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KR100500920B1 - Voltage level shifter - Google Patents

Voltage level shifter Download PDF

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Publication number
KR100500920B1
KR100500920B1 KR10-2003-0050689A KR20030050689A KR100500920B1 KR 100500920 B1 KR100500920 B1 KR 100500920B1 KR 20030050689 A KR20030050689 A KR 20030050689A KR 100500920 B1 KR100500920 B1 KR 100500920B1
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KR
South Korea
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pull
voltage
driver
level
input
Prior art date
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Inventor
이현철
Original Assignee
주식회사 하이닉스반도체
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Publication date
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Abstract

본 발명은 고속으로 동작할 수 있는 전압레벨 쉬프터를 제공하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명으로 제1 풀업 드라이버 및 제1 풀다운 드라이버를 구비하며, 작은 스윙폭을 갖는 입력신호를 상대적으로 큰 스윙폭을 갖는 신호로 변화하기 위한 레벨 변화수단; 상기 레벨 변환 수단의 출력단을 추가적으로 풀업 구동하기 위한 제2 풀업 드라이버; 상기 레벨 변환수단의 출력단을 추가적으로 풀다운 구동하기 위한 제2 풀다운 드라이버; 상기 입력신호의 천이 구간에서 상기 제2 풀업 드라이버를 인에이블 시키기 위한 풀업 제어 수단; 및 상기 입력신호의 천이 구간에서 상기 제2 풀다운 드라이버를 인에이블 시키기 위한 풀다운 제어 수단을 구비하는 전압레벨 쉬프터를 제공한다.The present invention provides a voltage level shifter capable of operating at high speed. The present invention has a first pull-up driver and a first pull-down driver, and has a relatively large swing width for an input signal having a small swing width. Level changing means for changing to a signal having; A second pull-up driver for additionally driving up an output terminal of the level converting means; A second pull-down driver for additionally driving down the output terminal of the level converting means; Pull-up control means for enabling the second pull-up driver in the transition period of the input signal; And a pull-down control means for enabling the second pull-down driver in the transition period of the input signal.

Description

전압레벨 쉬프터{VOLTAGE LEVEL SHIFTER} Voltage level shifter {VOLTAGE LEVEL SHIFTER}

본 발명은 반도체 설계 기술에 관한 것으로, 특히 전압레벨 쉬프터에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to semiconductor design techniques, and more particularly, to a voltage level shifter.

일반적으로, 낮은 전원전압에서 작동하는 칩 내부 코아와 보통의 전원전압에서 동작하는 칩 외부 시스템 사이를 인터페이스할 때 코아의 낮은 출력전압을 높여주기 위하여, 칩 내부의 코아와 칩 외부를 연결하기 위한 패드들의 사이에 전압레벨 쉬프터(Voltage Level Shifter)가 사용되고 있다. 이러한 인터페이스는 칩 내부의 코아와 칩 외부를 연결하는 핀을 연결하기 위한 패드의 사이에 존재한다.In general, a pad for connecting the core inside the chip and the outside of the chip to increase the low output voltage of the core when interfacing between an internal chip operating at a low power supply voltage and an external system operating at a normal power supply voltage. Voltage level shifters are used between them. This interface exists between the core inside the chip and the pad for connecting the pin connecting the outside of the chip.

도 1은 종래기술에 따른 전압레벨 쉬프터의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a voltage level shifter according to the prior art.

도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 전압레벨 쉬프터는 입력신호(IN)를 반전시키기 위한 인버터(I1)와, 반전된 입력신호를 입력으로 하여 반전된 고전위전압레벨 신호를 출력하기 위한 레벨쉬프팅부(10)와, 레벨쉬프팅부(11) 출력신호를 반전시키기 위한 인버터(I2)로 구성된다.Referring to FIG. 1, a voltage level shifter according to the related art is an inverter I1 for inverting an input signal IN and a level shifting for outputting an inverted high potential voltage level signal by inputting an inverted input signal. The unit 10 and the level shifting unit 11 are configured with an inverter I2 for inverting the output signal.

한편, 인버터(I1)의 구동전압은 노말전압(VDD)과 접지전압(VSS)이며, 입력버퍼의 역할을 하고, 인버터(I2)의 구동전압은 고전위전압(VPP)과 접지전압(VSS)이며, 출력버퍼역할을 한다. 따라서, 실제적 전압레벨 쉬프팅 동작을 수행하는 것은 레벨쉬프팅부(10)이다. On the other hand, the driving voltage of the inverter I1 is the normal voltage VDD and the ground voltage VSS, and serves as an input buffer, and the driving voltage of the inverter I2 is the high potential voltage VPP and the ground voltage VSS. It acts as an output buffer. Therefore, it is the level shifting unit 10 to perform the actual voltage level shifting operation.

