゲートには、入力信号Ｉｎａが入力される。直列トランジスタＮ６のゲートは、信号線１１に接続される。直列トランジスタＮ６のゲートには、選択信号Ｓｅｌが供給される。

次にレベルシフト回路１の動作を説明する。
入力トランジスタＮ１、Ｎ２は、それぞれ入力信号Ｉｎｂ、Ｉｎａを入力して排他的にオンする。入力トランジスタＮ１は、入力信号Ｉｎｂがハイレベルのときオンし、ローレベルのときオフする。入力トランジスタＮ２は、入力信号Ｉｎａがハイレベルのときオンし、ローレベルのときオフする。

入力トランジスタＮ３、Ｎ４も、それぞれ入力信号Ｉｎｂ、Ｉｎａを入力して排他的にオンする。入力トランジスタＮ３は、入力信号Ｉｎｂがハイレベルのときオンし、ローレベルのときオフする。入力トランジスタＮ４は、入力信号Ｉｎａがハイレベルのときオンし、ローレベルのときオフする。

入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のとき、選択信号Ｓｅｌがハイレベルのため、直列トランジスタＮ５、Ｎ６のゲートはハイレベルになる。直列トランジスタＮ５、Ｎ６は、オンする。

ローサイドスイッチ３においては、出力線６と低電位電源線５との間に、入力トランジスタＮ１が接続され、また、入力トランジスタＮ１と並列に、入力トランジスタＮ３及び直列トランジスタＮ５が接続された状態になる。

また、ハイサイドスイッチ２の出力トランジスタＰ２のドレインと低電位電源線５との間に、入力トランジスタＮ２が接続され、また、入力トランジスタＮ２と並列に、入力トランジスタＮ４及び直列トランジスタＮ６が接続された状態になる。

従って、ローサイドスイッチ３のオン抵抗は、Ｒ（Ｎ１）×（Ｒ（Ｎ３）＋Ｒ（Ｎ５））／（Ｒ（Ｎ１）＋Ｒ（Ｎ３）＋Ｒ（Ｎ５））になる。ここで、Ｒ（Ｎ１）、Ｒ（Ｎ３）、Ｒ（Ｎ５）は、それぞれ入力トランジスタＮ１、Ｎ３、直列トランジスタＮ５のオン抵抗である。

また、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１よりも小さい第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のとき、直列トランジスタＮ５、Ｎ６のゲートはローレベルになる。直列トランジスタＮ５、Ｎ６は、オフする。

ローサイドスイッチ３においては、出力線６と低電位電源線５との間に、入力トランジスタＮ１が接続された状態になる。また、ハイサイドスイッチ２の出力トランジスタＰ２のドレインに、入力トランジスタＮ２のドレインが接続された状態になる。

従って、ローサイドスイッチ３のオン抵抗は、Ｒ（Ｎ１）になる。
このように、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときのローサイドスイッチ３のオン抵抗は、第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のときのオン抵抗よりも小さく設定される。

入力信号Ｉｎｂがハイレベルからローレベルに変化すると、入力トランジスタＮ１、Ｎ３はオフする。出力線６と低電位電源線５との間のローサイドスイッチ３はオフの状態になる。このとき、入力トランジスタＮ２、Ｎ４はオンであり、ハイサイドスイッチ２の出力トランジスタＰ１のゲートは、ローレベルになる。出力トランジスタＰ１はオンして、ハイサイドスイッチ２はオンの状態になる。

出力線６は、接続点７ｂ及び出力トランジスタＰ１を介して、高電位電源線４と電気的に接続された状態になる。出力線６の出力信号Ｏｕｔはローレベルからハイレベルに立ち上がり、高電位電源線４の電位Ｖ２まで上昇する。この出力信号Ｏｕｔの立ち上がりの伝搬遅延時間ｔｐｄｈは、出力トランジスタＰ１の電流供給能力が大きい程、またオン抵抗が小さい程短くなる。

入力信号Ｉｎｂがローレベルからハイレベルに変化すると、入力トランジスタＮ１、Ｎ３はオンする。出力線６と低電位電源線５との間のローサイドスイッチ３は、オンの状態になる。ハイサイドスイッチ２の出力トランジスタＰ２のゲートは、ローレベルになる。出力トランジスタＰ２はオンして、出力トランジスタＰ１のゲートはハイレベルになる。出力トランジスタＰ１はオフする。このとき、入力トランジスタＮ２、Ｎ４は、入力信号Ｉｎａがローレベルに変化するため、オフである。

出力線６は、接続点７ｂ、ローサイドスイッチ３を介して、低電位電源線５に電気的に接続された状態になる。出力線６の出力信号Ｏｕｔはハイレベルからローレベルに立ち下がり、低電位電源線５の電位０Ｖまで低下する。この出力信号Ｏｕｔの立ち下がりの伝搬遅延時間ｔｐｄｌは、ローサイドスイッチ３の電流供給能力が大きい程、またオン抵抗が小さい程短くなる。

レベルシフト回路１の伝搬遅延時間ｔｐｄは、上記の伝搬遅延時間ｔｐｄｈ、ｔｐｄｌの算術平均ｔｐｄ＝（ｔｐｄｈ＋ｔｐｄｌ）／２で定義される。
従って、ハイサイドスイッチ２の電流供給能力とローサイドスイッチ３の電流供給能力との比を最適値に設定した場合に、伝搬遅延時間ｔｐｄは最小になる。また、ハイサイドスイッチ２のオン抵抗とローサイドスイッチ３のオン抵抗との比を最適値に設定した場合に、伝搬遅延時間ｔｐｄは最小になる。

このハイサイドスイッチ２とローサイドスイッチ３との電流供給能力またはオン抵抗の最適値は、レベルシフト回路１の各トランジスタの素子パラメータに依存する。また、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１にも依存する。

図２は、伝搬遅延時間のトランジスタサイズ比に対する依存性を表す特性図である。
図２においては、横軸にトランジスタサイズ比Ｗ（Ｐ１）／Ｗ（Ｎ１）をとり、縦軸に伝搬遅延時間ｔｐｄをとって、高電位電源線４の電位Ｖ２＝Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂの各場合の依存性を模式的に表している。なお、高電位電源線４の電位Ｖ２＝Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂの各場合は、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１がそれぞれ第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１の場合、第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１の場合に相当する。また、選択信号Ｓｅｌはローレベルであり、入力トランジスタＮ３、直列トランジスタＮ５がない場合に相当する。

ここで、トランジスタサイズ比Ｗ（Ｐ１）／Ｗ（Ｎ１）は、ハイサイドスイッチ２の出力トランジスタＰ１のチャネル幅Ｗ（Ｐ１）とローサイドスイッチ３の入力トランジスタＮ１のチャネル幅Ｗ（Ｎ１）との比である。また、出力トランジスタＰ２のチャネル幅Ｗ（Ｐ２）と入力トランジスタＮ２のチャネル幅Ｗ（Ｎ２）との比Ｗ（Ｐ２）／Ｗ（Ｎ２）は、トランジスタサイズ比Ｗ（Ｐ１）／Ｗ（Ｎ１）に等しい。さらに、各トランジスタＰ１、Ｐ２、Ｎ１、Ｎ２のチャンネル長は等しい。

