JPS594890B2 - デイジタル回路 - Google Patents

デイジタル回路

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JPS594890B2
JPS594890B2 JP48107735A JP10773573A JPS594890B2 JP S594890 B2 JPS594890 B2 JP S594890B2 JP 48107735 A JP48107735 A JP 48107735A JP 10773573 A JP10773573 A JP 10773573A JP S594890 B2 JPS594890 B2 JP S594890B2
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崇夫 藍原
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は異種チャンネル形の絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタ(In5ulated Gate Field
Effect Transister以下IGFETと
いう。
)を用いた電圧レベルシフト回路に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
一般にディジタル論理システムにおいては、論理振幅の
変換を行なう必要性がしばしば生じる。
例えば低論理レベルで動作する論理回路の出力を高論理
レベルで動作する論理回路へ入力する場合カ生スる。
この場合、仲介後として電圧レベルシフト回路が使用せ
られる。
一般に第1図、第2図、第3図に示されるごとき電圧レ
ベルシフト回路は周知である。
このような電圧レベルシフト回路は、いずれも負荷抵抗
並びにドライバートランジスタを、電源端子と基準(ア
ース)端子との間に直列接続したものである。
上記電源電圧レベルよりも低い電圧レベルで動作する論
理回路(図示しない。
)の出力を上記レベルシフト回路の入力端子に印加すれ
ば、このレベルシフト回路が有するインバータ機能によ
り、このレベルシフト回路の出力にはこのレベルシフト
回路を動かす電源レベルに従うレベルシフトされた電圧
を出力することができる。
しかしながら、第1図、第2図、第3図に示される従来
の電圧レベルシフト回路においては、ドライバートラン
ジスタが’ON”すると電源端子より基準端子へ多くの
電流を流し込んでしまい、消費電力を犬にしてしまうと
いう欠点がある。
〔発明の目的〕
この発明の目的は、上記したような従来のレベルシフト
回路の欠点を除去し、消費電力を”小″とすることが可
能な電圧レベルシフト回路を提供することにある。
〔発明の概要〕
この発明は、[第1電圧VDDtが供給される第1電源
端子と、上記第1電圧VD旧と異なる第2電圧vDD2
が供給される第2電源端子と、基準電位が供給される基
準電圧端子と、第1出力端子と、第2出力端子と、第1
入力端子と、第2入力端子と、上記第1電圧VDDtを
使用して駆動せられる第1インバータと、上記第1電圧
VDDtを使用して駆動せられる第2インバータと、上
記第2電源端子と上記第1出力端子との間に直列接続さ
れた第1導電形の第11GFETと、上記第2電源端子
と上記第2出力端子と(ハ)間に直列接続された第1導
電形の第2 IGFETと、上記第1出力端子と上記基
準電圧端子との間に形成され且つ多入力端子を有する第
1論理回路と、上記第2出力端子と上記基準電圧端子と
の間に形成され且つ多入力端子を有する第2論理回路と
、上記第11GFETのゲートと上記第2出力端子を接
続する手段と、上記第2IGFETのゲートと上記第1
出力端子とを接続する手段と、上記第1入力端子を上記
第1インバータの入力端子に接続する手段と、上記第2
入力端子を上記第2インバータの入力端子に接続する手
段と、上記第1及び第2インバータの各入出力A、A、
B、Bを上記第1論理回路の多入力端子に供給する手段
と、上記第1及び第2インバータの各入出力A、λ、B
、Bを上記第2論理回路の多入力端子に供給する手段と
、を具備する。
」ことを特徴とする電圧レベルシフト回路である。
