JP2013197811A - 双方向レベル変換回路、双方向バッファ回路 - Google Patents

双方向レベル変換回路、双方向バッファ回路 Download PDF

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Abstract

【課題】データ転送速度を高速にする。
【解決手段】一つの実施形態によれば、双方向信号レベル変換回路は、第一及び第二のレベル変換部が設けられる。第一のレベル変換部には、第一及び第二のワンショットバッファ、第一及び第二の出力トランジスタが設けられる。第二のレベル変換部には、第三及び第四のワンショットバッファ、第三及び第四の出力トランジスタが設けられる。第一乃至第四のワンショットバッファは、2種類のイネーブル時間をそれぞれ設定する。
【選択図】 図2

Description

本発明の実施形態は、双方向レベル変換回路、双方向バッファ回路に関する。
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などから構成され、論理回路や順序回路を備える半導体集積回路(LSI)には、異なる高電位側電源間で、信号レベルをレベルシフトするレベル変換回路が設けられる。レベル変換回路には、一方向だけ信号を流す片方向タイプのものと、両方向に信号を流す双方向レベル変換回路とがある。また、信号をドライブするバッファ回路には、一方向だけ信号を流す片方向タイプのものと、両方向に信号を流す双方向バッファ回路とがある。
近年、民生用機器及び産業用機器の高機能化、高速化、多電源化の進展に伴い、双方向レベル変換回路や双方向バッファ回路が多数用いられている。双方向レベル変換回路や双方向バッファ回路では、方向切り替え信号(DIR制御信号)が不要なタイプで、高速動作ができるものが要求される。
方向切り替え信号が不要な双方向レベル変換回路や双方向バッファ回路の場合、入出力端子に入力されるデータ信号と次に入力されるデータ信号の間隔を短くすることが困難であるという問題点がある。また、信号の立ち上り及び立ち下りに時間を要するのでデータ信号を高速化することが困難であるという問題点がある。データ信号の間隔の短縮化やデータ信号の高速化ができないと高速データ転送が困難となる。
米国特許出願公開第2008/0164932号明細書 特開2009−296119号公報
本実施形態は、データ転送速度を高速にすることができる双方向レベル変換回路、双方向バッファ回路を提供することにある。
一つの実施形態によれば、双方向信号レベル変換回路は、第一及び第二の高電位側電源が供給され、第一の端子を介して第一の入力信号が入力され、第一の入力信号をレベルシフトした第一の出力信号を第二の端子を介して出力する第一のレベル変換部と、第一及び第二の高電位側電源が供給され、第二の端子を介して第二の入力信号が入力され、第二の入力信号をレベルシフトした第二の出力信号を第一の端子を介して出力する第二のレベル変換部とを有する。第一のレベル変換部は、第一のワンショットバッファ、第一の出力トランジスタ、第二のワンショットバッファ、及び第二の出力トランジスタが設けられる。第一のワンショットバッファは、レベルシフトされた第一の入力信号が入力され、第一のイネーブル時間及び第一のイネーブル時間よりも短い第二のイネーブル時間を設定する。第一の出力トランジスタは、一端が第二の高電位側電源に接続され、制御端子に第一のワンショットバッファから出力される信号が入力され、他端が第二の端子に接続され、第一のイネーブル時間又は第二のイネーブル時間の間オンする。第二のワンショットバッファは、レベルシフトされた第一の入力信号が入力され、第三のイネーブル時間及び第三のイネーブル時間よりも短い第四のイネーブル時間を設定する。第二の出力トランジスタは、一端が第一の出力トランジスタの他端に接続され、制御端子に第二のワンショットバッファから出力される信号が入力され、他端が低電位側電源に接続され、第三のイネーブル時間又は第四のイネーブル時間の間オンする。第二のレベル変換部は、第三のワンショットバッファ、第三の出力トランジスタ、第四のワンショットバッファ、及び第四の出力トランジスタが設けられる。第三のワンショットバッファは、レベルシフトされた第二の入力信号が入力され、第五のイネーブル時間及び第五のイネーブル時間よりも短い第六のイネーブル時間を設定する。第三の出力トランジスタは、一端が第一の高電位側電源に接続され、制御端子に第三のワンショットバッファから出力される信号が入力され、他端が第一の端子に接続され、第五のイネーブル時間又は第六のイネーブル時間の間オンする。第四のワンショットバッファは、レベルシフトされた第二の入力信号が入力され、第七のイネーブル時間及び第七のイネーブル時間よりも短い第八のイネーブル時間を設定する。第四の出力トランジスタは、一端が第三の出力トランジスタの他端に接続され、制御端子に第四のワンショットバッファから出力される信号が入力され、他端が低電位側電源に接続され、第七のイネーブル時間又は第八のイネーブル時間の間オンする。
更に、他の実施形態によれば、双方向バッファ回路は、高電位側電源が供給され、第一のノードを介して第一の入力信号が入力され、第一の入力信号をドライブした第一の出力信号を第二のノードを介して出力する第一のドライブ部と、高電位側電源が供給され、第二のノードを介して第二の入力信号が入力され、第二の入力信号をドライブした第二の出力信号を第一のノードを介して出力する第二のドライバ部とを有する。前記第一のドライブ部は、第一のワンショットバッファ、第一の出力トランジスタ、第二のワンショットバッファ、及び第二の出力トランジスタが設けられる。第一のワンショットバッファは、ドライブされた第一の入力信号が入力され、第一のイネーブル時間及び前記第一のイネーブル時間よりも短い第二のイネーブル時間を設定する。第一の出力トランジスタは一端が第二の高電位側電源に接続され、制御端子に第一のワンショットバッファから出力される信号が入力され、他端が第二のノードに接続され、第一のイネーブル時間又は前記第二のイネーブル時間の間オンする。第二のワンショットバッファは、ドライブされた第一の入力信号が入力され、第三のイネーブル時間及び第三のイネーブル時間よりも短い第四のイネーブル時間を設定する。第二の出力トランジスタは、一端が第一の出力トランジスタの他端に接続され、制御端子に第二のワンショットバッファから出力される信号が入力され、他端が低電位側電源に接続され、第三のイネーブル時間又は第四のイネーブル時間の間オンする。前記第二のドライブ部は、第三のワンショットバッファ、第三の出力トランジスタ、第四のワンショットバッファ、及び第四の出力トランジスタが設けられる。第三のワンショットバッファは、ドライブされた第二の入力信号が入力され、第五のイネーブル時間及び第五のイネーブル時間よりも短い第六のイネーブル時間を設定する。第三の出力トランジスタは、一端が第一の高電位側電源に接続され、制御端子に第三のワンショットバッファから出力される信号が入力され、他端が第一のノードに接続され、第五のイネーブル時間又は第六のイネーブル時間の間オンする。第四のワンショットバッファは、ドライブされた第二の入力信号が入力され、第七のイネーブル時間及び第七のイネーブル時間よりも短い第八のイネーブル時間を設定する。第四の出力トランジスタは、一端が第三の出力トランジスタの他端に接続され、制御端子に第四のワンショットバッファから出力される信号が入力され、他端が低電位側電源に接続され、第七のイネーブル時間又は第八のイネーブル時間の間オンする。
第一の実施形態に係る双方向信号レベル変換回路と電源システムの関係を説明する図である。 第一の実施形態に係る双方向信号レベル変換回路の構成を示す回路図である。 第一の実施形態に係るセレクタの構成を示す回路図である。 第一の実施形態に係る遅延部の構成を示す回路図である。 第一の実施形態に係るワンショットバッファの動作を説明する図である。 第一の実施形態に係る比較例の双方向信号レベル変換回路の構成を示す回路図である。 第一の実施形態に係る本実施形態の双方向信号レベル変換回路の動作を示すタイミングチャート。 第一の実施形態に係る本実施形態の双方向信号レベル変換回路の動作を示すタイミングチャート。 第一の実施形態に係る比較例の双方向信号レベル変換回路の動作を示すタイミングチャート。 第一の実施形態に係る比較例の双方向信号レベル変換回路の動作を示すタイミングチャート。 第一の実施形態に係るデータ転送を説明する図である。 第二の実施形態に係わる双方向バッファ回路と電源システムの関係を説明する図である。 第二の実施形態に係わる双方向バッファ回路の構成を示す回路図である。
