JPH0349316A - 信号レベル変換回路 - Google Patents

信号レベル変換回路

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JPH0349316A
JPH0349316A JP1185159A JP18515989A JPH0349316A JP H0349316 A JPH0349316 A JP H0349316A JP 1185159 A JP1185159 A JP 1185159A JP 18515989 A JP18515989 A JP 18515989A JP H0349316 A JPH0349316 A JP H0349316A
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Kuniyoshi Naito
内藤 邦好
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0214Particular design considerations for integrated circuits for internal polarisation, e.g. I2L

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、バイポーラ回路と相補型MOSトランジスタ
(以下、0MO3という)回路とを同一基板上に集積化
した、いわゆるB ! CMOSデバイスにおける信号
レベル変換回路に関するものである。
(従来の技術) 従来、Bi CMOSデバイス技術を利用し、消費電力
が大きいが、動作速度の速いエミッタ結合ロジック(e
mmitter coupled logic :以下
、ECLという)回路と、比較的動作速度が遅いが、低
消費電力である0M08回路とを組合せて、高速で低消
費電力特性を有する半導体集積回路が種々提案されてい
る。この0M03回路及び201回路の一構成例を第2
図及び第3図に示す。
第2図は、従来の0M03回路の一構成例を示す回路図
である。
この0M03回路は、Pチャネル型MOSトランジスタ
(以下、PMO3という)1とNチャネル型MOSトラ
ンジスタ(以下、NMO3という)2を有し、そのPM
O31とNMO32が、電源電位VDD (例えば、5
V)と接地電位GND(=OV)との間に直列接続され
ている。この0M03回路では、例えばOVから5vま
で変化する入力電圧V11が入力されると、その入力電
圧V11がPMO31及びNMO32で反転されて、5
■からOVに変化する出力電圧VO1が出力される。
第3図は、従来の201回路の一構成例を示す回路図で
ある。
この201回路は、差動増幅回路10を有し、その差動
増幅回路10の出力側に、出力トランジスタ20及び抵
抗素子21が接続されている。差動増幅回路10は、一
対の入力トランジスタ11゜12、抵抗素子13.14
及び電流源15を有し、それらが接地電位GNDと電源
電位VEE (例えば、−5V)の間に接続されている
この201回路では、例えば−0,9V〜−1゜7■ま
で変化する入力電圧VI2が入力トランジスタ11のベ
ースに入力されると、その入力電圧V12が入力トラン
ジスタ11.12によって基準電圧VRと比較され、そ
の両型圧の大小関係に応じて入力トランジスタ11と1
2が相補的にオン、オフ動作する。すると、出力トラン
ジスタ20がオン状態又はオフ状態となり、その出力ト
ランジスタ20のエミッタから、例えば−0,9V〜−
1,7■に変化する出力電圧VO2が出力される。
以上のように、第2図に示す0M03回路では、接地電
位GNDレベルから電源電位VDDレベルまでの大きな
論理振幅を必要とするが、第3図に示tECL回路テハ
、−0,9V〜−1,7V程度の小ざな論理振幅で動作
する。そのため、同一基板上に0M03回路と201回
路を混載したBi CMOSデバイスにおいては、その
0M03回路と201回路との接続に、CMOSレベル
からECLレベル、及びECLレベルからCMOSレベ
ルへの変換を行うための信号レベル変換回路が必要とな
る。従来の信号レベル変換回路の一構成例を第4図に示
す。
この信号レベル変換回路は、CMO3回路30から出力
されるCMOSレベルの電位を、E(Lレベルので電位
に変換する回路である。CMO3回路30の最終段には
、PMO331a及びNMO831bからなるCMOS
インバータ31が設けられ、その出力側に信号レベル変
換回路が接続されている。
信号レベル変換回路は、NPN型トランジスタ40及び
抵抗素子41.42からなるレベルシフト用の入力段を
有し、その入力段の出力側に、差動増幅部が接続されて
いる。差動増幅部は、一対のNPN型トランジスタ43
,44、抵抗素子45.46、及び定電流源47で構成
され、その出力側に、NPN型出力トランジスタ48及
び抵抗素子49からなる出力段が接続されている。
この信号レベル変換回路では、CMO3回路30から出
力されるCMOSレベルの電位を、トランジスタ40に
よってシフトし、そのシフトした電位と、基準電圧VR
とを、トランジスタ43゜44により比較し、その差を
増幅する。増幅された電位は、出力トランジスタ48を
