JP3094465B2 - レベル変換回路 - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は入力信号を異なるレベル
の出力信号に変換するレベル変換回路に関し、特に液晶
表示素子の駆動用に用いて好適なものである。
の出力信号に変換するレベル変換回路に関し、特に液晶
表示素子の駆動用に用いて好適なものである。
【0002】
【従来の技術】レベル変換回路は、入力信号を異なるレ
ベルの出力信号に変換するための回路であり、例えば、
アクティブマトリクス型の液晶表示素子を駆動する場
合、通常のディジタル回路で使用される5Vの電源より
も高い12〜15V程度の電源が使用されることから、
その5Vから12〜15Vへの変換用にレベル変換回路
が使用される。
ベルの出力信号に変換するための回路であり、例えば、
アクティブマトリクス型の液晶表示素子を駆動する場
合、通常のディジタル回路で使用される5Vの電源より
も高い12〜15V程度の電源が使用されることから、
その5Vから12〜15Vへの変換用にレベル変換回路
が使用される。
【0003】レベル変換回路としては従来より種々のも
のが考案されており、例えば実開平2−8230号公報
には、カレントミラー回路を用いたレベル変換回路が開
示される。また、図6は従来のレベル変換回路の一例で
ある。図6の回路について簡単に説明すると、インバー
ター61の出力信号VCKはnMOSトランジスタ63
のゲートに供給され、インバーター62の出力信号VC
KXはnMOSトランジスタ64のゲートに供給され
る。nMOSトランジスタ63,64のドレインはカレ
ントミラー接続されたpMOSトランジスタ65,66
のドレインに接続される。nMOSトランジスタ64の
ドレインはpMOSトランジスタ68とnMOSトラン
ジスタ67からなるインバーターのゲートに接続され
る。このインバーターの出力信号は、インバーター及び
MOSトランジスタ63〜64に電源電圧VDDが供給さ
れるため、0〜VDDのレベルに変換される。図7は、信
号VCK,VCKXを示す波形図であり、これら信号V
CK,VCKXは、互いに反対の位相を有するクロック
信号である。
のが考案されており、例えば実開平2−8230号公報
には、カレントミラー回路を用いたレベル変換回路が開
示される。また、図6は従来のレベル変換回路の一例で
ある。図6の回路について簡単に説明すると、インバー
ター61の出力信号VCKはnMOSトランジスタ63
のゲートに供給され、インバーター62の出力信号VC
KXはnMOSトランジスタ64のゲートに供給され
る。nMOSトランジスタ63,64のドレインはカレ
ントミラー接続されたpMOSトランジスタ65,66
のドレインに接続される。nMOSトランジスタ64の
ドレインはpMOSトランジスタ68とnMOSトラン
ジスタ67からなるインバーターのゲートに接続され
る。このインバーターの出力信号は、インバーター及び
MOSトランジスタ63〜64に電源電圧VDDが供給さ
れるため、0〜VDDのレベルに変換される。図7は、信
号VCK,VCKXを示す波形図であり、これら信号V
CK,VCKXは、互いに反対の位相を有するクロック
信号である。
【0004】その動作は、信号VCKが“H”レベル
(高レベル)、信号VCKXが“L”レベル(低レベ
ル)の時、nMOSトランジスタ63がオンであり、そ
のnMOSトランジスタ63を流れる電流がカレントミ
ラーによりpMOSトランジスタ66も流れる。nMO
Sトランジスタ64がオフであるから、nMOSトラン
ジスタ64のドレインが充電されて、インバーターの出
力レベルは接地レベルとなる。逆の信号の場合、nMO
Sトランジスタ64がオン、nMOSトランジスタ63
がオフとなる。従って、インバーターのゲートは接地レ
ベルへ向かって放電され、出力レベルはVDDレベルへと
上昇する。
(高レベル)、信号VCKXが“L”レベル(低レベ
ル)の時、nMOSトランジスタ63がオンであり、そ
のnMOSトランジスタ63を流れる電流がカレントミ
