JP3996070B2 - Level shifter circuit - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、矩形波信号の電圧レベルを変換するレベルシフタ回路に関し、より特定的には、しきい値電圧が比較的大きい電界効果型トランジスタを含むレベルシフタ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路等において、動作電圧の異なる複数の機能ブロック間で共通の信号を使用するために、矩形波信号(パルス信号)の電圧レベルを変換するレベルシフタ回路が必要となる。一般的には、レベルシフタ回路は、低電圧振幅の入力信号を高電圧振幅の出力信号へ変換する。従来のレベルシフタ回路は、入力信号の正相および逆相信号をそれぞれゲートに受ける2つの電界効果型トランジスタを入力段とした差動増幅動作によって、高電圧振幅の出力信号を得る構成が一般的であった(たとえば特許文献1)。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−315943号公報(第1図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のレベルシフタ回路においては、入力信号の正相および逆相を入力とする2系統の回路を必要とするので、信号線数の増大および回路規模の増大といった問題点が生じる。
【0005】
また、差動増幅のためには入力段の電界効果型トランジスタが相補的にオンおよびオフする必要があるので、入力段の電界効果型トランジスタのしきい値電圧よりも電圧振幅が小さい入力信号には対応することができない。したがって、液晶パネルなどに用いられる薄膜トランジスタ(TFT)素子等の、比較的しきい値電圧が必然的に大きくなってしまう電界効果型トランジスタを用いてレベルシフタ回路を構成する場合には、低電圧振幅の入力信号をレベル変換することが困難になってしまう。
【0006】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、回路規模が小さく、かつ、しきい値電圧の比較的大きい電界効果型トランジスタを適用しても低電圧振幅の入力信号をレベル変換可能なレベルシフタ回路の構成に関する。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明に従うレベルシフタ回路は、矩形波状の入力信号を受ける入力ノードと、入力信号の電圧振幅が変換された出力信号が出力される出力ノードと、第1の内部ノードの電圧が所定の反転電圧よりも高いときおよび低いときのそれぞれにおいて、出力信号を高電圧および低電圧の異なる一方ずつで駆動するための信号駆動部と、入力ノードの電圧変化を第1の内部ノードへ伝達するとともに、第1の内部ノードが反転電圧と異なるときには第1の内部ノードの電圧を反転電圧へ所定の時定数で近づける電圧調整部とを備える。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下における同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。
【0009】
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態1に従うレベルシフタ回路の構成を示す回路図である。
【0010】
図1を参照して、本発明の実施の形態1のレベルシフタ回路10は、矩形波状の入力信号SINが入力される入力ノード11と、入力信号SINがレベル変換された矩形波状の出力信号SOUTが出力される出力ノード12と、入力段を構成する電圧調整部20と、信号駆動部として設けられるインバータ40とを備える。
【0011】
入力信号SINの論理ローレベル(以下、単に「Lレベル」とも称する)は、電圧VILに設定され、その論理ハイレベル(以下、単に「Hレベル」とも称する)は、電圧VIHに設定されている。
【0012】
電圧調整部20は、キャパシタ21および22と、P型トランジスタ31と、N型トランジスタ32と、抵抗33,34とを含む。キャパシタ21は、入力ノード11およびノード16の間に接続され、キャパシタ22は、入力ノード11およびノード17の間に接続される。抵抗33は、ノード15およびノード16の間に電気的に接続され、抵抗34は、ノード15およびノード17の間に電気的に接続される。
【0013】
P型トランジスタ31およびN型トランジスタ32は、各々がダイオード接続されて、高電圧VHを供給する電圧ノード13および低電圧VLを供給する電圧ノード14の間に直列に接続される。互いに接続されたP型トランジスタ31およびN型トランジスタ32のドレインは、ノード15と電気的に接続される。
【0014】
具体的には、P型トランジスタ31は、電圧ノード13と電気的に接続されたソースと、ノード15と電気的に接続されたドレインと、ノード16と電気的に接続されたゲートとを有する。N型トランジスタ32は、電圧ノード14と電気的に接続されたソースと、ノード15と電気的に接続されたドレインと、ノード17と電気的に接続されたゲートとを有する。
【0015】
インバータ40は、CMOSインバータ構成を有し、ノード15の電圧に応じて相補にオンおよびオフされる、P型トランジスタ41およびN型トランジスタ42を有する。P型トランジスタ41は、電圧ノード13と電気的に接続されたソースおよびノード15と電気的に接続されたゲートとを有する。N型トランジスタ42は、電圧ノード14と電気的に接続されたソースおよびノード15と電気的に接続されたゲートを有する。P型トランジスタ41およびN型トランジスタ42の各々のドレインは、出力ノード12と電気的に接続される。
【0016】
P型トランジスタ31,41およびN型トランジスタ32および42は、電界効果型トランジスタであるが、比較的しきい値電圧の大きいタイプのもの、たとえばTFT素子が適用されるものとする。
【0017】
一般的に知られているように、ノード15の電圧が下記(1)式で示される反転電圧VTLよりも高いかまたは低いかに応じて、インバータ40の出力電圧、すなわち出力信号SOUTの電圧レベルは反転される。
【0018】
VTL=(VH−VTN+VTP+VL)/2 ・・・(1)
(1)式中でVTNはN型トランジスタ41のしきい値電圧を示し、VTPはP型トランジスタのしきい値電圧を示す。以下、本実施の形態においては、|VTN|=|VTP|=VTであるものとする。この条件下では、反転電圧VTLは下記(2)式で与えられる。
【0019】
VTL=(VH+VL)/2 ・・・(2)
したがって、インバータ40は、ノード15の電圧をVINとすると、VIN<VTLのときには出力信号SOUTを高電圧VHで駆動し、VIN>VTLのときには出力信号SOUTを低電圧VLで駆動する信号駆動部として動作する。高電圧VHおよび低電圧VLは、出力信号SOUTに必要な電圧振幅に対応して決定される。出力信号の電圧振幅(VH−VL)は、入力信号SINの電圧振幅(VIH−VIL)よりも大きい。
【0020】
次に、図1に示したレベルシフタ回路の動作について説明する。たとえば、以下においては、入力信号が0〜3(V)の電圧振幅(すなわちVIL=0(V),VIH=3(V))とし、出力信号SOUTが−2〜10(V)の電圧振幅(すなわちVH=10(V),VL=−2(V))を有するものとする。
【0021】
入力ノード11の電圧が一定であるとき、すなわち直流電圧が印加されているときには、ノード15の電圧は、P型トランジスタ31およびN型トランジスタ32の特性、特にしきい値電圧へ依存した一定電圧へ収束する。当該一定電圧は、インバータ40の反転電圧と同一レベルに設計される。たとえば、P型トランジスタ31およびN型トランジスタ32の特性およびトランジスタサイズを同等とすることにより、電圧調整部20は、ノード15を(VH+VL)/2へ、すなわち(2)式に示した反転電圧VTLへ収束させることができる。上記の電圧条件では、VTL=4(V)となる。
【0022】
この状態から、入力ノード11へ矩形波状の入力信号SINを与えると、微分要素であるキャパシタ21および22によって、入力信号SINのレベル遷移時に生じた3(V)の電圧変動は、容量結合によって各ノード15〜17へ伝達される。
【0023】
入力信号SINがLレベルからHレベルへ遷移するときには、ノード15の電圧は反転電圧VTLから上昇する。これに応答して、P型トランジスタ31の通過電流が減少し、N型トランジスタ32の通過電流は増大する。すなわちP型トランジスタ31は抵抗値が減少し、トランジスタ32は抵抗値が増加する。
【0024】
これにより、ダイオード接続されたP型トランジスタ31およびN型トランジスタ32の抵抗比に依存するノード15の電圧は、反転電圧VTLから大幅に上昇する。この結果、インバータ40では、P型トランジスタ41がターンオフし、N型トランジスタ42がターンオンされて、出力信号SOUTは、低電圧VL(Lレベル)へ駆動される。
【0025】
反対に、入力信号SINがHレベルからLレベルに遷移したときには、ノード15の電圧は反転電圧VTLから下降する。これに応答して、N型トランジスタ32の通過電流が減少し、P型トランジスタ31の通過電流は増大する。これにより、ノード15の電圧は、反転電圧VTLから大幅に下降する。この結果、インバータ40では、P型トランジスタ41がターンオンし、N型トランジスタ42がターンオフされて、出力信号SOUTは、高電圧VH(Hレベル)へ駆動される。
