电平移位电路以及电平移位方法与流程

本发明涉及对电信号的信号电平进行移位的电平移位电路以及电平移位方法。

背景技术：

在包含以不同的电源电压进行工作的多个电路块的电路中，在电路块内设置将自身的电信号的信号电平变换为发送目的地的电路块的电源电压的电平的电平移位电路，由此，能够进行在电路块间的信号的授受。

此外，作为这样的电平移位电路，提出了包含以下部分的电平移位电路（例如，参照专利文献1）：锁存器，包含将自身的输出端彼此连接于另一个的输入端的一对反相器元件；以及一对晶体管，根据上述的电信号而被设定为导通或截止状态。

在该电平移位电路中，一对反相器元件以发送目的地的电路块的电源电压进行工作。此外，一对晶体管根据由上述的电信号表示的2值的逻辑电平（高电平或低电平）被互补地设定为导通状态或截止状态。通过该一对晶体管的工作，将上述的锁存器的输入端和输出端之中的一个设定为接地电压。由此，该锁存器输出信号，所述信号为将表示2值的逻辑电平的电信号的信号电平电平移位为具有发送目的地的电路块的电源电压的2值的信号电平后的信号。根据这样的结构，即使向电平移位电路输入的电信号的电平不稳定，也能够将电平移位后的输出信号的信号电平稳定化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-177755号公报。

发明要解决的课题

可是，根据上述的电平移位电路，在向该电平移位电路输入的2值的电信号的信号电平进行变化时，产生以下的问题。

例如，一对晶体管之中的一个根据该电信号从截止状态转变为导通状态，由此，输出端连接于该晶体管的反相器元件的输出端的电平降低。可是，在该一个晶体管从截止状态转变为导通状态的稍后，连接于该一个晶体管的反相器元件的p沟道晶体管处于导通状态。

因此，在反相器元件的p沟道晶体管与上述一个晶体管之间流动贯通电流，存在由于该贯通电流而功耗量变大这样的问题。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供能够在不使功耗增大的情况下对输入信号的信号电平进行电平移位的电平移位电路以及电平移位方法。

用于解决课题的方案

本发明的电平移位电路包含：电压施加部，将规定电压间歇性地向第一节点施加；输入部，接收所述输入信号，在所述输入信号的信号电平为第一电压的情况下将基准电压向第二节点施加；开关部，在所述电压施加部未将所述规定电压向所述第一节点施加的期间中将所述第二节点与所述第一节点连接，在所述电压施加部将所述规定电压向所述第一节点施加的期间中将所述第二节点与所述第一节点的连接切断；以及反相器，输出将向所述第一节点提供的信号的相位反相后的信号来作为所述输出信号。

此外，本发明的电平移位电路包含：电压施加部，将规定电压间歇性地向输出输出信号的第一节点施加；输入部，接收输入信号，在所述输入信号的信号电平为第一电压的情况下将基准电压向第二节点施加；以及开关部，在所述电压施加部未将所述规定电压向所述第一节点施加的期间中将所述第二节点与所述第一节点连接，在所述电压施加部将所述规定电压向所述第一节点施加的期间中将所述第二节点与所述第一节点的连接切断。

此外，本发明的电平移位电路具有：第一反相器，被输入预充电信号，输出基于第一电源电压和接地电压的第一信号；第二反相器，被输入所述第一信号，输出基于所述第一电源电压和所述接地电压的第二信号；以及输入部，连接于向所述第一反相器供给所述接地电压的节点和所述接地电压，根据基于第二电源电压和所述接地电压的输入信号而被控制。

