JPH04172016A - Level converter - Google Patents

Level converter

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JPH04172016A
JPH04172016A JP2301277A JP30127790A JPH04172016A JP H04172016 A JPH04172016 A JP H04172016A JP 2301277 A JP2301277 A JP 2301277A JP 30127790 A JP30127790 A JP 30127790A JP H04172016 A JPH04172016 A JP H04172016A
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JP
Japan
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inverter
stage
logic
input
output
Prior art date
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Pending
Application number
JP2301277A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Isu
井須 健二
Yasushi Adachi
靖史 安達
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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 Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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  • Manipulation Of Pulses (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce the error of both threshold voltages by making the transconductance ratio of the P channel transistor of a first logical element to the N channel transistor of the first logical element different from that of a second logical channel. CONSTITUTION:The transconductance ratio of the inside Pch-Tr to the Nch-Tr of an inverter 4 at the first stage is made different from that of an inverter 5 at the second stage. That is, the output direct current voltage of the inverter 4 at the first stage is made different from the threshold voltage of the inverter 5 at the second stage by making the transconductance ratio different from each other, and this device is difficult to be affected by a noise at the time of a non-signal. Thus, a level converter in which the manufacturing variance of the difference between the output direct current voltage of the inverter at the first stage and the threshold voltage of the inverter at the second stage can be reduced, can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路の微小入力信号を増幅するレ
ベル変換器に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a level converter that amplifies a minute input signal of a semiconductor integrated circuit.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第5図は従来のレベル変換器を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a conventional level converter.

図において、lは入力端子、2は入力信号の直流成分を
遮断するコンデンサ、4は入力されたロジック信号を増
幅し論理を反転するインバータ、3はこのインバータ4
の出力をその入力に帰還する経路に介在する抵抗、5は
上記インバータ4の出力ロジック信号を論理レベルまで
増幅し論理を反転して出力するインバータ、6は入力無
信号時の雑音を防止するプルダウン抵抗である。
In the figure, l is an input terminal, 2 is a capacitor that blocks the DC component of the input signal, 4 is an inverter that amplifies the input logic signal and inverts the logic, and 3 is this inverter 4.
5 is an inverter that amplifies the output logic signal of the inverter 4 to a logic level, inverts the logic and outputs it, and 6 is a pulldown that prevents noise when there is no input signal. It is resistance.

次に動作について説明する。第6図は第5図をトランジ
スタレベルで表わした図である。同図において、第5図
と同一部分には同一符号を付する。
Next, the operation will be explained. FIG. 6 is a diagram representing FIG. 5 at a transistor level. In this figure, the same parts as in FIG. 5 are given the same reference numerals.

4c、4dはそれぞれ第5図のインバータ4を構成する
PチャンネルMoSトランジスタ(以下Pch−Trと
いう)、NチャンネルMOSトランジスタ(以下、Nc
h−Trという)、5c、5dはそれぞれ第5図のイン
バータ5を構成するPch−Tr、Nch−Trである
。インバータ4の出力は抵抗3を介して入力に帰還して
いる。この入力信号はインバータ4のPch−Tr4c
4c and 4d are a P-channel MoS transistor (hereinafter referred to as Pch-Tr) and an N-channel MOS transistor (hereinafter referred to as Nc), which constitute the inverter 4 in FIG.
h-Tr), 5c, and 5d are Pch-Tr and Nch-Tr, respectively, which constitute the inverter 5 in FIG. The output of the inverter 4 is fed back to the input via the resistor 3. This input signal is Pch-Tr4c of inverter 4.
.

Nch−Tr4dのゲートおよび、コンデンサ2に接続
されているので抵抗3には直流電流か流れず、インバー
タ4の入力と出力は同一の電位となる。インバータ4と
インバータ5は同じサイズのMOShランジスタで構成
されているので、それぞれのスレッショルド電圧vth
、及びPch−Tr4c、5c、Nch−Tr4d、5
dのそれぞれのトランスコンダクタンスgmp r  
gmNは同値となり、抵抗6をR1、電源電圧をVt+
aとすると上記インバータ4の出力直流電圧v4は次の
式で与えられる。
Since it is connected to the gate of the Nch-Tr 4d and the capacitor 2, no direct current flows through the resistor 3, and the input and output of the inverter 4 have the same potential. Since inverters 4 and 5 are composed of MOSh transistors of the same size, their respective threshold voltages vth
, and Pch-Tr4c, 5c, Nch-Tr4d, 5
Each transconductance gmp r of d
gmN is the same value, resistor 6 is R1, power supply voltage is Vt+
If a is the output DC voltage v4 of the inverter 4, it is given by the following equation.

