JP2944373B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JP2944373B2
JP2944373B2 JP5222942A JP22294293A JP2944373B2 JP 2944373 B2 JP2944373 B2 JP 2944373B2 JP 5222942 A JP5222942 A JP 5222942A JP 22294293 A JP22294293 A JP 22294293A JP 2944373 B2 JP2944373 B2 JP 2944373B2
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喜伴 沼口
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路に関し、
特にレベル変換回路を有する半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のレベル変換回路を有する半導体集
積回路においては、入力信号として電源電圧VDDよりも
低い電圧を“1”レベルとして与えられるような場合、
例えばTTLICで駆動する場合には、入力バッファと
しては、論理反転電圧VINV が1.5V程度に設定され
るインバータを初段にしたバッファ回路が使用されてい
るが、外部からTTLの“1”レベルとして2.5Vが
定常的に印加されている場合には、当該バッファ回路に
は貫通電流が流れる状態となる。
【0003】従来の半導体集積回路においては、この貫
通電流による消費電力の増大を回避するために、入力バ
ッファとしては、図5に示されるように、入力端子21
に接続されるインバータ6および7に対応して、プルア
ップ抵抗としての抵抗5を入力端子21に付加して、
“1”レベルをなるべく電源電圧VDDに近付けるか、ま
たは図7に示されるように、入力端子21に接続される
インバータ7に対応して、インバータ7の前段にNOR
回路15を接続して、入力回路をNOR回路構成にする
ことにより、入力データを取込むときだけイネーブル信
号ENを活性化するという方法が採られている。これら
の図5および図7の従来例における信号波形および電流
波形を示すタイミング図が、それぞれ図6(a)、
(b)、(c)、(d)、(e)および(f)と、図8
(a)、(b)、(c)、(d)、(e)および(f)
に示される。これらの具体回路例等は、「CMOS超L
SIの設計」(培風館:飯塚哲哉編、p108〜11
0)に示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
集積回路における入力バッファとしては、前者の図5の
例においては、図6(a)、(b)、(c)、(d)、
(e)および(f)に示されるように、プルアップ抵抗
を介して外部に入力端子側に電流が流れて、無為の消費
電流が増大するという欠点があり、また、後者の図7の
例においては、図8(a)、(b)、(c)、(d)、
(e)および(f)に示されるように、イネーブル信号
ENを考慮しなければならない分だけ回路設計が複雑に
なるという欠点がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体集積回路
は、信号入力側より順番に縦続接続される第1および第
2の反転増幅器と、ゲートに前記第2の反転増幅器の出
力信号が供給されるPチャネルMOSFETと、ゲート
に所定の中間電位が供給されるNチャネルMOSFET
により形成され、入力端に所定の入力信号が入力され
て、出力端が前記第1の反転増幅器の入力端に接続され
るトランスファゲートと、一端が所定の電源に接続さ
れ、他端が前記トランスファゲートの出力端に接続され
て、前記第1の反転増幅器の出力信号をイネーブル信号
として形成されるプルアップ回路とを含むレベル変換回
路を備えることを特徴としている。
【0006】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0007】図1は本発明の第1の実施例におけるレベ
ル変換回路を形成する入力バッファを示す回路図であ
る。図1に示されるように、本実施例の入力バッファ
は、入力端子21および中間電圧端子22に対応して、
PチャネルMOSFET1およびNチャネルMOSFE
T2により形成されるトランスファゲートと、Pチャネ
