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JP5857869B2 - Level conversion circuit - Google Patents

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JP5857869B2 JP2012107394A JP2012107394A JP5857869B2 JP 5857869 B2 JP5857869 B2 JP 5857869B2 JP 2012107394 A JP2012107394 A JP 2012107394A JP 2012107394 A JP2012107394 A JP 2012107394A JP 5857869 B2 JP5857869 B2 JP 5857869B2
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Description

本発明は、信号レベルを変換するレベル変換回路に関する。   The present invention relates to a level conversion circuit that converts a signal level.

近年の高集積化された半導体装置では論理回路の動作電圧が低く、インターフェース部に設けられたレベル変換回路を介して外部回路と接続するようになっているものが多い。例えば、半導体装置内部の論理回路の動作電圧が1.2Vであり、当該半導体装置に接続する外部回路の動作電圧が3.3Vの場合、1.2Vの信号を3.3Vの信号に変換するレベル変換回路が使用される。   In recent years, highly integrated semiconductor devices often have a low operating voltage of a logic circuit and are connected to an external circuit via a level conversion circuit provided in an interface unit. For example, when the operating voltage of the logic circuit in the semiconductor device is 1.2 V and the operating voltage of the external circuit connected to the semiconductor device is 3.3 V, a 1.2 V signal is converted into a 3.3 V signal. A level conversion circuit is used.

この種のレベル変換回路は、一般的に耐圧が3.3V以上のトランジスタを使用して形成されている。しかし、耐圧が高いトランジスタを使用すると半導体装置の集積度が低下するため、耐圧が3.3Vよりも低いトランジスタを使用してレベル変換回路を形成することもある。   This type of level conversion circuit is generally formed using a transistor having a breakdown voltage of 3.3 V or higher. However, if a transistor with a high withstand voltage is used, the degree of integration of the semiconductor device is reduced. Therefore, a level conversion circuit may be formed by using a transistor with a withstand voltage lower than 3.3V.

WO2004/077674WO2004 / 077674 特開2000−269432号公報JP 2000-269432 A

各電源ラインに電圧が供給される順番にかかわらず素子の破壊が回避されるレベル変換回路を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a level conversion circuit in which destruction of elements is avoided regardless of the order in which voltages are supplied to each power supply line.

開示の技術の一観点によれば、第1の電圧が供給される第1の電源ラインと、前記第1の電圧よりも高い第2の電圧が供給される第2の電源ラインと、前記第2の電圧よりも高い第3の電圧が供給される第3の電源ラインと、第4の電源ラインと、前記第1の電源ラインと前記第2の電源ラインとに接続されて入力信号のレベルを変換する第1のレベルシフタと、前記第3の電源ラインと前記第4の電源ラインとに接続されて前記第1のレベルシフタから出力される信号のレベルを変換する第2のレベルシフタと、前記第1の電源ライン、前記第2の電源ライン、前記第3の電源ライン及び前記第4の電源ラインに接続された保護回路とを有し、前記保護回路は、前記第3の電源ラインと前記第2の電源ラインとの間に直列に接続されたトランジスタ及び第1の抵抗器と、前記第3の電源ラインと前記第2の電源ラインとの間に直列に接続された第2の抵抗器及び第3の抵抗器とを有し、前記トランジスタのゲートが前記第2の抵抗器と前記第3の抵抗器との接続部に接続され、前記トランジスタと前記第1の抵抗器との接続部が前記第4の電源ラインに接続されているレベル変換回路が提供される。 According to an aspect of the disclosed technology, a first power supply line to which a first voltage is supplied, a second power supply line to which a second voltage higher than the first voltage is supplied, and the first power supply line The level of the input signal connected to the third power line, the fourth power line, the first power line, and the second power line to which a third voltage higher than the voltage 2 is supplied. A first level shifter that converts the level of a signal that is connected to the third power line and the fourth power line and that is output from the first level shifter; and And a protection circuit connected to the first power supply line, the second power supply line, the third power supply line, and the fourth power supply line, and the protection circuit includes the third power supply line and the third power supply line. 2 connected in series between two power lines A transistor and a first resistor; and a second resistor and a third resistor connected in series between the third power supply line and the second power supply line; Level conversion wherein a gate is connected to a connection between the second resistor and the third resistor, and a connection between the transistor and the first resistor is connected to the fourth power supply line A circuit is provided.

上記一観点に係るレベル変換回路によれば、第3の電源ラインと第4の電源ラインとの間の電圧差が、第3の電源ラインと第4の電源ラインとの間に接続された素子の耐圧よりも高くなることを防止する保護回路を有する。これにより、各電源ラインに電圧が供給される順番にかかわらず、素子の破壊を回避することができる。   According to the level conversion circuit according to the above aspect, the voltage difference between the third power supply line and the fourth power supply line is an element connected between the third power supply line and the fourth power supply line. A protection circuit which prevents the voltage from exceeding the withstand voltage. Thereby, destruction of the element can be avoided regardless of the order in which the voltage is supplied to each power supply line.

