(57)【要約】【課題】設計が容易でかつ簡易な構成のシュミットトリガ回路を提供する。【解決手段】シュミットトリガ回路は、トランジスタＰ１とトランジスタＮ１とが直列に接続されてなる第１のインバータと、トランジスタＰ２とトランジスタＮ２とが直列に接続されてなり、第１のインバータからの出力信号Ｖｉｎを入力する第２のインバータと、トランジスタＰ１と並列に接続されたトランジスタＰ３とを備える。第２のインバータの出力が「Ｌｏｗ」から「Ｈｉｇｈ」に反転する際のしきい値を、第１のインバータの出力が「Ｌｏｗ」から「Ｈｉｇｈ」に反転する際のしきい値よりも高い値に設定する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のＰチャネル型トランジスタと第１のＮチャネル型トランジスタとが直列に接続されてなる第１のインバータと、
第２のＰチャネル型トランジスタと第２のＮチャネル型トランジスタとが直列に接続されてなり、前記第１のインバータからの出力信号を入力する第２のインバータと、
前記第１のＰチャネル型トランジスタと並列に接続された第３のＰチャネル型トランジスタとを備え、
前記第２のインバータの出力が「Ｌｏｗ」から「Ｈｉｇｈ」に反転する際のしきい値を、前記第１のインバータの出力が「Ｌｏｗ」から「Ｈｉｇｈ」に反転する際のしきい値よりも高い値に設定したことを特徴とするシュミットトリガ回路。
【請求項２】
前記第３のＰチャネル型トランジスタがオンしたときに、該第３のＰチャネル型トランジスタに対して一定電流を供給する定電流回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のシュミットトリガ回路。
【請求項３】
第１のＰチャネル型トランジスタと第１のＮチャネル型トランジスタとが直列に接続されてなる第１のインバータと、
第２のＰチャネル型トランジスタと第２のＮチャネル型トランジスタとが直列に接続されてなり、前記第１のインバータからの出力信号を入力する第２のインバータと、
前記第２のＮチャネル型トランジスタと並列に接続された第３のＮチャネル型トランジスタとを備え、
前記第２のインバータの出力が「Ｈｉｇｈ」から「Ｌｏｗ」に反転する際のしきい値を、前記第１のインバータの出力が「Ｈｉｇｈ」から「Ｌｏｗ」に反転する際のしきい値よりも低い値に設定したことを特徴とするシュミットトリガ回路。
【請求項４】
前記第３のＮチャネル型トランジスタがオンしたときに、該第３のＮチャネル型トランジスタに対して一定電流を掃引する定電流回路をさらに備えたことを特徴とする請求項３記載のシュミットトリガ回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は入力電圧に対して２つのしきい値を持つシュミットトリガ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に従来のシュミットトリガ回路の一例を示す。図５に示す回路は、Ｐチャネル型トランジスタＰ１、Ｐ１’と、Ｎチャネル型トランジスタＮ１、Ｎ１’とが直列に接続されてなる第１のインバータと、Ｐチャネル型トランジスタＰ２とＮチャネル型トランジスタＮ２とが直列に接続されてなる第２のインバータとを含む。また、Ｐチャネル型トランジスタＰ４が、トランジスタＰ１とトランジスタＰ３の接続点と、グランド線ＧＮＤとの間に接続されている。Ｎチャネル型トランジスタＮ４が、トランジスタＮ１とトランジスタＮ３の接続点と、電源線ＶＤＤとの間に接続されている。
【０００３】
