JP2012090247A

JP2012090247A - レベルシフト回路及びその方法

Info

Publication number: JP2012090247A
Application number: JP2010275354A
Authority: JP
Inventors: Hong-An Hwang; 弘安黄; Yung-Yuan Liu; 永元劉
Original assignee: Fitipower Integrated Technology Inc
Current assignee: Fitipower Integrated Technology Inc
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2012-05-10
Also published as: US20120098584A1; TW201218627A

Abstract

【課題】レベルシフト回路及びその方法の提供。
【解決手段】本発明のレベルシフト回路及びその方法は、レベルシフト回路のラッチ装置と電圧源の間に限流回路を接続して、前記ラッチ装置の駆動電流が設定値を超えないように制限する。これにより、レベルシフト回路を変換する時の消耗電流を減らし、通路の短いトランジスタを使用したラッチ装置を実現し、レベルシフト回路面積を縮小する。前記設定値は調節可能とし、レベルシフト回路の出力駆動能力を調整することにより、前記レベルシフト回路の変換速度を加速させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明はレベルシフタ（level shifter）に係り、特にレベルシフト回路及びその方法に関するものである。

一般回路においては、通常、多種の異なる電位を用いた電圧源を必要とし、異なる電位をもつ電圧源信号を相互接続しなければならない時、信号は先ずレベルシフト回路によって異なる電位の信号を等電位に調整し、回路を正常作動させる。図１に示した従来の低電圧を高電圧に変換するレベルシフト回路では、トランジスタＭ１、Ｍ２を用いて低電圧相補的入力信号Ｉｎ１、Ｉｎ２を拡大する。前記入力信号Ｉｎ１、Ｉｎ２は通常、ロジック１（低電圧源ＶＤＤの最高電位）或いはロジック０（電圧源ＶＳＳと等電位）で、Ｉｎ１とＩｎ２は相補的信号とし、信号Ｉｎ１がロジック１である時、信号Ｉｎ２はロジック０となり、その逆に、信号Ｉｎ１がロジック０である時、信号Ｉｎ２はロジック１となる。トランジスタＭ３、Ｍ４はソース極を高電圧源ＶＨＨに接続しゲート極とドレイン極を相互にカップリングしたラッチ装置であり、低電圧源ＶＤＤ入力のロジック１を高電圧源ＶＨＨ入力のロジック１に変換するためのものである。低電圧源ＶＤＤの相補的信号Ｉｎ１、Ｉｎ２を前記レベルシフト回路に入力した時、出力端は高電圧源ＶＨＨの相補的入力信号Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２を得る。出力信号Ｏｕｔ１のロジックは入力信号Ｉｎ１のロジックと同様で、出力信号Ｏｕｔ２のロジックは入力信号Ｉｎ２のロジックと同様である。例を挙げると、信号Ｉｎ１がロジック１、信号Ｉｎ２がロジック０である時、出力端Ｏｕｔ１には高電圧源ＶＨＨのロジック１が生じ、出力端Ｏｕｔ２にはロジック０（電位ＶＳＳ）が生じる。

例えば現在、入力信号Ｉｎ１、Ｉｎ２がそれぞれロジック１及びロジック０である時、出力信号Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２はロジック１及びロジック０に固定される。前記状態において、トランジスタＭ１、Ｍ４は導電状態となり、トランジスタＭ２、Ｍ３は遮断状態となる。入力信号Ｉｎ１、Ｉｎ２が突然、ロジック０及びロジック１に変換するなら、トランジスタＭ２は導電し、トランジスタＭ１は遮断される。しかし、この時、出力信号Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２はやはり元の状態（ロジック１及びロジック０）であり、ロジック０及びロジック１に変換されていない。よって、トランジスタＭ４はやはり導電状態にあり、トランジスタＭ３は遮断状態にある。このような一時的状態において、トランジスタＭ２、Ｍ４は同時に導電状態にあるため、漏れ電流が高電圧源ＶＨＨからトランジスタＭ２、Ｍ４を経て低電圧源ＶＳＳに流れ、効率の損耗される。また、入力信号の変換後、出力信号Ｏｕｔ１をロジック１からロジック０に変換したい場合、トランジスタＭ２、Ｍ４は同時に導電されるため、トランジスタＭ２は出力信号Ｏｕｔ１をＶＳＳ電位まで低下させ、トランジスタＭ４は出力信号Ｏｕｔ１をＶＨＨ電位にまで高めようとする変動現象が起きる。出力信号Ｏｕｔ１を順調に変換させるために、公知技術ではトランジスタＭ４の通路長さを増加することにより、電流駆動能力をトランジスタＭ２より低くしているが、この方法では回路面積が拡大される故に、ＩＣコストが向上する。