ラーによりpMOSトランジスタ66も流れる。nMO
Sトランジスタ64がオフであるから、nMOSトラン
ジスタ64のドレインが充電されて、インバーターの出
力レベルは接地レベルとなる。逆の信号の場合、nMO
Sトランジスタ64がオン、nMOSトランジスタ63
がオフとなる。従って、インバーターのゲートは接地レ
ベルへ向かって放電され、出力レベルはVDDレベルへと
上昇する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】液晶表示素子を駆動す
る回路の場合、上記nMOSトランジスタ63,64が
薄膜電界効果型トランジスタにより構成される。このた
めnMOSトランジスタ63,64の閾値電圧Vthは比
較的大きな値であり、プロセス上のばらつきも大きくな
る。例えば閾値電圧Vthが大きくなった場合、オン状態
の時に流れる電流量が小さくなり、ノード(インバータ
ーのゲート)を充放電する速度も低下する。すなわち、
図8に示すように、本来矩形状となるべき波形が曲線P
Aのように正弦波状となり、立ち上がりや立ち下がりが
鈍化してしまうことなる。このような問題を解決するた
めに、nMOSトランジスタ63,64のサイズを十分
に大きくすることが考えられるが、逆にチップ面積が増
大したり、自己容量の増大によって動作速度が頭打ちと
なる等の問題が生ずることになる。
る回路の場合、上記nMOSトランジスタ63,64が
薄膜電界効果型トランジスタにより構成される。このた
めnMOSトランジスタ63,64の閾値電圧Vthは比
較的大きな値であり、プロセス上のばらつきも大きくな
る。例えば閾値電圧Vthが大きくなった場合、オン状態
の時に流れる電流量が小さくなり、ノード(インバータ
ーのゲート)を充放電する速度も低下する。すなわち、
図8に示すように、本来矩形状となるべき波形が曲線P
Aのように正弦波状となり、立ち上がりや立ち下がりが
鈍化してしまうことなる。このような問題を解決するた
めに、nMOSトランジスタ63,64のサイズを十分
に大きくすることが考えられるが、逆にチップ面積が増
大したり、自己容量の増大によって動作速度が頭打ちと
なる等の問題が生ずることになる。
【0006】そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑
み、プロセス上のばらつきに対しても十分に高速動作で
きるようなレベル変換回路の提供を目的とし、特に液晶
表示素子に好適なレベル変換回路の提供を目的とする。
み、プロセス上のばらつきに対しても十分に高速動作で
きるようなレベル変換回路の提供を目的とし、特に液晶
表示素子に好適なレベル変換回路の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明のレベル変換回路は、互いに反相の第1の
レベルの入力信号が供給される第1及び第2の素子の一
端をカレントミラーを介して互いに接続させ、それら直
列接続されたカレントミラー及び第1及び第2の素子に
第2のレベルの電源を与えて、その接続中点から第2の
レベルの出力信号を取り出すようにしたレベル変換回路
において、第1及び第2の素子の信号入力端子は電圧ク
ランプ回路を用いてクランプされることを特徴とする。
この電圧クランプ回路と当該レベル変換回路の入力信号
端の間はそれぞれ容量結合させることができる。また、
本発明のレベル変換回路の一例として、上記第1及び第
2の素子を薄膜トランジスタとすることができ、同一チ
ップ上に液晶表示素子を搭載することができる。
めに、本発明のレベル変換回路は、互いに反相の第1の
レベルの入力信号が供給される第1及び第2の素子の一
端をカレントミラーを介して互いに接続させ、それら直
列接続されたカレントミラー及び第1及び第2の素子に
第2のレベルの電源を与えて、その接続中点から第2の
レベルの出力信号を取り出すようにしたレベル変換回路
において、第1及び第2の素子の信号入力端子は電圧ク
ランプ回路を用いてクランプされることを特徴とする。
この電圧クランプ回路と当該レベル変換回路の入力信号
端の間はそれぞれ容量結合させることができる。また、
