JPS605741Y2 - Signal level conversion circuit - Google Patents

Signal level conversion circuit

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JPS605741Y2
JPS605741Y2 JP16612579U JP16612579U JPS605741Y2 JP S605741 Y2 JPS605741 Y2 JP S605741Y2 JP 16612579 U JP16612579 U JP 16612579U JP 16612579 U JP16612579 U JP 16612579U JP S605741 Y2 JPS605741 Y2 JP S605741Y2
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JP
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channel
inverter
level
conversion circuit
voltage
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JP16612579U
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Japanese (ja)
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JPS5683994U (en
Inventor
律 勝岡
春彦 西尾
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Ricoh Elemex Corp
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Ricoh Elemex Corp
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Publication date
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Description

【考案の詳細な説明】 この考案は液晶表示式のデジタル電子時計等に用いられ
る信号レベル変換回路に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] This invention relates to a signal level conversion circuit used in liquid crystal display type digital electronic watches and the like.

液晶表示式のデジタル電子腕時計において、その時計回
路を構成するウォッチ用のLSIは、一般に1.5v程
度の電池電源電圧で十分に動作させ得るが、しかしこの
ままの電圧レベルでは液晶表示素子を駆動することがで
きず、少なくとも3v程度の高電圧レベルに変換してや
る必要がある。
In a liquid crystal display type digital electronic watch, the watch LSI that makes up the watch circuit can generally be sufficiently operated with a battery power supply voltage of about 1.5V, but at this voltage level, the liquid crystal display element cannot be driven. Therefore, it is necessary to convert it to a high voltage level of at least 3V.

従来、上記のような信号レベル変換回路としては、第1
図に示すようにpチャンネルMO8とnチャンネルMO
3を組合せた相補型MO3回路1゜2からなるR−Sフ
リップフロップ方式のものが提案され実用に供されてい
る。
Conventionally, as the above-mentioned signal level conversion circuit, the first
As shown in the figure, p-channel MO8 and n-channel MO
An R-S flip-flop system consisting of a complementary MO3 circuit 1.2 in which three MO3 circuits are combined has been proposed and put into practical use.

図中、Vss、は低電圧系負電源(例えば−1,5V)
、Vss2は高電圧系負電源(例えば−3v)、VDD
はOV (アース)を示す。
In the figure, Vss is a low voltage negative power supply (e.g. -1.5V)
, Vss2 is a high voltage negative power supply (for example -3v), VDD
indicates OV (earth).

上記方式の信号レベル変換回路は、相補形MO3回路1
,2のpチャンネルMO3のゲートに低電圧系信号IN
、 INをそれぞれ入力し、R−Sフリップフロップが
自己ループによって高電圧系の安定状態に達することを
利用してレベル変換を行い、液晶表示素子の駆動に必要
な電圧レベルの信号を取出すようにしている。
The signal level conversion circuit of the above method is a complementary MO3 circuit 1.
, 2, the low voltage system signal IN is applied to the gate of p-channel MO3 of 2.
, IN are input, and level conversion is performed using the fact that the R-S flip-flop reaches a stable state in the high voltage system through its self-loop, and a signal with a voltage level necessary for driving the liquid crystal display element is extracted. ing.

即ち、相補型MO3回路2のpチャンネルMOSトラン
ジスタがオンされたとき、出力OUTにはVDDの電圧
が現われ、さらに相補型MO3回路2のnチャンネルM
O3トランジスタがオンされたとき、出力OUTにはV
ss2の電圧が現われ、これによりVDDをH1ghレ
ヘル、Vss2をLowレヘルと腰かつ両者間の電圧レ
ベルが3v程度となる信号を出力することになる。
That is, when the p-channel MOS transistor of the complementary MO3 circuit 2 is turned on, the voltage of VDD appears at the output OUT, and the n-channel MOS transistor of the complementary MO3 circuit 2 appears.
When the O3 transistor is turned on, the output OUT has V
The voltage of ss2 appears, thereby outputting a signal in which VDD is at the H1gh level, Vss2 is at the Low level, and the voltage level between them is about 3V.