以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
(第一の実施形態)
まず、本発明の第一の実施形態に係る双方向信号レベル変換回路について、図面を参照して説明する。図1は双方向信号レベル変換回路と電源システムの関係を説明する図である。図2は双方向信号レベル変換回路の構成を示す回路図である。図3は、セレクタの構成を示す回路図である。図4は遅延部の構成を示す回路図である。図5はワンショットバッファの動作を説明する図である。図6は比較例の双方向信号レベル変換回路の構成を示す回路図である。本実施形態では、ワンショットバッファに2種類のイネーブル時間を与えることにより、双方向信号レベル変換回路の信号伝搬を高速化している。
図1に示すように、双方向信号レベル変換回路90は、第一の高電位側電源である高電位側電源Vccaが供給されるVccaシステム70と第二の高電位側電源である高電位側電源Vccbが供給されるVccbシステム80の間に設けられる。
双方向信号レベル変換回路90は、切り替え信号(DIR制御信号)が不要なものである。双方向信号レベル変換回路90は、2種類のイネーブル時間が設定され、出力を加速するワンショットバッファが複数設けられる。双方向信号レベル変換回路90は、ワンショットバッファを用いることにより、転送レートの高速化が可能となる。
双方向信号レベル変換回路90は、Vccaシステム70から出力される信号が入力信号Sin1(第一の入力信号)として入力され、入力信号Sin1をレベルシフト及び加速化して出力信号Sout1(第一の出力信号)をVccbシステム80に出力する。双方向信号レベル変換回路90は、Vccbシステム80から出力される信号が入力信号Sin2(第二の入力信号)として入力され、入力信号Sin2をレベルシフト及び加速化して出力信号Sout2(第二の出力信号)をVccaシステム70に出力する。
ここで、高電位側電源Vccaと高電位側電源Vccbの組み合わせや立ち上げ順序には制限がない。高電位側電源Vccaと高電位側電源Vccbは、異なる電圧に設定され、例えば1.2乃至3.6Vの範囲にそれぞれ設定される。
図2に示すように、双方向信号レベル変換回路90には、レベル変換部1(第一のレベル変換部)、レベル変換部2(第二のレベル変換部)、入出力端子Pioa(第一の端子)、及び入出力端子Piob(第二の端子)が設けられる。
入出力端子Pioaは、Vccaシステム70から出力される入力信号Sin1をレベル変換部1に伝送する。レベル変換部1は、入力信号Sin1をレベルシフト及び加速化した出力信号Sout1を入出力端子PiobからVccbシステム80に伝送する。
入出力端子Piobは、Vccbシステム80から出力される入力信号Sin2をレベル変換部2に伝送する。レベル変換部2は、入力信号Sin2をレベルシフト及び加速化した出力信号Sout2を入出力端子PioaからVccbシステム70に伝送する。
レベル変換部1は、レベルシフタ11、ワンショットバッファ12(第一のワンショットバッファ)、ワンショットバッファ13(第二のワンショットバッファ)、バッファBUFF1(第一の受信バッファ)、バッファBUFF2(第一の出力バッファ)、抵抗R1(第一の抵抗)、Pch MOSトランジスタPMT1(第一の出力トランジスタ)、及びNch MOSトランジスタNMT1(第二の出力トランジスタ)が設けられる。
バッファBUFF1は、入出力端子Pioa(ノードNA)とノードN1の間に設けられ、高電位側電源Vccaが供給される。バッファBUFF1は、入力信号Sin1を受信してドライブする。
レベルシフタ11は、ノードN1とノードN2の間に設けられ、高電位側電源Vcca及び高電位側電源Vccbが供給される。レベルシフタ11は、ノードN1の信号をレベルシフトし、レベルシフトされた信号をノードN2から出力する。
ワンショットバッファ12は、ノードN2とノードN7の間に設けられ、高電位側電源Vccbが供給される。ワンショットバッファ12は、2種類のイネーブル時間を設定する。ワンショットバッファ12には、インバータINV1、遅延部DL1、セレクタSEL1(第一のセレクタ)、遅延部DL2、及び2入力NAND回路NAND1が設けられる。
インバータINV1は、ノードN2とノードN3の間に設けられ、ノードN2の信号を反転し、反転された信号をノードN3から出力する。
遅延部DL1は、ノードN3とノードN4の間に設けられる。遅延部DL1は、ノードN3の信号を所定時間遅延し、遅延された信号をノードN4から出力する。
セレクタ1は、ノードN3及びノードN4とノードN5の間に設けられる。セレクタ1は、ノードNBの電位(入出力端子Piobの電位)に基づいてノードN3或いはノードN4を選択する。つまり、セレクタ1により2種類のイネーブル時間が設定される(詳細は後述)。
遅延部DL2は、ノードN5とノードN6の間に設けられる。遅延部DL2は、ノードN5の信号を所定時間遅延し、遅延された信号をノードN6から出力する。
2入力NAND回路NAND1は、ノードN2及びノードN6とノードN7の間に設けられる。2入力NAND回路NAND1は、ノードN2とノードN6の信号レベルを論理演算し、論理演算された信号をノードN7から出力する。
ワンショットバッファ13は、ノードN2とノードN12の間に設けられ、高電位側電源Vccbが供給される。ワンショットバッファ13は、2種類のイネーブル時間を設定する。ワンショットバッファ13には、インバータINV2、遅延部DL3、セレクタSEL2(第二のセレクタ)、遅延部DL4、及び2入力NO回路NOR1が設けられる。
インバータINV2は、ノードN2とノードN8の間に設けられ、ノードN2の信号を反転し、反転された信号をノードN8から出力する。
遅延部DL3は、ノードN8とノードN9の間に設けられる。遅延部DL3は、ノードN8の信号を所定時間遅延し、遅延された信号をノードN9から出力する。
セレクタ2は、ノードN8及びノードN9とノードN10の間に設けられる。セレクタ2は、ノードNBの電位(入出力端子Piobの電位)に基づいてノードN8或いはノードN9を選択する。つまり、セレクタ2により2種類のイネーブル時間が設定される(詳細は後述)。
遅延部DL4は、ノードN10とノードN11の間に設けられる。遅延部DL4は、ノードN10の信号を所定時間遅延し、遅延された信号をノードN11から出力する。
2入力NOR回路NOR1は、ノードN2及びノードN11とノードN12の間に設けられる。2入力NOR回路NOR1は、ノードN2とノードN11の信号レベルを論理演算し、論理演算された信号をノードN12から出力する。
バッファBUFF2は、入力側がノードN2に接続され、レベルシフトされたノードN2の信号をドライブする。つまり、バッファBUFF2は、入力信号Sin1のハイレベル期間、レベルシフトされた入力信号Sin1をドライブする。抵抗R1は、一端がバッファBUFF2の出力側に接続され、他端がノードNB(入出力端子Piob)に接続される。
Pch MOSトランジスタPMT1は、ソース(一端)が高電位側電源Vccbに接続され、ゲート(制御端子)がノードN7に接続され、ドレイン(他端)がノードNBに接続され、ノードN7が2種類のイネーブル時間(ローレベル状態の時間)のときにオンする。
Nch MOSトランジスタNMT1は、ドレイン(一端)がノードNBに接続され、ゲート(制御端子)がノードN12に接続され、ソース(他端)が低電位側電源(接地電位)Vssに接続され、ノードN12が2種類のイネーブル時間(ハイレベル状態の時間)のときにオンする。
レベル変換部2は、レベルシフタ21、ワンショットバッファ22(第三のワンショットバッファ)、ワンショットバッファ23(第四のワンショットバッファ)、バッファBUFF3(第二の受信バッファ)、バッファBUFF4(第二の出力バッファ)、抵抗R2(第二の抵抗)、Pch MOSトランジスタPMT2(第三の出力トランジスタ)、及びNch MOSトランジスタNMT2(第四の出力トランジスタ)が設けられる。
