JPH02145018A - レベルシフト回路 - Google Patents

レベルシフト回路

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JPH02145018A
JPH02145018A JP63299952A JP29995288A JPH02145018A JP H02145018 A JPH02145018 A JP H02145018A JP 63299952 A JP63299952 A JP 63299952A JP 29995288 A JP29995288 A JP 29995288A JP H02145018 A JPH02145018 A JP H02145018A
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JP
Japan
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transistor
field effect
effect transistor
trs
transistors
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Pending
Application number
JP63299952A
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English (en)
Inventor
Katsumasa Kurata
倉田 勝正
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 Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はレベルシフト回路に関し、特に、レイアウト面
積を減少させられ、高速化に適したレベルシフト回路に
関する。
[従来の技術] 従来、この種のレベルシフト回路として第4図に示す回
路が知られている。反転信号を作るインバータ20と、
相補信号をゲート入力とし、ソース接地のNチャンネル
型MO5)ランジスタ10゜11と、負荷として接続さ
れた互いのゲートとトレインが交差接続されたPチャン
ネル型MO3)ランジメタ12.13乞こより構成され
ている。
次に本回路の動作について説明する。入力端子4から人
力される信号をSとすると、SをCl’VI 0Sイン
バータ20で反転して否を作りNチャンネルMOS)ラ
ンジスタ10,11のゲートに信号’ff、  Sをそ
れぞれ供給する。信号S、否は電源端子2と3との間の
信号であるので、電源端子2は接地レベルGND (O
ボルト)であり、電源端子3は■3ボルトとすると、信
号S、 ”ff!、ts=V3゜否=0またはS=O,
に=V3となる。従ってトランジスタ10と11の動作
は下表の様になる。
但し、NチャンネルMOS)ランジスタ10,11のし
きい値電圧VTNはV3>VTN>Oとし、電源端子1
は■1ボルトとする。そこでトランジスタ10がオフか
らオンへトランジスタ11がオンからオフへ変化する状
態を考える。トランジスタ10がオフ、トランジスタ1
1がオンの時にはトランジスタ12はオン、トランジス
タ13はオフの状態である。ここでトランジスタ10が
オフからオンへ、トランジスタ11がオンからオフに変
化すると、トランジスタ10.12はともにオン状態、
トランジスタ11.13はともにオフ状態となる。従っ
て、出力端子5は低レベルが保持されたままであり、す
ぐには変化しない。一方トランジスタ10と12はとも
にオン状態であるためトランジスタ10のオン抵抗がト
ランジスタ12のオン抵抗より小さければ節点6の電位
が低下し、トランジスタ13がオンし、出力端子5の電
位が上昇し、トランジスタ12のオン抵抗が増大して節
点6の電位がさらに低下し、トランジスタのオン抵抗が
減少して正帰還がかかり、最終的にトランジスタ12が
オフ、トランジスタ13がオンとなる。よって出力端子
5は低レベルから高レベルに変化する。
逆の場合も全く同様に動作する。結局第1図の回路では
NチャンネルMOS)ランジスタ10(または11)が
オンとなったときにそのオン抵抗がPチャンネルMOS
)ランジスタ12(または13)のオン抵抗よりも充分
に小さくなることが重要であり、さもないと出力端子5
0レベルが変化しないこととなる。
[発明が解決しようとする問題点コ 上述した従来のレベルシフト回路では上述のようにNチ
ャンネルM OS l・ランジスタ10(または11)
とPチャンネルMOS)ランジスタ12(または13)
のオン抵抗に依存しており、このことを定量的に以下説
明すると、トランジスタ10(または11)とトランジ
スタ12(または13)がともにオンとなったときに節
点6(または出力端子5)の電位が低下するためにはト
ランジスタ10.12(または11.13)のドレイン
電流値IDl0.ID12 (IDI 1.ID13)
の間に、ID10>ID12(またはIDII>ID1
3)となる条件が成立する必要がある。
よってID 10=に10 (V3−VTN)2>ID
l2=に12  (Vl−IVTPI)2(KIO。
■(12はトランジスタ10.12の導電係数である。
)となり結局■ぐ10/に12>、(Vl−IVTP 
l )”/ (V3−VTN) 2となる。そコテV1
=5v、V3=2v、I VTP l =0.5v。
VTN=0.8vとすると、K 10/K 12> 1
4.06となる。
