JP5034372B2 - Level shift circuit, driving device, imaging device - Google Patents

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Description

本発明は、レベルシフト回路、およびレベルシフト回路を備えたシステム回路を利用してインピーダンス成分(特に容量性のもの)を持つ素子を駆動する駆動装置並びに撮像装置に関する。   The present invention relates to a level shift circuit, and a driving apparatus and an imaging apparatus that drive an element having an impedance component (particularly capacitive) using a system circuit including the level shift circuit.

レベルシフト回路が、信号レベルの変換のために様々な電子機器で使用されている。レベルシフト回路には昇圧型と降圧型があるが、一般的な昇圧型のレベルシフト回路では、低電圧源と高電圧源の2種類の電圧源を用いる半導体装置において、低電圧源側の回路の論理レベルを高電圧源側の回路の論理レベルに変換するために使用される。   Level shift circuits are used in various electronic devices for signal level conversion. The level shift circuit includes a step-up type and a step-down type. In a general step-up type level shift circuit, in a semiconductor device using two types of voltage sources, a low voltage source and a high voltage source, a circuit on the low voltage source side is provided. Is converted to the logic level of the circuit on the high voltage source side.

ここで、昇圧型のレベルシフト回路の構成にも様々なものがあるが、たとえば、差動入力で正帰還を施す、いわゆる正帰還型の回路構成を採るものが知られている。たとえば特許文献1の図10や特許文献2の図14には、従来技術として、その基本回路が示されており、また、これら文献には、さらに改良型の回路構成も提案されている。   Here, there are various configurations of the step-up type level shift circuit. For example, a configuration using a so-called positive feedback type circuit configuration in which positive feedback is performed by differential input is known. For example, FIG. 10 of Patent Document 1 and FIG. 14 of Patent Document 2 show the basic circuit as a conventional technique, and these documents also propose a further improved circuit configuration.

特開2003−309463号公報JP 2003-309463 A 特開2004−153524号公報JP 2004-153524 A

ここで、特許文献1,2に記載の改良回路は、専ら、貫通電流の防止や高速駆動化や低消費電力化に視点を絞った内容となっている。   Here, the improved circuits described in Patent Documents 1 and 2 are exclusively focused on prevention of through current, high speed drive, and low power consumption.

一方において、半導体集積回路(IC;Integrated Circuit)については、ホットキャリア耐性も考慮する必要があり、このことはレベルシフト回路においても同様である。   On the other hand, with respect to a semiconductor integrated circuit (IC), it is necessary to consider hot carrier resistance, and this also applies to a level shift circuit.

ここで、低速駆動時(たとえば10MHz以下)には、ホットキャリア耐性が問題となる期間が相対的に狭く、貫通電流や消費電力の問題に比べてホットキャリア耐性の問題は小さく、従来は、ホットキャリア耐性の問題は、事実上、無視されてきたものと考えてよい。これは、たとえば、低速駆動時には、ホットキャリア耐性の観点からの寿命(信頼性保証期間)は、100年程度以上となることによる。なお、この寿命は、基板電流Isub からシミュレーションにより見積もることで求められる。   Here, during low-speed driving (for example, 10 MHz or less), the period during which hot carrier resistance becomes a problem is relatively narrow, and the problem of hot carrier resistance is small compared to the problems of through current and power consumption. It can be considered that the carrier tolerance problem has been virtually ignored. This is because, for example, at the time of low-speed driving, the lifetime (reliability guarantee period) from the viewpoint of hot carrier resistance is about 100 years or more. This lifetime is obtained by estimating from the substrate current Isub by simulation.

しかしながら、高速駆動時(たとえば100MHz以上)には、ホットキャリア耐性が問題となる期間が相対的に無視できなくなり、たとえば、ホットキャリア耐性の観点からの寿命は10年程度となる。つまり、高速駆動時には、ホットキャリア耐性の問題が顕在化してくるのである。   However, during high-speed driving (for example, 100 MHz or more), the period in which hot carrier resistance is a problem cannot be relatively ignored. For example, the lifetime from the viewpoint of hot carrier resistance is about 10 years. That is, the problem of hot carrier resistance becomes apparent during high-speed driving.

たとえば、レベルシフト回路を、CCD固体撮像素子の水平CCD用の水平転送電極を駆動する駆動回路(いわゆる水平ドライバ)に適用する場合、高画素密度化などに伴って高速駆動が求められるようになり、貫通電流の防止や低消費電力化の他に、従来は気に留められていなかったホットキャリア耐性をも考慮した回路の検討が求められるようになってきた。 For example, when the level shift circuit is applied to a drive circuit (a so-called horizontal driver) for driving a horizontal transfer electrode for a horizontal CCD of a CCD solid-state imaging device , high-speed driving is required as the pixel density increases. In addition to preventing through current and reducing power consumption, it has become necessary to study a circuit that takes into consideration hot carrier resistance, which has not been considered in the past.

ホットキャリア耐性劣化による回路システムレベルでの実害は、スルーレートや遅延特性や駆動能力といった、相互コンダクタンスgmの変動の影響を受け易い回路特性に表れる。実製品の使用による経年変化で、パワーが落ちた、もしくは反応が遅くなったという状態が観察された場合、半導体集積回路(IC;Integrated Circuit)のインタフェースでホットキャリア耐性劣化に起因して駆動力が落ちてきたことが一因として考えられる。   Actual damage at the circuit system level due to deterioration of hot carrier tolerance appears in circuit characteristics that are easily affected by fluctuations in mutual conductance gm, such as slew rate, delay characteristics, and drive capability. If the state of power drop or slow response due to aging due to the use of the actual product is observed, the driving force due to the deterioration of hot carrier tolerance at the interface of the semiconductor integrated circuit (IC) This is thought to be partly due to the fall.

なお、ホットキャリア耐性劣化現象の詳細なメカニズムについては、たとえば、非特許文献1に説明がある。この非特許文献1にホットキャリア耐性劣化のメカニズムおよび確認手法が詳述されている。   The detailed mechanism of the hot carrier resistance deterioration phenomenon is described in Non-Patent Document 1, for example. This Non-Patent Document 1 details the mechanism and confirmation method of hot carrier resistance deterioration.

Shin-ichi Takagi and Akira Toriumi,“New Experimental Findings on Hot Carrier Transport under Velocity Saturation Regime in Si MOSFETs”,IEDM92論文,IEEE1992、P28.6.1〜P28.6.4Shin-ichi Takagi and Akira Toriumi, “New Experimental Findings on Hot Carrier Transport under Velocity Saturation Regime in Si MOSFETs”, IEDM92 paper, IEEE1992, P28.6.1 to P28.6.4.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ホットキャリア耐性を改善することのできるレベルシフト回路およびこのレベルシフト回路を利用した駆動装置(駆動回路)および撮像装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a level shift circuit capable of improving hot carrier resistance, a driving device (driving circuit) and an imaging device using the level shift circuit. And

本発明では、レベルシフト回路におけるホットキャリア耐性の劣化原因の探求の結果、ホットキャリア耐性の劣化防止およびホットキャリア耐性の向上のためには、1)ピンチオフ領域を通過する際のMOSトランジスタのドレイン−ソース間電圧を小さくする、あるいは、2)ピンチオフ領域を素早く通過するような動作をさせることが、ホットキャリア耐性を強化して、回路の長寿命化を図る上で有効であることを見出した。   In the present invention, as a result of the search for the cause of deterioration of hot carrier resistance in the level shift circuit, in order to prevent the deterioration of hot carrier resistance and improve the hot carrier resistance, 1) the drain of the MOS transistor when passing through the pinch-off region It has been found that reducing the source-to-source voltage or 2) operating in such a way as to quickly pass through the pinch-off region is effective in enhancing hot carrier resistance and extending the circuit life.

たとえば、本発明に係る第1の仕組みは、1)を実現するものであり、先ずレベルシフト回路を、次のように構成する。すなわち、第1の電圧源を電源とする信号発生回路から出力されたパルス信号に基づく1対の差動信号がそれぞれの制御信号入力端子に供給される1対の入力段トランジスタと、一方の入力段トランジスタの反転出力端子側に位置して、第2の電圧源側に配された一方の出力段トランジスタと、他方の入力段トランジスタの反転出力端子側に位置して、第2の電圧源側に配された他方の出力段トランジスタとを設ける。そして、入力段トランジスタの各反転出力端子に得られる信号に基づいて、1対の差動信号に対応する1対の出力信号を取得する。   For example, the first mechanism according to the present invention realizes 1). First, the level shift circuit is configured as follows. That is, a pair of differential transistors based on a pulse signal output from a signal generation circuit using a first voltage source as a power supply is supplied to each control signal input terminal, and one input Located on the inverting output terminal side of the stage transistor, located on the inverting output terminal side of one output stage transistor arranged on the second voltage source side and the other input stage transistor, on the second voltage source side And the other output stage transistor. Then, a pair of output signals corresponding to the pair of differential signals is acquired based on the signals obtained at the inverting output terminals of the input stage transistors.

また、出力段トランジスタへの正帰還回路を形成するべく、一方の入力段トランジスタの反転出力端子に得られる出力パルス信号に基づく帰還信号を他方の出力段トランジスタの制御信号入力端子に供給し、他方の入力段トランジスタの反転出力端子に得られる出力パルス信号に基づく帰還信号を一方の出力段トランジスタの制御信号入力端子に供給する襷がけ接続を設ける。   Further, in order to form a positive feedback circuit to the output stage transistor, a feedback signal based on the output pulse signal obtained at the inverting output terminal of one input stage transistor is supplied to the control signal input terminal of the other output stage transistor, A reverse connection is provided for supplying a feedback signal based on the output pulse signal obtained at the inverting output terminal of the input stage transistor to the control signal input terminal of one of the output stage transistors.

ここで、入力段側および出力段側の各トランジスタ対は、従来のレベルシフト回路でも設けられているものと同様のものであるが、本願では、さらに、一方の入力段トランジスタの反転出力端子と他方の出力段トランジスタの反転出力端子との間に介在させてインピーダンス素子を設けるとともに、他方の入力段トランジスタの反転出力端子と他方の出力段トランジスタの反転出力端子との間に介在させてインピーダンス素子を設ける。   Here, each transistor pair on the input stage side and the output stage side is the same as that provided in the conventional level shift circuit. In the present application, however, the inverting output terminal of one of the input stage transistors An impedance element is provided between the inverted output terminal of the other output stage transistor and an impedance element provided between the inverted output terminal of the other output stage transistor and the inverted output terminal of the other output stage transistor. Is provided.

第1の仕組みにおいては、入力段と出力段の各トランジスタの反転出力端子間に介在させたインピーダンス素子に、入力段トランジスタがオン時の動作電流が流れることでそのインピーダンス素子の両端に生じる電位差を利用して、ピンチオフ領域を通過する際の入力段トランジスタの反転出力端子(典型的にはドレイン)と基準側の端子(典型的にはソース)との間の電位差を小さくする。   In the first mechanism, the potential difference generated at both ends of the impedance element is caused by the operating current flowing when the input stage transistor is turned on to the impedance element interposed between the inverting output terminals of the transistors of the input stage and the output stage. Utilizing this, the potential difference between the inverting output terminal (typically the drain) and the reference side terminal (typically the source) of the input stage transistor when passing through the pinch-off region is reduced.

また、本発明に係る第2の仕組みにおいては、先ずレベルシフト回路を、次のように構成する。すなわち、第1の電圧源を電源とする信号発生回路から出力されたパルス信号に基づく1対の差動信号がそれぞれの制御信号入力端子に供給される1対の第1導電型の入力段トランジスタと、一方の入力段トランジスタの反転出力端子側に位置して、第2の電圧源側に配された一方の出力段トランジスタと、他方の入力段トランジスタの反転出力端子側に位置して、第2の電圧源側に配された他方の出力段トランジスタとを設ける。   In the second mechanism according to the present invention, first, the level shift circuit is configured as follows. That is, a pair of first conductivity type input stage transistors in which a pair of differential signals based on a pulse signal output from a signal generation circuit using a first voltage source as a power supply is supplied to each control signal input terminal Located on the inverting output terminal side of one input stage transistor, positioned on the inverting output terminal side of one output stage transistor disposed on the second voltage source side, and on the inverting output terminal side of the other input stage transistor, 2 and the other output stage transistor arranged on the voltage source side.

また、一方の入力段トランジスタの反転出力端子に得られる出力パルス信号を他方の出力段トランジスタの制御信号入力端子に供給する帰還信号とし、他方の入力段トランジスタの反転出力端子に得られる出力パルス信号を一方の出力段トランジスタの制御信号入力端子に供給する帰還信号とする襷がけ接続にする。   The output pulse signal obtained at the inverting output terminal of one input stage transistor is used as a feedback signal supplied to the control signal input terminal of the other output stage transistor, and the output pulse signal obtained at the inverting output terminal of the other input stage transistor. Are connected as a feedback signal to be supplied to the control signal input terminal of one of the output stage transistors.

ここで、入力段側および出力段側の各トランジスタ対並びに襷がけ接続は、従来のレベルシフト回路でも設けられているものと同様のものであるが、本願では、さらに、入出力条件による昇圧の程度に併せて、一方および他方の前記入力段トランジスタの相互コンダクタンスを、一方および他方の前記出力段トランジスタの相互コンダクタンスに比較して大きくするようにする。 Here, the transistor pairs on the input stage side and the output stage side, and the connection between the transistors are the same as those provided in the conventional level shift circuit . In accordance with the degree, the mutual conductance of the one and the other input stage transistors is made larger than the mutual conductance of the one and the other output stage transistors .

また従属項に記載された発明は、本発明に係る仕組みのさらなる有利な具体例を規定する。   The inventions described in the dependent claims define further advantageous specific examples of the mechanism according to the present invention.

たとえば、第の仕組みにおいて、それぞれの入力段トランジスタの反転出力端子と1対の差動信号に対応する出力信号を出力するためのそれぞれの信号出力端子との間に誘導素子を設けるようにすることができる。 For example, in the first mechanism, an inductive element is provided between the inverting output terminal of each input stage transistor and each signal output terminal for outputting an output signal corresponding to a pair of differential signals. be able to.

また、第1の仕組みにおいては、入力段トランジスタと出力段トランジスタの各反転出力端子間に介在させたインピーダンス素子を、相手方の出力段トランジスタへの帰還信号の取得にも利用する構成を採ることで、2)をも実現するようにするとよい。   In the first mechanism, the impedance element interposed between the inverting output terminals of the input stage transistor and the output stage transistor is also used for obtaining a feedback signal to the other output stage transistor. 2) should also be realized.

すなわち、一方の入力段トランジスタの反転出力端子と他方の出力段トランジスタの反転出力端子との間に介在するインピーダンス素子に流れる動作電流に基づく信号を他方の出力段トランジスタの制御信号入力端子に供給する帰還信号として取得する一方の帰還信号取得部と、他方の入力段トランジスタの反転出力端子と他方の出力段トランジスタの反転出力端子との間に介在するインピーダンス素子に流れる動作電流に基づく信号を一方の出力段トランジスタの制御信号入力端子に供給する帰還信号として取得する他方の帰還信号取得部とを具備した構成にする。   That is, a signal based on the operating current flowing in the impedance element interposed between the inverting output terminal of one input stage transistor and the inverting output terminal of the other output stage transistor is supplied to the control signal input terminal of the other output stage transistor. One feedback signal acquisition unit to acquire as a feedback signal, and a signal based on an operating current flowing in an impedance element interposed between the inverting output terminal of the other input stage transistor and the inverting output terminal of the other output stage transistor The other feedback signal acquisition unit that acquires the feedback signal supplied to the control signal input terminal of the output stage transistor is provided.

つまり、出力段側のトランジスタ対を正帰還動作させるための帰還信号を取得するに当り、入力段および出力段の各トランジスタの反転出力端子間に設けたインピーダンス素子を利用して、そのインピーダンス素子に流れる動作電流によってそのインピーダンス素子の両端に生じる電位差に基づく信号を他方(相手方)への帰還信号とするようにする。   In other words, when acquiring a feedback signal for positive feedback operation of the transistor pair on the output stage side, an impedance element provided between the inverting output terminals of each transistor in the input stage and the output stage is used. A signal based on a potential difference generated at both ends of the impedance element by the flowing operating current is used as a feedback signal to the other (the other party).

このような構成を採れば、入力段と出力段の各トランジスタの反転出力端子間に介在させたインピーダンス素子に、入力段トランジスタがオン時の動作電流が流れることでそのインピーダンス素子の両端に生じる電位差を利用して、相手方の出力段トランジスタのオン状態を浅い状態にしておく帰還信号を取得することができる。   If such a configuration is adopted, the potential difference generated at both ends of the impedance element when the operating current flows when the input stage transistor is turned on to the impedance element interposed between the inverting output terminals of the transistors of the input stage and the output stage. Can be used to obtain a feedback signal that keeps the ON state of the counterpart output stage transistor in a shallow state.

また、たとえば、第1の仕組みにおいては、帰還信号取得部は、インピーダンス素子の両側の端子の内の、入力段トランジスタの反転出力端子とは反対側の端子に得られる信号を帰還信号とするものとすることができる。この構成は、特に、1つのインピーダンス素子によって帰還信号取得部を構成する場合に有効な構成であり、事実上、出力段トランジスタの反転出力端子に得られる信号を帰還信号とすることになる。   Further, for example, in the first mechanism, the feedback signal acquisition unit uses a signal obtained at a terminal opposite to the inverting output terminal of the input stage transistor among the terminals on both sides of the impedance element as a feedback signal. It can be. This configuration is particularly effective when the feedback signal acquisition unit is configured by one impedance element, and a signal obtained at the inverting output terminal of the output stage transistor is actually used as the feedback signal.

