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JP2009105721A - Level shift circuit - Google Patents

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JP2009105721A
JP2009105721A JP2007276367A JP2007276367A JP2009105721A JP 2009105721 A JP2009105721 A JP 2009105721A JP 2007276367 A JP2007276367 A JP 2007276367A JP 2007276367 A JP2007276367 A JP 2007276367A JP 2009105721 A JP2009105721 A JP 2009105721A
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JP
Japan
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node
voltage
terminal
vss1
vdd2
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Pending
Application number
JP2007276367A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoyuki Kono
智行 河野
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New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid an occurrence of a latch-up phenomenon even in the case of VSS1>VSS2, when input voltages VDD1 and VSS1 under VDD2>VSS2>VSS1 and VDD1>VSS1 are input and the levels are shifted to VDD2 and VSS2. <P>SOLUTION: A level shift circuit has a latch circuit 3 composed of two inverters subjected to back-to-back connection between a node N1 and a node N2 which become a signal output terminal OUT and operating on voltages VDD2 and VSS2, a first inverter 1 connected between a signal input terminal IN and a node N3 and operating on voltages VDD1 and VSS1, a second inverter 2 connected between the node N3 and a node N4 and operating on the voltages VDD1 and VSS1, a first inverse driving circuit 4 connected to the nodes N1, N2, and N3, a second inverse driving circuit 5 connected to the nodes N1, N2, and N4, and a diode D1 using a terminal side of the voltage VSS1 for anode and a terminal side of the voltage VSS2 for cathode. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、入力された信号の電圧レベルを変換して出力するレベルシフト回路に関するものである。   The present invention relates to a level shift circuit that converts a voltage level of an input signal and outputs the converted signal.

図6は従来のレベルシフト回路(例えば、特許文献1参照)の構成を示す回路図である。なお、以下の説明ではPMOSトランジスタは「MP*」で、NMOSトランジスタは「MN*」で表すこととする。「*」は番号である。   FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional level shift circuit (see, for example, Patent Document 1). In the following description, the PMOS transistor is represented by “MP *” and the NMOS transistor is represented by “MN *”. “*” Is a number.

1はトランジスタMP9,MN5からなる第1のインバータ、2はトランジスタMP10,MN6からなる第2のインバータである。3は第1のラッチ回路であり、ノードN1とN2の間に、トランジスタMP7,MN3からなるインバータとトランジスタMP8,MN4からなるインバータを、一方の入力側が他方の出力側に接続されるように逆並列接続して構成したものである。   Reference numeral 1 denotes a first inverter composed of transistors MP9 and MN5, and reference numeral 2 denotes a second inverter composed of transistors MP10 and MN6. Reference numeral 3 denotes a first latch circuit. Between the nodes N1 and N2, an inverter composed of transistors MP7 and MN3 and an inverter composed of transistors MP8 and MN4 are reversed so that one input side is connected to the other output side. It is configured by connecting in parallel.

4はノードN3の電圧がVSS1→VDD1に反転するとき、ノードN1,N2の電圧を反転(ノードN1をVDD2→VSS2に反転、ノードN2をVSS2→VDD2に反転)させるための第1の反転駆動回路であり、トランジスタMN1,MP1,MP3,MP5から構成されている。なお、トランジスタMN1,MP1の導通抵抗はトランジスタMP3,MP5の導通抵抗より小さく設定されている。   4 is a first inversion drive for inverting the voltages of the nodes N1 and N2 (the node N1 is inverted from VDD2 to VSS2 and the node N2 is inverted from VSS2 to VDD2) when the voltage of the node N3 is inverted from VSS1 to VDD1. The circuit is composed of transistors MN1, MP1, MP3, and MP5. The conduction resistances of the transistors MN1 and MP1 are set smaller than the conduction resistances of the transistors MP3 and MP5.

5はノードN4の電圧がVSS1→VDD1に反転するとき、ノードN1,N2の電圧を反転(ノードN1をVSS2→VDD2に反転、ノードN2をVDD2→VSS2に反転)させるための第2の反転駆動回路であり、トランジスタMN2,MP2,MP4,MP6から構成されている。なお、トランジスタMN2,MP2の導通抵抗はトランジスタMP4,MP6の導通抵抗より小さく設定されている。そして、信号入力端子INは第1のインバータ1の入力側に接続され、信号出力端子OUTはノードN1に接続されている。各電源電圧は、VDD2>VSS2>VSS1、且つVDD1>VSS1の関係にある。   5 is a second inversion drive for inverting the voltages of the nodes N1 and N2 (the node N1 is inverted from VSS2 to VDD2 and the node N2 is inverted from VDD2 to VSS2) when the voltage of the node N4 is inverted from VSS1 to VDD1. This circuit is composed of transistors MN2, MP2, MP4, and MP6. Note that the conduction resistances of the transistors MN2 and MP2 are set smaller than the conduction resistances of the transistors MP4 and MP6. The signal input terminal IN is connected to the input side of the first inverter 1, and the signal output terminal OUT is connected to the node N1. Each power supply voltage has a relationship of VDD2> VSS2> VSS1 and VDD1> VSS1.

さて、いま、信号入力端子INの電圧がVDD1であるときは、ノードN3の電圧はVSS1、ノードN4の電圧はVDD1となっている。また、ノードN1の電圧はVDD2、ノードN2の電圧はVSS2になっている。   Now, when the voltage of the signal input terminal IN is VDD1, the voltage of the node N3 is VSS1, and the voltage of the node N4 is VDD1. The voltage at the node N1 is VDD2, and the voltage at the node N2 is VSS2.

この状態において、信号入力端子INの電圧がVDD1→VSS1に変化したときは、次のように動作する。まず、ノードN3の電圧がVSS1→VDD1に変化することによりトランジスタMN1が導通し、ノードN4の電圧がVDD1→VSS1に変化することによりトランジスタMN2が遮断する。トランジスタMN1が導通することで、ノードN5が電圧VSS1の端子に対して低インピーダンス化するので、トランジスタMP1のソース、つまりノードN1の電圧がVDD2から「VSS2+Vth1」(Vth1はトランジスタMP1のしきい値電圧)の電圧に低下する。この結果、ラッチ回路3のトランジスタMP8,MN4からなるインバータが駆動され、ノードN2の電圧がVDD2に、ノードN1の電圧がVSS2になる方向に変化し、反転する。   In this state, when the voltage at the signal input terminal IN changes from VDD1 to VSS1, the operation is as follows. First, the transistor MN1 is turned on when the voltage at the node N3 changes from VSS1 to VDD1, and the transistor MN2 is cut off when the voltage at the node N4 changes from VDD1 to VSS1. When the transistor MN1 is turned on, the node N5 has a low impedance with respect to the terminal of the voltage VSS1, so that the source of the transistor MP1, that is, the voltage of the node N1 is changed from VDD2 to "VSS2 + Vth1" ) Voltage. As a result, the inverter composed of the transistors MP8 and MN4 of the latch circuit 3 is driven, and the voltage at the node N2 changes to VDD2 and the voltage at the node N1 changes to VSS2.

この遷移時に、第2の反転駆動回路5の側のトランジスタMP4,MP6については、トランジスタMP4は遮断状態から導通状態に移行し、トランジスタMP6は導通状態から遮断状態に移行するが、トランジスタMP4の遮断状態から導通状態への変化のタイミングが若干早くなるので、一時的にノードN2を電圧VDD2の端子に対して低インピーダンス化し、ノードN2の電圧がVSS2→VDD2に遷移する時間を短縮化させ、反転動作を高速化させる。   At the time of this transition, for the transistors MP4 and MP6 on the second inverting drive circuit 5 side, the transistor MP4 shifts from the cut-off state to the conductive state, and the transistor MP6 shifts from the conductive state to the cut-off state. Since the timing of the transition from the state to the conductive state is slightly earlier, the impedance of the node N2 is temporarily lowered relative to the terminal of the voltage VDD2, and the time for the voltage of the node N2 to transition from VSS2 to VDD2 is shortened and inverted. Speed up the operation.

なお、このとき、第1の反転駆動回路4の側のトランジスタMP3,MP5については、トランジスタMP5が先に遮断状態から導通状態に変化し、その後にトランジスタMP3が導通状態から遮断状態に変化するが、このときはトランジスタMN1,MP1が先に導通しており、しかもその導通抵抗がトランジスタMP3,MP5よりも小さく設定されているので、ノードN1の電圧VDD2方向への持ち上げ量はわずかであり、そのノードN1を電圧VSS2に反転させる動作に影響を与えることはない。   At this time, for the transistors MP3 and MP5 on the first inverting drive circuit 4 side, the transistor MP5 first changes from the cutoff state to the conduction state, and then the transistor MP3 changes from the conduction state to the cutoff state. At this time, since the transistors MN1 and MP1 are turned on first, and the conduction resistance is set smaller than those of the transistors MP3 and MP5, the lift amount of the node N1 in the direction of the voltage VDD2 is small. The operation of inverting the node N1 to the voltage VSS2 is not affected.

