JP3583359B2 - Logic level conversion circuit - Google Patents

Logic level conversion circuit Download PDF

Info

Publication number
JP3583359B2
JP3583359B2 JP2000301038A JP2000301038A JP3583359B2 JP 3583359 B2 JP3583359 B2 JP 3583359B2 JP 2000301038 A JP2000301038 A JP 2000301038A JP 2000301038 A JP2000301038 A JP 2000301038A JP 3583359 B2 JP3583359 B2 JP 3583359B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
level
signal
transistor
circuit
transistors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000301038A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002111471A (en
Inventor
敏明 松岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2000301038A priority Critical patent/JP3583359B2/en
Publication of JP2002111471A publication Critical patent/JP2002111471A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3583359B2 publication Critical patent/JP3583359B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Logic Circuits (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単一電源を使用し、エミッタ結合型論理回路(ECL)の論理レベル信号をCMOS論理回路に適合する論理レベルの信号に高速且つ正確に変換する論理レベル変換回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の論理レベル変換回路として、例えば、特開平6−196995号公報に記載されている回路が知られている。図3は、上記公報に記載されているECL/CMOS論理レベル変換回路図である。以下に図3を参照しながら、上記従来の論理レベル変換回路について説明する。
【0003】
図3の論理レベル変換回路は、カレントスイッチ回路1、エミッタフォロワ回路2、ゲート接地PMOS増幅回路5、および出力バッファ回路6から構成され、カレントスイッチ回路1の入力端子INにECLレベルの入力論理信号が印加され、出力バッファ回路6の出力端子OUTからCMOSレベルの論理信号が出力される。この論理信号出力は、CMOS負荷ゲート回路4として代表的に示されているCMOSゲートを駆動する。このCMOS負荷ゲート回路4は、論理レベル変換回路により駆動されるフリップフロップ等のゲート回路である。
【0004】
ECLレベル信号は、上記カレントスイッチ回路1内のNPNトランジスタQ1、定電流源I1からなるエミッタフォロワによるレベルシフトを介して、カレントスイッチ1内へ入力される。このカレントスイッチ回路1は、差動対をなす一対のNPNトランジスタQ2・Q3、抵抗R1・R2、及び共通エミッタ電流を制御する定電流源I2からなる。上記NPNトランジスタQ3のベースには入力閾値を定める基準電圧Vbbが入力されている。
【0005】
上記エミッタフォロワ回路2は、NPNトランジスタQ4・Q5によって構成され、上記カレントスイッチ回路1の出力をそれぞれベースで受けて、各エミッタから上記ゲート接地PMOS増幅回路5に出力している。
【0006】
上記ゲート接地PMOS増幅回路5は、ソース駆動制御されたPMOSトランジスタMP1・MP2、抵抗R3・R4、ダイオードD1・D2、NMOSトランジスタMN1から構成されるベース電流引き抜き回路によって構成される。上記PMOSトランジスタMP1・MP2のゲートには、バイアス電圧Vggが加えられている。
【0007】
上記出力バッファ回路6は、上記PMOSトランジスタMP1・MP2のドレインに各ベースが接続されたNPNトランジスタQ9・Q10、及びこのNPNトランジスタQ9・Q10のエミッタにそれぞれドレインが接続されたNMOSトランジスタMN2・MN3から構成されている。NMOSトランジスタMN2・MN3は互いにソース及びゲートがそれぞれ接続されることにより、カレントミラー回路として動作する。
【0008】
上記CMOS負荷ゲート回路4は、PMOSトランジスタMPおよびNMOSトランジスタMNからなるCMOSインバータを構成しており、多数の負荷を代表している。ここで、CMOS負荷ゲート回路4の高電位電源Vdd(CMOS用電源)には、上記出力端子OUTからの信号振幅を有効に使うために、バイポーラ用電源Vccから2Vf(Vfはダイオード順電圧)分降下した電位が与えられている。
【0009】
次に、図3の論理レベル変換回路の動作の概要を説明する。ECL振幅の入力信号は入力端子INに入力され、カレントスイッチ回路1によって1〔V〕程度の振幅の相補信号として出力される。この相補信号は、エミッタフォロワ回路2内のNPNトランジスタQ4・Q5によってレベルシフトされ、次段のソース駆動制御されたPMOSトランジスタMP1・MP2に送られる。上記エミッタフォロワ回路2を通すことによって出力インピーダンスが下がり、PMOSトランジスタMP1・MP2のゲートの入力容量による伝達時間の遅延を低減している。
【0010】
上記PMOSトランジスタMP1・MP2の各ゲートには、バイアス電圧Vggが印加され、エミッタフォロワ回路2の出力とバイアス電圧Vggの電位差が電流出力に変換される。PMOSトランジスタMP1を流れる電流は、抵抗R3、ダイオードD1、及びNMOSトランジスタMN1によって電圧に変換されて、NPNトランジスタQ9のベースに入力される。同様に、PMOSトランジスタMP2を流れる電流は、抵抗R4、及びダイオードD2によって電圧に変換されて、NPNトランジスタQ10のベースに入力される。
【0011】
上記の抵抗R3、ダイオードD1、及びNMOSトランジスタMN1は、上記NPNトランジスタQ9のオフ時のベース電荷を引き抜き、オフ速度を速める機能と、上記NPNトランジスタQ9のベース電位がオフ状態で下がり過ぎることによるスイッチオン時の応答遅れを抑える機能とを有している。また、上記抵抗R4、及びダイオードD2も、上記NPNトランジスタQ10のオフ時のベース電荷を引き抜き、オフ速度を速める機能と、上記NPNトランジスタQ10のベース電位がオフ状態で下がり過ぎることによるスイッチオン時の応答遅れを抑える機能とを有している。
【0012】
上記NPNトランジスタQ9・Q10のエミッタは、上記NMOSトランジスタMN2とMN3で構成されたカレントミラー回路に接続されており、上記NPNトランジスタQ10のエミッタの振幅と駆動能力を十分確保できるようになっている。このようにして、上記CMOS負荷ゲート回路4内のCMOSを十分にオン/オフさせるに足る振幅が得られる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術は、次のような問題点を有している。すなわち、上記従来の論理レベル変換回路によれば、(1) 上記NPNトランジスタQ9のベース電圧の立ち上がり時間は、該PMOSトランジスタMP1のオン抵抗と、上記PMOSトランジスタMP1のドレインのノードの寄生容量による時間分だけ遅れるため、入出力間の伝播遅延時間も遅くなり、近年のデータ処理速度の高速化に伴うICの遅延時間に対する要求を満たすことができないと共に、(2) 上記出力端子OUTからの論理信号出力のハイレベルが低く、CMOS負荷ゲートを駆動するためにはCMOS用電源Vddとバイポーラ用電源Vccが必要である。CMOS用電源Vddを3〔V〕にするために、バイポーラ用電源Vccは(3+2・Vf)〔V〕以上が必要となり、消費電力の増加を招来する。例えば、バイポーラ用電源Vccを4.5〔V〕とし、CMOS用電源Vddを3〔V〕としたときの入力端子INのハイレベルからローレベルへの変化と、出力端子のハイレベルからローレベルへの変化について、SPICEによるシミュレーションを行った結果、図4のようになり、入出力間の遅延時間は1〔ns〕より長くなった。
【0014】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、単一電源を使用し、ECLレベル信号をCMOS論理回路に適合する論理レベルに高速且つ正確に変換することが可能な論理レベル変換回路を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る論理レベル変換回路は、上記課題を解決するために、ECLレベル信号に基づいて相補信号を生成し、該相補信号をそれぞれレベルシフトし、上記ECLレベル信号をCMOS論理レベル信号に変換する論理レベル変換回路において、以下の措置を講じたことを特徴としている。
【0016】
即ち、上記論理レベル変換回路は、(a) 所定のバイアス電圧がゲートに印加され、レベルシフトされた上記相補信号のうち上記ECLレベル信号と逆相及び同相の信号によりそれぞれ駆動される第1及び第2MOSトランジスタと、(b) 上記第1及び第2MOSトランジスタとグランドとの間にそれぞれ接続された第1及び第2バイポーラトランジスタとからなり、上記第1MOSトランジスタに流れる電流に基づいて上記第1及び第2バイポーラトランジスタのベースがそれぞれ駆動されるカレントミラー回路とを備えていることを特徴としている。
【0017】
上記構成によれば、ECLレベル信号に基づいて相補信号が生成され、この相補信号はそれぞれレベルシフトされる。レベルシフトされた上記相補信号のうち上記ECLレベル信号と逆相関係になるものと所定のバイアス電圧との差に基づいて第1MOSトランジスタは駆動され、同相関係になるものと上記所定のバイアス電圧との差に基づいて第2MOSトランジスタは駆動される。
【0018】
これらの第1及び第2MOSトランジスタは、カレントミラー回路内の第1及び第2バイポーラトランジスタにそれぞれ接続されており、第1MOSトランジスタに流れる電流に基づいて上記第1及び第2バイポーラトランジスタのベースがそれぞれ駆動される。これにより、第1及び第2バイポーラトランジスタにはそれぞれ同じ電流が流れ、ベース電流の大きさに応じて第2バイポーラトランジスタの出力インピーダンスが変化する。
【0019】
例えば、ECLレベル信号がローレベルの場合、レベルシフトされた上記相補信号のうち上記ECLレベル信号と逆相のハイレベルの信号が第1MOSトランジスタに印加される。これに伴って、第1MOSトランジスタを流れる電流が大きくなり、第1及び第2バイポーラトランジスタに流れる電流が大きくなる。これにより、第2バイポーラトランジスタの出力インピーダンスが小さくなる。
【0020】
このとき、レベルシフトされた上記相補信号のうち上記ECLレベル信号と同相のローレベルの信号が第2MOSトランジスタに印加される。これにより、第2MOSトランジスタを流れる電流が小さくなり、第2MOSトランジスタの出力インピーダンスが大きくなる。
【0021】
一方、ECLレベル信号がハイレベルの場合、レベルシフトされた上記相補信号のうち上記ECLレベル信号と逆相のローレベルの信号が第1MOSトランジスタに印加される。これに伴って、第1MOSトランジスタを流れる電流が小さくなり、第1及び第2バイポーラトランジスタに流れる電流が小さくなる。これにより、第2バイポーラトランジスタの出力インピーダンスが大きくなる。
【0022】
このとき、レベルシフトされた上記相補信号のうち上記ECLレベル信号と同相のハイレベルの信号が第2MOSトランジスタに印加される。これにより、第2MOSトランジスタの出力インピーダンスが小さくなる。
【0023】
以上のように、ECLレベル信号がローレベルの場合、第2MOSトランジスタの出力インピーダンスが大きくなると共に、第2バイポーラトランジスタの出力インピーダンスが小さくなる。
【0024】
また、ECLレベル信号がハイレベルの場合、第2MOSトランジスタの出力インピーダンスが小さくなると共に、第2バイポーラトランジスタの出力インピーダンスが大きくなる。つまり、ECLレベル信号がハイレベルの場合、第2バイポーラトランジスタの出力インピーダンスが大きくなるので、第2バイポーラトランジスタと第2MOSトランジスタの接続点を出力として引き出せば、レベル値の大きいハイレベル(CMOS論理レベルのハイレベル)を実現できる。
【0025】
したがって、論理レベル変換回路においては、直接CMOS負荷を駆動するのに十分な出力レベルを確保できるので、動作電源として単一種類のCMOS用電源を設ければよく、それゆえ、消費電力の増加を確実に回避できる(従来の論理レベル変換回路においては、低いハイレベルの出力信号しか出力できないために、2種類の電源が必要であり、消費電力の増加を招来していた。)。
【0026】
上記論理レベル変換回路は、具体的には、(1) 差動対をなす一対のNPNトランジスタからなり、ECLレベル信号に基づいて相補信号を生成するカレントスイッチ回路と、(2) 上記相補信号毎に設けられたNPNトランジスタからなり、上記相補信号をそれぞれレベルシフトするエミッタフォロワ回路と、(3) 所定のバイアス電圧がゲートに印加され、レベルシフトされた上記相補信号のうち上記ECLレベル信号と逆相及び同相の信号によりそれぞれ駆動される第1及び第2MOSトランジスタと、上記第1及び第2MOSトランジスタとグランドとの間にそれぞれ接続された第1及び第2バイポーラトランジスタとからなり、上記第1MOSトランジスタに流れる電流に基づいて上記第1及び第2バイポーラトランジスタのベースがそれぞれ駆動されるカレントミラー回路とを有する増幅回路とを備えていることが好ましい。
【0027】
この場合、上述のように、論理レベル変換回路においては、直接CMOS負荷を駆動するのに十分な出力レベルを確保できるので、動作電源としては単一種類のCMOS用電源だけを設ければよく、それゆえ、消費電力の増加を確実に回避できる。
【0028】
上記の第1MOSトランジスタは、ソース−ドレイン間にキャパシタが接続されていることが好ましい。レベルシフトされた上記相補信号のうち上記ECLレベル信号と逆相の信号は、第1MOSトランジスタを介して第1バイポーラトランジスタに印加されるが、第1MOSトランジスタのオン抵抗と第1MOSトランジスタのドレインのノードの寄生容量とにより決まる時間だけ遅延してしまい、近年のデータの処理速度の高速化の観点から好ましくない。そこで、上記のように、第1MOSトランジスタのソース−ドレイン間にキャパシタを接続すると、上記信号の変化が上記キャパシタを介して高速に伝搬されるので、上記遅延時間を確実に短くできる。
【0029】
上記第2バイポーラトランジスタが飽和領域で動作しないように、所定電圧でクランプするクランプ回路を備えていることが好ましい。第2バイポーラトランジスタの出力インピーダンスが小さくなり、両端の電圧(エミッタ−コレクタ間の電圧)が小さくなると(第2バイポーラトランジスタが飽和領域で動作すると)、それから回復するのに時間を要し、上記高速化の観点から好ましくない。そこで、上記のように、クランプ回路を設けることによって、第2バイポーラトランジスタが所定電圧でクランプされるので、両端の電圧が必要以上に小さくなることを確実に回避でき、高速動作が可能となる。
【0030】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図1及び図2に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、図3で示す論理レベル変換回路と同じ機能を有する部材については同じ参照符号を付記する。
【0031】
本実施の形態に係る論理レベル変換回路は、図1に示すように、カレントスイッチ回路1、エミッタフォロワ回路2、およびゲート接地PMOS増幅回路3から構成され、カレントスイッチ回路1の入力端子INにECLレベルの入力論理信号(ECLレベル信号)が印加され、ゲート接地PMOS増幅回路3の出力端子OUTからCMOSレベルの論理信号が出力される。この論理信号出力は、CMOS負荷ゲート回路4として代表的に示されているCMOSゲートを駆動する。このCMOS負荷ゲート回路4は、論理レベル変換回路により駆動されるフリップフロップ等のゲート回路である。なお、上記ゲート接地PMOS増幅回路3が、図3の従来の論理レベル変換回路の出力バッファ回路6の機能を兼ね備えている。
【0032】
ECLレベル信号は、上記カレントスイッチ回路1内のNPNトランジスタQ1、定電流源I1からなるエミッタフォロワによるレベルシフトを介して、カレントスイッチ1内へ入力される。このカレントスイッチ回路1は、差動対をなす一対のNPNトランジスタQ2・Q3、抵抗R1・R2、及び共通エミッタ電流を制御する定電流源I2からなり、振幅1〔V〕程度の相補信号を生成する。上記NPNトランジスタQ3のベースには入力閾値を定める基準電圧Vbbが入力されている。
【0033】
