JP3999460B2 - レベルシフト回路及び半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、低電源電圧側の信号を高電源電圧側へ伝達するレベルシフト回路及び半導体装置に関するものである。
【0002】
近年、半導体集積回路装置の多機能化に伴う低電源電圧化及び複数電源化により、レベルシフト回路は、半導体装置のインターフェース回路として用いられている。
【0003】
【従来の技術】
図4は、従来のレベルシフト回路を示す回路図である。
レベルシフト回路50は、第1の電源VD1と第2の電源VD2が接続され、第1の電源VD1レベルの入力信号INを第2の電源VD2レベルの出力信号OUTにレベル変換する。第1の電源VD1の電圧は第2の電源VD2のそれよりも低く設定され、例えば第1の電源VD1の電圧が1.0V(ボルト)に設定され、第2の電源VD2の電圧が3.0Vに設定されている。
【0004】
レベルシフト回路50は、入力回路51とシフト回路52とから構成される。入力回路51は、第1の電源VD1と第3の電源(グランドGND)との間に接続され、nMOSトランジスタQ34とpMOSトランジスタQ35とからなるインバータ回路を含み、そのインバータ回路により、入力信号INを反転した信号/INをシフト回路52に出力する。シフト回路52には入力信号INが供給され、両信号IN,/INに応答して出力信号OUTを出力する。
【0005】
シフト回路52は、2個のnMOSトランジスタQ36,Q37と、2個のpMOSトランジスタQ38,Q39とから構成される。
第1のnMOSトランジスタQ36はそのゲートに反転信号/INが供給され、第2のnMOSトランジスタQ37はそのゲートに入力信号INが供給される。つまり、各nMOSトランジスタQ36,Q37のゲートには、互いに反転した信号が入力される。また、各nMOSトランジスタQ36,Q37のソースは、グランドGNDに接続され、ドレインはそれぞれpMOSトランジスタQ38,Q39のドレインに接続される。
【0006】
第1のpMOSトランジスタQ38のゲートは第2のpMOSトランジスタQ39のドレインに接続され、第2のpMOSトランジスタQ39のゲートは第1のpMOSトランジスタQ38のドレインに接続される。各pMOSトランジスタQ38,Q39のソースは、第2の電源VD2に接続される。
【0007】
上記のように構成されたレベルシフト回路50は、Hレベルの入力信号INに応答して第1のnMOSトランジスタQ36をオフ状態、第2のnMOSトランジスタQ37をオン状態にする。このため、第1のpMOSトランジスタQ38はオン状態、第2のpMOSトランジスタQ39はオフ状態となる。従って、レベルシフト回路50は、Hレベル(第2の電源VD2レベル)の出力信号OUTを出力する。
【0008】
一方、レベルシフト回路50は、Lレベルの入力信号INに応答して第1のnMOSトランジスタQ36をオン状態、第2のnMOSトランジスタQ37をオフ状態にする。このため、第1のpMOSトランジスタQ38はオフ状態、第2のpMOSトランジスタQ39はオン状態となる。従って、レベルシフト回路50は、Lレベル(グランドGNDレベル)の出力信号OUTを出力する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、レベルシフト回路50は、第1及び第2のnMOSトランジスタQ36,Q37が入力信号INに応答してオンオフしなければならない。この動作のために第1及び第2のnMOSトランジスタQ36,Q37は素子耐圧の低いトランジスタで構成され、それらトランジスタQ36,Q37のしきい値電圧を入力信号INのレベルに対応させている。
【0010】
図5は、素子耐圧の異なる2つのトランジスタにおけるゲート−ソース間電圧VGSとドレイン電流IDとの関係を示すグラフである。図中、曲線Aは素子耐圧の低いトランジスタ(低耐圧素子)を示し、曲線Bは素子耐圧の高いトランジスタ(高耐圧素子)を示す。
【0011】
即ち、図5に曲線A及び曲線Bで示すように、低耐圧素子がオン状態となる閾値電圧は、高耐圧素子がオン状態となる閾値電圧に比べて約1/2となる。従って、上述した従来例において、第1及び第2のnMOSトランジスタQ36,Q37を低耐圧素子で構成した場合、高耐圧素子で構成した場合に比べてレベルシフト回路の出力信号をより低いゲート−ソース間電圧で該nMOSトランジスタQ36,Q37をオンオフさせることが可能となる。
【0012】
しかし、上述した従来例において、第1のnMOSトランジスタQ36のドレインには、オンした第1のpMOSトランジスタQ38を介して第2の電源VD2の電圧が供給される。この第2の電源VD2の電圧により第1のnMOSトランジスタQ36のソース−ドレイン間電圧が素子の耐圧を越えてしまうため、その電圧により第1のnMOSトランジスタQ36が破壊される問題があった。尚、第2のnMOSトランジスタQ37についても同様の問題があった。