次に、信号入力端子INの電圧がVSS1→VDD1に変化したときは、ノードN3の電圧がVDD1→VSS1に変化することによりトランジスタMN1が遮断し、ノードN4の電圧がVSS1→VDD1に変化することによりトランジスタMN2が導通する。トランジスタMN2が導通することで、ノードN6が電圧VSS1の端子に対して低インピーダンス化するので、トランジスタMP2のソース、つまりノードN2の電圧がVDD2から「VSS2+Vth2」(Vth2はトランジスタMP2のしきい値電圧)の電圧に低下する。この結果、ラッチ回路3のトランジスタMP7,MN3からなるインバータが駆動され、ノードN1の電圧がVDD2に、ノードN2の電圧がVSS2になる方向に変化し、反転する。   Next, when the voltage at the signal input terminal IN changes from VSS1 to VDD1, the voltage at the node N3 changes from VDD1 to VSS1, so that the transistor MN1 is cut off, and the voltage at the node N4 changes from VSS1 to VDD1. As a result, the transistor MN2 becomes conductive. When the transistor MN2 is turned on, the node N6 has a low impedance with respect to the terminal of the voltage VSS1, so that the source of the transistor MP2, that is, the voltage of the node N2, is changed from VDD2 to “VSS2 + Vth2” (Vth2 is the threshold voltage of the transistor MP2). ) Voltage. As a result, the inverter composed of the transistors MP7 and MN3 of the latch circuit 3 is driven, the voltage at the node N1 changes to VDD2 and the voltage at the node N2 changes to VSS2, and is inverted.

この遷移時に、第1の反転駆動回路4の側のトランジスタMP3,MP5については、トランジスタMP3は遮断状態から導通状態に移行し、トランジスタMP5は導通状態から遮断状態に移行するが、トランジスタMP3の遮断状態から導通状態への変化のタイミングが若干早くなるので、一時的にノードN1を電圧VDD2の端子に対して低インピーダンス化し、ノードN1の電圧がVSS2→VDD2に遷移する時間を短縮化させ、反転動作を高速化させる。   At the time of this transition, for the transistors MP3 and MP5 on the first inversion driving circuit 4 side, the transistor MP3 shifts from the cut-off state to the conductive state, and the transistor MP5 shifts from the conductive state to the cut-off state. Since the timing of the transition from the state to the conductive state is slightly earlier, the impedance of the node N1 is temporarily lowered relative to the terminal of the voltage VDD2, the time for the voltage of the node N1 to transition from VSS2 to VDD2 is shortened, and inversion Speed up the operation.

なお、このとき、第2の反転駆動回路5の側のトランジスタMP4,MP6については、トランジスタMP6が先に遮断状態から導通状態に変化し、その後にトランジスタMP4が導通状態から遮断状態に変化するが、このときはトランジスタMN2、MP2が先に導通しており、しかもその導通抵抗がトランジスタMP4,MP6よりも小さく設定されているので、ノードN2の電圧VDD2方向への持ち上げ量はわずかであり、そのノードN2を電圧VSS2に反転させる動作に影響を与えることはない。   At this time, for the transistors MP4 and MP6 on the second inverting drive circuit 5 side, the transistor MP6 first changes from the cutoff state to the conduction state, and then the transistor MP4 changes from the conduction state to the cutoff state. At this time, the transistors MN2 and MP2 are turned on first, and the conduction resistance is set to be smaller than those of the transistors MP4 and MP6. Therefore, the lift amount of the node N2 in the direction of the voltage VDD2 is very small. The operation of inverting the node N2 to the voltage VSS2 is not affected.

このように、図6のレベルシフト回路によれば、VDD1,VSS1の電圧を入力して、VDD2,VSS2にレベルシフトされた出力信号を得ることができる。また、遷移時に、VDD2方向に遷移するノードN1又はN2とVDD2の端子側との間のインピーダンスを一時的に低下させるので、スイッチングスピードを高速化することができる。さらに回路全体をPMOSトランジスタとNMOSトランジスタのみで構成できる。
特開2005−150989号公報
As described above, according to the level shift circuit of FIG. 6, it is possible to obtain the output signal level-shifted to VDD2 and VSS2 by inputting the voltages VDD1 and VSS1. Further, at the time of transition, the impedance between the node N1 or N2 transitioning in the VDD2 direction and the terminal side of VDD2 is temporarily reduced, so that the switching speed can be increased. Furthermore, the entire circuit can be composed of only PMOS and NMOS transistors.
JP 2005-150989 A

ところが、このレベルシフト回路では、本来は上記したように、VSS2>VSS1であるが、何かの理由によって、これが反転して、VSS1>VSS2になると、CMOS回路部分に形成される寄生のPNPトランジスタとNPNトランジスタからなる寄生サイリスタにトリガ電流が流れ、その寄生サイリスタを導通させるラッチアップ現象が発生し、過大な電流が流れて素子破壊を引き起こす恐れがある。   However, in this level shift circuit, as described above, VSS2> VSS1, but for some reason, when this is inverted and VSS1> VSS2, a parasitic PNP transistor formed in the CMOS circuit portion. As a result, a trigger current flows through a parasitic thyristor composed of an NPN transistor, and a latch-up phenomenon that causes the parasitic thyristor to conduct occurs, and an excessive current may flow to cause element destruction.

図7はこれを説明するための要部の断面図である。図7(a)はトランジスタMN3が導通したとき(ノードN1=VSS2)の説明図であり、トランジスタMN5はP型不純物低濃度基板11に直接形成され、トランジスタMP9はN型不純物低濃度領域の島12内に形成され、トランジスタMP1はN型不純物高濃度領域の島13内のN型不純物低濃度領域の島14内に形成され、トランジスタMN3はN型不純物高濃度領域の島15内のP型不純物低濃度領域の島16内に形成されている。PNPトランジスタQ1、NPNトランジスタQ2は寄生サイリスタを構成する寄生トランジスタ、R1,R2,R3は寄生抵抗である。   FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part for explaining this. FIG. 7A is an explanatory diagram when the transistor MN3 is conductive (node N1 = VSS2). The transistor MN5 is formed directly on the P-type impurity low-concentration substrate 11, and the transistor MP9 is an island in the N-type impurity low-concentration region. 12, the transistor MP1 is formed in the island 14 of the N-type impurity low concentration region in the island 13 of the N-type impurity high concentration region, and the transistor MN3 is P-type in the island 15 of the N-type impurity high concentration region. The impurity is formed in the island 16 in the low concentration region. The PNP transistor Q1 and the NPN transistor Q2 are parasitic transistors that constitute a parasitic thyristor, and R1, R2, and R3 are parasitic resistances.

図7(b)はトランジスタMN4が導通したとき(ノードN2=VSS2)の説明図であり、トランジスタMN6はP型不純物低濃度基板11に直接形成され、トランジスタMP10はN型不純物低濃度領域の島17内に形成され、トランジスタMP2はN型不純物高濃度領域の島18内のN型不純物低濃度領域の島19内に形成され、トランジスタMN4はN型不純物高濃度領域の島20内のP型不純物低濃度領域の島21内に形成されている。PNPトランジスタQ3、NPNトランジスタQ4は寄生サイリスタを構成する寄生トランジスタ、R4,R5,R6は寄生抵抗である。   FIG. 7B is an explanatory diagram when the transistor MN4 is turned on (node N2 = VSS2). The transistor MN6 is formed directly on the P-type impurity low-concentration substrate 11, and the transistor MP10 is an island in the N-type impurity low-concentration region. 17 is formed in the island 19 of the N-type impurity low concentration region in the island 18 of the N-type impurity high concentration region, and the transistor MN4 is P-type in the island 20 of the N-type impurity high concentration region. The impurity is formed in the island 21 in the low concentration region. The PNP transistor Q3 and the NPN transistor Q4 are parasitic transistors that constitute a parasitic thyristor, and R4, R5, and R6 are parasitic resistors.