上記エミッタフォロワ回路2は、NPNトランジスタQ4・Q5によって構成され、上記カレントスイッチ回路1の出力をそれぞれベースで受けて、各エミッタから上記ゲート接地PMOS増幅回路5に出力している。
【0034】
つまり、エミッタフォロワ回路2でレベルシフトされた上記相補信号のうち上記ECLレベル信号と逆相及び同相の信号は、PMOSトランジスタMP1及びMP2(第1及び第2MOSトランジスタ)のソースをそれぞれ駆動するように接続されている。
【0035】
上記ゲート接地PMOS増幅回路3は、ソース駆動制御された上記PMOSトランジスタMP1・MP2、カレントミラー回路を構成するNPNトランジスタQ6・Q7(第1及び第2バイポーラトランジスタ)、上記PMOSトランジスタMP1のソース−ドレイン間に設けられたキャパシタC1、及び上記NPNトランジスタQ7の飽和防止用NPNトランジスタQ8(クランプ回路)から構成される。
【0036】
飽和防止用NPNトランジスタQ8のベースにはクランプ電圧Vclpが印加されている。また、上記PMOSトランジスタMP1・MP2のゲートには、バイアス電圧Vggが加えられている。
【0037】
上記CMOS負荷ゲート回路4は、PMOSトランジスタMPおよびNMOSトランジスタMNからなるCMOSインバータを構成しており、多数の負荷を代表している。ここで、CMOS負荷ゲート回路4の高電位電源として、電源Vcc(バイポーラ用電源であると共にCMOS用電源でもある。)が直接印加されている。
【0038】
ここで、上記論理レベル変換回路の動作について説明する。ECLレベルの入力信号は入力端子INに入力され、カレントスイッチ回路1によって1〔V〕程度の振幅の相補信号が生成されて出力される。この相補信号は、エミッタフォロワ回路2内のNPNトランジスタQ4・Q5によってレベルシフトされ、次段のソース駆動制御されるPMOSトランジスタMP1・MP2に送られる。上記エミッタフォロワ回路2を通すことによって出力インピーダンスが小さくなり、これによりPMOSトランジスタMP1・MP2のゲートの入力容量による伝達時間の遅延を防いでいる。
【0039】
上記ゲート接地PMOS増幅回路3においては、PMOSトランジスタMP1・MP2は、各ゲートにバイアス電圧Vggが印加されており、各ドレインにはNPNトランジスタQ6・Q7からなるカレントミラー回路が接続されている。これにより、エミッタフォロワ回路2の出力(PMOSトランジスタMP1・MP2のソース電圧)とバイアス電圧Vggの電圧差に応じたドレイン電流が上記PMOSトランジスタMP1・MP2を流れる。
【0040】
上記PMOSトランジスタMP1のドレイン電流は、NPNトランジスタQ6のコレクタ電流と、NPNトランジスタQ6・Q7の各ベース電流となり、上記ドレイン電流の変化に伴ってNPNトランジスタQ7の出力インピーダンスが変化する。
【0041】
すなわち、例えば、ローレベルのECLレベル信号が入力端子INに印加されると、PMOSトランジスタMP1のソース電圧はハイレベルになる。このように、PMOSトランジスタMP1のソース電圧がハイレベルになると、バイアス電圧Vggとの電圧差が大きくなるので、PMOSトランジスタMP1のドレイン電流が大きくなる。これに伴って、NPNトランジスタQ6・Q7のベース電流が大きくなってNPNトランジスタQ6・Q7のコレクタ電流も大きくなるので、NPNトランジスタQ7の出力インピーダンスは小さくなる。NPNトランジスタQ7は、コレクタに接続される負荷が同じであれば、コレクタ−エミッタ間の電圧Vceは低下する。
【0042】
このとき、PMOSトランジスタMP2のソース電圧はローレベルになっているので、PMOSトランジスタMP2のソース−ゲート間電圧は小さくなり、PMOSトランジスタMP2のドレイン電流が小さくなる。その結果、PMOSトランジスタMP2の出力インピーダンスは大きくなる。
【0043】
以上のように、PMOSトランジスタMP1のソース電圧がハイレベルになると、NPNトランジスタQ7の出力インピーダンスは小さくなると共に、PMOSトランジスタMP2の出力インピーダンスは大きくなるので、出力端子OUTからローレベル(CMOS論理レベルのローレベル)の論理信号が出力される。なお、このローレベルの論理信号を受領すると、CMOS負荷ゲート回路4は、PMOSトランジスタMPがオンすると共にNMOSトランジスタMNがオフして、ハイレベルの信号を出力する。
【0044】
一方、ハイレベルのECLレベル信号が入力端子INに印加されると、PMOSトランジスタMP1のソース電圧はローレベルになる。このように、PMOSトランジスタMP1のソース電圧がローレベルになると、バイアス電圧Vggとの電圧差が小さくなるので、PMOSトランジスタMP1のドレイン電流が小さくなる。これに伴って、NPNトランジスタQ6・Q7のベース電流が小さくなってNPNトランジスタQ6・Q7のコレクタ電流も小さくなるので、NPNトランジスタQ7の出力インピーダンスは大きくなる。NPNトランジスタQ7は、コレクタに接続される負荷が同じであれば、コレクタ−エミッタ間の電圧Vceは大きくなる。
【0045】
このとき、PMOSトランジスタMP2のソース電圧はハイレベルになっているので、PMOSトランジスタMP2のソース−ゲート間電圧は大きくなり、PMOSトランジスタMP2のドレイン電流が大きくなる。その結果、PMOSトランジスタMP2の出力インピーダンスは小さくなる。
【0046】
以上のように、PMOSトランジスタMP1のソース電圧がローレベルになると、NPNトランジスタQ7の出力インピーダンスは大きくなると共に、PMOSトランジスタMP2の出力インピーダンスは小さくなるので、出力端子OUTからハイレベル(CMOS論理レベルのハイレベル)の論理信号が出力される。なお、このハイレベルの論理信号を受領すると、CMOS負荷ゲート回路4は、PMOSトランジスタMPがオフすると共にNMOSトランジスタMNがオンして、ローレベルの信号を出力する。
【0047】
ところで、上記説明において、NPNトランジスタQ7において、コレクタ電位が下がりすぎて(コレクタ−エミッタ間の電圧Vceが低下しすぎて)、飽和領域に入ってしまう(飽和領域で動作してしまう)と、その状態から回復するのに時間を要することになる。そこで、本発明においては、NPNトランジスタQ7のコレクタ電位が低下しすぎることを回避するために、NPNトランジスタQ8からなるクランプ回路が設けられている。
【0048】
上記クランプ回路は、NPNトランジスタQ7のコレクタにNPNトランジスタQ8のエミッタを接続し、NPNトランジスタQ8のベースにクランプ電圧Vclpを印加し、NPNトランジスタQ8のコレクタに電源Vccを印加する構成を有している。これにより、出力端子OUTからローレベル(CMOS論理レベルのローレベル)が出力される場合、NPNトランジスタQ7のコレクタ電位は(Vclp−Vf)にクランプされる(Vfは、NPNトランジスタQ8のベース−エミッタ間の順方向降下電圧である。)。
【0049】
例えば、クランプ電圧Vclpを2Vfとすると、出力端子OUTからハイレベル(CMOS論理レベルのハイレベル)が出力される場合、このハイレベルの電圧は(Vcc−Vf)となる。一方、出力端子OUTからローレベル(CMOS論理レベルのローレベル)が出力される場合、このローレベルの電圧は(2Vf−Vf)=Vfとなる。つまり、このとき、Vf〜(Vcc−Vf)まで振幅を広げることができるので、従来のように2種類の電源Vcc及びVddを別々に設けなくても(つまり、単一電源Vccだけで)、CMOS負荷ゲート回路4のPMOSトランジスタMPおよびNMOSトランジスタMNを駆動するのに十分な振幅を確保することができる。したがって、上記論理レベル変換回路によれば、直接CMOS負荷を駆動するのに十分な出力レベルを確保できるので、動作電源としては単一種類のCMOS用電源だけを設ければよく、それゆえ、従来のように2個の電源を別々に設ける必要がなくなり、消費電力の増加を確実に回避できる。
【0050】
本発明においては、PMOSトランジスタMP1のソース−ドレイン間にキャパシタC1を設けているが、ここでこれについて説明する。
【0051】
上記キャパシタC1は、上記PMOSトランジスタMP1のソース電圧がハイレベルのとき、ドレイン電圧を素早くハイレベルに立ち上げるために設けられている。上記キャパシタC1は、ハイパスフィルタとして機能している。この場合、図2から明らかなように、ハイレベルからローレベル(何れもCMOS論理レベル)に遷移する際に生じる入出力間伝播遅延時間を1〔ns〕以下に抑えることが可能となる。
【0052】
以上のように、本発明の論理レベル変換回路によれば、ECL/CMOS論理レベル変換にあたり、ECL側電源とCMOS側電源を共通にしたままで(すなわち、単一電源を使用して)、ハイレベルからローレベルに遷移するECLレベル信号を高速にCMOS論理回路に適合する論理レベルに変換することが可能となる。例えば、入力端子INにECLレベルでハイレベルからローレベルに遷移するとき、Vcc=3〔V〕、Vgg=0.5〔V〕、Vclp=1.4〔V〕、C1=3pF(キャパシタC1の静電容量をC1とする。)で、SPICEによるシミュレーションを行った結果、入出力間伝播遅延時間は1〔ns〕となった。
【0053】
なお、本発明は、図1の構成に限定されるものではなく、同様の動作が実現できる構成であればよいことは言うまでもない。
【0054】
【発明の効果】
本発明に係る論理レベル変換回路は、以上のように、(a) 所定のバイアス電圧がゲートに印加され、レベルシフトされた上記相補信号のうち上記ECLレベル信号と逆相及び同相の信号によりそれぞれ駆動される第1及び第2MOSトランジスタと、(b) 上記第1及び第2MOSトランジスタとグランドとの間にそれぞれ接続された第1及び第2バイポーラトランジスタとからなり、上記第1MOSトランジスタに流れる電流に基づいて上記第1及び第2バイポーラトランジスタのベースがそれぞれ駆動されるカレントミラー回路とを備えていることを特徴としている。
【0055】
上記構成によれば、第1及び第2MOSトランジスタは、カレントミラー回路内の第1及び第2バイポーラトランジスタにそれぞれ接続されており、第1MOSトランジスタに流れる電流に基づいて上記第1及び第2バイポーラトランジスタのベースがそれぞれ駆動される。これにより、第1及び第2バイポーラトランジスタにはそれぞれ同じ電流が流れ、ベース電流の大きさに応じて第2バイポーラトランジスタの出力インピーダンスが変化する。
【0056】
例えば、ECLレベル信号がローレベルの場合、レベルシフトされた上記相補信号のうち上記ECLレベル信号と逆相のハイレベルの信号が第1MOSトランジスタに印加される。これに伴って、第2バイポーラトランジスタの出力インピーダンスが小さくなる。このとき、レベルシフトされた上記相補信号のうち上記ECLレベル信号と同相のローレベルの信号が第2MOSトランジスタに印加される。これにより、第2MOSトランジスタの出力インピーダンスが大きくなる。
【0057】
一方、ECLレベル信号がハイレベルの場合、レベルシフトされた上記相補信号のうち上記ECLレベル信号と逆相のローレベルの信号が第1MOSトランジスタに印加される。これに伴って、第2バイポーラトランジスタの出力インピーダンスが大きくなる。このとき、レベルシフトされた上記相補信号のうち上記ECLレベル信号と同相のハイレベルの信号が第2MOSトランジスタに印加される。これにより、第2MOSトランジスタの出力インピーダンスが小さくなる。
【0058】
以上のように、ECLレベル信号がローレベルの場合、第2MOSトランジスタの出力インピーダンスが大きくなると共に、第2バイポーラトランジスタの出力インピーダンスが小さくなる。
【0059】
また、ECLレベル信号がハイレベルの場合、第2MOSトランジスタの出力インピーダンスが小さくなると共に、第2バイポーラトランジスタの出力インピーダンスが大きくなる。つまり、ECLレベル信号がハイレベルの場合、第2バイポーラトランジスタの出力インピーダンスが大きくなるので、第2バイポーラトランジスタと第2MOSトランジスタの接続点を出力として引き出せば、レベル値の大きいハイレベル(CMOS論理レベルのハイレベル)を実現できる。
【0060】
したがって、論理レベル変換回路においては、直接CMOS負荷を駆動するのに十分な出力レベルを確保できるので、動作電源として単一種類のCMOS用電源を設ければよく、それゆえ、消費電力の増加を確実に回避できるという効果を奏する。
【0061】
上記論理レベル変換回路は、具体的には、(1) 差動対をなす一対のNPNトランジスタからなり、ECLレベル信号に基づいて相補信号を生成するカレントスイッチ回路と、(2) 上記相補信号毎に設けられたNPNトランジスタからなり、上記相補信号をそれぞれレベルシフトするエミッタフォロワ回路と、(3) 所定のバイアス電圧がゲートに印加され、レベルシフトされた上記相補信号のうち上記ECLレベル信号と逆相及び同相の信号によりそれぞれ駆動される第1及び第2MOSトランジスタと、上記第1及び第2MOSトランジスタとグランドとの間にそれぞれ接続された第1及び第2バイポーラトランジスタとからなり、上記第1MOSトランジスタに流れる電流に基づいて上記第1及び第2バイポーラトランジスタのベースがそれぞれ駆動されるカレントミラー回路とを有する増幅回路とを備えていることが好ましい。
【0062】
この場合、論理レベル変換回路においては、直接CMOS負荷を駆動するのに十分な出力レベルを確保できるので、動作電源として単一種類のCMOS用電源を設ければよく、それゆえ、消費電力の増加を確実に回避できるという効果を奏する。
【0063】
上記の第1MOSトランジスタは、ソース−ドレイン間にキャパシタが接続されていることが好ましい。レベルシフトされた上記相補信号のうち上記ECLレベル信号と逆相の信号は、第1MOSトランジスタを介して第1バイポーラトランジスタに印加されるが、第1MOSトランジスタのオン抵抗と第1MOSトランジスタのドレインのノードの寄生容量とにより決まる時間だけ遅延してしまい、近年のデータの処理速度の高速化の観点から好ましくない。そこで、上記のように、第1MOSトランジスタのソース−ドレイン間にキャパシタを接続すると、上記信号の変化が上記キャパシタを介して高速に伝搬されるので、上記遅延時間を確実に短くできるという効果を併せて奏する。
【0064】
上記第2バイポーラトランジスタが飽和領域で動作しないように、所定電圧でクランプするクランプ回路を備えていることが好ましい。第2バイポーラトランジスタの出力インピーダンスが小さくなり、両端の電圧(エミッタ−コレクタ間の電圧)が小さくなると(第2バイポーラトランジスタが飽和領域で動作すると)、それから回復するのに時間を要し、上記高速化の観点から好ましくない。そこで、上記のように、クランプ回路を設けることによって、第2バイポーラトランジスタが所定電圧でクランプされるので、両端の電圧が必要以上に小さくなることを確実に回避でき、高速動作が可能となるという効果を併せて奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る論理レベル変換回路の構成例を示す回路図である。
【図2】上記論理レベル変換回路の入出力伝播遅延時間を示すSPICEによるシミュレーション結果を示すグラフである。
【図3】従来の論理レベル変換回路の構成例を示す回路図である。
【図4】従来の論理レベル変換回路の入出力伝播遅延時間を示すSPICEによるシミュレーション結果を示すグラフである。
【符号の説明】
1 カレントスイッチ回路
2 エミッタフォロワ回路
3 ゲート接地PMOS増幅回路
MP1 PMOSトランジスタ(第1MOSトランジスタ)
MP2 PMOSトランジスタ(第2MOSトランジスタ)
Q6 NPNトランジスタ(第1バイポーラトランジスタ)
Q7 NPNトランジスタ(第2バイポーラトランジスタ)
Q8 飽和防止用NPNトランジスタ(クランプ回路)
C1 キャパシタ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a logic level conversion circuit for converting a logic level signal of an emitter-coupled logic circuit (ECL) into a logic level signal compatible with a CMOS logic circuit at high speed and accurately using a single power supply.
[0002]
[Prior art]
As a conventional logic level conversion circuit, for example, a circuit described in JP-A-6-196959 is known. FIG. 3 is an ECL / CMOS logic level conversion circuit diagram described in the above publication. Hereinafter, the conventional logic level conversion circuit will be described with reference to FIG.
[0003]