しかし、上記従来のレベル変換回路においては、入力信
号がHighからLow、あるいはLowからHigh
に反転するとき、相補対をなすpチャンネルMO3,n
チャンネルMO3はともに活性化された領域を経るため
、即ちターンオン、ターンオフの時期が互いに重なり合
いp及びnチャンネルトランジスタがともに導通される
ため、この両MOSトランジスタを通してVDDから■
8,2へ貫通電流が流れてしまい消費電流の増大を招く
ことになる。
However, in the above conventional level conversion circuit, the input signal changes from High to Low or from Low to High.
When the complementary pair of p-channel MO3,n
Since the channel MO3 both passes through the activated region, that is, the turn-on and turn-off times overlap with each other, and both the p-channel transistor and the n-channel transistor are conductive.
A through current flows to 8 and 2, resulting in an increase in current consumption.

また、上記状態反転の初期にはpチャンネルMO3とn
チャンネルMO3のオン抵抗による分圧電圧が他方の相
補型MO3回路におけるnチャンネルMO8のゲートに
加わるため、pチャンネルMO3とnチャンネルMO3
のオン抵抗比0バラツキにより動作速度の低下および不
安定性を招くと云・う欠点があった。
Also, at the beginning of the above state inversion, p channel MO3 and n
Since the divided voltage due to the on-resistance of channel MO3 is applied to the gate of n-channel MO8 in the other complementary MO3 circuit, p-channel MO3 and n-channel MO3
This has the disadvantage that the on-resistance ratio of 0 varies, leading to a decrease in operating speed and instability.

この考案は上記のような従来の欠点を解消するためにな
されたもので、縦接続した一対の相補型MOSインバー
タを用い、そのうち前段の相補型MOSインバータの動
作電圧を入力信号レベルによって低電圧系負電源■8,
1と高圧系負電源■8,2に切換えることにより、貫流
電流による消費電流の増大およびプ[1セスパラメータ
のバラツキによる不安定性を除去するように[7た信号
レベル変換回路を提供するにある。
This idea was made in order to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional technology. It uses a pair of vertically connected complementary MOS inverters, and the operating voltage of the preceding complementary MOS inverter is controlled by the input signal level. Negative power supply■8,
To provide a signal level conversion circuit which eliminates an increase in current consumption due to through current and instability due to variations in process parameters by switching between .

以下この考案の一実施例を第2図について説明する。An embodiment of this invention will be described below with reference to FIG.

この第2図にわいて、10はpチャンネルMO310a
とnチャンネルMo8lObからなる相補型の第1の−
fインバータ11は同じ<pチャンネル間O311aと
nチャンネルMO311bからなる相補型の第2のイン
バータで、この両インバータ1o、iiは、第1のイン
バータ10の出力側(ドレイン側)と第2のインバータ
11の入力側(ゲート側)とを直結することにより縦接
続され、第1のインバータ10の入力端子INには電圧
V D DをH1ghレヘルレベル■8,1をLow
レベルとする低電圧系の振幅の信号が入力されるように
なっていると共に、第2のインバータ11の出力側(ド
レイン側)は出力端子OUTに接続され、かつ高電圧系
の動作電圧VDD Vss2供給されるようになって
いる。
In this FIG. 2, 10 is a p-channel MO310a.
and the complementary first − consisting of n-channel Mo8lOb
The f inverter 11 is a complementary second inverter consisting of the same<p channel O311a and n channel MO311b, and both inverters 1o and ii are connected between the output side (drain side) of the first inverter 10 and the second inverter 10. The input terminal IN of the first inverter 10 is connected vertically by directly connecting the input side (gate side) of the first inverter 10, and the voltage VDD is applied to the input terminal IN of the first inverter 10 at H1gh level ■8, 1 is set to Low
A low voltage system amplitude signal to be used as the level is input, and the output side (drain side) of the second inverter 11 is connected to the output terminal OUT, and the high voltage system operating voltage VDD Vss2 It is now being supplied.

