JPH04250716A - 入出力回路 - Google Patents

入出力回路

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JPH04250716A
JPH04250716A JP3025310A JP2531091A JPH04250716A JP H04250716 A JPH04250716 A JP H04250716A JP 3025310 A JP3025310 A JP 3025310A JP 2531091 A JP2531091 A JP 2531091A JP H04250716 A JPH04250716 A JP H04250716A
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input
conductance
circuit
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cmos inverter
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伸 清水
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、しきい値電圧を所定の
値に変更することができる入出力回路に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】入出力回路、たとえは入力バッファや出
力バッファを形成するときに、プロセス的なバラツキや
設計の際のモデルの不確かさのために、所定のしきい値
電圧を得ることは非常に困難である。このため、従来は
図3に示すように可変電源を用いることにより、回路を
使用する際にしきい値電圧を調整している。
【0003】図3は従来の入出力回路の一例を示す回路
図である。ここでは、例としてCMOSインバータを考
える。図3において、p型MOSFET12とn型MO
SFET14はゲート同士が接続されてCMOSインバ
ータ10を形成している。p型MOSFET12のソー
スは電源VDDに接続され、n型MOSFET14のソ
ースはn型MOSFET52のドレインに接続されてい
る。n型MOSFET52はソースがグランドに接続さ
れ、ゲートが可変電源VR に接続されている。尚、図
3において、16は入力端子、18は出力端子である。
【0004】CMOSインバータ10のしきい値電圧を
変更するには、可変電源VR を変えることによってn
型MOSFET52のドレイン・ソース間の電圧を変化
させる。これにより、CMOSインバータ10のドレイ
ン・ソース間の電圧も変化するので、CMOSインバー
タ10のしきい値電圧を自由に変更することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、可変電
源VR を設けることによってしきい値電圧を変更する
のでは、電源VDDの他に可変電源VR が必要となる
ため、回路が複雑になってしまう。また、可変電源VR
 では電圧の微調整が難しいため、しきい値電圧を精確
に調整することができないという問題がある。
【0006】一方、可変電源VR を使用しないで、入
出力回路のしきい値電圧を変更するには、デバイス製造
時にウェーハ中に不純物原子を添加する際のイオン注入
の条件を変えることによりしきい値電圧を合わせ込んで
FETを形成したり、あるいはデバイス設計時にしきい
値電圧の変化のマージンを考慮して設計を行う必要があ
る。しかし、前者の方法は試行錯誤に頼らざるを得ず、
コストの増大を引き起こすことになると共に、歩留りが
低下する。一方、後者の方法ではシュミレータ等を使用
して予想される性能はモデルパラメータの精度に左右さ
れるため、実際に形成した入出力回路が必ずしも所望の
しきい値電圧を有するとは限らない。
【0007】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、簡単な回路で精確にしきい値電圧を調整するこ
とができる入出力回路を提供することを目的とするもの
である。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めの本発明は、電源電位と接地電位とに接続された入出
力回路において、電源電位及び接地電位のうち少なくと
もいずれか一方には、所定の駆動能力のm0 倍、m1
 倍、m2 倍、・・・ 、mn−1 倍(mは2以上
の自然数)の駆動能力を有するn個(nは2以上の自然
数)のトランジスタが並列に接続されたディジタル回路
を介して接続されていることを特徴とするものである。
【0009】また、前記mの値は、具体的には2とする
ことが望ましい。
【0010】
【作用】本発明は前記の構成によって、ディジタル回路
の各トランジスタ、たとえばFETのゲートにディジタ
ル信号がパラレルに供給されると、ビット値が1である
FETはオンとなってそれぞれの駆動能力、すなわちコ
ンダクタンスに基づく電流がディジタル回路のドレイン
・ソース間に流れる。このとき各FETの駆動能力を上
記のように定めたことにより、供給されるディジタル信
号の値に対して全FETの合成コンダクタンスは一意的
に定まる。このため、ディジタル信号を変えることによ
って、ディジタル回路の抵抗を調整し、入出力回路のし
きい値電圧を自由に変更することができる。
【0011】また、前記mの値を2とし、ディジタル回
