JPH0416021A - 論理ゲート - Google Patents
論理ゲートInfo
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- JPH0416021A JPH0416021A JP2118685A JP11868590A JPH0416021A JP H0416021 A JPH0416021 A JP H0416021A JP 2118685 A JP2118685 A JP 2118685A JP 11868590 A JP11868590 A JP 11868590A JP H0416021 A JPH0416021 A JP H0416021A
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- gate
- channel mos
- mos transistor
- bipolar transistor
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
- H03K19/02—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
- H03K19/08—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
- H03K19/094—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
- H03K19/0944—Logic 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
- H03K19/09448—Logic 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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- H03K19/01—Modifications for accelerating switching
- H03K19/013—Modifications for accelerating switching in bipolar transistor circuits
- H03K19/0136—Modifications for accelerating switching in bipolar transistor circuits by means of a pull-up or down element
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- Power Engineering (AREA)
- Logic Circuits (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的コ
(産業上の利用分野)
本発明は、バイポーラトランジスタとCMO8(相補型
MO8)との複合論理ゲート、いわゆるBi−CMOS
論理ゲートに関する。
MO8)との複合論理ゲート、いわゆるBi−CMOS
論理ゲートに関する。
(従来の技術)
従来、B1−CMOS論理ゲートは、その動作が、CM
OS論理ゲートと比較して高速であるために広く用いら
れている。
OS論理ゲートと比較して高速であるために広く用いら
れている。
MOS)ランジスタのデザインルールが0゜8μ程度で
は、通常、電源電圧は5vで動作させるため、Bf−C
MOS論理ゲートは、一般に、第6図に示すように、出
力段にNPNバイポーラトランジスタ61とNPNバイ
ポーラトランジスタ62とを2個縦に接続したトーテム
ポール出力段を備えている。
は、通常、電源電圧は5vで動作させるため、Bf−C
MOS論理ゲートは、一般に、第6図に示すように、出
力段にNPNバイポーラトランジスタ61とNPNバイ
ポーラトランジスタ62とを2個縦に接続したトーテム
ポール出力段を備えている。
しかし、MOSトランジスタのチャネル長が0.5μか
ら0.6μ程度に微細化されてくると電源電圧を3.3
v程度に下げざるを得ない。
ら0.6μ程度に微細化されてくると電源電圧を3.3
v程度に下げざるを得ない。
そのため、トーテムポール出力段を用いると接地電位側
いわゆるプルダウン側のNPNバイポーラトランジスタ
62のベースにNチャネルMOSトランジスタ63のソ
ースが接続されているため、立下がり動作の際、ソース
電位がNPNバイポーラトランジスタ62のオン電圧分
だけ浮き上がっているため、バックゲートバイアス効果
の影響やゲート−ソース間電圧の低下、ドレイン−ソー
ス間電圧の低下により、NチャネルMOSトランジスタ
63の駆動力が落ちる。このため、MOSトランジスタ
の微細化による電源電圧の低下にともなって、立上がり
遅延特性よりも立ち下がり遅延特性の方が顕著に劣化す
るという問題が生ずる。なお、第6図においては、電源
電位VDDと出力端OUTとの間には、PチャネルMO
Sトランジスタ64とインピーダンス素子65とが直列
に挿入されている。
いわゆるプルダウン側のNPNバイポーラトランジスタ
62のベースにNチャネルMOSトランジスタ63のソ
ースが接続されているため、立下がり動作の際、ソース
電位がNPNバイポーラトランジスタ62のオン電圧分
だけ浮き上がっているため、バックゲートバイアス効果
の影響やゲート−ソース間電圧の低下、ドレイン−ソー
ス間電圧の低下により、NチャネルMOSトランジスタ
63の駆動力が落ちる。このため、MOSトランジスタ
の微細化による電源電圧の低下にともなって、立上がり
遅延特性よりも立ち下がり遅延特性の方が顕著に劣化す
