JP7136622B2 - level conversion circuit - Google Patents
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Description
本発明は入力端子の電圧をハイレベル及びロウレベルともに異なる電圧にレベル変換して出力端子に出力するレベル変換回路に関する。 The present invention relates to a level conversion circuit that converts the voltage of an input terminal into different voltages for both high level and low level and outputs the same to an output terminal.
<第1従来例>
図3に第1従来例のレベル変換回路を示す(例えば、特許文献1参照)。このレベル変換回路は、入力端子INに入力するロウレベル(GND)、ハイレベル(VDD3)の電圧を、出力端子OUTにロウレベル(VL2)、ハイレベル(VDD1)の電圧にレベル変換して出力する回路である。
である。電圧は、
の関係にある。MP11~MP15はPMOSトランジスタ、MN11~MN18はNMOSトランジスタ、DMN1、DMN2は高耐圧NMOSトランジスタである。また、ZD1、ZD2はツェナーダイオード、INV11、INV12はインバータ、R11~R14は抵抗である。11、12は電流制限回路、13はラッチ回路である。
<First conventional example>
FIG. 3 shows a level conversion circuit of the first conventional example (see, for example, Patent Document 1). This level conversion circuit converts low level (GND) and high level (VDD3) voltages input to the input terminal IN into low level (VL2) and high level (VDD1) voltages to the output terminal OUT and outputs the voltages. is.
is. The voltage is
in a relationship. MP11 to MP15 are PMOS transistors, MN11 to MN18 are NMOS transistors, and DMN1 and DMN2 are high voltage NMOS transistors. ZD1 and ZD2 are Zener diodes, INV11 and INV12 are inverters, and R11 to R14 are resistors. 11 and 12 are current limiting circuits, and 13 is a latch circuit.
まず、入力端子INの入力信号がロウレベル(GND)からハイレベル(VDD3)に遷移した場合は次の動作となる。トランジスタMN11はオンし、トランジスタDMN1のソース電圧と抵抗R11で決まる最大電流が抵抗R11に流れるが、直後にトランジスタMN12がオンすることで、トランジスタMN11のドレイン電流は定常電流に制限される。 First, when the input signal of the input terminal IN transitions from low level (GND) to high level (VDD3), the following operations are performed. The transistor MN11 is turned on, and the maximum current determined by the source voltage of the transistor DMN1 and the resistor R11 flows through the resistor R11. However, the drain current of the transistor MN11 is limited to the constant current by turning on the transistor MN12 immediately after.
トランジスタDMN11の電流はツェナーダイオードZD1と抵抗R12に流れ、ツェナーダイオードZD1のアノード(ノードN11)の電圧は、VDD1からツェナー電圧Vz1まで低下する。ノードN11の電圧がVDD1から「VDD1-Vz1」に遷移すると、ノードN11が繋がったトランジスタMN17がオフ、トランジスタMP14がオンするので、ノードN13の電圧がVDD1になり、トランジスタMN16がオンする。一方、トランジスタMN18はオンし、トランジスタMP15がオフするので、ノードN14の電圧はロウレベル(VL2)になって、トランジスタMN15がオフする。このように、ノードN14は、ハイレベル(VDD1)からロウレベル(VL2)に遷移するので、インバータINV11を介在して、出力端子OUTの電圧は、ロウレベル(VL2)からハイレベル(VDD1)に遷移する。 The current of transistor DMN11 flows through Zener diode ZD1 and resistor R12, and the voltage of the anode (node N11) of Zener diode ZD1 drops from VDD1 to Zener voltage Vz1. When the voltage of the node N11 transitions from VDD1 to "VDD1-Vz1", the transistor MN17 connected to the node N11 is turned off and the transistor MP14 is turned on, so the voltage of the node N13 becomes VDD1 and the transistor MN16 is turned on. On the other hand, since the transistor MN18 is turned on and the transistor MP15 is turned off, the voltage of the node N14 becomes low level (VL2) and the transistor MN15 is turned off. Since the node N14 thus transitions from high level (VDD1) to low level (VL2), the voltage of the output terminal OUT transitions from low level (VL2) to high level (VDD1) via the inverter INV11. .
入力端子INの入力信号がハイレベル(VDD3)からロウレベル(GND)に遷移した場合は次の動作となる。このときはトランジスタMN11がOFFし、トランジスタMN13がオンするので、電流制限回路11が動作を停止し、電流制限回路12が動作して、ラッチ回路13が反転することで、出力端子OUTの電圧はハイレベル(VDD1)からロウレベル(VL2)に遷移する。
When the input signal of the input terminal IN transitions from high level (VDD3) to low level (GND), the following operations are performed. At this time, the transistor MN11 is turned off and the transistor MN13 is turned on, so the current limiting circuit 11 stops operating, the current limiting
図3のレベル変換回路では、ノードN11の電圧がVDD1から「VDD1-Vz」に低下するときにトランジスタDMN1に最大ドレイン電流が流れることで、トランジスタMP14のゲート電圧を短い時間にハイレベル(VDD1)からロウレベル(VL2)に遷移させ、出力端子OUTの電圧のロウレベル(VL2)からハイレベル(VDD1)への遷移時間が短くなる。また、ノードN12の電圧がVDD1から「VDD1-Vz」に低下するときにトランジスタDMN2に最大ドレイン電流が流れることで、トランジスタMP15のゲート電圧を短い時間にハイレベル(VDD1)からロウレベル(VL2)に遷移させ、出力端子OUTの電圧のハイレベル(VDD1)からロウレベル(VL2)への遷移時間が短くなる。 In the level conversion circuit of FIG. 3, the maximum drain current flows through the transistor DMN1 when the voltage of the node N11 drops from VDD1 to "VDD1-Vz". to a low level (VL2), thereby shortening the transition time of the voltage of the output terminal OUT from the low level (VL2) to the high level (VDD1). In addition, when the voltage of the node N12 drops from VDD1 to "VDD1-Vz", the maximum drain current flows through the transistor DMN2, so that the gate voltage of the transistor MP15 changes from high level (VDD1) to low level (VL2) in a short time. This shortens the transition time of the voltage of the output terminal OUT from the high level (VDD1) to the low level (VL2).
