KR20140104352A - 레벨 시프트 회로 - Google Patents
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Abstract
(과제) 오동작하지 않는 레벨 시프트 회로를 제공한다.
(해결 수단) 입력 단자에 입력되는 제 1 전원 단자의 제 1 전원 전압의 신호를 제 2 전원 단자의 제 2 전원 전압의 신호로 변환하여 출력 단자에 출력하는 레벨 시프트 회로로서, 제 1 전원 전압이 소정 전압 미만이 되는 것을 검출하는 제어 회로를 구비하고, 제어 회로의 검출 신호에 의해, 레벨 시프트 회로의 출력 단자의 전압이 제 2 전원 전압 또는 접지 전압으로 고정되는 레벨 시프트 회로로 하였다.
(해결 수단) 입력 단자에 입력되는 제 1 전원 단자의 제 1 전원 전압의 신호를 제 2 전원 단자의 제 2 전원 전압의 신호로 변환하여 출력 단자에 출력하는 레벨 시프트 회로로서, 제 1 전원 전압이 소정 전압 미만이 되는 것을 검출하는 제어 회로를 구비하고, 제어 회로의 검출 신호에 의해, 레벨 시프트 회로의 출력 단자의 전압이 제 2 전원 전압 또는 접지 전압으로 고정되는 레벨 시프트 회로로 하였다.
Description
본 발명은, 반도체 장치에 탑재되는 레벨 시프트 회로에 관한 것이다.
종래의 레벨 시프트 회로에 관하여 설명한다. 도 2 는, 종래의 레벨 시프트 회로를 나타내는 회로도이다.
입력 전압 (VIN) 이 하이 레벨이 되면 (제 1 전원 전압 (VDD1) 이 되면), 인버터 (51) 에 의해, NMOS 트랜지스터 (52) 의 게이트 전압은 접지 전압 (VSS) 이 된다. 그러면, NMOS 트랜지스터 (52) 는 오프된다. 또, NMOS 트랜지스터 (53) 는 온되고, 출력 전압 (VOUT) 은 로우 레벨이 된다 (접지 전압 (VSS) 이 된다). 이 때, PMOS 트랜지스터 (54) 는 온되어 있고, 내부 노드 (N1) 의 전압은 제 2 전원 전압 (VDD2) 이 되어 있고, PMOS 트랜지스터 (55) 는 오프되어 있다.
또, 입력 전압 (VIN) 이 로우 레벨이 되면 (접지 전압 (VSS) 이 되면), 인버터 (51) 에 의해, NMOS 트랜지스터 (52) 의 게이트 전압은 제 1 전원 전압 (VDD1) 이 된다. 그러면, NMOS 트랜지스터 (52) 는 온되고, 내부 노드 (N1) 의 전압은 접지 전압 (VSS) 이 되고, PMOS 트랜지스터 (55) 는 온되고, 출력 전압 (VOUT) 은 하이 레벨이 된다 (제 2 전원 전압 (VDD2) 이 된다). 이 때, NMOS 트랜지스터 (53) 는 오프되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
그러나, 특허문헌 1 에서 개시된 기술에서는, 제 1 전원 전압 (VDD1) 이 회로의 최저 동작 전원 전압보다 낮아지면, 레벨 시프트 회로가 오동작하여, 출력 전압 (VOUT) 이 부정 (不定) 이 되어 버린다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어져, 오동작하지 않는 레벨 시프트 회로를 제공한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서, 입력 단자에 입력되는 제 1 전원 단자의 제 1 전원 전압의 신호를 제 2 전원 단자의 제 2 전원 전압의 신호로 변환하여 출력 단자에 출력하는 레벨 시프트 회로로서, 제 1 전원 전압이 소정 전압 미만이 되는 것을 검출하는 제어 회로를 구비하고, 제어 회로의 검출 신호에 의해, 레벨 시프트 회로의 출력 단자의 전압이 제 2 전원 전압 또는 접지 전압으로 고정되는 레벨 시프트 회로로 하였다.