本发明的电平移位方法是，一种电平移位方法，对信号电平在基准电压至第一电压的范围内进行变化的输入信号进行电平移位，生成信号电平在所述基准电压至第二电压的范围内进行变化的输出信号，其中，将所述第二电压间歇性地向第一节点施加，并且，在所述输入信号的信号电平为所述第一电压的情况下将所述基准电压向第二节点施加，在未向所述第一节点施加所述第二电压的期间中将所述第二节点与所述第一节点连接，在向所述第一节点施加所述第二电压的期间中将所述第二节点与所述第一节点的连接切断，输出将所述第一节点的信号的相位反相后的信号来作为所述输出信号。

发明效果

本发明的电平移位电路如以下那样生成将输入信号的信号电平电平移位后的输出信号。

首先，通过将规定电压间歇性地向第一节点施加，从而将该第一节点设定为规定电压的状态。

在此，在输入信号的信号电平为第一电压的情况下未向第一节点施加规定电压的期间中，将基准电压经由第二节点向第一节点施加，由此，将该第一节点的信号电平设定为基准电压。此时，输出使第一节点的信号（基准电压）的相位反相后的信号即具有规定电压的信号来作为输出信号。

此外，在输入信号的信号电平为基准电压的情况下未向第一节点施加规定电压的期间中，第一节点的信号电平也被维持为规定电压的状态。因此，此时，输出使第一节点的信号（规定电压）的相位反相后的信号即具有基准电压的信号来作为输出信号。

像这样，根据本发明的电平移位电路，生成将输入信号的信号电平电平移位后的输出信号。

进而，在本发明的电平移位电路中，在向第一节点施加上述的规定电压的期间中，将第一节点与根据输入信号而被设定为基准电压的状态的第二节点的连接切断。

由此，即使在输入信号的信号电平的转变时或输入信号的信号电平变为不稳定的状态，基于规定电压和基准电压的贯通电流不会流入到第一节点，因此，能够抑制伴随着该贯通电流的、功耗量的增大。

因此，根据本发明，能够在不使功耗增大的情况下对输入信号的信号电平进行电平移位。

附图说明

图1是示出包含本发明的电平移位（levelshift）电路的太阳能时钟系统100的结构的框图。

图2是表示预充电（precharge）信号pcb的方式的一个例子的图。

图3是示出电平移位部25的内部结构的一个例子的电路图。

图4是示出电平移位部25的内部工作的时间图。

图5是示出电平移位部25的内部结构的另一个例子的电路图。

具体实施方式

以下，参照附图并详细地说明本发明的实施例。

图1是示出包含本发明的电平移位电路的太阳能时钟系统100的结构的框图。

太阳能时钟系统100具有：时钟单元10、太阳能电池（solarcell）20、电池组（battery）21、电压感测部22、电压减少电路23、预充电信号生成部24、以及电平移位部25。

时钟单元10包含：使多个指针（例如时针、分针、秒针）旋转来表示时刻或者使时刻显示在液晶等显示设备中的时刻显示部、以及对该时刻显示部进行控制并且根据后述的电压感测信号ldv来进行电源管理控制的控制部。

太阳能电池20根据入射到自身的光进行发电而生成直流的发电电压vsc。太阳能电池20将该发电电压vsc经由线l1向电池组21、电压感测部22和电压减少电路23供给。

电池组21为二次电池，由从太阳能电池20供给的发电电压vsc充电。电池组21将由该充电生成的直流的电源电压vdd向时钟单元10、电压感测部22、预充电信号生成部24和电平移位部25供给。

电压感测部22接收发电电压vsc的供给来进行以下的电压感测工作。

即，电压感测部22判定电源电压vdd的电压值是否为规定的上限电压值以上，生成表示其判定结果的电压感测信号dv。

例如，电压感测部22在电源电压vdd的电压值为不足上限电压值的情况下生成具有接地电压gnd的电压感测信号dv来作为表示逻辑电平0的信号电平。此外，在电源电压vdd的电压值为上限电压值以上的情况下，电压感测部22生成具有发电电压vsc的电压感测信号dv来作为表示逻辑电平1的信号电平。