ところが、図3のレベル変換回路では、電流制限回路11、12によってツェナーダイオードZD1、ZD2に大電流が継続して流れることを防止して、それらのツェナーダイオードZD1、ZD2が破壊されることを防止しているが、トランジスタMN11、MN13には一定値以上のドレイン電流を流すことができず、レベル遷移時の遷移時間の短縮化には限界があった。
However, in the level conversion circuit of FIG. 3, the current limiting
<第2従来例>
図4に第2従来例のレベル変換回路を示す。このレベル変換回路は第1従来例を改善してレベル変遷の遷移時間をさらに短縮したものである。MP21~MP30はPMOSトランジスタ、MN21~MN28はNMOSトランジスタ、R21~R24は抵抗、21はラッチ回路である。
<Second conventional example>
FIG. 4 shows a level conversion circuit of the second conventional example. This level conversion circuit is an improvement over the first conventional example to further shorten the transition time of level transition. MP21 to MP30 are PMOS transistors, MN21 to MN28 are NMOS transistors, R21 to R24 are resistors, and 21 is a latch circuit.
まず、入力端子INの入力信号がロウレベル(GND)からハイレベル(VDD3)に遷移した場合は、トランジスタMN24はオンし、トランジスタMN26はオフする。ノードN21がロウレベル(VL2+VGSMP28)になるので、トランジスタMP22、MP24、MP25、MP27がオンし、出力端子OUTはハイレベル(VDD1)となる。VGSMP28はトランジスタMP28のゲート・ソース間電圧である。このとき、トランジスタMP24がオンし、トランジスタMN22がオフすることで、ノードN22はハイレベル(VDD1)となるので、トランジスタMN21がオンし、トランジスタMP21、MP23がオフする。また、トランジスタMP26もオフする。 First, when the input signal of the input terminal IN transitions from low level (GND) to high level (VDD3), the transistor MN24 is turned on and the transistor MN26 is turned off. Since the node N21 becomes low level (VL2+VGSMP28), the transistors MP22, MP24, MP25 and MP27 are turned on, and the output terminal OUT becomes high level (VDD1). VGSMP28 is the gate-to-source voltage of transistor MP28. At this time, the transistor MP24 is turned on and the transistor MN22 is turned off, so that the node N22 becomes high level (VDD1), so the transistor MN21 is turned on and the transistors MP21 and MP23 are turned off. Also, the transistor MP26 is turned off.
入力端子INの入力信号がハイレベル(VDD3)からロウレベル(GND)に遷移した場合は、トランジスタMN24はオフし、トランジスタMN26はオンするので、ノードN21がハイレベル(VDD1)となり、ノードN22がロウレベル(VL2+VGSMP29)になるので、上記と逆の動作となって、出力端子OUTはロウレベル(VL2)となる。VGSMP29はトランジスタMP29のゲート・ソース間電圧である。 When the input signal of the input terminal IN transitions from high level (VDD3) to low level (GND), the transistor MN24 is turned off and the transistor MN26 is turned on, so that the node N21 becomes high level (VDD1) and the node N22 becomes low level. Since it becomes (VL2+VGSMP29), the operation is reversed to the above, and the output terminal OUT becomes low level (VL2). VGSMP29 is the gate-to-source voltage of transistor MP29.
この図4のレベル変換回路は、ツェナーダイオードを使用しないので、それを保護するための電流制限が不要となり、トランジスタMN24、MN26に流れる電流を大きくできることから、出力端子OUTの電圧の遷移時間を短くすることができる。また、ノードN21のロウレベルを電圧「VL2+VGSMP28」にクランプし、ノードN22のロウレベルを電圧「VL2+VGSMP29」にクランプするので、ノードN21、N22に接続されているトランジスタが破壊されることを防止することができる。 Since the level conversion circuit of FIG. 4 does not use a Zener diode, it is not necessary to limit the current to protect it. can do. Moreover, since the low level of the node N21 is clamped to the voltage "VL2+VGSMP28" and the low level of the node N22 is clamped to the voltage "VL2+VGSMP29", it is possible to prevent the transistors connected to the nodes N21 and N22 from being destroyed. .
ところが、図4で説明したレベル変換回路は、電圧VDD2を、
にする必要があり、低電圧化が困難であった。なお、VGSMP22はトランジスタMP22のゲート・ソース間電圧、VDSMP21はトランジスタMP21のドレイン・ソース間電圧である。
However, the level conversion circuit described with reference to FIG. 4 converts the voltage VDD2 into
It was difficult to reduce the voltage. VGSMP22 is the voltage between the gate and source of the transistor MP22, and VDSMP21 is the voltage between the drain and source of the transistor MP21.
また、ノードN21の電圧は「VL2+VGSMP28」、ノードN22の電圧は「VL2+VGSMP29」となるので、電圧VL2、つまりVDD2が変動すると、ノードN21、N22の電圧も変動して誤動作が発生するおそれがある。 Also, the voltage of the node N21 is "VL2+VGSMP28" and the voltage of the node N22 is "VL2+VGSMP29", so if the voltage VL2, that is, VDD2 fluctuates, the voltages of the nodes N21 and N22 may also fluctuate, causing a malfunction.