図7(a)では、VSS1>(VSS2+VBEQ2)になった時(VBEQ2はトランジスタQ2のベース・エミッタ間電圧)に、VSS1→R2→Q2のベース・エミッタ→N1→MN3→VSS2のルートでトリガ電流I_triggerが流れ、これにより、トランジスタQ2が導通してトランジスタQ1にベース電流が流れる。このため、抵抗R1とトランジスタQ2を経由するVDD1→VSS2間の大電流、VDD1→VSS1間の大電流、トランジスタQ1と抵抗R3を経由するVDD1→VSS1間の大電流がそれぞれ流れて、ラッチアップ現象が発生する。 In FIG. 7A, when VSS1> (VSS2 + VBEQ2 ) ( VBEQ2 is the base-emitter voltage of the transistor Q2), the route is VSS1 → R2 → base / emitter of Q2 → N1 → MN3 → VSS2. A trigger current I_trigger flows, whereby the transistor Q2 is turned on and a base current flows through the transistor Q1. Therefore, a large current between VDD1 → VSS2 via the resistor R1 and the transistor Q2, a large current between VDD1 → VSS1, and a large current between the VDD1 → VSS1 via the transistor Q1 and the resistor R3 flow, respectively. Will occur.

図7(b)でも、VSS1>(VSS2+VBEQ4)になった時(VBEQ4はトランジスタQ4のベース・エミッタ間電圧)に、VSS1→R5→Q4のベース・エミッタ→N2→MN4→VSS2のルートでトリガ電流I_triggerが流れ、これにより、トランジスタQ4が導通してトランジスタQ3にベース電流が流れる。このため、抵抗R4とトランジスタQ4を経由するVDD1→VSS2間の大電流、VDD1→VSS1間の大電流、トランジスタQ3と抵抗R6を経由するVDD1→VSS1間の大電流がそれぞれ流れて、ラッチアップ現象が発生する。 Also in FIG. 7B, when VSS1> (VSS2 + VBEQ4 ) ( VBEQ4 is the voltage between the base and emitter of the transistor Q4), the route is VSS1 → R5 → base / emitter of Q4 → N2 → MN4 → VSS2. A trigger current I_trigger flows, whereby the transistor Q4 is turned on and a base current flows through the transistor Q3. Therefore, a large current between VDD1 and VSS2 passing through the resistor R4 and the transistor Q4, a large current between VDD1 and VSS1, and a large current between VDD1 and VSS1 passing through the transistor Q3 and the resistor R6 flow, respectively. Will occur.

本発明の目的は、上記のように電源電圧の高低の関係が所定の関係から崩れた場合であっても、ラッチアップ現象が発生しないようにしたレベルシフト回路を提供することである。   An object of the present invention is to provide a level shift circuit in which a latch-up phenomenon does not occur even when the relationship between the levels of the power supply voltage collapses from a predetermined relationship as described above.

上記目的を達成するために、請求項1に係る発明のレベルシフト回路は、信号出力端子となる第1のノードと第2のノードの間に逆並列接続された2個のインバータからなり且つ電圧VDD2とVSS2で動作するラッチ回路と、入力側が信号入力端子に接続され出力側が第3のノードに接続され且つ電圧VDD1とVSS1で動作する第1のインバータと、入力側が該第3のノードに接続され出力側が第4のノードに接続され且つ電圧VDD1とVSS1で動作する第2のインバータと、前記第1、第2および第3のノードに接続され且つ電圧VDD2とVSS2とVSS1で動作する第1の反転駆動回路と、前記第1、第2および第4のノードに接続され且つ電圧VDD2とVSS2とVSS1で動作する第2の反転駆動回路とを具備するレベルシフト回路において、前記第1の反転駆動回路は、ソースが前記電圧VSS1の端子に接続されゲートが前記第3のノードに接続されドレインが第5のノードに接続された第1のNMOSトランジスタと、ゲートが前記電圧VSS2の端子に接続されドレインが前記第5のノードに接続されソースが前記第1のノードに接続された第1のPMOSトランジスタと、ゲートとドレインが前記第1のノードに接続されソースが第7のノードに接続された第5のPMOSトランジスタと、ドレインが前記第7のノードに接続されゲートが前記第2のノードに接続されソースが前記電圧VDD2の端子に接続された第3のPMOSトランジスタとからなり、前記第2の反転駆動回路は、ソースが前記電圧VSS1の端子に接続されゲートが前記第4のノードに接続されドレインが第6のノードに接続された第2のNMOSトランジスタと、ゲートが前記電圧VSS2の端子に接続されドレインが前記第6のノードに接続されソースが前記第2のノードに接続された第2のPMOSトランジスタと、ゲートとドレインが前記第2のノードに接続されソースが第8のノードに接続された第6のPMOSトランジスタと、ドレインが前記第8のノードに接続されゲートが前記第1のノードに接続されソースが前記電圧VDD2の端子に接続された第4のPMOSトランジスタとからなり、且つ前記電圧VSS2の端子と前記電圧VSS1の端子の間に、前記電圧VSS2の端子がカソードとなり、前記VSS1の端子がアノードとなるように、第1のダイオードが接続されている、ことを特徴とする。
請求項2にかかる発明のレベルシフト回路は、信号出力端子となる第11のノードと第12のノードの間に逆並列接続された2個のインバータからなり且つ電圧VDD1とVSS1で動作するラッチ回路と、入力側が信号入力端子に接続され出力側が第13のノードに接続され且つ電圧VDD2とVSS2で動作する第3のインバータと、入力側が該第13のノードに接続され出力側が第14のノードに接続され且つ電圧VDD2とVSS2で動作する第4のインバータと、前記第11、第12および第13のノードに接続され且つ電圧VDD2とVDD1とVSS1で動作する第3の反転駆動回路と、前記第11、第12および第14のノードに接続され且つ電圧VDD2とVDD1とVSS1で動作する第4の反転駆動回路とを具備するレベルシフト回路において、前記第3の反転駆動回路は、ソースが前記電圧VDD2の端子に接続されゲートが前記第13のノードに接続されドレインが第15のノードに接続された第11のPMOSトランジスタと、ゲートが前記電圧VDD1の端子に接続されドレインが前記第15のノードに接続されソースが前記第11のノードに接続された第11のNMOSトランジスタと、ゲートとドレインが前記第11のノードに接続されソースが第17のノードに接続された第15のNMOSトランジスタと、ドレインが前記第17のノードに接続されゲートが前記第12のノードに接続されソースが前記電圧VSS1の端子に接続された第13のNMOSトランジスタとからなり、前記第4の反転駆動回路は、ソースが前記電圧VDD2の端子に接続されゲートが前記第14のノードに接続されドレインが第16のノードに接続された第12のPMOSトランジスタと、ゲートが前記電圧VDD1の端子に接続されドレインが前記第16のノードに接続されソースが前記第12のノードに接続された第12のNMOSトランジスタと、ゲートとドレインが前記第12のノードに接続されソースが第18のノードに接続された第16のNMOSトランジスタと、ドレインが前記第18のノードに接続されゲートが前記第11のノードに接続されソースが前記電圧VSS1の端子に接続された第14のNMOSトランジスタとからなり、且つ前記電圧VDD2の端子と前記電圧VDD1の端子の間に、前記電圧VDD2の端子がカソードとなり、前記VDD1の端子がアノードとなるように、第2のダイオードが接続されている、ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a level shift circuit according to a first aspect of the present invention comprises two inverters connected in reverse parallel between a first node serving as a signal output terminal and a second node, and a voltage A latch circuit operating at VDD2 and VSS2, a first inverter connected at the input side to the signal input terminal and connected at the output side to the third node and operating at voltages VDD1 and VSS1, and an input side connected to the third node A second inverter whose output side is connected to the fourth node and operating at voltages VDD1 and VSS1, and a first inverter connected to the first, second and third nodes and operating at voltages VDD2, VSS2 and VSS1. And a second inverting drive circuit connected to the first, second and fourth nodes and operating at voltages VDD2, VSS2 and VSS1. In the level shift circuit, the first inversion driving circuit includes a first NMOS transistor having a source connected to the terminal of the voltage VSS1, a gate connected to the third node, and a drain connected to the fifth node. A first PMOS transistor having a gate connected to the terminal of the voltage VSS2, a drain connected to the fifth node and a source connected to the first node, and a gate and a drain connected to the first node. A fifth PMOS transistor having a source connected to the seventh node, a drain connected to the seventh node, a gate connected to the second node, and a source connected to the terminal of the voltage VDD2. The second inversion driving circuit has a source connected to the terminal of the voltage VSS1 and a gate connected to the front of the second inversion driving circuit. A second NMOS transistor connected to the fourth node and having a drain connected to the sixth node; a gate connected to a terminal of the voltage VSS2, a drain connected to the sixth node, and a source connected to the second node; A second PMOS transistor connected to the node; a sixth PMOS transistor having a gate and drain connected to the second node and a source connected to the eighth node; and a drain connected to the eighth node. And a fourth PMOS transistor having a gate connected to the first node and a source connected to the terminal of the voltage VDD2, and the voltage VSS2 between the terminal of the voltage VSS2 and the terminal of the voltage VSS1. The first diode is connected such that the first terminal is the cathode and the first VSS1 terminal is the anode. It is a sign.
A level shift circuit according to a second aspect of the present invention is a latch circuit comprising two inverters connected in antiparallel between an eleventh node and a twelfth node as signal output terminals and operating at voltages VDD1 and VSS1. A third inverter whose input side is connected to the signal input terminal and whose output side is connected to the thirteenth node and operates at voltages VDD2 and VSS2, and whose input side is connected to the thirteenth node and whose output side is the fourteenth node. A fourth inverter connected and operating at voltages VDD2 and VSS2, a third inversion driving circuit connected to the eleventh, twelfth and thirteenth nodes and operating at voltages VDD2, VDD1 and VSS1, and And a fourth inversion drive circuit connected to the eleventh, twelfth and fourteenth nodes and operating at voltages VDD2, VDD1 and VSS1. In the bell shift circuit, the third inversion driving circuit includes an eleventh PMOS transistor having a source connected to the terminal of the voltage VDD2, a gate connected to the thirteenth node, and a drain connected to the fifteenth node; An eleventh NMOS transistor having a gate connected to the terminal of the voltage VDD1, a drain connected to the fifteenth node and a source connected to the eleventh node, and a gate and a drain connected to the eleventh node. A fifteenth NMOS transistor having a source connected to the seventeenth node; a thirteenth drain having a drain connected to the seventeenth node; a gate connected to the twelfth node; and a source connected to the terminal of the voltage VSS1. The fourth inversion driving circuit has a source whose end is the voltage VDD2 A twelfth PMOS transistor having a gate connected to the fourteenth node and a drain connected to the sixteenth node, a gate connected to the terminal of the voltage VDD1, and a drain connected to the sixteenth node. A twelfth NMOS transistor having a source connected to the twelfth node; a sixteenth NMOS transistor having a gate and drain connected to the twelfth node and a source connected to the eighteenth node; A fourteenth NMOS transistor having a gate connected to the eleventh node, a gate connected to the eleventh node, and a source connected to the terminal of the voltage VSS1, and a terminal of the voltage VDD2 and a terminal of the voltage VDD1; In between, the terminal of the voltage VDD2 becomes the cathode and the terminal of the VDD1 becomes the anode. And a second diode is connected.