본 발명에 의하면, 제 1 전원 전압이 최저 동작 전원 전압보다 낮은 경우, 레벨 시프트 회로의 출력 전압은 제 2 전원 전압 또는 접지 전압에 강제적으로 고정되므로, 레벨 시프트 회로는 오동작하지 않는다.
도 1 은, 본 실시형태의 레벨 시프트 회로를 나타내는 회로도이다.
도 2 는, 종래의 레벨 시프트 회로를 나타내는 회로도이다.
도 2 는, 종래의 레벨 시프트 회로를 나타내는 회로도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관하여, 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 레벨 시프트 회로의 구성에 관하여 설명한다. 도 1 은, 레벨 시프트 회로를 나타내는 회로도이다. 여기서, 제 1 전원 단자의 전압은 제 1 전원 전압 (VDD1), 제 2 전원 단자의 전압은 제 2 전원 전압 (VDD2), 접지 단자의 전압은 접지 전압 (VSS) 이다. 레벨 시프트 회로는, 입력된 제 1 전원 전압 (VDD1) 의 신호를 제 2 전원 전압 (VDD2) 의 신호로 변환하여 출력한다.
레벨 시프트 회로는, 신호 처리 회로 (10) 및 제어 회로 (20) 를 구비한다. 신호 처리 회로 (10) 는, 인버터 (11), NMOS 트랜지스터 (12 ∼ 13), PMOS 트랜지스터 (14 ∼ 15) 및 스위치 (16 ∼ 17) 를 구비한다. 제어 회로 (20) 는, NMOS 트랜지스터 (21), 전류원 (22) 및 인버터 (23) 를 구비한다.
레벨 시프트 회로에 있어서, 신호 처리 회로 (10) 의 입력 단자는 레벨 시프트 회로의 입력 단자이다. 신호 처리 회로 (10) 의 출력 단자는 레벨 시프트 회로의 출력 단자이다. 신호 처리 회로 (10) 와 제어 회로 (20) 의 제 1 제어 신호 단자는 서로 접속된다. 신호 처리 회로 (10) 와 제어 회로 (20) 의 제 2 제어 신호 단자는 서로 접속된다.
신호 처리 회로 (10) 에 있어서, 인버터 (11) 의 입력 단자는 신호 처리 회로 (10) 의 입력 단자 및 NMOS 트랜지스터 (13) 의 게이트에 접속되고, 출력 단자는 NMOS 트랜지스터 (12) 의 게이트에 접속되고, 전원 단자는 제 1 전원 단자에 접속되고, 접지 단자는 접지 단자에 접속된다. NMOS 트랜지스터 (12) 의 소스는 접지 단자에 접속되고, 드레인은 내부 노드 (N1) 에 접속된다. NMOS 트랜지스터 (13) 의 소스는 접지 단자에 접속되고, 드레인은 내부 노드 (N2) 에 접속된다. 스위치 (16) 는 내부 노드 (N1) 와 접지 단자 사이에 설치된다. 스위치 (17) 는 신호 처리 회로 (10) 의 출력 단자와 내부 노드 (N2) 사이에 설치된다. PMOS 트랜지스터 (14) 의 게이트는 신호 처리 회로 (10) 의 출력 단자에 접속되고, 소스는 제 2 전원 단자에 접속되고, 드레인은 내부 노드 (N1) 에 접속된다. PMOS 트랜지스터 (15) 의 게이트는 내부 노드 (N1) 에 접속되고, 소스는 제 2 전원 단자에 접속되고, 드레인은 신호 처리 회로 (10) 의 출력 단자에 접속된다. 스위치 (16) 는, 신호 처리 회로 (10) 의 제 1 제어 신호 단자의 신호로 제어된다. 스위치 (17) 는, 신호 처리 회로 (10) 의 제 2 제어 신호 단자의 신호로 제어된다.
