JPH11214934A - レベルシフト機能を持つバッファ用集積回路 - Google Patents

レベルシフト機能を持つバッファ用集積回路

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JPH11214934A
JPH11214934A JP10299750A JP29975098A JPH11214934A JP H11214934 A JPH11214934 A JP H11214934A JP 10299750 A JP10299750 A JP 10299750A JP 29975098 A JP29975098 A JP 29975098A JP H11214934 A JPH11214934 A JP H11214934A
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JP
Japan
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voltage
transistor
buffer
source
input
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Withdrawn
Application number
JP10299750A
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English (en)
Inventor
Harry J Mcintyre
ジェイ マッキンタイアー ハリー
Mostafa R Yazdy
アール ヤズディー モスタファ
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Xerox Corp
Original Assignee
Xerox Corp
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Publication date
Application filed by Xerox Corp filed Critical Xerox Corp
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/50Amplifiers in which input is applied to, or output is derived from, an impedance common to input and output circuits of the amplifying element, e.g. cathode follower
    • H03F3/505Amplifiers in which input is applied to, or output is derived from, an impedance common to input and output circuits of the amplifying element, e.g. cathode follower with field-effect devices
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/34DC amplifiers in which all stages are DC-coupled
    • H03F3/343DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only
    • H03F3/347DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only in integrated circuits