一方、スイッチング電源回路の出力段は、例えば図5に示すように、スイッチングトランスとして、ハイサイドにNMOSトランジスタMN31をロウサイドにNMOSトランジスタMN32を使用し、ハイサイドのトランジスタMN31をハイサイド駆動回路31で、ロウサイドのトランジスタMN32をロウサイド駆動回路32で駆動する構成が採用されている。L31はリアクタ、C31は平滑用キャパシタである。VHはハイサイド駆動信号、VLはロウサイド駆動信号、VINは入力電圧、VOUTは出力電圧である。このように、NMOSトランジスタはオン抵抗の低さと低価格の観点から、出力段のロウサイドばかりでなくハイサイドにも使用されている。
On the other hand, the output stage of the switching power supply circuit uses an NMOS transistor MN31 on the high side and an NMOS transistor MN32 on the low side as a switching transformer, as shown in FIG. , the low-side transistor MN32 is driven by the low-
この場合、ハイサイドのトランジスタMN31をオンさせる際、完全にオンさせるにはそのトランジスタMN31のゲート電圧をドレイン電圧(入力電圧VIN)よりも高くする必要があることから、逆流阻止用のダイオードD31と入力電圧VINの蓄積用のキャパシタC32によるブートストラップ回路を設けている。 In this case, when turning on the high-side transistor MN31, it is necessary to make the gate voltage of the transistor MN31 higher than the drain voltage (input voltage VIN) in order to turn it on completely. A bootstrap circuit is provided by a capacitor C32 for storing the input voltage VIN.
ハイサイド駆動回路31の電源電圧をVDDHとすると、このブートストラップ回路により、
のように、ハイサイド駆動回路31の電源電圧VDDHを内部電圧VDD1よりも高くすることでき、トランジスタMN31を完全にオン状態に制御することができる。VFD31はダイオードD31の順方向電圧である。
Assuming that the power supply voltage of the high-
, the power supply voltage VDDH of the high-
ところが、このハイサイド駆動回路31を図4で説明したレベル変換回路で構成した場合は、トランジスタMN31、MN32の共通接続点の電圧でもあるVL2が、スイッチング動作に同期して大きく変動するので、図4における動作電圧VDD2が不足し、ノードN21、N22の電圧が低下し、レベル変換動作が誤動作する恐れがある。
However, when the high-
本発明の目的は、動作電圧を小さくでき、またラッチ動作に誤動作が生じることがないようにしたレベル変換回路を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a level conversion circuit capable of reducing the operating voltage and preventing malfunction in the latch operation.
上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明は、第1高電圧と第1低電圧の振幅を有する電圧が出力する出力端子と、第2高電圧と第2低電圧の振幅を有する電圧が入力する入力端子と、ソースが前記第2低電圧のラインに接続され、ドレインが第1ノードに接続され、前記出力端子が前記第1低電圧のときに前記入力端子が前記第2低電圧から前記第2高電圧に遷移するときオンし、前記入力端子が前記第2高電圧に遷移した後にオフするNMOSの第5トランジスタと、ソースが前記第2低電圧のラインに接続され、ドレインが第2ノードに接続され、前記出力端子が前記第1高電圧のときに前記入力端子が前記第2高電圧から前記第2低電圧に遷移するときオンし、前記入力端子が前記第2低電圧に遷移した後にオフするNMOSの第6トランジスタと、ソースが前記第1高電圧のラインに接続され、ドレインが第3ノードに接続され、ゲートが前記第2ノードに接続されたPMOSの第5トランジスタと、ソースが前記第1高電圧のラインに接続され、ドレインが第4ノードに接続され、ゲートが前記第1ノードに接続されたPMOSの第6トランジスタと、前記第1高電圧のラインと前記第1低電圧のラインを電源とし前記第4ノードが入力側となり前記第3ノードが出力側となる第1インバータと、前記第1高電圧のラインと前記第1低電圧のラインを電源とし前記第3ノードが入力側となり前記第4ノードが出力側となるよう前記第1インバータと逆並列接続される第2インバータを備え、且つ前記第4ノードの電圧が前記出力端子に出力するラッチ回路と、前記第2ノードと前記第1低電圧のラインの間に接続される、前記出力端子が前記第1低電圧のときオンするNMOSの第1トランジスタ及び第1抵抗の直列回路と、前記第1ノードと前記第1低電圧のラインの間に接続される、前記出力端子が前記第1高電圧のときオンするNMOSの第2トランジスタ及び第2抵抗の直列回路と、前記第1高電圧のラインにソースが接続され、ゲートとドレインが前記第1ノードに接続されたPMOSの第1トランジスタと、前記第1高電圧のラインにソースが接続され、ゲートが前記第1ノードに接続され、ドレインが前記第2ノードに接続されたPMOSの第2トランジスタと、前記第1高電圧のラインにソースが接続され、ゲートとドレインが前記第2ノードに接続されたPMOSの第4トランジスタと、前記第1高電圧のラインにソースが接続され、ゲートが前記第2ノードに接続され、ドレインが前記第1ノードに接続されたPMOSの第3トランジスタと、を備え、前記第1インバータはPMOSの第8トランジスタとNMOSの第4トランジスタからなり、前記第2インバータはPMOSの第7トランジスタとNMOSの第3トランジスタからなることを特徴とする。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のレベル変換回路において、前記NMOSの第5トランジスタは、前記出力端子が前記第1低電圧で且つ前記入力端子が前記第2低電圧のときオフし、前記出力端子が前記第1低電圧で且つ前記入力端子が前記第2高電圧のときオンし、前記出力端子が前記第1高電圧で且つ前記入力端子が前記第2低電圧のときオフし、前記出力端子が前記第1高電圧で且つ前記入力端子が前記第2高電圧のときオフし、前記NMOSの第6トランジスタは、前記出力端子が前記第1低電圧で且つ前記入力端子が前記第2低電圧のときオフし、前記出力端子が前記第1低電圧で且つ前記入力端子が前記第2高電圧のときオフし、前記出力端子が前記第1高電圧で且つ前記入力端子が前記第2低電圧のときオンし、前記出力端子が前記第1高電圧で且つ前記入力端子が前記第2高電圧のときオフする、ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
The invention according to
