JPH01286617A - BiCMOS論理回路 - Google Patents

BiCMOS論理回路

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JPH01286617A
JPH01286617A JP63116598A JP11659888A JPH01286617A JP H01286617 A JPH01286617 A JP H01286617A JP 63116598 A JP63116598 A JP 63116598A JP 11659888 A JP11659888 A JP 11659888A JP H01286617 A JPH01286617 A JP H01286617A
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JP
Japan
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channel mos
pull
circuit
output
logic
Prior art date
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Pending
Application number
JP63116598A
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English (en)
Inventor
Takeshi Shiraishi
白石 豪
Tomoji Nukiyama
抜山 知二
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPH01286617A publication Critical patent/JPH01286617A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/01Modifications for accelerating switching
    • H03K19/013Modifications for accelerating switching in bipolar transistor circuits
    • H03K19/0136Modifications for accelerating switching in bipolar transistor circuits by means of a pull-up or down element
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/094Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
    • H03K19/0944Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET
    • H03K19/09448Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET in combination with bipolar transistors [BIMOS]

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はバイポーラ素子と相補型MO3(以下CMO3
という)素子とを複合して構成する論理回路(以下Bi
CMO3論理回路という)に関し、特にバイポーラ素子
をファンアウトの高負荷駆動手段としてCMOS論理ゲ
ートと組合せて用いるBiCMOS論理回路に関する。
〔従来の技術〕
バイポーラ素子の電流駆動能力やオフセット精度とCM
OS素子の集積性や省消費電力といった両者の特徴を生
かしたB iCMOS論理回路の構成が可能になってい
る。特に、B iCMOS論理回路は大規模集積回路内
の論理ゲートに一般的に要請される特質としての高速動
作、高負荷駆動能力に併せて高集積性、低消費電力、ま
たノイズ余裕や他の素子との整合性も考慮した十分な論
理振幅がとれるなどの特長があげられる。
従来提案されているB iCMO3論理回路は、電子情
報通信学会論文誌(C) vol、j70−C,No8
.pp1115〜1122に見られるような一般的なC
MOS論理回路の駆動段にトーテムポール接続されたバ
イポーラを組合せた構成が採られている。第3図(a)
、(b)、(C)はそれぞれ上記BiCMOS論理回路
の具体的な回路図で、基本的には駆動段のバイポーラト
ランジスタをCMOSゲートの出力電流で駆動し、トー
テムポール接続されたプルアップ素子とプルダウン素子
とが相補動作するように工夫されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、第3図(b)、(c)は能動素子だけで回路が
構成されているので集積回路化に有利であるが、第3図
(C)は完全相補動作が保証されるもののプルダウン素
子のバイポーラトランジスタQ2のベース駆動源が自身
の出力に負っているため遮断付近の駆動能力に難がある
。また、第3図(a)、(b)、(c)は共にバイポー
ラトランジスタ自身による出力電圧の電圧降下を免れな
いと云う問題点を有している。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のB iCMOS論理回路は、それぞれnpn型
のバイポーラトランジスタで構成されたプルアップ用お
よびプルダウン用の素子をトーテムポール接続し、相補
型MO3論理ゲート回路の出力で前記プルアップ用の素
子のゲートが制御される負荷駆動回路と、前記相補型M
O3論理ゲート回路の出力で1ルアツブ用のpチャネル
MOSトランジスタのゲートが制御され、前記負荷駆動
回路の出力でプルダウン用のnチャネルトランジスタの
ゲートが制御され、出力が前記負荷駆動回路のプルダウ
ン用の素子のゲートを制御するpチャネルおよびnチャ
ネルの1対のMOSトランジスタからなる第1の制御回
路と、この第1の制御回路の出力で前記負荷駆動回路の
プルアップ用の素子のエミッタとコレクタとの間に接続
したpチャネルMOSトランジスタのゲートを制御する
