JP2017147561A - Level shift circuit - Google Patents

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Hiroyuki Watari
宏行 渡利
康則 村越
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康則 村越
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To control an impedance of output terminals to a value sufficient to practical use, and thereby, to enable a load connected with the output terminals to be effectively operated.SOLUTION: Transistors MP1, MP3, MN3, and MN1 are cascade-connected between a power supply VDD and the GND, and transistors MP2, MP4, MN4, and MN2 are cascade-connected between the power supply VDD and the GND. Gates of the transistors MN1 and MN2 are connected with differential input terminals IN1 and IN2. Drains of the transistors MN1 and MN2 are connected with output terminals OUT5 and OUT6 of a differential third set. Further, the transistors MP5 and MP6 are connected.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は半導体装置に関し、特に入力電圧のレベルを別のレベルの電圧に変換して出力するレベルシフト回路に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a level shift circuit that converts an input voltage level to a voltage of another level and outputs the converted voltage.

近年においてMOSトランジスタの微細化が進み、その耐圧も低電圧化している。MOSトランジスタの耐圧は、ゲート酸化膜が破壊しない最大の電圧と、PN接合に逆バイアスが印加するときアバランシェ降伏現象が起きない最大の電圧と、デバイスの信頼性を保つことのできる最大のドレイン・ソース間電圧VDSとから決まる。   In recent years, miniaturization of MOS transistors has progressed, and the withstand voltage has also been lowered. The breakdown voltage of the MOS transistor includes the maximum voltage at which the gate oxide film does not break down, the maximum voltage at which no avalanche breakdown occurs when a reverse bias is applied to the PN junction, and the maximum drain voltage that can maintain device reliability. It is determined from the source voltage VDS.

この耐圧には、瞬間的な印加を許容できる最大の電圧と、長期に渡って印加することで特性の劣化を招く電圧との2つの値があり、後者を素子の動作定格と便宜的に定義する。MOSトランジスタに印加されるドレイン・ソース間電圧VDSは、基本的にこの動作定格以下とならなければならない。しかしながら種々の問題から、電源電圧については、素子の微細化に伴った低下が実現できておらず、素子に印加される電界は増大する一方となっている。   This withstand voltage has two values: the maximum voltage that can be applied instantaneously and the voltage that degrades the characteristics when applied over a long period of time. To do. The drain-source voltage VDS applied to the MOS transistor must basically be less than or equal to this operating rating. However, due to various problems, the power supply voltage cannot be reduced as the element is miniaturized, and the electric field applied to the element is only increasing.

上記のように素子の微細化のみが進んだ結果、素子の動作定格以上の電圧出力が必要となるケースが生まれ、これを解決するために、例えば図4に示すレベルシフト回路が用いられる(類似の回路として特許文献1参照)。   As a result of only the miniaturization of the element as described above, a case where a voltage output exceeding the operation rating of the element is required was created, and in order to solve this, for example, a level shift circuit shown in FIG. (See Patent Document 1).

図4において、MP1、MP2、MP3、MP4はPch型MOSトランジスタ、MN1、MN2、MN3、MN4はNch型MOSトランジスタである。トランジスタMP1、MP3、MN3、MN1は第1電源VDDと第2電源GNDの間に縦続接続され、トランジスタMP2、MP4、MN4、MN2も第1電源VDDと第2電源GNDの間に縦続接続されている。そして、トランジスタMP1、MP2はゲートとドレインがクロス接続されることでラッチ回路を構成し、トランジスタMP3、MP4、MN3、MN4のゲートは第3電源VBに共通に接続されている。   In FIG. 4, MP1, MP2, MP3, and MP4 are Pch type MOS transistors, and MN1, MN2, MN3, and MN4 are Nch type MOS transistors. The transistors MP1, MP3, MN3, and MN1 are cascaded between the first power supply VDD and the second power supply GND, and the transistors MP2, MP4, MN4, and MN2 are also cascaded between the first power supply VDD and the second power supply GND. Yes. The transistors MP1 and MP2 form a latch circuit by cross-connecting the gate and drain thereof, and the gates of the transistors MP3, MP4, MN3, and MN4 are commonly connected to the third power supply VB.

差動の入力端子IN1、IN2はトランジスタMN1、MN2のゲートにそれぞれ接続されている。差動の第1組の出力端子OUT1、OUT2はトランジスタMP3、MN3の共通ドレイン、トランジスタMP4、MP4の共通ドレインにそれぞれ接続されている。差動の第2組の出力端子OUT3、OUT4はトランジスタMP1、MP2のドレインにそれぞれ接続されている。差動の第3組の出力端子OUT5、OUT6はトランジスタMN1、MN2のドレインにそれぞれ接続されている。   The differential input terminals IN1 and IN2 are connected to the gates of the transistors MN1 and MN2, respectively. The first differential output terminals OUT1 and OUT2 are connected to the common drains of the transistors MP3 and MN3 and the common drains of the transistors MP4 and MP4, respectively. The differential second output terminals OUT3 and OUT4 are connected to the drains of the transistors MP1 and MP2, respectively. The differential third output terminals OUT5 and OUT6 are connected to the drains of the transistors MN1 and MN2, respectively.

この図4のレベルシフト回路において、第1電源VDD=6V、第2電源GND=0V、第3電源VB=3Vに設定され、各トランジスタの定格動作電圧は3V、つまり、ドレイン・ソース間電圧VDSは3V、そのしきい値電圧は0.5Vであるとする。   In the level shift circuit of FIG. 4, the first power supply VDD = 6V, the second power supply GND = 0V, and the third power supply VB = 3V are set, and the rated operating voltage of each transistor is 3V, that is, the drain-source voltage VDS. Is 3V and its threshold voltage is 0.5V.

入力端子IN1に“H”(ハイレベル、以下同じ)=3V、IN2に“L”(ロウレベル、以下同じ)=0Vの電圧が入力したとき、トランジスタMN1がONし、トランジスタMN2がOFFする。このため、トランジスタMN3、MP4、MP1がONし、トランジスタMN4、MP3、MP2がOFFする。よって、出力端子は、OUT1=GND、OUT2=VDD、OUT3=VB、OUT4=VDD、OUT5=GND、OUT6=VBとなる。   When a voltage of “H” (high level, same below) = 3V is input to the input terminal IN1, and “L” (low level, same below) = 0V is input to IN2, the transistor MN1 is turned on and the transistor MN2 is turned off. For this reason, the transistors MN3, MP4, and MP1 are turned on, and the transistors MN4, MP3, and MP2 are turned off. Therefore, the output terminals are OUT1 = GND, OUT2 = VDD, OUT3 = VB, OUT4 = VDD, OUT5 = GND, and OUT6 = VB.

一方、入力端子IN1に“L”、入力端子IN2に“H”の電圧が入力したとき、トランジスタMN1がOFFし、トランジスタMN2がONする。このため、トランジスタMN3、MP4、MP1がOFFし、トランジスタMN4、MP2、MP3がONする。よって、出力端子は、OUT1=VDD、OUT2=GND、OUT3=VDD、OUT4=VB、OUT5=VB、OUT6=GNDとなる。以上の各出力端子の電圧波形を図5に示した。   On the other hand, when a voltage of “L” is input to the input terminal IN1 and “H” is input to the input terminal IN2, the transistor MN1 is turned off and the transistor MN2 is turned on. For this reason, the transistors MN3, MP4, and MP1 are turned off, and the transistors MN4, MP2, and MP3 are turned on. Therefore, the output terminals are OUT1 = VDD, OUT2 = GND, OUT3 = VDD, OUT4 = VB, OUT5 = VB, and OUT6 = GND. The voltage waveform of each of the above output terminals is shown in FIG.

