JP2002176351A - Level shifter circuit - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の出力
端子をドライブする回路への信号の電圧レベルを変換す
るレベルシフタ回路に関するものである。The present invention relates to a level shifter circuit for converting a voltage level of a signal to a circuit for driving an output terminal of a semiconductor device.
【0002】[0002]
【従来の技術】レベルシフタ回路は、信号の電圧レベル
を変換、例えば低電位の電圧から高電位の電圧ないしは
その逆に変換するもので、例えば半導体装置の出力回路
等で用いられている。2. Description of the Related Art A level shifter circuit converts a voltage level of a signal, for example, from a low potential voltage to a high potential voltage or vice versa, and is used in, for example, an output circuit of a semiconductor device.
【0003】図4は、従来のレベルシフタ回路の一例の
構成回路図である。同図に示すレベルシフタ回路34
は、入力端子IN2に印加される低電位の電圧VCCL
の振幅を持つ信号の電圧レベルを変換し、変換後の高電
位の電圧VCCHの振幅を持つ信号を出力端子OUT2
から出力するもので、出力段のドライバ12と、その前
段のプリドライバ14と、帰還用トランジスタのP型M
OSトランジスタ(PMOS)16とを備えている。FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a conventional level shifter circuit. The level shifter circuit 34 shown in FIG.
Is a low potential voltage VCCL applied to the input terminal IN2.
The signal having the amplitude of the converted high-potential voltage VCCH is converted to the output terminal OUT2.
, A driver 12 in the output stage, a pre-driver 14 in the preceding stage, and a P-type M
An OS transistor (PMOS) 16 is provided.
【0004】また、出力段のドライバ12は、PMOS
20およびNMOS22を備え、プリドライバ14は、
PMOS24およびNMOS26,28を備えている。
出力段のドライバ12のPMOS20は、高電位の電源
VCCHと出力端子OUT2との間に接続され、そのゲ
ートは内部ノードN21に接続されている。また、NM
OS22は、出力端子OUT2とグランドとの間に接続
され、そのゲートは内部ノードN22に接続されてい
る。The driver 12 in the output stage is a PMOS
20 and an NMOS 22, and the pre-driver 14
A PMOS 24 and NMOSs 26 and 28 are provided.
The PMOS 20 of the driver 12 at the output stage is connected between the high potential power supply VCCH and the output terminal OUT2, and its gate is connected to the internal node N21. Also, NM
The OS 22 is connected between the output terminal OUT2 and the ground, and has a gate connected to the internal node N22.
【0005】プリドライバ14のPMOS24は、低電
位の電源VCCLと内部ノードN22との間に接続さ
れ、NMOS26,28は、それぞれ内部ノードN2
2,N21とグランドとの間に接続されている。また、
これらのPMOS24およびNMOS26,28のゲー
トは全て入力端子IN2に接続されている。帰還用トラ
ンジスタのPMOS16は高電位の電源VCCHと内部
ノードN21との間に接続され、そのゲートは出力端子
OUT2に接続されている。The PMOS 24 of the pre-driver 14 is connected between the low potential power supply VCCL and the internal node N22, and the NMOSs 26 and 28 are connected to the internal node N2, respectively.
2, N21 and ground. Also,
The gates of the PMOS 24 and the NMOSs 26 and 28 are all connected to the input terminal IN2. The PMOS 16 of the feedback transistor is connected between the high-potential power supply VCCH and the internal node N21, and its gate is connected to the output terminal OUT2.
【0006】このレベルシフタ回路34では、入力端子
IN2がロウレベルからハイレベルまたはその逆に変化
した時、出力端子OUT2は、ロウレベルからハイレベ
ルまたはその逆に変化する。In the level shifter circuit 34, when the input terminal IN2 changes from low level to high level or vice versa, the output terminal OUT2 changes from low level to high level or vice versa.
【0007】入力端子IN2がハイレベル(低電位の電
源電圧VCCL)の時は、プリドライバ14のPMOS
24はオフ、NMOS26,28はオンしており、内部
ノードN21,N22はいずれもロウレベルである。し
たがって、出力段のドライバ12のPMOS20はオ
ン、NMOS22はオフしており、出力端子OUT2は
ハイレベル(高電位の電源電圧VCCH)にドライブさ
れているので、帰還用トランジスタのPMOS16はオ
フしている。When the input terminal IN2 is at a high level (low potential power supply voltage VCCL), the PMOS of the pre-driver 14
24 is off, NMOSs 26 and 28 are on, and both internal nodes N21 and N22 are at low level. Accordingly, the PMOS 20 of the driver 12 in the output stage is on, the NMOS 22 is off, and the output terminal OUT2 is driven to a high level (high-potential power supply voltage VCCH), so the PMOS 16 of the feedback transistor is off. .
