JP4025203B2 - レベルシフト回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力側の電源電圧系を他の電源電圧系に変換して出力するレベルシフト回路に関し、特にCMOS多電源製品に使用されるレベルシフト回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のレベルシフト回路は、図7に示すように、入力端INに低電圧側のハイ(High)レベル信号LVHが入力されると、出力端OUTから高電圧側のハイレベル信号HVHを出力し、出力端OUTBからロー(Low)レベル信号を出力する論理の回路となっている。図7のレベルシフト回路は、通常動作時には、出力端OUT及びOUTBから相反する電圧レベルの信号が出力される回路になっている(例えば、特許文献1参照。)。また、図8は、レベルシフト回路の他の従来例を示した図であり、入力端に低電圧側のハイレベル信号LVHが入力されると、出力端OUTから高電圧側のハイレベル信号HVHが出力される(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平8−181600号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図7のレベルシフト回路では、低電圧側電源がオフして第1電源電圧Vdd1が0Vになった場合、ノードNa及びNbがローレベルになり、出力端OUT及びOUTBからそれぞれ高電圧のハイレベル信号HVHが出力され、期待される論理動作が得られなくなるという問題が考えられる。また、図8のレベルシフト回路では、入力端INに低電圧のハイレベル信号LVHが入力されている状態で、低電圧側電源がオフして第1電源電圧Vdd1が0Vになった場合、ノードNcがハイインピーダンス状態になり、出力端から出力される信号の信号レベルが不定となり、期待される論理動作が得られなくなるという問題が考えられる。
【0005】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、低電圧側電源がオフして0Vになった場合でも、期待される論理動作を得ることができるレベルシフト回路を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレベルシフト回路は、低電圧側の信号を高電圧側の信号に変換して出力するレベルシフト回路において、
低電圧側の電源をなす第1電源電圧で作動し、前記低電圧側の信号が入力される第1インバータと、
前記第1電源電圧で作動し、該第1インバータに直列に接続された第2インバータと、
高電圧側の電源をなす第2電源電圧を降圧して第3電源電圧を生成し出力する降圧回路と、
該第3電源電圧で作動し、前記第2インバータに直列に接続された第3インバータと、
前記第2電源電圧で作動し、出力信号が前記高電圧側の信号をなす、該第3インバータに直列に接続された第4インバータと、
該第4インバータの出力信号に応じて、前記第3電源電圧として第2電源電圧を前記第3インバータに供給する第2電源電圧供給回路と、
を備え、
前記第3インバータは、第3電源電圧に一端が接続されたPチャネル型MOSトランジスタと、該Pチャネル型MOSトランジスタと直列に接続されたNチャネル型MOSトランジスタからなり、該Pチャネル型MOSトランジスタのサブストレートゲートは第3電源電圧に接続されるものである。
【0007】
また、この発明に係るレベルシフト回路は、低電圧側の信号を高電圧側の信号に変換して出力するレベルシフト回路において、
低電圧側の電源をなす第1電源電圧で作動し、前記低電圧側の信号が入力される第1インバータと、
前記第1電源電圧で作動し、該第1インバータに直列に接続された第2インバータと、
高電圧側の電源をなす第2電源電圧を降圧して第3電源電圧を生成し出力する降圧回路と、
該第3電源電圧で作動し、前記第2インバータに直列に接続された第3インバータと、
前記第2電源電圧で作動し、出力信号が前記高電圧側の信号をなす、該第3インバータに直列に接続された第4インバータと、
該第4インバータの出力信号に応じて、前記第3電源電圧として第2電源電圧を前記第3インバータに供給する第2電源電圧供給回路と、
を備え、
前記第3インバータは、第3電源電圧に一端が接続されたPチャネル型MOSトランジスタと、該Pチャネル型MOSトランジスタと直列に接続されたNチャネル型MOSトランジスタからなり、該Pチャネル型MOSトランジスタのサブストレートゲートは第2電源電圧に接続されるものである。
【0008】
具体的には、前記第2電源電圧供給回路は、第4インバータの出力信号がローレベルになると、前記第3電源電圧として第2電源電圧を第3インバータに供給し、第4インバータの出力信号がハイレベルになると、第3インバータに対する第2電源電圧の供給を停止するようにした。
【0009】
また、前記降圧回路は、第2電源電圧と第3電源電圧との間に接続されたトランジスタと、第2電源電圧と該トランジスタの制御信号入力端との間に直列に接続され、第2電源電圧を降圧して該トランジスタの制御信号入力端に入力する少なくとも1つのダイオードとで構成されるようにした。
【0010】
また、前記降圧回路は、第2電源電圧と第3電源電圧との間に直列に接続され、第2電源電圧を降圧して第3電源電圧を生成する少なくとも1つのダイオードで構成されるようにしてもよい。
【0012】
また、前記第4インバータは、第2電源電圧に一端が接続されたPチャネル型MOSトランジスタと、該Pチャネル型MOSトランジスタと直列に接続されたNチャネル型MOSトランジスタからなり、該Pチャネル型MOSトランジスタのサブストレートゲートは第2電源電圧に接続されるようにした。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第1の実施の形態.
