JPH0622326B2 - 論理ゲート回路 - Google Patents

論理ゲート回路

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JPH0622326B2
JPH0622326B2 JP59140536A JP14053684A JPH0622326B2 JP H0622326 B2 JPH0622326 B2 JP H0622326B2 JP 59140536 A JP59140536 A JP 59140536A JP 14053684 A JP14053684 A JP 14053684A JP H0622326 B2 JPH0622326 B2 JP H0622326B2
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JP
Japan
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npn
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郁朗 増田
将弘 岩村
洋二 西尾
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Hitachi Ltd
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    • 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
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    • 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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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は論理ゲート回路に係り、特に、電界効果トラン
ジスタとバイポーラトランジスタを組合せた論理回路に
関する。
〔発明の背景〕
電界効果トランジスタとバイポーラトランジスタを組合
せた論理ゲート回路には、例えば、第2図に示す二入力
NORゲート回路が公知である。この回路はPMOS1
1と12、NMOS21と22で二入力NORの論理動
作を行ない、NPNトランジスタ、31と32で出力の
高負荷を高速に駆動できるようにしたものである。この
回路ではNPN31と32は前段のMOS論理により相
補動作を行なうが、それぞれがオンからオフにスイツチ
するとき、図示のように夫々のベース端子に形成される
寄与容量Cs1,Cs2に蓄積された電荷の放電パスが無い
ため、NPN31と32がオフにスイツチする時間が長
くなる。このため、NPN31と32がともにオンにな
つている状態が長く続き、スイツチング時間が遅くなる
だけでなく、消費電力も大きくなる。
これらの問題を解決するものとしてし、発明者等は先に
特願昭57-119815号として、第3図に示す論理回路を提
案している。この回路は二入力NOR回路の例である
が、第3図で、NPN31とNPN32がオフにスイツ
チするとき、ベース領域の寄生容量に蓄積された電荷を
放電させる手段としてNPN31とNPN32の夫々の
ベースとエミツタ間に設けられる抵抗41,42と、相
補動作を行なうPMOS11,12とNMOS2,22
と組合わせることにより、入力に応じていずれか一方の
NPNが動作し、他方のNPNはベース電荷の放電が速
やかに行なわれ、オフになる。従つて、スイツチングの
過渡期のごく短い時間以外は余分な電源電流が流れない
というCMOSの特徴がそのまま維持され、出力はバイ
ポーラトランジスタによつて高負荷駆動能力を備え、負
荷によらず高速動作を実現できる。
しかし、第3図の回路では次のように問題がある。すな
わち、NPN31がオフとなり、NPN32がオンとな
つて出力が高レベルから低レベルにスイツチするとき、
NPN31のベース領域の蓄積電荷は抵抗41を通して
放電されるため、抵抗41が小さいほど放電は速やかに
行なわれる。一方、NPN31がオン,NPN32がオ
フになり、出力が低レベルから高レベルにスイツチする
とき、PMOS11,12を流れる電流はNPN31の
ベースに流れ、抵抗41にも分流する。従つて、この場
合、抵抗41が大きいほどNPN31のターンオンは速
くなる。従つて、NPN31のターン・オンとターン・
オフ特性を両立させるには、ターン・オフを速めるため
に抵抗41を小さくしておき、ターン・オンの時は、抵
抗41に分流する電流を見込んで、PMOS11,12
から大きな電流を供給してやらなければならない。この
ため、PMOS11,12のサイズが大きくなり、消費
電力が増大する欠点がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、高速化、低消費電力化、フル振幅化を
達成する電界効果トランジスタとバイポーラトランジス
タからなる論理ゲート回路を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の特徴は、コレクタが第1の電位部に、エミッタ