【0008】図2の波形図に示すように、入力端子IN
2がハイレベルからロウレベルに変化すると、プリドラ
イバ14のPMOS24はオン、NMOS26,28は
オフし、内部ノードN22はチャージアップされる。こ
の時点では、内部ノードN21は、プリドライバ14の
NMOS28および帰還用トランジスタのPMOS16
が共にオフしているのでフローティングロウ状態であ
り、出力段のドライバ12のPMOS20はオンしたま
まの状態である。As shown in the waveform diagram of FIG. 2, the input terminal IN
When 2 changes from the high level to the low level, the PMOS 24 of the pre-driver 14 is turned on, the NMOSs 26 and 28 are turned off, and the internal node N22 is charged up. At this point, the internal node N21 is connected to the NMOS 28 of the pre-driver 14 and the PMOS 16 of the feedback transistor.
Are both in a floating low state because they are off, and the PMOS 20 of the driver 12 in the output stage remains on.
【0009】出力段のドライバ12のNMOS22は、
内部ノードN22がチャージアップされて、NMOS2
2のしきい値電圧よりも高くなった時点でオンし、出力
端子OUT2はディスチャージされる。なお、この時点
では、前述のように、出力段のドライバ12のPMOS
20はオンしており、高電位の電源VCCHから出力段
のドライバ12のPMOS20およびNMOS22を介
しグランドに対して貫通電流が流れる。The NMOS 22 of the driver 12 in the output stage is
The internal node N22 is charged up and the NMOS2
At the time when the threshold voltage becomes higher than the threshold voltage of No. 2, the output terminal OUT2 is discharged. At this time, as described above, the PMOS of the driver 12 in the output stage is used.
20 is on, and a through current flows from the high-potential power supply VCCH to the ground via the PMOS 20 and the NMOS 22 of the driver 12 in the output stage.
【0010】帰還用トランジスタのPMOS16は、出
力端子OUT2がディスチャージされて、高電位の電源
電圧VCCHよりもPMOS16のしきい値電圧以上低
くなった時点でオンし、内部ノードN21はハイレベル
(高電位の電源電圧VCCH)にチャージアップされ
る。この時点で、出力段のドライバ12のPMOS20
は完全にオフし、出力端子OUT2は、出力段のドライ
バ12のNMOS22によりロウレベルにドライブされ
る。The PMOS transistor 16 as a feedback transistor turns on when the output terminal OUT2 is discharged and becomes lower than the high-potential power supply voltage VCCH by the threshold voltage of the PMOS 16 or more, and the internal node N21 is at a high level (high potential). (The power supply voltage VCCH). At this point, the PMOS 20 of the driver 12 in the output stage
Is completely turned off, and the output terminal OUT2 is driven to a low level by the NMOS 22 of the driver 12 in the output stage.
【0011】続いて、入力端子IN2がロウレベルから
ハイレベルに変化すると、プリドライバ14のPMOS
24はオフ、NMOS26,28はオンし、内部ノード
N21,N22は同時にディスチャージされる。なお、
この時点では、帰還用トランジスタのPMOS16はオ
ンしたままの状態であり、高電位の電源VCCHから、
帰還用トランジスタのPMOS16およびプリドライバ
14のNMOS28を介しグランドに対して貫通電流が
流れる。Subsequently, when the input terminal IN2 changes from low level to high level, the PMOS of the pre-driver 14
24 is off, NMOSs 26 and 28 are on, and internal nodes N21 and N22 are simultaneously discharged. In addition,
At this time, the PMOS transistor 16 of the feedback transistor remains ON, and the high potential power supply VCCH
Through current flows to the ground via the PMOS 16 of the feedback transistor and the NMOS 28 of the pre-driver 14.
【0012】出力段のドライバ12のPMOS20は、
内部ノードN21がディスチャージされて、高電位の電
源電圧VCCH−PMOS20のしきい値電圧以上低く
なった時点でオンする。これにより、出力端子OUT2
は、PMOS20によりチャージアップされる。また、
出力段のドライバ12のNMOS22は、内部ノードN
22がディスチャージされて、NMOS22のしきい値
電圧よりも低くなった時点でオフする。The PMOS 20 of the driver 12 at the output stage is
When the internal node N21 is discharged and becomes lower than the threshold voltage of the high potential power supply voltage VCCH-PMOS 20, it is turned on. Thereby, the output terminal OUT2
Is charged up by the PMOS 20. Also,
The NMOS 22 of the driver 12 in the output stage is connected to the internal node N
22 is discharged and turned off when the voltage becomes lower than the threshold voltage of the NMOS 22.
【0013】帰還用トランジスタのPMOS16は、出
力端子OUT2がチャージアップされて、高電位の電源
電圧VCCH−PMOS16のしきい値電圧よりも高く
なった時点でオフする。これにより、内部ノードN21
は、プリドライバ14のNMOS28を介してロウレベ
ルにドライブされ、これに応じて、出力端子OUT2
は、出力段のドライバ12のPMOS20によりハイレ
ベル(高電位の電源電圧VCCH)にドライブされる。The PMOS 16 of the feedback transistor is turned off when the output terminal OUT2 is charged up and becomes higher than the threshold voltage of the high-potential power supply voltage VCCH-PMOS 16. Thereby, the internal node N21
Is driven to a low level via the NMOS 28 of the pre-driver 14, and accordingly, the output terminal OUT2
Is driven to a high level (high-potential power supply voltage VCCH) by the PMOS 20 of the driver 12 in the output stage.