介して、例えば、第3図の201回路へ送られる。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記構成の信号レベル変換回路では、素
子数が多く、回路構成が複雑なため、その形成面積が大
きくなるという問題があり、少ない素子数で、回路構成
が簡単で、かつ形成面積の小さい、的確な信号レベル変
換回路を19ることは困難であった。
本発明は前記従来技術が持っていた課題として、素子数
が多く、回路構成が複雑で、形成面積が大きいという点
について解決した信号レベル変換回路を提供するもので
ある。
(課題を解決するための手段) 本発明は前記課題を解決するために、同一基板上に形成
された0M03回路と、ECL回路との接続部に形成さ
れ、論理レベルをCMOSレベルからECLレベルへ変
換する信号レベル変換回路において、この信号レベル変
換回路を少なくとも、次のように構成したものである。
即ち、ソースまたはドレインが第1の電源電位、ゲート
が0M08回路の出力側にそれぞれ接続されたPMO3
と、ドレインまたはソースが前記第1の電源電位に、ゲ
ートが前記0M08回路の出力側にそれぞれ接続された
NMO3と、前記PMO3のドレインまたはソースと前
記NMO3のソースまたはドレインとに共通接続された
ベースを有し、コレクタまたはエミッタが前記第1の電
源電位に、エミッタまたはコレクタが出力端子及び抵抗
素子を介して第2の電源電位にそれぞれ接続された出力
トランジスタとを備え、前記出力端子上の低レベル電位
を、前記NMO3のオン状態におけるゲートとソースま
たはドレインとの問の電位により設定する回路構成にし
たものである。
(作 用) 本発明によれば、以上のように信号レベル変換回路を構
成したので、0M03回路の出力側の電位が低レベルか
ら高レベルに変化した場合、NMO8のソースまたはド
レイン側の出力トランジスタのベース電位が、そのNM
O3のゲートの最高電位よりもそのNMO3の閾値電圧
弁だ【プ降下するため、出力トランジスタを介して出力
端子がECLレベルの電位を出力する。これにより、簡
単な回路構成で、CMOSレベルからECLレベルへの
信号レベルの変換が的確に行える。従って、前記課題を
解決できるのである。
(実施例) 第5図は、本発明の第1の実施例を示す原理説明図、及
び第6図は第5図の動作波形図であり、これらの図を参
照しつつ本実施例の原理を説明する。
本実施例の信号レベル変換回路は、NMO3を用い、そ
のNMO3を高電源電位に接続することにより、ECL
レベルの電位を発生するものである。
即ち、第5図に示すように、NMO350のドレインを
接地電位GND (=OV)に接続し、ソースを抵抗素
子51を介して電源電位VEE (例えば、−5V)に
接続する。この様な回路において、NMO350のゲー
ト電位VGを低レベルから高レベルに変動させた場合、
ソース電位vSは、第6図に示すような電位を示し、ゲ
ート電位VGが接地電位GNDになっても、ソース電位
■Sはその接地電位GNDより一定の電圧(NMO55
0の閾値電圧)9降下する特性を示す。そこで本実施例
では、この電圧降下分を利用してECLレベルを発生さ
せるものである。その具体的な回路構成例を第1図に示
す。
第1図は、本発明の第1の実施例を示す信号レベル変換
回路の回路図である。
この信号レベル変換回路は、CMO3回路60の出力側
のMOSレベル入力端子62と、図示しないECL回路
が接続されるECLレベル出力端子74との間に設けら
れる回路である。
CMO3回路60は、その内部の最終段がCMOSイン
バータ61で構成されている。CMOSインバータ61
は、PMO361aとNMO361bが、第1の電源電
位である接地電位GND(=OV)と、第2の電源電位
である電源電位■EE(例えば、−5V)との間に接続
されている。
PMO861aとNMO36Ib問のNMOSレベル入
力端子62には、PMO370及びNMO871の各ゲ
ートがそれぞれ接続されている。
PMO370のソース及びNMO371のドレインは、
接地電位GNDに接続され、そのPMO370のドレイ
ン及びNMO371のソースが、NPN型出力トランジ
スタ72のベースにそれぞれ接続されている。出力トラ
ンジスタ72のコレクタは接地電位GNDに接続され、
そのエミッタが抵抗素子73を介して電源電位VEEに
接続ざれると共に、ECLレベル出力端子74に接続さ
れている。ECLレベル出力端子74は、図示しないE
CL回路の入力側に接続される。
次に、動作を説明する。
CMO3回路60内の@終段のCMOSインバータ61
は、入力電位を反転する回路であり、その出力側のMO
Sレベル入力端子62が、その出力論理に従って電源電
位VEEと接地電位GND問の間で娠幅する。入力端子
62が電源電位VEEの時、NMO371が完全にオフ
状態となる。
PMO370は、そのゲートがVEEレベル、ソースが
GNDレベルのため、完全にオン状態となる。従って、
出力トランジスタ72のベース電位が接地電位GNDと
なり、エミッタ側のECLレベル出力端子74の電位は
−VBEとなる。ここで、V・BEは、出力トランジス
タ72のベース・エミッタ電圧である。
一方、入力端子72が接地電位GNDの時、1MO87
0が完全にオフ状態となるが、NMO371では、ゲー
トとドレインが接地電位GNDになる。そのため、第5
