JPH0399516A - レベル変換回路 - Google Patents

レベル変換回路

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JPH0399516A
JPH0399516A JP1237456A JP23745689A JPH0399516A JP H0399516 A JPH0399516 A JP H0399516A JP 1237456 A JP1237456 A JP 1237456A JP 23745689 A JP23745689 A JP 23745689A JP H0399516 A JPH0399516 A JP H0399516A
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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】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は一般にレベル変換回路に係り、特にECL−C
MO8による集積回路装置に好適するレベル変換回路の
改良に関する。
(従来の技術) 半導体集積回路装置にアナログ機能とディジタル機能と
を併せ持たせた混載LSIの一つとして、バイポーラ・
コンプリメンタリMO9(Bl−CMO3)構造が知ら
れている。
このようなり i−CM OS構造による集積回路装置
では、回路内にE CL (Emitter−Coup
led−1、Ogle)−CMOSレベル変換回路を挿
入することが多々ある。このレベル変換回路は、通常多
入力の差動入力段に出力用エミッタホロワを付した非飽
和で動作するように構成された回路である。
第3図に従来技術による第1のレベル変換回路を示す。
すなわち、入力端子1よりECLレベル入力信号が供給
されるトランジスタQ】および、入力端子2より基準電
位が供給されるトランジスタQ2とからなる差動ペアト
ランジスタ(差動入力手段)の各コレクタ力ぐ、それぞ
れPチャンネルMOSトランジスタM1およびM2の一
方の制御電極(ソース)および入力電極(ゲート)に接
続される。
さらに前記トランジスタM1およびM2は、その各ゲー
トが同トランジスタのオフ時に電圧を降下するための抵
抗R1,R2を介して電源■CCに接続され、且つそれ
の各他方の制御電極(ドレイン)が電源vCCに接続し
ている。
さらに前記トランジスタM1およびM2のそれぞれのド
レインにそのゲートが接続されたPチャンネルMO8)
ランジスタM3およびM4がある。
このトランジスタM3およびM4のそれぞれのドレイン
は前記電源VCCに接続し、同様にそれぞれのソースは
カレントミラー回路を構成するNチャンネルMO5hラ
ンジスタM5およびM6のソースに接続される。このト
ランジスタM5およびM6は、各ゲートが前記トランジ
スタM3のドレインと接続され、各ドレインが接地され
ている。
そして前記トランジスタM4のソースが出力端子3に接
続される。この出力端子3は後続されるCMOS回路(
図示せず)へCMOSレベルの出力信号を出力している
従ってこのレベル変換回路は、入力端子1から入力信号
が供給され、トランジスタQ1が動作して、トランジス
タM1がオンする。そしてトランジスタM1のゲートと
ソースの間に電圧が発生し、この電圧がゲートに印加さ
れるトランジスタM3がオンする。この時、トランジス
タM4はオフしているとする。これによってトランジス
タM5およびM6は、それのゲートとそれぞれのソース
の間に電圧が発生し、両方ともオンする。従ってトラン
ジスタM4がオフ、M6がオンとなることにより出力端
子2に出力する値は低(L)レベルである。
この動作の逆の場合はトランジスタQ2およびM4がオ
ン、トランジスタQl、M3.M5およびM6がオフと
すると、出力値は高(H)レベルになる。
このレベル変換回路において、前記トランジスタM1お
よびM2はそれらの各ゲート・ソース間を短絡接続され
ており、この場合のドレイン電流IDとゲート・ソース
間電圧VGSの関係は一般に第4図の示すような特性曲
線となる。つまり前記ゲート・ソース間電圧VGSが立
ち上がり電圧vthを越えた時からトランジスタM1お
よびM2はオンして、前記ドレイン電流IDが流れ始め
る。このため立ち上がり電圧Vthを越え、さらにカレ
ント・ミラー回路を構成するトランジスタM3およびM
4の電流能力を得るためには前記トランジスタQ1およ
びQ2の出力電流を十分に流す必要がある。
これは前記トランジスタM1乃至M4が同一サイズにお
ける場合であり、このトランジスタM1およびM2のサ
イズをトランジスタM3およびM4に比べて大きなサイ
ズに変更することによって、前記トランジスタM3およ
びM4のドレイン電流IDを増加することが可能である
。しかし、前記トランジスタM1およびM2は電圧制御
素子であるため、サイズの大型化に伴い入力容量も増加
する。よって前記トランジスタQ1およびQ2のコレク
タノードの応答性も劣化する。この劣化を防ぐために動
作電流の供給を増大する必要があり、この場合もトラン
ジスタM3およびM4の電流能力を得るための消費電力
が増加する。
さらに従来技術による第2のE CL −CM OSレ
ベル変換回路を第5図に示す。このレベル変換回路は、
第3図の回路のトランジスタM3およびM4に代わって