バッファBUFF3は、入出力端子Piob(ノードNB)とノードN21の間に設けられ、高電位側電源Vccbが供給される。バッファBUFF3は、入力信号Sin2を受信してドライブする。
レベルシフタ21は、ノードN21とノードN22の間に設けられ、高電位側電源Vcca及び高電位側電源Vccbが供給される。レベルシフタ21は、ノードN21の信号をレベルシフトし、レベルシフトされた信号をノードN22から出力する。
ワンショットバッファ22は、ノードN22とノードN27の間に設けられ、高電位側電源Vccaが供給される。ワンショットバッファ22は、2種類のイネーブル時間を設定する。ワンショットバッファ22には、インバータINV3、遅延部DL5、セレクタSEL3(第三のセレクタ)、遅延部DL6、及び2入力NAND回路NAND2が設けられる。
インバータINV3は、ノードN22とノードN23の間に設けられ、ノードN22の信号を反転し、反転された信号をノードN23から出力する。
遅延部DL5は、ノードN23とノードN24の間に設けられる。遅延部DL5は、ノードN23の信号を所定時間遅延し、遅延された信号をノードN24から出力する。
セレクタ3は、ノードN23及びノードN24とノードN25の間に設けられる。セレクタ3は、ノードNAの電位(入出力端子Pioaの電位)に基づいてノードN23或いはノードN24を選択する。つまり、セレクタ3により2種類のイネーブル時間が設定される(詳細は後述)。
遅延部DL6は、ノードN25とノードN26の間に設けられる。遅延部DL6は、ノードN25の信号を所定時間遅延し、遅延された信号をノードN26から出力する。
2入力NAND回路NAND2は、ノードN22及びノードN26とノードN27の間に設けられる。2入力NAND回路NAND2は、ノードN22とノードN26の信号レベルを論理演算し、論理演算された信号をノードN27から出力する。
ワンショットバッファ23は、ノードN22とノードN32の間に設けられ、高電位側電源Vccaが供給される。ワンショットバッファ23は、2種類のイネーブル時間を設定する。ワンショットバッファ23には、インバータINV4、遅延部DL7、セレクタSEL4(第四のセレクタ)、遅延部DL8、及び2入力NO回路NOR2が設けられる。
インバータINV4は、ノードN22とノードN28の間に設けられ、ノードN22の信号を反転し、反転された信号をノードN28から出力する。
遅延部DL7は、ノードN28とノードN29の間に設けられる。遅延部DL7は、ノードN28の信号を所定時間遅延し、遅延された信号をノードN29から出力する。
セレクタ4は、ノードN28及びノードN29とノードN30の間に設けられる。セレクタ4は、ノードNAの電位(入出力端子Pioaの電位)に基づいてノードN28或いはノードN29を選択する。つまり、セレクタ4により2種類のイネーブル時間が設定される(詳細は後述)。
遅延部DL8は、ノードN30とノードN31の間に設けられる。遅延部DL8は、ノードN30の信号を所定時間遅延し、遅延された信号をノードN31から出力する。
2入力NOR回路NOR2は、ノードN22及びノードN31とノードN32の間に設けられる。2入力NOR回路NOR2は、ノードN22とノードN31の信号レベルを論理演算し、論理演算された信号をノードN32から出力する。
バッファBUFF4は、入力側がノードN22に接続され、レベルシフトされたノードN22の信号をドライブする。つまり、バッファBUFF4は、入力信号Sin2のハイレベル期間、レベルシフトされた入力信号Sin2をドライブする。抵抗R2は、一端がバッファBUFF4の出力側に接続され、他端がノードNA(入出力端子Pioa)に接続される。
Pch MOSトランジスタPMT2は、ソース(一端)が高電位側電源Vccaに接続され、ゲート(制御端子)がノードN27に接続され、ドレイン(他端)がノードNAに接続され、ノードN27が2種類のイネーブル時間(ローレベル状態の時間)のときにオンする。
Nch MOSトランジスタNMT2は、ドレイン(一端)がノードNAに接続され、ゲート(制御端子)がノードN32に接続され、ソース(他端)が低電位側電源(接地電位)Vssに接続され、ノードN32が2種類のイネーブル時間(ハイレベル状態の時間)のときにオンする。
図3に示すように、セレクタSEL1には、インバータINV11、インバータINV12、インバータINV13、2入力AND回路AND11、2入力AND回路AND12、及び2入力NOR回路NOR11が設けられる。セレクタSEL2には、インバータINV11、インバータINV12、インバータINV14、2入力AND回路AND13、2入力AND回路AND14、及び2入力NOR回路NOR12が設けられる。ここでは、インバータINV11及びインバータINV12は、セレクタSEL1及びセレクタSEL2に共有化されている。
セレクタSEL3には、インバータINV21、インバータINV22、インバータINV23、2入力AND回路AND21、2入力AND回路AND22、及び2入力NOR回路NOR21が設けられる。セレクタSEL4には、インバータINV21、インバータINV22、インバータINV24、2入力AND回路AND23、2入力AND回路AND24、及び2入力NOR回路NOR22が設けられる。ここでは、インバータINV21及びインバータINV22は、セレクタSEL3及びセレクタSEL4に共有化されている。
インバータINV11は、入力側がノードNBに接続され、出力側がノードN41に接続される。インバータINV12は、入力側がノードN41に接続され、出力側がノードN42に接続される。2入力AND回路AND11は、入力側がノードN4及びノードN41に接続され、出力側がノードN43に接続される。2入力AND回路AND12は、入力側がノードN3及びノードN42に接続され、出力側がノードN44に接続される。2入力NOR回路NOR11は、入力側がノードN43及びノードN44に接続され、出力側がノードN45に接続される。インバータINV13は、入力側がノード45に接続され、出力側がノードN5に接続される。
2入力AND回路AND13は、入力側がノードN8及びノードN41に接続され、出力側がノードN46に接続される。2入力AND回路AND14は、入力側がノードN9及びノードN42に接続され、出力側がノードN47に接続される。2入力NOR回路NOR12は、入力側がノードN46及びノードN47に接続され、出力側がノードN48に接続される。インバータINV14は、入力側がノード48に接続され、出力側がノードN10に接続される。
インバータINV21は、入力側がノードNAに接続され、出力側がノードN51に接続される。インバータINV22は、入力側がノードN51に接続され、出力側がノードN52に接続される。2入力AND回路AND21は、入力側がノードN24及びノードN51に接続され、出力側がノードN53に接続される。2入力AND回路AND22は、入力側がノードN23及びノードN52に接続され、出力側がノードN54に接続される。2入力NOR回路NOR21は、入力側がノードN53及びノードN54に接続され、出力側がノードN55に接続される。インバータINV23は、入力側がノード55に接続され、出力側がノードN25に接続される。
2入力AND回路AND23は、入力側がノードN28及びノードN51に接続され、出力側がノードN56に接続される。2入力AND回路AND24は、入力側がノードN29及びノードN52に接続され、出力側がノードN57に接続される。2入力NOR回路NOR22は、入力側がノードN56及びノードN57に接続され、出力側がノードN58に接続される。インバータINV24は、入力側がノード58に接続され、出力側がノードN30に接続される。
図4に示すように、遅延部DL1乃至8は、例えば縦続接続される複数のインバータINVaから構成される。遅延部DL1、遅延部DL3、遅延部DL5、及び遅延部DL7のインバータINVaの段数は、遅延部DL2、遅延部DL4、遅延部DL6、及び遅延部DL8のインバータINVaの段数よりも多く設定される。つまり、遅延部DL1、遅延部DL3、遅延部DL5、及び遅延部DL7は、遅延部DL2、遅延部DL4、遅延部DL6、及び遅延部DL8よりも信号の遅延を大きくすることができる。
ここでは、遅延部DL1乃至8をインバータINVaで構成しているが、代わりに遅延バッファ、遅延素子(遅延抵抗など)等を用いてもよい。
