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JPH0754899B2 - Level shift circuit - Google Patents
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JPH0754899B2 - Level shift circuit - Google Patents

Level shift circuit

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JPH0754899B2
JPH0754899B2 JP3236851A JP23685191A JPH0754899B2 JP H0754899 B2 JPH0754899 B2 JP H0754899B2 JP 3236851 A JP3236851 A JP 3236851A JP 23685191 A JP23685191 A JP 23685191A JP H0754899 B2 JPH0754899 B2 JP H0754899B2
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transistor
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庄一 清水
幸男 釜谷
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、GaAsを用いた集積
回路に用いるレベルシフト回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a level shift circuit used in an integrated circuit using GaAs.

【0002】[0002]

【従来の技術】これまでGaAsを用いた集積回路に用
いるレベルシフト回路には、図5に示すような回路が用
いられていた(R.L.Van Tuyl, C.A.Liechti,"High-spee
d integreted logic with GaAs MESFETs" IEEE JOURNAL
OF SOLID-STATE CIRCUITS,VOL. sc-9,NO.5 OCTOBER 197
4 pp.269-276 参照 )。これはダイオードを用いたレ
ベルシフト回路である。出力段のレベルシフト回路にお
けるソースフォロワを構成するトランジスタQ51の出力
電位に対して、レベルシフト用のダイオードD51〜D53
の縦続接続により、重ねられたタイオードの接合電位
(ほぼ0.8V)の段数に応じた電位降下に応じた電位
をシフトさせるものである。
2. Description of the Related Art Up to now, a level shift circuit used in an integrated circuit using GaAs has used a circuit as shown in FIG. 5 (RL Van Tuyl, CALiechti, "High-spee".
d integrated logic with GaAs MESFETs "IEEE JOURNAL
OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL.sc-9, NO.5 OCTOBER 197
4 pp.269-276). This is a level shift circuit using a diode. With respect to the output potential of the transistor Q51 which constitutes the source follower in the level shift circuit of the output stage, the level shift diodes D51 to D53 are provided.
The cascade connection of (1) shifts the potential according to the potential drop corresponding to the number of stages of the junction potential (approximately 0.8 V) of the stacked thyroids.

【0003】このようなダイオードを用いたレベルシフ
ト回路は、ダイオードの接合電位により電位降下を生じ
させるものであるため、原理的には出力電位を接合電位
の整数倍毎に出力電位を制御できるのみであった。
Since the level shift circuit using such a diode causes a potential drop due to the junction potential of the diode, in principle, the output potential can only be controlled for each integral multiple of the junction potential. Met.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ダイオードを用いたレ
ベルシフト回路では、ダイオードの接合電位より決定さ
れるレベルシフト量にしたがって出力電位をシフトする
ことができるのみであった。
In the level shift circuit using the diode, the output potential can only be shifted according to the level shift amount determined by the junction potential of the diode.

【0005】本発明においては、出力電位のシフト量を
任意に制御することができるレベルシフト回路を提供す
る。
The present invention provides a level shift circuit capable of arbitrarily controlling the shift amount of the output potential.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明においては、ゲー
トに入力電位を入力しソースフォロワを構成する第1の
ショットキーゲート型電界効果トランジスタと、ドレイ
ンに定電位を与え、ゲートにバイアスを与えられた第2
のショットキーゲート型電界効果トランジスタとの間
に、ドレイン電極とゲート電極を短絡したショットキー
ゲート型トランジスタを縦続接続した回路を備え、前記
回路において縦続接続されたショットキーゲート型電界
効果トランジスタのドレイン電極またはソース電極を出
力端子とすることを特徴とするレベルシフト回路を提供
する。
According to the present invention, a first Schottky gate type field effect transistor forming a source follower by inputting an input potential to a gate, a constant potential is applied to a drain and a bias is applied to a gate. The second
A Schottky gate type field effect transistor having a drain electrode and a gate electrode short-circuited in series between the Schottky gate type field effect transistor and the Schottky gate type field effect transistor. A level shift circuit using an electrode or a source electrode as an output terminal.

