JPH0918331A - Logic circuit - Google Patents
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- JPH0918331A JPH0918331A JP8108277A JP10827796A JPH0918331A JP H0918331 A JPH0918331 A JP H0918331A JP 8108277 A JP8108277 A JP 8108277A JP 10827796 A JP10827796 A JP 10827796A JP H0918331 A JPH0918331 A JP H0918331A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は論理回路に関してお
り、特に低電圧電源で高速動作する論理回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a logic circuit, and more particularly to a logic circuit that operates at high speed with a low voltage power supply.
【0002】[0002]
【従来の技術】キャパシタを用いることで電源電圧以上
の電圧をトランジスタのゲ−ト−ソ−ス間に印加して動
作速度を向上させることは、例えば特開平5-14166号公
報に記載がある。図31は、従来技術による論理回路の
回路図である。3101は論理入力端、3120は出力
端、3110は電圧Vddを供給する電源を表す。31
08および3109はそれぞれPチャネルFETおよび
NチャネルFETを表す。3106および3107は、
電圧Vsを供給するバイアス電源である。3102およ
び3103は、キャパシタを表す。3104および31
05は、それぞれNチャネルFETおよびPチャネルF
ETを表す。2. Description of the Related Art The use of a capacitor to apply a voltage higher than the power supply voltage between the gate and source of a transistor to improve the operation speed is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-14166. . FIG. 31 is a circuit diagram of a conventional logic circuit. Reference numeral 3101 represents a logic input terminal, 3120 represents an output terminal, and 3110 represents a power supply for supplying a voltage Vdd. 31
Reference numerals 08 and 3109 represent a P-channel FET and an N-channel FET, respectively. 3106 and 3107 are
It is a bias power supply that supplies a voltage Vs. 3102 and 3103 represent capacitors. 3104 and 31
05 is an N channel FET and a P channel F, respectively.
Represents ET.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来技術においては、次に示す問題があった。すなわち、
FET3108および3109がオフの状態で、リ−ク
電流が流れる。また、FET3108および3109を
十分にドライブしたり、逆に深い逆電圧をそのゲートに
印加することによって、十分にカットオフすることがで
きないという問題を有する。その結果、消費電力が増大
するとともに、低い電圧での高速動作が不可能であっ
た。However, the above-mentioned prior art has the following problems. That is,
A leak current flows when the FETs 3108 and 3109 are off. Further, there is a problem that the FETs 3108 and 3109 cannot be sufficiently cut off by sufficiently driving them or by applying a deep reverse voltage to their gates. As a result, power consumption increases and high-speed operation at a low voltage is impossible.
【0004】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、低電源電圧
で高速動作を実現できる論理回路を提供することにあ
る。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a logic circuit which can realize high-speed operation with a low power supply voltage.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明による論理回路
は、制御端子に印加される電圧に応じて、少なくとも2
つの端子間の導通状態を変化させるメインスイッチング
手段と、入力端子の電圧を変換し、変換された電圧を該
制御端子に出力する電圧変換手段と、を備えており、そ
のことにより上記目的が達成される。SUMMARY OF THE INVENTION A logic circuit according to the present invention has at least 2 depending on a voltage applied to a control terminal.
The main switching means for changing the conduction state between the two terminals and the voltage converting means for converting the voltage of the input terminal and outputting the converted voltage to the control terminal are provided, thereby achieving the above object. To be done.
【0006】ある実施例では、前記電圧変換手段は、電
圧発生手段およびサブスイッチング手段を有する。In one embodiment, the voltage converting means has a voltage generating means and a sub-switching means.
【0007】ある実施例では、前記サブスイッチング手
段は、SOI構造を有する。In one embodiment, the sub-switching means has an SOI structure.
【0008】ある実施例では、前記電圧発生手段は、キ
ャパシタ、電池、強誘電体のうちの少なくとも1つを有
する。[0008] In one embodiment, the voltage generating means includes at least one of a capacitor, a battery, and a ferroelectric substance.
【0009】ある実施例では、前記メインスイッチング
手段を導通状態にする前記入力端子の状態を第1状態と
するとき、前記電圧変換手段は、該第1状態において該
入力端子の電圧よりも高い電圧を前記制御端子に供給す
る。In one embodiment, when the state of the input terminal for bringing the main switching means into the conducting state is set to the first state, the voltage conversion means sets the voltage higher than the voltage of the input terminal in the first state. Is supplied to the control terminal.