3 includes a current switch circuit 1, an emitter follower circuit 2, a common-gate PMOS amplifier circuit 5, and an output buffer circuit 6. The input terminal IN of the current switch circuit 1 has an ECL level input logic signal. Is applied, and a logic signal at the CMOS level is output from the output terminal OUT of the output buffer circuit 6. This logic signal output drives a CMOS gate, typically shown as CMOS load gate circuit 4. The CMOS load gate circuit 4 is a gate circuit such as a flip-flop driven by a logic level conversion circuit.
[0004]
The ECL level signal is input into the current switch 1 via a level shift by an emitter follower including the NPN transistor Q1 and the constant current source I1 in the current switch circuit 1. The current switch circuit 1 includes a pair of NPN transistors Q2 and Q3 forming a differential pair, resistors R1 and R2, and a constant current source I2 for controlling a common emitter current. A reference voltage Vbb that determines an input threshold is input to the base of the NPN transistor Q3.
[0005]
The emitter follower circuit 2 includes NPN transistors Q4 and Q5, receives the output of the current switch circuit 1 at its base, and outputs the output from each emitter to the common-gate PMOS amplifier circuit 5.
[0006]
The common-gate PMOS amplifier circuit 5 is configured by a base current extraction circuit including PMOS transistors MP1 and MP2 whose sources are driven and controlled, resistors R3 and R4, diodes D1 and D2, and an NMOS transistor MN1. A bias voltage Vgg is applied to the gates of the PMOS transistors MP1 and MP2.
[0007]
The output buffer circuit 6 includes NPN transistors Q9 and Q10 whose bases are connected to the drains of the PMOS transistors MP1 and MP2, and NMOS transistors MN2 and MN3 whose drains are connected to the emitters of the NPN transistors Q9 and Q10, respectively. It is configured. The NMOS transistors MN2 and MN3 operate as a current mirror circuit because their sources and gates are connected to each other.
[0008]
The CMOS load gate circuit 4 constitutes a CMOS inverter including a PMOS transistor MP and an NMOS transistor MN, and represents a large number of loads. Here, the high potential power supply Vdd (CMOS power supply) of the CMOS load gate circuit 4 is 2 Vf (Vf is a diode forward voltage) from the bipolar power supply Vcc in order to effectively use the signal amplitude from the output terminal OUT. A lowered potential is given.
[0009]
Next, an outline of the operation of the logic level conversion circuit of FIG. 3 will be described. The input signal having the ECL amplitude is input to the input terminal IN, and is output by the current switch circuit 1 as a complementary signal having an amplitude of about 1 [V]. This complementary signal is level-shifted by NPN transistors Q4 and Q5 in the emitter follower circuit 2, and sent to the next-stage source-driven PMOS transistors MP1 and MP2. The output impedance is reduced by passing through the emitter follower circuit 2, and the delay of the transmission time due to the input capacitance of the gates of the PMOS transistors MP1 and MP2 is reduced.
[0010]
A bias voltage Vgg is applied to each gate of the PMOS transistors MP1 and MP2, and a potential difference between the output of the emitter follower circuit 2 and the bias voltage Vgg is converted to a current output. The current flowing through the PMOS transistor MP1 is converted into a voltage by the resistor R3, the diode D1, and the NMOS transistor MN1, and is input to the base of the NPN transistor Q9. Similarly, the current flowing through the PMOS transistor MP2 is converted into a voltage by the resistor R4 and the diode D2, and is input to the base of the NPN transistor Q10.
[0011]
The resistor R3, the diode D1, and the NMOS transistor MN1 extract a base charge when the NPN transistor Q9 is turned off to increase an off speed, and a switch that is used when the base potential of the NPN transistor Q9 is too low in an off state. It has a function of suppressing a response delay at the time of ON. The resistor R4 and the diode D2 also have a function of extracting the base charge when the NPN transistor Q10 is off and increasing the off speed, and a function at the time of switch-on due to the base potential of the NPN transistor Q10 being too low in the off state. It has a function of suppressing a response delay.
[0012]
The emitters of the NPN transistors Q9 and Q10 are connected to a current mirror circuit composed of the NMOS transistors MN2 and MN3, so that the emitter amplitude and drive capability of the NPN transistor Q10 can be sufficiently ensured. In this way, an amplitude sufficient to sufficiently turn on / off the CMOS in the CMOS load gate circuit 4 is obtained.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above conventional technology has the following problems. That is, according to the conventional logic level conversion circuit, (1) the rise time of the base voltage of the NPN transistor Q9 is determined by the on-resistance of the PMOS transistor MP1 and the parasitic capacitance of the drain node of the PMOS transistor MP1. Therefore, the propagation delay time between the input and the output also becomes slow, and the demand for the delay time of the IC accompanying the recent increase in the data processing speed cannot be satisfied. (2) The logic signal from the output terminal OUT Since the output high level is low, a CMOS power supply Vdd and a bipolar power supply Vcc are required to drive the CMOS load gate. In order to set the CMOS power supply Vdd to 3 [V], the bipolar power supply Vcc needs to be (3 + 2 · Vf) [V] or more, which leads to an increase in power consumption. For example, when the bipolar power supply Vcc is set at 4.5 [V] and the CMOS power supply Vdd is set at 3 [V], the input terminal IN changes from high level to low level, and the output terminal changes from high level to low level. As a result of performing a simulation by SPICE, the delay time between input and output became longer than 1 [ns].
[0014]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a logic level capable of using a single power supply and converting a ECL level signal to a logic level compatible with a CMOS logic circuit at high speed and accurately. A conversion circuit is provided.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, a logic level conversion circuit according to the present invention generates a complementary signal based on an ECL level signal, shifts the level of each of the complementary signals, and converts the ECL level signal into a CMOS logic level signal. The following measures are taken in the logic level conversion circuit.
[0016]
That is, the logic level conversion circuit includes: (a) a predetermined bias voltage is applied to the gate, and the first and the second signals driven by the signals having the opposite phase and the same phase as the ECL level signal among the level-shifted complementary signals, A second MOS transistor, and (b) first and second bipolar transistors connected between the first and second MOS transistors and ground, respectively, based on a current flowing through the first MOS transistor. And a current mirror circuit in which a base of each of the second bipolar transistors is driven.
[0017]
According to the above configuration, a complementary signal is generated based on the ECL level signal, and this complementary signal is level-shifted. The first MOS transistor is driven based on the difference between the level-shifted complementary signal having a reverse phase relationship with the ECL level signal and a predetermined bias voltage, and the first MOS transistor having the same phase relationship with the predetermined bias voltage. The second MOS transistor is driven based on the difference.
[0018]