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるレベルシフト回路の例を示した回路図である。
図1におけるレベルシフト回路1は、入力端INに入力された低電圧側の信号SLを高電圧側の信号SHに変換して出力端OUTから出力する回路であり、低電圧側の電源電圧を第1電源電圧Vdd1とし、高電圧側の電源電圧を第2電源電圧Vdd2とする。なお、以下、第1電源電圧Vdd1の電圧レベルを有するハイレベルをLVHとし、第2電源電圧Vdd2の電圧レベルを有するハイレベルをHVHとする。
【0014】
図1において、レベルシフト回路1は、インバータINV1〜INV4と、高電圧側の第2電源電圧Vdd2を低電圧側の第1電源電圧Vdd1に降圧して出力する降圧回路2と、PMOSトランジスタ3で構成されている。なお、インバータINV1は第1インバータを、インバータINV2は第2インバータを、インバータINV3は第3インバータを、インバータINV4は第4インバータをそれぞれなし、PMOSトランジスタ3は第2電源電圧供給回路をなしている。
【0015】
インバータINV1〜INV4は、入力端INと出力端OUTとの間に直列に接続され、1段目のインバータINV1及び2段目のインバータINV2は低電圧側の第1電源電圧Vdd1で作動する。一方、3段目のインバータINV3は、電圧Vdd3で作動し、4段目のインバータINV4は、高電圧側の第2電源電圧Vdd2で作動する。なお、電圧Vdd3は第3電源電圧をなしている。
【0016】
このことから、インバータINV1は低電圧側の1段目のインバータを、インバータINV2は低電圧側の2段目のインバータをそれぞれなすと共に、インバータINV3は高電圧側の1段目のインバータを、インバータINV4は高電圧側の2段目のインバータをそれぞれなす。出力端OUTがハイレベルHVHになると、PMOSトランジスタ3はオフして電圧Vdd3が第1電源電圧Vdd1と同じ電圧になり、出力端OUTがローレベルになると、PMOSトランジスタ3はオンして電圧Vdd3が第2電源電圧Vdd2と同じ電圧になる。
【0017】
入力端INに入力された信号SLは、インバータINV1の入力端に入力され、インバータINV2及びINV3を介してインバータINV4の出力端から信号SHとして出力される。また、降圧回路2には、PMOSトランジスタ3が並列に接続され、PMOSトランジスタ3のゲートは、出力端OUTに接続されている。また、PMOSトランジスタ3のサブストレートゲート(バックゲートともいう)は、高電圧側の第2電源電圧Vdd2に接続されている。
【0018】
インバータINV1は、第1電源電圧Vdd1と接地電圧との間に直列に接続されたPMOSトランジスタQP1及びNMOSトランジスタQN1で構成され、PMOSトランジスタQP1とNMOSトランジスタQN1の各ゲートは接続され、該接続部は入力端INに接続されている。また、PMOSトランジスタQP1のドレインとNMOSトランジスタQN1のドレインとの接続部はインバータINV1の出力端をなす。PMOSトランジスタQP1のサブストレートゲートは第1電源電圧Vdd1に接続され、NMOSトランジスタQN1のサブストレートゲートは接地電圧に接続されている。
【0019】
インバータINV2は、第1電源電圧Vdd1と接地電圧との間に直列に接続されたPMOSトランジスタQP2及びNMOSトランジスタQN2で構成され、PMOSトランジスタQP2とNMOSトランジスタQN2の各ゲートは接続され、該接続部は、インバータINV1の出力端に接続されている。また、PMOSトランジスタQP2のドレインとNMOSトランジスタQN2のドレインとの接続部はインバータINV2の出力端をなす。PMOSトランジスタQP2のサブストレートゲートは第1電源電圧Vdd1に接続され、NMOSトランジスタQN2のサブストレートゲートは接地電圧に接続されている。