【0010】ある実施例では、前記メインスイッチング
手段を非導通状態にする前記入力端子の状態を第2状態
とするとき、前記電圧変換手段は、該第2状態において
該入力端子の電圧よりも低い電圧を前記制御端子に供給
する。In one embodiment, when the state of the input terminal that brings the main switching means into the non-conducting state is set to the second state, the voltage conversion means is lower than the voltage of the input terminal in the second state. A voltage is supplied to the control terminal.
【0011】ある実施例では、前記メインスイッチング
手段を導通状態にする前記入力端子の状態を第1状態と
し、前記メインスイッチング手段を非導通状態にする前
記入力端子の状態を第2状態とするとき、前記電圧変換
手段は、該第1状態において該入力端子の電圧よりも高
い電圧を前記制御端子に供給し、該第2状態において該
入力端子の電圧よりも低い電圧を該制御端子に供給す
る。In one embodiment, when the state of the input terminal that brings the main switching means into the conducting state is the first state and the state of the input terminal that brings the main switching means into the non-conducting state is the second state. , The voltage conversion means supplies a voltage higher than the voltage of the input terminal to the control terminal in the first state, and supplies a voltage lower than the voltage of the input terminal to the control terminal in the second state. .
【0012】ある実施例では、前記電圧変換手段は、第
1端子が前記入力端子に接続されたキャパシタをさらに
有しており、前記サブスイッチング手段は、前記第1状
態において、該キャパシタの第2端子を前記メインスイ
ッチング手段の前記制御端子に接続し、該第1状態以外
の状態において、該キャパシタの該第2端子を前記電圧
発生手段に接続し、該メインスイッチング手段の該制御
端子をグラウンドに接続する。[0012] In one embodiment, the voltage conversion means further includes a capacitor having a first terminal connected to the input terminal, and the sub-switching means includes a second capacitor of the capacitor in the first state. A terminal is connected to the control terminal of the main switching means, the second terminal of the capacitor is connected to the voltage generating means in a state other than the first state, and the control terminal of the main switching means is grounded. Connecting.
【0013】ある実施例では、前記電圧変換手段は、第
1端子が前記入力端子に接続されたキャパシタをさらに
有しており、前記サブスイッチング手段は、前記第2状
態において、該キャパシタの第2端子を前記メインスイ
ッチング手段の前記制御端子に接続し、該第2状態以外
の状態において、該キャパシタの該第1端子を該メイン
スイッチング手段の該制御端子に接続し、該キャパシタ
の該第2端子をグラウンドに接続する。In one embodiment, the voltage conversion means further includes a capacitor having a first terminal connected to the input terminal, and the sub-switching means includes a second capacitor of the capacitor in the second state. A terminal connected to the control terminal of the main switching means, and in a state other than the second state, the first terminal of the capacitor is connected to the control terminal of the main switching means and the second terminal of the capacitor. To ground.
【0014】ある実施例では、前記電圧変換手段は、第
1端子が前記入力端子に接続された第1キャパシタおよ
び第1端子が該入力端子に接続された第2キャパシタを
さらに有しており、前記第1状態において、該第1キャ
パシタの第2端子をグラウンドに接続し、該第2キャパ
シタの第2端子を前記メインスイッチング手段の前記制
御端子に接続し、前記第2状態において、該第1キャパ
シタの該第2端子を該メインスイッチング手段の該制御
端子に接続し、該第2キャパシタの該第2端子を前記電
圧発生手段に接続する。In one embodiment, the voltage conversion means further includes a first capacitor having a first terminal connected to the input terminal and a second capacitor having a first terminal connected to the input terminal, In the first state, the second terminal of the first capacitor is connected to ground, the second terminal of the second capacitor is connected to the control terminal of the main switching means, and in the second state, the first terminal The second terminal of the capacitor is connected to the control terminal of the main switching means, and the second terminal of the second capacitor is connected to the voltage generating means.
【0015】ある実施例では、前記メインスイッチング
手段は、NチャネルMOSFETを有する。In one embodiment, the main switching means comprises an N channel MOSFET.
【0016】ある実施例では、前記メインスイッチング
手段は、PチャネルMOSFETを有する。In one embodiment, the main switching means comprises a P-channel MOSFET.
【0017】ある実施例では、前記メインスイッチング
手段は、相補形MOSFETである。In one embodiment, the main switching means is a complementary MOSFET.