路の各トランジスタの駆動能力を所定の駆動能力の1倍
、2倍、4倍、・・・ 、2n−1 倍とすることによ
り、入力されるディジタル信号の値に対して合成コンダ
クタンスは等間隔で2n −1個の値を取ることができ
るので、入出力回路のしきい値電圧の調整を等間隔で行
うことができる。
【0012】
【実施例】以下に本発明の一実施例を図1及び図2を参
照して説明する。図1は本発明の一実施例である入出力
回路の回路図、図2は本実施例で使用するMOS型電界
効果トランジスタ(以下、MOSFETと略記する。)
の概略平面図である。図1に示す入出力回路は、入力信
号を反転させて出力するCMOSインバータ10と、C
MOSインバータ10とグランドとの間に3つのn型M
OSFET22,24,26のドレイン及びソースを互
いに並列に接続したディジタル回路20とを備えるもの
である。
【0013】CMOSインバータ10は、p型MOSF
ET12と、n型MOSFET14と、入力端子16と
、出力端子18とからなるものであり、p型MOSFE
T12とn型MOSFET14のゲート同士が接続され
ている。p型MOSFET12のソースは電源VDDに
接続され、n型MOSFET14のソースは3つのn型
MOSFET22,24,26のドレインに並列に接続
されている。
【0014】ディジタル回路20において、n型MOS
FET22,24,26の各ソースはグランドに接続さ
れ、各ゲートはそれぞれ入力端子281 ,282 ,
283 に接続されている。尚、n型MOSFET14
,22,24,26はゲート電圧がハイレベル(以下、
「1」と記す。)のときはオン、ローレベル(以下、「
0」と記す。)のときはオフとなり、p型MOSFET
12はこの逆になる。
【0015】次に、n型MOSFET22,24,26
の駆動能力、すなわちオンとなったときのドレイン・ソ
ース間のコンダクタンスの関係について説明する。n型
MOSFET22のコンダクタンスをgとしたときに各
n型MOSFETは、 n型MOSFET22・・・・・   gn型MOSF
ET24・・・・・ 2gn型MOSFET26・・・
・・ 4gの大きさのコンダクタンスを持つように形成
されている。すなわちn型MOSFET22,24,2
6の各コンダクタンスは、番号が増えるにしたがって、
gの20 倍、21 倍、22 倍となっている。この
ように各コンダクタンスを自然数の羃乗倍ずつの系列と
したことにより、以下で示すように全n型MOSFET
の合成コンダクタンスの取りうる値の範囲が大きくなる
【0016】n型MOSFETのコンダクタンスを上記
の値とするためには、製造時においてゲート幅を制御す
る。すなわち図2に示すようにチャンネル長Lを一定と
したときのコンダクタンスは、ゲート幅Wに比例するこ
とが知られているので、n型MOSFETを集積化して
製造する際に、ゲート幅Wを希望するコンダクタンスに
応じて変化させる。これにより所定のコンダクタンスを
持ったn型MOSFETを一括して形成することができ
る。尚、図2において、Gはゲート、Dはドレイン、S
はソースである。
【0017】上記のようなコンダクタンスを有するn型
MOSFET22,24,26の各ゲートにそれぞれの
入力端子281 ,282 ,283 からディジタル
信号がパラレルに入力されると、ビット値「1」の信号
が入力されたn型MOSFETのみがオンとなり、合成
コンダクタンスに寄与する。
【0018】すなわち、n型MOSFET22,24,
26に入力されるディジタル信号Aが(A2 ,A1 
,A0 )=(0,0,1)であるときには、n型MO
SFET22がオン、n型MOSFET24,26がオ
フである。したがって、このときの合成コンダクタンス
はgとなる。n型MOSFET22,24,26に入力
されるディジタル信号Aが(A2 ,A1 ,A0 )
=(0,1,0)であるときには、n型MOSFET2
4がオン、n型MOSFET22,26がオフとなり、
合成コンダクタンスは2gとなる。同様にして、n型M
OSFET22,24,26に入力されるディジタル信
号Aが(A2 ,A1 ,A0 )=(0,1,1)で
ある場合には合成コンダクタンスは3g、(A2,A1
 ,A0 )=(1,0,0)である場合には合成コン
ダクタンスは4g、(A2 ,A1 ,A0 )=(1
,0,1)である場合には合成コンダクタンスは5g、
(A2 ,A1 ,A0 )=(1,1,0)である場
合には合成コンダクタンスは6g、(A2 ,A1 ,
A0 )=(1,1,1)である場合には合成コンダク
タンスは7gとなる。このように本実施例においては、
合成コンダクタンスはgから7gまでの7通りの値をと
ることができる。ただし、ディジタル信号Aが(A2 
,A1 ,A0 )=(0,0,0)である場合は実際
には、入出力回路の動作を取り得ないので、ここでは考
慮していない。
【0019】ディジタル回路20を上記の構成としたこ
とにより、入力されるディジタル信号の値(A2 ,A
1 ,A0 )によって合成コンダクタンスの値が一意
的に定まる。特に、各n型MOSFET22,24,2
6のコンダクタンスを上記のように2の羃乗倍ずつの系
列としたのは、こうすることによって入力されるディジ
タル信号の値に対して合成コンダクタンスがgの自然数
倍の値(本実施例においては、1〜7までの自然数倍)
を持つようにすることができるからである。尚、一般に
、s(sは2以上の自然数)個のn型MOSFETのコ
ンダクタンスをm0 倍、m1 倍、m2 倍、・・・
