JP2609668B2 - レベルシフト回路 - Google Patents

レベルシフト回路

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JP2609668B2
JP2609668B2 JP63053473A JP5347388A JP2609668B2 JP 2609668 B2 JP2609668 B2 JP 2609668B2 JP 63053473 A JP63053473 A JP 63053473A JP 5347388 A JP5347388 A JP 5347388A JP 2609668 B2 JP2609668 B2 JP 2609668B2
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敏彦 清水
正生 堀田
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体集積回路に係わり、特に温度特性や電
源電圧依存性を持たない高精度なレベルシフト回路に関
する。
〔従来の技術〕
従来、集積回路におけるレベルシフト回路として第4
図に示すような回路が用いられていた。
(a)はレベルシフト量を抵抗比により選ぶ。
(b)はダイオードによる方法で周波数特性が良い。
(c)はツェナダイオードを用い、大きな電圧シフトが
得られる。(d)は定電流源とトランジスタと抵抗を組
み合わせた方法でレベルシフト量を任意に設定でき、広
く使用されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術のなかで、(a)は出力振幅が減衰し、
(b)はダイオードの多段接続により温度係数が大きく
なり、(c)はノイズ性能が悪いということで(d)が
一般的に良く使われる。しかし、(d)はトランジスタ
のベースエミッタ間電圧と抵抗の温度係数に対して配慮
されておらず、温度によってレベルシフト量が変動する
という問題があった。加えて、大きなレベルシフト量を
得るために抵抗値を大きくすると、負荷容量により周波
数特性が悪くなる。
本発明の目的を温度特性,電源電圧依存性を持たず、
周波数特性の良好なレベルシフト回路を提供することに
ある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を定電流源の部分をレベルシフトに用いてい
るトランジスタと抵抗と同一素子で構成し、該トランジ
スタのベースと抵抗の電源側の端子間にレベルシフト量
に相当する電圧を供給することにより、達成される。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの
一例は、 入力電圧(1)を予め定められたシフト量シフトして
出力するレベルシフト回路であって、 上記入力電圧(1)がそのベース電極に印加される第
1のトランジスタ(Q1)と、 上記第1のトランジスタ(Q1)のエミッタ電極にその
一端が接続された第1の抵抗(R1)と、 上記第1の抵抗(R1)の他端にそのベース電極が接続
され、そのエミッタ電極がレベルシフト回路の出力端子
(2)に接続されることによりエミッタフォロワとして
動作する第2のトランジスタ(Q2)と、 コレクタ電極が上記第1の抵抗(R1)の上記他端と上
記第2のトランジスタ(Q2)の上記ベース電極とに接続
された第3のトランジスタ(Q3)と、 上記第3のトランジスタ(Q3)のエミッタ電極に接続
されたベース・コレクタ短絡接続の第4のトランジスタ
(Q4)と、 上記第4のトランジスタ(Q4)のエミッタ電極に接続
された第2の抵抗(R2)と、 定電流源(27)と、該定電流源(27)にアノードが接
続されたダイオード(5)と、該ダイオード(5)のカ
ソードに直列接続された所定の温度係数(TRA,TRB)を
有する第3の抵抗(20,21)とからなるレベルシフト量
発生部とを具備してなり、 上記第1のトランジスタ(Q1)、上記第2のトランジ
スタ(Q2)、上記第3のトランジスタ(Q3)、上記第4
のトランジスタ(Q4)はほぼ同一のトランジスタであ
り、 上記第1の抵抗(R1)と上記第2の抵抗(R2)とはほ
ぼ同一の抵抗であり、 上記レベルシフト量発生部において、上記ダイオード
(5)の電圧の負の温度係数を上記第3の抵抗(20,2
1)の上記所定の温度係数(TRA,TRB)がほぼ相殺し、 上記レベルシフト量発生部の上記定電流源(27)の定
電流(I)が上記ダイオード(5)と上記第3の抵抗
(20,21)に流れることにより発生するバイアス電圧
(V)が上記第3のトランジスタ(Q3)のベース・エミ
ッタ間と上記第4のトランジスタ(Q4)のベース・エミ
ッタ間と上記第2の抵抗(R2)とに印加され、 上記入力電圧と上記出力端子(2)の出力電圧との間
のレベルシフト電圧は、上記レベルシフト量発生部から
発生される上記バイアス電圧(V)とほぼ一致すること
を特徴とする(第1図、第2図参照)。
〔作用〕
温度変動によってレベルシフト部のトランジスタのベ