These first and second MOS transistors are respectively connected to first and second bipolar transistors in a current mirror circuit, and bases of the first and second bipolar transistors are respectively set based on a current flowing through the first MOS transistor. Driven. As a result, the same current flows through each of the first and second bipolar transistors, and the output impedance of the second bipolar transistor changes according to the magnitude of the base current.
[0019]
For example, when the ECL level signal is at a low level, a high-level signal having a phase opposite to that of the ECL level signal among the level-shifted complementary signals is applied to the first MOS transistor. Accordingly, the current flowing through the first MOS transistor increases, and the current flowing through the first and second bipolar transistors increases. Thereby, the output impedance of the second bipolar transistor decreases.
[0020]
At this time, a low-level signal having the same phase as the ECL level signal among the level-shifted complementary signals is applied to the second MOS transistor. As a result, the current flowing through the second MOS transistor decreases, and the output impedance of the second MOS transistor increases.
[0021]
On the other hand, when the ECL level signal is at the high level, a low-level signal having a phase opposite to that of the ECL level signal among the level-shifted complementary signals is applied to the first MOS transistor. Accordingly, the current flowing through the first MOS transistor decreases, and the current flowing through the first and second bipolar transistors decreases. Thereby, the output impedance of the second bipolar transistor increases.
[0022]
At this time, a high-level signal in phase with the ECL level signal among the level-shifted complementary signals is applied to the second MOS transistor. Thus, the output impedance of the second MOS transistor decreases.
[0023]
As described above, when the ECL level signal is at a low level, the output impedance of the second MOS transistor increases and the output impedance of the second bipolar transistor decreases.
[0024]
When the ECL level signal is at a high level, the output impedance of the second MOS transistor decreases and the output impedance of the second bipolar transistor increases. That is, when the ECL level signal is at the high level, the output impedance of the second bipolar transistor increases. Therefore, if the connection point between the second bipolar transistor and the second MOS transistor is extracted as an output, the high level (CMOS logic level) High level) can be realized.
[0025]
Therefore, in the logic level conversion circuit, an output level sufficient to directly drive a CMOS load can be ensured, so that only a single type of CMOS power supply may be provided as an operation power supply. This can be avoided reliably (the conventional logic level conversion circuit can output only a low high-level output signal, and therefore requires two types of power supplies, which increases power consumption).
[0026]
Specifically, the logic level conversion circuit includes: (1) a current switch circuit that includes a pair of NPN transistors forming a differential pair and generates a complementary signal based on an ECL level signal; And (3) a predetermined bias voltage is applied to the gate to reverse the ECL level signal among the level-shifted complementary signals. A first and a second MOS transistor respectively driven by a phase and an in-phase signal; and a first and a second bipolar transistor respectively connected between the first and the second MOS transistor and the ground. Based on the current flowing through the first and second bipolar transistors. It is preferable that the scan is provided with an amplifier circuit having a current mirror circuit driven respectively.
[0027]
In this case, as described above, in the logic level conversion circuit, an output level sufficient to directly drive the CMOS load can be secured, so that only a single type of CMOS power supply need be provided as the operation power supply. Therefore, an increase in power consumption can be reliably avoided.
[0028]
The first MOS transistor preferably has a capacitor connected between the source and the drain. Among the level-shifted complementary signals, a signal having a phase opposite to that of the ECL level signal is applied to the first bipolar transistor via the first MOS transistor, and the on-resistance of the first MOS transistor and the node of the drain of the first MOS transistor are applied. Delay due to the time determined by the parasitic capacitance, which is not preferable from the viewpoint of increasing the data processing speed in recent years. Therefore, as described above, when a capacitor is connected between the source and the drain of the first MOS transistor, the change in the signal is propagated at a high speed through the capacitor, so that the delay time can be reliably reduced.
[0029]
It is preferable to provide a clamp circuit that clamps at a predetermined voltage so that the second bipolar transistor does not operate in a saturation region. When the output impedance of the second bipolar transistor is reduced and the voltage between both ends (voltage between the emitter and the collector) is reduced (when the second bipolar transistor operates in a saturation region), it takes time to recover from it, and the high-speed It is not preferable from the viewpoint of chemical conversion. Therefore, by providing the clamp circuit as described above, the second bipolar transistor is clamped at a predetermined voltage, so that the voltage at both ends can be reliably prevented from becoming unnecessarily small, and high-speed operation can be performed.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. Members having the same functions as those of the logic level conversion circuit shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
[0031]
As shown in FIG. 1, the logic level conversion circuit according to the present embodiment includes a current switch circuit 1, an emitter follower circuit 2, and a common-gate PMOS amplifier circuit 3, and an ECL is connected to an input terminal IN of the current switch circuit 1. A level input logic signal (ECL level signal) is applied, and a CMOS level logic signal is output from the output terminal OUT of the common-gate PMOS amplifier circuit 3. This logic signal output drives a CMOS gate, typically shown as CMOS load gate circuit 4. The CMOS load gate circuit 4 is a gate circuit such as a flip-flop driven by a logic level conversion circuit. The above-mentioned gate-grounded PMOS amplifier circuit 3 also has the function of the output buffer circuit 6 of the conventional logic level conversion circuit shown in FIG.
[0032]
The ECL level signal is input into the current switch 1 via a level shift by an emitter follower including the NPN transistor Q1 and the constant current source I1 in the current switch circuit 1. The current switch circuit 1 includes a pair of NPN transistors Q2 and Q3 forming a differential pair, resistors R1 and R2, and a constant current source I2 for controlling a common emitter current, and generates a complementary signal having an amplitude of about 1 [V]. I do. A reference voltage Vbb that determines an input threshold is input to the base of the NPN transistor Q3.
[0033]
The emitter follower circuit 2 includes NPN transistors Q4 and Q5, receives the output of the current switch circuit 1 at its base, and outputs the output from each emitter to the common-gate PMOS amplifier circuit 5.
[0034]
That is, of the complementary signals that have been level-shifted by the emitter follower circuit 2, the signals having the opposite phase and the same phase as the ECL level signal drive the sources of the PMOS transistors MP1 and MP2 (first and second MOS transistors), respectively. It is connected.