特開平11−205123号公報JP 11-205123 A

ところで、図4のレベルシフト回路では、入力端子IN1=“L”、IN2=“H”になっていて、トランジスタMN1、MN3がOFFするとき、第3電源VBが各MOSトランジスタの動作定格ぎりぎりの電圧に設定されている場合には、トランジスタMN1、MN3のドレイン・ソース間電圧VDSが動作定格内に収まっているとは限らない。   By the way, in the level shift circuit of FIG. 4, when the input terminals IN1 = “L” and IN2 = “H” and the transistors MN1 and MN3 are turned off, the third power supply VB is almost the operation rating of each MOS transistor. When the voltage is set, the drain-source voltage VDS of the transistors MN1 and MN3 is not always within the operation rating.

このため、トランジスタMN1、MN3がOFFした瞬間、出力端子OUT5の電圧は、GND側かVB側のどちらか一方に偏った電位となっており、さらにこの出力端子OUT5がハイインピーダンスであることから、各MOSトランジスタの動作定格以内の電圧におさまるまでに遷移時間が発生する。このとき、動作定格を超える遷移時間を必要とするときは、MOSトランジスタの信頼性に悪影響をおよぼす。   For this reason, at the moment when the transistors MN1 and MN3 are turned off, the voltage of the output terminal OUT5 is biased toward either the GND side or the VB side, and the output terminal OUT5 has a high impedance. A transition time occurs until the voltage falls within the operating rating of each MOS transistor. At this time, if a transition time exceeding the operating rating is required, the reliability of the MOS transistor is adversely affected.

このとき、出力端子OUT5は電圧VBの電位をもった出力端子とみなせるが、入力端子IN1=“L”、IN2=“H”のとき、トランジスタMN1、MN3はともにOFFしているため、出力端子OUT5は出力インピーダンスが極めて高い。このため出力端子OUT5の出力電流はトランジスタMN1、MN3のリーク電流のみとなる。よって、この出力端子OUT5の負荷が例えば容量だとすると、その充電に多くの時間を要することとなる。この問題は、トランジスタMN2、MN4がOFFしたときに、出力端子OUT6の側についても同様に発生する。   At this time, the output terminal OUT5 can be regarded as an output terminal having the potential of the voltage VB. However, when the input terminals IN1 = "L" and IN2 = "H", the transistors MN1 and MN3 are both turned off. OUT5 has an extremely high output impedance. For this reason, the output current of the output terminal OUT5 is only the leakage current of the transistors MN1 and MN3. Therefore, if the load of this output terminal OUT5 is a capacity | capacitance, for example, it will take much time for the charge. This problem also occurs on the output terminal OUT6 side when the transistors MN2 and MN4 are turned off.

これを解消するためには、出力端子OUT5に別途バッファ回路を設ける必要がある。この問題は、入力端子IN1=“H”、IN2=“L”のとき、トランジスタMN2、MN4がOFFすると、出力端子OUT6の側についても同様に発生する。   In order to solve this, it is necessary to separately provide a buffer circuit at the output terminal OUT5. This problem also occurs on the output terminal OUT6 side when the transistors MN2 and MN4 are turned OFF when the input terminal IN1 = "H" and IN2 = "L".

本発明の目的は、出力端子のインピーダンスを実用に足りる値に制御することができるようにして、その出力端子に接続される負荷を有効に動作させることができるようにすることである。   An object of the present invention is to make it possible to control the impedance of an output terminal to a value that is practical enough so that a load connected to the output terminal can be operated effectively.

上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明のレベルシフト回路は、第1電源にソースが接続された第1導電型の第1トランジスタと、該第1導電型の第1トランジスタのドレインにソースが接続された第1導電型の第3トランジスタと、該第1導電型の第3トランジスタのドレインにドレインが接続された第2導電型の第3トランジスタと、該第2導電型の第3トランジスタのソースにドレインが接続されソースが第2電源に接続された第2導電型の第1トランジスタにより第1縦続接続回路が構成され、前記第1電源にソースが接続された第1導電型の第2トランジスタと、該第1導電型の第2トランジスタのドレインにソースが接続された第1導電型の第4トランジスタと、該第1導電型の第4トランジスタのドレインにドレインが接続された第2導電型の第4トランジスタと、該第2導電型の第4トランジスタのソースにドレインが接続されソースが前記第2電源に接続された第2導電型の第2トランジスタにより第2縦続接続回路が構成され、前記第1導電型の第1トランジスタのゲートと前記第1導電型の第2トランジスタのドレインが共通接続されるとともに、前記第1導電型の第2トランジスタのゲートと前記第1導電型の第1トランジスタのドレインが共通接続され、前記第1導電型の第3トランジスタ、前記第1導電型の第4トランジスタ、前記第2導電型の第3トランジスタ、及び前記第2導電型の第4トランジスタのそれぞれのゲートが第3電源に接続され、前記第2導電型の第1トランジスタのゲートと前記第2導電型の第2トランジスタのゲートが差動の入力端子に接続され、前記第2導電型の第1トランジスタのドレインと前記第2導電型の第2トランジスタのドレインが差動の第3組の出力端子に接続され、前記第3電源の電圧が前記第1電源の電圧と前記第2電源の電圧の間の電圧に設定されているレベルシフト回路において、ソースが前記第2導電型の第1トランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第2導電型の第1トランジスタのゲートに接続され、ドレインが前記第3電源に接続された第1導電型の第5トランジスタと、ソースが前記第2導電型の第2トランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第2導電型の第2トランジスタのゲートに接続され、ドレインが前記第3電源に接続された第1導電型の第6トランジスタと、を備えることを特徴とする。   To achieve the above object, a level shift circuit according to a first aspect of the present invention includes a first conductivity type first transistor having a source connected to a first power supply, and a drain of the first conductivity type first transistor. A first conductivity type third transistor having a source connected to the first conductivity type, a second conductivity type third transistor having a drain connected to the drain of the first conductivity type third transistor, and the second conductivity type second transistor. A first cascade connection circuit is constituted by a first transistor of a second conductivity type having a drain connected to a source of three transistors and a source connected to a second power source, and a source is connected to the first power source. A second transistor of the first conductivity type, a fourth transistor of the first conductivity type whose source is connected to the drain of the second transistor of the first conductivity type, and a drain of the fourth transistor of the first conductivity type. And a second conductivity type fourth transistor having a drain connected to a source of the second conductivity type fourth transistor and a source connected to the second power source. A cascade connection circuit is formed, and the gate of the first conductivity type first transistor and the drain of the first conductivity type second transistor are connected in common, and the gate of the first conductivity type second transistor, The drains of the first conductivity type first transistors are connected in common, the first conductivity type third transistor, the first conductivity type fourth transistor, the second conductivity type third transistor, and the second Each gate of the fourth conductive type transistor is connected to a third power source, and the second conductive type first transistor gate and the second conductive type second transistor gate are connected. Is connected to the differential input terminal, and the drain of the second conductive type first transistor and the drain of the second conductive type second transistor are connected to the differential third output terminal, In the level shift circuit in which the voltage of the power supply is set to a voltage between the voltage of the first power supply and the voltage of the second power supply, the source is connected to the drain of the first transistor of the second conductivity type, and the gate is The first conductivity type fifth transistor connected to the gate of the second conductivity type first transistor, the drain connected to the third power source, and the source connected to the drain of the second conductivity type second transistor. And a first conductivity type sixth transistor having a gate connected to the gate of the second conductivity type second transistor and a drain connected to the third power source.

請求項2にかかる発明は、請求項1に記載のレベルシフト回路において、前記第1電源の電圧と前記第3電源の電圧の電位差、及び前記第3電源の電圧と前記第2電源の電圧の電位差が、前記第1導電型の第1、第2、第3、第4、第5、及び第6のトランジスタ、並びに前記第2導電型の第1、第2、第3、及び第4トランジスタの動作定格電圧以内に設定されていることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the level shift circuit according to the first aspect, the potential difference between the voltage of the first power source and the voltage of the third power source, and the voltage of the third power source and the voltage of the second power source The first, second, third, fourth, fifth, and sixth transistors of the first conductivity type and the first, second, third, and fourth transistors of the second conductivity type It is set within the rated operating voltage.