电压感测部22将电压感测信号dv向电压减少电路23和电平移位部25供给。

电压减少电路23包含：自身的一端被接地的电阻r、以及在接通状态时将电阻r1的另一端与线l1连接的开关元件sw。开关元件sw在电压感测信号dv表示逻辑电平0的情况下为关断状态。另一方面，在该电压感测信号dv表示逻辑电平1的情况下，开关元件sw为接通状态，将电阻r的另一端与线l1电连接。

根据这样的结构，电压减少电路23在电压感测信号dv为逻辑电平1即电源电压vdd为上限电压值以上的情况下将线l1经由电阻r接地。由此，基于由太阳能电池20生成的发电电压vsc的输出电流的一部分流入到电阻r中而被消耗，伴随其而发电电压vsc的电压值的增加被阻止。因此，即使由于接收了高强度的光所以太阳能电池20的发电量变大，也将发电电压vsc的电压值限制为上述的上限电压值以下。

即，根据电压减少电路23，不管太阳能电池20接收的光的强度，发电电压vsc的电压值都能够抑制为电池组21的最大容许充电电压以下，因此，能够防止电池组21的问题或破损。

预充电信号生成部24生成如图2所示那样仅在规定期间tp的期间间歇性地出现具有接地电压gnd（例如0伏特）的负极性的预充电脉冲、在其他的期间信号电平为电源电压vdd的、预充电信号pcb。再有，预充电信号pcb中的预充电脉冲的周期被固定为规定的固定周期也可，但是，定期地或不定期地进行变化也可。总之，作为振荡信号生成部的预充电信号生成部24生成如图2所示那样交替地重复接地电压gnd的状态和电源电压vdd的状态的振荡信号来作为预充电信号pcb。

预充电信号生成部24将该预充电信号pcb向电平移位部25供给。

电平移位部25对信号电平在接地电压gnd~发电电压vsc的范围内进行变化的电压感测信号dv的信号电平进行电平移位，生成信号电平在接地电压gnd~电源电压vdd的范围内进行变化的电压感测信号ldv。电平移位部25将该电压感测信号ldv向时钟单元10供给。

图3是示出电平移位部25的内部结构的一个例子的电路图。在图3所示的一个例子中，电平移位部25包含p沟道mos（metaloxidesemiconductor，金属氧化物半导体）型的晶体管p1和p2以及n沟道mos型的晶体管n1~n3。

向晶体管p1的源极和背栅（backgate）施加电源电压vdd，该晶体管p1的漏极经由节点nd1连接于晶体管n1的漏极。向晶体管p1和n1各自的栅极供给由预充电信号生成部24生成的、图2所示的预充电信号pcb。

向晶体管n1的背栅施加接地电压gnd，该晶体管n1的源极经由节点nd2连接于晶体管n3的漏极。

向晶体管n3的源极和背栅施加接地电压gnd，向该晶体管n3的栅极供给电压感测信号dv。

向晶体管p2的源极和背栅施加电源电压vdd。向晶体管n2的源极和背栅施加接地电压gnd。晶体管p2和n2各自的栅极连接于节点nd1，这些晶体管p2和n2的漏极彼此连接。即，晶体管p2和n2为反相器，发出将节点nd1的信号的逻辑电平反相后的信号来作为电压感测信号ldv。

再有，在本实施例中，为了谋求高速工作化，晶体管p1、n1和n2能够分别为电流驱动能力高的晶体管。在以往的电平移位器电路的情况下，当使pmos晶体管和nmos晶体管双方的电流驱动能力单纯地变高时，贯通电流变大，因此，需要考虑在pmos晶体管和nmos晶体管双方为导通状态的情况下流动的电流的平衡来进行电流驱动能力的设定，对晶体管的大小也产生基于设定的限制。相对于此，在本实施例的电平移位部25中，在晶体管p1为导通状态时晶体管n1为截止状态，在晶体管n1和n3为导通状态时晶体管p1为截止状态，因此，pmos晶体管和nmos晶体管不会被彼此的电流驱动能力影响，在各个晶体管中能够进行电流驱动能力或晶体管的大小的设定。