あるいは、帰還信号取得部を複数のインピーダンス素子の直列回路で構成し、その複数のインピーダンス素子の接続点に現われる信号を帰還信号とするようにしてもよい。この場合にも、入力段トランジスタ側に接続されたインピーダンス素子の両側の端子の内の、入力段トランジスタの反転出力端子とは反対側の端子に得られる信号を帰還信号としていることには変わりがない。接続点の電位を帰還信号とすることで、相手方の出力段トランジスタのオン状態をより確実に浅い状態にすることができる。   Alternatively, the feedback signal acquisition unit may be configured by a series circuit of a plurality of impedance elements, and a signal appearing at a connection point of the plurality of impedance elements may be used as a feedback signal. Even in this case, the signal obtained at the terminal opposite to the inverted output terminal of the input stage transistor among the terminals on both sides of the impedance element connected to the input stage transistor side is used as a feedback signal. Absent. By using the potential at the connection point as a feedback signal, the ON state of the counterpart output stage transistor can be more reliably brought into a shallow state.

また、インピーダンス素子としては抵抗素子を用いるのが簡単である。   Further, it is easy to use a resistance element as the impedance element.

また、このような第1や第2の仕組みのレベルシフト回路は、たとえば、各種の電子的な負荷を駆動するための駆動装置や、容量性のインピーダンスを持つ電荷転送路(電荷転送素子)を負荷として具備した撮像部を備える撮像装置にも適用することができる。   In addition, the level shift circuit of the first and second mechanisms as described above includes, for example, a driving device for driving various electronic loads, and a charge transfer path (charge transfer element) having a capacitive impedance. The present invention can also be applied to an imaging apparatus including an imaging unit provided as a load.

本発明の第1の仕組みによれば、入力段と出力段の各トランジスタの反転出力端子間に介在させたインピーダンス素子に、入力段トランジスタがオン時の動作電流が流れることでそのインピーダンス素子の両端に生じる電位差を利用することで、スイッチング動作時にピンチオフ領域を通過する際の入力段トランジスタの反転出力端子(ドレイン)と基準側の端子(ソース)との間の電位差を小さくすることができ、ホットキャリア耐性を向上させることができる。   According to the first mechanism of the present invention, the operating current when the input stage transistor is on flows through the impedance element interposed between the inverting output terminals of the transistors of the input stage and the output stage, so that both ends of the impedance element Can be used to reduce the potential difference between the inverting output terminal (drain) of the input stage transistor and the reference terminal (source) when passing through the pinch-off region during the switching operation. Carrier tolerance can be improved.

加えて、入力段と出力段の各トランジスタの反転出力端子間に介在させたインピーダンス素子に、入力段トランジスタがオン時の動作電流が流れることでそのインピーダンス素子の両端に生じる電位差を利用して相手方の出力段トランジスタのオン状態を浅い状態にしておく帰還信号を取得するようにすれば、入力される差動信号の論理レベルの遷移時に、出力信号の論理レベルが遷移しようとしたときの正帰還動作時には、出力段トランジスタは、浅いオン状態からオフ状態に移行するので、その応答が高速になる。その結果、ピンチオフ領域を素早く通過するような動作をさせることができるので、ホットキャリア耐性を一層向上させることができる。   In addition, the impedance element interposed between the inverting output terminals of each transistor in the input stage and the output stage uses the potential difference generated at both ends of the impedance element when the operating current flows when the input stage transistor is on. By acquiring a feedback signal that keeps the ON state of the output stage transistor shallow, positive feedback when the logic level of the output signal is about to transition during the transition of the logic level of the input differential signal In operation, the output stage transistor shifts from a shallow on-state to an off-state, so that its response becomes faster. As a result, it is possible to perform an operation of quickly passing through the pinch-off region, so that the hot carrier resistance can be further improved.

また、本発明の第2の仕組みによれば、入力される差動信号の論理レベルの遷移時に出力信号の論理レベルが遷移しようとしたとき、入力段トランジスタの反転出力端子の遷移時に誘導素子に生じる逆起電圧を利用して遷移開始時の一瞬急激に、入力段トランジスタの反転出力端子(ドレイン)と基準側の端子(ソース)との間の電位差を小さくすることで、その後の遷移過程でピンチオフ領域を通過する際の入力段トランジスタの反転出力端子(ドレイン)と基準側の端子(ソース)との間の電位差を小さくすることができるので、ホットキャリア耐性を向上させることができる。   Further, according to the second mechanism of the present invention, when the logic level of the output signal is about to transition at the time of transition of the logic level of the input differential signal, the inductive element is switched to at the transition of the inverting output terminal of the input stage transistor. By using the back electromotive force that occurs, the potential difference between the inverting output terminal (drain) of the input stage transistor and the reference side terminal (source) is reduced suddenly at the start of the transition. Since the potential difference between the inverting output terminal (drain) and the reference side terminal (source) of the input stage transistor when passing through the pinch-off region can be reduced, hot carrier resistance can be improved.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

<レベルシフト回路;第1実施形態>
図1は、レベルシフト回路の第1実施形態の基本構成例を示す図である。また、図2および図3は、その変形例を示す図である。図4は、比較例としての従来のレベルシフト回路の構成例を示す図である。
<Level Shift Circuit; First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram illustrating a basic configuration example of the first embodiment of the level shift circuit. 2 and 3 are diagrams showing modifications thereof. FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a conventional level shift circuit as a comparative example.

第1実施形態のレベルシフト回路100は、昇圧型の構成となっており、差動構成を採る第1の回路ブロック100_1と第2の回路ブロック100_1との組合せで構成されている。以下の説明において、回路ブロック別に説明をするときには、各構成部材やノードや信号などには、回路ブロック別の参照子“_1”,“_2”を付して示し、纏めて説明をするときには、回路ブロック別の参照子を付さずに示すことにする。   The level shift circuit 100 according to the first embodiment has a boost type configuration, and is configured by a combination of a first circuit block 100_1 and a second circuit block 100_1 having a differential configuration. In the following description, when describing each circuit block, each component member, node, signal, etc. is shown with reference symbols “_1” and “_2” for each circuit block. The reference is shown without a reference for each circuit block.

各回路ブロック100_1,100_2には、電源VDDH から、図示を割愛した低電圧VDDL (たとえば一般的な論理レベルの1.0〜5V程度)の電源で動作する論理回路に供給される電圧よりも高電圧(電源電圧とも称する)VDDH が供給されるようになっている。たとえば基準電位Vss(本例では接地電位GND )に対して10V以上の電源電圧が供給される。   Each of the circuit blocks 100_1 and 100_2 has a voltage higher than a voltage supplied from a power source VDDH to a logic circuit operating with a power source of a low voltage VDDL (not shown) (eg, a general logic level of about 1.0 to 5V). A voltage (also called a power supply voltage) VDDH is supplied. For example, a power supply voltage of 10 V or more is supplied with respect to the reference potential Vss (in this example, the ground potential GND).

また、第1の回路ブロック100_1は、差動入力ノードIN_1と差動出力ノードOUT_1を備え、また第2の回路ブロック100_2は、差動入力ノードIN_2と差動出力ノードOUT_2を備える。   The first circuit block 100_1 includes a differential input node IN_1 and a differential output node OUT_1, and the second circuit block 100_2 includes a differential input node IN_2 and a differential output node OUT_2.

差動入力ノードIN_1には、一方のパルス状の差動入力信号(相補入力信号とも称する)Vin_1が入力され、差動入力ノードIN_2には、他方の差動入力信号(相補入力信号とも称する)Vin_2が入力される。なお、差動入力信号Vin_1,Vin_2の詳細については、後で説明する。   One differential input signal (also referred to as a complementary input signal) Vin_1 is input to the differential input node IN_1, and the other differential input signal (also referred to as a complementary input signal) is input to the differential input node IN_2. Vin_2 is input. The details of the differential input signals Vin_1 and Vin_2 will be described later.

トランジスタQ101_1の出力端子(ドレイン)には、パルス状の差動入力信号Vin_1に対応した出力パルス信号が得られ、この出力パルス信号がそのまま出力信号Vout_1 として、差動出力ノードOUT_1に供給される。また、トランジスタQ101_2の出力端子(ドレイン)には、パルス状の差動入力信号Vin_2に対応した出力パルス信号が得られ、この出力パルス信号がそのまま出力信号Vout_2 として、差動出力ノードOUT_2に供給される。   An output pulse signal corresponding to the pulse-like differential input signal Vin_1 is obtained at the output terminal (drain) of the transistor Q101_1, and this output pulse signal is directly supplied to the differential output node OUT_1 as the output signal Vout_1. Further, an output pulse signal corresponding to the pulsed differential input signal Vin_2 is obtained at the output terminal (drain) of the transistor Q101_2, and this output pulse signal is directly supplied to the differential output node OUT_2 as the output signal Vout_2. The

差動出力ノードOUT_1には、第1の外部負荷Load_1が接続され、差動出力ノードOUT_2には、第2の外部負荷Load_2が接続される。   A first external load Load_1 is connected to the differential output node OUT_1, and a second external load Load_2 is connected to the differential output node OUT_2.

各外部負荷Loadとしては、たとえば、インピーダンス素子(等価回路で示されるものも含む)を具備した所定のインピーダンス回路が該当する。たとえば、電荷転送素子(CCD;Charge Coupled Device )などの容量性のインピーダンスを持つ素子を駆動するための、たとえばCCD用のドライバ回路などに、各回路ブロック100_1,100_2が使用される(詳細は後述する)。   Each external load Load corresponds to, for example, a predetermined impedance circuit provided with an impedance element (including one represented by an equivalent circuit). For example, each of the circuit blocks 100_1 and 100_2 is used for a driver circuit for a CCD, for example, for driving an element having a capacitive impedance such as a charge transfer device (CCD; Charge Coupled Device) (details will be described later). To do).

第1の回路ブロック100_1は、先ず、図示を割愛した低電圧源の論理回路から出力された一方の差動入力信号Vin_1が一方の差動入力ノードIN_1を介してゲート(制御入力端子)に入力され、ソースが接地され、ドレイン(トランジスタの出力端子)が一方の差動出力ノードOUT_1に接続された第1導電型の入力段トランジスタQ101_1(以下単にトランジスタQ101_1と記す)を備える。ここでは、第1導電型をN型としており、トランジスタQ101_1としては、Nチャネル型のMOS−FET(金属酸化膜半導体の電界効果トランジスタ:NMOS)を使用している。   In the first circuit block 100_1, first, one differential input signal Vin_1 output from a logic circuit of a low voltage source (not shown) is input to a gate (control input terminal) via one differential input node IN_1. And a first conductivity type input stage transistor Q101_1 (hereinafter simply referred to as transistor Q101_1) having a source grounded and a drain (transistor output terminal) connected to one differential output node OUT_1. Here, the first conductivity type is an N-type, and an N-channel MOS-FET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor: NMOS) is used as the transistor Q101_1.

また、第1の回路ブロック100_1は、帰還入力ノードFBI_1を介してゲートに第2の回路ブロック100_2からの帰還信号SFB_2が入力され、ソースが電源VDDH に接続された第2導電型の出力段トランジスタQ103_1(以下単にトランジスタQ103_1と記す)を備える。ここでは、第2導電型をP型としており、トランジスタQ103_1としては、Pチャネル型のMOS−FET(PMOS)を使用している。   Also, the first circuit block 100_1 has the gate of the feedback signal SFB_2 from the second circuit block 100_2 through the feedback input node FBI_1 and the source connected to the power source VDDH. Q103_1 (hereinafter simply referred to as transistor Q103_1). Here, the second conductivity type is a P-type, and a P-channel MOS-FET (PMOS) is used as the transistor Q103_1.

また、本実施形態特有の構成として、第1の回路ブロック100_1は、トランジスタQ101_1のドレイン(つまり差動出力ノードOUT_1)と、トランジスタQ103_1のドレインとの間に介在して、第2の回路ブロック100_2に供給する帰還信号SFB_1を取得する帰還信号取得部105_1を備えている。帰還信号取得部105_1により取得された帰還信号SFB_1は、帰還出力ノードFBO_1を介して、第2の回路ブロック100_2の帰還入力ノードFBI_2に供給される。   Further, as a configuration unique to the present embodiment, the first circuit block 100_1 is interposed between the drain of the transistor Q101_1 (that is, the differential output node OUT_1) and the drain of the transistor Q103_1, and the second circuit block 100_2. Is provided with a feedback signal acquisition unit 105_1 for acquiring a feedback signal SFB_1 supplied to. The feedback signal SFB_1 acquired by the feedback signal acquisition unit 105_1 is supplied to the feedback input node FBI_2 of the second circuit block 100_2 via the feedback output node FBO_1.

ここで、本実施形態の帰還信号取得部105_1は、複数のインピーダンス素子106の組合せで構成して、そのインピーダンス素子106に流れる動作電流に基づくインピーダンス素子106の両端の電位差に応じた信号、特に、そのインピーダンス素子106のインピーダンス成分の比で決まる分割比に応じた両ドレイン間の分割信号を帰還信号SFB_1として取得するようにしている。   Here, the feedback signal acquisition unit 105_1 of the present embodiment is configured by a combination of a plurality of impedance elements 106, and a signal corresponding to a potential difference between both ends of the impedance element 106 based on an operating current flowing through the impedance element 106, in particular, A division signal between both drains corresponding to a division ratio determined by the ratio of impedance components of the impedance element 106 is obtained as a feedback signal SFB_1.

インピーダンス素子106としては、動作電流(直流電流)を流す必要があることから抵抗素子、誘導素子、整流素子(ダイオード)などの受動素子を用いることや、トランジスタ(FETを含む)などの能動素子を動作点を設定して事実上インピーダンス成分として使用することもできる。中でも、抵抗素子を用いるのが、回路構成上、最も簡易であると考えられる。   As the impedance element 106, it is necessary to pass an operating current (DC current), so that a passive element such as a resistance element, an inductive element, a rectifier element (diode), or an active element such as a transistor (including an FET) is used. It is also possible to set an operating point and practically use it as an impedance component. Among these, the use of a resistance element is considered to be the simplest in terms of circuit configuration.

このため、本実施形態では、抵抗素子R106_1a,R106_1bの直列回路でなる抵抗分割回路を採用しており、その接続ノードN106_1が、帰還出力ノードFBO_1に接続されるようにしている。   For this reason, in this embodiment, a resistance dividing circuit composed of a series circuit of the resistance elements R106_1a and R106_1b is employed, and the connection node N106_1 is connected to the feedback output node FBO_1.

たとえば、図示した例では、抵抗素子R106_1aの一方の端子がトランジスタQ101_1のドレイン(すなわち差動出力ノードOUT_1)に接続され、抵抗素子R106_1bの一方の端子がトランジスタQ103_1のドレインに接続され、抵抗素子R106_1a,R106_1bの各他方の端子が接続された接続点(中点;接続ノードN106_1)が帰還出力ノードFBO_1に接続さている。   For example, in the illustrated example, one terminal of the resistor element R106_1a is connected to the drain of the transistor Q101_1 (ie, the differential output node OUT_1), one terminal of the resistor element R106_1b is connected to the drain of the transistor Q103_1, and the resistor element R106_1a , R106_1b is connected to the other output terminal (middle point; connection node N106_1) is connected to the feedback output node FBO_1.

第2の回路ブロック100_2は、入力信号が第1の回路ブロック100_1に入力される信号に対して相補の関係にある信号が入力されるようになっているだけで、基本的には、第1の回路ブロック100_1と同様に構成されている。   The second circuit block 100_2 is basically configured such that a signal whose input signal is complementary to the signal input to the first circuit block 100_1 is input. The circuit block 100_1 is configured in the same manner.

たとえば、第2の回路ブロック100_2は、先ず、図示を割愛した低電圧源の論理回路から出力された他方の差動入力信号(相補入力信号)Vin_2が他方の差動入力ノードIN_2を介してゲートに入力され、ソースが接地され、ドレインが他方の差動出力ノードOUT_2に接続された第1導電型の入力段トランジスタQ101_2(以下単にトランジスタQ101_2と記す)を備える。第1導電型はN型であり、トランジスタQ101_2としては、Nチャネル型のMOS−FET(NMOS)を使用している。   For example, in the second circuit block 100_2, first, the other differential input signal (complementary input signal) Vin_2 output from the logic circuit of the low voltage source not shown is gated via the other differential input node IN_2. , A source is grounded, and a drain is connected to the other differential output node OUT_2. The first conductivity type input stage transistor Q101_2 (hereinafter simply referred to as transistor Q101_2) is provided. The first conductivity type is an N type, and an N channel type MOS-FET (NMOS) is used as the transistor Q101_2.

また、第2の回路ブロック100_2は、帰還入力ノードFBI_2を介してゲートに第1の回路ブロック100_1からの帰還信号SFB_1が入力され、ソースが電源VDDH に接続された第2導電型の出力段トランジスタQ103_2(以下単にトランジスタQ103_2と記す)を備える。第2導電型はP型であり、トランジスタQ103_2としては、Pチャネル型のMOS−FET(PMOS)を使用している。   The second circuit block 100_2 has a second conductive type output stage transistor in which the feedback signal SFB_1 from the first circuit block 100_1 is input to the gate via the feedback input node FBI_2 and the source is connected to the power source VDDH. Q103_2 (hereinafter simply referred to as transistor Q103_2). The second conductivity type is P-type, and a P-channel type MOS-FET (PMOS) is used as the transistor Q103_2.

