JP4731333B2 - Level shift circuit - Google Patents

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Description

本発明は、レベルシフト回路に関して、特に電圧レベルの異なる二つのデジタル回路間で振幅レベルを変換するレベルシフト回路に関する。   The present invention relates to a level shift circuit, and more particularly to a level shift circuit that converts an amplitude level between two digital circuits having different voltage levels.

LSIの内部における電源電圧とLSI外部における電源電圧とが異なる場合、内部と外部との間で信号を伝達する上でそれぞれの電圧レベルに適した振幅レベルに変換するレベルシフト回路(レベルシフタ)が用いられる。例えば、出力バッファ回路において、内部から入力される信号が1.2V、外部に出力する信号が3.3Vである場合に、1.2Vから3.3Vにレベル変換するレベルシフト回路が必要となる。近年、チップ間の通信では、高速で信号本数の少ないシリアル転送が主流になるなど、インタフェース回路の高速化が進んでおり、レベルシフト回路も高速動作のニーズが高まっている。   When the power supply voltage inside the LSI is different from the power supply voltage outside the LSI, a level shift circuit (level shifter) that converts the amplitude level suitable for each voltage level is used to transmit a signal between the inside and the outside. It is done. For example, in the output buffer circuit, when the signal input from the inside is 1.2V and the signal output to the outside is 3.3V, a level shift circuit that converts the level from 1.2V to 3.3V is required. . In recent years, in the inter-chip communication, the speed of the interface circuit has been increased, such as high-speed serial transfer with a small number of signals, and the need for high-speed operation of the level shift circuit is also increasing.

このような高速化に対応するレベルシフト回路は、カレントミラーを負荷とする差動対(カレントミラー型差動アンプ)(例えば非特許文献1参照)を用いることで構成可能である。   A level shift circuit corresponding to such high speed can be configured by using a differential pair (current mirror type differential amplifier) (for example, see Non-Patent Document 1) having a current mirror as a load.

図7にPchカレントミラー型の差動アンプ回路をレベルシフト回路として用いた回路例を示す。この回路は、入力信号INを反転するインバータ回路LINV、差動対となるNMOSトランジスタHN1、HN2、カレントミラー接続されるPMOSトランジスタHP1、HP2、電流源となるNMOSトランジスタLN1によって構成される。ここで、NMOSトランジスタHN1とNMOSトランジスタHN2とは、同一のサイズを有し、PMOSトランジスタHP1とPMOSトランジスタHP2とは、同一のサイズを有する。   FIG. 7 shows a circuit example in which a Pch current mirror type differential amplifier circuit is used as a level shift circuit. This circuit includes an inverter circuit LINV that inverts an input signal IN, NMOS transistors HN1 and HN2 that are differential pairs, PMOS transistors HP1 and HP2 that are current mirror connected, and an NMOS transistor LN1 that is a current source. Here, the NMOS transistor HN1 and the NMOS transistor HN2 have the same size, and the PMOS transistor HP1 and the PMOS transistor HP2 have the same size.

入力信号INは、NMOSトランジスタHN1のゲートに供給されると共に、インバータ回路LINVで反転されてNMOSトランジスタHN2のゲートに供給される。NMOSトランジスタHN1、HN2のソースは、それぞれNMOSトランジスタLN1のドレインに接続される。NMOSトランジスタLN1は、ソースを接地(GND)し、ゲートを低電圧側電源VDDLに接続する。PMOSトランジスタHP1、HP2のソースは、高電圧側電源VDDHに接続される。PMOSトランジスタHP1のゲートとドレインは、PMOSトランジスタHP2のゲートおよびNMOSトランジスタHN1のドレインと接続される。また、PMOSトランジスタHP2のドレインとNMOSトランジスタHN2のドレインとが接続され、出力信号OUTを出力する。   The input signal IN is supplied to the gate of the NMOS transistor HN1, is inverted by the inverter circuit LINV, and is supplied to the gate of the NMOS transistor HN2. The sources of the NMOS transistors HN1 and HN2 are connected to the drain of the NMOS transistor LN1, respectively. The NMOS transistor LN1 has a source grounded (GND) and a gate connected to the low voltage side power supply VDDL. The sources of the PMOS transistors HP1 and HP2 are connected to the high voltage side power supply VDDH. The gate and drain of the PMOS transistor HP1 are connected to the gate of the PMOS transistor HP2 and the drain of the NMOS transistor HN1. Further, the drain of the PMOS transistor HP2 and the drain of the NMOS transistor HN2 are connected to output an output signal OUT.

このように構成されるレベルシフト回路は、NMOSトランジスタHN1、HN2のゲートに入力される信号間に差電位が生じると、NMOSトランジスタHN1、HN2に流れる電流に差が生ずる。この差電流を負荷となるPchカレントミラーによって電圧に変換することで、小さな入力差電位から大きな出力振幅の電圧を得ることが可能となる。すなわち、レベルシフト回路は、小さなレベルの入力信号INからレベル変換された大きなレベルの出力信号OUTを出力することができる。   In the level shift circuit configured as described above, when a difference potential is generated between signals input to the gates of the NMOS transistors HN1 and HN2, a difference occurs in currents flowing through the NMOS transistors HN1 and HN2. By converting this difference current into a voltage by a Pch current mirror as a load, a voltage having a large output amplitude can be obtained from a small input difference potential. That is, the level shift circuit can output a large level output signal OUT obtained by level conversion from a small level input signal IN.

ところで、図7に示すレベルシフト回路は、電流源となるNMOSトランジスタLN1によって差動アンプに電流が常時流れる構成となっているために消費電流が多くなってしまう。   Incidentally, the level shift circuit shown in FIG. 7 consumes a large amount of current because the current always flows to the differential amplifier by the NMOS transistor LN1 serving as a current source.

そこで、消費電流を低減する方法として、特許文献1に高速サンプリングレシーバーが開示されている。このサンプリングレシーバーは、レベルを変換するデータ信号入力の他に、そのデータをサンプリングするためのクロック信号を入力する構成とされ、非サンプリング時の消費電流を削減する工夫がなされている。   Thus, as a method for reducing current consumption, Patent Document 1 discloses a high-speed sampling receiver. This sampling receiver is configured to input a clock signal for sampling the data in addition to the data signal input for level conversion, and is devised to reduce current consumption during non-sampling.

図9は、クロック信号によるサンプリング機能を追加した差動アンプを用いたレベルシフト回路である。図9に示す回路は、特許文献1に開示されるサンプリングレシーバーをレベルシフト回路に応用した回路に相当する。このレベルシフト回路は、入力信号を反転するインバータ回路LINV、クロック信号CLKを反転するインバータ回路HINV、差動アンプを構成するPchの差動対となるPMOSトランジスタHP11、HP12、Nchの差動対となるNMOSトランジスタHN11、HN12、差動対の電流供給・遮断を行うPMOSトランジスタHP13およびNMOSトランジスタHN13、電流遮断時に差動アンプ内のデータをラッチするラッチ回路HLAT及びSRフリップフロップ回路HSRFFを備える。ここで、NMOSトランジスタHN11とHN12とは、同一サイズであり、PMOSトランジスタHP11とHP12とは、同一サイズである。   FIG. 9 shows a level shift circuit using a differential amplifier to which a sampling function using a clock signal is added. The circuit shown in FIG. 9 corresponds to a circuit in which the sampling receiver disclosed in Patent Document 1 is applied to a level shift circuit. This level shift circuit includes an inverter circuit LINV that inverts an input signal, an inverter circuit HINV that inverts a clock signal CLK, and a differential pair of PMOS transistors HP11, HP12, and Nch that form a differential pair of Pch constituting a differential amplifier. NMOS transistors HN11 and HN12, a PMOS transistor HP13 and an NMOS transistor HN13 for supplying / cutting off the current of the differential pair, and a latch circuit HLAT and an SR flip-flop circuit HSRFF for latching data in the differential amplifier when the current is cut off. Here, the NMOS transistors HN11 and HN12 have the same size, and the PMOS transistors HP11 and HP12 have the same size.