레벨쉬프팅부(10)를 구체적으로 보면, 레벨쉬프팅부(10)는 인버터의 출력노드(A : 이하 '입력노드'라고 함)와 PMOS트랜지스터(PM2)의 게이트 사이에 드레인-소스 경로가 형성되고 노말전압(VDD)을 게이트 입력으로 갖는 NMOS트랜지스터(NM1)와, 접지전압단(VSS)과 PMOS트랜지스터(PM2) 드레인의 노드(B : 이하 '출력노드'라고 함) 사이에 드레인-소스 경로가 형성되고 입력노드 전압(Va)을 게이트 입력으로 하는 NMOS트랜지스터(NM2)와, 출력노드(B)와 고전위전압단(VPP) 사이에 드레인-소스 경로가 형성되고 NMOS트랜지스터(NM1) 드레인단(C)에 걸린 전압을 게이트 입력으로 갖는 PMOS트랜지스터(PM2)와, 노드'C'와 고전위전압단(VPP) 사이에 드레인-소스 경로가 형성되고 입력노드 전압(Vb)을 게이트 입력으로 하는 PMOS트랜지스터(PM1)로 구성된다. Specifically, the level shifting unit 10 has a drain-source path formed between an output node (A: 'input node') of the inverter and a gate of the PMOS transistor PM2. A drain-source path is formed between the NMOS transistor NM1 having the normal voltage VDD as a gate input, and the node of the ground voltage terminal VSS and the drain of the PMOS transistor PM2 (hereinafter referred to as an 'output node'). And a drain-source path is formed between the NMOS transistor NM2 having the input node voltage Va as a gate input, and the output node B and the high potential voltage terminal VPP, and the drain terminal of the NMOS transistor NM1. PMOS transistor PM2 having the voltage applied to C) as its gate input, and a drain-source path formed between node 'C' and the high potential voltage terminal VPP, and the PMOS having the input node voltage Vb as the gate input. It consists of the transistor PM1.

또한, 출력노드(B)을 고전위전압(VPP)으로 드라이빙 하거나, 또는 접지전압(VSS)으로 드라이빙하는 트랜지스터는 각각 PMOS트랜지스터(PM2) 및 NMOS트랜지스터(NM2)이다. 그리고, 레벨쉬프팅부(10)의 입력노드 전압(Va)은 접지전압(VSS)과 노말전압(VDD) 사이에서 스윙하며, 출력노드 전압(Vb)은 접지전압(VSS)과 고전위전압(VPP) 사이에서 스윙한다. 따라서, 이후 설명에서는 각 노드전압의 레벨에 대해서는 구체적 언급을 생략한다.In addition, the transistors driving the output node B to the high potential voltage VPP or the ground voltage VSS are the PMOS transistor PM2 and the NMOS transistor NM2, respectively. In addition, the input node voltage Va of the level shifting unit 10 swings between the ground voltage VSS and the normal voltage VDD, and the output node voltage Vb is the ground voltage VSS and the high potential voltage VPP. Swing between). Therefore, in the following description, specific reference to the level of each node voltage is omitted.

다음으로, 입력노드 전압(Va)의 레벨천이가 일어나는 구간에서 레벨쉬프팅부(10)의 구체적 동작을 보도록 한다. Next, a detailed operation of the level shifting unit 10 will be described in a section in which a level transition of the input node voltage Va occurs.

NMOS트랜지스터(NM1)는 게이트단에 항상 노말전압(VDD)이 인가되고 있으므로, 항상 턴온(turn on)된다.Since the normal voltage VDD is always applied to the gate terminal of the NMOS transistor NM1, the NMOS transistor NM1 is always turned on.

먼저, 입력노드 전압(Va)이 논리레벨 하이에서 로우로 천이하는 경우이다. First, the input node voltage Va transitions from logic level high to low.

입력노드 전압(Va)이 레벨 하이에서 로우로 하강함에 따라, NMOS트랜지스터(NM2)는 턴오프되고 PMOS트랜지스터(PM2)는 턴온되기 시작한다. 이와같은 트랜지스터(NM2, PM2)의 동작에 의해서 출력노드 전압(Vb)이 서서히 상승하며, 이에 의해 PMOS트랜지스터(PM1)가 턴오프되어 노드'C'가 안정된 논리레벨 로우를 갖는다. 결과적으로, NMOS트랜지스터(NM2)는 턴오프되고 PMOS트랜지스터(PM2)가 턴온되어 출력노드 전압(Vb)이 안정된 논리레벨의 하이를 갖는다. As the input node voltage Va falls from the level high to the low, the NMOS transistor NM2 is turned off and the PMOS transistor PM2 starts to be turned on. By the operation of the transistors NM2 and PM2, the output node voltage Vb gradually rises, thereby turning off the PMOS transistor PM1, whereby the node 'C' has a stable logic level low. As a result, the NMOS transistor NM2 is turned off and the PMOS transistor PM2 is turned on to have a high logic level at which the output node voltage Vb is stable.

