JPH06105870B2 - Level shift circuit - Google Patents
Level shift circuitInfo
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- JPH06105870B2 JPH06105870B2 JP61012363A JP1236386A JPH06105870B2 JP H06105870 B2 JPH06105870 B2 JP H06105870B2 JP 61012363 A JP61012363 A JP 61012363A JP 1236386 A JP1236386 A JP 1236386A JP H06105870 B2 JPH06105870 B2 JP H06105870B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は集積回路に用いられるレベルシフト回路に関
し、特に出力部の電源電圧が大きな場合に用いられる、
高圧Nチャンネル二重拡散MOSトランジスタと高圧PNPト
ラジスタを用いたレベルシフト回路に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a level shift circuit used in an integrated circuit, and is particularly used when the power supply voltage of the output section is large.
The present invention relates to a level shift circuit using a high voltage N channel double diffused MOS transistor and a high voltage PNP transistor.
従来この種の回路は第2図に示す構成をとることが一般
的である。すなわち、デジタル信号処理を低圧(一般的
には5V)電源を使用してCMOSロジックにより行い、高圧
出力部には、高耐圧が得やすい、Nチャンネル二重拡散
トランジスタとその相補的なPNPトランジスタとで構成
し、PNPトランジスタのコレクタに負荷を接続し他端を
接地する。この回路は高圧Nチャンネル2重拡散トラン
ジスタ8のゲートがPチャンネルトランジスタ13とNチ
ャンネルトランジスタ14との低圧CMOSロジックにより低
圧電源回路の高圧側のレベル(例えば5V)に駆動される
と高圧Nチャンネル2重拡散トランジスタ8はオンし高
圧PNPトランジスタ9のベースを飽和状態に駆動して、
コレクタの電位を高圧電源回路の高圧側電圧にまで引き
上げる。又、高圧Nチャンネル2重拡散トランジスタ8
はゲートがCMOSロジックにより接地電位、例えばOVに駆
動されるとオフし、高圧PNPトランジスタ9もオフしコ
レクタ電圧はOVとなる。Conventionally, this type of circuit generally has the configuration shown in FIG. That is, digital signal processing is performed by CMOS logic using a low-voltage (generally 5V) power source, and a high-voltage output section is provided with an N-channel double diffusion transistor and its complementary PNP transistor The load is connected to the collector of the PNP transistor and the other end is grounded. In this circuit, when the gate of the high voltage N-channel double diffusion transistor 8 is driven to the high voltage side level (eg 5V) of the low voltage power supply circuit by the low voltage CMOS logic of the P channel transistor 13 and the N channel transistor 14, the high voltage N channel 2 The heavy diffusion transistor 8 is turned on to drive the base of the high voltage PNP transistor 9 to a saturated state,
Raise the collector potential to the high voltage side of the high voltage power supply circuit. Also, the high-voltage N-channel double diffusion transistor 8
Turns off when the gate is driven to the ground potential, for example, OV by CMOS logic, the high-voltage PNP transistor 9 also turns off, and the collector voltage becomes OV.
この様にして低圧ロジック部の信号レベル(例えば5V,0
V)が電圧電源回路の信号レベル(高圧側電圧10V)にレ
ベルシフトされる。In this way, the signal level of the low-voltage logic section (for example, 5V, 0
V) is level-shifted to the signal level of the voltage power supply circuit (high-side voltage 10V).