トランジスタの電流供給能力は、そのチャネル幅に比例する。また、トランジスタのオン抵抗は、そのチャネル幅に反比例する。
そこで、図２においては、トランジスタの電流供給能力の比をトランジスタサイズ比Ｗ（Ｐ１）／Ｗ（Ｎ１）で表している。

図２に表したように、伝搬遅延時間ｔｐｄが最短になるトランジスタサイズ比Ｗ（Ｐ１）／Ｗ（Ｎ１）は、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１で異なる。第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときのトランジスタサイズ比Ｗ（Ｐ１）／Ｗ（Ｎ１）の最適値は、第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のときの最適値よりも小さい。

従って、第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときの電流供給能力の比は、第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のときよりも小さくする必要がある。また、トランジスタのオン抵抗で表すと、第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときのハイサイドスイッチ２のオン抵抗Ｒｈとローサイドスイッチ３のオン抵抗Ｒｌとの比Ｒｈ／Ｒｌは、第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のときよりも大きくする必要がある。

このように、入力トランジスタＮ３、Ｎ４、直列トランジスタＮ５、Ｎ６がない場合は、高電位電源線４の電位Ｖ２を切り替えると、トランジスタサイズ比Ｗ（Ｐ１）／Ｗ（Ｎ１）の最適値が変化する。そのため、トランジスタサイズ比Ｗ（Ｐ１）／Ｗ（Ｎ１）は、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１のある１つの値に対する最適値に設定されることになる。従って、供給する電位Ｖ２によっては、トランジスタサイズ比Ｗ（Ｐ１）／Ｗ（Ｎ１）が最適値でないため、伝搬遅延時間ｔｐｄが最短でない状態で動作することになる。

これに対して、レベルシフト回路１においては、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときのオン抵抗は、第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のときのオン抵抗よりも小さく設定される。そのため、第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときのローサイドスイッチ３の電流供給能力は、第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のときの電流供給能力よりも大きくすることができる。

従って、レベルシフト回路１においては、高電位電源線４の電位Ｖ２を電位Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂに切り替える場合も、それぞれの電位に対してトランジスタサイズ比を等価的に最適値に設定することができる。レベルシフト回路１によれば、複数の電源電圧に対して伝搬遅延時間ｔｐｄを最適化することができる。

なお、レベルシフト回路１においては、高電位電源線４の電位Ｖ２を電位Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂに切り替えている。しかし、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂのハイレベルの電位Ｖ１が切り替わることにより、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が変化してもよい。

また、レベルシフト回路１においては、一対の入力トランジスタＮ１、Ｎ２と並列に接続された、一対の入力トランジスタＮ３、Ｎ４及び一対の直列トランジスタＮ５、Ｎ６を用いる構成を例示している。しかし、任意数対の入力トランジスタ及び直列トランジスタを用いてもよい。

また、レベルシフト回路１においては、一対の直列トランジスタＮ５、Ｎ６を高電位側にして、一対の入力トランジスタＮ３、Ｎ４及び一対の直列トランジスタＮ５、Ｎ６をそれぞれ直列に接続している。しかし、一対の直列トランジスタＮ５、Ｎ６を低電位側に接続してもよい。

また、レベルシフト回路１は、差動回路で構成されているため、ハイサイドスイッチ２とローサイドスイッチ３との接続点７ａ、７ｂは、２箇所あり、互いに反転した信号が出力される。レベルシフト回路１においては、ハイサイドスイッチ２の出力トランジスタＰ１と、ローサイドスイッチ３の入力トランジスタＮ１、入力トランジスタＮ３及び直列トランジスタＮ５と、の接続点７ｂに、出力線６が接続されている。しかし、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂと出力信号Ｏｕｔの論理によっては、接続点７ａに出力線６を接続してもよい。

また、レベルシフト回路１においては、入力信号ＩｎａをＮＯＴ１０で反転して入力信号Ｉｎｂを生成する構成を例示している。しかし、ＮＯＴ１０を用いずに、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂの差動信号をレベルシフト回路１に入力してもよい。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係るレベルシフト回路の構成を例示する回路図である。
図３に表したように、レベルシフト回路１ａは、図１に表したレベルシフト回路１のハイサイドスイッチ２をハイサイドスイッチ２ａに置き換えた構成である。

ハイサイドスイッチ２ａは、ハイサイドスイッチ２に一対のＰＭＯＳ Ｐ３、Ｐ４を追加した構成である。一対の出力トランジスタＰ１、Ｐ２は、ハイサイドスイッチ２と同様である。
一対のＰＭＯＳ Ｐ３、Ｐ４は、一対の出力トランジスタＰ１、Ｐ２と直列にそれぞれ接続される。

一対のＰＭＯＳ Ｐ３、Ｐ４のソースは、高電位電源線４にそれぞれ接続される。ＰＭＯＳ Ｐ３のドレインは、出力トランジスタＰ１のソースに接続される。ＰＭＯＳ Ｐ３のゲートは、入力線８ｂに接続される。ＰＭＯＳ Ｐ３のゲートには、入力信号Ｉｎｂが入力される。

ＰＭＯＳ Ｐ４のドレインは、出力トランジスタＰ２のソースに接続される。ＰＭＯＳ Ｐ４のゲートは、入力線８ａに接続される。ＰＭＯＳ Ｐ４のゲートには、入力信号Ｉｎａが入力される。なお、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂは、差動信号であり、図１に表したレベルシフト回路１のように、入力信号Ｉｎｂは、ＮＯＴ１０でＩｎａを反転して生成してもい。

レベルシフト回路１ａにおいては、ローサイドスイッチ３は、レベルシフト回路１と同様であり、高電位電源線４の電位Ｖ２を電位Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂに切り替える場合も、それぞれの電位に対してトランジスタサイズ比を等価的に最適値に設定することができる。

そのため、レベルシフト回路１ａによれば、複数の電源電圧に対して伝搬遅延時間ｔｐｄを最適化することができる。
また、ハイサイドスイッチ２ａに入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂが入力されるため、伝搬遅延時間ｔｐｄを短くすることができる。

なお、レベルシフト回路１ａにおいては、高電位電源線４の電位Ｖ２を電位Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂに切り替えている。しかし、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂのハイレベルの電位Ｖ１が切り替わることにより、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が変化してもよい。

（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態に係るレベルシフト回路の構成を例示する回路図である。
図４に表したように、レベルシフト回路１ｂは、図１に表したレベルシフト回路１のローサイドスイッチ３をローサイドスイッチ３ａに置き換えた構成である。ハイサイドスイッチ２については、レベルシフト回路１と同様である。