図1は、レベル変換回路の一例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a level conversion circuit. 図2は、図1中にN1で示すノードの電圧変化を示す図(その1)である。FIG. 2 is a diagram (part 1) illustrating a voltage change of a node indicated by N1 in FIG. 図3は、図1中にN1で示すノードの電圧変化を示す図(その2)である。FIG. 3 is a diagram (part 2) illustrating a voltage change of a node indicated by N1 in FIG. 図4は、実施形態に係るレベル変換回路のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of the level conversion circuit according to the embodiment. 図5は、実施形態に係るレベル変換回路の具体例を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a specific example of the level conversion circuit according to the embodiment. 図6は、バイアス電圧発生回路の一例を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of a bias voltage generation circuit. 図7は、各電源ライン及びノードN1の電圧変化をシミュレーション計算した結果を表す図(その1)である。FIG. 7 is a diagram (part 1) showing the result of simulation calculation of the voltage change of each power supply line and the node N1. 図8は、各電源ライン及びノードN1の電圧変化をシミュレーション計算した結果を表す図(その2)である。FIG. 8 is a diagram (part 2) illustrating the result of simulation calculation of the voltage change of each power supply line and the node N1.

以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。   Hereinafter, before describing the embodiment, a preliminary matter for facilitating understanding of the embodiment will be described.

図1は、レベル変換回路の一例を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a level conversion circuit.

図1に例示したレベル変換回路10は、第1のレベルシフタ11と、第2のレベルシフタ12と、第1のドライバ回路13と、第2のドライバ回路14と、バイアス電圧発生回路19と、出力トランジスタQ1〜Q4とを有する。   The level conversion circuit 10 illustrated in FIG. 1 includes a first level shifter 11, a second level shifter 12, a first driver circuit 13, a second driver circuit 14, a bias voltage generation circuit 19, and an output transistor. Q1-Q4.

第1のレベルシフタ11及び第1のドライバ回路13は第1の電源ライン16及び第2の電源ライン17に接続され、第2のレベルシフタ12及び第2のドライバ回路14は第2の電源ライン17及び第3の電源ライン18に接続されている。ここでは、第1の電源ライン16の電圧が0V、第2の電源ライン17の電圧が1.8V、第3の電源ライン18の電圧が3.3Vであるとする。   The first level shifter 11 and the first driver circuit 13 are connected to the first power supply line 16 and the second power supply line 17, and the second level shifter 12 and the second driver circuit 14 are connected to the second power supply line 17 and the second power supply line 17. The third power line 18 is connected. Here, it is assumed that the voltage of the first power supply line 16 is 0V, the voltage of the second power supply line 17 is 1.8V, and the voltage of the third power supply line 18 is 3.3V.

出力トランジスタQ1,Q2はp型MOSトランジスタであり、第3の電源ライン18と出力端子OUTとの間に直列に接続されている。また、出力トランジスタQ3,Q4はn型MOSトランジスタであり、出力端子OUTと第1の電源ライン16との間に直列に接続されている。出力トランジスタQ1のゲートは第2のドライバ回路14の出力に接続され、出力トランジスタQ2,Q3のゲートは第2の電源ライン17に接続され、出力トランジスタQ4のゲートは第1のドライバ回路13の出力に接続されている。   The output transistors Q1 and Q2 are p-type MOS transistors and are connected in series between the third power supply line 18 and the output terminal OUT. The output transistors Q3 and Q4 are n-type MOS transistors and are connected in series between the output terminal OUT and the first power supply line 16. The gate of the output transistor Q1 is connected to the output of the second driver circuit 14, the gates of the output transistors Q2 and Q3 are connected to the second power supply line 17, and the gate of the output transistor Q4 is the output of the first driver circuit 13. It is connected to the.

第1のレベルシフタ11には、内部回路から信号A及びその反転信号AXが入力される。ここで、信号A,AXは、“L”レベルが0V、“H”レベルが1.2Vのデジタル信号である。   The first level shifter 11 receives the signal A and its inverted signal AX from the internal circuit. Here, the signals A and AX are digital signals having an “L” level of 0V and an “H” level of 1.2V.

第1のレベルシフタ11は、信号A,AXの“L”レベルを0V、“H”レベルを1.8Vに変換し、信号A1,AX1として出力する。第1のレベルシフタ11から出力された信号AX1は、第1のドライバ回路13を介して出力トランジスタQ4のゲートに伝達される。   The first level shifter 11 converts the “L” level of the signals A and AX to 0V and the “H” level to 1.8V, and outputs them as signals A1 and AX1. The signal AX1 output from the first level shifter 11 is transmitted to the gate of the output transistor Q4 via the first driver circuit 13.

第2のレベルシフタ12は、第1のレベルシフタ11から信号A1,AX1を入力し、“L”レベルを1.8V、“H”レベルを3.3Vに変換する。そして、第2のレベルシフタ12から出力される“H”レベル又は“L”レベルの信号は、第2のドライバ回路14を介して出力トランジスタQ1のゲートに伝達される。   The second level shifter 12 receives the signals A1 and AX1 from the first level shifter 11, and converts the "L" level to 1.8V and the "H" level to 3.3V. Then, the “H” level or “L” level signal output from the second level shifter 12 is transmitted to the gate of the output transistor Q 1 via the second driver circuit 14.

なお、バイアス電圧発生回路19は、第2のレベルシフタ12内のトランジスタがオン−オフするためのバイアス電圧を生成している。   The bias voltage generation circuit 19 generates a bias voltage for turning on and off the transistors in the second level shifter 12.