【0018】本発明による論理回路は、制御端子に印加
される電圧に応じて、少なくとも2つの端子間の導通状
態を変化させる第1および第2メインスイッチング手段
と、入力端子の電圧を変換し、変換された電圧を該第1
メインスイッチング手段の該制御端子に出力する第1電
圧変換手段と、該入力端子の電圧を変換し、変換された
電圧を該第2メインスイッチング手段の該制御端子に出
力する第2電圧変換手段と、を備えた論理回路であっ
て、該第1電圧変換手段は、第1および第2端子をもつ
第1キャパシタと、第1および第2端子をもつ第2キャ
パシタと、第1サブスイッチング手段と、第1電圧発生
手段とを有しており、該第1キャパシタの該第1端子お
よび該第2キャパシタの該第1端子は、該入力端子に接
続されており、該第2電圧変換手段は、第1および第2
端子をもつ第3キャパシタと、第1および第2端子をも
つ第4キャパシタと、第2サブスイッチング手段と、第
2電圧発生手段とを有しており、該第3キャパシタの該
第1端子および該第4キャパシタの該第1端子は、イン
バータを介して該入力端子に接続されており、該第1サ
ブスイッチング手段は、第1状態において、該第1キャ
パシタの該第2端子をグラウンドに接続し、該第2キャ
パシタの該第2端子を該第1メインスイッチング手段の
該制御端子に接続し、第2状態において、該第1キャパ
シタの該第2端子を該第1メインスイッチング手段の該
制御端子に接続し、該第2キャパシタの該第2端子を該
第1電圧発生手段に接続し、該第2サブスイッチング手
段は、該第2状態において、該第1キャパシタの該第2
端子をグラウンドに接続し、該第2キャパシタの該第2
端子を該第2メインスイッチング手段の該制御端子に接
続し、該第1状態において、該第1キャパシタの該第2
端子を該第2メインスイッチング手段の該制御端子に接
続し、該第2キャパシタの該第2端子を該第2電圧発生
手段に接続し、そのことにより上記目的が達成される。The logic circuit according to the present invention converts the voltage at the input terminal and the first and second main switching means for changing the conduction state between at least two terminals according to the voltage applied to the control terminal, The converted voltage is converted into the first
First voltage converting means for outputting to the control terminal of the main switching means, and second voltage converting means for converting the voltage of the input terminal and outputting the converted voltage to the control terminal of the second main switching means. , The first voltage conversion means includes a first capacitor having first and second terminals, a second capacitor having first and second terminals, and a first sub-switching means. , A first voltage generating means, the first terminal of the first capacitor and the first terminal of the second capacitor are connected to the input terminal, and the second voltage converting means , First and second
A third capacitor having a terminal, a fourth capacitor having first and second terminals, a second sub-switching means, and a second voltage generating means, and the first terminal of the third capacitor and The first terminal of the fourth capacitor is connected to the input terminal via an inverter, and the first sub-switching means connects the second terminal of the first capacitor to ground in the first state. The second terminal of the second capacitor is connected to the control terminal of the first main switching means, and the second terminal of the first capacitor is connected to the control of the first main switching means in the second state. A second terminal of the second capacitor, the second terminal of the second capacitor being connected to the first voltage generating means, the second sub-switching means in the second state,
Connect the terminal to ground and connect the second capacitor of the second capacitor
A terminal connected to the control terminal of the second main switching means, and in the first state, the second terminal of the first capacitor.
The terminal is connected to the control terminal of the second main switching means and the second terminal of the second capacitor is connected to the second voltage generating means, whereby the above object is achieved.
【0019】以下に、作用を説明する。本発明による論
理回路は、キャパシタに電圧を印加することによって電
荷をキャパシタに蓄積する。キャパシタに蓄積されたこ
の電荷による電圧と、入力端子に供給された電圧との和
をスイッチング素子のゲートに加える。それにより、ゲ
ートに供給される電圧をVddより高く、またはグラウ
ンドレベルより低くすることができる。そのため、低い
電源電圧であっても、スイッチング素子を十分にドライ
ブしたり、十分にカットオフすることができる。結果と
して、オフリ−ク電流を生じることなく、十分に低いオ
ン抵抗を実現できるので、低電圧駆動および低消費電力
の論理回路が実現できる。The operation will be described below. The logic circuit according to the present invention stores an electric charge in the capacitor by applying a voltage to the capacitor. The sum of the voltage due to this charge accumulated in the capacitor and the voltage supplied to the input terminal is applied to the gate of the switching element. Thereby, the voltage supplied to the gate can be higher than Vdd or lower than the ground level. Therefore, even with a low power supply voltage, it is possible to sufficiently drive the switching element and sufficiently cut off. As a result, a sufficiently low on-resistance can be realized without generating an off-leak current, so that a logic circuit of low voltage driving and low power consumption can be realized.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明による論理回路を図
面を参照しながら説明する。同じ参照符号は、同じ構成
要素を示す。本明細書において、ノードを表す参照符号
が後に続く「V」は、グラウンドに対するそのノードの
電位を示す。例えば「電圧V1」は、グラウンドに対す
る「ノード1」の電位を表す。簡単のため、グラウンド
に対するノードの電位を「ノードの電圧」または「ノー
ドのレベル」ともいう。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A logic circuit according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Like reference numerals refer to like components. As used herein, a "V" followed by a reference numeral representing a node indicates the potential of that node with respect to ground. For example, "voltage V1" represents the potential of "node 1" with respect to ground. For simplicity, the potential of the node with respect to the ground is also referred to as “node voltage” or “node level”.