ローサイドスイッチ３ａは、ローサイドスイッチ３の一対の入力トランジスタＮ３、Ｎ４及び一対の直列トランジスタＮ５、Ｎ６を、一対の入力トランジスタＮ７、Ｎ８及び一対の論理積回路（ＡＮＤ）１２、１３に置き換えた構成である。入力トランジスタＮ７、Ｎ８は、それぞれＮＭＯＳで構成される。また、一対の入力トランジスタＮ１、Ｎ２は、ローサイドスイッチ３と同様である。

一対の入力トランジスタＮ７、Ｎ８は、ハイサイドスイッチ２と低電位電源線５との間にそれぞれ接続される。入力トランジスタＮ７のドレインは、ハイサイドスイッチ２の出力トランジスタＰ１のドレインと、接続点７ｂを介して接続される。入力トランジスタＮ７のソースは、低電位電源線５に接続される。選択信号Ｓｅｌと入力信号Ｉｎｂとの論理積がＡＮＤ１２で生成され、入力トランジスタＮ７のゲートに入力される。

同様に、入力トランジスタＮ８のドレインは、ハイサイドスイッチ２の出力トランジスタＰ２のドレインと、接続点７ａを介して接続される。入力トランジスタＮ８のソースは、低電位電源線５に接続される。選択信号Ｓｅｌと入力信号Ｉｎａとの論理積がＡＮＤ１３で生成され、入力トランジスタＮ８のゲートに入力される。なお、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂは、差動信号であり、図１に表したレベルシフト回路１のように、入力信号Ｉｎｂは、ＮＯＴ１０でＩｎａを反転して生成してもい。

上記の通り、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のとき、選択信号Ｓｅｌはハイレベルである。入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１よりも小さい第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のとき、選択信号Ｓｅｌはローレベルである。

従って、第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときは、入力トランジスタＮ７、Ｎ８の各ゲートには、入力信号Ｉｎｂ、Ｉｎａがそれぞれ入力されることになる。なお、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂは、差動信号であり、図１に表したレベルシフト回路１のように、入力信号Ｉｎｂは、ＮＯＴ１０でＩｎａを反転して生成してもい。

ローサイドスイッチ３ａにおいては、出力線６と低電位電源線５との間に、入力トランジスタＮ１と入力トランジスタＮ７とが並列に接続された状態になる。
また、ハイサイドスイッチ２の出力トランジスタＰ２のドレインと低電位電源線５との間に、入力トランジスタＮ２と入力トランジスタＮ７とが並列に接続された状態になる。

従って、ローサイドスイッチ３ａのオン抵抗は、Ｒ（Ｎ１）×Ｒ（Ｎ７）／（Ｒ（Ｎ１）＋Ｒ（Ｎ７））になる。ここで、Ｒ（Ｎ１）、Ｒ（Ｎ７）は、それぞれ入力トランジスタＮ１、Ｎ７のオン抵抗である。

また、第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のときは、入力トランジスタＮ７、Ｎ８の各ゲートは、ローレベルになる。入力トランジスタＮ７、Ｎ８は、オフする。
ローサイドスイッチ３ａにおいては、出力線６と低電位電源線５との間に入力トランジスタＮ１が接続された状態になる。また、ハイサイドスイッチ２の出力トランジスタＰ２のドレインに、入力トランジスタＮ２のドレインが接続された状態になる。

従って、ローサイドスイッチ３ａのオン抵抗は、Ｒ（Ｎ１）になる。
このように、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときのローサイドスイッチ３のオン抵抗は、第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のときのオン抵抗よりも小さく設定される。

レベルシフト回路１ｂにおいては、ハイサイドスイッチ２は、レベルシフト回路１と同様であり、高電位電源線４の電位Ｖ２を電位Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂに切り替える場合も、それぞれの電位に対してトランジスタサイズ比を等価的に最適値に設定することができる。

そのため、レベルシフト回路１ｂによれば、複数の電源電圧に対して伝搬遅延時間ｔｐｄを最適化することができる。
また、ローサイドスイッチ３ａにおいては、直列トランジスタＮ５、Ｎ６がないため、伝搬遅延時間ｔｐｄを短くすることができる。

なお、レベルシフト回路１ｂにおいては、高電位電源線４の電位Ｖ２を電位Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂに切り替えている。しかし、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂのハイレベルの電位Ｖ１が切り替わることにより、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が変化してもよい。

また、レベルシフト回路１ｂにおいては、一対の入力トランジスタＮ１、Ｎ２と並列に接続された、一対の入力トランジスタＮ３、Ｎ４と一対のＡＮＤ１３、１４とを用いる構成を例示している。しかし、任意数対の入力トランジスタ及びＡＮＤを用いてもよい。

（第４の実施形態）
図５は、第４の実施形態に係るレベルシフト回路の構成を例示する回路図である。
図５に表したように、レベルシフト回路１ｃは、図１に表したレベルシフト回路１のハイサイドスイッチ２、ローサイドスイッチ３をそれぞれハイサイドスイッチ２ｂ、ローサイドスイッチ３ｂに置き換えた構成である。レベルシフト回路１ｃにおいては、選択信号Ｓｅｌに応じて、ハイサイドスイッチ２ｂのオン抵抗Ｒｈを変化させる。

ローサイドスイッチ３ｃは、ローサイドスイッチ３の一対の入力トランジスタＮ３、Ｎ４及び一対の直列トランジスタＮ５、Ｎ６がない構成である。一対の入力トランジスタＮ１、Ｎ２は、ローサイドスイッチ３と同様である。

ハイサイドスイッチ２ｂは、ハイサイドスイッチ２に、一対の出力トランジスタＰ５、Ｐ６及び一対の直列スイッチＰ７、Ｐ８を追加した構成である。各トランジスタＰ５、Ｐ６及び直列スイッチＰ７、Ｐ８は、ＰＭＯＳで構成される。出力トランジスタＰ１、Ｐ２は、ハイサイドスイッチ２と同様である。

一対の出力トランジスタＰ５、Ｐ６は、高電位電源線４に接続される。一対の直列スイッチＰ７、Ｐ９は、出力トランジスタＰ５、Ｐ６と直列にそれぞれ接続される。出力トランジスタＰ５及び直列スイッチＰ７は、出力トランジスタＰ１の両端に直列に接続される。同様に、出力トランジスタＰ６及び直列スイッチＰ８は、出力トランジスタＰ２の両端に直列に接続される。

詳細に説明すると、出力トランジスタＰ５のソース、ドレイン、ゲートは、高電位電源線４、直列スイッチＰ７のソース、出力トランジスタＰ１のゲートにそれぞれ接続される。直列スイッチＰ７のドレインは、出力トランジスタＰ１のドレインに接続される。直列スイッチＰ７のゲートには、選択信号Ｓｅｌが入力される。

同様に、出力トランジスタＰ６のソース、ドレイン、ゲートは、高電位電源線４、直列スイッチＰ８のソース、出力トランジスタＰ２のゲートにそれぞれ接続される。直列スイッチＰ８のドレインは、出力トランジスタＰ２のドレインに接続される。直列スイッチＰ８のゲートには、選択信号Ｓｅｌが入力される。

