KR20070080969A - Level shifter - Google Patents

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Abstract

A level shifter is provided to maintain rising propagation delay and falling propagation delay of an output waveform uniformly by reducing a short circuit current. A level shifter includes an initial charging part(200) and a level shifter part(300). The initial charging part(200) has a boosting circuit unit(210) and a buffer unit(220). The level shifter part has a first transistor(T1), a second transistor(T2), and a third transistor(T3). The level shifter part(300) is connected to the initial charging part(200) for initial charging capacitors and provides each channel with a voltage level-shifted for an inputted voltage. Capacitors(C) are installed on each level shifter part. The initial charging part(200) initializes the charging of the capacitors(C). The level shifter part(300) shifts a level of the input voltage by boosting a voltage with using a capacitor coupling effect for reducing short circuit current.

Description

레벨 쉬프터{level shifter}Level shifter

도 1a 및 도 1b는 종래의 레벨 쉬프터 구조를 나타내는 회로도.1A and 1B are circuit diagrams showing a conventional level shifter structure.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 의한 레벨 쉬프터의 회로도.2A and 2B are circuit diagrams of a level shifter according to an embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3c는 도 2a에 도시된 레벨 쉬프터 회로의 동작을 설명하기 위한 도면.3A to 3C are views for explaining the operation of the level shifter circuit shown in Fig. 2A.

도 4a 내지 도 4c는 도 2b에 도시된 레벨 쉬프터 회로의 동작을 설명하기 위한 도면.4A to 4C are views for explaining the operation of the level shifter circuit shown in FIG. 2B.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 레벨 쉬프터의 회로도.5A and 5B are circuit diagrams of a level shifter according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 레벨 쉬프터에 관한 것으로, 특히 소비전력 및 전파지연(propagation delay) 문제를 극복하는 레벨 쉬프터에 관한 것이다.The present invention relates to a level shifter, and more particularly, to a level shifter that overcomes power consumption and propagation delay problems.

도 1a 및 도 1b는 종래의 레벨 쉬프터 구조를 나타내는 회로도이다. 1A and 1B are circuit diagrams showing a conventional level shifter structure.

단, 도 1a는 레벨 업 쉬프터(level up shifter)에 대한 회로도이고, 도 1b는 레벨 다운 쉬프터(level down shifter)에 대한 회로도이다.1A is a circuit diagram for a level up shifter, and FIG. 1B is a circuit diagram for a level down shifter.

여기서, 도 1a에 도시된 VDDH는 레벨 업 쉬프터의 공급 전압이고, 도 1b에 도시된 VDDL 및 VSS는 레벨 다운 쉬프터의 공급 전압이며, IN은 레벨 업/다운 쉬프터의 입력전압, OUT는 출력전압을 나타낸다.Here, VDDH shown in FIG. 1A is a supply voltage of a level up shifter, VDDL and VSS shown in FIG. 1B are supply voltages of a level down shifter, IN is an input voltage of a level up / down shifter, and OUT is an output voltage. Indicates.

이하, 도 1a를 참조하여 레벨 업 쉬프터의 구조 및 동작을 설명하도록 한다.Hereinafter, the structure and operation of the level up shifter will be described with reference to FIG. 1A.

도 1a를 참조하면 종래의 레벨 업 쉬프터는 입력전압(IN) 및 반전된 입력전압(INb)를 제공받는 제 1 및 제 2 N채널 트랜지스터(NM1, NM2)와; 상기 입력전압을 승압(level up) 하기 위한 래치 회로로 구성되며, 상기 래치 회로는 제 1 및 제 2 P채널 트랜지스터(PM1, PM2)로 구성된다. Referring to FIG. 1A, a conventional level up shifter includes first and second N-channel transistors NM1 and NM2 that receive an input voltage IN and an inverted input voltage INb; The latch circuit is configured to level up the input voltage, and the latch circuit includes first and second P-channel transistors PM1 and PM2.

상기 NM1, NM2는 각각 게이트가 입력전압(IN) 및 반전된 입력전압(INb)과 연결되고, 소스는 접지 전압(GND)와 연결되며, 드레인은 각각 제 1 및 제 2노드(A, B)에 접속되어 상기 래치 회로에 연결된다. 단, 상기 제 2노드(B)는 출력전압(OUT)과 연결된다.The NM1 and NM2 gates are connected to the input voltage IN and the inverted input voltage INb, the source is connected to the ground voltage GND, and the drains of the first and second nodes A and B are respectively. Is connected to the latch circuit. However, the second node B is connected to the output voltage OUT.

상기 래치 회로를 구성하는 PM1, PM2의 게이트 및 드레인은 각각 상기 제 1 및 제 2노드 사이에 교차되어 연결되며, 소스는 레벨 업 쉬프터의 공급 전압인 VDDH에 연결된다.Gates and drains of the PM1 and the PM2 constituting the latch circuit are alternately connected between the first and second nodes, respectively, and the source is connected to VDDH which is a supply voltage of the level up shifter.

상기 구조를 갖는 종래의 레벨 업 쉬프터의 경우 예컨대 입력전압(IN)이 0V~5V의 범위를 갖고 출력전압 OUT이 0V~10V의 범위를 갖는다면 IN이 하이 레벨 즉, 5V일 때 INb는 로우 레벨 즉, 0V가 되고 IN이 로우 레벨(0V) 일 때 INb는 하이 레벨(5V)이 된다. In the conventional level up shifter having the above structure, for example, if the input voltage IN is in the range of 0V to 5V and the output voltage OUT is in the range of 0V to 10V, INb is low level when IN is high, that is, 5V. That is, when 0V and IN are at the low level (0V), INb is at the high level (5V).

상기 IN이 5V일 경우 IN이 인가되는 NM1은 턴 온되고 INb가 인가되는 NM2는 턴 오프된다. 이에 따라 상기 턴 온된 NM1을 통해 PM2가 턴 온 되고 출력전압(OUT) 은 상기 공급전압 VDDH에 의해 승압(level up) 되어 10V가 된다. When IN is 5V, NM1 to which IN is applied is turned on and NM2 to which INb is applied is turned off. Accordingly, PM2 is turned on through the turned-on NM1 and the output voltage OUT is boosted up to the level of 10V by the supply voltage VDDH.

반면, IN이 0V일 경우 INb이 인가되는 NM2가 턴 온되고 IN이 인가되는 NM1은 턴 오프되어 출력전압(OUT)은 0V가 된다. On the other hand, when IN is 0V, NM2 to which INb is applied is turned on and NM1 to which IN is applied is turned off, so that the output voltage OUT becomes 0V.

도 1b에 도시된 레벨 다운 쉬프터의 경우에도 상기 설명한 레벨 업 쉬프터와 같은 원리로 동작된다.The level down shifter shown in FIG. 1B also operates on the same principle as the level up shifter described above.

상기 종래의 레벨 업 쉬프터의 동작을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다Referring to the operation of the conventional level up shifter in more detail as follows.

먼저 상기 입력전압(IN)이 로우 레벨(0V)에서 하이 레벨(5V)로 천이하면, 상기 NM1은 턴 온되고, 상기 NM2는 턴 오프된다. 상기 NM1이 턴 온됨에 따라 제 1 노드(A)가 로우 레벨로 되고, 상기 PM2가 턴 온된다. 따라서, 상기 제 2 노드(B)는 하이 레벨로 되고, 상기 PM1은 턴 오프된다.First, when the input voltage IN transitions from the low level (0V) to the high level (5V), the NM1 is turned on and the NM2 is turned off. As the NM1 is turned on, the first node A is turned low and the PM2 is turned on. Therefore, the second node B is at a high level, and the PM1 is turned off.

이에 상기 제 2 노드(B)의 전압 레벨은 상기 PM2를 통한 승압전압 즉, VDDH와 동일하고, 이 전압(10V)은 출력전압(OUT)으로 제공된다.Accordingly, the voltage level of the second node B is equal to the boosted voltage through the PM2, that is, VDDH, and this voltage 10V is provided as an output voltage OUT.

반면, 상기 입력전압(IN)이 하이 레벨(5V)에서 로우 레벨(0V)로 천이하면, 상기 NM1은 턴 오프 되고, 상기 NM2는 턴 온된다. 상기 NM2가 턴 온 됨에 따라 상기 제 2 노드(B)가 로우 레벨로 되고, 상기 PM1이 턴 온 된다. 따라서, 상기 제 1 노드(A)는 하이 레벨이 되고, 상기 PM2는 턴 오프 된다. On the other hand, when the input voltage IN transitions from the high level (5V) to the low level (0V), the NM1 is turned off, the NM2 is turned on. As the NM2 is turned on, the second node B is turned low and the PM1 is turned on. Thus, the first node A is at a high level and the PM2 is turned off.

이에 상기 제 2 노드(B)의 전압 레벨은 상기 NM2의 턴 온에 의해 로우레벨(0V)이 되고, 이 전압(0V)은 출력전압(OUT)으로 제공된다.Accordingly, the voltage level of the second node B becomes low level (0V) by turning on the NM2, and this voltage (0V) is provided as an output voltage OUT.