入力信号INは、NMOSトランジスタHN11のゲートとPMOSトランジスタHP11のゲートとに供給され、さらにインバータ回路LINVで反転されてNMOSトランジスタHN12のゲートとPMOSトランジスタHP12のゲートとに供給される。NMOSトランジスタHN11、HN12のソースは、NMOSトランジスタHN13のドレインと接続される。NMOSトランジスタHN13のソースは、接地(GND)され、ゲートにはクロック信号CLKが与えられる。また、クロック信号CLKは、ラッチ回路HLATの共通入力に供給されると共に、インバータ回路HINVで反転されてPMOSトランジスタHP13のゲートとに供給される。PMOSトランジスタHP11、HP12のソースは、PMOSトランジスタHP13のドレインと接続される。PMOSトランジスタHP13のソースは、高電圧側電源VDDHに接続される。   The input signal IN is supplied to the gate of the NMOS transistor HN11 and the gate of the PMOS transistor HP11, further inverted by the inverter circuit LINV, and supplied to the gate of the NMOS transistor HN12 and the gate of the PMOS transistor HP12. The sources of the NMOS transistors HN11 and HN12 are connected to the drain of the NMOS transistor HN13. The source of the NMOS transistor HN13 is grounded (GND), and the clock signal CLK is supplied to the gate. The clock signal CLK is supplied to the common input of the latch circuit HLAT, inverted by the inverter circuit HINV, and supplied to the gate of the PMOS transistor HP13. The sources of the PMOS transistors HP11 and HP12 are connected to the drain of the PMOS transistor HP13. The source of the PMOS transistor HP13 is connected to the high voltage side power supply VDDH.

また、NMOSトランジスタHN11のドレインとPMOSトランジスタHP11のドレインとは、ラッチ回路HLATの一方の出力端(B1)に接続され、NMOSトランジスタHN12のドレインとPMOSトランジスタHP12のドレインとは、ラッチ回路HLATの他方の出力端(A1)に接続される。さらに、ラッチ回路HLATの一方の出力端は、SRフリップフロップ回路HSRFFの一方の入力端に接続され、ラッチ回路HLATの他方の出力端は、SRフリップフロップ回路HSRFFの他方の入力端に接続される。   The drain of the NMOS transistor HN11 and the drain of the PMOS transistor HP11 are connected to one output terminal (B1) of the latch circuit HLAT, and the drain of the NMOS transistor HN12 and the drain of the PMOS transistor HP12 are the other side of the latch circuit HLAT. Connected to the output terminal (A1). Further, one output terminal of the latch circuit HLAT is connected to one input terminal of the SR flip-flop circuit HSRFF, and the other output terminal of the latch circuit HLAT is connected to the other input terminal of the SR flip-flop circuit HSRFF. .

このように構成されるレベルシフト回路は、貫通電流遮断用のトランジスタであるPMOSトランジスタHP13およびNMOSトランジスタHN13によってクロック信号CLKがローレベルの状態では貫通電流を遮断し、ラッチ回路HLATによって差動出力信号A1、B1を各々の出力状態からハイレベル(電源VDDHのレベル)にする。差動出力信号A1、B1を入力とするSRフリップフロップ回路HSRFFの入力は、両入力共にハイレベルとなり、前状態を保持したままとなる。   The level shift circuit configured as described above cuts through current when the clock signal CLK is at a low level by the PMOS transistor HP13 and NMOS transistor HN13, which are through current cutoff transistors, and the differential output signal by the latch circuit HLAT. A1 and B1 are set to the high level (the level of the power supply VDDH) from the respective output states. The inputs of the SR flip-flop circuit HSRFF that receives the differential output signals A1 and B1 are both at a high level, and the previous state is maintained.

クロック信号CLKが立ち上がると、PMOSトランジスタHP13およびNMOSトランジスタHN13がオンし、差動対HP11、HP12、HN11、HN12のゲート入力の差電位によって、PMOSトランジスタHP11からNMOSトランジスタHN11へ流れる電流パスと、PMOSトランジスタHP12からNMOSトランジスタHN12へ流れる電流パスとの間で電流差が生じ、その差電流によって差動出力信号A1とB1間に差電位が発生する。この差電位をラッチ回路HLATによってさらに強調する。これらの動作によって差動出力信号A1もしくはB1が立下り、その立下りがトリガとなってSRフリップフロップ回路HSRFFの出力信号OUTが変化する。   When the clock signal CLK rises, the PMOS transistor HP13 and the NMOS transistor HN13 are turned on, and a current path flowing from the PMOS transistor HP11 to the NMOS transistor HN11 by the potential difference between the gate inputs of the differential pairs HP11, HP12, HN11, and HN12, and the PMOS A current difference is generated between the current path flowing from the transistor HP12 to the NMOS transistor HN12, and a difference potential is generated between the differential output signals A1 and B1 due to the difference current. This difference potential is further emphasized by the latch circuit HLAT. By these operations, the differential output signal A1 or B1 falls, and the fall is triggered to change the output signal OUT of the SR flip-flop circuit HSRFF.

特開2003−78407号公報JP 2003-78407 A Behzad Razavi著、黒田忠広監訳、アナログCMOS集積回路の設計 基礎編、丸善株式会社、平成15年3月30日発行、P.185Behzad Razavi, translated by Tadahiro Kuroda, Analog CMOS integrated circuit design basics, Maruzen Co., Ltd., published on March 30, 2003, p. 185

図7に示すレベルシフト回路は、入力信号INの信号レベルがハイレベル(電圧値VDDL)の場合、NMOSトランジスタHN1がオンとなり、常時オンしているNMOSトランジスタLN1、ダイオード接続されているPMOSトランジスタHP1により、高電圧側電源VDDHからGNDへ常に貫通電流が発生する。したがって、定常電流が発生し消費電力が一般的なCMOS回路に比べて数桁増加してしまう。   In the level shift circuit shown in FIG. 7, when the signal level of the input signal IN is high (voltage value VDDL), the NMOS transistor HN1 is turned on, the NMOS transistor LN1 that is always on, and the PMOS transistor HP1 that is diode-connected. Thus, a through current is always generated from the high voltage side power supply VDDH to the GND. Therefore, a steady current is generated, and the power consumption increases by several orders of magnitude compared to a general CMOS circuit.

図8は、図7に示すレベルシフト回路の入力信号INの電圧波形、出力信号OUTの電圧波形、回路全体のGNDに流れるIGNDの電流波形を示す図である。図8に示すように、入力信号INがハイレベルのときに常に電流IGNDが流れ続ける状態となる。   FIG. 8 is a diagram showing the voltage waveform of the input signal IN, the voltage waveform of the output signal OUT, and the current waveform of the GND flowing in the GND of the entire circuit of the level shift circuit shown in FIG. As shown in FIG. 8, the current GND always flows when the input signal IN is at a high level.