【0007】[0007]

【作用】図1は、本発明のレベルシフト回路の基本構成
を示す図である。トランジスタQ1はソースフォロワを
構成するショットキーゲート型電界効果トランジスタで
ある。トランジスタQ2はバイアスを与えられることに
より、電流源として機能するショットキーゲート型電界
効果トランジスタである。トランジスタQ3、Q4はそ
れぞれゲート、ドレイン電極を短絡したレベルシフト用
のショットキーゲート型電界効果トランジスタである。
FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of the level shift circuit of the present invention. The transistor Q1 is a Schottky gate type field effect transistor which constitutes a source follower. The transistor Q2 is a Schottky gate type field effect transistor that functions as a current source when biased. The transistors Q3 and Q4 are Schottky gate type field effect transistors for level shift in which the gate and drain electrodes are short-circuited.

【0008】このレベルシフト回路の動作原理を説明す
る。ここでトランジスタQ1〜Q4の特性は等しく設計
されているものとする。トランジスタQ2にあるバイア
スVgが与えられると、バイアス値に応じた電流が流れ
る。このとき値の等しい電流がトランジスタQ1にも流
れるので、トランジスタQ1のゲート・ソース間にはト
ランジスタQ2のゲート・ソース間の電圧と等しい電圧
が生じる。これにより入力端に電位Vinが与えられた
とき、出力端out1にはトランジスタQ1のゲート・
ソース間電位Vgだけレベルシフトした電位が出力され
る。このレベルシフト量はトランジスタQ2のゲート・
ソース間電位で決定されるので、トランジスタQ2に与
えるバイアスを決定することにより出力端out1のレ
ベルシフト量を決定することができる。
The operating principle of this level shift circuit will be described. Here, it is assumed that the transistors Q1 to Q4 are designed to have the same characteristics. When a bias Vg is applied to the transistor Q2, a current corresponding to the bias value flows. At this time, currents having the same value also flow in the transistor Q1, so that a voltage equal to the voltage between the gate and source of the transistor Q2 is generated between the gate and source of the transistor Q1. As a result, when the potential Vin is applied to the input end, the gate of the transistor Q1
A potential level-shifted by the source-source potential Vg is output. This level shift amount is the gate of the transistor Q2
Since it is determined by the potential between the sources, the level shift amount of the output terminal out1 can be determined by determining the bias applied to the transistor Q2.

【0009】次に出力端out2、out3でのレベル
シフトを説明する。トランジスタQ3、Q4はそれぞれ
ゲート、ドレイン電極が接続されており、いわゆるダイ
オード接続された構成をとる。ここでトランジスタQ
3、Q4それぞれのソース・ドレイン間の電位差は、ソ
ース・ゲート間の電位差で与えられる。これはトランジ
スタのV−I特性により決定されるので、電流値を適当
に設定することにより、例えばトランジスタQ3、Q4
のゲート・ソース間の電圧を0.4V程度とすることも
可能となる。これによりダイオードを用いたレベルシフ
ト回路では実現できなかった、シフト電圧のより小さい
レベルシフト回路を構成することが可能となる。
Next, the level shift at the output terminals out2 and out3 will be described. The transistors Q3 and Q4 are connected to the gate and drain electrodes, respectively, and have a so-called diode-connected configuration. Where transistor Q
The potential difference between the source and drain of each of 3 and Q4 is given by the potential difference between the source and gate. Since this is determined by the VI characteristics of the transistor, by setting the current value appropriately, for example, the transistors Q3, Q4
It is also possible to set the voltage between the gate and the source to about 0.4V. This makes it possible to construct a level shift circuit having a smaller shift voltage, which could not be realized by the level shift circuit using the diode.

