JPH0758606A - レベル変換回路 - Google Patents

レベル変換回路

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JPH0758606A
JPH0758606A JP5228299A JP22829993A JPH0758606A JP H0758606 A JPH0758606 A JP H0758606A JP 5228299 A JP5228299 A JP 5228299A JP 22829993 A JP22829993 A JP 22829993A JP H0758606 A JPH0758606 A JP H0758606A
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信彦 大澤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 消費電力が少なく、しかも回路を構成する素
子数(トランジスタ数)が少なくて済むレベル変換回路
を提供する。 【構成】 高電圧回路5の高レベル側(正側)の電位が
低電圧回路4の高レベル側の電位よりも高く、高電圧回
路5の低レベル側(負側)の電位が低電圧回路4の低レ
ベル側の電位よりも低いシステムにおいて、低電圧回路
4から高電圧回路5への信号レベル変換を、3個のCM
OS回路1〜3を用いた完全なCMOS回路構成の1段
のゲートにて高レベル側、低レベル側同時に行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レベル変換回路に関
し、特に低電圧回路の出力信号の信号レベルを変換して
高電圧回路に供給するレベル変換回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のレベル変換回路として、
図4に示す回路構成のものが知られている。この従来回
路は、主にICの入力インタフェースに使用される。図
4において、正側の低い電圧(例えば、+5V)の電源
DDと負側の高い電圧(例えば、−9V)の電源VL
の間に直列に接続されたpMOSトランジスタP21と
負荷抵抗R21とによって入力段が構成されている。2
段目は、各々のドレイン同士およびゲート同士が共通接
続されて電源VDDと電源VL との間に直列に接続された
1対のpMOSトランジスタP22およびnMOSトラ
ンジスタN22からなり、ゲート共通接続点が入力段の
pMOSトランジスタP21のドレインに接続されたC
MOSインバータ21によって構成されている。
【0003】3段目は、各々のドレイン同士およびゲー
ト同士が共通接続されて電源VDDと電源VL との間に直
列に接続された1対のpMOSトランジスタP23およ
びnMOSトランジスタN23からなり、ゲート共通接
続点が2段目のpMOSトランジスタP22およびnM
OSトランジスタN22のドレイン共通接続点に接続さ
れたCMOSインバータ22によって構成されている。
そして、最終段は、各々のドレイン同士が共通接続され
て正側の高い電圧(例えば、+15V)の電源VH と電
源VL との間に直列に接続された1対のpMOSトラン
ジスタP24およびnMOSトランジスタN24と、同
様に各々のドレイン同士が共通接続されて電源VH と電
源VL との間に直列に接続された1対のpMOSトラン
ジスタP25およびnMOSトランジスタN25とから
なるレベルシフタ23によって構成されている。
【0004】このレベルシフタ23において、一方のC
MOS回路を構成するpMOSトランジスタP24およ
びnMOSトランジスタN24のドレイン共通接続点が
他方のCMOS回路のpMOSトランジスタP25のゲ
ートに、他方のCMOS回路を構成するpMOSトラン
ジスタP25およびnMOSトランジスタN25のドレ
イン共通接続点が一方のCMOS回路のpMOSトラン
ジスタP24のゲートにそれぞれ接続されている。ま
た、一方のCMOS回路のnMOSトランジスタN24
のゲートは、CMOSインバータ22のpMOSトラン
ジスタP23およびnMOSトランジスタN23のドレ
イン共通接続点に接続されている。そして、一方のCM
OS回路のpMOSトランジスタP24およびnMOS
トランジスタN24のドレイン共通接続点からレベル変
換後の信号が出力されるようになっている。
【0005】次に、上記構成のレベル変換回路の回路動
作について、図5のタイミングチャートを参照しつつ説
明する。+5V/0V振幅の入力信号INは、初段pM
OSトランジスタP41によって+5V/−9V振幅の
信号に変換され、さらに2段目のCMOSインバータ2
1によって反転されることにより、CMOSインバータ
21のドレイン共通接続点には入力信号INと同相の+
5V/−9V振幅の信号Aが導出される。この+5V/