【0026】
したがって、入力ノード11に生じる電圧変動(3(V))、すなわち入力信号SINの電圧振幅が、レベルシフタ回路10内のトランジスタ31,32,41,42のしきい値電圧(3.5(V))より小さくても、高電圧振幅の出力信号SOUTを駆動することができる。
【0027】
このように、薄膜トランジスタ(TFT)素子等の、比較的しきい値電圧が大きい電界効果型トランジスタを用いても、対応可能な入力電圧の電圧振幅の範囲が広いレベルシフタ回路を構成できるので、本願発明に従うレベルシフタ回路は、液晶パネルなどへの搭載に適している。
【0028】
入力信号SINがLレベルまたはHレベルに維持される期間では、一旦変化したノード15の電圧は、電圧調整部20の所定の時定数に応じて、当初の反転電圧VTLへ近づくように変化する。当該時定数は、ノード15に接続された全抵抗成分および全容量成分のRC積に依存する。このような時定数の好ましい設計手法については、後程詳細に説明する。
【0029】
このように、電圧調整部20は、入力ノード11の電圧変化を容量結合によってノード15へ伝達するとともに、ノード15の電圧が反転電圧VTLとは異なるときには、所定の時定数でノード15の電圧を反転電圧VTLへ近づける。
【0030】
図2および図3は、図1のレベルシフタ回路の動作を説明する動作波形図である。
【0031】
まず、図2には、入力信号SINの周波数が相対的に低い場合の動作波形図が示される。
【0032】
図2を参照して、入力信号SINがLレベル(VIL=0(V))からHレベル(VIH=3(V))に遷移すると、ノード15の電圧は、キャパシタ21および22による容量結合およびトランジスタ31および32のオン抵抗の変化によって、反転電圧VTL(4(V))から大きく上昇する。これに応答して、インバータ40は、出力信号SOUTを低電圧VL(−2(V))で駆動してLレベルへ設定する。
【0033】
その後、入力信号SINがHレベルを維持する期間においては、ノード15の電圧は、上述の時定数に応じて徐々に減衰し、反転電圧VTLへ収束していく。しかしながら、ノード15の電圧が反転電圧VTLに達すると、インバータ40ではP型トランジスタ41およびN型トランジスタ42に貫通電流が生じ、出力信号SOUTのレベルも不安定になってしまう。
【0034】
次に、入力信号SINがHレベル(VIH=3(V))からLレベル(VIL=0(V))に遷移すると、ノード15の電圧は、キャパシタ21および22による容量結合およびトランジスタ31および32のオン抵抗の変化によって、反転電圧VTL(4(V))から大きく下降する。これに応答して、インバータ40は、出力信号SOUTを高電圧VH(10(V))で駆動してHレベルへ設定する。
【0035】
これに対して、図3には、入力信号SINの周波数が比較的高い場合における動作が示される。
【0036】
図3を参照して、入力信号SINの周波数が高い場合には、入力信号SINのレベル遷移に応答してノード15の電圧が変化した後に、当該電圧が反転電圧VTLに近づく前に、入力信号の新たなレベル遷移が訪れる。したがって、ノード15の電圧が反転電圧VTLに近づくことなく、すなわちインバータ40の動作が不安定になることなく、入力信号SINを出力信号SOUTへレベル変換することができる。
【0037】
図2および図3の説明から理解されるように、本発明に従うレベルシフタ回路においては、入力信号SINの周期に応じて、ノード15の電圧変化の時定数を好ましい値に設計する必要がある。以下に、その手法について説明する。
【0038】
まず、ノード15に接続された全抵抗成分の抵抗値をRとし、全容量成分の容量値をCとし、両者の積をRCと表現する。ここで、抵抗成分Rには、図1に示された抵抗33および34の抵抗値に加えて、トランジスタ31および32のオン抵抗も含まれる。容量値Cには、キャパシタ21および22およびその他の寄生容量の容量値が含まれる。
【0039】
ここで、ノード15が入力信号SINのレベル遷移(LレベルからHレベルへ)に応答して高電圧VHに設定されたタイミングを起点として、当該起点からの経過時間をtとすると、時間t経過後におけるノード15の電圧VIN(t)は、下記(3)式で示される。
【0040】
VIN(t)=VH−(VH−VL)・exp(−t/RC)…(3)
一方、反転電圧VTLは、下記(4)式で示される。
【0041】
VTL=(VH+VL)/2 ・・・(4)
したがって、ノード15の電圧が減衰している期間に、後段のインバータ40の出力が反転しないためには、下記(5)式の条件を満たすことが必要となる。
【0042】
VIN(t)≧VTL
(VH−VL)・exp(−t/RC)≧(VH−VL)/2
exp(−t/RC)≧(1/2)・・・(5)
ここで、入力信号SINが周期Tの交流信号であるとすると、その半周期(T/2)の間に、上記(5)式が成立することが必要である。これより、下記(6)式が得られる。
【0043】
exp[−T/(2・RC)]≧(1/2) ・・・(6)
両辺の対数を取って、[−T/(2・RC)]≧−ln2より、(7)式が得られる。
【0044】
(T/2)≦RC・(ln2)
RC≧(T/2)/(ln2) ・・・(7)
したがって、ノード15に対して接続される全抵抗成分および全容量成分のRC積を、入力信号の周期に応じて(7)式に従って設計することにより、入力信号を安定的にレベル変換可能な本願発明に従うレベルシフタ回路を実現することができる。
【0045】
あるいは、図4に示されるレベルシフタ回路51のように、図1でのキャパシタ21,22および抵抗33,34をまとめて配置する構成とすることも可能である。
【0046】
具体的には、レベルシフタ回路51の電圧調整部20においては、P型トランジスタ31およびN型トランジスタ32の各ゲート、すなわちノード16および17は互いに接続される。さらに、キャパシタ23は、入力ノード11およびノード16,17の間に接続される。ノード16,17は、抵抗30を介してノード15と接続されている。
【0047】
レベルシフタ回路51のその他の部分の構成は、図1に示したレベルシフタ回路10と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。このような構成としても、実施の形態1に従うレベルシフタ回路10と同様のレベル変換動作を実現できる。
【0048】
[実施の形態2]
図5は、実施の形態2に従うレベルシフタ回路の構成例を示す回路図である。
【0049】
図5を参照して、実施の形態2に従うレベルシフタ回路55は、実施の形態1に従うレベルシフタ回路10(図1)と比較して、電圧調整部20に代えて電圧調整部20♯を備える点で異なる。
【0050】
電圧調整部20♯は、入力ノード11およびノード15の間に接続されるキャパシタ23と、電圧ノード13およびノード15の間に接続される抵抗35と、電圧ノード14およびノード15の間に接続される抵抗36とを含む。
【0051】
ノード15における、抵抗35および36による高電圧VHおよび低電圧VLの分圧レベルが、インバータ40の反転電圧VTLと一致するように、抵抗35および36の抵抗値は設計される。インバータを構成するP型トランジスタ41およびN型トランジスタ42のしきい値電圧を同等とする本実施の形態に従う構成では、抵抗35および36は等抵抗値に設計される。
【0052】
キャパシタ23は、入力ノード11に生じた、入力信号SINのレベル遷移による電圧変化を、容量結合によってノード15に伝達する。これに応答して、ノード15の電圧が反転電圧VTLから高電圧VH側あるいは低電圧VL側に変化することにより、インバータ40は、出力信号SOUTを低電圧VL(Lレベル)または高電圧VH(Hレベル)へ駆動する。
【0053】
したがって、入力信号SINの電圧振幅が、インバータ40を構成するP型トランジスタ41およびN型トランジスタ42のしきい値電圧の絶対値より小さくても、インバータ40の出力電圧を反転させて、高電圧振幅の出力信号SOUTを駆動することができる。
【0054】
なお、図5の構成においては、ノード15の電圧の時定数は、実施の形態1での説明と同様に、入力信号SINの周期に応じて、抵抗35,36およびキャパシタ23の抵抗値および容量値によって決定すればよい。
【0055】
ただし、実施の形態2に従うレベルシフタ回路55は、電圧調整部20の回路構成が簡易になる一方で、抵抗35および36の抵抗値によって軽減可能ではあるが、ノード15に常時貫通電流が生じてしまう。言い換えれば、実施の形態1に従うレベルシフタ回路10は、電圧ノード13および14の間にダイオード接続されたトランジスタ31および32を直列接続することによって、ノード15に生じる貫通電流を軽減することができる。
【0056】
したがって、実施の形態2に従うレベルシフタ回路55では、実施の形態1に従うレベルシフタ回路10と比較して、インバータ40にも貫通電流が生じ易くなる。この点に着目して、以下において、レベルシフタ回路55の好ましい動作条件について説明する。
【0057】
図6には、インバータ40の望ましい動作条件を説明するための一般的なCMOSインバータの動作波形図が示される。