が出力にそれぞれ接続されたNPNトランジスタと、ゲ
ートが入力に、ソース及びドレインが上記第1の電位部
と上記NPNトランジスタのベース間に接続される少な
くとも1つ以上のP型電界効果トランジスタを含むプル
アップ手段と、上記出力部と第2の電位部間に接続され
るプルダウン手段とからなる論理ゲート回路において、
ソースが上記NPNトランジスタのベースに接続され、
ドレインが上記出力部に接続され、ゲートが上記第2の
電位部に接続され、上記出力の立ち上がりの過渡期間に
は高抵抗から低抵抗へ変化し、上記出力の立ち下がりの
過渡期間には低抵抗から高抵抗に変化するP型電界効果
トランジスタを有することにある。
本願発明のP型電界効果トランジスタは、ゲートが第2
の電位部に接続されているので、つねにオン状態、すな
わち低抵抗状態にあるように考えられるが、厳密にいう
と、このP型電界効果トランジスタのオン・オフを決め
るのはソースとゲート間の電圧差である。
従つて、NPNトランジスタがオンからオフになる際に
は、最初、ソースに係る電圧は高いので、ソース・ゲー
ト間には電圧差があり、このP型電界効果トランジスタ
はオン状態、すなわち低抵抗状態である。NPNトラン
ジスタがオフになるにつれて、ソースに係る電圧は低く
なるのでソース・ゲート間には電圧差が無くなり、この
P型電界効果トランジスタはオフ状態、すなわち高抵抗
状態となる。これによって、NPNトランジスタの電荷
を高速に引き抜くことができるので、NPNトランジス
タを高速にオフにすることができる。
次に、NPNトランジスタがオフからオンになる際に
は、最初、ソースに係る電圧は低いので、ソースーゲー
ト間には電圧差がなく、このP型電界効果トランジスタ
はオフ状態、すなわち高抵抗状態である。NPNトラン
ジスタがオンになるにつれて、ソースに係る電圧は高く
なるので、ソース・ゲート間には電圧差が生じ、このP
型電界効果トランジスタはオン状態、すなわち低抵抗状
態となる。これによって、NPNトランジスタからの出
力電圧はベース・エミッタ間の電圧より低い電圧である
が、このP型電界効果トランジスタがオン状態であるこ
とから、第1の電位を直接出力電圧にもって来ることが
できるので、フル振幅させることができる。
以上から、貫通電流を流さない、低消費電力、高速かつ
フル振幅する論理ゲート回路を達成することができる。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明による二入力NORゲートの実施例を示
す。図において11,12はPMOSでPMOS11の
ソースは第一の電位+Vに接続され、ドレインはPMO
S12のソースと接続され、ゲートは第一の入力Aに接
続されている。PMOS12のソースはPMOS11の
ドレインに接続され、ドレインは第一のNPN31のベ
ースに接続され、ゲートは第二の入力Bに接続されてい
る。21と22はNMOSで夫々のドレインは出力に共
通接続され、夫々のソースは第二のNPNのベースに共
通接続され、夫々のゲートは、第一の入力Aと第二の入
力Bに接続される。また、第一のNPNのコレクタは第
一の電位に、エミツタは出力に、ベースはPMOS12
のドレインに接続され、第二のNPNのコレクタは出力
に、エミツタは第二の電位(接地)に、ベースはNMO
S21,21のドレインに接続され、抵抗42は第二の
NPNのベースと第二の電位間に接続される。
さらに、PMOS51のソースは第一のNPNのベース
に、ドレインは出力に、ゲートは第二の電位にそれぞれ
接続される。
このように構成された本発明の回路動作は次のとおりで
ある。
いま、入力A,Bが共に高レベルから低レベルにスイツ
チした場合、NMOS21,22がオフとなり、NPN
32もオフとなる。一方、PMOS11,12が共にオ
ンになり、電源+VからNPN31にベース電流を供給
し、NPN31をオンさせ、出力を低レベルから高レベ
ルにスイツチする。この立上りの初期の過程ではPMO
S51のソースとゲート間のバイアスはほぼ零の状態に
なつている。従つて、NPN31のベース電位がPMO
S51のスレツシヨールド電圧以下のとき、PMOS5
1はオフのままであり、PMOS11,12を流れる電
流はすべて、NPN31のベース領域の充電に使われ、
NPN31を急速にターン・オンさせる。
さらに、NPN31による出力電位は、第1の電位より
ベース・エミッタ電圧分低くなる。しかし、このときに
は、NPN31のベース電位がPMOS51のスレツシ
ヨルド電圧以上になるので、PMOS51がオンし、第
1の電位を出力端子に出力する。従って出力電位はフル
振幅することになる。
次に入力A,Bの少なくとも一つが低レベルから高レベ
ルにスイツチした場合、PMOS11,12の少くとも
一つがオフするため、NPN31もオフとなる。一方、
NMOS21,22の少くとも一つがオンするため、出
力からNMOS21,22の少くても一つを通して第二
のNPNのベースに電流が流れてNPN32をオンする
ため、出力は高レベルから低レベルにスイツチする。こ
の立下りの初期の過程ではPMOSのソースは高電位で
あるため、PMOS51のソースとゲート間のバイアス
は電源電圧とほぼ同じ大きさであるため、PMOS51