 、ms−1 倍(mは2以上の自然数)ずつの系列と
することによっても入力されるディジタル信号の値によ
って合成コンダクタンスの値が一意的に定まる。
【0020】このようにディデタル信号Aが入力端子2
81 ,282 ,283 に入力されるとこれに対応
して合成コンダクタンスが一意的に定まり、電源VDD
から供給される電流がディジタル回路20の合成コンダ
クタンスの値に応じて流れる。合成コンダクタンスがg
のときには、ディジタル回路20の抵抗が最大になるの
で、CMOSインバータ10にかかる電圧は小さくなり
、CMOSインバータ10のしきい値電圧は小さくなる
。さらに合成コンダクタンスを徐々に大きくしていくと
、ディジタル回路20の抵抗がだんだん小さくなるので
、CMOSインバータ10にかかる電圧が大きくなり、
CMOSインバータ10のしきい値電圧も大きくなる。 したがって、入力端子281 ,282 ,283 に
入力されるディジタル信号Aを変えることにより、CM
OSインバータ10のしきい値電圧を7段階に等間隔で
自由に変更することができる。
【0021】本実施例の入出力回路(CMOSインバー
タ)では、ディジタル信号によって論理しきい値を変更
することができるので、従来の可変電源を用いるものに
比べて、しきい値電圧を精確に調整することができる。 また、可変電源を用いる必要がないので、回路構成が簡
単になる。
【0022】尚、上記の実施例では、n型MOSFET
を3つ使用してディジタル回路を構成した場合について
説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、
ディジタル回路にはn型MOSFETを2つ又は4つ以
上用いてもよい。また、上記の実施例では、ディジタル
回路にn型MOSFETを使用した場合について説明し
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、p型M
OSFETを並列に接続してディジタル回路を構成して
もよい。更に、上記の実施例では、ディジタル回路をC
MOSインバータとグランドとの間に接続した場合につ
いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、ディジタル回路を電源とCMOSインバータとの間
に接続してもよく、またCMOSインバータとグランド
との間及び電源とCMOSインバータとの間に接続して
もよい。加えて、上記の実施例では、入出力回路として
CMOSインバータを用いた場合を説明したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、入出力回路として他
の論理回路等を用いてもよい。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数個のFETを並列に接続したディジタル回路を設けた
ことにより、ディジタル信号でしきい値電圧を変更する
ことができるので、しきい値電圧を精確に調整すること
ができると共に、電源を一つしか必要としないので回路
構成が簡単になる入出力回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である入出力回路の回路図で
ある。
【図2】本実施例で使用するMOSFETの概略平面図
である。
【図3】従来の入出力回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
10    CMOSインバータ 12    p型MOSFET 14    n型MOSFET 16    入力端子 18    出力端子 20    ディジタル回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  電源電位と接地電位とに接続された入
    出力回路において、電源電位及び接地電位のうち少なく
    ともいずれか一方には、所定の駆動能力のm0 倍、m
    1 倍、m2 倍、・・・ 、mn−1 倍(mは2以
    上の自然数)の駆動能力を有するn個(nは2以上の自
    然数)のトランジスタが並列に接続されたディジタル回
    路を介して接続されていることを特徴とする入出力回路
  2. 【請求項2】  前記mが2である請求項1記載の入出
    力回路。
JP03025310A 1991-01-25 1991-01-25 入出力回路 Expired - Lifetime JP3079518B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0690578A1 (en) * 1994-05-31 1996-01-03 Nec Corporation MOSFET interface circuit having an increased or a reduced mutual conductance

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0690578A1 (en) * 1994-05-31 1996-01-03 Nec Corporation MOSFET interface circuit having an increased or a reduced mutual conductance

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