【0013】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は、低耐圧素子にて構成されるトランジスタの破壊を防ぐことを可能にしたレベルシフト回路を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明によれば、電圧発生回路は、第5及び第6のトランジスタに第2の電圧源に基づいて生成したゲート電圧を供給する。そして、第1及び第2のトランジスタのソースードレイン間電圧は、それらトランジスタの耐圧よりも低くなるように制御される。また、電圧発生回路は、直列接続される複数のトランジスタにより第2の電圧源の電圧と第3の電圧源の電圧との差電圧を分圧して生成したゲート電圧を第5及び第6のトランジスタに供給する。そして、電圧発生回路は、第1及び第2のトランジスタに印加される第2の電圧源からの電圧を制限して、それらトランジスタの耐圧よりも低いソースードレイン間電圧に制御する。
請求項2に記載の発明によれば、保護回路は、電圧発生回路の出力電圧が予め定めたゲート電圧となるまで、第5及び第6のトランジスタのゲートを第1の電圧源に短絡させる。
【0015】
請求項3に記載の発明によれば、請求項2に記載の発明の作用に加えて、電圧発生回路は、直列接続される複数のトランジスタにより第2の電圧源を分圧して生成したゲート電圧を第5及び第6のトランジスタに供給する。そして、電圧発生回路は、第1及び第2のトランジスタに印加される第2の電圧源からの電圧を制限して、それらトランジスタの耐圧よりも低いソースードレイン間電圧に制御する。
請求項4に記載の発明によれば、請求項2又は3に記載の発明の作用に加えて、保護回路は、電圧発生回路の出力電圧が予め定めたゲート電圧となるまで、第5及び第6のトランジスタのゲートに供給される電圧発生回路からの出力信号を無効化するとともに、それらトランジスタのゲートを第1の電圧源に短絡させる。
【0016】
請求項5に記載の発明によれば、請求項2乃至4のいずれか1項に記載の発明の作用に加えて、保護回路の第1及び第2のスイッチ回路は、電圧発生回路の出力電圧に基づいて相補的にオン・オフ制御される。そして、第1のスイッチ回路がオフ状態に制御されるとき、第2のスイッチ回路は、第5及び第6のトランジスタのゲートを第1の電圧源に短絡させる。
請求項6に記載の発明によれば、請求項5に記載の発明の作用に加えて、保護回路の信号生成回路は、第1及び第2のスイッチ回路をオン・オフ制御する制御信号を電圧発生回路の第2の出力電圧に基づいて生成する。そして、信号生成回路は、その制御信号を第1及び第2のスイッチ回路に供給する。
【0017】
請求項7に記載の発明によれば、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の発明の作用に加えて、第1及び第3の電圧源を電源とする入力回路は、第1及び第2のトランジスタにゲート電圧を供給する。
【0018】
請求項8に記載の発明によれば、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の発明の作用に加えて、電圧発生回路は、該電圧発生回路に供給される第3の信号に応答して各電圧源の電圧を制御し、第5及び第6のトランジスタに供給するゲート電圧を生成する。
【0023】
請求項9に記載の発明によれば、請求項1乃至8のいずれかに記載の発明の作用をするレベルシフト回路は、半導体装置に設けられている。
【0024】
【発明の実施の形態】
(第一実施形態)
以下、本発明を具体化した第一実施形態を図1に従って説明する。
【0025】
図1は、レベルシフト回路の第一実施形態を示す回路図である。
レベルシフト回路10は、入力回路11、シフト回路12、電圧発生回路13を含む。入力回路11は第1の電圧源と第2の電圧源とを電源として動作するように構成され、シフト回路12及び電圧発生回路13は第1の電圧源と第3の電圧源とを電源として動作するように構成されている。尚、本実施の形態において、第1の電圧源はグランドGNDであり、第2の電圧源は第1の電圧源に対する電位差が第3の電圧源のそれよりも小さな電源である。以下、第2の電圧源を低電圧側電源と呼び、第3の電圧源を高電圧側電源と呼ぶ。そして、第2の電圧源は低電源電圧VD1を供給し、第3の電圧源は高電源電圧VD2を供給する。そして、レベルシフト回路10は、低電源電圧VD1レベルの入力信号INを高電源電圧VD2レベルの出力信号OUTにレベル変換する。
【0026】
入力回路11は、第1のpチャネルMOSトランジスタ(以下、pMOSトランジスタ、と略称)Q11と、第1のnチャネルMOSトランジスタQ12(以下、nMOSトランジスタ、と略称)とからなるインバータ回路を含む。
【0027】
第1のpMOSトランジスタQ11のソースは低電圧側電源(低電源電圧VD1)に接続され、第1のnMOSトランジスタQ12のソースはグランドGNDに接続される。第1のpMOSトランジスタQ11及び第1のnMOSトランジスタQ12の各ゲートは入力信号INが供給され、その信号INを反転した信号/INを出力する。従って、入力回路11は、入力信号INに応答して、該信号INと、該信号INを反転した信号/INとをシフト回路12に出力する。
