DE60127744T2

DE60127744T2 - Pegelumsetzungsschaltung und Halbleiteranordnung und Anzeigegerät die diese Pegelumsetzungsschaltung enthalten

Info

Publication number: DE60127744T2
Application number: DE60127744T
Authority: DE
Inventors: Shoichiro Ogaki-shi Matsumoto
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-03-01
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: JP3583999B2; US6531893B2; EP1130779A3; US20010022520A1; US20020093362A1; EP1130779A2; JP2001320268A; DE60127744D1; US6373283B2; EP1130779B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pegelumsetzungsschaltung zum Umsetzen der Spannungsamplitude eines Eingangs-Signals in eine größere Spannungsamplitude sowie eine Halbleitervorrichtung und eine Anzeigeeinheit, die diese verwendet.
In den letzten Jahren wurde ein Chip, der als System-On-Silicon-Chip bezeichnet wird und der durch Ausbilden eines Mikroprozessors oder eines Speichers auf dem gleichen Chip wie eine Logikschaltung gebildet wird, als ein Silizium-Grundmaterial verwendender, integrierter Schaltkreis entwickelt. Im Anschluss an eine solche Entwicklung wird, nun an der Entwicklung eines Verfahrens zur Ausbildung einer Reihe an Schaltkreistypen auf einem einzigen Chip unter Anwendung von Feinst-Entwurfsregeln gearbeitet.
Die Entwurfsregeln variieren jedoch mit den Schaltkreistypen und daher müssen Schaltkreise mit verschiedenen Entwurfsregeln unweigerlich eingebaut werden. Folglich wird eine Vielzahl an Schaltkreisen, die mit verschiedenen Versorgungsspannungen arbeiten, in gemischter Form auf einem einzigen Chip ausgebildet. In diesem Fall müssen die Spannungen in einem Schnittstellenabschnitt zwischen den verschiedenen Schaltkreisen pegelumgesetzt werden.
Die Verbesserung der Hochgeschwindigkeitseigenschaften wird durch gemischtes Ausbilden einer Vielzahl an Schaltkreisen verschiedener Typen auf demselben Chip erzielt. Daher muss eine Pegelumsetzungsschaltung, welche die Pegelumsetzung der Spannungen zwischen den verschiedenen Schaltkreisen durchführt, ebenfalls bei hoher Geschwindigkeit funktionsfähig sein.
Dünnschichttransistoren aus polykristallinem Silizium werden für eine Anzeigevorrichtung, wie etwa eine Flüssigkristall-Anzeigeeinheit oder eine organische EL-Vorrichtung (Elektrolumineszenz-Vorrichtung), verwendet. Wenn die Pegelumsetzungsschaltung auf demselben Substrat wie eine Anzeigevorrichtung bereitgestellt ist, ist die Pegelumsetzungsschaltung ebenfalls durch Dünnschichttransistoren aus polykristallinem Silizium ausgebildet.
Die Vorrichtungseigenschaften, wie etwa die Schwellenspannungen, variieren während den Herstellungsschritten von Transistoren. Insbesondere Variationen von Vorrichtungseigenschaften, wie etwa Schwellenspannungen, sind äußerst groß. Daher wird in Zukunft von einer Pegelumsetzungsschaltung erwartet, dass diese imstande ist, zuverlässig auch dann zu arbeiten, wenn Vorrichtungseigenschaften, wie etwa Schwellenspannungen von Dünnschichttransistoren, variieren.
Eine solche Anzeigevorrichtung benötigt eine Pegelumsetzungsschaltung, die imstande ist, bei hoher Geschwindigkeit betrieben zu werden, auch wenn das Eingangssignal in Hinblick auf eine Reduktion des Energieverbrauchs und auf eine Verbesserung der Auflösung oder Bildschärfe mit einer kleinen Amplitude bereitgestellt wird.
45 zeigt einen Schaltplan, der eine erste beispielhafte Pegelumsetzungsschaltung 800 darstellt.
Die Pegelumsetzungsschaltung 800 von 45 umfasst zwei p-Kanal-MOSFETs-(Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) 801 und 802 und zwei n-Kanal-MOSFETs 803 und 804.
Die p-Kanal-MOSFETs 801 und 802 sind zwischen einem Spannungsversorgungsanschluss, welcher ein Versorgungspotential VDD empfängt, und den Ausgangsknoten N11 bzw. N12 geschaltet, während die n-Kanal-MOSFETs 803 und 804 zwischen den Ausgangsknoten N11 bzw. N12 und einem Masseanschluss geschaltet sind. Die Gates der p-Kanal-MOSFETs 801 und 802 sind an die Ausgangsknoten N12 bzw. N14 kreuzgekoppelt. Die Gates der n-Kanal-MOSFETs 803 und 804 werden mit sich gegenläufig ändernden Eingangssignalen CLK1 bzw. CLK2 versorgt.
Wenn das Eingangssignal CLK1 hoch und das Eingangssignal CLK2 niedrig wird, wird der n-Kanal-MOSFET 803 eingeschaltet und der n-Kanal-MOSFET 804 ausgeschaltet. Daher wird der p-Kanal-MOSFET 802 eingeschaltet und der p-Kanal-MOSFET 801 ausgeschaltet. Folglich steigt das Ausgangspotential Vout des Aus gangsknotens N12 an. Wenn das Eingangssignal CLK1 niedrig und das Eingangssignal CLK2 hoch wird, nimmt demgegenüber das Ausgangspotential Vout des Ausgangsknotens N12 ab.
In diesem Fall müssen die Spannungsamplituden der Eingangssignale CLK1 und CLK2 größer als die Schwellenspannungen Vtn der n-Kanal-MOSFETs 803 und 804 sein, um die n-Kanal-MOSFETs 803 und 804 einzuschalten.
Daher wird die Pegelumsetzungsschaltung 800, wie in 45 dargestellt, verwendet, wenn das Spannungsverhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangssignalen klein ist.
Beispielsweise ist diese Pegelumsetzungsschaltung 800 wirkungsvoll, wenn die Umsetzung eines 3 V-Systemsignals in ein 5 V-Systemsignal, eines 2,5 V-Systemsignal in ein 3 V-Systemsignal oder eines 1,8 V-Systemsignal in ein 2,5 V- oder 3,3 V-Systemsignal erfolgt.
46 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung einer zweiten beispielhaften herkömmlichen Pegelumsetzungsschaltung 810.
Die Pegelumsetzungsschaltung 810 von 46 umfasst einen Vorspannungsschaltkreis 811, einen p-Kanal-MOSFET 812 und einen n-Kanal-MOSFET 813.
Der p-Kanal-MOSFET 812 ist zwischen einem Spannungsversorgungsanschluss, der ein Versorgungspotential VDD empfängt, und einem Ausgangsknoten N13 geschaltet, während der n-Kanal-MOSFET 813 zwischen dem Ausgangsknoten N13 und einem anderen Spannungsversorgungsanschluss, der ein vorgegebenes Potential VEE empfängt, geschaltet ist. Ein Eingangssignal CLK ist am Gate des p-Kanal-MOSFET 812 und dem Vorspannungsschaltkreis 811 bereitgestellt. Der Vorspannungsschaltkreis 811 stellt das Eingangssignal CLK am Gate des n-Kanal-MOSFET 813 bereit, während dessen Mittenpotential verschoben wird.
Wenn das Eingangssignal CLK hoch wird, wird der p-Kanal MOSFET 812 ausgeschaltet und der n-Kanal-MOSFET 813 eingeschaltet. Daher nimmt ein Ausgangspotential Vout des Ausgangsknotens N13 ab. Wenn das Eingangssignal CLK niedrig wird, wird demgegenüber der p-Kanal-MOSFET 812 eingeschaltet und der n-Kanal MOSFET 813 ausgeschaltet. Daher nimmt das Ausgangspotential Vout des Ausgangsknotens N13 zu.
In diesem Fall verschiebt der Vorspannungsschaltkreis 811 das Mittenpotential des Eingangssignals CLK und daher arbeitet die Pegelumsetzungsschaltung 810, auch wenn die Spannungsamplitude des Eingangssignals CLK kleiner als die Schwellenspannung Vtn des n-Kanal-MOSFET 813 ist.
47 ist ein Schaltplan zur Darstellung einer dritten beispielhaften herkömmlichen Pegelumsetzungsschaltung 820.
Die in 47 gezeigte Pegelumsetzungsschaltung 820 beinhaltet eine Klemmschaltung 821 und einen Stromspiegelverstärker 822.
Der Stromspiegelverstärker 822 umfasst zwei p-Kanal-MOSFETs 831 und 832 sowie zwei n-Kanal-MOSFETs 833 und 834. Die p-Kanal-MOSFETs 831 und 832 sind zwischen Spannungsversorgungsklemmen, die ein Versorgungspotential VDD empfangen, und Ausgangsknoten N14 bzw. N15 geschaltet. Die n-Kanal-MOSFETs 833 und 834 sind zwischen den Ausgangsknoten N14 und N15 bzw. Masseklemmen geschal- tet. Die Gates der p-Kanal-MOSFETs 831 und 832 sind mit dem Ausgangsknoten N14 verbunden. Die Klemmschaltung 821 stellt sich gegenläufig ändernde Eingangssignale CLK1 und CLK2 an den Gates der n-Kanal-MOSFETs 833 und 834 bereit, während die Mittenpotentiale derselben verschoben werden.
Wenn das Eingangssignal CLK1 hoch und das Eingangssignal CLK2 niedrig wird, wird der n-Kanal-MOSFET 833 eingeschaltet und der n-Kanal-MOSFET 834 ausgeschaltet. Daher werden die p-Kanal-MOSFETs 831 und 832 eingeschaltet. Folglich steigt ein Ausgangspotential Vout des Ausgangsknotens N15 an. Wenn das Ein gangssignal CLK1 niedrig und das Eingangssignal CLK2 hoch wird, nimmt demgegenüber das Ausgangspotential Vout des Ausgangsknotens N15 ab.
In diesem Fall verschiebt die Klemmschaltung 821 die Mittenpotentiale der Eingangssignale CLK1 und CLK2 und somit kann die Pegelumsetzungsschaltung 820 arbeiten, auch wenn die Spannungsamplituden der Eingangssignale CLK1 und CLK2 kleiner als die Schwellenspannungen Vtn der n-Kanal-MOSFETs 833 und 834 sind.
48 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung einer vierten beispielhaften herkömmlichen Pegelumsetzungsschaltung 840.
Die Pegelumsetzungsschaltung 840 von 48 umfasst eine Klemmschaltung 841 und einen kreuzgekoppelten PMOS-Verstärker 842.
Der kreuzgekoppelte PMOS-Verstärker 842 umfasst zwei p-Kanal-MOSFETs 851 und 852 und zwei n-Kanal-MOSFETs 853 und 854. Die p-Kanal-MOSFETs 851 und 852 sind zwischen den ein Versorgungspotential VDD empfangenden Spannungsversorgungsanschlüssen und Ausgangsknoten N16 bzw. N17 geschaltet, während die n-Kanal-MOSFETs 853 und 854 zwischen den Ausgangsknoten N16 und N17 bzw. den Masseklemmen geschaltet sind. Die Gates der p-Kanal-MOSFETs 851 und 852 sind an den Ausgangsknoten N17 bzw. N16 kreuzgekoppelt. Die Klemmschaltung 841 stellt sich gegenläufig ändernde Eingangssignale CLK1 und CLK2 an den Gates der n-Kanal-MOSFETs 853 bzw. 854 bereit, während die Mittenpotentiale derselben verschoben werden.
Wenn das Eingangssignal CLK1 hoch und das Eingangssignal CLK2 niedrig wird, wird der n-Kanal-MOSFET 853 eingeschaltet und der n-Kanal-MOSFET 854 ausgeschaltet. Daher wird der p-Kanal-MOSFET 851 abgeschaltet und der p-Kanal-MOSFET 852 eingeschaltet. Folglich steigt das Ausgangspotential Vout des Ausgangsknotens N17 an. Wenn das Eingangssignal CLK1 niedrig und das Eingangssignal CLK2 hoch wird, nimmt demgegenüber das Ausgangspotential Vout des Ausgangsknotens N17 ab.
In diesem Fall verschiebt die Klemmschaltung 841 die Mittenpotentiale der Eingangssignale CLK1 und CLK2 und somit kann die Pegelumsetzungsschaltung 840 auch arbeiten, wenn die Spannungsamplituden der Eingangssignale CLK1 und CLK2 kleiner als die Schwellenspannungen Vtn der n-Kanal-MOSFETs 853 und 854 sind.
Wie oben stehend beschrieben, kann die in 45 dargestellte Pegelumsetzungsschaltung 800 nicht arbeiten, wenn die Spannungsamplituden der Eingangssignale CLK1 und CLK2 kleiner als die Schwellenspannungen Vtn der n-Kanal-MOSFETs 803 und 804 sind.
Unter Bezugnahme auf 46 verschiebt demgegenüber der Vorspannungsschaltkreis 811 das Mittenpotential des Eingangssignals CLK und somit kann die Pegelumsetzungsschaltung 810 auch arbeiten, wenn die Spannungsamplitude des Eingangssignals CLK kleiner als die Schwellenspannung Vtn des n-Kanal-MOSFET 813 ist.
Unter Bezugnahme auf die 47 und 48 verschieben die Klemmschaltungen 821 und 841 die Mittenpotentiale der Eingangssignale CLK1 und CLK2 in ähnlicher Weise und somit können die Pegelumsetzungsschaltungen 820 und 840 auch arbeiten, wenn die Spannungsamplituden der Eingangssignale CLK1 und CLK2 kleiner als die Schwellenspannungen Vtn der n-Kanal-MOSFETs 833, 834, 853 und 854 sind.
Die Pegelumsetzungsschaltungen 810, 820 und 840, die in den 46 bis 48 darge- stellt sind, können jedoch nicht arbeiten, wenn die Schwellenspannungen Vtn der n-Kanal-MOSFETs 833, 834, 853 und 854 von den Entwurfswerten aufgrund von Variationen in den Herstellungsschritten erheblich abweichen.
In einer der Pegelumsetzungsschaltungen 800, 810, 820 und 840, die in den 45 bis 48 abgebildet sind, weicht ferner das Tastverhältnis einer Ausgangskurvenform von einem vorgegebenen Entwurfswert ab, wenn die Schwellenspannungen Vtp und Vtn der p-Kanal- und n-Kanal-MOSFETs irreguläre Abweichungen in den Herstellungsschritten, etc. aufweisen, wenn die Schwellenspannung(en) Vtn der n-Kanal- MOSFET(s) zunimmt (zunehmen) und die Schwellenspannung(en) Vtp der p-Kanal-MOSFET(s) zunimmt (zunehmen) oder umgekehrt.
Insbesondere wenn die Pegelumsetzungsschaltung zur Bildung eines Taktsignals für eine Anzeigevorrichtung, wie etwa eine Flüssigkristall-Anzeigeeinheit oder eine organische EL-Vorrichtung, verwendet wird, muss das Tastverhältnis des Taktsignals bei 50 % festgesetzt sein. Wenn das Tastverhältnis des Taktsignals aufgrund irregulärer Veränderungen der Schwellenspannungen Vtn und Vtp der n-Kanal- und p-Kanal-MOSFETs der Pegelumsetzungsschaltung um 50 % abweicht, führt dies zu Schwankungen der Einschalt- und Ausschaltzeiten der Pixel in der Anzeigvorrichtung.
In der Pegelumsetzungsschaltung 800 von 45 extrahieren die p-Kanal-MOSFETs 801 und 802 Gateladungen voneinander, wenn die EIN- und AUS-Zustände der n-Kanal-MOSFETs 803 und 804 invertiert werden. Daher benötigt die Umkehrung des Pegels des Ausgangspotentials Vout Zeit und die Arbeitsgeschwindigkeit kann nicht erhöht werden.
Insbesondere wenn die p-Kanal-MOSFETs 801 und 802 durch Transistoren, wie etwa Dünnschichttransistoren, aus polykristallinem Silizium mit geringer Ansteuerbarkeit ausgebildet sind, wird die für die Umkehrung des Pegel des Ausgangspotentials Vout benötigte Zeit weiter erhöht.