次に、入出力端子Pioa及び入出力端子Piobがローレベル(Vssレベル)に設定された後、デジタルデータ信号である入力信号Sin1が入出力端子Pioaに入力された場合のワンショットバッファの動作について図5(a)を用いて説明する。入出力端子Pioa及び入出力端子Piobがローレベル(Vssレベル)に設定された後、デジタルデータ信号である入力信号Sin2が入出力端子Piobに入力された場合のワンショットバッファの動作について図5(b)を用いて説明する。
信号の流れがノードNA⇒ノードNBで立ち上りでは、図5(a)に示すように、入出力端子Pioa(ノードNA)にデータ信号(ハイレベル)である入力信号Sin1が入力されると(入力信号Sin1の立ち上り)、入出力端子Piob(ノードNB)はローレベルなのでセレクタSEL1は、ノードN4を選択する。ワンショットバッファ12の2入力NAND回路NAND1は、ノードN2の信号とノードN2⇒ノードN3⇒ノードN4⇒ノードN5⇒ノードN6のルートの信号を論理演算処理する。その結果、ワンショットバッファ12はローレベルの時間t1a(第一のイネーブル時間)を発生する。ローレベルの時間t1aによりPch MOSトランジスタPMT1がオンしてレベルシフトされた入力信号Sin1の立ち上りが加速される。ローレベルの時間t1aは、入力信号Sin1の立ち上がりを加速するには所定の時間以上の値が必要となる。
信号の流れがノードNA⇒ノードNBで立ち下りでは、入力信号Sin1がハイレベルからローレベルに変化すると(入力信号Sin1の立ち下り)、入出力端子Piob(ノードNB)はハイレベルなのでセレクタSEL2は、ノードN9を選択する。ワンショットバッファ13の2入力NOR回路NOR1は、ノードN2の信号とノードN2⇒ノードN8⇒ノードN9⇒ノードN10⇒ノードN11のルートの信号を論理演算処理する。その結果、ワンショットバッファ13はハイレベルの時間t11a(第三のイネーブル時間)を発生する。ハイレベルの時間t11aによりNch MOSトランジスタNMT1がオンしてレベルシフトされた入力信号Sin1の立ち下りが加速される。ハイレベルの時間t11aは、入力信号Sin1の立ち下りを加速するには所定の時間以上の値が必要となる。
信号の流れがノードNB⇒ノードNA⇒ノードNBで立ち上りでは、入出力端子Piob(ノードNB)に入力信号Sin2が入力され、レベルシフトされた入力信号Sin2が入出力端子Pioa(ノードNA)に伝送され、レベル変換部1にこの信号が入力される(信号の立ち上り)と、入出力端子Piob(ノードNB)はハイレベルなのでセレクタSEL1は、ノードN3を選択する。ワンショットバッファ12の2入力NAND回路NAND1は、ノードN2の信号とノードN2⇒ノードN3⇒ノードN5⇒ノードN6のルートの信号を論理演算処理する。その結果、ワンショットバッファ12はローレベルの時間t1b(第二のイネーブル時間)を発生する。ローレベルの時間t1bによりPch MOSトランジスタPMT1がオンする。時間t1bは、時間t1aよりも短く設定される。
信号の流れがノードNB⇒ノードNA⇒ノードNBで立ち下りでは、入出力端子Piob(ノードNB)に入力信号Sin2が入力され、レベルシフトされた入力信号Sin2が入出力端子Pioa(ノードNA)に伝送され、レベル変換部1にこの信号が入力され、信号レベルがハイレベルからローレベルに変化する(信号の立ち下り)と、入出力端子Piob(ノードNB)はローレベルなのでセレクタSEL2は、ノードN8を選択する。ワンショットバッファ13の2入力NOR回路NOR1は、ノードN2の信号とノードN2⇒ノードN8⇒ノードN10⇒ノードN11のルートの信号を論理演算処理する。その結果、ワンショットバッファ13はハイレベルの時間t11b(第四のイネーブル時間)を発生する。ハイレベルの時間t11bによりNch MOSトランジスタNMT1がオンする。時間t11bは、時間t11aよりも短く設定される。
信号の流れがノードNB⇒ノードNAで立ち上りでは、図5(b)に示すように、入出力端子Piob(ノードNB)にデータ信号(ハイレベル)である入力信号Sin2が入力されると(入力信号Sin2の立ち上り)、入出力端子Pioa(ノードNA)はローレベルなのでセレクタSEL3は、ノードN24を選択する。ワンショットバッファ22の2入力NAND回路NAND2は、ノードN22の信号とノードN22⇒ノードN23⇒ノードN24⇒ノードN25⇒ノードN26のルートの信号を論理演算処理する。その結果、ワンショットバッファ22はローレベルの時間t2a(第五のイネーブル時間)を発生する。ローレベルの時間t2aによりPch MOSトランジスタPMT2がオンしてレベルシフトされた入力信号Sin2の立ち上りが加速される。ローレベルの時間t2aは、入力信号Sin2の立ち上がりを加速するには所定の時間以上の値が必要となる。
信号の流れがノードNB⇒ノードNAで立ち下りでは、入力信号Sin2がハイレベルからローレベルに変化すると(入力信号Sin2の立ち下り)、入出力端子Pioa(ノードNA)はハイレベルなのでセレクタSEL4は、ノードN29を選択する。ワンショットバッファ23の2入力NOR回路NOR2は、ノードN22の信号とノードN22⇒ノードN28⇒ノードN29⇒ノードN30⇒ノードN31のルートの信号を論理演算処理する。その結果、ワンショットバッファ23はハイレベルの時間t22a(第七のイネーブル時間)を発生する。ハイレベルの時間t22aによりNch MOSトランジスタNMT2がオンしてレベルシフトされた入力信号Sin2の立ち下りが加速される。ハイレベルの時間t22aは、入力信号Sin2の立ち下りを加速するには所定の時間以上の値が必要となる。
信号の流れがノードNA⇒ノードNB⇒ノードNAで立ち上りでは、入出力端子Pioa(ノードNA)に入力信号Sin1が入力され、レベルシフトされた入力信号Sin1が入出力端子Piob(ノードNB)に伝送され、レベル変換部2にこの信号が入力される(信号の立ち上り)と、入出力端子Pioa(ノードNA)はハイレベルなのでセレクタSEL3は、ノードN23を選択する。ワンショットバッファ22の2入力NAND回路NAND2は、ノードN22の信号とノードN22⇒ノードN23⇒ノードN25⇒ノードN26のルートの信号を論理演算処理する。その結果、ワンショットバッファ22はローレベルの時間t2b(第六のイネーブル時間)を発生する。ローレベルの時間t2bによりPch MOSトランジスタPMT2がオンする。時間t2bは、時間t2aよりも短く設定される。
信号の流れがノードNA⇒ノードNB⇒ノードNAで立ち下りでは、入出力端子Pioa(ノードNA)に入力信号Sin1が入力され、レベルシフトされた入力信号Sin1が入出力端子Piob(ノードNB)に伝送され、レベル変換部2にこの信号が入力され、信号レベルがハイレベルからローレベルに変化する(信号の立ち下り)と、入出力端子Pioa(ノードNA)はローレベルなのでセレクタSEL4は、ノードN28を選択する。ワンショットバッファ23の2入力NOR回路NOR2は、ノードN22の信号とノードN22⇒ノードN28⇒ノードN30⇒ノードN31のルートの信号を論理演算処理する。その結果、ワンショットバッファ23はハイレベルの時間t22b(第八のイネーブル時間)を発生する。ハイレベルの時間t22bによりNch MOSトランジスタNMT2がオンする。時間t22bは、時間t22aよりも短く設定される。
図6に示すように、比較例の双方向信号レベル変換回路91には、レベル変換部1a(第一のレベル変換部)、レベル変換部2a(第二のレベル変換部)、入出力端子Pioa、及び入出力端子Piobが設けられる。ここでは、本実施形態の双方向信号レベル変換回路90と同様の構成の説明を省略し、異なる点のみ説明する。
レベル変換部1aは、レベルシフタ11、ワンショットバッファ12a(第一のワンショットバッファ)、ワンショットバッファ13a(第二のワンショットバッファ)、バッファBUFF1、バッファBUFF2、抵抗R1(第一の抵抗)、Pch MOSトランジスタPMT1、及びNch MOSトランジスタNMT1が設けられる。
ワンショットバッファ12aは、ノードN2とノードN7の間に設けられ、高電位側電源Vccbが供給される。ワンショットバッファ12aは、1種類のイネーブル時間を設定する。1種類のイネーブル時間により、Pch MOSトランジスタPMT1がオンして、レベルシフトされた入力信号Sin1の信号の立ち上りが加速される。
