JPH06152383A - 信号電圧レベル変換回路及び出力バッファ回路 - Google Patents

信号電圧レベル変換回路及び出力バッファ回路

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JPH06152383A
JPH06152383A JP4298757A JP29875792A JPH06152383A JP H06152383 A JPH06152383 A JP H06152383A JP 4298757 A JP4298757 A JP 4298757A JP 29875792 A JP29875792 A JP 29875792A JP H06152383 A JPH06152383 A JP H06152383A
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JP
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transistor
voltage
mis transistor
signal
circuit
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JP4298757A
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Inventor
Toshio Orii
俊雄 折井
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】0〜3vの狭論理振幅の入力信号を0〜5vの
広論理振幅の出力信号に変換する信号電圧レベル変換回
路において、半導体製造プロセス上、すべてのトランジ
スタをゲート−ソース,ゲート−ドレイン,ゲート−サ
ブスレート間3v耐圧に作り込み可能な回路構成を提供
すること。 【構成】バイアス回路2におけるトランジスタQ11,
21の介在によってトランジスタQ1,2 への電圧印加を
緩和させる。また出力バッファ回路3のトランジスタQ
71, 81の介在によってトランジスタQ7,8 への電圧
印加を緩和させる。トランジスタQ31, 41によって0
〜3vの入力信号Vinを約3〜5vのバイアス信号
in′に一旦変換し、更にバイアス信号Vin′を0〜5
vの出力信号Vout に変換する。全てのトランジスタを
ゲート−ソース,ゲート−ドレイン,ゲート−サブスレ
ート間5v耐圧でなく、3v耐圧のものとすることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば0〜3v範囲の
狭論理振幅を持つ入力信号を例えば0〜5v範囲の広論
理振幅を持つ出力信号に変換する信号電圧レベル変換回
路に関する。
【0002】
【従来の技術】サブミクロン・サイズ等の半導体微細化
プロセスを用いた論理LSIにおいては、信頼性と消費
電力の観点から内部回路の電源電圧は3vや3.3v等
の3v前後に下げる方向にある。5vから3vへの移行
期においては、システム設計時に周辺LSIなどに残っ
てしまう5v系チップとの信号の入出力レベルをいかに
合わせるかが問題となる。例えば、3v系回路で得られ
た0〜3v範囲の狭論理振幅を持つ信号を5v系回路で
処理する場合には、3v系の狭論理振幅の入力信号を5
v系の広論理振幅(0〜5vの範囲)の出力信号へ変換
する信号電圧レベル変換回路を必要とする。この電圧レ
ベル変換回路としては、図4に示すような低消費電力型
のフリップフロップ形回路構成が考えられる。図4に示
す信号電圧レベル変換回路は、0〜3vの狭論理振幅の
入力信号Vinにより0〜3vの狭論理振幅の反転信号V
in(バー)を生成するCMOSインバータ1と、入力信
号Vinによりスイッチング制御される第1のMOSトラ
ンジスタQ1 と、反転信号Vin(バー)によりスイッチ
ング制御され第1のMOSトランジスタQ1 とは排他的
に開閉する第2のMOSトランジスタQ2 と、第2のM
OSトランジスタQ2に対し直列しており第1のMOS
トランジスタQ1 の閉成により閉成制御される第3のM
OSトランジスタQ3 と、第1のMOSトランジスタQ
1 に対し直列しており第2のMOSトランジスタQ2
閉成により閉成制御される第4のMOSトランジスタQ
4 とを有している。入力信号Vinが3vの高レベルにな