Wenn der Pegel des Ausgangspotentials Vout invertiert wird, fließt ein Durchlassstrom vom Spannungsversorgungsanschluss zur Masseklemme durch einen Weg des p-Kanal-MOSFET 801 und des n-Kanal-MOSFET 803 oder den des p-Kanal-MOSFET 802 und des n-Kanal-MOSFET 804. Insbesondere wenn Zeit zur Invertierung des Pegels des Ausgangspotentials Vout benötigt wird, wird die Fließzeit des Durchlassstroms erhöht, wodurch der Energieverbrauch erhöht wird.
Der Vorspannungsschaltkreis 811 der Pegelumsetzungsschaltung 810, wie in 46 abgebildet, führt einen Strom einem Widerstandselement zu, wodurch eine Potenti aldifferenz zwischen dem Eingangssignal CLK und einem Ausgangssignal entsteht. In diesem Fall wird Zeit zum Festsetzen der Potentialdifferenz zwischen dem Eingangssignal CLK und dem Ausgangssignal benötigt, um den Betrieb bei hoher Geschwindigkeit zu verhindern. Ferner wird ein großer Layoutbereich zur Ausbildung des Widerstandselements benötigt. Außerdem fließt der Strom regelmäßig zum Widerstandselement, wordurch der Energieverbrauch erhöht wird. Ferner kann ein Betrieb bei hoher Geschwindigkeit nicht erzielt werden und daher wird der Durchlassstrom im p-Kanal-MOSFET 810 und im n-Kanal-MOSFET 813 der Ausgangsphase erhöht.
Die Klemmschaltungen 821 und 841 der Pegelumsetzungsschaltungen 820 und 840, wie in den 47 und 48 zu sehen, werden ebenfalls daran gehindert, bei hoher Geschwindigkeit zu arbeiten, benötigen große Layoutbereiche und erhöhen den Energieverbrauch, ähnlich wie der Vorspannungsschaltkreis 811 der Pegelumsetzungsschaltung 810 von 46.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Pegelumsetzungsschaltung, die imstande ist, auch dann zuverlässig zu arbeiten, wenn die Schwellenspannung eines Transistors aufgrund von Variationen in den Herstellungsschritten von einem Entwurfswert abweicht, während sie einen Betrieb bei hoher Geschwindigkeit sowie die Reduktion des Energieverbrauchs und der Fläche ermöglicht.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Halbleitervorrichtung, welche eine Pegelumsetzungsschaltung verwendet, die in der Lage ist, zuverlässig zu arbeiten, auch wenn die Schwellenspannung eines Transistors aufgrund von Variationen in den Herstellungsschritten von einem Entwurfswert abweicht, während sie einen Betrieb bei hoher Geschwindigkeit und die Reduktion des Energieverbrauches und der Fläche ermöglicht.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Anzeigeeinheit, welche eine Pegelumsetzungsschaltung verwendet, die imstande ist, auch dann zuverlässig zu arbeiten, wenn die Schwellenspannung eines Transistors von einem Entwurfswert aufgrund der Verteilung in den Herstellungsschritten abweicht, während sie einen Betrieb bei hoher Geschwindigkeit ermöglicht, die Reduktion des Energieverbrauches verringert und die Fläche reduziert.
Eine Pegelumsetzungsschaltung gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst einen ersten Transistor, der zwischen einen ersten Knoten, welcher ein erstes Potential empfängt, und einem Ausgangsknoten geschaltet ist, einen zweiten Transistor, der zwischen einem zweiten Knoten, welcher ein zweites, vom ersten Potential unterschiedliches Potential empfängt, und dem Ausgangsknoten geschaltet ist, und ein Steuerteil, das ein erstes Eingangssignal empfängt und sowohl den ersten als auch den zweiten Transistor in die EIN-Zustände bringt, während der Grad der EIN-Zustände des ersten bzw. zweiten Transistors als Antwort auf den Pegel des ersten Eingangssignals gesteuert wird.
In der Pegelumsetzungsschaltung bringt das Steuerteil sowohl den ersten als auch den zweiten Transistor in die EIN-Zustände, während der Grad der EIN-Zustände des ersten bzw. des zweiten Transistors als Antwort auf den Pegel des ersten Eingangssignals gesteuert wird. Daher erhöht oder verringert sich das Potential des Ausgangsknotens als Antwort auf den Pegel des ersten Eingangssignals.
In diesem Fall werden die Grade der EIN-Zustände des ersten und zweiten Transistors, die normalerweise ein sind, gesteuert, um das Potential des Ausgangsknotens zu ändern, wodurch die Pegelumsetzungsschaltung auch arbeiten kann, wenn die Spannungsamplitude des ersten Eingangssignals kleiner als die Schwellenspannungen des ersten und zweiten Transistors ist. Auch wenn die Schwellenspannungen des ersten und zweiten Transistors deutlich von den Entwurfswerten abweichen, entspricht ferner das Tastverhältnis der Potentialänderung genau das Tastverhältnis des ersten Eingangssignals. Daher kann die Pegelumsetzungsschaltung auch dann zuverlässig arbeiten, wenn die Schwellenspannungen der Transistoren von den Entwurfswerten aufgrund von Variationen in den Herstellungsschritten abweichen.
Die EIN-Zustände des ersten und zweiten Transistors, welche normalerweise eingeschaltet sind, werden gesteuert, um das Potential des Ausgangsknotens zu ändern, wodurch die Pegelumsetzungsschaltung bei hoher Geschwindigkeit arbeiten kann. Ferner wird eine Übergangsperiode des Pegels des Potentials des Ausgangsknotens aufgrund des ermöglichten Hochgeschwindigkeitsbetriebs verkürzt, wodurch eine Fließperiode eines Durchlassstroms reduziert wird. Daher kann der Energieverbrauch verringert werden.
Ein Pegelverschiebungsschaltkreis wird auch dann nicht benötigt, wenn das erste Eingangssignal eine kleine Spannungsamplitude hat, wodurch der Bereich verringert werden kann.
Das erste Eingangssignal kann mit einer Spannungsamplitude verändert werden, die kleiner als die Differenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential ist.
In diesem Fall ändert sich das Potential des Ausgangsknotens mit einer Spannungsamplitude, die größer als die Spannungsamplitude des ersten Eingangssignals ist.
Das erste Eingangssignal kann sich zu einem ersten Pegel und einem zweiten Pegel ändern, der erste Transistor kann ein erster leitfähiger Kanal-Feldeffekttransistor und der zweite Transistor kann ein zweiter leitfähiger Kanal-Feldeffekttransistor sein, während das Steuerteil das Gate-Potential des ersten leitfähigen Kanal-Feldeffekttransistors und das Gate-Potential des zweiten leitfähigen Kanal-Feldeffekttransistors als Antwort auf den ersten und zweiten Pegel des ersten Eingangssignals so festsetzen kann, dass der Absolutwert der Differenz zwischen dem ersten Potential und dem Gate-Potential des ersten leitfähigen Kanal-Feldeffekttransistors den Absolutwert der Schwellenspannung des ersten leitfähigen Kanal-Feldeffekttransistors überschreitet und der Absolutwert der Differenz zwischen dem zweiten Potential und dem Gate-Potential des zweiten leitfähigen Kanal-Feldeffekttransistors den Absolutwert der Schwellenspannung des zweiten leitfähigen Kanal-Feldeffekttransistors überschreitet.
In diesem Fall überschreitet der Absolutwert der Differenz zwischen dem ersten Potential und dem Gate-Potential des ersten leitfähigen Kanal-Feldeffekttransistors den Absolutwert der Schwellenspannung des ersten leitfähigen Kanal-Feldeffekttransistors, wobei der erste leitfähige Kanal-Feldeffekttransistor normalerweise eingeschaltet ist.
Weiters überschreitet der Absolutwert der Differenz zwischen dem zweiten Potential und dem Gatepotential der zweiten leitfähigen Kanal-Feldeffekttransistors den Absolutwert der Schwellenspannung des zweiten leitfähigen Kanal-Feldeffekttransistors, wobei der zweite leitfähige Feldeffekttransistor normalerweise eingeschaltet ist.
Daher kann die Pegelumsetzungsschaltung zuverlässig auch dann arbeiten, wenn die Schwellenspannung des Transistors von den Entwurfswerten abweicht, während der Hochgeschwindigkeitsbetrieb ermöglicht wird sowie der Energieverbrauch und die Fläche verringert werden.
Das erste Potential kann ein positives Potential sein und das zweite Potential kann ein positives Potential, das unterhalb des ersten Potentials liegt, ein Massepotential oder ein negatives Potential sein.
In diesem Fall sind der erste und der zweite Transistor normalerweise eingeschaltet und somit fließt ein Strom vom ersten Knoten durch den ersten und zweiten Transistor zum zweiten Knoten.
Das zweite Potential kann ein zweites Eingangssignal sein, das einen ersten Pegel und einen zweiten Pegel in Ergänzung mit dem ersten Eingangssignal ändert.
In diesem Fall sind der erste und der zweite Pegel des ersten und des zweiten Eingangssignals niedriger als das erste Potential, das zweite Eingangssignal erreicht den zweiten Pegel, wenn das erste Eingangssignal am ersten Pegel ist und das zweite Eingangssignal erreicht den ersten Pegel, wenn das erste Eingangssignal am zweiten Pegel ist.
Der erste leitfähige Kanal-Feldeffekttransistor kann ein erster p-Kanal-Feldeffekttransistor mit einer ersten Schwellenspannung sein, der zweite leitfähige Kanal-Feldeffekttransistor kann ein erster n-Kanal-Feldeffekttransistor mit einer zweiten Schwellenspannung sein und das Steuerteil kann das Gate-Potential des ersten p-Kanal-Feldeffekttransistors innerhalb eines gegenüber dem ersten Potential um mindestens den Absolutwert der ersten Schwellenspannung verringerten Bereichs festsetzen, während das Gate-Potential des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors innerhalb eines gegenüber dem zweiten Potential um mindestens den Absolutwert der zweiten Schwellenspannung verringerten Bereichs festlegt.
In diesem Fall wird das Gate-Potential des ersten p-Kanal-Feldeffekttransistors innerhalb eines gegenüber dem ersten Potential um mindestens den Absolutwert der ersten Schwellenspannung verringerten Bereichs festgesetzt, wobei der erste p-Kanal-Feldeffekttransistor normalerweise ein ist. Der erste p-Kanal-Feldeffekttransistor wird schwach eingeschaltet, wenn das Gate-Potential desselben an einem hohen Pegel innerhalb des zuvor erwähnten Bereichs liegt, während der erste p-Kanal-Feldeffekttransistor stark eingeschaltet wird, wenn das Gate-Potential desselben an einem niedrigen Pegel innerhalb des zuvor genannten Bereichs liegt.
Das Gate-Potential des ersten p-Kanal-Feldeffekttransistors wird innerhalb eines gegenüber dem zweiten Potential um mindestens den Absolutwert der zweiten Schwellenspannung verringerten Bereichs festgesetzt, wobei der erste n-Kanal-Feldeffekttransistor normalerweise eingeschaltet ist. Der erste n-Kanal-Feldeffekttransistor wird schwach eingeschaltet, wenn das Gate-Potential desselben an einem niedrigen Pegel innerhalb des zuvor erwähnten Bereichs liegt, während der erste n-Kanal-Feldeffekttransistor stark eingeschaltet wird, wenn das Gate-Potential desselben an einem hohen Pegel innerhalb des zuvor genannten Bereichs liegt.
Das Steuerteil kann einen zweiten p-Kanal-Feldeffekttransistor, einen zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistor und eine Steuerschaltung umfassen, die Source des zweiten p-Kanal-Feldeffekttransistors kann das erste Potential empfangen, das Gate und der Drain des zweiten p-Kanal-Feldeffekttransistors können mit dem Gate des ersten p-Kanal-Feldeffekttransistors verbunden sein, die Source des zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistors kann das erste Eingangssignal oder das zweite Potential emp fangen, das Gate und der Drain des zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistors können mit dem Gate des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors verbunden sein und die Steuerschaltung kann das Potential des Drain des zweiten p-Kanal-Feldeffekttransistors und das Potential des Drain des zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistors als Antwort auf den Pegel des ersten Eingangssignals steuern.
In diesem Fall setzt der zweite p-Kanal-Feldeffekttransistors das Gate-Potential des ersten p-Kanal-Feldeffekttransistors innerhalb eines gegenüber dem ersten Potential um mindestens den Absolutwert der ersten Schwellenspannung verringerten Bereichs fest. Ferner setzt der zweite n-Kanal-Feldeffekttransistors das Gate-Potential des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors innerhalb eines gegenüber dem zweiten Potential um mindestens den Absolutwert der zweiten Schwellenspannung erhöhten Bereichs fest. Außerdem steuert die Steuerschaltung das Gate-Potential des ersten p-Kanal-Feldeffekttransistors innerhalb des zuvor erwähnten Bereichs, während das Gate-Potential des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors innerhalb des zuvor genannten Bereichs gesteuert wird.
Die Steuerschaltung kann ein erstes und ein zweites Lastelement umfassen, ein Ende des ersten Lastelements kann das erste Eingangssignal empfangen, das andere Ende des ersten Lastelements kann mit dem Gate des ersten p-Kanal-Feldeffekttransistors verbunden sein, ein Ende des zweiten Lastelements kann das erste Potential empfangen und das andere Ende des zweiten Lastelements kann mit dem Gate des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors verbunden sein.
In diesem Fall steuert das erste Lastelement das Gate-Potential des ersten p-Kanal-Feldeffekttransistors, während das zweite Lastelement das Gate-Potential des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors als Antwort auf den Pegel des ersten Eingangssignals steuert.
In Übereinstimmung mit dieser Struktur wird die Pegelumsetzungsschaltung durch sechs Elemente ausgebildet, wobei der Bereich reduziert ist.
Sowohl das erste als auch das zweite Lastelement können ein Feldeffekttransistor oder ein Widerstandselement sein.
In diesem Fall werden die Gate-Potentiale des ersten p-Kanal-Feldeffekttransistors und des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors durch Feldeffekttransistoren oder Widerstandselemente gesteuert.
Das Steuerteil kann ferner einen dritten p-Kanal-Feldeffekttransistor und einen dritten n-Kanal-Feldeffekttransistor umfassen, die Source, das Gate und der Drain des dritten p-Kanal-Feldeffekttransistors können mit der Source des zweiten p-Kanal-Feldeffekttransistors, dem Ausgangsknoten bzw. dem Drain des zweiten p-Kanal-Feldeffekttransistors verbunden sein und die Source, das Gate und der Drain des dritten n-Kanal-Feldeffekttransistors können mit der Source des zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistors, dem Ausgangsknoten bzw. dem Drain des zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistors verbunden sein.
In diesem Fall können der erste p-Kanal-Feldeffekttransistor und der erste n-Kanal-Feldeffekttransistors zuverlässig eingeschaltet werden, auch wenn die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Potential klein ist. Daher wird eine Niederspannungsansteuerung ermöglicht.
Das Steuerteil kann einen zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistor und eine Steuerschaltung umfassen, die Source des zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistors kann das erste Eingangssignal oder das zweite Potential empfangen, das Gate und der Drain des zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistors können mit dem Gate des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors verbunden sein und die Steuerschaltung kann das Potential des Gates des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors und das Potential des Drain des zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistors als Antwort auf den Pegel des ersten Eingangssignals steuern.
In diesem Fall setzt die Steuerschaltung das Gate-Potential des ersten p-Kanal-Feldeffekttransistors innerhalb des gegenüber dem ersten Potential um mindestens den Absolutwert der ersten Schwellenspannung verringerten Bereichs fest. Ferner setzt der zweite n-Kanal-Feldeffekttransistor das Gate-Potential des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors innerhalb des gegenüber dem zweiten Potential um mindestens den Absolutwert der zweiten Schwellenspannung erhöhten Bereichs fest. Außerdem steuert die Steuerschaltung das Gate-Potential des ersten p-Kanal-Feldeffekttransistors innerhalb des zuvor erwähnten Bereichs und steuert das Gate-Potential des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors innerhalb des zuvor genannten Bereichs.
Die Steuerschaltung kann erste, zweite und dritte Lastelemente umfassen, ein Ende des ersten Lastelements kann das erste Potential empfangen, das andere Ende des ersten Lastelements kann mit dem Gate des ersten p-Kanal-Feldeffekttransistors verbunden sein, ein Ende des zweiten Lastelements kann das erste Eingangsignal oder das zweite Potential empfangen, das andere Ende des zweiten Lastelements kann mit dem Gate des ersten p-Kanal-Feldeffekttransistors verbunden sein, ein Ende des dritten Lastelements kann das erste Potential empfangen und das andere Ende des dritten Lastelements kann mit dem Gate des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors verbunden sein.