【0021】本明細書では、理想的な状態では、論理ロ
ウレベル(以下「Lレベル」という)は、0V(つまり
グラウンドの電位)に等しいとし、「論理ハイレベル」
(以下「Hレベル」という)は、グラウンドから電源電
圧Vddだけ高い電位に等しいとする。理想的には論理
回路のノード(特に出力ノード)は、HレベルかLレベ
ルかのどちらかであるべきであって、HレベルおよびL
レベルの間のレベルをとるべきではない。しかし実際の
論理回路の動作においては、ノードの電圧は、過渡的に
中間的な電圧レベルをとることがある。In the present specification, in an ideal state, a logic low level (hereinafter referred to as "L level") is equal to 0 V (that is, a ground potential), and a "logic high level".
(Hereinafter, referred to as “H level”) is assumed to be equal to a potential higher than the ground by the power supply voltage Vdd. Ideally, the node (particularly the output node) of the logic circuit should be at either the H level or the L level, and
You should not take levels between levels. However, in the actual operation of the logic circuit, the voltage of the node may take a transitional intermediate voltage level.
【0022】図1は、本発明による論理回路1の構成図
である。論理回路1は、電圧変換器10およびメインス
イッチング素子20を有する。電圧変換器10は、ノー
ド11の電圧に応じて、メインスイッチング素子20を
駆動する。メインスイッチング素子20は、ノード21
〜23をもつ能動素子であり、ノード21の電圧に応じ
て、ノード22および23間の導通状態が変化する。本
明細書では、スイッチング素子が導通する状態を「オ
ン」状態であるといい、導通しない状態を「オフ」状態
であるという。メインスイッチング素子20としては、
例えばFET(電界効果トランジスタ)を用いることが
できる。メインスイッチング素子20としてFETが用
いられる場合、ノード21、22および23は、それぞ
れゲート、ドレインおよびソースに対応する。FIG. 1 is a block diagram of a logic circuit 1 according to the present invention. The logic circuit 1 has a voltage converter 10 and a main switching element 20. The voltage converter 10 drives the main switching element 20 according to the voltage of the node 11. The main switching element 20 has a node 21
˜23, the conduction state between the nodes 22 and 23 changes according to the voltage of the node 21. In this specification, a state in which the switching element conducts is referred to as an "on" state, and a state in which the switching element does not conduct is referred to as an "off" state. As the main switching element 20,
For example, a FET (field effect transistor) can be used. When an FET is used as the main switching element 20, the nodes 21, 22 and 23 correspond to the gate, drain and source, respectively.
【0023】ノード14には、電源電圧Vddが供給さ
れている。抵抗13は、論理回路1の出力端子として機
能するノード12を電源電圧Vddにプルアップする。
メインスイッチング素子20がオン状態であるときに
は、ノード12はLレベルであり、メインスイッチング
素子20がオフ状態であるときには、ノード12はHレ
ベルである。図1では、ノード22がプルアップされ、
ノード23がグラウンドに接続されているが、このよう
な接続には限られない。例えば、メインスイッチング素
子20として、トランスファゲートを構成するように接
続された複数のスイッチング素子を用いることもでき
る。A power supply voltage Vdd is supplied to the node 14. The resistor 13 pulls up the node 12 that functions as the output terminal of the logic circuit 1 to the power supply voltage Vdd.
When the main switching element 20 is on, the node 12 is at L level, and when the main switching element 20 is off, the node 12 is at H level. In FIG. 1, node 22 is pulled up,
Although the node 23 is connected to the ground, the connection is not limited to this. For example, as the main switching element 20, a plurality of switching elements connected so as to form a transfer gate can be used.