【0014】図示例のレベルシフタ回路34では、PM
OS16で帰還をかける回路構成であるため、入力端子
IN2がハイレベルからロウレベルに変化した時、出力
端子OUT2がディスチャージされて、帰還用トランジ
スタのPMOS16がオンし、さらにPMOS16を介
して供給される電流により、出力段のドライバ12のP
MOS20が完全にオフする電位に内部ノードN21が
チャージアップされるまでは、PMOS20がオンして
いる。In the level shifter circuit 34 shown in FIG.
Since the input terminal IN2 changes from a high level to a low level, the output terminal OUT2 is discharged, the PMOS 16 of the feedback transistor is turned on, and the current supplied through the PMOS 16 when the input terminal IN2 changes from the high level to the low level. As a result, P of the driver 12 in the output stage
The PMOS 20 is on until the internal node N21 is charged up to a potential at which the MOS 20 is completely turned off.
【0015】したがって、貫通電流により消費電流が増
大するという問題の他にも、低電位の電源電圧VCCL
が低い場合や、高電位の電源電圧VCCHおよび低電位
の電源電圧VCCLの電圧差が大きい場合には、出力段
のドライバ12のNMOS22によるディスチャージが
PMOS20によるチャージアップにより妨げられ、動
作速度が極端に低下したり、PN(PMOSおよびNM
OS)のバランスが崩れ、レイアウト配置上の形状に無
理が発生するという問題があった。Therefore, in addition to the problem that the consumption current increases due to the through current, the low potential power supply voltage VCCL
Is low, or when the voltage difference between the high-potential power supply voltage VCCH and the low-potential power supply voltage VCCL is large, the discharge by the NMOS 22 of the driver 12 in the output stage is hindered by the charge-up by the PMOS 20, and the operating speed becomes extremely high PN (PMOS and NM)
There is a problem that the balance of the OS (OS) is lost and the shape in the layout arrangement becomes unreasonable.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術に基づく問題点を解消し、低電位の電源電圧が
非常に低電圧である場合や、高電位の電源電圧と低電位
の電源電圧との電圧差が大きい場合であっても、高速動
作が可能で消費電流も少ないレベルシフタ回路を提供す
ることにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems based on the prior art and to solve the problem when the low-potential power supply voltage is very low, or when the high-potential power supply voltage and the low-potential power supply voltage are low. It is an object of the present invention to provide a level shifter circuit which can operate at high speed and consumes less current even when a voltage difference from a power supply voltage is large.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、信号の電圧レベルを低電位の電圧から高
電位の電圧に変換するレベルシフタ回路であって、高電
位の電源と前記出力端子との間に接続され、第1の内部
ノードの電圧レベルに応じて前記出力端子をチャージア
ップする第1のトランジスタ、および、前記出力端子と
グランドとの間に接続され、第2の内部ノードの電圧レ
ベルに応じて前記出力端子をディスチャージする第2の
トランジスタを備える出力段のドライバと、低電位の電
源と前記第2の内部ノードとの間に接続され、前記入力
端子の電圧レベルに応じて前記第2の内部ノードをチャ
ージアップする第3のトランジスタ、前記第2の内部ノ
ードとグランドとの間に接続され、前記入力端子の電圧
レベルに応じて前記第2の内部ノードをディスチャージ
する第4のトランジスタ、および、前記第1の内部ノー
ドとグランドとの間に接続され、前記入力端子の電圧レ
ベルに応じて前記第1の内部ノードをディスチャージす
る第5のトランジスタを備えるプリドライバと、前記高
電位の電源と前記第1の内部ノードとの間に接続され、
前記出力端子の電圧レベルに応じて、前記第1の内部ノ
ードをチャージアップする帰還用トランジスタと、前記
高電位の電源と前記第1の内部ノードとの間に接続さ
れ、前記第2の内部ノードの電圧レベルに応じて、前記
第1の内部ノードをチャージアップする補償用トランジ
スタとを備えていることを特徴とするレベルシフタ回路
を提供するものである。According to the present invention, there is provided a level shifter circuit for converting a voltage level of a signal from a low potential voltage to a high potential voltage. A first transistor connected between the output terminal and a ground, the second transistor being connected between the output terminal and a ground, the first transistor being configured to charge up the output terminal according to a voltage level of a first internal node; A driver of an output stage including a second transistor for discharging the output terminal in accordance with a voltage level of a node; a driver connected between a low-potential power supply and the second internal node; A third transistor that charges up the second internal node in response to the second internal node, and is connected between the second internal node and ground, and is connected to the input terminal according to a voltage level of the input terminal. A fourth transistor that discharges a second internal node, and a fifth transistor that is connected between the first internal node and ground and discharges the first internal node according to a voltage level of the input terminal. A pre-driver including: a transistor; connected between the high-potential power supply and the first internal node;
A feedback transistor that charges up the first internal node in accordance with a voltage level of the output terminal; a second transistor connected between the high-potential power supply and the first internal node; And a compensating transistor for charging up the first internal node according to the voltage level of the level shifter circuit.