In diesem Fall steuern das erste und das zweite Lastelement das Gate-Potential des ersten p-Kanal-Feldeffekttransistors und das dritte Lastelement steuert das Gate-Potential des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors als Antwort auf den Pegel des ersten Eingangssignals.
In Übereinstimmung mit dieser Struktur wird die Pegelumsetzungsschaltung durch sechs Elemente ausgebildet, wobei der Bereich verringert ist.
Sowohl das erste als auch das zweite und das dritte Lastelement können ein Feldeffekttransistor oder ein Widerstandselement sein.
In diesem Fall werden die Gate-Potentiale des ersten p-Kanal-Feldeffekttransistors und des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors durch Feldeffekttransistoren oder Wi derstandselemente gesteuert.
Die Pegelumsetzungsschaltung kann ferner einen Abschaltkreis zum Abschalten eines Stromwegs umfassen, welcher den zweiten Knoten vom ersten Knoten aus über den ersten und zweiten Transistor in einer Übergangsperiode zwischen einem ersten Pegel und einem zweiten Pegel des ersten Eingangssignals erreicht.
In diesem Fall fließt in der Übergangsperiode zwischen dem ersten und zweiten Pegel des ersten Eingangssignals kein Strom zum ersten und zweiten Transistor, wodurch die Erhöhung des Energieverbrauchs durch einen Durchlassstrom verhindert wird. Dadurch wird der Energieverbrauch weiter verringert.
Der erste Transistor, der zweite Transistor und das Steuerteil können aus einem einkristallinen, polykristallinen oder amorphen Halbleiter oder Isoliersubstrat gebildet sein.
In diesem Fall wird die Pegelumsetzungschaltung durch eine SOI-Vorrichtung (Silicon-On-Insulator-Vorrichtung) ausgebildet.
Eine Halbleitervorrichtung gemäß eines anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst einen vorgegebenen Schaltkreis und eine mit dem vorgegebenen Schaltkreis verbundene Pegelumsetzungsschaltung und die Pegelumsetzungsschaltung umfasst einen ersten Transistor, der zwischen einem ersten, ein erstes Potential empfangenden Knoten und einem Ausgangsknoten geschaltet ist, einen zweiten Transistor, der zwischen einem zweiten, ein zweites Potential empfangenden Knoten und dem Ausgangsknoten geschaltet ist und ein ein erstes Eingangssignal empfangendes Steuerteil und bringt sowohl den ersten als auch den zweiten Transistor in EIN-Zustände, während die Grade der EIN-Zustände des ersten bzw. zweiten Transistors als Antwort auf den Pegel des ersten Eingangssignals gesteuert werden.
Der vorgegebene Schaltkreis kann eine Vielzahl an Logikschaltungen, die mit verschiedenen Versorgungsspannungen arbeiten, umfassen und die Pegelumsetzungs schaltung kann zwischen der Vielzahl an Logikschaltungen geschaltet sein.
In diesem Fall werden der zuverlässige Betrieb sowie der Hochgeschwindigkeitsbetrieb, die Reduktion des Energieverbrauchs und der Flächen in der Halbleitervorrichtung ermöglicht, welche die Vielzahl an Logikschaltungen umfasst, die mit verschiedenen Versorgungsspannungen arbeiten, auch wenn die Variationen der Schwellenspannungen der Transistoren in den Herstellungsschritten groß sind.
Der vorgegebene Schaltkreis kann eine innere Schaltung, die auf einem Chip bereitgestellt ist, und eine äußere Schaltung, die außerhalb des Chips bereitgestellt ist, umfassen und die Pegelumsetzungsschaltung kann zwischen der inneren und der äußeren Schaltung geschaltet sein.
In diesem Fall werden der zuverlässige Betrieb sowie der Hochgeschwindigkeitsbetrieb, die Reduktion des Energieverbrauchs und der Flächen in der inneren Schaltung, die auf dem Chip bereitgestellt ist, und der äußeren Schaltung, die außerhalb des Chips bereitgestellt ist, ermöglicht, auch wenn die Variationen der Schwellenspannungen der Transistoren in den Herstellungsschritten groß sind.
Der vorgegebene Schaltkreis kann einen Halbleiterspeicher, der auf einem Chip bereitgestellt ist, und eine Logikschaltung, die auf dem Chip bereitgestellt ist, umfassen und die Pegelumsetzungsschaltung kann zwischen dem Halbleiterspeicher und der Logikschaltung auf dem Chip geschaltet sein.
In diesem Fall werden der zuverlässige Betrieb sowie der Hochgeschwindigkeitsbetrieb, die Reduktion des Energieverbrauchs und der Flächen in der Halbleitervorrichtung, umfassend den Halbleiter-Speicher und die Logikschaltung, die gemischt auf dem Chip bereitgestellt sind, ermöglicht, auch wenn die Variationen der Schwellenspannungen der Transistoren in den Herstellungsschritten groß sind.
Die vorgegebene Schaltung kann eine Vielzahl an Sensoren, eine Vielzahl an Auswahltransistoren zum Auswählen einer beliebigen Vielzahl an Sensoren und eine Peripherieschaltung zum Ansteuern der Vielzahl an Sensoren durch die Vielzahl an Auswahltransistoren umfassen und die Pegelumsetzungsschaltung kann ein vorgegebenes Signal pegelumsetzen und das pegelumgesetzte Signal an die Peripherieschaltung zuführen.
In diesem Fall werden der zuverlässige Betrieb sowie der Hochgeschwindigkeitsbetrieb, die Reduktion des Energieverbrauchs und der Flächen in der Halbleitervorrichtung mit der Vielzahl an Auswahltransistoren und der Pegelumsetzungsschaltung ermöglicht, auch wenn die Variationen der Schwellenspannungen der Transistoren in den Herstellungsschritten groß sind.
Eine Anzeigeeinheit gemäß noch eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vielzahl an Anzeigeelementen, eine Vielzahl an Auswahltransistoren zum Auswählen einer beliebigen Vielzahl an Anzeigelementen, eine Peripherieschaltung zum Ansteuern der Vielzahl an Anzeigeelemente durch die Vielzahl an Auswahltransistoren und eine Pegelumsetzungsschaltung zum Pegelumsetzen eines vorgegebenen Signals und zum Zuführen des pegelumgesetzten Signals an die Peripherieschaltung und die Pegelumsetzungsschaltung umfasst einen ersten Transistor, der zwischen einem ersten, ein erstes Potential empfangenden Knoten und einem Ausgangsknoten geschaltet ist, einen zweiten Transistor, der zwischen einem zweiten, ein zweites Potential empfangenden Knoten und dem Ausgangsknoten geschaltet ist und ein Steuerteil, das ein erstes Eingangssignal empfängt und sowohl den ersten als auch den zweiten Transistor in EIN-Zustände bringt, während die Grade der EIN-Zustände des ersten bzw. zweiten Transistors als Antwort auf den Pegel des ersten Signals gesteuert werden.
In diesem Fall werden der zuverlässige Betrieb sowie der Hochgeschwindigkeitsbetrieb, die Reduktion des Energieverbrauchs und der Flächen und der Verbesserung der Auflösung in der Anzeigeeinheit mit der Vielzahl an Auswahltransistoren und der Pegelumsetzungsschaltung auch dann ermöglicht, wenn die Variationen der Schwellenspannungen der Transistoren in den Herstellungsschritten groß sind.
Die Vielzahl an Anzeigeelementen können Flüssigkristallelemente sein und die Vielzahl an Flüssigkristallelementen, die Vielzahl an Auswahltransistoren, die Peripherieschaltung und die Pegelumsetzungsschaltung können aus einem Isoliersubstrat gebildet sein.
In diesem Fall werden eine Flüssigkristall-Anzeigeeinheit, die imstande ist, zuverlässig zu arbeiten, der Hochgeschwindigkeitsbetrieb, die Reduktion des Energieverbrauchs und der Flächen sowie der Verbesserung der Auflösung auch dann implementiert, wenn die Variationen der Schwellenspannungen der Transistoren in den Herstellungsschritten groß sind.
Die Vielzahl an Anzeigelementen kann ein organisches Elektroluminiszenz-Element sein und die Vielzahl an organischen Elektroluminiszenz-Elementen, die Vielzahl an Auswahltransistoren, die Peripherieschaltung und die Pegelumsetzungsschaltung können aus einem Isoliersubstrat sein.
In diesem Fall werden ein organisches Elektroluminiszenz-Element, das imstande ist, zuverlässig zu arbeiten, der Hochgeschwindigkeitsbetrieb, die Reduktion des Energieverbrauchs und der Flächen sowie der Verbesserung der Auflösung auch dann implementiert, wenn die Variationen der Schwellenspannungen der Transistoren in den Herstellungsschritten groß sind.
Die Vielzahl an Auswahltransistoren und der erste und der zweite Transistor der Pegelumsetzungsschaltung können aus Dünnschichttransistoren gebildet sein.
In diesem Fall werden eine Anzeigeeinheit, die imstande ist, zuverlässig zu arbeiten, der Hochgeschwindigkeitsbetrieb, die Reduktion des Energieverbrauchs und der Flächen sowie der Verbesserung der Auflösung auch dann implementiert, wenn die Va riationen der Schwellenspannungen der Dünnschichttransistoren in den Herstellungsschritten groß sind.
Die zuvor erwähnten und andere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden, detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlicher, wenn diese unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird.
In den Zeichnungen:
1 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Modell-Diagramm zur Veranschaulichung beispielhafter Bereiche, die für die Potentiale des ersten und zweiten Knotens in der Pegelumsetzungsschaltung von 1 verfügbar sind;
3 ist ein Modell-Diagramm zur Darstellung anderer beispielhafter Bereiche, die für die Potentiale des ersten und zweiten Knotens in der in 1 dargestellten Pegelumsetzungsschaltung verfügbar sind;
4 ist ein Modell-Diagramm zur Veranschaulichung weiterer beispielhafter Bereiche, die für die Potentiale des ersten und zweiten Knotens in der in 1 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung verfügbar sind;
5 ist ein Spannungskurvenform-Diagramm zur Veranschaulichung beispielhafter Vorgänge der Pegelumsetzungsschaltung von 1;
6 ist ein Schaltplan zur Darstellung einer ersten beispielhaften Schaltungsstruktur der Pegelumsetzungsschaltung von 1;
7 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung einer zweiten beispielhaften Schaltungsstruktur der Pegelumsetzungsschaltung von 1;
8 ein Schaltplan zur Darstellung einer dritten beispielhaften Schaltungsstruktur der Pegelumsetzungsschaltung von 1;
9 ist ein Schaltplan zur Darstellung einer vierten beispielhaften Schaltungsstruktur der Pegelumsetzungsschaltung von 1;
10 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung einer fünften beispielhaften Schaltungsstruktur der Pegelumsetzungsschaltung von 1;
11 ein Schaltplan zur Darstellung einer sechsten beispielhaften Schaltungsstruktur der Pegelumsetzungsschaltung von 1;
12 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 ist ein Schaltplan zur Darstellung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
15 ist ein Schaltplan zur Darstellung einer ersten beispielhaften Schaltungsstruktur der in 14 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung;
16 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung einer zweiten beispielhaften Schaltungsstruktur der in 14 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung;
17 ist ein Schaltplan zur Darstellung einer dritten beispielhaften Schaltungsstruktur der in 14 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung;
18 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
19 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
20 ist ein Spannungskurvenform-Diagramm zur Veranschaulichung beispielhafter Vorgänge der Pegelumsetzungsschaltung von 19;
21 ist ein Schaltplan zur Darstellung der Schaltungsstruktur einer für eine Simulation verwendeten Pegelumsetzungsschaltung 1;
22a und 22b sind Spannungskurvenform-Diagramme zur Veranschaulichung der Ergebnisse einer Simulation mit Transistoren mit Silizium-Grundmaterial;
23a und 23b sind Spannungskurvenform-Diagramme zur Darstellung der Ergebnisse einer Simulation mit Dünnschichttransistoren aus polykristallinem Silizium;
24a und 24b sind Kurvenform-Diagramme zur Veranschaulichung der Ergebnisse einer Simulation mit p-Kanal- und n-Kanal-MOSFETs, deren Schwellenspannungen kleiner als die festgesetzten Werte sind;
25a und 25b sind Kurvenform-Diagramme zur Darstellung der Ergebnisse einer Simulation mit p-Kanal- und n-Kanal-MOSFETs, deren Schwellenspannungen den festgesetzten Werten entsprechen;
26a und 26b sind Kurvenform-Diagramme zur Veranschaulichung der Ergebnisse einer Simulation mit p-Kanal- und n-Kanal-MOSFETs, deren Schwellenspannungen größer als die festgesetzten Werte sind;
27 ist ein Schaltplan zur Darstellung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
28 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung einer beispielhaften spezifischen Struktur einer in 27 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung;
29 ist ein Schaltplan zur Darstellung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
30 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
31 ist ein Schaltplan zur Darstellung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
32 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
33 ist ein Schaltplan zur Darstellung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
34 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
35 ist ein Schaltplan zur Darstellung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
36 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer ersten beispielhaften Halbleitervorrichtung, welche die Pegelumsetzungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet;
37 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer zweiten beispielhaften Halbleitervorrichtung, welche die Pegelumsetzungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet;
38 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer dritten beispielhaften Halbleitervorrichtung, welche die Pegelumsetzungsschaltung gemäß der vorliegen den Erfindung verwendet;
39 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer vierten beispielhaften Halbleitervorrichtung, welche die Pegelumsetzungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet;
40 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer beispielhaften Flüssigkristall-Anzeigeeinheit, welche die Pegelumsetzungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet;
41 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung der Struktur einer Spannungsumsetzungsschaltung, welche die in 40 abgebildete Flüssigkristall-Anzeigeeinheit verwendet;
42 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer beispielhaften EL-Vorrichtung, welche die Pegelumsetzungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet;
43 ist eine Schnittansicht eines Beispiels der Pegelumsetzungsschaltung der Erfindung, welche durch eine SOI-Vorrichtung ausgebildet ist;
44 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer beispielhaften Sensorvorrichtung, welche die Pegelumsetzungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet;
45 ist ein Schaltplan zur Darstellung einer ersten beispielhaften herkömmlichen Pegelumsetzungsschaltung;
46 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung einer zweiten beispielhaften herkömmlichen Pegelumsetzungsschaltung;
47 ist ein Schaltplan zur Darstellung einer dritten beispielhaften herkömmlichen Pegelumsetzungsschaltung; und
48 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung einer vierten beispielhaften herkömmlichen Pegelumsetzungsschaltung.
1 ist ein Schaltplan zur Darstellung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst die Pegelumsetzungsschaltung 1 ein Steuerteil 10, ein Ansteuerteil 20 und einen Inverter 3. Das Steuerteil 10 umfasst eine Steuerschaltung 100, einen p-Kanal-MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) 101 und einen n-Kanal-MOSFET 102. Das Ansteuerteil 20 umfasst einen p-Kanal-MOSFET 201 und einen n-Kanal-MOSFET 202. Der Inverter 3 wird durch einen CMOS-Schaltkreis mit einem p-Kanal-MOSFET und einem n-Kanal-MOSFET ausgebildet.
Die Steuerschaltung 100 des Steuerteils 10 ist mit den Eingangsknoten I1 und I2, einem ersten Knoten NP und einem zweiten Knoten NN verbunden. Den Eingangsknoten I1 und I2 werden die sich gegenläufig zu hohen Pegeln bzw. niedrigen Pegeln ändernden Eingangssignale CLK1 und CLK2 zugeführt. Der p-Kanal-MOSFET 101 verfügt über eine Source, die mit einem Spannungsversorgungsanschluss verbunden ist, welche ein Versorgungspotential VDD empfängt, sowie über ein Gate und einen Drain, die mit dem ersten Knoten NP verbundenen sind. Der n-Kanal-MOSFET 102 hat eine mit dem Eingangsknoten I1 verbundene Source sowie ein Gate und einen Drain, die mit dem zweiten Knoten NN verbunden sind.
