JPH0654864B2 - 信号遅延回路 - Google Patents

信号遅延回路

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JPH0654864B2
JPH0654864B2 JP63318673A JP31867388A JPH0654864B2 JP H0654864 B2 JPH0654864 B2 JP H0654864B2 JP 63318673 A JP63318673 A JP 63318673A JP 31867388 A JP31867388 A JP 31867388A JP H0654864 B2 JPH0654864 B2 JP H0654864B2
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Description

【発明の詳細な説明】 A. 産業上の利用分野 本発明は電界効果トランジスタ(FET)遅延回路、具
体的にはシリコンのような半導体基板中に形成できる集
積回路型の相補型金属酸化物半導体(CMOS)FET
遅延回路に関する。
B. 従来技術 時として、高速回路オフチツプ・ドライバのスイツチン
グのスキユーなどの理由によつて生ずる競合条件といつ
たタイミングを配慮して、2進論理信号のような信号を
遅延することが望まれる。
遅延信号発生回路は従来一般に知らている。一つの型の
信号遅延回路は基本的な抵抗器・キヤパシタ回路即ちR
C回路である。この型の遅延回路はたとえば米国特許第
4430587号及び米国特許第4516312号に開
示されている。他の一般に知られている型の遅延回路は
たとえば米国特許第4476401号及び米国特許第4
700089号に開示されているような反転回路もしく
は一連の反転回路によつて実現されたものである。さら
に一般に知られている型の遅延回路は米国特許第438
8588号に開示されている、NチヤネルFETもしく
はNMOS技術で具体化され、ブートストラツプ動作及
びデプレツシヨン装置を使用するものである。さらに信
号遅延回路として設計されたものではないが、米国特許
第4511814号はバス・ゲート、具体的には信号が
入力端子から出力端子に通過するための並列に接続され
たCMOSトランジスタを有する回路を開示している。
C. 発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、半導体基板もしくはチツプ上の最小の
表面積及び最小の電力を使用し、しかもテスト可能性の
心配を減少した、選択可能な及び種々の時間遅延量に拡
張できる改良信号遅延回路を与えることにある。
D. 問題点を解決するための手段 本発明に従い、互いに並列に接続された第1及び第2の
回路を含む遅延回路が与えられる。第1の回路は、直列
に接続された第1及び第2のトランジスタを有し、第2
の回路は、直列に接続された第3及び第4のトランジス
タを有する。第1及び第2のトランジスタは好適には、
第1の導電型のMOS FETであり、実施例では、第
1図に関連して、それぞれ、参照番号12及び14で参
照される。第3及び第4のトランジスタは、好適には、
該第1の導電型とは逆の第2の導電型のMOS FET
であり、実施例では、第1図に関連して、それぞれ、参
照番号18及び20で参照される。
さらに、第5及び第6のトランジスタが、第1の回路
の、第1のトランジスタと第2のトランジスタの間の共
通点と、第2の回路の、第3のトランジスタと第4のト
ランジスタの間の共通点の間に接続される。第5及び第
6のトランジスタは、互いに逆の導電型であって、好適
にはどちらもMOS FETであり、実施例では、第1
図に関連して、それぞれ、参照番号22及び24で参照
される。
第1〜6のトランジスタの制御電極には、入力端子が直
接接続されるが、第1の回路及び第2の回路の上記入力
端子側の端子と上記入力端子の間には、入力端子の反転
信号を第1の回路及び第2の回路の上記入力端子側の端
子に入力するように、反転回路が配置される。この反転
回路は、実施例では、第1図に関連して、参照番号26
で参照される。
E. 実施例 第1図を参照すると、本発明のCMOS FET遅延回
路の好ましい実施例の回路図が示されている。CMOS
技術で製造されるこの回路は対角線がその中に引かれた
長方形及びこれに隣接するゲート電極によつて示された
PチヤネルFETと対角線のない長方形及びこれに隣接
するゲート電極によつて示されたNチヤネルFETを有
する。
第1図に示した本発明のCMOS FET遅延回路は、
第1のノードAと出力端子▲▼間に接続された夫