請求項1及び2にかかる発明のレベルシフト回路によれば、第1導電型の第5及び第6トランジスタを接続したことによって、差動の第3組の出力端子を、実用に足りるインピーダンスに制御することができ、それらの出力端子に接続される負荷を有効に動作させることができる。   According to the level shift circuit of the first and second aspects of the present invention, the differential third output terminal is controlled to an impedance sufficient for practical use by connecting the first and fifth conductive type fifth and sixth transistors. The load connected to the output terminals can be operated effectively.

本発明の第1実施例のレベルシフト回路を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a level shift circuit according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施例のレベルシフト回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the level shift circuit of 2nd Example of this invention. 本発明の第3実施例のレベルシフト回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the level shift circuit of 3rd Example of this invention. 従来回路例のレベルシフト回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the level shift circuit of the example of a prior art circuit. 従来回路例のレベルシフト回路の各出力端子の電圧波形図である。It is a voltage waveform diagram of each output terminal of the level shift circuit of the conventional circuit example. トランジスタMP3のドレイン・ソース間電圧VDSの波形図であり、(a)はトランジスタMP7が接続されていない図4の従来のレベルシフト回路の場合、(b)はトランジスタMP7が接続されている図1の第1実施例のレベルシフト回路の場合である。FIG. 5 is a waveform diagram of a drain-source voltage VDS of a transistor MP3, where FIG. 1A shows the conventional level shift circuit of FIG. 4 to which the transistor MP7 is not connected, and FIG. This is the case of the level shift circuit of the first embodiment.

<第1実施例>
図1に本発明の第1実施例のレベルシフト回路を示す。図1において、MP1、MP2、MP3、MP4はPch型MOSトランジスタ、MN1、MN2、MN3、MN4はNch型MOSトランジスタである。トランジスタMP1、MP3、MN3、MN1は第1電源VDDと第2電源GNDとの間に縦続接続され、トランジスタMP2、MP4、MN4、MN2も第1電源VDDと第2電源GNDとの間に縦続接続されている。そして、トランジスタMP1、MP2はゲートとドレインがクロス接続されることでラッチ回路を構成し、トランジスタMP3、MP4、MN3、MN4のゲートは第3電源VBに接続されている。以上は図4で説明したレベルシフト回路と同じである。
<First embodiment>
FIG. 1 shows a level shift circuit according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, MP1, MP2, MP3, and MP4 are Pch type MOS transistors, and MN1, MN2, MN3, and MN4 are Nch type MOS transistors. The transistors MP1, MP3, MN3, and MN1 are connected in cascade between the first power supply VDD and the second power supply GND, and the transistors MP2, MP4, MN4, and MN2 are also connected in cascade between the first power supply VDD and the second power supply GND. Has been. The transistors MP1 and MP2 form a latch circuit by cross-connecting the gate and the drain, and the gates of the transistors MP3, MP4, MN3, and MN4 are connected to the third power supply VB. The above is the same as the level shift circuit described in FIG.

本実施例のレベルシフト回路では、さらにPMOSトランジスタMP5、MP6、MP7、MP8が接続されている。トランジスタMP5は、ゲートがトランジスタMN1のゲートに、ソースが第3電源VBに、ドレインがトランジスタMN1のドレインに、それぞれ接続されている。MOSトランジスタMP6は、ゲートがトランジスタMN2のゲートに、ソースが第3電源VBに、ドレインがトランジスタMN2のドレインに、それぞれ接続されている。トランジスタMP7は、ゲートがトランジスタMP3のドレインに、ドレインが第3電源VBに、ソースがトランジスタMP3のソースに、それぞれ接続されている。トランジスタMP8は、ゲートがトランジスタMP4のドレインに、ドレインが第3電源VBに、ソースがトランジスタMP4のソースに、それぞれ接続されている。   In the level shift circuit of this embodiment, PMOS transistors MP5, MP6, MP7, and MP8 are further connected. The transistor MP5 has a gate connected to the gate of the transistor MN1, a source connected to the third power supply VB, and a drain connected to the drain of the transistor MN1. The MOS transistor MP6 has a gate connected to the gate of the transistor MN2, a source connected to the third power supply VB, and a drain connected to the drain of the transistor MN2. The transistor MP7 has a gate connected to the drain of the transistor MP3, a drain connected to the third power supply VB, and a source connected to the source of the transistor MP3. The transistor MP8 has a gate connected to the drain of the transistor MP4, a drain connected to the third power supply VB, and a source connected to the source of the transistor MP4.

差動の入力端子IN1、IN2はトランジスタMN1、MN2のゲートにそれぞれ接続されている。差動の第1組の出力端子OUT1、OUT2はトランジスタMP3、MN3の共通ドレイン、トランジスタMP4、MP4の共通ドレインにそれぞれ接続されている。差動の第2組の出力端子OUT3、OUT4はトランジスタMP1、MP2のドレインにそれぞれ接続されている。差動の第3組の出力端子OUT5、OUT6はトランジスタMN1、MN2のドレインにそれぞれ接続されている。   The differential input terminals IN1 and IN2 are connected to the gates of the transistors MN1 and MN2, respectively. The first differential output terminals OUT1 and OUT2 are connected to the common drains of the transistors MP3 and MN3 and the common drains of the transistors MP4 and MP4, respectively. The differential second output terminals OUT3 and OUT4 are connected to the drains of the transistors MP1 and MP2, respectively. The differential third output terminals OUT5 and OUT6 are connected to the drains of the transistors MN1 and MN2, respectively.

ここでは、各MOSトランジスタのドレイン・ソース間電圧VDSにある期間中印加してもそのトランジスタの特性の劣化を招かない最高の電圧を、便宜的に素子の動作定格電圧とする。そして、その動作定格電圧が3Vとすると、第3電源VBの電圧も3Vとする。このとき、入力端子IN1、IN2には、“L”=0V、“H”=3Vの差動電圧が入力される。また、第1電源VDDの電圧値は第3電源VBの電圧値の2倍とし、6Vとする。各MOSトランジスタのしきい値電圧は0.5Vとする。   Here, for convenience, the highest voltage that does not cause deterioration of the characteristics of the transistor even when applied to the drain-source voltage VDS of each MOS transistor for a certain period is defined as the operating rated voltage of the element. When the rated operating voltage is 3V, the voltage of the third power supply VB is also 3V. At this time, differential voltages of “L” = 0 V and “H” = 3 V are input to the input terminals IN1 and IN2. In addition, the voltage value of the first power supply VDD is 6V, which is twice the voltage value of the third power supply VB. The threshold voltage of each MOS transistor is 0.5V.

さて、定常状態において、入力端子IN1、IN2に“H”、“L”の信号がそれぞれ入力されているときの動作について述べる。   Now, an operation when “H” and “L” signals are respectively input to the input terminals IN1 and IN2 in the steady state will be described.

このときは、トランジスタMN1がONであるので、トランジスタMP5はOFFし、トランジスタMN3はONする。トランジスタMN1、MN3がONすることで、出力端子OUT1は0Vとなり、トランジスタMP7はONとなる。トランジスタMP7がONするため、出力端子OUT3は3Vとなる。このため、トランジスタMP3はOFFし、トランジスタMP2はONする。   At this time, since the transistor MN1 is ON, the transistor MP5 is OFF and the transistor MN3 is ON. When the transistors MN1 and MN3 are turned on, the output terminal OUT1 becomes 0V and the transistor MP7 is turned on. Since the transistor MP7 is turned on, the output terminal OUT3 becomes 3V. Therefore, the transistor MP3 is turned off and the transistor MP2 is turned on.

