JPH04258020A - 入力回路 - Google Patents

入力回路

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JPH04258020A
JPH04258020A JP3019603A JP1960391A JPH04258020A JP H04258020 A JPH04258020 A JP H04258020A JP 3019603 A JP3019603 A JP 3019603A JP 1960391 A JP1960391 A JP 1960391A JP H04258020 A JPH04258020 A JP H04258020A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
input
channel mos
power supply
mos transistor
circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP3019603A
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English (en)
Inventor
Hatsuhide Igarashi
五十嵐 初日出
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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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、信号レベルが電源レベ
ルおよび接地レベルである入力回路に関し、特に入力レ
ベルが電源または接地レベルの時の貫通電流を防止した
入力回路の回路構成に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の入力回路の一例の回路図を図3に
示す。
【0003】この入力回路の回路構成は相補型MOSト
ランジスタ(以下CMOSと記す)構成であって、Pチ
ャンネルMOSトランジスタPとNチャンネルMOSト
ランジスタNとが電源と接地との間に直列に入っている
。そして、この2つのMOSトランジスタの共通のゲー
トが入力端になり、又、共通のドレインが反転回路1の
入力に接続され、この反転回路1の出力が出力端になっ
ている。
【0004】上記の2つのMOSトランジスタのサイズ
は、それぞれのMOSトランジスタのチャンネル幅とチ
ャンネル長の比を(W/L)P および(W/L)N 
とした時に、 (W/L)P <(W/L)N           
                         