シュミットトリガ回路の入力Ｖｉｎに「Ｈｉｇｈ（高い電位の信号、以下「Ｈ」という。）」が入力されると、第１のインバータの出力Ｖａは「Ｌｏｗ（低い電位の信号、以下「Ｌ」という。）」に、第２のインバータの出力Ｖｏｕｔは「Ｈ」になる。このとき、第１のインバータにおいてトランジスタＰ１、Ｐ１’がオフ、トランジスタＮ１、Ｎ１’がオンし、第２のインバータにおいてトランジスタＰ２がオン、トランジスタＮ２がオフしている。また、トランジスタＰ４がオン、トランジスタＮ４がオフしている。
【０００４】
入力信号が「Ｈ」から「Ｌ」に移行していくとき、ＶｉｎがＰチャネル型トランジスタのピンチオフ電圧を過ぎるとトランジスタＰ１に電流が流れ始める。このとき、トランジスタＰ４のソースとトランジスタＰ１のドレインは接続され、トランジスタＰ４のドレインは接地されているため、トランジスタＰ１のドレイン電圧はトランジスタＰ１とトランジスタＰ４それぞれのオン抵抗のバランスで低下する。そのため、トランジスタＰ３はさらに電圧が低下しないと動作しない。
【０００５】
トランジスタＰ１、Ｐ３、Ｐ４による電流能力と、トランジスタＮ１、Ｎ３の電流能力のバランスが反転したところが、出力信号が「Ｈ」から「Ｌ」になるときのしきい値となる。このしきい値は、トランジスタＰ１、Ｐ１’、Ｎ１、Ｎ１’で構成した第１のインバータに対しトランジスタＰ４の影響でトランジスタＰ１のドレイン電圧が低下するため低い値となる。
【０００６】
逆に、出力信号が「Ｌ」から「Ｈ」になるときのしきい値は、第１のインバータに対し、トランジスタＮ４の影響でトランジスタＮ１のドレイン電圧が上がるため高い値となる。
【０００７】
以上のように、図５に示す回路は、出力信号が「Ｈ」から「Ｌ」になるときのしきい値と、出力信号が「Ｌ」から「Ｈ」に変化するときのしきい値とが異なり、シュミットトリガ回路として動作する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示すシュミットトリガ回路において、しきい値を決定するためには、トランジスタＰ１、Ｐ３、Ｐ４による動作ポイントと電流能力の関係と、トランジスタＮ１、Ｎ３の電流能力の関係とを計算する必要がある。しかし、図５に示す回路では、回路構成が複雑であり、動作ポイントや電流能力の関係を計算するの非常に困難であり、ＣＡＤ等によるシミュレーションにらなければならず、回路設計が容易でなかった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、設計が容易でかつ簡易な構成のシュミットトリガ回路を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１のシュミットトリガ回路は、第１のＰチャネル型トランジスタと第１のＮチャネル型トランジスタとが直列に接続されてなる第１のインバータと、第２のＰチャネル型トランジスタと第２のＮチャネル型トランジスタとが直列に接続されてなり、第１のインバータからの出力信号を入力する第２のインバータと、第１のＰチャネル型トランジスタと並列に接続された第３のＰチャネル型トランジスタとを備える。第２のインバータの出力が「Ｌｏｗ」から「Ｈｉｇｈ」に反転する際のしきい値を、第１のインバータの出力が「Ｌｏｗ」から「Ｈｉｇｈ」に反転する際のしきい値よりも高い値に設定する。
上記構成により、しきい値の計算が容易すなわち設計が容易で、かつ、簡易な回路構成のシュミットトリガ回路を実現できる。また、第２のインバータのしきい値を高く設定することにより、第１のインバータの出力の確実な反転を実現し、シュミットトリガ回路全体で安定した動作を可能とする。
【００１１】
好ましくは、第１のシュミットトリガ回路は、第３のＰチャネル型トランジスタがオンしたときに、第３のＰチャネル型トランジスタに対して一定電流を供給する定電流回路をさらに備える。これにより、シュミットトリガ回路において電源電圧変動の影響を受けない安定した動作を実現する。
