KR101149902B1 - Level-shift circuit - Google Patents

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Abstract

소비 전류를 저감할 수 있고, 신호 전달에 필요한 전원전압을 저감할 수 있고, 전원전압이 요동해도 정확하게 신호를 전달할 수 있는 레벨 시프트 회로를 얻는다. 본 발명의 레벨 시프트 회로는, 인버터 회로 INV2, 레벨 시프트 소자 MOS1, 제1 저항 R1 및 커런트 미러 회로 CM1을 구비한다. 인버터 회로 INV2는, 입력 신호를 반전해서 출력한다. 레벨 시프트 소자 MOS1은, 인버터 회로 INV2의 출력 신호를 게이트 신호로 삼아서 동작한다. 제1 저항 R1의 일단은, 인버터 회로의 출력에 접속되어 있다. 커런트 미러 회로 CM1은, 제1 저항 R1을 통해 인버터 회로 INV2의 출력으로부터 입력한 전류에 대응하는 전류를 레벨 시프트 소자 MOS1의 소스로부터 접지점에 흘려보낸다.It is possible to reduce the current consumption, reduce the power supply voltage required for signal transmission, and obtain a level shift circuit that can accurately transmit a signal even when the power supply voltage fluctuates. The level shift circuit of the present invention includes an inverter circuit INV2, a level shift element MOS1, a first resistor R1, and a current mirror circuit CM1. The inverter circuit INV2 inverts the input signal and outputs it. The level shift element MOS1 operates by using the output signal of the inverter circuit INV2 as a gate signal. One end of the first resistor R1 is connected to the output of the inverter circuit. The current mirror circuit CM1 flows a current corresponding to the current input from the output of the inverter circuit INV2 through the first resistor R1 from the source of the level shift element MOS1 to the ground point.

Figure R1020110073609
Figure R1020110073609

Description

레벨 시프트 회로{LEVEL-SHIFT CIRCUIT}Level shift circuit {LEVEL-SHIFT CIRCUIT}

본 발명은 입력 신호의 레벨을 시프트하는 레벨 시프트 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a level shift circuit for shifting the level of an input signal.

인버터 장치에 있어서, 하프 브릿지 회로, 풀 브릿지 회로, 삼상 브릿지 회로 등이 사용된다. 이들 회로는, 입력 신호의 레벨을 시프트하는 레벨 시프트 회로를 구비하고 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).In the inverter device, a half bridge circuit, a full bridge circuit, a three phase bridge circuit, or the like is used. These circuits are provided with the level shift circuit which shifts the level of an input signal (for example, refer patent document 1).

[특허문헌 1] 일본국 공개특허공보 특개 2003-179482호[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 2003-179482

특허문헌 1의 도 1에 기재된 레벨 시프트 회로에 있어서, MOS 트랜지스터 Q1, Q2의 소스측에 설치된 정전류원 CC1, CC2는 항상 동작 상태에 있다. 이 때문에, 입력 신호가 하이 또는 로우를 유지하고 있는 대기시에도, MOS 트랜지스터 Q1, Q2의 한쪽의 드레인 전류가 흐른다. 여기에서, 고속 동작시의 RC 시정수를 줄이기 위해서, 저항 R1, R2의 저항값을 10kΩ보다 작게 하기 때문에, 정전류원 CC1, CC2의 전류값는 1mA보다 크다. 따라서, 특허문헌 1의 회로에서는, 항상 1mA 이상의 회로전류를 소모하고 있다.In the level shift circuit of FIG. 1 of patent document 1, the constant current sources CC1 and CC2 provided in the source side of MOS transistors Q1 and Q2 are always in an operating state. For this reason, the drain current of one of the MOS transistors Q1 and Q2 flows even when the input signal is kept high or low. Here, in order to reduce the RC time constant in high speed operation, since the resistance values of the resistors R1 and R2 are made smaller than 10 k ?, the current values of the constant current sources CC1 and CC2 are larger than 1 mA. Therefore, in the circuit of patent document 1, the circuit current of 1 mA or more is always consumed.

또한 레벨 시프트 회로에서는, 신호 전달에 필요한 전원전압을 저감하는 것이 요구되고 있다. 또한, 종래의 레벨 시프트 회로에서는, 전원전압이 요동해서 저하하면, 정확하게 신호를 전달할 수 없는 경우가 있었다.In addition, in the level shift circuit, it is required to reduce the power supply voltage required for signal transmission. Moreover, in the conventional level shift circuit, when a power supply voltage fluctuates and falls, it may not be able to transmit a signal correctly.

본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은, 소비전류를 저감할 수 있고, 신호 전달에 필요한 전원전압을 저감할 수 있고, 전원전압이 요동해도 정확하게 신호를 전달할 수 있는 레벨 시프트 회로를 얻는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and its object is to reduce the current consumption, to reduce the power supply voltage required for signal transmission, and to accurately transmit a signal even when the power supply voltage fluctuates. To obtain a shift circuit.

본 발명은, 입력 신호를 반전해서 출력하는 인버터 회로와, 상기 인버터 회로의 출력 신호를 게이트 신호로 삼아서 동작하는 레벨 시프트 소자와, 일단이 상기 인버터 회로의 출력에 접속된 제1 저항과, 상기 제1 저항을 통해 상기 인버터 회로의 출력으로부터 입력한 전류에 대응하는 전류를 상기 레벨 시프트 소자의 소스로부터 접지점에 흘려보내는 커런트 미러 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 레벨 시프트 회로다.The present invention provides an inverter circuit for inverting and outputting an input signal, a level shift element that operates by using an output signal of the inverter circuit as a gate signal, a first resistor having one end connected to an output of the inverter circuit, And a current mirror circuit for flowing a current corresponding to a current input from an output of the inverter circuit through a single resistor to a ground point from a source of the level shift element.

본 발명에 의해, 소비 전류를 저감할 수 있고, 신호 전달에 필요한 전원전압을 저감할 수 있고, 전원전압이 요동해도 정확하게 신호를 전달할 수 있다.According to the present invention, the current consumption can be reduced, the power supply voltage required for signal transmission can be reduced, and the signal can be accurately transmitted even if the power supply voltage fluctuates.