上記の通り、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のとき、選択信号Ｓｅｌはハイレベルである。入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１よりも小さい第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のとき、選択信号Ｓｅｌはローレベルである。
従って、第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときは、直列スイッチＰ７、Ｐ８の各ゲートには、ハイレベルがそれぞれ入力されることになる。直列スイッチＰ７、Ｐ８はオフする。

ハイサイドスイッチ２ｂにおいては、高電位電源線４と出力線６（接続点７ｂ）との間に出力トランジスタＰ１が接続された状態になる。また、高電位電源線４と接続点７ａとの間に、出力トランジスタＰ２が接続された状態になる。
従って、ハイサイドスイッチ２ｂのオン抵抗は、Ｒ（Ｐ１）になる。ここで、Ｒ（Ｐ１）は、出力トランジスタＰ１のオン抵抗である。

また、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１よりも小さい第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のとき、直列スイッチＰ７、Ｐ８のゲートはローレベルになる。直列スイッチＰ７、Ｐ８は、オンする。

ハイサイドスイッチ２ｂにおいては、高電位電源線４と出力線６との間に、出力トランジスタＰ１が接続され、また、出力トランジスタＰ１と並列に、出力トランジスタＰ５及び直列スイッチＰ７が接続された状態になる。

また、高電位電源線４と接続点７ａとの間に、出力トランジスタＰ２が接続され、また、出力トランジスタＰ２と並列に、出力トランジスタＰ６及び直列スイッチＰ８が接続された状態になる。

従って、ハイサイドスイッチ２ｂのオン抵抗は、Ｒ（Ｐ１）×（Ｒ（Ｐ５）＋Ｒ（Ｐ７））／（Ｒ（Ｐ１）＋Ｒ（Ｐ５）＋Ｒ（Ｐ７））になる。ここで、Ｒ（Ｐ１）、Ｒ（Ｐ７）、Ｒ（Ｐ５）は、それぞれ出力トランジスタＰ１、Ｐ５、直列スイッチＰ７のオン抵抗である。

このように、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときのハイサイドスイッチ２ｂのオン抵抗は、第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のときのオン抵抗よりも大きく設定される。
レベルシフト回路１ｃにおいては、ローサイドスイッチ３ｂのオン抵抗は、Ｒ（Ｎ１）である。ここで、Ｒ（Ｎ１）は、入力トランジスタＮ１のオン抵抗である。

従って、レベルシフト回路１ｃにおいては、高電位電源線４の電位Ｖ２を電位Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂに切り替える場合も、それぞれの電位に対してトランジスタサイズ比を等価的に最適値に設定することができる。
そのため、レベルシフト回路１ｃによれば、複数の電源電圧に対して伝搬遅延時間ｔｐｄを最適化することができる。

なお、レベルシフト回路１ｃにおいては、高電位電源線４の電位Ｖ２を電位Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂに切り替えている。しかし、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂのハイレベルの電位Ｖ１が切り替わることにより、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が変化してもよい。

また、レベルシフト回路１ｃにおいては、一対の出力トランジスタＰ１、Ｐ２と並列に接続された、一対の出力トランジスタＰ５、Ｐ６及び一対の直列スイッチＰ７、Ｐ８を用いる構成を例示している。しかし、任意数対の出力トランジスタ及び直列スイッチを用いてもよい。

また、レベルシフト回路１ｃにおいては、ローサイドスイッチ３ｂのオン抵抗は、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１に応じて変化しない構成を例示している。しかし、ローサイド推知３ｂをレベルシフト回路１、１ｂのローサイドスイッチ３、３ａに置き換えて、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１に応じて、ローサイドスイッチのオン抵抗も変化する構成としてもよい。

（第５の実施形態）
図６は、第５の実施形態に係るレベルシフト回路の構成を例示する回路図である。
図６に表したように、レベルシフト回路１ｄは、図５に表したレベルシフト回路１ｃのハイサイドスイッチ２ｂをハイサイドスイッチ２ｃに置き換えた構成である。ローサイドスイッチ３ｂについては、レベルシフト回路１ｃと同様である。レベルシフト回路１ｄにおいては、選択信号Ｓｅｌに応じて、ハイサイドスイッチ２ｃのオン抵抗Ｒｈを変化させる。

ハイサイドスイッチ２ｃは、ハイサイドスイッチ２ｂの直列スイッチＰ７、Ｐ８を、一対の論理和回路（ＯＲ）１４、１５に置き換えた構成である。出力トランジスタＰ１、Ｐ２は、ハイサイドスイッチ２ｂと同様である。

一対の出力トランジスタＰ５、Ｐ６は、出力トランジスタＰ１、Ｐ２とそれぞれ並列に接続される。一対の出力トランジスタＰ５、Ｐ６の各ゲートには、選択信号Ｓｅｌと出力トランジスタＰ１、Ｐ２の各ゲート信号との論理和が入力される。

詳細に説明すると、出力トランジスタＰ５のソース、ドレインは、高電位電源線４、接続点７ｂにそれぞれ接続される。出力トランジスタＰ５のゲートは、ＯＲ１４の出力に接続される。ＯＲ１４は、選択信号Ｓｅｌと出力トランジスタＰ１のゲート信号との論理和を出力する。

同様に、出力トランジスタＰ６のソース、ドレインは、高電位電源線４、接続点７ａにそれぞれ接続される。出力トランジスタＰ６のゲートは、ＯＲ１５の出力に接続される。ＯＲ１５は、選択信号Ｓｅｌと出力トランジスタＰ２のゲート信号との論理和を出力する。

上記の通り、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のとき、選択信号Ｓｅｌはハイレベルである。入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１よりも小さい第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のとき、選択信号Ｓｅｌはローレベルである。
従って、第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときは、出力トランジスタＰ５、Ｐ６の各ゲートには、ハイレベルが入力されることになる。出力トランジスタＰ５、Ｐ６は、オフする。

ハイサイドスイッチ２ｃにおいては、高電位電源線４と出力線６との間に出力トランジスタＰ１が接続された状態になる。また、高電位電源線４と接続点７ａとの間に、出力トランジスタＰ２が接続された状態になる。
従って、ハイサイドスイッチ２ｃのオン抵抗は、Ｒ（Ｐ１）になる。ここで、Ｒ（Ｐ１）は、出力トランジスタＰ１のオン抵抗である。

また、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１よりも小さい第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のとき、出力トランジスタＰ５、Ｐ６の各ゲートには、出力トランジスタＰ１、Ｐ２の各ゲート信号がそれぞれ入力される。出力トランジスタＰ５、６は、それぞれ出力トランジスタＰ１、Ｐ２と同時にオンまたはオフする。

ハイサイドスイッチ２ｃにおいては、高電位電源線４と接続点７ｂとの間に、出力トランジスタＰ１が接続され、また、出力トランジスタＰ１と並列に、出力トランジスタＰ５が接続された状態になる。
また、高電位電源線４と接続点７ａとの間に、出力トランジスタＰ２が接続され、また、出力トランジスタＰ２と並列に、出力トランジスタＰ６が接続された状態になる。