【００１２】
本発明に係る第２のシュミットトリガ回路は、第１のＰチャネル型トランジスタと第１のＮチャネル型トランジスタとが直列に接続されてなる第１のインバータと、第２のＰチャネル型トランジスタと第２のＮチャネル型トランジスタとが直列に接続されてなり、第１のインバータからの出力信号を入力する第２のインバータと、第２のＮチャネル型トランジスタと並列に接続された第３のＮチャネル型トランジスタとを備える。第２のインバータの出力が「Ｈｉｇｈ」から「Ｌｏｗ」に反転する際のしきい値は、第１のインバータの出力が「Ｈｉｇｈ」から「Ｌｏｗ」に反転する際のしきい値よりも低い値に設定する。
上記構成により、しきい値の計算が容易すなわち設計が容易で、かつ、簡易な回路構成のシュミットトリガ回路を実現できる。また、第２のインバータのしきい値を高く設定することにより、第１のインバータの出力の確実な反転を実現し、シュミットトリガ回路全体で安定した動作を可能とする。
【００１３】
好ましくは、第２のシュミットトリガ回路は、第３のＮチャネル型トランジスタがオンしたときに、第３のＮチャネル型トランジスタに対して一定電流を掃引する定電流回路をさらに備える。これにより、シュミットトリガ回路において電源電圧変動の影響を受けない安定した動作を実現する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下添付の図面を参照して、本発明に係るシュミットトリガ回路の実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
実施の形態１．
図１に本発明に係るシュミットトリガ回路の回路図を示す。シュミットトリガ回路は、Ｐチャネル型トランジスタＰ１とＮチャネル型トランジスタＮ１が直列接続されてなる第１のインバータと、Ｐチャネル型トランジスタＰ２とＮチャネル型トランジスタＮ２が直列接続されてなり、第１のインバータからの出力信号を受信する第２のインバータとを含む。第１のインバータのトランジスタＰ１には、それと並列にＰチャネル型トランジスタＰ３が接続されている。トランジスタＰ３のゲートは第２のインバータの出力端に接続されている。以下に、このシュミットトリガ回路の動作を説明する。なお、本明細書中において、「Ｈ」は高い電位の信号を示すが、説明の便宜上、高い電位や高い電圧を意味する場合もある。「Ｌ」についても同様である。
【００１６】
１）出力が「Ｈ（Ｈｉｇｈ）」→「Ｌ（Ｌｏｗ）」へ切り替わる場合の動作
入力信号Ｖｉｎが「Ｈ」のとき、トランジスタＮ１がオンし、トランジスタＰ１がオフするため、第１のインバータの出力Ｖａすなわち出力ノードＸの電位は「Ｌ」となる。これを受けて第２のインバータにおいては、トランジスタＰ２がオンし、トランジスタＮ２がオフするため、第２のインバータの出力Ｖｏｕｔすなわち出力ノードＹの電位は「Ｈ」となる。このとき、トランジスタＰ３のゲートは「Ｈ」になるため、トランジスタＰ３はオフとなる。
【００１７】
入力信号Ｖｉｎを「Ｈ」から「Ｌ」へ徐々に変化させていくと、それにしたがいトランジスタＰ１のゲート電圧が低下していく。そして、トランジスタＰ１のゲート電圧がピンチオフ電圧を過ぎると、トランジスタＰ１に電流が流れはじめる。このとき、トランジスタＰ３のゲートは出力ノードＹと接続され、出力ノードＹは依然として「Ｈ」であるため、トランジスタＰ３はオフ状態が継続される。
【００１８】
トランジスタＰ１の電流能力とトランジスタＮ１の電流能力とのバランスにしたがい、出力信号Ｖａが「Ｌ」から徐々に「Ｈ」に遷移する。やがて、出力ノードＸの電位が第２のインバータのしきい値電圧を超えると、第２のインバータの出力は「Ｈ」から「Ｌ」に反転する。これによりトランジスタＰ３がオンする。