【0018】ここで、上記記載のレベルシフタ回路であ
って、さらに、前記高電位の電源と前記出力端子との間
に接続され、前記入力端子の電圧レベルに応じて、前記
出力端子をチャージアップする第2の補償用トランジス
タを備えているのが好ましい。Here, in the above-described level shifter circuit, further connected between the high-potential power supply and the output terminal, the output terminal is charged up in accordance with the voltage level of the input terminal. Preferably, a second compensating transistor is provided.
【0019】[0019]
【発明の実施の形態】以下に、添付の図面に示す好適実
施例に基づいて、本発明のレベルシフタ回路を詳細に説
明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a level shifter circuit according to the present invention will be described in detail with reference to a preferred embodiment shown in the accompanying drawings.
【0020】図1は、本発明のレベルシフタ回路の第1
の実施例の構成回路図である。同図に示すレベルシフタ
回路10は、半導体装置の出力端子をドライブする信号
の電圧レベルを低電位の電圧から高電位の電圧に変換す
るもので、出力段のドライバ12と、その前段のプリド
ライバ14と、帰還用トランジスタのP型MOSトラン
ジスタ(PMOS)16と、補償用トランジスタのN型
MOSトランジスタ(NMOS)18とを備えている。FIG. 1 shows a first example of the level shifter circuit of the present invention.
FIG. 3 is a configuration circuit diagram of the embodiment of FIG. The level shifter circuit 10 shown in FIG. 1 converts a voltage level of a signal for driving an output terminal of a semiconductor device from a low potential voltage to a high potential voltage, and includes a driver 12 in an output stage and a pre-driver 14 in a preceding stage. And a P-type MOS transistor (PMOS) 16 as a feedback transistor and an N-type MOS transistor (NMOS) 18 as a compensation transistor.
【0021】図示例のレベルシフタ回路10において、
まず、出力段のドライバ12は、プリドライバ14の出
力信号に応じて、出力端子OUT1をドライブするもの
で、PMOS20およびNMOS22を備えている。P
MOS20は、高電位の電源VCCHと出力端子OUT
1との間に接続され、NMOS22は、出力端子OUT
1とグランドとの間に接続されている。また、PMOS
20およびNMOS22のゲートはそれぞれ内部ノード
N11,N12に接続されている。In the illustrated level shifter circuit 10,
First, the driver 12 at the output stage drives the output terminal OUT1 according to the output signal of the pre-driver 14, and includes a PMOS 20 and an NMOS 22. P
The MOS 20 includes a high-potential power supply VCCH and an output terminal OUT.
1 and the NMOS 22 is connected to the output terminal OUT
1 and ground. Also, PMOS
The gates of NMOS 20 and NMOS 22 are connected to internal nodes N11 and N12, respectively.
【0022】続いて、プリドライバ14は、入力端子I
N1に与えられた信号に応じて、内部ノードN11,N
12をドライブするもので、PMOS24およびNMO
S26,28を備えている。PMOS24は、低電位の
電源VCCLと内部ノードN12との間に接続され、N
MOS26,28は、それぞれ内部ノードN12,N1
1とグランドとの間にそれぞれ接続されている。また、
PMOS24およびNMOS26,28のゲートは共に
入力端子IN1に接続されている。Subsequently, the pre-driver 14 is connected to the input terminal I
In response to the signal applied to N1, internal nodes N11, N
12 and a PMOS 24 and an NMO
S26 and S28 are provided. The PMOS 24 is connected between the low potential power supply VCCL and the internal node N12.
MOSs 26 and 28 are connected to internal nodes N12 and N1 respectively.
1 and ground. Also,
The gates of the PMOS 24 and the NMOSs 26 and 28 are both connected to the input terminal IN1.
【0023】帰還用トランジスタのPMOS16は、出
力端子OUT1にドライブされた信号に応じて、内部ノ
ードN11をハイレベル(高電位の電源電圧VCCH)
にドライブするものである。PMOS16は、高電位の
電源VCCHと内部ノードN11との間に接続され、そ
のゲートは出力端子OUT1に接続されている。The PMOS 16 of the feedback transistor sets the internal node N11 to a high level (high-potential power supply voltage VCCH) in response to the signal driven to the output terminal OUT1.
To drive to. The PMOS 16 is connected between the high-potential power supply VCCH and the internal node N11, and has a gate connected to the output terminal OUT1.
【0024】補償用トランジスタのNMOS18は、プ
リドライバ14の出力信号に応じて、内部ノードN11
をハイレベル(低電位の電源電圧VCCL−NMOS1
8のしきい値電圧)にドライブするものである。NMO
S18は、高電位の電源VCCHと内部ノードN11と
の間に接続され、そのゲートは内部ノードN11に接続
されている。The NMOS 18 of the compensation transistor is connected to the internal node N11 according to the output signal of the pre-driver 14.
At a high level (low potential power supply voltage VCCL-NMOS1
8 threshold voltage). NMO
S18 is connected between the high-potential power supply VCCH and the internal node N11, and its gate is connected to the internal node N11.
【0025】次に、図2に示す波形図を参照しながら、
入力端子IN1がハイレベルからロウレベルに変化する
場合を例に挙げて、レベルシフタ回路10の動作を説明
する。なお、図2中、縦軸は電圧(V)、横軸は時間
(T)を表す。Next, referring to the waveform diagram shown in FIG.