すなわちこの発明では、上記のように接続構成された、
第1インバータ、第2インバータ、第11GFET、第
2IGFET、多入力第1論理回路、多入力第2論理回
路を備えているので、上記第1出力端子あるいは上記第
2出力端子より、上記第2電圧レベルに従うシフト電圧
を取り出すことができ、且つ消費電力も小さい、目的と
する電圧レベルシフト回路を得ることができる。
〔発明の実施例〕
この発明による代表的一実施例は第6図に示されている
さて、第6図に示された、この発明の電圧レベルシフト
回路をよりよく理解するために、この発明の基本的な考
え方について、第4図及び第5図に示された電圧レベル
シフト回路を用いて説明する。
まず第4図に示された電圧レベルシフト回路について説
明すれば、14と15とはエンハンスメント形Pチャン
ネル絶縁ゲート電界効果トランジスタで、16と17と
は前記のとは導電形を異にするエンハンスメント形Nチ
ャンネル絶縁ゲート電界効果トランジスタである。
信号入力端子11の一方は接地され、他方はトランジス
タ16のゲートとインバータ130入力側である接続点
12に接続される。
前記インバータ13の出力側はトランジスタ17のゲー
トに接続される。
なお前記インバータ13は電源vDD1と接地とに接続
される。
トランジスタ16.17のソースは接地され、トランジ
スタ14,15のソースは電源VDD2に接続される。
接続点(第1の出力端子)18はトランジスタ14.1
6のドレインに接続されると共にトランジスタ15のゲ
ートに接続され、さらに出力端子19の一方に接続され
る。
出力端子19の他方は接地される。
接続点(第2の出力端子)20はトランジスタ15.1
7のドレインに接続されると共にトランジスタ14のゲ
ートに接続され、さらに出力端子21の一方に接続され
る。
出力端子21の他方は接地される。
上記第4図に示された回路の動作は次のとおりである。
入力端子11に入力信号を印加すると、出力端子19か
らは入力信号とは逆極性の振幅変換された出力信号が得
られる。
又出力端子21からは入力信号と同極性の振幅変換され
た出力信号が得られる。
ここでこの回路の初期状態を設定する。
トランジスタ15.16がOFF”状態で、トランジス
タ14.17が゛ON″状態とする。
この状態は入力信号が低レベルで、出力端子19の出力
信号が高レベル、出力端子21の出力信号が低レベルの
状態に相当する。
次に入力信号が低レベルから高レベルに変化する過渡状
態を考えると、まず最初にトランジスタ16が”ON”
状態に、トランジスタ17が”OFF”状態にそれぞれ
反転する。
したがってこの瞬間トランジスタ14.16が同時にO
N”状態となる。
この瞬間に接続点18の電圧が次の(1)式を満足すれ
ば、トランジスタ15は直ちに”ON”状態に反転する
したがってトランジスタ11はすでに”OFF”状態に
反転しているから、トランジスタ14はOFF”状態に
反転して定常状態となる。
ことに、 Ronl 6 : トランジスタ16の飽和抵抗Ron
14 : トランジスタ14の飽和抵抗RGs15:)
ランジスタ15を飽和状態にさせるに必要なトランジス
タ15のゲート・ソース間電圧 すなわちトランジスタ14.17が”OFF”状態で、
トランジスタ15.16がON”状態となり、出力端子
19に低レベル、出力端子21に高レベルの出力信号が
得られる。
次に入力信号が高レベルから低レベルに変化する場合に
ついても、次の(2)式を満足すれば、トランジスタ1
4をOFF”状態からON”状態に反転させることがで
きる。
したがって定常状態では、トランジスタ14.17が”
ONパ状態、トランジスタ15.16が”OFF”状態
となり、出力端子19に高レベル、出力端子21に低レ
ベルの出力信号が得られる。
ここに、 Ronl 7 : トランジスタ17の飽和抵抗Ron
15 : )ランジスタ15の飽和抵抗vGs 14:
トランジスタ14を飽和状態にさせるに必要なトランジ
スタ14のゲート・ソース間電圧 この結果トランジスタ16.17およびインバータ13
を構成する電界効果トランジスタの閾値電圧の絶対値よ
りも高い閾値電圧の絶対値を有する電界効果トランジス
タ14.15を使用してvDDl〈vDD2とすれば、
入力端子11に印加される論理振幅よりも大きい論理振