一方、入力端子IN2が“L”であるので、トランジスタMN2がOFFし、トランジスタMP6はONする。トランジスタMP6がONするので出力端子OUT6は3Vとなり、トランジスタMN4はOFFする。トランジスタMN2、MN4がOFFし、トランジスタMP2がONしているので、出力端子OUT4は6Vとなり、トランジスタMP4がONする。また、出力端子OUT4が6VなのでトランジスタMP1はOFFする。トランジスタMP2、MP4がONし、トランジスタMN2、MN4がOFFするので、トランジスタMP8はOFFする。   On the other hand, since the input terminal IN2 is “L”, the transistor MN2 is turned off and the transistor MP6 is turned on. Since the transistor MP6 is turned ON, the output terminal OUT6 becomes 3V, and the transistor MN4 is turned OFF. Since the transistors MN2 and MN4 are OFF and the transistor MP2 is ON, the output terminal OUT4 is 6V and the transistor MP4 is ON. Since the output terminal OUT4 is 6V, the transistor MP1 is turned off. Since the transistors MP2 and MP4 are turned on and the transistors MN2 and MN4 are turned off, the transistor MP8 is turned off.

つまり、入力端子IN1に“H”、IN2に“L”の信号が入力しているときは、出力端子は、OUT1=0V、OUT2=6V、OUT3=3V、OUT4=6V、OUT5=0V、OUT6=3Vの電圧となる。   That is, when a signal of “H” is input to the input terminal IN1, and “L” is input to IN2, the output terminals are OUT1 = 0V, OUT2 = 6V, OUT3 = 3V, OUT4 = 6V, OUT5 = 0V, OUT6. = 3V voltage.

このとき、電圧が3Vの出力端子OUT3の出力インピーダンスはトランジスタMP7のON抵抗によって決定され、電圧が3Vの出力端子OUT6の出力インピーダンスはトランジスタMP6のON抵抗によって決定される。つまり、出力端子OUT3、OUT6はハイインピーダンスにならない。   At this time, the output impedance of the output terminal OUT3 having a voltage of 3V is determined by the ON resistance of the transistor MP7, and the output impedance of the output terminal OUT6 having a voltage of 3V is determined by the ON resistance of the transistor MP6. That is, the output terminals OUT3 and OUT6 do not become high impedance.

次に、入力端子IN1が“L”から“H”に切り替わった瞬間から後の過渡状態について述べる。入力端子IN1が“H”に切り替わったとき、トランジスタMN1はONし、トランジスタMP5はOFFする。すると、出力端子OUT5は0Vとなり、トランジスタMN3がONする。   Next, a transient state after the moment when the input terminal IN1 is switched from “L” to “H” will be described. When the input terminal IN1 is switched to “H”, the transistor MN1 is turned on and the transistor MP5 is turned off. Then, the output terminal OUT5 becomes 0V, and the transistor MN3 is turned on.

この瞬間、トランジスタMN1側の縦続接続されたトランジスタについて考えると、トランジスタMN1、MN3、MP3、MP1、MP7がONし、MP6はOFFしている。そこで、この瞬間の出力端子OUT3の電圧が5.5V以下(トランジスタMP2のゲート・ソース間に印加する電圧が0.5V)となるように、各トランジスタMN1、MN3、MP3、MP1、MP7のON抵抗を設定する。これにより、トランジスタMP2がONする。   At this moment, when considering the cascade-connected transistors on the transistor MN1 side, the transistors MN1, MN3, MP3, MP1, and MP7 are turned on and MP6 is turned off. Therefore, the transistors MN1, MN3, MP3, MP1, and MP7 are turned on so that the voltage of the output terminal OUT3 at this moment is 5.5V or less (the voltage applied between the gate and the source of the transistor MP2 is 0.5V). Set the resistance. As a result, the transistor MP2 is turned on.

また、入力端子IN2は“H”から“L”に切り替わるため、トランジスタMN2がOFFし、トランジスタMP6がONする。入力端子IN1に“L”、入力端子IN2に“H”が入力されていた前の状態において、トランジスタMP4はOFFしていたため、トランジスタMN2がOFF、トランジスタMP6がONすることで、出力端子OUT6が3Vになり、トランジスタMN4がOFFする。   Further, since the input terminal IN2 is switched from “H” to “L”, the transistor MN2 is turned off and the transistor MP6 is turned on. Since the transistor MP4 was turned off before “L” was inputted to the input terminal IN1 and “H” was inputted to the input terminal IN2, the transistor MN2 is turned off and the transistor MP6 is turned on, so that the output terminal OUT6 is turned on. The voltage becomes 3V, and the transistor MN4 is turned OFF.

トランジスタMP2がONした瞬間では、出力端子OUT4の電圧は、VDDとVB間の電圧をトランジスタMP2とMP8のON抵抗で分圧した電圧になるため、3Vから上昇する。出力端子OUT4が3.5V以上になると、トランジスタMP4がONする。このとき、出力端子OUT2の負荷インピーダンスとトランジスタMP4のON抵抗との直列インピーダンスが、出力端子OUT4の負荷に追加される。   At the moment when the transistor MP2 is turned ON, the voltage at the output terminal OUT4 rises from 3V because the voltage between VDD and VB is divided by the ON resistances of the transistors MP2 and MP8. When the output terminal OUT4 becomes 3.5V or higher, the transistor MP4 is turned on. At this time, the series impedance of the load impedance of the output terminal OUT2 and the ON resistance of the transistor MP4 is added to the load of the output terminal OUT4.

トランジスタMP4のON抵抗が出力端子OUT2の負荷インピーダンスと比べて十分小さく設定されているとすると、出力端子OUT2と出力端子OUT4はほぼ同電位となるため、トランジスタMP8がOFFする。トランジスタMP2、MP4がONし、トランジスタMN2、MN4、MP8がOFFするため、出力端子OUT4と出力端子OUT2は6Vになり、トランジスタMP1がOFFする。   If the ON resistance of the transistor MP4 is set to be sufficiently smaller than the load impedance of the output terminal OUT2, the output terminal OUT2 and the output terminal OUT4 have substantially the same potential, so that the transistor MP8 is turned off. Since the transistors MP2 and MP4 are turned on and the transistors MN2, MN4 and MP8 are turned off, the output terminal OUT4 and the output terminal OUT2 become 6V, and the transistor MP1 is turned off.

入力端子IN1が“L”から“H”に切り替わった瞬間から定常状態までの過度状態においては、出力端子OUT3の電位の遷移時間はトランジスタMP7のON抵抗と出力端子OUT3の負荷容量によって決まる。また、出力端子OUT6の電位の遷移時間はトランジスタMP6のON抵抗と出力端子OUT6の負荷容量によって決まる。   In the transient state from the moment when the input terminal IN1 switches from “L” to “H” to the steady state, the transition time of the potential of the output terminal OUT3 is determined by the ON resistance of the transistor MP7 and the load capacitance of the output terminal OUT3. Further, the transition time of the potential of the output terminal OUT6 is determined by the ON resistance of the transistor MP6 and the load capacitance of the output terminal OUT6.

前記遷移時間において、例えば出力端子OUT3は前の状態において6Vであったので6Vから3Vへ、また出力端子OUT1は6Vから0Vへ遷移する。   In the transition time, for example, since the output terminal OUT3 was 6V in the previous state, the output terminal OUT1 transits from 6V to 3V, and the output terminal OUT1 transits from 6V to 0V.

ここで、トランジスタMP7が無ければ、出力端子OUT3の遷移時間はトランジスタMP1、MP3のリーク電流によってのみ駆動されるため、出力端子OUT1の遷移時間と比べて大きくなる。つまり、出力端子OUT1が0Vに変化したにも関わらず、出力端子OUT3が3Vを超えている時間が発生する。この間、トランジスタMP3には動作定格電圧3Vを超える電圧がドレイン・ソース間に印加されることになる。MOSトランジスタのドレイン・ソース電圧VDSが動作定格電圧を超えている時間が長ければ長いほど、MOSトランジスタの信頼性は悪化する。   Here, if the transistor MP7 is not provided, the transition time of the output terminal OUT3 is driven only by the leakage currents of the transistors MP1 and MP3, and therefore becomes longer than the transition time of the output terminal OUT1. That is, there is a time during which the output terminal OUT3 exceeds 3V although the output terminal OUT1 changes to 0V. During this time, a voltage exceeding the rated operating voltage of 3 V is applied to the transistor MP3 between the drain and source. The longer the time during which the drain-source voltage VDS of the MOS transistor exceeds the rated operating voltage, the worse the reliability of the MOS transistor.

