技術解説
レベルシフト回路 1

実用アナログ回路

レベルシフト回路 1

1つの組込み回路化された制御回路の中を回路ブロック毎に見ていくと 入出力信号の振幅、回路内部の閾値など異なることは多々あります。

回路間の接続点のレベルを合わせるために レベルシフト(レベルアップ or レベルシフト)回路を挿入する必要があります。 本稿では、良く使用される基本的なレベルシフト回路を紹介します。

基本レベルシフト回路

最もシンプルな形のトランジスタ1石を使用したレベルシフト回路です。 NPNトランジスタTr1をオープンコレクタで使用し、 コレクタをインターフェースしたい電圧の電源へ抵抗RLでプルアップします。 前段回路とTr1の間にインバータを配置しているのは、 NPN Tr.は論理的にインバートなので、 最終信号出力の論理を合致させるために使用しています。

前段回路(Dout)とインバータゲート(Dout-)までは、VDD3Vで動作しいるので 信号振幅は、0~3V振幅で動きますが、 その後段のTr1のコレクタはRLを介しVCC5Vに接続されているため、 Coutは0~5Vの振幅で出力されます。 この回路構成が良く使用されるシンプルなレベルシフト回路です。 この場合は、3V信号→5V信号へレベルアップしています。

この回路の電源VDD3VとVCC5Vを逆に入れ替えると 5V信号→3V信号へレベルダウンするレベルシフト回路として利用できます。

5V系ホールアンプ出力を3V系信号にレベルシフトする応用回路実例

5V系のアナログホールセンサー差動アンプで増幅後に 上記基本回路のインバータバッファの代わりが必要ですが、 アナログホールアンプ出力が1/2VCC電位を中点とするSin波のため、 精度良く矩形波に変換するため、差動コンパレータを使用しています。 最終段のNPN Tr.で3V系のレベルシフト回路としています。

上記回路を実装した基板例 (INEDLaboratry製 SSP-200)