るという問題が生ずる。なお、第6図においては、電源
電位VDDと出力端OUTとの間には、PチャネルMO
Sトランジスタ64とインピーダンス素子65とが直列
に挿入されている。
また、接地電位VSSとNPNバイポーラトランジスタ
62のベースとの間には、インピーダンス素子66が挿
入されている。
62のベースとの間には、インピーダンス素子66が挿
入されている。
立ち下がり遅延特性改善のため、トーテムポール出力段
のプルダウン側のNPNバイポーラトランジスタ62を
省き、プルアップ動作は、従来のB1−CMOSゲート
と同じ回路構成で行い、プルダウン動作をゲートに論理
ゲートの入力信号を入れたNチャネルMO3I−ランジ
スタで実現することにより、電圧電源低下に伴うスピー
ドの劣化が、トーテムポール型のB1−CMOSゲート
はど大きくない論理ゲートを実現することができる。
のプルダウン側のNPNバイポーラトランジスタ62を
省き、プルアップ動作は、従来のB1−CMOSゲート
と同じ回路構成で行い、プルダウン動作をゲートに論理
ゲートの入力信号を入れたNチャネルMO3I−ランジ
スタで実現することにより、電圧電源低下に伴うスピー
ドの劣化が、トーテムポール型のB1−CMOSゲート
はど大きくない論理ゲートを実現することができる。
第7図は、上記の論理ゲート回路の1つの例であり、こ
の型のゲートは、一般にB 1−NMOSゲートと呼ば
れている。同図の例は、プルダウン動作をゲートに論理
ゲートの入力信号を入れたNチャネルMOS)ランジス
タフ2で、NPNバイポーラトランジスタ71のベース
蓄積電荷引き抜き素子を、NチャネルMOSトランジス
タ74により実現したものである。なお、同図において
は、PチャネルMOS)ランジスタフ3とNチャネルM
OSトランジスタ74とが直列に接続され、これらが電
源電位VDDと接地電位VSSとの間に挿入されている
。しかしながら、この回路構成ではハイレベルがPチャ
ネルMOSトランジスタ73のソースにつながる電源電
位VDDよりも、ベース−エミッタ間の電圧降下分だけ
下がり、フルスウィングせず、次段ゲートの誤動作を生
じたり、あるいは次段ゲートのPチャネルMOS)ラン
ジスタのリーク電流により貫通電流を生じたりしてしま
う。従って、NPNバイポーラトランジスタ71のベー
ス蓄積電荷引き抜き素子を抵抗もしくはPチャネルMO
Sトランジスタのゲート電位を固定した形の負荷抵抗に
置き換えフルスウィングさせる例がある。この例を第8
図(a)および(b)に示す。
の型のゲートは、一般にB 1−NMOSゲートと呼ば
れている。同図の例は、プルダウン動作をゲートに論理
ゲートの入力信号を入れたNチャネルMOS)ランジス
タフ2で、NPNバイポーラトランジスタ71のベース
蓄積電荷引き抜き素子を、NチャネルMOSトランジス
タ74により実現したものである。なお、同図において
は、PチャネルMOS)ランジスタフ3とNチャネルM
OSトランジスタ74とが直列に接続され、これらが電
源電位VDDと接地電位VSSとの間に挿入されている
。しかしながら、この回路構成ではハイレベルがPチャ
ネルMOSトランジスタ73のソースにつながる電源電
位VDDよりも、ベース−エミッタ間の電圧降下分だけ
下がり、フルスウィングせず、次段ゲートの誤動作を生
じたり、あるいは次段ゲートのPチャネルMOS)ラン
ジスタのリーク電流により貫通電流を生じたりしてしま
う。従って、NPNバイポーラトランジスタ71のベー
ス蓄積電荷引き抜き素子を抵抗もしくはPチャネルMO
Sトランジスタのゲート電位を固定した形の負荷抵抗に
置き換えフルスウィングさせる例がある。この例を第8
図(a)および(b)に示す。
同図(、L)および(b)の論理ゲートにおいては、N
PNバイポーラトランジスタ71のベース蓄積電荷引き
抜き素子として、それぞれ、抵抗75、ゲート電位を接
地電位VSSに固定したPチャネルMOSトランジスタ
76を用いている。
PNバイポーラトランジスタ71のベース蓄積電荷引き
抜き素子として、それぞれ、抵抗75、ゲート電位を接
地電位VSSに固定したPチャネルMOSトランジスタ
76を用いている。
これらの論理ゲートは、電源電圧依存性が小さい上、ハ
イレベルが電源電圧まで上昇するいわゆるフルスウィン
グするため、第7図のようなゲートに論理ゲートの入力
信号を入れたNMOSトランジスタをNPNバイポーラ
トランジスタのベース蓄積電荷の引き抜き素子としてい
る回路の欠点は解消される。
イレベルが電源電圧まで上昇するいわゆるフルスウィン
グするため、第7図のようなゲートに論理ゲートの入力
信号を入れたNMOSトランジスタをNPNバイポーラ
トランジスタのベース蓄積電荷の引き抜き素子としてい
る回路の欠点は解消される。
しかし、抵抗もしくはPチャネルMOSトランジスタに
よる負荷抵抗により、ベース蓄積電荷引き抜き素子を形
成する回路構成では、プルアップ動作の際、Pチャネル
MOSトランジスタ73で駆動される電流が、NPNバ
イポーラトランジスタ71のベース電流として駆動する
他に抵抗方向に分流するため、ゲートに論理ゲート入力
信号を入れるNMOSトランジスタ(第7図74参照)
でベース蓄積電荷を引き抜く回路構成のものと比較し、
立上がり遅延時間が増大してしまう。また、立上がり遅
延時間を小さくしようとすれば抵抗値を大きくすれば良
いが、抵抗値を大きくするとプルダウン動作時のNPN
バイポーラトランジスタ710ベース蓄積電荷の引き抜
き効率が低下するため、NPNバイポーラトランジスタ
71のNMOS)ランジスタフ2を通る貫通電流が増大
し、ゲート消費電力が増大してしまう。ベース蓄積電荷
をゲートに入力信号を入れるNMOSトランジスタによ
り引き抜く方法を用いると、ハイレベルがフルスウィン
