KR100964791B1 - Voltage level shifter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 피크 커런트의 증가없이 고속동작을 구현하기 위한 전압레벨 변환기를 제공하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명으로 제1 입력신호를 인가받는 인버터형 제1 입력부; 상기 제1 입력신호와 상보적인 제2 입력신호를 인가받는 인버터형 제2 입력부; 및 상기 제1 입력부의 출력노드 값에 응답하여 상기 제2 입력부의 출력노드에 제1 아날로그 출력전압을 제공하고, 상기 제2 입력부의 출력노드 값에 응답하여 상기 제1 입력부의 출력노드에 제2 아날로그 출력전압을 제공하는 복수의 PMOS트랜지스터들을 구비하며, 상기 PMOS트랜지스터들은 각기 분리된 웰 내에 정의되는 것을 특징으로 하는 전압레벨 변환기를 제공한다.
The present invention is to provide a voltage level converter for implementing a high speed operation without increasing the peak current, the present invention for this purpose is an inverter-type first input unit for receiving a first input signal; An inverter-type second input unit configured to receive a second input signal complementary to the first input signal; And providing a first analog output voltage to an output node of the second input unit in response to an output node value of the first input unit, and outputting a second analog output voltage to an output node of the first input unit in response to an output node value of the second input unit. And a plurality of PMOS transistors providing an analog output voltage, said PMOS transistors being defined in separate wells.
전력, Body Effect, 천이, 속도, DACPower, Body Effect, Transition, Speed, DAC
Description
도 1은 종래기술에 따른 전압레벨 변환기의 회로도.1 is a circuit diagram of a voltage level converter according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따른 전압레벨 변환기의 회로도.2 is a circuit diagram of a voltage level converter according to the present invention;
도 3은 종래기술과 본 발명을 비교하기 위한 시간에 따른 전압 및 전류의 변화 시뮬레이션 결과도.Figure 3 is a simulation result of the change in voltage and current with time for comparing the prior art and the present invention.
도 4는 종래기술과 본 발명에 대한 출력신호의 라이징 타임 때의 시뮬레이션 결과도.Figure 4 is a simulation result at the time of rising time of the output signal according to the prior art and the present invention.
도 5는 종래기술과 본 발명에 대한 출력신호의 폴링 타임의 시뮬레이션 결과도.
Figure 5 is a simulation result of the polling time of the output signal according to the prior art and the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명* Description of the main parts of the drawing
PM7 내지 PM12 : PMOS트랜지스터PM7 to PM12: PMOS transistor
NM3 내지 NM4 : NMOS트랜지스터
NM3 to NM4: NMOS transistor
본 발명은 반도체 설계 기술에 관한 것으로, 특히 동작시간을 빠르게 하여 전력소모를 줄이기 위한 전압레벨 변환기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor design technology, and more particularly, to a voltage level converter for reducing power consumption by increasing operating time.
일반적으로 전압레벨 변환기는 로직 레벨의 전압을 아날로그 레벨로 바꿔주는 회로로써, 현재 LCD 패널 구동 칩 내의 디지털-아날로그 변환기(Digital-Analog Converter; 이하 'DAC'라고 함)의 기능 블록 내에서 많이 사용된다.In general, a voltage level converter is a circuit for converting a logic level voltage to an analog level, and is commonly used in a functional block of a digital-analog converter (DAC) in an LCD panel driving chip. .
도 1은 종래기술에 따른 전압레벨 변환기의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a voltage level converter according to the prior art.
도 1을 참조하면, 입력신호(IN)를 반전시키기 위한 인버터(I1)와, 인버터(I1)의 출력신호를 게이트 입력으로 하며 출력노드(N1)와 접지전압(VSS) 사이에 드레인-소스 경로를 갖는 NMOS트랜지스터(NM1)와, 인버터(I1)의 출력신호를 반전시키기 위한 인버터(I2)와, 인버터(I2)의 출력신호를 게이트 입력으로 하여 출력노드(NM2)와 접지전압(VSS) 사이에 드레인-소스 경로를 갖는 NMOS트랜지스터(NM2)와, 전원전압(VDD)과 출력노드(N1) 사이에 직렬로 접속되며 출력노드(N2)에 걸린 전압과 접지전압(VSS)과 인버터(I1)의 출력전압을 각각의 게이트 입력으로 갖는 PMOS트랜지스터(PM1, PM2, PM3)와, 전원전압(VDD)과 출력노드 (N2) 사이에 직렬로 접속되며 출력노드(N1)에 걸린 전압과 접지전압(VSS)과 인버터(I2)의 출력전압을 각각의 게이트 입력으로 갖는 PMOS트랜지스터(PM4, PM5, PM6)로 구현된다.Referring to FIG. 1, an inverter I1 for inverting an input signal IN and a drain-source path between an output node N1 and a ground voltage VSS are used as gate inputs with an output signal of the inverter I1. Between the output node NM2 and the ground voltage VSS using the NMOS transistor NM1 having the?, An inverter I2 for inverting the output signal of the inverter I1, and an output signal of the inverter I2 as a gate input. An NMOS transistor NM2 having a drain-source path, a power supply voltage VDD and an output node N1 connected in series, and a voltage applied to the output node N2, a ground voltage VSS, and an inverter I1. PMOS transistors PM1, PM2, and PM3 having the output voltages of the gate inputs, and are connected in series between the power supply voltage VDD and the output node N2, and the voltage across the output node N1 and the ground voltage ( VMOS) and PMOS transistors PM4, PM5, and PM6 having output voltages of the inverter I2 as their respective gate inputs. .
출력노드(N1, N2)에는 출력신호(OUT, OUTB)를 출력하기 위한 인버터(I3,I4)가 접속되어 있다.Inverters I3 and I4 for outputting the output signals OUT and OUTB are connected to the output nodes N1 and N2.
상기와 같이 입력신호(IN)와 이를 반전시킨 신호(I1의 출력신호)를 인가받는 인버터형 입력부(NM1 및 PM3, NM2 및 PM6)와, 각 입력부(NM1 및 PM3, NM2 및 PM6)의 출력노드(N1, N2)의 값에 응답하여 이를 아날로그 출력전압으로 제공하기 위한 복수의 PMOS트랜지스터(PM1 ∼ PM6)로 구성된다. As described above, the inverter type input units NM1 and PM3, NM2 and PM6 to which the input signal IN and the inverted signal (output signal of I1) are applied, and the output nodes of the respective input units NM1 and PM3, NM2 and PM6. It consists of a plurality of PMOS transistors PM1 to PM6 for providing them as analog output voltages in response to the values of (N1, N2).
한편, 각 PMOS트랜지스터(PM1 ∼ PM6)들은 동일 웰 내에 정의(define) 되어 있다. On the other hand, each of the PMOS transistors PM1 to PM6 is defined in the same well.
다음으로는 입력신호(IN)가 논리값 '하이'인 경우를 예로하여, 종래기술에 따른 전압레벨 변환기의 동작을 살펴보도록 한다.Next, the operation of the voltage level converter according to the prior art will be described, taking the case where the input signal IN is a logic value 'high' as an example.
먼저, 인버터(I1, I2)를 통한 입력신호(IN)를 게이트 입력으로 갖는 NMOS트랜지스터(NM2)가 턴온되어 출력노드(N2)가 논리값 '로우'를 갖는다. 이어 출력노드(N2)에 걸린 전압을 입력으로 하는 PMOS트랜지스터(PM1)가 턴온되고, 이에 직렬 연결된 PMOS트랜지스터(PM2, PM3)을 통해 출력노드(N1)로 전압이 출력된다. 또한, 출력노드(NM1)에 걸린 전압을 게이트 입력으로 갖는 PMOS트랜지스터(PM4)가 턴오프된다.First, the NMOS transistor NM2 having the input signal IN through the inverters I1 and I2 as the gate input is turned on so that the output node N2 has a logic value 'low'. Subsequently, the PMOS transistor PM1 that inputs the voltage applied to the output node N2 is turned on, and the voltage is output to the output node N1 through the PMOS transistors PM2 and PM3 connected in series. In addition, the PMOS transistor PM4 having the voltage applied to the output node NM1 as the gate input is turned off.
상기와 같은 회로의 동작에서 보면, 입력신호(IN)에 따라 각 트랜지스터가 순차적으로 동작하는 것을 확인할 수 있다. 전압레벨 변환기는 입력신호(IN)에 의해 처음으로 턴온되는 NMOS트랜지스터(NM2)로 부터 마지막 턴오프되는 PMOS트랜지스터(PM4)까지의 동작 동안 'Short Circuit Current'를 가지는 바, 가능한 이시간을 짧게하여야 전압레벨 변환기의 고속동작에 유리하다.In the operation of the circuit as described above, it can be seen that each transistor sequentially operates according to the input signal IN. The voltage level converter has a 'Short Circuit Current' during the operation from the NMOS transistor NM2 first turned on by the input signal IN to the PMOS transistor PM4 last turned off. It is advantageous for high speed operation of the voltage level converter.
이러한 동작 시간에 가장 큰 영향을 미치는 것이 PMOS트랜지스터의 동작 속도이다. 그런데 종래에는 상기의 PMOS트랜지스터들을 웰 바이어스 전압을 인가받는 동일의 웰에 구현하였기 때문에, 몸체효과(Body Effect)가 발생하여 PMOS트랜지스터의 동작속도가 길어지는 문제점이 발생된다. 이는 전체적으로 전압레벨 변화기의 동작속도를 지연시키게된다.The biggest impact on this operating time is the operating speed of the PMOS transistor. However, in the related art, since the PMOS transistors are implemented in the same well to which the well bias voltage is applied, a body effect occurs and a problem in that the operation speed of the PMOS transistor is increased. This delays the operating speed of the voltage level changer as a whole.
한편, 도 1의 전압레벨 변환기와 달리 고속동작을 위한 회로적 구성을 설계할 수 있으나, 이 경우에는 피크 커런트가 증가하여 칩 전체 전력소모가 많이지게된다. 특히 TFT LCD 소스드라이버와 같이 여러개의 전압레벨 변환기를 구비한는 칩에서는 피크커런트의 증가를 무시할 수 없다.
On the other hand, unlike the voltage level converter of Figure 1 can be designed for the circuit configuration for high-speed operation, in this case, the peak current is increased to increase the overall power consumption of the chip. In particular, an increase in peak current can not be ignored in a chip having multiple voltage level converters such as a TFT LCD source driver.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 피크 커런트의 증가없이 고속동작을 구현하기 위한 전압레벨 변환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a voltage level converter for implementing high speed operation without increasing peak current.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 전압레벨 변환기는 제1 입력신호를 인가받는 인버터형 제1 입력부; 상기 제1 입력신호와 상보적인 제2 입력신호를 인가받는 인버터형 제2 입력부; 및 상기 제1 입력부의 출력노드 값에 응답하여 상기 제2 입력부의 출력노드에 제1 아날로그 출력전압을 제공하고, 상기 제2 입력부의 출력노드 값에 응답하여 상기 제1 입력부의 출력노드에 제2 아날로그 출력전압을 제공하는 복수의 PMOS트랜지스터들을 구비하며, 상기 PMOS트랜지스터들 은 각기 분리된 웰 내에 정의되는 것을 특징으로 한다.According to the present invention for achieving the above technical problem, the voltage level converter is an inverter-type first input unit for receiving a first input signal; An inverter-type second input unit configured to receive a second input signal complementary to the first input signal; And providing a first analog output voltage to an output node of the second input unit in response to an output node value of the first input unit, and outputting a second analog output voltage to an output node of the first input unit in response to an output node value of the second input unit. And a plurality of PMOS transistors providing an analog output voltage, wherein the PMOS transistors are defined in separate wells.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도 2는 본 발명에 따른 전압레벨 변환기의 내부 회로도이다.2 is an internal circuit diagram of a voltage level converter according to the present invention.
도 2를 참조하면, 전압레벨 변환기는 입력신호(IN)를 반전시키기 위한 인버터(I5)와, 인버터(I5)의 출력신호를 게이트 입력으로 하며 출력노드(N3)와 접지전압(VSS) 사이에 드레인-소스 경로를 갖는 NMOS트랜지스터(NM3)와, 인버터(I5)의 출력신호를 반전시키기 위한 인버터(I6)와, 인버터(I6)의 출력신호를 게이트 입력으로 하여 출력노드(N4)와 접지전압(VSS) 사이에 드레인-소스 경로를 갖는 NMOS트랜지스터(NM4)와, 전원전압(VDD)과 출력노드(N3) 사이에 직렬로 접속되며 출력노드(N4)에 걸린 전압과 접지전압(VSS)과 인버터(I5)의 출력전압을 각각의 게이트 입력으로 갖는 PMOS트랜지스터(PM7, PM8, PM9)와, 전원전압(VDD)과 출력노드(N4) 사이에 직렬로 접속되며 출력노드(N3)에 걸린 전압과 접지전압(VSS)과 인버터(I6)의 출력전압을 각각의 게이트 입력으로 갖는 PMOS트랜지스터(PM10, PM11, PM12)로 구현된다.Referring to FIG. 2, the voltage level converter includes an inverter I5 for inverting the input signal IN, and an output signal of the inverter I5 as a gate input, and between the output node N3 and the ground voltage VSS. NMOS transistor NM3 having a drain-source path, inverter I6 for inverting the output signal of inverter I5, and output signal of inverter I6 and the ground voltage using the output signal of inverter I6 as gate inputs. The NMOS transistor NM4 having a drain-source path between the VSSs and the power supply voltage VDD and the output node N3 are connected in series and connected to the output node N4 and the ground voltage VSS. PMOS transistors PM7, PM8 and PM9 having the output voltage of the inverter I5 as their gate inputs, and a voltage connected to the power supply voltage VDD and the output node N4 in series and applied to the output node N3. And PMOS transistors PM10 having the ground voltage VSS and the output voltage of the inverter I6 as their respective gate inputs. PM11, PM12).
출력노드(N3, N4)에는 출력신호(OUT, OUTB)를 출력하기 위한 인버터(I7,I8)가 접속되어 있다.Inverters I7 and I8 for outputting output signals OUT and OUTB are connected to the output nodes N3 and N4.
또한, 전압레벨 변환기는 입력신호(IN)와 이를 반전시킨 신호(I5의 출력신호)를 인가받는 인버터형 입력부(NM3 및 PM9, NM4 및 PM12)와, 각 입력부(NM3 및 PM9, NM4 및 PM12)의 출력노드(N3, N4)의 값에 응답하여 이를 아날로그 출력전압으로 제공하기 위한 복수의 PMOS트랜지스터(PM7 ∼ PM12)로 구성된다. In addition, the voltage level converter includes inverter type input units NM3 and PM9, NM4 and PM12 to which an input signal IN and an inverted signal (output signal of I5) are applied, and respective input units NM3 and PM9, NM4 and PM12. And a plurality of PMOS transistors PM7 to PM12 for providing them as analog output voltages in response to the values of the output nodes N3 and N4.
한편, 본 발명에 따른 전압레벨 변환기의 PMOS트랜지스터(PM7 ∼ PM12)들을 살펴보면, 각기 서로 다른 웰에 구현되는 것을 확인할 수 있다. 즉, N웰에 PMOS트랜지스터들이 정의되는데, 이 N웰이 각 트랜지스터 별로 분리되어있다.Meanwhile, looking at the PMOS transistors PM7 to PM12 of the voltage level converter according to the present invention, it can be seen that they are implemented in different wells. That is, PMOS transistors are defined in N wells, which are separated for each transistor.
상기와 같이 PMOS트랜지스터(PM7 내지 PM12)의 웰을 분리하여 구현함으로써, 몸체 효과를 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전압레벨 변환기는 몸체효과의 감소로 전압레벨 변환기의 동작속도를 개선할 수 있고, 아울러 종래에 비해 피크 커런트의 증가가 없으므로 전력소모가 증가하지 않는다.By separating and implementing the wells of the PMOS transistors PM7 to PM12 as described above, the body effect can be reduced. Therefore, the voltage level converter according to the present invention can improve the operation speed of the voltage level converter by reducing the body effect, and also does not increase the power consumption because there is no increase in the peak current compared to the prior art.
도 3은 도 1 및 도 2의 시간에 따른 전압 및 전류의 변화 따른 시뮬레이션 결과도이다. 그리고 X축은 시간축이며, Y축은 전압축 및 전류축이다. 'A'는 종래기술에 따른 전압레벨 변환기의 전압 및 전류소모를, 'B'는 본 발명에 따른 전압레벨 변환기의 전압 및 전류소모를 보여준다.3 is a simulation result diagram of a change in voltage and current with time of FIGS. 1 and 2. The X axis is the time axis and the Y axis is the voltage axis and the current axis. 'A' shows the voltage and current consumption of the voltage level converter according to the prior art, 'B' shows the voltage and current consumption of the voltage level converter according to the present invention.
도 3을 참조하여 보면, 본 발명에 따른 전압레벨 변환기('B')가 종래 ('A')와 동일한 피크 커런트를 가지면서도 고속동작하고 있음을 알수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the voltage level converter 'B' according to the present invention operates at a high speed while having the same peak current as the conventional 'A'.
도 4는 도 1 및 도 2의 출력신호의 라이징 타임 때의 시뮬레이션 결과도이다.4 is a simulation result diagram at the rising time of the output signal of FIGS. 1 and 2.
본 시뮬레이션은 출력신호의 '로우'에서 '하이'로의 천이에 따른 전압과 전류의 변화를 보여준다. 참조하여 보면, 본 발명에 다른 전압레벨 변환기 'B'가 보다 빠르게 천이하는 것을 알 수 있다. This simulation shows the change in voltage and current as the output signal transitions from 'low' to 'high'. By reference, it can be seen that the voltage level converter 'B' according to the present invention transitions faster.
도 5는 도 1 및 도 2의 출력신호의 폴링 타임의 시뮬레이션 결과도이다.5 is a simulation result diagram of a polling time of an output signal of FIGS. 1 and 2.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 전압레벨 변화기 'B'의 출력신호가 논리값 '하이'에서 '로우'로 천이하는 동안에도 보다 빠르게 변화하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the output signal of the voltage level changer 'B' changes faster even when the logic signal transitions from a high value to a low value.
상기 도 3 내지 도 5를 참조하여 살펴보면, 본 발명에 따른 전압레벨 변환기가 출력신호가 논리값에 따라 천이하는 것에 상관없이 보다 빠른 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 3 to FIG. 5, it can be seen that the voltage level converter according to the present invention is faster regardless of whether the output signal transitions according to a logic value.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
전술한 본 발명은 전압레벨 변환기 내 PMOS트랜지스터를 각각 다른 웰에 형성하여 몸체효과를 제거하므로써, 동작속도를 개선한다. The present invention described above improves the operation speed by forming the PMOS transistors in the voltage level converter in different wells, thereby eliminating the body effect.
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KR20010092074A (en) * | 2000-03-20 | 2001-10-24 | 윤종용 | Semiconductor memory device having a high voltage word line driver circuit |
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