다음으로, 입력노드 전압(Va)이 논리레벨 로우에서 하이로 천이하는 경우이다.Next, the input node voltage Va transitions high from the logic level low.

입력노드 전압(Va)이 레벨 로우에서 하이로 상승함에 따라, NMOS트랜지스터(NM2)는 턴온되고 PMOS트랜지스터(PM2)는 턴오프되기 시작한다. 각 트랜지스터(NM2, PM2)의 동작에 의해서 출력노드 전압(Vb)이 서서히 하강하면, 이에 의해 PMOS트랜지스터(PM1)가 턴온되어 노드전압(Vc)이 안정된 고전위전압(VPP) 논리레벨의 하이를 갖는다. 결과적으로, NMOS트랜지스터(NM2)는 턴온되고 PMOS트랜지스터(PM2)가 턴오프되어 출력노드 전압(Vb)이 안정된 논리레벨 로우를 갖는다. As the input node voltage Va rises from the level low to the high, the NMOS transistor NM2 is turned on and the PMOS transistor PM2 starts to be turned off. When the output node voltage Vb gradually decreases due to the operation of each transistor NM2 or PM2, the PMOS transistor PM1 is turned on, whereby the high of the logic level of the high potential voltage VPP at which the node voltage Vc is stabilized is increased. Have As a result, the NMOS transistor NM2 is turned on and the PMOS transistor PM2 is turned off so that the output node voltage Vb has a stable logic level low.

도 2는 도 1의 회로의 동작 파형도로써, 이를 통해 전체동작을 살펴보도록 한다.FIG. 2 is an operation waveform diagram of the circuit of FIG. 1, through which the overall operation will be described. FIG.

먼저, 입력신호(IN)가 논리레벨 로우로 안정되어 있으므로, 인버터(I1)에 의해 입력노드 전압(Va)이 논리레벨 하이로 유지되며 레벨쉬프팅부(10)는 출력노드 전압(Vb)을 논리레벨 로우로 유지한다. 출력신호(OUT)는 논리레벨 로우를 갖는다(도 2의 'a'부분임).First, since the input signal IN is stabilized at a logic level low, the input node voltage Va is maintained at a logic level high by the inverter I1, and the level shifting unit 10 controls the output node voltage Vb. Keep it low. The output signal OUT has a logic level low (part 'a' in FIG. 2).

다음으로, 입력신호(IN)가 논리레벨 로우에서 하이로 천이되면, 입력노드 전압(Va)이 인버터(I1)에 의해 하이에서 로우로 천이되고, 레벨쉬프팅부(10)에 의해 출력노드 전압(Vb)이 로우에서 하이로 천이된다. 출력신호(OUT)는 논리레벨 하이에서 로우로 천이된다(도 2의 'b'부분임).Next, when the input signal IN transitions from the logic level low to the high, the input node voltage Va is shifted from the high to the low by the inverter I1, and the output node voltage (by the level shifting unit 10). Vb) transitions from low to high. The output signal OUT transitions from logic level high to low (part 'b' in FIG. 2).

이어서, 입력신호(IN)가 논리레벨 하이로 안정되어 있으므로, 인버터(I1)에 의해 입력노드 전압(Va)이 논리레벨 로우로 유지되며, 레벨쉬프팅부(10)는 출력노드 전압(Vb)을 논리레벨 하이로 유지한다. 출력신호(OUT)는 논리레벨 로우를 갖는다(도 2의 'c'부분임).Subsequently, since the input signal IN is stabilized at a logic level high, the input node voltage Va is held at a logic level low by the inverter I1, and the level shifting unit 10 adjusts the output node voltage Vb. Keep logic level high. The output signal OUT has a logic level low ('c' portion of FIG. 2).

다음으로, 입력신호(IN)가 논리레벨 하이에서 로우로 천이되면, 입력노드 전압(Va)이 인버터(I1)에 의해 로우에서 하이로 천이되고, 레벨쉬프팅부(10)에 의해 출력노드 전압(Vb)이 하이에서 로우로 천이된다. 출력신호(OUT)는 논리레벨 로우에서 하이로 천이된다(도 2의 'd'부분임).Next, when the input signal IN transitions from logic level high to low, the input node voltage Va is shifted low to high by the inverter I1, and the output node voltage (by the level shifting unit 10). Vb) transitions from high to low. The output signal OUT transitions high from the logic level low (the 'd' portion of FIG. 2).