また、第2の回路ブロック100_2は、トランジスタQ101_2のドレイン(つまり差動出力ノードOUT_2)と、トランジスタQ103_2のドレインとの間に介在して、第1の回路ブロック100_1に供給する帰還信号SFB_2を取得する帰還信号取得部105_2を備えている。帰還信号取得部105_2により取得された帰還信号SFB_2は、帰還出力ノードFBO_2を介して、第1の回路ブロック100_1の帰還入力ノードFBI_1に供給される。   The second circuit block 100_2 obtains a feedback signal SFB_2 to be supplied to the first circuit block 100_1 by being interposed between the drain of the transistor Q101_2 (that is, the differential output node OUT_2) and the drain of the transistor Q103_2. The feedback signal acquisition unit 105_2 is provided. The feedback signal SFB_2 acquired by the feedback signal acquisition unit 105_2 is supplied to the feedback input node FBI_1 of the first circuit block 100_1 via the feedback output node FBO_2.

帰還信号取得部105_2は、帰還信号取得部105_1と同様に、複数のインピーダンス素子106の組合せで構成して、そのインピーダンス素子106に流れる動作電流に基づくインピーダンス素子106の両端の電位差に応じた信号、特に、そのインピーダンス素子106のインピーダンス成分の比で決まる分割比に応じた両ドレイン間の分割信号を帰還信号SFB_2として取得するようにしている。   Like the feedback signal acquisition unit 105_1, the feedback signal acquisition unit 105_2 includes a combination of a plurality of impedance elements 106, and a signal corresponding to the potential difference between both ends of the impedance element 106 based on the operating current flowing through the impedance element 106, In particular, a division signal between both drains corresponding to a division ratio determined by the ratio of impedance components of the impedance element 106 is obtained as a feedback signal SFB_2.

具体的には、帰還信号取得部105_2は、抵抗素子R106_2a,R106_2bの直列回路でなる抵抗分割回路を採用しており、その接続ノードN106_2が、帰還出力ノードFBO_2に接続されるようになっている。   Specifically, the feedback signal acquisition unit 105_2 employs a resistance dividing circuit formed of a series circuit of resistance elements R106_2a and R106_2b, and the connection node N106_2 is connected to the feedback output node FBO_2. .

たとえば、図示した例では、抵抗素子R106_2aの一方の端子がトランジスタQ101_2のドレイン(すなわち差動出力ノードOUT_2)に接続され、抵抗素子R106_2bの一方の端子がトランジスタQ103_2のドレインに接続され、抵抗素子R106_2a,R106_2bの各他方の端子が接続された接続点(中点;接続ノードN106_2)が帰還出力ノードFBO_2に接続さている。   For example, in the illustrated example, one terminal of the resistor element R106_2a is connected to the drain of the transistor Q101_2 (ie, the differential output node OUT_2), one terminal of the resistor element R106_2b is connected to the drain of the transistor Q103_2, and the resistor element R106_2a , R106_2b is connected to the other output terminal (middle point; connection node N106_2) is connected to the feedback output node FBO_2.

これから分かるように、本実施形態のレベルシフト回路100は、その出力段において、帰還出力ノードFBO_1を帰還入力ノードFBI_2を介してトランジスタQ103_2のゲートへ接続し、帰還出力ノードFBO_2を帰還入力ノードFBI_1を介してトランジスタQ103_1のゲートへ接続し、襷掛け接続構造を採っている。   As can be seen, in the level shift circuit 100 of the present embodiment, in the output stage, the feedback output node FBO_1 is connected to the gate of the transistor Q103_2 via the feedback input node FBI_2, and the feedback output node FBO_2 is connected to the feedback input node FBI_1. And is connected to the gate of the transistor Q103_1 through a hanging connection structure.

また、レベルシフト回路100は、その入力段において差動入力のインタフェースを持っており、トランジスタQ101_1,Q101_2のゲートに差動入力信号の供給を受けることで、出力段において襷掛けの正帰還ループを持つようにされている。   Further, the level shift circuit 100 has a differential input interface in its input stage. By receiving a differential input signal supplied to the gates of the transistors Q101_1 and Q101_2, a level positive feedback loop is formed in the output stage. Have to have.

ここで、入出力条件による昇圧の程度に併せて、入力段のトランジスタQ101_1,Q101_2の相互コンダクタンスgmを、出力段のトランジスタQ103_1,Q103_2のgmに比較して大きく採るようにする。このような構成の昇圧型のレベルシフト回路100は、昇圧の程度をフレキシブルに設計でき、多種の多電源回路において多電源間のインタフェースに用いるのに好適である。   Here, the mutual conductance gm of the transistors Q101_1 and Q101_2 in the input stage is set larger than the gm of the transistors Q103_1 and Q103_2 in the output stage in accordance with the degree of boosting according to the input / output conditions. The boost type level shift circuit 100 having such a configuration can flexibly design the degree of boosting, and is suitable for use as an interface between multiple power supplies in various multiple power supply circuits.

なお、帰還信号取得部105_1,105_2を割愛して、トランジスタQ101_1,Q103_1の各ドレイン間を直接に接続し、また、トランジスタQ101_2,Q103_2の各ドレイン間を直接に接続すれば、図4に示すように、特許文献1の図10や特許文献2の図14に示されている正帰還型のレベルシフト回路900と同じになる。   If the feedback signal acquisition units 105_1 and 105_2 are omitted, the drains of the transistors Q101_1 and Q103_1 are directly connected, and the drains of the transistors Q101_2 and Q103_2 are directly connected, as shown in FIG. Further, this is the same as the positive feedback type level shift circuit 900 shown in FIG. 10 of Patent Document 1 and FIG. 14 of Patent Document 2.

ここで、第1実施形態のレベルシフト回路100において、帰還信号取得部105_1で取得される帰還信号SFB_1は、トランジスタQ101_1のドレイン電圧をV101_1,トランジスタQ103_1のドレイン電圧をV103_1とすると、式(1−1)で示される。   Here, in the level shift circuit 100 of the first embodiment, the feedback signal SFB_1 acquired by the feedback signal acquisition unit 105_1 is expressed by the following equation (1−1) where the drain voltage of the transistor Q101_1 is V101_1 and the drain voltage of the transistor Q103_1 is V103_1. 1).

また、帰還信号取得部105_2で取得される帰還信号SFB_2は、トランジスタQ101_2のドレイン電圧をV101_2,トランジスタQ103_2のドレイン電圧をV103_2とすると、式(1−2)で示される。   Further, the feedback signal SFB_2 acquired by the feedback signal acquisition unit 105_2 is expressed by Expression (1-2), where the drain voltage of the transistor Q101_2 is V101_2 and the drain voltage of the transistor Q103_2 is V103_2.

Figure 0005034372
Figure 0005034372

なお、本実施形態において、各帰還信号取得部105は、少なくとも、入力段トランジスタとしてのトランジスタQ101の出力端子(ドレイン)と出力段トランジスタとしてのトランジスタQ103の出力端子(ドレイン)との間に介在する事実上インピーダンス素子として機能する素子を具備するものであればよく、複数のインピーダンス素子106の直列回路である必要はない。   In the present embodiment, each feedback signal acquisition unit 105 is interposed at least between the output terminal (drain) of the transistor Q101 as the input stage transistor and the output terminal (drain) of the transistor Q103 as the output stage transistor. It is only necessary to have an element that effectively functions as an impedance element, and it is not necessary to be a series circuit of a plurality of impedance elements 106.

たとえば、1つのインピーダンス素子106を具備して帰還信号取得部105を構成する場合、図2に示す第1の変形例(変形1)のように、インピーダンス素子106のトランジスタQ101のドレインとは反対側の端子(つまりトランジスタQ103のドレイン)に得られる信号を、帰還信号SFBとする構成を採ることができる。あるいは、図3に示す第2の変形例(変形2)のように、インピーダンス素子106のトランジスタQ101のドレインとの接続点(つまりトランジスタQ101のドレイン)に得られる信号を、帰還信号SFBとする構成を採用することもできる。   For example, when the feedback signal acquisition unit 105 is configured by including one impedance element 106, the side opposite to the drain of the transistor Q101 of the impedance element 106 as in the first modification (modification 1) shown in FIG. The signal obtained at the terminal (that is, the drain of the transistor Q103) can be a feedback signal SFB. Alternatively, as in the second modification (modification 2) shown in FIG. 3, the signal obtained at the connection point between the impedance element 106 and the drain of the transistor Q101 (that is, the drain of the transistor Q101) is used as the feedback signal SFB. Can also be adopted.

ここで、図2に示す第1の変形例と図3に示す第2の変形例(変形2)とを比べた場合、「ピンチオフ領域を素早く通過するような動作をさせる」機能において差が生じる。すなわち、第1の変形例では、インピーダンス素子106_a に、トランジスタQ101がオン時の動作電流が流れることでそのインピーダンス素子106_a の両端に生じる電位差を利用して相手方のトランジスタQ103のオン状態を浅い状態にしておく帰還信号SFBを取得することができる。   Here, when the first modification example shown in FIG. 2 is compared with the second modification example (modification 2) shown in FIG. 3, there is a difference in the function of “making the operation to quickly pass through the pinch-off region”. . That is, in the first modification, the ON state of the counterpart transistor Q103 is set to a shallow state using the potential difference generated at both ends of the impedance element 106_a due to the operating current flowing through the impedance element 106_a when the transistor Q101 is ON. The feedback signal SFB to be stored can be acquired.

その結果、入力される差動信号の論理レベルの遷移時に、出力信号の論理レベルが遷移しようとしたときの正帰還動作時には、トランジスタQ103は、浅いオン状態からオフ状態に移行するので、その応答が高速になり、その結果、ピンチオフ領域を素早く通過するような動作をさせることができるので、ホットキャリア耐性を一層向上させることができる。   As a result, at the time of transition of the logic level of the input differential signal, the transistor Q103 shifts from the shallow ON state to the OFF state during the positive feedback operation when the logic level of the output signal is about to transition. As a result, it is possible to operate so as to quickly pass through the pinch-off region, so that the hot carrier resistance can be further improved.

これに対して、第2の変形例では、図4に示す従来のレベルシフト回路900と同様の帰還信号となるので、相手方のトランジスタQ103のオン状態を浅い状態にしておくことができない。   On the other hand, in the second modified example, the feedback signal is the same as that of the conventional level shift circuit 900 shown in FIG. 4, and therefore, the ON state of the counterpart transistor Q103 cannot be kept shallow.

もちろん、ホットキャリア耐性をより完全なものとするには、複数のインピーダンス素子106の直列回路で帰還信号取得部105を構成し、その複数のインピーダンス素子106の接続点に現われる信号を帰還信号SFBとするのが好ましい(詳細は後述する)。   Of course, in order to make the hot carrier resistance more complete, the feedback signal acquisition unit 105 is configured by a series circuit of a plurality of impedance elements 106, and a signal appearing at a connection point of the plurality of impedance elements 106 is defined as a feedback signal SFB. It is preferable (details will be described later).

<動作;第1実施形態>
図5は、第1実施形態(特に図1に示した基本構成)のレベルシフト回路100の動作を説明する図である。また、図6は、比較例としての図4に示した従来のレベルシフト回路900の動作を説明する図である。
<Operation; First Embodiment>
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the level shift circuit 100 of the first embodiment (particularly the basic configuration shown in FIG. 1). FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the conventional level shift circuit 900 shown in FIG. 4 as a comparative example.

ここで、図5(A),図6(A)は、一方の入力段のトランジスタQ101_1,Q901_1に供給される一方の差動入力信号(相補入力信号)Vin_1を示し、図5(B),図6(B)は、他方の入力段のトランジスタQ101_2,Q901_2に供給される他方の差動入力信号(相補入力信号)Vin_2を示す。また、図5(C),図6(C)は、一方の差動出力ノードOUT_1に得られる出力パルス信号Vout_1 を示し、図5(D),図6(D)は、他方の差動出力ノードOUT_2に得られる出力パルス信号Vout_2 を示す。なお、電圧レベルがローレベルのときを“L”で表示し、電圧レベルがハイレベルのときを“H”で表示する。   5A and 6A show one differential input signal (complementary input signal) Vin_1 supplied to the transistors Q101_1 and Q901_1 in one input stage, and FIG. FIG. 6B shows the other differential input signal (complementary input signal) Vin_2 supplied to the transistors Q101_2 and Q901_2 of the other input stage. 5C and 6C show the output pulse signal Vout_1 obtained at one differential output node OUT_1, and FIGS. 5D and 6D show the other differential output. An output pulse signal Vout_2 obtained at the node OUT_2 is shown. When the voltage level is low, “L” is displayed, and when the voltage level is high, “H” is displayed.

先ず、比較例としての図4に示した従来のレベルシフト回路900の動作について説明する。図6(A),(B)に示すように、レベルシフト回路900の入力段には、概ね逆相の差動信号Vin_1,Vin_2を入力する。   First, the operation of the conventional level shift circuit 900 shown in FIG. 4 as a comparative example will be described. As shown in FIGS. 6A and 6B, differential signals Vin_1 and Vin_2 having substantially opposite phases are input to the input stage of the level shift circuit 900.

ここで、「概ね逆相の差動信号Vin_1,Vin_2」と称したのは、遷移過程で、入力段の各トランジスタQ901_1,Q901_2が同時にオンする期間が生じない程度に、僅かではあるが、入力信号にノンオーバーラップ期間、つまり、両方の入力信号が共にLレベル(トランジスタQ101をオンさせるレベル)となる期間を設け、入力段の各トランジスタQ901_1,Q901_2が一瞬同時にオフする状態を作り込む動作をさせるようにしたためである。   Here, “substantially opposite-phase differential signals Vin_1 and Vin_2” are referred to as “input signals, although they are so small that there is no period during which the transistors Q901_1 and Q901_2 of the input stage are simultaneously turned on in the transition process”. The signal is provided with a non-overlap period, that is, a period in which both input signals are both at the L level (the level at which the transistor Q101 is turned on), and an operation for creating a state where the transistors Q901_1 and Q901_2 in the input stage are simultaneously turned off for a moment. It is because it was made to let it.

これは、完全に逆相で入力すると、入力信号Vinの論理反転時の遷移過程で、各回路ブロック100_1,100_2の入力段と出力段の各トランジスタQ901,Q903が共に(同時に)オン状態となる期間が生じ、その同時にオン状態となったときに流れる貫通電流が大きくなり消費電力が増大するのを防止するためである。   This is because when the input is completely in reverse phase, the transistors Q901 and Q903 in the input stage and the output stage of each circuit block 100_1 and 100_2 are both turned on (simultaneously) in the transition process at the time of logic inversion of the input signal Vin. This is in order to prevent a through current that flows when a period is generated and at the same time the power is turned on and the power consumption increases.

先ず、トランジスタQ901_1(NMOS)への入力信号Vin_1の電圧が“H”となっているときには(t90以前)、トランジスタQ901_1はオン状態となるのでその出力である差動出力ノードOUT_1の電圧は基準電位Vss(=接地電位GND )と同電位になるし、トランジスタQ901_2(NMOS)への入力信号Vin_2の電圧が“L”になっており、トランジスタQ901_2はオフ状態になっている。   First, when the voltage of the input signal Vin_1 to the transistor Q901_1 (NMOS) is “H” (before t90), the transistor Q901_1 is turned on, so that the output voltage of the differential output node OUT_1 is the reference potential. The voltage is the same as Vss (= ground potential GND), the voltage of the input signal Vin_2 to the transistor Q901_2 (NMOS) is “L”, and the transistor Q901_2 is off.

このとき、トランジスタQ903_2(PMOS)は、そのゲートが差動出力ノードOUT_1の電圧=基準電位Vssにありオン状態になっているので、オフ状態にあるトランジスタQ901_2の出力である差動出力ノードOUT_2の電圧は電源電位VDDH と同電位になる。また、トランジスタQ903_1(PMOS)は、そのゲートが差動出力ノードOUT_2の電圧=電源電位VDDH にありオフ状態になっている。   At this time, since the gate of the transistor Q903_2 (PMOS) is on because the voltage at the differential output node OUT_1 is equal to the reference potential Vss, the transistor Q903_2 (PMOS) has the differential output node OUT_2 that is the output of the transistor Q901_2 in the off state. The voltage is the same as the power supply potential VDDH. Further, the transistor Q903_1 (PMOS) is turned off because its gate is at the voltage of the differential output node OUT_2 = the power supply potential VDDH.

この状態では、トランジスタQ901_1のドレイン電流Ids_1は飽和状態にあるし、トランジスタQ901_2のドレイン電流Ids_2は非飽和状態にある。   In this state, the drain current Ids_1 of the transistor Q901_1 is in a saturated state, and the drain current Ids_2 of the transistor Q901_2 is in a non-saturated state.

次に、ノンオーバーラップ動作とするべく、入力信号Vin_1を“L”にしてトランジスタQ901_1(NMOS)をオフさせてから(t90〜t91)、入力信号Vin_2を“H”にしてトランジスタQ901_2(NMOS)をオンさせる(t91〜t92)。   Next, for non-overlapping operation, the input signal Vin_1 is set to “L” to turn off the transistor Q901_1 (NMOS) (t90 to t91), and then the input signal Vin_2 is set to “H” to set the transistor Q901_2 (NMOS). Is turned on (t91 to t92).