【0058】
図6を参照して、横軸に示される入力電圧VINは、図5中のノード15の電圧に相当する。縦軸に示される出力電圧VOUTおよび出力電流IOUTは、図5中では、出力ノード12の電圧(すなわち出力信号SOUT)および出力ノード12に生じる貫通電流にそれぞれ相当する。
【0059】
既に説明したように、出力電圧VOUTは、入力電圧VINおよび反転電圧VTLの高低関係に応じて、高電圧VHおよび低電圧VLのいずれかに設定される。ただし、入力電圧VINが反転電圧VTL付近である場合には、出力電圧VOUTは、中間的な電圧となりインバータ動作が不安定となる。
【0060】
出力電流IOUTは、P型トランジスタ41およびN型トランジスタ42のしきい値電圧の絶対値をVTとすると、VIN<(VL+VT)およびVIN>(VH−VT)の範囲では、P型トランジスタおよびN型トランジスタが相補にオン・オフするため発生しない。
【0061】
しかし、(VL+VT)<VIN<(VH−VT)の範囲では、VIN=VTLのときに最大となる貫通電流が発生してしまう。
【0062】
したがって、入力信号SINの電圧振幅をΔViとすると、下記(8)および(9)式の条件で、インバータ40に貫通電流を発生させることなく、レベル変換を実行することができる。
【0063】
VTL−ΔVi<VL+VT…(8)
VTL+ΔVi>VH−VT…(9)
(8),(9)式にVTL=(VH+VL)/2を代入すると、下記(10)式が得られる。
【0064】
ΔVi>VTL−VL−VT=(VH−VL)/2−VT…(10)
一方、従来のレベルシフタ回路では、入力信号の電圧振幅は、トランジスタのしきい値電圧VTより大きいことが必要であったので、必要な入力電圧振幅ΔVi′とすると、ΔVi′は、下記(11)式で示される。
【0065】
ΔVi′>VT…(11)
したがって、(11)−(10)式、すなわちΔVi′−ΔViが、本発明のレベルシフタ回路よって対応可能となった、入力信号の電圧振幅の改善分となる。したがって、ΔVi−ΔV>0となるためには、下記(12)式が成立することが必要となる。
【0066】
ΔVi′−ΔV=2VT−(VH−VL)/2>0 …(12)
したがって、実施の形態2に従うレベルシフタ回路の好ましい動作条件として、下記(13)式が得られる。
【0067】
VT>(VH−VL)/4…(13)
すなわち、インバータを構成する電界効果型トランジスタのしきい値電圧の絶対値VTが、インバータの動作電圧である高電圧VHおよび低電圧VLの電圧差、すなわち、出力信号SOUTの電圧振幅の1/4よりも大きいときに、実施の形態2に従うレベルシフタ回路の適用の効果が大きい。
【0068】
たとえば、実施の形態1で示した電圧例を代入すると、図6において、VTL=4(V)であり、(VL+VT)=1.5(V)であり、(VH−VT)=6.5(V)である。したがって、入力信号の電圧振幅が、しきい値電圧の絶対値(3.5(V))よりも小さい3(V)であっても、インバータ40で貫通電流を発生させることなく、レベル変換を実行することができる。
【0069】
[実施の形態3]
図7は、実施の形態3に従うレベルシフタ回路の構成例を示す回路図である。
【0070】
図7を参照して、実施の形態3に従うレベルシフタ回路10♯は、実施の形態1に従うレベルシフタ回路10(図1)と比較して、電圧ノード13および14にそれぞれ対応して、高電圧VHおよび低電圧VLの供給を停止するためのP型トランジスタ61およびN型トランジスタ62がさらに設けられている点で異なる。
【0071】
P型トランジスタ61は、レベルシフタ回路10♯の動作時にLレベルに活性化されるイネーブル信号/ENをゲートに受けて、そのソースに高電圧VHの供給を受けて、そのドレインが電圧ノード13と電気的に接続される。同様に、N型トランジスタ62は、レベルシフタ回路10♯の動作時にHレベルに活性化されるイネーブル信号ENをゲートに受けて、そのソースに低電圧VLの供給を受けて、そのドレインが電圧ノード14と電気的に接続される。
【0072】
このような構成とすることにより、レベルシフタ回路10♯の非動作時において、電圧ノード13および14が高電圧VHおよび低電圧VLから電気的に切離されるので、電圧調整部20およびインバータ40に貫通電流が生じることを防止できる。この結果、当該非動作期間における消費電力の軽減を図ることができる。
【0073】
なお、同様の電圧供給停止用のトランジスタ61および62は、図4および図5にそれぞれ示したレベルシフタ回路51,55においても、電圧ノード13および14に対して同様に配置して、低消費電力化を図ることが可能である。
【0074】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0075】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレベルシフタ回路では、低電圧振幅の入力信号の電圧変動は、信号駆動部(インバータ)への入力電圧における反転電圧からの変化分として入力されるので、入力信号の電圧振幅が、レベルシフタ回路内の電界効果型トランジスタのしきい値電圧より小さくても、高電圧振幅の出力信号を駆動することができる。したがって、薄膜トランジスタ(TFT)素子等の、比較的しきい値電圧が大きい電界効果型トランジスタを用いても、対応可能な入力電圧の電圧振幅の範囲が広いレベルシフタ回路を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1に従うレベルシフタ回路の構成例を示す回路図である。
【図2】 図1のレベルシフタ回路の動作を説明する第1の動作波形図である。
【図3】 図1のレベルシフタ回路の動作を説明する第2の動作波形図である。
【図4】 実施の形態1のレベルシフタ回路の他の構成例を示す回路図である。
【図5】 実施の形態2に従うレベルシフタ回路の構成例を示す回路図である。
【図6】 インバータ部40の望ましい動作条件を説明する図である。
【図7】 実施の形態3に従うレベルシフタ回路の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
10,51,55 レベルシフタ回路、11 入力ノード、12 出力ノード、13,14 電圧ノード、15,16,17 ノード、20,20♯ 電圧調整部、21,22,23 キャパシタ、30,33,34,35,36 抵抗、31,41,61 P型トランジスタ、32,42,62 N型トランジスタ、EN,/EN イネーブル信号、SIN 入力信号、SOUT 出力信号、VH高電圧、VL 低電圧、VT しきい値電圧(絶対値)、VTL 反転電圧(インバータ)。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a level shifter circuit for converting the voltage level of a rectangular wave signal, and more particularly to a level shifter circuit including a field effect transistor having a relatively large threshold voltage.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor integrated circuit or the like, a level shifter circuit that converts a voltage level of a rectangular wave signal (pulse signal) is required to use a common signal among a plurality of functional blocks having different operating voltages. Generally, the level shifter circuit converts a low voltage amplitude input signal into a high voltage amplitude output signal. A conventional level shifter circuit generally has a configuration in which an output signal having a high voltage amplitude is obtained by a differential amplification operation using two field effect transistors each receiving a normal phase signal and a reverse phase signal of an input signal at the gate as input stages. (For example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2000-315943 A (FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a conventional level shifter circuit requires two systems of circuits that input the positive phase and the negative phase of the input signal, and thus causes problems such as an increase in the number of signal lines and an increase in circuit scale.