도 1은 본 발명의 실시예에 관련되는 하프 브릿지 회로를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 회로의 동작을 나타내는 타이밍 차트다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다.
도 4는 참고예에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다.
도 5는 실시예 1의 회로의 동작을 나타내는 타이밍 차트다.
도 6은 참고예의 회로의 동작을 나타내는 타이밍 차트다.
도 7은 실시예 1 및 참고예의 회로의 전원전압 의존성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예 2에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다.
도 9는 도 8의 회로의 동작을 나타내는 타이밍 차트다.
도 10은 본 발명의 실시예 3에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예 4에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예 5에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예 6에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예 7에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예 8에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예 9에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시예 10에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다.
1 is a diagram showing a half bridge circuit according to an embodiment of the present invention.
2 is a timing chart illustrating the operation of the circuit of FIG. 1.
3 is a diagram showing a level shift circuit according to Embodiment 1 of the present invention.
4 is a diagram showing a level shift circuit according to a reference example.
5 is a timing chart showing the operation of the circuit of the first embodiment.
6 is a timing chart showing the operation of the circuit of the reference example.
7 is a diagram showing power supply voltage dependence of the circuits of the first embodiment and the reference example.
8 is a diagram showing the level shift circuit according to the second embodiment of the present invention.
9 is a timing chart illustrating the operation of the circuit of FIG. 8.
10 is a diagram showing a level shift circuit according to Embodiment 3 of the present invention.
Fig. 11 is a diagram showing the level shift circuit according to the fourth embodiment of the present invention.
Fig. 12 is a diagram showing the level shift circuit according to the fifth embodiment of the present invention.
Fig. 13 is a diagram showing the level shift circuit according to the sixth embodiment of the present invention.
Fig. 14 is a diagram showing the level shift circuit according to the seventh embodiment of the present invention.
Fig. 15 is a diagram showing the level shift circuit according to the eighth embodiment of the present invention.
Fig. 16 is a diagram showing the level shift circuit according to the ninth embodiment of the present invention.
17 is a diagram showing the level shift circuit according to the tenth embodiment of the present invention.

실시예 1.Example 1.

[하프 브릿지 회로][Half Bridge Circuit]

도 1은, 본 발명의 실시예에 관련되는 하프 브릿지 회로를 도시한 도면이다. 마이크로컴퓨터나 CPU 등의 제어회로(10)로부터의 지시에 따라, 하이측 드라이버(12)과 로우측 드라이버(14)는, 각각 IGBT(16, 18)를 ON/OFF 한다. IGBT(16)의 콜렉터는 전원(20)에 접속되어 있고, 이미터는 모터나 램프 등의 부하(22)에 접속되어 있다. IGBT(18)의 콜렉터는 부하(22)에 접속되어 있고, 이미터는 접지되어 있다.1 is a diagram showing a half bridge circuit according to an embodiment of the present invention. In response to an instruction from the control circuit 10 such as a microcomputer or a CPU, the high side driver 12 and the low side driver 14 turn on / off the IGBTs 16 and 18, respectively. The collector of the IGBT 16 is connected to a power supply 20, and the emitter is connected to a load 22 such as a motor or a lamp. The collector of the IGBT 18 is connected to the load 22, and the emitter is grounded.

하이측 드라이버(12)에 대해서 더 상세하게 설명한다. 제어회로(10)로부터 입력 단자 INH를 통해 입력된 입력 신호는, 저항(24)과 슈미트 회로(26)를 통해 원 샷 펄스 회로(28)에 입력된다. 다이오드(30)의 애노드는 접지되어 있고, 캐소드는 입력 단자 INH에 접속되어 있다. 저항(32)은 입력 단자 INH와 접지점의 사이에 접속되어 있다. 다이오드(34)의 애노드는 슈미트 회로(26)의 입력에 접속되어 있고, 캐소드는 전원에 접속되어 있다.The high side driver 12 will be described in more detail. The input signal input from the control circuit 10 via the input terminal INH is input to the one shot pulse circuit 28 through the resistor 24 and the Schmitt circuit 26. The anode of the diode 30 is grounded, and the cathode is connected to the input terminal INH. The resistor 32 is connected between the input terminal INH and the ground point. The anode of the diode 34 is connected to the input of the Schmitt circuit 26 and the cathode is connected to the power supply.

원 샷 펄스 회로(28)는, 입력 신호의 상승시에 원 샷 ON펄스를 출력하고, 입력 신호의 하강시에 원 샷 OFF펄스를 출력한다. 레벨 시프트 회로(36, 38)는, 각각 원 샷 ON펄스와 원 샷 OFF펄스의 레벨을 시프트한다. 이 레벨 시프트 회로(36, 38)의 구성에 관해서는 뒤에 상세히 설명한다. 레벨 시프트 회로(36, 38)의 출력과 전원 VB의 사이에 각각 저항(40, 42)이 접속되어 있는 다이오드(44, 46)의 애노드는 전원 VS에 접속되어 있고, 다이오드(44, 46)의 캐소드는 각각 레벨 시프트 회로(36, 38)의 출력에 접속되어 있다.The one shot pulse circuit 28 outputs a one shot ON pulse when the input signal rises, and outputs a one shot OFF pulse when the input signal falls. The level shift circuits 36 and 38 shift the levels of the one shot ON pulse and the one shot OFF pulse, respectively. The configuration of the level shift circuits 36 and 38 will be described later in detail. The anodes of the diodes 44, 46, to which the resistors 40, 42 are connected, respectively, between the outputs of the level shift circuits 36, 38 and the power supply VB, are connected to the power supply VS. The cathode is connected to the output of the level shift circuits 36 and 38 respectively.