しかしながら本実施例においては、トランジスタMP7のON抵抗によって出力端子OUT3の電位の遷移時間が大幅に削減され、これによってレベルシフト回路の信頼性が向上することとなる。   However, in this embodiment, the transition time of the potential of the output terminal OUT3 is greatly reduced by the ON resistance of the transistor MP7, thereby improving the reliability of the level shift circuit.

図5にトランジスタMP3のドレイン・ソース間電圧VDSのシミュレーション波形を示した。このシミュレーションでは、上記説明した内容とは異なり、トランジスタMP3の動作定格を2.5Vとしている。トランジスタMP7が無い場合の(a)の従来例回路では、電圧の変化時にピーク値が大きく、また2.5Vに落ち着くまでに時間がかかっている。これに対して、トランジスタMP7を接続した場合の(b)の本実施例回路では、電圧変化時のピーク値が小さく、また2.5Vに落ち着くまでの時間がきわめて短いことが分かる。   FIG. 5 shows a simulation waveform of the drain-source voltage VDS of the transistor MP3. In this simulation, unlike the above description, the operation rating of the transistor MP3 is 2.5V. In the conventional circuit (a) without the transistor MP7, the peak value is large when the voltage changes, and it takes time to settle down to 2.5V. On the other hand, in the circuit of this embodiment shown in (b) when the transistor MP7 is connected, it can be seen that the peak value at the time of voltage change is small and the time until it settles to 2.5V is extremely short.

次に、本実施例のレベルシフト回路の動作可能な電源電圧について考える。入力端子IN1が“L”から“H”に切り替わった瞬間に各出力端子電圧の論理も切り替わるには、トランジスタMP2がONする必要がある。トランジスタMP2がONするためには、第1電源VDDと出力端子OUT3の電位差が0.5V以上とならなければならない。つまり、VB=3Vのとき、VDDは3.5V以上である必要がある。   Next, consider the power supply voltage at which the level shift circuit of this embodiment can operate. In order to switch the logic of each output terminal voltage at the moment when the input terminal IN1 switches from “L” to “H”, the transistor MP2 needs to be turned on. In order to turn on the transistor MP2, the potential difference between the first power supply VDD and the output terminal OUT3 must be 0.5 V or more. That is, when VB = 3V, VDD needs to be 3.5V or more.

ここで、トランジスタMP7が無い場合、入力端子IN1が“L”から“H”に切り替わった瞬間に各出力端子電圧の論理も切り替わるには、トランジスタMP2とMP3がONする必要がある。トランジスタMP3がONできないと、トランジスタMN1、MN3がONしても出力端子OUT3の電位が下がらず、トランジスタMP2はONできない。また、トランジスタMP3がONしても、第1電源VDDと出力端子OUT3の電位差がトランジスタMP2のしきい値電圧より大きくないと、そのトランジスタMP2はONできない。   Here, when the transistor MP7 is not provided, the transistors MP2 and MP3 need to be turned on in order to switch the logic of each output terminal voltage at the moment when the input terminal IN1 is switched from “L” to “H”. If the transistor MP3 cannot be turned on, the potential of the output terminal OUT3 does not drop even if the transistors MN1 and MN3 are turned on, and the transistor MP2 cannot be turned on. Even if the transistor MP3 is turned on, the transistor MP2 cannot be turned on unless the potential difference between the first power supply VDD and the output terminal OUT3 is larger than the threshold voltage of the transistor MP2.

トランジスタMP3がONするには、VB=3Vの場合には出力端子OUT3の電圧が3.5V以上となる必要があり、トランジスタMP2がONするには第1電源VDDと出力端子OUT3の電圧との差分が0.5以上となる必要があるので、これらの条件が満たされる電圧VDDの条件はVDDが4V以上となることである。   In order to turn on the transistor MP3, the voltage of the output terminal OUT3 needs to be 3.5V or more when VB = 3V. To turn on the transistor MP2, the voltage between the first power supply VDD and the voltage of the output terminal OUT3 is required. Since the difference needs to be 0.5 or more, the condition of the voltage VDD that satisfies these conditions is that VDD is 4 V or more.

つまり、トランジスタMP7が本実施例の通りに接続されることによって、トランジスタMP7がない場合と比較して、電圧VDDに必要な電圧がトランジスタMP3のしきい値電圧分だけ削減されることになる。   That is, by connecting the transistor MP7 as in the present embodiment, the voltage required for the voltage VDD is reduced by the threshold voltage of the transistor MP3 as compared to the case where the transistor MP7 is not provided.

これは、例えばレベルシフト回路の出力端子OUT2、OUT4から電圧VDDを出力するとき、負荷が重い場合に発生する電圧降下を許容できる範囲が広がることを意味する。この許容範囲の拡大により、電圧VDDは従来回路と比べて少ない電流出力能力で、レベルシフト回路を正常に動作させることができる。   This means that, for example, when the voltage VDD is output from the output terminals OUT2 and OUT4 of the level shift circuit, the range in which the voltage drop that occurs when the load is heavy is allowed to be widened. By expanding the allowable range, the voltage VDD can operate the level shift circuit normally with less current output capability than the conventional circuit.

例えば、電圧VDDの生成には昇圧回路を用いるのが一般的であるが、昇圧回路の電流出力能力はそのコストとトレードオフの関係にあり、またさらに高い電流出力能力を有する昇圧回路は設計の難易度も高くなる。したがって、本実施例のレベルシフト回路における前記許容範囲の拡大は、昇圧回路のコストダウンと設計難易度の低下による設計工数削減などに貢献する。   For example, a booster circuit is generally used to generate the voltage VDD, but the current output capability of the booster circuit is in a trade-off relationship with its cost, and a booster circuit having a higher current output capability is designed. The difficulty level also increases. Therefore, the expansion of the allowable range in the level shift circuit of the present embodiment contributes to a reduction in design man-hours due to a cost reduction of the booster circuit and a decrease in design difficulty.

<第2実施例>
図2に本発明の第2実施例のレベルシフト回路を示す。図2において、MP11、MP12、MP13、MP14はPch型MOSトランジスタ、MN11、MN12、MN13、MN14はNch型MOSトランジスタである。トランジスタMP11、MP13、MN13、MN11は第1電源VDDと第2電源VSSの間に縦続接続され、トランジスタMP12、MP14、MN14、MN12も第1電源VDDと第2電源VSSの間に縦続接続されている。そして、トランジスタMN11、MN12はゲートとドレインがクロス接続されることでラッチ回路を構成し、トランジスタMP13、MP14、MN13、MN14のゲートは第3電源VBに接続されている。
<Second embodiment>
FIG. 2 shows a level shift circuit according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 2, MP11, MP12, MP13, and MP14 are Pch type MOS transistors, and MN11, MN12, MN13, and MN14 are Nch type MOS transistors. The transistors MP11, MP13, MN13, and MN11 are cascaded between the first power supply VDD and the second power supply VSS, and the transistors MP12, MP14, MN14, and MN12 are also cascaded between the first power supply VDD and the second power supply VSS. Yes. The transistors MN11 and MN12 form a latch circuit by cross-connecting the gate and drain thereof, and the gates of the transistors MP13, MP14, MN13, and MN14 are connected to the third power supply VB.