[0005]
Also, for differential amplification, the field effect transistor in the input stage must be turned on and off in a complementary manner, so that the input signal has a voltage amplitude smaller than the threshold voltage of the field effect transistor in the input stage. Can not respond. Therefore, when a level shifter circuit is configured using a field effect transistor whose threshold voltage inevitably increases, such as a thin film transistor (TFT) element used in a liquid crystal panel or the like, a low voltage amplitude is required. It becomes difficult to level-convert the input signal.
[0006]
The present invention has been made to solve such problems, and the object of the present invention is to apply a field effect transistor having a small circuit scale and a relatively large threshold voltage. The present invention relates to a configuration of a level shifter circuit capable of level-converting an input signal having a low voltage amplitude.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the level shifter circuit according to the present invention, the voltage of the input node that receives the rectangular wave input signal, the output node that outputs the output signal obtained by converting the voltage amplitude of the input signal, and the voltage of the first internal node are determined from the predetermined inversion voltage. When the output signal is high and low, a signal driver for driving the output signal with one of a different high voltage and low voltage, a voltage change of the input node are transmitted to the first internal node, and the first And a voltage adjusting unit that brings the voltage of the first internal node closer to the inverted voltage with a predetermined time constant when the internal node is different from the inverted voltage.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol in the following shall show the same or an equivalent part.
[0009]
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a level shifter circuit according to the first embodiment of the present invention.
[0010]
Referring to FIG. 1, a level shifter circuit 10 according to the first embodiment of the present invention includes an input node 11 to which a rectangular wave input signal SIN is input, and a rectangular wave output signal SOUT obtained by converting the level of the input signal SIN. An output node 12 to be output, a voltage adjusting unit 20 constituting an input stage, and an inverter 40 provided as a signal driving unit are provided.
[0011]
The logic low level (hereinafter also simply referred to as “L level”) of the input signal SIN is set to the voltage VIL, and the logic high level (hereinafter also simply referred to as “H level”) is set to the voltage VIH. .
[0012]
Voltage adjusting unit 20 includes capacitors 21 and 22, P-type transistor 31, N-type transistor 32, and resistors 33 and 34. Capacitor 21 is connected between input node 11 and node 16, and capacitor 22 is connected between input node 11 and node 17. Resistor 33 is electrically connected between nodes 15 and 16, and resistor 34 is electrically connected between nodes 15 and 17.
[0013]
P-type transistor 31 and N-type transistor 32 are each diode-connected and connected in series between voltage node 13 for supplying high voltage VH and voltage node 14 for supplying low voltage VL. The drains of P-type transistor 31 and N-type transistor 32 connected to each other are electrically connected to node 15.
[0014]
Specifically, P-type transistor 31 has a source electrically connected to voltage node 13, a drain electrically connected to node 15, and a gate electrically connected to node 16. N-type transistor 32 has a source electrically connected to voltage node 14, a drain electrically connected to node 15, and a gate electrically connected to node 17.