上述した従来のレベル回路では、Pチャンネルトランジ
スタを高耐圧に形成することができなかったため、PNP
トランジスタ9を用いなければならず、またNチャンネ
ルトランジスタ8を高耐圧にするためには二重拡散トラ
ンジスタとしなければならなかった。PNPトランジスタ
9は、高圧電源配線に接続されたエミッタからベースに
漏電流が流れやすいという欠点があり、また二重拡散ト
ランジスタ8は、チャンネル幅やチャンネル長の制御が
困難というトラジスタ特性のためドレイン電流量を少な
くするようにコントロールすることができないという欠
点があり、その結果、高圧電源回路がオンしている間
中、高圧電源配線3からPNPトランジスタ9のエミッタ
・ベースを通り、二重拡散トランジスタ8のドレイン電
流となって接地配線11に漏電流が流れ続け、電力消費が
大きくなってしまうという欠点があった。この漏電流を
減少させるには、二重拡散トランジスタ8のトランジス
タ特性を調節するか、ゲート印可電圧を調節する必要が
あるが、前述の通り二重トランジスタのトランジスタ特
性の調節は困難であり、またゲート印可電圧は低圧電源
2によって決定され、調節することができなかった。こ
のように従来のレベル回路では、電力消費は高圧Nチャ
ンネル二重拡散トランジスタのドレイン電流によるもの
が大部分を占めるため、このドレイン電流を他の回路動
作上必要にして十分な値にコントロールする必要があ
る。In the conventional level circuit described above, the P-channel transistor could not be formed to have a high breakdown voltage, so the PNP transistor
The transistor 9 must be used, and the N-channel transistor 8 must be a double diffusion transistor in order to have a high breakdown voltage. The PNP transistor 9 has a drawback that leakage current easily flows from the emitter connected to the high voltage power supply wiring to the base, and the double diffusion transistor 8 has a transistor characteristic that it is difficult to control the channel width and the channel length. There is a drawback that the amount cannot be controlled so as to reduce the amount, and as a result, the high voltage power supply line 3 passes through the emitter / base of the PNP transistor 9 and the double diffusion transistor 8 while the high voltage power supply circuit is on. There is a drawback in that the drain current becomes a leakage current and the leakage current continues to flow in the ground wiring 11, resulting in a large power consumption. In order to reduce this leakage current, it is necessary to adjust the transistor characteristics of the double diffusion transistor 8 or the gate applied voltage, but as described above, it is difficult to adjust the transistor characteristics of the double transistor. The gate applied voltage was determined by the low voltage power supply 2 and could not be adjusted. As described above, in the conventional level circuit, most of the power consumption is due to the drain current of the high-voltage N-channel double diffusion transistor. Therefore, it is necessary to control this drain current to a sufficient value by making it necessary for other circuit operations. There is.
このコントロールは本トランジスタが二重拡散構造であ
るため低圧のCMOSロジック部で用いる通常の構造のごと
くチャンネル幅とチャンネル長との比で自由に設定でき
ない、これは二重拡散トランジスタのチャンネル長がウ
ェハープロセス中の熱処理時間により決定されているた
め、同時に形成される他の用途に使用している二重拡散
トランジスタの特性を変えずに、レベルシフト部のトラ
ンジスタの特性だけを任意に変化することができないこ
とによる。従って、ゲート幅のみによりコントロールす
ることになるが、これはウェハープロセスで用いている
ホトリソグラフィーの精度によって決定され、小電流に
しようとしても限界があり、必要以上に流れてしまう場
合が多い。Since this transistor has a double diffusion structure, it cannot be freely set by the ratio of the channel width and the channel length like the normal structure used in the low voltage CMOS logic part. This is because the channel length of the double diffusion transistor is the wafer. Since it is determined by the heat treatment time during the process, it is possible to arbitrarily change only the characteristics of the transistor in the level shift section without changing the characteristics of the double diffusion transistor used for other purposes simultaneously formed. It depends on what you cannot do. Therefore, it is controlled only by the gate width, but this is determined by the accuracy of the photolithography used in the wafer process, and there is a limit even when trying to make a small current, and it often flows more than necessary.
本発明のレベルシフト回路は、低電圧電源回路の高圧側
にソースが接続され、ゲートとドレインが接続された、
負荷トランジスタとして動作する低圧Pチャンネルトラ
ンジスタと、この低圧Pチャンネルトランジスタのゲー
トとドレインとの接続点に同じくゲートとドレインを接
続しソースが接地された第1の高圧Nチャンネル二重拡
散トランジスタと、この両トランジスタのゲートとドレ
インとの接続点にゲートが接続され、ソースが接地され
たレベルシフト用の第2の高圧Nチャンネル二重拡散ト
ランジスタと、この第2の高圧Nチャンネル二重拡散ト
ランジスタのドレインがベースに接続され高圧電源回路
の高圧側にエミッタが接続されたPNPトランジスタと、
低圧Pチャンネルトランジスタとドレインとの接続点が
一端に接続され他端が接地されたトランスファゲートと
を有することを特徴とする。In the level shift circuit of the present invention, the source is connected to the high voltage side of the low voltage power supply circuit, and the gate and the drain are connected.