2倍のマージンを見たとして、I(] C1/ K 1
2>28.12となる。
通常NチャンネルMO5の方がキャリアの移動度が2倍
程度大きいので、W/Llはゲート幅。
Lはゲート長)の比で考えると、 (W/ L ) +
 2/(W/ L ) +2> 14となる。
故にNチャンネルMOS)ランジスタ10,11の占有
面積が大きくなり、広いレイアウト面積を必要とする。
またNチャンネルMOS)ランジスタ10,11のゲー
ト容量も大きくなるのでスピードを確保するためには前
段のドライバーやインバータ20のトランジスタを大き
くしなければならないという欠点がある。
[発明の従来技術に対する相違点コ 上述した従来のレベルシフト回路に対し、本発明は負荷
側トランジスタ12.13と直列にオン抵抗制御用トラ
ンジスタを接続したという相違点を有する。
[問題点を解決するための手段] 本発明の要旨は一対の相補信号がそれぞれゲートに供給
される第1導電型の第1電界効果トランジスタ及び第2
電界効果トランジスタと、第1電界効果トランジスタの
トレインに接続された第2導電型の第3電界効果トラン
ジスタと第4電界効果トランジスタとて構成される第1
直列回路と、第2電界効果トランジスタのドレインに接
続された第2導電型の第5電界効果トランジスタと第6
電界効果トランジスタとで構成される第2直列回路とを
有し、上記第3電界効果トランジスタのゲートは上記第
2電界効果トランジスタのトレインに、上記第5電界効
果トランジスタのゲートは上記第1電界効果トランジス
タのトレインにそれぞれ接続され、上記第4電界効果ト
ランジスタのゲートと上記第6電界効果トランジスタの
ゲートとには上記一対の相補信号がそれぞれ供給される
ことである。
[実施例] 第1図は本発明の第1実施例を示す回路図である。
反転信号を作るインバータ20と相補信号をゲート入力
とするエンハンスメントNチャンネルN40S)ランジ
スタ10,11とトランジスタ10゜11の負荷として
前記相補信号をゲート入力としたエンハンスメントPチ
ャンネル型rv’rosトランジスタ14.15と、P
チャンネル型MO9)ランジスタ14,15に直列接続
され互いのゲートとドレインとが交差接続したPチャン
ネルMOSトランジスタ12.13とにより構成される
。入力端子4から信号Sが与えられたとすると下表の様
になる。
ここで信号Sが■3→Ovへ変化するときの動作につい
て説明する。このときトランジスタ1oはオフからオン
に、トランジスタ11はオンからオフへ変化する。従っ
て、トランジスタ11.13が共にオフであるので出力
端子5は低レベルを保持する。一方トランジスタ10,
12.14はともにオン状態であるので、トランジスタ
10のオン抵抗がトランジスタ12と14のオン抵抗の
和より小さければ節点6の電位が降下を開始する。
よってトランジスタ13がオンし出力端子5の電位が上
昇する。さらにトランジスタ12のオン抵抗が大きくな
り、節点6の電位効果が助長される。
この様に正帰還が働いて最終的に出力端子5は高レベル
(VIV)節点6は低レベル(Ov)に落ち着く。信号
SがOVからV3vへ変化するときも同様な動作となる
。本実施例ではトランジスタ10.11,12,14,
13,15は第1〜第6電界効果トランジスタをそれぞ
れ構成している。
次に従来例と同様に定量的な把握を試みる。
トランジスタ10,12.14(またはトランジスタ1
1.131 1!5)が共にオンとなったときに節点6
(または出力端子5)の電位が降下するためにはIDl
0>ID]4=ID12 (ID10、ID12.ID
14はトランジスタ10゜12.14のドレイン電流)
となる条件が成立する必要がある。ここでトランジスタ
12(またはトランジスタ13)のオン抵抗がトランジ
スタ14(またはトランジスタ15)に比べ無視できる
ほど小さいと仮定すると、 ID 10=に10 (V3−VTN) 2> I D
 I4=に14  (Vl−V3− I VTP I)
 2となる(KIO,に14はトランジスタ10,14
のF4電係数である)。
よって、K 10/K 14> (V 1−V3− I
 VTP l ) 2/ (V3−VTN) 2となり
、同様に■1−=5v、V3=2v、IVTPI =0
.5v。
VTN=0.8vとすると、K 10/K 14>4゜
34となる。2倍のマージンを見たとしてKIO/に1
4>8.68となる。通常NチャンネルMO8の方がキ
ャリアの移動度が2倍程度大きいのでW/Lの比で考え
ると(W/L)+s/ (W/L)1t> 4. 34
となる。結局従来の回路に比ベトランジスタ10.11
を約1/3の大きさに抑えることが可能となる。トラン
ジスタ14.15の追加となるが、レイアウト的にはト
ランジスタ12゜14(またはトランジスタ13.15
)は、ゲート電極を並べて配置できるので、これによる
面積の増加はわずかであり、全体としては大幅な面積の
縮小化が実現できる。
第2図は本発明の第2実施例を示す回路図である。本実
施例ではトランジスタ14.15がトランジスタ12.
13のドレイン側に接続されている点が異なる。回路動
作については第1実施例と全く同様である。本実施例で
はトランジスタ10゜11.12.14,13..35
がそれぞれ第1〜第6電界効果トランジスタを構成して
いる。第3図は本発明の第3実施例を示す回路図である
。この実施例は第1実施例の回路に相補人力信号をゲー
ト人力としたソースフォロワ−のNチャンネルMOS)
ランジスタ16,17を追加した回路である。