上述したレベル変換回路10では、信号A,AXに応じて出力トランジスタQ1,Q2及び出力トランジスタQ3,Q4のいずれか一方がオン、他方がオフになる。トランジスタQ1,Q2がオンのときには出力端子OUTの電圧は3.3V、トランジスタQ3,Q4がオンのときには出力端子OUTの電圧は0Vとなる。この場合、第1のレベルシフタ11、第2のレベルシフタ12、第1のドライバ回路13、第2のドライバ回路14及び出力トランジスタQ1〜Q4のいずれにおいても、印加電圧の最大値は1.8V以下になる。従って、図1に示すレベル変換回路10は、耐圧が2V程度のトランジスタで形成することが可能である。   In the level conversion circuit 10 described above, one of the output transistors Q1 and Q2 and the output transistors Q3 and Q4 is turned on and the other is turned off according to the signals A and AX. When the transistors Q1 and Q2 are on, the voltage at the output terminal OUT is 3.3V, and when the transistors Q3 and Q4 are on, the voltage at the output terminal OUT is 0V. In this case, in any of the first level shifter 11, the second level shifter 12, the first driver circuit 13, the second driver circuit 14, and the output transistors Q1 to Q4, the maximum value of the applied voltage is 1.8V or less. Become. Therefore, the level conversion circuit 10 shown in FIG. 1 can be formed with a transistor having a breakdown voltage of about 2V.

ところで、上述したレベル変換回路10では、第2の電源ライン17及び第3の電源ライン18に供給される電圧の立ち上がりの順番が重要である。以下にその理由を説明する。   By the way, in the level conversion circuit 10 described above, the order of rising of the voltages supplied to the second power supply line 17 and the third power supply line 18 is important. The reason will be described below.

図2は、横軸に時間をとり、縦軸に電圧をとって、図1中にN1で示すノードの電圧変化、すなわち出力トランジスタQ1のゲート電圧の変化を示す図である。図2では、第1の電源ライン16が0Vになってから2ns後に第2の電源ライン17に供給される1.8Vの電圧が立ち上がり、6ns後に第3の電源ライン18に供給される3.3Vの電圧が立ち上がる場合のノードN1の電圧変化を示している。   FIG. 2 is a diagram showing a change in the voltage of the node indicated by N1 in FIG. 1, that is, a change in the gate voltage of the output transistor Q1, with time on the horizontal axis and voltage on the vertical axis. 2, the voltage of 1.8V supplied to the second power supply line 17 rises 2 ns after the first power supply line 16 becomes 0V, and is supplied to the third power supply line 18 after 6 ns. The voltage change of the node N1 when the voltage of 3V rises is shown.

この場合、ノードN1と第2の電源ライン17及び第3の電源ライン18との間の電圧差はいずれも2V未満であり、出力トランジスタQ1の耐圧よりも低い。このため、第1の電源ライン16、第2の電源ライン17、第3の電源ライン18の順番で電圧が立ち上がるときには、出力トランジスタQ1が破壊されることはない。   In this case, the voltage difference between the node N1 and the second power supply line 17 and the third power supply line 18 is less than 2V, which is lower than the withstand voltage of the output transistor Q1. Therefore, when the voltage rises in the order of the first power supply line 16, the second power supply line 17, and the third power supply line 18, the output transistor Q1 is not destroyed.

図3は、横軸に時間をとり、縦軸に電圧をとって、ノードN1の電圧変化を示す図である。但し、図3では、第1の電源ライン16が0Vになってから2ns後に第3の電源ライン19に供給される3.3Vの電圧が立ち上がり、6ns後に第2の電源ライン17に供給される1.8Vの電圧が立ち上がる場合のノードN1の電圧変化を示している。   FIG. 3 is a diagram showing a voltage change of the node N1 with time on the horizontal axis and voltage on the vertical axis. However, in FIG. 3, the voltage of 3.3 V supplied to the third power supply line 19 rises 2 ns after the first power supply line 16 becomes 0 V, and is supplied to the second power supply line 17 after 6 ns. The voltage change of the node N1 when the voltage of 1.8V rises is shown.

この場合、図3に示すように、第3の電源ライン18の電圧の立ち上がりと同時にノードN1の電圧も上昇するが、その後ノードN1と第3の電源ライン19との間の電圧差は約3.3Vとなる。このため、耐圧が2V程度の出力トランジスタQ1は破壊されてしまう。   In this case, as shown in FIG. 3, the voltage at the node N1 rises simultaneously with the rise of the voltage of the third power supply line 18, but the voltage difference between the node N1 and the third power supply line 19 is about 3 thereafter. .3V. For this reason, the output transistor Q1 having a breakdown voltage of about 2V is destroyed.

以下の実施形態では、各電源ラインに電圧が供給される順番にかかわらず素子の破壊が回避されるレベル変換回路について説明する。   In the following embodiments, a level conversion circuit that prevents destruction of elements regardless of the order in which the voltages are supplied to the respective power supply lines will be described.

(実施形態)
図4は実施形態に係るレベル変換回路のブロック図、図5は同じくそのレベル変換回路の具体例を示す回路図である。なお、本実施形態では、半導体装置(LSI)のインターフェース部に適用されるレベル変換回路について説明している。
(Embodiment)
FIG. 4 is a block diagram of the level conversion circuit according to the embodiment, and FIG. 5 is a circuit diagram showing a specific example of the level conversion circuit. In the present embodiment, a level conversion circuit applied to an interface unit of a semiconductor device (LSI) is described.

図4,図5に例示するレベル変換回路20は、第1のレベルシフタ21と、第2のレベルシフタ22と、第1のドライバ回路23と、第2のドライバ回路24と、保護回路25と、バイアス電圧発生回路29と、出力トランジスタQ1〜Q4とを有する。   The level conversion circuit 20 illustrated in FIGS. 4 and 5 includes a first level shifter 21, a second level shifter 22, a first driver circuit 23, a second driver circuit 24, a protection circuit 25, and a bias. A voltage generation circuit 29 and output transistors Q1 to Q4 are provided.