本実施例のレベルシフト回路では、さらにPMOSトランジスタMN15、MN16、MN17、MN18が接続されている。トランジスタMN15は、ゲートがトランジスタMP11のゲートに、ソースが第3電源GNDに、ドレインがトランジスタMP11のドレインに、それぞれ接続されている。トランジスタMN16は、ゲートがトランジスタMP12のゲートに、ソースが第3電源GNDに、ドレインがトランジスタMP12のドレインに、それぞれ接続されている。トランジスタMN17は、ゲートがトランジスタMN13のドレインに、ドレインが第3電源GNDに、ソースがトランジスタMN13のソースに、それぞれ接続されている。トランジスタMN18は、ゲートがトランジスタMN14のドレインに、ドレインが第3電源GNDに、ソースがトランジスタMN14のソースに、それぞれ接続されている。   In the level shift circuit of this embodiment, PMOS transistors MN15, MN16, MN17, and MN18 are further connected. The transistor MN15 has a gate connected to the gate of the transistor MP11, a source connected to the third power supply GND, and a drain connected to the drain of the transistor MP11. The transistor MN16 has a gate connected to the gate of the transistor MP12, a source connected to the third power supply GND, and a drain connected to the drain of the transistor MP12. The transistor MN17 has a gate connected to the drain of the transistor MN13, a drain connected to the third power supply GND, and a source connected to the source of the transistor MN13. The transistor MN18 has a gate connected to the drain of the transistor MN14, a drain connected to the third power supply GND, and a source connected to the source of the transistor MN14.

差動の入力端子IN11、IN12はトランジスタMP11、MP12のゲートにそれぞれ接続されている。差動の第1組の出力端子OUT11、OUT12はトランジスタMP13、MN13の共通ドレイン、トランジスタMP14、MN14の共通ドレインにそれぞれ接続されている。差動の第2組の出力端子OUT13、OUT14はトランジスタMN11、MN12のドレインにそれぞれ接続されている。差動の第3組の出力端子OUT15、OUT16はトランジスタMP11、MP12のドレインにそれぞれ接続されている。   The differential input terminals IN11 and IN12 are connected to the gates of the transistors MP11 and MP12, respectively. The first differential output terminals OUT11 and OUT12 are connected to the common drains of the transistors MP13 and MN13 and the common drains of the transistors MP14 and MN14, respectively. The differential second output terminals OUT13 and OUT14 are connected to the drains of the transistors MN11 and MN12, respectively. The third differential output terminals OUT15 and OUT16 are connected to the drains of the transistors MP11 and MP12, respectively.

本実施例も、各MOSトランジスタのドレイン・ソース間電圧VDSにある期間中印加してもそのトランジスタの特性の劣化を招かない最高の電圧を、便宜的に素子の動作定格電圧とする。そして、その動作定格電圧が3Vであるとすると、第1電源VDDも3Vとする。このとき、入力端子IN11、IN12には“L”=0V、“H”=3Vの電圧が入力される。また、第2電源VSSは第1電源VDDの−1倍の電圧とし、−3Vとする。各MOSトランジスタのしきい値電圧は0.5Vとする。   Also in this embodiment, the highest voltage that does not cause deterioration of the characteristics of the transistor even if it is applied to the drain-source voltage VDS of each MOS transistor for a certain period is used as the rated operating voltage of the element for convenience. If the rated operating voltage is 3V, the first power supply VDD is also 3V. At this time, voltages of “L” = 0V and “H” = 3V are input to the input terminals IN11 and IN12. Further, the second power supply VSS is set to a voltage that is -1 times the first power supply VDD, and is set to -3V. The threshold voltage of each MOS transistor is 0.5V.

さて、定常状態において、入力端子IN11に“H”、IN12に“L”の信号がそれぞれ入力されているときの動作について述べる。   Now, the operation when the “H” signal is input to the input terminal IN11 and the “L” signal is input to the IN12 in the steady state will be described.

このときは、入力端子IN11が“H”であるのでトランジスタMP11がOFFし、トランジスタMN15がONし、出力端子OUT15は0Vになる。すると、トランジスタMP13がOFFする。   At this time, since the input terminal IN11 is “H”, the transistor MP11 is turned off, the transistor MN15 is turned on, and the output terminal OUT15 becomes 0V. Then, the transistor MP13 is turned off.

一方、入力端子IN12は“L”であるので、トランジスタMP12がONし、トランジスタMN16がOFFする。トランジスタMP12がONすることで出力端子OUT16が3Vになるため、トランジスタMP14がONする。トランジスタMP12、MP14がONすることで、出力端子OUT12は3Vになり、トランジスタMN18がONする。   On the other hand, since the input terminal IN12 is “L”, the transistor MP12 is turned on and the transistor MN16 is turned off. Since the output terminal OUT16 becomes 3V when the transistor MP12 is turned on, the transistor MP14 is turned on. When the transistors MP12 and MP14 are turned on, the output terminal OUT12 becomes 3V, and the transistor MN18 is turned on.

トランジスタMN18がONすることで、出力端子OUT14は0Vとなり、トランジスタMN14がOFFする。出力端子OUT14が0Vとなると、トランジスタMN11がONする。トランジスタMP11、MP13がOFF、トランジスタMN11がONすることで、出力端子OUT13が−3Vになり、トランジスタMN13がONする。トランジスタMN13がONすることで、出力端子OUT11が−3Vになり、トランジスタMN17がOFFする。   When the transistor MN18 is turned on, the output terminal OUT14 becomes 0V, and the transistor MN14 is turned off. When the output terminal OUT14 becomes 0V, the transistor MN11 is turned on. When the transistors MP11 and MP13 are turned off and the transistor MN11 is turned on, the output terminal OUT13 becomes -3V and the transistor MN13 is turned on. When the transistor MN13 is turned on, the output terminal OUT11 becomes -3V, and the transistor MN17 is turned off.

つまり、入力端子IN11に“H”、IN12に“L”の信号が入力されているときは、出力端子は、OUT11=−3V、OUT12=3V、OUT15=0V、OUT16=3V、OUT13=−3V、OUT14=0Vとなる。   That is, when a signal of “H” is input to the input terminal IN11 and “L” is input to the IN12, the output terminals are OUT11 = −3V, OUT12 = 3V, OUT15 = 0V, OUT16 = 3V, OUT13 = −3V. , OUT14 = 0V.

このとき、電圧が0Vの出力端子OUT15の出力インピーダンスはトランジスタMN15のON抵抗によって決定され、電圧が0Vの出力端子OUT14の出力インピーダンスはトランジスタMN18のON抵抗によって決定される。つまり、出力端子OUT15、OUT14はハイインピーダンスにならない。   At this time, the output impedance of the output terminal OUT15 whose voltage is 0V is determined by the ON resistance of the transistor MN15, and the output impedance of the output terminal OUT14 whose voltage is 0V is determined by the ON resistance of the transistor MN18. That is, the output terminals OUT15 and OUT14 do not become high impedance.

次に、入力端子IN11が“L”から“H”に切り替わった瞬間から後の過渡状態について述べる。入力端子IN11が“H”に切り替わったとき、入力端子IN12は“H”から“L”に切り替わり、トランジスタMP12がONし、トランジスタMN16がOFFする。トランジスタMP12がONするため、出力端子OUT16は3Vになり、トランジスタMP14がONする。   Next, a transient state after the moment when the input terminal IN11 is switched from “L” to “H” will be described. When the input terminal IN11 is switched to “H”, the input terminal IN12 is switched from “H” to “L”, the transistor MP12 is turned on, and the transistor MN16 is turned off. Since the transistor MP12 is turned on, the output terminal OUT16 becomes 3V, and the transistor MP14 is turned on.

この瞬間、トランジスタMP12側の縦続接続されたMOSトランジスタについて考えると、トランジスタMP12、MP14、MN14、MN1、MN18がONし、トランジスタMN16はOFFしている。この瞬間の出力端子OUT14の電圧が−2.5V以上となるように、各MOSトランジスタのON抵抗が設定されているとすると、トランジスタMN11がONする。   At this moment, when considering the cascade-connected MOS transistors on the transistor MP12 side, the transistors MP12, MP14, MN14, MN1, and MN18 are ON, and the transistor MN16 is OFF. If the ON resistance of each MOS transistor is set so that the voltage of the output terminal OUT14 at this moment becomes −2.5 V or more, the transistor MN11 is turned on.