−9V振幅の信号Aは、3段目のCMOSインバータ2
2で反転された後(信号B)、レベルシフタ23によっ
て+15V/−9V振幅の信号にレベルシフトされ、入
力信号INと逆相の出力信号OUTとして導出される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記構成の従来のレベ
ル変換回路は、少ない回路素子数(トランジスタ数)で
構成できるという特長を有する反面、入力段がコンプリ
メンタリとして構成されていないことから、入力信号I
Nの信号レベルが0Vのときは、入力段に貫通電流が流
れるため、消費電力が大きいという問題があった。ま
た、従来のレベル変換回路では、大きくは、+5V/0
V振幅の信号を+5V/−9V振幅の信号に変換する段
と、+5V/−9V振幅の信号を+15V/−9V振幅
の信号に変換する段の2段構成となっているため、伝播
遅延時間が大きいという問題もあった。
【0007】図6に、他の従来例の回路構成を示す。こ
の従来例は、図4の従来回路における消費電力の問題を
改善した回路である。図6において、各々のドレイン同
士およびゲート同士が共通接続されて正側の低い電圧
(例えば、+5V)の電源VDDと負側の低い電圧(例え
ば、0V)の電源VSSとの間に直列に接続された1対の
pMOSトランジスタP31およびnMOSトランジス
タN31からなり、ゲート共通接続点に入力信号INが
供給されるCMOSインバータ31と、同様に各々のド
レイン同士およびゲート同士が共通接続されて電源VDD
と電源VSSとの間に直列に接続された1対のpMOSト
ランジスタP31およびnMOSトランジスタN31か
らなり、ゲート共通接続点がCMOSインバータ31の
ドレイン共通接続点に接続されたCMOSインバータ3
1とによって入力段が構成されている。
【0008】この入力段においては、図7のタイミング
チャートに示すように、+5/0V振幅の入力信号IN
を初段のCMOSインバータ31で反転することで+5
/0V振幅の反転入力信号Aが得られ、2段目のCMO
Sインバータ32でさらに反転することで入力信号IN
と同相の+5/0V振幅の信号Bが得られる。この+5
/0V振幅の信号Bはレベルシフタ33に供給される。
レベルシフタ33は、各々のドレイン同士が共通接続さ
れて電源VDDと負側の高い電圧(例えば、−9V)の電
源VL との間に直列に接続された1対のpMOSトラン
ジスタP33およびnMOSトランジスタN33からな
るCMOS回路と、同様に各々のドレイン同士が共通接
続されて電源VDDと電源VL との間に直列に接続された
1対のpMOSトランジスタP34およびnMOSトラ
ンジスタN34からなるCMOS回路とによって構成さ
れている。
【0009】このレベルシフタ33において、一方のC
MOS回路、即ちpMOSトランジスタP33およびn
MOSトランジスタN33のドレイン共通接続点は、他
方のCMOS回路のnMOSトランジスタN34のゲー
トに接続されている。また、他方のCMOS回路、即ち
pMOSトランジスタP34およびnMOSトランジス
タN34のドレイン共通接続点は、一方のCMOS回路
のnMOSトランジスタN33のゲートに接続されてい
る。また、一方のCMOS回路のpMOSトランジスタ
P33のゲートは、CMOSインバータ32のpMOS
トランジスタP32およびnMOSトランジスタN32
のドレイン共通接続点に接続されている。
【0010】これにより、図7に示すように、pMOS
トランジスタP33およびnMOSトランジスタN33
のドレイン共通接続点には、入力信号INとは逆相の+
5V/−9V振幅の信号Cが得られ、またpMOSトラ
ンジスタP34およびnMOSトランジスタN34のド
レイン共通接続点には、入力信号INとは同相の+5V
/−9V振幅の信号Dが得られる。この+5V/−9V
振幅の信号Dはレベルシフタ34に供給される。レベル
シフタ34は、各々のドレイン同士が共通接続されて正
側の高い電圧(例えば、+15V)の電源VH と電源V
L との間に直列に接続された1対のpMOSトランジス
タP35およびnMOSトランジスタN35からなるC
MOS回路と、同様に各々のドレイン同士が共通接続さ
れて電源VH と電源VL との間に直列に接続された1対
のpMOSトランジスタP36およびnMOSトランジ
スタN36からなるCMOS回路とによって構成されて
いる。
【0011】このレベルシフタ33において、一方のC
MOS回路、即ちpMOSトランジスタP35およびn
MOSトランジスタN35のドレイン共通接続点は、他
方のCMOS回路のpMOSトランジスタP36のゲー
トに接続されている。また、他方のCMOS回路、即ち
pMOSトランジスタP36およびnMOSトランジス
タN36のドレイン共通接続点は、一方のCMOS回路