제어 회로 (20) 에 있어서, NMOS 트랜지스터 (21) 의 게이트는 제 1 전원 단자에 접속되고, 소스는 접지 단자에 접속되고, 드레인은 내부 노드 (N3) 에 접속된다. 전류원 (22) 은, 제 2 전원 단자와 내부 노드 (N3) 사이에 설치된다. 인버터 (23) 의 입력 단자는 내부 노드 (N3) 및 제어 회로 (20) 의 제 1 제어 신호 단자에 접속되고, 출력 단자는 제어 회로 (20) 의 제 2 제어 신호 단자에 접속되고, 전원 단자는 제 2 전원 단자에 접속되고, 접지 단자는 접지 단자에 접속된다.
여기서, NMOS 트랜지스터 (21) 및 전류원 (22) 은 전압 검출 회로를 구성한다. 전압 검출 회로의 입력 단자는 NMOS 트랜지스터 (21) 의 게이트이고, 출력 단자는 내부 노드 (N3) 이다. 전압 검출 회로는, 제 1 전원 전압 (VDD1) 이 최저 동작 전원 전압과 소정 전압의 합계 전압이 되는 것을 검출한다. 또한 이 전압은, 전압 검출 회로의 임계값 전압이고, 레벨 시프트 회로가 실제로 동작할 수 없는 전원 전압 (최저 동작 전원 전압) 보다 소정 전압만큼 높은 전압이다. 이 소정 전압은, 반도체 장치의 사양에 따라 적절히 조정된다. 구체적으로는, NMOS 트랜지스터 (21) 의 임계값 전압 및 사이즈와 전류원 (22) 의 전류량이 적절히 조정됨으로써 전압 검출 회로의 임계값 전압이 조정된다.
다음으로, 제 1 전원 전압 (VDD1) 이 최저 동작 전원 전압보다 낮은 경우에서의 레벨 시프트 회로의 동작에 관하여 설명한다.
이 때, 제 1 전원 전압 (VDD1) 은 전압 검출 회로의 임계값 전압보다 낮다. 그러면, NMOS 트랜지스터 (21) 는 오프된다. 내부 노드 (N3) 의 전압은, 전류원 (22) 에 의해 풀업되어 제 2 전원 전압 (VDD2) 이 된다. 즉, 제 1 제어 신호가 제 2 전원 전압 (VDD2) 이 된다. 스위치 (16) 는 예를 들어 NMOS 트랜지스터이고, 게이트 전압이 제 2 전원 전압 (VDD2) 이 되면 스위치 (16) 는 온되므로, 내부 노드 (N1) 의 전압은 접지 전압 (VSS) 이 된다. 따라서, PMOS 트랜지스터 (15) 가 온되고, 출력 전압 (VOUT) 은 제 2 전원 전압 (VDD2) 으로 강제적으로 고정된다. 따라서, 제 1 전원 전압 (VDD1) 이 최저 동작 전원 전압보다 낮은 경우, 레벨 시프트 회로의 출력 전압 (VOUT) 은 제 2 전원 전압 (VDD2) 으로 강제적으로 고정되므로, 레벨 시프트 회로는 오동작하지 않는다.
내부 노드 (N3) 의 전압은 제 2 전원 전압 (VDD2) 이 되어 있으므로, 인버터 (23) 에 의해 제 2 제어 신호는 접지 전압 (VSS) 이 되어 있다. 스위치 (17) 는 예를 들어 NMOS 트랜지스터이고, 게이트 전압이 접지 전압 (VSS) 이 되어 있으므로, 스위치 (17) 는 오프되어 있다.
이와 같이, 제 1 전원 전압 (VDD1) 이 전압 검출 회로의 임계값 전압보다 낮은 경우, 레벨 시프트 회로의 출력 전압 (VOUT) 은 제 2 전원 전압 (VDD2) 으로 강제적으로 고정된다.
다음으로, 제 1 전원 전압 (VDD1) 이 최저 동작 전원 전압과 소정 전압의 합계 전압보다 높은 경우에 있어서의 레벨 시프트 회로의 동작에 관하여 설명한다.