一方、図9に示すレベルシフト回路は、クロック信号CLKがローレベルのときにはPMOSトランジスタHP13およびNMOSトランジスタHN13によって貫通電流が遮断される。しかし、クロック信号CLKがハイレベルの状態では、Pchの差動対であるPMOSトランジスタHP11、HP12のゲート入力が最大でも低電圧側電源VDDLの電位までしか引き上がらず、どちらも完全にカットオフしない。このため、高電圧側電源VDDHからGNDへの貫通電流が生じる。   On the other hand, in the level shift circuit shown in FIG. 9, when the clock signal CLK is at a low level, the through current is blocked by the PMOS transistor HP13 and the NMOS transistor HN13. However, when the clock signal CLK is at a high level, the gate inputs of the PMOS transistors HP11 and HP12, which are Pch differential pairs, are pulled up only to the potential of the low-voltage power supply VDDL at the maximum, and neither of them is completely cut off. . For this reason, a through current from the high voltage side power supply VDDH to the GND is generated.

例えば入力信号INがローレベル、クロック信号CLKがハイレベルの場合、差動出力A1がローレベル、差動出力B1がハイレベルとなる。このとき、NMOSトランジスタHN11は完全にオフ状態となり、ラッチ回路HLATによって差動出力B1は高電圧側電源VDDHの電位まで引き上がる。このためPMOSトランジスタHP11には電流が流れない。逆に差動出力A1はラッチ回路HLAT及びNMOSトランジスタHN12、HN13によってローレベルとなる。しかし、PMOSトランジスタHP12のゲート入力が低電圧側電源VDDLの電位であるため、完全にはオフ状態とならない。したがって、PMOSトランジスタHP13からPMOSトランジスタHP12を経由し、ラッチ回路HLAT、及びNMOSトランジスタHN12からNMOSトランジスタHN13へ貫通電流が流れ続ける。   For example, when the input signal IN is low level and the clock signal CLK is high level, the differential output A1 is low level and the differential output B1 is high level. At this time, the NMOS transistor HN11 is completely turned off, and the differential output B1 is pulled up to the potential of the high voltage side power supply VDDH by the latch circuit HLAT. For this reason, no current flows through the PMOS transistor HP11. On the contrary, the differential output A1 becomes low level by the latch circuit HLAT and the NMOS transistors HN12 and HN13. However, since the gate input of the PMOS transistor HP12 is the potential of the low voltage side power supply VDDL, it is not completely turned off. Therefore, the through current continues to flow from the PMOS transistor HP13 to the latch circuit HLAT and the NMOS transistor HN12 to the NMOS transistor HN13 via the PMOS transistor HP12.

図10は、図9に示すレベルシフト回路の入力信号INの電圧波形、クロック信号CLK電圧波形、出力信号OUTの電圧波形、回路全体のGNDに流れるIGNDの電流波形を示す図である。図10に示すように、クロック信号CLKがハイレベルのときに常に電流IGNDが流れ続ける状態となる。   FIG. 10 is a diagram showing a voltage waveform of the input signal IN, a voltage waveform of the clock signal CLK, a voltage waveform of the output signal OUT, and a current waveform of GND flowing through the GND of the entire circuit of the level shift circuit shown in FIG. As shown in FIG. 10, the current GND always flows when the clock signal CLK is at a high level.

従って、図9に示すレベルシフト回路においても消費電力が大きくなってしまう。なお、図9に示すレベルシフト回路は、クロック信号CLKを入力する必要があり、クロック信号が存在しない非同期回路には使用することは困難である。   Therefore, power consumption also increases in the level shift circuit shown in FIG. Note that the level shift circuit shown in FIG. 9 needs to receive the clock signal CLK, and is difficult to use for an asynchronous circuit in which no clock signal exists.

本発明の1つのアスペクトに係るレベルシフト回路は、カレントミラーを負荷とする差動対を含み、入力信号の第1のレベルおよび第2のレベルにそれぞれ対応して第1のレベルおよび第3のレベルとなる出力信号を非反転出力端子から出力する。このレベルシフト回路は、非反転出力端子に接続されると共に、非反転出力信号が第3のレベルとなった場合に非反転出力端子を差動対の電源と短絡し、入力信号が第1のレベルである場合には開放となる第1のプルアップ回路と、差動対と接地間に接続されると共に、差動対への動作電流を供給する電流源回路と、非反転出力信号が第3のレベルとなってから所定の時間経過後に差動対への動作電流を切断し、入力信号が第1のレベルである場合には差動対への動作電流を供給するように電流源回路を制御する電流源制御回路と、を備える。   The level shift circuit according to one aspect of the present invention includes a differential pair having a current mirror as a load, and the first level and the third level corresponding to the first level and the second level of the input signal, respectively. Output a level output signal from the non-inverted output terminal. The level shift circuit is connected to the non-inverting output terminal, and when the non-inverting output signal becomes the third level, the non-inverting output terminal is short-circuited with the power supply of the differential pair, and the input signal is the first. A first pull-up circuit that is open when the level is low, a current source circuit that is connected between the differential pair and ground, supplies an operating current to the differential pair, and a non-inverted output signal The current source circuit is configured to cut off the operating current to the differential pair after a predetermined time has elapsed since the level becomes 3, and to supply the operating current to the differential pair when the input signal is at the first level. A current source control circuit for controlling

本発明によれば、クロック信号を用いることなく定常電流の発生しない構成とすることで、消費電力を低減することができる。   According to the present invention, power consumption can be reduced by employing a configuration that does not generate a steady current without using a clock signal.

本発明の実施形態に係るレベルシフト回路は、カレントミラー(図1のHP1、HP2)を負荷とする差動対(図1のHN1、HN2)、プルアップ回路(図1のHP3、HINV1)、電流源回路(図1のLN1)、電流源制御回路(図1のHBUF、LNAND)を備える。差動対は、入力信号(図1のIN)のローレベルおよびハイレベルにそれぞれ対応してローレベルおよびレベルシフトされたハイレベル(以下、第2のハイレベルという)となる出力信号(図1のOUT)を非反転出力端子から出力する。非反転出力端子に接続されるプルアップ回路は、非反転出力信号が第2のハイレベルとなった時点で動作して非反転出力端子をプルアップし、入力信号がローレベルである場合には開放となる。差動対と接地間に接続される電流源回路、より具体的にはトランジスタ(図1のLN1)は、差動対への動作電流を供給する。電流源制御回路は、非反転出力信号が第2のハイレベルとなってから所定の時間経過後に差動対への動作電流を切断し、入力信号がローレベルである場合には差動対への動作電流を供給するように電流源回路を制御する。   The level shift circuit according to the embodiment of the present invention includes a differential pair (HN1 and HN2 in FIG. 1) using a current mirror (HP1 and HP2 in FIG. 1) as a load, a pull-up circuit (HP3 and HINV1 in FIG. 1), A current source circuit (LN1 in FIG. 1) and a current source control circuit (HBUF, LNAND in FIG. 1) are provided. The differential pair outputs an output signal (FIG. 1) that becomes a high level (hereinafter referred to as a second high level) that is low level and level shifted corresponding to the low level and high level of the input signal (IN in FIG. 1), respectively. OUT) from the non-inverting output terminal. The pull-up circuit connected to the non-inverting output terminal operates when the non-inverting output signal becomes the second high level, pulls up the non-inverting output terminal, and the input signal is low level. It becomes open. A current source circuit connected between the differential pair and the ground, more specifically, a transistor (LN1 in FIG. 1) supplies an operating current to the differential pair. The current source control circuit cuts the operating current to the differential pair after a lapse of a predetermined time after the non-inverted output signal becomes the second high level, and to the differential pair when the input signal is at the low level. The current source circuit is controlled so as to supply the operating current.