、NPN形トランジスタQ3およびQ4をエミッタホロ
ワとして用いる。またトランジスタM1およびM2を除
き、ゲートが共通接地されたカレントミラー回路を構成
するトランジスタM7およびMSのドレインを前記トラ
ンジスタQ3およびQ4のそれぞれのエミッタに接続し
、前記トランジスタM7およびMSのソースをカレント
ミラー回路を構成するトランジスタM5およびM6のそ
れぞれのソースに接続する。
従って、このような構成のレベル変換回路は、前記入力
差動ペアトランジスタQ1.Q2のオン・オフ動作によ
る差動出力の印加によって前記トランジスタQ3、Q4
を介して前記トランジスタM7および8のゲート・ソー
ス間電圧を変化させることによりCMOS出力にH/L
レベルのどちらかのドライブ電流が流れる。
つまり前記トランジスタM7および8のゲート・ソース
間にかかる電圧が電源VCCの印加電圧からトランジス
タQB、Q4のベース・エミッタ間電圧を差し引いた電
圧の時にはHレベルとして、さらに前記Hレベルの電圧
から抵抗R1もしくはR2による電圧降下を差し引いた
電圧の時にはLレベルとしている。
尚、このレベル変換回路は、図中のカレントバスのライ
ンAおよびBにはスタンバイ時に電流11および■2が
常に流れている。この回路も第3図のレベル変換回路と
同様に伝達遅延時間の高速性を維持するための消費電力
を必要としている。
また、これ以上に伝達遅延時間を高速化するにはトラン
ジスタM7およびMSの素子サイズを大きくする必要が
あり、さらに消費電力が増加することになる。
なお前述したような消費電力が増加すると、回路素子自
体の発熱量が増すという問題も生じてくる。
(発明が解決しようとする課題) 前述した第3図に示すような構成のレベル変換回路にお
いて、消費電力の低減を図ろうとすると、差動ペアトラ
ンジスタQ1およびQ2の負荷となっているトランジス
タM1およびM2によって、伝達遅延時間と消費電流が
大きく影響される。
すなわち、伝達遅延時間の高速性を維持するためにトラ
ンジスタM1およびM2のスッチング動作を高速化し、
トランジスタM3およびM4の電流能力を得るために前
記差動ペアトランジスタから十分な電流が必要であり、
これを低減すると前記スイッチング動作が遅くなると共
に特に前記電流能力の低下が問題になる。
また前述した第5図に示すような構成のレベル変換回路
においては、スタンバイ時でも常にスタンバイ電流が流
れており、これを低減するとスイッチング動作が遅くな
り、さらにH/Lレベルのレベル差にも影響する。
そこで本発明は、レベル変換回路の伝達遅延時間の高速
性を維持すると共に、消費電流(消費電力)が低下する
ように改良したレベル変換回路を提供することを目的と
する。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は従来技術がもつ課題を解決するために、入力信
号に応じて切換動作する入力差動ペアトランジスタと、
この入力差動ペアトランジスタの各出力を受ける第1お
よび第2のエミッタホロワトランジスタと、前記第1の
エミッタホロワトランジスタの出力側の制御電極に一方
の制御電極が接続され、前記第1のエミッタホロワトラ
ンジスタの出力レベルを所定レベルにする第3のトラン
ジスタとを具備する。
さらに、一対の制御電極が前記第3のトランジスタの他
方の制御電極および基準電位との間に接続され、入力電
極が前記第2のエミッタホロワトランジスタの出力側の
制御電極に接続され、前記第2のエミッタホロワトラン
ジスタの出力によって動作して前記第1のエミッタホロ
ワトランジスタの出力レベルを低レベル側にシフトする
第4のトランジスタと、前記第1のエミッタホロワトラ
ンジスタの出力レベルに応じて動作し、互いに一方の制
御電極が共通接続されたPおよびNチャンネルトランジ
スタを有し、前記共通接続の箇所に接続された出力端子
から前記第2のエミッタホロワトランジスタの出力レベ
ルをインバートして出力するインバータ手段とを具備す
ることを特徴とするレベル変換回路を用いて課題を解決
する。
(作 用) 以上のような構成によると、本発明のレベル変換回路は
、伝達遅延時間の高速性を維持し、且つ消費電力を低減
することができる。
(実施例) 以下、図面を参照して本発明の一実施例につき詳細に説
明する。
第1図は本発明のレベル変換回路の一実施例としてのE
CL−CMOSレベル変換回路構成を示すものである。
すなわち第1図の故構成を説明すると、入力端子1より
入力信号がベースに供給されるトランジスタQ1および
入力端子2より基準電位がベースに供給されるトランジ
スタQ2からなる差動ペアトランジスタの各コレクタが
抵抗R1,R2を介して電源vCCに接続され、また前
記トランジスタQ1のコレクタはエミッタホロワトラン
ジスタQ3のベースに接続され、前記トランジスタQ2
のコレクタはエミッタホロワトランジスタQ4のベース
に接続される。さらに前記トランジスタQ1およびQ2
のそれぞれのエミッタは共通して、定電流1i13を介
して接地されている。
そして前記トランジスタQ3は、それのコレクタが前記
型@VCCに接続され、且つエミッタが、ゲートを接地
したPチャンネルMOSトランジスタM9の一方の制御
電極(ドレイン)に接続される。さらに前記トランジス
タM9の他方の制御電極(ソース)がNチャンネルMO
S)ランジスタMIOの他方の制御電極(ソース)に接