【００１９】
以上の場合、つまり、出力が「Ｈ」から「Ｌ」へ変る場合のシュミットトリガ回路のしきい値は、図２に示すようにトランジスタＰ１、Ｎ１によるしきい値Ｔｈ１となる。
【００２０】
２）出力が「Ｌ（Ｌｏｗ）」→「Ｈ（Ｈｉｇｈ）」へ切り替わる場合の動作
入力信号Ｖｉｎが「Ｌ」のとき、トランジスタＰ１がオンし、トランジスタＮ１がオフするため、第１のインバータの出力Ｖａすなわち出力ノードＸは「Ｈ」となる。これを受けて第２のインバータにおいては、トランジスタＮ２がオンし、トランジスタＰ２がオフするため、第２のインバータの出力Ｖｏｕｔすなわち出力ノードＹは「Ｌ」となる。このとき、トランジスタＰ３のゲートが「Ｌ」になるため、トランジスタＰ３はオンとなる。
【００２１】
入力信号Ｖｉｎを「Ｌ」から「Ｈ」へ変化させていくと、トランジスタＮ１のゲート電位が上昇していく。そして、トランジスタＮ１のゲート−ソース間電圧がピンチオフ電圧を過ぎると、トランジスタＮ１に電流が流れはじめる。このとき、トランジスタＰ３のゲートは出力ノードＹと接続され、出力ノードＹは依然として「Ｌ」を出力しているため、トランジスタＰ３はオン状態が継続される。
【００２２】
トランジスタＰ１の電流能力、トランジスタＮ１の電流能力、及びオン状態のトランジスタＰ３の電流能力とのバランスにしたがい、出力信号Ｖａが「Ｈ」から徐々に「Ｌ」に遷移する。やがて、出力ノードＸの電位が第２のインバータのしきい値電圧を超えると、第２のインバータの出力は「Ｌ」から「Ｈ」に反転し、これによりトランジスタＰ３がオフとなる。
【００２３】
以上の場合、つまり、出力が「Ｌ」から「Ｈ」へ変る場合のシュミットトリガ回路のしきい値は図２に示すしきい値Ｔｈ２となり、出力が「Ｈ」から「Ｌ」へ変る場合のトランジスタＰ１、Ｎ１によるしきい値Ｔｈ１よりも高い値となる。
【００２４】
以上のように、上記回路は２つのしきい値Ｔｈ１、Ｔｈ２を有し、シュミットトリガ回路としての動作が可能である。
【００２５】
以上の構成のシュミットトリガ回路は動作領域が明確であるため、しきい値の計算が容易すなわち設計が容易になり、また、簡易な回路構成で実現できるため、回路規模を小さくできる。
【００２６】
実施の形態２．
実施の形態１に示したシュミットトリガ回路において、入力信号Ｖｉｎが「Ｌ」から「Ｈ」へ変化しても、第２のインバータの出力Ｖｏｕｔが「Ｌ」から「Ｈ」へ切り替わらなければ、トランジスタＰ３はオン状態に保持される。このため、トランジスタＮ１の電流能力が、トランジスタＰ３の電流能力よりも十分に大きくないと第１のインバータの出力Ｖａは「Ｌ」に達することができないと言う問題がある。
【００２７】
そこで、本実施形態では、第２のインバータのしきい値を、第１のインバータのしきい値より高く設定し、入力信号Ｖｉｎが「Ｌ」から「Ｈ」へ変化する際には、必ず出力Ｖａを反転させるようにする。より具体的には、第２のインバータにおける出力が「Ｌ」から「Ｈ」へ切り替わる際のしきい値を、第１のインバータにおける出力が「Ｌ」から「Ｈ」へ切り替わる際のしきい値より高くなるように設定する。
【００２８】
例えば、第１のインバータを、集積回路のウェハプロセスにより制限されるトランジスタゲートＬ、Ｗ値の最小値で作製されるＰチャネル型トランジスタとＮチャネル型トランジスタの組み合わせにより構成した場合に、第２のインバータにおける出力が「Ｌ」から「Ｈ」へ切り替わる際のしきい値を、第１のインバータにおける出力が「Ｌ」から「Ｈ」へ切り替わる際のしきい値より高くなるように設定する。
【００２９】