ると、第1のMOSトランジスタQ1 は閉成し、反転信
号Vin(バー)は0vの低レベルであることから第2の
MOSトランジスタQ2 は開成状態にある。第1のMO
SトランジスタQ1 の閉成によって第3のMOSトラン
ジスタQ3 のゲート電極には0vの電位が印加するの
で、第3のMOSトランジスタQ3 は閉成し、出力信号
out は5vの高レベルに維持される。この出力信号V
out が高レベルのときには、第4のMOSトランジスタ
4 が開成状態にある。このように、3v系の入力信号
inの高レベル(3v)のときには、5v系の出力信号
out は高レベル(5v)となる。他方、入力信号Vin
が0vの低レベルになると、第1のMOSトランジスタ
1 は開成し、反転信号Vin(バー)が高レベルになる
ことから第2のMOSトランジスタQ2 は閉成する。こ
の第2のMOSトランジスタQ2の閉成によって第4の
MOSトランジスタQ4 のゲート電極には0vの電位が
印加するので、第4のMOSトランジスタQ4 は閉成
し、第3のMOSトランジスタQ3 は開成状態になる。
この結果、出力信号Vout は0vの低レベルに維持され
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4に
示すような信号電圧レベル変換回路の構成にあっては、
入力信号Vinが高レベルのときはトランジスタQ2 ,Q
3 ,Q4 の端子間には5v電圧が印加し、また入力信号
inが低レベルのときはトランジスタQ1 ,Q3,Q4
の端子間には5v電圧が印加するので、トランジスタQ
1 〜Q4 はゲート−ソース間,ゲート−ドレイン間,ゲ
ート−サブスレート間が5v耐圧のものを必要とする。
即ち、CMOSインバータ1のトランジスタQ5 ,Q6
は3v耐圧のトランジスタで充分であるが、トランジス
タQ1 〜Q4 は3v耐圧のトランジスタでは耐圧破壊を
起こすため、製造プロセスを追加して従前のような5v
耐圧のトランジスタに作り込む必要があり、これは却っ
て微細化プロセスの進展に相反している。従って、信号
電圧レベル変換回路の半導体製造においては耐圧の異な
るMOSトランジスタが混在することから、製造プロセ
スの複雑化を招き、低コスト化の障害となっていた。
【0004】そこで、本発明は上記問題点を解決するも
のであり、その課題は、すべてのトランジスタが低耐圧
とすることが可能な信号電圧レベル変換回路を提供し、
半導体プロセスの削減を実現することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明においては以下のような手段を採用するもの
である。即ち、入力信号によりスイッチング制御される
第1のMISトランジスタと、その反転信号によりスイ
ッチング制御され第1のMISトランジスタとは排他的
に開閉する第2のMISトランジスタと、第2のMIS
トランジスタに対し直列しており第1のMISトランジ
スタの閉成により閉成制御される第3のMISトランジ
スタと、第1のMISトランジスタに対し直列しており
第2のMISトランジスタの閉成により閉成制御される
第4のMISトランジスタとを有する信号電圧レベル変
換回路において、第1のMISトランジスタの開成状態
時においてそれへの過電圧の印加を緩和する第1の電圧
印加緩和手段と、第2のMISトランジスタの開成状態
時にそれらへの過電圧の印加を緩和する第2の電圧印加
緩和手段と、第1のMISトランジスタの開閉により第
1の狭論理振幅の低レベルよりも高い低レベルと広論理
振幅の高レベルに実質的に等しい高レベルとの間で規定
される第2の狭論理振幅を持つ第1のバイアス信号を生
成してこれを第3のMISトランジスタのゲート信号と
する第1の高低両レベルシフト手段と、第2のMISト
ランジスタの開閉により第1の狭論理振幅の低レベルよ
りも高い低レベルと広論理振幅の高レベルに実質的に等
しい高レベルとの間で規定される第2の狭論理振幅を持
つ第2のバイアス信号を生成してこれを第4のMISト
ランジスタのゲート信号とする第2の高低両レベルシフ
ト手段とを設けたものである。
【0006】また、このような信号電圧レベル変換回路
においては、上記入力信号により開閉制御される低レベ
ル設定用MISトランジスタと、この低レベル設定用M
ISトランジスタの開成状態時においてそれへの過電圧
の印加を緩和する電圧印加緩和用MISトランジスタ