請求項1にかかる発明のレベルシフト回路によれば、電圧がVDD2>VSS2>VSS1、且つVDD1>VSS1の関係にあるとき、VDD1,VSS1の電圧を入力して、VDD2,VSS2の電圧を出力することができる他に、電圧VSS1,VSS2が正規の電圧関係VSS2>VSS1から反転して、VSS1>VSS2になっても、第1のダイオードによってバイパス路が形成されているので、寄生のPNPトランジスタと寄生のNPNトランジスタで形成される寄生のサイリスタにトリガ電流が供給されることが回避され、ラッチアップ発生を回避することができる。
請求項2にかかる発明のレベルシフト回路によれば、電圧がVDD2>VDD1>VSS1、且つVDD2>VSS2の関係にあるとき、電圧VDD1,VDD2が正規の電圧関係VDD2>VDD1から反転して、VDD1>VDD2になっても、第2のダイオードによってバイパス路が形成されているので、寄生のPNPトランジスタと寄生のNPNトランジスタで形成される寄生のサイリスタにトリガ電流が供給されることが回避され、ラッチアップ発生を回避することができる。また、請求項1にかかる発明と反対に、VDD2,VSS2の電圧を入力して、VDD1,VSS1の電圧を出力することができる。
According to the level shift circuit of the first aspect of the present invention, when the voltages are VDD2>VSS2> VSS1 and VDD1> VSS1, the voltages VDD1 and VSS1 are input and the voltages VDD2 and VSS2 are output. In addition, even when the voltages VSS1 and VSS2 are inverted from the normal voltage relationship VSS2> VSS1 and VSS1> VSS2 is satisfied, the bypass path is formed by the first diode. Supply of a trigger current to a parasitic thyristor formed of a parasitic NPN transistor is avoided, and occurrence of latch-up can be avoided.
According to the level shift circuit of the second aspect of the invention, when the voltages are in the relationship of VDD2>VDD1> VSS1 and VDD2> VSS2, the voltages VDD1 and VDD2 are inverted from the normal voltage relationship VDD2> VDD1, and VDD1 Even if> VDD2, the bypass path is formed by the second diode, so that a trigger current is prevented from being supplied to the parasitic thyristor formed by the parasitic PNP transistor and the parasitic NPN transistor. Up occurrence can be avoided. Contrary to the first aspect of the invention, the voltages VDD2 and VSS2 can be inputted and the voltages VDD1 and VSS1 can be outputted.

<実施例1>
図1は実施例1のレベルシフト回路の構成を示す回路図である。図6に示した従来のレベルシフト回路とは、電圧VSS1の端子と電圧VSS2の端子の間に、第1のダイオードD1を、電圧VSS1の端子側がアノード、電圧VSS2の端子側がカソードとなるように接続した点が異なる。
<Example 1>
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of the level shift circuit according to the first embodiment. In the conventional level shift circuit shown in FIG. 6, the first diode D1 is placed between the voltage VSS1 terminal and the voltage VSS2 terminal so that the terminal side of the voltage VSS1 is an anode and the terminal side of the voltage VSS2 is a cathode. The connection is different.

図2(a)は、第1のダイオードD1の断面を示す図である。このダイオードD1はP型不純物低濃度の基板11に直接形成されている。VSS1>VSS2になった時、このダイオードD1が導通して電圧VSS1の端子と電圧VSS2の端子の間にバイパス路を形成するので、寄生のPNPトランジスタQ1、NPNトランジスタQ2に対してトリガ電流が供給されることはなく、それらトランジスタQ1,Q2からなる寄生サイリスタがターンオンすることが回避される。   FIG. 2A is a diagram showing a cross section of the first diode D1. The diode D1 is directly formed on the substrate 11 having a low concentration of P-type impurities. When VSS1> VSS2, the diode D1 is turned on to form a bypass path between the voltage VSS1 terminal and the voltage VSS2 terminal, so that a trigger current is supplied to the parasitic PNP transistor Q1 and the NPN transistor Q2. The parasitic thyristor composed of the transistors Q1 and Q2 is prevented from turning on.

図2(b)は、第1のダイオードD1の別の例の断面図を示す図である。このダイオードD1は、P型不純物低濃度の基板11にN型不純物高濃度領域の島22を形成し、その領域22内にP型不純物低濃度領域の島23を形成して、その島23内にNPNトランジスタQ5を形成し、このトランジスタQ5をダイオード接続することで、形成されている。   FIG. 2B is a cross-sectional view of another example of the first diode D1. In the diode D1, an island 22 of a high N-type impurity concentration region is formed in a substrate 11 having a low P-type impurity concentration, and an island 23 of a P-type impurity low concentration region is formed in the region 22, and the island 23 The NPN transistor Q5 is formed in this, and this transistor Q5 is diode-connected.

このように、実施例1のレベルシフト回路では、本来の電源電圧が、VDD2>VSS2>VSS1、且つVDD1>VSS1の関係で使用されるべきであるときに、何らかの理由によって、VSS1>VSS2となる事態が発生したとしても、ダイオードD1によって、予め電圧VSS1の端子と電圧VSS2の端子の間にバイパス路が形成されているので、寄生のPNPトランジスタ、NPNトランジスタに対してトリガ電流が供給されることはなく、それら寄生トランジスタからなる寄生サイリスタがターンオンすることが回避され、ラッチアップ現象の発生が回避される。   As described above, in the level shift circuit according to the first embodiment, when the original power supply voltage should be used in the relationship of VDD2> VSS2> VSS1 and VDD1> VSS1, VSS1> VSS2 for some reason. Even if a situation occurs, a bypass path is formed in advance between the voltage VSS1 terminal and the voltage VSS2 terminal by the diode D1, so that a trigger current is supplied to the parasitic PNP transistor and NPN transistor. However, it is avoided that the parasitic thyristor including these parasitic transistors is turned on, and the occurrence of the latch-up phenomenon is avoided.