[0035]
The common-gate PMOS amplifier circuit 3 includes the source-controlled PMOS transistors MP1 and MP2, the NPN transistors Q6 and Q7 (first and second bipolar transistors) forming a current mirror circuit, and the source-drain of the PMOS transistor MP1. It comprises a capacitor C1 provided therebetween and an NPN transistor Q8 (clamp circuit) for preventing saturation of the NPN transistor Q7.
[0036]
The clamp voltage Vclp is applied to the base of the saturation preventing NPN transistor Q8. A bias voltage Vgg is applied to the gates of the PMOS transistors MP1 and MP2.
[0037]
The CMOS load gate circuit 4 constitutes a CMOS inverter including a PMOS transistor MP and an NMOS transistor MN, and represents a large number of loads. Here, a power supply Vcc (which is both a bipolar power supply and a CMOS power supply) is directly applied as a high-potential power supply of the CMOS load gate circuit 4.
[0038]
Here, the operation of the logic level conversion circuit will be described. The input signal at the ECL level is input to the input terminal IN, and a complementary signal having an amplitude of about 1 [V] is generated and output by the current switch circuit 1. This complementary signal is level-shifted by NPN transistors Q4 and Q5 in the emitter follower circuit 2, and sent to the next-stage source-controlled PMOS transistors MP1 and MP2. Output impedance is reduced by passing through the emitter follower circuit 2, thereby preventing a delay in transmission time due to the input capacitance of the gates of the PMOS transistors MP1 and MP2.
[0039]
In the common-gate PMOS amplifier circuit 3, the bias voltage Vgg is applied to each gate of the PMOS transistors MP1 and MP2, and a current mirror circuit including NPN transistors Q6 and Q7 is connected to each drain. As a result, a drain current corresponding to the voltage difference between the output of the emitter follower circuit 2 (the source voltage of the PMOS transistors MP1 and MP2) and the bias voltage Vgg flows through the PMOS transistors MP1 and MP2.
[0040]
The drain current of the PMOS transistor MP1 becomes the collector current of the NPN transistor Q6 and the respective base currents of the NPN transistors Q6 and Q7, and the output impedance of the NPN transistor Q7 changes with the change of the drain current.
[0041]
That is, for example, when a low level ECL level signal is applied to the input terminal IN, the source voltage of the PMOS transistor MP1 becomes high level. As described above, when the source voltage of the PMOS transistor MP1 becomes a high level, the voltage difference from the bias voltage Vgg increases, so that the drain current of the PMOS transistor MP1 increases. Accordingly, the base currents of NPN transistors Q6 and Q7 increase, and the collector currents of NPN transistors Q6 and Q7 also increase, so that the output impedance of NPN transistor Q7 decreases. If the load connected to the collector of the NPN transistor Q7 is the same, the voltage Vce between the collector and the emitter decreases.
[0042]
At this time, since the source voltage of the PMOS transistor MP2 is at the low level, the voltage between the source and the gate of the PMOS transistor MP2 is reduced, and the drain current of the PMOS transistor MP2 is reduced. As a result, the output impedance of the PMOS transistor MP2 increases.
[0043]
As described above, when the source voltage of the PMOS transistor MP1 goes high, the output impedance of the NPN transistor Q7 decreases and the output impedance of the PMOS transistor MP2 increases. (Low level) logic signal is output. When the low level logic signal is received, the CMOS load gate circuit 4 outputs a high level signal by turning on the PMOS transistor MP and turning off the NMOS transistor MN.
[0044]
On the other hand, when a high level ECL level signal is applied to the input terminal IN, the source voltage of the PMOS transistor MP1 becomes low level. As described above, when the source voltage of the PMOS transistor MP1 becomes low level, the voltage difference from the bias voltage Vgg becomes smaller, so that the drain current of the PMOS transistor MP1 becomes smaller. Accordingly, the base current of NPN transistors Q6 and Q7 decreases, and the collector current of NPN transistors Q6 and Q7 also decreases, so that the output impedance of NPN transistor Q7 increases. If the load connected to the collector of the NPN transistor Q7 is the same, the voltage Vce between the collector and the emitter increases.
[0045]
At this time, since the source voltage of the PMOS transistor MP2 is at the high level, the source-gate voltage of the PMOS transistor MP2 increases, and the drain current of the PMOS transistor MP2 increases. As a result, the output impedance of the PMOS transistor MP2 decreases.
[0046]
As described above, when the source voltage of the PMOS transistor MP1 goes low, the output impedance of the NPN transistor Q7 increases and the output impedance of the PMOS transistor MP2 decreases. (High level) logic signal is output. When receiving the high-level logic signal, the CMOS load gate circuit 4 turns off the PMOS transistor MP and turns on the NMOS transistor MN to output a low-level signal.
[0047]
In the above description, if the collector potential of the NPN transistor Q7 is too low (the voltage Vce between the collector and the emitter is too low) and enters the saturation region (operates in the saturation region), It will take time to recover from the condition. Therefore, in the present invention, a clamp circuit including an NPN transistor Q8 is provided in order to prevent the collector potential of the NPN transistor Q7 from being too low.
[0048]
The clamp circuit has a configuration in which the emitter of the NPN transistor Q8 is connected to the collector of the NPN transistor Q7, the clamp voltage Vclp is applied to the base of the NPN transistor Q8, and the power supply Vcc is applied to the collector of the NPN transistor Q8. . Thus, when a low level (low level of CMOS logic level) is output from the output terminal OUT, the collector potential of the NPN transistor Q7 is clamped to (Vclp-Vf) (Vf is the base-emitter of the NPN transistor Q8). Between the forward voltage drops.)
[0049]
For example, assuming that the clamp voltage Vclp is 2 Vf, when a high level (CMOS logic level high level) is output from the output terminal OUT, this high level voltage is (Vcc-Vf). On the other hand, when a low level (CMOS logic level low level) is output from the output terminal OUT, the low level voltage is (2Vf-Vf) = Vf. That is, at this time, since the amplitude can be increased from Vf to (Vcc-Vf), it is not necessary to separately provide two types of power supplies Vcc and Vdd (that is, only with a single power supply Vcc) as in the related art. An amplitude sufficient to drive the PMOS transistor MP and the NMOS transistor MN of the CMOS load gate circuit 4 can be secured. Therefore, according to the logic level conversion circuit, an output level sufficient to directly drive a CMOS load can be ensured, so that only a single type of CMOS power supply needs to be provided as an operation power supply. Therefore, it is not necessary to provide two power supplies separately, and an increase in power consumption can be reliably avoided.
[0050]
In the present invention, the capacitor C1 is provided between the source and the drain of the PMOS transistor MP1, which will be described here.
[0051]
The capacitor C1 is provided to quickly raise the drain voltage to a high level when the source voltage of the PMOS transistor MP1 is at a high level. The capacitor C1 functions as a high-pass filter. In this case, as is apparent from FIG. 2, it is possible to suppress the input / output propagation delay time that occurs when transitioning from a high level to a low level (both are CMOS logic levels) to 1 [ns] or less.
