JPS63164609A - レベル変換回路 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明はレベル変換回路に関し、特に温度依存性を低減
したレベル変換回路に関する。

（従来例） 第３図はエミッタフォロワ方式の従来のレベル変換回路
であり、ＮＰＮ）ランジスタＱ１、Ｑ２、抵抗ＲＩ、Ｒ
ｔ及び定電流源ｔｏ＋から成る差動増幅器の出力信号を
ＮＰＮ）ランジスタＱ、％ダイオードＤＩ　％　ＯＲＳ
及び定電流源１１Ｈから成るレベルシフト段と、ＮＰＮ
）ランジスタＱ４　、ダイオードＤ３、Ｄ４及び定電流
源１０３から成るレベルシフト段によってレベルシフト
している。

即ち、トランジスタＱ２のベースは電源Ｖｃｃとアース
端子間に接続された分圧抵抗Ｒ１、Ｒ４によって所定電
圧にバイアスされ、一方トランジスタＱ１は電源ｖｃｃ
とアース端子間に接続された分圧抵抗Ｒｓ　、Ｒ，によ
って所定電圧にバイアスされると共にダイオードＤ、を
介して入力端子ＩＮに接続されており、入力端子ＩＮに
供給された入力信号を差動増幅器でレベル変換してトラ
ンジスタＱｓ　、Ｑａのベースへ相互に逆位相の信号と
して出力する。

一方の信号はトランジスタＱ、のベース・エミッタ間電
圧Ｖ０．とダイオードＤＩＳＤｔの夫々の順方向電圧Ｖ
ｌ、１５ｖＤｆｆｉの分だけレベルシフトされて出力端
子０ＵＴＩに出力される。他方の信号はトランジスタＱ
４のベース・エミッタ間電圧■。４とダイオードＤ＋、
Ｄｍの夫々の順方向電圧ｖ０、■Ｄ４の分だけレベルシ
フトされて出力端子０ＵＴ２に出力される。

このようなレベル変換回路は第４図に示すサンプル・ホ
ールド回路の制御回路として使用される。

同図において、第４図の出力端子０ＵＴＩ、０ＵＴ２に
夫々に対応して接続される入力端子ＩＮＩ、ＩＮ２を有
し、ベースが入力端子ＩＮＩ、ＩＮ２に接続するＮＰＮ
）ランジスタＱｓ　、Ｑ、のエミッタは定電流源■。、
を介してアース端子に接続されている。ＮＰＮ）ランジ
スタＱ、　、Ｑ、のコレクタ間にはベース・エミッタ間
が直列に接続するＮＰＮｌ−ランジスタＱ、が設けられ
ている。トランジスタＱ、のベースは抵抗Ｒ１を介して
ＮＰＮトランジスタＱｌのエミッタ及び定電流源１１１
４に接続され、トランジスタＱ−のベースに接続された
信号入力端子にサンプル・ホールドされるべき信号Ｖ、
＆、が供給されるようになっている。

ＮＰＮ）ランジスタＱ７のエミッタはホールド用コンデ
ンサＣを介してアース端子に接続され、ホールド用コン
デンサＣの両端に発生するホールド電圧を出カバソファ
アンプＢＡを介して出力するようになっている。

第３図に示す回路の入力端子ＩＮに矩形信号を印加する
と、出力端子０ＵＴＩ、０ＵＴ２には相互に逆位相とな
る電圧振幅のクロック信号が発生する。これらのクロッ
ク信号は第４図に示すサンプル・ホールド回路の入力端
子ＩＮＩ、ＩＮ２に供給され、トランジスタＱ、がオン
、トランジスタＱ６がオフの時に信号Ｖ、、、をコンデ
ンサＣにてサンプルし、一方トランジスタＱ、がオフ、
トランジスタＱ、がオフのときに、コンデンサＣの蓄積
電荷を保持（ホールド）する。