【0024】電圧変換器10は、ノード11の電圧を変
換して、ノード21に出力することによって、メインス
イッチング素子20のスイッチング特性を改善する。こ
の改善には、具体的には、スイッチング速度を速めるこ
と(つまり過渡特性の改善)と、スイッチング素子のオ
ン抵抗を下げること(つまり定常特性の改善)とが含ま
れる。本発明による論理回路1に用いる電圧変換器10
には、以下のタイプ1〜タイプ3がある。The voltage converter 10 improves the switching characteristic of the main switching element 20 by converting the voltage of the node 11 and outputting it to the node 21. Specifically, this improvement includes increasing the switching speed (that is, improving the transient characteristics) and reducing the on-resistance of the switching element (that is, improving the steady characteristics). Voltage converter 10 used in the logic circuit 1 according to the present invention
There are the following types 1 to 3.
【0025】タイプ1は、ノード11がLレベル(つま
りグラウンドレベル)のとき、ノード21はグラウンド
レベルであり、ノード11がHレベル(つまりVddレ
ベル)のとき、ノード21は(Vdd+Vov1)のレ
ベルである。ここでVddおよびVov1は、正の電圧
である。よってタイプ1の論理回路1は、ノード21の
電圧がHレベルであるときに、すなわちメインスイッチ
ング素子20がオン状態であるときに、メインスイッチ
ング素子20をオーバドライブする。言い換えれば、メ
インスイッチング素子20がオンであるときに、その制
御端子であるノード21には、Vddより高い電圧が供
給される。これにより、メインスイッチング素子20の
ターンオン時間を短縮することと、メインスイッチング
素子20のターンオン抵抗(つまりオン状態のドレイン
−ソース間電圧VDS(sat)に対応する抵抗)を減少
することとが可能となる。タイプ1の論理回路1に用い
られるメインスイッチング素子20としては、そのスレ
ッショルド電圧Vtが0.35V以上であるFETを用
いるのが好ましい。In the type 1, when the node 11 is at L level (that is, ground level), the node 21 is at ground level, and when the node 11 is at H level (that is, Vdd level), the node 21 is at (Vdd + Vov1) level. is there. Here, Vdd and Vov1 are positive voltages. Therefore, the type 1 logic circuit 1 overdrives the main switching element 20 when the voltage of the node 21 is at the H level, that is, when the main switching element 20 is in the ON state. In other words, when the main switching element 20 is on, a voltage higher than Vdd is supplied to the node 21 that is its control terminal. This makes it possible to shorten the turn-on time of the main switching element 20 and reduce the turn-on resistance of the main switching element 20 (that is, the resistance corresponding to the drain-source voltage VDS (sat) in the on state). Become. As the main switching element 20 used in the type 1 logic circuit 1, it is preferable to use an FET having a threshold voltage Vt of 0.35 V or more.
【0026】タイプ2は、ノード11がLレベル(つま
りグラウンドレベル)のとき、ノード21は−Vov2
レベルであり、ノード11がHレベル(つまりVddレ
ベル)のとき、ノード21はVddのレベルである。こ
こでVov2は、正の電圧である。よってタイプ2の論
理回路1は、ノード21の電圧がLレベルであるとき
に、すなわちメインスイッチング素子20がオフ状態で
あるときに、メインスイッチング素子20を十分にカッ
トオフする。言い換えれば、メインスイッチング素子2
0がオフであるときに、その制御端子であるノード21
には、グラウンドレベルより低い電圧が供給される。こ
れにより、メインスイッチング素子20のターンオフ時
間を短縮することと、メインスイッチング素子20のタ
ーンオフ抵抗を増大することとが可能となる。タイプ2
の論理回路1に用いられるメインスイッチング素子20
としては、そのスレッショルド電圧Vtが0.35V以
下であるFETを用いるのが好ましい。In the type 2, when the node 11 is at L level (that is, ground level), the node 21 is at -Vov2.
When the node 11 is at the H level (that is, Vdd level), the node 21 is at the Vdd level. Here, Vov2 is a positive voltage. Therefore, the type 2 logic circuit 1 sufficiently cuts off the main switching element 20 when the voltage of the node 21 is at the L level, that is, when the main switching element 20 is in the off state. In other words, the main switching element 2
When 0 is off, its control terminal is node 21
Is supplied with a voltage lower than the ground level. This makes it possible to shorten the turn-off time of the main switching element 20 and increase the turn-off resistance of the main switching element 20. Type 2
Main switching element 20 used in the logic circuit 1 of
As the above, it is preferable to use an FET whose threshold voltage Vt is 0.35 V or less.