Im Ansteuerteil 20 verfügt der p-Kanal-MOSFET 201 über eine Source, die mit einer das Versorgungspotential VDD empfangenden Spannungsversorgungsanschluss verbunden ist, über einen mit einem Ausgangsknoten NO verbundenen Drain und über ein mit dem ersten Knoten NP verbundenes Gate. Der n-Kanal-MOSFET 202 hat eine mit dem Eingangsknoten I2 verbundene Source, einen mit dem Ausgangs knoten NO verbundenen Drain und ein mit dem zweiten Knoten NN verbundenes Gate.
Die Potentialdifferenz zwischen den hohen und niedrigen Pegeln der Eingangssignale CLK1 und CLK2 ist kleiner als die Potentialdifferenz zwischen dem Versorgungspotential VDD und einem Massepotential. In dieser Ausführungsform ist der niedrige Pegel der Eingangssignale CLK1 und CLK2 das Massepotential und der hohe Pegel ist ein Potential zwischen dem Versorgungspotential VDD und dem Massepotential.
Die Steuerschaltung 100 steuert das Potential VNP des ersten Knoten NP und das Potential VNN des zweiten Knoten NN als Antwort auf die Eingangssignale CLK1 und CLK2. Das Potential VNP des ersten Knoten NP wird auf einem Pegel festgesetzt, der gegenüber der Versorgungsspannung VDD um mindestens den Absolutwert der Schwellenspannung Vtp des p-Kanal-MOSFET verringert ist. Das Potential VNN des zweiten Knoten NN ist an einem Pegel festgesetzt, der gegenüber dem niedrigen Pegel des Eingangssignals CLK1 um mindestens den Absolutwert der Schwellenspannung Vtn des n-Kanal-MOSFET 102 erhöht ist. Ferner entspricht das Potential der Source des n-Kanal-MOSFET 102 dem Pegel des Eingangssignals CLK1.
Daher wird einer der p-Kanal-MOSFET 201 und der n-Kanal-MOSFET 202 stark eingeschaltet, während der andere schwach eingeschaltet wird. Daher werden weder der p-Kanal-MOSFET 201 noch der n-Kanal-MOSFET 202 des Ansteuerteils 20 vollständig ausgeschaltet.
Wenn der p-Kanal-MOSFET 201 beispielsweise stark eingeschaltet ist, ist der n-Kanal-MOSFET 202 schwach eingeschaltet. Daher ist der Wert des EIN-Zustandswiderstand des p-Kanal-MOSFET kleiner als der Wert des EIN-Zustandwiderstands des n-Kanal-MOSFET 202. Folglich wird das Ausgangspotential Vout des Ausgangsknotens NO erhöht.
Wenn der n-Kanal-MOSFET 202 demgegenüber stark eingeschaltet ist, ist der p-Kanal-MOSFET 201 schwach eingeschaltet. Daher ist der Wert des EIN-Zustands-widerstands des n-Kanal-MOSFET 202 kleiner als der Wert des EIN-Zustandswiderstands des p-Kanal-MOSFET 201. Folglich wird das Ausgangspotential Vout des Ausgangsknotens NO verringert.
Der Inverter 3 wandelt das Ausgangspotential Vout in ein Ausgangspotential VOUT um, wodurch sich das Versorgungspotential VDD und das Massepotential ändern.
Die 2, 3 und 4 sind Modell-Diagramme zur Darstellung beispielhafter Bereiche, die für das Potential VNP des ersten Knoten NP und das Potential VNN des zweiten Knoten NN in der in 1 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1 verfügbar sind.
Wie in den 2 bis 4 zu sehen, liegt der für das Potential VNP des ersten Knoten NP verfügbare Bereich zwischen einem ersten Pegel V1, der gegenüber dem Versorgungspotential VDD um die Schwellenspannung Vtp des p-Kanal-MOSFET 101 verringert ist, und einem zweiten Pegel V2, niedriger als der erste Pegel V1 ist. Der für das Potential VNN des zweiten Knoten NN verfügbare Bereich liegt zwischen einem dritten Pegel V3, der gegenüber dem Massepotential GND um die Schwellenspannung Vtn des n-Kanal-MOSFET 102 erhöht ist, und einem vierten Pegel V4, der höher als der dritte Pegel V3 ist.
Unter Bezugnahme auf 2 sind die Schwellenspannung Vtp des p-Kanal-MOSFET 101 und die Schwellenspannung Vtn des n-Kanal-MOSFET 102 relativ klein. In diesem Fall ist das Potential VNP des ersten Knoten NP höher als das Potential VNN des zweiten Knoten NN. Daher sind die im p-Kanal-MOSFET 201 und im n-Kanal-MOSFET 202 fließenden Ströme des Ansteuerteils 20 relativ verringert. Dadurch ist ein Durchlassstrom im Ansteuerteil 20 relativ reduziert, während eine Betriebsgeschwindigkeit relativ verringert ist.
Unter Bezugnahme auf 3 sind die Schwellenspannung Vtp des p-Kanal-MOSFET 101 und die Schwellenspannung des n-Kanal-MOSFET 102 verhältnismä ßig groß. In diesem Fall ist die Differenz zwischen dem Potential VNP des ersten Knoten NP und dem Potential VNN des zweiten Knoten NN reduziert. Daher sind die Werte der im p-Kanal-MOSFET 201 und im n-Kanal-MOSFET 202 fließenden Ströme einigermaßen erhöht. Dadurch ist der Durchlassstrom im Ansteuerteil 20 verglichen mit dem in 2 dargestellten Fall etwas erhöht, während die Betriebsgeschwindigkeit etwas höher als jene im Fall von 2 ist.
Unter Bezugnahme auf 4, sind die Schwellenspannung Vtp des p-Kanal-MOSFET 101 und die Schwellenspannung des n-Kanal-MOSFET 102 relativ groß. In diesem Fall ist das Potential VNP des ersten Knoten NP niedriger als das Potential VNN des zweiten Knoten NN. Daher sind die Werte der im p-Kanal-MOSFET 201 und im n-Kanal-MOSFET des Ansteuerteils 20 fließenden Ströme relativ erhöht. Dadurch ist der Durchlassstrom im Ansteuerteil 20 relativ erhöht, während die Betriebsgeschwindigkeit relativ erhöht ist.
5 ist ein Spannungskurvenform-Diagramm zur Darstellung beispielhafter Abläufe der Pegelumsetzungsschaltung 1, die in 1 abgebildet ist. Die beispielhaften Abläufe, die in 5 dargestellt sind, entsprechen dem Fall von 4 und der hohe Pegel des Potentials VNP des ersten Knoten NP ist niedriger als der hohe Pegel des Potentials VNN des zweiten Knoten NN, während der niedrige Pegel des Potentials VNP des ersten Knoten NP höher als der niedrige Pegel des Potentials VNN des zweiten Knoten NN ist. Im beispielhaften, in 5 dargestellten Ablauf ist der Durchlassstrom relativ erhöht, während die Betriebsgeschwindigkeit relativ erhöht ist.
Wie in 5 zu sehen, führen das Potential VNP des ersten Knoten NP und das Potential VNN des zweiten Knoten NN miteinander Phasenänderungen durch. Wenn das Eingangssignal CLK1 hoch wird und das Eingangssignal CLK2 niedrig wird, werden das Potential VNP des ersten Knoten NP und das Potential VNN des zweiten Knoten NN hoch. Daher erreicht das Ausgangspotential VOUt das Massepotential GND.
Wenn das Eingangssignal CLK1 niedrig wird und das Eingangssignal CLK2 hoch wird, werden demgegenüber das Potential VNP des ersten Knoten NP und das Po tential VNN des zweiten Knoten NN niedrig. Daher erreicht das Ausgangsspotential VOUT das Versorgungspotential VDD.
In der Pegelumsetzungsschaltung 1 gemäß dieser Ausführungsform werden die Grade der EIN-Zustände des p-Kanal-MOSFET 201 und des n-Kanal-MOSFET 202, die normalerweise ein sind, so gesteuert, dass der Betrieb auch dann ermöglicht ist, wenn die Spannungsamplituden der Eingangssignale CLK1 und CLK2 kleiner als die Schwellenspannungen Vtp und Vtn des p-Kanal-MOSFET 201 und des n-Kanal-MOSFET 202 sind. Auch wenn die Schwellenspannungen Vtp und Vtn des p-Kanal-MOSFET 201 und des n-Kanal-MOSFET 202 deutlich von den Entwurfswerten abweichen, wird eine Kurvenform des Ausgangspotentials Vout, welches der Pegeländerung der Eingangssignale CLK1 und CLK2 entspricht, erreicht. Daher kann die Pegelumsetzungsschaltung 1 zuverlässig auch dann arbeiten, wenn die Schwellenspannungen Vtp und Vtn des p-Kanal-MOSFET 201 und des n-Kanal-MOSFET 202 von den Entwurfswerten aufgrund von Variationen in den Herstellungsschritten abweichen.
Ferner werden die Grade der EIN-Zustände des p-Kanal-MOSFET 201 und des n-Kanal-MOSFET 202, die normalerweise ein sind, so gesteuert, dass ein Betrieb bei hoher Geschwindigkeit ermöglicht wird. Außerdem wird eine Übergangsperiode des Pegels des Ausgangspotentials Vout aufgrund des ermöglichten Hochgeschwindigkeitsbetriebs verkürzt, wodurch die Fließperiode des Schwellenstroms verkürzt wird. Daher kann der Energieverbrauch verringert werden.
Ferner wird ein Pegelverschiebungsschaltkreis auch dann nicht benötigt, wenn die Spannungsamplituden der Eingangssignale CLK1 und CLK2 klein sind, wodurch der Bereich verringert werden kann.
6 ist ein Schaltplan zur Darstellung einer ersten beispielhaften Schaltungsstruktur der Pegelumsetzungsschaltung 1 von 1.
Wie in 6 zu sehen, umfasst die Steuerschaltung 100 einen n-Kanal-MOSFET 103 und einen p-Kanal-MOSFET 104. Der n-Kanal-MOSFET 103 hat eine mit dem Eingangsknoten I1 verbundene Source und einen Drain und einen Gate, die mit dem ersten Knoten NP verbunden sind. Der p-Kanal-MOSFET 104 hat eine mit einem Spannungsversorgungsanschluss verbundene Source, einen mit dem zweiten Knoten NN verbundenen Drain und ein mit dem Eingangsknoten 12 verbundenes Gate.
Daher wird die Pegelumsetzungsschaltung 1 in dem in 6 gezeigten Beispiel durch sechs MOSFETs gebildet. Daher kann die Fläche verringert werden.
Es wird hierin angenommen, dass Vtp die Schwellenspannung des p-Kanal-MOSFET 101 und Vtn die Schwellenspannung des n-Kanal-MOSFET 102 darstellt.
Auch wenn die Schwellenspannungen der p-Kanal- und n-Kanal-MOSFETs mit der Pegelumsetzungsschaltung 1 in den Herstellungsschritten variieren, sind die Schwellenspannungen der p-Kanal-MOSFETs 101, 104 und 201 identisch und die Schwellenspannungen der n-Kanal-MOSFETs 102, 103 und 202 sind in derselben Pegelumsetzungsschaltung 1 identisch.
In dem in 6 dargestellten Beispiel legt der p-Kanal-MOSFET 101 das Potential VNP des ersten Knoten NP auf einen gegenüber der Versorgungsspannung VDD um mindestens den Absolutwert der Schwellenspannung Vtp verringerten Pegel fest. Daher ist der p-Kanal-MOSFET 201 normalerweise eingeschaltet. Ferner legt der n-Kanal-MOSFET 102 das Potential VNN des zweiten Knoten NN auf einen gegenüber dem Massepotential um mindestens den Absolutwert der Schwellenspannung Vtn erhöhten Pegel fest. Daher ist der n-Kanal-MOSFET 202 normalerweise eingeschaltet.
Der n-Kanal-MOSFET 103 steuert das Potential VNP des ersten Knoten NP auf einen hohen oder niedrigen Pegel als Antwort auf den Pegel des Eingangssignals CLK1. Ferner steuert der p-Kanal-MOSFET 104 das Potential VNN des zweiten Knoten NN auf einen hohen oder niedrigen Pegel als Antwort auf den Pegel des Ein gangssignals CLK2. Daher ist entweder der p-Kanal-MOSFET 201 oder der n-Kanal-MOSFET 202 stark eingeschaltet, während der andere schwach eingeschaltet ist.
7 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung einer zweiten beispielhaften Schaltungsstruktur der in 1 gezeigten Pegelumsetzungsschaltung 1.
Die Pegelumsetzungsschaltung 1 von 7 unterscheidet sich von der in 6 dargestellten Pegelumsetzungsschaltung 1 darin, dass das Gate des p-Kanal-MOSFET 104 der Steuerschaltung 100 mit einem Masseanschluss verbunden ist. In diesem Fall ist der p-Kanal-MOSFET 104 normalerweise eingeschaltet und dient als Lastwiderstand. Daher ist der n-Kanal-MOSFET 202 des Ansteuerteils 20 normalerweise eingeschaltet.
Das Potential VNN des zweiten Knoten NN wird auf einen hohen oder niedrigen Pegel als Anwort auf den Pegel des Eingangssignals CLK1 gesteuert. Daher ist der n-Kanal-MOSFET 202 stark oder schwach eingeschaltet.
Die Struktur der verbleibenden Teile und der Betrieb der Pegelumsetzungsschaltung 1 von 7 sind mit jenen der Pegelumsetzungsschaltung 1 von 6 ähnlich.
8 ist ein Schaltplan zur Darstellung einer dritten beispielhaften Schaltungsstruktur der Pegelumsetzungsschaltung 1 von 1.
Die Pegelumsetzungsschaltung 1 von 8 unterscheidet sich von der in 7 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1 darin, dass die Steuerschaltung 100 einen n-Kanal-MOSFET 105 anstelle des p-Kanal-MOSFET 104 beinhaltet. Der n-Kanal-MOSFET 105 hat eine mit dem zweiten Knoten NN verbundene Source und einen Drain und ein Gate, die mit einem Spannungsversorgungsanschluss verbunden sind. In diesem Fall ist der n-Kanal-MOSFET 105 normalerweise eingeschaltet und dient als Lastwiderstand. Daher ist der n-Kanal-MOSFET 202 des Ansteuerteils 20 normalerweise eingeschaltet.
Das Potential VNN des zweiten Potentials NN wird auf einen hohen oder niedrigen Pegel als Antwort auf den Pegel des Eingangssignals CLK1 gesteuert. Daher ist der n-Kanal-MOSFET 202 stark oder schwach eingeschaltet.
Die Strukturen der verbleibenden Teile und der Betrieb der in 8 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1 sind ähnlich mit jenen der in 6 dargestellten Pegelumsetzungsschaltung 1.
9 ist ein Schaltplan zur Darstellung einer vierten beispielhaften Schaltungsstruktur der in 1 gezeigten Pegelumsetzungsschaltung 1.
Die Pegelumsetzungsschaltung 1 von 9 unterscheidet sich von der in 6 dargestellten Pegelumsetzungsschaltung 1 darin, dass die Source des n-Kanal-MOSFET 102 mit einem Masseanschluss verbunden ist. In diesem Fall legt der n-Kanal-MOSFET 102 das Potential VNN des zweiten Knoten NN auf einen Pegel fest, der gegenüber dem Massepotential um mindestens den Absolutwert der Schwellenspannung Vtn erhöht ist. Daher ist der n-Kanal-MOSFET 202 des Ansteuerteils 20 normalerweise eingeschaltet.
Der p-Kanal-MOSFET 104 steuert das Potential VNN des zweiten Knoten NN auf einen hohen oder niedrigen Pegel als Antwort auf den Pegel des Eingangssignals CLK2. Daher ist der n-Kanal-MOSFET 202 stark oder schwach eingeschaltet.
Die Strukturen der verbleibenden Teile und der Betrieb der in 9 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1 sind mit denen der in 6 dargestellten Pegelumsetzungsschaltung 1 ähnlich.
10 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung einer fünften beispielhaften Schaltungsstruktur der Pegelumsetzungsschaltung 1 von 1.
Die Pegelumsetzungsschaltung 1 von 10 unterscheidet sich von der in 6 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1 darin, dass das Gate des n-Kanal- MOSFET 103 der Steuerschaltung 100 mit einem Spannungsversorgungsanschluss verbunden ist. In diesem Fall ist der n-Kanal-MOSFET normalerweise ein und dient als Lastwiderstand. Daher wird das Potential VNP des ersten Knoten NP auf einen hohen oder niedrigen Pegel als Antwort auf den Pegel des Eingangssignals CLK1 gesteuert. Dadurch ist der p-Kanal-MOSFET 201 des Ansteuerteils 20 stark oder schwach eingeschaltet.