레벨 시프트 회로(36, 38)의 출력 신호는, 각각 인버터(48, 50)를 통해 RS형 플립플롭회로(52)의 세트 단자 S와 리셋 단자 R에 입력된다. RS형 플립플롭회로(52)의 출력 신호는, 인버터(54, 56)를 통해, 각각 PMOS 트랜지스터(58)의 게이트와 NMOS 트랜지스터(60)의 게이트에 입력된다. PMOS 트랜지스터(58)의 소스는 전원 VB에 접속되어 있고, NMOS 트랜지스터(60)의 소스는 전원 VS에 접속되어 있고, PMOS 트랜지스터(58)의 드레인 및 NMOS 트랜지스터(60)의 드레인은 출력 단자 OUTH를 통해 IGBT(16)의 게이트에 접속되어 있다.The output signals of the level shift circuits 36 and 38 are input to the set terminal S and the reset terminal R of the RS flip-flop circuit 52 via the inverters 48 and 50, respectively. The output signal of the RS flip-flop circuit 52 is input to the gate of the PMOS transistor 58 and the gate of the NMOS transistor 60 through the inverters 54 and 56, respectively. The source of the PMOS transistor 58 is connected to the power supply VB, the source of the NMOS transistor 60 is connected to the power supply VS, and the drain of the PMOS transistor 58 and the drain of the NMOS transistor 60 connect the output terminal OUTH. It is connected to the gate of the IGBT 16 through.

도 2는 도 1의 회로의 동작을 나타내는 타이밍 차트다. 원 샷 펄스 회로(28)는, 입력 단자 INH로부터 입력된 입력 신호의 상승시에 원 샷 ON펄스를 출력하고, 입력 신호의 하강시에 원 샷 OFF펄스를 출력한다. 그 결과, 출력 단자 OUTH로부터 출력되는 출력 신호는, 입력 신호 IN의 하이/로우 변화에 따라, ON/OFF가 전환된다.2 is a timing chart illustrating the operation of the circuit of FIG. 1. The one shot pulse circuit 28 outputs a one shot ON pulse when the input signal input from the input terminal INH rises, and outputs a one shot OFF pulse when the input signal falls. As a result, the output signal output from the output terminal OUTH is switched ON / OFF in accordance with the high / low change of the input signal IN.

[레벨 시프트 회로][Level shift circuit]

도 3은, 본 발명의 실시예 1에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다. 이 레벨 시프트 회로는, 도 1의 하프 브릿지 회로에 있어서의 레벨 시프트 회로(36, 38)에 대응한다.3 is a diagram showing a level shift circuit according to the first embodiment of the present invention. This level shift circuit corresponds to the level shift circuits 36 and 38 in the half bridge circuit of FIG.

인버터 회로 INV1은 입력 단자 IN으로부터 입력한 입력 신호를 반전하고, 그것을 인버터 회로 INV2가 반전해서 출력한다. NMOS 트랜지스터인 레벨 시프트 소자 MOS1은, 인버터 회로 INV2의 출력 신호를 게이트 신호로 삼아서 동작한다. 제1 저항 R1의 일단이 인버터 회로 INV2의 출력에 접속되어 있다. 커런트 미러 회로 CM1은, 제1 저항 R1을 통해 인버터 회로 INV2의 출력으로부터 입력한 전류 IC에 대응하는 전류 ID를 레벨 시프트 소자 MOS1의 소스로부터 접지점에 흘려보낸다.The inverter circuit INV1 inverts the input signal input from the input terminal IN, and the inverter circuit INV2 inverts and outputs it. The level shift element MOS1, which is an NMOS transistor, operates by using the output signal of the inverter circuit INV2 as a gate signal. One end of the first resistor R1 is connected to the output of the inverter circuit INV2. The current mirror circuit CM1 flows the current ID corresponding to the current IC input from the output of the inverter circuit INV2 through the first resistor R1 from the source of the level shift element MOS1 to the ground point.

레벨 시프트 소자 MOS1의 드레인은, 저항 R2를 통해 전원 VB에 접속되어 있고, 인버터 회로 INV3, INV4, INV5를 통해 출력 단자 OUT에 접속되어 있다. 다이오드 D1의 애노드는 전원 VS에 접속되어 있고, 캐소드는 레벨 시프트 소자 MOS1의 드레인에 접속되어 있다. 레벨 시프트 소자 MOS1의 임계값전압은 VTH1이며, 인버터 INV3의 임계값전압은 VTH2다.The drain of the level shift element MOS1 is connected to the power supply VB through the resistor R2, and is connected to the output terminal OUT through the inverter circuits INV3, INV4, and INV5. The anode of the diode D1 is connected to the power supply VS, and the cathode is connected to the drain of the level shift element MOS1. The threshold voltage of the level shift element MOS1 is VTH1, and the threshold voltage of the inverter INV3 is VTH2.

인버터 회로 INV2는, PMOS 트랜지스터 MOS2와 NMOS 트랜지스터 MOS3을 가진다. PMOS 트랜지스터 MOS2는, 게이트로부터 입력 신호를 입력하고, 소스가 전원 VCC에 접속되어 있고, 드레인이 레벨 시프트 소자 MOS1의 게이트에 접속되어 있다. NMOS 트랜지스터 MOS3은, 게이트로부터 입력 신호를 입력하고, 소스가 접지되어 있고, 드레인이 레벨 시프트 소자 MOS1의 게이트에 접속되어 있다.The inverter circuit INV2 has a PMOS transistor MOS2 and an NMOS transistor MOS3. The PMOS transistor MOS2 inputs an input signal from a gate, a source is connected to the power supply VCC, and a drain is connected to the gate of the level shift element MOS1. The NMOS transistor MOS3 receives an input signal from a gate, has a source grounded, and a drain connected to the gate of the level shift element MOS1.