第1のレベルシフタ21及び第1のドライバ回路23は、第1の電源ライン26及び第2の電源ライン27に接続され、これらの電源ライン26,27から電力が供給される。また、保護回路25は、第1の電源ライン26、第2の電源ライン27、第3の電源ライン28及び第4の電源ライン31に接続されており、第2の電源ライン27とほぼ同じ電圧を第4の電源ライン31に供給する。   The first level shifter 21 and the first driver circuit 23 are connected to the first power supply line 26 and the second power supply line 27, and power is supplied from these power supply lines 26 and 27. The protection circuit 25 is connected to the first power supply line 26, the second power supply line 27, the third power supply line 28, and the fourth power supply line 31, and has substantially the same voltage as the second power supply line 27. Is supplied to the fourth power supply line 31.

第2のレベルシフタ22及び第2のドライバ回路24は、第4の電源ライン31及び第3の電源ライン28に接続され、これらの電源ライン31,28から電力が供給される。ここで、第1の電源ライン26の電圧は0V、第2の電源ライン27の電圧は1.8V、第3の電源ライン28の電圧は3.3V、第4の電源ライン31の電圧は1.8Vであるとする。   The second level shifter 22 and the second driver circuit 24 are connected to the fourth power supply line 31 and the third power supply line 28, and power is supplied from these power supply lines 31 and 28. Here, the voltage of the first power supply line 26 is 0V, the voltage of the second power supply line 27 is 1.8V, the voltage of the third power supply line 28 is 3.3V, and the voltage of the fourth power supply line 31 is 1. Suppose that it is 8V.

出力トランジスタQ1,Q2はp型MOSトランジスタであり、第3の電源ライン28と出力端子OUTとの間に直列に接続されている。出力トランジスタQ1のゲートは第2のドライバ回路24の出力に接続され、出力トランジスタQ2のゲートは第4の電源ライン31に接続されている。   The output transistors Q1 and Q2 are p-type MOS transistors and are connected in series between the third power supply line 28 and the output terminal OUT. The gate of the output transistor Q 1 is connected to the output of the second driver circuit 24, and the gate of the output transistor Q 2 is connected to the fourth power supply line 31.

また、出力トランジスタQ3,Q4はn型MOSトランジスタであり、出力端子OUTと第1の電源ライン26との間に直列に接続されている。出力トランジスタQ3のゲートは第2の電源ライン27に接続されており、出力トランジスタQ4のゲートは第1のドライバ回路23の出力に接続されている。   The output transistors Q3 and Q4 are n-type MOS transistors and are connected in series between the output terminal OUT and the first power supply line 26. The gate of the output transistor Q3 is connected to the second power supply line 27, and the gate of the output transistor Q4 is connected to the output of the first driver circuit 23.

図5に示すように、第1のレベルシフタ21は、n型MOSトランジスタQ11,Q13とp型MOSトランジスタQ12,Q14とにより形成されている。トランジスタQ11のソースは第1の電源ライン26に接続され、ドレインはトランジスタQ12のドレイン及びトランジスタQ14のゲートに接続されている。また、トランジスタQ11のゲートは反転信号AXが入力される端子に接続されている。   As shown in FIG. 5, the first level shifter 21 is formed of n-type MOS transistors Q11 and Q13 and p-type MOS transistors Q12 and Q14. The source of the transistor Q11 is connected to the first power supply line 26, and the drain is connected to the drain of the transistor Q12 and the gate of the transistor Q14. The gate of the transistor Q11 is connected to a terminal to which the inverted signal AX is input.

トランジスタQ12のソースは第2の電源ライン27に接続され、ゲートはトランジスタQ13,Q14のドレインに接続されている。また、トランジスタQ13のソースは第1の電源ライン26に接続され、ゲートは信号Aが入力される端子に接続されている。更に、トランジスタQ14のソースは第2の電源ライン27に接続されている。   The source of the transistor Q12 is connected to the second power supply line 27, and the gate is connected to the drains of the transistors Q13 and Q14. The source of the transistor Q13 is connected to the first power supply line 26, and the gate is connected to a terminal to which the signal A is input. Further, the source of the transistor Q14 is connected to the second power supply line 27.

トランジスタQ11のドレインとトランジスタQ12のドレインとの接続部が、第1のレベルシフタ21の一方の出力として、第2のレベルシフタ24に接続されている。また、トランジスタQ13のドレインとトランジスタQ14のドレインとの接続部が、第1のレベルシフタ21の他方の出力として、第1のドライバ回路23及び第2のレベルシフタ24に接続されている。   A connection portion between the drain of the transistor Q11 and the drain of the transistor Q12 is connected to the second level shifter 24 as one output of the first level shifter 21. Further, a connection portion between the drain of the transistor Q13 and the drain of the transistor Q14 is connected to the first driver circuit 23 and the second level shifter 24 as the other output of the first level shifter 21.

第2のレベルシフタ22は、p型MOSトランジスタQ21,Q23,Q24,Q26と、n型MOSトランジスタQ22,Q25とにより形成されている。   The second level shifter 22 is formed by p-type MOS transistors Q21, Q23, Q24, Q26 and n-type MOS transistors Q22, Q25.

