JP2783236B2 - レベル変換回路 - Google Patents

レベル変換回路

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JP2783236B2
JP2783236B2 JP8015007A JP1500796A JP2783236B2 JP 2783236 B2 JP2783236 B2 JP 2783236B2 JP 8015007 A JP8015007 A JP 8015007A JP 1500796 A JP1500796 A JP 1500796A JP 2783236 B2 JP2783236 B2 JP 2783236B2
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    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
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    • HELECTRICITY
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    • H03K19/0185Coupling arrangements; Interface arrangements using field effect transistors only
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    • H03K19/018521Interface arrangements of complementary type, e.g. CMOS
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】CMOS技術の微細化の進展
にともない、ギガヘルツ帯で動作可能なCMOS回路が
実現されつつある。このような高周波信号を低反射で伝
送する手段としては、インピーダンス整合に優れるEC
Lインターフェイス回路が従来から使用されている。し
たがって、CMOS回路の高速性を最大限に活用するた
めには、CMOS技術を用いたギガヘルツ動作が可能な
ECLインターフェイス回路の実現が必須である。本発
明は、外部から受けたECLレベル信号をCMOSレベ
ル信号に変換するレベル変換回路に関し、特にCMOS
技術を用い、ギガヘルツ帯の高周波信号に対応可能なレ
ベル変換回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種のレベル変換回路として
は、図6に示すように、ベース電極が入力端子に接続さ
れたNPNバイポーラトランジスタB1と、ベース電極
がレファレンス電圧にエミッタ電極がB1のエミッタ電
極にそれぞれ接続されたNPNバイポーラトランジスタ
B2と、B1のエミッタ電極と低位電源VEEとの間に接
続された定電流源IEEと、ゲート電極とドレイン電極が
B1のコレクタ電極にソース電極が高位電源VDDにそれ
ぞれ接続されたpMOSトランジスタP3と、ゲート電
極とドレイン電極がB2のコレクタ電極にソース電極が
DDにそれぞれ接続されたpMOSトランジスタP4
と、ゲート電極がP3のゲート電極にソース電極がVDD
にそれぞれ接続されたpMOSトランジスタP5と、ゲ
ート電極とドレイン電極がP5のドレイン電極にソース
電極がグランドにそれぞれ接続されたnMOSトランジ
スタN6と、ゲート電極がP4のゲート電極にソース電
極がVDDにドレイン電極が出力端子にそれぞれ接続され
たpMOSトランジスタP6と、ゲート電極がN6のゲ
ート電極にソース電極がグランドにドレイン電極が出力
端子にそれぞれ接続されたnMOSトランジスタN7と
で構成されるものがある(例えば、特開昭62−159
516号公報)。
【0003】図6に示す従来技術は、B1,B2,
EE,P3,およびP4で差動増幅回路を構成してい
る。入力端子にハイレベル信号が入力された場合は、B
1がオンしそのコレクタ電位が低下するので、P5とN
7がオンし出力端子に接続された負荷容量(図示せず)
から電荷を引き抜く。このとき、B2はオフしそのコレ
クタ電位がVDD近くまで上昇するので、P6はオフす
る。一方、入力端子にロウレベル信号が入力された場合
は、B2がオンしそのコレクタ電位が低下するので、P
6がオンし出力端子に接続された負荷容量を充電する。
このとき、B1はオフしそのコレクタ電位がVDD近くま
で上昇するので、P5とN7はオフする。このように、
P6とN7が入力信号レベルに応じて交互にオン/オフ
するので、出力端子にはVDDとグランド間をフルスイン
グするCMOSレベル出力が得られる。
【0004】また、従来の他のレベル変換回路として
は、図7に示すように、ゲート電極が入力端子にドレイ
ン電極がグランドにそれぞれ接続されたnMOSトラン
ジスタN8と、アノード電極がN8のソース電極に接続
されたダイオードD1と、ゲート電極がグランドにドレ
イン電極がD1のカソード電極にソース電極が電源VSS
にそれぞれ接続されたnMOSトランジスタN9と、ゲ
ート電極がD1のカソード電極にソース電極がグランド
にドレイン電極が出力端子にそれぞれ接続されたpMO
SトランジスタP7と、ゲート電極が該入力端子にソー
ス電極がVSSにドレイン電極が該出力端子に接続された