【0010】すなわち本発明によれば、レベルシフト電
圧は縦続接続されたトランジスタのゲートソース間の電
圧により決定されるので、トランジスタの特性と、与え
るバイアス電位により、出力のレベルシフト量を任意に
設定することが可能となる。
That is, according to the present invention, since the level shift voltage is determined by the gate-source voltage of the cascade-connected transistors, the level shift amount of the output is arbitrarily set according to the characteristics of the transistor and the bias potential applied. It becomes possible to do.

【0011】[0011]

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図2は差動入力回路の出力段に本発明のレベルシフ
ト回路を用いたものである。FETは全てノーマリオフ
タイプである。また、Q13、Q17、Q21はゲート電位を
共通にしたノーマリオフ型FETによる電流源である。
また、バイアス回路はバイアスラインを通じてQ13、Q
17、Q21のゲート電位にバイアス電圧を与える役目をし
ている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 2, the level shift circuit of the present invention is used in the output stage of the differential input circuit. All FETs are normally-off type. Further, Q13, Q17 and Q21 are current sources of normally-off type FETs having a common gate potential.
Also, the bias circuit uses Q13 and Q through the bias line.
17, it has a role of giving a bias voltage to the gate potential of Q21.

【0012】この回路の動作を簡単に説明する。入力端
子A1 が”1”レベルの時(A2 は”0”レベル)RL1
で決まる電流がQ11を流れる。この電流がRL1を流れる
ことによって、Q14のゲート電位は低くなり、出力端子
B1 は”0”(出力端子C1は”1”)レベルを示し、
インバータ動作をする。
The operation of this circuit will be briefly described. When the input terminal A1 is at "1" level (A2 is at "0" level) RL1
The current determined by is flowing through Q11. When this current flows through RL1, the gate potential of Q14 becomes low, the output terminal B1 shows "0" (the output terminal C1 is "1") level,
Inverter operation.

【0013】ここでQ15、Q16、Q19、Q20はそれぞれ
ドレイン、ゲート電極を接続したレベルシフト用のトラ
ンジスタである。これらのトランジスタのゲート、ソー
ス間に生ずる電位差分だけレベルシフトした出力電圧を
取り出すことができる。出力電圧のレベルシフト量は各
トランジスタのV−I特性により定められるので、トラ
ンジスタに流れる電流値によりシフト量を設定すること
が可能となる。
Here, Q15, Q16, Q19, and Q20 are level shift transistors having their drain and gate electrodes connected, respectively. The output voltage level-shifted by the potential difference generated between the gate and the source of these transistors can be taken out. Since the level shift amount of the output voltage is determined by the VI characteristic of each transistor, the shift amount can be set by the value of the current flowing through the transistor.

【0014】またトランジスタQ15、Q16に流れる電流
はトランジスタQ17に流れる電流と等しく、またトラン
ジスタQ19、Q20に流れる電流はトランジスタQ21に流
れる電流と等しいので、トランジスタQ15、Q16または
トランジスタQ19、Q20に流れる電流を設定すること
は、それぞれトランジスタQ17、Q21にながれる電流を
設定することになる。したがってバイアス回路によりト
ランジスタQ17、Q21に与えられるバイアスを可変とし
て、適宜設定できるようにすれば、与えるバイアスによ
り出力のレベルシフト量を任意に設定できる。
Since the current flowing through the transistors Q15 and Q16 is equal to the current flowing through the transistor Q17 and the current flowing through the transistors Q19 and Q20 is equal to the current flowing through the transistor Q21, the current flowing through the transistors Q15 and Q16 or the transistors Q19 and Q20. Setting the currents sets the currents flowing to the transistors Q17 and Q21, respectively. Therefore, if the bias applied to the transistors Q17 and Q21 by the bias circuit is variable and can be set appropriately, the level shift amount of the output can be arbitrarily set by the applied bias.