グしないという欠点があり、一方、抵抗により引き抜く
方法を用いると、ゲートスピードが遅い、ゲート消費電
力が増大するという欠点があった。従って、両者を克服
するための工夫が必要である。
よる負荷抵抗により、ベース蓄積電荷引き抜き素子を形
成する回路構成では、プルアップ動作の際、Pチャネル
MOSトランジスタ73で駆動される電流が、NPNバ
イポーラトランジスタ71のベース電流として駆動する
他に抵抗方向に分流するため、ゲートに論理ゲート入力
信号を入れるNMOSトランジスタ(第7図74参照)
でベース蓄積電荷を引き抜く回路構成のものと比較し、
立上がり遅延時間が増大してしまう。また、立上がり遅
延時間を小さくしようとすれば抵抗値を大きくすれば良
いが、抵抗値を大きくするとプルダウン動作時のNPN
バイポーラトランジスタ710ベース蓄積電荷の引き抜
き効率が低下するため、NPNバイポーラトランジスタ
71のNMOS)ランジスタフ2を通る貫通電流が増大
し、ゲート消費電力が増大してしまう。ベース蓄積電荷
をゲートに入力信号を入れるNMOSトランジスタによ
り引き抜く方法を用いると、ハイレベルがフルスウィン
グしないという欠点があり、一方、抵抗により引き抜く
方法を用いると、ゲートスピードが遅い、ゲート消費電
力が増大するという欠点があった。従って、両者を克服
するための工夫が必要である。
(発明が解決しようとする課題)
このように、従来の技術によれば、電源電圧が3v程度
の低電源電圧で動作する論理ゲートを作ろうとした場合
、高速動作、低消費電力、論理振幅のフルスウィングを
同時に満足することができないという問題点があった。
の低電源電圧で動作する論理ゲートを作ろうとした場合
、高速動作、低消費電力、論理振幅のフルスウィングを
同時に満足することができないという問題点があった。
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みなされ
たもので、その目的は、低電源電圧においても高速でか
つ低消費電力で動作し、しかも、論理振幅がフルスウィ
ングする論理回路を提供することにある。
たもので、その目的は、低電源電圧においても高速でか
つ低消費電力で動作し、しかも、論理振幅がフルスウィ
ングする論理回路を提供することにある。
[発明の構成]
(課題を解決するための手段)
上記目的を達成するために、本発明の論理ゲートは、入
力端と、出力端と、第1の電位にコレクタが接続され、
前記出力端にエミッタが接続されたバイポーラトランジ
スタと、ゲートが前記入力端に接続され、ソースが第2
の電位に接続され、かつ、ドレインが上記バイポーラト
ランジスタのベースに接続された第1導電型のMOSト
ランジスタと、ゲートが前記入力端に接続され、ドレイ
ンが前記バイポーラトランジスタのベースに接続され、
かつ、ソースが第3の電位に接続された第2導電型のM
OSトランジスタと、ゲートが前記入力端に接続され、
ドレインが前記出力端に接続され、かつ、ソースが前記
第3の電位に接続された第2導電型の第3のMOSトラ
ンジスタと、方が前記バイポーラトランジスタのベース
に接続され、他方が前記出力端に接続されたインピーダ
ンス素子を具備することを特徴とする。なお、前記イン
ピーダンス素子は、ゲートが前記第3の電位に接続され
た第1導電型のMOSトランジスタあるいはピンチ抵抗
により実現することができる。
力端と、出力端と、第1の電位にコレクタが接続され、
前記出力端にエミッタが接続されたバイポーラトランジ
スタと、ゲートが前記入力端に接続され、ソースが第2
の電位に接続され、かつ、ドレインが上記バイポーラト
ランジスタのベースに接続された第1導電型のMOSト
ランジスタと、ゲートが前記入力端に接続され、ドレイ
ンが前記バイポーラトランジスタのベースに接続され、
かつ、ソースが第3の電位に接続された第2導電型のM
OSトランジスタと、ゲートが前記入力端に接続され、
ドレインが前記出力端に接続され、かつ、ソースが前記
第3の電位に接続された第2導電型の第3のMOSトラ
ンジスタと、方が前記バイポーラトランジスタのベース
に接続され、他方が前記出力端に接続されたインピーダ
ンス素子を具備することを特徴とする。なお、前記イン
ピーダンス素子は、ゲートが前記第3の電位に接続され
た第1導電型のMOSトランジスタあるいはピンチ抵抗
により実現することができる。
(作用)
上記の論理ゲートにおいては、バイポーラトランジスタ
を電源側のものだけにして立ち上がり時のみB i−C
MO8動作をさせることにより、電源電圧の低下により
生じる遅延時間の増大を生じさせないようにする。そし
て、バイポーラトランジスタのベース蓄積電荷の引き抜
き素子をゲートに入力信号を入れ、前記バイポーラトラ
ンジスタのベースと接地電位との間に挿入したNMOS
トランジスタで作り高速動作、低電力動作を実現し、そ
れに加えベース−エミッタ間を抵抗で接続することによ
りハイレベルをフルスウィングさせることができる。
を電源側のものだけにして立ち上がり時のみB i−C
MO8動作をさせることにより、電源電圧の低下により
生じる遅延時間の増大を生じさせないようにする。そし
て、バイポーラトランジスタのベース蓄積電荷の引き抜
き素子をゲートに入力信号を入れ、前記バイポーラトラ
ンジスタのベースと接地電位との間に挿入したNMOS
トランジスタで作り高速動作、低電力動作を実現し、そ
れに加えベース−エミッタ間を抵抗で接続することによ
りハイレベルをフルスウィングさせることができる。
(実施例)
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図は、本発明の論理ゲートをインバータに実施した