従って、ハイサイドスイッチ２ｃのオン抵抗は、Ｒ（Ｐ１）×（Ｒ（Ｐ５）／（Ｒ（Ｐ１）＋Ｒ（Ｐ５））になる。ここで、Ｒ（Ｐ１）、Ｒ（Ｐ５）は、それぞれ出力トランジスタＰ１、Ｐ５のオン抵抗である。

このように、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときのハイサイドスイッチ２ｃのオン抵抗は、第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のときのオン抵抗よりも大きく設定される。
レベルシフト回路１ｄにおいては、ローサイドスイッチ３ｂのオン抵抗は、Ｒ（Ｎ１）である。ここで、Ｒ（Ｎ１）は、入力トランジスタＮ１のオン抵抗である。

従って、レベルシフト回路１ｄにおいては、高電位電源線４の電位Ｖ２を電位Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂに切り替える場合も、それぞれの電位に対してトランジスタサイズ比を等価的に最適値に設定することができる。

そのため、レベルシフト回路１ｄによれば、複数の電源電圧に対して伝搬遅延時間ｔｐｄを最適化することができる。
また、ハイサイドスイッチ２ｃにおいては、直列スイッチＰ７、Ｐ８がないため、伝搬遅延時間ｔｐｄを短くすることができる。

なお、レベルシフト回路１ｄにおいては、高電位電源線４の電位Ｖ２を電位Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂに切り替えている。しかし、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂのハイレベルの電位Ｖ１が切り替わることにより、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が変化してもよい。

また、レベルシフト回路１ｄにおいては、一対の出力トランジスタＰ１、Ｐ２と並列に接続された、一対の出力トランジスタＰ５、６及び一対のＯＲ１４、１５を用いる構成を例示している。しかし、任意数対の出力トランジスタ及びＯＲを用いてもよい。

（第６の実施形態）
図７は、第６の実施形態に係るレベルシフト回路の構成を例示する回路図である。
図７に表したように、レベルシフト回路１ｅは、図１に表したレベルシフト回路１のローサイドスイッチ３をローサイドスイッチ３ｃに置き換えた構成である。ハイサイドスイッチ２については、レベルシフト回路１と同様である。

ローサイドスイッチ３ｃは、ローサイドスイッチ３の一対の入力トランジスタＮ１、Ｎ２がなく、また、一対の直列トランジスタＮ５、Ｎ６のゲートが高電位電源線４に接続された構成である。

詳細に説明すると、直列トランジスタＮ５のドレインは、接続点７ｂを介して、ハイサイドスイッチ２の出力トランジスタＰ１のドレインに接続される。直列トランジスタＮ５のソースは、入力トランジスタＮ３のドレインに接続される。入力トランジスタＮ３のソースは、低電位電源線５に接続される。入力トランジスタＮ３のゲートには、入力信号Ｉｎｂが入力される。直列トランジスタＮ５のゲートは、高電位電源線４に接続される。

同様に、直列トランジスタＮ６のドレインは、ハイサイドスイッチ２の出力トランジスタＰ２のドレインに接続される。直列トランジスタＮ６のソースは、入力トランジスタＮ４のドレインに接続される。入力トランジスタＮ４のソースは、低電位電源線５に接続される。入力トランジスタＮ４のゲートには、入力信号Ｉｎａが入力される。直列トランジスタＮ６のゲートは、高電位電源線４に接続される。

入力トランジスタＮ３、Ｎ４、直列トランジスタＮ５、Ｎ６などの各ＮＭＯＳのバックゲートは、低電位電源線５に接続される。また、出力トランジスタＰ１、Ｐ２などの各ＰＭＯＳのバックゲートは高電位電源線４に接続される。

トランジスタの電流供給能力は、ゲート・ソース間電圧により変化する。ローサイドスイッチ３ｃにおいては、直列トランジスタＮ５、Ｎ６のゲートが高電位電源線４に接続されている。そのため、高電位電源線４の電位Ｖ２に応じて、直列トランジスタＮ５、Ｎ６の電流供給能力、オン抵抗が変化する。

直列トランジスタＮ５のオン抵抗Ｒ（Ｎ５）は、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときの方が、第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１よりも小さい第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のときよりも、小さくなる。
入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときのローサイドスイッチ３ｃのオン抵抗は、第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のときのオン抵抗よりも、小さく設定されることになる。

レベルシフト回路１ｅにおいては、高電位電源線４の電位Ｖ２を電位Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂに切り替える場合も、それぞれの電位に対してトランジスタサイズ比を等価的に最適値に設定することができる。
そのため、レベルシフト回路１ｅによれば、複数の電源電圧に対して伝搬遅延時間ｔｐｄを最適化することができる。

なお、レベルシフト回路１ｅにおいては、一対の入力トランジスタＮ３、Ｎ４及び一対の直列トランジスタＮ５、Ｎ６を用いる構成を例示している。しかし、任意数対の入力トランジスタ及び直列トランジスタを用いてもよい。

図８は、図７に表したレベルシフト回路の伝搬遅延時間のトランジスタサイズ比に対する依存性を表す特性図である。
図８においては、横軸にトランジスタサイズ比Ｗ（Ｐ）／Ｗ（Ｎ）をとり、縦軸に伝搬遅延時間ｔｐｄをとって、高電位電源線４の電位Ｖ２＝Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂの各場合の依存性を模式的に表している。なお、高電位電源線４の電位Ｖ２＝Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂの各場合は、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１がそれぞれ第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１の場合、及び第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１の場合に相当する。

ここで、トランジスタサイズ比Ｗ（Ｐ）／Ｗ（Ｎ）は、ハイサイドスイッチ２及びローサイドスイッチ３ｃをそれぞれ１つのトランジスタで構成した場合の等価的なチャネル幅の比である。ハイサイドスイッチ２の等価的なチャネル幅Ｗ（Ｐ）は、出力トランジスタＰ１のチャネル幅Ｗ（Ｐ１）に等しい。ローサイドスイッチ３の等価的なチャネル幅Ｗ（Ｎ）は、Ｗ（Ｎ３）×Ｗ（Ｎ５）／（Ｗ（Ｎ３）＋Ｎ５））となる。ここでＷ（Ｎ３）、Ｗ（Ｎ５）は、それぞれ入力トランジスタＮ３のチャネル幅、直列トランジスタＮ５のチャネル幅である。

レベルシフト回路１ｅにおいては、高電位電源線４の電位Ｖ２に応じて、ローサイドスイッチ３ｃの直列トランジスタＮ５、Ｎ６の電流供給能力、オン抵抗が変化する。そのため、図２に表したレベルシフト回路１の特性と比較して、電位Ｖ２が変化する場合の伝搬遅延時間ｔｐｄのトランジスタサイズ比Ｗ（Ｐ）／Ｗ（Ｎ）に対する依存性は減少している。

従って、レブ流シフト回路１ｅにおいては、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１の変化に応じて、等価的にトランジスタサイズ比Ｗ（Ｐ）／Ｗ（Ｎ）を最適値に設定することができる。