と、上記いずれかのバイアス信号により開閉制御される
高レベル設定用MISトランジスタと、この高レベル設
定用MISトランジスタの開成状態時においてそれへの
過電圧の印加を緩和する電圧印加緩和用MISトランジ
スタとを有する出力バッファ回路を設けても良い。
【0007】更に、高電圧電源ラインと低電圧電源ライ
ンとの間には高電圧電源から低電圧を作成するバイパス
回路を設けても良い。例えば、このバイパス回路は複数
のダイオードの直列回路からなる電圧降下回路で構成す
ることができる。
【0008】
【作用】かかる構成においては、第1の電圧印加緩和手
段が第1のMISトランジスタの開成状態時にそれらへ
印加する電圧を緩和すると共に、第2の電圧印加緩和手
段が第2のMISトランジスタの開成状態時にそれらへ
印加する電圧を緩和しているので、第1のMISトラン
ジスタ及び第2のMISトランジスタが低耐圧のトラン
ジスタでも耐圧破壊を防止することができる。また、第
1及び第2の高低両レベルシフト手段の存在により、第
3及び第4のMISトランジスタの耐圧破壊を防止して
いる。このような信号電圧レベル変換回路のバイアス信
号を出力バッファ回路に加えることによって高論理振幅
の出力信号を得ることができるが、信号電圧レベル変換
回路を構成するすべてのトランジスタは低耐圧のものと
することができるため、製造プロセスを簡略化でき、低
コストの信号電圧レベル変換回路を提供できる。
【0009】また、出力バッファ回路を上述のような回
路構成とすることにより、すべての低耐圧のトランジス
タで出力バッファ回路を作り込むことができる。
【0010】更に、電圧降下回路等のバイパス回路を設
けることによって、低電圧電源がかからないときでも、
第1及び第2の高低両レベルシフト手段の耐圧破壊を防
止することができる。
【0011】
【実施例】次に、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
【0012】(第1実施例)図1は本発明の第1実施例
に係る回路図である。図1に示す信号電圧レベル変換回
路は、0〜3vの狭論理振幅の入力信号Vinにより狭論
理振幅の反転信号Vin(バー)を生成するCMOSイン
バータ1と、その0〜3vの狭論理振幅の入力信号Vin
及び反転信号Vin(バー)を基に、その狭論理振幅の低
レベルよりも高い低レベルと0〜5vの広論理振幅の高
レベルに実質的に等しい高レベルとの間で規定される論
理振幅を持つバイアス信号V′inを生成するバイアス回
路2と、バイアス信号Vin′と入力信号Vinを基に入力
信号Vinの論理に対応しており、0〜5vの広論理振幅
の出力信号Vout を生成する出力バッファ回路3と、5
v電源ラインと3v電源ラインとの間に介在する電源バ
イパス回路4とを有している。
【0013】CMOSインバータ1は、入力信号Vin
印加するゲートを有するP型MOSトランジスタQ6
びN型MOSトランジスタQ5 からなり、P型MOSト
ランジスタQ6 のソースは3v電源に接続されると共
に、N型MOSトランジスタQ5 のソースは接地されて
おり、両トランジスタQ6 ,Q5 のドレインは互いに接
続されている。トランジスタQ6 ,Q5 のドレインから
は入力信号Vinに対応して0〜3vの狭論理振幅の反転
信号Vin(バー)が出力される。
【0014】バイアス回路2は、入力信号Vinによりス
イッチング制御される第1のMOSトランジスタQ
1 (N形トランジスタ)と、反転信号Vin(バー)によ
りスイッチング制御され第1のMOSトランジスタQ1
とは排他的に開閉する第2のMOSトランジスタQ
2 (N形トランジスタ)と、第2のMOSトランジスタ
2 に対し直列しており第1のMOSトランジスタQ1
の閉成により閉成制御される第3のMOSトランジスタ
3 (P形トランジスタ)と、第1のMOSトランジス
タQ1 に対し直列しており第2のMOSトランジスタQ
2 の閉成により閉成制御される第4のMOSトランジス
タQ4 (P形トランジスタ)と、第1のMOSトランジ
スタQ1 の開成状態時においてそれへの過電圧の印加を
緩和する電圧印加緩和用MOSトランジスタQ11(N形
トランジスタ)と、第2のMOSトランジスタQ2 の開
成状態時においてそれらへの過電圧の印加を緩和する電
圧印加緩和用MOSトランジスタQ21(N形トランジス
タ)と、第1のMOSトランジスタQ1 の開閉により0
〜3vの狭論理振幅の低レベル(0v)よりも高い低レ
ベル(約3v)と0〜5vの広論理振幅の高レベル(5
v)に実質的に等しい高レベルとの間で規定される高レ
ベル共通の狭論理振幅を持つバイアス信号V7 を生成し
これを上記第3のMOSトランジスタQ3 のゲートに印
加する高低両レベルシフト用MOSトランジスタQ
31(P形トランジスタ)と、第2のMOSトランジスタ
2 の開閉により0〜3vの狭論理振幅の低レベル(0
v)よりも高い低レベル(約3v)と0〜5vの広論理
振幅の高レベル(5v)に実質的に等しい高レベルとの
間で規定される高レベル共通の狭論理振幅を持つバイア
ス信号Vin′を生成しこれを上記第4のMOSトランジ
スタQ4 のゲートに印加する高低両レベルシフト用MO
SトランジスタQ41(P形トランジスタ)とを有してい
る。
【0015】出力バッファ回路3は、入力信号Vinによ
り開閉制御される低レベル設定用MOSトランジスタQ
7 と、この低レベル設定用MOSトランジスタQ7 の開
成状態時においてそれへの過電圧の印加を緩和する電圧
印加緩和用トランジスタQ71と、バイアス信号Vin′に
より開閉制御される高レベル設定用MOSトランジスタ
8 と、この高レベル設定用MOSトランジスタQ8
おいてそれへの過電圧の印加を緩和する電圧印加緩和用
MOSトランジスタQ81とを有している。
【0016】電源バイパス回路4は3個のダイオード4
a ,4b ,4c を直列接続した電圧降下回路で、ダイオ
ード4a のアノードは電源5vに接続され、ダイオード
4cのカソードは電源3vに接続されている。
【0017】次に本実施例の動作を説明する。まず、バ
イアス回路2による3〜5vのバイアス信号Vin′の生
成について説明する。
【0018】図2に示すように、0〜3vの入力信号V
inが高レベルの3vであると、トランジスタQ1 は閉成
し、トランジスタQ1 のゲート−ソース間,ゲート−ド
レイン間及びゲート−サブスレート間は3v−0vであ
るので、トランジスタQ1 は3v耐圧内にある。このト
ランジスタQ1 の閉成によって、トランジスタQ11のソ
ース電位V3 は図2に示すように0vであり、またその
ゲート電圧は3vであるので、トランジスタQ11は閉成
している。このトランジスタQ11の閉成によってトラン
ジスタQ31のドレイン電圧V5 は0vとなる。なお、ト
ランジスタQ11のゲート−ソース間,ゲート−ドレイン
間及びゲート−サブスレート間は3v−0vであるの
で、トランジスタQ11は3v耐圧内にある。トランジス
タQ31のドレイン電圧V5 が0vであるので、トランジ
スタQ31はソースフォロア回路となり、トランジスタQ
31のソース電圧V7 はゲート電圧と閾値電圧VTHP ′の
和、すなわち3v+VTHP ′となる(図2参照)。な
お、閾値電圧VTHP ′はP型MOSトランジスタにおい
てバックゲート・バイアスのカかったときの閾値電圧で
あり、絶対値で表す。ここで、トランジスタQ31のゲー
ト−ソース間電圧は3v+VTHP ′−3v=VTHP ′で
あり、またゲート−ドレイン間電圧は3v−0v=3v
であり、ゲート−サブスレート間電圧は5v−3v=2
vである。なお、このサブスレートはそのソースに接続
しても良い。かかる場合のゲート−サブスレート間電圧
はVTHP ′である。従って、トランジスタQ3 は3v耐
圧内にある。
【0019】一方、入力信号Vinが3vのときは、その
反転信号Vin(バー)は図2に示すように0vであるの
で、トランジスタQ2 は開成状態にある。ここで、トラ
ンジスタQ21は常時閉成状態にあるため、そのゲート電
圧が3vであるので、そのソース電圧V4 は3v−V
THN ′となっている。なお、VTHN ′はN型MOSトラ
ンジスタにおいてバックゲート・バイアスのかかったと
きの閾値電圧であり、絶対値で表す。よって、トランジ
スタQ2 のゲート−ドレイン間電圧は3v−VTH N ′で
あり、またそのゲート−サブスレート間電圧は0vであ
るので、トランジスタQ2 は3v耐圧内にある。ところ
で、入力信号Vinが3vのときは上述したようにトラン
ジスタQ3 のゲート電圧V7 は3v+VTHP ′であるの
で、そのトランジスタQ3 は閉成し、そのドレイン電圧
すなわちバイアス電圧V′inは5vである。ここで、ト
