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JPH0685647A - レベル変換回路 - Google Patents

レベル変換回路

Info

Publication number
JPH0685647A
JPH0685647A JP4255909A JP25590992A JPH0685647A JP H0685647 A JPH0685647 A JP H0685647A JP 4255909 A JP4255909 A JP 4255909A JP 25590992 A JP25590992 A JP 25590992A JP H0685647 A JPH0685647 A JP H0685647A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
output
transistor
voltage
level
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP4255909A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3012407B2 (ja
Inventor
Kazuhiro Mori
数洋 森
Yumiko Iwanami
由美子 岩波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd
Original Assignee
NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd filed Critical NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd
Priority to JP4255909A priority Critical patent/JP3012407B2/ja
Publication of JPH0685647A publication Critical patent/JPH0685647A/ja
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Publication of JP3012407B2 publication Critical patent/JP3012407B2/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 MOSレベルの信号をECLレベルの信号に
レベル変換する際に、入力周波数の上限を高くする。 【構成】 直列接続した2個のCMOSインバータ1
1,12にて反転信号と非反転信号とを出力する。これ
らの信号は、NPNトランジスタQ1,Q2からなる差動
増幅器に入力され、ECLレベルの信号として出力され
る。このため、出力波形が常に方形波となり、限界入力
周波数を高くすることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は信号のレベル変換回路に
関し、特にMOSレベル入力からECLレベルを出力す
ることが可能なレベル変換回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のレベル変換回路は図2に示すよう
に、MOSレベルを入力する入力端子2とCMOSイン
バータ(以下、INVという)11を備え、INV11
の出力をエミッタが共通とされエミッタからGNDに定
電流源4を接続したNPNトランジスタQ1,Q2からな
る差動増幅器のNPNトランジスタQ1のベースに接続
し、NPNトランジスタQ2のベースにはINV11の
出力振幅1/2となる基準電圧源(以下、VREF)6を
接続し、NPNトランジスタQ2のコレクタは電源端子
1に接続され、NPNトランジスタQ1のコレクタと電
源端子1は抵抗R4を介して接続され、NPNトランジ
スタQ1のコレクタと抵抗R4の交点をNPNトランジス
タQ3のベースを接続しコレクタを電源端子1に接続
し、エミッタとGND間に定電流源5を接続し、前記N
PNトランジスタQ3のエミッタを出力端子とする構成
となっていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のレベル変換回路
の動作を図2,図3を用いて説明する。図2の入力端子
2に図3に示す入力電圧を印加すると、INV11の出
力は図3に示すように入力の反転を出力する。
【0004】その出力は、NPNトランジスタQ1,Q2
からなる差動増幅器に入力されるが、トランジスタQ2
のベースにはINV11の論理振幅の1/2に設定され
たVR EF6が接続されているので、NPNトランジスタ
1はINV11の出力振幅をVOUT1とすると、VOUT
1>VREF6でトランジスタQ1がON,VOUT1<VREF
6でトランジスタQ1がOFFとなる。
【0005】従って、定電流源4の電流をI0とする
と、トランジスタQ1のコレクタ電流IC1は、トランジ
スタQ1のON時にIC1=I0,トランジスタQ1のOF
F時にIC 1=0となるため、抵抗R4の両端には、図3
のトランジスタQ1のコレクタ電圧に示すような入力電
圧と同相の出力が得られる。また、トランジスタQ1
コレクタ電圧のハイレベルをVH,ロウレベルをVLとす
ると、それぞれ次式で示される。
【0006】 VH=VCC (1)式 VL=VCC−R4×IC1 (2)式 但し、VCC=電源電圧