ここで、第４図のサンプルホールド回路のトランジスタ
ＱｓＳＱ＆に大振幅又は直流レベルの高いクロック信号
を印加すると、該トランジスタＱ３、　Ｑ、より成る差
動対が飽和して動作速度が遅くなったりダイナミックレ
ンジが狭くなる等の問題を生ずるので、これを防止する
ために第３図に示すレベル変換回路によって入力端子Ｉ
Ｎに供給される矩形信号を適当な論理振幅及び適当な直
流レベルを有するクロック信号にレベル変換するのであ
る。

このように、特に直結回路の場合又は、低電圧電源で作
動する回路等の場合に、レベル変換回路が極めて有効な
手段となっている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来のレベル変換回路にあっ
ては、レベルシフトを行なうためのダイオード等に温度
依存性があるため、レベル変換後の信号の直流レベルが
温度によって変動し、精度の良いレベル変換を行なうこ
とができなかった。

第３図に示す回路においては、トランジスタＱ３とダイ
オードＤ１．．Ｄ！及びトランジスタＱ４とダイオード
０３　、Ｄｍの順方向電圧の温度特性は約−６ｍ　Ｖ　
／　’Ｃとなり、例えば−２５℃から１２５℃で使用さ
れる集積回路にあっては、約ＩＶ程度の直流バイアスの
変動を生ずる。更に、この直流バイアスの変動は電源電
圧側へ偏移するので、ダイナミックレンジが小さくなる
問題を生じ、特に低電圧電源で動作する回路にあっては
極めて大きな欠点となる。

更に、前段側すなわち差動増幅器の温度依存性も問題で
ある。第５図は第３図におけるトランジスタＱ＋　、Ｑ
ａのベース電位と動作点の電位Ｖいの温度依存性を示す
特性曲線図である０回路を安定に作動させるためにトラ
ンジスタＱ２のベース電位Ｖ□、を他方のトランジスタ
Ｑ、のベース電位（接点■の電位）よりも約５００ｍＶ
低く設定して入力端子ＩＮに信号を印加すると、ダイオ
ードＤ、の温度特性（約−２ｍＶ／℃）により差動対Ｑ
＋　−Ｑｔを作動させるための閾値電圧Ｖｔｋが図示す
る如く変化する。このとき、トランジスタＱ＋　、Ｑｔ
のベース電位は温度変化に関係なく一定であるから、閾
値電圧Ｖいの変化に依存して直流バイアス点も偏移し、
結果として雑音余裕度が減少することとなる。

（問題点を解決するための手段） 本発明はこのような問題点に鑑みて成されたものであり
、温度依存性が少なく且つ低電圧電源で作動させるのに
好適なレベル変換回路を提供することを目的とする。こ
の目的を達成するため本発明は、第１、第２のトランジ
スタより成る差動対を有する増幅段と、該増幅段よりの
出力信号がベースに供給され、コレクタが電源に接続さ
れ、エミッタが１又は２以上の直列接続されたダイオー
ドを介己て出力端子に接続されるトランジスタを有する
レベルシフト段を備えるレベルシフト回路において、前
記増幅段の出力接点の直流バイアスを１又は２以上のダ
イオード及び又はトランジスタの直列接続によって発生
する順方向電圧により、前記レベルシフト段の出力端子
とトランジスタのベースとの間の温度特性と等しく設定
する第１のバイアス回路と、前記差動対を形成する第１
のトランジスタのベースに入力用ダイオードを介して入
力信号を供給する入力端子と、ダイオード及び又はトラ
ンジスタの順方向電圧により、第１のトランジスタの直
流ベースバイアス電位を前記第２のトランジスタの直流
ベースバイアス電位を該入力用ダイオードの順方向電圧
分だけ高い電位に設定する第２のバイアス回路を備え、
レベルシフト段及び差動増幅段の温度依存性を低減した
ことを技術的要点とする。