[0052]
As described above, according to the logic level conversion circuit of the present invention, when performing ECL / CMOS logic level conversion, the ECL / CMOS power supply is kept common (ie, a single power supply is used), An ECL level signal that transitions from level to low level can be quickly converted to a logic level suitable for a CMOS logic circuit. For example, when transitioning from the high level to the low level at the ECL level at the input terminal IN, Vcc = 3 [V], Vgg = 0.5 [V], Vclp = 1.4 [V], C1 = 3 pF (capacitor C1 The capacitance was C1.), And the simulation by SPICE was performed. As a result, the input / output propagation delay time was 1 [ns].
[0053]
It is needless to say that the present invention is not limited to the configuration shown in FIG. 1, but may be any configuration that can realize the same operation.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, the logic level conversion circuit according to the present invention includes: (a) a predetermined bias voltage is applied to the gate, and the ECL level signal is in phase and in phase with the ECL level signal among the level-shifted complementary signals. (B) first and second bipolar transistors connected between the first and second MOS transistors and the ground, respectively; and (b) a current flowing through the first MOS transistor. And a current mirror circuit in which the bases of the first and second bipolar transistors are respectively driven.
[0055]
According to the above configuration, the first and second MOS transistors are respectively connected to the first and second bipolar transistors in the current mirror circuit, and the first and second bipolar transistors are based on the current flowing through the first MOS transistor. Are respectively driven. As a result, the same current flows through each of the first and second bipolar transistors, and the output impedance of the second bipolar transistor changes according to the magnitude of the base current.
[0056]
For example, when the ECL level signal is at a low level, a high-level signal having a phase opposite to that of the ECL level signal among the level-shifted complementary signals is applied to the first MOS transistor. Accordingly, the output impedance of the second bipolar transistor decreases. At this time, a low-level signal having the same phase as the ECL level signal among the level-shifted complementary signals is applied to the second MOS transistor. As a result, the output impedance of the second MOS transistor increases.
[0057]
On the other hand, when the ECL level signal is at the high level, a low-level signal having a phase opposite to that of the ECL level signal among the level-shifted complementary signals is applied to the first MOS transistor. Accordingly, the output impedance of the second bipolar transistor increases. At this time, a high-level signal in phase with the ECL level signal among the level-shifted complementary signals is applied to the second MOS transistor. Thus, the output impedance of the second MOS transistor decreases.
[0058]
As described above, when the ECL level signal is at a low level, the output impedance of the second MOS transistor increases and the output impedance of the second bipolar transistor decreases.
[0059]
When the ECL level signal is at a high level, the output impedance of the second MOS transistor decreases and the output impedance of the second bipolar transistor increases. That is, when the ECL level signal is at the high level, the output impedance of the second bipolar transistor increases. Therefore, if the connection point between the second bipolar transistor and the second MOS transistor is drawn as an output, the high level (CMOS logic level) High level) can be realized.
[0060]
Therefore, in the logic level conversion circuit, an output level sufficient to directly drive a CMOS load can be ensured, so that only a single type of CMOS power supply may be provided as an operation power supply. This has the effect that it can be avoided reliably.
[0061]
Specifically, the logic level conversion circuit includes: (1) a current switch circuit that includes a pair of NPN transistors forming a differential pair and generates a complementary signal based on an ECL level signal; And (3) a predetermined bias voltage is applied to the gate to reverse the ECL level signal among the level-shifted complementary signals. A first and a second MOS transistor respectively driven by a phase and an in-phase signal; and a first and a second bipolar transistor respectively connected between the first and the second MOS transistor and the ground. Based on the current flowing through the first and second bipolar transistors. It is preferable that the scan is provided with an amplifier circuit having a current mirror circuit driven respectively.
[0062]
In this case, in the logic level conversion circuit, an output level sufficient to directly drive the CMOS load can be secured, so that a single type of CMOS power supply may be provided as an operation power supply, and therefore, power consumption increases. Can be reliably avoided.
[0063]
The first MOS transistor preferably has a capacitor connected between the source and the drain. Among the level-shifted complementary signals, a signal having a phase opposite to that of the ECL level signal is applied to the first bipolar transistor via the first MOS transistor, and the on-resistance of the first MOS transistor and the node of the drain of the first MOS transistor are applied. Delay due to the time determined by the parasitic capacitance, which is not preferable from the viewpoint of increasing the data processing speed in recent years. Therefore, as described above, if a capacitor is connected between the source and the drain of the first MOS transistor, the change in the signal is propagated at a high speed through the capacitor, so that the delay time can be reliably reduced. Play.
[0064]
It is preferable to provide a clamp circuit that clamps at a predetermined voltage so that the second bipolar transistor does not operate in a saturation region. When the output impedance of the second bipolar transistor is reduced and the voltage between both ends (voltage between the emitter and the collector) is reduced (when the second bipolar transistor operates in a saturation region), it takes time to recover from it, and the high-speed It is not preferable from the viewpoint of chemical conversion. Therefore, as described above, by providing the clamp circuit, the second bipolar transistor is clamped at a predetermined voltage, so that the voltage at both ends can be reliably prevented from becoming unnecessarily small, and high-speed operation can be performed. It also has an effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a logic level conversion circuit according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a simulation result by SPICE showing an input / output propagation delay time of the logic level conversion circuit.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional logic level conversion circuit.
FIG. 4 is a graph showing a simulation result by SPICE showing an input / output propagation delay time of a conventional logic level conversion circuit.
[Explanation of symbols]
1 Current switch circuit
2 Emitter follower circuit
3 Common gate PMOS amplifier circuit
MP1 PMOS transistor (first MOS transistor)
MP2 PMOS transistor (second MOS transistor)
Q6 NPN transistor (first bipolar transistor)
Q7 NPN transistor (second bipolar transistor)
Q8 NPN transistor for preventing saturation (clamp circuit)
C1 capacitor