nMOSトランジスタN10とで構成されるものもある
(例えば、特開平3−74927号公報)。
【0005】図7に示す従来技術は、N8,D1,およ
びN9でソースフォロワ回路を構成し、入力端子にハイ
レベル信号が入力された場合は、N8のソース電極とD
1のカソード電極の電位が上昇し、P7がオフする。こ
のとき、入力端子にゲート電極が接続されたN10がオ
ンするので、出力端子に接続された負荷容量(図示せ
ず)から電荷を引き抜く。一方、入力端子にロウレベル
信号が入力された場合は、N8のソース電極とD1のカ
ソード電極の電位が低下するのでP7がオンし、出力端
子に接続された負荷容量を充電する。このとき、入力端
子にゲート電極が接続されたN10はオフする。このよ
うに、P7とN10が入力信号レベルに応じて交互にオ
ン/オフするので、出力端子にはVSSとグランド間をフ
ルスイングするCMOSレベル出力が得られる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述の図6に示す従来
技術は、差動増幅回路を構成する差動対トランジスタと
してバイポーラトランジスタ(B1とB2)を使用して
いるため、CMOS技術では実現できない欠点がある。
さらに、2種類の電源電圧(VDDとVEE)を印加しなけ
ればならない欠点もある。一方、上述の図7に示す従来
技術は、CMOS技術で実現でき、単一の電源電圧(V
SS)で動作可能であるが、ECLのレファレンス電圧を
使用しないシングルエンド入力方式なので、論理スレシ
ョルド電圧や出力波形のデューティ比が、MOSトラン
ジスタの製造バラツキ(VT 変動)に影響されやすいと
いう欠点がある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のレベル変換回路
は、第1のnMOSトランジスタN1と、N1と相互に
ソース電極を接続した第2のnMOSトランジスタN2
と、N1のソース電極と電源VSSとの間に接続した定電
流源ISSと、N1のドレイン電極とグランドとの間に接
続した第1の抵抗R1と、N2のドレイン電極とグラン
ドとの間に接続した第2の抵抗R2と、ゲート電極をN
2のドレイン電極にソース電極をグランドにそれぞれ接
続した第1のpMOSトランジスタP1と、P1のドレ
イン電極とVSSとの間に接続した第3の抵抗R3と、ゲ
ート電極をN1のドレイン電極にソース電極をグランド
にそれぞれ接続した第2のpMOSトランジスタP2
と、ゲート電極をP1のドレイン電極にドレイン電極を
P2のドレイン電極にソース電極をVSSにそれぞれ接続
した第3のnMOSトランジスタN3とを備え、N1の
ゲート電極を第1の入力端子に、N2のゲート電極を第
2の入力端子に、N3のドレイン電極を出力端子として
いる。
【0008】
【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。図1は、本発明の一実施例の回路図であ
る。第1の入力端子と第2の入力端子に印加されたEC
Lレベルの差動信号(通常、ハイレベルが−0.9V、
ロウレベルが−1.7V)は、N1,N2,R1,R
2,およびISSとで構成される差動増幅回路により増幅
される。第1の入力端子に対する差動増幅回路の反転出
力はP2のゲート電極に接続され、第1の入力端子がハ
イレベルのときはP2をオンし、ロウレベルのときはP
2をオフする。一方、第1の入力端子に対する差動増幅
回路の非反転出力はP1のゲート電極に接続され、第1
の入力端子がハイレベルのときはP1とN3をオフし、
ロウレベルのときはP1とN3をオンする。このよう
に、差動増幅回路のコンプリメンタリ出力を用いP2と
N3を交互にオン/オフさせることで、VT 変動耐性が
強く高速性に優れたECLからCMOSのレベル変換が
実現できる。
【0009】図2は、本発明の第2の実施例を示す回路
図で、N4は第4のnMOSトランジスタ、N5は第5
のnMOSトランジスタ、R4は第4の抵抗である。N
4,N5,R4が差動増幅回路の定電流源ISSを構成す
る。この定電流源は、N5のゲート電極とドレイン電極
を短絡し、これらをN4のゲート電極に接続したカレン
トミラー回路を形成するので、nMOSトランジスタの
T が変動しても、電流値があまり変動しないという利
点がある。また、R4を差動増幅回路の負荷抵抗R1,
R2と同一のプロセスで形成すれば、抵抗値の変動に対
して出力振幅がほぼ一定に保たれるという利点もある。
例えば、出来上がり抵抗値が設計抵抗値と比べて増大し
た場合は、R4とR5に流れる電流は減少するが、R1
とR2の抵抗値の増大と相殺し出力振幅はあまり変化し
ない。一方、出来上がり抵抗値が設計抵抗値と比べて減
少した場合も、同様の理由で出力振幅はあまり変化しな
い。
【0010】図3は、本発明の第3の実施例を示す回路
図で、R5は第1の入力端子とECLの終端電圧VTT
の間に接続した第5の抵抗、R6は第2の入力端子とV
TTとの間に接続した第6の抵抗である。R5とR6の抵
抗値を、チップ間を接続する伝送線路の特性インピーダ
ンス(通常は50Ω)と一致させれば、インピーダンス
不整合に起因する反射を抑制でき、良好な信号伝送が可
能となる。VSSとしてVTTを採用すれば、ECLインタ
ーフェイスで使用されているVTT(通常は−2V)以外
の新たな電源電圧を導入することなく、ECLからMO
Sへの高速レベル変換が可能になるという利点もある。