このような構成のレベルシフト回路は、カレントミラー型であるので、高速に動作する。その上で、従来のカレントミラー型レベルシフト回路の欠点である定常電流の防止のため、定常電流が流れる電流源回路であるトランジスタのゲート端子を入力信号のレベルによって制御する構成とされる。また、ゲート端子の制御は、レベルを変換する入力データ信号そのもので行う。つまりゲート端子の制御のために新たな制御信号や制御機構を必要とせず、制御信号の切り替えによって大きな遅延劣化が生じない構成とされる。このような構成によって定常電流が発生せず、低消費電力化を実現することができる。以下、実施例に即し、図面を参照して詳細に説明する。   Since the level shift circuit having such a configuration is a current mirror type, it operates at high speed. In addition, in order to prevent steady current, which is a drawback of the conventional current mirror type level shift circuit, the gate terminal of the transistor, which is a current source circuit through which steady current flows, is controlled by the level of the input signal. The gate terminal is controlled by the input data signal itself for converting the level. That is, a new control signal or control mechanism is not required for controlling the gate terminal, and a large delay deterioration is not caused by switching the control signal. With such a configuration, no steady current is generated and low power consumption can be realized. Hereinafter, it will be described in detail with reference to the drawings in accordance with embodiments.

図1は、本発明の第1の実施例に係るレベルシフト回路の回路図である。図1において、図7と同一の符号は同一物を表す。図1に示すレベルシフト回路は、図7に示すレベルシフト回路に対し、NMOSトランジスタLN1のゲート電圧を制御する2入力のNAND回路LNAND、出力信号OUTを低電圧側電源VDDL(図示されない)のレベルに変換してフィードバックするバッファ回路HBUF、出力信号OUTをラッチするインバータ回路HINV1およびPMOSトランジスタHP3を追加した構成である。ここで、インバータ回路LINV、NAND回路LNAND、NMOSトランジスタLN1は、低電圧側電源VDDLで動作する低耐圧の素子あるいは回路である。また、バッファ回路HBUFは、低電圧側電源VDDLで動作し高耐圧の回路である。さらに、インバータ回路HINV1、NMOSトランジスタHN1、HN2、PMOSトランジスタHP1〜HP3は、高電圧側電源VDDHで動作する高耐圧の素子あるいは回路である。   FIG. 1 is a circuit diagram of a level shift circuit according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same reference numerals as those in FIG. The level shift circuit shown in FIG. 1 is different from the level shift circuit shown in FIG. 7 in that it is a two-input NAND circuit LNAND that controls the gate voltage of the NMOS transistor LN1, and the output signal OUT is the level of the low voltage side power supply VDDL (not shown). In this configuration, a buffer circuit HBUF that converts the signal into a feedback signal, an inverter circuit HINV1 that latches the output signal OUT, and a PMOS transistor HP3 are added. Here, the inverter circuit LINV, the NAND circuit LNAND, and the NMOS transistor LN1 are low-breakdown-voltage elements or circuits that operate with the low-voltage power supply VDDL. Further, the buffer circuit HBUF is a high voltage circuit that operates with the low voltage side power supply VDDL. Further, the inverter circuit HINV1, the NMOS transistors HN1, HN2, and the PMOS transistors HP1 to HP3 are high breakdown voltage elements or circuits that operate with the high voltage side power supply VDDH.

バッファ回路HBUFは、出力信号OUTを低電圧側電源VDDLの信号レベルに変換すると共に、所定の時間遅延してNAND回路LNANDの一つの入力端子に供給する。NAND回路LNANDの他の入力端子には、入力信号INが供給され、NAND回路LNANDの出力端子がNMOSトランジスタLN1のゲートに接続される。   The buffer circuit HBUF converts the output signal OUT into a signal level of the low voltage side power supply VDDL and supplies it to one input terminal of the NAND circuit LNAND with a predetermined time delay. An input signal IN is supplied to the other input terminal of the NAND circuit LNAND, and the output terminal of the NAND circuit LNAND is connected to the gate of the NMOS transistor LN1.

インバータ回路HINV1は、入力端にPMOSトランジスタHP3のドレインを接続して出力信号OUTを与え、出力端をPMOSトランジスタHP3のゲート端子に接続する。PMOSトランジスタHP3は、ソースを高電圧側電源VDDHに接続し、ドレインをNMOSトランジスタHN2のドレインおよびPMOSトランジスタHP3のドレインに接続する。インバータ回路HINV1とPMOSトランジスタHP3とは、出力信号OUTがハイレベルとなった時に、ハイレベルを保持するためのラッチ回路を構成する。ここでPMOSトランジスタHP3の駆動能力は、カレントミラー回路そのものの動作を妨げないように十分小さなものとする。   The inverter circuit HINV1 connects the drain of the PMOS transistor HP3 to the input terminal to give an output signal OUT, and connects the output terminal to the gate terminal of the PMOS transistor HP3. The PMOS transistor HP3 has a source connected to the high voltage side power supply VDDH and a drain connected to the drain of the NMOS transistor HN2 and the drain of the PMOS transistor HP3. The inverter circuit HINV1 and the PMOS transistor HP3 constitute a latch circuit for holding a high level when the output signal OUT becomes a high level. Here, the driving capability of the PMOS transistor HP3 is sufficiently small so as not to disturb the operation of the current mirror circuit itself.

図1に示すように、PMOSトランジスタHP1、HP2、NMOSトランジスタHN1、HN2、LN1で構成されるカレントミラー回路を負荷とする差動対におけるGNDへの電流パスは、必ずNMOSトランジスタLN1を通る。そこで、NAND回路LNANDとバッファ回路HBUFの動作によって、NMOSトランジスタLN1を制御することで定常電流を発生させない構成としている。   As shown in FIG. 1, a current path to GND in a differential pair having a current mirror circuit composed of PMOS transistors HP1 and HP2 and NMOS transistors HN1, HN2, and LN1 as a load always passes through the NMOS transistor LN1. Therefore, the configuration is such that a steady current is not generated by controlling the NMOS transistor LN1 by the operations of the NAND circuit LNAND and the buffer circuit HBUF.

図2は、入力信号INと出力信号OUTのレベル状態に対応するNMOSトランジスタLN1のオンオフ状態を示す状態図である。入力信号INの変化時、つまり入力信号INと出力信号OUTの状態が異なる場合には、NMOSトランジスタLN1がオンしており、通常のカレントミラー回路に相当する動作となる。   FIG. 2 is a state diagram showing the on / off state of the NMOS transistor LN1 corresponding to the level states of the input signal IN and the output signal OUT. When the input signal IN changes, that is, when the state of the input signal IN is different from that of the output signal OUT, the NMOS transistor LN1 is on, and the operation corresponds to a normal current mirror circuit.