（実施例） 以下本発明によるレベル変換回路の一実施例を第１図と
共に説明する。尚、同図において第３図と同−又は相当
する部分には同一符号を附している。

第３図との相違点を説明すると、差動対を形成するＮＰ
Ｎ）ランジスタＱｒ　、Ｑ意のコレクタに接続される抵
抗Ｒ＋、ＲｘはＮＰＮ）ランジスタＱ、のエミッタ・コ
レクタ路を介して電源ｙ　ｃｃに接続され、ＮＰＮ）ラ
ンジスタＱ、のベースは定電流源■。、を介して電源Ｖ
−に接続されると共に、３個直列に接続されたダイオー
ドＤｈ−Ｄ？、Ｄ、及びＰＮＰ　トランジスタＱ、。の
エミッタ・コレクタ路を介してアース端子に接続されて
いる。

ＰＮＰトランジスタＱ＋ａのベースは出力端子０ＵＴｌ
、０ＵＴ２の直流バイアス等を設定するための基準バイ
アス電圧ｖ５．を印加する端子に接続されている。

ダイオードＤｈのエミッタにはＮＰＮ）ランジスタＱｌ
ｌのベースが接続され、ＮＰＮ）ランジスタＱ目のコレ
クタは電源Ｖ　ｃｃに、エミッタは抵抗Ｒ８を介してＮ
ＰＮ）ランジスタＱ１のベースにｔＪＪＥされ、ＮＰＮ
　トランジスタＱ、の直流ベースバイアスを設定してい
る。ダイオードＤ７のエミッタにはＮＰＮ）ランジスタ
ＱＩ！のベースが接続され、ＮＰＮ）ランジスタＱＩ！
のコレクタは電源ｖｃｃに、エミッタは定電流源］。、
を介してアース端子に接続されると共にＮＰＮ）ランジ
スタＱ２のベースに接続され、ＮＰＮトランジスタＱｔ
の直流ベースバイアスを設定している。

ここで、ＮＰＮ）ランジスタＱ、のベースの直流バイア
ス電位Ｖ１＋　（接点■の電位）は、ＰＮＰトランジス
タＱｆ、のベース・エミッタ電圧をＶ＊Ｘ＋いダイオー
ドＤ？、ＤＩの順方向電圧をｖｌ、？、ＶｅｓｌＮＰＮ
）ランジスタＱＩＩのベース・エミッタ電圧をＶｌｌ！
ＩＩ、抵抗Ｒ１による電圧降下をＶ□とすれば、 Ｖｍ＋−（Ｖｍｍ＋Ｖｏｔ＋Ｖｏｓ）　−（ＶＩＥｌｌ
＋Ｖｌｌ）・・・・・・・・・・・・・・・（１）とな
る、一方のＮＰＮ　トランジスタＱ２のベースの直流バ
イアス電位Ｖａｔ（第３図のＶ□ｒに相当する）は、Ｎ
ＰＮ）ランジスタＱｌ！のベース・エミッタ電圧をＶＩ
Ｅ１！とすれば、 Ｖ＋ｕ＝　（Ｖｍ＊＋Ｖａｓ）’　　Ｖｍｔｒｔ”””
　（２）となる、したがって夫々の直流バイアス電位の
差ΔＶ、は、 △Ｖｍ　＝　Ｖｍ＋　　Ｖｍｔ＝　ＶＤ？−Ｖｌｌ　＋
　（ＶＩＥＩＩＶｍｉ＋ｘ）　　　　・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（３）であり、ＶＯＩＩ”Ｖｌｌ
！Ｉ！となるように夫々のトランジスタｑ、、、Ｑ１ｇ
の整合がとられているので直流バイアス電位の差Δｖｌ
はダイオードＤ７の順方向電圧Ｖゎ、と抵抗Ｒ８の電圧
降下ｖｌＩｌｌによって設定され、ＮＰＮ　トランジス
タＱ８の直流バイアスＶＳＺよりも、ＮＰＮ）ランジス
タＱ１の直流バイアスＶ□のほうが約５００ｍＶ高い電
位に設定されている。