（第７の実施形態）
図９は、第７の実施形態に係るレベルシフト回路の構成を例示する回路図である。
図９に表したように、レベルシフト回路１ｆは、図７に表したレベルシフト回路１ｅのローサイドスイッチ３ｃをローサイドスイッチ３ｄに置き換えた構成である。ハイサイドスイッチ２については、レベルシフト回路１ｅと同様である。

図７に表したレベルシフト回路１ｅにおいては、ローサイドスイッチ３ｃの一対の直列トランジスタＮ５、Ｎ６は、一対の入力トランジスタＮ３、Ｎ４の高電圧側に直列に接続されていた。図９に表したレベルシフト回路１ｆにおいては、ローサイドスイッチ３ｄの一対の直列トランジスタＮ５、Ｎ６は、一対の入力トランジスタＮ３、Ｎ４の低電圧側に直列に接続されている。

入力トランジスタＮ３のバックゲート・ソース間電圧は、直列トランジスタＮ５のソース・ドレイン間電圧と等しい。直列トランジスタＮ５のソース・ドレイン間電圧は、高電位電源線４の電位Ｖ２により変化する。

入力トランジスタＮ３のバックゲート・ソース間電圧は、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときの方が、第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のときよりも大きく（絶対値は小さく）なる。なお、上記のとおり、第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１は、第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１よりも小さい。基板バイアス効果は、第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときの方が、第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のときよりも小さくなる。

従って、入力トランジスタＮ３の電流供給能力は、第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときの方が、第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のときよりも大きくなる。また、オン抵抗Ｒ（Ｎ３）は、第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときの方が、第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のときよりも小さくなる。

このように、ローサイドスイッチ３ｄにおいては、入力トランジスタＮ３のオン抵抗及び直列トランジスタＮ５のオン抵抗を変化させることができる。なお、入力トランジスタＮ３及び直列トランジスタＮ５について説明したが、入力トランジスタＮ４及び直列トランジスタＮ６についても同様である。

入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときのローサイドスイッチ３ｄのオン抵抗は、第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のときのオン抵抗よりも小さく設定されることになる。

レベルシフト回路１ｆにおいては、高電位電源線４の電位Ｖ２を電位Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂに切り替える場合も、それぞれの電位に対してトランジスタサイズ比を等価的に最適値に設定することができる。
そのため、レベルシフト回路１ｆによれば、複数の電源電圧に対して伝搬遅延時間ｔｐｄを最適化することができる。

なお、レベルシフト回路１ｆにおいては、一対の入力トランジスタＮ３、Ｎ４と一対の直列トランジスタＮ５、Ｎ６とを用いる構成を例示している。しかし、任意数対の入力トランジスタ及び直列トランジスタを用いてもよい。

（第８の実施形態）
図１０は、第８の実施形態に係るレベルシフト回路の構成を例示する回路図である。
図１０に表したように、レベルシフト回路１ｇは、図９に表したレベルシフト回路１ｆのローサイドスイッチ３ｄをローサイドスイッチ３ｅに置き換えた構成である。ハイサイドスイッチ２については、レベルシフト回路１ｆと同様である。

ローサイドスイッチ３ｅは、ローサイドスイッチ３ｄに、一対の入力トランジスタＮ１、Ｎ２を追加した構成である。一対の入力トランジスタＮ１、Ｎ２は、図１に表したレベルシフト回路１のローサイドスイッチ３と同様であり、ハイサイドスイッチ２と低電位電源線５との間にそれぞれ接続される。

入力トランジスタＮ１は、入力トランジスタＮ３及び直列トランジスタＮ５に並列に接続される。入力トランジスタＮ１のゲートには、入力信号Ｉｎｂが入力される。入力トランジスタＮ２は、入力トランジスタＮ４及び直列トランジスタＮ６に並列に接続される。入力トランジスタＮ２のゲートには、入力信号Ｉｎａが入力される。

入力トランジスタＮ１のオン抵抗は一定のため、高電位電源線４の電位Ｖ２に対するローサイドスイッチ３ｅのオン抵抗の変化特性を、ローサイドスイッチ３ｅのオン抵抗の変化特性とは異なったものとできる。

以上、レベルシフト回路１、１ａ〜１ｇについて、低電位電源線５の電位を基準に、ハイレベルを入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂの電位Ｖ１から高電位電源線４の電位Ｖ２に変換する構成について説明した。しかし、高電位電源線４の電位を基準に、ローレベルを入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂの電位から低電位電源線５の電位に変換するレベルシフト回路を構成することもできる。

（第９の実施形態）
図１１は、第９の実施形態に係るレベルシフト回路の構成を例示する回路図である。
図１１に表したように、レベルシフト回路１ｈにおいては、ハイサイドスイッチ２ｄとローサイドスイッチ３ｆとは、高電位電源線４と低電位電源線５との間に、直列に接続される。出力線６は、ハイサイドスイッチ２ｄとローサイドスイッチ３ｆとの接続点７ｂに接続される。

入力線８ａ、８ｂは、ハイサイドスイッチ２ｄに接続され、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂは、ハイサイドスイッチ２ｄに入力される。ここで、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂは、高電位電源線４の電位を基準にして、ハイレベルが電位０Ｖ、ローレベルが−Ｖ１の差動信号である。なお、入力信号Ｉｎｂは、入力信号Ｉｎａを反転した信号である。電源線１７から電位−Ｖ１の電源が供給されたＮＯＴ１０により入力信号Ｉｎａを反転している。

ハイサイドスイッチ２ｄは、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂに応じてオンまたはオフする。ローサイドスイッチ３ｆは、ハイサイドスイッチ２ｄの状態に応じてオンまたはオフする。ハイサイドスイッチ２ｄとローサイドスイッチ３ｆとは、排他的にオンする。そのため、出力線６は、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂに応じて、高電位電源線４または低電位電源線５に電気的に接続される。

出力線６の出力信号Ｏｕｔは、高電位電源線４の電位を基準にして、ハイレベルが０Ｖ、ローレベルが電位−Ｖ２の信号である。ここで、電位−Ｖ２は、低電位電源線５の電位であり、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂのローレベルの電位−Ｖ１以下の値に設定される。電位−Ｖ２は、−Ｖ２＝−Ｖ２Ａ、−Ｖ２Ｂの２つの場合がある。ただし、−Ｖ２Ａ≦−Ｖ２Ｂ＜０である。

レベルシフト回路１ｈは、ローレベルが電位−Ｖ１の入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂを、ローレベルが電位−Ｖ２の出力信号Ｏｕｔに変換する。
また、後述するように、高電位電源線４と接続点７ｂとの間のハイサイドスイッチ２ｄのオン抵抗Ｒｈは、入力信号Ｉｎａ、Ｉｎｂと出力信号Ｏｕｔとの入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１＝Ｖ２Ａ−Ｖ１、Ｖ２Ｂ−Ｖ１に応じて設定される。なお、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１は、絶対値をとることにする。