入力信号INと出力信号OUTが共にローレベルとなった場合にも、NMOSトランジスタLN1はオンとなる。ただし、入力信号INがローレベルであることからNMOSトランジスタHN1がオフとなりダイオード接続されたPMOSトランジスタHP1の電流経路がなくなりA点の電圧が「VDDH−Vtp(VtpはPMOSトランジスタHP1のしきい値電圧)」となる。したがって、PMOSトランジスタHP2も完全にオフとなる。   The NMOS transistor LN1 is also turned on when both the input signal IN and the output signal OUT are at a low level. However, since the input signal IN is at a low level, the NMOS transistor HN1 is turned off, the current path of the diode-connected PMOS transistor HP1 disappears, and the voltage at the point A becomes “VDDH−Vtp (Vtp is the threshold voltage of the PMOS transistor HP1). ) ”. Therefore, the PMOS transistor HP2 is also completely turned off.

また、PMOSトランジスタHP3は一時的にオンしていても、PMOSトランジスタHP3自体の駆動能力は、PMOSトランジスタHP2、NMOSトランジスタHN2、LN1に比べて非常に弱い駆動能力に設定されている。したがって、PMOSトランジスタHP2がオフ、NMOSトランジスタHN2とNMOSトランジスタLN1がオンとなると、PMOSトランジスタHP3のオン、オフに関わらず、出力信号OUTは必ずローレベルとなり、PMOSトランジスタHP3は最終的には完全にオフとなる。このように、カレントミラー内での高電圧側電源VDDHからGNDへの電流経路は、全て遮断される。したがって、入力信号INと出力信号OUTがともにローレベルで静止した状態での貫通電流は発生しない。   Even if the PMOS transistor HP3 is temporarily turned on, the driving capability of the PMOS transistor HP3 itself is set to be very weak compared to the PMOS transistor HP2, NMOS transistors HN2, and LN1. Therefore, when the PMOS transistor HP2 is turned off and the NMOS transistor HN2 and the NMOS transistor LN1 are turned on, the output signal OUT is always at a low level regardless of whether the PMOS transistor HP3 is turned on or off, and the PMOS transistor HP3 is finally completely turned off. Turn off. In this way, all current paths from the high-voltage power supply VDDH to GND in the current mirror are blocked. Therefore, no through current is generated when both the input signal IN and the output signal OUT are stationary at a low level.

入力信号INと出力信号OUTがともにハイレベルとなった場合にのみ、NMOSトランジスタLN1のゲート電位をGNDレベルに落としてオフとする。入力信号INと出力信号OUTがローレベルのときと同様にPMOSトランジスタHP1の電流経路がなくなり、A点の電圧が「VDDH−Vtp」となってPMOSトランジスタHP2も完全にオフとなっている。   Only when both the input signal IN and the output signal OUT are at a high level, the gate potential of the NMOS transistor LN1 is lowered to the GND level and turned off. As in the case where the input signal IN and the output signal OUT are at the low level, the current path of the PMOS transistor HP1 disappears, the voltage at the point A becomes “VDDH−Vtp”, and the PMOS transistor HP2 is also completely turned off.

図3に、図1の回路動作時の入力信号INと出力信号OUT及びカレントミラーゲート(A点)とNMOSトランジスタLN1のドレイン(B点)の電圧波形を示す。A点は、入力信号INがローレベルまたはハイレベルで静止している状態では、「VDDH−Vtp」(図3では2.8V付近)となっている。B点は、入力信号INがローレベルで静止している状態ではローレベル、ハイレベルで静止している状態では、「VDDL−Vtn(VtnはNMOSトランジスタLN1のしきい値電圧)」(図3では0.7V付近)となっている。   FIG. 3 shows voltage waveforms of the input signal IN, the output signal OUT, the current mirror gate (point A), and the drain (point B) of the NMOS transistor LN1 during the circuit operation of FIG. The point A is “VDDH−Vtp” (in the vicinity of 2.8 V in FIG. 3) when the input signal IN is stationary at the low level or the high level. Point B indicates “VDDL−Vtn (Vtn is the threshold voltage of the NMOS transistor LN1)” when the input signal IN is at a low level and is stationary at a high level (FIG. 3). In the vicinity of 0.7V).

以上の説明において、もしPMOSトランジスタHP3が存在しないとすると、出力信号OUTは、フローティング状態となり、出力信号OUTの電位が高電圧側電源VDDHもしくはGNDレベル以外の中間電位になる。この場合、出力信号OUTを入力とするCMOS回路が外部に存在する場合に、このCMOS回路に貫通電流が発生する虞がある。したがって、インバータ回路HINV1とPMOSトランジスタHP3とで構成されるプルアップ回路によって出力信号OUTを高電圧側電源VDDHの電位に引き上げる。このように、カレントミラー内での高電圧側電源VDDHからGNDへの電流経路は、全て遮断されることから、入力信号INと出力信号OUTがともにハイレベルで静止した状態であっても貫通電流は発生しない。   In the above description, if the PMOS transistor HP3 does not exist, the output signal OUT is in a floating state, and the potential of the output signal OUT becomes an intermediate potential other than the high voltage side power supply VDDH or GND level. In this case, when a CMOS circuit that receives the output signal OUT is present outside, there is a possibility that a through current may be generated in the CMOS circuit. Therefore, the output signal OUT is pulled up to the potential of the high-voltage side power supply VDDH by the pull-up circuit composed of the inverter circuit HINV1 and the PMOS transistor HP3. As described above, since the current path from the high voltage side power supply VDDH to GND in the current mirror is completely cut off, even if both the input signal IN and the output signal OUT are stationary at a high level, the through current Does not occur.

以上説明したように、図1に示すレベルシフト回路は、入力信号INがどのような静止状態においても、貫通電流が生じないような回路構成となっている。   As described above, the level shift circuit shown in FIG. 1 has a circuit configuration in which no through current is generated regardless of the stationary state of the input signal IN.

次に、実際に流れる電流波形について説明する。図4は、図1のレベルシフト回路における動作時の入力信号INと出力信号OUT及びNMOSトランジスタLN1のゲート(C点)における各電圧波形と、回路全体のGNDに流れる電流波形IGNDとを示す図である。C点の電圧が低電圧側電源VDDLの電位(図4では1.2V)にある状態でNMOSトランジスタLN1がオンとなるが、図2に示したように、入力信号INと出力信号OUTがハイレベルで静止した状態のみ、NMOSトランジスタLN1がオフ、すなわちC点の電圧がGNDレベルとなっている。また、電流IGNDを見ると、入力信号INと出力信号OUTのスイッチング時に電流が発生しているが、入力信号INがローレベルまたはハイレベルで静止している状態では、電流が流れていないことがわかる。   Next, the current waveform that actually flows will be described. FIG. 4 is a diagram showing the input signal IN, the output signal OUT, each voltage waveform at the gate (point C) of the NMOS transistor LN1, and the current waveform GND flowing in the GND of the entire circuit in the operation of the level shift circuit of FIG. It is. The NMOS transistor LN1 is turned on while the voltage at the point C is at the potential of the low voltage side power supply VDDL (1.2V in FIG. 4). However, as shown in FIG. 2, the input signal IN and the output signal OUT are high. The NMOS transistor LN1 is off, that is, the voltage at the point C is at the GND level only when the level is stationary. Further, when looking at the current GND, a current is generated when the input signal IN and the output signal OUT are switched. However, when the input signal IN is stationary at a low level or a high level, the current does not flow. Recognize.