<実施例2>
図3は第2の実施例のレベルシフト回路の構成を示す回路図である。このレベルシフト回路は、電源電圧はVDD2>VDD1>VSS1、且つVDD2>VSS2の関係であり、図1で説明したレベルシフト回路と同じであるが、入力電圧がVDD2,VSS2、出力電圧がVDD1,VSS1であり、回路構成が図1の回路とは素子極性を反転した構成となっている。そして、本実施例では、電圧VDD1の端子と電圧VDD2の端子の間に、第2のダイオードD2を、電圧VDD1の端子側がアノード、電圧VDD2の端子側がカソードとなるように接続している。
<Example 2>
FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the level shift circuit of the second embodiment. In this level shift circuit, the power supply voltages are VDD2>VDD1> VSS1 and VDD2> VSS2, and are the same as the level shift circuit described in FIG. 1, but the input voltage is VDD2, VSS2, the output voltage is VDD1, It is VSS1, and the circuit configuration is a configuration in which the element polarity is reversed from that of the circuit of FIG. In this embodiment, the second diode D2 is connected between the voltage VDD1 terminal and the voltage VDD2 terminal so that the terminal side of the voltage VDD1 is an anode and the terminal side of the voltage VDD2 is a cathode.

31はトランジスタMP15,MN19からなる第3のインバータ、32はトランジスタMP16,MN20からなる第4のインバータである。33は第2のラッチ回路であり、ノードN11とN12の間に、トランジスタMP13,MN17からなるインバータとトランジスタMP14,MN18からなるインバータを、一方の入力側が他方の出力側に接続されるように逆並列接続して構成したものである。   31 is a third inverter made up of transistors MP15 and MN19, and 32 is a fourth inverter made up of transistors MP16 and MN20. Reference numeral 33 denotes a second latch circuit, which reverses an inverter composed of transistors MP13 and MN17 and an inverter composed of transistors MP14 and MN18 between nodes N11 and N12 so that one input side is connected to the other output side. It is configured by connecting in parallel.

34はノードN13の電圧がVDD2→VSS2に反転するとき、ノードN11,N12の電圧を反転(ノードN11をVSS1→VDD1に反転、ノードN12をVDD1→VSS1に反転)させるための第3の反転駆動回路であり、トランジスタMN13,MN15,MN11,NP11から構成されている。なお、トランジスタMN11,MP11の導通抵抗はトランジスタMN13,MN15の導通抵抗より小さく設定されている。   34 is a third inversion drive for inverting the voltages of the nodes N11 and N12 (the node N11 is inverted from VSS1 to VDD1 and the node N12 is inverted from VDD1 to VSS1) when the voltage of the node N13 is inverted from VDD2 to VSS2. This circuit is composed of transistors MN13, MN15, MN11, and NP11. The conduction resistances of the transistors MN11 and MP11 are set smaller than the conduction resistances of the transistors MN13 and MN15.

35はノードN14の電圧がVDD2→VSS2に反転するとき、ノードN11,N12の電圧を反転(ノードN11をVDD1→VSS1に反転、ノードN12をVSS1→VDD1に反転)させるための第4の反転駆動回路であり、トランジスタMN14,MN16,MN12,MP12から構成されている。なお、トランジスタMN12,MP12の導通抵抗はトランジスタMN14,MN16の導通抵抗より小さく設定されている。そして、信号入力端子INは第3のインバータ31の入力側に接続され、信号出力端子OUTはノードN11に接続されている。   35 is a fourth inversion drive for inverting the voltages of the nodes N11 and N12 (the node N11 is inverted from VDD1 to VSS1 and the node N12 is inverted from VSS1 to VDD1) when the voltage of the node N14 is inverted from VDD2 to VSS2. This circuit is composed of transistors MN14, MN16, MN12, and MP12. The conduction resistances of the transistors MN12 and MP12 are set smaller than the conduction resistances of the transistors MN14 and MN16. The signal input terminal IN is connected to the input side of the third inverter 31, and the signal output terminal OUT is connected to the node N11.

さて、いま、信号入力端子INの電圧がVSS2であるときは、ノードN13の電圧はVDD2、ノードN14の電圧はVSS2となっている。また、ノードN11の電圧はVSS1、ノードN12の電圧はVDD1になっている。   Now, when the voltage of the signal input terminal IN is VSS2, the voltage of the node N13 is VDD2, and the voltage of the node N14 is VSS2. The voltage at the node N11 is VSS1 and the voltage at the node N12 is VDD1.

この状態において、信号入力端子INの電圧がVSS2→VDD2に変化したときは、次のように動作する。まず、ノードN13の電圧がVDD2→VSS2に変化することによりトランジスタMP11が導通し、ノードN14の電圧がVSS2→VDD2に変化することによりトランジスタMP12が遮断する。トランジスタMP11が導通することで、ノードN15が電圧VDD2の端子に対して低インピーダンス化するので、トランジスタMN11のソース、つまりノードN11の電圧がVSS1から「VDD1−Vth11」(Vth11はトランジスタMN11のしきい値電圧)の電圧に上昇する。この結果、ラッチ回路13のトランジスタMN18,MP14からなるインバータが駆動され、ノードN12の電圧がVSS1に、ノードN11の電圧がVDD1になる方向に変化し、反転する。   In this state, when the voltage at the signal input terminal IN changes from VSS2 to VDD2, the operation is as follows. First, the transistor MP11 is turned on when the voltage at the node N13 changes from VDD2 to VSS2, and the transistor MP12 is cut off when the voltage at the node N14 changes from VSS2 to VDD2. Since the transistor MP11 becomes conductive, the node N15 has a low impedance with respect to the terminal of the voltage VDD2, so that the source of the transistor MN11, that is, the voltage of the node N11 is changed from VSS1 to “VDD1−Vth11” (Vth11 is the threshold of the transistor MN11). Value voltage). As a result, the inverter comprising the transistors MN18 and MP14 of the latch circuit 13 is driven, and the voltage at the node N12 changes to VSS1 and the voltage at the node N11 changes to VDD1 and is inverted.

この遷移時に、第4の反転駆動回路35の側のトランジスタMN14,MN16については、トランジスタMN14は遮断状態から導通状態に移行し、トランジスタMN16は導通状態から遮断状態に移行するが、トランジスタMN14の遮断状態から導通状態への変化のタイミングが若干早くなるので、一時的にノードN12を電圧VSS1の端子に対して低インピーダンス化し、ノードN12の電圧がVDD1→VSS1に遷移する時間を短縮化させ、反転動作を高速化させる。   At the time of this transition, for the transistors MN14 and MN16 on the fourth inversion driving circuit 35 side, the transistor MN14 shifts from the cut-off state to the conductive state, and the transistor MN16 shifts from the conductive state to the cut-off state. Since the timing of the transition from the state to the conductive state is slightly earlier, the impedance of the node N12 is temporarily lowered with respect to the terminal of the voltage VSS1, the time for the voltage of the node N12 to transition from VDD1 to VSS1 is shortened, and inversion Speed up the operation.

なお、このとき、第3の反転駆動回路34の側のトランジスタMN13,MN15については、トランジスタMN15が先に遮断状態から導通状態に変化し、その後にトランジスタMN13が導通状態から遮断状態に変化するが、このときはトランジスタMP11,MN11が先に導通しており、しかもその導通抵抗がトランジスタMN13,MN15よりも小さく設定されているので、ノードN11の電圧VSS1方向への持ち下げ量はわずかであり、そのノードN11を電圧VDD1に反転させる動作に影響を与えることはない。   At this time, regarding the transistors MN13 and MN15 on the third inverting drive circuit 34 side, the transistor MN15 first changes from the cutoff state to the conduction state, and then the transistor MN13 changes from the conduction state to the cutoff state. At this time, the transistors MP11 and MN11 are turned on first, and the conduction resistance is set to be smaller than that of the transistors MN13 and MN15. Therefore, the amount of the node N11 to be lowered in the voltage VSS1 direction is small. The operation of inverting the node N11 to the voltage VDD1 is not affected.

次に、信号入力端子INの電圧がVDD2→VSS2に変化したときは、ノードN13の電圧がVSS2→VDD2に変化することによりトランジスタMP11が遮断し、ノードN4の電圧がVDD2→VSS2に変化することによりトランジスタMP12が導通する。トランジスタMP12が導通することで、ノードN16が電圧VDD2の端子に対して低インピーダンス化するので、トランジスタMN12のソース、つまりノードN12の電圧がVSS1から「VDD1−Vth12」(Vth12はトランジスタMN12のしきい値電圧)の電圧に上昇する。この結果、ラッチ回路33のトランジスタMN17,MP13からなるインバータが駆動され、ノードN11の電圧がVSS1に、ノードN12の電圧がVDD1になる方向に変化し、反転する。   Next, when the voltage at the signal input terminal IN changes from VDD2 to VSS2, the voltage at the node N13 changes from VSS2 to VDD2, whereby the transistor MP11 is cut off, and the voltage at the node N4 changes from VDD2 to VSS2. As a result, the transistor MP12 becomes conductive. When the transistor MP12 is turned on, the node N16 has a low impedance with respect to the terminal of the voltage VDD2, so that the source of the transistor MN12, that is, the voltage of the node N12 is changed from VSS1 to “VDD1-Vth12” (Vth12 is the threshold of the transistor MN12). Value voltage). As a result, the inverter comprising the transistors MN17 and MP13 of the latch circuit 33 is driven, and the voltage at the node N11 changes to VSS1 and the voltage at the node N12 changes to VDD1 and is inverted.