トランジスタQ23のソースは第3の電源ライン28に接続され、トランジスタQ23のドレインと第4の電源ライン31との間にはトランジスタQ22及びトランジスタQ23が直列に接続されている。また、トランジスタQ26のソースは第3の電源ライン28に接続され、トランジスタQ26のドレインと第4の電源ライン31との間にはトランジスタQ25及びトランジスタQ24が直列に接続されている。   The source of the transistor Q23 is connected to the third power supply line 28, and the transistor Q22 and the transistor Q23 are connected in series between the drain of the transistor Q23 and the fourth power supply line 31. The source of the transistor Q26 is connected to the third power supply line 28, and the transistor Q25 and the transistor Q24 are connected in series between the drain of the transistor Q26 and the fourth power supply line 31.

トランジスタQ21のゲートには第1のレベルシフタ21の一方の出力が伝達され、トランジスタQ24のゲートには第1のレベルシフタ21の他方の出力が伝達される。また、トランジスタQ22及びトランジスタQ25のゲートはバイアス電圧発生回路29に接続されている。更に、トランジスタQ23のゲートはトランジスタQ26のドレインに接続されている。そして、トランジスタQ26のゲートはトランジスタQ23のドレインに接続され、更に当該第2のレベルシフタ22の出力として、第2のドライバ回路24に接続されている。   One output of the first level shifter 21 is transmitted to the gate of the transistor Q21, and the other output of the first level shifter 21 is transmitted to the gate of the transistor Q24. The gates of the transistors Q22 and Q25 are connected to the bias voltage generating circuit 29. Further, the gate of the transistor Q23 is connected to the drain of the transistor Q26. The gate of the transistor Q26 is connected to the drain of the transistor Q23, and is further connected to the second driver circuit 24 as the output of the second level shifter 22.

第2のドライバ回路24は、直列に接続された2つのインバータ34a,34bにより形成されている。これらのインバータ34a,34bは第3の電源ライン28及び第4の電源ライン31から電力が供給され、第2のレベルシフタ22から出力される信号を出力トランジスタQ1のゲートに伝達する。   The second driver circuit 24 is formed by two inverters 34a and 34b connected in series. The inverters 34a and 34b are supplied with power from the third power supply line 28 and the fourth power supply line 31, and transmit a signal output from the second level shifter 22 to the gate of the output transistor Q1.

一方、第1のドライバ回路23は、直列に接続された複数(図5では5個)のインバータ32a〜32eにより形成されている。これらのインバータ32a〜32eは第1の電源ライン26及び第2の電源ライン27から電力が供給され、第1のレベルシフタ21から出力された信号を出力トランジスタQ4のゲートに伝達する。   On the other hand, the first driver circuit 23 is formed by a plurality (five in FIG. 5) of inverters 32a to 32e connected in series. The inverters 32a to 32e are supplied with electric power from the first power supply line 26 and the second power supply line 27, and transmit the signal output from the first level shifter 21 to the gate of the output transistor Q4.

バイアス電圧発生回路29は、トランジスタQ22,Q25をオン−オフするためのバイアス電圧を発生する。このバイアス電圧発生回路29は、例えば図6に示すように、第1の電源ライン26と第3の電源ライン28との間に接続された2つの抵抗値Rb1,Rb2により形成され、抵抗器Rb1,Rb2間のノードがトランジスタQ22,Q25のゲートに接続されている。第1の電源ライン26の電圧が0V、第3の電源ライン28の電圧が3.3Vのとき、バイアス電圧発生回路29は例えば2.7Vのバイアス電圧Vbを発生する。   The bias voltage generation circuit 29 generates a bias voltage for turning on and off the transistors Q22 and Q25. For example, as shown in FIG. 6, the bias voltage generation circuit 29 is formed by two resistance values Rb1 and Rb2 connected between a first power supply line 26 and a third power supply line 28, and a resistor Rb1. , Rb2 is connected to the gates of the transistors Q22 and Q25. When the voltage of the first power supply line 26 is 0V and the voltage of the third power supply line 28 is 3.3V, the bias voltage generation circuit 29 generates a bias voltage Vb of 2.7V, for example.

保護回路25は、p型MOSトランジスタQ51,Q52と、n型MOSトランジスタQ53と、抵抗器R1〜R4と、コンデンサC1とにより形成されている。   The protection circuit 25 is formed by p-type MOS transistors Q51 and Q52, an n-type MOS transistor Q53, resistors R1 to R4, and a capacitor C1.

抵抗器R2及び抵抗器R3は、第3の電源ライン28と第2の電源ライン27との間に直列に接続されている。抵抗器R2と抵抗器R3との接続部(ノードG)は、トランジスタQ51のゲート及びトランジスタQ52のゲートに接続されている。   The resistors R2 and R3 are connected in series between the third power supply line 28 and the second power supply line 27. A connection portion (node G) between the resistors R2 and R3 is connected to the gate of the transistor Q51 and the gate of the transistor Q52.

トランジスタQ51のソースは第3の電源ライン28に接続され、トランジスタQ51のドレインと第2の電源ライン27との間には抵抗器R1が接続されている。そして、トランジスタQ51のドレインと抵抗器R1との接続部が、第4の電源ライン31に接続されている。   The source of the transistor Q51 is connected to the third power supply line 28, and a resistor R1 is connected between the drain of the transistor Q51 and the second power supply line 27. A connection portion between the drain of the transistor Q51 and the resistor R1 is connected to the fourth power supply line 31.