The operation of the level shifter circuit 10 will be described using an example in which the input terminal IN1 changes from a high level to a low level. In FIG. 2, the vertical axis represents voltage (V) and the horizontal axis represents time (T).
【0026】入力端子IN1がハイレベル(低電位の電
源電圧VCCL)の時、プリドライバ14のPMOS2
4はオフ、NMOS26,28はオンしており、内部ノ
ードN11,N12はいずれもロウレベルである。した
がって、出力段のドライバ12のPMOS20はオン、
NMOS22はオフ、補償用トランジスタのNMOSは
オフしており、出力端子OUT1はハイレベル(高電位
の電源電圧VCCH)にドライブされているので、帰還
用トランジスタのPMOS16はオフしている。When the input terminal IN1 is at a high level (low potential power supply voltage VCCL), the PMOS2 of the pre-driver 14
4 is off, NMOSs 26 and 28 are on, and both internal nodes N11 and N12 are at low level. Therefore, the PMOS 20 of the driver 12 in the output stage is turned on,
Since the NMOS 22 is off and the NMOS of the compensating transistor is off, and the output terminal OUT1 is driven to a high level (high-potential power supply voltage VCCH), the PMOS 16 of the feedback transistor is off.
【0027】図2の波形図に示すように、入力端子IN
1がハイレベルからロウレベルに変化すると、プリドラ
イバ14のPMOS24はオン、NMOS26,28は
オフし、内部ノードN12はチャージアップされる。補
償用トランジスタのNMOS18は、内部ノードN12
がチャージアップされて、NMOS18のしきい値電圧
よりも高くなった時点でオンし、これにより、内部ノー
ドN11もチャージアップされる。As shown in the waveform diagram of FIG.
When 1 changes from the high level to the low level, the PMOS 24 of the pre-driver 14 is turned on, the NMOSs 26 and 28 are turned off, and the internal node N12 is charged up. The compensation transistor NMOS18 is connected to the internal node N12.
Is turned on when it becomes higher than the threshold voltage of the NMOS 18, whereby the internal node N11 is also charged up.
【0028】また、出力段のドライバ12のNMOS2
2は、内部ノードN12がチャージアップされて、NM
OS22のしきい値電圧よりも高くなった時点でオン
し、出力端子OUT1はディスチャージされる。なお、
この時点では、内部ノードN11がチャージアップされ
ると共に、出力段のドライバ12のPMOS20はオン
からオフへの遷移中であり、高電位の電源VCCHから
PMOS20およびNMOS22を介しグランドに対し
て貫通電流が流れる。The NMOS 2 of the driver 12 in the output stage
2, the internal node N12 is charged up and NM
It turns on when the voltage becomes higher than the threshold voltage of OS22, and the output terminal OUT1 is discharged. In addition,
At this time, the internal node N11 is charged up, and the PMOS 20 of the driver 12 in the output stage is transitioning from on to off, and a through current flows from the high-potential power supply VCCH to the ground via the PMOS 20 and the NMOS 22. Flows.
【0029】帰還用トランジスタのPMOS16は、出
力端子OUT1がディスチャージされて、高電位の電源
電圧VCCHよりもPMOS16のしきい値電圧以上低
くなった時点でオンする。そして、内部ノードN11が
チャージアップされ、高電位の電源電圧VCCH−PM
OS20のしきい値電圧よりも高くなった時点で、出力
段のドライバ12のPMOS20は完全にオフし、出力
端子OUT1は、出力段のドライバ12のNMOS22
によりロウレベルにドライブされる。The PMOS 16 of the feedback transistor is turned on when the output terminal OUT1 is discharged and becomes lower than the high potential power supply voltage VCCH by the threshold voltage of the PMOS 16 or more. Then, the internal node N11 is charged up, and the high potential power supply voltage VCCH-PM
At the time when the voltage becomes higher than the threshold voltage of the OS 20, the PMOS 20 of the driver 12 in the output stage is completely turned off, and the output terminal OUT1 is connected to the NMOS 22
Driven low.
【0030】なお、補償用トランジスタのNMOS18
は、帰還用トランジスタのPMOS16がオフの期間は
NMOS18自身により、また、帰還用トランジスタの
PMOS16がオンした後は、補償用トランジスタのN
MOS18および帰還用トランジスタのPMOS16の
両方により内部ノードN11がチャージアップされ、低
電位の電源電圧VCCL−NMOS18のしきい値電圧
よりも高くなった時点でオフする。The NMOS 18 of the compensation transistor
During the period in which the PMOS 16 of the feedback transistor is turned off, the NMOS 18 itself turns on, and after the PMOS 16 of the feedback transistor is turned on, the N of the compensating transistor is turned off.
The internal node N11 is charged up by both the MOS 18 and the PMOS 16 as a feedback transistor, and is turned off when it becomes higher than the threshold voltage of the low potential power supply voltage VCCL-NMOS 18.