커런트 미러 회로 CM1은, 제1 바이폴라 트랜지스터 Tr1과 제2 바이폴라 트랜지스터 Tr2를 가진다. 제1 바이폴라 트랜지스터 Tr1은, 베이스 및 콜렉터가 제1 저항 R1의 타단에 접속되어 있고, 이미터가 접지되어 있다. 제2 바이폴라 트랜지스터 Tr2는, 베이스가 제1 바이폴라 트랜지스터 Tr1의 베이스에 접속되어 있고, 콜렉터가 레벨 시프트 소자 MOS1의 소스에 접속되어 있고, 이미터가 접지되어 있다. 다시 말해, 실시예 1의 커런트 미러 회로 CM1은, 위들라(Widlar)형 커런트 미러다.The current mirror circuit CM1 has a first bipolar transistor Tr1 and a second bipolar transistor Tr2. In the first bipolar transistor Tr1, the base and the collector are connected to the other end of the first resistor R1, and the emitter is grounded. The base of the second bipolar transistor Tr2 is connected to the base of the first bipolar transistor Tr1, the collector is connected to the source of the level shift element MOS1, and the emitter is grounded. In other words, the current mirror circuit CM1 of the first embodiment is a Widlar type current mirror.

[효과 1][Effect 1]

실시예 1에 관련되는 레벨 시프트 회로의 효과에 대해서, 참고예와 비교하면서 설명한다. 도 4는, 참고예에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다. 도 3의 회로와는 달리, 제1 저항 R1 대신에, PMOS 트랜지스터 MOS2의 드레인과 레벨 시프트 소자 MOS1의 게이트의 사이에 저항 R1'이 접속되어 있다. 또한 제1 바이폴라 트랜지스터 Tr1은, 콜렉터가 저항 R1'의 타단에 접속되어 있고, 이미터가 접지되어 있다. 제2 바이폴라 트랜지스터 Tr2는, 베이스 및 콜렉터가 제1 바이폴라 트랜지스터 Tr1의 베이스와 레벨 시프트 소자 MOS1의 소스에 접속되어 있고, 이미터가 접지되어 있다. 다시 말해, 참고예의 커런트 미러 회로 CM2는, 윌슨 커런트 미러회로다.The effect of the level shift circuit which concerns on Example 1 is demonstrated, comparing with a reference example. 4 is a diagram illustrating a level shift circuit according to a reference example. Unlike the circuit of FIG. 3, instead of the first resistor R1, a resistor R1 ′ is connected between the drain of the PMOS transistor MOS2 and the gate of the level shift element MOS1. The collector of the first bipolar transistor Tr1 is connected to the other end of the resistor R1 'and the emitter is grounded. The base and collector of the second bipolar transistor Tr2 are connected to the base of the first bipolar transistor Tr1 and the source of the level shift element MOS1, and the emitter is grounded. In other words, the current mirror circuit CM2 of the reference example is a Wilson current mirror circuit.

도 5는, 실시예 1의 회로의 동작을 나타내는 타이밍 차트이며, 도 6은, 참고예의 회로의 동작을 나타내는 타이밍 차트다. 또한 도 7은, 실시예 1 및 참고예의 회로의 전원전압 의존성을 도시한 도면이다. 예를 들면 VTH1>1V, VBE=0.7V, VDS<1V다. 이 때, 전류 ID가 커질수록 임계값전압 VTH1이 상승한다.5 is a timing chart showing the operation of the circuit of the first embodiment, and FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the circuit of the reference example. 7 is a diagram showing the power supply voltage dependence of the circuits of the first embodiment and the reference example. For example, VTH1> 1V, VBE = 0.7V, and VDS <1V. At this time, the threshold voltage VTH1 increases as the current ID increases.

커런트 미러 회로 CM1, CM2가 동작하기 위해서는, 실시예 1에서는 조건 VCC>VBE+VDS를 충족시킬 필요가 있고, 참고예에서는 조건 VCC>VTH1+VBE+VDS를 충족시킬 필요가 있다. 따라서, 실시예 1은, 참고예에 비교하여, 신호를 전달하기 위해서 필요한 전원전압 VCC(허용 전압)를 저감할 수 있다.In order to operate the current mirror circuits CM1 and CM2, it is necessary to satisfy the condition VCC> VBE + VDS in the first embodiment, and to satisfy the condition VCC> VTH1 + VBE + VDS in the reference example. Therefore, the first embodiment can reduce the power supply voltage VCC (permissible voltage) necessary for transmitting a signal as compared with the reference example.

[효과 2][Effect 2]

참고예에서는, ID=(VCC-(VTH1+VBE+VDS))/R1'이 된다. 한편, 실시예 1에서는, ID=(VCC-(VBE+VDS))/R1이 된다. 다시 말해, 실시예 1에서는 전류 ID는 임계값전압 VTH1에 의존하지 않는다. 따라서, 같은 크기의 전류 ID를 얻을 경우에, 실시예 1의 저항 R1의 저항값을 참고예의 저항 R1'의 저항값보다 크게 할 수 있다. 이 때문에, 실시예 1은, 전원전압 VCC의 요동(전원전압 저하)에 대하여, 전류 ID의 요동을 작게 할 수 있다.In the reference example, ID = (VCC- (VTH1 + VBE + VDS)) / R1 '. On the other hand, in Example 1, ID = (VCC- (VBE + VDS)) / R1. In other words, in Embodiment 1, the current ID does not depend on the threshold voltage VTH1. Therefore, when the current ID of the same magnitude is obtained, the resistance value of the resistor R1 of the first embodiment can be made larger than the resistance value of the resistor R1 'of the reference example. For this reason, in Example 1, the fluctuation | variation of electric current ID can be made small with respect to the fluctuation | variation (power supply voltage fall) of the power supply voltage VCC.

참고예에서는, 전원전압 VCC의 요동에 대한 전류 ID의 변동이 크기 때문에, 조건 ID*R2>VBS-VTH2를 충족시키지 않게 되어, 레벨 시프트 회로가 정상동작하지 않고, 신호를 전달할 수 없는 경우가 있다. 이에 반해 실시예 1은, 전원전압 VCC의 요동에 대한 전류 ID의 변동이 작기 때문에, 전원전압이 변동해도 정확하게 신호를 전달할 수 있다.In the reference example, since the variation of the current ID due to the fluctuation of the power supply voltage VCC is large, the condition ID * R2> VBS-VTH2 may not be satisfied, and the level shift circuit may not operate normally and the signal may not be transmitted. . On the contrary, in Example 1, since the variation of the current ID with respect to the fluctuation of the power supply voltage VCC is small, a signal can be transmitted correctly even if a power supply voltage changes.