請求項1にかかる発明によれば、第1高電圧のラインと第1低電圧のラインを電源として、第1インバータと第2インバータを逆並列接続したラッチ回路を使用するので、第1高電圧と第1低電圧の電圧差を、それらインバータのPMOSトランジスタのゲート・ソース間電圧とNMOSトランジスタのゲート・ソース間電圧の加算合計値にまで低下させることができ、低電圧化を実現できる。また、第1低電圧が多少変動しても第3及び第4ノードの電圧が変動することはないので、出力段のハイサイドとロウサイドのトランジスタにNMOSトランジスタを使用し、ブートストラップ回路を設けたスイッチング電源回路のハイサイド駆動回路に適用しても、誤動作が発生することを防止できる。 According to the first aspect of the invention, the first high voltage line and the first low voltage line are used as power sources, and the latch circuit in which the first inverter and the second inverter are connected in reverse parallel is used. and the first low voltage can be reduced to the sum of the gate-source voltages of the PMOS transistors and the gate-source voltages of the NMOS transistors of the inverters, thereby realizing a low voltage. Also, even if the first low voltage fluctuates somewhat, the voltages of the third and fourth nodes do not fluctuate, so NMOS transistors are used for the high-side and low-side transistors of the output stage, and a bootstrap circuit is provided. Even if it is applied to a high-side drive circuit of a switching power supply circuit, it is possible to prevent malfunctions from occurring.
また、請求項1にかかる発明によれば、NMOSの第1トランジスタにより第2ノードがフローティングになることが防止され、NMOSの第2トランジスタにより第1ノードがフローティングになることが防止され、ノイズの影響を回避できる。 According to the first aspect of the invention, the first NMOS transistor prevents the second node from floating, and the second NMOS transistor prevents the first node from floating, thereby reducing noise. You can avoid the impact.
また、請求項1にかかる発明によれば、第1ノードを第1高電圧よりもPMOSの第1トランジスタのゲート・ソース間電圧だけ低い電圧にクランプでき、第2ノードを第1高電圧よりもPMOSの第4トランジスタのゲート・ソース間電圧だけ低い電圧にクランプでき、PMOSの第1乃至第6トランジスタが高圧で破壊されることを防止することができる。 According to the first aspect of the invention, the first node can be clamped to a voltage lower than the first high voltage by the voltage between the gate and source of the first PMOS transistor, and the second node can be clamped to a voltage lower than the first high voltage. The voltage between the gate and source of the fourth PMOS transistor can be clamped to a lower voltage, and the first to sixth PMOS transistors can be prevented from being destroyed at a high voltage.
さらに、請求項2にかかる発明によれば、NMOSの第5及び第6トランジスタを遷移動作が必要なときのみオンさせることができる。 Furthermore, according to the second aspect of the invention, the NMOS fifth and sixth transistors can be turned on only when the transition operation is required.
図1に本発明のレベル変換回路の実施例を示す。このレベル変換回路は、入力端子INに入力するロウレベル(GND)、ハイレベル(VDD3)の電圧を出力端子OUTにロウレベル(VL2)、ハイレベル(VDD1)の電圧にレベル変換して出力する回路である。VL2、VDD1、VDD2は前述した式(1)で示された関係にあり、各電圧VDD1、VDD3、GNDは前述した式(2)で示された関係にある。例えば、VDD1=30V、VDD2=5V、VDD3=3V、GND=0Vである。本実施例では、請求項に記載の第1高電圧をVDD1とし、第1低電圧をVL2とし、第2高電圧をVDD3とし、第2低電圧をGNDとしている。 FIG. 1 shows an embodiment of the level conversion circuit of the present invention. This level conversion circuit converts low level (GND) and high level (VDD3) voltages input to the input terminal IN into low level (VL2) and high level (VDD1) voltages and outputs them to the output terminal OUT. be. VL2, VDD1, and VDD2 have the relationship shown by the above formula (1), and the voltages VDD1, VDD3, and GND have the relationship shown by the above formula (2). For example, VDD1=30V, VDD2=5V, VDD3=3V, GND=0V. In this embodiment, VDD1 is the first high voltage, VL2 is the first low voltage, VDD3 is the second high voltage, and GND is the second low voltage.
図1において、MP1~MP9はPMOSトランジスタ、MN1~MN8はNMOSトランジスタ、AND1、AND2はアンドゲート、INV1~INV7はインバータ、R1~R7は抵抗、1はラッチ回路である。以下では、図1の電圧VDD1、VL2が印加する上段の回路をハイサイド回路2と呼び、電圧VDD3が印加する下段の回路をロウサイド回路3と呼ぶことにする。 In FIG. 1, MP1 to MP9 are PMOS transistors, MN1 to MN8 are NMOS transistors, AND1 and AND2 are AND gates, INV1 to INV7 are inverters, R1 to R7 are resistors, and 1 is a latch circuit. Hereinafter, the upper circuit to which the voltages VDD1 and VL2 are applied in FIG.