     (1)となるように設定されている。
【0005】このため、この入力回路としての反転増幅
器の入出力特性は、論理しきい値が接地電位側にずれ、
図4に示すような特性となる。
【0006】そして図3において、入力VinがNチャ
ンネルMOSトランジスタNのしきい値電圧VTN以下
の場合、このNチャンネルMOSトランジスタNがオフ
しているので、出力VO は「1」レベルである。
【0007】逆に電源電位からPチャンネルMOSトラ
ンジスタPのしきい値電圧VTP以内の電位になるとP
チャンネルMOSトランジスタPがオフするので、出力
VO は「0」レベルに固定される。
【0008】この入力回路では、(1)式に示すように
、NチャンネルMOSトランジスタNのW/L比をPチ
ャンネルMOSトランジスタPのW/L比よりも大きく
してあるので、NチャンネルMOSトランジスタNの相
互コンダクタンスの方がPチャンネルMOSトランジス
タPの相互コンダクタンスよりも大きい。
【0009】従って、両方のMOSトランジスタが共に
オンしている期間では、NチャンネルMOSトランジス
タNの方が強く、この入力回路の論理しきい値は、Nチ
ャンネルMOSトランジスタのしきい値電圧VTNに近
ずいている。
【0010】ところで、一般にTTLレベルの信号にお
いては、「0」レベルが0.8V以下、「1」レベルが
2.0V以上であることから、入力回路の論理しきい値
としては、(0.8+0.2)/2=1.4Vであれば
最もマージンがある。
【0011】従って、上式を満足するように回路を設計
すればCMOS構成の入力回路でもTTLレベルの信号
を入力することが実現できる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の入力
回路でTTLレベルの入力信号を受けた場合、スイッチ
ングスピードはPチャンネルMOSトランジスタPの相
互コンダクタンスと出力端に付加される負荷容量とによ
って制限されるため、高速で動作させようとするほど多
くの消費電力が費やされる。
【0013】又、通常のCMOSインバータでは相互コ
ンダクタンスの揃ったPチャンネルMOSトランジスタ
およびNチャンネルMOSトランジスタを用いるため、
その論理しきい値は温度の変化を殆ど受けずほぼ電源電
圧の半分のところに位置するのに対して、前述した入力
回路では、論理しきい値はNチャンネルMOSトランジ
スタNのしきい値電圧VTNに強く依存した論理しきい
値となる。
【0014】ここで、入力回路の論理しきい値の変動幅
について考えてみる。
【0015】この入力回路において、製造工程の変動に
起因して生ずるMOSトランジスタのしきい値電圧の変
化の幅を、徳山たかし著,「MOSデバイス」,第3版
,工業調査会,1976年,第16頁に記載されている
ように、±0.2Vとし、温度変化を−40〜+85°
Cとした場合のしきい値電圧の変化幅を、前掲書,第9
6頁に記載されているように、±0.15Vとすると、
しきい値電圧の変化幅は、単純に考えても、±0.2±
0.15=±0.35Vとなる。
【0016】更に、PチャンネルMOSトランジスタと
NチャンネルMOSトランジスタの製造工程において生
ずるしきい値電圧の変化は連動する保証がないので、実
際には±0.4〜0.45Vの変化をすることが考えら
れる。
【0017】ところで、上記の議論は入力回路の直流的
な論理しきい値に関するものであって、この場合の論理
しきい値は図3に示す入出力特性に従うが、実際には入
力回路には不連続的なパルス信号が入力されるので、交
流的な論理しきい値を考えてみる。
【0018】この交流的な論理しきい値とは、出力VO
 のスイッチング速度が同じくなる点を論理しきい値と
見るもので、この見方をすると、相互コンダクタンスの
小さいPチャンネルMOSトランジスタをカバーするに
は出力VO は電源よりにおかれる必要があることが識
られている。
【0019】つまり、交流的な論理しきい値は、電源よ
りにずれる。ところがこのシフト量は、入力パルスの周
波数が不定なため正確には見積ることができない。
【0020】以上をまとめると、TTLレベルの「1」
レベルと「0」レベルを分離しているレベルの幅は1.
2Vあるが、製造工程でのしきい値電圧の変動だけで0
.8〜0.9Vの変動があり、更に、実際にパルス信号
が入力された場合の交流的な論理しきい値が電源よりに
シフトすることを考えると、従来の入力回路ではTTL
レベルの入力信号を受けることは困難である。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明の入力回路は、差
動増幅回路の一方の入力を基準電圧に固定し他方の入力
には入力端子を介して入力信号を入力し、この差動増幅
回路の電源側の素子と電源との間には第1導電型の第1
のMOS電界効果トランジスタを直列に接続し接地側の
素子と接地との間には第2導電型の第2のMOS電界効
果トランジスタを直列に接続し、前記第1のMOS電界
効果トランジスタのゲートおよび前記第2のMOS電界
効果トランジスタのゲートを入力端子に接続したことを
特徴とする。
【0022】
【実施例】次に、本発明の最適な実施例について図面を
参照して説明する。図1は本発明の第1の実施例の経路
構成を示す回路図である。
【0023】本実施例は、3つのPチャンネルMOSト
ランジスタM1 ,M2 およびM4 と2つのNチャ
ンネルMOSトランジスタM3 およびM5 と反転回
路1とからなっている。
【0024】PチャンネルMOSトランジスタM1 は
、ソースが電源に接続され、ゲートが入力端子2に接続
され、ドレインがPチャンネルMOSトランジスタM2
 およびM4 のソースに接続されている。
【0025】PチャンネルMOSトランジスタM2 は
、ゲートに定電圧源3からの基準電圧VREF が加え
られており、ドレインがNチャンネルMOSトランジス
タM3 のドレインに接続されている。尚、Nチャンネ
ルMOSトランジスタM3 のソースは接地されている
【0026】PチャンネルMOSトランジスタM4 は
、ドレインがNチャンネルMOSトランジスタM5 の
ドレインに接続されている。尚、NチャンネルMOSト
ランジスタM5 のソースは接地されている。
【0027】そして、PチャンネルMOSトランジスタ
M4 並びにNチャンネルMOSトランジスタM3 お
よびM5 のゲートは入力端子2に接続されている。
【0028】この差動増幅回路の出力はPチャンネルM
OSトランジスタM4 とNチャンネルMOSトランジ
スタM5 の共通のドレインから、次段の反転回路1を
介して出力端子4から出力される。反転回路1は波形整
形のために設けてある。
【0029】次に本実施例の動作について説明する。こ
の回路は、PチャンネルMOSトランジスタM2 およ
びNチャンネルMOSトランジスタM4 を差動入力と
する差動増幅回路であり、NチャンネルMOSトランジ
スタM5 は負荷である。又、PチャンネルMOSトラ