を流れる電流は大きくなり、NPN31のベース領域の
蓄積電荷の放電が速くなり、NPN31を急速にターン
・オフさせる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、貫通電流を流さないので低消費電力と
なり、電荷の抜き抜きが高速であるので動作速度が高速
となり、かつ、フル振幅する電界効果トランジスタとバ
イポーラトランジスタからなる論理ゲート回路を実現す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の二入力NOR回路図、第2
図,第3図は従来の二入力NOR回路図である。 11,13……PMOSトランジスタ、21,22……
NMOSトランジスタ、31,32……NPNトランジ
スタ、41,42……抵抗、51……PMOSトランジ
スタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西尾 洋二 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−79641(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コレクタが第1の電位部に、エミッタが出
    力にそれぞれ接続されたNPNトランジスタと、 ゲートが入力に、ソース及びドレインが上記第1の電位
    部と上記NPNトランジスタのベース間に接続される少
    なくとも1つ以上のP型電界効果トランジスタを含むプ
    ルアップ手段と、 上記出力と第2の電位部間に接続されるプルダウン手段
    とからなる論理ゲート回路において、 ソースが上記NPNトランジスタのベースに接続され、
    ドレインが上記出力部に接続され、ゲートが上記第2の
    電位部に接続され、上記出力の立ち上がりの過渡期間に
    は高抵抗から低抵抗へ変化し、上記出力の立ち下がりの
    過渡期間には低抵抗から高抵抗に変化するP型電界効果
    トランジスタを有することを特徴とする論理ゲート回
    路。
  2. 【請求項2】コレクタが第1の電位部に、エミッタが出
    力にそれぞれ接続された第1のNPNトランジスタと、 コレクタが上記出力部に、エミッタが第2の電位部にそ
    れぞれ接続された第2のNPNトランジスタと、 各ゲートがそれぞれ異なる入力に、各ソース及びドレイ
    ンが上記第1の電位部と上記第1のNPNトランジスタ
    のベース間に並列に接続されるP型電界効果トランジス
    タと、 各ゲートがそれぞれ異なる上記入力に、各ドレイン及び
    各ソースが上記第2のNPNトランジスタの上記コレク
    タとベース間に直列に接続されたN型電界効果トランジ
    スタからなる論理ゲート回路において、 ソースが上記第1のNPNトランジスタのベースに接続
    され、ドレインが上記出力部に接続され、ゲートが上記
    第2の電位部に接続され、上記出力の立ち上がりの過渡
    期間には高抵抗から低抵抗へ変化し、上記出力の立ち下
    がりの過渡期間には低抵抗から高抵抗に変化するP型電
    界効果トランジスタを有することを特徴とする論理ゲー
    ト回路。
  3. 【請求項3】コレクタが第1の電位部に、エミッタが出
    力にそれぞれ接続された第1のNPNトランジスタと、 コレクタが上記出力部に、エミッタが第2の電位部にそ
    れぞれ接続された第2のNPNトランジスタと、 各ゲートがそれぞれ異なる入力に、各ソース及びドレイ
    ンが上記第1の電位部と上記第1のNPNトランジスタ
    のベース間に直列に接続されるP型電界効果トランジス
    タと、 各ゲートがそれぞれ異なる上記入力に、各ドレイン及び
    各ソースが上記第2のNPNトランジスタの上記コレク
    タとベース間に並列に接続されたN型電界効果トランジ
    スタからなる論理ゲート回路において、 ソースが上記第1のNPNトランジスタのベースに接続
    され、ドレインが上記出力部に接続され、ゲートが上記
    第2の電位部に接続され、上記出力の立ち上がりの過渡
    期間には高抵抗から低抵抗へ変化し、上記出力の立ち下
    がりの過渡期間には低抵抗から高抵抗に変化するP型電
    界効果トランジスタを有することを特徴とする論理ゲー
    ト回路。
JP59140536A 1984-07-09 1984-07-09 論理ゲート回路 Expired - Lifetime JPH0622326B2 (ja)

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JPS6120426A JPS6120426A (ja) 1986-01-29
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JPH0795681B2 (ja) * 1989-06-13 1995-10-11 三菱電機株式会社 BiMOS論理回路
CN113472343B (zh) * 2021-07-14 2024-07-23 山东大学 一种逻辑门的构建方法

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