ハイサイド回路2において、トランジスタMP1、MP2、MP6はカレントミラー回路を構成し、ノードN1の電圧とトランジスタMN2のオン/オフによって制御される。トランジスタMP3、MP4、MP5もカレントミラー回路を構成し、ノードN2の電圧とトランジスタMN1のオン/オフによって制御される。トランジスタMN1にはドレインに抵抗R1が接続され、オンしたときにトランジスタMP3のゲート電流を制限する。トランジスタMN2にはドレインに抵抗R2が接続され、オンしたときにトランジスタMP2のゲート電流を制限する。
In the high-
ラッチ回路1は、トランジスタMP8、MN4からなるインバータINV1と、トランジスタMP7、MN3からなるインバータINV2を逆並列接続して構成されている。抵抗R3、R4はバイアス用である。そして、トランジスタMP7、MN3の共通ゲート(入力側)であるノードN3がトランジスタMP5で制御され、トランジスタMP8、MN4の共通ゲート(入力側)であるノードN4がトランジスタMP6で制御される。
The
インバータINV3はノードN4の電圧を反転し、トランジスタMN1を制御する。インバータINV4はインバータINV3の出力電圧を反転して出力端子OUTに出力するとともに、トランジスタMN2とトランジスタMP9を制御する。トランジスタMP9はロウサイド回路3のトランジスタMN8を制御する。
Inverter INV3 inverts the voltage at node N4 and controls transistor MN1. The inverter INV4 inverts the output voltage of the inverter INV3 and outputs it to the output terminal OUT, and controls the transistors MN2 and MP9. The transistor MP9 controls the transistor MN8 of the
ロウサイド回路3において、アンドゲートAND1は、入力端子INの電圧とインバータINV6の出力電圧に応じてトランジスタMN5のオン/オフを決め、ノードN1の電圧を制御する。アンドゲートAND2は、入力端子INの電圧をインバータINV5で反転した電圧とインバータINV7の出力電圧に応じてトランジスタMN6のオン/オフを決め、ノードN2の電圧を制御する。インバータINV6は、出力端子OUTがハイレベル(VDD1)のとき出力電圧をロウレベル(GND)にし、出力端子OUTがロウレベル(VL2)のとき出力電圧をハイレベル(VDD3)にする。インバータINV7はインバータINV6の出力電圧を反転する。
In the low-
以下、図2の波形図を参照して動作を説明する。まず、入力端子INの電圧がロウレベル(GND)で安定状態にあるときは、出力端子OUTもロウレベル(VL2)で安定状態にある。このため、トランジスタMP9がオンしているので、トランジスタMN7を経由してトランジスタMN8がオンし、インバータINV6の出力はハイレベル(VDD3)、インバータINV7の出力はロウレベル(GND)となっている。よって、アンドゲートAND1の出力がロウレベル(GND)となって、トランジスタMN5がオフしている。また、アンドゲートAND2の出力もロウレベル(GND)となって、トランジスタMN6がオフしている。 The operation will be described below with reference to the waveform diagram of FIG. First, when the voltage of the input terminal IN is low level (GND) and stable, the output terminal OUT is also low level (VL2) and stable. Therefore, since the transistor MP9 is turned on, the transistor MN8 is turned on via the transistor MN7, the output of the inverter INV6 is at high level (VDD3), and the output of the inverter INV7 is at low level (GND). Therefore, the output of the AND gate AND1 becomes low level (GND), and the transistor MN5 is turned off. The output of the AND gate AND2 also becomes low level (GND), turning off the transistor MN6.
また、トランジスタMN1がオンし、トランジスタMN2がオフしている。このため、トランジスタMP3、MP4、MP5がオンし、MP1、MP2、MP6がオフしている。以上から、ノードN1はトランジスタMP3がオンすることによりハイレベル(VDD1)となっている。また、ノードN2はトランジスタMP4がオンすることより、「VDD1-VGSMP4」の電圧にクランプされている。VGSMP4はトランジスタMP4のゲート・ソース間電圧である。 Also, the transistor MN1 is turned on and the transistor MN2 is turned off. Therefore, the transistors MP3, MP4 and MP5 are turned on and the transistors MP1, MP2 and MP6 are turned off. As described above, the node N1 is at a high level (VDD1) by turning on the transistor MP3. Also, the node N2 is clamped to the voltage of "VDD1-VGSMP4" by turning on the transistor MP4. VGSMP4 is the gate-to-source voltage of transistor MP4.