場合の構成を示す回路図である。
場合の構成を示す回路図である。
第2の電位である電源電位Vool:PチャネルMOS
トランジスタ11のソースが接続され、このPチャネル
MOS)ランジスタ11のゲートは入力端INに接続さ
れている。入力端INにはNチャネルMOSトランジス
タ12のゲートが接続されており、このNチャネルMO
Sトランジスタ12のソースは第3の電位である接地電
位vssに接続されている。また、入力端INにはNチ
ャネルMOSトランジスタ13のゲートが接続されてお
り、このNチャネルMOS)ランジスタ13のソースは
接地電位vS、に接続されている。また、第1の電位で
ある電源電位VCCにはNPNバイポーラトランジスタ
14のコレクタが接続され、このNPNバイポーラトラ
ンジスタ14のベースは、PMOSトランジスタ11の
ドレインとNチャネルMOS)ランジスタ12のドレイ
ンとに接続されている。また、NPNバイポーラトラン
ジスタ14のベース−エミッタ間にはインピーダンス素
子15が挿入されている。
トランジスタ11のソースが接続され、このPチャネル
MOS)ランジスタ11のゲートは入力端INに接続さ
れている。入力端INにはNチャネルMOSトランジス
タ12のゲートが接続されており、このNチャネルMO
Sトランジスタ12のソースは第3の電位である接地電
位vssに接続されている。また、入力端INにはNチ
ャネルMOSトランジスタ13のゲートが接続されてお
り、このNチャネルMOS)ランジスタ13のソースは
接地電位vS、に接続されている。また、第1の電位で
ある電源電位VCCにはNPNバイポーラトランジスタ
14のコレクタが接続され、このNPNバイポーラトラ
ンジスタ14のベースは、PMOSトランジスタ11の
ドレインとNチャネルMOS)ランジスタ12のドレイ
ンとに接続されている。また、NPNバイポーラトラン
ジスタ14のベース−エミッタ間にはインピーダンス素
子15が挿入されている。
そして、NPNバイポーラトランジスタ14のエミッタ
とNチャネルMOS)ランジスタ13のドレインとは共
通接続され、出力端OUTに接続されている。
とNチャネルMOS)ランジスタ13のドレインとは共
通接続され、出力端OUTに接続されている。
この場合、インピーダンス素子は、ハイレベルを電源電
圧まで引き上げる手段であるため、インピーダンス素子
としては、抵抗やP型MOSトランジスタを用いること
ができる。第2図および第3図の回路は、それぞれ、第
1図の回路におけるインピーダンス素子として抵抗1B
を用いた場合、ゲートが接地電位VSSに接続されたP
チャネルMO6)ランジスタ17を用いた場合を示して
いる。
圧まで引き上げる手段であるため、インピーダンス素子
としては、抵抗やP型MOSトランジスタを用いること
ができる。第2図および第3図の回路は、それぞれ、第
1図の回路におけるインピーダンス素子として抵抗1B
を用いた場合、ゲートが接地電位VSSに接続されたP
チャネルMO6)ランジスタ17を用いた場合を示して
いる。
なお、第1図乃至1@3図において、同一箇所には同一
番号を付した。
番号を付した。
次に、上記構成でなる回路の動作を第2図を用いて説明
する。
する。
入力端INに供給される信号が21°レベルから°0”
レベルに切り替わると、Pチャネル間O3)ランジスタ
11がオン状態となり、NチャネルMoSトランジスタ
12とNチャネルMOSトランジスタ13とはオフ状態
になる。これにより、抵抗16とNPNバイポーラトラ
ンジスタ14のベースに電流が供給される。このとき、
抵抗16の両端に電位差が生じ、NPNバイポーラトラ
ンジスタ14のベース−エミッタ間の電圧が上昇するこ
とによりNPNバイポーラトランジスタ14がオン状態
になる。この結果、NPNバイポーラトランジスタ14
のエミッタ電流により出力端子OUTに接続されている
負荷容量が急速に充電され、出力端OUTに”1″レベ
ルの信号が出力される。この場合、NPNバイポーラト
ランジスタ14のベース−エミッタ間は抵抗素子により
接続されているため” 1“レベルはPチャネルMOS
トランジスタ11のソースに加わっている電源電圧vD
Dまでフルスウィングする。
レベルに切り替わると、Pチャネル間O3)ランジスタ
11がオン状態となり、NチャネルMoSトランジスタ
12とNチャネルMOSトランジスタ13とはオフ状態
になる。これにより、抵抗16とNPNバイポーラトラ
ンジスタ14のベースに電流が供給される。このとき、
抵抗16の両端に電位差が生じ、NPNバイポーラトラ
ンジスタ14のベース−エミッタ間の電圧が上昇するこ
とによりNPNバイポーラトランジスタ14がオン状態
になる。この結果、NPNバイポーラトランジスタ14
のエミッタ電流により出力端子OUTに接続されている
負荷容量が急速に充電され、出力端OUTに”1″レベ
ルの信号が出力される。この場合、NPNバイポーラト
ランジスタ14のベース−エミッタ間は抵抗素子により
接続されているため” 1“レベルはPチャネルMOS
トランジスタ11のソースに加わっている電源電圧vD
Dまでフルスウィングする。
一方、入力端INに供給される信号が′0”レベルから
° 1ルベルに切り替わると、PチャネルMOSトラン
ジスタ11がオフ状態になり、NチャネルMOSトラン
ジスタ12とNチャネルMOSトランジスタ13とはオ
ン状態になる。これにより、NチャネルMOS)ランジ
スタ13を介して出力端OUTの負荷容量が放電され、
出力電位はロウレベルへ下がっていく。これと同時に、
抵抗16とNチャネルMOSトランジスタ12を通して
NPNバイポーラトランジスタ14のベース蓄積電荷が
引き抜かれるため、NPNバイポーラトランジスタ14
は急速にオフする。これにより、コレクタが電源電位V