【0028】
シフト回路12は、第1〜第6のトランジスタQ13〜Q18から構成される。第1及び第2のトランジスタQ13,Q14はpMOSトランジスタであり、第3〜第6トランジスタQ15〜Q18はnMOSトランジスタである。
【0029】
第1及び第2のトランジスタQ13,Q14はソースが高電圧側電源(高電源電圧VD2)に接続され、ゲートが互いに他のトランジスタQ14,Q13のドレインに接続される。
【0030】
第3及び第4のトランジスタQ15,Q16のソースはグランドGNDに接続される。第3のトランジスタQ15のゲートは反転信号/INが供給され、第4のトランジスタQ16のゲートは入力信号INが供給される。第3及び第4のトランジスタQ15,Q16のドレインは第5及び第6のトランジスタQ17,Q18のソースにそれぞれ接続される。
【0031】
第5及び第6のトランジスタQ17,Q18のドレインは第1及び第2のトランジスタQ13,Q14のドレインに接続される。第5及び第6のトランジスタQ17,Q18のゲートは互いに接続され、その接続点は電圧発生回路13に接続される。そして、第1のトランジスタQ13と第5のトランジスタQ17と間の接続点から出力信号OUTを出力する。
【0032】
第3及び第4のトランジスタQ15,Q16は、それぞれのゲートに供給される信号IN,/INに応答してオンオフするように、それらの素子耐圧が低く設定された低耐圧素子である。一方、第1及び第2のトランジスタQ13,Q14と第5及び第6のトランジスタQ17,Q18は、それらの素子耐圧が高電源電圧VD2に対応して設定された高耐圧素子である。
【0033】
電圧発生回路13は、第1の電圧源と第3の電圧源により生成した電圧を第5及び第6のトランジスタQ17,Q18のゲートに供給する。更に、電圧発生回路13は、低耐圧素子である第3及び第4のトランジスタQ15,Q16が破壊しないように第5及び第6のトランジスタQ17,Q18のゲート電圧を生成する。
【0034】
本実施形態では、高電源電圧VD2を3.0V、低電源電圧VD1を1.0Vとしている。そして、低耐圧素子(第3及び第4のトランジスタQ15,Q16)のソースードレイン間耐圧を1.5V、高耐圧素子(第1,第2,第5及び第6のトランジスタQ13,Q14,Q17,Q18)のソースードレイン間耐圧を3.0Vとし、高耐圧素子のゲート−ソース間電圧を0.5Vとしている。従って、本実施形態の電圧発生回路13は、第3及び第4のトランジスタQ15,Q16が破壊しないように生成した電圧(高電源電圧VD2の約1/2の電圧)を第5及び第6のnMOSトランジスタQ17,Q18のゲートに印加する。
【0035】
詳述すると、電圧発生回路13は、第1〜第8のトランジスタQ19〜Q26とから構成される。第1〜第6のトランジスタQ19〜Q24はpMOSトランジスタであり、第7及び第8のトランジスタQ25,Q26はnMOSトランジスタである。
【0036】
第1のトランジスタQ19と第7のトランジスタQ25とによりインバータ回路が構成され、各トランジスタQ19,Q25のゲートは制御信号CNTLが供給される。第1のトランジスタQ19のソースは高電圧側電源(高電源電圧VD2)の接続端子に接続され、第7のトランジスタQ25のソースはグランドGNDに接続される。そして、当該インバータ回路の出力端子、即ち第1のトランジスタQ19及び第7のトランジスタQ25の各ドレインは、第2のトランジスタQ20のゲートに接続される。
【0037】
第2のトランジスタQ20のソースは高電圧側電源(高電源電圧VD2)の接続端子に接続される。第2〜第5のトランジスタQ20,Q21,Q22,Q23の各ドレインは、第3〜第6のトランジスタQ21,Q22,Q23,Q24の各ソースにそれぞれ接続される。第6のトランジスタQ24のドレインは第8のトランジスタQ26のドレインに接続され、当該第8のトランジスタQ26のソースはグランドGNDに接続される。第8のトランジスタQ26のゲートは、前記制御信号CNTLが供給される。第3〜第6のトランジスタQ21,Q22,Q23,Q24は、各々のドレインが各々のゲートに接続されている。
【0038】
そして、第4のトランジスタQ22のドレインと第5のトランジスタQ23のソースとの間の接続点(ノード)N1は、シフト回路12内の第5及び第6のトランジスタQ17,Q18の各ゲートに接続されている。
【0039】
次に、上記のように構成されたレベルシフト回路の作用について説明する。
電圧発生回路13は、Hレベルの制御信号CNTLに応答して第1のトランジスタQ19をオフ、第7のトランジスタQ25をオンする。従って、各トランジスタQ19,Q20にて構成されるインバータ回路は、第2のトランジスタQ20にLレベルの信号を出力し、該トランジスタQ20をオンする。
【0040】