한편, 이러한 종래기술을 이용하는 경우 출력노드(B)를 드라이빙 하는 트랜지스터(PM2, NM2)의 사이즈만을 크게한다고 전압레벨 쉬프터의 구동속도을 향상시킬 수 없다. 이는 출력노드(B)에서 전압레벨 천이가 생길 때, 출력노드(B)에 연결된 트랜지스터가 모두 턴온되어 출력노드을 드라이빙하는 트랜지스터에 대해 다른 트랜지스터가 로딩으로써 작용하기 때문이다.On the other hand, in the case of using the conventional technology, the driving speed of the voltage level shifter cannot be improved by increasing only the sizes of the transistors PM2 and NM2 driving the output node B. This is because when a voltage level transition occurs in the output node B, all the transistors connected to the output node B are turned on so that another transistor acts as a loading for the transistor driving the output node.

예를 들어 생각해 보면, 출력노드 전압(Vb)이 논리레벨 하이로 천이하는 동안, 이를 드라이빙하는 PMOS트랜지스터(PM2)에 대해 NMOS트랜지스터(NM2)는 로딩으로 작용한다. 따라서, 트랜지스터의 사이즈를 크게 한다고 해도 구동속도를 향상 시킬 수는 없다.For example, while the output node voltage Vb transitions to logic level high, the NMOS transistor NM2 acts as a load for the PMOS transistor PM2 driving the output node voltage Vb. Therefore, even if the size of the transistor is increased, the driving speed cannot be improved.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 고속으로 동작할 수 있는 전압레벨 쉬프터를 제공하는데 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a voltage level shifter capable of operating at high speed.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 풀업 드라이버 및 제1 풀다운 드라이버를 구비하며, 작은 스윙폭을 갖는 입력신호를 상대적으로 큰 스윙폭을 갖는 신호로 변화하기 위한 레벨 변화수단; 상기 레벨 변환 수단의 출력단을 추가적으로 풀업 구동하기 위한 제2 풀업 드라이버; 상기 레벨 변환수단의 출력단을 추가적으로 풀다운 구동하기 위한 제2 풀다운 드라이버; 상기 입력신호의 천이 구간에서 상기 제2 풀업 드라이버를 인에이블 시키기 위한 풀업 제어 수단; 및 상기 입력신호의 천이 구간에서 상기 제2 풀다운 드라이버를 인에이블 시키기 위한 풀다운 제어 수단을 구비하는 전압레벨 쉬프터를 제공한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above technical problem, and having a first pull-up driver and a first pull-down driver, the level for changing an input signal having a small swing width to a signal having a relatively large swing width Change means; A second pull-up driver for additionally driving up an output terminal of the level converting means; A second pull-down driver for additionally driving down the output terminal of the level converting means; Pull-up control means for enabling the second pull-up driver in the transition period of the input signal; And a pull-down control means for enabling the second pull-down driver in the transition period of the input signal.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.

도 3은 본발명의 일 실시예에 따른 전압레벨 쉬프터의 회로도이다.3 is a circuit diagram of a voltage level shifter according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 전압레벨 쉬프터는 입력신호(IN)를 반전시키기 위한 인버터(I1)와, 작은 스윙폭을 갖는 입력신호(IN)를 상대적으로 큰폭의 스윙을 갖는 출력신호(OUT)로 변환시켜 출력하기 위한 레벨쉬프팅부(10)와, 레벨쉬프팅부(10)의 입력노드 전압(Va)의 레벨천이 구간에서 풀업 드라이버(PM3)를 인에이블 시키기 위한 풀업 제어부(30); 풀업 제어부(30)에 제어받아 레벨쉬프팅부(10)의 출력노드(B)를 추가적으로 풀업 구동시키기 위한 풀업 드라이버(PM3); 레벨쉬프팅부(10)의 입력노드 전압(Va)의 레벨천이 구간에서 풀다운 드라이버(NM3)를 인에이블 시키기 위한 풀다운 제어부(31); 풀다운 제어부(31)에 제어받아 레벨쉬프팅부(10)의 출력노드(B)를 추가적으로 풀다운 구동시키기 위한 풀다운 드라이버(NM3)와, 레벨쉬프팅부(10)의 출력노드 전압(Vb)을 반전시키기 위한 인버터(I2)를 구비한다.Referring to FIG. 3, the voltage level shifter converts an inverter I1 for inverting the input signal IN and an input signal IN having a small swing width to an output signal OUT having a relatively large swing. A pull-up controller 30 for enabling the pull-up driver PM3 in the level shift period of the level shifting unit 10 and the input node voltage Va of the level shifting unit 10 for outputting; A pull-up driver PM3 controlled by the pull-up control unit 30 to additionally pull-up the output node B of the level shifting unit 10; A pull-down controller 31 for enabling the pull-down driver NM3 in the level transition period of the input node voltage Va of the level shifting unit 10; The pull-down driver NM3 for additionally pulling down the output node B of the level shifting unit 10 under the control of the pull-down control unit 31, and for inverting the output node voltage Vb of the level shifting unit 10. An inverter I2 is provided.