CCであるNPNバイポーラトランジスタ14とソース
が接地電位VSSであるNチャネルMOSトランジスタ
13とを通しての貫通電流が抑止される。
° 1ルベルに切り替わると、PチャネルMOSトラン
ジスタ11がオフ状態になり、NチャネルMOSトラン
ジスタ12とNチャネルMOSトランジスタ13とはオ
ン状態になる。これにより、NチャネルMOS)ランジ
スタ13を介して出力端OUTの負荷容量が放電され、
出力電位はロウレベルへ下がっていく。これと同時に、
抵抗16とNチャネルMOSトランジスタ12を通して
NPNバイポーラトランジスタ14のベース蓄積電荷が
引き抜かれるため、NPNバイポーラトランジスタ14
は急速にオフする。これにより、コレクタが電源電位V
CCであるNPNバイポーラトランジスタ14とソース
が接地電位VSSであるNチャネルMOSトランジスタ
13とを通しての貫通電流が抑止される。
抵抗16とNチャネルMOSトランジスタ13とはNP
Nバイポーラトランジスタ14のベース蓄積電荷引き抜
き素子として用いているため、上記のように両方を具備
するのは冗長であるようだが、本発明では次のように使
用することを想定している。
Nバイポーラトランジスタ14のベース蓄積電荷引き抜
き素子として用いているため、上記のように両方を具備
するのは冗長であるようだが、本発明では次のように使
用することを想定している。
抵抗の大きさとしては、50にΩといった大きさのピン
チ抵抗や、E/R−3RAM (エンハンスメント型ト
ランジスタと抵抗により実現されるスタテイクランダム
アクセスメモリ)セルで用いられるような1GΩ乃至I
TΩといった大きさの高抵抗ポリシリコンを用いること
ができる。このような大きな抵抗値を用いると、100
M Hz程度の周波数で動作させた場合に時定数がか
なり大きいため、DC的には°1”レベルは電源電圧と
一致するが、過渡遷移では電源電圧まで上昇しきれない
。しかし、DCレベルでは電源電圧まで上昇するので、
少なくとも非動作時にはフルスウィングしているため、
次段のCMOSゲート、B1−CMOSゲート、あるい
はB1−NMOSゲ−トにおいても、リーク電流に伴う
貫通電流が生じることがない。
チ抵抗や、E/R−3RAM (エンハンスメント型ト
ランジスタと抵抗により実現されるスタテイクランダム
アクセスメモリ)セルで用いられるような1GΩ乃至I
TΩといった大きさの高抵抗ポリシリコンを用いること
ができる。このような大きな抵抗値を用いると、100
M Hz程度の周波数で動作させた場合に時定数がか
なり大きいため、DC的には°1”レベルは電源電圧と
一致するが、過渡遷移では電源電圧まで上昇しきれない
。しかし、DCレベルでは電源電圧まで上昇するので、
少なくとも非動作時にはフルスウィングしているため、
次段のCMOSゲート、B1−CMOSゲート、あるい
はB1−NMOSゲ−トにおいても、リーク電流に伴う
貫通電流が生じることがない。
もし、DCレベルで1”が出ていないとすると、論理ゲ
ートそのもののノイズマージンに加え、次段のゲートの
Pチャネルトランジスタ側でのリーク電流による貫通電
流が問題となる。従ってこの場合、動作時のフルスウィ
ング性よりもむしろスタンバイ時に01”レベルが電源
電圧になっているようにするためNPNバイポーラトラ
ンジスタのベース−エミッタ間に挿入される抵抗値は上
記のように十分に大きくても構わない。
ートそのもののノイズマージンに加え、次段のゲートの
Pチャネルトランジスタ側でのリーク電流による貫通電
流が問題となる。従ってこの場合、動作時のフルスウィ
ング性よりもむしろスタンバイ時に01”レベルが電源
電圧になっているようにするためNPNバイポーラトラ
ンジスタのベース−エミッタ間に挿入される抵抗値は上
記のように十分に大きくても構わない。
上記ような回路構成にすることによって、低電圧電源に
おいても、低消費電力で高速動作が実現できる。また、
プルアップ側のバイポーラトランジスタのベース−エミ
ッタ間に高抵抗インピーダンス素子を入れることにより
、待機時において、1”レベルが電源電圧まで上昇する
ため、次段のゲートの待機時におけるリーク電流を抑え
ることが可能になる。また、本発明の論理ゲートは、多
入力の論理回路に容易に拡張することができる。
おいても、低消費電力で高速動作が実現できる。また、
プルアップ側のバイポーラトランジスタのベース−エミ
ッタ間に高抵抗インピーダンス素子を入れることにより
、待機時において、1”レベルが電源電圧まで上昇する
ため、次段のゲートの待機時におけるリーク電流を抑え
ることが可能になる。また、本発明の論理ゲートは、多
入力の論理回路に容易に拡張することができる。
第4図は、本発明の論理回路を2人力NANDゲートに
実施した場合の構成を示す回路図である。
実施した場合の構成を示す回路図である。
電源電位VDDには、PチャネルMOSトランジスタ4
1とPチャネルMOSトランジスタ41′とのソースが
接続され、これらのPチャネルMOSトランジスタ41
および41−のドレインは、NPNバイポーラトランジ
スタ44のベースに接続されている。また、これらのP
チャネルMOSトランジスタ41および41゛のゲート
はそれぞれ入力端IN1、IN2に接続されている。入
力端INIには、NチャネルMO8)ランジスタ42の
ゲートが接続され、入力端IN2には、NチャネルMO
Sトランジスタ42゛のゲートが接続されている。また
、これらのNチャネルMOSトランジスタ42と42′
とはNPNバイポーラトランジスタ44のベースと接地
電位VSSとの間に直列に挿入されている。そしてNP
Nバイポーラトランジスタ44のベース−エミッタ間に
は抵抗46が挿入されている。また、入力端INIには