従来例のレベルシフト回路においては、図8及び図10に示すように電流IGNDを見ると、入力信号のスイッチング時以外にも静止状態の一部で電流が流れ続けている。これらに対して図1に示すレベルシフト回路は、静止状態で電流が流れず、消費電流の面で改善されていることがわかる。   In the level shift circuit of the conventional example, when the current GND is viewed as shown in FIGS. 8 and 10, the current continues to flow in a part of the stationary state other than when the input signal is switched. On the other hand, it can be seen that the level shift circuit shown in FIG. 1 is improved in terms of current consumption because no current flows in a stationary state.

以上の通り、本発明のレベルシフト回路は、カレントミラー型の回路でありながら、定常電流が発生しない構成となっている。したがって、従来のカレントミラー型回路における消費電力が大きいという欠点を解決している。   As described above, the level shift circuit of the present invention is a current mirror type circuit, but has a configuration in which no steady current is generated. Therefore, the disadvantage of high power consumption in the conventional current mirror type circuit is solved.

一方、定常電流を発生させない回路構成にしたことで、カレントミラー型の利点である高速性が失われては、カレントミラー型にした意味がない。従来のカレントミラー型の回路に対して、図1に示すレベルシフト回路において追加した回路による遅延劣化の可能性の要因は、2つ考えられる。第1は、PMOSトランジスタHP3による出力信号OUT部分への負荷増加の影響である。第2は、入力信号INが立ち下がるときの初期状態においてNMOSトランジスタLN1がオフになっており、それをオンするまでの遅延の影響である。   On the other hand, the loss of high speed, which is an advantage of the current mirror type, due to the circuit configuration that does not generate a steady current does not make sense for the current mirror type. There are two possible causes of delay degradation due to the circuit added in the level shift circuit shown in FIG. 1 compared to the conventional current mirror type circuit. The first is the influence of an increase in load on the output signal OUT portion by the PMOS transistor HP3. The second is the influence of the delay until the NMOS transistor LN1 is turned off in the initial state when the input signal IN falls, and it is turned on.

まず、PMOSトランジスタHP3による負荷増加の影響について説明する。入力信号INが立ち下がる際、初期状態でPMOSトランジスタHP3はオンとなっている。そのため、出力信号OUTが立ち下がる際にPMOSトランジスタHP3が逆方向に働き、カレントミラーの動作を妨げる形となる。しかし、PMOSトランジスタHP3は、出力信号OUTがハイレベルになったときに、ハイレベルをラッチするためのものであって、出力信号OUTをスイッチングするためのものではない。したがって、PMOSトランジスタHP3は、出力信号OUTを駆動するPMOSトランジスタHP2、NMOSトランジスタHN1、LN1に対して十分小さい駆動能力として問題がない。このため、PMOSトランジスタHP3による遅延増加を十分小さくすることは可能である。   First, the influence of the load increase due to the PMOS transistor HP3 will be described. When the input signal IN falls, the PMOS transistor HP3 is turned on in the initial state. For this reason, when the output signal OUT falls, the PMOS transistor HP3 works in the reverse direction, thereby hindering the operation of the current mirror. However, the PMOS transistor HP3 is for latching the high level when the output signal OUT becomes the high level, and not for switching the output signal OUT. Accordingly, the PMOS transistor HP3 has no problem as a sufficiently small driving capability with respect to the PMOS transistor HP2 and the NMOS transistors HN1 and LN1 that drive the output signal OUT. For this reason, it is possible to sufficiently reduce the delay increase due to the PMOS transistor HP3.

次に、入力信号INが立ち下がるときのNMOSトランジスタLN1がオフからオンになるまでの遅延の影響について説明する。入力信号INが立ち下がってからNMOSトランジスタHN1がオンするまでの遅延に比べて、入力信号INが立ち下がってからNMOSトランジスタLN1がオンしてNMOSトランジスタLN1のドレインをGNDレベルまで引き下げる遅延の方が大きければ、その分入力信号INから出力信号OUTまでの遅延が増加することになる。しかしながら、入力信号INからNMOSトランジスタLN1へのゲート段数は、NAND回路LNANDが一段しかないこと、NMOSトランジスタLN1は耐圧が低電圧側電源VDDLの電位以上あればよいためにNMOSトランジスタHN1に比べてNMOSトランジスタLN1はゲート面積が小さく高速なトランジスタを用いることが可能であること、という理由によってNMOSトランジスタLN1の制御による遅延増加を十分小さくすることが可能である。ただし、NMOSトランジスタHN1には耐圧が高電圧側電源VDDHの電位以上となるトランジスタを用いる必要がある。   Next, the influence of the delay until the NMOS transistor LN1 is turned on from off when the input signal IN falls will be described. Compared to the delay from when the input signal IN falls to when the NMOS transistor HN1 is turned on, the delay at which the NMOS transistor LN1 is turned on after the input signal IN falls and pulls the drain of the NMOS transistor LN1 to the GND level is more If it is larger, the delay from the input signal IN to the output signal OUT increases accordingly. However, the number of gate stages from the input signal IN to the NMOS transistor LN1 is such that the NAND circuit LNAND has only one stage, and the NMOS transistor LN1 only needs to have a breakdown voltage equal to or higher than the potential of the low voltage side power supply VDDL. Since the transistor LN1 has a small gate area and can use a high-speed transistor, an increase in delay due to the control of the NMOS transistor LN1 can be sufficiently reduced. However, it is necessary to use a transistor whose breakdown voltage is equal to or higher than the potential of the high-voltage power supply VDDH as the NMOS transistor HN1.

以上のように本実施例のレベルシフト回路によれば、従来の回路構成では成しえなかった高速動作と低消費電力の両立を、レベルシフタ本来の機能として不要な制御信号や制御機構を用いることなく実現することが可能となる。   As described above, according to the level shift circuit of the present embodiment, an unnecessary control signal or control mechanism is used as an original function of the level shifter to achieve both high-speed operation and low power consumption, which cannot be achieved by the conventional circuit configuration. Can be realized without any problem.

図5は、本発明の第2の実施例に係るレベルシフト回路の回路図である。図5において、図1と同一の符号は同一物を表す。図5に示すレベルシフト回路は、図1のレベルシフト回路に対し、インバータ回路HINV2、PMOSトランジスタHP4、低電圧側電源VDDLをソースとしたPMOSトランジスタLP1を追加した構成である。ここで、PMOSトランジスタLP1は、低電圧側電源VDDLで動作する低耐圧の素子である。また、インバータ回路HINV2、PMOSトランジスタHP4は、高電圧側電源VDDHで動作する高耐圧の素子あるいは回路である。   FIG. 5 is a circuit diagram of a level shift circuit according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. The level shift circuit shown in FIG. 5 has a configuration in which an inverter circuit HINV2, a PMOS transistor HP4, and a PMOS transistor LP1 with a low-voltage power supply VDDL as a source are added to the level shift circuit of FIG. Here, the PMOS transistor LP1 is a low breakdown voltage element that operates with the low voltage side power supply VDDL. The inverter circuit HINV2 and the PMOS transistor HP4 are high-breakdown-voltage elements or circuits that operate with the high-voltage power supply VDDH.