第2の制御回路とを有することにより構成される。
以上の構成により、バイポーラトランジスタで構成され
た負荷駆動回路のプルアップ素子の駆動、遮断時のベー
スの電荷の引抜きは論理ゲートの出力自身で制御し、更
に負荷駆動回路のプルアップ素子による出力電圧降下を
負荷駆動回路自身の出力を基に生成された情報に呼応し
て修正し、一方、プルダウン素子の駆動は論理ゲートの
出力を基に生成された情報で、遮断時のベースの電荷の
引抜きは負荷駆動回路自身の出力を基に生成された情報
に呼応して制御される。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
第1図は本発明の第1の実施例の回路図で、NANDゲ
ートに適用されたものであり、nチャネルMOSトラン
ジスタn l + n 2およびn3と、pチャネルM
OSトランジスタp+ r p2およびp3と、npn
型のバイポーラトランジスタQ!およびQ2とから構成
される。
同図によれば、nチャネルMOSトランジスタnl 、
n2およびpチャネルMOSトランジスタp+ + p
2は一般的な正論理のCMO3のNAND論理回路を構
成しており、バイポーラトランジスタQ1.Q2はトテ
ムポール接続された駆動(バッファ)回路を構成してい
る。nチャネルMOSトランジスタns 、Pチャネル
MOSトランジスタp3およびp4はnチャネルMOS
トランジスタn l + n3 、PチャネルMOSト
ランジスタPt + p2と同様に、適当なしきい電圧
のエンハンスメントモードのトランジスタで構成される
制御回路である。
入力11+12は共に論理“1” (エンハンスメント
モードのnチャネルMOSトランジスタを導通させ、エ
ンハンスメントモードのpチャネルMOSトランジスタ
を遮断させるに十分な電位の印加)の場合、pチャネル
MOSトランジスタP I+ p2が遮断でnチャネル
MOSトランジスタnl+n2が導通し、この結果に呼
応してpチャネルMOSトランジスタp3が導通してパ
イボ−ラトランジスタQ2のベース電流を駆動すると同
時に、バイポーラトランジスタQ1のベース電荷が引抜
かれてバイポーラトランジスタQlは遮断するので、出
力01は論理゛′Onに強く駆動される。更に、この結
果に呼応してnチャネルMOSトランジスタn3は遮断
し、この場合にnチャネルMOSトランジスタp4も遮
断するからプルアップ側とプルダウン側との素子の電流
通路はバイポーラ駆動段を含めて全く存在しない。
次に、入力i1.i2の何れか、または共に論理゛°0
″゛ (エンハンスメントモードのnチャネルMOSト
ランジスタを導通させ、エンハンスメントモードのnチ
ャネルMOS)−ランジスタを遮断させるに十分な低い
電位の印加)の場合、nチャネルMOSトランジスタP
 1+ p2を介してバイポーラトランジスタQ1のベ
ース電流が駆動されると同時に、pチャネルMOSトラ
ンジスタル3は遮断し、バイポーラトランジスタQ2に
はベース電流が供給されなくなる。従ってバイポーラM
OSトランジスタQ+により出力01は論理“1”に強
く駆動される。また、この結果に呼応してnチャネルM
oSトランジスタn3が導通するとnチャネルMOSト
ランジスタn4は導通するから、負荷駆動バイポーラ回
路のプルアップ素子による出力電圧の電圧降下は生じな
い。更に、nチャネルMoSトランジスタn3の導通に
よりバイポーラトランジスタQ2のベース電荷が引抜か
れて、バイポーラトランジスタQ2が完全に遮断するの
で、前と同様にプルアップ側とプルダウン側との素子の
電流通路はバイポーラ駆動段を含めて全く存在しない。
以上説明したように本実施例は、NAND論理の完全相
補動作を提供すると同時にバイポーラトランジスタによ
る強い負荷駆動も実現している。
第2図は本発明の第2の実施例の回路図で、NORゲー
トに適用されたものであり、nチャネルMOSトランジ
スタn l r n2およびn3と、nチャネルMOS
トランジスタP+ 、P2 + P3およびp4と、n
pn型のバイポーラトランジスタQ1.Q2とから構成
される。
同図によれば、nチャネルMOSトランジスタnl 、
n2およびpチャネルMOSトランジスタルt 、 p
2は一般的な正論理の0MOSのNOR論理回路を構成
しており、バイポーラトランジスタQl、Q2はトーテ
ムポール接続された駆動(バッファ)回路を構成してい
る。nチャネルMOSトランジスタn3− pチャネル
MOSトランジスタル3 、P4は第1の実施例と同じ
働きをする制御回路である。
入力i1.i2は共に論理゛0” (エンハンスメント
モードのnチャネルMoSトランジスタを遮断させ、エ
ンハンスメントモードのnチャネルMOS)−ランジス
タを導通させるに十分低い電位の印加)の場合、nチャ
ネルMOSトランジスタP+ 、P2が導通でnチャネ
ルMOSトランジスタnl 、n2が遮断し、この結果
に呼応してpチャネルMOSトランジスタル3が遮断し
てバイポーラトランジスタQ2のベース電流を遮断する
と同時に、バイポーラトランジスタQ!のベースを駆動
してバイポーラトランジスタQ1は導通するので、出力
o1は論理“1”に強く駆動される。
更に、この結果に呼応してnチャネルMOSトランジス
タngが導通するとnチャネルMOSトランジスタn4
は導通するから、負荷駆動バイポーラ回路のプルアップ
素子による出力電圧の電圧降下は生じない、更に、nチ
ャネルMOSトランジスタn、の導通によりバイポーラ
トランジスタQ2のベース電荷が引抜かれてバイポーラ
トランジスタQ2は完全に遮断するので、プルアップ側
とプルダウン側との素子の電流通路はバイポーラ駆動段
を含めて全く存在しない。
次に、入力11+12の何れか、または共に論理”1”
(エンハンスメントモードのnチャネルMOSトランジ
スタを遮断させ、エンハンスメントモードのnチャネル
MOSトランジスタを導通させるに十分低い電位の印加
)の場合、nチャネルMOSトランジスタP t r 
P 2を介してバイポーラトランジスタQ+ヘベース電
流が供給されなくなり、nチャネルMoSトランイジス
タnl+n2を介してベース電流が引抜かれてバイボー
ラトランジスタQ、が遮断すると同時にnチャネルMO
Sトランジスタp、は導通し、バイポーラトランジスタ