【0007】また、トランジスタQ1のコレクタ電圧の
振幅をVC1とすると、 VC1=VH−VL (3)式 で表わされる。
【0008】VC1は、エミッタフォロワのトランジスタ
3を介して出力されるため、出力電圧も図3に示すよ
うに入力電圧と同相となる。
【0009】また、出力電圧はハイ側をVOUT(H),ロウ
側をVOUT(L)とすると、 VOUT(H)=VH−VBE3 (4)式 VOUT(L)=VL−VBE3 (5)式 VBE3=KT/q ln I5/IS (6)式 となる。但し、K=ボルツマン定数,q=電子の負荷,
T=絶対温度,IS=トランジスタQ3ベースエミッタ間
飽和電流,I5=定電流源5の電流値。
【0010】出力電圧の振幅をVOUTとすると、 VOUT=VOUT(H)−VOUT(L)・VH−VL (7)式 となり、出力端子の振幅はVC1に等しくなる。
【0011】入力電圧がハイレベレルの時、トランジス
タQ1はON状態であるから、その時のトランジスタQ1
のコレクタ電圧VC1は(2)式で表わされるため、I0
=1mA,R4=300Ωとすると、VC1=4.7Vと
なる。
【0012】一方、この時トランジスタQ1のベース電
圧(VB1),INV11の振幅はVC CからGNDまで振
れるため、VB1=VCCとなる。
【0013】従って、トランジスタQ1のVB1とV
C1は、VB1>VC1とベース電位の方がコレクタ電圧より
低くなる。つまり飽和状態となる。
【0014】トランジスタのエミッタ接地直流電流増幅
率を通常hFEと呼ぶが、トランジスタが飽和状態にな
ると、飽和状態の1/10以下にhFEが下がってしま
う。図3の出力電圧波形において、振幅が10%から9
0%まで上昇する。時間をライズタイム(以下tr),
振幅が90%から10%まで下降する時間をフォールタ
イム(以下tf)といい、次式で示される。
【0015】
【式1】
【0016】
【式2】
【0017】
【式3】
【0018】ここで、能動状態のhFR=50,飽和状
態のhFEをhFE′=hFR×0.10,fT=10
0MHzとすると、(10)式よりTB=40nsとな
る。今、I0=1mAと考えているため、(8),
(9)式よりtr=88ns,tf=88nsとなる。
【0019】入力信号の1周期TINは、 TIN=1/fININ:入力周波数 で表わされるが、図4に示すようにfINが低く、TIN
tr,tfの条件では出力電圧は正常に出力されるが、
INが高くなる。TIN≦2tr,tfになると、出力電
圧波形は三角波となってしまい、正常に出力されなくな
ってしまう。
【0020】tr,tf=88nsとすると、従来回路
の場合、入力周波数fINは、 fIN=1/(2×tr)=5.6MHz (10′)式 となると、出力波形は方形波ではなく、三角波になって
しまうという欠点があった。
【0021】本発明の目的は、入力周波数の上限を高く
したレベル変換回路を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るレベル変換回路は、2個のCMOSイ
ンバータと、差動増幅器とを有し、MOSレベルの信号
をECLレベルの信号にレベル変換するレベル変換回路
であり、2個のCMOSインバータは、直列接続され、
反転信号と非反転信号とを出力するものであり、差動増
幅器は、前記CMOSインバータから出力された反転信
号と非反転信号とを入力とし、ECLレベルの信号を出
力するものである。
【0023】
【作用】直列接続した2個のCMOSインバータにて出
力される反転信号と非反転信号とを用いて、ECLレベ
ルの信号を出力する。これにより出力波形が方形波とし
て出力され、限界入力周波数を高くすることが可能とな
る。
【0024】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図により説明す
る。図1は、本発明の一実施例を示す回路図である。
【0025】図1において、CMOSインバータ(以
下、INVという)11とCMOSインバータ(以下、
INVという)12を直列接続とし、INV11をMO
Sレベル信号の入力端子2とし、INV11の出力とI
NV12の入力の交点とINV12の出力間に抵抗
1,R2,R3を直列接続している。
【0026】さらに、抵抗R2の両端をNPNトランジ
スタQ1,Q2のエミッタを共通とし、共通エミッタとG
ND間に定電流源4を接続した差動増幅器のそれぞれの
ベースへ接続し、トランジスタQ2のコレクタは電源端
子1へ、トランジスタQ1のコレクタは抵抗R1を介し電
源端子1へ接続され、抵抗R1とNPNトランジスタQ
1の交点にNPNトランジスタQ3のベースを接続し、
コレクタは電源端子1へ、エミッタは定電流源5を介し
てGNDへ接続され、前記NPNトランジスタQ3のエ
ミッタを出力端子3とする構成としている。
【0027】図1の入力端子2に図5に示す入力電圧を
印加すると、INV11の出力は図3に示すように入力
の反転を反転入力端子6に出力する。その出力はINV
12に入力されるため、INV12の出力は図3に示す
ように入力と同相の出力となり、非反転入力端子7に出
力する。
【0028】次に、INV11とINV12の出力は抵
抗R1,R2,R3で直列接続されているため、抵抗R1
3の両端電圧はINV11,INV12の出力振幅レ
ベルと等しくなる。CMOS INVの振幅は電源端子
電圧(以下VCC)からGNDまで振れるため、抵抗R1
とR3の電位差はVCCとなる。