그러나, 이와 같은 종래의 레벨 쉬프터 구조에서는 상기 입력전압(IN)이 하이 레벨에서 로우 레벨로 천이하는 시점에서 상기 PM2는 턴 온 상태이고, 상기 NM2 는 턴 오프 상태에서 턴 온 상태로 천이하므로, 상기 구간 동안 상기 PM2와 상기 NM2모두가 턴 온 상태를 유지하여 상기 PM2, NM2 사이에 전류 통로가 형성된다. However, in the conventional level shifter structure, since the PM2 is turned on at the time when the input voltage IN transitions from the high level to the low level, the NM2 transitions from the turned off state to the turned on state, Both the PM2 and the NM2 are turned on during the interval, so that a current path is formed between the PM2 and the NM2.

반대로, 상기 입력전압(IN)이 로우 레벨에서 하이 레벨로 천이하는 시점에는 상기 PM1과 상기 NM1 모두가 턴 온 상태를 유지하여 상기 PM1, NM1 사이에 전류 통로가 형성되며, 이때 발생하는 short circuit 전류는 회로의 소비 전력을 증가시키는 단점이 된다.On the contrary, at the time when the input voltage IN transitions from the low level to the high level, both the PM1 and the NM1 remain turned on to form a current path between the PM1 and NM1, and a short circuit current generated at this time Is a disadvantage of increasing the power consumption of the circuit.

또한, 종래의 레벨 쉬프터 구조의 경우 입력전압이 로우 레벨에서 하이 레벨로 천이할 경우 출력 전압이 생성될 때 2 단계(phase)가 필요하나, 입력전압이 하이 레벨에서 로우 레벨로 천이할 경우에는 출력 전압이 생성될 때 1 단계(phase)가 필요하게 된다. 즉, 출력 전압 생성시 동작 단계가 달라 출력 파형에 있어서 항상 상승 전파지연(rising propagation delay)과 하강 전파지연(falling propagation delay)이 서로 다르다는 문제가 있다.In addition, the conventional level shifter structure requires two phases when the output voltage is generated when the input voltage transitions from the low level to the high level, but outputs when the input voltage transitions from the high level to the low level. One phase is needed when the voltage is generated. That is, there is a problem in that the rising propagation delay and the falling propagation delay are different from each other in the output waveform due to different operation steps when generating the output voltage.

또한, 종래의 레벨 쉬프터 구조의 경우 언제나 입력전압이 인가되는 트랜지스터(NM1, NM2)가 cross coupled 된 트랜지스터(PM1, PM2) 보다 전류구동 능력이 더 커야만 회로가 동작한다는 특성이 있으며, 이는 NM1, NM2의 width가 상당히 커야 하는 단점을 갖게 된다.In addition, in the conventional level shifter structure, the circuit operates only when the transistors NM1 and NM2 to which the input voltage is applied are larger than the cross-coupled transistors PM1 and PM2. The disadvantage is that the width of NM2 must be quite large.

이와 같이 입력전압이 인가되는 트랜지스터(NM1, NM2)의 W(Width)/L(Length) 즉, 사이즈(size)가 커질 경우 입력신호가 바라 보는 캐패시턴스의 값이 커져 입력전압이 로우 레벨(0V)에서 하이 레벨로(5V)로, 또는 하이 레벨(5V)에서 로우 레벨(0V)로 천이되는 기울기가 더 작아지게 된다. 즉, 구조적으로 대칭되는 반대편 cross coupled된 트랜지스터(PM1, PM2)가 턴 온 될 때까지 상기 PM1, PM2 및 이에 대응되는 NM1, NM2가 각각 둘 다 턴 온 되어 앞서 설명한 short circuit 전류가 많이 발생하는 단점을 갖게 되므로 앞서 언급한 short circuit 전류는 더욱 크게 증가되고 따라서 소비전력이 매우 크게 된다는 단점이 있다.In this way, when the W (Width) / L (Length) of the transistors NM1 and NM2 to which the input voltage is applied, that is, the size, is increased, the capacitance value viewed by the input signal is increased so that the input voltage is low level (0V). The slope that transitions from to high level (5V) or from high level (5V) to low level (0V) becomes smaller. That is, the short-circuit current described above is generated because the PM1 and PM2 and the corresponding NM1 and NM2 are both turned on until the opposing cross-coupled transistors PM1 and PM2 that are structurally symmetrical turn on. As a result, the short circuit current mentioned above is further increased and thus the power consumption is very large.

본 발명은 초기 충전부(initial charging part) 및 상기 초기 충전부와 각각 연결된 n개의 레벨 쉬프터부(level shifter part)로 구성되는 것으로, 상기 초기 충전부는 각 레벨 쉬프터부에 구비된 캐패시터의 충전을 초기화하며, 상기 각각의 레벨 쉬프터부는 캐패시터 커플링 효과를 이용한 전압 부스팅(boosting) 동작을 통해 short circuit 전류를 크게 줄여 저 소비 전력 회로를 구현하고 출력 파형의 상승 전파지연(rising propagation delay)과 하강 전파지연(falling propagation delay)을 균일하게 유지시켜주도록 구성되는 레벨 쉬프터를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is composed of an initial charging part (initial charging part) and n level shifter parts (level shifter parts) connected to the initial charging part, respectively, wherein the initial charging part initializes the charging of the capacitors provided in each level shifter part, Each of the level shifters reduces the short circuit current by a voltage boosting operation using a capacitor coupling effect to implement a low power consumption circuit, and a rising propagation delay and a falling propagation delay of the output waveform. Its purpose is to provide a level shifter configured to maintain a uniform propagation delay.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 레벨 쉬프터는, 초기 충전부(initial charging part) 및 상기 초기 충전부와 각각 연결된 n개의 레벨 쉬프터부(level shifter part)로 구성되며, 상기 레벨 쉬프터부는, 상기 초기 충전부에서 출력되는 신호가 게이트로 인가되는 제 1 트랜지스터(T1)와; 제 1노드(N1) 및 입력전압(IN) 단자 사이에 연결되는 캐패시터(C)와; 상기 제 1노드(N1)에 게이트가 접속되고, 제 2전원(VDDH) 및 출력전압(OUT) 단자 사이에 연결되는 제 2트랜지스터 (T2)와; 상기 입력전압(IN) 단자에 게이트가 접속되고, 접지전압(GND) 및 출력전압(out 1 ~ out n) 단자 사이에 연결되는 제 3트랜지스터(T3)가 포함됨을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the level shifter according to an embodiment of the present invention includes an initial charging part and an n level shifter part respectively connected to the initial charging part, and the level shifter part includes: A first transistor T1 to which a signal output from the initial charging unit is applied to a gate; A capacitor C connected between the first node N1 and the input voltage IN terminal; A second transistor (T2) having a gate connected to the first node (N1) and connected between a second power supply (VDDH) and an output voltage (OUT) terminal; A gate is connected to the input voltage IN terminal, and a third transistor T3 is connected between the ground voltage GND and the output voltage out 1 to out n terminals.

여기서, 상기 제 1트랜지스터(T1)의 소스는 제 1전원(VDDL)과 연결되고, 드레인은 제 1노드(N1)에 연결되고, 상기 제 1전원(VDDL)는 상기 제 2전원(VDDH)보다 낮은 양의 전압이며, 상기 입력전압(IN)은 최초 로우레벨로 입력됨을 특징으로 한다.Here, the source of the first transistor T1 is connected to the first power source VDDL, the drain is connected to the first node N1, and the first power source VDDL is less than the second power source VDDH. The voltage is a low positive voltage, and the input voltage IN is initially input at a low level.

또는, 상기 제 1트랜지스터(T1)의 소스가 제 2전원(VDDH)과 연결되고, 드레인은 제 1노드(N1)에 연결되며, 상기 입력전압(IN)은 최초 하이레벨로 입력됨을 특징으로 한다.Alternatively, the source of the first transistor T1 may be connected to the second power source VDDH, the drain may be connected to the first node N1, and the input voltage IN may be input at an initial high level. .

또한, 상기 제 2 트랜지스터(T2) 및 제 3트랜지스터(T3)는 서로 다른 타입으로 구현되어 풀 업(pull up) 트랜지스터 및 풀 다운(pull down) 트랜지스터로 동작하며, 상기 제 2트랜지스터(T2)는 P채널 트랜지스터이고, 제 3트랜지스터(T3)는 N채널 트랜지스터임을 특징으로 한다.In addition, the second transistor T2 and the third transistor T3 are implemented in different types to operate as a pull up transistor and a pull down transistor, and the second transistor T2 It is a P-channel transistor, the third transistor (T3) is characterized in that the N-channel transistor.