本発明のレベル変換回路の一例として、上記第1及び第
2の素子を薄膜トランジスタとすることができ、同一チ
ップ上に液晶表示素子を搭載することができる。
【0008】
【作用】本発明のレベル変換回路は、入力信号が電圧ク
ランプ回路によってクランプされる結果、その入力信号
のDCレベルがクランプされたレベルにシフトする。従
って、高レベル時に素子を流れる電流をクランプしない
ものに比べて大きくすることができる。その結果、高速
な立ち上がり、立ち下がりが実現される。
ランプ回路によってクランプされる結果、その入力信号
のDCレベルがクランプされたレベルにシフトする。従
って、高レベル時に素子を流れる電流をクランプしない
ものに比べて大きくすることができる。その結果、高速
な立ち上がり、立ち下がりが実現される。
【0009】
【実施例】本発明の好適な実施例を図面を参照しながら
説明する。図1は本実施例のレベル変換回路のブロック
図である。このレベル変換回路は、液晶表示素子の駆動
用に用いられる。まず、入力部のインバーター9の入力
端子には入力信号VCKが供給され、入力部のインバー
ター10の入力端子には入力信号VCKXが供給され
る。入力信号VCKと入力信号VCKXは互いに位相が
反対のクロック信号であり、通常のディジタル回路に応
じた例えば略5Vのスイング幅を有する。インバーター
9,10の出力端子は、それぞれ電圧クランプ回路1,
2に接続される。これら電圧クランプ回路1,2は、入
力信号VCK,VCKXのレベルを高レベル側にシフト
させ、高速な増幅を行うための回路である。電圧クラン
プ回路1の端子は第1の素子であるnMOSトランジス
タ3のゲートに接続され、電圧クランプ回路2の端子は
第2の素子であるnMOSトランジスタ4のゲートに接
続される。特に本実施例では、nMOSトランジスタ
3,4は薄膜電界効果型トランジスタからなる。これは
駆動される液晶表示素子と同一ガラス基板上に当該レベ
ル変換回路を形成する場合は、並行したプロセスで該ト
ランジスタを製造できるからである。nMOSトランジ
スタ3,4のソースには共に接地電圧が供給される。n
MOSトランジスタ3のドレインには、pMOSトラン
ジスタ5のドレインが接続され、nMOSトランジスタ
4のドレインには、pMOSトランジスタ6が接続され
る。pMOSトランジスタ5,6は、カレントミラー回
路を構成し、その共通のゲートがpMOSトランジスタ
5のドレインに共通に接続される。pMOSトランジス
タ5,6のソースには電圧VDDが供給される。電圧VDD
は、例えば12〜15V程度の電圧であり、液晶表示素
子を駆動するのに用いられるレベルである。pMOSト
ランジスタ6とnMOSトランジスタ4の接続中点と、
インバーターを構成するpMOSトランジスタ7及びn
MOSトランジスタ8のゲートが接続される。nMOS
トランジスタ8のソースは接地され、pMOSトランジ
スタ7のソースには、前記電圧VDDが供給される。nM
OSトランジスタ8及びpMOSトランジスタ7のドレ
インは出力端子11とされ、この出力端子11からレベ
ル変換された出力信号が得られる。
説明する。図1は本実施例のレベル変換回路のブロック
図である。このレベル変換回路は、液晶表示素子の駆動
用に用いられる。まず、入力部のインバーター9の入力
端子には入力信号VCKが供給され、入力部のインバー
ター10の入力端子には入力信号VCKXが供給され
る。入力信号VCKと入力信号VCKXは互いに位相が
反対のクロック信号であり、通常のディジタル回路に応
じた例えば略5Vのスイング幅を有する。インバーター
9,10の出力端子は、それぞれ電圧クランプ回路1,
2に接続される。これら電圧クランプ回路1,2は、入
力信号VCK,VCKXのレベルを高レベル側にシフト
させ、高速な増幅を行うための回路である。電圧クラン
プ回路1の端子は第1の素子であるnMOSトランジス
タ3のゲートに接続され、電圧クランプ回路2の端子は
第2の素子であるnMOSトランジスタ4のゲートに接
続される。特に本実施例では、nMOSトランジスタ