【0029】抵抗R2の両端に発生する電圧をVR2
し、ハイレベルをVR2H,ロウレベルをVR2Lとすると、
それぞれ次式で表わされる。
【0030】 VR2H=VCC×(R2+R3)/(R1+R2+R3) (11)式 VR2L=VCC×R3/(R1+R2+R3) (12)式 VR2=VR2H−VR2L=R2/(R1+R2+R3) (13)式
【0031】(11)〜(13)式より、VCC=5.0
V,R1=20K,R2=10K,R3=20Kとする
と、VR2H=3V,VR2L=2V,VR2=1Vとなる。
【0032】一方、NPNトランジスタQ1,Q2,定電
流源4,抵抗R4からなる差動増幅器は、定電流源4を
0とすると、VR2HでトランジスタQ1がON,V I
C1=I0R2LでトランジスタQ1がOFF,V IC1
=となるため、トランジスタQ1のコレクタ電圧VC1
図5に示すように入力電圧と同相の信号が出力される。
【0033】また、トランジスタQ1のコレクタ電圧の
ハイレベルをVH,ロウレベルをVLとすると、それぞれ
次式で示される。 VH=VCC (14)式 VL=VCC−R4×I0 (15)式 また、Q1のコレクタ電圧の振幅をVC1とすると、 VC1=VH−VL (16)式 で示される。VC1はエミッタフォロワのトランジスタQ
3を介して出力されるため、出力電圧も図3に示すよう
に入力電圧と同相となる。
【0034】また、出力電圧は、ハイ側をVOUT(H),ロ
ウ側をVOUT(L)とすると、 VOUT(H)=VH−VBE3 (17)式 VOUT(L)=VL−VBE3 (18)式 VBE3=KT/q ln I5/IS (19)式 となる。但し、K=ボルツマン定数,q=電子の負荷,
T=絶対温度,IS=Q3ベースエミッタ間飽和電流,I
5=定電流源5の電流値。
【0035】出力電圧の振幅をVOUTとすると、 VOUT=VOUT(H)−VOUT(L)=VH−VL (20)式 となり、出力端子の振幅はVC1に等しくなる。
【0036】VR2Hの時、NPNトランジスタQ1はON
するが、その時の電圧は(1)式よりVR2H=3.0V
となり、これがNPNトランジスタQ1のベース電圧V
B1となる。
【0037】一方、NPNトランジスタQ1のコレクタ
電圧VC1はQ1がON状態であるため、VC1は(15)
式で表わされ、従来例と同様にI0=1mA,R4=30
0Ωとすると、 VC1=VCC−R4×I0=5V−300Ω×1mA=4.7V となる。トランジスタQ1のVB1とVC1は、VB1<VC1
となり、従来例のようにVB1>VC1となってトランジス
タQ1が飽和状態になることはない。従って、hFEも
従来例のように1/10以下となることもない。
【0038】次に(8)式から(10)式を用いて、t
r,tfを従来例と同様の条件のhFE=50,fT
100MHz,I0=1mAとして計算すると、trは
(8)式よりtr=32ps,tfは、(9)式より7
2psとなる。
【0039】次に、本発明の場合の出力波形が方形波と
なり正常に出力される限界入力周波数fIN MAXを計算す
ると、(10′)式より fIN MAX=1/(2×tr)=7GHz となる。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように本発明の回路を使用
することにより、限界入力周波数fIN MAXを高くするこ
とができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図2】従来例を示す回路図である。
【図3】従来回路の動作波形を示す図である。
【図4】従来回路の動作波形を示す図である。
【図5】本発明の動作波形を示す図である。
【符号の説明】
1 電源端子 2 入力端子 3 出力端子 4 定電流源 5 定電流源 6 反転入力端子 7 非反転入力端子 11,12 CMOSインバータ(INV) Q1〜Q3 NPNトランジスタ R1〜R4 抵抗

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2個のCMOSインバータと、差動増幅
    器とを有し、MOSレベルの信号をECLレベルの信号
    にレベル変換するレベル変換回路であり、 2個のCMOSインバータは、直列接続され、反転信号
    と非反転信号とを出力するものであり、 差動増幅器は、前記CMOSインバータから出力された
    反転信号と非反転信号とを入力とし、ECLレベルの信
    号を出力するものであることを特徴とするレベル変換回
    路。
JP4255909A 1992-08-31 1992-08-31 レベル変換回路 Expired - Fee Related JP3012407B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009543210A (ja) * 2006-07-07 2009-12-03 サンディスク コーポレイション アイデンティティオブジェクトを使用する制御システムおよび方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009543210A (ja) * 2006-07-07 2009-12-03 サンディスク コーポレイション アイデンティティオブジェクトを使用する制御システムおよび方法

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