또한, 상기 초기 충전부는 초기화 신호(reset) 및 반전된 초기화 신호(resetb)를 입력받아 이를 소정 전압으로 승압시켜 출력하는 승압 회로부와, 상기 승압회로부의 출력 전압을 안정화하는 버퍼부를 포함하고, 상기 승압 회로부는 초기화 신호(reset) 및 반전된 초기화 신호(resetb)를 제공받는 제 1 및 제 2 N채널 트랜지스터(NM1, NM2)와; 상기 입력전압을 승압(level up) 하기 위한 래치 회로로 구성되며, 상기 래치 회로는 제 1 및 제 2 P채널 트랜지스터(PM1, PM2)로 구성됨을 특징으로 한다. The initial charging unit may include a booster circuit unit configured to receive an initialization signal and an inverted reset signal resetb and boost the voltage to a predetermined voltage, and output a buffer to stabilize the output voltage of the booster circuit unit. The circuit unit may include first and second N-channel transistors NM1 and NM2 that receive an initialization signal and an inverted initialization signal resetb; The latch circuit is configured to level up the input voltage, and the latch circuit includes first and second P-channel transistors PM1 and PM2.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 레벨 쉬프터는, 초기화 신호(reset) 및 반전된 초기화 신호(resetb)를 입력받아 이를 소정 전압으로 강압시켜 출력하는 강압 회로부와, 버퍼부를 포함하여 구성되는 초기 충전부(initial charging part) 및 상기 초기 충전부와 각각 연결된 n개의 레벨 쉬프터부(level shifter part)로 구성되며, In addition, the level shifter according to another embodiment of the present invention, an initial charging unit including a step-down circuit unit for receiving a reset signal and an inverted reset signal resetb and stepping it down to a predetermined voltage and outputting the buffer; (initial charging part) and n level shifter parts (level shifter part) respectively connected to the initial charging part,

상기 레벨 쉬프터부는 각각 상기 초기 충전부에서 출력되는 신호가 게이트로 인가되고, 제 1노드(N1)와 제 3전원(VSS) 또는 접지전압(GND) 사이에 구비된 제 1 트랜지스터(T1)와; 제 1노드(N1) 및 입력전압(IN) 단자 사이에 연결되는 캐패시터(C)와; 상기 제 1노드(N1)에 게이트가 접속되고, 제 3전원(VSS) 및 출력전압(OUT) 단자 사이에 연결되는 제 2트랜지스터(T2)와; 상기 상기 입력전압(IN) 단자에 게이트가 접속되고, 제 1전원(VDDL) 및 출력전압(OUT) 단자 사이에 연결되는 제 3트랜지스터(T3)가 포함됨을 특징으로 한다. Each of the level shifters includes a first transistor T1 having a signal output from the initial charging unit being applied to a gate, and disposed between a first node N1 and a third power source VSS or a ground voltage GND; A capacitor C connected between the first node N1 and the input voltage IN terminal; A second transistor T2 connected to a gate of the first node N1 and connected between a third power supply VSS and an output voltage OUT terminal; A gate is connected to the input voltage IN terminal, and a third transistor T3 is connected between a first power supply VDDL and an output voltage OUT terminal.

여기서, 상기 제 1트랜지스터(T1)의 소스에 접지전압(GND)이 입력될 경우 상기 입력전압(IN)은 최초 하이 레벨로 입력되고, 상기 제 1트랜지스터(T1)의 소스에 제 3전원(VSS)이 입력될 경우 상기 입력전압(IN)은 최초 로우 레벨로 입력됨을 특징으로 한다. Here, when the ground voltage GND is input to the source of the first transistor T1, the input voltage IN is initially input at a high level, and the third power source VSS is supplied to the source of the first transistor T1. Is input, the input voltage IN is initially input at a low level.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 의한 레벨 쉬프터의 회로도이다. 2A and 2B are circuit diagrams of a level shifter according to an embodiment of the present invention.

단, 도 2a 및 도 2b에 도시된 제 1전원(VDDL) 및 제 2전원(VDDH)는 레벨 쉬프터의 공급 전압이고, IN은 레벨 쉬프터의 입력전압, out 1 ~ out n은 출력전압을 나타낸다.However, the first power source VDDL and the second power source VDDH shown in FIGS. 2A and 2B are supply voltages of the level shifter, IN is an input voltage of the level shifter, and out 1 to out n are output voltages.

이 때, 상기 제 2전원(VDDH)는 제 1전원(VDDL)보다 높은 양의 전압이며, 바람직하게는 상기 제 1전원(VDDL)의 2배 높은 값을 갖는다.In this case, the second power source VDDH is a positive voltage higher than that of the first power source VDDL, and preferably has a value twice as high as that of the first power source VDDL.

본 발명의 실시예의 경우 상기 제 2전원(VDDH)는 10V, 상기 제 1전원(VDDL)은 5V가 인가됨을 그 예로 설명한다. According to an exemplary embodiment of the present invention, the second power source VDDH is applied with 10V and the first power source VDDL is applied with 5V.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 레벨 쉬프터의 구조 및 동작을 설명하도록 한다.Hereinafter, the structure and operation of the level shifter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2.

먼저 도 2a에 도시된 본 발명의 실시예에 의한 레벨 쉬프터는, 초기 충전부(initial charging part)(200) 및 상기 초기 충전부(200)와 각각 연결된 n개의 레벨 쉬프터부(level shifter part)(300)로 구성된다.First, the level shifter according to the embodiment of the present invention illustrated in FIG. 2A includes an initial charging part 200 and n level shifter parts 300 connected to the initial charging part 200, respectively. It consists of.

즉, 입력된 전압에 대한 레벨 쉬프팅된 전압을 각 채널 별로 제공하기 위해 n개의 레벨 쉬프터부(300)가 구비되고, 상기 n개의 레벨 쉬프터부(300)에 각각 구비된 캐패시터(C)의 초기 충전을 위해 1개의 초기 충전부(200)가 각각의 레벨 쉬프터부(300)에 연결됨을 특징으로 한다. That is, n level shifter units 300 are provided to provide level shifted voltages for the input voltages for each channel, and initial charging of the capacitors C provided in the n level shifter units 300, respectively. One initial charging unit 200 is characterized in that for connecting to each level shifter (300).

이를 통해 상기 초기 충전부(200)는 각 레벨 쉬프터부에 구비된 캐패시터의 충전을 초기화하며, 상기 각각의 레벨 쉬프터부(300)는 입력 전압의 레벨 쉬프팅에 있어 캐패시터 커플링 효과를 이용한 전압 부스팅(boosting) 동작을 통해 short circuit 전류를 크게 줄여 저 소비 전력 회로를 구현하고 출력 파형의 상승 전파지 연(rising propagation delay)과 하강 전파지연(falling propagation delay)을 균일하게 유지시켜주는 역할을 한다. Through this, the initial charging unit 200 initializes the charging of the capacitors provided in each level shifter unit, and each level shifter unit 300 boosts the voltage using a capacitor coupling effect in the level shifting of the input voltage. By reducing the short circuit current, a low power consumption circuit is realized, and the rising propagation delay and the falling propagation delay of the output waveform are maintained uniformly.

먼저 상기 초기 충전부(200)는 초기화 신호(reset) 및 반전된 초기화 신호(resetb)를 입력받아 이를 소정 전압으로 승압시켜 출력하는 승압 회로부(210)와, 버퍼부(220)로 구성된다.First, the initial charging unit 200 is composed of a booster circuit unit 210 and a buffer unit 220 for receiving an initialization signal reset and an inverted initialization signal resetb and boosting them to a predetermined voltage.

상기 승압 회로부(210)는 앞서 도 1에 도시된 종래의 레벨 쉬프터와 동일한 구조로 이루어 질 수 있으며, 이에 따라 도 2에 도시된 승압 회로부는 초기화 신호(reset) 및 반전된 초기화 신호(resetb)를 제공받는 제 1 및 제 2 N채널 트랜지스터(NM1, NM2)와; 상기 입력전압을 승압(level up) 하기 위한 래치 회로로 구성되며, 상기 래치 회로는 제 1 및 제 2 P채널 트랜지스터(PM1, PM2)로 구성된다. The booster circuit unit 210 may have the same structure as that of the conventional level shifter shown in FIG. 1. Accordingly, the booster circuit unit illustrated in FIG. 2 may reset the reset signal and the inverted reset signal resetb. First and second N-channel transistors NM1 and NM2 provided; The latch circuit is configured to level up the input voltage, and the latch circuit includes first and second P-channel transistors PM1 and PM2.

상기 NM1, NM2는 각각 게이트가 초기화 신호(reset) 및 반전된 초기화 신호(resetb)와 연결되고, 소스는 접지 전압(GND)와 연결되며, 드레인은 각각 제 1 및 제 2노드(A, B)에 접속되어 상기 래치 회로에 연결된다. 단, 상기 제 2노드(B)는 출력전압(OUT)과 연결된다.The NM1 and NM2 gates are respectively connected to an initialization signal reset and an inverted initialization signal resetb, a source is connected to a ground voltage GND, and a drain is respectively connected to the first and second nodes A and B. Is connected to the latch circuit. However, the second node B is connected to the output voltage OUT.

상기 래치 회로를 구성하는 PM1, PM2의 게이트 및 드레인은 각각 상기 제 1 및 제 2노드 사이에 교차되어 연결되며, 소스는 승압 회로부의 공급 전압인 VDDH에 연결된다.Gates and drains of the PM1 and PM2 constituting the latch circuit are intersected and connected between the first and second nodes, respectively, and the source is connected to VDDH which is a supply voltage of the boost circuit part.