[0015]
Inverter 40 has a CMOS inverter configuration and includes a P-type transistor 41 and an N-type transistor 42 that are turned on and off in a complementary manner in accordance with the voltage at node 15. P-type transistor 41 has a source electrically connected to voltage node 13 and a gate electrically connected to node 15. N-type transistor 42 has a source electrically connected to voltage node 14, and a gate electrically connected to node 15. The drains of P-type transistor 41 and N-type transistor 42 are electrically connected to output node 12.
[0016]
P-type transistors 31 and 41 and N-type transistors 32 and 42 are field effect transistors, but a transistor having a relatively large threshold voltage, for example, a TFT element is applied.
[0017]
As is generally known, the output voltage of the inverter 40, that is, the voltage level of the output signal SOUT depends on whether the voltage at the node 15 is higher or lower than the inverted voltage VTL expressed by the following equation (1). Inverted.
[0018]
VTL = (VH−VTN + VTP + VL) / 2 (1)
In the equation (1), VTN represents the threshold voltage of the N-type transistor 41, and VTP represents the threshold voltage of the P-type transistor. Hereinafter, in this embodiment, it is assumed that | VTN | = | VTP | = VT. Under this condition, the inversion voltage VTL is given by the following equation (2).
[0019]
VTL = (VH + VL) / 2 (2)
Therefore, when the voltage of the node 15 is VIN, the inverter 40 drives the output signal SOUT with the high voltage VH when VIN <VTL, and as a signal driver that drives the output signal SOUT with the low voltage VL when VIN> VTL. Operate. The high voltage VH and the low voltage VL are determined corresponding to the voltage amplitude required for the output signal SOUT. The voltage amplitude (VH−VL) of the output signal is larger than the voltage amplitude (VIH−VIL) of the input signal SIN.
[0020]
Next, the operation of the level shifter circuit shown in FIG. 1 will be described. For example, in the following, the input signal has a voltage amplitude of 0 to 3 (V) (that is, VIL = 0 (V), VIH = 3 (V)), and the output signal SOUT has a voltage amplitude of −2 to 10 (V). (Ie, VH = 10 (V), VL = −2 (V)).
[0021]
When the voltage at the input node 11 is constant, that is, when a DC voltage is applied, the voltage at the node 15 is set to a constant voltage depending on the characteristics of the P-type transistor 31 and the N-type transistor 32, particularly the threshold voltage. Converge. The constant voltage is designed at the same level as the inverted voltage of the inverter 40. For example, by making the characteristics and transistor sizes of the P-type transistor 31 and the N-type transistor 32 equal, the voltage adjusting unit 20 changes the node 15 to (VH + VL) / 2, that is, the inverted voltage VTL shown in the equation (2). Can be converged to. Under the above voltage condition, VTL = 4 (V).
[0022]
When a rectangular wave input signal SIN is applied to the input node 11 from this state, the voltage variation of 3 (V) generated at the time of the level transition of the input signal SIN by the capacitors 21 and 22 as differential elements is caused by capacitive coupling. It is transmitted to the nodes 15-17.
[0023]
When the input signal SIN transitions from the L level to the H level, the voltage at the node 15 rises from the inverted voltage VTL. In response to this, the passing current of the P-type transistor 31 decreases and the passing current of the N-type transistor 32 increases. That is, the resistance value of the P-type transistor 31 decreases, and the resistance value of the transistor 32 increases.
[0024]
As a result, the voltage at node 15 that depends on the resistance ratio of diode-connected P-type transistor 31 and N-type transistor 32 rises significantly from inverted voltage VTL. As a result, in the inverter 40, the P-type transistor 41 is turned off, the N-type transistor 42 is turned on, and the output signal SOUT is driven to the low voltage VL (L level).
[0025]
Conversely, when the input signal SIN transitions from the H level to the L level, the voltage at the node 15 drops from the inverted voltage VTL. In response to this, the passing current of the N-type transistor 32 decreases and the passing current of the P-type transistor 31 increases. As a result, the voltage at the node 15 drops significantly from the inverted voltage VTL. As a result, in the inverter 40, the P-type transistor 41 is turned on, the N-type transistor 42 is turned off, and the output signal SOUT is driven to the high voltage VH (H level).
[0026]
Therefore, the voltage fluctuation (3 (V)) generated at the input node 11, that is, the voltage amplitude of the input signal SIN is the threshold voltage (3.5 (V)) of the transistors 31, 32, 41 and 42 in the level shifter circuit 10. ), The output signal SOUT having a high voltage amplitude can be driven.
[0027]
Thus, even if a field effect transistor having a relatively large threshold voltage, such as a thin film transistor (TFT) element, is used, a level shifter circuit having a wide range of voltage amplitude of input voltage that can be handled can be configured. The level shifter circuit according to the above is suitable for mounting on a liquid crystal panel or the like.
[0028]
In a period in which the input signal SIN is maintained at the L level or the H level, the voltage of the node 15 that has changed once changes so as to approach the original inverted voltage VTL according to a predetermined time constant of the voltage adjustment unit 20. The time constant depends on the RC product of all resistance components and all capacitance components connected to the node 15. A preferable design method for such a time constant will be described in detail later.
[0029]
As described above, the voltage adjusting unit 20 transmits the voltage change of the input node 11 to the node 15 by capacitive coupling, and when the voltage of the node 15 is different from the inverted voltage VTL, the voltage of the node 15 is set with a predetermined time constant. It approaches the inversion voltage VTL.
[0030]
2 and 3 are operation waveform diagrams for explaining the operation of the level shifter circuit of FIG.
[0031]
First, FIG. 2 shows an operation waveform diagram when the frequency of the input signal SIN is relatively low.
[0032]
Referring to FIG. 2, when the input signal SIN transitions from the L level (VIL = 0 (V)) to the H level (VIH = 3 (V)), the voltage at the node 15 becomes capacitive coupling by the capacitors 21 and 22 and Due to the change in the on-resistance of the transistors 31 and 32, the inverted voltage VTL (4 (V)) increases significantly. In response to this, the inverter 40 drives the output signal SOUT with the low voltage VL (−2 (V)) and sets it to the L level.
[0033]
Thereafter, during a period in which the input signal SIN is maintained at the H level, the voltage of the node 15 gradually attenuates according to the time constant described above and converges to the inverted voltage VTL. However, when the voltage at the node 15 reaches the inverted voltage VTL, a through current is generated in the P-type transistor 41 and the N-type transistor 42 in the inverter 40, and the level of the output signal SOUT becomes unstable.
[0034]
Next, when the input signal SIN transitions from the H level (VIH = 3 (V)) to the L level (VIL = 0 (V)), the voltage at the node 15 is capacitively coupled by the capacitors 21 and 22 and the transistors 31 and 32. Due to the change in the ON resistance, the voltage drops greatly from the inversion voltage VTL (4 (V)). In response to this, the inverter 40 drives the output signal SOUT with the high voltage VH (10 (V)) and sets it to the H level.
[0035]
On the other hand, FIG. 3 shows an operation when the frequency of the input signal SIN is relatively high.