ランジスタQ3 のゲート−ソース間,ゲート−ドレイン
間及びゲート−サブスレート間のそれぞれの電圧は5v
−(3v+VTHP ′)=2v−VTHP ′であるので、ト
ランジスタQ3 は3v耐圧内にある。またこのとき、ト
ランジスタQ41のゲート電圧は3vであるので、トラン
ジスタQ41は閉成し、そのドレイン電圧V6 は5vとな
る。トランジスタQ41のゲート−ソース間,ゲート−ド
レイン間,ゲート−サブスレート間電圧は5v−3v=
2vであるので、トランジスタQ41は3v耐圧内にあ
る。またトランジスタQ21のドレイン電圧は5vで、そ
のゲート電圧は3vであるので、ゲート−ドレイン間電
圧は5v−3v=2vであり、ゲート−ソース間電圧は
3v−(3v−VTHN ′)=VTHN′であり、またゲー
ト−サブスレート間電圧は3vであるので、トランジス
タQ21は3v耐圧内にある。
【0020】トランジスタQ3 のドレイン電圧が5vと
なると、トランジスタQ4 は開成している。従って、ト
ランジスタQ4 のゲート−ソース間,ゲート−サブスレ
ート間の電圧は0vであり、ゲート−ドレイン間電圧は
5v−(3v+VTHP ′)=2v−VTHP ′であるの
で、トランジスタQ4 は3v耐圧内にある。
【0021】このように、入力信号Vinが3vのときバ
イアス信号はVin′は5vとなるが、バイアス回路2を
構成するすべてのトランジスタは3v耐圧内にある。こ
こで、トランジスタQ21は、トランジスタQ3 ,Q41
閉成してトランジスタQ2 のドレインに印加する電圧を
降圧する電圧印加緩和機能を有している。このトランジ
スタQ21がないときには、トランジスタQ2 のドレイン
に5v電圧がダイレクトに印加してしまうので、トラン
ジスタQ2 は耐圧破壊を招く。しかしながら、本例にお
いてはトランジスタQ21の介在によって、トランジスタ
2 のドレインに対して、5v−(3v−VTHN ′)=
2v+VTHN ′の電圧緩和作用を果たしており、その耐
圧破壊を防止している。他方、トランジスタQ31は、0
〜3vの狭論理振幅の低レベル(0v)よりも高い低レ
ベル(約3v)の狭論理振幅(3〜5v)の信号V7
生成するバイアス機能を有しており、これによってトラ
ンジスタQ3 ,Q4 の耐圧破壊を防止している。なぜな
ら、トランジスタQ31がないときには、トランジスタQ
1 ,Q11の閉成によってトランジスタQ4 のドレイン及
びトランジスタQ3 のゲートには電圧0vが印加される
ので、トランジスタQ4 のゲート−ドレイン間には5v
が加わり、またトランジスタQ3 のゲート−ソース間に
も5vが加わり、3v耐圧のトランジスタQ4 ,Q3
は耐圧破壊してしまう。しかしながら、本例においては
トランジスタQ31の介在によって、トランジスタQ4
ドレイン電圧及びトランジスタQ3 のゲート電圧を0v
から3v+VTHP ′まで昇圧しており、トランジスタQ
3 ,Q4 に印加する電圧を緩和し、それらの耐圧破壊を
防止している。
【0022】次に、入力信号Vinが0vのときは、その
反転信号Vin(バー)は3vとなるが、バイアス回路2
の対称性により、トランジスタQ1 ,Q11, 31 ,4
の動作は入力信号Vinが3vのときのトランジスタ
2 ,Q21, 41 ,3 のそれと同様であり、またトラ
ンジスタQ2 ,Q21, 41 ,3 の動作は入力信号Vin
が3vのときのトランジスタQ1 ,Q11, 31 ,4
それと同様である。従って、バイアス信号Vin′は3v
+VTHP ′となる。ここで、トランジスタQ11はトラン
ジスタQ1 のドレインに対して、5v−(3v−
THN ′)=2v+VTHN′の電圧緩和作用を果たして
おり、その耐圧破壊を防止している。また、トランジス
タQ41は、トランジスタQ3 のドレイン電圧及びトラン
ジスタQ4 のゲート電圧を0vから3v+VTHP ′まで
昇圧しており、トランジスタQ3 ,Q4 に印加する電圧
を緩和し、それらの耐圧破壊を防止している。
【0023】このように、バイアス回路2によって、狭
論理振幅0〜3vの入力信号Vinが狭論理振幅(3v+
THP ′〜5v)のバイアス信号Vin′に変換される。
このバイアス信号Vin′を用いると、充分な電流容量の
広論理振幅(0〜5v)の出力信号Vout (バー)を出
力バッファ回路3から得ることができる。まず、バイア
ス信号Vin′が5vの高レベルのときは(入力信号Vin
が3vであるとき)、トランジスタQ7 は閉成し、トラ
ンジスタQ8 は開成する。トランジスタQ71,81は常
時オン状態にあり、出力電圧VOUT (バー)は低レベル
の0vとなる。
【0024】ここで本例においてトランジスタQ81がな
い場合には、トランジスタQ8 のドレインには0vが印
加するため、そのゲート−ドレイン間電圧は5vとな
り、3v耐圧のトランジスタQ8 では耐圧破壊を起こし
てしまう。しかしながら、ソースフォロアのトランジス
タQ81の介在によって、トランジスタQ81のソース電圧
9 は3v+VTHP ′であり、トランジスタQ8 のゲー
ト−ドレイン間電圧は5v−(3v+VTHP ′)=2v
−VTHP ′になっている。この結果、トランジスタQ8
のゲート−ソース間,ゲート−ドレイン間,ゲート−サ
ブスレート間の電圧はそれぞれ3v以内にあるので、ト
ランジスタQ8 は耐圧内にある。また、トランジスタQ
81,Q71,Q7 も耐圧内にある。一方、バイアス信号V
in′が3v+VTHP ′の低レベルのときは(入力信号V
inが0vであるとき)、トランジスタQ8 は閉成し、ト
ランジスタQ7 は開成する。トランジスタQ71, 81
常時オン状態にあり、出力電圧Vout (バー)は高レベ
ルの5vとなる。ここで本例においてトランジスタQ71
がない場合には、トランジスタQ7 のドレインには5v
が印加するため、そのゲート−ドレイン間電圧は5vと
なり、3v耐圧のトランジスタQ7 では耐圧破壊を起こ
してしまう。しかしながら、ソースフォロアのトランジ
スタQ71の介在によって、トランジスタQ71のソース電
圧V10は3v−VTHN ′であり、トランジスタQ7 のゲ
ート−ドレイン間電圧は3v−VTHN ′になっている。
この結果、トランジスタQ7 のゲート−ソース間,ゲー
ト−ドレイン間,ゲート−サブスレート間の電圧はそれ
ぞれ3v以内にあるので、トランジスタQ7 は耐圧内に
ある。また、トランジスタQ71,Q8 ,Q81も3v耐圧
内にある。このような電圧印加緩和用トランジスタ
71,Q81の介在によって出力バッファ回路3のすべて
のトランジスタを3v耐圧にしても構わない。なお、本
実施例ではトランジスタQ11,Q21,Q31,Q41
71,Q81に3v電源を直結して説明しているが、各ト
ランジスタの耐圧範囲内であれば3vでなくとも良い。
【0025】本例の信号電圧レベル変換回路は5v電源
と3v電源を必要とするが、回路起動時等において何ら
かの原因により5v電源のみが印加されて3v電源がか
からない場合は、バイパス回路4がないと、トランジス
タQ11, 21の耐圧破壊を招くこともある。例えば、ト
ランジスタQ4 が閉成状態で、トランジスタQ3 が開成
状態とすると、トランジスタQ31, 11 のゲート電圧
は0vであるので、トランジスタQ31は閉成状態で、ト
ランジスタQ11は開成状態となってしまい、トランジス
タQ11のドレインには5vが印加し、トランジスタQ11
の耐圧破壊を招く。そこで、バイパス回路4によって5
v電源から約3v前後の電圧を生成し、これを3v電源
ラインに加えておくことにより、3v電源がかからない
場合でも、トランジスタQ11を閉成させ、その耐圧破壊
を防止するようにしている。なお、本例においては3個
のダイオード4a,4b,4cで電圧降下回路4が構成
されているので、ダイオードの順方向電圧を0.8vと
すれば、2.4vの電圧降下を得ることができ、3v電
源がかからない場合は3v電源ラインに2.6vが印加
するようになっている。また、その後3v電源がかかる
ようになった場合は、ダイオード4a,4b,4cはカ
ットオフし、正常使用には何ら支障がない。
【0026】また3v電源ラインがフローティングのと
きでも、トランジスタ等に残っている電荷やトランジタ
の非対称性によりトランジスタQ3 又はトランジスタQ
4 のいずれか一方が閉成するので、すべてのトランジス
タは3v耐圧内にある。他方、3v電源のみが印加され
た場合は、すべてのトランジスタは3v(3.3v)耐
圧であるので、耐圧破壊の心配はない。なお、ダイオー
ドの順方向電圧による電圧降下と同様に、MOSトラン
ジスタの閾値電圧を利用しても良い。
【0027】上記実施例においては0〜5vの広論理振
幅の出力信号を出力バッファ回路3より得るものであ
る。これは必要な電流容量を確保するためである。しか
しながら、0〜5Vの広論理振幅の論理信号はバイアス
回路3のV5,6 でも得ることができる。
【0028】(第2実施例)図3は本発明の第2実施例
の回路図である。この第2実施例においては第1実施例
と同一部分には同一参照符号を付し、その説明は省略す
る。この実施例においては、第1実施例の回路構成に対
して低レベル保持回路5a,5bと、閉成防止回路6
a,6bが追加されている。低レベル保持回路5aが存
在しないと、トランジスタQ4 の開成状態のときトラン
ジスタQ3 のゲート電圧V7 は3v+VTHP ′である
が、ソースフォロアのトランジスタQ31の微弱な電流に
よってゲート電圧V7 は徐々に降下し、トランジスタQ
4 のゲート−ドレイン間の電圧はやがて3v以上になっ
てしまい、トランジスタQ4 の耐圧破壊を招くこともあ
り得る。本例のダイオードの直列回路からなる低レベル
保持回路5aが付加されると、その順方向電圧によって
ゲート電圧V7 の低レベルの低下は所定値で留まり、そ
の値に維持される。これによってトランジスタQ4 等の
耐圧破壊を防止することができる。同様な理由により、
低レベル保持回路5bはバイアス電圧Vin′の低レベル
の時間的な低下を阻止しており、トランジスタQ3 等の
耐圧破壊を防止している。なお、低レベル保持回路5
a,5bは、トランジスタQ3 , 4 のゲートと5v電
源ラインとの間に介在しているが、これに限らず、トラ
ンジスタQ3 , 4 のゲートと3v電源ラインとの間に
介在させも良い。
【0029】他方、出力バッファ回路3において、閉成
防止回路6aが存在しないと、トランジスタQ7 の開成
状態時においてトランジスタQ71のソース電圧V10は3
v−VTHN ′であるが、トランジスタQ71の微弱な電流
によってソース電圧V10は徐々に上昇し、ゲート−ソー
ス間電圧は閾値電圧VTHN ′以下になり、トランジスタ
71が開成してしまう。しかしながら、本例ではダイオ
ードの直列回路からなる閉成防止回路6aが付加されて
いるため、その順方向電圧によってソース電圧V10の上
昇は所定値で留まり、その値に維持される。これによっ
てトランジスタQ71の開成が阻止されるので、トランジ
スタQ7 の耐圧破壊が防止されることになる。同等な理
由により、閉成防止回路6bは電圧V9 の上昇を阻止
し、トランジスタQ8 の耐圧破壊を防止している。同じ
ようにトランジスタQ11及びQ21のソースと接地間に同
じ目的でダイオードを付加する。なお、図3における低
レベル保持回路5a,5b、閉成防止回路6a,6bは
ダイオードの直列回路で構成されているが、MOSトラ
ンジスタの直列回路等を用い、その閾値電圧を利用して
電圧上限又は下限のリミッタ手段を構成することができ
る。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、第1及
び第2の電圧印加緩和手段と第1及び第2の高低両レベ
ルシフト手段とを設けた点に特徴を有するものであるの
で、以下の効果を奏する。
【0031】 信号電圧レベル変換回路のバイアス信
号を出力バッファ回路に加えることによって高論理振幅
の出力信号を得ることができるが、信号電圧レベル変換
回路を構成するすべてのトランジスタは低電圧下で支障
なく動作可能であり、従って、低耐圧のトランジスタと
することができるため、製造プロセスを簡略化でき、低
コストの信号電圧レベル変換回路を提供できる。
【0032】 また出力バッファ回路を上述のような
回路構成とすることにより、低耐圧のトランジスタで出
力バッファ回路をも作り込むことができる。
【0033】更に、電圧降下回路等のバイパス回路を
設けることによって、低電圧電源がかからないときで
も、第1及び第2の高低両レベルシフト手段の耐圧破壊
を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る信号電圧レベル変換
回路を示す回路図である。
【図2】同実施例における各部の信号波形を示すタイミ
ングチャート図である。
【図3】本発明の第2実施例に係る信号電圧レベル変換
回路を示す回路図である。
【図4】従来の信号電圧レベル変換回路を示す回路図で
ある。
【符号の説明】
1・・・CMOSインバータ 2・・・バイアス回路 3・・・出力バッファ回路 4・・・バイパス回路 5a,5b・・・低レベル保持回路 6a,6b・・・閉成防止回路 Q1,2,3,4,21, 31, 7,8,71, 81・・