상기 구조를 갖는 승압 회로부의 경우 예컨대 초기화 신호가 0V~5V의 범위를 갖고 출력전압 OUT이 0V~10V의 범위를 갖는다면 초기화 신호(reset)가 하이 레벨 즉, 5V일 때 반전된 초기화 신호(resetb)는 로우 레벨 즉, 0V가 되고 초기화 신호 (reset)가 로우 레벨(0V) 일 때 반전된 초기화 신호(resetb)는 하이 레벨(5V)이 된다. In the case of the booster circuit having the above structure, for example, if the initialization signal has a range of 0V to 5V and the output voltage OUT has a range of 0V to 10V, the initialization signal resetb is inverted when the initialization signal is at a high level, that is, 5V. ) Becomes low level, that is, 0V, and when the reset signal reset is low level (0V), the inverted reset signal resetb becomes high level (5V).

상기 reset이 5V일 경우 reset이 인가되는 NM1은 턴 온되고 resetb가 인가되는 NM2는 턴 오프된다. 이에 따라 상기 턴 온된 NM1을 통해 PM2가 턴 온 되고 출력전압(OUT)은 상기 공급전압 VDDH에 의해 승압(level up) 되어 10V가 된다. When the reset is 5V, NM1 to which reset is applied is turned on and NM2 to which resetb is applied is turned off. Accordingly, PM2 is turned on through the turned-on NM1 and the output voltage OUT is boosted up by the supply voltage VDDH to be 10V.

반면, reset이 0V일 경우 resetb가 인가되는 NM2가 턴 온되고 reset이 인가되는 NM1은 턴 오프되어 출력전압(OUT)은 0V가 된다. On the other hand, when reset is 0V, NM2 to which resetb is applied is turned on, and NM1 to which reset is applied is turned off so that the output voltage OUT becomes 0V.

이와 같이 상기 승압 회로부의 출력전압은 상기 버퍼부(220)를 통해 각각 n개의 레벨 쉬프터부에 전달된다. 여기서, 상기 버퍼부는 일 예로 도 2에 도시된 바와 같이 인버터 2개가 직렬 연결된 구조로 이루어질 수 있다. As such, the output voltages of the booster circuit unit are transferred to the n level shifter units through the buffer unit 220. In this case, as shown in FIG. 2, the buffer unit may have a structure in which two inverters are connected in series.

또한, 상기 레벨 쉬프터부(300)는 각각 상기 초기 충전부에서 출력되는 신호가 게이트로 인가되는 제 1 트랜지스터(T1)와; 제 1노드(N1) 및 입력전압(IN) 단자 사이에 연결되는 캐패시터(C)와; 상기 제 1노드(N1)에 게이트가 접속되고, 제 2전원(VDDH) 및 출력전압(OUT) 단자 사이에 연결되는 제 2트랜지스터(T2)와; 상기 입력전압(IN) 단자에 게이트가 접속되고, 접지전압(GND) 및 출력전압(OUT) 단자 사이에 연결되는 제 3트랜지스터(T3)가 포함되어 구성된다.The level shifter 300 may include a first transistor T1 to which a signal output from the initial charging unit is applied to a gate; A capacitor C connected between the first node N1 and the input voltage IN terminal; A second transistor T2 connected to a gate of the first node N1 and connected between a second power supply VDDH and an output voltage OUT terminal; A gate is connected to the input voltage IN terminal and includes a third transistor T3 connected between a ground voltage GND and an output voltage OUT terminal.

여기서, 상기 제 1트랜지스터(T1)의 소스는 제 1전원(VDDL)과 연결되고, 드레인은 제 1노드(N1)에 연결된다.Here, the source of the first transistor T1 is connected to the first power source VDDL and the drain is connected to the first node N1.

이에 대해 도 2b에 도시된 본 발명의 실시예에 의한 레벨 쉬프터는, 초기 충전부(initial charging part)(400) 및 상기 초기 충전부(400)와 각각 연결된 n개의 레벨 쉬프터부(level shifter part)(500)로 구성되며, , 상기 n개의 레벨 쉬프터부(500)에 각각 구비된 캐패시터(C)의 초기 충전을 위해 1개의 초기 충전부(400)가 각각의 레벨 쉬프터부(500)에 연결되는 것으로 상기 초기 충전부(400)의 구성 및 동작은 앞서 도 2a에 도시된 실시예와 동일하다. On the other hand, the level shifter according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2B includes an initial charging part 400 and n level shifter parts 500 connected to the initial charging part 400, respectively. The initial charge unit 400 is connected to each level shifter 500 for the initial charging of the capacitors C provided in the n level shifter units 500. Configuration and operation of the charging unit 400 is the same as the embodiment shown in Figure 2a above.

단, 상기 레벨 쉬프터부(500)의 경우 도 2a에 도시된 실시예와 그 구성은 동일하나 상기 제 1트랜지스터(T1)의 소스에 제 1전원(VDDL)이 아닌 제 2전원(VDDH)가 입력되고, 상기 입력전압(IN)이 최초 로우 레벨로 입력(도 2a)되지 아니하고, 하이 레벨로 입력된다는 점에 그 차이가 있다. However, the level shifter 500 has the same configuration as the embodiment shown in FIG. 2A, but the second power source VDDH is input to the source of the first transistor T1 instead of the first power source VDDL. The difference is that the input voltage IN is input at the high level instead of being input at the first low level (FIG. 2A).

즉, 도 2a에 도시된 실시예와 비교할 때, 도 2b에 도시된 실시예의 경우 상기 레벨 쉬프터부(500)는 공급 전압으로서의 제 1전원(VDDL)이 제거되고, 입력전압(IN)이 위상이 도 2a의 실시예와는 반전되게 입력된다. That is, compared to the embodiment shown in FIG. 2A, in the embodiment shown in FIG. 2B, the level shifter 500 removes the first power supply VDDL as a supply voltage, and the input voltage IN is out of phase. The input is inverted from the embodiment of FIG. 2A.

따라서, 상기 제 1트랜지스터(T1)의 소스는 도 2a의 실시예의 경우 상기 제 1전원(VDDL)과 연결되고, 도 2b의 실시예의 경우 상기 제 2전원(VDDH)와 연결되며, 드레인은 각각 제 1노드(N1)에 연결된다.Accordingly, the source of the first transistor T1 is connected to the first power source VDDL in the embodiment of FIG. 2A, the source of the first transistor T1, and the second power source VDDH in the embodiment of FIG. 2B, respectively. It is connected to one node N1.

또한, 도 2a 및 도 2b의 각 실시예에서 상기 제 2 트랜지스터(T2) 및 제 3트랜지스터(T3)는 서로 다른 타입으로 구성되어 동시에 턴 온되지 않음을 특징으로 한다. 즉, 상기 제 2트랜지스터(T2)는 풀 업(pull up) 트랜지스터로 동작하고, 상기 제 3트랜지스터(T3)는 풀 다운(pull down) 트랜지스터로 동작한다.2A and 2B, the second transistor T2 and the third transistor T3 are configured in different types and are not turned on at the same time. That is, the second transistor T2 operates as a pull up transistor, and the third transistor T3 operates as a pull down transistor.

도 2에 도시된 실시예의 경우 상기 제 2트랜지스터(T2)는 P채널 트랜지스터이고, 제 3트랜지스터(T3)는 N채널 트랜지스터로 구성된다.In the embodiment shown in FIG. 2, the second transistor T2 is a P-channel transistor, and the third transistor T3 is configured of an N-channel transistor.

이와 같이 본 발명의 실시예에 의한 레벨 쉬프터부는, 하나의 캐패시터와, 이를 초기에 초기화하여 충전(charging) 하고 캐패시터 커플링(capacitor coupling) 효과에 의해 발생할 수 있는 역 전류(reverse current)를 방지하는 제 1트랜지스터와, 상기 캐패시터 커플링에 의해 부스팅(boosting)된 전압을 게이트를 통하여 입력신호로 수신하는 풀 업 트랜지스터로서의 제 2트랜지스터(T2) 와, 상기 제 2트랜지스터(T2)와 반대 타입으로 구성된 풀 다운 트랜지스터로서의 제 3트랜지스터(T3)로 구성된다. As described above, the level shifter unit according to the embodiment of the present invention, which initializes and charges one capacitor, initially prevents reverse current that may occur due to the capacitor coupling effect. A first transistor, a second transistor T2 serving as a pull-up transistor for receiving a voltage boosted by the capacitor coupling as an input signal through a gate, and an opposite type to the second transistor T2 It consists of the 3rd transistor T3 as a pull-down transistor.

또한, 본 발명의 실시예는 상기 풀 업 트랜지스터와 풀 다운 트랜지스터의 게이트와 소스간의 전압 스윙 범위(swing range)가 각각 분리되어 서로 독립적으로 구현되는 것으로, 상기 풀 업 트랜지스터 및 풀 다운 트랜지스터의 게이트와 소스 간의 전압 스윙 범위를 종래에 비해 절반으로 줄일 수 있게 되어 소비전력을 최소화 할 수 있게 됨을 특징으로 한다.In addition, the embodiment of the present invention is that the voltage swing range between the gate and the source of the pull-up transistor and the pull-down transistor are separated from each other and implemented independently of each other. Since the voltage swing range between the sources can be reduced by half compared to the conventional method, power consumption can be minimized.