표 1은, 전원전압 VCC가 변동했을 경우의 IC, ID의 편차 △IC, △ID를 계산한 결과다. 여기에서, 커런트 미러 회로 CM1, CM2의 바이폴라 트랜지스터 Tr1, Tr2의 전류배증계수는 충분히 크게 했다. 또한 바이폴라 트랜지스터 Tr1, Tr2의 베이스 전류의 영향을 무시할 수 있을 정도로 작게, ID=IC×2로 했다. 또한 표준시(VCC=15V)에 있어서의 양자의 전류 IC, ID가 동일한 것으로 했다. 이 계산 결과로부터, 편차 △IC, △ID는, 실시예 1 쪽이 참고예보다 작아지는 것이 확인되었다.Table 1 shows the results of calculating the deviation? IC and? ID of the IC and ID when the power supply voltage VCC fluctuates. Here, the current multiplication coefficients of the bipolar transistors Tr1 and Tr2 of the current mirror circuits CM1 and CM2 are sufficiently large. In addition, ID = IC × 2 was set so small that the influence of the base currents of the bipolar transistors Tr1 and Tr2 could be ignored. In addition, both current ICs and IDs in standard time (VCC = 15V) were assumed to be the same. From the calculation result, it was confirmed that Example 1 of deviation (DELTA) IC and (DELTA) ID become smaller than a reference example.

[표 1][Table 1]

Figure 112011057308133-pat00001
Figure 112011057308133-pat00001

[효과 3][Effect 3]

실시예 1의 레벨 시프트 회로에서는, 입력 신호에 맞추어, 레벨 시프트 소자 MOS1과 커런트 미러 회로 CM1을 동시에 ON/OFF 시켜고 있다. 따라서, 입력 신호가 로우인 경우에는, 레벨 시프트 소자 MOS1과 커런트 미러 회로 CM1이 OFF상태가 되고, VCC-GND 사이 및 VB-GND 사이의 회로 전류는 거의 소비되지 않는다. 따라서, 실시예 1은, 소비 전류를 저감할 수 있다. 커런트 미러비에 따라 효과는 약간 다르지만, ID=IC×2인 경우, 실시예 1에서는, 참고예와 비교해서 VCC-GND 사이의 회로 전류를 3mA 정도, VB-GND 사이의 회로 전류를 6mA 정도 저감할 수 있다.In the level shift circuit of the first embodiment, the level shift element MOS1 and the current mirror circuit CM1 are turned on / off simultaneously in accordance with the input signal. Therefore, when the input signal is low, the level shift element MOS1 and the current mirror circuit CM1 are turned off, and the circuit current between VCC-GND and VB-GND is hardly consumed. Therefore, in Example 1, the current consumption can be reduced. Although the effect varies slightly depending on the current mirror ratio, in the case of ID = IC × 2, in Example 1, the circuit current between VCC-GND is reduced by about 3 mA and the circuit current between VB-GND is reduced by about 6 mA in comparison with the reference example. can do.

이 때, VCC-GND 사이의 회로 전류를 줄이기 위해서, 트랜지스터 Tr1의 콜렉터 전류에 대한 트랜지스터 Tr2의 콜렉터 전류의 비(커런트 미러비)를 크게 하는(예를 들면 10으로 한다) 것도 생각해 볼 수 있다. 그러나 이 경우, 회로 면적의 증대나, 베이스 전류의 영향으로 커런트 미러 전류값의 설정에 차질이 생기는 등의 문제가 있다. 실시예 1에서는, 이러한 문제는 생기지 않는다.At this time, in order to reduce the circuit current between VCC-GND, it is conceivable to increase the ratio (current mirror ratio) of the collector current of transistor Tr2 to the collector current of transistor Tr1 (for example, 10). In this case, however, there are problems such as an increase in the circuit area and a disturbance in the setting of the current mirror current value due to the influence of the base current. In Example 1, this problem does not occur.

실시예 2.Example 2.

도 8은, 본 발명의 실시예 2에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다. PMOS 트랜지스터 MOS2의 드레인과 레벨 시프트 소자 MOS1의 게이트의 사이에 제2 저항 R3이 접속되어 있다. 제1 저항 R1의 일단은, PMOS 트랜지스터 MOS2의 드레인과 제2 저항 R3의 접속점에 접속되어 있다. 그 외의 구성은 실시예 1과 같다.8 is a diagram showing the level shift circuit according to the second embodiment of the present invention. The second resistor R3 is connected between the drain of the PMOS transistor MOS2 and the gate of the level shift element MOS1. One end of the first resistor R1 is connected to the connection point of the drain of the PMOS transistor MOS2 and the second resistor R3. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

도 9는, 도 8의 회로의 동작을 나타내는 타이밍 차트다. 제2 저항 R3과 레벨 시프트 소자 MOS1의 기생 용량의 조합(RC 필터 효과)에 의해, 레벨 시프트 소자 MOS1을 소프트ON 시킨다. 다시 말해, ON동작시에는, 커런트 미러 회로 CM1을 레벨 시프트 소자 MOS1보다 먼저 상승시킨다. 이에 따라 전류 ID가 완만하게 상승하기 때문에, 고속 스위칭에 따른 트랜지스터 Tr2의 콜렉터·이미터 간의 서지 전류·전압의 발생을 방지할 수 있다. 한편, OFF동작시에는, 레벨 시프트 소자 MOS1을 커런트 미러 회로 CM1보다 먼저 하강시킨다.9 is a timing chart illustrating the operation of the circuit of FIG. 8. The level shift element MOS1 is soft-on by the combination of the parasitic capacitance (RC filter effect) of the second resistor R3 and the level shift element MOS1. In other words, during the ON operation, the current mirror circuit CM1 is raised before the level shift element MOS1. As a result, since the current ID rises slowly, generation of surge current and voltage between the collector and the emitter of the transistor Tr2 due to the high-speed switching can be prevented. On the other hand, during the OFF operation, the level shift element MOS1 is lowered before the current mirror circuit CM1.