・MOSトランジスタ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号によりスイッチング制御される
    第1のMISトランジスタと、その反転信号によりスイ
    ッチング制御され第1のMISトランジスタとは排他的
    に開閉する第2のMISトランジスタと、第2のMIS
    トランジスタに対し直列しており第1のMISトランジ
    スタの閉成により閉成制御される第3のMISトランジ
    スタと、第1のMISトランジスタに対し直列しており
    第2のMISトランジスタの閉成により閉成制御される
    第4のMISトランジスタとを有する信号電圧レベル変
    換回路であって、 第1のMISトランジスタの開成状態時においてそれへ
    の過電圧の印加を緩和する第1の電圧印加緩和手段と、
    第2のMISトランジスタの開成状態時においてそれら
    への過電圧の印加を緩和する第2の電圧印加緩和手段
    と、第1のMISトランジスタの開閉により第1の狭論
    理振幅の低レベルよりも高い低レベルと広論理振幅の高
    レベルに実質的に等しい高レベルとの間で規定される第
    2の狭論理振幅を持つ第1のバイアス信号を生成してこ
    れを第3のMISトランジスタのゲート信号とする第1
    の高低両レベルシフト手段と、第2のMISトランジス
    タの開閉により第1の狭論理振幅の低レベルよりも高い
    低レベルと広論理振幅の高レベルに実質的に等しい高レ
    ベルとの間で規定される第2の狭論理振幅を持つ第2の
    バイアス信号を生成してこれを第4のMISトランジス
    タのゲート信号とする第2の高低両レベルシフト手段
    と、を有することを特徴とする信号電圧レベル変換回
    路。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の信号電圧レベル変換回
    路において、前記入力信号により開閉制御される低レベ
    ル設定用MISトランジスタと、この低レベル設定用M
    ISトランジスタの開成状態時においてそれへの過電圧
    の印加を緩和する電圧印加緩和用MISトランジスタ
    と、前記いずれかのバイアス信号により開閉制御される
    高レベル設定用MISトランジスタと、この高レベル設
    定用MISトランジスタにおいてそれへの過電圧の印加
    を緩和する電圧印加緩和用MISトランジスタとを有す
    る出力バッファ回路を備えたことを特徴とする信号電圧
    レベル変換回路。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の信号電圧
    レベル変換回路において、高電圧電源ラインと低電圧電
    源ラインとの間には該高電圧電源から該低電圧を作成す
    るバイパス回路を有していることを特徴とする信号電圧
    レベル変換回路。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の信号電圧レベル変換回
    路において、前記バイパス回路は、複数のダイオードの
    直列回路からなる電圧降下回路であることを特徴とする
    信号電圧レベル変換回路。
  5. 【請求項5】 第1の狭論理振幅を持つ第1の入力信号
    により開閉制御される低レベル設定用MISトランジス
    タと、この低レベル設定用MISトランジスタの開成状
    態時においてそれへの過電圧の印加を緩和する電圧印加
    緩和用MISトランジスタと、第1の狭論理振幅の低レ
    ベルよりも高い低レベルと広論理振幅の高レベルに実質
    的に等しい高レベルとの間で規定される第2の狭論理振
    幅を持つ第2の入力信号により開閉制御される高レベル
    設定用MISトランジスタと、この高レベル設定用MI
    Sトランジスタの開成状態時においてそれへの過電圧の
    印加を緩和する電圧印加緩和用MISトランジスタとを
    有することを特徴とする出力バッファ回路。
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