在以下，参照图4并对电平移位部25的内部工作进行说明。

首先，如图4所示那样，在预充电信号pcb的信号电平为例如表示逻辑电平1的电源电压vdd的期间中，晶体管p1为截止状态，晶体管n1为导通状态。

另一方面，在预充电信号pcb的信号电平为表示逻辑电平0的接地电压gnd（例如0伏特）的期间（以下，称为预充电期间prc）中，晶体管p1为导通状态，晶体管n1为截止状态。由此，遍及该预充电期间prc，进行晶体管p1将电源电压vdd向节点nd1施加的、所谓的预充电。利用该预充电，对节点nd1进行充电，该节点nd1的信号电平为表示逻辑电平1的电源电压vdd。

即，预充电信号生成部24生成间歇性地出现具有接地电压gnd的预充电脉冲的、预充电信号pcb。然后，晶体管p1在该预充电信号pcb中间歇性地出现的预充电脉冲的定时将电源电压vdd向节点nd1施加，由此，使用电源电压vdd对该节点nd1进行预充电。

再有，在预充电期间prc中，晶体管n1切断晶体管n3与节点nd1间的连接。在此，由晶体管p2和n2构成的反相器使节点nd1的信号电平的逻辑电平反相，输出表示该反相后的逻辑电平的电压感测信号ldv。即，反相器（p2、n2）输出使节点nd1的信号的相位反相后的信号来作为电压感测信号ldv。

进而，在预充电期间prc中，如图4所示那样，节点nd1为表示逻辑电平1的电源电压vdd。因此，反相器（p2、n2）输出使该节点nd1的信号电平（vdd）的相位反相后的、具有接地电压gnd的电压感测信号ldv。

因此，在图4所示的预充电期间prc之后，电平移位部25对信号电平在接地电压gnd~发电电压vsc的范围内进行变化的电压感测信号dv实施以下的电平移位处理。

当预充电信号pcb从接地电压gnd的状态（逻辑电平0）转变为电源电压vdd的状态（逻辑电平1）时，晶体管p1与节点nd1的连接被切断，并且，晶体管n3经由晶体管n1与节点nd1连接。

在此，在作为输入信号的电压感测信号dv如图4所示那样处于接地电压gnd（逻辑电平0）的状态的期间，晶体管n3为截止状态。由此，在预充电期间prc之后到实施下一个预充电的期间，节点nd1为高阻抗状态，对在稍前的预充电期间prc中设定的电源电压vdd的状态（逻辑电平1）进行维持。因此，在此期间，反相器（p2、n2）如图4所示那样输出具有接地电压gnd（逻辑电平0）的电压感测信号ldv。

之后，当在图4所示的时间点t1处电压感测信号dv从接地电压gnd的状态（逻辑电平0）转变为发电电压vsc的状态（逻辑电平1）时，晶体管n3从截止状态转变为导通状态。由此，节点nd1经由由晶体管n3和n1构成的路径放电，该节点nd1的信号电平从电源电压vdd的状态降低到接地电压gnd的状态。因此，在图4所示的时间点t1以后，反相器（p2、n2）输出具有电源电压vdd（逻辑电平1）的电压感测信号ldv。

像这样，电平移位部25对信号电平在作为基准电压的接地电压gnd至发电电压vsc的范围内进行变化的电压感测信号dv进行电平移位，生成信号电平在接地电压gnd至电源电压vdd的范围内进行变化的电压感测信号ldv。

在此，在该电平移位部25中，在进行预充电的晶体管p1处于导通状态的期间，晶体管n1为截止状态。由此，在晶体管p1将电源电压vdd向节点nd1施加的预充电期间prc中，晶体管n3和节点nd1间的连接被切断。