Die Strukturen der verbleibenden Teile und der Betrieb der in 10 dargestellten Pegelumsetzungsschaltung 1 sind mit jenen der in 6 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1 ähnlich.
11 ist ein Schaltplan zur Darstellung einer sechsten beispielhaften Schaltungsstruktur der Pegelumsetzungsschaltung 1 von 1.
Die Pegelumsetzungsschaltung 1 von 11 unterscheidet sich von der in 6 dargestellten Pegelumsetzungsschaltung 1 darin, dass die Steuerschaltung 100 durch Widerstandselemente R1 und R1 gebildet wird. Das Widerstandselement R1 hat ein mit dem ersten Knoten NP verbundenes Ende und ein mit dem Eingangsknoten 11 verbundenes anderes Ende. Das Widerstandselement R2 weist ein mit einem Spannungsversorgungsanschluss verbundenes Ende und ein mit dem zweiten Knoten NN verbundenes anderes Ende auf. In diesem Fall wird das Potential VNP des ersten Knoten NP auf einen hohen oder niedrigen Pegel und das Potential VNN des zweiten Knoten NN auf einen hohen oder niedrigen Pegel als Antwort auf das Eingangssignal CLK1 gesteuert.
Die Strukturen der verbleibenden Teile und der Betrieb der in 11 dargestellten Pegelumsetzungsschaltung 1 sind mit jenen der in 6 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1 ähnlich.
12 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die in 12 dargestellte Pegelumsetzungsschaltung 1 unterscheidet sich von der in 1 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1 darin, dass die Source eines n- Kanal-MOSFET 202 eines Ansteuerteils 20 mit einem Masseterminal verbunden ist.
In der Pegelumsetzungsschaltung 1 gemäß dieser Ausführungsform ist das Potential VNN des zweiten Knoten NN ebenfalls auf einen Pegel festgesetzt, der gegenüber einem niedrigen Pegel eines Eingangssignals CLK1 um mindestens den Absolutwert der Schwellenspannung Vtn eines n-Kanal-MOSFET 102 erhöht ist.
Wenn das Eingangssignal CLK1 niedrig ist, erreicht das Potential VNN des zweiten Knoten NN einen Pegel, der gegenüber dem niedrigen Pegel um mindestens den Absolutwert der Schwellenspannung Vtn erhöht ist. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Source des n-Kanal-MOSFET 202 an einem Massepotential. Daher ist der n-Kanal-MOSFET 202 schwach eingeschaltet. Wenn das Eingangssignal CLK1 hoch ist, erreicht demgegenüber das Potential VNN des zweiten Knoten NN einen Pegel, der gegenüber dem hohen Pegel um den Absolutwert der Schwellenspannung Vtn erhöht ist. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Source des n-Kanal-MOSFET 202 am Massepotential. Daher ist der n-Kanal-MOSFET 202 stark eingeschaltet.
Die Strukturen der verbleibenden Teile und der Betrieb der Pegelumsetzungsschaltung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform sind mit jenen der Pegelumsetzungsschaltung 1 gemäß der ersten Ausführungsform ähnlich.
13 ist ein Schaltplan zur Darstellung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Pegelumsetzungsschaltung 1 von 13 unterscheidet sich von der Pegelumsetzungsschaltung 1 von 1 darin, dass die Source eines n-Kanal-MOSFET 202 eines Ansteuerteils 20 mit einem Spannungsversorgungsanschluss verbunden ist, der ein negatives Potential Vee empfängt.
In der Pegelumsetzungsschaltung 1 gemäß dieser Ausführungsform ist das Potential VNN eines zweiten Knoten NN auf einen Pegel festgelegt, der gegenüber einem Eingangssignal CLK1 um mindestens den Absolutwert der Schwellenspannung Vtn eines n-Kanal-MOSFET 202 erhöht ist.
Wenn das Eingangssignal CLK niedrig ist, erreicht das Potential VNN des zweiten Knoten NN einen Pegel, der gegenüber dem niedrigen Pegel um den Absolutwert der Schwellenspannung Vtn erhöht ist. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Source des n-Kanal-MOSFET 202 am negativen Potential Vee. Daher ist der n-Kanal-MOSFEt 202 schwach eingeschaltet. Wenn das Eingangssignal CLK1 hoch ist, erreicht demgegenüber das Potential VNN des zweiten Knoten NN einen Pegel, der gegenüber dem hohen Pegel um den Absolutwert der Schwellenspannung Vtn erhöht ist. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Source des n-Kanal-MOSFET 202 am negativen Potential Vee. Daher ist der n-Kanal-MOSFET 202 stark eingeschaltet.
Die Strukturen der verbleibenden Teile und der Betrieb der Pegelumsetzungsschaltung 1 gemäß der dritten Ausführungsform sind ähnlich mit jenen der Pegelumsetzungsschaltung 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
14 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In der in 14 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1 umfasst ein Steuerteil 10 eine Steuerschaltung 100a und einen n-Kanal-MOSFET 102. Die Steuerschaltung 100a ist mit Eingangsknoten I1 und I2, einem ersten Knoten NP und einem zweiten Knoten NN verbunden. Den Eingangsknoten I1 und I2 werden, ähnlich wie bei der Pegelumsetzungsschaltung 1 gemäß der ersten Ausführungsform die Eingangssignale CLK1 bzw. CLK2 zugeführt.
Der n-Kanal-MOSFET 102 verfügt über eine mit dem Eingangsknoten I1 verbundene Source und über einen Drain und ein Gate, die mit dem zweiten Knoten NN verbunden sind. Die Strukturen der verbleibenden Teile der in 14 abgebildeten Pegel umsetzungsschaltung 1 sind mit jenen der in 1 dargestellten Pegelumsetzungsschaltung 1 ähnlich.
Die Steuerschaltung 100a steuert das Potential VNP des ersten Knoten NP und das Potential VNN des zweiten Knoten NN als Antwort auf die Eingangssignale CLK1 und CLK2. Die Steuerschaltung 100a legt das Potential VNP des ersten Knoten NP auf einen Pegel fest, der zwischen einem Versorgungspotential VDD und dem Pegel des Eingangssignals CLK1 liegt. Das Potential VNN des zweiten Knoten NN ist auf einem Pegel festgelegt, der gegenüber einem niedrigen Pegel des Eingangssignals CLK1 um mindestens den Absolutwert der Schwellenspannung Vtn des n-Kanal-MOSFET 102 erhöht ist.
Daher ist entweder ein p-Kanal-MOSFET 201 oder ein n-Kanal-MOSFET 202 eines Ansteuerteils 20 stark eingeschaltet, während das andere schwach eingeschaltet ist. Daher ist weder der p-Kanal-MOSFET 201 noch der n-Kanal-MOSFET 202 des Ansteuerteils 20 vollständig ausgeschaltet.
Die Strukturen der verbleibenden Teile und der Betrieb der Pegelumsetzungsschaltung 1 gemäß der vierten Ausführungsform sind mit jenen der Pegelumsetzungsschaltung 1 gemäß der ersten Ausführungsform ähnlich.
15 ist ein Schaltplan zur Darstellung einer ersten beispielhaften Schaltungsstruktur der in 14 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1.
Wie in 15 abgebildet, umfasst die Steuerschaltung 100a Widerstandselemente R3 und R4 und einen p-Kanal-MOSFET 104. Das Widerstandselement R3 weist ein mit einem Spannungsversorgungsanschluss verbundenes Ende und ein mit dem ersten Knoten NP verbundenes anderes Ende auf. Das Widerstandselement R4 hat ein mit dem ersten Knoten NP verbundenes Ende und ein mit dem Eingangsknoten I1 verbundenes anderes Ende. Der p-Kanal-MOSFET 104 hat eine mit einem Spannungsversorgungsanschluss verbundene Source, einen mit dem zweiten Knoten NN verbundenen Drain und ein mit dem Eingangsknoten I2 verbundenes Gate.
In dem in 15 dargestellten Beispiel legen die Widerstandselemente R3 und R4 das Potential VNP des ersten Knoten NP auf einen Pegel zwischen dem Versor gungspotential VDD und dem Pegel des Eingangssignals CLK1 fest. Daher ist der p-Kanal-MOSFET 201 normalerweise eingeschaltet. Ferner setzt der n-Kanal-MOSFET 102 das Potential VNN des zweiten Knoten NN auf einen gegenüber einem Massepotential um mindestens den Absolutwert der Schwellenspannung Vtn erhöhten Pegel fest. Daher ist der n-Kanal-MOSFET 202 normalerweise eingeschaltet.
Das Potential VNP des ersten Knoten NP wird auf einen hohen oder niedrigen Pegel als Antwort auf das Eingangssignal CLK1 gesteuert. Das Potential VNN des zweiten Knoten NN ist auf einen hohen oder niedrigen Pegel als Antwort auf die Pegel der Eingangssignale CLK1 und CLK2 gesteuert. Daher ist entweder der p-Kanal-MOSFET 201 oder der n-Kanal-MOSFET 202 stark eingeschaltet und der andere schwach eingeschaltet.
Wenn das Eingangssignal CLK1 hoch ist, wird das Potential VNP des ersten Knoten NP auf einen Pegel zwischen dem Versorgungspotential VDD und dem hohen Pegel des Eingangssignals CLK1 festgesetzt. Daher ist der p-Kanal-MOSFET 20 schwach eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt ist der n-Kanal-MOSFET 202 stark eingeschaltet.
Wenn das Eingangssignal CLK1 jedoch niedrig ist, wird andererseits das Potential VNP des ersten Knoten NP auf einen Pegel zwischen dem Versorgungspotential VDD und dem niedrigen Pegel des Eingangssignals CLK1 festgesetzt. Daher wird der p-Kanal-MOSFET 201 stark eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt ist der n-Kanal-MOSFET 202 schwach eingeschaltet.
16 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung einer zweiten beispielhaften Schaltungsstruktur der in 14 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1.
Die in 16 abgebildete Pegelumsetzung 1 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Pegelumsetzungsschaltung 1 darin, dass das andere Ende des Wider standselement R4 der Steuerschaltung 100a mit einem Masseanschluss verbunden ist.
In diesem Fall legen die Widerstandselemente R3 und R3 das Potential VNP des ersten Knoten NP auf ein vorgeschriebenes Potential zwischen dem Versorgungspotential VDD und dem Massepotential fest. Daher ist der p-Kanal-MOSFET normalerweise eingeschaltet.
Der p-Kanal-MOSFET 201 ist schwach eingeschaltet, wenn der n-Kanal-MOSFET 202 stark eingeschaltet ist, während Ersterer stark eingeschaltet wird, wenn Letzterer schwach eingeschaltet wird.
17 ist ein Schaltplan zur Darstellung einer dritten beispielhaften Schaltungsstruktur der in 14 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1.
Die in 17 dargestellte Pegelumsetzungsschaltung 15 unterscheidet sich von der in 15 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1 darin, dass ein p-Kanal-MOSFET 106 anstelle des Widerstandselements R3 der Steuerschaltung 100a bereitgestellt ist. Der p-Kanal-MOSFET 106 hat eine mit einem Spannungsversorgungsanschluss verbundene Source, einen mit dem ersten Knoten NP verbundenen Drain und ein mit dem Eingangsknoten I1 verbundenes Gate.
Wenn das Eingangssignal CLK1 hoch ist, wird das Potential VNP des ersten Knoten NP hoch. Daher ist der p-Kanal-MOSFET 201 schwach eingeschaltet. Wenn das Eingangssignal CLK1 jedoch niedrig ist, wird das Potential VNP des ersten Kntoen NP niedrig. Daher ist der p-Kanal-MOSFET 201 stark eingeschaltet.
Während die Pegelumsetzungsschaltung 1 gemäß jeder der ersten bis vierten Ausführungsform als Antwort auf die sich gegenläufig ändernden Eingangssignale CLK1 und CLKZ arbeitet, funktioniert eine Pegelumsetzungsschaltung 1 gemäß einer fünften Ausführungsform, wie unten dargelegt, als Antwort auf ein einziges Eingangssignal CLK.
18 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung 1 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 18 hat ein n-Kanal-MOSFET 103 einer Steuerschaltung 100 eine Source, die mit einem Eingangsknoten I1 verbunden ist, der das einzige Eingangssignal CLK empfängt, und einen Drain und ein Gate, die mit einem ersten Knoten NP verbunden sind. Ein p-Kanal-MOSFET 104 hat eine mit einem Spannungsversorgungsanschluss verbundene Source, einen mit einem zweiten Knoten NN verbundenen Drain und ein mit einem Masseanschluss verbundenes Gate. Ein n-Kanal-MOSFET 202 eines Ansteuerteils 20 hat eine mit einem Masseanschluss verbundene Source.
Die Strukturen der verbleibenden Teil der Pegelumsetzungsschaltung 1 von 18 sind mit jenen der in 6 dargestellten Pegelumsetzungsschaltung 1 identisch.
19 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung 1 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In der Pegelumsetzungsschaltung 1, dargestellt in 19, ist ein Steuerteil 10 gezeigt, der der Struktur des Steuerteils 10 der in 6 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1 ähnlich ist. In einem Ansteuersteil 20 ist ein p-Kanal-MOSFET 210 zwischen der Source eines p-Kanal-MOSFET 201 und einem Spannungsversorgungsanschluss geschaltet. Dem Gate des p-Kanal-MOSFET 210 wird ein Steuersignal CONT zugeführt. Die Strukturen der verbleibenden Teile der in 19 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1 sind mit jenen der in 6 dargestellten Pegelumsetzungsschaltung 1 ähnlich.
20 ist ein Kurvenform-Diagramm zur Veranschaulichung eines beispielhaften Betriebes der Pegelumsetzungsschaltung 1 von 19.
Wie in 20 dargestellt, ändern sich die Eingangssignale CLK1 und CLK2 gegenläufig zu hohen und niedrigen Pegeln. Ein Ausgangspotential VOUT ändert sich mit einer Spannungsamplitude, die größer als jene der Eingangssignale CLK1 und CLK2 ist.
Das Steuersignal CONT steigt in jenen Zeiträumen an, in denen die Eingangssignale CLK1 und CLK2 Übergänge zwischen den hohen und niedrigen Pegeln durchführen, und sinkt in den übrigen Zeiträumen ab.
Die Zeiträume, in denen das Steuersignal CONT ansteigt, werden als Durchlassstrom-Blockierungszeiträume TH bezeichnet. Der p-Kanal-MOSFET 210 ist in den Durchlassstrom-Blockierungszeiträumen TH ausgeschaltet. Daher wird ein von dem Spannungsversorgungsanschluss durch den p-Kanal-MOSFET 201 und den n-Kanal-MOSFET 202 fließender Strom gesperrt. Daher kann der Energieverbrauch verringert werden.
Die Merkmale der Pegelumsetzungsschaltung gemäß der Erfindung wurden simuliert. 21 stellt den Schaltplan zur Veranschaulichung der Schaltungsstruktur einer für diese Simulationen verwendeten Pegelumsetzungsschaltung 1 dar. Die Struktur der in 21 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1 ähnelt jener der in 6 dargestellten Pegelumsetzungsschaltung 1. Zuerst wurde die Hochgeschwindigkeitseigenschaft des Betriebs der in 21 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1 überprüft.
Im Allgemeinen haben Transistoren mit Silizium-Grundmaterial Schwellenspannungen Vtp und Vtn von z. B. (–0,9 ± 0,1) V bzw. beispielsweise (0,7 ± 0,1) V. Demgegenüber weisen Dünnschichttransistoren, die polykristallines Silizium verwenden, Schwellenspannungen Vtp und Vtn von beispielsweise (–2,5 ± 1 bis 1,5) V bzw. z. B. (1,8 ± 1 bis 1,5) V auf. Daher sind die Variationen der Schwellenspannungen der Dünnschichttransistoren, die polykristallines Silizium verwenden, in den Herstel lungsschritten verglichen mit jenen des Silizium-Grundmaterials verwendenden Transistoren groß.
22a und 22b zeigt die Ergebnisse einer Simulation einer aus Transistoren mit Silizium-Grundmaterial ausgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1.