また、電圧発生回路13は、Hレベルの制御信号CNTLにより、第8のトランジスタQ26をオンする。このとき、第2のトランジスタQ20のドレイン電圧は、高電源電圧VD2(3.0V)と略同一の電圧となり、第8のトランジスタQ26のドレイン電圧は、グランドGNDと略同一の電圧(0.0V)となる。従って、電圧発生回路13は、抵抗として作用する第3〜第6のトランジスタQ21,Q22,Q23,Q24により、高電源電圧VD2を分圧して約1/2の電圧(1.5V)をノードN1から出力する。
【0041】
今、レベルシフト回路10には、Hレベルの入力信号INが入力される。この信号INに応答してシフト回路12の第3のトランジスタQ15がオフし、第4のトランジスタQ16がオンする。この動作により、第2のトランジスタQ14のドレイン電圧、即ち第1のトランジスタQ13のゲート電圧がグランドGNDレベルになるため、第1のトランジスタQ13がオンする。従って、レベルシフト回路10は、高電源電圧VD2レベルの出力信号OUTを出力する。
【0042】
このオンした第1のトランジスタQ13により高電源電圧VD2レベルのゲート電圧が第2のトランジスタQ14に供給され、その第2のトランジスタQ14はオフする。そして、オンした第1のトランジスタQ13により第5のトランジスタQ17のドレイン電圧は高電源電圧VD2レベルになる。
【0043】
この第5のトランジスタQ17のゲートには、電圧発生回路13よりおよそ1.5Vの電圧が供給されるため、第5のトランジスタQ17のソース電圧はそれのゲート電圧より素子耐圧分(0.5V)低下した電位になる。即ち、低耐圧素子である第3のトランジスタQ15のドレイン電圧は、およそ1.0Vになる。従って、第3のトランジスタQ15は破壊されない。
【0044】
また、レベルシフト回路10にLレベルの入力信号INが入力されると、上記と同様にしてグランドGNDレベルの出力信号OUTを出力する。そして、第4のトランジスタQ16のドレイン電圧はおよそ1.0Vになる。従って、第4のトランジスタQ16は破壊されない。
【0045】
以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)第3及び第4のトランジスタQ15,Q16は、低電源電圧VD1で駆動するソースードレイン間耐圧の小さな低耐圧素子で構成される。電圧発生回路13は、高電源電圧VD2に基づいて第3及び第4のトランジスタQ15,Q16が破壊しないように生成した電圧を第5及び第6のトランジスタQ17,Q18のゲートに印加する。従って、第1及び第2のトランジスタQ13,Q14がオンするとき、第3及び第4のトランジスタQ15,Q16にそのソースードレイン間耐圧を越える高電源電圧VD2が印加されることを防止する。即ち、高電源電圧VD2から印加される電圧を制限することで、低耐圧素子で構成される第3及び第4のトランジスタQ15,Q16の破壊を防止することができる。
【0046】
(第二実施形態)
次に、本発明を具体化した第二実施形態を図2に従って説明する。尚、本実施の形態において、第一実施形態と同様の構成部分には、同一符号及び同一名称を付してその詳細な説明を一部省略する。
【0047】
図2は、レベルシフト回路の第二実施形態を示す回路図である。
レベルシフト回路20は、入力回路11、シフト回路12、電圧発生回路21を含む。
【0048】
電圧発生回路21は、高電源電圧VD2と低電源電圧VD1とを電源として動作するように接続されている。即ち、電圧発生回路21の第8のトランジスタQ26のソースは、低電圧側電源(低電源電圧VD1)に接続される。
【0049】
また、シフト回路12の第5及び第6のトランジスタQ17,Q18の各ゲートは、電圧発生回路21の第5のトランジスタQ23と第6のトランジスタQ24との間の接続点(ノード)N2が接続される。
【0050】
従って、電圧発生回路21は、高電源電圧VD2と低電源電圧VD1との差電圧を分圧した電圧(本実施形態では差電圧の約1/4を低電源電圧VD1に加算した電圧)を、第5及び第6のトランジスタQ17,Q18の各ゲートに印加する。
【0051】
次に、上記のように構成したレベルシフト回路の作用について説明する。
電圧発生回路21は、第一実施形態と同様に、第5及び第6のトランジスタQ17,Q18のゲートに約1.5Vの電圧を印加する。従って、第3及び第4のトランジスタQ15,Q16のドレイン電圧は、該トランジスタQ15,Q16のオンオフに関わらず、1.0Vより小さくなる。即ち、第3及び第4のトランジスタQ15,Q16のソースードレイン間耐圧(1.5V)より小さくなるため、該トランジスタQ15,Q16が破壊されることはない。
【0052】
今、低電源電圧VD1(1.0V)が安定して供給され、高電源電圧VD2が3.0Vから±0.5Vの範囲で変動する。
例えば、高電源電圧VD2が3.5Vに変動した場合、電圧発生回路21は、その接続ノードN2に約1.63Vの電圧を出力する。従って、第3及び第4のトランジスタQ15,Q16のドレイン電圧は、約1.13Vとなる。これに対し、第一実施形態の電圧発生回路13は、その接続ノードN1に約1.75Vを出力する。従って、第3及び第4のトランジスタQ15,Q16のドレイン電圧は、約1.25Vとなる。