【0011】図4と図5は、それぞれ本発明の第4と第
5の実施例を示す回路図である。図4では、第2の入力
端子をECLインターフェイスのレファレンス電圧に接
続し、第1の入力端子をシングルエンド入力とした非反
転型のレベル変換回路を構成する。図5では、第1の入
力端子をレファレンス電圧に接続し、第2の入力端子を
シングルエンド入力とした反転型のレベル変換回路を構
成する。これらの実施例では、差動入力型と比べて高速
性や製造バラツキ耐性が劣るものの、信号ピンを削減で
きる利点がある。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、第1のn
MOSトランジスタN1と、N1と相互にソース電極を
接続した第2のnMOSトランジスタN2と、N1のソ
ース電極と電源VSSとの間に接続した定電流源ISSと、
N1のドレイン電極とグランドとの間に接続した第1の
抵抗R1と、N2のドレイン電極とグランドとの間に接
続した第2の抵抗R2と、ゲート電極をN2のドレイン
電極にソース電極をグランドにそれぞれ接続した第1の
pMOSトランジスタP1と、P1のドレイン電極とV
SSとの間に接続した第3の抵抗R3と、ゲート電極をN
1のドレイン電極にソース電極をグランドにそれぞれ接
続した第2のpMOSトランジスタP2と、ゲート電極
をP1のドレイン電極にドレイン電極をP2のドレイン
電極にソース電極をVSSにそれぞれ接続した第3のnM
OSトランジスタN3とを備え、N1のゲート電極を第
1の入力端子に、N2のゲート電極を第2の入力端子
に、N3のドレイン電極を出力端子としたので、CMO
S技術で実現でき、VT 変動耐性に優れ、単一電源で高
速動作が可能なECLインターフェイス回路を提供でき
るという結果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回路図
【図2】本発明の第2の実施例を示す回路図
【図3】本発明の第3の実施例を示す回路図
【図4】本発明の第4の実施例を示す回路図
【図5】本発明の第5の実施例を示す回路図
【図6】第1の従来技術を示す回路図
【図7】第2の従来技術を示す回路図
【符号の説明】 N1〜N10 nMOSトランジスタ P1〜P7 pMOSトランジスタ B1,B2 NPNバイポーラトランジスタ R1〜R6 抵抗 ISS,IEE 定電流源 VSS,VDD,VEE 電源 VTT ECLの終端電圧

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のnMOSトランジスタと、前記第
    1のnMOSトランジスタと相互にソース電極を接続し
    た第2のnMOSトランジスタと、前記第1のnMOS
    トランジスタのソース電極と電源との間に接続した定電
    流源と、前記第1のnMOSトランジスタのドレイン電
    極とグランドとの間に接続した第1の抵抗と、前記第2
    のnMOSトランジスタのドレイン電極とグランドとの
    間に接続した第2の抵抗と、ゲート電極を前記第2のn
    MOSトランジスタのドレイン電極にソース電極をグラ
    ンドにそれぞれ接続した第1のpMOSトランジスタ
    と、前記第1のpMOSトランジスタのドレイン電極と
    前記電源との間に接続した第3の抵抗と、ゲート電極を
    前記第1のnMOSトランジスタのドレイン電極にソー
    ス電極をグランドにそれぞれ接続した第2のpMOSト
    ランジスタと、ゲート電極を前記第1のpMOSトラン
    ジスタのドレイン電極にドレイン電極を前記第2のpM
    OSトランジスタのドレイン電極にソース電極を前記電
    源にそれぞれ接続した第3のnMOSトランジスタとで
    構成され、前記第1のnMOSトランジスタのゲート電
    極を第1の入力端子に、前記第2のnMOSトランジス
    タのゲート電極を第2の入力端子に、前記第3のnMO
    Sトランジスタのドレイン電極を出力端子としたことを
    特徴とするレベル変換回路。
  2. 【請求項2】 前記定電流源は、ドレイン電極を前記第
    1のnMOSトランジスタのソース電極にソース電極を
    前記電源にそれぞれ接続した第4のnMOSトランジス
    タと、ドレイン電極とゲート電極を前記第4のnMOS
    トランジスタのゲート電極にソース電極を前記電源にそ
    れぞれ接続した第5のnMOSトランジスタと、前記第
    5のnMOSトランジスタのドレイン電極とグランドと
    の間に接続した第4の抵抗を含んで構成されることを特
    徴とする請求項1記載のレベル変換回路。
  3. 【請求項3】 前記第1の入力端子と終端電圧端との間
    に接続した第5の抵抗と、前記第2の入力端子と前記終
    端電圧端との間に接続した第6の抵抗とを更に備えたこ
    とを特徴とする請求項1記載のレベル変換回路。
  4. 【請求項4】 前記第1の入力端子または第2の入力端
    子をレファレンス電圧に接続し、シングルエンド入力と
    したことを特徴とする請求項1記載のレベル変換回路。
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EP0788234A2 (en) 1997-08-06
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