Die Frequenz der Eingangssignale CLK1 und CLK2 wurde auf 1 GHz festgesetzt, die Eingangsspannungsamplitude (die Breite der Auslenkung der Eingangssignale CLK1 und CLK2) wurde auf 0,5 V festgesetzt und die Ausgangsspannungsamplitude (die Breite der Auslenkung des Ausgangsspannungspotentials VOUT) wurde auf 3,0 V festgesetzt.
22a zeigt die Kurvenformen der Eingangssignale CLK1 und CLK2 und das Ausgangspotential VOUT und 22b zeigt die Kurvenformen des Potentials VNP des ersten Knoten NP, das Potential VNN des zweiten Knoten NN und das Ausgangspotential Vout des Ausgangsknotens NO.
Aus den Ergebnissen der in den 22a und 22b dargestellten Simulation ist ersichtlich, dass ein Ausgangspotential VOUT mit einem Tastverhältnis von 50 % als Antwort auf die Eingangssignale CLK1 und CLK2, auch bei der hohen Frequenz von 1 GHz, erhalten wird. Daher wird ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb in der aus Transistoren mit Silizium-Grundmaterial ausgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1 ermöglicht.
23a und 23b veranschaulichen die Ergebnisse einer mit der Pegelumsetzungsschaltung 1, welche aus Dünnschichttransistoren bestehend aus polykristallinem Silizium ausgebildet ist, durchgeführten Simulation.
Die Frequenz der Eingangssignale CLK1 und CLK2 wurde auf 20 MHz festgelegt, die Eingangsspannungsamplitude wurde auf 3,0 V und die Ausgangsspannungsamplitude auf 12 V festgesetzt.
23a zeigt die Kurvenformen der Eingangssignale CLK1 und CLK2 und das Ausgangspotential VOUT und 23b stellt die Kurvenformen des Potentials VNP des ersten Knoten NP, das Potential VNN des zweiten Knoten NN und das Ausgangspotential Vout des Ausgangsknotens NO dar.
Aus den Ergebnissen der in den 23a und 23b abgebildeten Simulation ist ersichtlich, dass ein Ausgangspotential VOUT mit einem Tastverhältnis von 50 % als Antwort auf die Eingangssignale CLK1 und CLK2, auch bei der hohen Frequenz von 20 MHz, erhalten wird. Daher wird ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb in der aus Dünnschichttransistoren mit polykristallinem Silizium ausgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1 ermöglicht.
Dann wurden die Spannungs-Kurvenformen unter Bezug auf unterschiedliche Schwellenspannungen der p-Kanal- und n-Kanal-MOSFETs der Pegelumsetzungsschaltung 1 simuliert. In diesem Simulationen wurden die p-Kanal- und n-Kanal-MOSFETs der Pegelumsetzunggschaltung 1 aus Dünnschichttransistoren mit polykristallinem Silizium ausgebildet. Die Frequenz der Eingangssignale CKL1 und CLK2 wurde auf 2 MHz festgesetzt.
Unter Bezugnahme auf die 24a und 24b haben die p-Kanal- und n-Kanal-MOSFETs unter den festgesetzten Werten liegende Schwellenspannungen. In der in den 24a und 24b abgebildeten Simulation wurden die Schwellenparameter (Schwellenspannungen) der p-Kanal- und n-Kanal-MOSFETs auf –2,0 V bzw. 1,3 V festgesetzt.
Unter Bezugnahme auf die 25a und 25b haben die p-Kanal- und n-Kanal-MOSFETs an den festgesetzten Werten liegende Schwellenspannungen. In der in den 25a und 25b abgebildeten Simulation wurden die Schwellenparameter (Schwellenspannungen) der p-Kanal- und n-Kanal-MOSFETs auf –3,5 V bzw. 2,8 V festgesetzt.
Unter Bezugnahme auf die 26a und 26b haben die p-Kanal- und n-Kanal-MOSFETs über den festgesetzten Werten liegende Schwellenspannungen. In der in den 26a und 26b abgebildeten Simulation wurden die Schwellenparameter (Schwellenspannungen) der p-Kanal- und n-Kanal-MOSFETs auf –5,0 V bzw. 4,3 V festgesetzt.
Aus den in den 24a, 24b, 25a, 25b, 26a und 26b dargestellten Ergebnissen ist ersichtlich, dass die Ausgangspotentiale VOUT mit Tastverhältnissen von 50 % als Antwort auf die Eingangssignale CLK1 und CLK2 erhalten werden, auch wenn die Schwellenparameter der p-Kanal- und n-Kanal-MOSFETs relativ deutlich von den festgesetzten Werten abweichen.
27 ist ein Schaltplan zur Darstellung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung 1a gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die in 27 abgebildete Pegelumsetzungsschaltung 1a umfasst zwei Steuerteile 10A und 10B, zwei Ansteuerteile 20A und 20B und einen einzigen PMOS-kreuzgekoppelten Differentialverstärker 30.
Die Strukturen der Steuerteile 10A und 10B und der Ansteuerteile 20A und 20B sind mit jenen des Steuerteils 10 und des Ansteuerteils 20 in jeder der ersten bis zur sechsten Ausführungsform ident. Den Eingangsknoten I1 und I2 des Steuerteils 10A werden jedoch die Eingangssignale CLK1 bzw. CLK2 zugeführt, während den Eingangsknoten I1 und I2 des Steuerteils 10B die Eingangssignale CLK2 bzw. CLK2 zugeführt werden.
Die Ansteuerteile 20A und 20B haben n-Kanal-MOSFETs 303 und 304, denen ein vorgegebenes Potential VEE zugeführt wird. Das vorgegebene Potential VEE ist ein positives Potential, das unterhalb eines Versorgungspotentials, eines Massepotentials, des Taktsignals CLK1 oder des Taktsignals CLK2 liegt.
Der Differentialverstärker 30 umfasst p-Kanal-MOSFETs 301 und 302 und n-Kanal-MOSFETs 303 und 304. Die p-Kanal-MOSFETs 301 und 302 haben mit den Spannungsversorgungsanschlüssen verbundene Sources, mit den Ausgangsknoten NO1 bzw. NO2 verbundene Drains und mit den Ausgangsknoten NO2 bzw. NO1 kreuzgekoppelte Gates. Die n-Kanal-MOSFETs 303 und 304 haben mit dem vorgegebenen Potential VEE gespeiste Sources, mit den Ausgangsknoten NO1 bzw. NO2 verbundene Drains und mit den Ausgangsknoten NOA bzw. NOB der Ansteuerteile 20A und 20B verbundene Gates.
In der Pegelumsetzungsschaltung 1a gemäß dieser Ausführungsform geben die Ausgangsknoten NO1 und NO2 des Differentialverstärkers 30 die sich gegenläufig ändernden Ausgangspotentiale VOUT1 und VOUT2 aus. Die Ausgangspotentiale VOUT1 und VOUT2 ändern sich zwischen dem Versorgungspotential VDD und dem Massepotential.
28 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung einer beispielhaften spezifischen Struktur der in 27 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1a.
Unter Bezugnahme auf 28 sind die Steuerteile 10A und 10B in ihrer Struktur dem in 6 abgebildeten Steuerteil 10 ähnlich. Die Sources der n-Kanal-MOSFETs 202 der Ansteuerteile 20A und 20B sind mit den Eingangsknoten I2 verbunden. Die Sources der n-Kanal-MOSFETS 303 und 304 des Differentialverstärkers 30 sind mit den Massepotentialen verbunden.
29 ist ein Schaltplan zur Darstellung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung 1b gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Pegelumsetzungsschaltung 1b, in 29 abgebildet, unterscheidet sich von der in 27 dargestellten Pegelumsetzungsschaltung 1a darin, dass ein Stromspiegelverstärker 31 anstelle des PMOS-kreuzgekoppelten Differentialverstärkers 30 geschaltet ist.
Der Stromspiegelverstärker 31 umfasst p-Kanal-MOSFETs 311 und 312 und n-Kanal-MOSFETs 313 und 314. Die p-Kanal-MOSFETs 311 und 312 haben mit den Spannungsversorgungsanschlüssen verbundene Sources, mit den Ausgangsknoten NO3 bzw. NO4 verbundene Drains und mit dem Ausgangsknoten NO3 verbundene Gates. Die n-Kanal-MOSFETs 313 und 314 haben mit dem vorgegebenen Potential VEE gespeiste Sources, mit den Ausgangsknoten NO3 bzw. NO4 verbundene Drains und mit den Ausgangsknoten NO1 bzw. NO2 der Ansteuerteile 20A und 20B verbundene Gates.
In der Pegelumsetzungsschaltung 1b gemäß dieser Ausführungsform gibt der Ausgangsknoten NO4 des Stromspiegelverstärkers 31 ein Ausgangspotential VOUT aus. Das Ausgangspotential VOUT ändert sich zwischen einem Versorgungspotential VDD und einem Massepotential.
30 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung 1c gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In der Pegelumsetzungsschaltung 1c, dargestellt in 30, ist eine Vielzahl an PMOS-kreuzgekoppelten Differentialverstärkern 30 zwischen den Ausgangsknoten NOA und NOB der Ansteuerteile 20A und 20B geschaltet. Die Strukturen der verbleibenden Teile der in 30 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1c sind identisch mit jenen der in 27 dargestellten Pegelumsetzungsschaltung 1a.
In der Pegelumsetzungsschaltung 1c gemäß dieser Ausführungsform geben die Ausgangsknoten NO1 und NO2 die Vielzahl an Differentialverstärkern 30 die sich gegenläufig ändernden Ausgangspotentiale VOUT1 und VOUT2 aus. Die Ausgangspotentiale VOUT1 und VOUT2 ändern sich zwischen einem Versorgungspotential VDD und einem Massepotential.
31 ist ein Schaltplan zur Darstellung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung 1d gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Pe gelumsetzungsschaltung 1d von 31 ist ein Pegelumsetzungsschaltung vom Paartyp.
Unter Bezugnahme auf 31 umfasst die Pegelumsetzungsschaltung 1d zwei Steuerteile 10A und 10B, zwei Ansteuerteile 20A und 20B und zwei Inverter 3A und 3B.
Die Steuerteile 10A und 10B sind in ihrer Struktur mit dem in 6 abgebildeten Steuerteil 10 und die Ansteuerteile 20A und 20B sind in ihrer Struktur mit dem Ansteuerteil 20, dargestellt in 6, ähnlich. Das Gate eines p-Kanal-MOSFET 104 des Steuerteils 10A, die Source eines n-Kanal-MOSFET 202 des Ansteuerteils 20A und die Sources der n-Kanal-MOSFETs 102 und 103 des Steuerteils 10B sind mit einem Eingangsknoten IA verbunden, der ein Taktsignal CLK1 empfängt. Die Sources des n-Kanal-MOSFETs 102 und 103 des Steuerteils 10A, das Gate eines p-Kanal-MOSFET 104 des Steuerteils 10B und die Source eines n-Kanal-MOSFET 202 des Ansteuerteils 20B sind mit einem Eingangsknoten IB verbunden, der ein Taktsignal CLK2 empfängt.
Die Inverter 3A und 3B sind mit den Ausgangsknoten NOA und NOB der Ansteuerteile 20A bzw. 20B verbunden. Die Inverter 3A und 3B geben die sich gegenläufig ändernden Ausgangspotentiale VOUT1 und VOUT2 aus. Die Ausgangspotentiale VOUT1 und VOUT2 ändern sich zwischen einem Versorgungspotential VDD und einem Massepotential. Die in 31 abgebildete Pegelumsetzungsschaltung 1d führt den gegenläufigen Vorgang durch.
32 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung 1e gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 32 dargestellte Pegelumsetzungsschaltung 1e ist eine Pegelumsetzungsschaltung vom Paartyp und vom Phasenanpassungstyp.
Die in 32 abgebildete Pegelumsetzungsschaltung 1e unterscheidet sich von der in 31 dargestellten Pegelumsetzungsschaltung 1d darin, dass ein Paar Inverter 5A und 5B zur Phasenanpassung zwischen Ausgangsknoten NOA und NOB der Ansteuerteile 20A und 20B zueinander entgegengesetzt geschaltet sind.
In der Pegelumsetzungsschaltung 1e gemäß dieser Ausführungsform können die Inverter 5A und 5B die Ausgangspotentiale VOUT1 und VOUT2 der Ausgangsknoten NOA und NOB in Phase ändern. Daher wird die Phasenverschiebung zwischen den Ausgangspotentialen VOUT1 und VOUT2 verringert, auch wenn die Variationen der Schwellenspannungen der MOSFETs in den Herstellungsschritten groß sind.
33 ist ein Schaltplan zur Darstellung der Struktur einer Pegelumsetzungsschal-tung 1f gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 33 dargestellte Pegelumsetzungsschaltung 1f ist eine Pegelumsetzungsschaltung vom Niederspannungs-Ansteuerungstyp.
Die Pegelumsetzungsschaltung 1f, dargestellt in 33, unterscheidet sich von der in 6 abgebildeten Pegelansteuerungsvorrichtung 1 darin, dass ein Steuerteil 10 ferner einen p-Kanal-MOSFET 105 und ein n-Kanal-MOSFET 106 beinhaltet.
Der p-Kanal-MOSFET 105 hat eine mit einem Spannungsversorgungsanschluss verbundene Source, ein mit einem Ausgangsknoten NO verbundenes Gate und einen mit einem ersten Knoten verbundenen Drain NP. Der n-Kanal-MOSFET 106 hat eine mit einem Eingangsknoten 11 verbundene Source, ein mit einem Ausgangsknoten NO verbundenes Gate und einen mit einem zweiten Knoten NN verbundenen Drain.
Wie hiernach beschrieben, verschiebt die in 6 dargestellte Pegelumsetzungsschaltung 1 die Gate-Potentiale des p-Kanal-MOSFET 201 und des n-Kanal-MOSFET 202 des Ansteuerteils 20 zu den Arbeitsbereichen durch die Schwellenspannungen Vtp und Vtn des p-Kanal-MOSFET 101 bzw. des n-Kanal-MOSFET 201 des Steuerteils 10. Daher können der p-Kanal-MOSFET 201 und der n-Kanal-MOSFET 202 zuverlässig arbeiten, auch wenn die Schwellenspannungen der MOS-FETs von den Entwurfswerten aufgrund von Variationen in den Herstellungsschritten abweichen. Wenn das Versorgungspotential VDD verringert ist und die Schwellen spannungen abweichen, um die Entwurfswerte aufgrund der Variationen in den Herstellungsschritten zu überschreiten, können jedoch der p-Kanal-MOSFET 201 und der n-Kanal-MOSFET 202 des Ansteuerteils 20 nicht arbeiten.
Damit dies vermieden wird, werden der p-Kanal-MOSFET 105 und der n-Kanal-MOSFET 106 daher auf der Pegelumsetzungsschaltung 1f gemäß dieser Ausführungsform bereitgestellt. Wie hiernach beschrieben ist der für das Ausgangspotential Vout des Ausgangsknotens NO verfügbare Bereich größer als jene, die für die Potentiale VNP und VNN des ersten Knoten NP und des zweiten Knoten NN zur Verfügung stehen. Mit anderen Worten, der für das Ausgangspotential Vout des Ausgangsknotens NO verfügbare Bereich ist größer als jene, die für die Gate-Potentiale des p-Kanal-MOSFET 101 und des n-Kanal-MOSFET 102 zur Verfügung stehen. Daraus ergibt sich, dass die Gate-Potentiale des p-Kanal-MOSFET 105 und des n-Kanal-MOSFET 106 in einem Bereich schwanken, der größer als die Potentiale VNP und VNN des ersten und zweiten Knotens NP und NN sind. Daher sind der p-Kanal-MOSFET 105 und der n-Kanal-MOSFET 106 stärker eingeschaltet. Folglich sind die Potentiale VNP und VNN des ersten und zweiten Knotens NP und NN durch die Schwellenspannungen des p-Kanal-MOSFET 101 und des n-Kanal-MOSFET 102 nicht beeinträchtigt. Daher kann die in 33 dargestellte Pegelumsetzungsschaltung 1f auch dann zuverlässig arbeiten, wenn das Versorgungspotential VDD niedrig ist und die Variationen in den Herstellungsschritten groß sind.
34 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung 1g gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 34 abgebildete Pegelumsetzungsschaltung 1g ist eine Pegelumsetzungsschaltung vom Niederspannungs-Ansteuerungstyp und vom Paartyp.