ースエミッタ間電圧が変化すると、同時に定電流源部の
トランジスタのベースエミッタ間電圧も同量変化する。
この変化分は定電流源の抵抗にかかる電圧に加わり、電
流量を増減させる。これにより、レベルシフト部の抵抗
での電圧降下分も上記の変化分、増減し、トランジスタ
と抵抗におけるレベルシフト量は一定に保たれる。
上述の本願の代表的な実施形態によれば、下記の作用
によってレベルシフト量を一定に保つこことなる。
(1)まず、レベルシフト回路の定電流源部(第1図の
Q3、Q4、R2)の定電流を決定するバイアス電圧(V)を
発生するレベルシフト量発生部(第2図の27、5、20、
21)においてはダイオード(5)の電圧の負の温度係数
を第3の抵抗(20,21)の所定の温度係数(TRA,TRB)が
ほぼ相殺するので、レベルシフト量発生部(27、5、2
0、21)から定電流源部(Q3、Q4、R2)に供給されるバ
イアス電圧(V)は温度変化にもかかわらず略一定とな
る。
(2)上記(1)の如くレベルシフト量発生部(27、
5、20、21)から定電流源部(Q3、Q4、R2)に供給され
るバイアス電圧(V)は温度変化にもかかわらず略一定
であっても、定電流源部(Q3、Q4、R2)のトランジスタ
(Q3、Q4)の温度依存性により定電流源部(Q3、Q4、R
2)の定電流は温度変化によって変化するものとなる。
(3)しかし、上記(2)の定電流源部(Q3、Q4、R2)
の定電流の温度変化にもかかわらず、第1のトランジス
タ(Q1)の第1の抵抗(R1)と第2のトランジスタ(Q
2)とで構成されるレベルシフト部(第1図のQ1、R1、Q
2)と、第3のトランジスタ(Q3)とベース・コレクタ
短絡接続の第4のトランジスタ(Q4)と第2の抵抗(R
2)とで構成される定電流源部(Q3、Q4、R2)とは略同
一のトランジスタもしくは略同一の抵抗で構成されてい
るので、温度変化による定電流源部(Q3、Q4、R2)の定
電流の変化はレベルシフト部(Q1、R1、Q2)のトランジ
スタのベース・エミッタ間電圧降下の変化を略相殺する
ので、最終的にレベルシフト部(Q1、R1、Q2)のレベル
シフト電圧降下はレベルシフト量発生部(27、5、20、
21)から発生される温度依存性の極めて小さいバイアス
電圧(V)と一致するものとなる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。ト
ランジスタQ1とQ2と抵抗R1により入力1はレベルシフト
され、出力2がエミッタフォロワとして動作するQ2のエ
ミッタから得られる。定電流源回路はトランジスタQ3と
トランジスタQ4と抵抗R2により構成され、Q3のベースと
電源13の間にバイアス電圧Vが印加されている。尚、こ
のバイアス電圧Vは、後述する第2図のバイアス電圧発
生回路から供給される。トランジスタQ1,Q2,Q3,Q4はほ
ぼ同一のトランジスタとし、そのベースエミッタ間電圧
をVBEとする。また、抵抗R1とR2はほぼ同一の抵抗と
し、抵抗値Rとする。すると、定電流源回路に流れる電
流iは、 i=(V−2VBE)/R (1) となる。これにより、上記のレベルシフトされる電圧
は、 VBE+R・i+VBE=2VBE+R・i=V (2) となり、VBEやRの値に無関係に上記バイアス電圧と等
しいレベルシフト電圧量Vとなる。したがって、ベース
エミッタ間電圧VBEや抵抗Rの温度係数の影響を受ける
ことなく、レベルシフトできるので、レベルシフト量の
高精度化が図れその効果は大きい。
第2図は第1図の中のバイアス電圧Vを発生する回路
である。尚、このバイアス電圧Vは、第1図のQ3のベー
スと電源13との間に印加される。定電流源27は温度特性
と電源電圧依存性をほとんどもたず、定電流Iを発生す
る。トランジスタ5のベースエミッタ間電圧をVBE
し、抵抗20、21の抵抗値をRA、RBとすると、レベルシフ
ト電圧と一致するバイアス電圧Vは V=VBE+(Ra+Rb)I (3) となる。ここで、VBEの温度係数は−2mV/℃,RaとRbの温
度係数をTRA,TRBとすると、温度がΔT変化したときの
レベルシフト電圧量V′は(3)式を用いて V′=VBE−0.002・ΔT +{(1+TRA・ΔT)Ra+(1+TRB・ΔT)Rb}I =VBE+(Ra+Rb)I −0.002・ΔT+(TRA・Ra・ΔT+TRB・Rb・ΔT)I ={VBE+(Ra+Rb)I} +{−0.002+TRA・Ra・I+TRB・Rb・I}ΔT (4) となる。温度変化ΔTに無関係に、常にレベルシフト量
が一定、つまりV=V′となるには(4)式の第2項が
零となればよい。つまり TRA・Ra・I+RRB・Rb・I=0.002 (5) である。(3)式と(5)式がともに成り立つようにRa
とRbとIを定めれば、温度特性と電源電圧依存性をもた
ないレベルシフト電圧量が発生できる。抵抗の温度係数
は通常正であるので、(5)式を満たす値が必ず存在す
る。第1図と第2図を組み合わせることによって、温度
特性や電源電圧依存性のほとんどないレベルシフト回路