なお、VDDはOV(アース)を、V s s 1は低
電圧系負電源を、v8,2は高電圧系負電源をそれぞれ
示す。
Note that VDD represents OV (earth), Vss1 represents a low voltage negative power supply, and v8,2 represents a high voltage negative power supply.

12.13は上記第1のインバータ10の動作電源電圧
をV s s 1〜V s s 2に交互に切換、える
双方向性ス、イツチて、これらスイッチ12.13は一
対のpチャンネルMO3とnチャンネルMO3からなり
、そのドtツイン側は互いに直結されて上記第1のイン
バータ10のnチャンネルMO3I Q bのソース側
に接続されているとともに、各双方向性スイッチ12.
13のソース側にはそれぞれ電源電圧〜′3,1または
■3,2が加えられるようになっており、さらに双方向
性スイッチ12のnチャンネルMOSゲートと双方向性
スイッチ13のpチャンネルMO3のゲートには上記第
1のインバータ10の出力信号が、また双方向性スイッ
チ12のp−チャンネルMO8のゲートと双方向性スイ
ッチ13のnチャンネルMO3のゲートには上記第2の
インバータ11の出力信号がそれぞれ加えられるように
なっている。
12.13 is a bidirectional switch that alternately switches the operating power supply voltage of the first inverter 10 between Vss1 and Vss2, and these switches 12.13 are connected to a pair of p-channel MO3 and The dot-twin sides of the n-channel MO3s are directly connected to each other and connected to the source side of the n-channel MO3IQb of the first inverter 10, and each bidirectional switch 12.
A power supply voltage ~'3,1 or ■3,2 is applied to the source side of the switch 13, respectively, and furthermore, the n-channel MOS gate of the bidirectional switch 12 and the p-channel MO3 of the bidirectional switch 13 are applied. The output signal of the first inverter 10 is applied to the gate, and the output signal of the second inverter 11 is applied to the gate of the p-channel MO8 of the bidirectional switch 12 and the gate of the n-channel MO3 of the bidirectional switch 13. can be added to each.

次に上記のように構成されたこの考案にかがる信号レベ
ル変換回路の動作について説明する。
Next, the operation of the signal level conversion circuit according to the invention constructed as described above will be explained.

入力端子INには第3図Aに示す如き入力信号aが加え
られるのであるが、まず、入力信号aがLowレベル(
VS91.)からI(ighレベル(V=)に変化する
場合を考える。
An input signal a as shown in FIG. 3A is applied to the input terminal IN. First, the input signal a goes to a low level (
VS91. ) to I (high level (V=)).

この場合は、pチャンネルMO810aがOFF、nチ
ャンネルMo8lObがONとなって第1のインバータ
10の出力をHighレベルからLowレベルに反転す
る。
In this case, the p-channel MO810a is turned off and the n-channel Mo81Ob is turned on, inverting the output of the first inverter 10 from High level to Low level.

このときのIJ)wレベルは回路中A点の電位にほぼ等
しいため、双方向性スイッチ13のpチャンネルMO8
が半導通状態となり、A点の電位をさらに降下させ、同
時に第1のインバータ10の出力レベルを降下させる。
Since the IJ)w level at this time is almost equal to the potential at point A in the circuit, the p-channel MO8 of the bidirectional switch 13
becomes semi-conductive, further lowering the potential at point A and simultaneously lowering the output level of the first inverter 10.

これにより第2のインバータ11のpチャンネルMO3
liaがON、SnnチャンネルMo5lObOFFと
なってその出力をLowレベルからHighレベル(V
DD)に反転し、同時にスイッチ12がON、ス、イツ
チ13がOFFの安定状態に達する。
As a result, the p-channel MO3 of the second inverter 11
lia is ON, Snn channel Mo5lOb is OFF, and its output changes from Low level to High level (V
DD), and at the same time a stable state is reached in which switch 12 is turned on and switch 13 is turned off.