、NチャネルMOSトランジスタ43のゲートが、入力
端IN2にはNチャネルMoSトランジスタ43゛のゲ
ートが接続されており、NチャネルMOSトランジスタ
43とNチャネルMOSトランジスタ43′とはNPN
バイポーラトランジスタのエミッタ(出力端0UT)と
接地電位VSSとの間に直列に挿入されている。また、
NPNバイポーラトランジスタ44のコレクタは電源電
位VCCに接続されている。
1とPチャネルMOSトランジスタ41′とのソースが
接続され、これらのPチャネルMOSトランジスタ41
および41−のドレインは、NPNバイポーラトランジ
スタ44のベースに接続されている。また、これらのP
チャネルMOSトランジスタ41および41゛のゲート
はそれぞれ入力端IN1、IN2に接続されている。入
力端INIには、NチャネルMO8)ランジスタ42の
ゲートが接続され、入力端IN2には、NチャネルMO
Sトランジスタ42゛のゲートが接続されている。また
、これらのNチャネルMOSトランジスタ42と42′
とはNPNバイポーラトランジスタ44のベースと接地
電位VSSとの間に直列に挿入されている。そしてNP
Nバイポーラトランジスタ44のベース−エミッタ間に
は抵抗46が挿入されている。また、入力端INIには
、NチャネルMOSトランジスタ43のゲートが、入力
端IN2にはNチャネルMoSトランジスタ43゛のゲ
ートが接続されており、NチャネルMOSトランジスタ
43とNチャネルMOSトランジスタ43′とはNPN
バイポーラトランジスタのエミッタ(出力端0UT)と
接地電位VSSとの間に直列に挿入されている。また、
NPNバイポーラトランジスタ44のコレクタは電源電
位VCCに接続されている。
この回路の動作は、入力端INIとIN2がともに”
1”レベルのときPチャネルMOSトランジスタ41と
PチャネルMOSトランジスタ41′とはともにオフ状
態に、NチャネルMOSトランジスタ42とNチャネル
MO8)ランジスタ42′とはともにオン状態に、Nチ
ャネルMOSトランジスタ43とNチャネルMOSトラ
ンジスタ43′とはともにオン状態になる。これにより
、出力端OUTの負荷容量は、NチャネルMOSトラン
ジスタ43とNチャネルMOSトランジスタ43″とを
介して放電され、出力端OUTに°O゛レベルの信号が
出力される。このときも第2図に示した回路で説明した
場合と同様に、NチャネルMOSトランジスタ42とN
チャネルMOSトランジスタ42′とを介してNPNバ
イポーラトランジスタ44のベース蓄積電荷が引き抜か
れ、バイポーラトランジスタを介してのプルダウン動作
時の貫通電流は抑止される。他方、入力信号INIとI
N2とがともに”1”レベル以外の信号状態では、常に
PチャネルMOSトランジスタ41とPチャネルMoS
トランジスタ41−との何れかはにオン状態に、Nチャ
ネルMOSトランジスタ42とNチャネルMOSトラン
ジスタ42′との何れかはオフ状態に、NチャネルMO
Sトランジスタ43とNチャネルMOSトランジスタ4
3′との何れかはオフ状態になっている。
1”レベルのときPチャネルMOSトランジスタ41と
PチャネルMOSトランジスタ41′とはともにオフ状
態に、NチャネルMOSトランジスタ42とNチャネル
MO8)ランジスタ42′とはともにオン状態に、Nチ
ャネルMOSトランジスタ43とNチャネルMOSトラ
ンジスタ43′とはともにオン状態になる。これにより
、出力端OUTの負荷容量は、NチャネルMOSトラン
ジスタ43とNチャネルMOSトランジスタ43″とを
介して放電され、出力端OUTに°O゛レベルの信号が
出力される。このときも第2図に示した回路で説明した
場合と同様に、NチャネルMOSトランジスタ42とN
チャネルMOSトランジスタ42′とを介してNPNバ
イポーラトランジスタ44のベース蓄積電荷が引き抜か
れ、バイポーラトランジスタを介してのプルダウン動作
時の貫通電流は抑止される。他方、入力信号INIとI
N2とがともに”1”レベル以外の信号状態では、常に
PチャネルMOSトランジスタ41とPチャネルMoS
トランジスタ41−との何れかはにオン状態に、Nチャ
ネルMOSトランジスタ42とNチャネルMOSトラン
ジスタ42′との何れかはオフ状態に、NチャネルMO
Sトランジスタ43とNチャネルMOSトランジスタ4
3′との何れかはオフ状態になっている。
この結果、NPNバイポーラトランジスタ44がオン状
態になり、出力端OUTの負荷容量が急速に充電され、
出力端単OUTに”1”レベルの信号が出力される。こ
の際、NPNバイポーラトランジスタ44のベース−エ
ミッタ間を抵抗により接続しているため、十分な時間を
経れば、ハイレベルは電源電位に落ち着く。
態になり、出力端OUTの負荷容量が急速に充電され、
出力端単OUTに”1”レベルの信号が出力される。こ
の際、NPNバイポーラトランジスタ44のベース−エ
ミッタ間を抵抗により接続しているため、十分な時間を
経れば、ハイレベルは電源電位に落ち着く。
第5図は、本発明を2人力NORゲート回路に実施した
場合の構成を示す回路図である。
場合の構成を示す回路図である。
電源電位VDDとNPN )ランジスタ54のベースと
の間にPチャネルMOS)ランジスタ51とPチャネル
MOSトランジスタ51″とが直列に接続されている。
の間にPチャネルMOS)ランジスタ51とPチャネル
MOSトランジスタ51″とが直列に接続されている。
これらのPチャネルMOS)ランジスタ51のゲートと
PチャネルMoSトランジスタ51′のゲートとは、そ
れぞれ入力端INIとINに接続されている。入力端I
NIには、NチャネルMOS)ランジスタ52とNチャ
ネルMOSトランジスタ53とのゲートが、入力端IN