【0053】
別の例として、高電源電圧VD2が2.5Vに変動した場合、電圧発生回路21は、その接続ノードN2に約1.38Vの電圧を出力する。従って、第3及び第4のトランジスタQ15,Q16のドレイン電圧は、約0.88Vとなる。これに対し、第一実施形態の電圧発生回路13は、その接続ノードN1に約1.25Vを出力する。従って、第3及び第4のトランジスタQ15,Q16のドレイン電圧は、約0.75Vとなる。
【0054】
上述したように、本実施形態のレベルシフト回路20は、第一実施形態のレベルシフト回路10に比べて、高電源電圧VD2の変動に対する第3及び第4のトランジスタQ15,Q16のドレイン電圧の変動幅が小さい。
【0055】
以上記述したように、本実施の形態によれば、前記第一実施形態と同様な効果を奏するとともに、以下の効果を奏することができる。
(1)電圧発生回路21は、第5及び第6のトランジスタQ17,Q18のゲートに、高電源電圧VD2と低電源電圧VD1の差電圧の約1/4を低電源電圧VD3に加えた電圧を印加することにより、第3及び第4のトランジスタQ15,Q16に印加されるドレイン電圧を制御する。この構成では、高電源電圧VD2の変動に対する第3及び第4のトランジスタQ15,Q16のドレイン電圧の変動幅を第一実施形態のそれよりも小さくできる。従って、高電源電圧VD2が大きく変動することに起因する第3及び第4のトランジスタQ15,Q16の破壊を防ぐことができる。
【0056】
(第三実施形態)
次に、本発明を具体化した第三実施形態を図3に従って説明する。
尚、第一実施形態と同様の構成部分には、同一符号及び同一名称を付してその詳細な説明を一部省略する。
【0057】
図3は、レベルシフト回路30の回路図である。
レベルシフト回路30は、入力回路11、シフト回路12、電圧発生回路13、保護回路31を含む。
【0058】
保護回路31は、電圧発生回路13の接続ノードN1の電圧が不安定な状態となった場合に、第3及び第4のトランジスタ(低耐圧素子)Q15,Q16に、そのソースードレイン間耐圧以上の電圧が印加されて同トランジスタQ15,Q16が破壊するのを防止する回路である。
【0059】
ノードN1の電圧は、電源投入時や制御信号CNTLの切り替え時に不安定になることがある。例えば、制御信号CNTLをLレベルからHレベルに切り換えた後、第2〜第6のトランジスタQ20〜Q24及び第8のトランジスタQ26の内部容量への充電が完了するまでは、接続ノードN1の電圧が高電源電圧VD2付近にまで上昇している場合がある。すると、第3及び第4のトランジスタ(低耐圧素子)Q15,Q16に、そのソースードレイン間耐圧以上の電圧が印加され、同トランジスタQ15,Q16が破壊されてしまう。従って、保護回路31は、この耐圧以上の電圧が第5及び第6のトランジスタQ17,Q18のゲートに加わるのを防ぐように構成されている。
【0060】
次に、保護回路31の構成の一例を説明する。
保護回路31は、信号生成回路32、第1及び第2のスイッチ回路33,34を含む。信号生成回路32は、第1及び第2のスイッチ回路33,34を開閉制御するための制御信号を、電圧発生生成回路13の各部の電圧に基づいて生成する。第1のスイッチ回路33はノードN1と第5及び第6のトランジスタQ17,Q18のゲートとの間に接続され、第2のスイッチ回路34は第5及び第6のトランジスタQ17,Q18のゲートとグランドGNDとの間に接続されている。
【0061】
第1及び第2のスイッチ回路33,34は制御信号に応答してオン(開路閉路)又はオフ(閉路開路)する。オフした第1のスイッチ回路33は、ノードN1の不安定な電圧が第5及び第6のトランジスタQ17,Q18のゲートに印加することを防ぐ。オンした第2のスイッチ回路34は、第5及び第6のトランジスタQ17,Q18のゲートをグランドGNDに接続し、ゲート電圧が不安定になるのを防ぐ。
【0062】
信号生成回路32は、pMOSトランジスタQ27とnMOSトランジスタQ28とからなるインバータ回路と、pMOSトランジスタQ29とnMOSトランジスタQ30からなるインバータ回路を備える。この信号生成回路32は、電圧発生回路13の第5及び第6のトランジスタQ23,Q24の間の接続点(ノード)N3のレベルと実質的に同一レベルの第1の制御信号S31と、ノードN3のレベルを反転したレベルを持つ第2の制御信号S32とを生成する。
【0063】
第1のスイッチ回路33は、並列に接続されたpMOSトランジスタQ31とnMOSトランジスタQ32とからなり、pMOSトランジスタQ31のゲートに第1の制御信号S31が供給され、nMOSトランジスタQ32のゲートに第2の制御信号S32が供給される。従って、両トランジスタQ31,Q32は同時にオンオフする。
【0064】