【0031】続いて、入力端子IN1がロウレベルから
ハイレベルに変化すると、プリドライバ14のPMOS
24はオフ、NMOS26,28はオンし、内部ノード
N11,N12は同時にディスチャージされる。なお、
この時点では、帰還用トランジスタのPMOS16はオ
ンしたままの状態であり、高電位の電源VCCHからP
MOS16およびNMOS28を介しグランドに対して
貫通電流が流れる。また、補償用トランジスタのNMO
S18は既にオフしている。Subsequently, when the input terminal IN1 changes from low level to high level, the PMOS of the pre-driver 14
24 is off, NMOSs 26 and 28 are on, and internal nodes N11 and N12 are simultaneously discharged. In addition,
At this point, the PMOS transistor 16 of the feedback transistor remains on, and the high-potential power supply VCCH
A through current flows to the ground via the MOS 16 and the NMOS 28. Also, the NMO of the compensation transistor
S18 is already off.
【0032】出力段のドライバ12のPMOS20は、
内部ノードN11がディスチャージされて、高電位の電
源電圧VCCH−PMOS20のしきい値電圧以上低く
なった時点でオンする。これにより、出力端子OUT1
は、PMOS20によりチャージアップされる。また、
出力段のドライバ12のNMOS22は、内部ノードN
12がディスチャージされて、NMOS22のしきい値
電圧よりも低くなった時点でオフする。The PMOS 20 of the driver 12 in the output stage is
When the internal node N11 is discharged and becomes lower than the threshold voltage of the high-potential power supply voltage VCCH-PMOS 20, it turns on. Thereby, the output terminal OUT1
Is charged up by the PMOS 20. Also,
The NMOS 22 of the driver 12 in the output stage is connected to the internal node N
12 is discharged and turned off when the voltage becomes lower than the threshold voltage of the NMOS 22.
【0033】帰還用トランジスタのPMOS16は、出
力端子OUT1がチャージアップされて、高電位の電源
電圧VCCH−PMOS16のしきい値電圧よりも高く
なった時点でオフする。これにより、内部ノードN11
は、プリドライバ14のNMOS28を介してロウレベ
ルにドライブされる。出力端子OUT1は、出力段のド
ライバ12のPMOS20によりハイレベル(高電位の
電源電圧VCCH)にドライブされる。The PMOS 16 of the feedback transistor turns off when the output terminal OUT1 is charged up and becomes higher than the threshold voltage of the high potential power supply voltage VCCH-PMOS 16. Thereby, the internal node N11
Is driven to a low level via the NMOS 28 of the pre-driver 14. The output terminal OUT1 is driven to a high level (high-potential power supply voltage VCCH) by the PMOS 20 of the driver 12 in the output stage.
【0034】以上のように、図示例のレベルシフタ回路
10では、出力端子OUT1がハイレベルからロウレベ
ルに遷移する時、出力段のドライバ12のNMOS22
がオンするのと同時に、補償用トランジスタのNMOS
18がオンして内部ノードN11がチャージアップさ
れ、この時点で出力段のドライバ12のPMOS20が
オンからオフに遷移し始めるので、貫通電流が削減され
ると共に、出力端子OUT1が高速にディスチャージさ
れる。As described above, in the level shifter circuit 10 of the illustrated example, when the output terminal OUT1 transitions from the high level to the low level, the NMOS 22 of the driver 12 in the output stage
Is turned on and the NMOS of the compensation transistor
18 turns on to charge up the internal node N11. At this point, the PMOS 20 of the driver 12 in the output stage starts to transition from on to off, so that the through current is reduced and the output terminal OUT1 is discharged at high speed. .
【0035】次に、本発明の第2の実施例を説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described.
【0036】図2は、本発明のレベルシフタ回路の第2
の実施例の構成回路図である。同図に示すレベルシフタ
回路30は、図1に示すレベルシフタ回路10と比較し
て、さらに、補償用トランジスタのNMOS32を備え
ている。NMOS32は、高電位の電源VCCHと出力
端子OUT1との間に接続され、そのゲートは入力端子
IN1に接続されている。なお、これ以外のレベルシフ
タ回路30の構成は、図1に示すレベルシフタ回路10
と全く同じである。FIG. 2 shows a second example of the level shifter circuit of the present invention.
FIG. 3 is a configuration circuit diagram of the embodiment of FIG. The level shifter circuit 30 shown in FIG. 10 is different from the level shifter circuit 10 shown in FIG. 1 in further including an NMOS 32 of a compensation transistor. The NMOS 32 is connected between the high-potential power supply VCCH and the output terminal OUT1, and has a gate connected to the input terminal IN1. The other configuration of the level shifter circuit 30 is the same as that of the level shifter circuit 10 shown in FIG.
Is exactly the same as
【0037】図示例のレベルシフタ回路30では、入力
端子IN1がハイレベルからロウレベルに変化した時の
動作は、補償用トランジスタのNMOS32がオンから
オフになる点を除いて図1に示すレベルシフタ回路10
の場合と同じである。一方、入力端子IN1がロウレベ
ルからハイレベルに変化すると、図1に示すレベルシフ
タ回路10の場合の動作に加えて、さらに補償用トラン
ジスタのNMOS32もオンし、出力端子OUT1がチ
ャージアップされる。In the level shifter circuit 30 of the illustrated example, when the input terminal IN1 changes from high level to low level, the operation is similar to that of the level shifter circuit 10 shown in FIG.