[0036]
Referring to FIG. 3, when the frequency of input signal SIN is high, after the voltage at node 15 changes in response to the level transition of input signal SIN, before the voltage approaches the inverted voltage VTL, the input signal A new level transition will come. Therefore, the level of the input signal SIN can be converted to the output signal SOUT without causing the voltage at the node 15 to approach the inverted voltage VTL, that is, without causing the operation of the inverter 40 to become unstable.
[0037]
As understood from the description of FIGS. 2 and 3, in the level shifter circuit according to the present invention, it is necessary to design the time constant of the voltage change of the node 15 to a preferable value according to the cycle of the input signal SIN. The method will be described below.
[0038]
First, the resistance value of all resistance components connected to the node 15 is R, the capacitance value of all capacitance components is C, and the product of both is expressed as RC. Here, the resistance component R includes the on-resistances of the transistors 31 and 32 in addition to the resistance values of the resistors 33 and 34 shown in FIG. The capacitance value C includes the capacitance values of the capacitors 21 and 22 and other parasitic capacitances.
[0039]
Here, assuming that the elapsed time from the starting point is t, starting from the timing when the node 15 is set to the high voltage VH in response to the level transition (from the L level to the H level) of the input signal SIN, the time t has elapsed. The voltage VIN (t) at the later node 15 is expressed by the following equation (3).
[0040]
VIN (t) = VH− (VH−VL) · exp (−t / RC) (3)
On the other hand, the inverted voltage VTL is expressed by the following equation (4).
[0041]
VTL = (VH + VL) / 2 (4)
Therefore, in order for the output of the subsequent inverter 40 not to be inverted during the period when the voltage at the node 15 is attenuated, it is necessary to satisfy the condition of the following equation (5).
[0042]
VIN (t) ≧ VTL
(VH−VL) · exp (−t / RC) ≧ (VH−VL) / 2
exp (−t / RC) ≧ (1/2) (5)
Here, if the input signal SIN is an AC signal having a period T, the above equation (5) needs to be established during the half period (T / 2). Thus, the following formula (6) is obtained.
[0043]
exp [−T / (2 · RC)] ≧ (1/2) (6)
Taking the logarithm of both sides, the equation (7) is obtained from [−T / (2 · RC)] ≧ −ln2.
[0044]
(T / 2) ≦ RC · (ln2)
RC ≧ (T / 2) / (ln2) (7)
Therefore, the present application can stably convert the level of the input signal by designing the RC product of all the resistance components and all the capacitance components connected to the node 15 according to the equation (7) according to the period of the input signal. A level shifter circuit according to the invention can be realized.
[0045]
Alternatively, as in the level shifter circuit 51 shown in FIG. 4, the capacitors 21 and 22 and the resistors 33 and 34 in FIG.
[0046]
Specifically, in voltage adjustment unit 20 of level shifter circuit 51, the gates of P-type transistor 31 and N-type transistor 32, that is, nodes 16 and 17, are connected to each other. Further, capacitor 23 is connected between input node 11 and nodes 16 and 17. Nodes 16 and 17 are connected to node 15 via resistor 30.
[0047]
Since the configuration of other parts of level shifter circuit 51 is the same as that of level shifter circuit 10 shown in FIG. 1, detailed description will not be repeated. Even with such a configuration, a level conversion operation similar to that of the level shifter circuit 10 according to the first embodiment can be realized.
[0048]
[Embodiment 2]
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of the level shifter circuit according to the second embodiment.
[0049]
Referring to FIG. 5, level shifter circuit 55 according to the second embodiment has a voltage adjustment unit 20 # in place of voltage adjustment unit 20 as compared with level shifter circuit 10 (FIG. 1) according to the first embodiment. Different.
[0050]
Voltage adjusting unit 20 # is connected between capacitor 23 connected between input node 11 and node 15, resistor 35 connected between voltage node 13 and node 15, and connected between voltage node 14 and node 15. And a resistor 36.
[0051]
The resistance values of the resistors 35 and 36 are designed so that the divided voltage levels of the high voltage VH and the low voltage VL at the node 15 coincide with the inverted voltage VTL of the inverter 40. In the configuration according to the present embodiment in which the threshold voltages of P-type transistor 41 and N-type transistor 42 constituting the inverter are made equal, resistors 35 and 36 are designed to have equal resistance values.
[0052]
Capacitor 23 transmits the voltage change caused by the level transition of input signal SIN generated at input node 11 to node 15 by capacitive coupling. In response to this, the voltage at the node 15 changes from the inverted voltage VTL to the high voltage VH side or the low voltage VL side, whereby the inverter 40 changes the output signal SOUT to the low voltage VL (L level) or the high voltage VH ( To H level).
[0053]
Therefore, even if the voltage amplitude of the input signal SIN is smaller than the absolute value of the threshold voltage of the P-type transistor 41 and the N-type transistor 42 constituting the inverter 40, the output voltage of the inverter 40 is inverted and the high voltage amplitude Output signal SOUT can be driven.
[0054]
In the configuration of FIG. 5, the time constant of the voltage of the node 15 is the resistance value and capacitance of the resistors 35 and 36 and the capacitor 23 according to the cycle of the input signal SIN, as in the description in the first embodiment. What is necessary is just to determine by a value.
[0055]
However, in the level shifter circuit 55 according to the second embodiment, while the circuit configuration of the voltage adjustment unit 20 is simplified, the level adjustment circuit 55 can be reduced by the resistance values of the resistors 35 and 36, but a through current is always generated at the node 15. . In other words, level shifter circuit 10 according to the first embodiment can reduce the through current generated at node 15 by connecting transistors 31 and 32 that are diode-connected between voltage nodes 13 and 14 in series.
[0056]
Therefore, in level shifter circuit 55 according to the second embodiment, through current is also likely to be generated in inverter 40 as compared with level shifter circuit 10 according to the first embodiment. Focusing on this point, preferable operating conditions of the level shifter circuit 55 will be described below.
[0057]
FIG. 6 shows an operation waveform diagram of a general CMOS inverter for explaining desirable operation conditions of the inverter 40.
[0058]
Referring to FIG. 6, input voltage VIN shown on the horizontal axis corresponds to the voltage at node 15 in FIG. The output voltage VOUT and the output current IOUT shown on the vertical axis respectively correspond to the voltage at the output node 12 (that is, the output signal SOUT) and the through current generated at the output node 12 in FIG.
[0059]
As described above, the output voltage VOUT is set to either the high voltage VH or the low voltage VL according to the level relationship between the input voltage VIN and the inverted voltage VTL. However, when the input voltage VIN is near the inversion voltage VTL, the output voltage VOUT becomes an intermediate voltage and the inverter operation becomes unstable.
[0060]
When the absolute value of the threshold voltage of the P-type transistor 41 and the N-type transistor 42 is VT, the output current IOUT is a P-type transistor and an N-type in the range of VIN <(VL + VT) and VIN> (VH−VT). It does not occur because the transistors are complementarily turned on and off.