また、トランジスタQ52のソースは第3の電源ライン28に接続され、ドレインはトランジスタQ53のゲートに接続されている。更に、トランジスタQ52のドレインと第1の電源ライン26との間には抵抗器R4が接続されている。   The source of the transistor Q52 is connected to the third power supply line 28, and the drain is connected to the gate of the transistor Q53. Further, a resistor R4 is connected between the drain of the transistor Q52 and the first power supply line 26.

トランジスタQ53は第1の電源ライン26と第2の電源ライン27との間に接続されており、コンデンサC1も第1の電源ライン26と第2の電源ライン27との間に接続されている。   The transistor Q53 is connected between the first power supply line 26 and the second power supply line 27, and the capacitor C1 is also connected between the first power supply line 26 and the second power supply line 27.

本実施形態では、第2の電源ライン27、第3の電源ライン28の順番で電圧が供給されたときにはトランジスタQ51がオフになり、第3の電源ライン28、第2の電源ライン27の順番で電圧が供給されたときにはトランジスタQ51がオンになるようにする。具体的には、以下の手順で抵抗器R2,R3の抵抗値を決定する。   In the present embodiment, when a voltage is supplied in the order of the second power supply line 27 and the third power supply line 28, the transistor Q51 is turned off, and in the order of the third power supply line 28 and the second power supply line 27. When the voltage is supplied, the transistor Q51 is turned on. Specifically, the resistance values of the resistors R2 and R3 are determined by the following procedure.

第3の電源ライン28、第2の電源ライン27の順番で電圧が供給された場合、第4の電源ライン31の電圧を0Vとすると、図5中にGで示すノードの電圧Vg1は下記(1)式で表される。   When voltages are supplied in the order of the third power supply line 28 and the second power supply line 27, assuming that the voltage of the fourth power supply line 31 is 0 V, the voltage Vg1 at the node indicated by G in FIG. 1) It is represented by the formula.

Vg1=(3.3−0)×R2/(R3+R2) …(1)
このときの電圧Vg1はトランジスタQ51をオンにする電圧であるので、トランジスタQ51のしきい値電圧をVthとすると、電圧Vg1は下記(2)の不等式を満足することが必要になる。
Vg1 = (3.3-0) × R2 / (R3 + R2) (1)
Since the voltage Vg1 at this time is a voltage for turning on the transistor Q51, if the threshold voltage of the transistor Q51 is Vth, the voltage Vg1 needs to satisfy the following inequality (2).

3.3−|Vth|>Vg1 …(2)
一方、第2の電源ライン27、第3の電源ライン28の順番で電圧が供給された場合は、ノードGの電圧Vg2は下記(3)式で表される。
3.3- | Vth |> Vg1 (2)
On the other hand, when the voltage is supplied in the order of the second power supply line 27 and the third power supply line 28, the voltage Vg2 of the node G is expressed by the following equation (3).

Vg2=1.8+(3.3−1.8)×R2/(R3+R2) …(3)
このときの電圧Vg2はトランジスタQ51をオフにする電圧であるので、電圧Vg2は下記(4)の不等式を満足することが必要になる。
Vg2 = 1.8 + (3.3-1.8) × R2 / (R3 + R2) (3)
Since the voltage Vg2 at this time is a voltage for turning off the transistor Q51, the voltage Vg2 needs to satisfy the following inequality (4).

3.3−|Vth|<Vg2 …(4)
従って、これらの(1)式〜(4)式を満たすように、抵抗器R2,R3の抵抗値を決定する。但し、第1〜第4の電源ライン21,27,28,31の電圧がそれぞれ所定の値に到達した後は、抵抗器R2,R3に静的な電流が流れる。抵抗器R2,R3に流れる電流が大きいと無駄に電力を消費することになるので、抵抗器R2,R3の抵抗値を決定する際には抵抗器R2,R3に流れる電流を考慮することが重要である。
3.3- | Vth | <Vg2 (4)
Therefore, the resistance values of the resistors R2 and R3 are determined so as to satisfy these equations (1) to (4). However, after the voltages of the first to fourth power supply lines 21, 27, 28, and 31 reach predetermined values, static currents flow through the resistors R2 and R3. When the current flowing through the resistors R2 and R3 is large, power is consumed wastefully, so it is important to consider the current flowing through the resistors R2 and R3 when determining the resistance values of the resistors R2 and R3. It is.

一方、抵抗器R1の抵抗値及びトランジスタQ51のサイズは、第4の電源ライン31に接続される素子の耐圧ΔVhに応じて決められる。ここで、第2の電源ライン27に1.8Vの電圧が供給される前であって第3の電源ライン28に3.3Vの電圧が供給されているときの第4の電源ライン31の電圧を、Vhとする。   On the other hand, the resistance value of the resistor R1 and the size of the transistor Q51 are determined according to the withstand voltage ΔVh of the element connected to the fourth power supply line 31. Here, the voltage of the fourth power supply line 31 before the voltage of 1.8V is supplied to the second power supply line 27 and when the voltage of 3.3V is supplied to the third power supply line 28. Is Vh.

本実施形態では、前述したように、第2の電源ライン27に1.8Vの電圧が供給される前に第3の電源ライン28に3.3Vの電圧が供給されると、トランジスタQ51がオンになるように抵抗器R2,R3の抵抗値を決定している。ここで、トランジスタQ51がオンのときにトランジスタQ51に流れる電流をIhとし、第2の電源ライン27の電圧を0Vとすると、第4の電源ライン31の電圧Vhは、Vh=Ih×R1となる。   In this embodiment, as described above, when the voltage of 3.3V is supplied to the third power supply line 28 before the voltage of 1.8V is supplied to the second power supply line 27, the transistor Q51 is turned on. The resistance values of the resistors R2 and R3 are determined so that Here, when the current flowing through the transistor Q51 when the transistor Q51 is on is Ih and the voltage of the second power supply line 27 is 0V, the voltage Vh of the fourth power supply line 31 is Vh = Ih × R1. .