このようにトランジスタMP5がオンし、トランジスタMP6がオフしているので、ノードN3がハイレベル(VDD1)となって、トランジスタMP7がオフ、トランジスタMN3がオン、トランジスタMP8がオン、トランジスタMN4がオフしている。以上のようなノードN3がハイレベル(VDD1)、ノードN4がロウレベル(VL2)の状態はラッチ回路1によって保持される。
Since the transistor MP5 is turned on and the transistor MP6 is turned off, the node N3 becomes high level (VDD1), the transistor MP7 is turned off, the transistor MN3 is turned on, the transistor MP8 is turned on, and the transistor MN4 is turned off. ing. The state in which the node N3 is at the high level (VDD1) and the node N4 is at the low level (VL2) is held by the
次に、入力端子INの電圧がロウレベル(GND)からハイレベル(VDD3)に遷移すると、インバータINV6の出力はまだハイレベル(VDD1)であるので、アンドゲートAND1の出力がハイレベル(VDD3)に変化しトランジスタMN5がオンする。このため、ノードN1がハイレベル(VDD1)から低下してトランジスタMP1がオンし、ノードN1の電圧が「VDD1-VGSMP1」に低下する。VGSMP1はトランジスタMP1のゲート・ソース間電圧である。このとき、トランジスタMP3がオンしているが、オンしているトランジスタMN1を流れるトランジスタMP4のドレイン電流は抵抗R1により制限をうける。このため、トランジスタMP3、MP4のゲート・ソース間電圧も制限をうけ、そのトランジスタMP3のオン抵抗はトランジスタMP1のオン抵抗より大きくなっているので、トランジスタMP1のオン抵抗が支配的となり、ノードN1の電圧は上記のように「VDD1-VGSMP1」になる。 Next, when the voltage of the input terminal IN transitions from low level (GND) to high level (VDD3), the output of the AND gate AND1 changes to high level (VDD3) because the output of the inverter INV6 is still high level (VDD1). changes and the transistor MN5 is turned on. Therefore, the node N1 drops from the high level (VDD1), the transistor MP1 turns on, and the voltage of the node N1 drops to "VDD1-VGSMP1". VGSMP1 is the gate-to-source voltage of transistor MP1. At this time, the transistor MP3 is turned on, but the drain current of the transistor MP4 flowing through the turned-on transistor MN1 is limited by the resistor R1. Therefore, the gate-source voltages of the transistors MP3 and MP4 are also limited, and the on-resistance of the transistor MP3 is larger than the on-resistance of the transistor MP1. The voltage will be "VDD1-VGSMP1" as described above.
また、アンドゲートAND2の出力はロウレベル(GND)から変化しないので、トランジスタMN6はオフのままである。よって、ノードN2はトランジスタMP2がオンすることにより、「VDD1-VGSMP4」からハイレベル(VDD1)の電圧に上昇し、トランジスタMP5がオフする。 Also, since the output of the AND gate AND2 does not change from the low level (GND), the transistor MN6 remains off. Therefore, when the transistor MP2 is turned on, the voltage of the node N2 rises from "VDD1-VGSMP4" to the high level (VDD1), and the transistor MP5 is turned off.
ノードN1の電圧が「VDD1-VGSMP1」に低下することで、トランジスタMP6がオンしてノードN4の電圧をハイレベル(VDD1)に持ち上げる。よって、ラッチ回路1が反転して、ノードN3がロウレベル(VL2)に低下する。このとき、インバータINV3の出力がロウレベル(VL2)に低下し、インバータINV4の出力がハイレベル(VDD1)に立ち上がるので、トランジスタMN1がオフし、トランジスタMN2がオンする。また、出力端子OUTがハイレベル(VDD1)に変化する。
As the voltage of the node N1 drops to "VDD1-VGSMP1", the transistor MP6 turns on and raises the voltage of the node N4 to a high level (VDD1). Therefore, the
また、トランジスタMN8がオフするので、インバータINV6の出力はロウレベル(GND)に変化し、アンドゲートAND1の出力がロウレベル(GND)に変化し、トランジスタMN5がオフに復帰する。 Also, since the transistor MN8 is turned off, the output of the inverter INV6 changes to low level (GND), the output of the AND gate AND1 changes to low level (GND), and the transistor MN5 is turned off again.
以上によって、ノードN3がロウレベル(VL2)、ノードN4がハイレベル(VDD1)の状態がラッチ回路1によって保持され、出力端子OUTのハイレベル(VDD1)が保持される。
As a result, the state where the node N3 is at low level (VL2) and the node N4 is at high level (VDD1) is held by the
次に、入力端子INの電圧がハイレベル(VDD3)からロウレベル(GND)に遷移すると、インバータINV5の出力がハイレベル(VDD3)になり、インバータINV7の出力はまだハイレベル(VDD1)であるので、アンドゲートAND2の出力がハイレベル(VDD3)に変化しトランジスタMN6がオンする。このため、ノードN2がハイレベル(VDD1)から低下してトランジスタMP4がオンし、ノードN2の電圧が「VDD1-VGSMP4」に低下する。VGSMP4はトランジスタMP4のゲート・ソース間電圧である。このとき、トランジスタMP2がオンしているが、オンしているトランジスタMN2を流れるトランジスタMP1のドレイン電流は抵抗R2により制限をうける。このため、トランジスタMP1、MP2のゲート・ソース間電圧も制限をうけ、そのトランジスタMP2のオン抵抗はトランジスタMP4のオン抵抗より大きくなっているので、トランジスタMP4のオン抵抗が支配的となり、ノードN2の電圧は上記のように「VDD1-VGSMP4」となる。 Next, when the voltage of the input terminal IN transitions from high level (VDD3) to low level (GND) , the output of the inverter INV5 becomes high level (VDD3), and the output of the inverter INV7 is still high level (VDD1). , and the output of the AND gate AND2 changes to high level (VDD3), turning on the transistor MN6. Therefore, the node N2 drops from the high level (VDD1), the transistor MP4 turns on, and the voltage of the node N2 drops to "VDD1-VGSMP4". VGSMP4 is the gate-to-source voltage of transistor MP4. At this time, the transistor MP2 is turned on, but the drain current of the transistor MP1 flowing through the turned-on transistor MN2 is limited by the resistor R2. Therefore, the gate-source voltages of the transistors MP1 and MP2 are also limited, and the on-resistance of the transistor MP2 is larger than the on-resistance of the transistor MP4. The voltage will be "VDD1-VGSMP4" as described above.
また、アンドゲートAND1の出力はロウレベル(GND)から変化しないので、トランジスタMN5はオフのままである。よって、ノードN1はトランジスタMP3がオンすることにより、「VDD1-VGSMP1」からハイレベル(VDD1)の電圧に上昇し、トランジスタMP6がオフする。 Also, since the output of the AND gate AND1 does not change from the low level (GND), the transistor MN5 remains off. Therefore, when the transistor MP3 is turned on, the voltage of the node N1 rises from "VDD1-VGSMP1" to the high level (VDD1), and the transistor MP6 is turned off.