本発明の目的の一つは、電流の消耗を削減するレベルシフト回路を提供することにある。

本発明の目的の一つは、回路面積を縮小するレベルシフト回路を提供することにある。

本発明の目的の一つは、出力駆動能力を調整可能なレベルシフト回路を提供することにある。

本発明の目的の一つは、回転速度を加速するレベルシフト回路を提供することにある。

本発明に基づくレベルシフト回路及びその方法は、レベルシフト回路のラッチ装置と電圧源の間に限流回路を接続して、前記ラッチ装置の駆動電流が設定値を超えないように制限する。これにより、レベルシフト回路を変換する時の消耗電流を減らし、短い通路のトランジスタを使用したラッチ装置を実現し、レベルシフト回路面積を縮小する。

前記設定値は調節可能であり、レベルシフト回路の出力駆動能力を調整することにより、前記レベルシフト回路の変換速度を加速させることができる。

本発明のレベルシフト回路及びその方法は、電流の消耗を削減し、回路面積を縮小し、出力駆動能力を調整可能にし、回転速度を加速する効果を備える。

公知の低電圧を高電圧に変換するレベルシフト回路である。本発明の第一実施例である。図２のレベルシフト回路のロジック電圧レベルである。本発明の第二実施例である。図４のレベルシフト回路のロジック電圧レベルである。

図２に示したものは、図１の低電圧から高電圧に変換するレベルシフト回路１０を基礎とし、ラッチ装置と高電圧源ＶＨＨの間に限流回路１２を接続したものである。限流回路１２に備えるトランジスタＭ５は、レベルシフト回路１０のラッチ装置と高電圧源ＶＨＨの間に連結し、制御信号Ｃｔｒｌ１を受けてその電流をコントロールする。制御信号Ｃｔｒｌ１は電圧が低い時、トランジスタＭ５は比較的大きな電流を提供する。それに反し、制御信号Ｃｔｒｌ１の電圧が高い時、トランジスタＭ５は比較的小さい電流を提供する。本発明のレベルシフト回路が正常動作している時、制御信号Ｃｔｒｌ１はある特定の電圧とし、トランジスタＭ５が生成できる最大電流を設定する。前記特定電圧は、何れかの基準電圧源とすることも可能である。
例えば、現在、入力信号Ｉｎ１、Ｉｎ２をそれぞれロジック１及びロジック０とすると、出力信号Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２は高電圧源ＶＨＨのロジック１及びロジック０に固定される。低電圧源ＶＤＤのロジックが対応する電圧レベル及び高電圧源ＶＨＨのロジックが対応する電圧レベルは図３に示す通りである。波形１４は入力信号Ｉｎ１、Ｉｎ２の電圧レベルを示し、波形１６は出力信号Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２の電圧レベルを示す。入力信号Ｉｎ１、Ｉｎ２が突然、ロジック０及びロジック１に変換した時、トランジスタＭ２、Ｍ４は同時に導電状態となるため、高電圧源ＶＨＨから低電圧源ＶＳＳまでの漏れ電流経路が生じる。しかし、トランジスタＭ５の関係で、漏れ電流はトランジスタＭ５が提供できる電流に制限されるため、信号変換時のレベルシフト回路の消耗効率を減少させる。また、トランジスタＭ２、Ｍ４を変動させる時、トランジスタＭ５の限流効果を受けて、トランジスタＭ４が上げる電流は限流回路の大きさだけとなるため、その引上能力は公知回路と比較するとかなり小さいものとなる。よって、トランジスタＭ４の通路長を拡大して駆動電流を制限する必要はなく、出力信号をスムーズに変換できる。以上により、比較的小さな面積を使用してレベルシフト回路機能を実現することができる。