因此，在预充电期间prc中，不管作为输入信号的电压感测信号dv的信号电平，基于电源电压vdd和接地电压gnd的贯通电流都不会经由由晶体管p1、n1和n3构成的电流路径流入到节点nd1。

此外，在预充电期间prc以外的期间中，晶体管p1为截止状态，因此，不进行向节点nd1的电源电压vdd的施加。因此，即使在预充电期间prc以外的期间中，基于电源电压vdd和接地电压gnd的贯通电流也不会经由电流路径（p1、n1、n3）流入到节点nd1。

像这样，在电平移位部25中，即使在电压感测信号dv的信号电平在电源电压vdd和接地电压gnd间进行转变时或者该电压感测信号dv的信号电平处于不稳定的状态，贯通电流也不会流入到节点nd1。

因此，根据电平移位部25，不管作为输入信号的电压感测信号dv的状态，也能够在不招致功耗的增加的情况下对输入信号的信号电平进行电平移位。

进而，在电平移位部25中，在将电源电压vdd向节点nd1施加的预充电期间prc中，使晶体管n1为截止状态，由此，防止将电压感测信号dv的状态反映到节点nd1。再有，在预充电期间prc以外的期间中，使晶体管n1为导通状态，由此，电压感测信号dv的状态被反映到节点nd1，但是，在该期间，晶体管p1为截止状态，因此，电源电压vdd的向节点nd1的施加停止。

由此，当电压感测信号dv从接地电压gnd的状态（逻辑电平0）转变为发电电压vsc的状态（逻辑电平1）时，节点nd1立刻从电源电压vdd的状态（逻辑电平1）的状态转变为接地电压gnd（逻辑电平0）的状态。因此，追随这样的节点nd1的状态，得到从接地电压gnd（逻辑电平0）的状态向电源电压vdd的状态（逻辑电平1）高速地转变的电压感测信号ldv。

另一方面，在电压感测信号dv从发电电压vsc的状态（逻辑电平1）转变为接地电压gnd的状态（逻辑电平0）时，利用预充电在节点nd1设定的电源电压vdd的状态（逻辑电平0）被直接反映到电压感测信号ldv。因此，在预充电完成后，立刻输出具有电源电压vdd的电压感测信号ldv。

再有，在图3所示的结构中，在生成将电压感测信号dv的信号电平电平移位后的电压感测信号ldv时，为了使电压感测信号dv和ldv的逻辑电平彼此相同而设置了反相器（p2和n2）。

可是，在电压感测信号ldv的接收侧的装置即时钟单元10受理将电压感测信号dv的逻辑电平反相后的信号的情况下，如图5所示那样，将节点nd1的信号直接作为电压感测信号ldv输出也可。

此外，在图1所示的结构中，将具有电压值伴随着太阳能电池20的发电量的变动而变为不稳定的状态的发电电压vsc的电压感测信号dv作为成为电平移位对象的输入信号，但是，将基于稳定的电源电压而生成的信号作为输入对象也可。

此外，作为成为电平移位的对象的输入信号，并不限于电压感测信号dv，也可以为各种控制信号、传感器信号或者视频或声音数据等的信息信号。

总之，本发明的电平移位电路只要对信号电平在基准电压（gnd）~第一电压（vsc）的范围内进行变化的输入信号（dv）进行电平移位来生成信号电平在基准电压~第二电压（vdd）的范围内进行变化的输出信号（ldv）即可。

此外，在上述实施例中，首先，预充电信号生成部24生成预充电信号pcb。然后，晶体管p1在该预充电信号中出现的预充电脉冲的定时将电源电压vdd向节点nd1施加，由此，间歇性地使用电源电压vdd对该节点nd1进行预充电。由此，将节点nd1的信号电平设定为电源电压vdd。可是，作为将节点nd1的信号电平设定为电源电压vdd的手段，并不限定于预充电信号生成部24和晶体管p1。总之，只要设置有将电源电压vdd间歇性地向节点nd1施加的电压施加部即可。