この遷移時に、第3の反転駆動回路34の側のトランジスタMN13,MN15については、トランジスタMN13は遮断状態から導通状態に移行し、トランジスタMN15は導通状態から遮断状態に移行するが、トランジスタMN13の遮断状態から導通状態への変化のタイミングが若干早くなるので、一時的にノードN11を電圧VSS1の端子に対して低インピーダンス化し、ノードN11の電圧がVDD1→VSS1に遷移する時間を短縮化させ、反転動作を高速化させる。   At the time of this transition, for the transistors MN13 and MN15 on the third inverting drive circuit 34 side, the transistor MN13 shifts from the cutoff state to the conduction state, and the transistor MN15 shifts from the conduction state to the cutoff state. Since the timing of the transition from the state to the conductive state is slightly earlier, the impedance of the node N11 is temporarily lowered with respect to the terminal of the voltage VSS1, the time for the voltage of the node N11 to transition from VDD1 to VSS1 is shortened, and inversion Speed up the operation.

なお、このとき、第4の反転駆動回路35の側のトランジスタMN14,MN16については、トランジスタMN16が先に遮断状態から導通状態に変化し、その後にトランジスタMN14が導通状態から遮断状態に変化するが、このときはトランジスタMP12、MN12が先に導通しており、しかもその導通抵抗がトランジスタMN14,MN16よりも小さく設定されているので、ノードN12の電圧VSS1の端子方向への持ち下げ量はわずかであり、そのノードN12を電圧VDD1に反転させる動作に影響を与えることはない。   At this time, regarding the transistors MN14 and MN16 on the fourth inversion drive circuit 35 side, the transistor MN16 first changes from the cutoff state to the conduction state, and then the transistor MN14 changes from the conduction state to the cutoff state. At this time, the transistors MP12 and MN12 are turned on first, and the conduction resistance is set to be smaller than that of the transistors MN14 and MN16. Therefore, the amount of voltage VSS1 at the node N12 to be pulled down is small. There is no effect on the operation of inverting the node N12 to the voltage VDD1.

このように、図3のレベルシフト回路によれば、VDD2,VSS2の電圧を入力して、VDD1,VSS1にレベルシフトされた出力信号を得ることができる。また、遷移時に、VSS1方向に遷移するノードN11又はN12とVSS1側との間のインピーダンスを一時的に低下させるので、スイッチングスピードを高速化することができる。さらに回路全体をPMOSトランジスタとNMOSトランジスタのみで構成できる。   As described above, according to the level shift circuit of FIG. 3, it is possible to input the voltages VDD2 and VSS2 and obtain an output signal level-shifted to VDD1 and VSS1. Further, at the time of transition, the impedance between the node N11 or N12 transitioning in the VSS1 direction and the VSS1 side is temporarily reduced, so that the switching speed can be increased. Furthermore, the entire circuit can be composed of only PMOS and NMOS transistors.

ところが、この図3のレベルシフト回路では、第2のダイオードD2が接続されていないとき、何かの理由によって、電源関係がVDD1>VDD2になると、CMOS回路部分に形成される寄生のPNPトランジスタとNPNトランジスタからなる寄生サイリスタにトリガ電流が流れ、その寄生サイリスタを導通させるラッチアップ現象が発生し、過大な電流が流れて素子破壊を引き起こす恐れがある。   However, in the level shift circuit of FIG. 3, when the second diode D2 is not connected and the power supply relationship becomes VDD1> VDD2 for some reason, the parasitic PNP transistor formed in the CMOS circuit portion A trigger current flows through a parasitic thyristor composed of an NPN transistor, causing a latch-up phenomenon that causes the parasitic thyristor to conduct, and an excessive current may flow to cause element destruction.

図4はこれを説明するための要部の断面図である。図4(a)はトランジスタMP13が導通したとき(ノードN11=VDD1)の説明図であり、トランジスタMN17はP型不純物低濃度基板41に直接形成され、トランジスタMP13はN型不純物低濃度領域の島42内に形成され、トランジスタMN11はN型不純物高濃度領域の島43内のN型不純物低濃度領域の島44内に形成され、トランジスタMP11はN型不純物低濃度領域の島45内に形成されている。PNPトランジスタQ11,Q12、NPNトランジスタQ13は寄生サイリスタを構成する寄生トランジスタ、R11,R12は寄生抵抗、D21は寄生ダイオードである。   FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part for explaining this. FIG. 4A is an explanatory diagram when the transistor MP13 is conductive (node N11 = VDD1). The transistor MN17 is formed directly on the P-type impurity low concentration substrate 41, and the transistor MP13 is an island of the N-type impurity low concentration region. The transistor MN11 is formed in the island 44 of the N-type impurity low concentration region in the island 43 of the N-type impurity high concentration region, and the transistor MP11 is formed in the island 45 of the N-type impurity low concentration region. ing. PNP transistors Q11 and Q12 and NPN transistor Q13 are parasitic transistors constituting a parasitic thyristor, R11 and R12 are parasitic resistors, and D21 is a parasitic diode.

図4(b)はトランジスタMP14が導通したとき(ノードN12=VDD1)の説明図であり、トランジスタMN18はP型不純物低濃度基板41に直接形成され、トランジスタMP14はN型不純物低濃度領域の島46内に形成され、トランジスタMN12はN型不純物高濃度領域の島47内のN型不純物低濃度領域の島48内に形成され、トランジスタMP12はN型不純物低濃度領域の島49内に形成されている。PNPトランジスタQ14,Q15、NPNトランジスタQ16は寄生サイリスタを構成する寄生トランジスタ、R13,R14は寄生抵抗、D22は寄生ダイオードである。   FIG. 4B is an explanatory diagram when the transistor MP14 is turned on (node N12 = VDD1). The transistor MN18 is formed directly on the P-type impurity low-concentration substrate 41, and the transistor MP14 is an island in the N-type impurity low-concentration region. The transistor MN12 is formed in the island 48 of the N-type impurity low concentration region in the island 47 of the N-type impurity high concentration region, and the transistor MP12 is formed in the island 49 of the N-type impurity low concentration region. ing. The PNP transistors Q14 and Q15 and the NPN transistor Q16 are parasitic transistors constituting a parasitic thyristor, R13 and R14 are parasitic resistors, and D22 is a parasitic diode.

図4(a)では、VDD1>(VDD2+VD21+VBEQ11 )になった時(VD21はダイオードD21の順方向電圧、VBEQ11はトランジスタQ11のベース・エミッタ間電圧)に、VDD1→MP13→D21→N15→Q11のベース・エミッタ→R11→VDD2のルートでトリガ電流I_triggerが流れ、これにより、トランジスタQ11が導通してトランジスタQ13にベース電流が流れる。このため、抵抗R11とトランジスタQ13を経由するVDD2→VSS1間の大電流、トランジスタQ12と抵抗R12を経由するVDD2→VSS1間の大電流がそれぞれ流れて、ラッチアップ現象が発生する。 In FIG. 4A, when VDD1> (VDD2 + V D21 + V BEQ11 ) (V D21 is the forward voltage of the diode D21, V BEQ11 is the base-emitter voltage of the transistor Q11), VDD1 → MP13 → D21 → The trigger current I_trigger flows through the route of N15 → Q11 base / emitter → R11 → VDD2, whereby the transistor Q11 becomes conductive and the base current flows through the transistor Q13. Therefore, a large current between VDD2 and VSS1 passing through the resistor R11 and the transistor Q13 and a large current between VDD2 and VSS1 passing through the transistor Q12 and the resistor R12 flow, and a latch-up phenomenon occurs.