々Pチヤネル型の第1及び第2のFET12及び14を
有する第1の直列回路10、第1のノードAと出力端子
▲▼間に接続された夫々Nチヤネル型の第3及び
第4のFET18及び20を有する第2の直列回路を含
む。第2のノードBは第3と第4のFET18と20間
の共通点に存在し、第3のノードCは第1と第2のFE
T12と14間に存在する。Pチヤネル型の第5のFE
T22がノードBとノードC間に接続されていて、Nチ
ヤネル型の第6のFET24が又ノードBとノードC間
に接続されている。
P+であることが好ましいP型拡散部分がPチヤネルF
ET12、14、22のソース/ドレイン領域としてP
で示されており、N+であることが好ましいN型拡散部
分がNチヤンネルFET18、20及び24のソース/
ドレイン領域としてNで示されている。これ等について
は以下詳細に説明する。
入力端子INはFET12、14、18、20、22及
び24の制御電極の各々に接続され、2進論理信号のよ
うな入力信号を受取る。一般に知られているCMOS型
のものであることが好ましい反転回路26が入力端子I
Nと第1のノードA間に接続されている。
第2図にはP導電型のシリコン基板28を通した、第1
図に示したPチヤネルFET12及び14並びにNチヤ
ネルFET18及び20の断面図が示されている。第1
図の素子に対応する第2図の素子には同一の参照文字が
与えられている。第2図に示したように基板28はN型
の井戸30を有し、その表面上には2酸化シリコンの薄
層32が存在する。一般に知られているようにN型の井
戸の端にはくぼんだ酸化物領域ROXが配置され、N型
井戸を基板の他の部分からアイソレートしている。第2
図から明らかなように、第1及び第2のFET12及び
14はN型井戸中に形成されている。FET12はソー
ス/ドレイン領域のP型拡散部分Pを含み、N型井戸3
0と、キヤパシタC1及びC2で示した容量性接合即ち
P−N接合を形成している。FET14はソース/ドレ
イン領域のP型拡散部分Pを含み、N型井戸30と、キ
ヤパシタC3並びにFET12及び14の両方に共通で
あるキヤパシタC2として示された容量性の接合即ちP
N接合を形成している。FET12及び14の制御即ち
ゲート電極はGで示されている。一般に知られているよ
うにP型拡散に使用する不純物はホウ素でよい。
NチヤネルFET18及び20はN型井戸30の外部の
基板28の表面に形成されている。FET18はソース
/ドレイン領域のN型拡散部分Nを含み、P型シリコン
基板28と、キヤパシタC4及びC5で示した容量性の
即ちPN接合を形成している。FET20はソース/ド
レイン領域のN型拡散部分を含み、P型シリコン基板2
8と、キヤパシタC6並びにFTE18及び20の両方
に共通なキヤパシタC5として示された容量性の即ちP
N接合を形成している。FET18及び20の制御即ち
ゲート電極はGで示されている。一般に知られているよ
うに、N型拡散に使用する不純物はヒ素もしくはリンで
よい。
同じく一般に知られているように、FET12、14、
18及び20のソース/ドレイン領域間の半導体基板の
表面にあるゲート電極の下の領域はチヤネル領域であ
り、このチヤネル領域が反転した時に、ノードAと端子
▲▼間に導電路を与える。従つて、PチヤネルF
ET12及び14がオンになる時は第2図から明らかな
ようにPチヤネルFET12及び14を含む、R1とし
て示された抵抗路を通して電流がノードAと出力端子▲
▼間に流れる。NチヤネルFET18及び20が
オンになる時は、NチヤネルFET18及び20を含
む、R2として示された抵抗路を通してノードAと出力
端子▲▼間に電流が流れる。
本発明の動作を理解するために、第1図の回路図及び第
2図の断面図とともに、第3図に示したパルス・プログ
ラムを参照されたい。時間に対して入力端子IN、出力
端子▲▼並びにノードA、B及びCの電圧をプロ
ツトした第3図のグラフから明らかなように、入力端子
INの電圧が0ボルトにある時はノードA、B及びC並
びに端子▲▼の電圧はVdd即ち5ボルトにあ
る。それは遅延回路のこれ等の各点が反転回路26の出
力に接続されているからである。時刻tで電圧INが
Vddに向つて上昇し始め、時刻tで反転回路26の
近似スイツチ点であるVdd/2に達する時は反転回路2
6の出力、即ちノードAの電圧は反転回路26を通つて
ノードAが放電するために降下し始める。ノードAの電
圧が降下中でNチヤネルFET18及び20の制御電極
の電圧が上昇中であるので、FET18のターン・オン
によりノードBの電圧も又降下し始める。ノードBの電
圧が降下を続け、入力端子INの電圧が上昇を続ける