のpMOSトランジスタP35のゲートに接続されてい
る。また、一方のCMOS回路のnMOSトランジスタ
N35のゲートは、レベルシフタ33のpMOSトラン
ジスタP34およびnMOSトランジスタN34のドレ
イン共通接続点に接続されている。
【0012】そして、他方のCMOS回路のpMOSト
ランジスタP36およびnMOSトランジスタN36の
ドレイン共通接続点から、+15V/−9V振幅にレベ
ル変換された信号OUTが出力されるようになってい
る。上記構成の他の従来回路は、入力段がコンプリメン
タリとして構成されているため、入力信号INの信号レ
ベルが+5V/0Vのいずれの状態であっても入力段に
貫通電流が流れることはないので、先の従来例における
消費電力の問題を解消できることになる。
【0013】しかしながら、上述した他の従来回路で
は、入力信号INの反転入力信号Aを得る回路構成とな
っているため、消費電力が少ない反面、回路素子数(ト
ランジスタ数)が増大するという問題があった。また、
先の従来例の場合と同様に、大きくは、+5V/0V振
幅の信号を+5V/−9V振幅の信号に変換する段と、
+5V/−9V振幅の信号を+15V/−9V振幅の信
号に変換する段の2段構成となっているため、伝播遅延
時間が大きいという問題もあった。本発明は、上記課題
に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、消費電力が少なく、しかも回路を構成する素子数
(トランジスタ数)が少なくて済むレベル変換回路を提
供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明によるレベル変換
回路は、低電圧回路の出力信号の信号レベルを変換して
高電圧回路に供給するレベル変換回路であって、各ドレ
インが共通接続されかつ低電圧回路の正側電源と高電圧
回路の負側電源との間に直列に接続された1対のpMO
SトランジスタおよびnMOSトランジスタからなり、
低電圧回路の出力信号をpMOSトランジスタのゲート
入力とする第1のCMOS回路と、各ドレインが共通接
続されかつ高電圧回路の正側電源と負側電源との間に直
列に接続された1対のpMOSトランジスタおよびnM
OSトランジスタからなり、ドレイン共通接続点が第1
のCMOS回路のnMOSトランジスタのゲートに接続
されかつnMOSトランジスタのゲートが第1のCMO
S回路のドレイン共通接続点に接続された第2のCMO
S回路と、各ドレインが共通接続されかつ高電圧回路の
正側電源と低電圧回路の負側電源との間に直列に接続さ
れた1対のpMOSトランジスタおよびnMOSトラン
ジスタからなり、ドレイン共通接続点が第2のCMOS
回路のpMOSトランジスタのゲートに接続されかつp
MOSトランジスタのゲートが第2のCMOS回路のド
レイン共通接続点に接続されるとともに、nMOSトラ
ンジスタのゲートが第1のCMOS回路のpMOSトラ
ンジスタのゲートに接続された第3のCMOS回路とか
らなり、第2のCMOS回路のドレイン共通接続点から
レベル変換後の信号を出力する構成となっている。
【0015】
【作用】高電圧回路の高レベル側の電位が低電圧回路の
高レベル側の電位よりも高く、高電圧回路の低レベル側
の電位が低電圧回路の低レベル側の電位よりも低いシス
テムにおいて、低電圧回路から高電圧回路への信号レベ
ル変換を、3個のCMOS回路を用いた完全なCMOS
回路構成の1段のゲートにて高レベル側、低レベル側同
時に行う。これによれば、完全なCMOS回路構成であ
るため、入力信号の信号レベルが高/低のいずれの状態
であっても入力段に貫通電流が流れることはないため、
消費電力が少ない。また、3個のCMOS回路、即ち6
個のMOSトランジスタのみで構成できるため、回路を
構成するトランジスタ数が少なくて済む。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図1は、本発明によるレベル変換回路の一
実施例を示す回路図である。図1において、本発明によ
るレベル変換回路は、各々ドレイン同士が共通接続され
た1対のpMOSトランジスタP1,nMOSトランジ
スタN1からなる第1のCMOS回路1、同様に1対の
pMOSトランジスタP2,nMOSトランジスタN2
からなる第2のCMOS回路2、および同様に1対のp
MOSトランジスタP3,nMOSトランジスタN3か
らなる第3のCMOS回路3の3つのCMOS回路によ
って構成されている。
【0017】第1のCMOS回路1のpMOSトランジ
スタP1のソースは、低電圧回路4の正側電源VDDの電
源電圧である例えば+5Vにバイアスされ、第1,第2
のCMOS回路1,2のnMOSトランジスタN1,N
2の各ソースは共通接続されかつ高電圧回路5の負側電
源VL の電源電圧である例えば−9Vにバイアスされて