【0015】次にバイアス回路の構成例を、図3に示
す。図3は抵抗R31、R32とノーマリオフ型FETQ3
1、Q32で構成されたバイアス回路である。これはトラ
ンジスタQ32のゲート、ドレイン電極間にトランジスタ
Q31を挿入して、Q32のゲートドレイン間電圧を大きく
する工夫をしている。R32はQ31のドレイン電流を決め
ている。もちろんその電流はQ31のゲートソース間電圧
を0.4V程度として、ショットキーダイオードをオン
させない電流に設定されている。図2のトランジスタQ
13と図3のトランジスタQ32のFETが同じ寸法である
ときは、カレントミラー回路動作から双方のトランジス
タは等しい電流値となる。
Next, a configuration example of the bias circuit is shown in FIG. Fig. 3 shows resistors R31 and R32 and normally-off type FET Q3
This is a bias circuit composed of 1 and Q32. This is done by inserting the transistor Q31 between the gate and drain electrodes of the transistor Q32 to increase the gate-drain voltage of Q32. R32 determines the drain current of Q31. Of course, the current is set to a current that does not turn on the Schottky diode by setting the gate-source voltage of Q31 to about 0.4V. Transistor Q in Figure 2
When 13 and the FET of the transistor Q32 in FIG. 3 have the same size, both transistors have the same current value due to the current mirror circuit operation.

【0016】図4は上記図3のバイアス回路の別の構成
例である。これはダイオードD1 〜Dn をトランジスタ
Q41のソース電極とトランジスタQ42のゲート電極の間
に挿入して、外気温が変化したとき、抵抗R41とダイオ
ードの温特で補償するようにしてトランジスタQ42の電
流が変化しないように工夫している。合わせてトランジ
スタQ42のドレイン、ソース間の電圧を大きくとってい
る。
FIG. 4 shows another configuration example of the bias circuit shown in FIG. This is because the diodes D1 to Dn are inserted between the source electrode of the transistor Q41 and the gate electrode of the transistor Q42 so that when the outside air temperature changes, the current of the transistor Q42 is compensated by the temperature characteristic of the resistor R41 and the diode. It is devised so that it does not change. In addition, the voltage between the drain and the source of the transistor Q42 is set large.

【0017】以上説明したように、本発明のレベルシフ
ト回路は、いわゆる「Source Coupled Logic」の入力と
出力のレベルシフトを行うための回路に広く用いること
が可能である。
As described above, the level shift circuit of the present invention can be widely used as a circuit for performing level shift of input and output of so-called "Source Coupled Logic".

【0018】なお図1に示したレベルシフト回路におい
ては、ゲート・ドレイン電極を接続したトランジスタ
(トランジスタQ3、Q4)を2段に縦続接続して、出
力レベルシフトを実現したが、縦続接続するトランジス
タの数は2つに限定されるものではなく、必要に応じて
適宜変更できる。
In the level shift circuit shown in FIG. 1, transistors (transistors Q3 and Q4) having gate / drain electrodes connected to each other are cascaded in two stages to realize output level shift. The number of is not limited to two, and can be changed as needed.

【0019】また先の図1に示したレベルシフト回路の
説明では、トランジスタQ1〜Q4は等しい特性を有す
るものと仮定したが、特性の異なるトランジスタを設計
することにより、出力端子におけるレベルシフト幅を変
更することも可能となる。特性の等しいトランジスタを
用いた場合には、トランジスタQ1〜Q4には等しい電
流が流れるので、例えばトランジスタQ3、Q4のゲー
ト幅や、しきい値電圧を、トランジスタQ1、Q2の特
性値と異なるよう設計すると、出力端でのシフト幅をよ
り小さい電圧とすることもできる。このようにすればよ
り細かい出力電圧のシフト幅を設定することも可能とな
In the description of the level shift circuit shown in FIG. 1 above, it is assumed that the transistors Q1 to Q4 have equal characteristics, but by designing transistors having different characteristics, the level shift width at the output terminal can be reduced. It is possible to change. When transistors having the same characteristics are used, equal currents flow through the transistors Q1 to Q4. Therefore, for example, the gate widths and threshold voltages of the transistors Q3 and Q4 are designed to be different from the characteristic values of the transistors Q1 and Q2. Then, the shift width at the output end can be set to a smaller voltage. This makes it possible to set a finer shift width for the output voltage.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明によるレベルシフト回路において
は、出力電圧のシフト幅をトランジスタのゲート・ソー
ス間の電位により与えることが可能となるので、出力電
位のシフト量を任意に制御することが可能となる。
In the level shift circuit according to the present invention, since the shift width of the output voltage can be given by the potential between the gate and the source of the transistor, the shift amount of the output potential can be controlled arbitrarily. Becomes