と、NチヤネルFET20及び24がオンになり、第3
図に示したように出力端子▲▼及びノードCの電
圧が降下する。時刻tで出力端子▲▼の電はV
dd/2迄降下し、入力端子INから出力端子▲▼
迄の信号の遅延はt2−t1に等しくなる。その後出力端子
▲▼の電圧は時刻tで0ボルトに降下し、この
時入力端子INの電圧はVddボルトにある。
時刻tで、入力端子INの電圧が0ボルトに向つて降
下し始め、時刻tでVdd/2になる。時刻tで、ノ
ードAの電圧は反転回路26から受取る電荷のために上
昇し始める。ノードAの電圧が上昇し、入力端子INの
電圧が降下すると、PチヤネルFET12がオンにな
り、ノードCを充電し始める。ノードCに蓄積される電
荷により、PチヤネルFET14及び22がオンに転
じ、出力端子▲▼及びノードBを充電し始める。
時刻tで出力端子の電圧がVdd/2の値に達し、時刻
で出力電圧はVddの全パワーの電源電圧となる。
回路、特にPチヤネルFET14及び22の特性に依存
して、ノードBの電圧は出力端子▲▼の電圧より
も早くもしくは遅く、あるいはこれと同時に上昇できる
ことに注意されたい。同じく、回路特にNチヤネルFE
T20及び24の特性に依存して、ノードCの電圧は時
刻tとt間で出力端子▲▼の電圧よりも早く
もしくは遅く降下させることができる。さらに出力電圧
の降下遅延と上昇遅延は、もし望まれるならば単に2つ
の異なる経路中のFETの特性を変えること、即ちPチ
ヤネルFET12及び14を含む直列回路中の抵抗路R
1とキヤパシタC1、C2及びC3によつて発生される
RC時定数をNチヤネルFET18及び20を含む直列
回路中の低航路R2とキヤパシタC4、C5及びC6に
よつて発生されるRC時定数と異なるようにすることに
よつて等しくなくすることができる。又PチヤネルFE
T22及びNチヤネルFET24を加えると、夫々ノー
ドBとノードCにキヤパシタンスが加えられるのでノー
ドAと出力端子▲▼間の2つの経路のキヤパシタ
ンスを著しく増大できることに注意されたい。さらにF
ET22及び24を使用することによつて、夫々ノード
C及びBはリセツトでき、次の信号の遷移部分で最大の
遅延を保証することができる。キヤパシタC1、C2、
C3、C4、C5及びC6のような回路のキヤパシタの
キヤパシタンス値並びに抵抗器R1及びR2の抵抗値は
基板中、特にソース/ドレイン領域中の不純物の濃度を
変えるだけではなく種々の不純物を使用すること、もし
くは回路中の種々の素子の寸法を変ること、たとえば異
なるベータ比、即ちトランジスタのチヤネル幅の長さに
対する比を変更することによつて変更できる。従つて、
もし必要ならば、出力端子における信号もしくは電圧の
上昇遅延は降下遅延の値よりも長くもしくは短くできる
か、あるいは互に等しくできる。即ち第3図に示したト
ランジスタの実効スイツチ点である電圧レベルVdd/2
で測つた上昇遅延t6−t5は降下遅延t3−t1に等しくする
ことができる。
本発明の原理に従い、遅延時間をより長くするだけでな
く非反転型の遅延回路を与えるためには、第4図に示し
た実施例が使用できる。第4図の回路で第1図の回路の
素子と同じ素子は同じ参照文字で識別されている。第4
図の信号遅延回路はノードAと出力端子▲▼間に
接続されたPチヤネルFET12及び14並びにPチヤ
ネルFET12′及び14′を有する第1の直列回路1
0′と同じくノードAと出力端子▲▼間に接続さ
れたNチヤネルFET18及び20並びに追加のNチヤ
ネルFET18′及び20′を有する第2の直列回路1
6′を含む。ノードB′はNチヤネルFET20と1
8′の間の共通点にあり、ノードB″はNチヤネルFE
T18′と20′の間の共通点にある。ノードC′はP
チヤネルFET14と12′の間の共通点にあり、ノー
ドC″はPチヤネルFET12′と14′の合の共通点
にある。PチヤネルFET22′はノードB′とC′の
間に接続され、NチヤネルFET24′がノードB′と
C′の間に接続されている。PチヤネルFET22″は
ノードB″とC″の間に接続され、NチヤネルFET2
4″が同じくノードB″とC″の間に接続されている。
第4図の信号遅延回路は又ノードAに接続された入力及
び端子IN′に接続された出力を有する第2の反転回路
26′を含む。端子IN′がノードAと出力端子▲
▼間に接続されたFETの各々の制御即ちゲート電極
に接続されている。これ等の制御電極を入力端子INで
なく第2の反転回路26′の出力に接続することによつ
てより高い駆動電圧が与えられる。出力端子OUTに接
続された入力及び出力端子▲▼に接続された出力
を有する第3の反転回路26″が与えられていて非反転