入力信号Ｖｉｎが「Ｌ」のとき、第１のインバータにおいてトランジスタＰ１がオンし、トランジスタＮ１がオフし、第２のインバータにおいてトランジスタＰ２がオフし、トランジスタＮ２がオンする。このとき、出力Ｖｏｕｔは「Ｌ」であるため、トランジスタＰ３はオンする。そして入力信号Ｖｉｎが徐々に「Ｌ」から「Ｈ」に移行していくと、出力Ｖａは「Ｈ」から「Ｌ」へ移行する。ここで、第２のインバータのしきい値は、第１のインバータのしきい値よりも高く設定されているため、より早い段階でその出力が「Ｌ」から「Ｈ」へ反転する。これにより、トランジスタＰ３が早期にオフし、第１のインバータの出力Ｖａがより確実に「Ｈ」から「Ｌ」へ反転し、シュミットトリガ回路全体で安定した動作を実現する。
【００３０】
実施の形態３．
上記のシュミットトリガ回路において、そのしきい値の幅はトランジスタＰ３の能力によって決定される。トランジスタＰ３の能力は（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ０）２に比例する（Ｖｇｓ：トランジスタＰ３のゲート・ソース間電圧、Ｖｔｈ０：トランジスタＰ３のピンチオフ電圧）。故に、電源電圧が大幅に変動すると、シュミットトリガ回路のしきい値も大幅に変動する。本実施形態では、しきい値がかかる電源電圧の変動の影響を受けないシュミットトリガ回路を説明する。
【００３１】
図３に本実施形態のシュミットトリガ回路を示す。本実施形態のシュミットトリガ回路は、実施の形態１のシュミットトリガ回路の構成に加えてカレントミラー回路と定電流源とからなる定電流回路１１を設けている。すなわち、トランジスタＰ３のソースは定電流回路１１を介して電源線ＶＤＤに接続される。この定電流回路１１によりトランジスタＰ３がオンしたときにトランジスタＰ３に流れる電流値を一定にし、トランジスタＰ３のしきい値の変動を抑制している。
【００３２】
１）出力が「Ｈ」→「Ｌ」へ切り替わる場合の動作
入力電圧Ｖｉｎが「Ｈ」のとき、トランジスタＮ１がオンし、トランジスタＰ１がオフするため、第１のインバータの出力Ｖａすなわち出力ノードＸは「Ｌ」となる。これを受けて第２のインバータにおいては、トランジスタＰ２がオンし、トランジスタＮ２がオフするため、第２のインバータの出力Ｖｏｕｔすなわち出力ノードＹは「Ｈ」となる。このとき、トランジスタＰ３のゲートは「Ｈ」になるため、トランジスタＰ３はオフとなる。
【００３３】
入力電圧Ｖｉｎを「Ｈ」から「Ｌ」へ徐々に変化させていくと、それにしたがいトランジスタＰ１のゲート電圧が低下していく。そして、トランジスタＰ１のゲート電圧がピンチオフ電圧を過ぎると、トランジスタＰ１に電流が流れはじめる。このとき、トランジスタＰ３のゲートは出力ノードＹと接続され、出力ノードＹは依然として「Ｈ」であるため、トランジスタＰ３はオフ状態が継続される。
【００３４】
トランジスタＰ１の電流能力とトランジスタＮ１の電流能力とのバランスにしたがい、出力電圧Ｖａが「Ｌ」から徐々に「Ｈ」に遷移する。やがて、出力ノードＸの電位が第２のインバータのしきい値電圧を超えると、第２のインバータの出力は「Ｈ」から「Ｌ」に反転する。これによりトランジスタＰ３がオンし、定電流回路１１からの一定電流を流し始める。
【００３５】
２）出力が「Ｌ」→「Ｈ」へ切り替わる場合の動作
入力電圧Ｖｉｎが「Ｌ」のとき、トランジスタＰ１がオンし、トランジスタＮ１がオフするため、第１のインバータの出力Ｖａすなわち出力ノードＸは「Ｈ」となる。これを受けて第２のインバータにおいては、トランジスタＮ２がオンし、トランジスタＰ２がオフするため、第２のインバータの出力Ｖｏｕｔすなわち出力ノードＹは「Ｌ」となる。このとき、トランジスタＰ３のゲートが「Ｌ」になるため、トランジスタＰ３がオンし、定電流回路１１からの一定電流が流れ始める。
【００３６】