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シフトダウンされた入力電圧が、バッファを
通った後、実質的に元の電圧値にシフトアップされる。 【解決手段】 シフトダウンされた電圧を受取り、そし
て実質的にシフトダウンされる以前の入力電圧の原電圧
に等しい出力電圧を提供する。電圧レベルのシフトダウ
ンとシフトアップのための2個のMOSFETを用い
る。第1のMOSFETのソースはオペ・アンプの第1
の入力に接続され、第2のMOSFETのソースはオペ
・アンプの第2の入力に接続され、オペ・アンプの出力
は第2のMOSFETのゲートに接続される。第1のM
OSFETは電圧を受取りシフトダウンしてオペ・アン
プの第1の入力に供給する。第2のMOSFETによっ
て、そのゲートとオペ・アンプの出力を第1のMOSF
ETによって受取られた電圧と実質的に等しくせしめ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、バッファ回路に関し、
より詳細には、バッファされる必要のある電圧をシフト
ダウンして受取り、そのバッファされる必要がある電圧
の原電圧値に等しい電圧を出力するバッファを持つバッ
ファ用集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】集積回路において、バッファの共通モー
ド電圧要件の範囲外にあるレベルの電圧をバッファする
必要がある場合、一般に、バッファの入力要件にマッチ
するようにレベルがシフトダウンされる。その後、バッ
ファの出力電圧は、実質的に原電圧値に戻されてなおバ
ッファされねばならない。
【0003】図1を参照すると、バッファ(オペ・アン
プ)14の手前で電圧をシフトダウンして、バッファ1
4の後でその電圧を元に戻すようにシフトアップする、
従来技術によるバッファ回路10が示される。図1にお
いて、ノード12はバッファされる必要のある電圧V1
をもっている。バッファ(オペ・アンプ)14の入力電
圧要件にマッチするように、電圧V1はシフトダウンさ
れる。電圧V1をシフトダウンするために、ノード12
は、金属酸化皮膜半導体電界効果トランジスタ(MOS
FET)T1のゲートに接続される。トランジスタT1
のドレインは、電源VDDに接続され、T1のソースは、
抵抗器R1を経て接地される。NMOSトランジスタで
あるトランジスタT1は、そのゲート電圧VG1をゲート
/ソース間電圧VGS1 によってソース電圧VS1までシフ
トダウンする。従ってトランジスタT1のソース電圧V
S1は、VS1=VG1−VGS1 となり、ノード12はトラン
ジスタT1のゲートに接続されているので、ソース電圧
はVS1=V1−VGS1 となる。結果的にトランジスタT
1は電圧V1をVGS1 によってVS1までシフトダウンし
た。
【0004】トランジスタのソースはオペ・アンプ14
の非反転入力に接続されている。オペ・アンプ14の反
転入力は、その出力に接続され、該出力はトランジスタ
T2のゲートに接続されている。オペ・アンプ14は、
その非反転入力を、その出力に送り、更にトランジスタ
T2のゲートに送る。オペ・アンプ14の出力電圧を使
用するためには、電圧V1の原電圧値まで戻す必要があ
る。通常、VS1をV1に戻すには、PMOSトランジス
タT2が使用される。
【0005】トランジスタT2は、PMOSトランジス
タであるので、そのソースは抵抗器R2を経て電源VDD
に接続される。トランジスタT2は、ゲート/ソース間
電圧VGS2 を有する。従って、トランジスタT2のソー
ス電圧VS2は、VS2=VG2−VGS2 であり、ここでVG2
はオペ・アンプ14の非反転入力の電圧と等しいトラン
ジスタT2のゲート電圧である。従って、VG2=V1−
VGS1 であり、結果として、VS2=V1−VGS1 −VGS
2 =V1−VGS1 +|VGS2 |となる。ここで|VGS2
|はVGS2 の絶対値でありPMOSトランジスタでは負
の値を有する。
【0006】トランジスタT1はNMOSでありトラン
ジスタT2はPMOSなので、トランジスタT1のソー
ス電流IS1とトランジスタT2のソース電流IS2が同一
に保たれたとしてもゲート/ソース間電圧VGS1 とVGS
2 は正確には同一ではない。これはトランジスタT1と
T2が異なるタイプのトランジスタであり、それらが類
似の特性を持たないと言う事実に基づいている。従っ
て、シフトアップされた電圧であるトランジスタT2の
ソース電圧は正確にV1と等しくならない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、シフ
トダウンされた電圧を受取り、そして実質的にシフトダ
ウンされる以前の入力電圧の原電圧値に等しい出力電圧
を提供するバッファを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によると、バッフ
ァとしてのオペ・アンプとそしてレベルのシフトダウン
とシフトアップのための2個のMOSFETを用いるバ
ッファ用集積回路が開示される。第1のMOSFETの
ソースは、オペ・アンプの第1の入力に接続され、第2
のMOSFETのソースは、オペ・アンプの第2の入力
に接続され、オペ・アンプの出力は、第2のMOSFE
Tのゲートに接続される。第1のMOSFETは、電圧
を受取りその電圧をシフトダウンしてオペ・アンプの第
1の入力に供給する。第2のMOSFETによって、そ
のゲートとオペ・アンプの出力とが、第1のMOSFE
Tによって受取った電圧と実質的に等しくさせる。
【0009】
【発明の実施の形態】図2を参照すると、本発明のバッ
ファ用集積回路構成図が示されている。図2において、
ノード22はバッファされる必要のある電圧V3を有す
る。電圧V3は、バッファとしてのオペ・アンプ24の
入力電圧にマッチ(適合)するようにシフトダウンされ
る。電圧V3をシフトダウンする目的でノード22はレ
ベルシフタとして使用されるMOSFET T3のゲー
トに接続される。トランジスタT3のドレインは、電源
VDD1 に接続され、ソースは抵抗器R3を経て接地され
る。トランジスタT3はそのゲート電圧VG3をゲート/
ソース間電圧VGS3 によってソース電圧VS3までシフト
ダウンされる。従ってトランジスタT3のソース電圧V
S3は、VS3=VG3−VGS3 となる。ノード22はトラン
ジスタT3のゲートに接続されているので、ソース電圧
はVS3=V3−VGS3 となる。結果として、トランジス
タT3は電圧V3をVGS3 によってVS3にシフトダウン
された事になる。議論のため、VS3はV3(shiftdown )