ワンショットバッファ13aは、ノードN2とノードN12の間に設けられ、高電位側電源Vccbが供給される。ワンショットバッファ13aは、1種類のイネーブル時間を設定する。1種類のイネーブル時間により、Nch MOSトランジスタNMT1がオンして、レベルシフトされた入力信号Sin1の信号の立ち下りが加速される。
レベル変換部2aは、レベルシフタ21、ワンショットバッファ22a(第三のワンショットバッファ)、ワンショットバッファ23a(第四のワンショットバッファ)、バッファBUFF3、バッファBUFF4、抵抗R2、Pch MOSトランジスタPMT2、及びNch MOSトランジスタNMT2が設けられる。
ワンショットバッファ22aは、ノードN22とノードN27の間に設けられ、高電位側電源Vccaが供給される。ワンショットバッファ22aは、1種類のイネーブル時間を設定する。1種類のイネーブル時間により、Pch MOSトランジスタPMT2がオンして、レベルシフトされた入力信号Sin2の信号の立ち上りが加速される。
ワンショットバッファ23aは、ノードN22とノードN32の間に設けられ、高電位側電源Vccaが供給される。ワンショットバッファ13aは、1種類のイネーブル時間を設定する。1種類のイネーブル時間により、Nch MOSトランジスタNMT2がオンして、レベルシフトされた入力信号Sin2の信号の立ち下りが加速される。
次に、双方向信号レベル変換回路の動作について図7乃至10を参照して説明する。図7及び図8は本実施形態の双方向信号レベル変換回路の動作を示すタイミングチャート。図9及び図10は、比較例の双方向信号レベル変換回路の動作を示すタイミングチャート。
ここで、図7及び図9は、ノードNA及びノードNBが“Low”レベルに設定された後に、入出力端子Pioa(ノードNA)に”High“レベルの入力信号Sin1が入力されたときの動作である。図8及び図10は入力信号Sin1が”High“レベルから”Low“レベルに変化したときの動作である。
図7に示すように、本実施形態の双方向信号レベル変換回路90では、デジタルデータ信号である入力信号Sin1が入出力端子Pioa(ノードNA)に入力後、ノードN7の信号レベルがハイレベルからローレベルに変化し、ワンショットバッファ12は時間t1a(第一のイネーブル時間)の間ローレベルを維持する。ノードN7がローレベルになるとPch MOSトランジスタPMT1がオンして、レベルシフトされた入力信号Sin1の信号の立ち上りが加速される。
その結果、時間T1経過後にノードNBがローレベルからハイレベルに変化する(デジタルデータ信号が入出力端子Piobを介して出力される)。時間tA1aだけレベルシフトされた入力信号Sin1の信号が強調される。
ここで、時間T1は、バッファBUFF1の動作時間、レベルシフタ11の動作時間、2入力NAND回路NAND1の動作時間、Pch MOSトランジスタPMT1の立ち上り時間、配線遅延時間の総和である。時間t1aは、インバータINV1の動作時間、遅延部DL1の遅延時間、セレクタSEL1の動作時間、遅延部DL2の遅延時間、2入力NAND回路NAND1の動作時間、配線遅延の総和である。Pch MOSトランジスタPMT1はドライブ能力が大きなトランジスタであるから、時間tA1aは、時間t1aと略等しくなる。
次に、ノードNBを介して、レベル変換部2にレベルシフトされた入力信号Sin1が入力される。ノードN27の信号レベルがハイレベルからローレベルに変化し、ワンショットバッファ22は時間t2b(第六のイネーブル時間)の間ローレベルを維持する。ノードN27がローレベルになるとPch MOSトランジスタPMT2がオンする。
その結果、時間T2経過後にPch MOSトランジスタPMT2が時間tA2bの間オンする。
ここで、時間T2は、バッファBUFF3の動作時間、レベルシフタ21の動作時間、2入力NAND回路NAND2の動作時間、Pch MOSトランジスタPMT2の立ち上り時間、配線遅延時間の総和である。時間t2bは、インバータINV3の動作時間、セレクタSEL3の動作時間、遅延部DL6の遅延時間、2入力NAND回路NAND2の動作時間、配線遅延の総和である。Pch MOSトランジスタPMT2はドライブ能力が大きなトランジスタであるから、時間tA2bは、時間t2bと略等しくなる。
入力信号Sin1が入出力端子Pioaに入力され、入力信号Sin1の立ち上りがレベル変換部1⇒入出力端子Piob⇒レベル変換部2⇒入出力端子Pioaに帰還するまでの時間Trb1は、
Trb1=T1+T2+tA2b・・・・・・・・・・・・・・・・式(1)
と表わされる。
図8に示すように、本実施形態の双方向信号レベル変換回路90では、デジタルデータ信号である入力信号Sin1がハイレベルからローレベルに変化後、ノードN12の信号レベルがローレベルからハイレベルに変化し、ワンショットバッファ13は時間t11a(第三のイネーブル時間)の間ハイレベルを維持する。ノードN12がハイレベルになるとNch MOSトランジスタNMT1がオンして、レベルシフトされた入力信号Sin1の信号の立ち下りが加速される。
その結果、時間T11経過後にノードNBがハイレベルからローレベルに変化する。時間tA11aだけレベルシフトされた入力信号Sin1が強調される。
ここで、時間T11は、バッファBUFF1の動作時間、レベルシフタ11の動作時間、2入力NOR回路NOR1の動作時間、Nch MOSトランジスタNMT1の立ち上り時間、配線遅延時間の総和である。時間t11aは、インバータINV2の動作時間、遅延部DL3の遅延時間、セレクタSEL2の動作時間、遅延部DL4の遅延時間、2入力NOR回路NOR1の動作時間、配線遅延の総和である。Nch MOSトランジスタNMT1はドライブ能力が大きなトランジスタであるから、時間tA11aは、時間t11aと略等しくなる。
次に、ノードNBを介して、レベル変換部2にレベルシフトされた入力信号Sin1(信号の立ち下り)が入力される。ノードN32の信号レベルがローレベルからハイレベルに変化し、ワンショットバッファ23は時間t22b(第八のイネーブル時間)の間ハイレベルを維持する。ノードN32がハイレベルになるとNch MOSトランジスタNMT2がオンする。
その結果、時間T22経過後にNch MOSトランジスタNMT2が時間tA22bの間オンする。
ここで、時間T22は、バッファBUFF3の動作時間、レベルシフタ21の動作時間、2入力NOR回路NOR2の動作時間、Nch MOSトランジスタNMT2の立ち上り時間、配線遅延時間の総和である。時間t22bは、インバータINV4の動作時間、セレクタSEL4の動作時間、遅延部DL8の遅延時間、2入力NOR回路NOR2の動作時間、配線遅延の総和である。Nch MOSトランジスタNMT2はドライブ能力が大きなトランジスタであるから、時間tA22bは、時間t22bと略等しくなる。
入力信号Sin1が入出力端子Pioaに入力され、入力信号Sin1の立ち下りがレベル変換部1⇒入出力端子Piob⇒レベル変換部2⇒入出力端子Pioaに帰還するまでの時間Trb2は、
Trb2=T11+T22+tA22b・・・・・・・・・・・・・・・・式(2)
と表わされる。
図9に示すように、比較例の双方向信号レベル変換回路91では、デジタルデータ信号である入力信号Sin1が入出力端子Pioa(ノードNA)に入力後、ノードN7の信号レベルがハイレベルからローレベルに変化し、ワンショットバッファ12aは時間t1(イネーブル時間)の間ローレベルを維持する。ノードN7がローレベルになるとPch MOSトランジスタPMT1がオンして、レベルシフトされた入力信号Sin1の信号の立ち上りが加速される。
その結果、時間T1経過後にノードNBがローレベルからハイレベルに変化する(デジタルデータ信号が入出力端子Piobを介して出力される)。時間tA1だけレベルシフトされた入力信号Sin1の信号が強調される。
次に、ノードNBを介して、レベル変換部2aにレベルシフトされた入力信号Sin1が入力される。ノードN27の信号レベルがハイレベルからローレベルに変化し、ワンショットバッファ22aは時間t2(イネーブル時間)の間ローレベルを維持する。ノードN27がローレベルになるとPch MOSトランジスタPMT2がオンする。