ノードN2の電圧が「VDD1-VGSMP4」に低下することで、トランジスタMP5がオンしてノードN3の電圧をハイレベル(VDD1)に持ち上げる。よって、ラッチ回路1が復帰して、ノードN4がロウレベル(VL2)に低下する。このとき、インバータINV3の出力がハイレベル(VDD1)に上昇し、インバータINV4の出力がロウレベル(VL2)に立ち下がるので、トランジスタMN1がオンし、トランジスタMN2がオフする。また、出力端子OUTがロウレベル(VL2)に変化する。
As the voltage of the node N2 drops to "VDD1-VGSMP4", the transistor MP5 turns on to raise the voltage of the node N3 to high level (VDD1). Therefore, the
また、トランジスタMN8がオンするので、インバータINV6の出力はハイレベル(VDD3)に変化し、インバータINV7の出力がロウレベル(GND)に低下するので、アンドゲートAND2の出力がロウレベル(GND)に変化し、トランジスタMN6がオフに復帰する。 Also, since the transistor MN8 is turned on, the output of the inverter INV6 changes to high level (VDD3), and the output of the inverter INV7 drops to low level (GND), so the output of the AND gate AND2 changes to low level (GND). , transistor MN6 is turned off again.
以上によって、ノードN3がハイレベル(VDD1)、ノードN4がロウレベル(VL2)の状態がラッチ回路1によって保持され、出力端子OUTのロウレベル(VL2)が保持される。
As a result, the
以上のように、本実施例のレベル変換回路では、ハイサイド回路2において、必要となる電圧VDD2は、ラッチ回路1のトランジスタMP8のゲート・ソース間電圧をVGSMP8とし、トランジスタMM4のゲート・ソース間電圧をVGSMN4とすると、
となり、式(3)に比べて、トランジスタのドレイン・ソース間電圧であるVDSMP21の電圧分だけ小さくなり、低電圧の動作が可能となる。
As described above, in the level conversion circuit of this embodiment, the required voltage VDD2 in the high-
As compared with the expression (3), it becomes smaller by the voltage of VDSMP21, which is the voltage between the drain and the source of the transistor, and low-voltage operation becomes possible.
また、電圧VDD2が変動して電圧VL2が多少変動してもノードN3、N4の電圧が変動することはないので、ブートストラップ回路を設けた図5で説明したスイッチング電源回路のハイサイド駆動回路31に本実施例のレベル変換回路を適用しても、誤動作が発生することを防止できる。 Even if the voltage VDD2 fluctuates and the voltage VL2 fluctuates to some extent, the voltages of the nodes N3 and N4 do not fluctuate. Even if the level conversion circuit of this embodiment is applied to , the occurrence of malfunction can be prevented.
また、トランジスタMN1と抵抗R1の直列回路を用いたことによって、トランジスタMP6をオンさせる際のノードN1の電圧を「VDD1-VSGMP1」にクランプできる。また、トランジスタMN2と抵抗R2の直列回路を用いたことによって、トランジスタMP5をオンさせる際のノードN2の電圧を「VDD1-VSGMP4」にクランプできる。これらのため、トランジスタMP1~MP6に過大電圧が印加することを防止できる。 Also, by using the series circuit of the transistor MN1 and the resistor R1, the voltage of the node N1 when turning on the transistor MP6 can be clamped to "VDD1-VSGMP1". Also, by using the series circuit of the transistor MN2 and the resistor R2, the voltage of the node N2 when turning on the transistor MP5 can be clamped to "VDD1-VSGMP4". For these reasons, it is possible to prevent an excessive voltage from being applied to the transistors MP1 to MP6.
また、トランジスタMN1はトランジスタMN5がオフした後にノードN1がフローティングになることも防止でき、トランジスタMN2はトランジスタMN6がオフした後にノードN2がフローティングになることも防止できるので、ラッチ回路1のラッチ状態が外乱の影響を受けることを防止できる。 Further, the transistor MN1 can prevent the node N1 from floating after the transistor MN5 turns off, and the transistor MN2 can prevent the node N2 from floating after the transistor MN6 turns off. It is possible to prevent the influence of disturbance.