이 때, 상기 제 2트랜지스터(T2)의 소스는 공급 전원인 제 2전원(VDDH)에 연결되고 드레인은 출력전압(out 1 ~ out n) 단자에 연결되며, 상기 제 3트랜지스터(T3)의 소스는 접지전압 단자에 연결되고 드레인은 출력전압(out 1 ~ out n) 단자에 연결된다. In this case, the source of the second transistor T2 is connected to the second power supply VDDH which is a supply power supply, and the drain is connected to the output voltage out 1 to out n terminals, and the source of the third transistor T3 is connected. Is connected to the ground voltage terminal and the drain is connected to the output voltage (out 1 to out n) terminal.

또한, 상기 제 2전원(VDDH)는 캐패시터(C)를 충전하는데 사용되는 제 1전원(VDDL)보다 높으며, 바람직하게는 제 1전원(VDDL)에 비해 2배 높은 양의 전압임을 특징으로 한다. In addition, the second power source VDDH is higher than the first power source VDDL used to charge the capacitor C. Preferably, the second power source VDDH is twice the voltage of the first power source VDDL.

도 3a 내지 도 3c는 도 2a에 도시된 레벨 쉬프터 회로의 동작을 설명하기 위 한 도면이다. 3A to 3C are diagrams for describing an operation of the level shifter circuit shown in FIG. 2A.

도 3a 내지 도 3c를 참조하여, 도 2a에 도시된 본 발명의 실시예에 의한 레벨 쉬프터 회로의 동작을 설명하면 다음과 같다. Referring to Figures 3a to 3c, the operation of the level shifter circuit according to an embodiment of the present invention shown in Figure 2a is as follows.

단, 동작의 설명에 있어, 상기 입력전압(IN)은 0V~5V, 출력전압(OUT)은 0V~10V, 제 1전원(VDDL)은 5V, 제 2전원(VDDH)은 10V, 초기화 신호(reset)가 0V ~ 5V인 경우를 예로 하여 설명하도록 한다.However, in the description of the operation, the input voltage IN is 0V to 5V, the output voltage OUT is 0V to 10V, the first power supply VDDL is 5V, the second power supply VDDH is 10V, and the initialization signal ( A case where reset) is 0V to 5V will be described as an example.

먼저 도 3a를 참조하면, 상기 입력신호(IN)가 최초 로우 레벨 즉, 0V로 인가되는 경우 상기 초기 충전부에 구비된 승압 회로부의 초기화 신호(reset)도 로우레벨(0V)로 제공된다.First, referring to FIG. 3A, when the input signal IN is applied at an initial low level, that is, 0V, an initialization signal reset of the booster circuit unit provided in the initial charging unit is also provided at a low level (0V).

이에 상기 초기 충전부는 로우 레벨 즉, 0V를 출력하여 버퍼부를 거쳐 상기 레벨 쉬프터부에 구비된 제 1트랜지스터(T1)의 게이트에 제공되고, 상기 제 1트랜지스터(T1)은 P채널 트랜지스터이므로 상기 신호에 의해 상기 제 1트랜지스터(T1)은 턴 온 된다.Accordingly, the initial charging unit outputs a low level, that is, 0V and is provided to the gate of the first transistor T1 provided in the level shifter unit through a buffer unit, and the first transistor T1 is a P-channel transistor, so As a result, the first transistor T1 is turned on.

이에 따라 상기 제 1노드(N1)에는 제 1전원(VDDL) 즉, 5V가 인가되며, 상기 캐패시터(C)에는 5V의 전압이 초기에 충전된다.Accordingly, the first power source VDDL, that is, 5V is applied to the first node N1, and the capacitor C is initially charged with a voltage of 5V.

따라서, 상기 제 1노드(N1)에 게이트가 연결된 풀 업 트랜지스터로서의 제 2트랜지스터(T2)는 소스와 게이트 간의 전압 차이가 VDDH-VDDL 즉 5V가 되며, 이에 상기 제 2트랜지스터(T2)가 도시된 바와 같이 P채널 트랜지스터로 구현되기 때문에 상기 제 2트랜지스터(T2)는 턴 온된다. Accordingly, the voltage difference between the source and the gate of the second transistor T2 as a pull-up transistor having a gate connected to the first node N1 becomes VDDH-VDDL, that is, 5V. Thus, the second transistor T2 is shown. As described above, since the P-channel transistor is implemented, the second transistor T2 is turned on.

반면에 풀 다운 트랜지스터로서의 제 3트랜지스터(T3)는 게이트와 연결되는 입력전압(IN)이 0V이고, 소스에 인가되는 접지전압(GND)이 0V이므로 게이트와 소스 간의 전압 차이가 0V가 되며, 이에 상기 제 3트랜지스터(T3)는 턴 오프된다.On the other hand, in the third transistor T3 as the pull-down transistor, since the input voltage IN connected to the gate is 0V and the ground voltage GND applied to the source is 0V, the voltage difference between the gate and the source becomes 0V. The third transistor T3 is turned off.

따라서, 상기 출력전압(OUT) 단자로 출력되는 출력전압은 상기 제 2트랜지스터(T2)의 소스로 입력되는 제 2전원(VDDH)에 의해 10V가 된다.Therefore, the output voltage output to the output voltage OUT terminal becomes 10V by the second power supply VDDH input to the source of the second transistor T2.

또한, 상기 제 1노드(N1)에 5V가 인가되고, 상기 캐패시터(C)에 5V의 전압이 충전된 이후에는 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 초기 충전부에 구비된 승압 회로부의 초기화 신호(reset)가 하이 레벨(5V)로 변환되어 제공되며, 이에 따라 상기 초기 충전부는 하이 레벨 즉, VDDH와 같은 10V를 출력하여 상기 레벨 쉬프터부에 구비된 제 1트랜지스터(T1)의 게이트에 제공되고, 결과적으로 상기 제 1트랜지스터(T1)가 턴 오프 된다.In addition, after 5V is applied to the first node N1 and 5V is charged to the capacitor C, as shown in FIG. 3B, an initialization signal of the booster circuit unit provided in the initial charging unit is reset. Is converted to a high level (5V), and thus the initial charging unit outputs a high level, that is, 10V such as VDDH, and is provided to the gate of the first transistor T1 provided in the level shifter. The first transistor T1 is turned off.

상기 제 1트랜지스터(T1)이 턴 오프됨에 따라 상기 제 1노드는 플로팅(floating) 상태가 되며, 상기 캐패시터(C)는 초기 충전된 5V가 유지되며, 출력전압 또한 앞서 도 3a에서와 같이 10V가 유지된다.As the first transistor T1 is turned off, the first node is in a floating state, and the capacitor C is kept at an initially charged 5V, and the output voltage is also 10V as shown in FIG. 3A. maintain.

즉, 본 발명에 의할 경우 상기 캐패시터는 제 1트랜지스터(T1)의 문턱 전압의 영향을 받지 않고 상기 제 1전원(VDDL)이 그대로 충전될 수 있다.That is, according to the present invention, the capacitor can be charged as it is without being affected by the threshold voltage of the first transistor T1.

여기서, 상기 입력신호(IN)가 최초 로우 레벨로 입력될 때, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 초기화 충전부에 구비된 승압 회로부에는 상기 초기화 신호(reset)가 로우 레벨(0V)에서 하이 레벨(5V)로 변환되어 제공되며, 이에 상기 제 1트랜지스터(T1)가 턴 오프되어 제 1노드를 플로팅 상태로 함으로써, 상기 캐패시터(C)에 초기 충전된 5V를 유지토록 함을 특징으로 한다. Here, when the input signal IN is initially input at the low level, as shown in FIGS. 3A and 3B, the initialization signal reset is high at the low level (0V) in the boosting circuit unit provided in the initialization charging unit. The first transistor T1 is turned off and the first node is floated, thereby maintaining the 5 V initially charged in the capacitor C.

또한, 도 3c를 참조할 경우, 상기 입력신호(IN)가 로우 레벨(0V)에서 하이 레벨(5V)로 천이되어 입력되면 캐패시터 커플링(capacitor coupling) 효과에 의해 상기 제 1노드(N1)의 전압은 IN(5V)+ VDDL 즉, 10V로 부스팅(boosting)하게 된다. In addition, referring to FIG. 3C, when the input signal IN is shifted from the low level (0V) to the high level (5V) and inputted, the first node (N1) may be affected by a capacitor coupling effect. The voltage is boosted to IN (5V) + VDDL, that is, 10V.

이 때, 상기 제 1트랜지스터(T1)는 턴 오프 상태가 유지되므로 이에 따라 캐패시터 커플링(capacitor coupling) 효과에 의해 나타날 수 있는 역 전류(reverse current)가 억제되어 제 1노드(N1)의 전압이 10V를 유지될 수 있다. At this time, since the first transistor T1 is maintained in a turn-off state, a reverse current, which may be caused by a capacitor coupling effect, is suppressed, thereby reducing the voltage of the first node N1. 10V can be maintained.