ルMOSFET4と抵抗5を含むプルアップ回路3と、
縦続接続されるインバータ6および7とを備えて構成さ
れる。また、図2(a)、(b)、(c)、(d)、
(e)、(f)および(g)は、本実施例における信号
波形および電流波形等を示すタイミング図である。以
下、図1および図2を参照して、本実施例の動作につい
て説明する。
【0008】図1において、電源電圧VDDを5V、中間
電圧端子22の電圧VREF を2.5Vとし、インバータ
6の論理反転電圧VINV を1.5Vとして、入力端子2
1に加えられる高レベルとしては2.5Vが最大である
ものとする。この状態においては、NチャネルMOSF
ET2はオンの状態にあり、入力端子21の電位が0V
の時には、NチャネルMOSFET2を介して内部接点
Aの電位は0Vとなり、インバータ6により反転されて
内部接点Bの電位は5V、更にインバータ7により出力
端Dの電位は0Vとなる。これにより、プルアップ回路
3に含まれるPチャネルMOSFET4はオフし、Pチ
ャネルMOSFET1はオンとなる。次に、入力端子の
電位が0V→2.5Vに変化すると、PチャネルMOS
FET1およびNチャネルMOSFET2により形成さ
れるトランスファゲートを介して、内部接点Aの電位は
0V→2.5Vに変化し、当該電位がインバータ6の論
理反転電圧VINV を越えた時点において、内部接点Bの
電位は5V→0Vに変化し、またインバータ7を介して
出力端Dの電位は0V→5Vに変化する。これにより、
プルアップ回路3に含まれるPチャネルMOSFET4
はオンし、トランスファゲートを形成するPチャネルM
OSFET1はオフの状態となって、内部接点Aの電位
は、2.5V→5Vに変化する。ここにおいて、入力端
子21と内部接点Aの間に電位差が生じるが、Pチャネ
ルMOSFET1およびNチャネルMOSFET2は、
ゲート・ソース間電圧差VGSがしきい値電圧VTN以下で
あるために、電流が流れることはない。次に、入力端子
21の電位が2.5V→0に変化し、NチャネルMOS
FET2のゲート・ソース間電圧差VGSがしきい値電圧
TN以上になると、NチャネルMOSFET2を介して
内部接点Aの電位は5V→0Vに変化し、インバータ6
の論理反転電圧VINV を割った時点において、内部接点
Bの電位は0V→5Vに変化し、また出力端Dの電位は
5V→0Vに変化して、PチャネルMOSFET4はオ
フとなり、PチャネルMOSFET1はオンして、内部
接点Aの電位は0.数V→0Vに変化する。
【0009】図2に示されるように、本実施例において
は、入力端子に流れる電流が著しく低減されていること
が分かる。なお、本実施例は、本発明をCMOSプロセ
スの通常TTL入力バッファに適用した例であるが、他
のBi−CMOS等のプロセスの半導体集積回路に対し
ても本発明が有効に適用されることは云うまでもなく、
或はまた回路構成を変えることにより、シュミット入力
バッファとしても構成することが可能であり、または同
一半導体集積回路内において、内部回路電源のみを低下
させて使用する出力バッファ回路にも適用することがで
きる。
【0010】図3は、本発明の第2の実施例におけるレ
ベル変換回路を形成する入力バッファを示す回路図であ
る。図3に示されるように、本実施例の入力バッファ
は、入力端子21に対応して、PチャネルMOSFET
1およびNチャネルMOSFET2により形成されるト
ランスファゲートと、PチャネルMOSFET4と抵抗
5を含むプルアップ回路3と、縦続接続されるインバー
タ6および7と、NチャネルMOSFET9、10およ
び14と、PチャネルMOSトランジスタ11、12お
よび13とを含む中間電圧発生回路8とを備えて構成さ
れる。また、図4(a)、(b)、(c)、(d)、
(e)、(f)および(g)は、本実施例における信号
波形および電流波形等を示すタイミング図である。以
下、図3および図4を参照して、本実施例の動作につい
て説明する。
【0011】図3において、図1との対比により明らか
なように、本実施例の第1の実施例と異なる点は、トラ
ンスファゲートを形成するNチャネルMOSFET2の
ゲートに供給される中間電圧を生成するために、新た
に、出力点Dの電位レベルを入力とする中間電圧発生回
路8が付加されていることである。それ以外のレベル変
換回路の構成ならびに動作については、前述の第1の実
施例の場合と全く同様であり、その動作説明は省略す
る。
【0012】次に、新たに設けられた中間電圧発生回路