A low-voltage P-channel transistor operating as a load transistor, a first high-voltage N-channel double-diffused transistor whose gate and drain are also connected to the connection point of the gate and drain of this low-voltage P-channel transistor and whose source is grounded; A second high-voltage N-channel double diffusion transistor for level shifting, the gate of which is connected to the connection point of the gate and the drain of both transistors, and the source of which is grounded, and the drain of the second high-voltage N-channel double diffusion transistor. Is connected to the base and the emitter is connected to the high voltage side of the high voltage power supply circuit, and
It is characterized in that the low voltage P-channel transistor and the drain have a transfer gate connected to one end and the other end grounded.
次に、本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明の一実施例を示す。低圧Pチャンネルト
ランジスタ6は、ゲートとドレインとを共通接続してあ
るため抵抗として働く、この抵抗値はこの低圧Pチャン
ネルトランジスタが二重拡散構造でないためチャンネル
長とチャンネル幅との比により容易に可変できる。又、
Nチャンネルトランジスタ7のゲート、ドレインも共通
接続されているため、両トランジスタ6、7のゲート、
ドレインで決定された電流がNチャンネルトランジスタ
7のドレインに流れ込み、高圧Nチャンネル二重拡散ト
ランジスタ8のゲート電圧を発生する。この時Pチャン
ネルトランジスタ4とNチャンネルトランジスタ5とで
構成されているトランスファーゲートはオープン状態と
なる様にゲート入力、1,1′に電圧を与えている場合、
高圧Nチャンネル二重拡散トランジスタ8のゲートがバ
イアスされ、その時流れるドレイン電流はトランジスタ
7、8のチャンネル幅が同一の場合は両トランジスタ
7、8でいわゆるカレントミラー回路を構成して低圧P
チャンネルトランジスタ6の抵抗値調整により制御され
たドレイン電流と同一のドレイン電流が流れ、異る場合
は、チャンネル幅の比で流れ、PNPトランジスタ9のベ
ースを駆動して飽和させ、PNPトランジスタ9のコレク
タを高圧電源回路へ高圧側電圧レベルまで引き上げる。
このようにNチャンネルトランジスタ7と8のトランジ
スタ特性が同一の場合は、ゲート電圧が等しいので、両
者のドレイン電流も等しくなる。更に、そのゲート電圧
は、Pチャンネルトランジスタ6のチャンネル幅とチャ
ンネル長を調節することによって自在に変化させること
が可能である。すなわち、Pチャンネルトランジスタ6
のドレイン電流を少なくし、トランジスタ7と8のゲー
ト電圧が低くなるように設定すれば、トランジスタ8の
ドレイン電流を減少させ、漏電流を減少させることが可
能となる。また、トランスファーゲートがオンとなる様
にゲート入力1,1′に電圧を与えると、高圧Nチャンネ
ル二重拡散トランジスタ8はゲートが接地されるためオ
フし、PNPトランジスタ9のベース電流がなくなりPNPト
ランジスタ9がオフしコレクタは接地電位となる。この
ようにしてレベルシフトの機能を果す。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. The low-voltage P-channel transistor 6 acts as a resistance because the gate and drain are connected in common, and this resistance value can be easily changed by the ratio of the channel length and the channel width because the low-voltage P-channel transistor does not have a double diffusion structure. it can. or,
Since the gates and drains of the N-channel transistors 7 are also commonly connected, the gates of both transistors 6 and 7,
The drain-determined current flows into the drain of the N-channel transistor 7 and generates the gate voltage of the high-voltage N-channel double diffusion transistor 8. At this time, when the transfer gate composed of the P-channel transistor 4 and the N-channel transistor 5 has a gate input so that it is in an open state and voltage is applied to 1, 1 ',
When the gate of the high-voltage N-channel double diffusion transistor 8 is biased and the drain currents flowing at that time are the same in channel width of the transistors 7 and 8, both transistors 7 and 8 constitute a so-called current mirror circuit to form a low voltage P.
A drain current that is the same as the drain current controlled by adjusting the resistance value of the channel transistor 6 flows, and if different, it flows at a ratio of the channel width to drive the base of the PNP transistor 9 to saturate it, and the collector of the PNP transistor 9 To the high-voltage power supply circuit to the high-voltage side voltage level.
In this way, when the N-channel transistors 7 and 8 have the same transistor characteristics, the gate voltages are the same, and the drain currents of the two are also the same. Further, the gate voltage can be freely changed by adjusting the channel width and the channel length of the P-channel transistor 6. That is, the P-channel transistor 6
If the drain current is reduced and the gate voltages of the transistors 7 and 8 are set to be low, the drain current of the transistor 8 can be reduced and the leakage current can be reduced. When a voltage is applied to the gate inputs 1, 1'so that the transfer gate is turned on, the high voltage N-channel double diffusion transistor 8 is turned off because the gate is grounded, and the base current of the PNP transistor 9 disappears. 9 is turned off and the collector becomes the ground potential. In this way, the function of level shift is fulfilled.