Q2のベースが駆動される。従ってバイポーラトランジ
スタΦ2により出力O1は論理“0”に強く駆動される
。更に、この結果に呼応してnチャネルMOSトランジ
スタn3は遮断し、この場合pチャネルMOSトランジ
スタp4も遮断するから、前と同様にプルアップ側とプ
ルダウン側との素子の電流通路はバイポーラ駆動段を含
めて全く存在しない。
以上説明したように本実施例は、NOR論理の完全相補
動作を提供すると同時にバイポーラトランジスタによる
強い負荷駆動も実現している。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明のB iCMO3論理回路は
、それぞれnpn型バイポーラトランジスタで構成され
たプルアップ、プルダウン素子をトーテムポール接続し
た負荷駆動回路と、相補型MOS論理ゲートの出力でプ
ルアップルチャネルMOSトランジスタのゲートが制御
され、負荷駆動回路の出力でプルダウンnチャネルMO
Sトランジスタのゲートが制御される第1の制御回路と
、この第1の制御回路の出力で負荷駆動回路のプルアッ
プ素子のエミッタとコレクタとの間に接続したpチャネ
ルMOSトランジスタのゲートが制御される第2の制御
回路とから成り、相補型MO5論理ゲートの出力電流で
負荷駆動回路のプルアップ素子のベースを駆動し、更に
第1の制御回路の出力電流で負荷駆動回路のプルダウン
素子のベースを駆動するように構成することで、ベース
の電荷の引抜き時のみ、活性化するベース回路の構成が
採れ、更にプルアップとプルダウンとの画素子のベース
をスタテックに駆動する構成が可能になるので極めて高
速な負荷駆動能力を有し、負荷駆動バイポーラ回路のプ
ルアップ素子による出力電圧の電圧降下をなくしている
ので安定した出力が採れ、貫通電流や常時電流の少ない
BiCMOS論理回路を構成することができる効果があ
る。また、負荷駆動バイポーラ回路とCMOS論理ゲー
トとの他に、負荷駆動バイポーラ回路のプルダウン側素
子のベース制御を司どるpチャネルおよびnチャネルの
1対のMOSトランジスタと負荷駆動バイポーラ回路の
プルアップ素子による出力電圧の電圧降下をなくするp
チャネルMOSトランジスタしか要しないので構成素子
数の面からも有利であり、更にバイポーラトランジスタ
はnpn型だけで構成できるので製造上も有利であると
云う効果がある。
なお実施例では2種の論理ゲートについて説明したが、
他のいかなる論理ゲートにでも本発明の応用は容易であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例の回路図、第2図は本発
明の第2の実施例の回路図、第3図(a)、(b)およ
び(C)はそれぞれ従来のBicMO3論理回路の代表
的な回路図である。 n 1 + B2 + n 3 ”’ nチャネルMO
Sトランジスタ、Pt + p2 + P3 r P4
・・・pチャネルMOSトランジスタ、Ql、Q2・・
・npn型のバイポーラトランジスタ、11+12・・
・入力端子、01・・・出力端子。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  それぞれnpn型のバイポーラトランジスタで構成さ
    れたプルアップ用およびプルダウン用の素子をトーテム
    ポール接続し、相補型MOS論理ゲート回路の出力で前
    記プルアップ用の素子のゲートが制御される負荷駆動回
    路と、前記相補型MOS論理ゲート回路の出力でプルア
    ップ用のpチャネルMOSトランジスタのゲートが制御
    され、前記負荷駆動回路の出力でプルダウン用のnチャ
    ネルMOSトランジスタのゲートが制御され、出力が前
    記負荷駆動回路のプルダウン用の素子のゲートを制御す
    るpチャネルおよびnチャネルの1対のMOSトランジ
    スタからなる第1の制御回路と、この第1の制御回路の
    出力で前記負荷駆動回路のプルアップ用の素子のエミッ
    タとコレクタとの間に接続したpチャネルMOSトラン
    ジスタのゲートを制御する第2の制御回路とを有するこ
    とを特徴とするBiCMOS論理回路。
JP63116598A 1988-05-13 1988-05-13 BiCMOS論理回路 Pending JPH01286617A (ja)

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JP63116598A JPH01286617A (ja) 1988-05-13 1988-05-13 BiCMOS論理回路

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JP63116598A JPH01286617A (ja) 1988-05-13 1988-05-13 BiCMOS論理回路

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JPH01286617A true JPH01286617A (ja) 1989-11-17

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JP63116598A Pending JPH01286617A (ja) 1988-05-13 1988-05-13 BiCMOS論理回路

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04346515A (ja) * 1991-04-18 1992-12-02 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 低スレッショルドBiCMOS論理回路

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04346515A (ja) * 1991-04-18 1992-12-02 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 低スレッショルドBiCMOS論理回路

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