これはスイッチ12のpチャンネルMO3のゲートがL
owレベル(■、3□)、そのnチャンネルMO3のゲ
ートがHighレベル(VDD)となり、かつスイッチ
13のpチャンネルMO3<7)ゲートがHighレヘ
ルレベ、、D’)、そのpチャンネルMO3のゲートが
1..0wレベル(VSS□)となるためである。
This means that the gate of p-channel MO3 of switch 12 is L.
ow level (■, 3□), the gate of the n-channel MO3 becomes High level (VDD), and the gate of the p-channel MO3 of switch 13 becomes High level (D'), the gate of the p-channel MO3 becomes High level (VDD). 1. .. This is because it becomes the 0w level (VSS□).

また、この状態でのA点の電位はV s s 2になる
Further, the potential at point A in this state becomes Vss2.

次に上記の動作状態において、回路への入力信号aがH
ighレベルからLowレベルに変化すると、A点の電
位がV 9s 2であるため第1のインバータ10のp
チャンネルMO310a % nチャンネルMo5lO
bがそれぞれターンオン及びターンオフになることによ
りともに半導通状態となり、これに伴い両MO310,
10bを通して瞬間的にVDDから■3,2に電流が流
れると、A点の電位はV S S 1側へ上昇し7、タ
ーンオン及びターンオフ状態にあるMOSトランジスタ
をオン及びオフ方向へ速やかに移行させるようにする。
Next, in the above operating state, the input signal a to the circuit is H
When the level changes from high level to low level, the potential at point A is V9s2, so the p of the first inverter 10
Channel MO310a % n channel Mo5lO
b turns on and turns off, respectively, resulting in a semi-conducting state, and as a result, both MO310,
When a current momentarily flows from VDD to ■3 and 2 through 10b, the potential at point A rises to the VSS1 side, causing the MOS transistors in the turn-on and turn-off states to quickly shift to the on and off directions. Do it like this.

このため第1のインバータ10は入力信号をLowレベ
ルとして感知し、そのnチャンネルMo3lObをOF
F、nチャンネルMo8lObをONにしてその出力を
Highレベル(VDD)に反転する。
Therefore, the first inverter 10 senses the input signal as a low level and turns the n-channel Mo3lOb off.
F, n channel Mo8lOb is turned on and its output is inverted to High level (VDD).

この結果、第2のインバータ11も反転(pチャンネル
MO3llaをOFF、nチャンネルMO311bをO
N)[、てLowレベルにし出力OUTをLowレベル
(VSS2)にする。
As a result, the second inverter 11 is also inverted (p-channel MO3lla is turned off, n-channel MO311b is turned off).
N) [, sets the output to Low level and sets the output OUT to Low level (VSS2).

また、これに伴い上記第1、第2のインバータ10.1
1の出力をゲート入力とする双方向性スイッチ13はO
Nに、双方向性スイッチ12がOFFの安定状態となる
Additionally, along with this, the first and second inverters 10.1
The bidirectional switch 13 whose gate input is the output of
At N, the bidirectional switch 12 is in a stable state of being OFF.

このときA点の電位はV B B 1となる。At this time, the potential at point A becomes V B B 1.

以下同様にして入力信号aがLDWレベルおよびHig
hレベルに変化することにより、第1のインバータ10
の出力すは第3図Bのように変化し、さらに第2のイン
バータ11の出力Cは第3図Cのように変化する。
Similarly, input signal a is set to LDW level and High level.
By changing to the h level, the first inverter 10
The output C of the second inverter 11 changes as shown in FIG. 3B, and the output C of the second inverter 11 changes as shown in FIG. 3C.

また、A点の電位は第3図りのようになる。Further, the potential at point A is as shown in the third diagram.

従って、V3B□= −1,5V、VSE+2”−3v
及びV oo ” Qvに設定し、インバータ10の入
力INに第3図Aに示す波形及び電圧レベルの入力信号
を加えてインバータ10及び11をスイッチングさせれ
ば、インバータ11の出力OUTには、第3図C1即ち
VDDをHighレベル、V s s 2をLOWレベ
ルとし、かつ、その電圧レベル差が3Vの電圧信号を取
出し得るのである。
Therefore, V3B□=-1,5V, VSE+2"-3v
and V oo ”Qv, and if an input signal with the waveform and voltage level shown in FIG. In other words, it is possible to take out a voltage signal with a voltage level difference of 3V by setting C1 in FIG. 3, that is, VDD to a high level and Vss2 to a low level.