以上説明したように、本発明はレベルシフト用の高圧N
チャンネル二重拡散トランジスタのドレイン電流が低圧
Pチャンネルトランジスタのチャンネル長と幅との比
と、このトランジスタに接続された高圧Nチャンネル二
重拡散トランジスタとレベルシフト用高圧Nチャンネル
二重拡散トランジスタのチャンネル幅との比で設定でき
るため自由度が高く、従来の方法によるフォトリソグラ
フィー精度で決るドレイン電流よりはるかに小さくで
き、レベルシフト回路での消費電力を大幅に低減できる
効果がある。As described above, the present invention provides a high voltage N for level shift.
The drain current of the channel double diffusion transistor is the ratio of the channel length to the width of the low voltage P channel transistor, and the channel width of the high voltage N channel double diffusion transistor and the level shifting high voltage N channel double diffusion transistor connected to this transistor. The degree of freedom is high because it can be set by the ratio of the above, and the drain current can be much smaller than the drain current determined by the photolithography accuracy by the conventional method, and the power consumption in the level shift circuit can be significantly reduced.
第1図は本発明の一実施例のレベルシフト回路の回路
図、第2図は従来のレベルシフト回路の回路図。 1,1′……ゲート入力、2……低圧電源配線、3……高
圧電源配線、4,13……Pチャンネルトランジスタ、5,14
……Nチャンネルトランジスタ、6……低圧Pチャンネ
ルトランジスタ、7,8……高圧Nチャンネル二重拡散ト
ランジスタ、9……高圧PNPトランジスタ、10……負
荷、11……接地配線、12……CMOSインバータ入力。FIG. 1 is a circuit diagram of a level shift circuit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram of a conventional level shift circuit. 1,1 '... Gate input, 2 ... Low-voltage power supply wiring, 3 ... High-voltage power supply wiring, 4,13 ... P-channel transistor, 5,14
...... N-channel transistor, 6 ... Low-voltage P-channel transistor, 7,8 ... High-voltage N-channel double diffusion transistor, 9 ... High-voltage PNP transistor, 10 ... Load, 11 ... Ground wiring, 12 ... CMOS inverter input.
Claims (1)
ゲートとドレインが接続された低圧Pチャンネルトラン
ジスタと、この低圧Pチャンネルトランジスタのゲート
とドレインとの接続点に同じくゲートとドレインを接続
しソースが設置された第1の高圧Nチャンネル二重拡散
トランジスタと、この両トランジスタのゲートとドレイ
ンとの接続点にゲートが接続されソースが設置された第
2の高圧Nチャンネル二重拡散トランジスタと、この第
2の高圧Nチャンネル二重拡散トランジスタのドレイン
がベースに接続され高圧電源回路の高圧側にエミッタが
接続された高圧PNPトランジスタと、前記低圧Pチャン
ネルトランジスタのゲートとドレインとの接続点が一端
に接続され他端が接地されたトランスファゲートとを有
することを特徴とするレベルシフト回路。1. A low-voltage P-channel transistor having a source connected to a high-voltage side of a low-voltage power supply circuit and a gate connected to a drain, and a gate and a drain connected to a connection point between the gate and the drain of the low-voltage P-channel transistor. A first high-voltage N-channel double-diffused transistor having a source installed, and a second high-voltage N-channel double-diffused transistor having a gate connected to a connection point between the gate and drain of both transistors and a source installed; The second high-voltage N-channel double diffusion transistor has a drain connected to the base and a high-voltage PNP transistor having an emitter connected to the high-voltage side of the high-voltage power supply circuit, and a connection point between the gate and the drain of the low-voltage P-channel transistor is one end. And a transfer gate connected to the other end and grounded at the other end. Level shift circuit.
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| JPS62171218A JPS62171218A (en) | 1987-07-28 |
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| JP (1) | JPH06105870B2 (en) |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| JPH0210914A (en) * | 1988-06-28 | 1990-01-16 | Nec Corp | Pulse generating circuit |
-
1986
- 1986-01-22 JP JP61012363A patent/JPH06105870B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPS62171218A (en) | 1987-07-28 |
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