幅を出力端子19.21より取出すことが可能となる。
又この逆も可能であることは明らかである。
すなわち(1)と(2)式を満足すれば、VDDlとv
DD2との設定より、論理振幅変換を行なうことができ
る。
又消費される電流は、トランジスタ14.15のスイッ
チング時間内の極めて短い時間に流れる電流のみとなる
から、スイッチング時間を短かくすることにより平均消
費電力を極度に小さくすることができる。
次に第5図に示された電圧レベルシフト回路について説
明する。
第5図のように、接続点18とトランジスタ14のドレ
インの間に、および接続点20とトランジスタ150ド
レインの間に、それぞれ抵抗或は等価抵抗22.23を
挿入することにより、直列回路5,6を形成し、(1)
と(2)式のRonl4とRonl5の値を等制約に大
きくすることができる。
このことは前記抵抗によって(1)と(2)式で示され
る動作条件を調整することができることを意味する。
したがって、それら第5図によれば抵抗22゛。
23の値を選定することにより、トランジスタ14.1
5,16,17のディメンジョン設定の自由度がまし、
パターン配置、パターン設計、おいては回路設計が容易
に行なえるという効果を有する。
さらに第4、第5図において、トランジスタ16.17
の代りに、それぞれNチャンネル絶縁ゲート電界効果ト
ランジスタを用いることにより、各種のディジタル回路
を構成すると同時に論理振幅変換ができる。
このようなステップを経て、第6図に示されるような本
発明が生まれた。
この発明の代表的一実施例である、第6図に示される電
圧レベルシフト回路は、同図から明らかなように、「第
1電圧vDD1が供給される第1電源端子1と、上記第
1電圧VDDIと異なる第2電圧VDD2が供給される
第2電源端子3と、基準電位(アース)が供給される基
準電圧端子2と、第1出力Vout端子18と、第2出
力端子20と、第1人力Vin端子と、第2人力Vin
端子と、上記第1電圧VDI)+を使用して駆動せられ
る第1インバータ13aと、上記第1電圧VDD+を使
用して駆動せられる第2インバータ13bと、上記第2
電源端子3と上記第1出力端子18との間に直列接続さ
れた第1導電形の第11GFET(例えばPチャンネル
絶縁ゲート電界効果トランジスタ)14と、上記第2電
源端子3と上記第2出力端子20との間に直列接続され
た第1導電形のIGFET(例えばPチャンネル絶縁ゲ
ート電界効果トランジスタ)15と、上記第1出力端子
18と上記基準電圧端子2との間に形成され、且つ多入
力A、B、人、B用の端子を有する第1論理回路(例え
ば第6図に示されるように、4個のnチャンネル絶縁ゲ
ート電界効果トランジスタからなる。
)と、上記第2出力端子20と上記基準電圧端子2との
間に形成され、且つ多大力A5人。
B、B用の端子を有する第2論理回路(例えば第6図に
示されるように、4個のnチャンネル絶縁ゲート電界効
果トランジスタからなる。
)と、上記第1 IGFETl 4のゲートと上記第2
出力端子20を接続する手段と、上記第2 IGFET
15のゲートと上記第1出力端子18とを接続する手段
と、上記第1入力端子を上記第1インバータの入力端子
に接続する手段と、上記第2入力端子を上記第2インバ
ータの入力端子に接続する手段と、上記第1及び第2イ
ンバータの各入出力A。
A、B、Bを、第6図に示されるように上記第1論理回
路の各IGFETのゲート(多入力端子)に供給する手
段と、上記第1及び第2インバータの各入出力A、A、
B、Bを、第6図に示されるように上記第2論理回路の
各IGFETのゲート(多入力端子)に供給する手段と
を」備えている。
この第6図に示された電圧レベルシフト回路は、同図か
ら明らかなように、前記第4図、第5図の各回路と略同
様の基本構成となっているので、第4図、第5図の各回
路の説明からも明らかなように、第1電圧vDD1と第
2電圧VDD2との設定により、論理振幅変換を行なう
ことができる。
又、この第6図に示された電圧レベルシフト回路に於い
て消費される電流は、第4図、第5図の各回路の場合と
略同様の理由により、小さくすることができる。
尚、第6図に於いては図示されていないが、第5図の回