【0020】
インバータINV3は、電圧Vdd3と接地電圧との間に直列に接続されたPMOSトランジスタQP3及びNMOSトランジスタQN3で構成され、PMOSトランジスタQP3とNMOSトランジスタQN3の各ゲートは接続され、該接続部はインバータINV2の出力端に接続されている。また、PMOSトランジスタQP3のドレインとNMOSトランジスタQN3のドレインとの接続部はインバータINV3の出力端をなす。PMOSトランジスタQP3のサブストレートゲートは電圧Vdd3に接続され、NMOSトランジスタQN3のサブストレートゲートは接地電圧に接続されている。
【0021】
インバータINV4は、第2電源電圧Vdd2と接地電圧との間に直列に接続されたPMOSトランジスタQP4及びNMOSトランジスタQN4で構成され、PMOSトランジスタQP4とNMOSトランジスタQN4の各ゲートは接続され、該接続部は、インバータINV3の出力端に接続されている。また、PMOSトランジスタQP4のドレインとNMOSトランジスタQN4のドレインとの接続部はインバータINV4の出力端をなし、出力端OUTに接続されている。PMOSトランジスタQP4のサブストレートゲートは第2電源電圧Vdd2に接続され、NMOSトランジスタQN4のサブストレートゲートは接地電圧に接続されている。
【0022】
このような構成において、出力端OUTからハイレベルHVHの信号が出力されている状態で入力端にローレベルの信号が入力されると、2段目のインバータINV2の出力端がローレベルになって3段目のインバータINV3におけるNMOSトランジスタQN3がオフすると共にPMOSトランジスタQP3がオンする。このときのノードN1の電圧が第1電源電圧Vdd1と同じ電圧になっていることから、3段目のインバータINV3の出力端からハイレベルLVHの信号が出力され、出力端OUTはローレベルになり、PMOSトランジスタ3がオンする。PMOSトランジスタ3がオンすることによって、ノードN1がハイレベルHVHになり、3段目のインバータINV3の出力端からハイレベルHVHの信号が出力され、出力端OUTはローレベルで安定する。
【0023】
また、入力端INにローレベルの信号が入力され、出力端OUTからローレベルの信号が出力されている状態から、入力端INに入力されている信号がハイレベルLVHになると、2段目のインバータINV2の出力端からハイレベルLVHの信号が出力され、3段目のインバータINV3のNMOSトランジスタQN3がオンし、インバータINV3の出力端の信号レベルがローレベルまで低下する。このため、4段目のインバータINV4の出力端からハイレベルHVHの信号が出力され、PMOSトランジスタ3がオフしてノードN1がハイレベルLVHまで低下する。3段目のインバータINV3のPMOSトランジスタQP3がオフすることから、インバータINV3の出力端はローレベルとなり、出力端OUTがハイレベルHVHで安定する。
【0024】
出力端OUTがハイレベルHVHのときに第1電源電圧Vdd1が0Vになった場合は、2段目のインバータINV2の出力端がローレベルになったときと同じであり、出力端OUTからハイレベルHVHの信号が出力される。また、出力端OUTがローレベルのときに第1電源電圧Vdd1が0Vになったときは、レベルシフト回路1は、2段目のインバータINV2の出力端がローレベルになったときと同じ動作を行う。なお、図1では、インバータINV3のPMOSトランジスタQP3のサブストレートゲートを電圧Vdd3に接続するようにしたが、図2で示すように、PMOSトランジスタQP3のサブストレートゲートを第2電源電圧Vdd2に接続するようにしてもよい。
【0025】