도 3을 도 1과 비교하여 보면, 도 1에 풀업 드라이버(PM3)와 풀다운 드라이버(NM3), 그리고 이를 제어하기 위한 풀업 제어부(30)와 풀다운 제어부(31)가 추가되었음을 확인할 수 있다. 그외 동일한 블록에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용했으며, 따라서 구체적 설명은 생략하도록 한다.When comparing FIG. 3 with FIG. 1, it can be seen that the pull-up driver PM3 and the pull-down driver NM3, and the pull-up control unit 30 and the pull-down control unit 31 for controlling the same are added to FIG. 1. In addition, the same reference numerals are used for the same blocks, and thus detailed description thereof will be omitted.

풀업 드라이버 및 풀다운 드라이버는 각각 PMOS트랜지스터(PM3)와 NMOS트랜지스터(NM3)로 구현되는 것이 바람직하다.The pull-up driver and the pull-down driver are preferably implemented with a PMOS transistor PM3 and an NMOS transistor NM3, respectively.

그리고 풀업 제어부(30)는 출력노드 전압(Vb)을 게이트 입력으로 하여 입력노드 전압(Va)을 PMOS트랜지스터(PM3)의 게이트에 전달하기 하기 위한 트랜스퍼 게이트(TG2)와, 반전된 출력노드 전압을 게이트 입력으로 하여 PMOS트랜지스터(PM3)의 게이트에 고전위전압(VPP)을 전달하기 위한 PMOS트랜지스터(PM4)로 구현된다.The pull-up control unit 30 transfers the input gate voltage Va to the gate of the PMOS transistor PM3 using the output node voltage Vb as a gate input, and the inverted output node voltage. It is implemented as a PMOS transistor PM4 for delivering a high potential voltage VPP to a gate of the PMOS transistor PM3 as a gate input.

풀다운 제어부(31)는 출력노드 전압(Vb)을 게이트 입력으로 하여 입력노드 전압(Va)을 NMOS트랜지스터(NM3)의 게이트에 전달하기 하기 위한 트랜스퍼 게이트(TG1)와, 반전된 출력노드의 전압을 게이트 입력으로 하여 NMOS트랜지스터(NM3)의 게이트에 접지전압(VSS)을 전달하기 위한 NMOS트랜지스터(NM4)로 구현된다.The pull-down control unit 31 transfers the input gate voltage Va to the gate of the NMOS transistor NM3 using the output node voltage Vb as a gate input, and transfers the voltage of the inverted output node. The gate input is implemented as an NMOS transistor NM4 for transferring the ground voltage VSS to the gate of the NMOS transistor NM3.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압레벨 쉬프터의 전반적 동작에 대해 살펴본다.Next, the overall operation of the voltage level shifter according to an embodiment of the present invention will be described.

먼저, 입력신호(IN)가 논리레벨 로우를 갖을 때, 입력노드 전압(Va)은 논리레벨 하이를 갖어 NMOS트랜지스터(NM2)가 턴온되므로 출력노드 전압(Vb)이 논리레벨 로우로 천이된다. 따라서 출력신호(OUT)는 고전위전압레벨(VPP)의 하이가 된다.First, when the input signal IN has a logic level low, since the input node voltage Va has a logic level high and the NMOS transistor NM2 is turned on, the output node voltage Vb transitions to a logic level low. Therefore, the output signal OUT becomes high of the high potential voltage level VPP.

이때, 입력노드 전압(Va)이 논리레벨 로우에서 하이로 천이할 때, 출력노드 전압(Vb)이 이전 논리레벨 하이를 갖고 있으므로 트랜스퍼게이트(TG1)는 인에이블 되어있고, 이에 의해 풀다운 드라이버(NM3)가 잠시 동안 턴온되어 출력노드 전압(Vb)이 논리레벨 로우로 천이하는 것을 도와주므로 속도를 향상 시킨다.At this time, when the input node voltage Va transitions from the logic level low to the high, the output gate voltage Vb has the previous logic level high, so that the transfer gate TG1 is enabled, and thereby the pull-down driver NM3. ) Turns on for a while to help the output node voltage (Vb) transition to a logic level low, thus improving speed.