第2のスイッチ回路34は、nMOSトランジスタQ33からなり、そのトランジスタQ33のゲートがノードN3に接続される。従って、第2のスイッチ回路34は、第1のスイッチ回路33に対して相補的にオンオフする。
【0065】
次に、上記のように構成したレベルシフト回路30の作用について説明する。電圧発生回路13は、Hレベルの制御信号CNTLにより、第8のトランジスタQ26をオンする。
【0066】
また、電圧発生回路13は、Hレベルの制御信号CNTLにより、第1のトランジスタQ19と第7のトランジスタQ25とからなるインバータ回路からLレベルの信号を出力する。従って、電圧発生回路13は、第2のトランジスタQ20をオンする。
【0067】
すると、電圧発生回路13は、高電源電圧VD2が印加されることにより、第2〜第6のトランジスタQ20,Q21,Q22,Q23,Q24及び第8のトランジスタQ26の内部容量へ充電を開始する。
【0068】
このとき、第2〜第6のトランジスタQ20〜Q24及び第8のトランジスタQ26の内部容量への充電が完了するまで、接続ノードN1とノードN3の電圧はほぼ等しく、高電源電圧VD2の付近である。
【0069】
従って、第2のスイッチ回路34はノードN3の電圧によりオンする。一方、第1のスイッチ回路33は、ノードN3の電圧に基づく第1及び第2の制御信号S31,S32に応答してオフする。
【0070】
この様な動作により、信号生成回路32は、第5及び第6のトランジスタQ17,Q18のゲートをグランドGNDに接続するとともにノードN1との間を切断する。
【0071】
次いで、接続ノードN1の電圧が低下し、その電圧が高電源電圧VD2(3.0V)の約1/2の電圧となると、ノードN3の電圧により第2のスイッチ回路34がオフし、第1のスイッチ回路33がオンする。。
【0072】
以上記述したように、本実施の形態によれば、前記第一実施形態と同様な効果を奏するとともに、以下の効果を奏することができる。
(1)保護回路31は、接続ノードN1の電圧が高電源電圧VD2付近にまで上昇している場合、ノードN3の電位に応答して第2のスイッチ回路34をオンさせ、第1のスイッチ回路33をオフさせるようにした。オンした第2のスイッチ回路34は第5及び第6のトランジスタQ17,Q18のゲートとグランドGNDを短絡させる。オフした第1のスイッチ回路33は第5及び第6のトランジスタQ17,Q18のゲートをノードN1から切り離す。従って、第3及び第4のトランジスタQ15,Q16を破壊させることなく確実に駆動させることができる。
【0073】
尚、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように実施してもよい。
・上記各実施形態において、電圧発生回路13,21の第3〜第6のトランジスタQ21〜Q24は、nMOSトランジスタ又は抵抗で構成してもよい。
【0074】
・第一実施形態では、高電源電圧VD2を3.0Vとして電圧発生回路13から約1.5Vの電圧を第5及び第6のトランジスタQ17,Q18のゲートに印加する構成としたが、第3及び第4のトランジスタQ15,Q16の破壊を防ぐことができればこの構成に限られるものではない。即ち、高電源電圧VD2の電圧に応じて、電圧発生回路13の第3及び第4のトランジスタQ21,Q22の接続ノード、あるいは第5及び第6のトランジスタQ23,Q24の接続ノードからゲート電圧を印加すればよい。
【0075】
・第三実施形態の保護回路31の構成を適宜変更して実施してもよい。
・第三実施形態において、保護回路31を第5及び第6のトランジスタQ23,Q24の間の接続点(ノード)N3に接続したが、接続点を適宜変更して実施しても良い。
【0076】
・第三実施形態の保護回路31を、第二実施形態のレベルシフト回路20に設ける構成としてもよい。
以上の様々な実施形態をまとめると、以下のようになる。
【0077】
(付記1) 第1の電圧源と、前記第1の電圧源に対し高電圧側である第2の電圧源とを電源とし、前記第1の電圧源に対し高電圧側であるとともに前記第2の電圧源よりも低電圧である第3の電圧源と前記第1の電圧源のレベルの入力信号を、前記第2の電圧源と前記第1の電圧源のレベルの出力信号にレベル変換するレベルシフト回路において、ソースを前記第1の電圧源に接続し、前記入力信号と略同一レベルを有する第1及び第2の信号がゲートにそれぞれ供給され、同一極性を有する第1及び第2のトランジスタと、ソースを前記第2の電圧源に接続するとともにゲートを互いのドレインに接続し、前記第1及び第2のトランジスタと逆極性を有する第3及び第4のトランジスタと、ソースを前記第1のトランジスタのドレインに接続するとともにドレインを前記第3のトランジスタのドレインに接続し、当該第1のトランジスタと同一極性を有する第5のトランジスタと、ソースを前記第2のトランジスタのドレインに接続するとともにドレインを前記第4のトランジスタのドレインに接続し、当該第2のトランジスタと同一極性を有する第6のトランジスタとを備え、前記第5及び第6のトランジスタのゲート電圧を、前記第2の電圧源に基づいて前記第1及び第2のトランジスタのソース−ドレイン間電圧がそれらトランジスタの耐圧よりも低くなるように生成する電圧発生回路を設けたことを特徴とするレベルシフト回路。