이 때, 제 1 전원 전압 (VDD1) 은 전압 검출 회로의 임계값 전압보다 높다. 그러면, NMOS 트랜지스터 (21) 는 온된다. 내부 노드 (N3) 의 전압은 접지 전압 (VSS) 이 된다. 즉, 제 1 제어 신호가 접지 전압 (VSS) 이 되므로, 스위치 (16) 는 오프된다. 또, 인버터 (23) 에 의해, 제 2 제어 신호는 제 2 전원 전압 (VDD2) 이 되므로, 스위치 (17) 는 온된다.
여기서, 입력 전압 (VIN) 이 하이 레벨이 되면 (제 1 전원 전압 (VDD1) 이 되면), 인버터 (11) 에 의해, NMOS 트랜지스터 (12) 의 게이트 전압은 접지 전압 (VSS) 이 된다. 그러면, NMOS 트랜지스터 (12) 는 오프된다. 또, NMOS 트랜지스터 (13) 는 온되고, 출력 전압 (VOUT) 은 로우 레벨이 된다 (접지 전압 (VSS) 이 된다). 이 때, PMOS 트랜지스터 (14) 는 온되어 있고, 내부 노드 (N1) 의 전압은 제 2 전원 전압 (VDD2) 이 되어 있고, PMOS 트랜지스터 (15) 는 오프되어 있다.
또, 입력 전압 (VIN) 이 로우 레벨이 되면 (접지 전압 (VSS) 이 되면), 인버터 (11) 에 의해 NMOS 트랜지스터 (12) 의 게이트 전압은 제 1 전원 전압 (VDD1) 이 된다. 그러면, NMOS 트랜지스터 (12) 는 온되고, 내부 노드 (N1) 의 전압은 접지 전압 (VSS) 이 되고, PMOS 트랜지스터 (15) 는 온되고, 출력 전압 (VOUT) 은 하이 레벨이 된다 (제 2 전원 전압 (VDD2) 이 된다). 이 때, NMOS 트랜지스터 (13) 는 오프되어 있다.
이와 같이, 제 1 전원 전압 (VDD1) 이 전압 검출 회로의 임계값 전압보다 높은 경우, 레벨 시프트 회로의 출력 전압 (VOUT) 은 입력 전압 (VIN) 으로 결정된다.
또한, 전류원 (22) 은 풀업의 기능을 다하는 범위에서 한정되지 않는다. 예를 들어, 저항 소자여도 된다.
또, 스위치 (16) 및 스위치 (17) 에 대한 제어 신호는 교체되어도 되고, 또, 레벨 시프트 회로의 출력 단자와 내부 노드 (N1) 가 교체되어도 된다.
또, NMOS 트랜지스터 (21) 의 게이트는, 제 1 전원 단자에 직접 접속되어 있지만, 저항 분압 회로를 개재하여 접속되어도 된다.
10 … 신호 처리 회로
20 … 제어 회로
22 … 전류원
VDD1 ∼ VDD2 … 전원 전압
VSS … 접지 전압
VIN … 입력 전압
VOUT … 출력 전압
20 … 제어 회로
22 … 전류원
VDD1 ∼ VDD2 … 전원 전압
VSS … 접지 전압
VIN … 입력 전압
VOUT … 출력 전압
Claims (6)
- 입력 단자에 입력되는 제 1 전원 단자의 제 1 전원 전압의 신호를 제 2 전원 단자의 제 2 전원 전압의 신호로 변환하여 출력 단자에 출력하는 레벨 시프트 회로로서,
상기 제 1 전원 전압이 소정 전압 미만이 되는 것을 검출하는 제어 회로를 구비하고,
상기 제어 회로의 검출 신호에 의해, 상기 레벨 시프트 회로의 출력 단자의 전압이 상기 제 2 전원 전압 또는 접지 전압으로 고정되는 것을 특징으로 하는 레벨 시프트 회로. - 제 1 항에 있어서,
상기 입력 단자에 입력되는 신호가 제 1 전원 전압일 때에 상기 출력 단자의 전압을 상기 제 2 전원 전압으로 하는 제 1 NMOS 트랜지스터와,
상기 제 1 NMOS 트랜지스터와 병렬로 접속된 제 1 스위치와,
상기 입력 단자에 입력되는 신호가 제 1 전원 전압일 때에 상기 출력 단자의 전압을 상기 접지 전압으로 하는 제 2 NMOS 트랜지스터와,