Is the same as On the other hand, when the input terminal IN1 changes from the low level to the high level, in addition to the operation of the level shifter circuit 10 shown in FIG. 1, the NMOS 32 of the compensating transistor is also turned on, and the output terminal OUT1 is charged up.
【0038】図示例のレベルシフタ回路30では、入力
端子IN1がロウレベルからハイレベルに変化するのと
同時に、補償用トランジスタのNMOS32がオンし、
出力端子OUT1がチャージアップされ始めるので、帰
還用トランジスタのPMOS16を素早くオフして貫通
電流を削減し、内部ノードN11をロウレベルにドライ
ブして、出力段のドライバ12のPMOS20を素早く
オンできるため、出力端子OUT1が高速にチャージア
ップされる。In the level shifter circuit 30 in the illustrated example, at the same time when the input terminal IN1 changes from the low level to the high level, the NMOS 32 of the compensating transistor is turned on.
Since the output terminal OUT1 starts to be charged up, the PMOS 16 of the feedback transistor is quickly turned off to reduce the through current, the internal node N11 is driven to a low level, and the PMOS 20 of the driver 12 in the output stage can be quickly turned on. The terminal OUT1 is charged up at a high speed.
【0039】なお、補償用トランジスタのNMOS32
は、出力段のドライバ12のPMOS20がオフの期間
はNMOS32自身により、また、出力段のドライバ1
2のPMOS20がオンした後は、補償用トランジスタ
のNMOS32および出力段のドライバ12のPMOS
20の両方により出力端子OUT1がチャージアップさ
れ、低電位の電源電圧VCCL−補償用トランジスタの
NMOS18のしきい値電圧よりも高くなった時点でオ
フする。The NMOS 32 of the compensation transistor
During the period in which the PMOS 20 of the output stage driver 12 is off, the NMOS 32 itself operates while the output stage driver 1 is turned off.
2 are turned on, the NMOS 32 of the compensating transistor and the PMOS of the driver 12 in the output stage are turned on.
20, the output terminal OUT1 is charged up and turned off when it becomes higher than the low potential power supply voltage VCCL-the threshold voltage of the NMOS 18 of the compensating transistor.
【0040】なお、低電位の電源電圧VCCLおよび高
電位の電源電圧VCCHは、低電位の電源電圧VCCL
の電圧レベルよりも高電位の電源電圧VCCHの電圧レ
ベルのほうが高いこと以外何ら限定されるものではな
い。The low-potential power supply voltage VCCL and the high-potential power supply voltage VCCH are connected to the low-potential power supply voltage VCCL.
It is not limited at all except that the voltage level of the high potential power supply voltage VCCH is higher than the voltage level of the power supply voltage VCCH.
【0041】本発明のレベルシフタ回路は、基本的に以
上のようなものである。以上、本発明のレベルシフタ回
路について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限
定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種
々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。The level shifter circuit of the present invention is basically as described above. As described above, the level shifter circuit of the present invention has been described in detail. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention. .
【0042】[0042]
【発明の効果】以上詳細に説明した様に、本発明のレベ
ルシフタ回路は、入力端子がハイレベルからロウレベル
に変化する時、出力段のドライバのNMOSがオンする
のと同時に第1の補償用トランジスタのNMOSをオン
し、出力段のドライバのPMOSを素早くオフして、出
力段のドライバのNMOSにより出力端子を高速にディ
スチャージしてロウレベルにドライブするようにしたも
のである。また、入力端子がロウレベルからハイレベル
に変化する時同時に、第2の補償用トランジスタのNM
OSをオンし、帰還用トランジスタのPMOSを素早く
オフして、出力段のドライバのPMOSを素早くオン
し、出力段のドライバのPMOSにより出力端子を高速
にチャージアップして高電位の電圧のハイレベルにドラ
イブするようにしたものである。本発明のレベルシフタ
回路によれば、低電位の電源電圧が非常に低い場合や、
低電位の電源電圧と高電位の電源電圧との電圧差が非常
に大きい場合であっても、貫通電流を素早く停止して消
費電流を低減すると共に、高速に動作させることができ
るという効果がある。As described above in detail, when the input terminal changes from the high level to the low level, the first compensating transistor is turned on at the same time when the NMOS of the driver at the output stage is turned on. Are turned on, the PMOS of the driver at the output stage is quickly turned off, and the output terminal is discharged at high speed by the NMOS of the driver at the output stage to drive it to a low level. At the same time when the input terminal changes from low level to high level, NM of the second compensation transistor
The OS is turned on, the PMOS of the feedback transistor is quickly turned off, the PMOS of the driver at the output stage is quickly turned on, and the output terminal is quickly charged up by the PMOS of the driver at the output stage, and the high level of the high potential voltage is obtained. It is intended to drive to. According to the level shifter circuit of the present invention, when the low-potential power supply voltage is extremely low,
Even when the voltage difference between the low-potential power supply voltage and the high-potential power supply voltage is extremely large, there is an effect that the through current can be stopped quickly to reduce current consumption and to operate at high speed. .
【図1】 本発明のレベルシフタ回路の第1の実施例の
構成回路図である。FIG. 1 is a configuration circuit diagram of a first embodiment of a level shifter circuit of the present invention.