をトランジスタと抵抗のみで容易に実現できるので、そ
の効果は大きい。
すなわち、第1図の実施例によるレベルシフト回路で
は、出力端子2に接続される負荷のインピーダンスが小
さい場合であっても、エミッタフォロワとして動作する
トランジスタQ2の作用により、負荷に流れる大電流はレ
ベルシフト部(Q1、R1、Q2)と定電流源部(Q3、Q4、R
2)とに流れる電流に大きな変化を与えず、レベルシフ
ト電圧を安定化すると言う作用を有する。
第3図は本発明の効果と対比される参考例を示すレベ
ルシフト回路図である。これはエミッタホロワ6とダイ
オード群10と抵抗11からなるレベルシフト部とレベルシ
フト部と同一要素からなる定電流iを発生する定電流源
部からなる。第1の実施例と同様に温度変動によるダイ
オードでのレベルシフトの変化分を抵抗で吸収し、温度
特性をほとをどもたないレベルシフト回路が実現でき
る。さらに、ダイオードを多段に積むことによって、大
きなレベルシフト電圧が得られる。したがって、その効
果は大である。
しかし、第3図の参考例では、出力端子2に接続され
る負荷のインピーダンスが小さい場合には、負荷に流れ
る大電流は上側とレベルシフト部と下側の定電流源部と
に流れる電流に変化を与え、レベルシフト電圧が安定化
しないものとなる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、レベルシフト部と同一の回路構成で
定電流源を作ることで、トランジスタのベースエミッタ
間電圧の温度特性を抵抗での電圧降下で打ち消すことが
できる。温度特性を有しないレベルシフト回路がトラン
ジスタと抵抗のみで実現でき、集積回路において、その
効果は大きい。また、レベルシフト電圧量を発生する回
路と組み合せることで、電源電圧依存性にも優れた性能
が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示すレベルシフト回路
の構成図、第2図はレベルシフト電圧量を発生する回路
の構成図、第3図は本発明の効果と対比される参考例を
示すレベルシフト回路の構成図、第4図は従来のレベル
シフト回路の構成図である。 1……入力、2……出力、12……レベルシフト電圧量
V、13……電源電圧、5……ダイオード、7,27……定電
流源。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力電圧を予め定められたシフト量シフト
    して出力するレベルシフト回路であって、 上記入力電圧がそのベース電極に印加される第1のトラ
    ンジスタと、 上記第1のトランジスタのエミッタ電極にその一端が接
    続された第1の抵抗と、 上記第1の抵抗の他端にそのベース電極が接続され、そ
    のエミッタ電極がレベルシフト回路の出力端子に接続さ
    れることによりエミッタフォロワとして動作する第2の
    トランジスタと、 コレクタ電極が上記第1の抵抗の上記他端と上記第2の
    トランジスタの上記ベース電極とに接続された第3のト
    ランジスタと、 上記第3のトランジスタのエミッタ電極に接続されたベ
    ース・コレクタ短絡接続の第4のトランジスタと、 上記第4のトランジスタのエミッタ電極に接続された第
    2の抵抗と、 定電流源と、該定電流源にアノードが接続されたダイオ
    ードと、該ダイオードのカソードに直列接続された所定
    の温度係数を有する第3の抵抗とからなるレベルシフト
    量発生部とを具備してなり、 上記第1のトランジスタ、上記第2のトランジスタ、上
    記第3のトランジスタ、上記第4のトランジスタはほぼ
    同一のトランジスタであり、 上記第1の抵抗と上記第2の抵抗とはほぼ同一の抵抗で
    あり、 上記レベルシフト量発生部において、上記ダイオードの
    電圧の負の温度係数を上記第3の抵抗の上記所定の温度
    係数がほぼ相殺し、 上記レベルシフト量発生部の上記定電流源の定電流が上
    記ダイオードと上記第3の抵抗に流れることにより発生
    するバイアス電圧が上記第3のトランジスタのベース・
    エミッタ間と上記第4のトランジスタのベース・エミッ
    タ間と上記第2の抵抗とに印加され、 上記入力電圧と上記出力端子の出力電圧との間のレベル
    シフト電圧は、上記レベルシフト量発生部から発生され
    る上記バイアス電圧とほぼ一致することを特徴とするレ
    ベルシフト回路。
  2. 【請求項2】上記第3の抵抗は、温度係数の互いにこと
    なる複数の抵抗からなることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項に記載のレベルシフト回路。
  3. 【請求項3】上記レベルシフト回路は半導体集積回路内
    に形成されたことを特徴とする特許請求の範囲第1項ま
    たは第2項に記載のレベルシフト回路。
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