ンジスタM1 はソース側電流源である。
【0030】ここで、NチャンネルMOSトランジスタ
M3 はスイッチ素子であって、NチャンネルMOSト
ランジスタM5 に比べて大きな相互コンダクタンスを
持っている。従って、このMOSトランジスタがオン状
態の時はPチャンネルMOSトランジスタM2 のドレ
インが接地されていることと等価である。
【0031】通常の差動増幅回路では、図1中のPチャ
ンネルMOSトランジスタM1 およびNチャンネルM
OSトランジスタM5 の部分が定電流源素子あるいは
抵抗素子で構成されているのに対して、本実施例ではゲ
ートが入力端子2につながれたMOSトランジスタを用
いている最大の理由は、入力レベルが電源電位または接
地電位となった時に入力回路の電源・接地間に貫通電流
が流れないようにするためである。
【0032】本実施例では、CMOSLSIは信号が変
化しない時には電力を消費しないという特徴を最大に発
揮するために、上記のような構成になっている。
【0033】一般的にCMOSLSIの入力回路に差動
増幅回路が使われかったのは、上記の貫通電流を防ぐこ
とができなかったからである。
【0034】差動増幅回路を用いた時の最大の利点は、
論理しきい値が温度変化の影響を受けにくくなる点であ
る。又、製造プロセスの変動の影響も受けにくくなる。
【0035】この結果、本実施例では、論理しきい値が
基準電圧VREF にほぼ等しくなり、従来難しかった
TTLレベルの信号の入力回路が容易に設計できること
になる。
【0036】次に、本発明の第2の実施例について述べ
る。本実施例は、第1の実施例では基準電圧VREF 
を定電圧源3によって得ていたのに対して、差動入力ト
ランジスタのしきい値電圧を変えることによって基準電
圧を発生させるようにしたものである。
【0037】図2において、PチャンネルMOSトラン
ジスタM6 のゲートを接地し、又、PチャンネルMO
SトランジスタM4 のしきい値電圧VTM4 よりP
チャンネルMOSトランジスタM6 のしきい値電圧V
TM6 の方を、約1.4V(TTLレベルの論理しき
い値)だけ高く設定することによって、TTLレベル信
号の入力回路を実現することができる。
【0038】この回路では、論理しきい値が製造プロセ
スの変動によるMOSトランジスタのしきい値電圧の変
動の影響を受けるが、PチャンネルMOSトランジスタ
M4 とPチャンネルMOSトラジスタM6 とは導電
型が同じくPチャンネルであるため、しきい値電圧の差
はそれほど広がらず、±0.15V以内に抑えることは
容易である。
【0039】本実施例では、PチャンネルMOSトラン
ジスタM6 のゲートを電源端子につなぐことも考えら
れるが、この場合には、 入力信号レベル(1.4V)−VTM4 =電源電圧−
VTM6 の式を満たすように2つのPチャンネルMOSトランジ
スタのしきい値電圧を設定すればよい。
【0040】又、PチャンネルMOSトランジスタM1
 のドレイン側とNチャンネルMOSトランジスタM5
 のドレイン側に電流源素子あるいは抵抗素子を入れて
この回路の直流ゲインを上げる方法もある。
【0041】尚、第1の実施例および第2の実施例では
、差動入力としてPチャンネルMOSトランジスタを用
いた場合を説明したが、NチャンネルMOSトランジス
タを用いても同様な効果を得ることができる。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、入力回
路として差動増幅回路を取り入れたことにより、その論
理しきい値が製造プロセスの変動によるMOSトランジ
スタのしきい値電圧の変動の影響、および温度変化の影
響を受けにくくなったので、TTLレベルの入力信号の
入力回路として用いることができる。
【0043】又、本発明の入力回路は、TTLレベルの
入力信号ではなくCMOSレベルの入力信号を扱う場合
には、入力信号が接地レベルまたは電源レベルの時、こ
の入力回路には電源電流が流れないという特徴も併せ持
っている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の回路図である。
【図2】本発明の第2の実施例の回路図である。
【図3】従来の入力回路の回路図である。
【図4】従来の入力回路の入出力特性を示す図である。
【符号の説明】
1    反転回路 2    入力端子 3    定電圧源 4    出力端子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  差動増幅回路の一方の入力を基準電圧
    に固定し他方の入力には入力端子を介して入力信号を入
    力し、この差動増幅回路の電源側の素子と電源との間に
    は第1導電型の第1のMOS電界効果トランジスタを直
    列に接続し接地側の素子と接地との間には第2導電型の
    第2のMOS電界効果トランジスタを直列に接続し、前
    記第1のMOS電界効果トランジスタのゲートおよび前
    記第2のMOS電界効果トランジスタのゲートを入力端
    子に接続したことを特徴とする入力回路。
JP3019603A 1991-02-13 1991-02-13 入力回路 Pending JPH04258020A (ja)

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JP3019603A JPH04258020A (ja) 1991-02-13 1991-02-13 入力回路

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JP3019603A JPH04258020A (ja) 1991-02-13 1991-02-13 入力回路

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JPH04258020A true JPH04258020A (ja) 1992-09-14

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ID=12003784

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JP3019603A Pending JPH04258020A (ja) 1991-02-13 1991-02-13 入力回路

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6034555A (en) * 1992-06-15 2000-03-07 Fujitsu Limited Semiconductor integrated circuit with input/output interface adapted for small-amplitude operation

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