【0027】タイプ3は、ノード11がLレベル(つま
りグラウンドレベル)のとき、ノード21は−Vov2
レベルであり、ノード11がHレベル(つまりVddレ
ベル)のとき、ノード21は(Vdd+Vov1)のレ
ベルである。よってタイプ3の論理回路1は、ノード2
1の電圧がHレベルであるときに、すなわちメインスイ
ッチング素子20がオン状態であるときに、メインスイ
ッチング素子20をオーバドライブする。言い換えれ
ば、メインスイッチング素子20がオンであるときに、
その制御端子であるノード21には、Vddより高い電
圧が供給される。これにより、メインスイッチング素子
20のターンオン時間を短縮することと、メインスイッ
チング素子20のターンオン抵抗(つまりオン状態のド
レイン−ソース間電圧VDS(sat)に対応する抵抗)
を減少することとが可能となる。In the type 3, when the node 11 is at the L level (that is, the ground level), the node 21 has -Vov2.
When the node 11 is at the H level (that is, the Vdd level), the node 21 is at the (Vdd + Vov1) level. Therefore, type 3 logic circuit 1
When the voltage of 1 is at the H level, that is, when the main switching element 20 is in the on state, the main switching element 20 is overdriven. In other words, when the main switching element 20 is on,
A voltage higher than Vdd is supplied to the node 21 which is its control terminal. Thereby, the turn-on time of the main switching element 20 is shortened, and the turn-on resistance of the main switching element 20 (that is, the resistance corresponding to the drain-source voltage VDS (sat) in the on state).
Can be reduced.
【0028】タイプ3の論理回路1においては、ノード
21の電圧がLレベルであるときに、すなわちメインス
イッチング素子20がオフ状態であるときに、メインス
イッチング素子20を十分にカットオフする。言い換え
れば、メインスイッチング素子20がオフであるとき
に、その制御端子であるノード21には、グラウンドレ
ベルより低い電圧が供給される。これにより、メインス
イッチング素子20のターンオフ時間を短縮すること
と、メインスイッチング素子20のターンオフ抵抗を増
大することとが可能となる。タイプ3の論理回路1に用
いられるメインスイッチング素子20としては、そのス
レッショルド電圧Vtが0.35V以下であるFETを
用いるのが好ましい。In the type 3 logic circuit 1, the main switching element 20 is sufficiently cut off when the voltage of the node 21 is at the L level, that is, when the main switching element 20 is in the off state. In other words, when the main switching element 20 is off, the node 21 that is its control terminal is supplied with a voltage lower than the ground level. This makes it possible to shorten the turn-off time of the main switching element 20 and increase the turn-off resistance of the main switching element 20. As the main switching element 20 used in the type 3 logic circuit 1, it is preferable to use an FET having a threshold voltage Vt of 0.35 V or less.
【0029】(実施例1)図2の(a)〜(c)は、本発明に
よる論理回路の第1の実施例の回路図である。第1の実
施例の論理回路は、上述のタイプ1に分類される。(Embodiment 1) FIGS. 2A to 2C are circuit diagrams of a first embodiment of a logic circuit according to the present invention. The logic circuit of the first embodiment is classified into the above type 1.
【0030】以下に図2の(a)に示す論理回路の動作を
説明する。図2の(a)の論理回路は、電圧変換器210
およびメインスイッチング素子220を備えている。ノ
ード211は、外部から入力信号を受け取ることによっ
て、HレベルまたはLレベルに設定される。本明細書に
おいては、メインスイッチング素子(第1の実施例にお
いては、220)がオフの状態を状態Iとし、オンの状
態を状態IIと定義する。状態IIにおいて、電圧変換
器210は、ノード211に供給された電圧Vddより
も高い電圧(Vdd+Vov1)をノード221に出力
する。その結果、メインスイッチング素子220のスイ
ッチング特性が改善される。メインスイッチング素子2
20としてはMOS(metal-oxide-semiconductor)F
ETが用いられており、ノード221、222および2
23は、それぞれゲート、ドレインおよびソースであ
る。以下の実施例において、メインスイッチング素子と
して、SOI(semiconductor-on-insulator)トランジ
スタ、MES(metal-semiconductor)FET、バイポ
ーラトランジスタ、TFT(thin film transistor)な
どを用いてもよい。The operation of the logic circuit shown in FIG. 2A will be described below. The logic circuit shown in FIG. 2A has a voltage converter 210.