1:ラッチ回路、2:ハイサイド回路、3:ロウサイド回路
1: latch circuit, 2: high side circuit, 3: low side circuit
Claims (2)
第2高電圧と第2低電圧の振幅を有する電圧が入力する入力端子と、
ソースが前記第2低電圧のラインに接続され、ドレインが第1ノードに接続され、前記出力端子が前記第1低電圧のときに前記入力端子が前記第2低電圧から前記第2高電圧に遷移するときオンし、前記入力端子が前記第2高電圧に遷移した後にオフするNMOSの第5トランジスタと、
ソースが前記第2低電圧のラインに接続され、ドレインが第2ノードに接続され、前記出力端子が前記第1高電圧のときに前記入力端子が前記第2高電圧から前記第2低電圧に遷移するときオンし、前記入力端子が前記第2低電圧に遷移した後にオフするNMOSの第6トランジスタと、
ソースが前記第1高電圧のラインに接続され、ドレインが第3ノードに接続され、ゲートが前記第2ノードに接続されたPMOSの第5トランジスタと、
ソースが前記第1高電圧のラインに接続され、ドレインが第4ノードに接続され、ゲートが前記第1ノードに接続されたPMOSの第6トランジスタと、
前記第1高電圧のラインと前記第1低電圧のラインを電源とし前記第4ノードが入力側となり前記第3ノードが出力側となる第1インバータと、前記第1高電圧のラインと前記第1低電圧のラインを電源とし前記第3ノードが入力側となり前記第4ノードが出力側となるよう前記第1インバータと逆並列接続される第2インバータを備え、且つ前記第4ノードの電圧が前記出力端子に出力するラッチ回路と、
前記第2ノードと前記第1低電圧のラインの間に接続される、前記出力端子が前記第1低電圧のときオンするNMOSの第1トランジスタ及び第1抵抗の直列回路と、
前記第1ノードと前記第1低電圧のラインの間に接続される、前記出力端子が前記第1高電圧のときオンするNMOSの第2トランジスタ及び第2抵抗の直列回路と、
前記第1高電圧のラインにソースが接続され、ゲートとドレインが前記第1ノードに接続されたPMOSの第1トランジスタと、
前記第1高電圧のラインにソースが接続され、ゲートが前記第1ノードに接続され、ドレインが前記第2ノードに接続されたPMOSの第2トランジスタと、
前記第1高電圧のラインにソースが接続され、ゲートとドレインが前記第2ノードに接続されたPMOSの第4トランジスタと、
前記第1高電圧のラインにソースが接続され、ゲートが前記第2ノードに接続され、ドレインが前記第1ノードに接続されたPMOSの第3トランジスタと、
を備え、
前記第1インバータはPMOSの第8トランジスタとNMOSの第4トランジスタからなり、前記第2インバータはPMOSの第7トランジスタとNMOSの第3トランジスタからなることを特徴とするレベル変換回路。 an output terminal for outputting a voltage having amplitudes of the first high voltage and the first low voltage;
an input terminal receiving a voltage having amplitudes of a second high voltage and a second low voltage;
a source connected to a line of said second low voltage, a drain connected to a first node, and said input terminal going from said second low voltage to said second high voltage when said output terminal is at said first low voltage. an NMOS fifth transistor that turns on when transitioning and turns off after the input terminal transitions to the second high voltage;
a source connected to a line of said second low voltage, a drain connected to a second node, and said input terminal going from said second high voltage to said second low voltage when said output terminal is at said first high voltage; a sixth NMOS transistor that turns on when transitioning and turns off after the input terminal transitions to the second low voltage;
a PMOS fifth transistor having a source connected to the first high voltage line, a drain connected to a third node, and a gate connected to the second node;
a PMOS sixth transistor having a source connected to the first high voltage line, a drain connected to a fourth node, and a gate connected to the first node;
a first inverter having the first high voltage line and the first low voltage line as power sources, the fourth node being the input side and the third node being the output side; the first high voltage line and the first inverter; 1 low-voltage line as a power supply, a second inverter connected in anti-parallel with the first inverter so that the third node is the input side and the fourth node is the output side, and the voltage of the fourth node is a latch circuit that outputs to the output terminal;
a series circuit of an NMOS first transistor and a first resistor, which are connected between the second node and the first low voltage line and turn on when the output terminal is at the first low voltage;
a series circuit of a second NMOS transistor and a second resistor, which are connected between the first node and the first low voltage line and turn on when the output terminal is at the first high voltage;
a PMOS first transistor having a source connected to the first high voltage line and having a gate and a drain connected to the first node;
a second PMOS transistor having a source connected to the first high voltage line, a gate connected to the first node, and a drain connected to the second node;
a PMOS fourth transistor having a source connected to the first high voltage line and having a gate and a drain connected to the second node;
a PMOS third transistor having a source connected to the first high voltage line, a gate connected to the second node, and a drain connected to the first node;
with
1. A level conversion circuit, wherein said first inverter comprises an eighth PMOS transistor and a fourth NMOS transistor, and said second inverter comprises a seventh PMOS transistor and a third NMOS transistor.
前記NMOSの第5トランジスタは、前記出力端子が前記第1低電圧で且つ前記入力端子が前記第2低電圧のときオフし、前記出力端子が前記第1低電圧で且つ前記入力端子が前記第2高電圧のときオンし、前記出力端子が前記第1高電圧で且つ前記入力端子が前記第2低電圧のときオフし、前記出力端子が前記第1高電圧で且つ前記入力端子が前記第2高電圧のときオフし、
前記NMOSの第6トランジスタは、前記出力端子が前記第1低電圧で且つ前記入力端子が前記第2低電圧のときオフし、前記出力端子が前記第1低電圧で且つ前記入力端子が前記第2高電圧のときオフし、前記出力端子が前記第1高電圧で且つ前記入力端子が前記第2低電圧のときオンし、前記出力端子が前記第1高電圧で且つ前記入力端子が前記第2高電圧のときオフする、
ことを特徴とするレベル変換回路。 2. The level conversion circuit of claim 1, wherein
The fifth NMOS transistor is turned off when the output terminal is at the first low voltage and the input terminal is at the second low voltage, and the output terminal is at the first low voltage and the input terminal is at the second low voltage. 2 is on when the output terminal is at the first high voltage and the input terminal is at the second low voltage; and when the output terminal is at the first high voltage and the input terminal is at the second low voltage. 2 Turn off when high voltage,
The sixth NMOS transistor is turned off when the output terminal is at the first low voltage and the input terminal is at the second low voltage, and the output terminal is at the first low voltage and the input terminal is at the second low voltage. 2 is turned off when the output terminal is at the first high voltage and the input terminal is at the second low voltage; and when the output terminal is at the first high voltage and the input terminal is at the second low voltage. 2 turn off when high voltage,
A level conversion circuit characterized by:
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