レベルシフト回路１ｈにおいては、高電位電源線４と接続点７ｂとの間のハイサイドスイッチ２ｄのオン抵抗Ｒｈと、接続点７ｂと低電位電源線５との間のローサイドスイッチ３ｆのオン抵抗Ｒｌとの比Ｒｈ／Ｒｌは、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１に応じて設定される。

ハイサイドスイッチ２ｄは、一対の入力トランジスタＰ９、Ｐ１０と、一対の直列トランジスタＰ１１、Ｐ１２と、の差動回路で構成されている。入力トランジスタＰ９、Ｐ１０、直列トランジスタＰ１１、Ｐ１２は、それぞれＰＭＯＳで構成されている。

一対の入力トランジスタＰ９、Ｐ１０及び一対の直列トランジスタＰ１１、Ｐ１２は、高電位電源線４にそれぞれ直列に接続されている。一対の入力トランジスタＰ９、Ｐ１０の各ゲートには、それぞれ入力信号Ｉｎｂ、Ｉｎａが入力される。一対の直列トランジスタＰ１１、Ｐ１２の各ゲートは、低電位電源線５に接続される。

トランジスタの電流供給能力、オン抵抗は、ゲート・ソース間電圧により変化する。ハイサイドスイッチ２ｄにおいては、直列トランジスタＰ１１、Ｐ１２のゲートが低電位電源線５に接続されている。そのため、低電位電源線５の電位−Ｖ２に応じて、直列トランジスタＰ１１、Ｐ１２の電流供給能力、オン抵抗が変化する。

直列トランジスタＰ１１のオン抵抗Ｒ（Ｐ１１）は、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときの方が、第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１よりも小さい第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のときよりも、小さくなる。
入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときのハイサイドスイッチ２ｄのオン抵抗は、第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のときのオン抵抗よりも、小さく設定されることになる。

ローサイドスイッチ３ｆは、一対の出力トランジスタＮ９、Ｎ１０の差動回路で構成される。一対の出力トランジスタＮ９、Ｎ１０は、ハイサイドスイッチ２ｄと低電位電源線５との間にそれぞれ接続される。

詳細に説明すると、出力トランジスタＮ９のドレインは、接続点７ｂを介して、ハイサイドスイッチ２ｄの入力トランジスタＰ９のドレインに接続される。出力トランジスタＮ９のソースは、低電位電源線５に接続される。
出力トランジスタＮ１０のドレインは、接続点７ａを介して、ハイサイドスイッチ２ｄの入力トランジスタＰ１０のドレインに接続される。出力トランジスタＮ１０のソースは、低電位電源線５に接続される。

出力トランジスタＮ９のゲートは、出力トランジスタＮ１０のドレイン及びハイサイドスイッチ２ｄの入力トランジスタＰ１０のドレインに接続される。出力トランジスタＮ１０のゲートは、出力トランジスタＮ９のドレイン及びハイサイドスイッチ２ｄの入力トランジスタＰ９のドレインに接続される。一対の出力トランジスタＮ９、Ｎ１０は、クロスカップルされている。

一対の出力トランジスタＮ９、Ｎ１０は差動回路のため、排他的にオンする。
出力線６は、接続点７ｂを介して、出力トランジスタＮ１０のゲート及び出力トランジスタＮ９のドレインに接続される。

出力トランジスタＮ９がオンで出力トランジスタＮ１０がオフのとき、ローサイドスイッチ３ｆはオンである。このとき、出力線６は、接続点７ｂを介して低電位電源線５と電気的に接続される。また、出力トランジスタＮ９がオフで出力トランジスタＮ１０がオンのとき、ローサイドスイッチ３ｆはオフである。このとき、出力線６と低電位電源線５との接続は遮断される。

次に、レベルシフト回路１ｈの動作を説明する。
入力信号Ｉｎｂがローレベルからハイレベルに変化すると、ハイサイドスイッチ２ｄの入力トランジスタＰ９はオフする。高電位電源線４と出力線６との間のハイサイドスイッチ２ｄは、オフの状態になる。このとき、入力トランジスタＰ１０はオンであり、ローサイドスイッチ３ｆの出力トランジスタＮ９のゲートは、ハイレベルになる。出力トランジスタＮ９はオンして、ローサイドスイッチ３ｆはオンの状態になる。

出力線６は、接続点７ｂ及び出力トランジスタＮ９を介して、低電位電源線５と電気的に接続された状態になる。出力線６の出力信号Ｏｕｔはハイレベルからローレベルに立ち下がり、低電位電源線５の電位−Ｖ２まで低下する。この出力信号Ｏｕｔの立ち下がりの伝搬遅延時間ｔｐｄｌは、ローサイドスイッチ３ｆの出力トランジスタＮ９の電流供給能力が大きい程短くなる。

入力信号Ｉｎｂがハイレベルからローレベルに変化すると、入力トランジスタＰ９はオンする。高電位電源線４と出力線６との間のハイサイドスイッチ２ｄは、オンの状態になる。ローサイドスイッチ３ｆの出力トランジスタＮ１０のゲートは、ハイレベルになる。出力トランジスタＮ１０はオンして、出力トランジスタＮ９のゲートはローレベルになる。出力トランジスタＮ９は、オフする。このとき、入力トランジスタＰ１０は、オフである。

出力線６は、接続点７ｂ、ハイサイドスイッチ２ｄの入力トランジスタＰ９を介して、高電位電源線４に電気的に接続された状態になる。出力線６の出力信号Ｏｕｔはローレベルからハイレベルに立ち上がり、高電位電源線４の電位０Ｖまで上昇する。この出力信号Ｏｕｔの立ち上がりの伝搬遅延時間ｔｐｄｈは、ハイサイドスイッチ２ｄの電流供給能力が大きいほど短くなる。

上記のとおり、伝搬遅延時間ｔｐｄは、伝搬遅延時間ｔｐｄｈ、ｔｐｄｌの算術平均ｔｐｄ＝（ｔｐｄｈ＋ｔｐｄｌ）／２である。
従って、ハイサイドスイッチ２ｄの電流供給能力とローサイドスイッチ３ｆの電流供給能力との比を最適値に設定した場合に、伝搬遅延時間ｔｐｄは最小になる。

このハイサイドスイッチ２ｄとローサイドスイッチ３ｆとの電流供給能力の最適値は、レベルシフト回路１ｈの各トランジスタの素子パラメータに依存する。また、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１にも依存する。

上記のとおり、レベルシフト回路１ｈにおいては、高電位電源線４と接続点７ｂとの間のハイサイドスイッチ２ｄのオン抵抗は、入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１に応じて変化する。
入出力間レベル差Ｖ２−Ｖ１が第１のレベル差Ｖ２Ａ−Ｖ１のときのハイサイドスイッチ２ｄのオン抵抗は、第２のレベル差Ｖ２Ｂ−Ｖ１のときのオン抵抗よりも、小さく設定される。
一方、ローサイドスイッチ３ｆのオン抵抗は一定である。