また、入力端子IN11は“L”から“H”に切り替わるため、トランジスタMP11がOFFし、トランジスタMN15がONする。入力端子IN11に“L”、IN12に“H”が入力されていた前の状態においてトランジスタMN13はOFFしていたため、トランジスタMP11がOFFし、トランジスタMN15がONすることで、出力端子OUT15が0Vになり、トランジスタMP13がOFFする。   Further, since the input terminal IN11 is switched from “L” to “H”, the transistor MP11 is turned off and the transistor MN15 is turned on. Since the transistor MN13 was turned off before “L” was input to the input terminal IN11 and “H” was input to the IN12, the transistor MP11 was turned off and the transistor MN15 was turned on, so that the output terminal OUT15 was set to 0V. Thus, the transistor MP13 is turned OFF.

トランジスタMN11がONした瞬間では、出力端子OUT13の電圧は、GNDとVSS間の電圧をトランジスタMN11とMN17のON抵抗で分圧した電圧になるために、0Vから下降する。出力端子OUT13の電圧が−0.5Vより低下すると、トランジスタMN13がONする。このとき、出力端子OUT11の負荷インピーダンスとトランジスタMN13のON抵抗との直列インピーダンスが、出力端子OUT13の負荷に追加される。   At the moment when the transistor MN11 is turned on, the voltage at the output terminal OUT13 falls from 0V because the voltage between GND and VSS is divided by the ON resistance of the transistors MN11 and MN17. When the voltage at the output terminal OUT13 falls below -0.5V, the transistor MN13 is turned on. At this time, the series impedance of the load impedance of the output terminal OUT11 and the ON resistance of the transistor MN13 is added to the load of the output terminal OUT13.

トランジスタMN13のON抵抗が出力端子OUT11の負荷インピーダンスと比べて十分小さく設定されているとすると、出力端子OUT11とOUT13はほぼ同電位となるため、トランジスタMN17がOFFする。トランジスタMN11、MN13がONし、トランジスタMP11、MP13、MN17がOFFするため、出力端子OUT13、OUT11は−3Vになり、トランジスタMN12がOFFする。   If the ON resistance of the transistor MN13 is set to be sufficiently smaller than the load impedance of the output terminal OUT11, the output terminals OUT11 and OUT13 have substantially the same potential, so that the transistor MN17 is turned OFF. Since the transistors MN11 and MN13 are turned on and the transistors MP11, MP13, and MN17 are turned off, the output terminals OUT13 and OUT11 become −3 V, and the transistor MN12 is turned off.

入力端子IN12が“H”から“L”に切り替わった瞬間から定常状態までの遷移時間においては、出力端子OUT15の電位の遷移時間はトランジスタMN15のON抵抗と出力端子OUT15の負荷容量によって決まる。出力端子OUT14の電位の遷移時間はトランジスタMN18のON抵抗と出力端子OUT14の負荷容量によって決まる。   In the transition time from the moment when the input terminal IN12 switches from “H” to “L” to the steady state, the transition time of the potential of the output terminal OUT15 is determined by the ON resistance of the transistor MN15 and the load capacitance of the output terminal OUT15. The transition time of the potential of the output terminal OUT14 is determined by the ON resistance of the transistor MN18 and the load capacitance of the output terminal OUT14.

前記遷移時間において、例えば出力端子OUT15は前の状態において3Vであったので3Vから0Vへ、また出力端子OUT11は3Vから−3Vへ遷移する。   In the transition time, for example, since the output terminal OUT15 was 3V in the previous state, the output terminal OUT11 transits from 3V to 0V.

ここで、トランジスタMN15が無ければ、出力端子OUT15の遷移時間はトランジスタMP11、MP13のリーク電流によってのみ駆動されるため、出力端子OUT11の遷移時間と比べて大きくなる。つまり、出力端子OUT11が−3Vに変化したにも関わらず、出力端子OUT15が0Vを超えている時間が発生する。この間、トランジスタMP13には動作定格電圧3Vを超える電圧がドレイン・ソース間に印加されることになる。MOSトランジスタのVDSが動作定格電圧を超えている時間が長ければ長いほどMOSトランジスタの信頼性は悪化する。   Here, if the transistor MN15 is not provided, the transition time of the output terminal OUT15 is driven only by the leakage currents of the transistors MP11 and MP13, and therefore becomes longer than the transition time of the output terminal OUT11. That is, there is a time during which the output terminal OUT15 exceeds 0V even though the output terminal OUT11 has changed to -3V. During this time, a voltage exceeding the rated operating voltage of 3 V is applied across the drain and source of the transistor MP13. The longer the time during which the VDS of the MOS transistor exceeds the operating rated voltage, the longer the reliability of the MOS transistor.

しかしながら本実施例においては、トランジスタMN15のON抵抗によって出力端子OUT15の電位の遷移時間が大幅に削減される。これによってレベルシフト回路の信頼性が向上することとなる。   However, in this embodiment, the transition time of the potential of the output terminal OUT15 is greatly reduced by the ON resistance of the transistor MN15. As a result, the reliability of the level shift circuit is improved.

次に、本実施例のレベルシフト回路の動作可能な電源電圧について考える。入力端子IN12が“H”から“L”に切り替わった瞬間に各出力端子電圧の論理も切り替わるには、トランジスタMN11がONする必要がある。トランジスタMN11がONするためには、出力端子OUT14と第2電源VSSの電位差が0.5V以上とならなければならない。つまり、GND=0Vのとき、VSSが−0.5V以下になる必要がある。   Next, consider the power supply voltage at which the level shift circuit of this embodiment can operate. In order to switch the logic of each output terminal voltage at the moment when the input terminal IN12 switches from “H” to “L”, the transistor MN11 needs to be turned on. In order to turn on the transistor MN11, the potential difference between the output terminal OUT14 and the second power supply VSS must be 0.5 V or more. That is, when GND = 0V, VSS needs to be −0.5V or less.

ここで、トランジスタMN18が無い場合、入力端子IN12が“H”から“L”に切り替わった瞬間に各出力端子電圧の論理も切り替わるには、トランジスタMN11とMN14がONする必要がある。トランジスタMN14がONできないと、トランジスタMP12、MP14がONしても出力端子OUT14の電位が上がらず、トランジスタMN11はONできない。また、トランジスタMN14がONしても、出力端子OUT14と第2電源VSSの電位差がトランジスタMN11のしきい値電圧より大きくないとトランジスタMN11はONできない。   Here, when the transistor MN18 is not provided, the transistors MN11 and MN14 need to be turned on in order to switch the logic of each output terminal voltage at the moment when the input terminal IN12 is switched from “H” to “L”. If the transistor MN14 cannot be turned on, the potential of the output terminal OUT14 does not rise even if the transistors MP12 and MP14 are turned on, and the transistor MN11 cannot be turned on. Even if the transistor MN14 is turned on, the transistor MN11 cannot be turned on unless the potential difference between the output terminal OUT14 and the second power supply VSS is larger than the threshold voltage of the transistor MN11.

トランジスタMN14がONするには、GND=0Vの場合には出力端子OUT14の電圧が−0.5V以下となる必要があり、トランジスタMN11がONするには出力端子OUT14の電圧が第2電源VSSよりも0.5V以上となる必要があるので、これらの条件が満たされる第2電源VSSの条件は−4V以下となる。   In order to turn on the transistor MN14, when GND = 0V, the voltage of the output terminal OUT14 needs to be −0.5V or less. To turn on the transistor MN11, the voltage of the output terminal OUT14 is from the second power supply VSS. Therefore, the condition of the second power supply VSS that satisfies these conditions is −4 V or less.

つまり、トランジスタMN18が本実施例の通りに接続されることによって、第2電源VSSに必要な電圧がトランジスタMN14のしきい値電圧分だけ削減されることになる。   That is, by connecting the transistor MN18 as in the present embodiment, the voltage required for the second power supply VSS is reduced by the threshold voltage of the transistor MN14.