入力電圧Ｖｉｎを「Ｌ」から「Ｈ」へ変化させていくと、トランジスタＮ１のゲート電位が上昇していく。そして、トランジスタＮ１のゲート−ソース間電圧がピンチオフ電圧を過ぎると、トランジスタＮ１に電流が流れはじめる。このとき、トランジスタＰ３のゲートは出力ノードＹと接続され、出力ノードＹは依然として「Ｌ」を出力しているため、トランジスタＰ３はオン状態が継続される。
【００３７】
トランジスタＰ１の電流能力、トランジスタＮ１の電流能力、及びオン状態のトランジスタＰ３に流れる定電流能力（定電流回路１１の能力）とのバランスにしたがい、出力電圧Ｖａが「Ｈ」から徐々に「Ｌ」に遷移する。やがて、出力ノードＸの電位が第２のインバータのしきい値電圧を超えると、第２のインバータの出力は「Ｌ」から「Ｈ」に反転し、これによりトランジスタＰ３がオフとなる。
【００３８】
以上のように定電流回路を設け、トランジスタＰ３のオン時に流れる電流を一定に制御することによりトランジスタＰ３のしきい値が電源電圧変動によらず安定させることができ、シュミットトリガ回路のしきい値の電源電圧変動による変動を抑制できる。
【００３９】
実施の形態４．
図４にシュミットトリガ回路の別の構成を示す。前述の実施形態では、第１のインバータを構成するＰ型トランジスタＰ１にそれと並列にＰ型トランジスタＰ３を設けていたが、本実施形態では、第１のインバータを構成するＮ型トランジスタＮ１にそれと並列にＮ型トランジスタＮ３を設けている。これによっても前述の実施形態と同様に簡易な構成でシュミットトリガ回路が実現できる。その動作についてはＰ型−Ｎ型の相反性を考慮することにより実施の形態１のものと同様に考えられる。
【００４０】
本実施形態におけるシュミットトリガ回路に対しても、実施の形態２で示した思想を適用できる。すなわち、この場合、第２のインバータにおける出力が「Ｈ」から「Ｌ」に切り替わる際のしきい値を、第１のインバータにおける出力が「Ｈ」から「Ｌ」に切り替わる際のしきい値よりも低くする。これにより、トランジスタＮ３が確実にオフし、第１のインバータの出力Ｖａがより確実に「Ｌ」から「Ｈ」へ反転し、シュミットトリガ回路全体で安定した動作を実現する。
【００４１】
また、本実施形態においても、実施の形態３と同様にトランジスタＮ３に対して一定電流を掃引するよう定電流回路を設けてもよい。この場合はトランジスタＮ３のソースを定電流回路を介してグランド線ＧＮＤに接続するようにする。これにより、電源電圧変動によるシュミットトリガ回路のしきい値変動を抑制できる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、簡易な構成で且つしきい値の設計が容易なシュミットトリガ回路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシュミットトリガ回路の回路図（実施の形態１）
【図２】本発明に係るシュミットトリガ回路を構成するトランジスタの入力電圧に対するドレイン電流ＩＤの特性を示した図
【図３】本発明に係るシュミットトリガ回路の回路図（実施の形態３）
【図４】本発明に係るシュミットトリガ回路の回路図（実施の形態４）
【図５】従来のシュミットトリガ回路の回路図
【符号の説明】
１１　定電流回路、　Ｎ１〜Ｎ４　Ｎチャネル型トランジスタ、　Ｐ１〜Ｐ４Ｐチャネル型トランジスタ、　Ｖｉｎ　入力信号、　Ｖｏｕｔ　出力信号、　ＶＤＤ電源、　ＧＮＤ　グランド、　Ｘ　第１のインバータの出力ノード、　Ｙ　第２のインバータの出力ノード。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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