2には、NチャネルMOS)ランジスタ52′とNチャ
ネルMOSトランジスタ53−とのゲートが接続されて
いる。NPNバイポーラトランジスタ54のベースと接
地電位VSSとの間には、NチャネルMOSトランジス
タ52とNチャネルMOSトランジスタ52゛とが並列
に接続されている。また、NPNバイポーラトランジス
タ54のエミッタと接地電位VSSとの間には、Nチャ
ネルMOSトランジスタ53とNチャネルMOSトラン
ジスタ53′とが並列に接続されている。そして、NP
Nバイポーラトランジスタ54のベース−エミッタ間に
は、インピーダンス素子、この場合は抵抗が挿入されて
いる。
PチャネルMoSトランジスタ51′のゲートとは、そ
れぞれ入力端INIとINに接続されている。入力端I
NIには、NチャネルMOS)ランジスタ52とNチャ
ネルMOSトランジスタ53とのゲートが、入力端IN
2には、NチャネルMOS)ランジスタ52′とNチャ
ネルMOSトランジスタ53−とのゲートが接続されて
いる。NPNバイポーラトランジスタ54のベースと接
地電位VSSとの間には、NチャネルMOSトランジス
タ52とNチャネルMOSトランジスタ52゛とが並列
に接続されている。また、NPNバイポーラトランジス
タ54のエミッタと接地電位VSSとの間には、Nチャ
ネルMOSトランジスタ53とNチャネルMOSトラン
ジスタ53′とが並列に接続されている。そして、NP
Nバイポーラトランジスタ54のベース−エミッタ間に
は、インピーダンス素子、この場合は抵抗が挿入されて
いる。
このように第2図に示した論理回路は、第4図、第5図
に示すように、他人力ゲートへの拡張が容易にできる。
に示すように、他人力ゲートへの拡張が容易にできる。
また、単なる他人力ゲートのみならず、任意のCMO3
論理ゲートに対し、対応する論理ゲートを構成すること
が容易にできる。
論理ゲートに対し、対応する論理ゲートを構成すること
が容易にできる。
次に、インピーダンス素子としてPMOSトランジスタ
による負荷抵抗を用いた場合(第3図の場合)について
説明する。
による負荷抵抗を用いた場合(第3図の場合)について
説明する。
入力端INに供給される信号が”l°レベルから00”
レベルに切り替わるとPチャネルMOSトランジスタ1
1がオン状態になり、NチャネルMOSトランジスタ1
2とNチャネルトランジスタ13はオフ状態になる。こ
れによりインピーダンス素子であるPチャネルMOSト
ランジスタ17とNPNバイポーラトランジスタ14の
ベースに電流が供給される。その際、入力信号が”1”
レベルから°0°レベルに切り替わった当初は、NPN
/<イボーラトランジスタ14のベース電位は接地電位
VSSになっているから、PチャネルMOSトランジス
タ17は、ゲート−ソース間電圧がしきい値電圧をこえ
た時点でオンするため、抵抗素子を使う際よりも分流成
分が小さくなる。以上の結果、NPNバイポーラトラン
ジスタ14がオン状態になり、そのエミッタ電流により
、出力端OUTの負荷容量が急速に充電され、出力端O
UTに”1°レベルの信号が出力される。この場合、N
PNバイホーラトランジスタ14のベース−エミッタ間
には、ゲート電圧が接地電位になっているPチャネルM
OSトランジスタ17が挿入しであるため、 1ルベル
はPチャネルMOSトランジスタ11のソースに接続さ
れている電源電位までフルスウィングする。
レベルに切り替わるとPチャネルMOSトランジスタ1
1がオン状態になり、NチャネルMOSトランジスタ1
2とNチャネルトランジスタ13はオフ状態になる。こ
れによりインピーダンス素子であるPチャネルMOSト
ランジスタ17とNPNバイポーラトランジスタ14の
ベースに電流が供給される。その際、入力信号が”1”
レベルから°0°レベルに切り替わった当初は、NPN
/<イボーラトランジスタ14のベース電位は接地電位
VSSになっているから、PチャネルMOSトランジス
タ17は、ゲート−ソース間電圧がしきい値電圧をこえ
た時点でオンするため、抵抗素子を使う際よりも分流成
分が小さくなる。以上の結果、NPNバイポーラトラン
ジスタ14がオン状態になり、そのエミッタ電流により
、出力端OUTの負荷容量が急速に充電され、出力端O
UTに”1°レベルの信号が出力される。この場合、N
PNバイホーラトランジスタ14のベース−エミッタ間
には、ゲート電圧が接地電位になっているPチャネルM
OSトランジスタ17が挿入しであるため、 1ルベル
はPチャネルMOSトランジスタ11のソースに接続さ
れている電源電位までフルスウィングする。
以上、第1図乃至第5図に示したような回路構成にすれ
ば、3.3v程度もしくはそれ以下の低電圧電源で動作
させる場合、ベース蓄積電荷の引き抜き素子として、抵
抗のみ、あるいはPチャネルMOSトランジスタによる
抵抗のみ、あるいは入力信号がゲートに入るNMOS)
ランジスタのどちらか一方だけを用いるだけよりも高速
動作を確保することができ、しかも、CMOSなみのゲ
ート消費電力で済み、かつ、DC的に01′″レベルは
フルスウィングするため、誤動作を生じに<<、次段ゲ
ートのリーク電流を生じないという利点がある。
ば、3.3v程度もしくはそれ以下の低電圧電源で動作
させる場合、ベース蓄積電荷の引き抜き素子として、抵
抗のみ、あるいはPチャネルMOSトランジスタによる
抵抗のみ、あるいは入力信号がゲートに入るNMOS)
ランジスタのどちらか一方だけを用いるだけよりも高速
動作を確保することができ、しかも、CMOSなみのゲ
ート消費電力で済み、かつ、DC的に01′″レベルは
フルスウィングするため、誤動作を生じに<<、次段ゲ
ートのリーク電流を生じないという利点がある。
口発明の効果]