インバータ回路HINV2は、入力端にPMOSトランジスタHP1のドレイン(A点)を接続し、出力端をPMOSトランジスタHP4のゲート端子に接続する。PMOSトランジスタHP4は、ソースを高電圧側電源VDDHに接続し、ドレインをNMOSトランジスタHN1のドレインおよびPMOSトランジスタHP1のドレインに接続する。インバータ回路HINV2とPMOSトランジスタHP4とは、A点の電位がハイレベルとなった時に、ハイレベルを保持するためのラッチ回路を構成する。ここでPMOSトランジスタHP4の駆動能力は、実施例1で説明したPMOSトランジスタHP3と同様にカレントミラー回路そのものの動作を妨げないように十分小さなものとする。   The inverter circuit HINV2 has an input terminal connected to the drain (point A) of the PMOS transistor HP1, and an output terminal connected to the gate terminal of the PMOS transistor HP4. The PMOS transistor HP4 has a source connected to the high voltage side power supply VDDH and a drain connected to the drain of the NMOS transistor HN1 and the drain of the PMOS transistor HP1. The inverter circuit HINV2 and the PMOS transistor HP4 constitute a latch circuit for holding a high level when the potential at the point A becomes a high level. Here, it is assumed that the driving capability of the PMOS transistor HP4 is sufficiently small so as not to hinder the operation of the current mirror circuit itself, like the PMOS transistor HP3 described in the first embodiment.

PMOSトランジスタLP1は、ソースを低電圧側電源VDDLに接続し、ドレインをNMOSトランジスタLN1のドレインと接続し、ゲートをNMOSトランジスタLN1のゲートと接続する。   The PMOS transistor LP1 has a source connected to the low voltage side power supply VDDL, a drain connected to the drain of the NMOS transistor LN1, and a gate connected to the gate of the NMOS transistor LN1.

図6に、図5の回路動作時の入力信号INと出力信号OUT及びカレントミラーゲート(A点)とNMOSトランジスタLN1のドレイン(B点)の電圧波形を示す。A点は、入力信号INがローレベルまたはハイレベルで静止している状態では、「VDDH」(図6では3.3V)となっている。B点は、入力信号INがローレベルで静止している状態ではローレベル、ハイレベルで静止している状態では、「VDDL」(図6では1.2V)となっている。   FIG. 6 shows voltage waveforms of the input signal IN, the output signal OUT, the current mirror gate (point A), and the drain (point B) of the NMOS transistor LN1 during the circuit operation of FIG. The point A is “VDDH” (3.3 V in FIG. 6) when the input signal IN is stationary at a low level or a high level. Point B is “VDDL” (1.2 V in FIG. 6) when the input signal IN is at a low level and is at a low level, and when the input signal IN is at a high level.

図1に示すレベルシフト回路において、安定した状態ではNMOSトランジスタHN1あるいはNMOSトランジスタLN1のどちらかが必ずオフしていることと、PMOSトランジスタHP1がダイオード接続となっていることから、PchカレントミラーのゲートにあたるA点の電位は、「VDDH−Vtp」となる。A点が「VDDH−Vtp」近辺になるとPMOSトランジスタHP1は、高インピーダンス状態となるため、入力信号が変化してからA点が「VDDH−Vtp」に完全に収束するまでに長時間かかることになる。   In the level shift circuit shown in FIG. 1, in a stable state, either the NMOS transistor HN1 or the NMOS transistor LN1 is always turned off, and the PMOS transistor HP1 is diode-connected. The potential at the point A corresponding to this is “VDDH−Vtp”. Since the PMOS transistor HP1 enters a high impedance state when the point A is in the vicinity of “VDDH−Vtp”, it takes a long time for the point A to completely converge to “VDDH−Vtp” after the input signal changes. Become.

図1のレベルシフト回路に対し、図5に示すようにインバータ回路HINV2、PMOSトランジスタHP4によるプルアップ回路を追加することで、PMOSトランジスタHP1が高インピーダンス状態になってもPMOSトランジスタHP4によってA点の電位を高電圧側電源VDDHまで引き上げることができる。したがって、A点の電位が収束するまでの時間を短縮することが可能となる。   As shown in FIG. 5, by adding a pull-up circuit including an inverter circuit HINV2 and a PMOS transistor HP4 to the level shift circuit of FIG. 1, even if the PMOS transistor HP1 is in a high impedance state, the PMOS transistor HP4 can The potential can be raised to the high voltage side power supply VDDH. Therefore, it is possible to shorten the time until the potential at the point A converges.

また、図1に示すレベルシフト回路においては、入力信号が立ち上がりの後、PMOSトランジスタHP1がダイオード接続、NMOSトランジスタHN1がオン、NMOSトランジスタLN1がオフとなっていることで、B点の電位は、「VDDL−Vtn」となる。しかし、「VDDL−Vtn」近辺でNMOSトランジスタHN1が高インピーダンス状態となるために完全に収束するまでに長時間かかる。   In the level shift circuit shown in FIG. 1, after the input signal rises, the PMOS transistor HP1 is diode-connected, the NMOS transistor HN1 is on, and the NMOS transistor LN1 is off. “VDDL−Vtn”. However, since the NMOS transistor HN1 is in a high impedance state in the vicinity of “VDDL−Vtn”, it takes a long time to completely converge.

これに対して図5に示すように、PMOSトランジスタLP1を追加することで、NMOSトランジスタHN1が高インピーダンス状態になってもPMOSトランジスタLP1によってB点の電位を電源VDDLの電位まで引き上げることができる。したがって、B点の電位が収束するまでの時間を短縮することが可能となる。   On the other hand, as shown in FIG. 5, by adding the PMOS transistor LP1, the potential at the point B can be raised to the potential of the power supply VDDL by the PMOS transistor LP1 even if the NMOS transistor HN1 is in a high impedance state. Therefore, it is possible to shorten the time until the potential at the point B converges.

また、インバータ回路HINV2、PMOSトランジスタHP4、PMOSトランジスタLP1を追加しても、図1と同様の静止状態での貫通電流は発生しない。   Further, even if the inverter circuit HINV2, the PMOS transistor HP4, and the PMOS transistor LP1 are added, a through current in a stationary state similar to that in FIG. 1 is not generated.

図6に示す波形図と図3に示す波形図とにおけるA点、B点の波形を比較すると、A点は、図3では出力信号OUTが立ち上がりの後、A点の電位が「VDDH−Vtp」近辺から波形がなまりだし、入力信号INの変化から0.5ns経過しても電位が変動し続けている。これに対し、図6においては、INの変化から0.5ns経過した時点で高電圧側電源VDDHのレベルに安定している。B点も同様に、図3では、「VDDL−Vtn」近辺から電位が安定するまでに時間がかかっている。これに対し、図6では0.5ns経過後には低電圧側電源VDDLのレベルに安定している。   Comparing the waveforms at points A and B in the waveform diagram shown in FIG. 6 and the waveform diagram shown in FIG. 3, the potential at point A is “VDDH−Vtp” after the output signal OUT rises in FIG. The waveform begins to round from around, and the potential continues to fluctuate even after 0.5 ns have elapsed from the change in the input signal IN. On the other hand, in FIG. 6, the level of the high voltage side power supply VDDH is stable when 0.5 ns elapses from the change of IN. Similarly, in FIG. 3, it takes time for the potential to stabilize from the vicinity of “VDDL−Vtn” in FIG. On the other hand, in FIG. 6, the level is stabilized at the low voltage side power supply VDDL after 0.5 ns.