8の動作について、レベル変換回路の動作との関連にお
いて説明する。
【0013】レベル変換回路の出力点Dの電位が0Vで
ある場合には、NチャネルォMOSFET9および14
はオフの状態にあり、またPチャネルMOSFET11
はオンとなる。これにより、内部接点Cの電位は、Pチ
ャネルMOSFET11を介して電源電圧VDD(=5
V)が出力されて5Vとなり、NチャネルMOSFET
2のゲートに入力される。次いで入力端子21の電位が
0V→2.5Vに変化して、これに伴ない出力端Dの電
位が0V→5Vに変化すると、PチャネルMOSFET
11はオフし、NチャネルMOSFET9および14は
オンとなり、これにより、NチャネルMOSFET9お
よび10、PチャネルMOSFET12および13、N
チャネルMOSFET14により分圧された中間電圧が
発生して出力される。即ち、入力端子21の電位レベル
が2.5Vの時には、入力端子21と内部接点Aの電圧
差による電流が生じないように、NチャネルMOSFE
T2のゲート電圧を下げる必要があるが、入力端子21
の電位レベルが0Vの時には、NチャネルMOSFET
2のゲート電圧を下げる必要がないので、中間電圧発生
回路8の消費電力を抑制するために、出力端Dの信号出
力レベルを利用して、出力レベルの切替えが行われてい
る。
【0014】なお、本発明が、出力端Dにおける信号出
力の取り入れを必ずしも必要としていないこと、中間電
圧発生回路自体を他のレベル変換回路と共有することが
できること、および中間電圧発生回路内の回路構成が、
本実施例と同一でなくてもよいことは極めて明白なこと
である。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、信号入
力側より縦続接続される第1および第2の反転増幅器
と、ゲートに前記第2の反転増幅器の出力信号が入力さ
れるPチャネルMOSFETと、ゲートに所定の中間電
位が供給されるNチャネルMOSFETにより形成さ
れ、入力端に所定の入力信号が入力されて、出力端が前
記第1の反転増幅器の入力端に接続されるトランスファ
ゲートと、一端が所定の電源に接続され、他端が前記ト
ランスファゲートの出力端に接続されて、前記第1の反
転増幅器の出力信号をイネーブル信号として形成される
プルアップ回路とを含むレベル変換回路を備えることに
より、電源電圧よりも低い電圧を“1”レベルとして入
力する場合においても、入力端子電流を著しく抑制する
ことが可能となり、無駄な消費電力を低減することがで
きるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例におけるレベル変換回路
を示すブロック図である。
【図2】第1の実施例における動作を示すタイミング図
である。
【図3】本発明の第2の実施例におけるレベル変換回路
を示すブロック図である。
【図4】第2の実施例における動作を示すタイミング図
である。
【図5】第1の従来例におけるレベル変換回路を示すブ
ロック図である。
【図6】第1の従来例における動作を示すタイミング図
である。
【図7】第2の従来例におけるレベル変換回路を示すブ
ロック図である。
【図8】第2の従来例における動作を示すタイミング図
である。
【符号の説明】
1、4、11〜13 PチャネルMOSFET 2、9、10、14 NチャネルMOSFET 3 プルアップ回路 5 抵抗 6、7 インバータ 15 NOR回路

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 信号入力側より順番に縦続接続される第
    1および第2の反転増幅器と、 ゲートに前記第2の反転増幅器の出力信号が供給される
    PチャネルMOSFETと、ゲートに所定の中間電位が
    供給されるNチャネルMOSFETにより形成され、入
    力端に所定の入力信号が入力されて、出力端が前記第1
    の反転増幅器の入力端に接続されるトランスファゲート
    と、 一端が所定の電源に接続され、他端が前記トランスファ
    ゲートの出力端に接続されて、前記第1の反転増幅器の
    出力信号をイネーブル信号として形成されるプルアップ
    回路と、 を含むレベル変換回路を備えることを特徴とする半導体
    集積回路。
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