3,4は薄膜電界効果型トランジスタからなる。これは
駆動される液晶表示素子と同一ガラス基板上に当該レベ
ル変換回路を形成する場合は、並行したプロセスで該ト
ランジスタを製造できるからである。nMOSトランジ
スタ3,4のソースには共に接地電圧が供給される。n
MOSトランジスタ3のドレインには、pMOSトラン
ジスタ5のドレインが接続され、nMOSトランジスタ
4のドレインには、pMOSトランジスタ6が接続され
る。pMOSトランジスタ5,6は、カレントミラー回
路を構成し、その共通のゲートがpMOSトランジスタ
5のドレインに共通に接続される。pMOSトランジス
タ5,6のソースには電圧VDDが供給される。電圧VDD
は、例えば12〜15V程度の電圧であり、液晶表示素
子を駆動するのに用いられるレベルである。pMOSト
ランジスタ6とnMOSトランジスタ4の接続中点と、
インバーターを構成するpMOSトランジスタ7及びn
MOSトランジスタ8のゲートが接続される。nMOS
トランジスタ8のソースは接地され、pMOSトランジ
スタ7のソースには、前記電圧VDDが供給される。nM
OSトランジスタ8及びpMOSトランジスタ7のドレ
インは出力端子11とされ、この出力端子11からレベ
ル変換された出力信号が得られる。
【0010】このような回路構成の本実施例のレベル変
換回路は、電圧クランプ回路1,2の機能によって、入
力信号VCK,VCKXが高レベル側にシフトされるた
め、比較的に大きな電流によってインバーターのゲート
を駆動することができることから、その高速動作が実現
される。図2は電圧クランプ回路1,2の出力信号ΦC
K,ΦCKXを説明するための波形図である。各クラン
プ回路1,2の出力信号ΦCK,ΦCKXは、入力信号
VCK,VCKXとそれぞれ同じ周波数で高レベルと低
レベルのスイング幅V0 が同様な略5V程度されるが、
接地レベル(約0V)からオフセット電圧Voff だけレ
ベルシフトした信号とされている。このようにレベルシ
フトした出力信号ΦCK,ΦCKXがnMOSトランジ
スタ3,4に供給されるため、nMOSトランジスタ
3,4を通過する電流は増加することになり、インバー
ターのゲートは高速に充放電して、高速動作が実現す
る。
換回路は、電圧クランプ回路1,2の機能によって、入
力信号VCK,VCKXが高レベル側にシフトされるた
め、比較的に大きな電流によってインバーターのゲート
を駆動することができることから、その高速動作が実現
される。図2は電圧クランプ回路1,2の出力信号ΦC
K,ΦCKXを説明するための波形図である。各クラン
プ回路1,2の出力信号ΦCK,ΦCKXは、入力信号
VCK,VCKXとそれぞれ同じ周波数で高レベルと低
レベルのスイング幅V0 が同様な略5V程度されるが、
接地レベル(約0V)からオフセット電圧Voff だけレ
ベルシフトした信号とされている。このようにレベルシ
フトした出力信号ΦCK,ΦCKXがnMOSトランジ
スタ3,4に供給されるため、nMOSトランジスタ
3,4を通過する電流は増加することになり、インバー
ターのゲートは高速に充放電して、高速動作が実現す
る。
【0011】図3は前記電圧クランプ回路1,2の具体
的な一例を示す図である。インバーター9の出力端子は
nMOSトランジスタ3のゲートとの間で容量21を介
して結合され、インバーター10の出力端子はnMOS
トランジスタ4のゲートとの間で容量22を介して結合
される。このような容量21,22による容量結合か
ら、DCレベルが切り離され、その結果、電圧クランプ
回路によってクランプが可能となる。容量21のnMO
Sトランジスタ3側の端子には、npn型のバイポーラ
トランジスタ23のエミッタが接続される。同様に容量
22のnMOSトランジスタ4側の端子には、npn型
のバイポーラトランジスタ24のエミッタが接続され
る。これらnpn型のバイポーラトランジスタ23,2
4のベースは抵抗25,26の中点に接続され、npn
型のバイポーラトランジスタ23,24のコレクタは共
通に電圧VB が供給される。抵抗25,26は電圧VB