따라서, 상기 제 1노드(N1)에 게이트가 연결된 풀 업 트랜지스터로서의 제 2트랜지스터(T2)는 소스와 게이트 간의 전압 차이가 0V가 되며, 이에 상기 제 2트랜지스터(T2)는 턴 오프된다. Accordingly, the voltage difference between the source and the gate of the second transistor T2 as a pull-up transistor having a gate connected to the first node N1 becomes 0V, and the second transistor T2 is turned off.

반면에 풀 다운 트랜지스터로서의 제 3트랜지스터(T3)는 게이트와 연결되는 입력전압(IN)이 5V이고, 소스에 인가되는 접지전압(GND)이 0V이므로 게이트와 소스 간의 전압 차이가 5V가 되며, 이에 따라 N채널 트랜지스터 타입의 상기 제 3트랜지스터(T3)는 턴 온된다.On the other hand, the third transistor T3 as the pull-down transistor has an input voltage IN connected to the gate of 5V and a ground voltage GND applied to the source of 0V, resulting in a voltage difference of 5V between the gate and the source. Accordingly, the third transistor T3 of the N-channel transistor type is turned on.

따라서, 상기 출력전압은 제 3트랜지스터(T3)의 턴 온에 의해 0V가 된다. Therefore, the output voltage becomes 0V by turning on the third transistor T3.

다음으로 도 4a 내지 도 4c는 도 2b에 도시된 레벨 쉬프터 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다. Next, FIGS. 4A to 4C are diagrams for describing an operation of the level shifter circuit shown in FIG. 2B.

도 4a 내지 도 4c를 참조하여, 도 2b에 도시된 본 발명의 실시예에 의한 레벨 쉬프터 회로의 동작을 설명하면 다음과 같다. 4A to 4C, the operation of the level shifter circuit according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2B will be described.

단, 동작의 설명에 있어, 상기 입력전압(IN)은 0V~5V, 출력전압(OUT)은 0V~10V, 제 2전원(VDDH)은 10V, 초기화 신호(reset)가 0V ~ 5V인 경우를 예로 하여 설명하도록 한다.However, in the description of the operation, the input voltage IN is 0V to 5V, the output voltage OUT is 0V to 10V, the second power supply VDDH is 10V, and the reset signal is 0V to 5V. This will be described as an example.

앞서 도 2a에 도시된 실시예와 비교할 때 제 1전원(VDDL)이 제공되지 않음을 특징으로 하며, 이에 따라 상기 제 2전원(VDDH)의 크기를 보다 자유롭게 제공할 수 있다는 장점이 있다. Compared with the embodiment illustrated in FIG. 2A, the first power source VDDL is not provided. Accordingly, the size of the second power source VDDH may be more freely provided.

먼저 도 4a를 참조하면, 상기 입력신호(IN)가 최초 하이 레벨 즉, 5V로 인가되는 경우 상기 초기 충전부에 구비된 승압 회로부의 초기화 신호(reset)는 로우레벨(0V)로 제공된다.First, referring to FIG. 4A, when the input signal IN is applied at an initial high level, that is, 5V, an initialization signal reset of the booster circuit unit provided in the initial charging unit is provided at a low level (0V).

이에 상기 초기 충전부는 로우 레벨 즉, 0V를 출력하여 버퍼부를 거쳐 상기 레벨 쉬프터부에 구비된 제 1트랜지스터(T1)의 게이트에 제공되고, 상기 제 1트랜지스터(T1)은 P채널 트랜지스터이므로 상기 신호에 의해 상기 제 1트랜지스터(T1)은 턴 온 된다.Accordingly, the initial charging unit outputs a low level, that is, 0V and is provided to the gate of the first transistor T1 provided in the level shifter unit through a buffer unit, and the first transistor T1 is a P-channel transistor, so As a result, the first transistor T1 is turned on.

이에 따라 상기 제 1노드(N1)에는 제 2전원(VDDH) 즉, 10V가 인가되며, 상기 캐패시터(C)에는 VDDH-IN(5V) 즉, 5V의 전압이 초기에 충전된다.Accordingly, the second power source VDDH, that is, 10V is applied to the first node N1, and the voltage of VDDH-IN (5V), that is, 5V is initially charged to the capacitor C.

따라서, 상기 제 1노드(N1)에 게이트가 연결된 풀 업 트랜지스터로서의 제 2트랜지스터(T2)는 소스와 게이트 간의 전압 차이가 VDDH-VDDH 즉, 0V가 되어 상기 제 2트랜지스터(T2)는 턴 오프된다.Accordingly, in the second transistor T2 as a pull-up transistor having a gate connected to the first node N1, the voltage difference between the source and the gate becomes VDDH-VDDH, that is, 0V, so that the second transistor T2 is turned off. .

반면에 풀 다운 트랜지스터로서의 제 3트랜지스터(T3)는 게이트와 연결되는 입력전압(IN)이 5V이고, 소스에 인가되는 접지전압(GND)이 0V이므로 게이트와 소스 간의 전압 차이가 5V가 되며, 이에 상기 제 3트랜지스터(T3)는 턴 온된다.On the other hand, the third transistor T3 as the pull-down transistor has an input voltage IN connected to the gate of 5V and a ground voltage GND applied to the source of 0V, resulting in a voltage difference of 5V between the gate and the source. The third transistor T3 is turned on.

따라서, 상기 출력전압(OUT) 단자로 출력되는 출력전압은 상기 제 3트랜지스 터(T3)의 턴 온에 의해 0V가 된다.Therefore, the output voltage output to the output voltage OUT terminal becomes 0V by turning on the third transistor T3.

또한, 상기 제 1노드(N1)에 10V가 인가되고, 상기 캐패시터(C)에 5V의 전압이 충전된 이후에는 도 4b에 도시된 바와 같이 상기 초기 충전부에 구비된 승압 회로부의 초기화 신호(reset)가 하이 레벨(5V)로 변환되어 제공되며, 이에 따라 상기 초기 충전부는 하이 레벨 즉, VDDH와 같은 10V를 출력하여 상기 레벨 쉬프터부에 구비된 제 1트랜지스터(T1)의 게이트에 제공되고, 결과적으로 상기 제 1트랜지스터(T1)은 턴 오프 된다.In addition, after 10V is applied to the first node N1 and 5V is charged to the capacitor C, as shown in FIG. 4B, an initialization signal of the booster circuit unit provided in the initial charging unit is reset. Is converted to a high level (5V), and thus the initial charging unit outputs a high level, that is, 10V such as VDDH, and is provided to the gate of the first transistor T1 provided in the level shifter. The first transistor T1 is turned off.

상기 제 1트랜지스터(T1)이 턴 오프됨에 따라 상기 제 1노드는 플로팅(floating) 상태가 되며, 상기 캐패시터(C)는 초기 충전된 5V가 유지되며, 출력전압 또한 앞서 도 4a에서와 같이 0V가 유지된다.As the first transistor T1 is turned off, the first node is in a floating state, and the capacitor C is kept at an initially charged 5V, and the output voltage is also 0V as shown in FIG. 4A. maintain.

즉, 본 발명에 의할 경우 상기 캐패시터는 제 1트랜지스터(T1)의 문턱 전압의 영향을 받지 않고 상기 제 2전원(VDDH)과 입력전압의 차이가 그대로 충전될 수 있게 되는 것이다.That is, according to the present invention, the capacitor may be charged with the difference between the second power source VDDH and the input voltage without being affected by the threshold voltage of the first transistor T1.

여기서, 상기 입력신호(IN)가 최초 하이 레벨로 입력될 때, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 상기 초기화 충전부에 구비된 승압 회로부에는 상기 초기화 신호(reset)가 로우 레벨(0V)에서 하이 레벨(5V)로 변환되어 제공되며, 이에 상기 제 1트랜지스터(T1)가 턴 오프되어 제 1노드를 플로팅 상태로 함으로써, 상기 캐패시터(C)에 초기 충전된 5V를 유지토록 함을 특징으로 한다. Here, when the input signal IN is initially input at the high level, as shown in FIGS. 4A and 4B, the initialization signal reset is high at a low level (0V) in the boosting circuit unit provided in the initialization charging unit. The first transistor T1 is turned off and the first node is floated, thereby maintaining the 5 V initially charged in the capacitor C.

또한, 도 4c를 참조할 경우, 상기 입력신호(IN)가 하이 레벨(5V)에서 로우 레벨(0V)로 천이되어 입력되면, 캐패시터 커플링(capacitor coupling) 효과에 의해 상기 캐패시터(C)에 저장된 전압값을 유지하기 위해 상기 제 1노드(N1)의 전압은 VDDH-5V 즉, 5V로 전환된다. In addition, referring to FIG. 4C, when the input signal IN is shifted from the high level 5V to the low level 0V, the input signal IN is stored in the capacitor C by the capacitor coupling effect. In order to maintain the voltage value, the voltage of the first node N1 is converted to VDDH-5V, that is, 5V.