한편, 입력신호(IN)가 논리레벨 하이를 갖을 때, 입력노드 전압(Va)은 논리레벨 로우를 갖어 NMOS트랜지스터(NM2)는 턴오프되고 PMOS트랜지스터(PM2)는 턴온되어 출력노드 전압(Vb)이 고전위전압레벨(VPP) 하이로 천이된다. 따라서 출력신호(OUT)는 논리레벨 로우가 된다.On the other hand, when the input signal IN has a logic level high, the input node voltage Va has a logic level low such that the NMOS transistor NM2 is turned off and the PMOS transistor PM2 is turned on to output node voltage Vb. The high potential voltage level VPP transitions high. Therefore, the output signal OUT goes to the logic level low.

이때, 입력노드 전압(Va)이 논리레벨 하이에서 로우로 천이할 때, 출력노드 전압(Vb)이 이전 논리레벨 로우를 갖고 있으므로 트랜스퍼게이트(TG2)는 인에이블 되어있고, 이에 의해 풀업 드라이버(PM3)가 잠시 동안 턴온되어 출력노드 전압(Vb)이 고전위전압레벨(VPP) 하이로 천이하는 것을 도와주므로 속도를 향상 시킨다.At this time, when the input node voltage Va transitions from the logic level high to the low, the transfer gate TG2 is enabled because the output node voltage Vb has the previous logic level low, and thereby the pull-up driver PM3. ) Is turned on for a while to help the output node voltage (Vb) transition to the high potential voltage level (VPP) high, thus improving the speed.

본 발명의 일 실시예에 따른 전압레벨 쉬프터는 출력노드를 풀업 및 풀다운 드라이빙 하는 트랜지스터(PM2,PM3 및 NM2,NM3)를 각각 두개로 하되, 추가된 트랜지스터(PM3, NM3)는 입력신호의 천이구간에서만 활성화되고 이외에는 비활성화 됨으로써 출력로드를 줄일 수 있게 된다.The voltage level shifter according to an embodiment of the present invention uses two transistors PM2, PM3, NM2, and NM3 that pull up and pull down the output node, respectively, and the additional transistors PM3, NM3 have transition periods of the input signal. Only active at and deactivated at other times reduces the output load.

또한, 종래기술에 따른 풀업드라이버(PM2)의 사이즈는 본 발명의 일 실시예에 따른 풀업드라이버(PM2, 및 PM3) 두개를 더한 사이즈와 같으며, 풀다운드라이버(NM2)도 본 발명의 일 실시예에 따른 풀다운 드라이버(NM2, 및 NM3) 두개를 더한 사이즈와 같다. In addition, the size of the pull-up driver (PM2) according to the prior art is the same as the size of two pull-up drivers (PM2, PM3) in accordance with an embodiment of the present invention, pull-down driver (NM2) is also an embodiment of the present invention Is equal to the size of two pull-down drivers NM2 and NM3.

도 4a는 도 3의 회로에 있어서 입력신호(IN)가 논리레벨 로우에서 하이로 천이하는 경우에 따른 출력신호(OUT)의 변화를 나타낸 시뮬레이션 결과도이다.FIG. 4A is a simulation result diagram illustrating a change in the output signal OUT when the input signal IN transitions from the logic level low to the high circuit in FIG. 3.

도 4a를 참조하면, X축은 시간축으로써 스케일은 ㎱이며, Y축은 전압 축으로써 스케일은 V이다. 그리고 도면부호 b는 종래기술에 따른 출력노드 전압의 레벨 천이를 나타내며, a는 본 발명에 따른 출력노드 전압의 레벨 천이를 나타낸다.Referring to FIG. 4A, the X axis is the time axis and the scale is y, and the Y axis is the voltage axis and the scale is y. Reference numeral b denotes a level transition of the output node voltage according to the prior art, and a denotes a level transition of the output node voltage according to the present invention.

먼저, 입력신호(IN)의 천이에 따라 출력신호(OUT)는 고전위전압(VPP) 레벨의 하이에서 로우로 천이된다. 이때 종래기술에 따른 b와 본 발명에 따른 a를 비교하여 보면, 입력신호(IN)가 로우에서 하이로 천이의 시점으로 부터, 출력신호(OUT)가 입력신호(IN)의 천이에 대응하여 변하는 시점까지 걸리는 시간을 보면, b의 경우에는 0.5ns걸리며, a의 경우에는 0.45ns걸린다. 결론적으로, 입력신호(IN)가 로우에서 하이로 천이하는 경우, 본발명의 일 실시예에 따른 전압레벨 쉬프터의 구동속도는 종래기술에 비해 0.05ns 더 향상된다.First, as the input signal IN transitions, the output signal OUT transitions from high to low at the high potential voltage VPP level. At this time, when comparing the conventional b and the a according to the present invention, from the point of time when the input signal IN transitions from low to high, the output signal OUT changes in response to the transition of the input signal IN. If you look at the time to point, it takes 0.5ns for b and 0.45ns for a. In conclusion, when the input signal IN transitions from low to high, the driving speed of the voltage level shifter according to the embodiment of the present invention is further improved by 0.05 ns compared with the related art.