Claims (4)

ECLレベル信号に基づいて相補信号を生成し、該相補信号をそれぞれレベルシフトし、上記ECLレベル信号をCMOS論理レベル信号に変換する論理レベル変換回路において、
所定のバイアス電圧がゲートに印加され、レベルシフトされた上記相補信号のうち上記ECLレベル信号と逆相及び同相の信号によりそれぞれ駆動される第1及び第2MOSトランジスタと、
上記第1及び第2MOSトランジスタとグランドとの間にそれぞれ接続された第1及び第2バイポーラトランジスタとからなり、上記第1MOSトランジスタに流れる電流に基づいて上記第1及び第2バイポーラトランジスタのベースがそれぞれ駆動されるカレントミラー回路とを備えていることを特徴とする論理レベル変換回路。
A logic level conversion circuit that generates a complementary signal based on the ECL level signal, shifts the level of the complementary signal, and converts the ECL level signal into a CMOS logic level signal.
A first and second MOS transistors driven by a signal having a predetermined bias voltage applied to the gate thereof and having the opposite phase and the same phase as the ECL level signal among the level-shifted complementary signals;
The first and second bipolar transistors are connected between the first and second MOS transistors and the ground, respectively, and the bases of the first and second bipolar transistors are respectively set based on the current flowing through the first MOS transistor. And a driven current mirror circuit.
差動対をなす一対のNPNトランジスタからなり、ECLレベル信号に基づいて相補信号を生成するカレントスイッチ回路と、
上記相補信号毎に設けられたNPNトランジスタからなり、上記相補信号をそれぞれレベルシフトするエミッタフォロワ回路と、
所定のバイアス電圧がゲートに印加され、レベルシフトされた上記相補信号のうち上記ECLレベル信号と逆相及び同相の信号によりそれぞれ駆動される第1及び第2MOSトランジスタと、上記第1及び第2MOSトランジスタとグランドとの間にそれぞれ接続された第1及び第2バイポーラトランジスタとからなり、上記第1MOSトランジスタに流れる電流に基づいて上記第1及び第2バイポーラトランジスタのベースがそれぞれ駆動されるカレントミラー回路とを有する増幅回路とを備えていることを特徴とする論理レベル変換回路。
A current switch circuit comprising a pair of NPN transistors forming a differential pair and generating a complementary signal based on the ECL level signal;
An emitter follower circuit comprising an NPN transistor provided for each of the complementary signals, for level-shifting the complementary signals,
A first and second MOS transistor driven by a signal having a phase opposite to and the same as the ECL level signal among the level-shifted complementary signals having a predetermined bias voltage applied to the gate; and the first and second MOS transistors, respectively. A current mirror circuit comprising first and second bipolar transistors respectively connected between the first and second bipolar transistors, the bases of the first and second bipolar transistors being driven based on current flowing through the first MOS transistor, respectively. A logic level conversion circuit comprising: an amplification circuit having:
上記の第1MOSトランジスタは、ソース−ドレイン間にキャパシタが接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の論理レベル変換回路。3. The logic level conversion circuit according to claim 1, wherein a capacitor is connected between the source and the drain of the first MOS transistor. 上記第2バイポーラトランジスタが飽和領域で動作しないように所定電圧でクランプするクランプ回路を備えたことを特徴とする請求項3に記載の論理レベル変換回路。4. The logic level conversion circuit according to claim 3, further comprising a clamp circuit that clamps at a predetermined voltage so that the second bipolar transistor does not operate in a saturation region.
JP2000301038A 2000-09-29 2000-09-29 Logic level conversion circuit Expired - Fee Related JP3583359B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000301038A JP3583359B2 (en) 2000-09-29 2000-09-29 Logic level conversion circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000301038A JP3583359B2 (en) 2000-09-29 2000-09-29 Logic level conversion circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002111471A JP2002111471A (en) 2002-04-12
JP3583359B2 true JP3583359B2 (en) 2004-11-04