실시예 3.Example 3.

도 10은, 본 발명의 실시예 3에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다. 애노드가 접지되어 있고, 캐소드가 레벨 시프트 소자 MOS1의 소스에 접속된 제너 다이오드 D2가 설치된다. 그 외의 구성은 실시예 1과 같다.10 is a diagram showing the level shift circuit according to the third embodiment of the present invention. A zener diode D2 is provided in which the anode is grounded and the cathode is connected to the source of the level shift element MOS1. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

고내압의 레벨 시프트 회로(VB>VCC)에 있어서, 레벨 시프트 소자 MOS1의 고속 스위칭, 전원 VB 또는 전원 VS의 전위 변동, 전원 VB가 전원 VCC보다 먼저 기동(起動)한 경우 등에, 트랜지스터 Tr2의 콜렉터·이미터 간에 소자 내압 규격을 초과하는 정도의 서지가 발생할 경우가 있다. 이에 대하여 트랜지스터 Tr2에 대하여 제너 다이오드 D2를 병렬로 접속함으로써, 콜렉터·이미터 간의 서지 전압을 흡수하여, 트랜지스터 Tr2의 콜렉터 전위(=레벨 시프트 소자 MOS1의 소스 전위)를 일정 전압 이하로 클램프 할 수 있다.In the high breakdown voltage level shift circuit (VB> VCC), the collector of the transistor Tr2 is used for the high speed switching of the level shift element MOS1, the potential variation of the power supply VB or the power supply VS, or the power supply VB starting before the power supply VCC. • There may be a surge that exceeds the device breakdown voltage between emitters. On the other hand, by connecting the Zener diode D2 in parallel with the transistor Tr2, the surge voltage between the collector and the emitter can be absorbed, and the collector potential of the transistor Tr2 (= source potential of the level shift element MOS1) can be clamped below a certain voltage. .

실시예 4.Example 4.

도 11은, 본 발명의 실시예 4에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다. 애노드가 레벨 시프트 소자 MOS1의 소스에 접속되어 있고, 캐소드가 인버터 회로 INV2의 출력에 접속된 다이오드 D3이 설치된다. 그 외의 구성은 실시예 1과 같다.11 is a diagram showing a level shift circuit according to the fourth embodiment of the present invention. A diode D3 is provided in which the anode is connected to the source of the level shift element MOS1 and the cathode is connected to the output of the inverter circuit INV2. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

트랜지스터 Tr2의 콜렉터·이미터 간에 발생한 서지는, 다이오드 D3을 통해 4개의 경로 I1~I4에서 방전된다. 여기에서, 경로 I1, I2는, 커런트 미러 동작으로 방전하는 경로다. 경로 I3은, 서지 전압이 VCC보다 클 경우에, MOS2의 기생 다이오드(PN 순방향 동작)를 통해 방전하는 경로다. 경로 I4는, 입력 신호가 L인 경우에, MOS3을 턴온 시켜서 방전하는 경로다. 이에 따라 실시예 3과 동일한 효과를 얻을 수 있다.Surge generated between the collector and the emitter of the transistor Tr2 is discharged in four paths I1 to I4 through the diode D3. Here, the paths I1 and I2 are paths to be discharged by the current mirror operation. Path I3 is a path that discharges through the parasitic diode (PN forward operation) of MOS2 when the surge voltage is greater than VCC. The path I4 is a path for turning on MOS3 to discharge when the input signal is L. FIG. Thereby, the same effect as Example 3 can be obtained.

실시예 5.Example 5.

도 12는, 본 발명의 실시예 5에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다. 애노드가 레벨 시프트 소자 MOS1의 소스에 접속되어 있고, 캐소드가 전원 VCC에 접속된 다이오드 D4가 설치된다. 그 외의 구성은 실시예 1과 같다. 이렇게 다이오드 D4를 통해 제2 바이폴라 트랜지스터 Tr2의 콜렉터 전위를 전원 VCC에 직접적으로 클램프 함으로써, 실시예 3과 동일한 효과를 얻을 수 있다.12 is a diagram showing the level shift circuit according to the fifth embodiment of the present invention. A diode D4 is provided in which the anode is connected to the source of the level shift element MOS1 and the cathode is connected to the power supply VCC. Other configurations are the same as those in the first embodiment. By thus clamping the collector potential of the second bipolar transistor Tr2 directly to the power supply VCC through the diode D4, the same effect as in Example 3 can be obtained.

실시예 6.Example 6.

도 13은, 본 발명의 실시예 6에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다. 베이스가 제1 바이폴라 트랜지스터 Tr1의 콜렉터에 접속되어 있고, 이미터가 제1, 2 바이폴라 트랜지스터 Tr1, Tr2의 베이스에 접속되어 있고, 콜렉터가 전원 Vcc에 접속된 제3 바이폴라 트랜지스터 Tr3이 설치된다. 제3의 바이폴라 트랜지스터 Tr3의 콜렉터와 접지점의 사이에 저항 R4가 접속되어 있다. 다시 말해, 실시예 6의 커런트 미러 회로 CM1은, 베이스 전류보상형 커런트 미러다. 그 외의 구성은 실시예 1과 같다.Fig. 13 is a diagram showing the level shift circuit according to the sixth embodiment of the present invention. A third bipolar transistor Tr3 whose base is connected to the collector of the first bipolar transistor Tr1, whose emitter is connected to the base of the first and second bipolar transistors Tr1 and Tr2, and whose collector is connected to the power supply Vcc is provided. The resistor R4 is connected between the collector of the third bipolar transistor Tr3 and the ground point. In other words, the current mirror circuit CM1 of the sixth embodiment is a base current compensation type current mirror. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