とも呼ばれる。
【0010】トランジスタT3のソースは、オペ・アン
プ24の非反転入力に接続される。オペ・アンプ24の
出力はトランジスタT4のゲートに接続される。トラン
ジスタT4のドレインは電源VDD1 に接続され、トラン
ジスタT4のソースは抵抗器R4を経て接地される。
【0011】回路20において抵抗器R3とR4は、ト
ランジスタT3のソース電流IS3とトランジスタT4の
ソース電流IS4が等しくなるように選択されることに留
意されたい。
【0012】オペ・アンプ24はその非反転入力を、そ
の出力へ送り、そこからトランジスタT4のゲートへ送
る。オペ・アンプ24の出力電圧を使用するにはその出
力電圧を電圧V3の原電圧値まで戻す必要がある。本発
明では電圧V3(shiftdown )を電圧V3に戻す目的でN
MOSトランジスタT4が使用される。
【0013】オペ・アンプ24の反転入力は、トランジ
スタT4のソースに接続され、このトランジスタT4に
よって、該トランジスタT4のソース電圧S4がオペ・
アンプ24の反転入力及び非反転入力に等しくなる。こ
の構成において、オペ・アンプ24の反転入力と非反転
入力は等しいことに留意されたい。従って、トランジス
タT4のソース電圧VS4は、トランジスタT3のソース
電圧VS3に等しくなるようにセットされる。これによっ
て、オペ・アンプ24の出力電圧であるトランジスタT
4のゲート電圧VG4が、次式に等しくなる。 VG4=VS4+VGS4 VGS4 はトランジスタT4のゲート/ソース間電圧であ
る。
【0014】本発明において、トランジスタT4は、オ
ペ・アンプ24の出力がシフトアップされるのを案内す
るのに使用される。トランジスタT3とT3の両者はN
MOSトランジスタであり、両者は同一工程で製造さ
れ、レイアウトにおいてウエファの異なる場所にある処
理の変動を最小限にするために互いに近接して配置され
る。結果的に2個のトランジスタT3とT4のゲート/
ソース間電圧(スレッシュホールド電圧)VGS3 とVGS
4 は、トランジスタT3とT4が同一サイズであり且つ
同一電流を有するので、実質的に等しくなる。従って、
VS3=V3(shiftdown ) =V3−VGS3 であり、そし
て、さらに、VG4=VS4+VGS4 であり、VS3=VS4
(T4のソース電圧はオペ・アンプ24によってT3の
ソース電圧に等しくなるようにセットされている) であ
り、そして、VOUT =VG4=VS3+VGS4 =V3 −VGS
3 +VGS4 =V3 となる。このように、トランジスタT
4のゲート電圧であるオペ・アンプ24の出力電圧VOU
T は、実質的にノード22の電圧V3に等しくなり、こ
れが、バッファされた出力となる。
【0015】さらに、トランジスタT4のソースからレ
ベルシフトされた出力電圧を得る通常用いられる方法と
は違って、出力がトランジスタT4のゲート(これはオ
ペ・アンプ24の出力でもある)から得られ、オペ・ア
ンプ24によってバッファされている。
【0016】抵抗器R4に異なる値を選択することによ
って出力電圧VOUT が変更できることに留意されたい。
これはノード22の電圧と等しくないオペ・アンプ24
の反転又は非反転入力電圧より高い電圧が要求されるよ
うな応用で使用することができる。
【0017】図3を参照すると、ここでは本発明におけ
る、別の例の回路30を示し、回路30は、図2の回路
20と、受動負荷R3とR4が電流ミラー回路40に置
換えられている点を除いて、同一である。回路20の素
子と同一である回路30の素子は同一の符号によって表
示される。電流ミラー回路40は、3個のNMOSトラ
ンジスタT5とT6とT7から成る。トランジスタT5
とT6とT7のソースは全て接地され、T5とT6とT
7のゲートは互いに接続される。トランジスタT5のド
レインはトランジスタT4のソースに接続され、トラン
ジスタT6のドレインはトランジスタT3のソースに接
続される。トランジスタT7のドレインは自己のゲート
に接続され、又抵抗器R5を経て電源VDD1 に接続され
る。
【0018】トランジスタT7は電流Iを生成し、トラ
ンジスタT5とT6は、電流IS33とIS44 とが電流I
と同一になるようにせしめる。従って、トランジスタT
3のソース電流IS33 とトランジスタT4のソース電流
IS44 は同一になる。
【0019】ここに開示された本発明のこれらの実施例
は、バッファされる必要のある電圧をシフトダウンし、
そして実質的に原電圧値になるようにシフトアップす
る。
【0020】上記のバッファ技術は、バッファの共通モ
ード電圧要件より下回るレベルの電圧においても適用で
きる。図4を参照すると、ここではオペ・アンプ44の
要件にマッチするように電圧をシフトアップし、続いて
シフトアップされた電圧を原電圧値に戻すためにシフト
ダウンする本発明のバッファ用集積回路構成図40が示
される。図4において、トランジスタT8は電圧V4を
シフトアップし、トランジスタT9によって、そのゲー
トとオペ・アンプ44の出力の電圧VOUT が、実質的に
V4と等しくなるようにする。T8とT9はPMOSト
ランジスタであることに留意されたい。
【0021】抵抗器R7に異なる値を選択することによ
って出力電圧VOUT が変更できることに留意されたい。
これはノード42の電圧と等しくないオペ・アンプ24
の反転又は非反転入力電圧より低い電圧が要求されるよ
うな応用で使用することができる。
【0022】さらに、構成の詳細部の数々の変更及び素
子の組合せや配置は、本書において請求される本発明の
真の精神及び範囲から外れることなしに、行い得ること
に留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 バッファの手前で電圧がシフトダウンされ、
バッファの後でそれを元に戻す従来技術によるバッファ
回路の構成図である。
【図2】 本発明によるバッファ回路の構成図である。
【図3】 本発明の別の実施例のバッファ回路の構成図
である。
【図4】 図2の回路と反対極性の機能を有するバッフ
ァ回路の構成図である。
【符号の説明】
10 従来技術によるバッファ回路 12 ノード 14 バッファ(オペ・アンプ) 20 バッファ用集積回路 22、42 ノード 24、44 バッファ(オペ・アンプ) 30 代替のバッファ用回路 40 電流ミラー回路 T3〜T7 NMOSFET T8,T9 PMOSFET
フロントページの続き (72)発明者 モスタファ アール ヤズディー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90066 ロサンゼルス ムーア ストリー ト 3378