いる。第1のCMOS回路1のpMOSトランジスタP
1およびnMOSトランジスタN1のドレイン共通接続
点Aは第2のCMOS回路2のnMOSトランジスタN
2のゲートに接続され、第2のCMOS回路2のpMO
SトランジスタP2およびnMOSトランジスタN2の
ドレイン共通接続点Bは第1のCMOS回路1のnMO
SトランジスタN1のゲートに接続されている。
【0018】第2,第3のCMOS回路2,3のpMO
SトランジスタP2,P3の各ソースは共通接続されか
つ高電圧回路5の正側電源VH の電源電圧である例えば
+15Vにバイアスされており、第3のCMOS回路3
のnMOSトランジスタN3のソースは、低電圧回路4
の負側電源VSSの電源電圧である例えば接地電位(0
V)にバイアスされている。第2のCMOS回路2のp
MOSトランジスタP2およびnMOSトランジスタN
2のドレイン共通接続点Bは第3のCMOS回路3のp
MOSトランジスタP3のゲートに接続され、第3のC
MOS回路3のpMOSトランジスタP3およびnMO
SトランジスタN3のドレイン共通接続点Cは第2のC
MOS回路2のpMOSトランジスタP2のゲートに接
続されている。
【0019】そして、第1のCMOS回路1のpMOS
トランジスタP1のゲートと第3のCMOS回路3のn
MOSトランジスタN3のゲートが共通接続され、これ
らのゲートには低電圧回路4の出力信号が回路入力IN
として供給される。また、第2のCMOS回路2のpM
OSトランジスタP2およびnMOSトランジスタN2
のドレイン共通接続点からはレベル変換された信号が導
出され、その出力信号OUTが次段の高電圧回路5に供
給される。
【0020】次に、上記構成のレベル変換回路の回路動
作について、図2のタイミングチャートを参照しつつ説
明する。第1のCMOS回路1のpMOSトランジスタ
P1およびnMOSトランジスタN3の各ゲートに、低
電圧回路4の出力信号の信号レベルとして低レベル(本
例では、0V)が印加されると、第1のCMOS回路1
のpMOSトランジスタP1がオン状態となり、A点の
電位が+5Vとなる。これにより、第2のCMOS回路
2のnMOSトランジスタN2がオン状態となる。した
がって、B点の電位は−9Vになり、第1のCMOS回
路1のnMOSトランジスタN1はオフ状態となるが、
第3のCMOS回路3のpMOSトランジスタP3はオ
ン状態になるため、C点の電位は+15Vになる。これ
により、第2のCMOS回路2のpMOSトランジスタ
P2はオフ状態となり、回路出力OUTであるB点の電
位は−9Vに保持される。
【0021】一方、第1のCMOS回路1のpMOSト
ランジスタP1およびnMOSトランジスタN3の各ゲ
ートに、低電圧回路4の出力信号の信号レベルとして高
レベル(本例では、+5V)が印加されると、第1のC
MOS回路1のpMOSトランジスタP1はオフ状態と
なるが、第3のCMOS回路3のnMOSトランジスタ
N3はオン状態になるため、C点の電位は0Vとなり、
第2のCMOS回路2のpMOSトランジスタP2をオ
ン状態とする。したがって、B点は+15Vとなり、第
3のCMOS回路3のpMOSトランジスタP3はオフ
状態となるが、第1のCMOS回路1のnMOSトラン
ジスタN1はオン状態となるため、A点の電位は−9V
となり、第2のCMOS回路2のnMOSトランジスタ
N2をオフ状態とする。これにより、回路出力端である
B点の電位は+15Vに保持される。
【0022】上述したように、高電圧回路5の高レベル
側(正側)の電位が低電圧回路4の高レベル側の電位よ
りも高く、高電圧回路5の低レベル側(負側)の電位が
低電圧回路4の低レベル側の電位よりも低いシステムに
おいて、本発明によるレベル変換回路を用いることによ
り、低電圧回路4から高電圧回路5への信号レベル変換
を、1段のゲート(CMOS回路1〜3)で高レベル
側、低レベル側同時に行うことができる。また、各々ド
レイン同士が接続された1対のpMOSトランジスタお
よびnMOSトランジスタからなる3個のCMOS回路
1〜3からなり、完全なCMOS回路構成となっている
ため、入力信号INの信号レベルが+5V/0Vのいず
れの状態であっても入力段に貫通電流が流れることはな
く、よって消費電力が少ないという利点がある。さらに
は、6個のMOSトランジスタで構成できるため、同様
に完全なCMOS回路構成の図6の従来回路に比較して
トランジスタ数を半減できる。
【0023】ところで、本発明によるレベル変換回路が
適用される上述したシステムにおける低電圧回路4と高
電圧回路5とは、例えば図3に示す如きCCD型固体撮
像装置において、+5V/0Vの信号レベルをもつCC
D駆動用の低電圧タイミング発生器11と、+15V/
−9Vの信号レベルをもつ高耐圧垂直ドライバ12とし
て用いられる。図3において、CCD型固体撮像装置