참고예에서는, 전류 ID를 전류 IR1에 가깝게 하기 위해서는 hfe가 높은 바이폴라 트랜지스터 Tr1, Tr2를 사용할 필요가 있다. 한편, 실시예 6에서는, 바이폴라 트랜지스터 Tr1, Tr2의 베이스 전류는 주로 바이폴라 트랜지스터 Tr3이 공급하므로, 적은 편차로 IR1=ID로 설정할 수 있다. 다만, 바이폴라 트랜지스터 Tr1, Tr2가 같은 사양의 소자이며, 바이폴라 트랜지스터 Tr3의 베이스 전류가 전류 IR1에 주는 영향을 무시할 수 있을 정도로 작을 필요가 있다.In the reference example, it is necessary to use bipolar transistors Tr1 and Tr2 with high hfe in order to bring the current ID closer to the current IR1. On the other hand, in the sixth embodiment, since the base currents of the bipolar transistors Tr1 and Tr2 are mainly supplied by the bipolar transistors Tr3, IR1 = ID can be set with a small deviation. However, the bipolar transistors Tr1 and Tr2 are devices having the same specification, and the bipolar transistors Tr1 and Tr2 need to be small enough to ignore the influence of the base current of the bipolar transistor Tr3 on the current IR1.

실시예 7.Example 7.

도 14는, 본 발명의 실시예 7에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다. 커런트 미라 카노우 회로 CM1은, 제1 MOS 트랜지스터 MOS4와 제2 MOS 트랜지스터 MOS5를 가진다. 제1 MOS 트랜지스터 MOS4는, 게이트 및 드레인이 제1 저항 R1의 타단에 접속되어 있고, 소스가 접지되어 있다. 제2 MOS 트랜지스터 MOS5는, 게이트가 제1 MOS 트랜지스터 MOS4의 게이트에 접속되어 있고, 드레인이 레벨 시프트 소자 MOS1의 소스에 접속되어 있고, 소스가 접지되어 있다. 다시 말해, 실시예 7의 커런트 미러 회로 CM1은, MOS형 커런트 미러 회로다. 그 외의 구성은 실시예 1과 같다. MOS형 커런트 미러 회로에서는, 실시예 6에서 설명한 바이폴라 트랜지스터를 사용한 커런트 미러 회로의 문제점이 없기 때문에, 적은 편차로 IR1=ID로 설정할 수 있다.Fig. 14 is a diagram showing the level shift circuit according to the seventh embodiment of the present invention. The current Mira Canow circuit CM1 has a first MOS transistor MOS4 and a second MOS transistor MOS5. In the first MOS transistor MOS4, the gate and the drain are connected to the other end of the first resistor R1, and the source is grounded. In the second MOS transistor MOS5, a gate is connected to the gate of the first MOS transistor MOS4, a drain is connected to the source of the level shift element MOS1, and the source is grounded. In other words, the current mirror circuit CM1 of the seventh embodiment is a MOS type current mirror circuit. Other configurations are the same as those in the first embodiment. In the MOS type current mirror circuit, since there is no problem of the current mirror circuit using the bipolar transistor described in the sixth embodiment, it is possible to set IR1 = ID with a small deviation.

실시예 8.Example 8.

도 15는, 본 발명의 실시예 8에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다. 실시예 2와 마찬가지로 제2 저항 R3이 설치되고, 실시예 3과 마찬가지로 제너 다이오드 D2가 설치된다. 그 외의 구성은 실시예 7과 같다. 이에 따라 실시예 2, 3, 7과 동일한 효과를 얻을 수 있다.Fig. 15 is a diagram showing the level shift circuit according to the eighth embodiment of the present invention. As in Example 2, the second resistor R3 is provided, and in the same manner as in Example 3, a Zener diode D2 is provided. Other configurations are the same as those in the seventh embodiment. Thereby, the same effect as Example 2, 3, 7 can be acquired.

실시예 9.Example 9.

도 16은, 본 발명의 실시예 9에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다. 실시예 2와 마찬가지로 제2 저항 R3이 설치되고, 실시예 4와 마찬가지로 다이오드 D3이 설치된다. 그 외의 구성은 실시예 7과 같다. 이에 따라 실시예 2, 4, 7과 동일한 효과를 얻을 수 있다.Fig. 16 is a diagram showing the level shift circuit according to the ninth embodiment of the present invention. Similarly to the second embodiment, the second resistor R3 is provided, and similarly to the fourth embodiment, the diode D3 is provided. Other configurations are the same as those in the seventh embodiment. Thereby, the same effect as Example 2, 4, 7 can be acquired.

실시예 10.Example 10.

도 17은, 본 발명의 실시예 10에 관련되는 레벨 시프트 회로를 도시한 도면이다. 실시예 2와 마찬가지로 제2 저항 R3이 설치되고, 실시예 5와 마찬가지로 다이오드 D4가 설치된다. 그 외의 구성은 실시예 7과 같다. 이에 따라 실시예 2, 5, 7과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
17 is a diagram showing the level shift circuit according to the tenth embodiment of the present invention. As in the second embodiment, the second resistor R3 is provided, and in the same manner as in the fifth embodiment, the diode D4 is provided. Other configurations are the same as those in the seventh embodiment. Thereby, the same effect as Example 2, 5, 7 can be acquired.

CM1 : 커런트 미러 회로
D2 : 제너 다이오드
D3, D4 : 다이오드
INV2 : 인버터 회로
MOS1 : 레벨 시프트 소자
MOS2 : PMOS 트랜지스터
MOS3 : NMOS 트랜지스터
MOS4 : 제1 MOS 트랜지스터
MOS5 : 제2 MOS 트랜지스터
R1 : 제1 저항
R3 : 제2 저항
Tr1 : 제1 바이폴라 트랜지스터
Tr2 : 제2 바이폴라 트랜지스터
Tr3 : 제3 바이폴라 트랜지스터
CM1: Current Mirror Circuit
D2: Zener Diode
D3, D4: Diode
INV2: Inverter Circuit
MOS1: level shift element
MOS2: PMOS transistor
MOS3: NMOS transistor
MOS4: first MOS transistor
MOS5: second MOS transistor
R1: first resistor
R3: second resistor
Tr1: first bipolar transistor
Tr2: second bipolar transistor
Tr3: third bipolar transistor