実施例でのトランジスタＭ５の制限電流は調整可能であり、レベルシフト回路の出力駆動能力を調整できる。図２に示す通り、限流回路１２に備えるトランジスタＭ６は、トランジスタＭ５のゲート極Ｃｔｒｌと電圧源ＶＳＳ間に連結し、制御信号Ｃｔｒｌ２のコントロールを受けてトランジスタＭ５の制限電流を調節する。レベルシフト回路の負荷が小さい時、制御信号Ｃｔｒｌ２はロジック０に固定されるため、トランジスタＭ６は遮断状態となり、トランジスタＭ５の電流は制御信号Ｃｔｒｌ１の電圧によってコントロールされる。負荷が大きい時、制御信号Ｃｔｒｌ２はロジック１に設定し、高電圧源及び低電圧源のいずれでもよいため、トランジスタＭ６が導電状態である時、トランジスタＭ５のゲート極電圧Ｃｔｒｌはロジック０まで下がり、トランジスタＭ５は完全導電状態となり、駆動電流を向上させる効果を発揮する。これにより、レベルシフト回路の回転速度を加速させることができる。

図４は本発明の第二実施例である。その内、レベルシフト回路１８は公知回路であり、入力信号のロジック０の電位ＶＳＳをそれよりも低いＶＬＬ電位に変換するためのものである。図５に示した波形２２は、入力信号Ｉｎ１、Ｉｎ２の電圧レベルを示し、波形２４は出力信号Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２の電圧レベルを示す。本発明のレベルシフト回路において、限流回路２０はレベルシフト回路１８のラッチ装置と電圧源ＶＬＬ間に連結する。限流回路２０に備えるトランジスタＭ７は制御信号Ｃｔｒｌ３のコントロールを受け、その機能は図２中のトランジスタＭ５は同様である。また、限流回路２０中のトランジスタＭ８はトランジスタＭ７のゲート極Ｃｔｒｌ３と電圧源ＶＤＤの間に連結し、制御信号Ｃｔｒｌ４のコントロールを受け、その機能は図２中のトランジスタＭ６と同様である。

以上は、本発明の実施例についての説明は内容を明確にすることを目的として開示したもので、本発明の開示形式を制限する意図は全くない。前述の開示或いは実施例に基づき修正や変化を加えることは可能であり、実施例は、本発明の理論を解説し、当該技術の熟知者に各種実施例により本発明を実際に応用していただくために選択し叙述したものである。よって、本発明の技術的思想は、特許登録請求の範囲に依拠し決定することをここに記する。

１０レベルシフト回路
１２限流回路
１４信号入力の電圧レベル
１６信号出力の電圧レベル
１８レベルシフト回路
２０限流回路
２２信号入力の電圧レベル
２４信号出力の電圧レベル

Claims

ラッチ装置と電圧源の間に限流回路を備えてラッチ装置の駆動電流が設定値を超えないように制限することを特徴とするレベルシフト回路。
前記設定値は調整可能であることを特徴とする請求項１に記載のレベルシフト回路。
前記限流回路に備えるトランジスタは、前記ラッチ装置と電圧源の間に連結し、制御信号を受信して設定値を決定する制御端を備えることを特徴とする請求項１に記載のレベルシフト回路。
前記制御端と他の電圧源の間に連結し、他の制御信号を受信して設定値を調整する制御端を備える他のトランジスタを更に含むことを特徴とする請求項３に記載のレベルシフト回路。
他の制御信号はレベルシフト回路の負荷の大きさに基づき設定値を調整することを特徴とする請求項４に記載のレベルシフト回路。
前記設定値はレベルシフト回路の負荷が大きい時に大きな値となることを特徴とする請求項５記載のレベルシフト回路。
レベルシフト回路のラッチ装置と電圧源の間に、設定値を超えないようラッチ装置の駆動電流を制限する限流回路を連結することを特徴とするレベルシフト回路の方法。
前記設定値は調整可能であることを特徴とする請求項７に記載のレベルシフト回路の方法。
ラッチ装置と電圧源の間のトランジスタをコントロールし、前記設定値を決定するための制御信号を加えることを特徴とする請求項７に記載のレベルシフト回路の方法。
前記制御信号を変化させて前記設定値を調整することを特徴とする請求項９に記載のレベルシフト回路の方法。
前記制御信号はレベルシフト回路の負荷の大きさに基づき変化することを特徴とする請求項１０に記載のレベルシフト回路の方法。
前記設定値はレベルシフト回路の負荷が大きい時に大きい値に調整されることを特徴とする請求項１１に記載のレベルシフト回路の方法。