は、マトリクス状に2次元配列された多数のフォトセン
サ13およびこのフォトセンサ13の垂直列毎に配され
てフォトセンサ13から読み出された信号電荷を垂直転
送する垂直レジスタ14を含む撮像部15と、垂直レジ
スタ14から転送された信号電荷を水平転送する水平レ
ジスタ16と、この水平レジスタ16によって転送され
てきた信号電荷を検出して信号電圧に変換する電荷検出
部17とから構成されており、垂直ドライバ12によっ
て垂直レジスタ14の転送駆動が行われるようになって
いる。
【0024】なお、上記実施例においては、低電圧回路
4および高電圧回路5をCCD型固体撮像装置のタイミ
ング発生器11および垂直ドライバ12に適用した場合
について説明したが、これに限定されるものではなく、
例えばディジタル通信インタフェースなどに適用するこ
とも可能である。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるレベ
ル変換回路においては、各々ドレイン同士が接続された
1対のpMOSトランジスタおよびnMOSトランジス
タからなる3個のCMOS回路を用いた完全なCMOS
回路構成となっていることにより、入力信号の信号レベ
ルが高/低のいずれの状態であっても入力段に貫通電流
が流れることはないため、消費電力が少ないという効果
がある。また、3個のCMOS回路、即ち6個のMOS
トランジスタのみで構成できるため、回路を構成するト
ランジスタ数が少なくて済み、特に、同様に完全なCM
OS回路構成の従来回路(図6に示す)に比較してトラ
ンジスタ数を半減でき、その効果は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるレベル変換回路の一実施例を示す
回路図である。
【図2】本発明に係る回路動作を説明するためのタイミ
ングチャートである。
【図3】本発明が適用されるCCD型固体撮像装置の一
例を示す構成図である。
【図4】一従来例を示す回路図である。
【図5】一従来例の回路動作をを説明するためのタイミ
ングチャートである。
【図6】他の従来例を示す回路図である。
【図7】他の従来例の回路動作を説明するためのタイミ
ングチャートである。
【符号の説明】
1 第1のCMOS回路 2 第2のCMOS回路 3 第3のCMOS回路 4 低電圧回路 5 高電圧回路 11 タイミング発生器 12 垂直ドライバ 13 フォトセンサ 14 垂直レジスタ 16 水平レジスタ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低電圧回路の出力信号の信号レベルを変
    換して高電圧回路に供給するレベル変換回路であって、 各ドレインが共通接続されかつ前記低電圧回路の正側電
    源と前記高電圧回路の負側電源との間に直列に接続され
    た1対のpMOSトランジスタおよびnMOSトランジ
    スタからなり、前記低電圧回路の出力信号をpMOSト
    ランジスタのゲート入力とする第1のCMOS回路と、 各ドレインが共通接続されかつ前記高電圧回路の正側電
    源と負側電源との間に直列に接続された1対のpMOS
    トランジスタおよびnMOSトランジスタからなり、ド
    レイン共通接続点が前記第1のCMOS回路のnMOS
    トランジスタのゲートに接続されかつnMOSトランジ
    スタのゲートが前記第1のCMOS回路のドレイン共通
    接続点に接続された第2のCMOS回路と、 各ドレインが共通接続されかつ前記高電圧回路の正側電
    源と前記低電圧回路の負側電源との間に直列に接続され
    た1対のpMOSトランジスタおよびnMOSトランジ
    スタからなり、ドレイン共通接続点が前記第2のCMO
    S回路のpMOSトランジスタのゲートに接続されかつ
    pMOSトランジスタのゲートが前記第2のCMOS回
    路のドレイン共通接続点に接続されるとともに、nMO
    Sトランジスタのゲートが前記第1のCMOS回路のp
    MOSトランジスタのゲートに接続された第3のCMO
    S回路とからなり、 前記第2のCMOS回路のドレイン共通接続点からレベ
    ル変換後の信号を出力することを特徴とするレベル変換
    回路。
  2. 【請求項2】 前記低電圧回路は、固体撮像装置のロジ
    ック回路を構成し、 前記高電圧回路は、固体撮像装置のドライブ回路を構成
    することを特徴とする請求項1記載のレベル変換回路。
  3. 【請求項3】 前記低電圧回路および前記高電圧回路
    は、ディジタル通信インタフェースを構成することを特
    徴とする請求項1記載のレベル変換回路。
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