도 4b는 도 3의 회로에 있어서, 입력신호(IN)가 논리레벨 하이에서 로우로 천이하는 경우에 따른 출력신호(OUT)의 변화를 나타낸 시뮬레이션 결과도이다.FIG. 4B is a simulation result diagram illustrating a change in the output signal OUT when the input signal IN transitions from the logic level high to the low in the circuit of FIG. 3.

도 4b는 도 4a와 동일한 축과 기호를 갖으므로 별도의 설명은 생략한다.Since FIG. 4B has the same axis and symbol as FIG. 4A, a separate description is omitted.

먼저, 입력신호(IN)의 전압레벨의 천이에 따라, 출력신호(OUT)가 로우에서 고전위전압(VPP) 레벨의 하이로 천이한다. 이때 종래기술에 따른 b와 본 발명에 따른 a를 비교하여 보면, b의 경우에는 0.55ns걸리며, a의 경우에는 0.5ns걸리므로, 본 발명에 따른 전압레벨 쉬프터의 동작 속도가 0.05ns 향상된다.First, as the voltage level of the input signal IN changes, the output signal OUT transitions from low to high of the high potential voltage VPP level. At this time, when comparing b according to the prior art and a according to the present invention, it takes 0.55 ns for b and 0.5 ns for a, so that the operating speed of the voltage level shifter according to the present invention is improved by 0.05 ns.

본 발명은 출력노드(B)를 드라이빙 하는 트랜지스터(PM2, NM2)의 크기를 줄이고 추가적으로 풀업 드라이버(PM3) 및 풀다운 드라이버(NM3)를 추가하되, 추가된 드라이버는 출력노드(B)를 드라이빙하는 동안만 턴온되고 이외에는 턴오프된다. 따라서, 출력노드(B)를 드라이빙 하는 트랜지스터의 실질적 사이즈는 커지고, 출력노드(B)의 로딩은 줄어드는 효과를 얻을 수 있어, 전압레벨 쉬프터의 구동속도를 향상 시킨다.The present invention reduces the size of the transistors PM2 and NM2 driving the output node B, and additionally adds a pull-up driver PM3 and a pull-down driver NM3, while the added driver drives the output node B while driving. Only turned on and off. Therefore, the substantial size of the transistor driving the output node B is increased, and the loading of the output node B can be reduced, thereby improving the driving speed of the voltage level shifter.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.

전술한 본 발명은 입력신호의 천이시만 구동되는 풀업 및 풀다운 드라이버를 추가함으로써, 전압레벨 쉬프터의 구동속도를 10% 향상시켰다. The above-described present invention improves the driving speed of the voltage level shifter by 10% by adding pull-up and pull-down drivers which are driven only when the input signal transitions.

도 1은 종래기술에 따른 전압레벨 쉬프터의 회로도.1 is a circuit diagram of a voltage level shifter according to the prior art.

도 2는 도 1의 회로의 동작 파형도.2 is an operational waveform diagram of the circuit of FIG.

도 3은 본발명의 일 실시예에 따른 전압레벨 쉬프터의 회로도.3 is a circuit diagram of a voltage level shifter according to an embodiment of the present invention.

도 4a 및 도 4b는 도 3의 회로의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.4A and 4B show simulation results of the circuit of FIG. 3.

* 도면의 주요 부분에 대한 설명* Description of the main parts of the drawing

30 : 풀업 구동부 30: pull-up drive unit

31 : 풀다운 구동부31: pull-down drive unit

Claims (5)