その結果、時間T2経過後にPch MOSトランジスタPMT2が時間tA2の間オンする。
入力信号Sin1が入出力端子Pioaに入力され、入力信号Sin1の立ち上りがレベル変換部1a⇒入出力端子Piob⇒レベル変換部2a⇒入出力端子Pioaに帰還するまでの時間Trb11は、
Trb11=T1+T2+tA2・・・・・・・・・・・・・・・・式(3)
と表わされる。
ここで、本実施形態の時間t1a、時間t1b、時間t2a、時間t2bと、比較例の時間t1、時間t2の関係は、
t1b<<t1≦t1a・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式(4)
t2b<<t2≦t2a・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式(5)
と設定されているので、本実施形態の時間tA2b、比較例の時間tA2の関係は、
tA2b<<tA2・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式(6)
となる。
このため、本実施形態の時間Trb1を比較例の時間Trb11よりも短縮化することができる。
図10に示すように、比較例の双方向信号レベル変換回路91では、デジタルデータ信号である入力信号Sin1がハイレベルからローレベルに変化後、ノードN12の信号レベルがローレベルからハイレベルに変化し、ワンショットバッファ13aは時間t11の間ハイレベルを維持する。ノードN12がハイレベルになるとNch MOSトランジスタNMT1がオンして、レベルシフトされた入力信号Sin1の信号の立ち下りが加速される。
その結果、時間T11経過後にノードNBがハイレベルからローレベルに変化する。時間tA11だけレベルシフトされた入力信号Sin1の信号が強調される。
次に、ノードNBを介して、レベル変換部2aにレベルシフトされた入力信号Sin1(信号の立ち下り)が入力される。ノードN32の信号レベルがローレベルからハイレベルに変化し、ワンショットバッファ23aは時間t22の間ハイレベルを維持する。ノードN32がハイレベルになるとNch MOSトランジスタNMT2がオンする。
その結果、時間T22経過後にNch MOSトランジスタNMT2が時間tA22の間オンする。
入力信号Sin1が入出力端子Pioaに入力され、入力信号Sin1の立ち下りがレベル変換部1a⇒入出力端子Piob⇒レベル変換部2a⇒入出力端子Pioaに帰還するまでの時間Trb22は、
Trb22=T11+T22+TA22・・・・・・・・・・・・・・・・式(7)
と表わされる。
ここで、本実施形態の時間t11a、時間t11b、時間t22a、時間t22bと、比較例の時間t11、時間t22の関係は、
t11b<<t11≦t11a・・・・・・・・・・・・・・・・・・式(8)
t22b<<t22≦t22a・・・・・・・・・・・・・・・・・・式(9)
と設定されているので、本実施形態の時間tA22b、比較例の時間tA22の関係は、
tA22b<<tA22・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式(10)
となる。
このため、本実施形態の時間Trb2を比較例の時間Trb22よりも短縮化することができる。
次に、データ転送許容間隔について図11を参照して説明する。図11はデータ転送を説明する図である。ここでは、入出力端子Poiaに入力信号Sin1が入力されるデータ転送領域2後での次のデータ転送(データ転送領域3)がどの時間から許容できるのかを図示している。
図11に示すように、比較例の双方向レベル変換回路91では、データ転送領域1のデータ転送が時刻Aで終了後、データ転送領域2aのデータ転送の立ち上り領域で時間(T1+T2+tA2=Trb11)必要とし、データ転送領域2aのデータ転送の立ち下り領域で時間(T11+T22+tA22=Trb22)必要とする。このため、時刻Cから次のデータ転送領域3のデータ転送が可能となる。
一方、本実施形態の双方向レベル変換回路90では、データ転送領域1のデータ転送が時刻Aで終了後、データ転送領域2bのデータ転送の立ち上り領域で時間(T1+T2+tA2b=Trb1)必要とし、データ転送領域2bのデータ転送の立ち下り領域で時間(T11+T22+tA22b=Trb2)必要とする。このため、比較例の双方向レベル変換回路91よりもデータ転送の立ち上り領域及び立ち下り領域での時間を短縮化することができる。したがって、時刻Cよりも早い時刻Bから次のデータ転送領域3のデータ転送が可能となる。また、比較例の双方向レベル変換回路91よりも高速のデータ転送が可能となる。
図6乃至11での説明は、入出力端子Pioaに入力信号Sin1が入力した場合について説明している。入出力端子Piobに入力信号Sin2が入力した場合についても本実施形態の双方向レベル変換回路90では、比較例の双方向レベル変換回路91よりも次のデータ転送領域のデータ転送が早期に可能となる。また、高速のデータ転送が可能となる(図5を参照)。
上述したように、本実施形態の双方向レベル変換回路では、レベル変換部1、レベル変換部2、入出力端子Pioa、及び入出力端子Piobが設けられ、切り替え信号が不要なものである。レベル変換部1には、ワンショットバッファ12及びワンショットバッファ13が設けられる。ワンショットバッファ12及びワンショットバッファ13は、2種類のイネーブル時間が設定される。レベル変換部2には、ワンショットバッファ22及びワンショットバッファ23が設けられる。ワンショットバッファ22及びワンショットバッファ23は、2種類のイネーブル時間が設定される。ワンショットバッファ12とワンショットバッファ22は、入力信号の立ち上り時に時間の長いイネーブル時間を選択して、信号の立ち上りを加速する。ワンショットバッファ13とワンショットバッファ23は、入力信号の立ち下り時に時間の長いイネーブル時間を選択して、信号の立ち下りを加速する。ワンショットバッファ12、ワンショットバッファ13、ワンショットバッファ22、及びワンショットバッファ23は、ノードNA及びノードNBを介して信号の入力された場合、時間の短いイネーブル時間を選択する。
このため、双方向レベル変換回路90は、データ転送間隔を短縮化することができる。また、高速のデータ転送が達成できる。
(第二の実施形態)
次に、本発明の第二の実施形態に係る双方向バッファ回路について、図面を参照して説明する。図12は双方向バッファ回路と電源システムの関係を示す図である。図13は双方向バッファ回路の構成を示す回路図である。本実施形態では、ワンショットバッファに2種類のイネーブル時間を与えることにより、双方向バッファ回路の信号伝搬を高速にしている。
以下、第1の実施形態と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
図12に示すように、双方向バッファ回路100は、信号処理部40及び信号処理部50の間に設けられる。信号処理部40、信号処理部50、及び双方向バッファ回路100には、高電位側電源Vccが供給される
双方向バッファ回路100は、切り替え信号(DIR制御信号)が不要なものである。双方向バッファ回路100は、2種類のイネーブル時間が設定され、出力を加速するワンショットバッファが複数設けられる。双方向バッファ回路100は、ワンショットバッファを用いることにより、転送レートの高速化が可能となる。
双方向バッファ回路100は、信号処理部40から出力される信号が入力信号Sin1(第一の入力信号)として入力され、入力信号Sin1をレベルシフト及び加速化して出力信号Sout1(第一の出力信号)を信号処理部50に出力する。双方向バッファ回路100は、信号処理部50から出力される信号が入力信号Sin2(第二の入力信号)として入力され、入力信号Sin2をレベルシフト及び加速化して出力信号Sout2(第二の出力信号)を信号処理部40に出力する。ここで、高電位側電源Vccは、例えば1.2乃至3.6Vの範囲に設定される。
図13に示すように、双方向バッファ回路100には、ドライブ部3(第一のドライブ部)、ドライブ部4(第二のドライブ部)、入出力端子Pioa、及び入出力端子Piobが設けられる。
入出力端子Pioa(第一のノード)は、信号処理部40から出力される入力信号Sin1をドライブ部3に伝送する。ドライブ部3は、入力信号Sin1をドライブし、信号の立ち上り及び立ち下りを加速化した出力信号Sout1を入出力端子Piob(第二のノード)から信号処理部50に伝送する。