따라서, 상기 제 1노드(N1)에 게이트가 연결된 풀 업 트랜지스터로서의 제 2트랜지스터(T2)는 소스와 게이트 간의 전압 차이가 VDDH-5V 즉, 5V가 되며, 이에 상기 제 2트랜지스터(T2)는 턴 온된다. Accordingly, the voltage difference between the source and the gate of the second transistor T2 as a pull-up transistor having a gate connected to the first node N1 becomes VDDH-5V, that is, 5V. Thus, the second transistor T2 is turned on. Is on.

반면에 풀 다운 트랜지스터로서의 제 3트랜지스터(T3)는 게이트와 연결되는 입력전압(IN)이 0V이고, 소스에 인가되는 접지전압(GND)이 0V이므로 게이트와 소스 간의 전압 차이가 0V가 되며, 이에 따라 상기 제 3트랜지스터(T3)는 턴 오프된다.On the other hand, in the third transistor T3 as the pull-down transistor, since the input voltage IN connected to the gate is 0V and the ground voltage GND applied to the source is 0V, the voltage difference between the gate and the source becomes 0V. Accordingly, the third transistor T3 is turned off.

따라서, 상기 출력전압은 제 2트랜지스터(T2)의 턴 온에 의해VDDH 즉, 10V가 된다. Therefore, the output voltage becomes VDDH, that is, 10V by turning on the second transistor T2.

이와 같이 도 2a 및 도 2b에 도시된 본 발명의 실시예에 의한 레벨 쉬프터부의 경우 상기 풀 업 트랜지스터(T2)와 풀 다운 트랜지스터(T3)의 게이트와 소스 간의 전압 스윙 범위(swing range)가 각각 분리되어 서로 독립적으로 구현됨을 특징으로 하며, 이를 통해 상기 풀 업 트랜지스터 및 풀 다운 트랜지스터의 게이트와 소스 간의 전압 스윙 범위를 종래에 비해 절반으로 줄일 수 있게 되어 소비전력을 최소화 할 수 있게 된다.As described above, in the level shifter unit shown in FIGS. 2A and 2B, voltage swing ranges between the gate and the source of the pull-up transistor T2 and the pull-down transistor T3 are separated from each other. Since the voltage swing range between the gate and the source of the pull-up transistor and the pull-down transistor can be reduced by half compared to the conventional method, power consumption can be minimized.

또한, 구조적으로 입력전압(IN)이 천이된 뒤에는 풀 업 트랜지스터인 제 2트랜지스터(T2)와 풀 다운 트랜지스터인 제 3트랜지스터(T3) 중 하나만이 턴 온 되므로 short circuit 전류가 매우 적게 되고 출력전압 단자가 10V에서 0V 또는 0V에서 10V가 되는데 동일한 단계(phase)를 거치게 되므로 상승 전파지연(rising propagation delay)과 하강 전파지연(falling propagation delay)을 동일하게 맞출 수 있게 된다.In addition, after the input voltage IN is structurally transitioned, only one of the second transistor T2, which is a pull-up transistor, and the third transistor T3, which is a pull-down transistor, is turned on, thereby shortening the short circuit current and output voltage terminal. Is from 10V to 0V or from 0V to 10V, the same phase (step), so the rising propagation delay (falling propagation delay) and falling propagation delay (falling propagation delay) can be equally matched.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 레벨 쉬프터의 회로도이다. 5A and 5B are circuit diagrams of a level shifter according to another embodiment of the present invention.

단, 이는 레벨 다운 쉬프터(level down shifter)에 대한 회로도이며, 도 2에 도시된 레벨 업 쉬프터와 비교할 때 그 구성에 있어서 공급전압으로서의 제 3전원(VSS)이 음의 전압 레벨이라는 점에서 차이가 있다.However, this is a circuit diagram for a level down shifter, and in comparison with the level up shifter shown in FIG. 2, the difference is that the third power supply VSS as the supply voltage is a negative voltage level in its configuration. have.

이 때, 제 1전원(VDDL) 및 제 3전원(VSS)는 레벨 다운 쉬프터의 전원 전압이고, IN은 레벨 다운 쉬프터의 입력전압, OUT는 출력전압을 나타낸다.In this case, the first power source VDDL and the third power source VSS are power supply voltages of the level down shifter, IN is an input voltage of the level down shifter, and OUT is an output voltage.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 레벨 다운 쉬프터는, 초기 충전부(initial charging part)(600) 및 상기 초기 충전부(600)와 각각 연결된 n개의 레벨 쉬프터부(level shifter part)(700)로 구성된다.5A and 5B, a level down shifter according to an embodiment of the present invention includes an initial charging part 600 and n level shifter parts connected to the initial charging part 600, respectively. (700).

먼저 상기 초기 충전부(600)는 초기화 신호(reset) 및 반전된 초기화 신호(resetb)를 입력 받아 이를 소정 전압으로 강압(level down)시켜 출력하는 강압 회로부(610)와, 버퍼부(620)로 구성된다.First, the initial charging unit 600 is composed of a step-down circuit unit 610 and a buffer unit 620 that receives the initialization signal (reset) and the inverted initialization signal (resetb) down to a predetermined voltage and outputs it. do.

상기 강압 회로부(610)는 초기화 신호(reset) 및 반전된 초기화 신호(resetb)를 제공받는 제 1 및 제 2 P채널 트랜지스터(pm1, pm2)와; 상기 입력전압을 강압(level down) 하기 위한 래치 회로로 구성되며, 상기 래치 회로는 제 1 및 제 2 N채널 트랜지스터(nm1, nm2)로 구성된다. The step-down circuit unit 610 may include first and second P-channel transistors pm1 and pm2 that receive an initialization signal and an inverted initialization signal resetb; The latch circuit is configured to level down the input voltage, and the latch circuit includes first and second N-channel transistors nm1 and nm2.

상기 pm1, pm2는 각각 게이트가 초기화 신호(reset) 및 반전된 초기화 신호(resetb)와 연결되고, 소스는 제 1전원(VDDL)와 연결되며, 드레인은 각각 제 1 및 제 2노드(A, B)에 접속되어 상기 래치 회로에 연결된다. 단, 상기 제 2노드(B)는 출력전압(OUT)과 연결된다.The pm1 and pm2 gates are respectively connected to an initialization signal reset and an inverted initialization signal resetb, a source is connected to a first power supply VDDL, and a drain is respectively connected to the first and second nodes A and B. Is connected to the latch circuit. However, the second node B is connected to the output voltage OUT.

상기 래치 회로를 구성하는 nm1, nm2의 게이트 및 드레인은 각각 상기 제 1 및 제 2노드 사이에 교차되어 연결되며, 소스는 강압 회로부의 공급 전압인 제 3전원(VSS)에 연결된다.Gates and drains of nm1 and nm2 constituting the latch circuit are alternately connected between the first and second nodes, and a source is connected to a third power supply VSS, which is a supply voltage of the step-down circuit portion.

상기 구조를 갖는 강압 회로부의 경우 예컨대 입력전압(IN)이 0V~5V의 범위를 갖고 출력전압 OUT이 -5V~5V의 범위를 갖도록 출력된다. In the case of the step-down circuit section having the above structure, for example, the input voltage IN is output in a range of 0V to 5V and the output voltage OUT is in a range of -5V to 5V.

이와 같이 상기 강압 회로부의 출력전압은 상기 버퍼부(620)를 통해 각각 n개의 레벨 쉬프터부에 전달된다. 여기서, 상기 버퍼부는 일 예로 도 5에 도시된 바와 같이 인버터 2개가 직렬 연결된 구조로 이루어질 수 있다. As such, the output voltage of the step-down circuit unit is transmitted to the n level shifter units through the buffer unit 620, respectively. In this case, as shown in FIG. 5, the buffer unit may have a structure in which two inverters are connected in series.

또한, 상기 레벨 쉬프터부(700)는 각각 상기 초기 충전부에서 출력되는 신호가 게이트로 인가되고, 제 1노드(N1)와 제 3전원(VSS) 또는 접지전압(GND) 사이에 구비된 제 1 트랜지스터(T1)와; 제 1노드(N1) 및 입력전압(IN) 단자 사이에 연결되는 캐패시터(C)와; 상기 제 1노드(N1)에 게이트가 접속되고, 제 3전원(VSS) 및 출력전압(OUT) 단자 사이에 연결되는 제 2트랜지스터(T2)와;입력전압(IN) 단자에 게이트가 접속되고, 제 1전원(VDDL) 및 출력전압(OUT) 단자 사이에 연결되는 제 3트랜지스터(T3)가 포함되어 구성된다.In addition, the level shifter 700 receives a signal output from the initial charging unit as a gate, respectively, and includes a first transistor provided between the first node N1 and the third power source VSS or the ground voltage GND. (T1); A capacitor C connected between the first node N1 and the input voltage IN terminal; A gate is connected to the first node N1, a second transistor T2 connected between a third power supply VSS and an output voltage OUT terminal; a gate is connected to an input voltage IN terminal; A third transistor T3 connected between the first power supply VDDL and the output voltage OUT terminal is included.