[0061]
However, in the range of (VL + VT) <VIN <(VH−VT), a maximum through current is generated when VIN = VTL.
[0062]
Therefore, if the voltage amplitude of the input signal SIN is ΔVi, level conversion can be executed without causing the inverter 40 to generate a through current under the conditions of the following equations (8) and (9).
[0063]
VTL−ΔVi <VL + VT (8)
VTL + ΔVi> VH−VT (9)
Substituting VTL = (VH + VL) / 2 into the equations (8) and (9), the following equation (10) is obtained.
[0064]
ΔVi> VTL−VL−VT = (VH−VL) / 2−VT (10)
On the other hand, in the conventional level shifter circuit, since the voltage amplitude of the input signal needs to be larger than the threshold voltage VT of the transistor, if the required input voltage amplitude ΔVi ′ is assumed, ΔVi ′ is expressed by the following (11). It is shown by the formula.
[0065]
ΔVi ′> VT (11)
Therefore, the expression (11)-(10), that is, ΔVi′−ΔVi is an improvement in the voltage amplitude of the input signal that can be handled by the level shifter circuit of the present invention. Therefore, in order to satisfy ΔVi−ΔV> 0, it is necessary to satisfy the following expression (12).
[0066]
ΔVi′−ΔV = 2VT− (VH−VL) / 2> 0 (12)
Therefore, the following equation (13) is obtained as a preferable operating condition of the level shifter circuit according to the second embodiment.
[0067]
VT> (VH−VL) / 4 (13)
That is, the absolute value VT of the threshold voltage of the field effect transistor constituting the inverter is a voltage difference between the high voltage VH and the low voltage VL that are the operating voltages of the inverter, that is, ¼ of the voltage amplitude of the output signal SOUT. Is larger, the effect of applying the level shifter circuit according to the second embodiment is large.
[0068]
For example, when the voltage example shown in the first embodiment is substituted, in FIG. 6, VTL = 4 (V), (VL + VT) = 1.5 (V), and (VH−VT) = 6.5. (V). Therefore, even if the voltage amplitude of the input signal is 3 (V), which is smaller than the absolute value (3.5 (V)) of the threshold voltage, level conversion can be performed without generating a through current in the inverter 40. Can be executed.
[0069]
[Embodiment 3]
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration example of the level shifter circuit according to the third embodiment.
[0070]
Referring to FIG. 7, level shifter circuit 10 # according to the third embodiment corresponds to voltage nodes 13 and 14 corresponding to voltage nodes 13 and 14, respectively, as compared with level shifter circuit 10 (FIG. 1) according to the first embodiment. The difference is that a P-type transistor 61 and an N-type transistor 62 for stopping the supply of the low voltage VL are further provided.
[0071]
P-type transistor 61 receives at its gate an enable signal / EN that is activated to L level during operation of level shifter circuit 10 #, receives supply of high voltage VH at its source, and has its drain electrically connected to voltage node 13. Connected. Similarly, N-type transistor 62 receives at its gate an enable signal EN that is activated to H level during operation of level shifter circuit 10 #, receives supply of low voltage VL at its source, and has its drain at voltage node 14 And electrically connected.
[0072]
By adopting such a configuration, voltage nodes 13 and 14 are electrically disconnected from high voltage VH and low voltage VL when level shifter circuit 10 # is not operating. Current can be prevented from being generated. As a result, power consumption during the non-operation period can be reduced.
[0073]
Similar voltage supply stopping transistors 61 and 62 are also arranged in the same manner with respect to voltage nodes 13 and 14 in level shifter circuits 51 and 55 shown in FIGS. 4 and 5, respectively, to reduce power consumption. Can be achieved.
[0074]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0075]
【The invention's effect】
As described above, in the level shifter circuit of the present invention, the voltage fluctuation of the low voltage amplitude input signal is input as a change from the inverted voltage in the input voltage to the signal driver (inverter). Even if the voltage amplitude is smaller than the threshold voltage of the field effect transistor in the level shifter circuit, an output signal having a high voltage amplitude can be driven. Therefore, even if a field effect transistor having a relatively large threshold voltage, such as a thin film transistor (TFT) element, is used, a level shifter circuit having a wide range of voltage amplitude of the input voltage that can be handled can be configured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a level shifter circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a first operation waveform diagram for explaining the operation of the level shifter circuit of FIG. 1;
FIG. 3 is a second operation waveform diagram for explaining the operation of the level shifter circuit of FIG. 1;
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating another configuration example of the level shifter circuit according to the first embodiment;
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of a level shifter circuit according to a second embodiment.
FIG. 6 is a diagram for explaining desirable operating conditions of the inverter unit 40;
7 is a circuit diagram showing a configuration example of a level shifter circuit according to a third embodiment. FIG.
[Explanation of symbols]
10, 51, 55 level shifter circuit, 11 input node, 12 output node, 13, 14 voltage node, 15, 16, 17 node, 20, 20 # voltage adjustment unit, 21, 22, 23 capacitor, 30, 33, 34, 35, 36 Resistance, 31, 41, 61 P-type transistor, 32, 42, 62 N-type transistor, EN, / EN enable signal, SIN input signal, SOUT output signal, VH high voltage, VL low voltage, VT threshold Voltage (absolute value), VTL Inversion voltage (inverter).

Claims (7)

矩形波状の入力信号を受ける入力ノードと、
前記入力信号の電圧振幅が変換された出力信号が出力される出力ノードと、
第1の内部ノードの電圧が所定の反転電圧よりも高いときおよび低いときのそれぞれにおいて、前記出力信号を高電圧および低電圧の異なる一方ずつで駆動するための信号駆動部と、
前記入力ノードの電圧変化を前記第1の内部ノードへ伝達するとともに、前記第1の内部ノードが前記反転電圧と異なるときには前記第1の内部ノードの電圧を前記反転電圧へ所定の時定数で近づける電圧調整部とを備え、
前記信号駆動部は、
前記高電圧の供給を受ける第1の電圧ノードと電気的に接続されたソース、前記出力ノードと電気的に接続されたドレイン、および前記第1の内部ノードと電気的に接続されたゲートを有する第1のP型トランジスタと、
前記低電圧の供給を受ける第2の電圧ノードと電気的に接続されたソース、前記出力ノードと電気的に接続されたドレイン、および前記第1の内部ノードと電気的に接続されたゲートを有する第1のN型トランジスタとを含み、
前記電圧調整部は、
前記入力ノードおよび第2の内部ノードの間に接続された第1のキャパシタと、
前記入力ノードおよび第3の内部ノードの間に接続された第2のキャパシタと、
前記第1の電圧ノードと電気的に接続されたソース、前記第1の内部ノードと電気的に接続されたドレイン、および前記第2の内部ノードと電気的に接続されたゲートとを有する第2のP型トランジスタと、
前記第2の電圧ノードと電気的に接続されたソース、前記第1の内部ノードと電気的に接続されたドレイン、および前記第3の内部ノードと電気的に接続されたゲートとを有する第2のN型トランジスタと、
前記第1および第2の内部ノードの間に接続される第1の抵抗と、
前記第1および第3の内部ノードの間に接続される第2の抵抗とを含む、レベルシフタ回路。
An input node for receiving a rectangular wave input signal;
An output node that outputs an output signal obtained by converting the voltage amplitude of the input signal;
A signal driver for driving the output signal with a different one of a high voltage and a low voltage, respectively, when the voltage of the first internal node is higher and lower than a predetermined inversion voltage;
The voltage change of the input node is transmitted to the first internal node, and when the first internal node is different from the inverted voltage, the voltage of the first internal node is brought close to the inverted voltage with a predetermined time constant. A voltage regulator,
The signal driver is
A source electrically connected to the first voltage node receiving the supply of the high voltage; a drain electrically connected to the output node; and a gate electrically connected to the first internal node. A first P-type transistor;
A source electrically connected to a second voltage node receiving the low voltage supply; a drain electrically connected to the output node; and a gate electrically connected to the first internal node. A first N-type transistor,
The voltage regulator is
A first capacitor connected between the input node and a second internal node;
A second capacitor connected between the input node and a third internal node;
A second having a source electrically connected to the first voltage node; a drain electrically connected to the first internal node; and a gate electrically connected to the second internal node. P-type transistors of
A second source having a source electrically connected to the second voltage node, a drain electrically connected to the first internal node, and a gate electrically connected to the third internal node; N-type transistors of
A first resistor connected between the first and second internal nodes;
A level shifter circuit including a second resistor connected between the first and third internal nodes .