次に、図3は、降圧回路2の回路例を示した図である。
図3において、降圧回路2は、n(nは、n>0の整数)個のNMOSトランジスタQ1〜Qn及びQaで構成されている。第2電源電圧Vdd2とノードN1との間にNMOSトランジスタQaが接続され、NMOSトランジスタQaのサブストレートゲートは接地電圧に接続されている。
【0026】
また、第2電源電圧Vdd2とNMOSトランジスタQaのゲートとの間にはNMOSトランジスタQ1〜Qnが直列に接続され、NMOSトランジスタQ1〜Qnの各ゲートはそれぞれのソースに対応して接続され、NMOSトランジスタQ1〜Qnはそれぞれダイオードを形成している。NMOSトランジスタQ1〜Qnの各サブストレートゲートは、それぞれ接地電圧に接続されている。図3の場合、PMOSトランジスタ3は、NMOSトランジスタQaに並列に接続されている。このような構成にすることにより、降圧回路2は、第2電源電圧Vdd2を第1電源電圧Vdd1まで降圧してノードN1に印加する。
【0027】
図4は、降圧回路2の他の回路例を示した図である。なお、図4では、図3と同じもの又は同様のものは同じ符号で示している。
図4において、降圧回路2は、NMOSトランジスタQ1〜Qnで構成されている。第2電源電圧Vdd2とノードN1との間に、NMOSトランジスタQ1〜Qnが直列に接続されており、NMOSトランジスタQ1〜Qnの各ゲートはそれぞれのソースに対応して接続され、NMOSトランジスタQ1〜Qnはそれぞれダイオードを形成している。NMOSトランジスタQ1〜Qnの各サブストレートゲートは、それぞれ接地電圧に接続されている。図4の場合、PMOSトランジスタ3は、NMOSトランジスタQ1〜Qnの直列回路に並列に接続されている。このような構成にすることによっても、降圧回路2は、第2電源電圧Vdd2を第1電源電圧Vdd1まで降圧してノードN1に印加する。
【0028】
なお、図3及び図4では、図1の場合を例にして示したが、図2のような構成の場合、図3は図5のようになり、図4は図6のようになる。
【0029】
このように、本第1の実施の形態におけるレベルシフト回路は、出力端OUTがハイレベルHVHのときに第1電源電圧Vdd1が0Vになった場合は、2段目のインバータINV2の出力端がローレベルになったときと同じであり、出力端OUTからハイレベルHVHの信号が出力される。また、出力端OUTがローレベルのときに第1電源電圧Vdd1が0Vになったときは、レベルシフト回路1は、2段目のインバータINV2の出力端がローレベルになったときと同じ動作を行うようにした。このことから、低電圧側電源がオフして第1電源電圧Vdd1が0Vになった場合でも、出力端OUTから期待される信号レベルの信号SHを得ることができる論理動作が可能になる。
【0030】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明のレベルシフト回路によれば、低電圧電源がオフして0Vになった場合でも、期待される論理動作を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態におけるレベルシフト回路の例を示した回路図である。
【図2】 本発明の第1の実施の形態におけるレベルシフト回路の他の例を示した回路図である。
【図3】 図1の降圧回路2の回路例を示した図である。
【図4】 図1の降圧回路2の他の回路例を示した図である。
【図5】 図2の降圧回路2の回路例を示した図である。
【図6】 図2の降圧回路2の他の回路例を示した図である。
【図7】 従来のレベルシフト回路の例を示した回路図である。
【図8】 従来のレベルシフト回路の他の例を示した回路図である。
【符号の説明】
1 レベルシフト回路
2 降圧回路
3,QP1〜QP4 PMOSトランジスタ