図及び第6図で説明したように、NMO371のソース
電位が、GND電位よりも閾値電圧VTN分降下したー
VTNとなる。従って、出力トランジスタ72における
エミッタ側の出力端子74の電位は、−VTN  VB
Eとなる。
ここで、−vB[をECL回路における高レベル電位(
例えば、−0,9V) 、−VTN−V、Eを低レベル
電位(例えば、−1,7V)になるように、VTN= 
VBEを設定することにより、CMOSレベルからEC
Lレベルへのレベル変換を実現できる。
このように、本実施例では、信号レベル変換回路をPM
O370、NMO371、出力トランジスタ72及び抵
抗素子73で構成したので、回路素子数が極めて少なく
、回路構成も簡単であり、小さな形成面積で精度の高い
信号レベルの変換が行える。
第7図及び第8図は、本発明の第2.第3の実施例を示
す信号レベル変換回路の回路図であり、第1図中の要素
と同一の要素には、同一の符号が付されている。
第7図の実施例では、出力トランジスタ72のベースと
電源電位VEEとの間に、抵抗素子75を挿入している
。出力トランジスタ72のベース電位が高電位から低電
位に変化する、即ち出力端子74が゛H″レベルから“
1ルベルに変化する時に、その出力トランジスタ72の
ベース上の電荷が、抵抗素子75を介して高速に放電さ
れ、それによって出力端子74における高レベルから低
レベルへの立下がり速度が速くなるという利点を有して
いる。
第8図の実施例では、第7図の抵抗素子75に代えて、
NMO376を設け、そのNMO376のゲートを入力
端子62に接続している。第7図では、抵抗素子75に
、常時電流が流れるが、この第8図の実施例では、入力
端子62のレベルが高電位の時にはNMO376がオフ
状態となって電流が流れないため、低電流化、即ち低消
費電力化が図れる。
なお、本発明は、図示の実施例に限定されず、例えば精
度を上げるために他の半導体素子を挿入したり、抵抗素
子73.75を負荷MO3で構成する等、種々の変形が
可能である。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明によれば、少なくと
も、2個のMOSトランジスタと、1個の出力トランジ
スタと、1個の抵抗素子とで、信号レベル変換回路を構
成したので、回路素子数が極めて少なく、回路構成が簡
単で、形成面積が小さく、精度の高い信号レベル変換回
路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示す信号レベル変換回
路の回路図、第2図は従来の0M03回路の回路図、第
3図は従来のECL回路の回路図、第4図は従来の信号
レベル変換回路の回路図、第5図は本発明の第1の実施
例を示す原理説明図、第6図は第5図の電位波形図、第
7図及び第8図は本発明の第2及び第3の実施例を示す
信号レベル変換回路の回路図である。 60・・・・・・0M03回路、62・・・・・・MO
3レベル入力端子、 70・・・・・・PMO3゜ 71・・・・・・NMO3゜ 72・・・・・・出力トランジスタ、 73゜ 75・・・・・・抵抗 素子、 74・・・・・・ECLレベル出力端子、76・・・・
・・ NMO3゜

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 同一基板上に形成された相補型MOSトランジスタ回路
    とエミッタ結合ロジック回路との接続部に形成され、論
    理レベルを相補型MOSトランジスタレベルから、エミ
    ッタ結合ロジックレベルへ変換する信号レベル変換回路
    において、 ソースまたはドレインが第1の電源電位に、ゲートが前
    記相補型MOSトランジスタ回路の出力側にそれぞれ接
    続されたPチャネル型MOSトランジスタと、 ドレインまたはソースが前記第1の電源電位に、ゲート
    が前記相補型MOSトランジスタ回路の出力側にそれぞ
    れ接続されたNチャネル型MOSトランジスタと、 前記Pチャネル型MOSトランジスタのドレインまたは
    ソースと前記Nチャネル型MOSトランジスタのソース
    またはドレインとに共通接続されたベースを有し、コレ
    クタまたはエミッタが前記第1の電源電位に、エミッタ
    またはコレクタが出力端子及び抵抗素子を介して第2の
    電源電位にそれぞれ接続された出力トランジスタとを備
    え、前記出力端子の低レベル電位を、前記Nチャネル型
    MOSトランジスタのオン状態におけるゲートとソース
    またはドレインとの問の電位により設定する回路構成に
    したことを特徴とする信号レベル変換回路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6151893A (en) * 1996-02-02 2000-11-28 Calsonic Corporation Flexible tube for automobile exhaust systems
KR100304149B1 (ko) * 1993-02-06 2001-12-15 이베카레글러운트콤펜사토렌게엠베하 배기시스템의파이프의관절연결장치
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