【図2】 本発明および従来のレベルシフタ回路の一例
の動作を表す波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram illustrating an operation of an example of the present invention and a conventional level shifter circuit.
【図3】 本発明のレベルシフタ回路の第2の実施例の
構成回路図である。FIG. 3 is a configuration circuit diagram of a second embodiment of the level shifter circuit of the present invention.
【図4】 従来のレベルシフタ回路の一例の構成回路図
である。FIG. 4 is a configuration circuit diagram of an example of a conventional level shifter circuit.
10,30,34 レベルシフタ回路 12 出力段のドライバ 14 プリドライバ 16,20,24 P型MOSトランジスタ(PMO
S) 18,22,26,28,32 N型MOSトランジス
タ(NMOS)10, 30, 34 level shifter circuit 12 driver of output stage 14 pre-driver 16, 20, 24 P-type MOS transistor (PMO
S) 18, 22, 26, 28, 32 N-type MOS transistor (NMOS)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J055 AX02 AX27 AX54 AX64 BX16 CX10 DX22 DX56 DX72 DX83 EX07 EX19 EX21 EY21 EZ07 EZ19 EZ20 FX12 FX17 FX35 GX01 GX04 5J056 AA00 AA32 BB02 BB17 CC19 CC20 CC21 DD13 DD28 EE07 FF08 KK01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page F term (reference) 5J055 AX02 AX27 AX54 AX64 BX16 CX10 DX22 DX56 DX72 DX83 EX07 EX19 EX21 EY21 EZ07 EZ19 EZ20 FX12 FX17 FX35 GX01 GX04 5J056 AA00 AA32 BB02 BB17 CC19 CC20 KK21 DD
Claims (2)
位の電圧に変換するレベルシフタ回路であって、 高電位の電源と前記出力端子との間に接続され、第1の
内部ノードの電圧レベルに応じて前記出力端子をチャー
ジアップする第1のトランジスタ、および、前記出力端
子とグランドとの間に接続され、第2の内部ノードの電
圧レベルに応じて前記出力端子をディスチャージする第
2のトランジスタを備える出力段のドライバと、 低電位の電源と前記第2の内部ノードとの間に接続さ
れ、前記入力端子の電圧レベルに応じて前記第2の内部
ノードをチャージアップする第3のトランジスタ、前記
第2の内部ノードとグランドとの間に接続され、前記入
力端子の電圧レベルに応じて前記第2の内部ノードをデ
ィスチャージする第4のトランジスタ、および、前記第
1の内部ノードとグランドとの間に接続され、前記入力
端子の電圧レベルに応じて前記第1の内部ノードをディ
スチャージする第5のトランジスタを備えるプリドライ
バと、 前記高電位の電源と前記第1の内部ノードとの間に接続
され、前記出力端子の電圧レベルに応じて、前記第1の
内部ノードをチャージアップする帰還用トランジスタ
と、 前記高電位の電源と前記第1の内部ノードとの間に接続
され、前記第2の内部ノードの電圧レベルに応じて、前
記第1の内部ノードをチャージアップする補償用トラン
ジスタとを備えていることを特徴とするレベルシフタ回
路。1. A level shifter circuit for converting a voltage level of a signal from a low potential voltage to a high potential voltage, the level shifter circuit being connected between a high potential power supply and the output terminal, and having a voltage of a first internal node. A first transistor that charges up the output terminal according to a level, and a second transistor that is connected between the output terminal and ground and discharges the output terminal according to a voltage level of a second internal node. A driver in an output stage including a transistor, a third transistor connected between a low-potential power supply and the second internal node, and charging up the second internal node in accordance with a voltage level of the input terminal A fourth transistor connected between the second internal node and ground and discharging the second internal node according to the voltage level of the input terminal. And a pre-driver connected between the first internal node and ground, the pre-driver including a fifth transistor that discharges the first internal node according to a voltage level of the input terminal; A feedback transistor, which is connected between the power supply of the first internal node and the first internal node and charges up the first internal node in accordance with the voltage level of the output terminal; And a compensation transistor that is connected between the internal node and the internal node and charges up the first internal node in accordance with the voltage level of the second internal node.
て、 さらに、前記高電位の電源と前記出力端子との間に接続
され、前記入力端子の電圧レベルに応じて、前記出力端
子をチャージアップする第2の補償用トランジスタを備
えていることを特徴とするレベルシフタ回路。2. The level shifter circuit according to claim 1, further comprising a power supply connected between the high-potential power supply and the output terminal, and charging the output terminal according to a voltage level of the input terminal. A level shifter circuit comprising a second compensating transistor that rises.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000371430A JP2002176351A (en) | 2000-12-06 | 2000-12-06 | Level shifter circuit |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2000371430A JP2002176351A (en) | 2000-12-06 | 2000-12-06 | Level shifter circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002176351A true JP2002176351A (en) | 2002-06-21 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002176351A (en) |
Cited By (2)
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| KR101517685B1 (en) * | 2013-09-04 | 2015-05-04 | 고려대학교 산학협력단 | Level converter |
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- 2000-12-06 JP JP2000371430A patent/JP2002176351A/en active Pending
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