これは、例えばレベルシフト回路の出力端子OUT12、OUT14から第2電源VSSの電圧を出力するとき、負荷が重い場合に発生する電圧降下を許容できる範囲が広がることを意味する。前記の許容範囲の拡大により、第2電源VSSは従来回路と比べて少ない電流出力能力で、レベルシフト回路を正常に動作させることができる。   This means that, for example, when the voltage of the second power supply VSS is output from the output terminals OUT12 and OUT14 of the level shift circuit, the range in which the voltage drop that occurs when the load is heavy can be increased. By expanding the allowable range, the second power supply VSS can operate the level shift circuit normally with a smaller current output capability than the conventional circuit.

例えば、第2電源VSSの生成にはチャージポンプ回路などによる負電圧生成回路を用いるのが一般的であるが、負電圧生成回路の電流出力能力はそのコストとトレードオフの関係にあり、さらに高い電流出力能力を有する負電圧生成回路は設計の難易度も高くなる。したがって、本実施例のレベルシフト回路における前記許容範囲の拡大は、昇圧回路のコストダウンと設計難易度の低下による設計工数削減などに貢献する。   For example, a negative voltage generation circuit such as a charge pump circuit is generally used to generate the second power supply VSS, but the current output capability of the negative voltage generation circuit is in a trade-off relationship with its cost and is higher. A negative voltage generation circuit having a current output capability is also more difficult to design. Therefore, the expansion of the allowable range in the level shift circuit of the present embodiment contributes to a reduction in design man-hours due to a cost reduction of the booster circuit and a decrease in design difficulty.

<第3実施例>
図3は本発明の第3実施例であり、第2実施例の各電源VDD、GND、VSSをそれぞれGND、VB、VSSに置き換えたものである。第3電源VBは第1電源GNDと第2電源VSSの間の電圧が印加される電源である。ここで、例えばGND=0V、VB=−3V、VSS=−6Vとする。動作は前記第2実施例と同様である。
<Third embodiment>
FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention in which the power supplies VDD, GND, and VSS in the second embodiment are replaced with GND, VB, and VSS, respectively. The third power supply VB is a power supply to which a voltage between the first power supply GND and the second power supply VSS is applied. Here, for example, GND = 0V, VB = -3V, and VSS = -6V. The operation is the same as in the second embodiment.

MN1〜MN4、MN11〜MN18:Nch型MOSトランジスタ
MP1〜MP8、MP11〜MP14:Pch型MOSトランジスタ
VDD:第1電源
GND:図1、図4では第2電源、図2では第3電源、図3では第1電源
VSS:第2電源
VB:第3電源
OUT1〜OUT6、OUT11〜OUT16:出力端子
IN1、IN2、IN11、IN12:入力端子
MN1 to MN4, MN11 to MN18: Nch type MOS transistors MP1 to MP8, MP11 to MP14: Pch type MOS transistors VDD: first power source GND: second power source in FIGS. 1 and 4, third power source in FIG. Then, the first power supply VSS: the second power supply VB: the third power supply OUT1-OUT6, OUT11-OUT16: output terminals IN1, IN2, IN11, IN12: input terminals

Claims (2)

第1電源にソースが接続された第1導電型の第1トランジスタと、該第1導電型の第1トランジスタのドレインにソースが接続された第1導電型の第3トランジスタと、該第1導電型の第3トランジスタのドレインにドレインが接続された第2導電型の第3トランジスタと、該第2導電型の第3トランジスタのソースにドレインが接続されソースが第2電源に接続された第2導電型の第1トランジスタにより第1縦続接続回路が構成され、
前記第1電源にソースが接続された第1導電型の第2トランジスタと、該第1導電型の第2トランジスタのドレインにソースが接続された第1導電型の第4トランジスタと、該第1導電型の第4トランジスタのドレインにドレインが接続された第2導電型の第4トランジスタと、該第2導電型の第4トランジスタのソースにドレインが接続されソースが前記第2電源に接続された第2導電型の第2トランジスタにより第2縦続接続回路が構成され、
前記第1導電型の第1トランジスタのゲートと前記第1導電型の第2トランジスタのドレインが共通接続されるとともに、前記第1導電型の第2トランジスタのゲートと前記第1導電型の第1トランジスタのドレインが共通接続され、
前記第1導電型の第3トランジスタ、前記第1導電型の第4トランジスタ、前記第2導電型の第3トランジスタ、及び前記第2導電型の第4トランジスタのそれぞれのゲートが第3電源に接続され、
前記第2導電型の第1トランジスタのゲートと前記第2導電型の第2トランジスタのゲートが差動の入力端子に接続され、
前記第2導電型の第1トランジスタのドレインと前記第2導電型の第2トランジスタのドレインが差動の第3組の出力端子に接続され、
前記第3電源の電圧が前記第1電源の電圧と前記第2電源の電圧の間の電圧に設定されているレベルシフト回路において、
ソースが前記第2導電型の第1トランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第2導電型の第1トランジスタのゲートに接続され、ドレインが前記第3電源に接続された第1導電型の第5トランジスタと、
ソースが前記第2導電型の第2トランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第2導電型の第2トランジスタのゲートに接続され、ドレインが前記第3電源に接続された第1導電型の第6トランジスタと、
を備えることを特徴とするレベルシフト回路。
A first conductivity type first transistor having a source connected to a first power source; a first conductivity type third transistor having a source connected to a drain of the first conductivity type first transistor; and the first conductivity type. A third transistor of the second conductivity type having a drain connected to the drain of the third transistor of the type, and a second transistor having a drain connected to the source of the second transistor of the second conductivity type and a source connected to the second power source. A first cascade circuit is constituted by the first transistor of the conductive type,
A first conductivity type second transistor having a source connected to the first power supply; a first conductivity type fourth transistor having a source connected to a drain of the first conductivity type second transistor; A second conductivity type fourth transistor having a drain connected to a drain of the conductivity type fourth transistor; a drain connected to a source of the second conductivity type fourth transistor; and a source connected to the second power source. A second cascade connection circuit is configured by the second transistor of the second conductivity type,
The gate of the first conductivity type first transistor and the drain of the first conductivity type second transistor are connected in common, and the gate of the first conductivity type second transistor and the first conductivity type first transistor. The transistor drains are connected in common,
Each gate of the first conductivity type third transistor, the first conductivity type fourth transistor, the second conductivity type third transistor, and the second conductivity type fourth transistor is connected to a third power source. And
A gate of the first transistor of the second conductivity type and a gate of the second transistor of the second conductivity type are connected to a differential input terminal;
A drain of the second conductivity type first transistor and a drain of the second conductivity type second transistor are connected to a differential third output terminal;
In the level shift circuit in which the voltage of the third power supply is set to a voltage between the voltage of the first power supply and the voltage of the second power supply,
A first conductivity type second transistor having a source connected to the drain of the second conductivity type first transistor, a gate connected to the gate of the second conductivity type first transistor, and a drain connected to the third power source. 5 transistors,
A first conductivity type second transistor having a source connected to the drain of the second conductivity type second transistor, a gate connected to the gate of the second conductivity type second transistor, and a drain connected to the third power source. 6 transistors,
A level shift circuit comprising:
請求項1に記載のレベルシフト回路において、
前記第1電源の電圧と前記第3電源の電圧の電位差、及び前記第3電源の電圧と前記第2電源の電圧の電位差が、前記第1導電型の第1、第2、第3、第4、第5、及び第6のトランジスタ、並びに前記第2導電型の第1、第2、第3、及び第4トランジスタの動作定格電圧以内に設定されていることを特徴とするレベルシフト回路。
The level shift circuit according to claim 1, wherein
The potential difference between the voltage of the first power source and the voltage of the third power source, and the potential difference between the voltage of the third power source and the voltage of the second power source are first, second, third, and second of the first conductivity type. 4. A level shift circuit, wherein the level shift circuit is set within an operation rated voltage of the first, second, third, and fourth transistors of the fourth, fifth, and sixth transistors and the second conductivity type.
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