入出力端子Piob(第二のノード)は、信号処理部50から出力される入力信号Sin2をドライブ部4に伝送する。ドライブ部4は、入力信号Sin2をドライブし、信号の立ち上り及び立ち下りを加速化した出力信号Sout2を入出力端子Pioa(第一のノード)から信号処理部40に伝送する。
ドライブ部3は、高電位側電源Vccが供給され、ワンショットバッファ12(第一のワンショットバッファ)、ワンショットバッファ13(第二のワンショットバッファ)、バッファBUFF1(第一の受信バッファ)、バッファBUFF2(第一の出力バッファ)、抵抗R1(第一の抵抗)、Pch MOSトランジスタPMT1(第一の出力トランジスタ)、及びNch MOSトランジスタNMT1(第二の出力トランジスタ)が設けられる。
ワンショットバッファ12は、ノードN2とノードN7の間に設けられ、高電位側電源Vccが供給される。ワンショットバッファ12は、2種類のイネーブル時間を設定する。
ワンショットバッファ13は、ノードN2とノードN12の間に設けられ、高電位側電源Vccが供給される。ワンショットバッファ13は、2種類のイネーブル時間を設定する。
ドライブ部4は、高電位側電源Vccが供給され、ワンショットバッファ22(第三のワンショットバッファ)、ワンショットバッファ23(第四のワンショットバッファ)、バッファBUFF3(第二の受信バッファ)、バッファBUFF4(第二の出力バッファ)、抵抗R2(第二の抵抗)、Pch MOSトランジスタPMT2(第三の出力トランジスタ)、及びNch MOSトランジスタNMT2(第四の出力トランジスタ)が設けられる。
ワンショットバッファ22は、ノードN22とノードN27の間に設けられ、高電位側電源Vccが供給される。ワンショットバッファ22は、2種類のイネーブル時間を設定する。
ワンショットバッファ23は、ノードN22とノードN32の間に設けられ、高電位側電源Vccが供給される。ワンショットバッファ23は、2種類のイネーブル時間を設定する。
双方向バッファ回路100では、入出力端子Pioaに入力信号Sin1が入力されたとき、信号の立ち上り時、ワンショットバッファ12がイネーブル時間である時間t1aを選択し、ワンショットバッファ22がイネーブル時間である時間t2bを選択する。信号の立ち下り時、ワンショットバッファ13がイネーブル時間である時間t11aを選択し、ワンショットバッファ23がイネーブル時間である時間t22bを選択する(第一の実施形態と同様)。
上述したように、本実施形態の双方向バッファ回路では、ドライブ部3、ドライブ部4、入出力端子Pioa(第一のノード)、及び入出力端子Piob(第二のノード)が設けられ、切り替え信号が不要なものである。ドライブ部3には、ワンショットバッファ12及びワンショットバッファ13が設けられる。ワンショットバッファ12及びワンショットバッファ13は、2種類のイネーブル時間が設定される。ドライブ部4には、ワンショットバッファ22及びワンショットバッファ23が設けられる。ワンショットバッファ22及びワンショットバッファ23は、2種類のイネーブル時間が設定される。ワンショットバッファ12とワンショットバッファ22は、入力信号の立ち上り時に時間の長いイネーブル時間を選択して、信号の立ち上りを加速する。ワンショットバッファ13とワンショットバッファ23は、入力信号の立ち下り時に時間の長いイネーブル時間を選択して、信号の立ち下りを加速する。ワンショットバッファ12、ワンショットバッファ13、ワンショットバッファ22、及びワンショットバッファ23は、ノードNA及びノードNBを介して信号の入力された場合、時間の短いイネーブル時間を選択する。
このため、双方向バッファ回路100は、データ転送間隔を短縮化することができる。また、高速のデータ転送が達成できる。
なお、実施形態では、ワンショットバッファ12に遅延部DL2、ワンショットバッファ13に遅延部DL4、ワンショットバッファ22に遅延部DL6、ワンショットバッファ23に遅延部DL8をそれぞれ設けているが、必ずしもこれに限定されるものではない。遅延部DL2、遅延部DL4、遅延部DL6、遅延部DL8を省略してもよい。
また、出力トランジスタにPch MOSトランジスタ及びNch MOSトランジスタを設けているが、代わりにPch MISトランジスタ及びNch MISトランジスタを用いてもよい。
また、第二の実施形態では、入出力端子Pioa、入出力端子Piobを介して入力信号を入力しているが、信号処理部40、信号処理部50、及び双方向バッファ回路100が同一チップに搭載される1チップLSI等では入出力端子Pioa、入出力端子Piobを介さずに、直接入力信号を入力してもよい。
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、2、2a レベル変換部
3、4 ドライブ部
11、21 レベルシフタ
12、12a、13、13a、22、22a、23、23a ワンショットバッファ
40、50 信号処理部
70 Vccaシステム
80 Vccbシステム
90、91 双方向信号レベル変換回路
100 双方向バッファ回路
AND11〜14、AND21〜24 2入力AND回路
BUFF1〜4
DL1〜8 遅延部
INV1〜4、INV11〜14、INV21〜24、INVa インバータ
N1〜12、N21〜23、N41〜48、N51〜58、NA、NB ノード
NAND1、NAND2 2入力NAND回路
NOR1、NOR2、NOR11、NOR12、NOR21、NOR22 2入力NOR回路
NMT1、NMT2 Nch MOSトランジスタ
PMT1、PMT2 Pch MOSトランジスタ
Pioa、Piob 入出力端子
R1、R2 抵抗
SEL1〜4 セレクタ
Sin1、Sin2 入力信号
Sout1、Sout2 出力信号
t1、t2、t1a、t1b、t2a、t2b、t11、t11a、t11b、t22、t22a、t22b、T1、T2、T11、T22、tA1、tA2、tA1a、tA2b、tA11、tA22、tA11a、tA22b、 時間
Td データ転送時間
Vcc、Vcca、Vccb 高電位側電源
Vss 低電位側電源(接地電位)

Claims (9)

  1. 第一及び第二の高電位側電源が供給され、第一の端子を介して第一の入力信号が入力され、前記第一の入力信号をレベルシフトした第一の出力信号を第二の端子を介して出力する第一のレベル変換部と、前記第一及び第二の高電位側電源が供給され、前記第二の端子を介して第二の入力信号が入力され、前記第二の入力信号をレベルシフトした第二の出力信号を前記第一の端子を介して出力する第二のレベル変換部とを有する双方向信号レベル変換回路であって、
    前記第一のレベル変換部は、
    レベルシフトされた前記第一の入力信号が入力され、第一のイネーブル時間及び前記第一のイネーブル時間よりも短い第二のイネーブル時間を設定する第一のワンショットバッファと、
    一端が前記第二の高電位側電源に接続され、制御端子に前記第一のワンショットバッファから出力される信号が入力され、他端が前記第二の端子に接続され、前記第一のイネーブル時間又は前記第二のイネーブル時間の間オンする第一の出力トランジスタと、
    レベルシフトされた前記第一の入力信号が入力され、第三のイネーブル時間及び前記第三のイネーブル時間よりも短い第四のイネーブル時間を設定する第二のワンショットバッファと、
    一端が前記第一の出力トランジスタの他端に接続され、制御端子に前記第二のワンショットバッファから出力される信号が入力され、他端が低電位側電源に接続され、前記第三のイネーブル時間又は前記第四のイネーブル時間の間オンする第二の出力トランジスタと
    を具備し、
    前記第二のレベル変換部は、
    レベルシフトされた前記第二の入力信号が入力され、第五のイネーブル時間及び前記第五のイネーブル時間よりも短い第六のイネーブル時間を設定する第三のワンショットバッファと、
    一端が前記第一の高電位側電源に接続され、制御端子に前記第三のワンショットバッファから出力される信号が入力され、他端が前記第一の端子に接続され、前記第五のイネーブル時間又は前記第六のイネーブル時間の間オンする第三の出力トランジスタと、