INV1〜INV4 インバータ
QN1〜QN4,Q1〜Qn,Qa NMOSトランジスタ
Claims (6)
- 低電圧側の信号を高電圧側の信号に変換して出力するレベルシフト回路において、
低電圧側の電源をなす第1電源電圧で作動し、前記低電圧側の信号が入力される第1インバータと、
前記第1電源電圧で作動し、該第1インバータに直列に接続された第2インバータと、
高電圧側の電源をなす第2電源電圧を降圧して第3電源電圧を生成し出力する降圧回路と、
該第3電源電圧で作動し、前記第2インバータに直列に接続された第3インバータと、
前記第2電源電圧で作動し、出力信号が前記高電圧側の信号をなす、該第3インバータに直列に接続された第4インバータと、
該第4インバータの出力信号に応じて、前記第3電源電圧として第2電源電圧を前記第3インバータに供給する第2電源電圧供給回路と、
を備え、
前記第3インバータは、第3電源電圧に一端が接続されたPチャネル型MOSトランジスタと、該Pチャネル型MOSトランジスタと直列に接続されたNチャネル型MOSトランジスタからなり、該Pチャネル型MOSトランジスタのサブストレートゲートは第3電源電圧に接続されることを特徴とするレベルシフト回路。 - 低電圧側の信号を高電圧側の信号に変換して出力するレベルシフト回路において、
低電圧側の電源をなす第1電源電圧で作動し、前記低電圧側の信号が入力される第1インバータと、
前記第1電源電圧で作動し、該第1インバータに直列に接続された第2インバータと、
高電圧側の電源をなす第2電源電圧を降圧して第3電源電圧を生成し出力する降圧回路と、
該第3電源電圧で作動し、前記第2インバータに直列に接続された第3インバータと、
前記第2電源電圧で作動し、出力信号が前記高電圧側の信号をなす、該第3インバータに直列に接続された第4インバータと、
該第4インバータの出力信号に応じて、前記第3電源電圧として第2電源電圧を前記第3インバータに供給する第2電源電圧供給回路と、
を備え、
前記第3インバータは、第3電源電圧に一端が接続されたPチャネル型MOSトランジスタと、該Pチャネル型MOSトランジスタと直列に接続されたNチャネル型MOSトランジスタからなり、該Pチャネル型MOSトランジスタのサブストレートゲートは第2電源電圧に接続されることを特徴とするレベルシフト回路。 - 前記第2電源電圧供給回路は、第4インバータの出力信号がローレベルになると、前記第3電源電圧として第2電源電圧を第3インバータに供給し、第4インバータの出力信号がハイレベルになると、第3インバータに対する第2電源電圧の供給を停止することを特徴とする請求項1又は2記載のレベルシフト回路。
- 前記降圧回路は、第2電源電圧と第3電源電圧との間に接続されたトランジスタと、第2電源電圧と該トランジスタの制御信号入力端との間に直列に接続され、第2電源電圧を降圧して該トランジスタの制御信号入力端に入力する少なくとも1つのダイオードとで構成されることを特徴とする請求項1、2又は3記載のレベルシフト回路。
- 前記降圧回路は、第2電源電圧と第3電源電圧との間に直列に接続され、第2電源電圧を降圧して第3電源電圧を生成する少なくとも1つのダイオードで構成されることを特徴とする請求項1、2又は3記載のレベルシフト回路。
- 前記第4インバータは、第2電源電圧に一端が接続されたPチャネル型MOSトランジスタと、該Pチャネル型MOSトランジスタと直列に接続されたNチャネル型MOSトランジスタからなり、該Pチャネル型MOSトランジスタのサブストレートゲートは第2電源電圧に接続されることを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載のレベルシフト回路。
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