又、出力端子０ＵＴＩ、０ＵＴ２の直流バイアス電位Ｖ
。Ｕ□、Ｖ６ｔｌ□は上記したように基準バイアス電圧
Ｖ□によって設定される。即ち、トランジスタＱ９のベ
ース接点［Ｆ］の電位をＶＰ％グイオードＤ６の順方向
電圧をＶ□とすれば、ＶＰ　＝Ｖｍｔ＋Ｖｏａ＋ＶＢ＋
Ｖｏｓ　　””　（４）となり、更にＮＰＮ　トランジ
スタＱ？　、にｈ　、Ｑａの夫々のベース・エミッタ電
圧をｖｌｌＥ９、Ｖｍｍ３　ｓ　Ｖａｉｎ−ダ４ｔ−Ｖ
Ｄ＋　、Ｄｔ　ＳＯ２−ＤａＯ）順方向電圧を夫”Ｖｆ
ｌｌ、ｖｏ、■、１、ＶＯ４とすれば、出力端子０ＵＴ
Ｉ、０ＵＴ２の直流バイアス電位Ｖ。１ｌＴ１％　ｖｏ
ｏｙ□は、Ｖｏｕｔ＋−Ｖｐ　　　（Ｖｓｔｗ　＋ｖ０
１　＋Ｖｏ＋＋Ｖｏｘ）・・・・・・・・・・・・・・
・・・・（５）Ｖｏｕｔｚ＝Ｖｐ　　　（Ｖｓｔｑ　＋
Ｖｍｔｍ　＋Ｖｏｆｆ＋ＶａＪ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（６）となる。ここで、ダイオードＤ、
〜Ｄ４及びＤｈ〜Ｄ−とトランジスタＱ１、Ｑ４、Ｑｌ
、Ｑ、。の形状につき整合（マツチング）がとられてい
るので、上記式（５）、（６）に上記式（４）を代入す
ると、 Ｖｏｏｙ＋　７　Ｖｏｕｔ＊″ｖｌｌ………………（７
）となる、したがって、ＮＰＮ）ランジスタＱ１、Ｑ４
及びダイオードＤ、〜Ｄ４で形成されるレベルシフト段
は温度依存性が少なく極めて安定に作動する。

次に、入力端子ＩＮの入力スレッジホールド電圧ｖ１は
、トランジスタＱ、のベースバイアスＶ□よりもダイオ
ードＤ、の順方向電圧Ｖ□の分だけ低い電位に設定され
ている。

ＶＩＩＩＭ　”’Ｖｌｌ　　ｖｏｓ　　・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・（８）ここで、上
記（８）に上記式（１）を代入するとｖｌＩ、、４＝　
（ｖ、、＋ｖｌ、、＋ｖＤ、）　−（ｖ、、、、＋Ｖ’
ｓ）　　ＶＤＳ ＝　（Ｖｍｍ　　Ｖｍｍ）　＋　（ＶＤ？＋　Ｖｏｓ）
−（Ｖ□１１−■□）・・・・・・・・・・・・・・・
（９）となり、ダイオードＤｔ　、Ｄｓ　、Ｄｓ及びＮ
ＰＮトランジスタＱ目の順方向電圧及びベース・エミッ
タ間電圧が等しくなるように整合がとられているので、
上記（９）の右辺は（Ｖ□−Ｖ□）となる。したがって
、入力端子ＩＮに印加される入力信号はダイオードＤ、
の温度依存性の影響を受けない。

第２図はかかる構成のレベル変換回路の温度特性を示す
ため適宜の接点における電圧変化を示した特性曲線図で
ある。尚、同図は入力端子ＩＮに“■１”レベル（約５
Ｖ）の電圧を印加した時の特性を示し、特性曲′ＩＩＡ
［Ｆ］、■、■は第１図に示す接点の電圧を、曲線ｖ０
はトランジスタＱｔの直流ベースバイアス、曲線Ｖｔ＆
は入力端子ＩＮに印加される入力信号の電圧レベルに対
する差動対Ｑ７、Ｑ２の閾値電圧の特性を夫々示す。

同図に示すように、閾値Ｖ□はダイオードＤ。

の温度依存性の影響を受けないので常に一定であり、更
に、曲線ｖ０とＶいの電位差△Ｖ？＋と曲線■とｖｏの
電位差Δｖ０は温度変化に対して常に等しい（ΔＶ？＋
−△Ｖ？りので、入力が“■）”レベルの時トランジス
タＱ、のベースはトランジスタＱｔのベースより温度に
よらず△ＶＴｌだけ高く雑音余裕度も向上する。更に閾
値Ｖいが常に一定となるので、高速動作における入力信
号の位相のずれが生じない効果も得られる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明のレベル変換回路によれば、
差動増幅段及びレベルシフト段に使用されるダイオード
及び又はトランジスタの順方向電圧の温度特性を、トラ
ンジスタ及び又はダイオードの順方向電圧を用いたバイ
アス回路によって相殺するようにしたので、温度依存性
が極めて少なく安定に動作し且つ、雑音余裕度の優れた
レベル変換回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図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、第２図は第１図に示す回路の温度特性を示す特
性曲線図、第３図は従来のレベル変換回路を示す回路図
、第４図は第３図に示す回路を適用した応用例としての
サンプル・ホールド回路を示す回路図、第５図は第４図
に示す回路の温度特性を示す特性曲線図である。 Ｑ、〜Ｑ＋ｚ　　　　　：）ランジスタＤ、〜Ｄ、　　
　　＝ダイオード Ｒ８−Ｒ１：抵抗 １０１〜Ｉ０．：定電流源 ０ＵＴ１．０ＵＴ２　：出力端子 ＩＮ　　　　　　　＝入力端子 （ばか３名） ｌし贋じす 第　　３　　図 第　　４　　図 渣／！（”Ｃ） 牛４Ｓ午１〒艮′自゛　月々 １．　事件の表示 昭和６１イ■特に１願第３０８７６８号２、　発明の名
称 レベル変換回路 名称：　（５２０）富士写真フィルム株式会社４、代理
人 ６、　補正の対象：　明細山の「発明の詳細な説明」の
欄７、　補正の内容：　明細書の「発明の詳細な説明」
の欄を次の通りに補正り°る。 （１）　明細出画３頁第２０行「１の「第４図の」を「
第３図の」と補正づ゛る。 （２）　聞出第５頁第３行目の「オン」を「オフ」ど補
正する。 （３）　同円第５頁第４行目及び第５行目の「オフ」を
「オン」と補正する。 （４）　同書第６頁第９行目の「温石特性は」の後に「
それぞれ合計（゛」を挿入する。 （５）　同Ｊ１第１１頁第１４行目の［約５００１１Ｖ
Ｊを「約７００ｍＶＪと補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１、第２のトランジスタより成る差動対を有する増幅
   段と、 該増幅段よりの出力信号がベースに供給され、コレクタ
   が電源に接続され、エミッタが１又は２以上の直列接続
   されたダイオードを介して出力端子に接続されるトラン
   ジスタを有するレベルシフト段を備えるレベル変換回路
   において、 前記増幅段の出力接点の直流バイアスを、１又は２以上
   のダイオード及び又はトランジスタの直列接続によって
   発生する順方向電圧により、前記レベルシフト段の出力
   端子とトランジスタのベースとの間の温度特性と等しく
   設定する第１のバイアス回路と、 前記差動対を形成する第１のトランジスタのベースに入
   力用ダイオードを介して入力信号を供給する入力端子と
   、 ダイオード及び又はトランジスタの順方向電圧により、
   第１のトランジスタの直流ベースバイアス電位を前記第
   ２のトランジスタの直流ベースバイアス電位を該入力用
   ダイオードの順方向電圧分だけ高い電位に設定する第２
   のバイアス回路を備えたことを特徴とするレベル変換回
   路。