トランジスタQ901_2(NMOS)がオン状態となろうとする過程では、トランジスタQ901_1はオフ状態にある。トランジスタQ901_2(NMOS)がオン状態となったとき、トランジスタQ903_2(PMOS)はオン状態のままであるか、もしくはトランジスタQ901_1(NMOS)のオフ状態によって少しオフ状態に移行しようとする過程にあるので、差動出力ノードOUT_2の電位は、それ以前の電源電圧VDDH から、トランジスタQ903_2(PMOS)の動作抵抗とトランジスタQ901_2(NMOS)のオン抵抗で電源電圧VDDH を分圧した値にゆっくりと低下する(t90〜t92)。   In the process of turning on the transistor Q901_2 (NMOS), the transistor Q901_1 is in the off state. When the transistor Q901_2 (NMOS) is turned on, the transistor Q903_2 (PMOS) remains in the on state, or the transistor Q901_1 (NMOS) is in the process of shifting to the off state slightly due to the off state. The potential of the differential output node OUT_2 slowly decreases from the previous power supply voltage VDDH to a value obtained by dividing the power supply voltage VDDH by the operating resistance of the transistor Q903_2 (PMOS) and the on-resistance of the transistor Q901_2 (NMOS) (t90). ~ T92).

このトランジスタQ901_2(NMOS)の出力である差動出力ノードOUT_2の電圧はトランジスタQ903_1のゲート電圧となり、そのゲート電圧は電源電位VDDH から低下し(t91)、トランジスタQ903_1の閾値電圧以下となってトランジスタQ903_1をオンさせ得る状態になると(t92)、トランジスタQ903_1が非飽和状態から飽和状態に遷移する。   The voltage of the differential output node OUT_2, which is the output of the transistor Q901_2 (NMOS), becomes the gate voltage of the transistor Q903_1, the gate voltage drops from the power supply potential VDDH (t91), becomes lower than the threshold voltage of the transistor Q903_1, and the transistor Q903_1 Is turned on (t92), the transistor Q903_1 transits from the non-saturated state to the saturated state.

この状態では、トランジスタQ901_1(NMOS)がオフ状態にあるので、その出力である差動出力ノードOUT_1の電圧が基準電位Vssより上昇する。そして、差動出力ノードOUT_1の電圧が上昇することで、トランジスタQ903_2がオフ状態に移行するようになる。   In this state, since the transistor Q901_1 (NMOS) is in the off state, the voltage of the differential output node OUT_1 as its output rises above the reference potential Vss. Then, as the voltage of the differential output node OUT_1 increases, the transistor Q903_2 shifts to an off state.

そして、このような動作が継続されることで、差動出力ノードOUT_2の電圧が急速に電源電位VDDH から基準電位Vssとなって、また、差動出力ノードOUT_1の電圧が急速に基準電位Vssから電源電位VDDH となって、レベルシフト動作が終了する(t93)。   By continuing such an operation, the voltage of the differential output node OUT_2 rapidly changes from the power supply potential VDDH to the reference potential Vss, and the voltage of the differential output node OUT_1 rapidly changes from the reference potential Vss. The power supply potential VDDH is reached, and the level shift operation ends (t93).

なお、入力信号Vin_1の電圧が“L”から“H”に変化したときも、上記と同様の動作がトランジスタQ901(NMOS),Q903(PMOS)において行なわれる(t95〜t98)。   Even when the voltage of the input signal Vin_1 changes from “L” to “H”, the same operation as described above is performed in the transistors Q901 (NMOS) and Q903 (PMOS) (t95 to t98).

なお、図4に示した従来のレベルシフト回路900では、トランジスタQ901(NMOS)の出力である差動出力ノードOUTを、他方の回路ブロック900_1,900_2に供給する帰還信号SFBとする、正帰還ループを構成している。差動出力ノードOUTの電圧は、基準電位Vssもしくは電源電位VDDH にある。   In the conventional level shift circuit 900 shown in FIG. 4, a positive feedback loop in which the differential output node OUT, which is the output of the transistor Q901 (NMOS), is used as the feedback signal SFB supplied to the other circuit blocks 900_1 and 900_2. Is configured. The voltage of the differential output node OUT is at the reference potential Vss or the power supply potential VDDH.

このため、トランジスタQ103のゲートに供給される電圧(=差動出力ノードOUT)は、トランジスタQ101がオン状態にあるときのドレインの電圧(=基準電圧Vss)にあるので、トランジスタQ903(PMOS)のオン時の状態は、非常に深いレベルにある。   For this reason, since the voltage (= differential output node OUT) supplied to the gate of the transistor Q103 is at the drain voltage (= reference voltage Vss) when the transistor Q101 is in the ON state, the voltage of the transistor Q903 (PMOS) The on state is at a very deep level.

したがって、スイッチング動作時に論理反転する際、非常に深いレベルからの正帰還ループを形成することになる。このため、トランジスタQ903_2(_1)(PMOS)のオフ→トランジスタQ901_2(_1)(NMOS)のオン時には、非常に深いレベルからの正帰還動作がなされるので、トランジスタQ901(NMOS)への入力信号Vinを“L”レベルにしてもトランジスタQ903_2(_1)(PMOS)のオフが遅れ、その結果として、トランジスタQ901_2(_1)(NMOS)のオンによる差動出力ノードOUT_2の電圧変化も遅れるので、全体のスイッチング動作時の応答が重くなる。   Accordingly, when the logic is inverted during the switching operation, a positive feedback loop from a very deep level is formed. Therefore, when the transistor Q903_2 (_1) (PMOS) is turned off and the transistor Q901_2 (_1) (NMOS) is turned on, a positive feedback operation from a very deep level is performed. Therefore, the input signal Vin to the transistor Q901 (NMOS) Even if the transistor Q903_2 (_1) (PMOS) is turned off, the voltage change of the differential output node OUT_2 due to the turning on of the transistor Q901_2 (_1) (NMOS) is also delayed. Response during switching operation becomes heavy.

たとえば、トランジスタQ901_2(NMOS)がオン状態となろうとする過程では、トランジスタQ901_2(NMOS)への入力信号Vin_2が“H”になっても、その出力がオンレベル(基準電圧Vss)になるまでに遅れが見られ、遅い応答を示す。   For example, in the process of turning on the transistor Q901_2 (NMOS), even if the input signal Vin_2 to the transistor Q901_2 (NMOS) becomes “H”, the output becomes the on level (reference voltage Vss). There is a delay, indicating a slow response.

ところで、微細化されたNMOSのドレインに電圧を印加すると、ドレイン近傍に高電界領域が形成される。この領域に、キャリア(電子)が流れ込むと、キャリアは電界により高いエネルギを得てホットキャリアになる。これらのあるものはフォノン散乱し、あるものはインパクト・イオン化によりエネルギが失われる。ホットキャリアの中でSi−SiO2の電位障壁を越えられるだけのエネルギを持ったものが、ゲート酸化膜に注入され、MOSトランジスタの閾値(Vth)や相互コンダクタンスgmの変動を引き起こす原因となり、電圧により加速される現象を引き起こす。   By the way, when a voltage is applied to the miniaturized NMOS drain, a high electric field region is formed in the vicinity of the drain. When carriers (electrons) flow into this region, the carriers obtain high energy by an electric field and become hot carriers. Some of these phonon scatter and some lose energy due to impact ionization. Among the hot carriers, those having energy sufficient to exceed the potential barrier of Si—SiO 2 are injected into the gate oxide film, causing fluctuations in the threshold voltage (Vth) and mutual conductance gm of the MOS transistor. Causes an accelerated phenomenon.

たとえば、前述のようにノンオーバーラップ動作をさせると、図6(C),(D)に示すように、出力段の各トランジスタQ903(PMOS)の低い相互コンダクタンスgmと正帰還ループに起因した緩やかな遷移を示す応答が観察される。   For example, when the non-overlap operation is performed as described above, as shown in FIGS. 6C and 6D, the low transconductance gm of each transistor Q903 (PMOS) in the output stage and the slow feedback loop caused by the positive feedback loop. A response indicating a bad transition is observed.

このとき、各トランジスタQ901(NMOS)のドレイン電位(すなわち差動出力ノードOUT)が電源VDDH 〜基準電位Vss(=接地電位GND )へ遷移する過程、すなわち、トランジスタQ901(NMOS)がオフ状態からオン状態に遷移する過程で、ドレイン−ソース間電圧Vdsが大きい状態でピンチオフ領域を通過することになる。   At this time, the drain potential (ie, differential output node OUT) of each transistor Q901 (NMOS) transitions from the power source VDDH to the reference potential Vss (= ground potential GND), that is, the transistor Q901 (NMOS) is turned on from the off state. In the process of transition to the state, the pinch-off region is passed with the drain-source voltage Vds being large.

ところが、ドレイン−ソース間電圧Vdsが大きい状態でピンチオフ領域を通過すると、他のロジック回路よりも強い電界が垂直方向(ゲート−ドレイン間方向)に印加され、かつ、ドレイン近傍の尖鋭化されたチャネルには水平方向(ドレイン−ソース間)に強電界が掛かっており、チャネル内のキャリア(電子)は水平方向の強電界により加速され、その加速されたキャリアが、ドレイン近傍にて結晶格子との衝突により電子・ホール(Hole;正孔)の対を発生させる現象、いわゆるインパクト・イオン化現象を引き起こし易い。   However, when passing through the pinch-off region with a large drain-source voltage Vds, an electric field stronger than that of other logic circuits is applied in the vertical direction (gate-drain direction), and a sharp channel near the drain Is applied with a strong electric field in the horizontal direction (between the drain and the source), and carriers (electrons) in the channel are accelerated by the strong electric field in the horizontal direction. It is easy to cause a phenomenon of generating an electron-hole pair by collision, so-called impact ionization phenomenon.

インパクト・イオン化された電子・ホールの対は、トランジスタQ901(NMOS)の場合はホールがゲート絶縁膜へ突入して、ゲート絶縁膜内に捕獲準位を作り易く、ホットキャリア耐性が劣化し易い。そのため、ホットキャリア耐性の弱い素子は、相互コンダクタンスgmの劣化やドレイン電流の飽和特性Idsatの減少を引き起こす。   In the case of the transistor Q901 (NMOS), the impact-ionized electron-hole pair is likely to cause a hole to enter the gate insulating film to form a trap level in the gate insulating film and to deteriorate hot carrier resistance. Therefore, an element having low hot carrier resistance causes deterioration of mutual conductance gm and reduction of drain current saturation characteristic Idsat.

何れにしても、大きなドレイン−ソース間電圧Vdsが印加されている状態でピンチオフ領域をゆっくり通過することが、ホットキャリア耐性の劣化を促すことになる。つまり、従来の昇圧型のレベルシフト回路900では、正帰還ループを用いた構成により昇圧を施しているが、正帰還ループに起因した入出力応答において、ホットキャリア耐性を劣化させるような入出力応答があり、ホットキャリア耐性に懸念がある。   In any case, slow passage through the pinch-off region while a large drain-source voltage Vds is applied promotes deterioration of hot carrier resistance. In other words, in the conventional boost type level shift circuit 900, boosting is performed by the configuration using the positive feedback loop, but the input / output response that deteriorates the hot carrier tolerance in the input / output response due to the positive feedback loop. There is concern about hot carrier resistance.

このことに鑑みれば、ホットキャリア耐性の劣化防止およびホットキャリア耐性の向上のためには、
1)ピンチオフ領域を通過する際のMOSトランジスタのドレイン−ソース間電圧Vdsを小さくする、
2)ピンチオフ領域を素早く通過するような動作をさせる、
ことを、能動的に工夫することが、ホットキャリア耐性を強化して、回路の長寿命化を図る上で、有効であると考えられる。
In view of this, in order to prevent deterioration of hot carrier resistance and improve hot carrier resistance,
1) Reduce the drain-source voltage Vds of the MOS transistor when passing through the pinch-off region.
2) Make it move quickly through the pinch-off area,
It is considered effective to devise this in order to enhance the hot carrier resistance and extend the life of the circuit.

この両者を同時に満たすようにしたものが、図1に示した第1実施形態の回路構成および図5に示す動作である。すなわち、図1に示した第1実施形態の回路構成および動作では、図5に示すように、概ねロジックインバータの入出力特性と類似の入出力特性を採ることができる。よって、図6に示した入出力特性のように、MOSトランジスタのピンチオフ領域を、ドレイン−ソース間電圧Vdsが大きい状態でゆっくりと通過するというホットキャリア耐性の劣化を促進するような事態を緩和できる。   The circuit configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 and the operation shown in FIG. 5 satisfy both of these conditions simultaneously. That is, in the circuit configuration and operation of the first embodiment shown in FIG. 1, as shown in FIG. 5, the input / output characteristics substantially similar to the input / output characteristics of the logic inverter can be adopted. Therefore, as in the input / output characteristics shown in FIG. 6, it is possible to alleviate a situation in which deterioration of hot carrier resistance such as slow passage through the pinch-off region of the MOS transistor with a large drain-source voltage Vds is promoted. .

ここで、図6に示した入出力特性になる背景には、抵抗素子R106_a ,R106_b の直列回路でなる抵抗分割回路を採用した帰還信号取得部105を、トランジスタQ101(NMOS)とトランジスタQ103(PMOS)の各ドレイン間に配し、その中点から得られる信号を帰還信号SFBとして、トランジスタQ103(PMOS)の各ゲートに供給するようにしたことが、効果的に機能している。   Here, the background of the input / output characteristics shown in FIG. 6 is that the feedback signal acquisition unit 105 that employs a resistance dividing circuit composed of a series circuit of resistance elements R106_a and R106_b is connected to a transistor Q101 (NMOS) and a transistor Q103 (PMOS). ) Between the drains of the transistor Q103, and a signal obtained from the middle point thereof is supplied as a feedback signal SFB to each gate of the transistor Q103 (PMOS).

なぜなら、スイッチング動作時に生じる電流Idsがインピーダンス素子106(本例では抵抗素子R106_a ,R106_b )に流れることで、インピーダンス素子106の端子間に電位差が発生し、スイッチング動作時のトランジスタQ101(NMOS)のドレイン−ソース間電圧Vdsを小さくする働き(前述の1)の機能)をしている。   This is because the current Ids generated during the switching operation flows through the impedance element 106 (resistive elements R106_a and R106_b in this example), thereby generating a potential difference between the terminals of the impedance element 106 and the drain of the transistor Q101 (NMOS) during the switching operation. -It works to reduce the source-to-source voltage Vds (the function 1 described above).

さらに、直列接続された複数のインピーダンス素子106(本例では2つの抵抗素子R106_a ,R106_b )の接続点である接続ノードN106から得られる分割信号を、他方の回路ブロック100_1,100_2に供給する帰還信号SFBとする、正帰還ループを構成している。これにより、図4に示した従来のレベルシフト回路900における深いレベルからの正帰還に比べて、浅いレベルからの正帰還ループを形成できるので、応答を軽い状態にでき、速い応答を実現できる(前述の2)の機能)。   Furthermore, a divided signal obtained from the connection node N106, which is a connection point of a plurality of impedance elements 106 (two resistance elements R106_a and R106_b in this example) connected in series, is fed back to the other circuit blocks 100_1 and 100_2. A positive feedback loop is formed as SFB. This makes it possible to form a positive feedback loop from a shallow level compared to the positive feedback from a deep level in the conventional level shift circuit 900 shown in FIG. 4, so that the response can be lightened and a fast response can be realized ( Function 2) described above).

つまり、先ず、トランジスタQ101_1(NMOS)への入力信号Vin_1の電圧が“H”となっているときには(t10以前)、トランジスタQ101_1はオン状態となるのでその出力である差動出力ノードOUT_1の電圧は基準電位Vss(=接地電位GND )と同電位になるし、トランジスタQ101_2(NMOS)への入力信号Vin_2の電圧が“L”になっており、トランジスタQ101_2はオフ状態になっている。   That is, first, when the voltage of the input signal Vin_1 to the transistor Q101_1 (NMOS) is “H” (before t10), the transistor Q101_1 is turned on, so that the voltage of the differential output node OUT_1 as its output is It becomes the same potential as the reference potential Vss (= ground potential GND), the voltage of the input signal Vin_2 to the transistor Q101_2 (NMOS) is “L”, and the transistor Q101_2 is in an off state.

このとき、トランジスタQ103_2(PMOS)は、そのゲートが接続ノードN106_1の電圧にありオン状態になるので(後述を参照)、そのドレインの電圧は電源電位VDDH と同電位、またオフ状態にあるトランジスタQ101_2の出力である差動出力ノードOUT_2の電圧も電源電位VDDH と同電位になるので、接続ノードN106_2の電圧も電源電位VDDH と同電位になる。   At this time, the transistor Q103_2 (PMOS) is turned on because its gate is at the voltage of the connection node N106_1 (see later), so that the drain voltage is the same as the power supply potential VDDH and the transistor Q101_2 in the off state. Since the voltage at the differential output node OUT_2, which is the output of, becomes the same potential as the power supply potential VDDH, the voltage at the connection node N106_2 also becomes the same potential as the power supply potential VDDH.

また、トランジスタQ103_1(PMOS)は、そのゲートが接続ノードN106_2の電圧=電源電位VDDにありオフ状態になっている。よって、そのドレインの電圧はオン状態にあるトランジスタQ101_1の出力である差動出力ノードOUT_1の電圧に、オン時のドレイン電流Ids_1と抵抗素子R106_1aの積を加算した接続ノードN106_1の電圧と事実上同電位になる。   Further, the transistor Q103_1 (PMOS) is in an OFF state because its gate is at the voltage of the connection node N106_2 = the power supply potential VDD. Therefore, the voltage of the drain is substantially the same as the voltage of the connection node N106_1 obtained by adding the product of the drain current Ids_1 and the resistance element R106_1a at the time of ON to the voltage of the differential output node OUT_1 that is the output of the transistor Q101_1 in the on state. Become potential.

なお、差動出力ノードOUT_1の電圧に、オン時のドレイン電流Ids_1と抵抗素子R106_1aの積を加算した接続ノードN106_1の電圧は、トランジスタQ103_2(PMOS)を、オン状態にさせる電圧となるように抵抗素子R106_1aの定数を設定する。   Note that the voltage at the connection node N106_1 obtained by adding the product of the drain current Ids_1 at the ON time and the resistance element R106_1a to the voltage at the differential output node OUT_1 becomes a voltage that turns on the transistor Q103_2 (PMOS). A constant of the element R106_1a is set.

この状態では、トランジスタQ101_1のドレイン電流Ids_1は飽和状態にあるし、トランジスタQ101_2のドレイン電流Ids_2は非飽和状態にある。   In this state, the drain current Ids_1 of the transistor Q101_1 is in a saturated state, and the drain current Ids_2 of the transistor Q101_2 is in a non-saturated state.

次に、ノンオーバーラップ動作とするべく、入力信号Vin_1を“L”にしてトランジスタQ101_1(NMOS)をオフさせてから(t10〜t11)、入力信号Vin_2を“H”にしてトランジスタQ101_2(NMOS)をオンさせる(t11〜t12)。   Next, in order to achieve a non-overlapping operation, the input signal Vin_1 is set to “L” to turn off the transistor Q101_1 (NMOS) (t10 to t11), and then the input signal Vin_2 is set to “H” to set the transistor Q101_2 (NMOS). Is turned on (t11 to t12).

トランジスタQ101_2(NMOS)がオン状態となろうとする過程では、トランジスタQ101_1はオフ状態にある。また、トランジスタQ101_2(NMOS)の出力である差動出力ノードOUT_2は、インピーダンス素子106(ここでは抵抗素子R106_1a)を介してトランジスタQ103_1のゲート電圧となり、そのゲート電圧は電源電位VDDH から低下し(t11)、トランジスタQ103_1の閾値電圧以下となってトランジスタQ103_1をオンさせ得る状態になると、トランジスタQ103_1が非飽和状態から飽和状態に遷移する。   In the process of turning on the transistor Q101_2 (NMOS), the transistor Q101_1 is in an off state. Further, the differential output node OUT_2 which is the output of the transistor Q101_2 (NMOS) becomes the gate voltage of the transistor Q103_1 via the impedance element 106 (here, the resistance element R106_1a), and the gate voltage drops from the power supply potential VDDH (t11). ) When the transistor Q103_1 becomes lower than the threshold voltage of the transistor Q103_1 and can be turned on, the transistor Q103_1 transitions from the non-saturated state to the saturated state.

この状態では、トランジスタQ101_1(NMOS)がオフ状態にあるので、その出力である差動出力ノードOUT_1の電圧が基準電位Vssより上昇する。そして、差動出力ノードOUT_1の電圧が上昇することで、トランジスタQ103_2がオフ状態に移行するようになる。   In this state, since the transistor Q101_1 (NMOS) is in the off state, the voltage of the differential output node OUT_1 that is the output rises above the reference potential Vss. Then, when the voltage of the differential output node OUT_1 increases, the transistor Q103_2 shifts to an off state.

そして、このような動作が継続されることで、差動出力ノードOUT_2の電圧が電源電位VDDH から基準電位Vssとなって、また、差動出力ノードOUT_1の電圧が基準電位Vssから電源電位VDDH となって、レベルシフト動作が終了する(t12)。   By continuing such an operation, the voltage of the differential output node OUT_2 changes from the power supply potential VDDH to the reference potential Vss, and the voltage of the differential output node OUT_1 changes from the reference potential Vss to the power supply potential VDDH. Thus, the level shift operation ends (t12).

なお、入力信号Vin_1の電圧が“L”から“H”に変化したときも、上記と同様の動作がトランジスタQ101(NMOS),Q103(PMOS)において行なわれる(t15〜t18)。   Even when the voltage of the input signal Vin_1 changes from “L” to “H”, the same operation as described above is performed in the transistors Q101 (NMOS) and Q103 (PMOS) (t15 to t18).

ここで、トランジスタQ101(NMOS)がオンしようとしたとき(スイッチング動作時に)、その動作電流が少なくともトランジスタQ101側のインピーダンス素子106_a に流れるので、そのインピーダンス素子106_a の両端に生じる電位差の分だけ、スイッチング動作時のトランジスタQ101(NMOS)のドレイン−ソース間の電位を小さくすることができる。   Here, when the transistor Q101 (NMOS) is going to be turned on (during switching operation), the operating current flows at least through the impedance element 106_a on the transistor Q101 side, so that the switching is performed by the potential difference generated at both ends of the impedance element 106_a. The potential between the drain and source of the transistor Q101 (NMOS) during operation can be reduced.

また、トランジスタQ103のゲートに供給される接続ノードN106の電圧は、トランジスタQ101がオン状態にあるときのドレイン(=差動出力ノードOUT)の電圧に、オン時のドレイン電流Idsと抵抗素子R106_a の積を加算した電圧にあるので、トランジスタQ903(PMOS)のオン時の状態は、図4に示した従来構成よりも浅いレベルにある。   The voltage of the connection node N106 supplied to the gate of the transistor Q103 is the drain voltage (= differential output node OUT) when the transistor Q101 is on, and the drain current Ids and resistance element R106_a of the on-resistance Since the voltage is obtained by adding the products, the on-state of the transistor Q903 (PMOS) is at a shallower level than the conventional configuration shown in FIG.

したがって、スイッチング動作時に論理反転する際、浅いレベルからの正帰還ループを形成できるので、応答を軽い状態にでき、速い遷移応答を実現できる。速い遷移応答を実現できれば、ピンチオフ領域を素早く切り抜けることができる。   Therefore, when the logic is inverted during the switching operation, a positive feedback loop from a shallow level can be formed, so that the response can be reduced and a fast transition response can be realized. If a fast transition response can be realized, the pinch-off region can be quickly overcome.

また、本実施形態では、接続ノードN106とトランジスタQ103(PMOS)との間にも抵抗素子R106_b を介在させており、トランジスタQ103(PMOS)のオフの遅れがあった場合にも、スイッチング動作時のトランジスタQ101(NMOS)のドレイン−ソース間電圧Vdsを小さくする働き(前述の1)の機能)や、速い遷移応答(前述の2)の機能)について、一層有効に機能するようにしている。   In the present embodiment, the resistor element R106_b is also interposed between the connection node N106 and the transistor Q103 (PMOS). Even when the transistor Q103 (PMOS) is turned off, there is a delay during the switching operation. The function of reducing the drain-source voltage Vds of the transistor Q101 (NMOS) (the function 1 described above) and the fast transition response (the function 2 described above) are made to function more effectively.

すなわち、抵抗素子R106_b を介在させない場合、一方のトランジスタQ103(PMOS)のオフの遅れがあると、ドレイン−ソース間電圧Vdsを小さくする働きは当然に抵抗素子R106_a の電位差のみであるし、その遅れ分だけ、トランジスタQ101(NMOS)のオンによる接続ノードN106の電位低下が遅れ、その結果、他方(相手方)のトランジスタQ103(PMOS)のオンが遅れ、全体のスイッチング動作が遅くなる。   That is, when the resistor element R106_b is not interposed, if there is a delay in turning off one transistor Q103 (PMOS), the function of reducing the drain-source voltage Vds is naturally only the potential difference of the resistor element R106_a, and the delay. Accordingly, the decrease in the potential of the connection node N106 due to the turning on of the transistor Q101 (NMOS) is delayed, and as a result, the turning on of the other (counterpart) transistor Q103 (PMOS) is delayed, and the entire switching operation is delayed.

これに対して、抵抗素子R106_b を介在させると、仮にトランジスタQ103(PMOS)のオフの遅れがありHレベルが残っても、抵抗素子R106_a ,R106_b の両者の電位差を利用することで、ドレイン−ソース間電圧Vdsを小さくする効果が高まる。   On the other hand, when the resistor element R106_b is interposed, even if there is a delay in turning off the transistor Q103 (PMOS) and the H level remains, by utilizing the potential difference between the resistor elements R106_a and R106_b, the drain-source The effect of reducing the inter-voltage Vds is enhanced.

加えて、トランジスタQ101(NMOS)がオンすることでそのドレイン(=差動出力ノードOUT)の電圧が基準電位Vssと同じ電圧となり、Hレベル〜基準電位Vss間が、抵抗素子R106_a ,R106_b で分割された結果として接続ノードN106の電位が得られ、これが他方(相手方)のトランジスタQ103(PMOS)のゲートに供給される。   In addition, when the transistor Q101 (NMOS) is turned on, the voltage of its drain (= differential output node OUT) becomes the same voltage as the reference potential Vss, and the region between the H level and the reference potential Vss is divided by the resistance elements R106_a and R106_b. As a result, the potential of the connection node N106 is obtained, and this is supplied to the gate of the other (counterpart) transistor Q103 (PMOS).

よって、トランジスタQ103(PMOS)のオフの遅れに拘わらず、トランジスタQ101(NMOS)のオンによる接続ノードN106の電位低下が、即時に、他方(相手方)のトランジスタQ103(PMOS)をオンさせるために寄与する。   Therefore, regardless of the delay in turning off of the transistor Q103 (PMOS), the potential drop of the connection node N106 due to the turning on of the transistor Q101 (NMOS) contributes immediately to turn on the other (counter) transistor Q103 (PMOS). To do.

なお、ドレイン電流Ids_1が抵抗素子R106_1a,R106_1bに流れることで得られる接続点の電位(=ドレイン電流Ids_1と抵抗素子R106_1aの積をトランジスタQ101のドレイン電圧に加算した接続ノードN106_1の電圧)が、トランジスタQ103_2(PMOS)を、オン状態にさせる電圧となるように抵抗素子R106_1a,R106_1bの定数を設定する。その限りにおいて、抵抗素子R106_1a,R106_1bの定数は同一であってもよいし、異なっていてもよい。抵抗素子R106_1a,R106_1bの定数比を調整することで、最適な帰還信号SFBとなるようにすることができる。   Note that the potential of the connection point (= the voltage of the connection node N106_1 obtained by adding the product of the drain current Ids_1 and the resistance element R106_1a to the drain voltage of the transistor Q101) obtained by the drain current Ids_1 flowing through the resistance elements R106_1a and R106_1b is the transistor The constants of the resistance elements R106_1a and R106_1b are set so as to be a voltage for turning on the Q103_2 (PMOS). As long as that is the case, the constants of the resistance elements R106_1a and R106_1b may be the same or different. By adjusting the constant ratio of the resistance elements R106_1a and R106_1b, the optimum feedback signal SFB can be obtained.

トランジスタQ103(PMOS)のオフの遅れがあっても、即時に、接続ノードN106_2の浅い電圧レベルからの正帰還ループを形成できるので、応答を軽い状態にでき、速い応答を実現できる。速い応答を実現できれば、ピンチオフ領域を素早く切り抜けることができる。   Even if there is a delay in turning off the transistor Q103 (PMOS), a positive feedback loop from a shallow voltage level of the connection node N106_2 can be formed immediately, so that the response can be lightened and a fast response can be realized. If a quick response can be realized, the pinch-off region can be quickly overcome.

スイッチング動作時に、トランジスタQ101_1,Q101_2(NMOS)の動作点がドレイン−ソース間電圧Vdsの大きいピンチオフ領域を通過することを緩和でき、ホットキャリア耐性劣化を改善できる。レベルシフト回路100の差動出力ノードOUTが電源電圧VDDH 〜基準電圧Vss間の中間電位に留まっている時間を大幅に減らすことができ、インパクト・イオン化による相互コンダクタンスgm劣化の低減を図ることができる。   During the switching operation, the operating points of the transistors Q101_1 and Q101_2 (NMOS) can be alleviated from passing through a pinch-off region where the drain-source voltage Vds is large, and hot carrier resistance deterioration can be improved. The time during which the differential output node OUT of the level shift circuit 100 remains at the intermediate potential between the power supply voltage VDDH and the reference voltage Vss can be significantly reduced, and the reduction of the mutual conductance gm due to impact ionization can be reduced. .

また付加的な効果として、抵抗素子R106_a ,R106_b を介在させることで、仮に、NMOSとPMOSが同時にオン状態になったときでも、そのときに流れる貫通電流を制限できる利点もある。その結果として、ノンオーバーラップ期間を限りなく短くすることができる。遅延時間を短くでき、一層、高速動作に適するようになる。   As an additional effect, there is an advantage that the through current flowing at that time can be limited even if the NMOS and the PMOS are turned on at the same time by interposing the resistance elements R106_a and R106_b. As a result, the non-overlap period can be shortened as much as possible. The delay time can be shortened, and it becomes more suitable for high-speed operation.

このように、第1実施形態の仕組みでは、1)ピンチオフ領域を通過する際のMOSトランジスタのドレイン−ソース間電圧Vdsを小さくする対応を採る工夫によって、さらに好ましくは、2)ピンチオフ領域を素早く通過するような動作をさせる側面からも対応を採る工夫によって、ホットキャリア耐性劣化の防止低減に寄与できるレベルシフト回路を実現できるとともに、付加的な効果として、高速動作にも寄与できるようになった。   As described above, in the structure of the first embodiment, it is more preferable that 1) the device is adapted to reduce the drain-source voltage Vds of the MOS transistor when passing through the pinch-off region. By taking measures to cope with such an operation, it is possible to realize a level shift circuit that can contribute to prevention and reduction of hot carrier resistance deterioration, and as an additional effect, it can also contribute to high-speed operation.

<シミュレーション結果>
図7および図8は、図1に示した第1実施形態のレベルシフト回路100の動作をシミュレーションにより解析した結果を示す図である。ここで、図7は、インピーダンス素子106として用いる抵抗素子の定数を“0Ω”として、事実上、従来のレベルシフト回路900と同様にしたときの状態を示す。また、図8は、インピーダンス素子106として用いる各抵抗素子R106_a ,R106_b の定数を“2kΩ”としたときの状態を示す。
<Simulation results>
7 and 8 are diagrams showing the results of analyzing the operation of the level shift circuit 100 of the first embodiment shown in FIG. 1 by simulation. Here, FIG. 7 shows a state in which the constant of the resistance element used as the impedance element 106 is set to “0Ω”, which is practically the same as the conventional level shift circuit 900. FIG. 8 shows a state where the constants of the resistance elements R106_a and R106_b used as the impedance element 106 are “2 kΩ”.

図7から分かるように、抵抗素子R106の定数を“0Ω”としたとき、つまり、従来のレベルシフト回路900では、ピンチオフ領域を緩やかに変化をするとき、ホットキャリア耐性が劣化し易い可能性があることが分かる。   As can be seen from FIG. 7, when the constant of the resistance element R106 is set to “0Ω”, that is, in the conventional level shift circuit 900, when the pinch-off region is gradually changed, the hot carrier resistance may be easily deteriorated. I understand that there is.

これに対して、図8から分かるように、抵抗素子R106の定数を“2kΩ”としたときには、抵抗素子R106の定数が“0Ω”のときよりも、ピンチオフ領域を素早く変化するようになり、ホットキャリア耐性が改善されることが分かる。   On the other hand, as can be seen from FIG. 8, when the constant of the resistance element R106 is “2 kΩ”, the pinch-off region changes more quickly than when the constant of the resistance element R106 is “0Ω”. It can be seen that carrier resistance is improved.

また、トランジスタQ101のドレイン(差動出力ノードOUT_1)とトランジスタQ103_1のドレインとの間に、他方の回路ブロック100に供給する帰還信号SFB_1を取得する帰還信号取得部105_1を介在させることによる弊害はないと考えてよい。   Further, there is no harmful effect caused by interposing the feedback signal acquisition unit 105_1 for acquiring the feedback signal SFB_1 supplied to the other circuit block 100 between the drain of the transistor Q101 (differential output node OUT_1) and the drain of the transistor Q103_1. You may think.

むしろ、抵抗素子R106の定数が“0Ω”のときには、差動入力が2.5Vpp以上のときに論理を切り替えられるのに対して、抵抗素子R106の定数が“2kΩ”のときには、差動入力が1.5Vpp以上のときに論理を切り替えられるようになっている。つまり、抵抗なしの場合には2.5Vpp以上の入力レンジが必要であるのに対して、抵抗2kΩを入れた場合には、1.5Vpp以上の入力レンジが必要となり、このことは、論理の間違いが起こり難い方向へ機能が改善されていることを意味する。よって、論理の切り替わるダイナミックレンジを広げることができる利点もあることが分かる。   Rather, when the constant of the resistive element R106 is “0Ω”, the logic can be switched when the differential input is 2.5 Vpp or more, whereas when the constant of the resistive element R106 is “2 kΩ”, the differential input is The logic can be switched when the voltage is 1.5 Vpp or higher. In other words, when there is no resistor, an input range of 2.5 Vpp or more is required, but when a resistor of 2 kΩ is inserted, an input range of 1.5 Vpp or more is required. It means that the function has been improved in the direction where mistakes are unlikely to occur. Therefore, it can be seen that there is an advantage that the dynamic range in which the logic is switched can be expanded.

<レベルシフト回路;第2実施形態>
図9は、レベルシフト回路の第2実施形態の構成例を示す図である。第2実施形態のレベルシフト回路100は、図4に示した従来のレベルシフト回路900をベースとして、入力段のトランジスタQ101_1,Q101_2(NMOS)の各ドレイン(トランジスタの出力ノード107_1,107_2)と差動出力ノードOUT_1,OUT_2との間に、インピーダンス素子の一例である誘導素子(インダクタ;Inductor)108_1,108_2を介在させた点に特徴を有する。
<Level Shift Circuit; Second Embodiment>
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of the second embodiment of the level shift circuit. The level shift circuit 100 of the second embodiment is based on the conventional level shift circuit 900 shown in FIG. 4 and is different from the drains of the transistors Q101_1 and Q101_2 (NMOS) of the input stage (transistor output nodes 107_1 and 107_2). It is characterized in that inductive elements (inductors) 108_1 and 108_2, which are examples of impedance elements, are interposed between the dynamic output nodes OUT_1 and OUT_2.

外部負荷Load_1,Load_2は、トランジスタQ101_1,Q101_2(NMOS)の各出力ノード107_1,107_2に直接ではなく、誘導素子108_1,108_2を介在した差動出力ノードOUT_1,OUT_2に接続する。誘導素子108を進み補償に利用するのである。   The external loads Load_1 and Load_2 are not directly connected to the output nodes 107_1 and 107_2 of the transistors Q101_1 and Q101_2 (NMOS), but are connected to the differential output nodes OUT_1 and OUT_2 via the inductive elements 108_1 and 108_2. The inductive element 108 is used for advance compensation.

<動作;第2実施形態>
図10は、第2実施形態のレベルシフト回路100の動作を説明する図である。第2実施形態の仕組みは、スイッチング動作時の誘導素子108に流れる電流の瞬時的な変化(逆起電圧)を利用することで、MOSトランジスタのピンチオフ領域を、ドレイン−ソース間電圧Vdsが大きい状態でゆっくりと通過するというホットキャリア耐性の劣化を促進するような事態を緩和しようとするものである。
<Operation; Second Embodiment>
FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the level shift circuit 100 of the second embodiment. The mechanism of the second embodiment uses a momentary change (back electromotive voltage) of the current flowing through the inductive element 108 at the time of the switching operation, so that the drain-source voltage Vds is large in the pinch-off region of the MOS transistor. It is intended to alleviate the situation that promotes the deterioration of the hot carrier resistance of passing slowly.

すなわち、スイッチング動作時に誘導素子108の両端に発生する電位差が電流の時間微分に比例することを利用して、出力ノード107_1,107_2が電源電圧VDDH から基準電圧Vss(=接地電位GND )へ遷移する際に、遷移開始時の一瞬、急激に電位を下げることで、トランジスタQ101_1,Q101_2(NMOS)がオンし始める瞬間のピンチオフ領域を通過する際に、ドレイン−ソース間電圧Vdsを小さくした状態で遷移させることができる。誘導素子108が、スイッチング動作時のトランジスタQ101(NMOS)のドレイン−ソース間電圧Vdsを小さくする働きをしているのである。   That is, the output nodes 107_1 and 107_2 transition from the power supply voltage VDDH to the reference voltage Vss (= ground potential GND) by utilizing the fact that the potential difference generated at both ends of the inductive element 108 during the switching operation is proportional to the time differentiation of the current. In this case, the potential is suddenly lowered for a moment at the start of the transition so that the transistor Q101_1, Q101_2 (NMOS) transitions in a state where the drain-source voltage Vds is reduced when passing through the pinch-off region at the moment when the transistor Q101_1 and Q101_2 (NMOS) start to turn on. Can be made. The inductive element 108 serves to reduce the drain-source voltage Vds of the transistor Q101 (NMOS) during the switching operation.

スイッチング動作時に、トランジスタQ101_1,Q101_2(NMOS)のドレイン電圧を瞬時に下げているので、トランジスタQ101_1,Q101_2(NMOS)の動作点がドレイン−ソース間電圧Vdsの大きいピンチオフ領域を通過することを緩和でき、ホットキャリア耐性劣化を改善できる。   During the switching operation, the drain voltages of the transistors Q101_1 and Q101_2 (NMOS) are instantaneously lowered, so that the operating point of the transistors Q101_1 and Q101_2 (NMOS) can be prevented from passing through the pinch-off region where the drain-source voltage Vds is large. , Hot carrier resistance deterioration can be improved.

入力される差動信号の論理レベルの遷移時に出力信号の論理レベルが遷移しようとしたとき、トランジスタQ101の出力端子(出力ノード107)の遷移時に誘導素子108に生じる逆起電圧を利用して遷移開始時の一瞬急激に、トランジスタQ101のドレイン−ソース間電圧を小さくすることで、その後の遷移過程では、ピンチオフ領域を通過する際のトランジスタQ101のドレイン−ソース間電圧が小さくなっているからである。   When the logic level of the output signal is about to transition at the time of transition of the logic level of the input differential signal, transition is performed using the back electromotive voltage generated in the inductive element 108 at the transition of the output terminal (output node 107) of the transistor Q101. This is because the drain-source voltage of the transistor Q101 is decreased suddenly at the start, and in the subsequent transition process, the drain-source voltage of the transistor Q101 when passing through the pinch-off region is decreased. .

<レベルシフト回路;第3実施形態>
図11は、レベルシフト回路の第3実施形態の構成例を示す図である。第3実施形態のレベルシフト回路100は、図1に示した第1実施形態のレベルシフト回路100をベースとして、入力段のトランジスタQ101_1,Q101_2(NMOS)の各ドレイン(トランジスタの出力ノード107_1,107_2)と差動出力ノードOUT_1,OUT_2との間に、誘導素子108_1,108_2を介在させた点に特徴を有する。
<Level Shift Circuit; Third Embodiment>
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of the third embodiment of the level shift circuit. The level shift circuit 100 according to the third embodiment is based on the level shift circuit 100 according to the first embodiment shown in FIG. 1, and the drains of the transistors Q101_1 and Q101_2 (NMOS) in the input stage (transistor output nodes 107_1 and 107_2). ) And differential output nodes OUT_1 and OUT_2, the inductive elements 108_1 and 108_2 are interposed.

外部負荷Load_1,Load_2は、トランジスタQ101_1,Q101_2(NMOS)の各出力ノード107_1,107_2に直接ではなく、誘導素子108_1,108_2を介在した差動出力ノードOUT_1,OUT_2に接続する。   The external loads Load_1 and Load_2 are not directly connected to the output nodes 107_1 and 107_2 of the transistors Q101_1 and Q101_2 (NMOS), but are connected to the differential output nodes OUT_1 and OUT_2 via the inductive elements 108_1 and 108_2.

<動作;第3実施形態>
図12は、第3実施形態のレベルシフト回路100の動作を説明する図である。第3実施形態の仕組みは、第1実施形態の仕組みに第2実施形態の仕組みを組み合わせたものであり、両者の動作を共に実現するようになる。
<Operation; Third Embodiment>
FIG. 12 is a diagram for explaining the operation of the level shift circuit 100 of the third embodiment. The mechanism of the third embodiment is a combination of the mechanism of the second embodiment and the mechanism of the first embodiment, and both operations are realized.

第2実施形態と同様に、スイッチング動作時の誘導素子108に流れる電流の瞬時的な変化を利用することで、MOSトランジスタのピンチオフ領域を、ドレイン−ソース間電圧Vdsが大きい状態でゆっくりと通過するというホットキャリア耐性の劣化を促進するような事態を一層緩和しようとするものである。   Similar to the second embodiment, by using the instantaneous change of the current flowing through the inductive element 108 during the switching operation, the MOS transistor slowly passes through the pinch-off region with a large drain-source voltage Vds. It is intended to further alleviate the situation that promotes the deterioration of hot carrier resistance.

スイッチング動作時に出力ノード107_1,107_2が電源電圧VDDH から基準電圧Vss(=接地電位GND )へ遷移する際に、誘導素子108の両端に発生する電位差が電流の時間微分に比例することを利用して、その遷移開始時の一瞬、急激に電位を下げることで、トランジスタQ101_1,Q101_2(NMOS)がオンし始める瞬間のピンチオフ領域を通過する際に、トランジスタQ101_1,Q101_2(NMOS)のドレイン電圧を瞬時に下げることで、ドレイン−ソース間電圧Vdsを小さくした状態で遷移させる。   When the output nodes 107_1 and 107_2 transit from the power supply voltage VDDH to the reference voltage Vss (= ground potential GND) during the switching operation, the potential difference generated at both ends of the inductive element 108 is proportional to the time differentiation of the current. The drain voltage of the transistors Q101_1 and Q101_2 (NMOS) is instantaneously reduced when passing through the pinch-off region at the moment when the transistors Q101_1 and Q101_2 (NMOS) start to turn on by suddenly lowering the potential at the start of the transition. By lowering, the transition is made with the drain-source voltage Vds being reduced.

その結果、スイッチング動作時に、トランジスタQ101_1,Q101_2(NMOS)の動作点がドレイン−ソース間電圧Vdsの大きいピンチオフ領域を通過することを緩和でき、ホットキャリア耐性劣化を改善できる。   As a result, it is possible to alleviate the operating point of the transistors Q101_1 and Q101_2 (NMOS) from passing through the pinch-off region where the drain-source voltage Vds is large during the switching operation, and to improve hot carrier resistance deterioration.

ここで、第2実施形態や第3実施形態において、誘導素子108のインダクタ成分を如何様にして形成するかが問題となり得る。たとえば、昨今の高周波(RF;radio frequency )回路用途のプロセス技術では、インダクタ用の厚膜メタルを製作できるようになってきた。そこで、巻線のインダクタを作り利用する方法を採用することが考えられる。   Here, in the second embodiment or the third embodiment, how to form the inductor component of the inductive element 108 can be a problem. For example, in recent process technologies for radio frequency (RF) circuits, it has become possible to produce thick film metal for inductors. Therefore, it is conceivable to adopt a method of making and using a winding inductor.

他方、ICチップ内のボンディングワイヤ(Bonding Wire)を使って、ワイヤに付与されているインダクタ成分を利用する方法を採用することも考えられる。ただし、ボンディングワイヤを利用した場合、行き線と戻り線で相互インダクタが形成されるので、相互インダクタ成分による全インダクタンスの低減を考慮する必要がある。また、パッド(Pad )に付与される寄生容量の存在を考慮する必要もある。   On the other hand, it is also conceivable to employ a method of using an inductor component attached to a wire using a bonding wire in the IC chip. However, when a bonding wire is used, a mutual inductor is formed by the outgoing line and the return line, so it is necessary to consider reduction of the total inductance due to the mutual inductor component. In addition, it is necessary to consider the presence of parasitic capacitance given to the pad (Pad).

また、インダクタ成分の作込み精度の観点から見ると、厚膜メタルプロセスを使う方がよいと考えられる。   Also, from the viewpoint of inductor component accuracy, it is considered better to use a thick film metal process.

<CCD固体撮像素子と周辺部の概要>
図13は、CCD固体撮像素子210と、このCCD固体撮像素子210を駆動する駆動装置(以下ドライバ回路とも称する)の一実施形態である駆動制御部240とを具備した固体撮像装置202の概略図である。本実施形態では、インターライン転送(IT)方式のCCD固体撮像素子210を、6相もしくは8相で垂直駆動転送するとともに、N(Nは2以上の正の整数)相で水平転送駆動する場合を例に採って説明する。ここでは、2相で水平転送駆動する例で示す。
<Outline of CCD solid-state imaging device and peripheral part>
FIG. 13 is a schematic diagram of a solid-state imaging device 202 including a CCD solid-state imaging device 210 and a drive control unit 240 that is an embodiment of a driving device (hereinafter also referred to as a driver circuit) that drives the CCD solid-state imaging device 210. It is. In the present embodiment, the interline transfer (IT) type CCD solid-state imaging device 210 is vertically driven and transferred in 6 or 8 phases and horizontally transferred in N (N is a positive integer of 2 or more) phase. Will be described as an example. Here, an example of horizontal transfer driving in two phases is shown.

図13において、ドライバ回路の一実施形態である駆動制御部240は、タイミング信号生成部241と駆動部242とを備えている。タイミング信号生成部241は、低電圧VDDL (たとえば一般的な論理レベルの1.0〜5V程度)の電源で動作する論理回路の一例である。   In FIG. 13, the drive control unit 240 that is an embodiment of the driver circuit includes a timing signal generation unit 241 and a drive unit 242. The timing signal generator 241 is an example of a logic circuit that operates with a power supply of a low voltage VDDL (for example, a general logic level of about 1.0 to 5 V).

なお、駆動部242は、上述した第1〜第3実施形態のレベルシフト回路100を内部に備えるとともに、その最終段に、駆動すべき電極ごとに、PチャネルMOSトランジスタおよびNチャネルMOSトランジスタの直列回路を備えている(詳細は後述する)。   The driving unit 242 includes the level shift circuit 100 according to the first to third embodiments described above, and in the final stage, for each electrode to be driven, a P-channel MOS transistor and an N-channel MOS transistor are connected in series. A circuit is provided (details will be described later).

CCD固体撮像素子210には、駆動電源246から、タイミング信号生成部241に供給される低電圧VDDL よりも高電圧の電源電圧VDDH の一例として、ドレイン電圧VDDおよびリセットドレイン電圧VRDが印加され、駆動制御部240の出力段に相当する駆動部242にも、電源電圧VDDH の一例として所定の電圧が供給されるようになっている。   A drain voltage VDD and a reset drain voltage VRD are applied to the CCD solid-state imaging device 210 as an example of a power supply voltage VDDH that is higher than the low voltage VDDL supplied to the timing signal generator 241 from the drive power supply 246 and driven. A predetermined voltage as an example of the power supply voltage VDDH is also supplied to the drive unit 242 corresponding to the output stage of the control unit 240.

固体撮像装置202を構成するCCD固体撮像素子210は、半導体基板221上に、画素(ユニットセル)に対応して受光素子の一例であるフォトダイオードなどからなるセンサ部(感光部;フォトセル)211が多数、垂直(列)方向および水平(行)方向において2次元マトリクス状に配列されている。これらセンサ部211は、受光面から入射した入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積する。   A CCD solid-state imaging device 210 constituting the solid-state imaging device 202 is provided on a semiconductor substrate 221 with a sensor unit (photosensitive unit; photocell) 211 including a photodiode as an example of a light receiving element corresponding to a pixel (unit cell). Are arranged in a two-dimensional matrix in the vertical (column) direction and the horizontal (row) direction. These sensor units 211 convert incident light incident from the light receiving surface into signal charges having a charge amount corresponding to the amount of light, and store the signal charges.

またCCD固体撮像素子210は、センサ部211の垂直列ごとに6相もしくは8相駆動に対応する複数本(本例では1ユニットセル当たり6本もしくは8本)の垂直転送電極224(224-1〜224-6もしくは224-1〜224-8)が設けられる垂直CCD(Vレジスタ部、垂直転送部)213が配列されている。   The CCD solid-state imaging device 210 has a plurality of vertical transfer electrodes 224 (224-1 in this example) corresponding to 6-phase or 8-phase drive for each vertical row of the sensor unit 211 (6 or 8 per unit cell). ˜224-6 or 224-1 to 224-8) are arranged, a vertical CCD (V register unit, vertical transfer unit) 213 is arranged.

垂直CCD213の転送方向は図中縦方向であり、この方向に垂直CCD213が設けられ、この方向に直交する方向(水平方向)に垂直転送電極224が複数本並べられる。さらに、これら垂直CCD213と各センサ部211との間には読出ゲート(ROG)212が介在している。また各ユニットセルの境界部分にはチャネルストップCSが設けられている。これらセンサ部211の垂直列ごとに設けられ、各センサ部211から読出ゲート部212によって読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直CCD213によって撮像エリア214が構成されている。   The transfer direction of the vertical CCD 213 is the vertical direction in the figure, the vertical CCD 213 is provided in this direction, and a plurality of vertical transfer electrodes 224 are arranged in a direction (horizontal direction) orthogonal to this direction. Further, a read gate (ROG) 212 is interposed between the vertical CCD 213 and each sensor unit 211. A channel stop CS is provided at the boundary between the unit cells. An imaging area 214 is configured by a plurality of vertical CCDs 213 that are provided for each vertical column of the sensor units 211 and vertically transfer signal charges read from the sensor units 211 by the read gate unit 212.

センサ部211に蓄積された信号電荷は、読出ゲート部212に読出パルスXSGに対応するドライブパルスが印加されることにより垂直CCD213に読み出される。垂直CCD213は、6相(8相)の垂直転送クロックV1〜V6(V8)に基づくドライブパルスφV1〜φV6(φV8)よって転送駆動され、読み出された信号電荷を水平ブランキング期間の一部にて1走査線(1ライン)に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。この1ラインずつの垂直転送を、特にラインシフトという。   The signal charges accumulated in the sensor unit 211 are read out to the vertical CCD 213 when a drive pulse corresponding to the readout pulse XSG is applied to the readout gate unit 212. The vertical CCD 213 is driven to be driven by drive pulses φV1 to φV6 (φV8) based on 6-phase (8-phase) vertical transfer clocks V1 to V6 (V8), and the read signal charges are included in a part of the horizontal blanking period. Then, the portions corresponding to one scanning line (one line) are sequentially transferred in the vertical direction. This vertical transfer for each line is called a line shift.

また、CCD固体撮像素子210には、複数本の垂直CCD213の各転送先側端部すなわち、最後の行の垂直CCD213に隣接して、図の左右方向に延在する水平CCD(Hレジスタ部、水平転送部)215が1ライン分設けられている。この水平CCD215は、本実施形態では2の水平転送クロックH1,H2(詳細には、それぞれPチャネル用とNチャネル用が存在する)に基づくドライブパルスφH1,φH2によって転送駆動され、複数本の垂直CCD213から移された1ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間において順次水平方向に転送する。このため2相駆動に対応する複数本(2本)の水平転送電極229(229-1,229-2)が設けられる。   Further, the CCD solid-state imaging device 210 includes horizontal CCDs (H register units, H) extending in the horizontal direction in the figure adjacent to the respective transfer destination side ends of the plurality of vertical CCDs 213, that is, the vertical CCDs 213 in the last row. Horizontal transfer unit) 215 is provided for one line. In the present embodiment, the horizontal CCD 215 is transfer-driven by drive pulses φH1 and φH2 based on two horizontal transfer clocks H1 and H2 (specifically, there are P-channel and N-channel clocks, respectively), and a plurality of vertical CCDs 215 are driven. The signal charges for one line transferred from the CCD 213 are sequentially transferred in the horizontal direction in the horizontal scanning period after the horizontal blanking period. Therefore, a plurality (two) of horizontal transfer electrodes 229 (229-1, 229-2) corresponding to the two-phase driving are provided.

水平CCD215の転送先の端部には、たとえばフローティング・ディフュージョン・アンプ(FDA)構成の電荷電圧変換部216が設けられている。この電荷電圧変換部216は、水平CCD215によって水平転送されてきた信号電荷を順次電圧信号に変換して出力する。この電圧信号は、被写体からの光の入射量に応じたCCD出力(VOUT)として導出される。以上により、インターライン転送方式のCCD固体撮像素子210が構成されている。   At the end of the transfer destination of the horizontal CCD 215, for example, a charge-voltage converter 216 having a floating diffusion amplifier (FDA) configuration is provided. The charge / voltage converter 216 sequentially converts the signal charges horizontally transferred by the horizontal CCD 215 into voltage signals and outputs them. This voltage signal is derived as a CCD output (VOUT) corresponding to the amount of incident light from the subject. Thus, the interline transfer type CCD solid-state imaging device 210 is configured.

また固体撮像装置202は、本実施形態の固体撮像装置202の特徴部分として、CCD固体撮像素子210を駆動するための種々のパルス信号(“L”レベルと“H”レベルの2値)を生成するタイミング信号生成部241と、タイミング信号生成部241から供給された種々のパルスを所定レベルのドライブパルスにしてCCD固体撮像素子210に供給する駆動部242とを備えている。   Further, the solid-state imaging device 202 generates various pulse signals (binary of “L” level and “H” level) for driving the CCD solid-state imaging device 210 as a characteristic part of the solid-state imaging device 202 of the present embodiment. And a drive unit 242 that supplies various pulses supplied from the timing signal generation unit 241 to drive pulses of a predetermined level and supplies them to the CCD solid-state imaging device 210.

たとえば、タイミング信号生成部241は、水平同期信号(HD)や垂直同期信号(VD)に基づいて、CCD固体撮像素子210のセンサ部211に蓄積された信号電荷を読み出すための読出パルスXSG、読み出した信号電荷を垂直方向に転送駆動し水平CCD215に渡すための垂直転送クロックV1〜Vn(nは駆動時の相数を示す;たとえば6相駆動時にはV6、8相駆動時にはV8)、垂直CCD213から渡された信号電荷を水平方向に転送駆動し電荷電圧変換部216に渡すための水平転送クロックH1,H2、およびリセットパルスRGなどを生成し、駆動部242に供給する。   For example, the timing signal generation unit 241 reads out the readout pulse XSG for reading out the signal charge accumulated in the sensor unit 211 of the CCD solid-state imaging device 210 based on the horizontal synchronization signal (HD) and the vertical synchronization signal (VD). Vertical transfer clocks V1 to Vn (n indicates the number of phases at the time of driving; for example, V6 at the time of six-phase driving, V8 at the time of eight-phase driving), Horizontal transfer clocks H1 and H2, a reset pulse RG and the like for transferring and driving the transferred signal charges in the horizontal direction and passing them to the charge voltage conversion unit 216 are generated and supplied to the drive unit 242.

駆動部242は、タイミング信号生成部241から供給された種々のクロックパルスを所定レベルの電圧信号(ドライブパルス)に変換し、あるいは別の信号に変換しCCD固体撮像素子210に供給する。たとえば、タイミング信号生成部241から発せられたn相の垂直転送クロックV1〜V6(V8)は、駆動部242を介して垂直ドライブパルスφV1〜φV6(φV8)とされ、CCD固体撮像素子210内の対応する所定の垂直転送電極(224-1〜224-6もしくは224-1〜224-8)に印加されるようになっている。同様に、2相の水平転送クロックH1,H2は、駆動部242を介して水平ドライブパルスφH1,φH2とされ、CCD固体撮像素子210内の対応する所定の水平転送電極(229-1,229-2)に印加されるようになっている。   The drive unit 242 converts various clock pulses supplied from the timing signal generation unit 241 into voltage signals (drive pulses) of a predetermined level, or converts them into other signals and supplies them to the CCD solid-state image sensor 210. For example, the n-phase vertical transfer clocks V 1 to V 6 (V 8) generated from the timing signal generation unit 241 are converted into vertical drive pulses φV 1 to φV 6 (φV 8) via the drive unit 242, and are stored in the CCD solid-state imaging device 210. The voltage is applied to a corresponding predetermined vertical transfer electrode (224-1 to 224-6 or 224-1 to 224-8). Similarly, the two-phase horizontal transfer clocks H1 and H2 are converted into horizontal drive pulses φH1 and φH2 via the drive unit 242, and corresponding predetermined horizontal transfer electrodes (229-1, 229− in the CCD solid-state imaging device 210). 2) to be applied.

なお、駆動部242は、読出パルスXSGについては、6相もしくは8相の垂直転送クロックV1〜V6(V8)のうちのV1,V3,V5(,V7)に重畳することで、3値レベルを採る垂直ドライブパルスφV1,φV3,φV5(,φV7)として、CCD固体撮像素子210に供給する。つまり、垂直ドライブパルスφV1,φV3,φV5(,φV7)は、本来の垂直転送動作だけでなく、信号電荷の読出しにも兼用されるようにする。   The drive unit 242 superimposes the readout pulse XSG on V1, V3, V5 (, V7) of the six-phase or eight-phase vertical transfer clocks V1 to V6 (V8), thereby setting the ternary level. The obtained vertical drive pulses φV1, φV3, φV5 (, φV7) are supplied to the CCD solid-state imaging device 210. That is, the vertical drive pulses φV1, φV3, φV5 (, φV7) are used not only for the original vertical transfer operation but also for reading the signal charges.

このような構成のCCD固体撮像素子210の一連の動作を概説すれば以下の通りである。先ず、タイミング信号生成部241は、垂直転送用の転送クロックV1〜V6(V8)や読出パルスXSGなどの種々のパルス信号を生成する。これらのパルス信号は、駆動部242により所定電圧レベルのドライブパルスに変換された後に、CCD固体撮像素子210の所定端子に入力される。   An outline of a series of operations of the CCD solid-state imaging device 210 having such a configuration is as follows. First, the timing signal generator 241 generates various pulse signals such as transfer clocks V1 to V6 (V8) for vertical transfer and a read pulse XSG. These pulse signals are converted into drive pulses of a predetermined voltage level by the drive unit 242 and then input to predetermined terminals of the CCD solid-state image sensor 210.

センサ部211の各々に蓄積された信号電荷は、タイミング信号生成部241から発せられた読出パルスXSGが読出ゲート部212の転送チャネル端子電極に印加され、転送チャネル端子電極下のポテンシャルが深くなることにより、当該読出ゲート部212を通して垂直CCD213に読み出される。そして、6相(8相)の垂直ドライブパルスφV1〜φV6(φV8)に基づいて垂直CCD213が駆動されることで、順次水平CCD215へ転送される。   For the signal charges accumulated in each of the sensor units 211, the readout pulse XSG generated from the timing signal generation unit 241 is applied to the transfer channel terminal electrode of the readout gate unit 212, and the potential below the transfer channel terminal electrode is deepened. As a result, data is read out to the vertical CCD 213 through the readout gate unit 212. Then, the vertical CCD 213 is driven based on the six-phase (eight-phase) vertical drive pulses φV1 to φV6 (φV8), and sequentially transferred to the horizontal CCD 215.

水平CCD215は、タイミング信号生成部241から発せられ駆動部242により所定電圧レベルの変換された2相の水平ドライブパルスφH1,φH2に基づいて、複数本の垂直CCD213の各々から垂直転送された1ラインに相当する信号電荷を順次電荷電圧変換部216側に水平転送する。   The horizontal CCD 215 is one line vertically transferred from each of the plurality of vertical CCDs 213 based on the two-phase horizontal drive pulses φH1 and φH2 emitted from the timing signal generator 241 and converted to a predetermined voltage level by the driver 242. Are sequentially transferred horizontally to the charge-voltage converter 216 side.

電荷電圧変換部216は、水平CCD215から順に注入される信号電荷を図示しないフローティングディフュージョンに蓄積し、この蓄積した信号電荷を信号電圧に変換して、たとえば図示しないソースフォロア構成の出力回路を介して、タイミング信号生成部241から発せられたリセットパルスRGの制御の元に撮像信号(CCD出力信号)VOUTとして出力する。   The charge-voltage conversion unit 216 accumulates signal charges sequentially injected from the horizontal CCD 215 in a floating diffusion (not shown), converts the accumulated signal charges into a signal voltage, and outputs the signal charge via, for example, an output circuit having a source follower configuration (not shown). The image signal (CCD output signal) VOUT is output under the control of the reset pulse RG generated from the timing signal generator 241.

<駆動部の構成例>
図14は、駆動部242の一構成例を示すブロック図である。駆動部242は、比較的低い電源電圧VDDL で動作するタイミング信号生成部241で生成されたシングルエンド出力の各種のパルス信号(本例では転送クロックV1〜Vn,H1,H2)を1対の差動信号に変換して出力する差動信号生成部の一例であるプリアンプ回路310と、プリアンプ回路310から出力された1対の差動信号を差動入力信号Vin_1,Vin_2として1対の出力パルス信号Vout_1,Vout_2を生成するレベルシフト回路320と、レベルシフト回路320の出力パルス信号Vout_1,Vout_2に基づいて図示を割愛した垂直転送電極224や水平転送電極229に供給するための駆動パルス信号を生成する出力信号生成部の一例である出力バッファ回路330とを備えている。
<Configuration example of drive unit>
FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration example of the drive unit 242. The driving unit 242 makes a pair of differences between various pulse signals (transfer clocks V1 to Vn, H1, H2 in this example) of the single-ended output generated by the timing signal generating unit 241 operating at a relatively low power supply voltage VDDL. A preamplifier circuit 310 that is an example of a differential signal generation unit that converts and outputs a dynamic signal and a pair of differential signals output from the preamplifier circuit 310 as a differential input signal Vin_1 and Vin_2 as a pair of output pulse signals A level shift circuit 320 that generates Vout_1 and Vout_2, and a drive pulse signal to be supplied to the vertical transfer electrode 224 and the horizontal transfer electrode 229 (not shown) are generated based on the output pulse signals Vout_1 and Vout_2 of the level shift circuit 320. The output buffer circuit 330 is an example of an output signal generation unit.

プリアンプ回路310は、差動アンプ311を利用した構成を採用している。先ず、一方の入力端子312に、図示を割愛した低電圧VDDL で動作するタイミング信号生成部241から、各種の転送クロックV1〜Vn,H1,H2が供給される。他方の入力端子313側には、電源電圧VDDL と基準電圧Vssとを分割する抵抗素子315,316を具備した抵抗直列回路314が設けられ、抵抗素子315,316の接続点が、入力端子313に接続されるようになっている。   The preamplifier circuit 310 employs a configuration using a differential amplifier 311. First, various transfer clocks V1 to Vn, H1, and H2 are supplied to one input terminal 312 from a timing signal generator 241 that operates at a low voltage VDDL that is not shown. On the other input terminal 313 side, a resistor series circuit 314 including resistor elements 315 and 316 for dividing the power supply voltage VDDL and the reference voltage Vss is provided, and a connection point between the resistor elements 315 and 316 is connected to the input terminal 313. Connected.

ここで、差動信号生成部として機能する本実施形態のプリアンプ回路310は、1対の差動信号として、各差動信号の遷移時に、後段のレベルシフト回路320の入力段に配される1対のトランジスタQ101(NMOS)が同時にオフとなる状態を形成可能な信号を生成するようにする。   Here, the preamplifier circuit 310 of the present embodiment functioning as a differential signal generation unit is arranged as a pair of differential signals at the input stage of the subsequent level shift circuit 320 at the time of transition of each differential signal. A signal capable of forming a state in which the pair of transistors Q101 (NMOS) are simultaneously turned off is generated.

たとえば、プリアンプ回路内では、シングルエンド入力の信号を振幅のそろった差動信号へ変換し、各差動信号のDC(Direct Current:直流)レベルを基準レベル(基準電位Vss:本例では接地電位GND )までシフトするように動作させる。DCレベルを基準レベルに据え付けることで、シフト後の差動信号は基準レベル以下の信号成分がカットされ、カットされた部分の信号成分には基準レベルが貼り付けられ、基準レベル以上の信号成分のみを取り出せる。結果、プリアンプ回路でノンオーバーラップの差動出力信号を得ることができる。   For example, in a preamplifier circuit, a single-ended input signal is converted into a differential signal having a uniform amplitude, and the DC (Direct Current) level of each differential signal is changed to a reference level (reference potential Vss: ground potential in this example). Operate to shift to GND). By setting the DC level to the reference level, the signal component below the reference level is cut in the differential signal after the shift, and the reference level is pasted on the signal component of the cut portion, and only the signal component above the reference level Can be taken out. As a result, a non-overlapping differential output signal can be obtained by the preamplifier circuit.

また、本構成例のレベルシフト回路320としては、垂直転送系の転送クロックV1〜Vnに関しては従来と同様のレベルシフト回路900を採用して、水平転送系の転送クロックH1,H2に関しては、高速駆動時のホットキャリア耐性を考慮して、本願の上記第1〜第3実施形態で示したレベルシフト回路100を採用することにする。もちろん、垂直転送系の転送クロックV1〜Vnに関しても、上記第1〜第3実施形態で示したレベルシフト回路100を採用してもよい。   Further, as the level shift circuit 320 of this configuration example, the level shift circuit 900 similar to the conventional one is adopted for the vertical transfer clocks V1 to Vn, and the horizontal transfer clocks H1 and H2 are fast. In consideration of hot carrier resistance during driving, the level shift circuit 100 shown in the first to third embodiments of the present application is adopted. Of course, the level shift circuit 100 shown in the first to third embodiments may be adopted for the transfer clocks V1 to Vn of the vertical transfer system.

出力バッファ回路330としては、エクスポネンシャルホーン(Exp−Horn)型のインバータ回路を採用している。ここで、エクスポネンシャルホーン型のインバータ回路は、カスケード(縦続接続)の段数を増すごとに駆動能力を指数関数的に高めて行くことに特徴を有しており、低い駆動能力の回路と重い負荷のインタフェースにおいて、高速駆動を求められるシステム回路において利用されるものである。   As the output buffer circuit 330, an exponential horn (Exp-Horn) type inverter circuit is employed. Here, the exponential horn type inverter circuit is characterized in that the driving capability is exponentially increased as the number of cascade (cascade connection) stages is increased. The load interface is used in a system circuit that requires high-speed driving.

図13に示すCCD固体撮像素子210の水平CCD215を駆動制御部240の駆動部242にて駆動するに当たっては、駆動周波数が垂直CCD213の駆動周波数よりも高くなり、また画素数が増えるとそれがさらに顕著になり、水平CCD215を駆動する際の充放電に伴うホットキャリア耐性の問題が高速駆動となるほど顕在化してくる。   When the horizontal CCD 215 of the CCD solid-state imaging device 210 shown in FIG. 13 is driven by the drive unit 242 of the drive control unit 240, the drive frequency becomes higher than the drive frequency of the vertical CCD 213, and when the number of pixels increases, this further increases. The problem of hot carrier resistance accompanying charging / discharging when driving the horizontal CCD 215 becomes more prominent as the driving speed becomes higher.

しかしながら、上述した第1〜第3実施形態のレベルシフト回路100を採用することで、その問題を改善しつつ、高速駆動ができるようになる。   However, by employing the level shift circuit 100 of the first to third embodiments described above, high-speed driving can be performed while improving the problem.

レベルシフト回路の第1実施形態の基本構成例を示す図である。It is a figure which shows the basic structural example of 1st Embodiment of a level shift circuit. 第1実施形態の第1の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 1st modification of 1st Embodiment. 第1実施形態の第2の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd modification of 1st Embodiment. 比較例としての従来のレベルシフト回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional level shift circuit as a comparative example. 第1実施形態のレベルシフト回路の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the level shift circuit of 1st Embodiment. 比較例としての図4に示した従来のレベルシフト回路の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the conventional level shift circuit shown in FIG. 4 as a comparative example. 図1に示した第1実施形態のレベルシフト回路の動作をシミュレーションにより解析した結果(抵抗値=0Ωのとき)を示す図である。It is a figure which shows the result (when resistance value = 0ohm) which analyzed the operation | movement of the level shift circuit of 1st Embodiment shown in FIG. 1 by simulation. 図1に示した第1実施形態のレベルシフト回路の動作をシミュレーションにより解析した結果(抵抗値=2kΩのとき)を示す図である。It is a figure which shows the result (when resistance value = 2k (ohm)) which analyzed the operation | movement of the level shift circuit of 1st Embodiment shown in FIG. 1 by simulation. レベルシフト回路の第2実施形態の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of 2nd Embodiment of a level shift circuit. 第2実施形態のレベルシフト回路の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the level shift circuit of 2nd Embodiment. レベルシフト回路の第3実施形態の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of 3rd Embodiment of a level shift circuit. 第3実施形態のレベルシフト回路の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the level shift circuit of 3rd Embodiment. CCD固体撮像素子を駆動するレベルシフト回路を利用した駆動装置を具備する固体撮像装置の概略図である。It is the schematic of the solid-state imaging device provided with the drive device using the level shift circuit which drives a CCD solid-state imaging device. 駆動部の一構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one structural example of a drive part.

符号の説明Explanation of symbols

100…レベルシフト回路、Q101…入力段トランジスタ、Q103…出力段トランジスタ、105…帰還信号取得部、106…インピーダンス素子、R106…抵抗素子、107…出力ノード、108…誘導素子、202…固体撮像装置、210…CCD固体撮像素子、215…水平CCD、240…駆動制御部(駆動装置)、241…タイミング信号生成部、242…駆動部、310…プリアンプ回路、320…レベルシフト回路、330…出力バッファ回路   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Level shift circuit, Q101 ... Input stage transistor, Q103 ... Output stage transistor, 105 ... Feedback signal acquisition part, 106 ... Impedance element, R106 ... Resistance element, 107 ... Output node, 108 ... Induction element, 202 ... Solid-state imaging device , 210... CCD solid-state imaging device, 215... Horizontal CCD, 240... Drive control unit (drive device), 241... Timing signal generation unit, 242 ... drive unit, 310 ... preamplifier circuit, 320 ... level shift circuit, 330. circuit

Claims (6)

第1の電圧源を電源とする信号発生回路から出力されたパルス信号に基づく1対の差動信号がそれぞれの制御信号入力端子に供給される1対の入力段トランジスタと、
一方の前記入力段トランジスタの反転出力端子側に位置して、第2の電圧源側に配された一方の出力段トランジスタと、
他方の前記入力段トランジスタの反転出力端子側に位置して、前記第2の電圧源側に配された他方の出力段トランジスタと、
一方の前記入力段トランジスタの反転出力端子と一方の前記出力段トランジスタの反転出力端子との間に設けられたインピーダンス素子と
他方の前記入力段トランジスタの反転出力端子と他方の前記出力段トランジスタの反転出力端子との間に介在するインピーダンス素子と、
前記入力段トランジスタの一方の反転出力端子に得られる出力パルス信号に基づく帰還信号を前記他方の前記出力段トランジスタの制御信号入力端子に供給し、前記入力段トランジスタの他方の反転出力端子に得られる出力パルス信号に基づく帰還信号を前記一方の出力段トランジスタの制御信号入力端子に供給する襷がけ接続と、
を備え、
入出力条件による昇圧の程度に併せて、一方および他方の前記入力段トランジスタの相互コンダクタンスを、一方および他方の前記出力段トランジスタの相互コンダクタンスに比較して大きくし、
前記襷がけ接続は、
前記一方の入力段トランジスタの反転出力端子と前記一方の出力段トランジスタの反転出力端子との間に介在する前記インピーダンス素子に流れる動作電流に基づく信号を前記他方の前記出力段トランジスタの制御信号入力端子に供給する前記帰還信号として取得する一方の帰還信号取得部と、
前記他方の入力段トランジスタの反転出力端子と前記他方の出力段トランジスタの反転出力端子との間に介在する前記インピーダンス素子に流れる動作電流に基づく信号を前記一方の前記出力段トランジスタの制御信号入力端子に供給する前記帰還信号として取得する他方の帰還信号取得部と
を具備し、
前記帰還信号取得部は、
複数の前記インピーダンス素子の直列回路で構成されており、
前記複数のインピーダンス素子の接続点に現われる信号を前記帰還信号とすることで、スイッチング動作時の前記入力段トランジスタのドレイン−ソース間電圧を小さくするとともに、正帰還ループを構成する
レベルシフト回路。
A pair of input stage transistors in which a pair of differential signals based on a pulse signal output from a signal generation circuit having a first voltage source as a power source is supplied to each control signal input terminal;
One output stage transistor located on the inverting output terminal side of the one input stage transistor and disposed on the second voltage source side;
The other output stage transistor located on the inverting output terminal side of the other input stage transistor and disposed on the second voltage source side;
An impedance element provided between the inverting output terminal of one of the input stage transistors and the inverting output terminal of one of the output stage transistors, the inverting output terminal of the other input stage transistor, and the inversion of the other output stage transistor An impedance element interposed between the output terminal and
A feedback signal based on an output pulse signal obtained at one inverting output terminal of the input stage transistor is supplied to the control signal input terminal of the other output stage transistor, and obtained at the other inverting output terminal of the input stage transistor. A strut connection for supplying a feedback signal based on the output pulse signal to the control signal input terminal of the one output stage transistor;
With
Along with the degree of boosting according to the input / output conditions, the mutual conductance of the one and the other input stage transistors is made larger than the mutual conductance of the one and the other output stage transistors ,
The striking connection is
A signal based on an operating current flowing in the impedance element interposed between the inverting output terminal of the one input stage transistor and the inverting output terminal of the one output stage transistor is a control signal input terminal of the other output stage transistor. One feedback signal acquisition unit to acquire as the feedback signal to be supplied to,
A signal based on an operating current flowing in the impedance element interposed between the inverting output terminal of the other input stage transistor and the inverting output terminal of the other output stage transistor is a control signal input terminal of the one output stage transistor. The other feedback signal acquisition unit to acquire as the feedback signal supplied to
Comprising
The feedback signal acquisition unit
It consists of a series circuit of a plurality of impedance elements,
A level shift circuit that reduces a drain-source voltage of the input stage transistor during a switching operation and constitutes a positive feedback loop by using a signal appearing at a connection point of the plurality of impedance elements as the feedback signal .
前記インピーダンス素子は抵抗素子である
請求項1に記載のレベルシフト回路。
The level shift circuit according to claim 1, wherein the impedance element is a resistance element.
それぞれの前記入力段トランジスタの反転出力端子と前記1対の入力信号に対応する出力信号を出力するためのそれぞれの信号出力端子との間に、誘導素子をさらに備えた
請求項1に記載のレベルシフト回路。
The level according to claim 1, further comprising an inductive element between an inverting output terminal of each input stage transistor and each signal output terminal for outputting an output signal corresponding to the pair of input signals. Shift circuit.
第1の電圧源を電源として、パルス信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部から出力されたパルス信号を1対の差動信号に変換する差動信号生成部と、
前記差動信号生成部から出力された1対の差動信号がそれぞれの制御信号入力端子に供給される1対の入力段トランジスタと、
一方の前記入力段トランジスタの反転出力端子側に位置して、第2の電圧源側に配された一方の出力段トランジスタと、
他方の前記入力段トランジスタの反転出力端子側に位置して、前記第2の電圧源側に配された他方の出力段トランジスタと、
一方の前記入力段トランジスタの反転出力端子と一方の前記出力段トランジスタの反転出力端子との間に介在するインピーダンス素子と、
他方の前記入力段トランジスタの反転出力端子と他方の前記出力段トランジスタの反転出力端子との間に介在するインピーダンス素子と、
一方の前記入力段トランジスタの反転出力端子に得られる出力パルス信号を他方の前記出力段トランジスタの制御信号入力端子に供給する帰還信号とし、他方の前記入力段トランジスタの反転出力端子に得られる出力パルス信号を一方の前記出力段トランジスタの制御信号入力端子に供給する帰還信号とする襷がけ接続と、
前記1対の入力段トランジスタの各反転出力端子から出力された、前記1対の差動信号に対応する1対の出力パルス信号に基づいて、負荷を駆動するための駆動パルス信号を生成する出力信号生成部と
を備え、
入出力条件による昇圧の程度に併せて、一方および他方の前記入力段トランジスタの相互コンダクタンスを、一方および他方の前記出力段トランジスタの相互コンダクタンスに比較して大きくし、
前記襷がけ接続は、
前記一方の入力段トランジスタの反転出力端子と前記一方の出力段トランジスタの反転出力端子との間に介在する前記インピーダンス素子に流れる動作電流に基づく信号を前記他方の前記出力段トランジスタの制御信号入力端子に供給する前記帰還信号として取得する一方の帰還信号取得部と、
前記他方の入力段トランジスタの反転出力端子と前記他方の出力段トランジスタの反転出力端子との間に介在する前記インピーダンス素子に流れる動作電流に基づく信号を前記一方の前記出力段トランジスタの制御信号入力端子に供給する前記帰還信号として取得する他方の帰還信号取得部と
を具備し、
前記帰還信号取得部は、
複数の前記インピーダンス素子の直列回路で構成されており、
前記複数のインピーダンス素子の接続点に現われる信号を前記帰還信号とすることで、スイッチング動作時の前記入力段トランジスタのドレイン−ソース間電圧を小さくするとともに、正帰還ループを構成する
駆動装置。
A signal generation unit that generates a pulse signal using the first voltage source as a power source;
A differential signal generation unit that converts the pulse signal output from the signal generation unit into a pair of differential signals;
A pair of input stage transistors to which a pair of differential signals output from the differential signal generator are supplied to respective control signal input terminals;
One output stage transistor located on the inverting output terminal side of the one input stage transistor and disposed on the second voltage source side;
The other output stage transistor located on the inverting output terminal side of the other input stage transistor and disposed on the second voltage source side;
An impedance element interposed between the inverting output terminal of one of the input stage transistors and the inverting output terminal of one of the output stage transistors;
An impedance element interposed between the inverting output terminal of the other input stage transistor and the inverting output terminal of the other output stage transistor;
The output pulse signal obtained at the inverting output terminal of one of the input stage transistors is used as a feedback signal supplied to the control signal input terminal of the other output stage transistor, and the output pulse obtained at the inverting output terminal of the other input stage transistor. A striking connection that provides a signal as a feedback signal to be supplied to the control signal input terminal of one of the output stage transistors;
An output for generating a drive pulse signal for driving a load based on a pair of output pulse signals corresponding to the pair of differential signals output from the inverting output terminals of the pair of input stage transistors. A signal generator and
Along with the degree of boosting according to the input / output conditions, the mutual conductance of the one and the other input stage transistors is made larger than the mutual conductance of the one and the other output stage transistors ,
The striking connection is
A signal based on an operating current flowing in the impedance element interposed between the inverting output terminal of the one input stage transistor and the inverting output terminal of the one output stage transistor is a control signal input terminal of the other output stage transistor. One feedback signal acquisition unit to acquire as the feedback signal to be supplied to,
A signal based on an operating current flowing in the impedance element interposed between the inverting output terminal of the other input stage transistor and the inverting output terminal of the other output stage transistor is a control signal input terminal of the one output stage transistor. The other feedback signal acquisition unit to acquire as the feedback signal supplied to
Comprising
The feedback signal acquisition unit
It consists of a series circuit of a plurality of impedance elements,
A drive device that forms a positive feedback loop while reducing a drain-source voltage of the input stage transistor during a switching operation by using a signal appearing at a connection point of the plurality of impedance elements as the feedback signal .
前記差動信号生成部は、前記1対の差動信号として、当該差動信号の遷移時に、前記1対の入力段トランジスタが同時にオフとなる状態を形成可能な信号を生成する
請求項に記載の駆動装置。
The differential signal generation section, as a differential signal of the pair, the at the time of transition differential signal to claim 4 input stage transistor of said pair is for generating a formable signal state turned off simultaneously The drive device described.
それぞれ信号電荷を取得する複数の信号電荷生成部、および、それぞれの前記信号電荷生成部により生成された信号電荷を、転送電極に供給される駆動パルス信号に基づいて順次後段に転送する電荷転送路を具備した撮像部と、
第1の電圧源を電源として、前記駆動パルス信号の元となるパルス信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部から出力されたパルス信号を1対の差動信号に変換する差動信号生成部と、
前記差動信号生成部から出力された1対の差動信号がそれぞれの制御信号入力端子に供給される1対の入力段トランジスタと、
一方の前記入力段トランジスタの反転出力端子側に位置して、第2の電圧源側に配された一方の出力段トランジスタと、
他方の前記入力段トランジスタの反転出力端子側に位置して、前記第2の電圧源側に配された他方の出力段トランジスタと、
一方の前記入力段トランジスタの反転出力端子と一方の前記出力段トランジスタの反転出力端子との間に介在するインピーダンス素子と、
他方の前記入力段トランジスタの反転出力端子と他方の前記出力段トランジスタの反転出力端子との間に介在するインピーダンス素子と、
一方の前記入力段トランジスタの反転出力端子に得られる出力パルス信号を他方の前記出力段トランジスタの制御信号入力端子に供給する帰還信号とし、他方の前記入力段トランジスタの反転出力端子に得られる出力パルス信号を一方の前記出力段トランジスタの制御信号入力端子に供給する帰還信号とする襷がけ接続と、
前記1対の入力段トランジスタの各反転出力端子から出力された、前記1対の差動信号に対応する1対の出力パルス信号に基づいて、前記転送電極に供給するための駆動パルス信号を生成する出力信号生成部と
を備え、
入出力条件による昇圧の程度に併せて、一方および他方の前記入力段トランジスタの相互コンダクタンスを、一方および他方の前記出力段トランジスタの相互コンダクタンスに比較して大きくし、
前記襷がけ接続は、
前記一方の入力段トランジスタの反転出力端子と前記一方の出力段トランジスタの反転出力端子との間に介在する前記インピーダンス素子に流れる動作電流に基づく信号を前記他方の前記出力段トランジスタの制御信号入力端子に供給する前記帰還信号として取得する一方の帰還信号取得部と、
前記他方の入力段トランジスタの反転出力端子と前記他方の出力段トランジスタの反転出力端子との間に介在する前記インピーダンス素子に流れる動作電流に基づく信号を前記一方の前記出力段トランジスタの制御信号入力端子に供給する前記帰還信号として取得する他方の帰還信号取得部と
を具備し、
前記帰還信号取得部は、
複数の前記インピーダンス素子の直列回路で構成されており、
前記複数のインピーダンス素子の接続点に現われる信号を前記帰還信号とすることで、スイッチング動作時の前記入力段トランジスタのドレイン−ソース間電圧を小さくするとともに、正帰還ループを構成する
撮像装置。
A plurality of signal charge generation units that respectively acquire signal charges, and a charge transfer path that sequentially transfers the signal charges generated by each of the signal charge generation units to a subsequent stage based on a drive pulse signal supplied to a transfer electrode An imaging unit comprising:
A signal generation unit that generates a pulse signal that is a source of the drive pulse signal using a first voltage source as a power source;
A differential signal generation unit that converts the pulse signal output from the signal generation unit into a pair of differential signals;
A pair of input stage transistors to which a pair of differential signals output from the differential signal generator are supplied to respective control signal input terminals;
One output stage transistor located on the inverting output terminal side of the one input stage transistor and disposed on the second voltage source side;
The other output stage transistor located on the inverting output terminal side of the other input stage transistor and disposed on the second voltage source side;
An impedance element interposed between the inverting output terminal of one of the input stage transistors and the inverting output terminal of one of the output stage transistors;
An impedance element interposed between the inverting output terminal of the other input stage transistor and the inverting output terminal of the other output stage transistor;
The output pulse signal obtained at the inverting output terminal of one of the input stage transistors is used as a feedback signal supplied to the control signal input terminal of the other output stage transistor, and the output pulse obtained at the inverting output terminal of the other input stage transistor. A striking connection that provides a signal as a feedback signal to be supplied to the control signal input terminal of one of the output stage transistors;
A drive pulse signal to be supplied to the transfer electrode is generated based on a pair of output pulse signals corresponding to the pair of differential signals output from the inverting output terminals of the pair of input stage transistors. And an output signal generator that
Along with the degree of boosting according to the input / output conditions, the mutual conductance of the one and the other input stage transistors is made larger than the mutual conductance of the one and the other output stage transistors ,
The striking connection is
A signal based on an operating current flowing in the impedance element interposed between the inverting output terminal of the one input stage transistor and the inverting output terminal of the one output stage transistor is a control signal input terminal of the other output stage transistor. One feedback signal acquisition unit to acquire as the feedback signal to be supplied to,
A signal based on an operating current flowing in the impedance element interposed between the inverting output terminal of the other input stage transistor and the inverting output terminal of the other output stage transistor is a control signal input terminal of the one output stage transistor. The other feedback signal acquisition unit to acquire as the feedback signal supplied to
Comprising
The feedback signal acquisition unit
It consists of a series circuit of a plurality of impedance elements,
An image pickup apparatus that reduces a drain-source voltage of the input stage transistor during a switching operation and constitutes a positive feedback loop by using a signal appearing at a connection point of the plurality of impedance elements as the feedback signal .
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