    レベルシフトされた前記第二の入力信号が入力され、第七のイネーブル時間及び前記第七のイネーブル時間よりも短い第八のイネーブル時間を設定する第四のワンショットバッファと、
    一端が前記第三の出力トランジスタの他端に接続され、制御端子に前記第四のワンショットバッファから出力される信号が入力され、他端が前記低電位側電源に接続され、前記第七のイネーブル時間又は前記第八のイネーブル時間の間オンする第四の出力トランジスタと
    を具備することを特徴とする双方向信号レベル変換回路。
  2. 前記第一のワンショットバッファは第一のセレクタを有し、前記第一のセレクタは前記第二の端子の電位に基づいて、前記第一のイネーブル時間又は前記第二のイネーブル時間を選択し、
    前記第二のワンショットバッファは第二のセレクタを有し、前記第二のセレクタは前記第二の端子の電位に基づいて、前記第三のイネーブル時間又は前記第四のイネーブル時間を選択し、
    前記第三のワンショットバッファは第三のセレクタを有し、前記第三のセレクタは前記第一の端子の電位に基づいて、前記第五のイネーブル時間又は前記第六のイネーブル時間を選択し、
    前記第四のワンショットバッファは第四のセレクタを有し、前記第四のセレクタは前記第一の端子の電位に基づいて、前記第七のイネーブル時間又は前記第八のイネーブル時間を選択する
    ことを特徴とする請求項1に記載の双方向信号レベル変換回路。
  3. 前記第一の端子に前記第一の入力信号が入力され、前記第一の入力信号がローレベルからハイレベルに変化後、前記第一のセレクタは前記第一のイネーブル時間を選択し、前記第三のセレクタは前記第六のイネーブル時間を選択し、
    前記第一の端子に前記第一の入力信号が入力され、前記第一の入力信号がハイレベルからローレベルに変化後、前記第二のセレクタは前記第三のイネーブル時間を選択し、前記第四のセレクタは前記第八のイネーブル時間を選択する
    ことを特徴とする請求項2に記載の双方向信号レベル変換回路。
  4. 前記第二の端子に前記第二の入力信号が入力され、前記第二の入力信号がローレベルからハイレベルに変化後、前記第三のセレクタは前記第五のイネーブル時間を選択し、前記第一のセレクタは前記第二のイネーブル時間を選択し、
    前記第二の端子に前記第二の入力信号が入力され、前記第二の入力信号がハイレベルからローレベルに変化後、前記第四のセレクタは前記第七のイネーブル時間を選択し、前記第二のセレクタは前記第四のイネーブル時間を選択する
    ことを特徴とする請求項2に記載の双方向信号レベル変換回路。
  5. 前記第一のレベル変換部は、レベルシフトされた前記第一の入力信号が入力される第一の出力バッファと、前記第一の出力バッファの出力側と前記第二の端子の間に設けられる第一の抵抗とを更に具備し、
    前記第二のレベル変換部は、レベルシフトされた前記第二の入力信号が入力される第二の出力バッファと、前記第二の出力バッファの出力側と前記第一の端子の間に設けられる第二の抵抗とを更に具備し、
    前記第一の出力バッファは前記第一の入力信号のハイレベル期間、前記第一の入力信号をドライブし、
    前記第二の出力バッファは前記第二の入力信号のハイレベル期間、前記第二の入力信号をドライブする
    ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の双方向信号レベル変換回路。
  6. 高電位側電源が供給され、第一のノードを介して第一の入力信号が入力され、前記第一の入力信号をドライブした第一の出力信号を第二のノードを介して出力する第一のドライブ部と、前記高電位側電源が供給され、前記第二のノードを介して第二の入力信号が入力され、前記第二の入力信号をドライブした第二の出力信号を前記第一のノードを介して出力する第二のドライバ部とを有する双方向バッファ回路であって、
    前記第一のドライブ部は、
    ドライブされた前記第一の入力信号が入力され、第一のイネーブル時間及び前記第一のイネーブル時間よりも短い第二のイネーブル時間を設定する第一のワンショットバッファと、
    一端が前記第二の高電位側電源に接続され、制御端子に前記第一のワンショットバッファから出力される信号が入力され、他端が前記第二のノードに接続され、前記第一のイネーブル時間又は前記第二のイネーブル時間の間オンする第一の出力トランジスタと、
    ドライブされた前記第一の入力信号が入力され、第三のイネーブル時間及び前記第三のイネーブル時間よりも短い第四のイネーブル時間を設定する第二のワンショットバッファと、
    一端が前記第一の出力トランジスタの他端に接続され、制御端子に前記第二のワンショットバッファから出力される信号が入力され、他端が低電位側電源に接続され、前記第三のイネーブル時間又は前記第四のイネーブル時間の間オンする第二の出力トランジスタと
    を具備し、
    前記第二のドライブ部は、
    ドライブされた前記第二の入力信号が入力され、第五のイネーブル時間及び前記第五のイネーブル時間よりも短い第六のイネーブル時間を設定する第三のワンショットバッファと、
    一端が前記第一の高電位側電源に接続され、制御端子に前記第三のワンショットバッファから出力される信号が入力され、他端が前記第一のノードに接続され、前記第五のイネーブル時間又は前記第六のイネーブル時間の間オンする第三の出力トランジスタと、
    ドライブされた前記第二の入力信号が入力され、第七のイネーブル時間及び前記第七のイネーブル時間よりも短い第八のイネーブル時間を設定する第四のワンショットバッファと、
    一端が前記第三の出力トランジスタの他端に接続され、制御端子に前記第四のワンショットバッファから出力される信号が入力され、他端が前記低電位側電源に接続され、前記第七のイネーブル時間又は前記第八のイネーブル時間の間オンする第四の出力トランジスタと
    を具備することを特徴とする双方向バッファ回路。
  7. 前記第一のワンショットバッファは第一のセレクタを有し、前記第一のセレクタは前記第二のノードの電位に基づいて、前記第一のイネーブル時間又は前記第二のイネーブル時間を選択し、
    前記第二のワンショットバッファは第二のセレクタを有し、前記第二のセレクタは前記第二のノードの電位に基づいて、前記第三のイネーブル時間又は前記第四のイネーブル時間を選択し、
    前記第三のワンショットバッファは第三のセレクタを有し、前記第三のセレクタは前記第一のノードの電位に基づいて、前記第五のイネーブル時間又は前記第六のイネーブル時間を選択し、
    前記第四のワンショットバッファは第四のセレクタを有し、前記第四のセレクタは前記第一のノードの電位に基づいて、前記第七のイネーブル時間又は前記第八のイネーブル時間を選択する
    ことを特徴とする請求項6に記載の双方向バッファ回路。
  8. 前記第一のノードに前記第一の入力信号が入力され、前記第一の入力信号がローレベルからハイレベルに変化後、前記第一のセレクタは前記第一のイネーブル時間を選択し、前記第三のセレクタは前記第六のイネーブル時間を選択し、
    前記第一のノードに前記第一の入力信号が入力され、前記第一の入力信号がハイレベルからローレベルに変化後、前記第二のセレクタは前記第三のイネーブル時間を選択し、前記第四のセレクタは前記第八のイネーブル時間を選択する
    ことを特徴とする請求項7に記載の双方向バッファ回路。
  9. 前記第二のノードに前記第二の入力信号が入力され、前記第二の入力信号がローレベルからハイレベルに変化後、前記第三のセレクタは前記第五のイネーブル時間を選択し、前記第一のセレクタは前記第二のイネーブル時間を選択し、
    前記第二のノードに前記第二の入力信号が入力され、前記第二の入力信号がハイレベルからローレベルに変化後、前記第四のセレクタは前記第七のイネーブル時間を選択し、前記第二のセレクタは前記第四のイネーブル時間を選択する
    ことを特徴とする請求項7に記載の双方向バッファ回路。
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CN109936359B (zh) * 2019-02-19 2021-03-26 杭州晶华微电子股份有限公司 一种低功耗双向数字电平转换电路及芯片

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