矩形波状の入力信号を受ける入力ノードと、
前記入力信号の電圧振幅が変換された出力信号が出力される出力ノードと、
第1の内部ノードの電圧が所定の反転電圧よりも高いときおよび低いときのそれぞれにおいて、前記出力信号を高電圧および低電圧の異なる一方ずつで駆動するための信号駆動部と、
前記入力ノードの電圧変化を前記第1の内部ノードへ伝達するとともに、前記第1の内部ノードが前記反転電圧と異なるときには前記第1の内部ノードの電圧を前記反転電圧へ所定の時定数で近づける電圧調整部とを備え、
前記信号駆動部は、
前記高電圧の供給を受ける第1の電圧ノードと電気的に接続されたソース、前記出力ノードと電気的に接続されたドレイン、および前記第1の内部ノードと電気的に接続されたゲートを有する第1のP型トランジスタと、
前記低電圧の供給を受ける第2の電圧ノードと電気的に接続されたソース、前記出力ノードと電気的に接続されたドレイン、および前記第1の内部ノードと電気的に接続されたゲートを有する第1のN型トランジスタとを含み、
前記電圧調整部は、
前記入力ノードおよび第2の内部ノードの間に接続されたキャパシタと、
前記第1の電圧ノードと電気的に接続されたソース、前記第1の内部ノードと電気的に接続されたドレイン、および前記第2の内部ノードと電気的に接続されたゲートを有する第2のP型トランジスタと、
前記第2の電圧ノードと電気的に接続されたソース、前記第1の内部ノードと電気的に接続されたドレイン、および前記第2の内部ノードと電気的に接続されたゲートを有する第2のN型トランジスタと、
前記第1および第2の内部ノードの間に接続される抵抗とを含む、レベルシフタ回路。
An input node for receiving a rectangular wave input signal;
An output node that outputs an output signal obtained by converting the voltage amplitude of the input signal;
A signal driver for driving the output signal with a different one of a high voltage and a low voltage, respectively, when the voltage of the first internal node is higher and lower than a predetermined inversion voltage;
The voltage change of the input node is transmitted to the first internal node, and when the first internal node is different from the inverted voltage, the voltage of the first internal node is brought close to the inverted voltage with a predetermined time constant. A voltage regulator,
The signal driver is
A source electrically connected to the first voltage node receiving the supply of the high voltage; a drain electrically connected to the output node; and a gate electrically connected to the first internal node. A first P-type transistor;
A source electrically connected to a second voltage node receiving the low voltage supply; a drain electrically connected to the output node; and a gate electrically connected to the first internal node. A first N-type transistor,
The voltage regulator is
A capacitor connected between the input node and a second internal node;
A second source having a source electrically connected to the first voltage node, a drain electrically connected to the first internal node, and a gate electrically connected to the second internal node; A P-type transistor;
A second source having a source electrically connected to the second voltage node, a drain electrically connected to the first internal node, and a gate electrically connected to the second internal node; An N-type transistor;
Including a resistor and connected between said first and second internal nodes, Les Berushifuta circuit.
前記入力信号の電圧振幅は、前記第2のP型およびN型トランジスタの各々のしきい値電圧の絶対値より小さい、請求項1または2に記載のレベルシフタ回路。 3. The level shifter circuit according to claim 1, wherein a voltage amplitude of the input signal is smaller than an absolute value of a threshold voltage of each of the second P-type and N-type transistors. 前記レベルシフタ回路の非動作時において、前記第1の電圧ノードへの前記高電圧の供給と、前記第2の電圧ノードへの前記低電圧の供給とを停止する電圧供給停止部をさらに備える、請求項1または2に記載のレベルシフタ回路。And a voltage supply stop unit that stops the supply of the high voltage to the first voltage node and the supply of the low voltage to the second voltage node when the level shifter circuit is not operating. Item 3. The level shifter circuit according to Item 1 or 2 . 前記電圧調整部において前記時定数は、内部ノードに対して接続された全抵抗成分の抵抗値および全容量成分の容量値の積RCの設計によって、前記入力信号のレベル遷移に応答して変化した前記内部ノードの電圧が、前記入力信号のレベルが反転するまでの間に、前記信号駆動部の反転電圧に到達しないように定められる、請求項1または2に記載のレベルシフタ回路。In the voltage adjusting unit, the time constant is changed in response to the level transition of the input signal by designing the product RC of the resistance value of all resistance components connected to the internal node and the capacitance value of all capacitance components. 3. The level shifter circuit according to claim 1, wherein the voltage of the internal node is determined so as not to reach an inverted voltage of the signal driver until the level of the input signal is inverted. 前記積RCは、前記入力信号のレベルが反転するまでの期間を(T/2)とすると、
RC≧(T/2)・(1/ln2)を満足するように設計される、請求項記載のレベルシフタ回路。
If the period until the level of the input signal is inverted is (T / 2), the product RC is
The level shifter circuit according to claim 5 , wherein the level shifter circuit is designed to satisfy RC ≧ (T / 2) · (1 / ln2).
前記第1および第2のP型トランジスタならびにN型トランジスタは、薄膜トランジスタで構成される、請求項1または2に記載のレベルシフタ回路。 3. The level shifter circuit according to claim 1, wherein the first and second P-type transistors and the N-type transistor are formed of thin film transistors. 4.
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