V、 =V t h−4V、 ・(1)△V2 #Vo
o/ (1+ gm、 R2) −(21上記式(2)
てΔV2は微小な直流電圧である。
V, =V th-4V, ・(1)△V2 #Vo
o/ (1+ gm, R2) −(21 above formula (2)
ΔV2 is a minute DC voltage.

入力端子1から入力された微小ロジック信号はコンデン
サ2て直流成分か取り除かれ、上記V4を基準にして増
幅するロジック信号としてインノく一夕4に入力される
。インバータ4の人出力の関係は第7図のようになり、
v4を基準として増幅する微小ロジック信号は論理反転
増幅されて出力される。インバータ4て出力されたロジ
ック信号はvthを境にして論理反転するインバータ5
に入力され、増幅されることにより、論理レベルのロジ
ック信号か得られる。
A minute logic signal inputted from the input terminal 1 is removed with a DC component by a capacitor 2, and inputted into the input terminal 4 instantly as a logic signal to be amplified with reference to V4. The relationship between the human output of inverter 4 is as shown in Figure 7,
The minute logic signal amplified with v4 as a reference is logically inverted and amplified and output. The logic signal output from the inverter 4 is logically inverted with respect to vth.
A logic signal at a logic level is obtained by inputting the signal into the signal generator and amplifying it.

また、入力無信号時では、雑音が混入した場合前記と同
様の動作によりインバータ4て雑音か増幅されるが、増
幅された後の雑音の大きさは通常ΔV2より小さく、v
thを越えず、インバータ5の出力は常に“H”となる
In addition, when there is no input signal, if noise is mixed in, the noise is amplified by the inverter 4 by the same operation as described above, but the magnitude of the noise after amplification is usually smaller than ΔV2, and v
th is not exceeded, and the output of the inverter 5 is always "H".

ただし、Δv2はインバータ4て増幅されるロジック信
号はvthを超え、雑音はvthを超えないような信号
である。
However, Δv2 is a signal such that the logic signal amplified by the inverter 4 exceeds vth, and the noise does not exceed vth.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

従来のレベル変換器は以上のように構成されているので
、式(2)でΔV2はインバータ4のPch−Trのト
ランスコンダクタンスgmp、プルダウン抵抗6の値に
左右され、これらの値は本レベル変換器を製造するとき
相関関係なしにばらつき、Δv2の誤差か大きくなる。
Since the conventional level converter is configured as described above, ΔV2 in equation (2) depends on the transconductance gmp of the Pch-Tr of the inverter 4 and the value of the pull-down resistor 6, and these values are determined by this level converter. When manufacturing vessels, there are variations without correlation, and the error of Δv2 becomes large.

このためΔv2が大きくなった場合、入力される微小ロ
ジック信号がインバータ4で増幅されても最大値かvt
hより小さくなり、インバータ5の出力に信号か現れな
いこともあり、逆にΔV2か小さく無信号時に混入され
る雑音かインバータ4で増幅されvthより大きくなり
、インバータ5の出力に雑音か現れるといった問題点か
あった。
Therefore, when Δv2 becomes large, even if the input minute logic signal is amplified by the inverter 4, the maximum value or vt
h, and no signal appears at the output of the inverter 5; conversely, ΔV2 is small and noise mixed in when there is no signal is amplified by the inverter 4, and becomes larger than vth, and noise appears at the output of the inverter 5. There were some problems.

本発明は上記のような問題点を解消するためになされた
もので、1段目のインバータの出力直流電圧と2段目の
インバータのスレッショルド電圧との差の製造ばらつき
を小さくすることのできるレベル変換器を得ることを目
的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is possible to reduce manufacturing variations in the difference between the output DC voltage of the first stage inverter and the threshold voltage of the second stage inverter. The purpose is to obtain a converter.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明に係るレベル変換器は、1段目のインバータと
2段目のインバータの内部トランジスタのPch−Tr
とNch−Trとのトランスコンダクタンス比を変える
ようにしたものである。
The level converter according to the present invention has Pch-Tr of internal transistors of a first stage inverter and a second stage inverter.
The transconductance ratio between the Nch-Tr and the Nch-Tr is changed.

〔作用〕[Effect]

この発明におけるレベル変換器は、従来型で用いていた
プルダウン抵抗を接続しなくても上記トランスコンダク
タンス比を変えたことによって1段目のインバータの出
力直流電圧と2段目のインバータのスレッショルド電圧
が異なるものとなり、無信号時の雑音を受けにくくなる
In the level converter of this invention, the output DC voltage of the first stage inverter and the threshold voltage of the second stage inverter can be adjusted by changing the transconductance ratio without connecting the pull-down resistor used in the conventional type. This makes it less susceptible to noise when there is no signal.

〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を図について説明する。〔Example〕 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例によるレベル変換器を示した
構成図である。第2図は第1図をトランジスタレベルで
表わした図である。第1図、第2図とも第5図、第6図
と同一部分または相当部分には同一の符号を付する。第
2図において4a。
FIG. 1 is a block diagram showing a level converter according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram representing FIG. 1 at a transistor level. In both FIGS. 1 and 2, the same or corresponding parts as in FIGS. 5 and 6 are given the same reference numerals. 4a in FIG.

4bはそれぞれインバータ4を構成するPch−Tr、
Nch−Tr、5a、5bはそれぞれインバータ5を構
成するPch−Tr、Nch−Trである。
4b are Pch-Trs each constituting the inverter 4;
Nch-Tr, 5a and 5b are Pch-Tr and Nch-Tr constituting the inverter 5, respectively.

次に動作について説明する。インバータ4の出力は抵抗
3を介して入力に帰還しており、この入力点はインバー
タ4のPch−Tr4a、Nch−Tr4bのゲートお
よびコンデンサ2に接続されているので、抵抗3に直流
電流は流れず、インバータ4の入力と出力は同電位とな
る。インバータ4のPch−Tr4a、Nch−Tr4
bのトランスコンダクタンス及びスレッショルド電圧を
それぞれgmp*、  gmsa、 V t h 1 
とすると、インバータ4の出力直流電圧V4はV t 
h Iの近傍で変化するから近似的に次の式で与えられ
る。
Next, the operation will be explained. The output of the inverter 4 is fed back to the input via the resistor 3, and this input point is connected to the gates of the Pch-Tr 4a and Nch-Tr 4b of the inverter 4 and the capacitor 2, so no DC current flows through the resistor 3. First, the input and output of the inverter 4 have the same potential. Pch-Tr4a, Nch-Tr4 of inverter 4
The transconductance and threshold voltage of b are gmp*, gmsa, and V th 1, respectively.
Then, the output DC voltage V4 of the inverter 4 is V t
h Since it changes in the vicinity of I, it is approximately given by the following formula.

この(3)式で例えばgmp4=2.2 mQ、gmN
i=2゜8 mQ、Voo=5Vとすると、 となる。
In this equation (3), for example, gmp4=2.2 mQ, gmN
When i=2°8 mQ and Voo=5V, it becomes.

また、インバータ5のPch−Tr5a、Nch−Tr
5bのトランスコンダクタンス及びスレッショルド電圧
をそれぞれgmps+  gmsi+ V th2とす
ると、その出力直流電圧はVth2はそれぞれ次の式で
与えられる。
In addition, the Pch-Tr5a and Nch-Tr of the inverter 5
When the transconductance and threshold voltage of 5b are respectively gmps+gmsi+V th2, its output DC voltage Vth2 is given by the following equations.

この(4)式で一例としてgm□=1.5mυ、  g
mns=1.5 mQ、Vob=5Vとすると、となる
In this equation (4), as an example, gm□=1.5mυ, g
If mns=1.5 mQ and Vob=5V, then.

上記の例のように、V t h + 、 V t ht
の値はVth+ <Vth、となるように設定し、Δv
1= V t h t  V t h +  とする。
As in the example above, V th + , V th ht
The value of is set so that Vth+ <Vth, and Δv
1=V t h t V t h + .

入力端子lから入力された微小ロジック信号はコンデン
サ2で直流成分が取り除かれ、上記v4を基準にして振
幅するロジック信号としてインバータ4に入力される。
The DC component of the minute logic signal input from the input terminal 1 is removed by the capacitor 2, and the signal is input to the inverter 4 as a logic signal whose amplitude is based on v4.

インバータ4は第3図に示すようにV t h lで反
転論理する入出力特性を持っており、v4を基準として
振幅する微小ロジック信号は論理反転増幅されて出力さ
れる。そしてインバータ4で出力されたロジック信号は
、第4図のようにV t h zで論理反転する入出力
特性を持つインバータ5に入力され増幅されることによ
り論理レベルのロジック信号が得られる。
As shown in FIG. 3, the inverter 4 has an input/output characteristic in which the logic is inverted at V th l, and a minute logic signal whose amplitude is based on v4 is logic inverted and amplified and output. The logic signal output from the inverter 4 is then input to the inverter 5, which has an input/output characteristic of logic inversion at V th z, as shown in FIG. 4, and is amplified to obtain a logic signal at a logic level.