出力信号が発生されている。もしさらに長い遅延時間が
必要になる時は、ノードAと出力端子▲▼間に本
発明の原理に従う追加の遅延段を挿入できることは明ら
かであろう。
第4図の回路は、回路のRC時定数を増大するための追
加の段が与えられている点を除き、第1図の回路と同じ
ように動作する。
本発明の信号遅延回路は、出力端子▲▼を充電す
るためにPチヤネルFETを、出力端子▲▼を放
電するためにNチヤネルFETを使用することから全電
源電圧Vddと接地電圧の間でスイングする出力電圧を
与えることに注意されたい。
以上単位遅延当り唯一つ反転回路を必要とし、最小のス
イツチング電力、即ち50%に達しない程度の電力を使
用し、信号遅延回路中のCMOSトランジスタの配列に
よつて遅延の単位時間(ナノ秒)当り半導体基板の極く
せまい表面積内に、単位面積当り2倍の遅延を与える信
号遅延回路が開示された。さらに自動設計環境に極めて
有用な本発明の遅延回路は、唯一つの経路、即ちNチヤ
ネル装置の経路もしくはPチヤネル装置の経路があるサ
イクル中に導通して、より故障検出が容易な機構を与え
るのでテスト可能性の心配が減少し、所望の遅延間隔を
与えるために容易に拡張可能である。又本発明の遅延回
路は入力信号の上昇遅延と降下遅延間で非対照的な遅延
を実現できるという柔軟性を有する。
F. 発明の効果 本発明に従えば、半導体基板もしくはチツプ上の最小の
面積及び最小の電力を使用し、しかもテスト可能性の心
配を減少した、選択可能な及び種々の時間遅延量に拡張
できる改良信号遅延回路が与えられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の好ましい実施例の遅延回路の図であ
る。 第2図は第1図の回路のPチヤネルFETの第1の直列
回路及びNチヤネルFETの第2の直列回路を含むシリ
コン基板を通して見た断面図である。 第3図は第1図の回路中の種々の点もしくはノードの電
圧を時間に対してプロツトしたパルス・プログラムの図
である。 第4図は追加のバツフア及び段を有し、非反転出力遅延
信号を与える第1図と類似の遅延回路の図である。 10……第1の直列回路、12、14、22……Pチヤ
ネルFET、16……第2の直列回路、18、20、2
4……NチヤネルFET、26……反転回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a) 入力端子と、 (b) 出力端子と、 (c) 上記入力端子と上記出力端子の間に互いに並列に接
    続された第1及び第2の回路であって、該第1の回路
    は、直列に接続された第1の通電型の第1及び第2のM
    OS型FETトランジスタを有し、該第2の回路は、直
    列に接続され、該第1の導電型とは逆の第2の導電型の
    第3及び第4のMOS型FETトランジスタを有するも
    のである、第1及び第2の回路と、 (d) 上記第1及び第2のMOS型FETトランジスタの
    間の共通点から上記第3及び第4のMOS型FETトラ
    ンジスタの間の共通点へ接続された、上記第1の導電型
    の第5のMOS型FETトランジスタと、 (e) 上記第1及び第2のMOS型FETトランジスタの
    間の共通点から上記第3及び第4のMOS型FETトラ
    ンジスタの間の共通点へ接続された、上記第2の導電型
    の第6のMOS型FETトランジスタと、 (f) 上記第1〜第6のMOS型FETトランジスタの制
    御電極に、上記入力端子に入力される信号の印加する手
    段と、 (g) 上記第1の回路及び上記第2の回路の上記入力端子
    側の端子と上記入力端子の間に接続され、上記入力端子
    に入力される信号を反転して上記第1の回路及び上記第
    2の回路の上記入力端子側の端子に入力する反転回路と
    を具備する、 信号遅延回路。
JP63318673A 1987-12-30 1988-12-19 信号遅延回路 Expired - Lifetime JPH0654864B2 (ja)

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JPH01206722A JPH01206722A (ja) 1989-08-18
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US (1) US4812688A (ja)
EP (1) EP0322577B1 (ja)
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