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明のレベルシフト回路の基本構成を示す
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a level shift circuit of the present invention.

【図2】 本発明のレベルシフト回路の一実施例を示す
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of a level shift circuit of the present invention.

【図3】 バイアス回路の構成例を示す図FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a bias circuit.

【図4】 バイアス回路の構成例を示す図FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a bias circuit.

【図5】 従来用いられていたレベルシフト回路の例を
示す図
FIG. 5 is a diagram showing an example of a conventionally used level shift circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Q1 〜Q52 トランジスタ RL1〜RL2、R31〜R42 負荷抵抗 D1 〜D53 ダイオード Q1 to Q52 Transistors RL1 to RL2, R31 to R42 Load resistance D1 to D53 Diode

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ゲート電極に入力電位が供給された第1の
ショットキーゲート型電界効果トランジスタと、ドレイ
ン電極に基準電位が供給されゲート電極に所定バイアス
電位が供給された第2のショットキーゲート型電界効果
トランジスタとの間に、ドレイン電極とゲート電極とが
短絡された第3のショットキーゲート型電界効果トラン
ジスタを接続し、この第3のショットキーゲート型電界
効果トランジスタのドレイン電極またはソース電極を出
力端子とするレベルシフト回路において、前記第2のシ
ョットキーゲート型電界効果トランジスタのゲート電位
に供給される所定バイアス電位を調整することにより前
記第3のショットキーゲート型電界効果トランジスタに
おけるレベルシフト電圧を設定したことを特徴とするレ
ベルシフト回路。
1. A first Schottky gate type field effect transistor having a gate electrode supplied with an input potential, and a drain.
A reference potential is supplied to the gate electrode and a predetermined bias is applied to the gate electrode
Second Schottky gate type field effect supplied with potential
Between the transistor and the drain and gate electrodes
Shorted third Schottky gate field effect transistor
This third Schottky gate type electric field by connecting a transistor
Output the drain or source electrode of the effect transistor.
In the level shift circuit using the output terminal,
Gate potential of the Yottky gate type field effect transistor
By adjusting the predetermined bias potential supplied to
For the third Schottky gate field effect transistor
A level shift circuit characterized in that a level shift voltage is set .
【請求項2】ソース電極が共通に接続された第4及び第
5のショットキーゲート型電界効果トランジスタと、こ
の第4及び第5のショットキーゲート型電界効果トラン
ジスタの共通ソース電極と基準電位との間に設けられ、
ゲート電極に所定バイアス電位が供給される第6のショ
ットキーゲート型電界効果トランジスタとからなる差動
入力回路の出力電位を前記第1のショットキーゲート型
電界効果トランジスタの入力電位としたことを特徴とす
る請求項1記載のレベルシフト回路。
2. A fourth and fifth Schottky gate type field effect transistors having source electrodes connected in common, a common source electrode of the fourth and fifth Schottky gate type field effect transistors, and a reference potential . Between the
The output potential of a differential input circuit including a sixth Schottky gate type field effect transistor whose gate electrode is supplied with a predetermined bias potential is set to the input potential of the first Schottky gate type field effect transistor. The level shift circuit according to claim 1.
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