And a main switching element 220. The node 211 is set to H level or L level by receiving an input signal from the outside. In this specification, the state in which the main switching element (220 in the first embodiment) is off is defined as state I, and the state in which it is on is defined as state II. In the state II, the voltage converter 210 outputs a voltage (Vdd + Vov1) higher than the voltage Vdd supplied to the node 211 to the node 221. As a result, the switching characteristics of the main switching element 220 are improved. Main switching element 2
20 is MOS (metal-oxide-semiconductor) F
ET is used and nodes 221, 222 and 2 are
Reference numerals 23 are a gate, a drain and a source, respectively. In the following embodiments, an SOI (semiconductor-on-insulator) transistor, an MES (metal-semiconductor) FET, a bipolar transistor, a TFT (thin film transistor), or the like may be used as the main switching element.
【0031】電圧変換器210は、スイッチS20およ
びS21、電圧発生器214およびキャパシタ212を
有する。スイッチS20およびS21は、複数のFET
で実現することができる。第1の実施例では電圧発生器
214として電源電圧Vddを用いるが、電圧発生器2
14が供給する電圧値はこれには限られない。また第1
の実施例では電圧発生器214として、外部に設けられ
た電源を用いるがこれには限られない。すべての実施例
において、電圧発生器として、キャパシタまたは電池を
用いてもよい。キャパシタ212や電圧発生器214の
ようなキャパシタとしては、強誘電体材料を用いたキャ
パシタを用いるのが好ましい。この理由は、後で詳述す
る。The voltage converter 210 has switches S20 and S21, a voltage generator 214 and a capacitor 212. The switches S20 and S21 have a plurality of FETs.
Can be realized. Although the power supply voltage Vdd is used as the voltage generator 214 in the first embodiment, the voltage generator 2
The voltage value supplied by 14 is not limited to this. Also the first
In the above embodiment, an external power supply is used as the voltage generator 214, but the invention is not limited to this. In all embodiments, capacitors or batteries may be used as the voltage generator. As a capacitor such as the capacitor 212 or the voltage generator 214, it is preferable to use a capacitor using a ferroelectric material. The reason for this will be described in detail later.
【0032】状態IにおいてスイッチS20は、接点C
1が接点C2に接続されるように設定され、状態IIに
おいてスイッチS20は、接点C1が接点C3に接続さ
れるように設定される。状態IにおいてスイッチS21
は、接点C1が接点C2に接続されるように設定され、
状態IIにおいてスイッチS21は、接点C1が接点C
2に接続されないように設定される。よって図2の(a)
は、状態Iを示している。図2の(b)は、状態Iにおけ
る図2の(a)に示す回路の等価回路である。図2の(c)
は、状態IIにおける図2の(a)に示す回路の等価回路
である。In state I, switch S20 has contact C
1 is set to connect to contact C2, and in state II switch S20 is set to connect contact C1 to contact C3. Switch S21 in state I
Is set so that the contact C1 is connected to the contact C2,
In state II, the switch S21 has the contact C1 at the contact C.
2 is set not to be connected. Therefore, in Figure 2 (a)
Indicates state I. FIG. 2B is an equivalent circuit of the circuit shown in FIG. 2A in the state I. Figure 2 (c)
Is an equivalent circuit of the circuit shown in FIG. 2A in the state II.
【0033】図2の(b)に示すように、状態Iにおいて
は、ノード211はLレベルである。状態Iにおいて、
キャパシタ212の一端が接続されているノード211
は、グラウンドに接続されており、キャパシタ212の
他端は、電圧発生器214に接続されている。その結
果、キャパシタ212は、電圧発生器214の電圧Vd
dによって充電される。状態Iにおいて、メインスイッ
チング素子220のゲートであるノード221はグラウ
ンドに接続されるので、メインスイッチング素子220
のゲートの電荷が放電される。その結果、メインスイッ
チング素子220のターンオフ時間が短縮される。As shown in FIG. 2B, in the state I, the node 211 is at L level. In state I,
A node 211 to which one end of the capacitor 212 is connected
Is connected to the ground, and the other end of the capacitor 212 is connected to the voltage generator 214. As a result, the capacitor 212 receives the voltage Vd of the voltage generator 214.
It is charged by d. In the state I, since the node 221 which is the gate of the main switching element 220 is connected to the ground, the main switching element 220
The gate charge is discharged. As a result, the turn-off time of the main switching element 220 is shortened.