以上説明したように、本発明によれば、低電源電圧にお
いても高速で、かつ、低消費電力であり、論理振幅がフ
ルスウィングするような論理ゲートを提供することがで
きる。
いても高速で、かつ、低消費電力であり、論理振幅がフ
ルスウィングするような論理ゲートを提供することがで
きる。
第1図乃至第5図は、本発明に係る論理ゲートの構成を
示す回路図、第6図杓−乃至第8図柑畔は、従来の技術
による論理ゲートの構成を示す回路図である。 11・・・PチャネルMOSトランジスタ、12・・・
NチャネルMOSトランジスタ、l3・・・Nチャネル
MO8)ランジスタ、14・・・NPNバイポーラトラ
ンジスタ、15・・・インピーダンス素子、 1B・・・抵抗、 17・・・PチャネルMOSトランジスタ。
示す回路図、第6図杓−乃至第8図柑畔は、従来の技術
による論理ゲートの構成を示す回路図である。 11・・・PチャネルMOSトランジスタ、12・・・
NチャネルMOSトランジスタ、l3・・・Nチャネル
MO8)ランジスタ、14・・・NPNバイポーラトラ
ンジスタ、15・・・インピーダンス素子、 1B・・・抵抗、 17・・・PチャネルMOSトランジスタ。
Claims (3)
- (1)入力端と、 出力端と、 第1の電位にコレクタが接続され、前記出力端にエミッ
タが接続されたバイポーラトランジスタと、 ゲートが前記入力端に接続され、ソースが第2の電位に
接続され、かつ、ドレインが上記バイポーラトランジス
タのベースに接続された第1導電型のMOSトランジス
タと、 ゲートが前記入力端に接続され、ドレインが前記バイポ
ーラトランジスタのベースに接続され、かつ、ソースが
第3の電位に接続された第2導電型のMOSトランジス
タと、 ゲートが前記入力端に接続され、ドレインが前記出力端
に接続され、かつ、ソースが前記第3の電位に接続され
た第2導電型の第3のMOSトランジスタと、 一方が前記バイポーラトランジスタのベースに接続され
、他方が前記出力端に接続されたインピーダンス素子を
具備することを特徴とする論理ゲート。 - (2)前記インピーダンス素子が、ゲートが前記第3の
電位に接続された第1導電型のMOSトランジスタであ
る前記請求項(1)記載の論理ゲート。 - (3)前記インピーダンス素子が、ピンチ抵抗により実
現された前記請求項(1)記載の論理ゲート。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2118685A JPH0416021A (ja) | 1990-05-10 | 1990-05-10 | 論理ゲート |
| KR1019910007168A KR910021026A (ko) | 1990-05-10 | 1991-05-03 | 논리게이트 |
| EP19910107610 EP0456251A3 (en) | 1990-05-10 | 1991-05-10 | Logic gate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2118685A JPH0416021A (ja) | 1990-05-10 | 1990-05-10 | 論理ゲート |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0416021A true JPH0416021A (ja) | 1992-01-21 |
Family
ID=14742661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2118685A Pending JPH0416021A (ja) | 1990-05-10 | 1990-05-10 | 論理ゲート |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0456251A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0416021A (ja) |
| KR (1) | KR910021026A (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3274039D1 (en) * | 1981-02-25 | 1986-12-04 | Toshiba Kk | Complementary mosfet logic circuit |
| JPS6242614A (ja) * | 1985-08-20 | 1987-02-24 | Fujitsu Ltd | 複合トランジスタ形インバ−タ |
| US4866304A (en) * | 1988-05-23 | 1989-09-12 | Motorola, Inc. | BICMOS NAND gate |
-
1990
- 1990-05-10 JP JP2118685A patent/JPH0416021A/ja active Pending
-
1991
- 1991-05-03 KR KR1019910007168A patent/KR910021026A/ko not_active Abandoned
- 1991-05-10 EP EP19910107610 patent/EP0456251A3/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR910021026A (ko) | 1991-12-20 |
| EP0456251A3 (en) | 1991-12-18 |
| EP0456251A2 (en) | 1991-11-13 |
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