此外，在上述实施例中，晶体管n3在自身的栅极接收作为输入信号的电压感测信号dv。此时，晶体管n3在电压感测信号dv的信号电平为接地电压gnd的情况下为截止状态，在电压感测信号dv的信号电平为发电电压vsc的情况下为导通状态而将接地电压gnd向节点nd2施加。可是，作为接收输入信号并且根据该输入信号的信号电平来进行上述的工作的手段，也可以采用晶体管n3以外的手段，总之，只要设置有接收作为输入信号的电压感测信号dv并且在该信号电平为发电电压vsc的情况下将接地电压gnd向节点nd2施加的输入部即可。

此外，在上述实施例中，晶体管n1在预充电信号pcb中未出现预充电脉冲的期间中将节点nd1与节点nd2连接。另一方面，在该预充电信号pcb中出现预充电脉冲的期间中，晶体管n1切断节点nd1与节点nd2的连接。可是，作为进行这样的节点nd1和nd2间的连接和切断的手段，也可以采用晶体管n1以外的手段。总之，只要设置有开关部即可，所述开关部在上述的电压施加部未将电源电压vdd向节点nd1施加的期间中将节点nd1和nd2间连接，在电源电压vdd被施加到节点nd1的期间将节点nd1和nd2间的连接切断。

因此，作为本发明的根据第一特征的电平移位电路，只要包含以下的电压施加部、输入部、开关部和反相器即可。即，电压施加部（p1）将规定电压（vdd）间歇性地向第一节点（nd1）施加。输入部（n3）接收输入信号（dv），在该输入信号的信号电平为第一电压（vsc）的情况下将基准电压（gnd）向第二节点（nd2）施加。开关部（n1）在电压施加部未将规定电压向第一节点施加的期间中将第二节点与第一节点连接，在电压施加部将规定电压向第一节点施加的期间中将第二节点与第一节点的连接切断。反相器（p2、n2）输出将向第一节点提供的信号的相位反相后的信号来作为输出信号（ldv）。

此外，作为本发明的根据第二特征的电平移位电路的结构，只要包含以下的电压施加部、输入部和开关部即可。即，电压施加部（p1）向输出输出信号的第一节点（nd1）间歇性地施加规定电压（vdd）。输入部（n3）接收输入信号（dv），在该输入信号的信号电平为第一电压（vsc）的情况下将基准电压（gnd）向第二节点（nd2）施加。开关部（n1）在电压施加部未将规定电压向第一节点施加的期间中将第二节点与第一节点连接，在电压施加部将规定电压向第一节点施加的期间中将第二节点与第一节点的连接切断。

再有，在图3所示的结构中，接收电源电压vdd和接地电压gnd来进行工作的晶体管p1和n1作为第一反相器进行工作，所述第一反相器向节点nd1送出将作为振荡信号的预充电信号pcb的相位反相后的信号。进而，图3所示的晶体管n3作为输入部进行工作，所述输入部接收作为输入信号的电压感测信号dv并且在该电压感测信号dv的信号电平处于接地电压gnd的状态的期间停止向上述第一反相器的基准电压的供给。

鉴于这样的方面，本发明的根据第三特征的电平移位电路包含以下的第一和第二反相器以及输入部。即，第一反相器（p1、n1）被输入预充电信号（pcb），输出基于第一电源电压（vdd）和接地电压（gnd）的第一信号。第二反相器（p2、n2）被输入该第一信号，输出基于第一电源电压和接地电压的第二信号（ldv）。输入部（n3）连接于向第一反相器供给接地电压的节点（nd2）和接地电压（gnd），根据基于第二电源电压（vsc）和接地电压的输入信号（dv）控制输入部（n3）。

附图标记的说明

20太阳能电池

21电池组

22电压感测部

24预充电信号生成部

25电平移位电路

p1、n1、n3晶体管。