と接地電圧の間に直列に接続される。従って、npn型
のバイポーラトランジスタ23,24のベースには、抵
抗25,26により抵抗分割された電圧が供給される。
このような電圧クランプ回路では、ベース電圧から閾値
電圧だけ低いレベルにエミッタ電圧のDCレベルが設定
されてクランプされる。なお、クランプされたレベル
は、抵抗25,26の抵抗比や電圧VB により調整でき
る。
的な一例を示す図である。インバーター9の出力端子は
nMOSトランジスタ3のゲートとの間で容量21を介
して結合され、インバーター10の出力端子はnMOS
トランジスタ4のゲートとの間で容量22を介して結合
される。このような容量21,22による容量結合か
ら、DCレベルが切り離され、その結果、電圧クランプ
回路によってクランプが可能となる。容量21のnMO
Sトランジスタ3側の端子には、npn型のバイポーラ
トランジスタ23のエミッタが接続される。同様に容量
22のnMOSトランジスタ4側の端子には、npn型
のバイポーラトランジスタ24のエミッタが接続され
る。これらnpn型のバイポーラトランジスタ23,2
4のベースは抵抗25,26の中点に接続され、npn
型のバイポーラトランジスタ23,24のコレクタは共
通に電圧VB が供給される。抵抗25,26は電圧VB
と接地電圧の間に直列に接続される。従って、npn型
のバイポーラトランジスタ23,24のベースには、抵
抗25,26により抵抗分割された電圧が供給される。
このような電圧クランプ回路では、ベース電圧から閾値
電圧だけ低いレベルにエミッタ電圧のDCレベルが設定
されてクランプされる。なお、クランプされたレベル
は、抵抗25,26の抵抗比や電圧VB により調整でき
る。
【0012】図4と図5は、それぞれ本実施例のレベル
変換回路を用いた場合における出力波形をシミュレーシ
ョンしたものを示す図である。ここでは、薄膜電界効果
型トランジスタであるnMOSトランジスタ3,4の閾
値電圧Vthは3.5Vとされ、図4は前記オフセット電
圧Voff を2Vとした場合の波形図であり、図5は前記
オフセット電圧Voff を3.5Vとした場合の波形図で
ある。図4では波形OW1 が出力波形であり、図5では
波形OW2 が出力波形である。これら図4及び図5から
明らかなように、従来の出力波形(図8参照。)に比較
して格段に矩形波に近い出力波形となっていることが判
る。これはそれぞれオフセット電圧Voff 分だけ高い電
圧でnMOSトランジスタ3,4が駆動されるため、n
MOSトランジスタ3,4のオン状態の時のソース−ド
レイン間電流が増大してインバーターのゲートが高速に
充放電されるためであり、波形の鈍化のない出力信号が
得られることになる。
変換回路を用いた場合における出力波形をシミュレーシ
ョンしたものを示す図である。ここでは、薄膜電界効果
型トランジスタであるnMOSトランジスタ3,4の閾
値電圧Vthは3.5Vとされ、図4は前記オフセット電
圧Voff を2Vとした場合の波形図であり、図5は前記
オフセット電圧Voff を3.5Vとした場合の波形図で
ある。図4では波形OW1 が出力波形であり、図5では
波形OW2 が出力波形である。これら図4及び図5から
明らかなように、従来の出力波形(図8参照。)に比較
して格段に矩形波に近い出力波形となっていることが判
る。これはそれぞれオフセット電圧Voff 分だけ高い電
圧でnMOSトランジスタ3,4が駆動されるため、n
MOSトランジスタ3,4のオン状態の時のソース−ド
レイン間電流が増大してインバーターのゲートが高速に
充放電されるためであり、波形の鈍化のない出力信号が
得られることになる。
【0013】本実施例のレベル変換回路を液晶表示素子
に適用する場合、特に水平シフトレジスタに好適であ
る。水平シフトレジスタは最近の高画素化に従って高速
動作が要求されており、数メガヘルツ以上で駆動する必
要がある。このため本実施例のレベル変換回路が有効で
ある。
に適用する場合、特に水平シフトレジスタに好適であ
る。水平シフトレジスタは最近の高画素化に従って高速