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バッファ用集積回路において、 入力と出力を有する第1のレベルシフト手段と、 入力と出力とを有し、前記入力は一定の電圧レベル要件
    を有する、バッファ手段とを備え、 前記第1レベルシフト手段の出力が前記バッファ手段の
    入力に電気的に接続されており、 入力を有する第2のレベルシフト手段を備え、 前記バッファ手段の出力が前記第2レベルシフト手段の
    入力と電気的に接続されており、 前記第1レベルシフト手段は、該第1レベルシフト手段
    の入力を経て電圧を受取り、前記バッファ手段の入力の
    前記一定の電圧レベル要件にマッチするように前記受取
    った電圧をシフトダウンしており、 前記第2レベルシフト手段は、該第2レベルシフト手段
    の入力及び前記バッファ手段の出力における電圧が前記
    バッファ手段の入力における電圧よりも高くなるように
    構成されて配置されていることを特徴とするバッファ用
    集積回路。
JP10299750A 1997-10-30 1998-10-21 レベルシフト機能を持つバッファ用集積回路 Withdrawn JPH11214934A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US96070597A 1997-10-30 1997-10-30
US08/960705 1997-10-30

Publications (1)

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JPH11214934A true JPH11214934A (ja) 1999-08-06

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JP10299750A Withdrawn JPH11214934A (ja) 1997-10-30 1998-10-21 レベルシフト機能を持つバッファ用集積回路

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JP (1) JPH11214934A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7425870B2 (en) 2005-03-10 2008-09-16 Semiconductor Technology Academic Research Center Current mirror circuit

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US7622993B2 (en) 2005-03-10 2009-11-24 Semiconductor Technology Academic Research Center Current mirror circuit

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Effective date: 20060110