제1 풀업 드라이버 및 제1 풀다운 드라이버를 구비하며, 작은 스윙폭을 갖는 입력신호를 상대적으로 큰 스윙폭을 갖는 신호로 변화하기 위한 레벨 변화수단;Level changing means having a first pull-up driver and a first pull-down driver, for changing an input signal having a small swing width to a signal having a relatively large swing width; 상기 레벨 변환 수단의 출력단을 추가적으로 풀업 구동하기 위한 제2 풀업 드라이버;A second pull-up driver for additionally driving up an output terminal of the level converting means; 상기 레벨 변환수단의 출력단을 추가적으로 풀다운 구동하기 위한 제2 풀다운 드라이버;A second pull-down driver for additionally driving down the output terminal of the level converting means; 상기 입력신호의 천이 구간에서 상기 제2 풀업 드라이버를 인에이블 시키기 위한 풀업 제어 수단; 및Pull-up control means for enabling the second pull-up driver in the transition period of the input signal; And 상기 입력신호의 천이 구간에서 상기 제2 풀다운 드라이버를 인에이블 시키기 위한 풀다운 제어 수단Pull-down control means for enabling the second pull-down driver in the transition period of the input signal; 을 구비하는 전압레벨 쉬프터.Voltage level shifter having a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레벨 변화수단은,The level change means, 상기 제1 풀다운 드라이버 - 입력단에 게이트가 접속되며, 접지전압단과 상기 출력단 사이에 소스-드레인 경로가 형성된 제1 NMOS 트랜지스터 - ;The first pull-down driver, a first NMOS transistor having a gate connected to an input terminal and having a source-drain path formed between a ground voltage terminal and the output terminal; 노말 전압단에 그 게이트가 접속되며, 상기 입력단에 그 소오스가 접속된 제2 NMOS 트랜지스터;A second NMOS transistor having a gate connected to a normal voltage terminal and a source connected to the input terminal; 상기 제1 풀업 드라이버 - 상기 제2 NMOS 트랜지스터의 드레인에 그 게이트가 접속되며, 고전위전압단과 상기 출력단 사이에 소스-드레인 경로가 형성된 제1 PMOS 트랜지스터 - ; 및The first pull-up driver, a first PMOS transistor having a gate connected to the drain of the second NMOS transistor and having a source-drain path formed between a high potential voltage terminal and the output terminal; And 상기 출력단에 그 게이트가 접속되며, 상기 고전위전압단과 상기 제2 NMOS트랜지스터의 드레인 사이에 소스-드레인 경로가 형성된 제2 PMOS트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 전압레벨 쉬프터.And a second PMOS transistor having a gate connected to the output terminal and having a source-drain path formed between the high potential voltage terminal and the drain of the second NMOS transistor. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제2 풀업 드라이버는 상기 고전위전압단과 상기 레벨 변환 수단의 출력단 사이에 접속된 제3 PMOS 트랜지스터를 구비하며,The second pull-up driver includes a third PMOS transistor connected between the high potential voltage terminal and an output terminal of the level converting means, 상기 제2 풀다운 드라이버는 상기 접지전압단과 상기 레벨 변환 수단의 출력단 사이에 접속된 제3 NMOS 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 전압레벨 쉬프터.And said second pull-down driver comprises a third NMOS transistor connected between said ground voltage terminal and an output terminal of said level converting means. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 풀업 제어 수단은,The pull-up control means, 상기 레벨 변환 수단의 출력단의 전압에 응답하여 상기 레벨 변환 수단의 입력단의 전압을 상기 제3 PMOS 트랜지스터의 게이트에 전달하기 위한 제1 트랜스퍼 게이트와,A first transfer gate for transferring the voltage at the input of the level converting means to the gate of the third PMOS transistor in response to the voltage at the output of the level converting means; 상기 레벨 변환 수단의 출력단의 전압의 반전신호를 게이트 입력으로 하며, 상기 고전위전압단과 상기 제3 PMOS 트랜지스터의 게이트 사이에 소스-드레인 경로가 형성된 제4 PMOS 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 전압레벨 쉬프터.And a fourth PMOS transistor having a source-drain path formed between the high potential voltage terminal and the gate of the third PMOS transistor as a gate input of a voltage inversion signal of the output terminal of the level converting means. Shifter. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 풀다운 제어 수단은,The pull-down control means, 상기 레벨 변환 수단의 출력단의 전압에 응답하여 상기 레벨 변환 수단의 입력단의 전압을 상기 제3 NMOS 트랜지스터의 게이트에 전달하기 위한 제2 트랜스퍼 게이트와,A second transfer gate for transferring the voltage at the input of the level converting means to the gate of the third NMOS transistor in response to the voltage at the output of the level converting means; 상기 레벨 변환 수단의 출력단의 전압의 반전신호를 입력으로 하며, 상기 접지전압단과 상기 제3 NMOS 트랜지스터의 게이트 사이에 소스-드레인 경로가 형성된 제4 NMOS 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 전압레벨 쉬프터.And a fourth NMOS transistor having a source-drain path formed between the ground voltage terminal and the gate of the third NMOS transistor as an input of an inverted signal of a voltage at an output terminal of the level converting means.
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