第3の電源ライン28と第4の電源ライン31との間に接続された各素子が破壊されないためには、(3.3−Vh)の値が各素子の耐圧ΔVhよりも小さいことが必要である。この条件を満足するように、抵抗器R1の抵抗値及び電流Ihが流れるトランジスタQ51の素子サイズを決定する。   In order for each element connected between the third power supply line 28 and the fourth power supply line 31 not to be destroyed, the value of (3.3-Vh) needs to be smaller than the withstand voltage ΔVh of each element. It is. In order to satisfy this condition, the resistance value of the resistor R1 and the element size of the transistor Q51 through which the current Ih flows are determined.

なお、トランジスタQ51がオンになると、トランジスタQ52もオンになり、トランジスタQ53のゲート電圧が上昇する。これにより、トランジスタQ53がオンになって第1の電源ライン26と第2の電源ライン27とが電気的に接続され、第2の電源ライン27の電圧が第1の電源ライン26の電圧(0V)と同じになる。   Note that when the transistor Q51 is turned on, the transistor Q52 is also turned on, and the gate voltage of the transistor Q53 increases. As a result, the transistor Q53 is turned on and the first power supply line 26 and the second power supply line 27 are electrically connected, and the voltage of the second power supply line 27 becomes the voltage (0V) of the first power supply line 26. ).

図7は、第1の電源ライン26、第2の電源ライン27及び第3の電源ライン28の順番で電圧が立ち上がる場合の各電源ライン26,27,28,31及びノードN1の電圧変化をシミュレーション計算した結果を表す図である。ここでは、第1の電源ライン26の電圧が0Vになってから2ns後に第2の電源ライン27に1.8Vの電圧が供給され、6ns後に第3の電源ライン28に3.3Vの電圧が供給されるものとしている。   FIG. 7 shows a simulation of voltage changes in the power supply lines 26, 27, 28, and 31 and the node N1 when the voltage rises in the order of the first power supply line 26, the second power supply line 27, and the third power supply line 28. It is a figure showing the result of calculation. Here, a voltage of 1.8 V is supplied to the second power supply line 27 2 ns after the voltage of the first power supply line 26 becomes 0 V, and a voltage of 3.3 V is applied to the third power supply line 28 after 6 ns. It is supposed to be supplied.

第1の電源ライン26、第2の電源ライン27及び第3の電源ライン28の順番で電圧が立ち上がる場合は、図7に示すように、2ns〜2.3nsの間に第2の電源ライン28の電圧が0Vから1.8Vに変化している。第3の電源ライン31に供給される電圧が立ち上がる前は、第4の電源ライン31の電圧は0.8V程度である。第3の電源ライン28の電圧が3.3Vになると、第4の電源ライン31の電圧は1.805V程度になる。   When the voltage rises in the order of the first power supply line 26, the second power supply line 27, and the third power supply line 28, as shown in FIG. 7, the second power supply line 28 is between 2 ns and 2.3 ns. Is changed from 0V to 1.8V. Before the voltage supplied to the third power supply line 31 rises, the voltage of the fourth power supply line 31 is about 0.8V. When the voltage of the third power supply line 28 becomes 3.3V, the voltage of the fourth power supply line 31 becomes about 1.805V.

図7からわかるように、第2の電源ライン27,第3の電源ライン28及び第4の電源ライン31とノードN1との間の電圧差は2V以下である。また、第1の電源ライン26と第2の電源ライン27との間の電圧差、及び第3の電源ライン28と第4の電源ライン31との間の電圧差も2V以下である。このため、レベルシフタ回路20を形成する各素子の耐圧が2V程度であっても、素子が破壊されることはない。   As can be seen from FIG. 7, the voltage difference between the second power supply line 27, the third power supply line 28, the fourth power supply line 31, and the node N1 is 2 V or less. The voltage difference between the first power supply line 26 and the second power supply line 27 and the voltage difference between the third power supply line 28 and the fourth power supply line 31 are also 2 V or less. For this reason, even if the breakdown voltage of each element forming the level shifter circuit 20 is about 2 V, the element is not destroyed.

図8は、第1の電源ライン26、第3の電源ライン28及び第2の電源ライン27の順番で電圧が立ち上がる場合の各電源ライン26,27,28,31及びノードN1の電圧変化をシミュレーション計算した結果を表す図である。ここでは、第1の電源ライン26の電圧が0Vになってから2ns後に第3の電源ライン28に3.3Vの電圧が供給され、6ns後に第2の電源ライン28に1.8Vの電圧が供給されるものとしている。   FIG. 8 shows a simulation of voltage changes in the power supply lines 26, 27, 28, and 31 and the node N1 when the voltage rises in the order of the first power supply line 26, the third power supply line 28, and the second power supply line 27. It is a figure showing the result of calculation. Here, a voltage of 3.3 V is supplied to the third power supply line 28 2 ns after the voltage of the first power supply line 26 becomes 0 V, and a voltage of 1.8 V is applied to the second power supply line 28 after 6 ns. It is supposed to be supplied.