Die in 34 dargestellte Pegelumsetzungsschaltung 34 unterscheidet sich von der in 31 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1d darin, dass ein Steuerteil 10A ferner einen p-Kanal-MOSFET 105A und einen n-Kanal-MOSFET 106A umfasst und ein Steuerteil 10B ferner einen p-Kanal-MOSFET 105B und einen n-Kanal-MOSFET 106B umfasst. Mit anderen Worten, die Steuerteile 10A und 10B sind in ihrer Struktur mit jener des Steuerteils 10, abgebildet in 33, identisch.
In der Pegelumsetzungsschaltung 1g gemäß dieser Ausführungsform geben die Inverter 3A und 3B die sich gegenläufig ändernden Potentiale VOUT1 und VOUT2 aus, ähnlich wie die in 31 dargestellte Pegelumsetzungsschaltung 1d. Die Ausgangspotentiale VOUT1 und VOUT2 ändern sich zwischen einer Versorgungsspannung VDD und einem Massepotential. Diese Pegelumsetzungsschaltung 1g kann auch dann zuverlässig arbeiten, wenn die Versorgungsspannung VDD niedrig ist und die Variationen in den Herstellungsschritten groß sind, ähnlich wie bei der in 33 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1f.
35 ist ein Schaltplan zur Darstellung der Struktur einer Pegelumsetzungsschaltung 1h gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 35 dargestellte Pegelumsetzungsschaltung 1h ist eine Pegelumsetzungsschaltung vom Niederspannungs-Ansteuertyp, vom Paartyp und vom Phasenanpassungstyp.
Die in 35 dargestellte Pegelumsetzungsschaltung unterscheidet sich von der in 34 abgebildeten Pegelumsetzungsschaltung 1g darin, dass ein Paar Inverter 5A und 5B zur Phasenanpassung zwischen den Ausgangsknoten NOA und NOB der Ansteuerteile 20A und 20B einander gegenüberliegend geschaltet sind.
In der Pegelumsetzungsschaltung 1h gemäß dieser Ausführungsform wird eine Phasenverschiebung zwischen den Ausgangspotentialen VOUT1 und VOUT2 auch dann verringert, wenn die Variationen der Schwellenspannungen der MOSFETs in den Herstellungsschritten groß sind. Ferner kann die Pegelumsetzungsschaltung 1h auch dann zuverlässig arbeiten, wenn ein Versorgungspotential VDD niedrig ist.
36 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer ersten beispielhaften Halbleitervorrichtung, welche die Pegelumsetzungsschaltung gemäß der Erfindung verwendet.
In der in 36 abgebildeten Halbleitervorrichtung werden eine Logikschaltung 501, die mit einer Versorgungsspannung von 2,5 V arbeitet, eine Logikschaltung 502, die mit einer Versorgungsspannung von 3,3 V arbeitet und eine Pegelumsetzungsschaltung 1A auf einem Chip 500 in Misch-Form bereitgestellt. Die Pegelumsetzungsschaltung 1A führt die Pegelumsetzung eines 2,5 V-Systemssignals durch, das von der Logikschaltung 501 zugeführt wird, zu einem 3,3 V-Systemsignal durch und führt der Logikschaltung 502 das pegelumgesetzte Signal zu.
Die Pegelumsetzungsschaltung 1A wird beliebig aus den Pegelumsetzungsschaltungen 1 und 1a bis 1h gemäß der ersten bis vierzehnten Ausführungsform ausgebildet. Daher kann die in 36 dargestellte Halbleitervorrichtung auch dann zuverlässig arbeiten, wenn die Variationen der Schwellenspannungen der p-Kanal- und n-Kanal-MOSFETs in den Herstellungsschritten groß sind, während der Betrieb bei hoher Geschwindigkeit sowie eine Reduktion des Energieverbrauchs und der Bereiche ermöglicht wird.
37 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer zweiten beispielhaften Halbleitervorrichtung, welche die Pegelumsetzungsschaltung gemäß der Erfindung verwendet.
In der in 37 dargestellten Halbleitervorrichtung werden eine mit einer Versorgungsspannung von 1,2 V arbeitende Logikschaltung 511, eine mit einer Versorgungsspannung von 1,8 V arbeitende Logikschaltung 512, mit einer Versorgungsspannung von 2,5 V arbeitende Logikschaltungen 513 und 514 und die Pegelumsetzungsschaltungen 1B, 1C und 1D auf einem Chip 510 in Misch-Form bereitgestellt.
Die Pegelumsetzungsschaltung 1B führt eine Pegelumsetzung eines 1,2 V-Systemsignals, zugeführt von der Logikschaltung 511, zu einem 1,8 V-Systemsignal durch und führt der Logikschaltung 512 das pegelumgesetzte Signal zu. Die Pegelumsetzungsschaltung 1C führt die Pegelumsetzung für ein 1,8 V-Systemsignal, das von der Logikschaltung 512 zugeführt wird, zu einem 2,5 V-Systemsignal durch und führt der Logikschaltung 514 das pegelumgesetzte Signal zu. Die Pegelumsetzungsschaltung 1D führt die Pegelumsetzung für ein 1,2 V-Systemsignal, das von der Logikschaltung 511 zugeführt wird, zu einem 2,5 V-Systemsignal durch und führt der Logikschaltung 513 das pegelumgesetzte Signal zu.
Die Pegelumsetzungsschaltungen 1B, 1C und 1D werden beliebig aus den Pegelumsetzungsschaltungen 1 und 1a bis 1h gemäß der ersten bis vierzehnten Ausführungsform ausgebildet. Daher kann die in 37 abgebildete Halbleitervorrichtung auch dann zuverlässig arbeiten, wenn die Variationen der Schwellenspannungen der p-Kanal- und n-Kanal-MOSFETs in den Herstellungsschritten groß sind, während der Betrieb bei hoher Geschwindigkeit sowie die Verringerung des Energieverbrauchs und der Fläche ermöglicht wird.
38 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer dritten beispielhaften Halbleitervorrichtung, welche die Pegelumsetzungsschaltung gemäß der Erfindung verwendet.
In der in 38 abgebildeten Halbleitervorrichtung sind ein mit einer Versorgungsspannung von 1,8 V arbeitender Halbleiterspeicher 521, eine mit einer Versorgungsspannung von 3,3 V arbeitende Logikschaltung 522 und eine Pegelumsetzungsschaltung 1E in Misch-Form auf einem Chip 520 bereitgestellt. Der Halbleiterspeicher 521 ist ein DRAM (dynamischer RAM-Speicher), ein SRAM (statischer RAM-Speicher), ein FLASH (Flash-Speicher), ein FERAM (ferroelektrischer Speicher) oder Ähnliches. Die Pegelumsetzungsschaltung 1E führt die Pegelumsetzung eines 1,8 V-Systemsignals durch das vom Halbleiterspeicher 521 einem 3,3 V-Systemsignal zugeführt wird, und führt der Logikschaltung 522 das pegelumgesetzte Signal zu.
Die Pegelumsetzungsschaltung 1E wird beliebig aus den Pegelumsetzungsschaltungen 1 und 1a bis 1h gemäß der ersten bis vierzehnten Ausführungsform ausgebildet. Daher kann die in 38 dargestellte Halbleitervorrichtung auch dann zuverlässig arbeiten, wenn die Variationen der Schwellenspannungen der p-Kanal- und n-Kanal-MOSFETs in den Herstellungsschritten groß sind, während der Betrieb bei hoher Geschwindigkeit, die Reduktion des Energieverbrauchs sowie die Verringerung der Flächen ermöglicht werden.
39 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer vierten beispielhaften Halbleitervorrichtung, welche die Pegelumsetzungsschaltung gemäß der Erfindung verwendet.
In der Halbleitervorrichtung von 39 wird eine mit einer Versorgungsspannung von 2,5 V arbeitende innere Schaltung 531 in einem Chip 530 ausgebildet. Die innere Schaltung 531 wird durch ein Halbleiterelement ausgebildet. Eine Pegelumsetzungsschaltung 1F führt die Pegelumsetzung eines 2,5 V-Systemsignals durch, das einem 3,3 V-Systemsignal von der inneren Schaltung 531 zugeführt wird, durch und führt einer mit einer Versorgungsspannung von 3,3 V arbeitende äußere Schaltung 532 das pegelumgesetzte Signal zu.
Die Pegelumsetzungsschaltung 1F wird beliebig aus den Pegelumsetzungsschaltungen 1 und 1a bis 1h gemäß der ersten bis vierzehnten Ausführungsform ausgebildet. Daher kann die in 39 dargestellte Halbleitervorrichtung auch dann zuverlässig arbeiten, wenn die Variationen der Schwellenspannungen der p-Kanal- und n-Kanal-MOSFETs in den Herstellungsschritten groß sind, währen der Betrieb bei hoher Geschwindigkeit, die Reduktion des Energieverbrauchs und der Fläche ermöglicht wird.
40 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer beispielhaften Flüssigkristall-Anzeigeeinheit, welche die Pegelumsetzungsschaltung gemäß der Erfindung verwendet.
In der in 40 abgebildeten Flüssigkristall-Anzeigeeinheit sind eine Vielzahl an Abtast-Elektroden Y1, Y2, ..., Yn und eine Vielzahl an Datenelektroden X1, X2, ..., Xm auf einem Glassubstrat 540 einander überschneidend angeordnet, wobei n bzw. m beliebige ganze Zahlen sind. Flüssigkristallelemente 542 werden an den Schnittpunkten zwischen der Vielzahl an Abtast-Elektroden Y1 bis Yn bzw. der Vielzahl an Datenelektroden X1 bis Xm durch die Dünnschichttransistoren 541 bereitgestellt. Die Dünnschichttransistoren 541 bestehen aus polykristallinem Silizium, das etwa aus polykristallinem amorphen Silizium durch Laser-Wärmebehandlung entsteht.
Eine Abtastleitungs-Ansteuerschaltung 543, eine Datenansteuerschaltung 544 und eine, Spannungsumsetzungsschaltung 600 sind auf dem Glassubstrat 540 bereitgestellt. Die Abtast-Elektroden Y1 bis Yn sind mit der Abtastleitungs-Ansteuerschaltung 543 verbunden und die Datenelektroden X1 bis Xm sind mit der Datenansteuerschaltung 544 verbunden. Die Spannungsumsetzungsschaltung 600 führt die Pegelumsetzung der sich gegenläufig ändernden Grundtaktsignale mit kleinen Amplituden, die von einer äußeren Steuerschaltung 545 zugeführt werden, zu Taktsignalen mit verschiedenen Spannungen durch und führt der Abtastleitungs-Ansteuerschaltung 543 und der Datenansteuerschaltung 544 die pegelumgesetzten Signale zu.
41 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung der Struktur einer Spannungsumsetzungsschaltung 600, welche in der in 40 abgebildeten Flüssigkristall-Anzeigeeinheit eingesetzt ist.
In der in 41 dargestellten Spannungsumsetzungsschaltung 600 werden eine Aufwärts-Spannungsversorgungsschaltung 601, eine negative Spannugnsversorgungsschaltung 602 und Pegelumsetzungsschaltungen 1G, 1H, 1I und 1J auf dem Glassubstrat 540 ausgebildet. Der Pegelumsetzungsschaltung 1G werden externe Versorgungsspannungen von 8 V und 3,3 Volt zugeführt. In dieser Struktur sind die Abtastleitungs-Ansteuerschaltung 543 und die Datenansteuerschaltung 544, in 40 abgebildet, die inneren Schaltungen.
Die Pegelumsetzungsschaltung 1G führt die Pegelumsetzung eines Grundtaktsignals, welches von der äußeren Steuerschaltung 545 von 40 zugeführt wird, zu einem Signal durch, das sich im Bereich von 0 V bis 8 V ändert und führt den inneren Schaltungen und den Pegelumsetzungsschaltungen 1H, 1I und 1J das pegelumgesetzte Signal zu. Die Pegelumsetzungsschaltung 1H führt die Pegelumsetzung des von der Pegelumsetzung 1G zugeführten Signals zu einem Signal durch, das sich im Bereich von 0 V bis 12 V auf der Basis einer Versorgungsspannung der Aufwärts-Spannungsversorgungsschaltung 601 durch und führt den inneren Schaltungen und der Pegelumsetzungsschaltung 1J das pegelumgesetzte Signal zu.
Die Pegelumsetzungsschaltung 1I führt die Pegelumsetzung des von der Pegelumsetzungsschaltung 1G zugeführten Signals zu einem sich im Bereich von –3 V bis 8 V auf der Basis einer negativen Versorgungsspannung der negativen Energieversorgungsschaltung 602 durch und führt den inneren Schaltungen das pegelumgesetzte Signal zu. Die Pegelumsetzungsschaltung 1J führt die Pegelumsetzung des von der Pegelumsetzungsschaltung 1H zugeführten Signals zu einem sich im Bereich von –3 V bis 12 V ändernden Signal auf der Basis der negativen Versorgungsspannung der negativen Energieversorgungsschaltung 602 durch und führt den inneren Schaltungen das pegelumgesetzte Signal zu.
Die Pegelumsetzungsschaltungen 1G, 1H, 1I und 1J sind beliebig aus den Pegelumsetzungsschaltungen 1 und 1a bis 1h gemäß der ersten bis vierzehnten Ausführungsform ausgebildet. Daher kann die Flüssigkristall-Anzeigeeinheit von 40 auch dann zuverlässig arbeiten, wenn die Variationen der Schwellenspannungen der p-Kanal- und n-Kanal-MOSFEts in den Herstellungsschritten groß sind, während der Hochgeschwindigkeitsbetrieb, die Reduktion des Energieverbrauchs und die Verringerung der Fläche sowie die Verbesserung der Auflösung ermöglicht werden.
42 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer beispielhaften organischen EL-Vorrichtung, welche die Pegelumsetzungsschaltung gemäß der Erfindung verwendet.
In der in 42 abgebildeten organischen EL-Vorrichtung sind eine Vielzahl an Abtast-Elektroden Y1, Y2, ..., Yn und eine Vielzahl an Datenelektroden X1, X2, ..., Xm auf einem Glassubstrat 550 einander überschneidend angeordnet. Die Abtast-Elektroden Y1 bis Yn sind mit der Abtastleitungs-Ansteuerschaltung 553 verbunden und die Datenelektroden X1 bis Xm sind mit der Datenansteuerschaltung 554 verbunden. Die Spannungsumsetzungsschaltung 700 führt die Pegelumsetzung der sich gegenläufig ändernden Grundtaktsignale mit kleinen Amplituden, die von einer äußeren Steuerschaltung 555 zugeführt werden, zu Taktsignalen mit verschiedenen Spannungen durch und führt der Abtastleitungs-Ansteuerschaltung 553 und der Datenansteuerschaltung 554 die pegelumgesetzten Signale zu. Die Spannungsumset zungsschaltung 700 ähnelt in ihrer Struktur der in 41 dargestellten Spannungsumsetzungsschaltung 600.
Die Spannungsumsetzungsschaltung 700 wird beliebig aus den Pegelumsetzungsschaltungen 1 und 1a bis 1h gemäß der ersten bis vierten Ausführungsform ausgebildet. Daher kann die in 42 abgebildete organische EL-Vorrichtung auch dann zuverlässig arbeiten, wenn die Variationen der Schwellenspannungen der p-Kanal- und n-Kanal-MOSFETs in den Herstellungsschritten groß sind, während der Betrieb bei hoher Geschwindigkeit, die Reduktion des Energieverbrauchs und die Verringerung der Fläche sowie die Verbesserung der Auflösung ermöglicht werden.
43 ist eine Schnittansicht zur Veranschaulichung einer beispielhaften Pegelumsetzungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung, welche durch eine SOI-Vorrichtung (Silicon-On-Insulator) ausgebildet ist.
In der SOI-Vorrichtung von 43 ist ein Isolatorfilm 571 auf einem Si-Substrat (Silizium-Substrat) 570 ausgebildet ist, während eine amorphe, polykristalline oder einkristalline Siliziumschicht 572 auf dem Isolatorfilm 571 ausgebildet ist. Eine Vielzahl an p-Typ-Bereichspaaren 573 und eine Vielzahl an n-Typ-Bereichspaaren 574 sind der Siliziumschicht 572 ausgebildet.