Claims (9)

입력 신호를 반전해서 출력하는 인버터 회로와,
상기 입력신호를 반전한 신호를 게이트 신호로 삼아서 동작하는 레벨 시프트 소자와,
일단이 상기 인버터 회로의 출력에 접속된 제1 저항과,
상기 제1 저항을 통해 상기 인버터 회로의 출력으로부터 입력한 전류에 대응하는 전류를 상기 레벨 시프트 소자의 소스로부터 접지점에 흘려보내는 커런트 미러 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 레벨 시프트 회로.
An inverter circuit for inverting and outputting an input signal;
A level shift element which operates by using the inverted signal as a gate signal;
A first resistor whose one end is connected to the output of said inverter circuit,
And a current mirror circuit for flowing a current corresponding to a current input from the output of the inverter circuit through the first resistor from a source of the level shift element to a ground point.
입력신호를 반전한 신호를 게이트 신호로 삼아서 동작하는 레벨 시프트 소자와,
상기 입력신호를 반전한 신호로부터 결정되는 전류가 입력되고, 입력된 전류에 대응하는 전류를 상기 레벨 시프트 소자의 소스로부터 접지점에 흘려보내는 커런트 미러 회로와,
상기 입력 신호를 반전한 신호를 출력하는 인버터 회로와,
상기 인버터 회로의 출력과 상기 커런트 미러 회로의 사이에 접속되어 상기 커런트 미러 회로에 입력되는 전류를 결정하는 제1 저항을 구비한 것을 특징으로 하는 레벨 시프트 회로.
A level shift element that operates by using a signal inverted from an input signal as a gate signal,
A current mirror circuit for inputting a current determined from a signal inverting the input signal, for flowing a current corresponding to the input current from a source of the level shift element to a ground point;
An inverter circuit for outputting a signal inverting the input signal;
And a first resistor connected between the output of the inverter circuit and the current mirror circuit to determine a current input to the current mirror circuit.
제2항에 있어서,
상기 커런트 미러 회로는,
베이스 및 콜렉터가 상기 제1 저항의 타단에 접속되어 있고, 이미터가 접지된 제1 바이폴라 트랜지스터와,
베이스가 상기 제1 바이폴라 트랜지스터의 베이스에 접속되어 있고, 콜렉터가 상기 레벨 시프트 소자의 소스에 접속되어 있고, 이미터가 접지된 제2 바이폴라 트랜지스터를 갖는 것을 특징으로 하는 레벨 시프트 회로.
The method of claim 2,
The current mirror circuit,
A first bipolar transistor having a base and a collector connected to the other end of the first resistor, and having an emitter grounded;
And a base connected to a base of the first bipolar transistor, a collector connected to a source of the level shift element, and an emitter connected to a grounded second bipolar transistor.
제2항에 있어서,
상기 커런트 미러 회로는,
게이트 및 드레인이 상기 제1 저항의 타단에 접속되어 있고, 소스가 접지된 제1 MOS 트랜지스터와,
게이트가 상기 제1 MOS 트랜지스터의 게이트에 접속되어 있고, 드레인이 상기 레벨 시프트 소자의 소스에 접속되어 있고, 소스가 접지된 제2 MOS 트랜지스터를 갖는 것을 특징으로 하는 레벨 시프트 회로.
The method of claim 2,
The current mirror circuit,
A first MOS transistor having a gate and a drain connected to the other end of the first resistor, and having a source grounded;
And a gate is connected to the gate of the first MOS transistor, a drain is connected to the source of the level shift element, and the source has a second MOS transistor whose ground is grounded.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인버터 회로는,
게이트로부터 상기 입력 신호를 입력하고, 소스가 전원에 접속되어 있고, 드레인이 상기 레벨 시프트 소자의 게이트에 접속된 PMOS 트랜지스터와,
게이트로부터 상기 입력 신호를 입력하고, 소스가 접지되어 있고, 드레인이 상기 레벨 시프트 소자의 게이트에 접속된 NMOS 트랜지스터를 갖는 것을 특징으로 하는 레벨 시프트 회로.
The method according to any one of claims 1 to 4,
The inverter circuit,
A PMOS transistor whose input signal is input from a gate, a source is connected to a power supply, and a drain is connected to a gate of the level shift element;
And a NMOS transistor whose input is input from a gate, whose source is grounded, and whose drain is connected to the gate of said level shift element.
제 5항에 있어서,
상기 PMOS 트랜지스터의 드레인과 상기 레벨 시프트 소자의 게이트의 사이에 접속된 제2 저항을 더 구비하고,
상기 제1 저항의 일단은, 상기 PMOS 트랜지스터의 드레인과 상기 제2 저항의 접속점에 접속되는 것을 특징으로 하는 레벨 시프트 회로.
6. The method of claim 5,
And a second resistor connected between the drain of the PMOS transistor and the gate of the level shift element,
One end of the first resistor is connected to a connection point of a drain of the PMOS transistor and the second resistor.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
애노드가 접지되어 있고, 캐소드가 상기 레벨 시프트 소자의 소스에 접속된 제너 다이오드를 더 구비한 것을 특징으로 하는 레벨 시프트 회로.
The method according to any one of claims 2 to 4,
And a Zener diode having an anode grounded and a cathode connected to a source of the level shift element.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
애노드가 상기 레벨 시프트 소자의 소스에 접속되어 있고, 캐소드가 상기 인버터 회로의 출력에 접속된 다이오드를 더 구비한 것을 특징으로 하는 레벨 시프트 회로.
The method according to any one of claims 1 to 4,
And an anode connected to the source of the level shift element and a cathode connected to the output of the inverter circuit.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
애노드가 상기 레벨 시프트 소자의 소스에 접속되어 있고, 캐소드가 전원에 접속된 다이오드를 더 구비한 것을 특징으로 하는 레벨 시프트 회로.
The method according to any one of claims 1 to 4,
And an anode connected to a source of said level shift element, and a cathode connected to a power supply.
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