第3の電源ライン28に3.3Vの電圧が供給されると、トランジスタQ51がオンになり、抵抗器R1に電流が流れて、第4の電源ライン31の電圧は1.5V程度になる。このため、第3の電源ライン28と第4の電源ライン31との間に接続された各素子には1.8V程度の電圧しかかからない。この場合も、レベルシフタ回路20を形成する各素子が破壊されることはない。   When a voltage of 3.3V is supplied to the third power supply line 28, the transistor Q51 is turned on, a current flows through the resistor R1, and the voltage of the fourth power supply line 31 becomes about 1.5V. For this reason, each element connected between the third power supply line 28 and the fourth power supply line 31 only takes a voltage of about 1.8V. Also in this case, each element forming the level shifter circuit 20 is not destroyed.

10,20…レベル変換回路、11,12,21,22…レベルシフタ、13,14,23,24…ドライバ回路、16,26…第1の電源ライン、17,27…第2の電源ライン、18,28…第3の電源ライン、19,29…バイアス電圧発生回路、25…保護回路、31…第4の電源ライン、32a〜32e,34a,34b…インバータ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,20 ... Level conversion circuit 11, 12, 21, 22 ... Level shifter 13, 14, 23, 24 ... Driver circuit, 16, 26 ... First power supply line, 17, 27 ... Second power supply line, 18 , 28 ... third power supply line, 19, 29 ... bias voltage generation circuit, 25 ... protection circuit, 31 ... fourth power supply line, 32a to 32e, 34a, 34b ... inverter.

Claims (4)

第1の電圧が供給される第1の電源ラインと、
前記第1の電圧よりも高い第2の電圧が供給される第2の電源ラインと、
前記第2の電圧よりも高い第3の電圧が供給される第3の電源ラインと、
第4の電源ラインと、
前記第1の電源ラインと前記第2の電源ラインとに接続されて入力信号のレベルを変換する第1のレベルシフタと、
前記第3の電源ラインと前記第4の電源ラインとに接続されて前記第1のレベルシフタから出力される信号のレベルを変換する第2のレベルシフタと、
前記第1の電源ライン、前記第2の電源ライン、前記第3の電源ライン及び前記第4の電源ラインに接続された保護回路とを有し、
前記保護回路は、
前記第3の電源ラインと前記第2の電源ラインとの間に直列に接続されたトランジスタ及び第1の抵抗器と、
前記第3の電源ラインと前記第2の電源ラインとの間に直列に接続された第2の抵抗器及び第3の抵抗器とを有し、
前記トランジスタのゲートが前記第2の抵抗器と前記第3の抵抗器との接続部に接続され、前記トランジスタと前記第1の抵抗器との接続部が前記第4の電源ラインに接続されている
ことを特徴とするレベル変換回路。
A first power supply line to which a first voltage is supplied;
A second power supply line to which a second voltage higher than the first voltage is supplied;
A third power supply line to which a third voltage higher than the second voltage is supplied;
A fourth power line;
A first level shifter connected to the first power supply line and the second power supply line for converting the level of an input signal;
A second level shifter that is connected to the third power supply line and the fourth power supply line and converts a level of a signal output from the first level shifter;
A protection circuit connected to the first power line, the second power line, the third power line, and the fourth power line;
The protection circuit is
A transistor and a first resistor connected in series between the third power supply line and the second power supply line;
A second resistor and a third resistor connected in series between the third power supply line and the second power supply line;
A gate of the transistor is connected to a connection portion between the second resistor and the third resistor, and a connection portion between the transistor and the first resistor is connected to the fourth power supply line. level conversion circuit characterized in that there.
前記保護回路は、
前記第1の電源ラインに前記第1の電圧が供給された後、前記第3の電源ラインに前記第3の電圧が供給される前に前記第2の電源ラインに前記第2の電圧が供給されたときには前記トランジスタをオフにし、
前記第1の電源ラインに前記第1の電圧が供給された後、前記第2の電源ラインに前記第2の電圧が供給される前に前記第3の電源ラインに前記第3の電圧が供給されたときには前記トランジスタをオンにすることを特徴とする請求項1に記載のレベル変換回路。
The protection circuit is
After the first voltage is supplied to the first power supply line, the second voltage is supplied to the second power supply line before the third voltage is supplied to the third power supply line. The transistor is turned off when
After the first voltage is supplied to the first power supply line, the third voltage is supplied to the third power supply line before the second voltage is supplied to the second power supply line. 2. The level conversion circuit according to claim 1 , wherein the transistor is turned on when it is set.
前記保護回路は、前記トランジスタがオンとなったときに、前記第2の電源ラインと前記第1の電源ラインとを電気的に接続する回路を有することを特徴とする請求項1又2に記載のレベル変換回路。 The protection circuit, when the transistor is turned on, according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a circuit for connecting said second power supply line and said first power supply line electrically Level conversion circuit. 前記第3の電源ラインと出力端子との間に接続された第1の出力トランジスタと、
前記出力端子と前記第1の電源ラインとの間に接続された第2の出力トランジスタと、
前記第1のレベルシフタから出力された信号を前記第2の出力トランジスタに伝達する第1のドライバ回路と、
前記第2のレベルシフタから出力された信号を前記第1の出力トランジスタに伝達する第2のドライバ回路と
を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のレベル変換回路。
A first output transistor connected between the third power supply line and an output terminal;
A second output transistor connected between the output terminal and the first power supply line;
A first driver circuit for transmitting a signal output from the first level shifter to the second output transistor;
4. The level conversion circuit according to claim 1, further comprising: a second driver circuit configured to transmit a signal output from the second level shifter to the first output transistor. 5.
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