トランジスタ16.17はレベルシフト回路が反転する
ときにスピードアップを図るための回路である。以下そ
の動作について説明する。同様に信号数がV3→Ovへ
変化するときの動作を考える。この時トランジスタ10
.16はオフからオンへ、トランジスタ11はオンから
オフへ変化する。従って第1実施例で説明したように節
点6の電位が降下しはじめる。ざらにトランジスタ11
゜13がともにオフで出力端子5が低レベルのままであ
るので、トランジスタ16がオンとなり、出力端子5の
電位を上昇させるとともにトランジスタ】3もオンし、
出力端子5の電位上昇を加速する。このときトランジス
タ16がオンすることにより、節点7の電位を降下させ
る効果もあるので節点6の電位降下を加速することにな
る。従って同様にトランジスタ12のオン抵抗が小さく
なりトランジスタ130オン抵抗が大きくなる方向で正
帰還がかかり、最終的に出力端子5は高レベル(vl)
、節点6の電位は低レベル(Ov)に落ち着く。この時
トランジスタ16はオフの状態となる。以上説明したよ
うにトランジスタ16,17を追加することにより、出
力端子52節点6の電位の変化を速めることとなり、さ
らに動作速度を速くすることができる。
[発明の効果コ 以上説明したように本発明のレベルシフト回路では、レ
イアウト面積を小さくすることが出来るとともに、より
高速化が可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例を示す回路図、第2図は本
発明の第2実施例を示す回路図、第3図は本発明の第3
実施例を示す回路図、第4図は従来例を示す回路図であ
る。 1 ・ ・ ・ 2 ・ ・ ・ 3 ・ ・ ・ 4 ・ ・ ・ 5 ・ ・ ・ 10、1 12〜15 ・ ・ ・ 20 ・ ・ ・・第1の電源端子、 ・・第2の電源端子、 ・・第3の電源端子、 ・・入力端子、 ・・出力端子、 エンハンスメントNチャンネル MOSトランジスタ、 エンハンスメントNチャンネル MOS)ランジスタ、 ・・インバータ。 特許出願人  日本電気株式会社 代理人 弁理士  桑 井 清 − 第3図 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 一対の相補信号がそれぞれゲートに供給される第1導電
    型の第1電界効果トランジスタ及び第2電界効果トラン
    ジスタと、第1電界効果トランジスタのドレインに接続
    された第2導電型の第3電界効果トランジスタと第4電
    界効果トランジスタとで構成される第1直列回路と、 第2電界効果トランジスタのドレインに接続された第2
    導電型の第5電界効果トランジスタと第6電界効果トラ
    ンジスタとで構成される第2直列回路とを有し、 上記第3電界効果トランジスタのゲートは上記第2電界
    効果トランジスタのドレインに、上記第5電界効果トラ
    ンジスタのゲートは上記第1電界効果トランジスタのド
    レインにそれぞれ接続され、上記第4電界効果トランジ
    スタのゲートと上記第6電界効果トランジスタのゲート
    とには上記一対の相補信号がそれぞれ供給されることを
    特徴とするレベルシフト回路。
JP63299952A 1988-11-28 1988-11-28 レベルシフト回路 Pending JPH02145018A (ja)

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JP63299952A JPH02145018A (ja) 1988-11-28 1988-11-28 レベルシフト回路

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JP63299952A JPH02145018A (ja) 1988-11-28 1988-11-28 レベルシフト回路

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ID=17878941

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JP (1) JPH02145018A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5675264A (en) * 1993-12-28 1997-10-07 Nec Corporation Phase differential circuit having high synchronicity
WO2001039373A1 (en) * 1999-11-23 2001-05-31 Koninklijke Philips Electronics N.V. Improved voltage translator circuit
DE10320795A1 (de) * 2003-04-30 2004-12-09 Infineon Technologies Ag Pegelumsetz-Einrichtung

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US6930622B2 (en) 2003-04-30 2005-08-16 Infineon Technologies Ag Voltage level converter device

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