また、入力無信号時では、雑音が混入した場合、上述し
たようにして、インバータ4で雑音も増幅されるが、V
 t h+ <V t htと設定しているのでインバ
ータ4で増幅された雑音はVthtの値を超えず、イン
バータ5の出力は常に“H”となる。
In addition, when there is no input signal, if noise is mixed in, the noise is also amplified by the inverter 4 as described above, but V
Since t h+ <V th ht is set, the noise amplified by the inverter 4 does not exceed the value of V tht, and the output of the inverter 5 is always "H".

ただし、Δv1はインバータ4で増幅されるロジック信
号がVth、を超えるように、かつ雑音はVthzを超
えないように設定する必要かあり、従って、充分な余裕
を見越してスレッショルド電圧の通常のばらつきの範囲
以上である0、2V以上とするのが望ましい。
However, Δv1 needs to be set so that the logic signal amplified by the inverter 4 exceeds Vth, and the noise does not exceed Vthz. It is desirable to set it to 0.2 V or more, which is above the range.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、本発明に係るレベル変換器によれば、レ
ベル変換器を式(3)、 (4)で表わされるようなス
レッショルド電圧を持つインバータで構成した、即ち第
1の論理素子のPチャネルトランジスタとNチャネルト
ランジスタのトランスコンダクタンス比を第2の論理チ
ャネルのそれと変えるようにしたので、半導体集積回路
内ではgmP、とgmps+  gmsaとg m N
 sは相関関係かあり、同傾向の値を示すため、Vth
、とV t h 2は同傾向にばらつき、ΔV1の誤差
を小さくできるという効果がある。
As described above, according to the level converter according to the present invention, the level converter is constituted by an inverter having a threshold voltage as expressed by equations (3) and (4), that is, the P of the first logic element is Since the transconductance ratio of the channel transistor and the N-channel transistor is changed from that of the second logic channel, gmP, gmps+gmsa, and gmN are generated in the semiconductor integrated circuit.
Since s has a correlation and shows values with the same tendency, Vth
, and V th 2 vary with the same tendency, which has the effect of reducing the error in ΔV1.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例によるレベル変換器を示した
構成図、第2図は第1図をトランジスタレベルで表わし
た図、第3図は第1図の1段目インバータの入出力特性
を示す図、第4図は第1図の2段目インバータの入出力
特性を示す図、第5図は従来のレベル変換器の構成を示
す図、第6図は第5図をトランジスタレベルで表わした
図、第7図は第5図の1段目インバータの入出力特性を
示す図である。 第1図において、4は第1の論理素子、5は第2の論理
素子、3は抵抗、2はコンデンサ、4c。 5cはPチャネルトランジスタ、5c、5dはNチャネ
ルトランジスタである。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
FIG. 1 is a block diagram showing a level converter according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram representing FIG. 1 at a transistor level, and FIG. 3 is an input/output diagram of the first stage inverter shown in FIG. Figure 4 is a diagram showing the input/output characteristics of the second stage inverter in Figure 1, Figure 5 is a diagram showing the configuration of a conventional level converter, and Figure 6 is a diagram showing the configuration of Figure 5 at the transistor level. FIG. 7 is a diagram showing the input/output characteristics of the first stage inverter shown in FIG. In FIG. 1, 4 is a first logic element, 5 is a second logic element, 3 is a resistor, 2 is a capacitor, and 4c. 5c is a P-channel transistor, and 5c and 5d are N-channel transistors. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)少なくとも2つ以上の相補型MOS論理素子を有
し、 第1の論理素子は反転型の論理素子であり、上記第1の
論理素子の入力と出力間には抵抗が接続され、 上記第1の論理素子の入力と上記抵抗との接続点にコン
デンサの一端が接続され、 上記論理素子の出力と上記抵抗との接続点に第2の論理
素子の入力が接続されているレベル変換器において、 上記第1の論理素子のPチャネルトランジスタとNチャ
ネルトランジスタのトランスコンダクタンス比は上記第
2の論理素子のそれと異なっており、 上記第1の論理素子の論理的閾値電圧と上記第2の論理
素子の論理的閾値電圧の差が少なくとも、0.2V以上
あることを特徴とするレベル変換器。
(1) It has at least two or more complementary MOS logic elements, the first logic element is an inverting logic element, and a resistor is connected between the input and output of the first logic element, and the A level converter in which one end of a capacitor is connected to the connection point between the input of the first logic element and the above-mentioned resistor, and the input of the second logic element is connected to the connection point between the output of the above-mentioned logic element and the above-mentioned resistor. In, the transconductance ratio of the P-channel transistor and the N-channel transistor of the first logic element is different from that of the second logic element, and the logical threshold voltage of the first logic element and the second logic A level converter characterized in that a difference in logical threshold voltages of elements is at least 0.2V or more.
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