従って、レベルシフト回路１ｈにおいては、低電位電源線５の電位−Ｖ２を電位−Ｖ２Ａ、−Ｖ２Ｂに切り替える場合も、それぞれの電位に対してトランジスタサイズ比を等価的に最適値に設定することができる。
そのため、レベルシフト回路１ｈによれば、複数の電源電圧に対して伝搬遅延時間ｔｐｄを最適化することができる。

図１２は、第１０の実施形態に係るレベルシフト回路の構成を例示する回路図である。
図１２に表したように、レベルシフト回路１ｉは、図１１に表したレベルシフト回路１ｈのハイサイドスイッチ２ｄをハイサイドスイッチ２ｅに置き換えた構成である。ローサイドスイッチ３ｆについては、レベルシフト回路１ｈと同様である。

ハイサイドスイッチ２ｅは、ハイサイドスイッチ２ｄに、一対の入力トランジスタＰ１３、Ｐ１４を追加した構成である。一対の入力トランジスタＰ１３、Ｐ１４は、高電位電源線４にそれぞれ接続される。

入力トランジスタＰ１３は、入力トランジスタＰ９及び直列トランジスタＰ１１に並列に接続される。入力トランジスタＰ１３のゲートには、入力信号Ｉｎｂが入力される。入力トランジスタＰ１４は、入力トランジスタＰ１０及び直列トランジスタＰ１２に並列に接続される。入力トランジスタＰ１４のゲートには、入力信号Ｉｎａが入力される。

レベルシフト回路１ｉにおいては、低電位電源線５の電位−Ｖ２を電位−Ｖ２Ａ、−Ｖ２Ｂに切り替える場合も、それぞれの電位に対してトランジスタサイズ比を等価的に最適値に設定することができる。
そのため、レベルシフト回路１ｉによれば、複数の電源電圧に対して伝搬遅延時間ｔｐｄを最適化することができる。

なお、入力トランジスタＰ１３のオン抵抗は一定のため、低電位電源線５の電位−Ｖ２に対するハイサイドスイッチ２ｅのオン抵抗の変化特性を、ハイサイドスイッチ２ｄのオン抵抗の変化特性とは異なったものとできる。

また、レベルシフト回路１ｈ、１ｉにおいては、一対の入力トランジスタＰ９、Ｐ１０及び一対の直列トランジスタＰ１１、Ｐ１２を用いる構成を例示している。しかし、任意数対の入力トランジスタ及び直列トランジスタを用いてもよい。

また、レベルシフト回路１ｈ、１ｉにおいては、直列トランジスタＰ１１、Ｐ１２は、一対の入力トランジスタＰ９、Ｐ１０の高電位側に直列に接続されている。しかし、直列トランジスタＰ１１、Ｐ１２は、低電位側に直列に接続してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、１ａ〜１ｉ…レベルシフト回路、 ２、２ａ〜２ｅ…ハイサイドスイッチ、 ３、３ａ〜３ｆ…ローサイドスイッチ、 ４…高電位電源線、 ５…低電位電源線、 ６…出力線、 ７ａ、７ｂ…接続点、 ８ａ、８ｂ…入力線、 ９、１７…電源線、 １１…信号線、 Ｎ１〜Ｎ４、Ｎ７、Ｎ８、Ｐ９、Ｐ１０、Ｐ１３、Ｐ１４…入力トランジスタ、 Ｎ５、Ｎ６、Ｐ７、Ｐ８、Ｐ１１、Ｐ１２…直列トランジスタ、 Ｎ９、Ｎ１０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ５、Ｐ６…出力トランジスタ

Claims (9)

1. 高電位電源線と低電位電源線との間に直列に接続され入力信号に応じて排他的にオンするハイサイドスイッチとローサイドスイッチとを備え、
   前記ハイサイドスイッチのオン抵抗と前記ローサイドスイッチのオン抵抗との比は、前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチとの接続点に出力される出力信号と、前記入力信号と、の入出力間レベル差に応じて設定されることを特徴とするレベルシフト回路。
2. 前記入力信号は前記ローサイドスイッチに入力され、前記ハイサイドスイッチのオン抵抗と前記ローサイドスイッチのオン抵抗との比は、前記入出力間レベル差の増加に応じて大きくなるように設定されることを特徴とする請求項１記載のレベルシフト回路。
3. 前記ローサイドスイッチは、前記ハイサイドスイッチと前記低電位電源線との間に接続され、前記入力信号を入力する入力トランジスタを有し、
   前記ハイサイドスイッチは、前記入力トランジスタの状態に応じてオンまたはオフに切り替わる出力トランジスタを有し、
   前記入出力間レベル差が第１のレベル差のときの前記ハイサイドスイッチのオン抵抗と前記ローサイドスイッチのオン抵抗との比は、前記第１のレベル差よりも小さい第２のレベル差のときの前記ハイサイドスイッチのオン抵抗と前記ローサイドスイッチのオン抵抗との比よりも大きく設定されることを特徴とする請求項１または２に記載のレベルシフト回路。
4. 前記ローサイドスイッチは、前記入力トランジスタと直列に接続され、前記第１のレベル差のときオンし前記第２のレベル差のときオフする直列トランジスタをさらに有することを特徴とする請求項３記載のレベルシフト回路。
5. 前記ローサイドスイッチは、前記入力トランジスタと直列に接続された直列トランジスタをさらに有し、
   前記第１のレベル差のときの前記直列トランジスタのオン抵抗は、前記第２のレベル差のときの前記直列トランジスタのオン抵抗よりも小さく設定されることを特徴とする請求項３記載のレベルシフト回路。
6. 前記ハイサイドスイッチは、前記出力トランジスタと直列に接続され、前記第１のレベル差のときオフし前記第２のレベル差のときオンする直列スイッチをさらに有することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載のレベルシフト回路。
7. 前記入力信号は前記ハイサイドスイッチに入力され、前記ハイサイドスイッチのオン抵抗と前記ローサイドスイッチのオン抵抗との比は、前記入出力間レベル差の増加に応じて小さくなるように設定されることを特徴とする請求項１記載のレベルシフト回路。
8. 前記ハイサイドスイッチは、前記入力信号を入力する入力トランジスタを有し、
   前記ローサイドスイッチは、前記ハイサイドスイッチと前記低電位電源線との間に接続され、前記ハイサイドスイッチの状態に応じてオンまたはオフに切り替わる出力トランジスタを有し、
   前記入出力間レベル差が第１のレベル差のときの前記ハイサイドスイッチのオン抵抗と前記ローサイドスイッチのオン抵抗との比は、前記第１のレベル差よりも低い第２のレベル差のときの前記ハイサイドスイッチのオン抵抗と前記ローサイドスイッチのオン抵抗のとの比よりも小さく設定されることを特徴とする請求項１または７に記載のレベルシフト回路。
9. 前記ハイサイドスイッチは、前記入力トランジスタと直列に接続された直列トランジスタをさらに有し、
   前記第１のレベル差のときの前記直列トランジスタのオン抵抗は、前記第２のレベル差のときの前記直列トランジスタのオン抵抗よりも小さく設定されることを特徴とする請求項７または８に記載のレベルシフト回路。

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