【0078】
(付記2) 前記第1及び第2のトランジスタを前記第3〜第6のトランジスタに比べ素子耐圧の低い素子で構成したことを特徴とする付記1に記載のレベルシフト回路。
【0079】
(付記3) 前記電圧発生回路は、直列に接続された同一極性を有する複数のトランジスタを備え、前記第5及び第6のトランジスタのゲート電圧を、前記複数のトランジスタにより前記第2の電圧源の電圧を分圧して生成することを特徴とする付記1又は2に記載のレベルシフト回路。
【0080】
(付記4) 前記電圧発生回路は、直列に接続された同一極性を有する複数のトランジスタを備え、前記第5及び第6のトランジスタのゲート電圧を、前記複数のトランジスタにより前記第2の電圧源の電圧と第3の電圧源の電圧との差電圧を分圧して生成することを特徴とする付記1又は2に記載のレベルシフト回路。
【0081】
(付記5) 前記第1及び第3の電圧源を電源とし、前記第1及び第2のトランジスタにゲート電圧を供給する入力回路を備え、前記電圧発生回路は、前記第5及び第6のトランジスタのゲート電圧を、前記第2及び第3の電圧源に基づいて前記第1及び第2のトランジスタのソースードレイン間電圧がそれらトランジスタの耐圧よりも低くなるように生成することを特徴とする付記1乃至4のいずれか1に記載のレベルシフト回路。
【0082】
(付記6) 前記電圧発生回路は、該電圧発生回路に供給される第3の信号に応答して前記各電圧源の電圧を制御し、前記ゲート電圧を生成することを特徴とする付記1乃至5のいずれか1に記載のレベルシフト回路。
【0083】
(付記7) 前記電圧発生回路の出力電圧が予め定めた前記ゲート電圧となるまで、前記第5及び第6のトランジスタのゲートを前記第1の電圧源に短絡させる保護回路を設けたことを特徴とする付記1乃至6のいずれか1に記載のレベルシフト回路。
【0084】
(付記8) 前記保護回路は、前記電圧発生回路の出力電圧が予め定めた前記ゲート電圧となるまで該電圧発生回路の出力信号を無効化し、前記第5及び第6のトランジスタのゲートを前記第1の電圧源に短絡させることを特徴とする付記7に記載のレベルシフト回路。
【0085】
(付記9) 前記保護回路は、前記電圧発生回路の出力電圧が予め定めた前記ゲート電圧より高い電圧のときオフ状態に制御される第1のスイッチ回路と、前記第1のスイッチ回路に対して相補的にオン・オフ制御される第2のスイッチ回路と、を備え、前記第1のスイッチ回路がオフ状態に制御されるとき前記第2のスイッチ回路は、前記第5及び第6のトランジスタのゲートを前記第1の電圧源に短絡させることを特徴とする付記7又は8に記載のレベルシフト回路。
【0086】
(付記10) 前記保護回路は、前記第1及び第2のスイッチ回路をオン・オフ制御する制御信号を前記電圧発生回路の第2の出力電圧に基づいて生成し、該制御信号を前記第1及び第2のスイッチ回路に供給する信号生成回路を設けたことを特徴とする付記9に記載のレベルシフト回路。
【0087】
(付記11) 付記1乃至9のいずれか1に記載のレベルシフト回路を備えたことを特徴とする半導体装置。
【0088】
【発明の効果】
以上記述したように、この発明は、低耐圧素子にて構成されるトランジスタの破壊を防ぐことを可能にしたレベルシフト回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第一実施形態のレベルシフト回路を示す回路図である。
【図2】 第二実施形態のレベルシフト回路を示す回路図である。
【図3】 第三実施形態のレベルシフト回路を示す回路図である。
【図4】 従来のレベルシフト回路を示す回路図である。
【図5】 トランジスタのゲート−ソース間電圧VGSとドレイン電流IDとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
10,20,30 レベルシフト回路
13,21 電圧発生回路
Q13 第3のトランジスタ(第1のトランジスタ)
Q14 第4のトランジスタ(第2のトランジスタ)
Q15 第1のトランジスタ(第3のトランジスタ)
Q16 第2のトランジスタ(第4のトランジスタ)
Q17 第5のトランジスタ(第5のトランジスタ)
Q18 第6のトランジスタ(第6のトランジスタ)
GND 第1の電圧源
VD2 第2の電圧源(高電源電圧)
VD1 第3の電圧源(低電源電圧)
IN 第1の信号(入力信号)
/IN 第2の信号(反転信号)
Claims (9)
- 第1の電圧源と、前記第1の電圧源に対し高電圧側である第2の電圧源とを電源とし、前記第1の電圧源に対し高電圧側であるとともに前記第2の電圧源よりも低電圧である第3の電圧源と前記第1の電圧源のレベルの入力信号を、前記第2の電圧源と前記第1の電圧源のレベルの出力信号にレベル変換するレベルシフト回路において、