Gate-Elektroden 575 sind auf den Bereichen zwischen den p-Typ-Bereichspaaren 573 und jenen zwischen den n-Typ-Bereichspaaren 574 ausgebildet. Daher bildet beispielsweise die SOI-Vorrichtung die in 6 dargestellte Pegelumsetzungsschaltung aus.
Die Pegelumsetzungsschaltung gemäß der Erfindung kann nicht nur durch die SOI-Vorrichtung, sondern auch durch verschiedene beliebige Typen an Halbleiterelementen ausgebildet werden.
44 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer beispielhaften Sensorvorrichtung, welche die Pegelumsetzungsschaltung gemäß der Erfindung verwendet.
In der in 44 abgebildeten Sensorvorrichtung sind eine Vielzahl an Abtast-Elektroden Y1, Y2, ..., Yn und eine Vielzahl an Datenelektroden X1, X2, ..., Xm auf einem Glassubstrat 580 angeordnet, um einander zu überschneiden. Das Glassubstrat 580 kann mit einem Panel-Substrat aus Kunststoff oder Ähnlichem ersetzt werden. Die Sensoren 582 sind an den Schnittpunkten zwischen der Vielzahl an Abtast-Elektroden Y1 bis Yn und der Vielzahl an Datenelektroden X1 bis Xm durch die Dünnschichttransistoren 581 bereitgestellt. Die Dünnschichttransistoren 581 sind aus polykristallinem Silizium, das beispielsweise aus polykristallinem amorphen Silizium durch Wärmebehandlung entsteht.
Die Sensoren 582 können beispielsweise durch Photodetektoren ausgebildet sein. Als Alternative dazu können die Sensoren durch Drucksensoren, die die Druckdifferenz durch Widerstand oder elektrostatische Kapazität detektieren, ausgebildet sein. In diesem Fall wird ein Oberflächenrauheitssensor zum Abfühlen der Oberflächenrauheit eines Substanz- oder ein Mustersensor zum Abfühlen eines Musters, wie etwa eines Fingerabdrucks, ausgebildet.
Eine Abtastleitungs-Ansteuerschaltung 583, eine Datenansteuerschaltung 584 und eine Spannungsumsetzungsschaltung 710 sind ebenfalls auf dem Glassubstrat 580 bereitgestellt. Die Abtast-Elektroden Y1 bis Yn sind mit der Abtastleitungs-Ansteuerschaltung 583 verbunden und die Datenelektroden X1 bis Xm sind mit der Datenansteuerschaltung 584 verbunden. Die Spannungsumsetzungsschaltung 710 führt die Pegelumsetzung der sich gegenläufig ändernden Grundtaktsignale mit kleinen Amplituden, die von einer äußeren Steuerschaltung 585 zugeführt werden, zu Taktsignalen mit verschiedenen Spannungen durch und führt der Abtastleitungs-Ansteuerschaltung 583 und der Datenansteuerschaltung 584 die pegelumgesetzten Signale zu. Die Spannungsumsetzungsschaltung 710 ähnelt in ihrer Struktur der Spannungsumsetzungsschaltung 600 von 41.
Die Spannungsumsetzungsschaltung 710 ist beliebig aus den Pegelumsetzungsschaltungen 1 und 1a bis 1h gemäß der ersten bis vierzehnten Ausführungsform ausgebildet. Daher kann die in 44 abgebildete Sensorvorrichtung auch dann zu verlässig arbeiten, wenn die Variationen der Schwellenspannungen der p-Kanal- und n-Kanal-MOSFETs in den Herstellungsschritten groß sind, während der Betrieb bei hoher Geschwindigkeit, die Reduktion des Energieverbrauchs und die Verringerung der Fläche sowie die Verbesserung der Auflösung ermöglicht werden.
Während die Spannungsamplituden der Eingangssignale CLK1 und CLK2 kleiner als die Amplitude des Ausgangspotentials VOUT in der Pegelumsetzungsschaltung gemäß jeder der zuvor erwähnten Ausführungsformen sind, kann die Pegelumsetzungsschaltung gemäß der Erfindung auch zum Empfang der Eingangssignale CLK1 und CLK2, die sich mit Spannungsamplituden gleich der Amplitude (der Potentialdifferenz zwischen der Versorgungsspannung VDD und dem vorgegebenen Potential VEE) des Ausgangspotentials VOUT ändern, oder der Eingangssignale CKL1 und CLK2, die sich mit Spannungsamplituden größer als die Amplitude des Ausgangspotentials VOUT ändern, ausgebildet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben und veranschaulicht wurde, ist deutlich erkennbar, dass dies nur durch Beispiele und Darstellungen erläutert wurde und diese nicht als Beschränkung derselben aufzufassen sind, wobei der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nur durch den Wortlaut der beigefügten Ansprüche eingegrenzt wird.

Claims

Pegelumsetzungsschaltung, umfassend: einen ersten Transistor (201), der zwischen einen ersten Knoten, welcher ein erstes Potential empfängt, und einen Ausgangsknoten geschaltet ist; einen zweiten Transistor (202), der zwischen einen zweiten Knoten, welcher ein zweites vom ersten Potential unterschiedliches Potential empfängt, und den Ausgangsknoten geschaltet ist; und ein Steuerteil (10), welches ein erstes Eingangssignal empfängt und sowohl den ersten als auch den zweiten Transistor in EIN-Zustände versetzt, während es den Grad der EIN-Zustände des ersten bzw. des zweiten Transistors als Reaktion auf den Pegel des ersten Eingangssignals steuert.
Pegelumsetzungsschaltung nach Anspruch 1, worin das erste Eingangssignal sich mit einer Spannungsamplitude ändert, die geringer als die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Potential ist.
Pegelumsetzungsschaltung nach Anspruch 1, worin das erste Eingangssignal sich zu einem ersten Pegel und einem zweiten Pegel ändert, wobei der erste Transistor ein erster leitfähiger Kanal-Feldeffekttransistor ist und der zweite Transistor ein zweiter leitfähiger Kanal-Feldeffekttransistor ist, und das Steuerteil das Gate-Potential des ersten leitfähigen Kanal-Feldeffekttransistors und das Gate-Potential des zweiten leitfähigen Kanal-Feldeffekttransistors als Reaktion auf den ersten und zweiten Pegel des ersten Eingangssignals festsetzt, so dass der Absolutwert der Differenz zwischen dem ersten Potential und dem Gate-Potential des ersten leitfähigen Kanal-Feldeffekttransistors den Absolutwert der Schwellen spannung des ersten leitfähigen Kanal-Feldeffekttransistors überschreitet und der Absolutwert der Differenz zwischen dem zweiten Potential und dem Gate-Potential des zweiten leitfähigen Kanal-Feldeffekttransistors den Absolutwert der Schwellenspannung des zweiten leitfähigen Kanal-Feldeffekttransistors überschreitet.
Pegelumsetzungsschaltung nach Anspruch 1, worin das erste Potential ein positives Potential ist und das zweite Potential ein positives Potential, welches geringer als das erste Potential, ein Massepotential oder ein negatives Potential ist.
Pegelumsetzungsschaltung nach Anspruch 1, worin das zweite Potential ein zweites Eingangssignal ist, welches sich zu einem ersten Pegel und einem zweiten Pegel ändert und mit dem ersten Eingangssignal komplementär ist.
Pegelumsetzungsschaltung nach Anspruch 4, worin der erste leitfähige Kanal-Feldeffekttransistor ein erster p-Kanal-Feldeffekttransistor mit einer ersten Schwellenspannung ist, der zweite leitfähige Kanal-Feldeffekttransistor ein erster n-Kanal-Feldeffekttransistor mit einer zweiten Schwellenspannung ist, und das Steuerteil das Gate-Potential des ersten p-Kanal-Feldeffekttransistors innerhalb eines Bereichs festsetzt, der gegenüber dem ersten Potential um mindestens den Absolutwert der ersten Schwellenspannung verringert ist, während es das Gate-Potential des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors innerhalb eines Bereichs festsetzt, der gegenüber dem zweiten Potential um mindestens den Absolutwert der zweiten Schwellenspannung erhöht ist.
Pegelumsetzungsschaltung nach Anspruch 6, worin das Steuerteil einen zweiten p-Kanal-Feldeffekttransistor, einen zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistor und eine Steuerschaltung umfasst, die Source des zweiten p-Kanal-Feldeffekttransistors das erste Potential empfängt und das Gate und der Drain des zweiten p-Kanal-Feldeffekttransistors mit dem Gate des ersten p-Kanal-Feldeffekttransistors verbunden sind, die Source des zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistors das erste Eingangssignal oder das zweite Potential empfängt und das Gate und der Drain des zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistors mit dem Gate des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors verbunden sind, und die Steuerschaltung das Potential des Drain des zweiten p-Kanal-Feldeffekttransistors und das Potential des Drain des zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistors als Reaktion auf den Pegel des ersten Eingangssignals steuert.
Pegelumsetzungsschaltung nach Anspruch 7, worin die Steuerschaltung ein erstes und ein zweites Lastelement umfasst, ein Ende des ersten Lastelements das erste Eingangssignal empfängt und das andere Ende des ersten Lastelements mit dem Gate des ersten p-Kanal-Feldeffekttransistors verbunden ist, und ein Ende des zweiten Lastelements das erste Potential empfängt und das andere Ende des zweiten Lastelements mit dem Gate des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors verbunden ist.
Pegelumsetzungsschaltung nach Anspruch 8, worin jedes des ersten und des zweiten Lastelements ein Feldeffekttransistor oder ein Widerstandselement ist.
Pegelumsetzungsschaltung nach Anspruch 7, worin das Steuerteil ferner einen dritten p-Kanal-Feldeffekttransistor und einen dritten n-Kanal-Feldeffekttransistor umfasst, die Source, das Gate und der Drain des dritten p-Kanal-Feldeffekttransistors mit der Source des zweiten p-Kanal-Feldeffekttransistors, dem Ausgangsknoten bzw. der Drain des zweiten p-Kanal-Feldeffekttransistors verbunden sind, und die Source, das Gate und der Drain des dritten n-Kanal-Feldeffekttransistors mit der Source des zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistors, dem Ausgangsknoten bzw. dem Drain des zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistors verbunden sind.
Pegelumsetzungsschaltung nach Anspruch 6, worin das Steuerteil einen zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistor und eine Steuerschaltung umfasst, die Source des zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistors das erste Eingangssignal oder das zweite Potential empfängt und das Gate und der Drain des zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistors mit dem Gate des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors verbunden sind, und die Steuerschaltung das Potential des Gates des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors und das Potential des Drain des zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistors als Reaktion auf den Pegel des ersten Eingangssignals steuert.
Pegelumsetzungsschaltung nach Anspruch 11, worin die Steuerschaltung ein erstes, zweites und drittes Lastelement umfasst, ein Ende des ersten Lastelements das erste Potential empfängt und das andere Ende des ersten Lastelements mit dem Gate des ersten p-Kanal-Feldeffekttransistors verbunden ist, und ein Ende des zweiten Lastelements das erste Eingangssignal oder das zweite Potential empfängt und das andere Ende des zweiten Lastelements mit dem Gate des ersten p-Kanal-Feldeffekttransistors verbunden ist, und ein Ende des dritten Lastelements das erste Potential empfängt und das andere Ende des dritten Lastelements mit dem Gate des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors verbunden ist.
Pegelumsetzungsschaltung nach Anspruch 12, worin jedes des ersten, zweiten und dritten Lastelements ein Feldeffekttransistor oder ein Widerstandselement ist.
Pegelumsetzungsschaltung nach Anspruch 1, weiters umfassend: einen Abschaltkreis zum Abschalten eines Stromwegs, welcher den zweiten Knoten vom ersten Knoten aus über den ersten und zweiten Transistor in einer Übergangsperiode zwischen einem ersten Pegel und einem zweiten Pegel des ersten Eingangssignals erreicht.
Pegelumsetzungsschaltung nach Anspruch 1, worin der erste Transistor, der zweite Transistor und das Steuerteil aus einem einkristallinen, polykristallinen oder amorphen Halbleiter oder Isoliersubstrat gebildet sind.
Halbleitervorrichtung, umfassend: eine vorgegebene Schaltung; und eine Pegelumsetzungsschaltung, die mit der vorgegebenen Schaltung verbunden ist, worin die Pegelumsetzungsschaltung Folgendes umfasst: einen ersten Transistor, der zwischen einen ersten Knoten, welcher ein erstes Potential empfängt, und einen Ausgangsknoten geschaltet ist; einen zweiten Transistor, der zwischen einen zweiten Knoten, welcher ein zweites, vom ersten Potential unterschiedliches Potential empfängt, und den Ausgangsknoten geschaltet ist; und ein Steuerteil, welches ein erstes Eingangssignal empfängt und sowohl den ersten als auch den zweiten Transistor in EIN-Zustände versetzt, während es den Grad der EIN-Zustände des ersten bzw. des zweiten Transistors als Reaktion auf den Pegel des ersten Eingangssignals steuert.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, worin die vorgegebene Schaltung eine Vielzahl an Logikschaltungen umfasst, die mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen arbeiten, und die Pegelumsetzungsschaltung zwischen die Vielzahl an Logikschaltungen geschaltet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, worin die vorgegebene Schaltung Folgendes umfasst: eine innere Schaltung, die auf einem Chip bereitgestellt ist, und eine äußere Schaltung, die außerhalb des Chips bereitgestellt ist, und die Pegelumsetzungsschaltung, die zwischen die innere Schaltung und die äußere Schaltung geschaltet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, worin die vorgegebene Schaltung Folgendes umfasst: einen Halbleiterspeicher, der auf einem Chip bereitgestellt ist, und eine Logikschaltung, die auf dem Chip bereitgestellt ist, und die Pegelumsetzungsschaltung, die zwischen den Halbleiterspeicher und die Logikschaltung auf dem Chip geschaltet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, worin die vorgegebene Schaltung Folgendes umfasst: eine Vielzahl an Sensoren, eine Vielzahl an Auswahltransistoren zum Auswählen eines aus der Vielzahl an Sensoren, und eine Peripherieschaltung zum Ansteuern der Vielzahl an Sensoren durch die Vielzahl an Auswahltransistoren, und die Pegelumsetzungsschaltung, die ein vorgegebenes Signal pegelumsetzt und das pegelumgesetzte, vorgegebene Signal der Peripherieschaltung zuführt.
Anzeigeeinheit, umfassend: eine Vielzahl an Anzeigeelementen; eine Vielzahl an Auswahltransistoren zum Auswählen eines aus der Vielzahl an Anzeigeelementen; eine Peripherieschaltung zum Ansteuern der Vielzahl an Anzeigeelementen durch die Vielzahl an Auswahltransistoren; und eine Pegelumsetzungsschaltung zum Pegelumsetzen eines vorgegebenen Signals und zum Zuführen des pegelumgesetzten Signals zur Peripherieschaltung, worin die Pegelumsetzungsschaltung Folgendes umfasst: einen ersten Transistor, der zwischen einen ersten Knoten, welcher ein erstes Potential empfängt, und einen Ausgangsknoten geschaltet ist; einen zweiten Transistor, der zwischen einen zweiten Knoten, welcher ein zweites, vom ersten Potential unterschiedliches Potential empfängt, und den Ausgangsknoten geschaltet ist; und ein Steuerteil, welches ein erstes Eingangssignal empfängt und sowohl den ersten als auch den zweiten Transistor in EIN-Zustände versetzt, während es den Grad der EIN-Zustände des ersten bzw. des zweiten Transistors als Reaktion auf den Pegel des ersten Eingangssignals steuert.
Anzeigegerät nach Anspruch 21, worin die Vielzahl an Anzeigeelementen Flüssigkristallelemente sind und die Vielzahl an Flüssigkristallelementen, die Vielzahl an Auswahltransistoren, die Peripherieschaltung und die Pegelumsetzungsschaltung auf einem Isoliersubstrat ausgebildet sind.
Anzeigegerät nach Anspruch 21, worin die Vielzahl an Anzeigeelementen organische Elektrolumineszenz-Elemente sind und die Vielzahl organischer Elektrolumineszenz-Elemente, die Vielzahl an Auswahltransistoren, die Peripherieschaltung und die Pegelumsetzungsschaltung auf einem Isoliersubstrat ausgebildet sind.
Anzeigegerät nach Anspruch 21, worin die Vielzahl an Auswahltransistoren und der erste und zweite Transistor der Pegelumsetzungsschaltung aus Dünnschichttransistoren gebildet sind.