図4(b)でも、VDD1>(VDD2+VD22+VBEQ14 )になった時(VD22はダイオードD22の順方向電圧、VBEQ14はトランジスタQ14のベース・エミッタ間電圧)に、VDD1→MP14→D22→N16→Q14のベース・エミッタ→R13→VDD2のルートでトリガ電流I_triggerが流れ、これにより、トランジスタQ14が導通してトランジスタQ16にベース電流が流れる。このため、抵抗R13とトランジスタQ16を経由するVDD2→VSS1間の大電流、トランジスタQ15と抵抗R14を経由するVDD2→VSS1間の大電流がそれぞれ流れて、ラッチアップ現象が発生する。 Also in FIG. 4B, when VDD1> (VDD2 + V D22 + V BEQ14 ) (V D22 is the forward voltage of the diode D22, V BEQ14 is the base-emitter voltage of the transistor Q14), VDD1 → MP14 → D22 → The trigger current I_trigger flows in the route of N16 → Q14 base / emitter → R13 → VDD2, whereby the transistor Q14 is turned on and the base current flows in the transistor Q16. Therefore, a large current between VDD2 and VSS1 passing through the resistor R13 and the transistor Q16 and a large current between VDD2 and VSS1 passing through the transistor Q15 and the resistor R14 flow, and a latch-up phenomenon occurs.

しかし、本実施例では、前記したように、電圧VDD1の端子と電圧VDD2の端子の間に、第2のダイオードD2を、電圧VDD1の端子側がアノード、電圧VDD2の端子側がカソードとなるように接続しているので、ラッチアップ現象の発生を回避できる。   However, in this embodiment, as described above, the second diode D2 is connected between the voltage VDD1 terminal and the voltage VDD2 terminal so that the terminal side of the voltage VDD1 is an anode and the terminal side of the voltage VDD2 is a cathode. Therefore, the occurrence of the latch-up phenomenon can be avoided.

図5は、第2のダイオードD2の断面図を示す図である。このダイオードD2は、P型不純物低濃度の基板41にN型不純物高濃度領域の島49を形成し、その領域49内にN型不純物低濃度領域の島50を形成して、その島50内に形成されている。なお、このダイオードD2は、図2(a)に示したダイオードD1のように基板に直接形成しても、また図2(b)に示したトランジスタQ5のようにダイオード接続トランジスタで形成してもよい。   FIG. 5 is a cross-sectional view of the second diode D2. This diode D2 is formed by forming an island 49 of an N-type impurity high concentration region in a substrate 41 of a low concentration of P-type impurity, and forming an island 50 of an N-type impurity low concentration region in the region 49. Is formed. The diode D2 may be formed directly on the substrate like the diode D1 shown in FIG. 2 (a), or may be formed of a diode-connected transistor like the transistor Q5 shown in FIG. 2 (b). Good.

このように、実施例2のレベルシフト回路では、本来の電源電圧が、VDD2>VDD1>VSS1、且つVDD2>VSS2の関係で使用されるべきであるときに、何らかの理由によって、VDD1>VDD2となる事態が発生したとしても、ダイオードD2によって、予め電圧VDD1の端子と電圧VDD2の端子の間にバイパス路が形成されているので、寄生のPNPトランジスタ、NPNトランジスタに対してトリガ電流が供給されることはなく、それら寄生トランジスタからなる寄生サイリスタがターンオンすることが回避され、ラッチアップ現象の発生が回避される。また、実施例1ではVDD1,VSS1を入力してVDD2,VSS2にレベルシフトすることはできなかったが、実施例2ではそのレベルシフトが可能となる。   As described above, in the level shift circuit according to the second embodiment, when the original power supply voltage should be used in the relationship of VDD2> VDD1> VSS1 and VDD2> VSS2, VDD1> VDD2 for some reason. Even if the situation occurs, a bypass path is formed in advance between the voltage VDD1 terminal and the voltage VDD2 terminal by the diode D2, so that a trigger current is supplied to the parasitic PNP transistor and NPN transistor. However, it is avoided that the parasitic thyristor including these parasitic transistors is turned on, and the occurrence of the latch-up phenomenon is avoided. In the first embodiment, VDD1 and VSS1 cannot be input and level shifted to VDD2 and VSS2. However, in the second embodiment, the level shift can be performed.

本発明の実施例1のレベルシフト回路の回路図である。It is a circuit diagram of the level shift circuit of Example 1 of the present invention. (a)は実施例1のレベルシフト回路の要部の一例の断面図、(b)は同要部の別の一例の断面図である。(a) is sectional drawing of an example of the principal part of the level shift circuit of Example 1, (b) is sectional drawing of another example of the principal part. 本発明の実施例2のレベルシフト回路の回路図である。It is a circuit diagram of the level shift circuit of Example 2 of the present invention. (a)、(b)は図3のレベルシフト回路からダイオードD2を除去したときに発生するラッチアップの説明用の断面図である。(a), (b) is sectional drawing for description of the latch-up which generate | occur | produces when the diode D2 is removed from the level shift circuit of FIG. 実施例2のレベルシフト回路の要部の一例の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of an example of a main part of a level shift circuit according to a second embodiment. 従来のレベルシフト回路の回路図である。It is a circuit diagram of a conventional level shift circuit. (a)は図6のレベルシフト回路のラッチアップ発生の説明用の断面図、(b)は同ラッチアップ発生の説明用の別の断面図である。FIG. 7A is a cross-sectional view for explaining the occurrence of latch-up in the level shift circuit of FIG. 6, and FIG. 7B is another cross-sectional view for explaining the occurrence of the latch-up.

符号の説明Explanation of symbols

1:第1のインバータ、2:第2のインバータ、3:第1のラッチ回路、4:第1の反転駆動回路、5:第2の反転駆動回路
31:第3のインバータ、32:第4のインバータ、33:第2のラッチ回路、34:第3の反転駆動回路、35:第4の反転駆動回路
1: first inverter, 2: second inverter, 3: first latch circuit, 4: first inversion drive circuit, 5: second inversion drive circuit, 31: third inverter, 32: fourth 33: second latch circuit, 34: third inversion drive circuit, 35: fourth inversion drive circuit

Claims (2)