ソースを前記第1の電圧源に接続し、前記入力信号と略同一レベルを有する第1及び第2の信号がゲートにそれぞれ供給され、同一極性を有する第1及び第2のトランジスタと、
ソースを前記第2の電圧源に接続するとともにゲートを互いのドレインに接続し、前記第1及び第2のトランジスタと逆極性を有する第3及び第4のトランジスタと、
ソースを前記第1のトランジスタのドレインに接続するとともにドレインを前記第3のトランジスタのドレインに接続し、当該第1のトランジスタと同一極性を有する第5のトランジスタと、
ソースを前記第2のトランジスタのドレインに接続するとともにドレインを前記第4のトランジスタのドレインに接続し、当該第2のトランジスタと同一極性を有する第6のトランジスタとを備え、
前記第5及び第6のトランジスタのゲート電圧を、前記第2の電圧源に基づいて前記第1及び第2のトランジスタのソース−ドレイン間電圧がそれらトランジスタの耐圧よりも低くなるように生成する電圧発生回路を設け、
前記電圧発生回路は、
直列に接続された同一極性を有する複数のトランジスタを備え、
前記第5及び第6のトランジスタのゲート電圧を、前記複数のトランジスタにより前記第2の電圧源の電圧と第3の電圧源の電圧との差電圧を分圧して生成すること
を特徴とするレベルシフト回路。 - 第1の電圧源と、前記第1の電圧源に対し高電圧側である第2の電圧源とを電源とし、前記第1の電圧源に対し高電圧側であるとともに前記第2の電圧源よりも低電圧である第3の電圧源と前記第1の電圧源のレベルの入力信号を、前記第2の電圧源と前記第1の電圧源のレベルの出力信号にレベル変換するレベルシフト回路において、
ソースを前記第1の電圧源に接続し、前記入力信号と略同一レベルを有する第1及び第2の信号がゲートにそれぞれ供給され、同一極性を有する第1及び第2のトランジスタと、
ソースを前記第2の電圧源に接続するとともにゲートを互いのドレインに接続し、前記第1及び第2のトランジスタと逆極性を有する第3及び第4のトランジスタと、
ソースを前記第1のトランジスタのドレインに接続するとともにドレインを前記第3のトランジスタのドレインに接続し、当該第1のトランジスタと同一極性を有する第5のトランジスタと、
ソースを前記第2のトランジスタのドレインに接続するとともにドレインを前記第4のトランジスタのドレインに接続し、当該第2のトランジスタと同一極性を有する第6のトランジスタとを備え、
前記第5及び第6のトランジスタのゲート電圧を、前記第2の電圧源に基づいて前記第1及び第2のトランジスタのソース−ドレイン間電圧がそれらトランジスタの耐圧よりも低くなるように生成する電圧発生回路と、
前記電圧発生回路の出力電圧が予め定めた前記ゲート電圧となるまで、前記第5及び第6のトランジスタのゲートを前記第1の電圧源に短絡させる保護回路を設けたこと
を特徴とするレベルシフト回路。 - 前記電圧発生回路は、
直列に接続された同一極性を有する複数のトランジスタを備え、
前記第5及び第6のトランジスタのゲート電圧を、前記複数のトランジスタにより前記第2の電圧源の電圧を分圧して生成すること
を特徴とする請求項2に記載のレベルシフト回路。 - 前記保護回路は、
前記電圧発生回路の出力電圧が予め定めた前記ゲート電圧となるまで該電圧発生回路の出力信号を無効化し、前記第5及び第6のトランジスタのゲートを前記第1の電圧源に短絡させること
を特徴とする請求項2又は3に記載のレベルシフト回路。 - 前記保護回路は、
前記電圧発生回路の出力電圧が予め定めた前記ゲート電圧より高い電圧のときオフ状態に制御される第1のスイッチ回路と、
前記第1のスイッチ回路に対して相補的にオン・オフ制御される第2のスイッチ回路と、を備え、
前記第1のスイッチ回路がオフ状態に制御されるとき前記第2のスイッチ回路は、前記第5及び第6のトランジスタのゲートを前記第1の電圧源に短絡させることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載のレベルシフト回路。 - 前記保護回路は、
前記第1及び第2のスイッチ回路をオン・オフ制御する制御信号を前記電圧発生回路の第2の出力電圧に基づいて生成し、該制御信号を前記第1及び第2のスイッチ回路に供給する信号生成回路を設けた
ことを特徴とする請求項5に記載のレベルシフト回路。 - 前記第1及び第3の電圧源を電源とし、前記第1及び第2のトランジスタにゲート電圧を供給する入力回路を備えること
を特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のレベルシフト回路。 - 前記電圧発生回路は、
該電圧発生回路に供給される第3の信号に応答して前記各電圧源の電圧を制御し、前記ゲート電圧を生成することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のレベルシフト回路。 - 請求項1乃至8のいずれか1項に記載のレベルシフト回路を備えたことを特徴とする半導体装置。
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