路のように、抵抗或は等価抵抗〔第5図に於いて、番号
22.23で示されている〕をIGFET14.15と
直列接続して使用することにより、第4図の回路の説明
中の前記(1)式、(2)式のRonl 4 、 Ro
nl 5の値を等制約に大きくすることができたのと同
様の効果を得ることができる。
つまり抵抗によって前記(1)式、(2)式で示される
動作条件を調整することができる。
更に又、第6図に於いて、同図から明らかなように、上
記第1論理回路はエクスクルシブ・ノア回路を形成し、
上記第2論理回路はエクスクルシブ、オア回路を形成し
ており、これら論理回路が電圧レベルシフト回路と共に
兼用された構成となっているので、電圧レベルシフト回
路、エクスクルシブ・ノア回路、エクスクルシブ・オア
回路夫夫を独立に設けた回路に比べ、素子数が少なくて
済むという効果を有する。
〔発明の効果〕
従って以上の記載から明らかなように、本発明によれば
、消費電力を”小′”とすることが可能な電圧レベルシ
フト回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第3図は従来の電圧レベルシフト回路
の結線図、第4図は本発明の基本的な考え方を理解する
ための説明用の電圧レベルシフト回路の結線図、第5図
は本発明の基本的な考え方を理解するための説明用の電
圧レベルシフト回路の結線図であって、第6図は本発明
の代表的一実施例を示す電圧レベルシフト回路の結線図
である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1電圧vDD1が供給される第1電源端子1と、
    上記第1電圧VDDtと異なる第2電圧VDD2が供給
    される第2電源端子3と、基準電位が供給される基準電
    圧端子2と、第1出力端子18と、第2出力端子20と
    、第1入力端子と、第2入力端子と、上記第1電圧VD
    Dtを使用して駆動せられる第1インバータ13aと、
    上記第1電圧VDDtを使用して駆動せられる第2イン
    バータ13bと、上記第2電源端子3と上記第1出力端
    子18との間に直列接続された第1導電形の第1 IG
    FET14と、上記第2電源端子3と上記第2出力端子
    20との間に直列接続された第1導電形の第2IGFE
    T15と、上記第1出力端子18と上記基準電圧端子2
    との間に形成され且つ多入力端子を有する第1論理回路
    と、上記第2出力端子20と上記基準電圧端子2との間
    に形成され且つ多入力端子を有する第2論理回路と、上
    記第11GFET14のゲートと上記第2出力端子20
    を接続する手段と、上記第2 I GFET 15のゲ
    ートと上記第1出力端子18とを接続する手段と、上記
    第1入力端子を上記第1インバータの入力端子に接続す
    る手段と、上記第2入力端子を上記第2インバータの入
    力端子に接続する手段と、上記第1及び第2インバータ
    の各入出力A、A、B。 Bを上記第1論理回路の多入力端子に供給する手段と、
    上記第1及び第2インバータの各入出力A。 λ、B、Bを上記第2論理回路の多入力端子に供給する
    手段とを具備することを特徴とする電圧レベルシフト回
    路。 2、特許請求の範囲第1項に記載した電圧レベルシフト
    回路に於いて、上記第1、第2論理回路がエクスクルシ
    ブ・ノア回路、エクスクルシブ・オア回路であることを
    特徴とする電圧レベルシフト回路。
JP48107735A 1973-09-25 1973-09-25 デイジタル回路 Expired JPS594890B2 (ja)

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JPS5058972A JPS5058972A (ja) 1975-05-22
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS49114337A (ja) * 1973-02-28 1974-10-31

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