信号出力端子となる第1のノードと第2のノードの間に逆並列接続された2個のインバータからなり且つ電圧VDD2とVSS2で動作するラッチ回路と、
入力側が信号入力端子に接続され出力側が第3のノードに接続され且つ電圧VDD1とVSS1で動作する第1のインバータと、
入力側が該第3のノードに接続され出力側が第4のノードに接続され且つ電圧VDD1とVSS1で動作する第2のインバータと、
前記第1、第2および第3のノードに接続され且つ電圧VDD2とVSS2とVSS1で動作する第1の反転駆動回路と、
前記第1、第2および第4のノードに接続され且つ電圧VDD2とVSS2とVSS1で動作する第2の反転駆動回路とを具備するレベルシフト回路において、
前記第1の反転駆動回路は、ソースが前記電圧VSS1の端子に接続されゲートが前記第3のノードに接続されドレインが第5のノードに接続された第1のNMOSトランジスタと、ゲートが前記電圧VSS2の端子に接続されドレインが前記第5のノードに接続されソースが前記第1のノードに接続された第1のPMOSトランジスタと、ゲートとドレインが前記第1のノードに接続されソースが第7のノードに接続された第5のPMOSトランジスタと、ドレインが前記第7のノードに接続されゲートが前記第2のノードに接続されソースが前記電圧VDD2の端子に接続された第3のPMOSトランジスタとからなり、
前記第2の反転駆動回路は、ソースが前記電圧VSS1の端子に接続されゲートが前記第4のノードに接続されドレインが第6のノードに接続された第2のNMOSトランジスタと、ゲートが前記電圧VSS2の端子に接続されドレインが前記第6のノードに接続されソースが前記第2のノードに接続された第2のPMOSトランジスタと、ゲートとドレインが前記第2のノードに接続されソースが第8のノードに接続された第6のPMOSトランジスタと、ドレインが前記第8のノードに接続されゲートが前記第1のノードに接続されソースが前記電圧VDD2の端子に接続された第4のPMOSトランジスタとからなり、
且つ前記電圧VSS2の端子と前記電圧VSS1の端子の間に、前記電圧VSS2の端子がカソードとなり、前記VSS1の端子がアノードとなるように、第1のダイオードが接続されている、
ことを特徴とするレベルシフト回路。
A latch circuit comprising two inverters connected in antiparallel between a first node and a second node serving as signal output terminals and operating at voltages VDD2 and VSS2;
A first inverter having an input side connected to a signal input terminal and an output side connected to a third node and operating at voltages VDD1 and VSS1,
A second inverter having an input side connected to the third node and an output side connected to a fourth node and operating at voltages VDD1 and VSS1,
A first inverting drive circuit connected to the first, second and third nodes and operating at voltages VDD2, VSS2 and VSS1;
In a level shift circuit comprising a second inverting drive circuit connected to the first, second and fourth nodes and operating at voltages VDD2, VSS2 and VSS1,
The first inversion driving circuit includes a first NMOS transistor having a source connected to the terminal of the voltage VSS1, a gate connected to the third node, and a drain connected to a fifth node, and a gate connected to the voltage VSS. A first PMOS transistor having a drain connected to the VSS2 terminal, a drain connected to the fifth node, and a source connected to the first node, a gate and a drain connected to the first node, and a source connected to the seventh node. A fifth PMOS transistor connected to the second node, a third PMOS transistor having a drain connected to the seventh node, a gate connected to the second node, and a source connected to the terminal of the voltage VDD2. Consists of
The second inversion driving circuit includes a second NMOS transistor having a source connected to the terminal of the voltage VSS1, a gate connected to the fourth node, and a drain connected to a sixth node, and a gate connected to the voltage VSS. A second PMOS transistor having a drain connected to the terminal of VSS2, a drain connected to the sixth node and a source connected to the second node, a gate and a drain connected to the second node, and a source connected to the eighth node. A sixth PMOS transistor connected to the first node, a fourth PMOS transistor having a drain connected to the eighth node, a gate connected to the first node, and a source connected to the terminal of the voltage VDD2. Consists of
A first diode is connected between the terminal of the voltage VSS2 and the terminal of the voltage VSS1 so that the terminal of the voltage VSS2 becomes a cathode and the terminal of the VSS1 becomes an anode.
A level shift circuit characterized by that.
信号出力端子となる第11のノードと第12のノードの間に逆並列接続された2個のインバータからなり且つ電圧VDD1とVSS1で動作するラッチ回路と、
入力側が信号入力端子に接続され出力側が第13のノードに接続され且つ電圧VDD2とVSS2で動作する第3のインバータと、
入力側が該第13のノードに接続され出力側が第14のノードに接続され且つ電圧VDD2とVSS2で動作する第4のインバータと、
前記第11、第12および第13のノードに接続され且つ電圧VDD2とVDD1とVSS1で動作する第3の反転駆動回路と、
前記第11、第12および第14のノードに接続され且つ電圧VDD2とVDD1とVSS1で動作する第4の反転駆動回路とを具備するレベルシフト回路において、
前記第3の反転駆動回路は、ソースが前記電圧VDD2の端子に接続されゲートが前記第13のノードに接続されドレインが第15のノードに接続された第11のPMOSトランジスタと、ゲートが前記電圧VDD1の端子に接続されドレインが前記第15のノードに接続されソースが前記第11のノードに接続された第11のNMOSトランジスタと、ゲートとドレインが前記第11のノードに接続されソースが第17のノードに接続された第15のNMOSトランジスタと、ドレインが前記第17のノードに接続されゲートが前記第12のノードに接続されソースが前記電圧VSS1の端子に接続された第13のNMOSトランジスタとからなり、
前記第4の反転駆動回路は、ソースが前記電圧VDD2の端子に接続されゲートが前記第14のノードに接続されドレインが第16のノードに接続された第12のPMOSトランジスタと、ゲートが前記電圧VDD1の端子に接続されドレインが前記第16のノードに接続されソースが前記第12のノードに接続された第12のNMOSトランジスタと、ゲートとドレインが前記第12のノードに接続されソースが第18のノードに接続された第16のNMOSトランジスタと、ドレインが前記第18のノードに接続されゲートが前記第11のノードに接続されソースが前記電圧VSS1の端子に接続された第14のNMOSトランジスタとからなり、
且つ前記電圧VDD2の端子と前記電圧VDD1の端子の間に、前記電圧VDD2の端子がカソードとなり、前記VDD1の端子がアノードとなるように、第2のダイオードが接続されている、
ことを特徴とするレベルシフト回路。
A latch circuit composed of two inverters connected in antiparallel between an eleventh node and a twelfth node as signal output terminals and operating at voltages VDD1 and VSS1,
A third inverter whose input side is connected to the signal input terminal and whose output side is connected to the thirteenth node and which operates at voltages VDD2 and VSS2,
A fourth inverter having an input side connected to the thirteenth node and an output side connected to the fourteenth node and operating at voltages VDD2 and VSS2,
A third inverting drive circuit connected to the eleventh, twelfth and thirteenth nodes and operating at voltages VDD2, VDD1 and VSS1,
A level shift circuit including a fourth inversion driving circuit connected to the eleventh, twelfth and fourteenth nodes and operating at voltages VDD2, VDD1 and VSS1,
The third inversion driving circuit includes an eleventh PMOS transistor having a source connected to the terminal of the voltage VDD2, a gate connected to the thirteenth node, and a drain connected to the fifteenth node, and a gate connected to the voltage An eleventh NMOS transistor connected to the terminal of VDD1, a drain connected to the fifteenth node, and a source connected to the eleventh node; a gate and a drain connected to the eleventh node; A fifteenth NMOS transistor connected to the node of the second node, a thirteenth NMOS transistor having a drain connected to the seventeenth node, a gate connected to the twelfth node, and a source connected to the terminal of the voltage VSS1. Consists of
The fourth inversion driving circuit includes a twelfth PMOS transistor having a source connected to the terminal of the voltage VDD2, a gate connected to the fourteenth node, and a drain connected to the sixteenth node, and a gate connected to the voltage A twelfth NMOS transistor having a drain connected to the VDD1, a drain connected to the sixteenth node and a source connected to the twelfth node, a gate and a drain connected to the twelfth node, and a source eighteenth. A sixteenth NMOS transistor connected to the node of the first node, a fourteenth NMOS transistor having a drain connected to the eighteenth node, a gate connected to the eleventh node, and a source connected to the terminal of the voltage VSS1. Consists of
A second diode is connected between the voltage VDD2 terminal and the voltage VDD1 terminal such that the voltage VDD2 terminal is a cathode and the VDD1 terminal is an anode.
A level shift circuit characterized by that.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013012797A (en) * 2011-06-28 2013-01-17 New Japan Radio Co Ltd Level shift circuit
CN104901681A (en) * 2015-06-12 2015-09-09 长沙景嘉微电子股份有限公司 2VDD level switching circuit of VDD voltage-withstand CMOS
CN107733423A (en) * 2016-08-12 2018-02-23 扬智科技股份有限公司 Buffer circuits and apply its voltage generator

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6336557A (en) * 1986-07-30 1988-02-17 Nec Corp Complementary mis integrated circuit
JPH04240760A (en) * 1991-01-25 1992-08-28 Fujitsu Ltd Semiconductor device
JPH0613555A (en) * 1992-06-25 1994-01-21 Toshiba Corp Electrostatic damage preventing circuit
JPH10322904A (en) * 1997-05-21 1998-12-04 Hitachi Ltd Power supply control circuit
JP2000260944A (en) * 1999-03-10 2000-09-22 Toshiba Microelectronics Corp Electrostatic protection circuit
JP2000269432A (en) * 1999-03-18 2000-09-29 Hitachi Ltd Semiconductor integrated circuit
JP2002215274A (en) * 2001-01-17 2002-07-31 Nec Eng Ltd Power consumption reduction system
JP2003069409A (en) * 2001-08-23 2003-03-07 Denso Corp Interface circuit
JP2005150989A (en) * 2003-11-13 2005-06-09 New Japan Radio Co Ltd Level shift circuit
JP2008251716A (en) * 2007-03-29 2008-10-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and inspecting method therefor

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6336557A (en) * 1986-07-30 1988-02-17 Nec Corp Complementary mis integrated circuit
JPH04240760A (en) * 1991-01-25 1992-08-28 Fujitsu Ltd Semiconductor device
JPH0613555A (en) * 1992-06-25 1994-01-21 Toshiba Corp Electrostatic damage preventing circuit
JPH10322904A (en) * 1997-05-21 1998-12-04 Hitachi Ltd Power supply control circuit
JP2000260944A (en) * 1999-03-10 2000-09-22 Toshiba Microelectronics Corp Electrostatic protection circuit
JP2000269432A (en) * 1999-03-18 2000-09-29 Hitachi Ltd Semiconductor integrated circuit
JP2002215274A (en) * 2001-01-17 2002-07-31 Nec Eng Ltd Power consumption reduction system
JP2003069409A (en) * 2001-08-23 2003-03-07 Denso Corp Interface circuit
JP2005150989A (en) * 2003-11-13 2005-06-09 New Japan Radio Co Ltd Level shift circuit
JP2008251716A (en) * 2007-03-29 2008-10-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and inspecting method therefor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013012797A (en) * 2011-06-28 2013-01-17 New Japan Radio Co Ltd Level shift circuit
CN104901681A (en) * 2015-06-12 2015-09-09 长沙景嘉微电子股份有限公司 2VDD level switching circuit of VDD voltage-withstand CMOS
CN107733423A (en) * 2016-08-12 2018-02-23 扬智科技股份有限公司 Buffer circuits and apply its voltage generator

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