단, 도 5a에 도시된 실시예는 상기 제 1트랜지스터(T1)의 소스에 접지전압(GND)이 입력되고, 상기 입력전압(IN)이 최초 하이 레벨(5V)로 입력되며, 도 5b에 도시된 실시예는 상기 제 1트랜지스터(T1)의 소스에 제 3전원(VSS)이 입력되고, 상 기 입력전압(IN)이 최초 로우 레벨(0V)로 입력됨에 그 특징이 있다. However, in the exemplary embodiment shown in FIG. 5A, the ground voltage GND is input to the source of the first transistor T1, and the input voltage IN is input to the initial high level 5V, as illustrated in FIG. 5B. According to an exemplary embodiment, the third power source VSS is input to the source of the first transistor T1, and the input voltage IN is input to the initial low level (0V).

이와 같은 구성의 레벨 다운 쉬프터의 동작은 앞서 도 2 내지 도 4를 통해 설명한 레벨 업 쉬프터의 동작과 같은 원리로 동작되므로 그 상세한 설명은 생략토록 한다.Since the operation of the level down shifter having such a configuration operates on the same principle as the operation of the level up shifter described above with reference to FIGS. 2 to 4, the detailed description thereof will be omitted.

이와 같은 본 발명에 의하면, 캐패시터 커플링 효과를 이용한 전압 부스팅(boosting) 동작을 통해 short circuit 전류를 크게 줄여 저 소비 전력 회로를 구현하고 출력 파형의 상승 전파지연(rising propagation delay)과 하강 전파지연(falling propagation delay)을 균일하게 유지시킬 수 있다는 장점이 있다.According to the present invention, a voltage boosting operation using a capacitor coupling effect greatly reduces the short circuit current to implement a low power consumption circuit, and a rising propagation delay and a falling propagation delay of an output waveform. Falling propagation delay) can be kept uniform.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정하여져야만 한다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.

Claims (13)

초기 충전부(initial charging part) 및 상기 초기 충전부와 각각 연결된 n개의 레벨 쉬프터부(level shifter part)로 구성되며,An initial charging part and n level shifter parts respectively connected to the initial charging part, 상기 레벨 쉬프터부는, 상기 초기 충전부에서 출력되는 신호가 게이트로 인가되는 제 1 트랜지스터(T1)와; 제 1노드(N1) 및 입력전압(IN) 단자 사이에 연결되는 캐패시터(C)와; 상기 제 1노드(N1)에 게이트가 접속되고, 제 2전원(VDDH) 및 출력전압(OUT) 단자 사이에 연결되는 제 2트랜지스터(T2)와; 상기 입력전압(IN) 단자에 게이트가 접속되고, 접지전압(GND) 및 출력전압(out 1 ~ out n) 단자 사이에 연결되는 제 3트랜지스터(T3)가 포함됨을 특징으로 하는 레벨 쉬프터.The level shifter unit may include a first transistor T1 to which a signal output from the initial charging unit is applied to a gate; A capacitor C connected between the first node N1 and the input voltage IN terminal; A second transistor T2 connected to a gate of the first node N1 and connected between a second power supply VDDH and an output voltage OUT terminal; And a third transistor (T3) connected to a gate of the input voltage (IN) terminal and connected between a ground voltage (GND) and an output voltage (out 1 to out n) terminal. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1트랜지스터(T1)의 소스는 제 1전원(VDDL)과 연결되고, 드레인은 제 1노드(N1)에 연결됨을 특징으로 하는 레벨 쉬프터.A level shifter, wherein a source of the first transistor (T1) is connected to a first power source (VDDL) and a drain is connected to a first node (N1). 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제 1전원(VDDL)는 상기 제 2전원(VDDH)보다 낮은 양의 전압임을 특징으로 하는 레벨 쉬프터.The first power supply (VDDL) is a level shifter, characterized in that the voltage is less than the second power supply (VDDH). 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 입력전압(IN)은 최초 로우레벨로 입력됨을 특징으로 하는 레벨 쉬프터.And the input voltage IN is initially input at a low level. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1트랜지스터(T1)의 소스는 제 2전원(VDDH)과 연결되고, 드레인은 제 1노드(N1)에 연결됨을 특징으로 하는 레벨 쉬프터.A level shifter, wherein a source of the first transistor (T1) is connected to a second power source (VDDH) and a drain is connected to a first node (N1). 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 입력전압(IN)은 최초 하이레벨로 입력됨을 특징으로 하는 레벨 쉬프터.And the input voltage IN is initially input at a high level. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 트랜지스터(T2) 및 제 3트랜지스터(T3)는 서로 다른 타입으로 구현되어 풀 업(pull up) 트랜지스터 및 풀 다운(pull down) 트랜지스터로 동작함을 특징으로 하는 레벨 쉬프터.And the second transistor (T2) and the third transistor (T3) are implemented in different types to operate as pull up transistors and pull down transistors. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제 2트랜지스터(T2)는 P채널 트랜지스터이고, 제 3트랜지스터(T3)는 N채널 트랜지스터임을 특징으로 하는 레벨 쉬프터.And the second transistor (T2) is a P-channel transistor, and the third transistor (T3) is an N-channel transistor. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 초기 충전부는 초기화 신호(reset) 및 반전된 초기화 신호(resetb)를 입력받아 이를 소정 전압으로 승압시켜 출력하는 승압 회로부와, 상기 승압 회로부의 출력전압을 각각 n개의 레벨 쉬프터부에 전달하는 버퍼부를 포함함을 특징으로 하는 레벨 쉬프터.The initial charging unit receives a reset signal and an inverted reset signal resetb, a booster circuit unit for boosting and outputting the boosted voltage to a predetermined voltage, and a buffer unit for transmitting the output voltages of the booster circuit unit to n level shifters, respectively. Level shifter characterized by including. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 승압 회로부는 초기화 신호(reset) 및 반전된 초기화 신호(resetb)를 제공받는 제 1 및 제 2 N채널 트랜지스터(NM1, NM2)와; 상기 입력전압을 승압(level up) 하기 위한 래치 회로로 구성되며, 상기 래치 회로는 제 1 및 제 2 P채널 트랜지스터(PM1, PM2)로 구성됨을 특징으로 하는 레벨 쉬프터.The booster circuit unit may include first and second N-channel transistors NM1 and NM2 for receiving an initialization signal and an inverted initialization signal resetb; And a latch circuit for leveling up the input voltage, wherein the latch circuit comprises first and second P-channel transistors (PM1, PM2). 초기화 신호(reset) 및 반전된 초기화 신호(resetb)를 입력받아 이를 소정 전압으로 강압시켜 출력하는 강압 회로부와, 상기 강압 회로부의 출력 전압을 안정화하는 버퍼부를 포함하여 구성되는 초기 충전부(initial charging part) 및 상기 초기 충전부와 각각 연결된 n개의 레벨 쉬프터부(level shifter part)로 구성되며,An initial charging part including a voltage reduction circuit unit for receiving an initialization signal reset and an inverted initialization signal resetb and stepping down the voltage to a predetermined voltage and outputting a buffer; And n level shifter parts connected to the initial charging unit, respectively. 상기 레벨 쉬프터부는 각각 상기 초기 충전부에서 출력되는 신호가 게이트로 인가되고, 제 1노드(N1)와 제 3전원(VSS) 또는 접지전압(GND) 사이에 구비된 제 1 트랜지스터(T1)와; 제 1노드(N1) 및 입력전압(IN) 단자 사이에 연결되는 캐패시터(C)와; 상기 제 1노드(N1)에 게이트가 접속되고, 제 3전원(VSS) 및 출력전압(OUT) 단자 사이에 연결되는 제 2트랜지스터(T2)와; 상기 입력전압(IN) 단자에 게이트가 접속되고, 제 1전원(VDDL) 및 출력전압(OUT) 단자 사이에 연결되는 제 3트랜지스터 (T3)가 포함됨을 특징으로 하는 레벨 쉬프터.Each of the level shifters includes a first transistor T1 having a signal output from the initial charging unit being applied to a gate, and disposed between a first node N1 and a third power source VSS or a ground voltage GND; A capacitor C connected between the first node N1 and the input voltage IN terminal; A second transistor T2 connected to a gate of the first node N1 and connected between a third power supply VSS and an output voltage OUT terminal; And a third transistor (T3) connected to a gate of the input voltage (IN) terminal and connected between a first power supply (VDDL) and an output voltage (OUT) terminal. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 제 1트랜지스터(T1)의 소스에 접지전압(GND)이 입력될 경우 상기 입력전압(IN)은 최초 하이 레벨로 입력됨을 특징으로 하는 레벨 쉬프터.And a ground shifter (GND) is input to the source of the first transistor (T1), wherein the input voltage (IN) is initially input at a high level. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 제 1트랜지스터(T1)의 소스에 제 3전원(VSS)이 입력될 경우 상기 입력전압(IN)은 최초 로우 레벨로 입력됨을 특징으로 하는 레벨 쉬프터.And a third power source (VSS) is inputted to a source of the first transistor (T1), wherein the input voltage (IN) is input at an initial low level.
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