Family

ID=18782628

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000301038A Expired - Fee Related JP3583359B2 (en) 2000-09-29 2000-09-29 Logic level conversion circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3583359B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7595660B2 (en) * 2007-08-16 2009-09-29 Texas Instruments Incorporated Low-delay complimentary metal-oxide semiconductor (CMOS) to emitter-coupled logic (ECL) converters, methods and apparatus
CN206498388U (en) * 2016-12-15 2017-09-15 江苏安其威微电子科技有限公司 Level shifting circuit

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002111471A (en) 2002-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1318601A2 (en) Voltage mode differential driver and method
US5304869A (en) BiCMOS digital amplifier
JPH07118642B2 (en) Level conversion circuit
JPH06204844A (en) Ecl-bicmos/cmos translator
US5900745A (en) Semiconductor device including input buffer circuit capable of amplifying input signal with low amplitude in high speed and under low current consumption
US11677370B2 (en) Lower-skew receiver circuit with RF immunity for controller area network (CAN)
JPH04278715A (en) Level shifter circuit
JP3256664B2 (en) Level conversion circuit
KR100301083B1 (en) Integrated Circuit Amplifier
US5371421A (en) Low power BiMOS amplifier and ECL-CMOS level converter
US6472908B1 (en) Differential output driver circuit and method for same
US6114874A (en) Complementary MOS level translating apparatus and method
US20070024367A1 (en) Operational amplifier and constant-current generation circuit using the same
KR100290186B1 (en) Semiconductor integrated circuit
JP3583359B2 (en) Logic level conversion circuit
JPH09200004A (en) Level conversion circuit
KR100453424B1 (en) Semiconductor integrated circuit
KR950035090A (en) BiCMOS Emitter Coupled Logic to CMOS Level Translator
US5218244A (en) Logic level converter circuit
JP4723772B2 (en) AB class CMOS output circuit
JP4672883B2 (en) Semiconductor device
JP3667616B2 (en) Level conversion circuit
KR100265347B1 (en) Input buffer
JP3060621B2 (en) Semiconductor level conversion circuit
JPH06196995A (en) Logical level converting circuit and logical circuit using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040702

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040727

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040728

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070806

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080806

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080806

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090806

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090806

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100806

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110806

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees