JP5762230B2 - Schmitt inverter circuit and semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、シュミットインバータ回路、及びシュミットインバータ回路を含む半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a Schmitt inverter circuit and a semiconductor device including the Schmitt inverter circuit.
従来、入力信号を反転して出力するインバータ2と、インバータ2の出力信号を反転して出力するインバータ3と、インバータ3の出力信号及び制御信号EN0に基づいて、出力信号を生成する制御回路5と、入力信号及び制御回路5の出力信号に基づいて、インバータ2の出力ノードと高電位側の電源電位との間のインピーダンスを調整するインピーダンス調整回路4aと、入力信号及びインバータ3の出力信号に基づいて、インバータ2の出力ノードと低電位側の電源電位との間のインピーダンスを調整するインピーダンス調整回路4bとを具備するシュミットトリガ回路が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, an
このようなシュミットトリガ回路では、高電位側の閾値電圧及び低電位側の閾値電圧を設けることで、出力信号のハイレベルとローレベルとの切り替わり部分のチャタリングを抑制している。 In such a Schmitt trigger circuit, chattering at the switching portion between the high level and the low level of the output signal is suppressed by providing a threshold voltage on the high potential side and a threshold voltage on the low potential side.
しかしながら、特許文献1記載のシュミットトリガ回路では、制御信号を用いた閾値電圧の変更を行っているものの、発振に影響する閾値電圧が高電位側及び低電位側の2点存在する。そのため、電源電圧や温度によって、この2点の差が変化することで、出力周波数が変化してしまう、という問題があった。 However, in the Schmitt trigger circuit described in Patent Document 1, although the threshold voltage is changed using the control signal, there are two threshold voltages on the high potential side and the low potential side that affect the oscillation. For this reason, there is a problem in that the output frequency changes due to the difference between the two points depending on the power supply voltage and temperature.
具体的に、図5に示すような、従来の構成のシュミットインバータを用いて説明する。図5のシュミットインバータ回路100は、PチャネルMOS(PMOS)−P1及びNチャネルMOS(NMOS)−N1で構成された第1インバータ112と、PMOS−P2、P3、及びNMOS−N2、N3で構成されたインピーダンス調整回路114と、第2インバータ116とを含んで構成されている。このシュミットインバータ回路100では、入力信号がローレベルの場合には、PMOS−P1〜P3がオンとなり、NMOS−N1〜N3がオフとなる。そして、入力信号がローレベルからハイレベルへ変化していく過渡状態において、入力信号の閾値電圧が高電位側にシフトする。また、入力信号がハイレベルの場合には、NMOS−N1〜N3がオンとなり、PMOS−P1〜P3がオフとなる。そして、入力信号がハイレベルからローレベルへ変化していく過渡状態において、入力信号の閾値電圧が低電位側にシフトする。この様子を図6(a)に示す。
Specifically, description will be made using a Schmitt inverter having a conventional configuration as shown in FIG. The Schmitt
ここで、高電位側の閾値電圧をVthH、低電位側の閾値電圧をVthLとしたときのVthH〜VthLがヒステリシス幅である。このヒステリシス幅を定める閾値電圧VthH及びVthLは、第1インバータの出力ノードと高電位側電源電位間、及び出力ノードと低電位側電源電位間のインピーダンスで定まるため、電源電圧や温度によって変化する。これに伴い、VthH及びVthLの2点で定まるヒステリシス幅も変化する。ヒステリシス幅が変化すると、図6(b)に示すように、出力信号の立ち上がり及び立下りのタイミングにずれが生じ、出力周波数が変化してしまう。 Here, VthH to VthL when the threshold voltage on the high potential side is VthH and the threshold voltage on the low potential side is VthL are hysteresis widths. The threshold voltages VthH and VthL that determine the hysteresis width are determined by the impedance between the output node of the first inverter and the high-potential-side power supply potential, and between the output node and the low-potential-side power supply potential, and thus vary depending on the power supply voltage and temperature. Along with this, the hysteresis width determined at two points of VthH and VthL also changes. When the hysteresis width changes, as shown in FIG. 6B, the output signal rises and falls, and the output frequency changes.
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、チャタリング抑制の特性を維持したまま、電源電圧や温度の影響による出力周波数の変化を抑制することができるシュミットインバータ回路及び半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and a Schmitt inverter circuit and a semiconductor device capable of suppressing a change in output frequency due to the influence of a power supply voltage and temperature while maintaining chattering suppression characteristics. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明のシュミットインバータ回路は、高電位側に接続され、かつ入力信号がローレベルの場合にオンとなる第1スイッチング手段、及び低電位側に接続され、かつ前記入力信号がハイレベルの場合にオンとなる第2スイッチング手段を含み、前記第1スイッチング手段と前記第2スイッチング手段との間に出力信号を出力する出力部が設けられた第1インバータと、前記第1インバータの出力信号の立ち上がりから、前記入力信号が予め定めた前記第1インバータのみで定まる基準閾値電圧より低い第1閾値電圧未満の間ハイレベルとなる第1制御信号を出力すると共に、前記第1インバータの出力信号の立ち下がりから、前記入力信号が予め定めた前記基準閾値電圧より高い第2閾値電圧を超えている間ハイレベルとなる第2制御信号を出力する制御回路と、前記高電位側に接続され、かつ前記入力信号がローレベルの場合にオンとなる第3スイッチング手段、前記低電位側に接続され、かつ前記入力信号がハイレベルの場合にオンとなる第4スイッチング手段、前記第1インバータの出力と前記第3スイッチング手段との間に接続され、かつ前記制御回路から出力された第1制御信号がハイレベルの場合にオンとなる第5スイッチング手段、及び前記第1インバータの出力と前記第4スイッチング手段との間に接続され、かつ前記制御回路から出力された第2制御信号がハイレベルの場合にオンとなる第6スイッチング手段を含み、前記第1インバータの閾値電圧を設定する設定回路と、を含んで構成されている。 In order to achieve the above object, the Schmitt inverter circuit of the present invention is connected to the high potential side, and is connected to the first switching means that is turned on when the input signal is at the low level, and to the low potential side, and A first inverter including a second switching unit that is turned on when an input signal is at a high level, and an output unit that outputs an output signal between the first switching unit and the second switching unit; From the rise of the output signal of the first inverter, a first control signal that is at a high level while the input signal is lower than a first threshold voltage that is lower than a reference threshold voltage determined only by the first inverter is set. From the fall of the output signal of the first inverter, the input signal is high while it exceeds the second threshold voltage higher than the predetermined reference threshold voltage. A control circuit for outputting a second control signal to be a bell; third switching means connected to the high potential side and turned on when the input signal is at a low level; connected to the low potential side; and The fourth switching means that is turned on when the input signal is at the high level, connected between the output of the first inverter and the third switching means, and the first control signal output from the control circuit is at the high level The fifth switching means that is turned on in the case of, and the second switching signal that is connected between the output of the first inverter and the fourth switching means and that is output from the control circuit is high level. And a setting circuit for setting a threshold voltage of the first inverter.
また、本発明の半導体装置は、上記シュミットインバータ回路を含んで構成することができる。 Further, the semiconductor device of the present invention can be configured including the Schmitt inverter circuit.
本発明のシュミットインバータ回路及び半導体装置によれば、チャタリング抑制の特性を維持したまま、電源電圧や温度の影響による出力周波数の変化を抑制することができる。 According to the Schmitt inverter circuit and the semiconductor device of the present invention, it is possible to suppress changes in the output frequency due to the influence of the power supply voltage and temperature while maintaining the chattering suppression characteristic.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に示すように、本発明のシュミットインバータ回路10は、入力信号を反転して出力する第1インバータ12と、第1インバータの出力を増幅して、出力信号OUTを出力するオペアンプ14と、後述するスイッチSWH及びSWLを制御するための制御信号を出力する制御回路16と、第1インバータの閾値電圧を設定する設定回路18とを含んで構成されている。
As shown in FIG. 1, a Schmitt
第1インバータ12は、電源電位VDDと接地電位VSSとの間に直列に接続されたPMOS−P1及びNMOS−N1で構成されたCMOSインバータである。PMOS−P1及びNMOS−N1のゲートには、入力信号が各々入力される。PMOS−P1のソースは電源電位VDDに接続され、NMOS−N1のソースは接地電位VSSに接続されている。第1インバータ12は、PMOS−P1のドレインとNMOS−N1のドレインとの接続点の電位を出力する。
The
制御回路16は、閾値電圧VthHに基づいて、入力信号を反転した信号SLHを出力する第2インバータ20と、閾値電圧VthLに基づいて、入力信号を反転した信号SLLを出力する第3インバータ22と、出力信号OUT、信号SLH、及び信号SLLを入力とし、スイッチSWH及びSWLを制御するための制御信号CSH及びCSLを生成する制御信号生成部24とで構成されている。閾値電圧VthHは、第1インバータのみで定まる基準閾値電圧より高い値であり、閾値電圧VthLは基準閾値電圧より低い値である。閾値電圧VthH及びVthLは、従来のシュミットインバータ回路で想定される高電位側の閾値電圧及び低電位側の閾値電圧に相当する。
The
制御信号生成部24は、例えば、図2に示すように、信号SLH及び出力信号OUTの入力に基づいて、信号Aを出力する第1Dフリップフロップ(D−FF)26と、信号A及び出力信号OUTの入力に基づいて、制御信号CSLを出力する第2D−FF28と、信号SLL及び出力信号OUTの入力に基づいて、信号Bを出力する第3D−FF30と、信号B及び出力信号OUTの入力に基づいて、制御信号CSHを出力する第4D−FF32とで構成することができる。
For example, as illustrated in FIG. 2, the control
図2の例の制御信号生成部24におけるタイムチャートを、図3に示す。制御信号CSHは、出力信号OUTの立ち上がりで立ち上がり、信号SLLの立下りで立ち下がる信号として生成される。すなわち、制御信号CSHは、出力信号OUTの立ち上がりから、入力信号が閾値電圧VthL未満となっている間ハイレベルとなる信号である。また、制御信号CSLは、出力信号OUTの立ち下がりで立ち上がり、信号SLHの立ち上がりで立ち下がる信号として生成される。すなわち、制御信号CSLは、出力信号OUTの立ち下がりから、入力信号が閾値電圧VthHを超えている間ハイレベルとなる信号である。
FIG. 3 shows a time chart in the
設定回路18は、電源電位VDDと接地電位VSSとの間に直列に接続されたPMOS−P2、スイッチSWH、スイッチSWL、及びNMOS−N2で構成されている。PMOS−P2及びNMOS−N2のゲートには、入力信号が各々入力される。PMOS−P2のソースは電源電位VDDに接続され、NMOS−N2のソースは接地電位VSSに接続されている。また、PMOS−P2のドレインはスイッチSWHと、NMOS−N2のドレインはスイッチSWLと接続されている。スイッチSWHとスイッチSWLとの接続点には、第1インバータ12の出力が接続されており、設定回路18は、この接続点の電位を、オペアンプ14に出力する。
Setting
また、スイッチSWHには、制御回路16から出力された制御信号CSHが入力され、スイッチSWHは、制御信号CSHがハイレベルの間オンとなる。スイッチSWLには、制御回路16から出力された制御信号CSLが入力され、スイッチSWLは、制御信号CSLがハイレベルの間オンとなる。
Further, the control signal CSH output from the
次に、図4のタイムチャートを参照して、本実施の形態のシュミットインバータ回路10の動作について説明する。図4(a)は、比較対照として従来技術における入力信号及びヒステリシス幅(閾値電圧VthH及びVthL)を示している。また、同図(b)〜(g)は、本実施の形態における各信号を示しており、(b)は、入力信号及び閾値電圧、(c)は、オペアンプ14から出力される出力信号OUT、(d)は、第2インバータ20から出力される信号SLH、(e)は、第3インバータ22から出力される信号SLL、(f)及び(g)は、制御回路16から出力される制御信号CSH及びCSHを示している。
Next, the operation of the Schmitt
また、ここでは、第1インバータ12のみで定まる基準閾値電圧がVDD/2であるとする。従って、第2インバータ20の閾値電圧VthHは、VDD/2より高い値、第3インバータ22の閾値電圧VthLは、VDD/2より低い値として設定しておく。また、初期状態においては、スイッチSWH及びSWLは共にオフ状態であるとする。
Here, it is assumed that the reference threshold voltage determined only by the
まず、VthLより大きくVDD/2未満の入力信号が第1インバータ12に入力されると(図4中のA)、PMOS−P1がオン、NMOS−N1がオフとなる。ここで、スイッチSWH及びSWLがオフであることから、第1インバータ12の閾値電圧は基準閾値電圧VDD/2となり、出力信号OUTはハイレベルとなる。また、第2インバータ20から出力される信号SLHはハイレベル、第3インバータ22から出力される信号SLLはローレベルとなる。これにより、制御信号生成部24で生成される制御信号CSH及びCSLは共にローレベルのままで、スイッチSWH及びスイッチSWLのオフ状態が維持される。
First, when an input signal greater than VthL and less than V DD / 2 is input to the first inverter 12 (A in FIG. 4), PMOS-P1 is turned on and NMOS-N1 is turned off. Here, since the switches SWH and SWL are OFF, the threshold voltage of the
次に、入力信号がハイレベル側に推移し、VDD/2を超え、かつVthH未満となると(図4中のB)、PMOS−P1がオフ、NMOS−N1がオンとなり、出力信号OUTが立ち下がる。これに伴って、制御信号CSLが立ち上がって、スイッチSWLがオンされる。その結果、第1インバータ12の閾値電圧は、従来のシュミットインバータと同様に、NMOS−N1、NMOS−N2、及びスイッチSWLのインピーダンスと、PMOS−P1のインピーダンスとの関係により、低電位側に変化する。このため、出力信号OUTの切り替わり部分のチャタリングを抑制することができる。
Next, when the input signal shifts to the high level and exceeds V DD / 2 and less than VthH (B in FIG. 4), PMOS-P1 is turned off, NMOS-N1 is turned on, and the output signal OUT is Fall down. Along with this, the control signal CSL rises and the switch SWL is turned on. As a result, like the conventional Schmitt inverter, the threshold voltage of the
次に、入力信号が更にハイレベル側に推移し、VthHを超えると(図4中のC)、信号SLHが立ち下がってローレベルとなる。入力信号がピークを超えてローレベル側に推移し、再びVthH未満となると(図4中のD)、信号SLHが立ち上がり、制御信号CSLが立ち下がって、スイッチSWLがオフされる。このとき、スイッチSWH及びSWLが共にオフ状態となるため、第1インバータ12の閾値電圧は再びVDD/2に変化する。
Next, when the input signal further shifts to the high level side and exceeds VthH (C in FIG. 4), the signal SLH falls and goes to the low level. When the input signal exceeds the peak and shifts to the low level side and again becomes lower than VthH (D in FIG. 4), the signal SLH rises, the control signal CSL falls, and the switch SWL is turned off. At this time, since the switches SWH and SWL are both turned off, the threshold voltage of the
次に、入力信号が更にローレベル側に推移し、VDD/2未満、かつVthL以上となると(図4中のE)、PMOS−P1がオン、NMOS−N1がオフとなり、出力信号OUTが立ち上がる。これに伴って、制御信号CSHが立ち上がって、スイッチSWHがオンされる。その結果、第1インバータ12の閾値電圧は、従来のシュミットインバータと同様に、PMOS−P1、PMOS−P2、及びスイッチSWHのインピーダンスと、NMOS−N1のインピーダンスとの関係により、高電位側に変化する。このため、出力信号OUTの切り替わり部分のチャタリングを抑制することができる。
Next, when the input signal further shifts to the low level and becomes less than V DD / 2 and VthL or more (E in FIG. 4), PMOS-P1 is turned on, NMOS-N1 is turned off, and the output signal OUT is changed. stand up. Along with this, the control signal CSH rises and the switch SWH is turned on. As a result, the threshold voltage of the
次に、入力信号が更にローレベル側に推移し、VthL未満となると(図4中のF)、信号SLLが立ち上がってハイレベルとなる。入力信号がピークを超えてハイベル側に推移し、再びVthLを超えると、上記のAと同様となり、第1インバータ12の閾値電圧は再びVDD/2に変化する。
Next, when the input signal further shifts to the low level side and becomes less than VthL (F in FIG. 4), the signal SLL rises and becomes high level. When the input signal exceeds the peak and shifts to the high bell side and again exceeds VthL, the threshold voltage of the
以上説明したように、本実施の形態のシュミットインバータ回路によれば、出力信号のハイレベルとローレベルとを切り替えるための閾値電圧が、設定回路のスイッチSWH及びSWLの両方がオフ状態の場合の1点であるため、ヒステリシス幅の変動という事態が生じず、電源電圧や温度の影響による出力周波数の変化を抑制することができる。また、出力信号がハイレベルとローレベルとの間で切り替わり部分では、閾値電圧を高電位側または低電位側へ移動させているため、従来のシュミットインバータのチャタリング抑制の特性も維持することができる。 As described above, according to the Schmitt inverter circuit of the present embodiment, the threshold voltage for switching between the high level and the low level of the output signal is the same as that when both the switches SWH and SWL of the setting circuit are in the off state. Since this is one point, the hysteresis width does not fluctuate, and changes in the output frequency due to the influence of the power supply voltage and temperature can be suppressed. Moreover, since the threshold voltage is moved to the high potential side or the low potential side at the portion where the output signal is switched between the high level and the low level, the chattering suppression characteristic of the conventional Schmitt inverter can be maintained. .
なお、本実施の形態のシュミットインバータ回路を含む半導体装置として構成してもよい。 Note that a semiconductor device including the Schmitt inverter circuit of this embodiment mode may be used.
10 シュミットインバータ回路
12 第1インバータ
14 オペアンプ
16 制御回路
18 設定回路
20 第2インバータ
22 第3インバータ
24 制御信号生成部
P1 PMOS−P1(第1スイッチング手段)
P2 PMOS−P2(第3スイッチング手段)
N1 NMOS−N1(第2スイッチング手段)
N2 NMOS−N2(第5スイッチング手段)
SWH スイッチSWH(第4スイッチング手段)
SWL スイッチSWL(第6スイッチング手段)
DESCRIPTION OF
P2 PMOS-P2 (third switching means)
N1 NMOS-N1 (second switching means)
N2 NMOS-N2 (fifth switching means)
SWH switch SWH (fourth switching means)
SWL switch SWL (sixth switching means)
Claims (4)
前記第1インバータの出力信号の立ち上がりから、前記入力信号が予め定めた前記第1インバータのみで定まる基準閾値電圧より低い第1閾値電圧未満の間ハイレベルとなる第1制御信号を出力すると共に、前記第1インバータの出力信号の立ち下がりから、前記入力信号が予め定めた前記基準閾値電圧より高い第2閾値電圧を超えている間ハイレベルとなる第2制御信号を出力する制御回路と、
前記高電位側に接続され、かつ前記入力信号がローレベルの場合にオンとなる第3スイッチング手段、前記低電位側に接続され、かつ前記入力信号がハイレベルの場合にオンとなる第4スイッチング手段、前記第1インバータの出力と前記第3スイッチング手段との間に接続され、かつ前記制御回路から出力された第1制御信号がハイレベルの場合にオンとなる第5スイッチング手段、及び前記第1インバータの出力と前記第4スイッチング手段との間に接続され、かつ前記制御回路から出力された第2制御信号がハイレベルの場合にオンとなる第6スイッチング手段を含み、前記第1インバータの閾値電圧を設定する設定回路と、
を含むシュミットインバータ回路。 First switching means connected to the high potential side and turned on when the input signal is low level, and second switching means connected to the low potential side and turned on when the input signal is high level A first inverter provided with an output section for outputting an output signal between the first switching means and the second switching means;
From the rising edge of the output signal of the first inverter, a first control signal that is at a high level while the input signal is lower than a first threshold voltage lower than a reference threshold voltage that is determined only by the first inverter is determined. A control circuit that outputs a second control signal that is at a high level while the input signal exceeds a second threshold voltage that is higher than a predetermined reference threshold voltage from the falling edge of the output signal of the first inverter;
Third switching means connected to the high potential side and turned on when the input signal is at a low level, and fourth switching means connected to the low potential side and turned on when the input signal is at a high level. A fifth switching means connected between the output of the first inverter and the third switching means, and turned on when the first control signal output from the control circuit is at a high level; and A sixth switching means connected between the output of the first inverter and the fourth switching means and turned on when the second control signal output from the control circuit is at a high level; A setting circuit for setting a threshold voltage;
Including Schmitt inverter circuit.
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