動作が要求されており、数メガヘルツ以上で駆動する必
要がある。このため本実施例のレベル変換回路が有効で
ある。
【0014】
【発明の効果】本発明のレベル変換回路は、電圧クラン
プ回路によって、入力信号の電圧がクランプされ、その
結果、高い電圧を第1,第2の素子に供給できる。従っ
て、オン状態時に第1,第2の素子を流れる電流を大き
くすることができ、安定した動作と共に高速な出力信号
の立ち上がり、立ち下がりが実現される。特に、本発明
を液晶表示素子に用いた場合、素子の製造プロセスに起
因するばらつきに強いレベル変換回路となり、液晶表示
素子の安定した動作が得られる。
プ回路によって、入力信号の電圧がクランプされ、その
結果、高い電圧を第1,第2の素子に供給できる。従っ
て、オン状態時に第1,第2の素子を流れる電流を大き
くすることができ、安定した動作と共に高速な出力信号
の立ち上がり、立ち下がりが実現される。特に、本発明
を液晶表示素子に用いた場合、素子の製造プロセスに起
因するばらつきに強いレベル変換回路となり、液晶表示
素子の安定した動作が得られる。
【図1】本発明のレベル変換回路の一例のブロック図で
ある。
ある。
【図2】上記一例の電圧クランプされた入力信号ΦC
K,ΦCKXを示す波形図である。
K,ΦCKXを示す波形図である。
【図3】上記一例の具体的な回路図である。
【図4】上記一例において、nMOSトランジスタの閾
値電圧Vthを3.5Vとし、オフセット電圧を2.0V
とした場合をシミュレーションした出力信号の波形図で
ある。
値電圧Vthを3.5Vとし、オフセット電圧を2.0V
とした場合をシミュレーションした出力信号の波形図で
ある。
【図5】上記一例において、nMOSトランジスタの閾
値電圧Vthを3.5Vとし、オフセット電圧を3.5V
とした場合をシミュレーションした出力信号の波形図で
ある。
値電圧Vthを3.5Vとし、オフセット電圧を3.5V
とした場合をシミュレーションした出力信号の波形図で
ある。
【図6】従来のレベル変換回路の一例の回路図である。
【図7】その従来の一例に供給される入力信号VCK,
VCKXを示す波形図である。
VCKXを示す波形図である。
【図8】上記従来の一例において、nMOSトランジス
タの閾値電圧Vthを3.5Vとした場合をシミュレーシ
ョンした出力信号の波形図である。
タの閾値電圧Vthを3.5Vとした場合をシミュレーシ
ョンした出力信号の波形図である。
【符号の説明】 1,2…電圧クランプ回路 3,4,8…nMOSトランジスタ 5,6,7…pMOSトランジスタ 21,22…容量 23,24…バイポーラトランジスタ 25,26…抵抗
Claims (3)
- 【請求項1】 互いに反相の第1のレベルの入力信号が
供給される第1及び第2の素子の各一端をカレントミラ
ーを介して互いに接続させ、それら直列接続されたカレ
ントミラー及び第1及び第2の素子に第2のレベルの電
源を与えて、その接続中点から第2のレベルの出力信号
を取り出すようにしたレベル変換回路において、上記第
1及び第2の素子の信号入力端子は電圧クランプ回路を
用いてクランプされることを特徴とするレベル変換回
路。 - 【請求項2】 上記電圧クランプ回路と入力信号端の間
は容量結合されることを特徴する請求項1記載のレベル
変換回路。 - 【請求項3】 上記第1及び第2の素子は、薄膜トラン
ジスタであることを特徴とする請求項1記載のレベル変
換回路。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03014906A JP3094465B2 (ja) | 1991-01-16 | 1991-01-16 | レベル変換回路 |
US07/819,857 US5237212A (en) | 1991-01-16 | 1992-01-13 | Level converting circuit |
Applications Claiming Priority (1)
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