상기 제 2 NMOS 트랜지스터와 상기 출력 단자 사이에 접속된 제 2 스위치를 구비하고,
상기 제어 회로의 검출 신호에 의해, 상기 제 1 스위치와 상기 제 2 스위치가 제어되는 것을 특징으로 하는 레벨 시프트 회로. - 제 2 항에 있어서,
상기 제어 회로는,
게이트는 상기 제 1 전원 단자에 접속되고, 소스는 접지 단자에 접속되고, 드레인은 상기 제어 회로의 제 1 출력 단자에 접속되는 NMOS 트랜지스터와,
상기 제 2 전원 단자와 상기 제어 회로의 제 1 출력 단자 사이에 설치되는 저항 소자와,
상기 NMOS 트랜지스터의 드레인과 제 2 출력 단자 사이에 설치되는 인버터를 구비하고,
상기 제 1 출력 단자의 신호로 상기 제 1 스위치를 제어하고, 상기 제 2 출력 단자의 신호로 상기 제 2 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 레벨 시프트 회로. - 반도체 장치에 탑재되는 레벨 시프트 회로에 있어서,
신호 처리 회로와 제어 회로를 구비하고,
상기 신호 처리 회로는,
소스는 접지 단자에 접속되고, 드레인은 제 1 내부 노드에 접속되는 제 1 NMOS 트랜지스터와,
소스는 접지 단자에 접속되고, 드레인은 제 2 내부 노드에 접속되는 제 2 NMOS 트랜지스터와,
입력 단자는 상기 신호 처리 회로의 입력 단자 및 상기 제 2 NMOS 트랜지스터의 게이트에 접속되고, 출력 단자는 상기 제 1 NMOS 트랜지스터의 게이트에 접속되고, 전원 단자는 제 1 전원 단자에 접속되는 제 1 인버터와,
상기 신호 처리 회로의 제 1 제어 신호 단자의 신호로 제어되고, 상기 제 1 내부 노드와 접지 단자 사이에 설치되는 제 1 스위치와,
상기 신호 처리 회로의 제 2 제어 신호 단자의 신호로 제어되고, 상기 신호 처리 회로의 출력 단자와 상기 제 2 내부 노드 사이에 설치되는 제 2 스위치와,
게이트는 상기 신호 처리 회로의 출력 단자에 접속되고, 소스는 제 2 전원 단자에 접속되고, 드레인은 상기 제 1 내부 노드에 접속되는 제 1 PMOS 트랜지스터와,
게이트는 상기 제 1 내부 노드에 접속되고, 소스는 상기 제 2 전원 단자에 접속되고, 드레인은 상기 신호 처리 회로의 출력 단자에 접속되는 제 2 PMOS 트랜지스터를 구비하고,
상기 제어 회로는,
입력 단자는 상기 제 1 전원 단자에 접속되고, 제 1 전원 전압이 최저 동작 전원 전압과 소정 전압의 합계 전압이 되는 것을 검출하는 전압 검출 회로와,
입력 단자는 상기 전압 검출 회로의 출력 단자 및 상기 제 1 제어 신호 단자에 접속되고, 출력 단자는 상기 제 2 제어 신호 단자에 접속되고, 전원 단자는 상기 제 2 전원 단자에 접속되는 제 2 인버터를 구비하는 것을 특징으로 하는 레벨 시프트 회로. - 제 4 항에 있어서,
상기 전압 검출 회로는,
게이트는 상기 제 1 전원 단자에 접속되고, 소스는 접지 단자에 접속되고, 드레인은 상기 전압 검출 회로의 출력 단자에 접속되는 제 3 NMOS 트랜지스터와,
상기 제 2 전원 단자와 상기 전압 검출 회로의 출력 단자 사이에 설치되는 저항 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 레벨 시프트 회로. - 제 5 항에 있어서,
상기 전압 검출 회로의 임계값 전압은, 상기 합계 전압이 되도록 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 레벨 시프트 회로.
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