図5において追加したインバータ回路HINV2、PMOSトランジスタHP4、PMOSトランジスタLP1の働きによって、入力信号の変化時にA点及びB点の電圧が収束するまでの時間を短縮することができる。この収束するまでの時間において、入力信号のパルス幅が小さい場合と大きい場合とでは、入力信号変化時のA点、B点電圧の初期値が異なるために信号遅延に差が生じる。入力信号の周波数によって遅延が異なることは、ランダムデータ信号が入力された時のジッタ増加に繋がる。従って、この収束時間を抑えることでジッタの増加を抑えることが可能となり、より高周波での動作が可能となる。   By the functions of the inverter circuit HINV2, the PMOS transistor HP4, and the PMOS transistor LP1 added in FIG. 5, it is possible to shorten the time until the voltages at the points A and B converge when the input signal changes. In the time until convergence, the signal delay varies depending on whether the pulse width of the input signal is small or large, because the initial values of the voltage at point A and point B when the input signal changes are different. The difference in delay depending on the frequency of the input signal leads to an increase in jitter when a random data signal is input. Therefore, by suppressing the convergence time, it is possible to suppress an increase in jitter and to operate at a higher frequency.

また、図5に示すレベルシフト回路によれば、A点及びB点に対する充放電電流を高速に遮断するように動作するため、遮断による一層の低消費電力化が可能となる。   Further, the level shift circuit shown in FIG. 5 operates so as to cut off the charging / discharging current at the points A and B at a high speed, so that it is possible to further reduce the power consumption by the interruption.

以上本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は、上記実施例にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の各請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。   The present invention has been described with reference to the above-described embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those skilled in the art within the scope of the invention of each claim of the present application claims. It goes without saying that various modifications and corrections that can be made are included.

本発明の第1の実施例に係るレベルシフト回路の回路図である。1 is a circuit diagram of a level shift circuit according to a first exemplary embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例に係るレベルシフト回路の入出力レベル状態を表す表である。It is a table | surface showing the input / output level state of the level shift circuit based on 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例に係るレベルシフト回路の各部の電圧波形を示す図である。It is a figure which shows the voltage waveform of each part of the level shift circuit which concerns on 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例に係るレベルシフト回路の電圧電流特性を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the voltage-current characteristic of the level shift circuit which concerns on 1st Example of this invention. 本発明の第2の実施例に係るレベルシフト回路の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a level shift circuit according to a second example of the present invention. 本発明の第2の実施例に係るレベルシフト回路の各部の電圧波形を示す図である。It is a figure which shows the voltage waveform of each part of the level shift circuit which concerns on the 2nd Example of this invention. 従来のレベルシフト回路の回路図である。It is a circuit diagram of a conventional level shift circuit. 従来のレベルシフト回路の電圧電流特性を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the voltage-current characteristic of the conventional level shift circuit. 従来の他のレベルシフト回路の回路図である。It is a circuit diagram of another conventional level shift circuit. 従来の他のレベルシフト回路の電圧電流特性を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the voltage-current characteristic of the other conventional level shift circuit.

符号の説明Explanation of symbols

HBUF バッファ回路
HINV1、HINV2、LINV インバータ回路
HN1、HN2、LN1 NMOSトランジスタ
HP1〜HP4、LP1 PMOSトランジスタ
LNAND NAND回路
VDDH 高電圧側電源
VDDL 低電圧側電源
HBUF Buffer circuit HINV1, HINV2, LINV Inverter circuits HN1, HN2, LN1 NMOS transistors HP1 to HP4, LP1 PMOS transistor LNAND NAND circuit VDDH High voltage side power supply VDDL Low voltage side power supply

Claims (6)

カレントミラーを負荷とする差動対を含み、入力信号の第1のレベルおよび第2のレベルにそれぞれ対応して第1のレベルおよび第3のレベルとなる出力信号を非反転出力端子から出力するレベルシフト回路であって、
前記非反転出力端子に接続されると共に、前記非反転出力信号が第3のレベルとなった場合に前記非反転出力端子を前記差動対の電源と短絡し、前記入力信号が第1のレベルである場合には開放となる第1のプルアップ回路と、
前記差動対と接地間に接続されると共に、前記差動対への動作電流を供給する電流源回路と、
前記非反転出力信号が第3のレベルとなってから所定の時間経過後に前記差動対への動作電流を切断し、前記入力信号が第1のレベルである場合には前記差動対への動作電流を供給するように前記電流源回路を制御する電流源制御回路と、
を備えることを特徴とするレベルシフト回路。
A differential pair having a current mirror as a load is included, and output signals having a first level and a third level corresponding to the first level and the second level of the input signal are output from the non-inverting output terminal. A level shift circuit,
The non-inverted output terminal is connected to the non-inverted output terminal, and when the non-inverted output signal becomes a third level, the non-inverted output terminal is short-circuited with the power source of the differential pair, and the input signal is at the first level. A first pull-up circuit that is open if
A current source circuit connected between the differential pair and ground and supplying an operating current to the differential pair;
When a predetermined time elapses after the non-inverted output signal becomes the third level, the operating current to the differential pair is cut off, and when the input signal is at the first level, the differential pair is supplied to the differential pair. A current source control circuit for controlling the current source circuit to supply an operating current;
A level shift circuit comprising:
前記差動対と前記第1のプルアップ回路には、高電源電圧が供給され、前記電流源回路と前記電流源制御回路には、低電源電圧が供給されることを特徴とする請求項1記載のレベルシフト回路。   2. A high power supply voltage is supplied to the differential pair and the first pull-up circuit, and a low power supply voltage is supplied to the current source circuit and the current source control circuit. The level shift circuit described. 前記電流源回路は、ドレインが前記差動対と接続され、ソースが接地され、ゲートが前記電流源制御回路の出力に接続される第1導電型のMOSトランジスタで構成されることを特徴とする請求項2記載のレベルシフト回路。   The current source circuit includes a first conductivity type MOS transistor having a drain connected to the differential pair, a source grounded, and a gate connected to an output of the current source control circuit. The level shift circuit according to claim 2. 前記電流源回路は、ドレインが前記第1導電型のMOSトランジスタのドレインと接続され、ソースに前記低電源電圧が供給され、ゲートが前記第1導電型のMOSトランジスタのゲートに接続される第2導電型のMOSトランジスタをさらに含むことを特徴とする請求項3記載のレベルシフト回路。   The current source circuit has a drain connected to the drain of the first conductivity type MOS transistor, a source supplied with the low power supply voltage, and a gate connected to the gate of the first conductivity type MOS transistor. 4. The level shift circuit according to claim 3, further comprising a conductive MOS transistor. 前記差動対の反転出力端子に接続されると共に、該反転出力端子が第3のレベルとなった場合に前記反転出力端子を前記差動対の電源と短絡し、前記入力信号が第2のレベルである場合には開放となる第2のプルアップ回路をさらに備え、
前記第2のプルアップ回路には、前記高電源電圧が供給されることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一に記載のレベルシフト回路。
The inverting output terminal is connected to the inverting output terminal of the differential pair, and when the inverting output terminal reaches a third level, the inverting output terminal is short-circuited to the power source of the differential pair, and the input signal is A second pull-up circuit that is open when the level is reached;
The level shift circuit according to claim 2, wherein the high power supply voltage is supplied to the second pull-up circuit.
請求項1〜5のいずれか一に記載のレベルシフト回路を含むことを特徴とする半導体集積回路装置。   A semiconductor integrated circuit device comprising the level shift circuit according to claim 1.
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