続される。
このトランジスタMIOは、それの一方の制御電極(ド
レイン)が接地され、且つ人力電極(ゲート)が前記ト
ランジスタQ4のエミッタに接続される。
また前記トランジスタQ4は、それのコレクタが電源V
CCに接続され、且つエミッタがPチャンネルMOSト
ランジスタMllのドレインに接続される。前記トラン
ジスタMllはそれのソースがNチャンネルトランジス
タM12のドレインに接続される。これらのPおよびN
チャンネルMOSトランジスタによってインバータ手段
(インバータ)が構成される さらに、前記トランジスタMl!およびM12のゲート
は、前記トランジスタM9とMIOの接続中点に共通接
続され、前記トランジスタMllおよびM12のソース
の接続中点が出力端子3と接続される。
つぎに第2図の電圧波形図を参照して、以上の構成にお
いて動作を説明する。この電圧波形図は第1図の測定点
C乃至Fにおける各トランジスタの動作による電圧レベ
ルを示し、入力信号によって前記トランジスタQ3がオ
ンーシ、トランジスタQ4がオフしている場合に、第1
図中のラインA1に電流11aが流れている。このライ
ンA1中の測定点Cが高(H)レベルになり、前記トラ
ンジスタM9がオンして測定点EがHレベルになってい
る。
さらに前記トランジスタQ4がオフとすると、前記測定
点CのHレベルをゲートに供給するトランジスタMll
およびM12がオンしている。ため、0MO8に供給す
るインバータ出力値(測定点F)は低(L)レベルの出
力となる。
このため前記トランジスタMIOのゲートが接続してい
る111J定点りは低(L)レベルとなり、トランジス
タM10のゲート・ソース間電圧VGSに従来はHレベ
ルのものがLレベルの電圧に低減して供給され、ドレイ
ン電流を低減させている。従って、前記ラインA1に流
れる前記電流11aが低減される。
これとは逆に前記トランジスタQ3がオフし、トランジ
スタQ4がオンしている場合に、前記測定点CはLレベ
ル、第1図中のラインBに電流12aが流れる。
そして前記測定点りはHレベルになり前記トランジスタ
M10がオンし、前記測定点Eは接地電位に近づく。つ
まり前記トランジスタM12の立ち上がり電圧vthは
、従来の構成である第5図に示したトランジスタM5の
ソース・接地間の電圧分だけ降下したことになると共に
インバータ出力値(測定点F)は(H)レベルの出力と
なる。
従って入力信号の電圧により、前記トランジスタMll
およびM 12の立ち上がり電圧Vth(第2図中の点
G、にで示す)が可変され、スタンバイ時の電流11が
低減されたとしても伝達遅延時間を維持することができ
る。
以上、この実施例を説明したが、本発明はこのような実
施例に限定されるものではなく、他にも発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々の変形や応用が可能であることは勿
論である。
[発明の効果] 以上記述したよ′うに本発明によれば、エミッタホロワ
構成内に逆相電流によって動作するトランジスタを用い
たことにより、スタンバイ時に常時流れている電流がシ
フトされて低減し、低消費電力化を図ることができる。
さらに出力段にインバータ手段を用いたことにより、レ
ベル変換回路の伝達遅延時間の高速性を維持しつつ、低
消費電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例としてのECL−CMOSレ
ベル変換回路の回路図、第2図は第1図に示したレベル
変換回路内の特定点の電圧波形図、第3図は従来の第1
のECL−CMOSレベル変換回路の回路図、第4図は
MOSトランジスタのゲート争ソース間の短絡接続した
場合のドレイン電流−ゲート・ソース間電圧の特性図、
第5図は第2の従来のECL−CMOSレベル変換回路
の回路図。 Ql、Q2.Ml乃至Ml2・・・トランジスタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 入力信号に応じて切換動作する入力差動ペアトランジス
    タと、 この入力差動ペアトランジスタの各出力を受ける第1お
    よび第2のエミッタホロワトランジスタと、 前記第1のエミッタホロワトランジスタの出力側の制御
    電極に一方の制御電極が接続され、前記第1のエミッタ
    ホロワトランジスタの出力レベルを所定レベルにする第
    3のトランジスタと、一対の制御電極が前記第3のトラ
    ンジスタの他方の制御電極および基準電位との間に接続
    され、入力電極が前記第2のエミッタホロワトランジス
    タの出力側の制御電極に接続され、前記第2のエミッタ
    ホロワトランジスタの出力によって動作して前記第1の
    エミッタホロワトランジスタの出力レベルを低レベル側
    にシフトする第4のトランジスタと、 前記第1のエミッタホロワトランジスタの出力レベルに
    応じて動作し、互いに一方の制御電極が共通接続された
    PおよびNチャンネルトランジスタを有し、前記共通接
    続の箇所に接続された出力端子から前記第2のエミッタ
    ホロワトランジスタの出力レベルをインバートして出力
    するインバータ手段とを具備することを特徴とするレベ
    ル変換回路。
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