そして、スイッチ12.13により第1インバータ10
のA点の電圧を入力信号のHigh及びLOWレベルへ
の反転に応じて、V s s 2 g V s s 1
に切換え、すみやかに安定状態へ移行させる方式として
いるので、貫流電流による消費電流が減少され、レベル
変換を安定化できるのである。
Then, the first inverter 10 is activated by the switch 12.13.
V s s 2 g V s s 1 according to the inversion of the input signal to High and LOW levels,
Since this method is used to quickly switch to a stable state, current consumption due to through current is reduced, and level conversion can be stabilized.

以上のようにこの考案の信号レベル変換回路においては
、第11第2インバータの出力を制御入力とする2つの
スイッチによって前記第1のインバータの動作電圧を低
電圧系側と高電圧系側に切換えるようにしたので、入力
信号レベルが反転するトランジェント状態において、完
全にONするMOSによるショートがなくなり、このた
めインバータの貫通電流を減少させることができ、かつ
第2のインバータのスイッチング動作により速やかに安
定状態へ移行させ得るため、プロセスパラメータのバラ
ツキがあっても安定性のよい高速動作が可能となる。
As described above, in the signal level conversion circuit of this invention, the operating voltage of the first inverter is switched between the low voltage system side and the high voltage system side by means of two switches whose control inputs are the outputs of the 11th and 2nd inverters. This eliminates short-circuiting caused by the MOS being completely turned on in a transient state where the input signal level is reversed, thereby reducing the inverter's through current, and quickly stabilizing the switching operation of the second inverter. Since it is possible to make a transition from one state to another, stable and high-speed operation is possible even if there are variations in process parameters.

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

第1図は従来における信号レベル変換回路を示す結線図
、第2図はこの考案における信号レベル変換回路の一例
を示す結線図、第3図は第2図の回路の動作を示すタイ
ムチャートである。 10・・・・・・第1のインバータ、10a・・・・・
・pチャンネルMO3,1Ql)・・・・・・nチャン
ネルMO3,11・・・・・・第2のインバータ、11
a・・・・・・pチャンネルMO3,11b””nチャ
ンネ/L/MO3,12。 13・・・・・・双方向性スイッチ。
Fig. 1 is a wiring diagram showing a conventional signal level conversion circuit, Fig. 2 is a wiring diagram showing an example of the signal level conversion circuit according to this invention, and Fig. 3 is a time chart showing the operation of the circuit shown in Fig. 2. . 10...First inverter, 10a...
・p channel MO3, 1Ql)...n channel MO3, 11...second inverter, 11
a...p channel MO3, 11b""n channel/L/MO3, 12. 13...Bidirectional switch.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 低電圧系信号を入力とする相補形MO3からなる第1の
インバータと、この第1のインバータの出力を入力とし
かつ高電圧系を動作電源とする相補形MO3からなる第
2のインバータと、上記第1のインバータの動作電圧を
低電系と高電圧系に切換え得るよう接続されているとと
もに上記第1および第2のインバータの出力を制御入力
とする一対の双方向性スイッチとからなる信号レベル変
換回路。
a first inverter made of a complementary type MO3 that receives a low voltage system signal as an input; a second inverter made of a complementary type MO3 that uses the output of this first inverter as an input and uses a high voltage system as an operating power source; A signal level consisting of a pair of bidirectional switches connected to switch the operating voltage of the first inverter between a low current system and a high voltage system, and having the outputs of the first and second inverters as control inputs. conversion circuit.
JP16612579U 1979-12-03 1979-12-03 Signal level conversion circuit Expired JPS605741Y2 (en)

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JPS5683994U JPS5683994U (en) 1981-07-06
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