【0034】図2の(c)に示すように、状態IIにおい
ては、ノード211は、Hレベルである。状態IIにお
いて、キャパシタ212の一端が接続されているノード
211は、電源電圧であるVddにプルアップされてお
り、キャパシタ212の他端は、ノード221に接続さ
れている。その結果、メインスイッチング素子220の
ゲートであるノード221には、電圧(Vdd+Vov
1)が供給される。ここでVov1は、正の電圧であ
り、電圧発生器214によって供給される電圧およびメ
インスイッチング素子220のゲート−ソース間容量に
よって決まる。キャパシタ212のキャパシタンスおよ
びメインスイッチング素子220のゲート−ソース間容
量を、それぞれC212およびCgsとするとき、C2
12>>Cgsであることが好ましい。As shown in FIG. 2C, in the state II, the node 211 is at the H level. In the state II, the node 211 to which one end of the capacitor 212 is connected is pulled up to Vdd which is the power supply voltage, and the other end of the capacitor 212 is connected to the node 221. As a result, the voltage (Vdd + Vov) is applied to the node 221 which is the gate of the main switching element 220.
1) is supplied. Here, Vov1 is a positive voltage and is determined by the voltage supplied by the voltage generator 214 and the gate-source capacitance of the main switching element 220. When the capacitance of the capacitor 212 and the gate-source capacitance of the main switching element 220 are C212 and Cgs, respectively, C2
It is preferable that 12 >> Cgs.
【0035】図3は、NチャネルFETおよびPチャネ
ルFETを用いて実現した本発明の論理回路の第1の実
施例の回路図である。電圧変換器310およびメインス
イッチング素子320は、それぞれ電圧変換器210お
よびメインスイッチング素子220に対応する。インバ
ータ330は、ノード301において与えられる電圧を
反転してノード302に出力する。すなわち、ノード3
01がHレベルのとき、ノード302はLレベルであ
り、ノード301がLレベルのとき、ノード302はH
レベルである。キャパシタ312および電圧発生器31
4は、それぞれキャパシタ212および電圧発生器21
4に対応する。FET332および334は、スイッチ
S20の機能を実現し、FET336は、スイッチS2
1の機能を実現する。メインスイッチング素子320
は、メインスイッチング素子220に対応しており、ノ
ード304、322および323は、それぞれノード2
21、222および223に対応する。図3の論理回路
は、インバータ330のために、ノード301がHレベ
ルのときにメインスイッチング素子320はオフ状態で
あり、ノード301がLレベルのときにメインスイッチ
ング素子320はオン状態になる(すなわちノード30
1の論理が反転される)点を除いて、図2を参照して説
明したのと同様に動作する。すなわち図3のノード30
2は、図2のノード211に対応する。これは、以下の
すべての実施例についていえる。ここでインバータを用
いること自体は本発明の本質ではなく、電圧変換器のス
イッチング素子を所定の位相でスイッチングさせるため
にインバータが必要となるだけである。FIG. 3 is a circuit diagram of a first embodiment of a logic circuit of the present invention realized by using an N channel FET and a P channel FET. The voltage converter 310 and the main switching element 320 correspond to the voltage converter 210 and the main switching element 220, respectively. Inverter 330 inverts the voltage applied at node 301 and outputs it to node 302. That is, node 3
When 01 is H level, the node 302 is L level, and when node 301 is L level, the node 302 is H level.
Level. Capacitor 312 and voltage generator 31
4 is a capacitor 212 and a voltage generator 21 respectively.
Corresponds to 4. The FETs 332 and 334 realize the function of the switch S20, and the FET 336 controls the switch S2.
1 function is realized. Main switching element 320
Corresponds to the main switching element 220, and nodes 304, 322 and 323 are respectively connected to node 2
21, 222 and 223. In the logic circuit of FIG. 3, because of the inverter 330, the main switching element 320 is in the off state when the node 301 is at the H level, and the main switching element 320 is in the on state when the node 301 is at the L level (that is, Node 30
Except that the logic of 1 is inverted) operates in the same manner as described with reference to FIG. That is, the node 30 of FIG.
2 corresponds to the node 211 in FIG. This is true for all the examples below. The use of the inverter here is not the essence of the present invention, and only the inverter is required to switch the switching elements of the voltage converter in a predetermined phase.
【0036】図4は、状態Iおよび状態IIにおける図
3のノード301〜304の電圧を示す図である。メイ
ンスイッチング素子320のゲートであるノード304
の電圧V304は、状態IIにおいて、(Vdd+Vo
v1)である。この電圧V304によってメインスイッ
チング素子320は、十分にドライブされる。その結
果、ターンオン時間およびターンオン抵抗の減少が可能
となる。FIG. 4 is a diagram showing the voltages of the nodes 301 to 304 in FIG. 3 in the states I and II. The node 304 that is the gate of the main switching element 320
In state II, the voltage V304 of (Vdd + Vo
v1). The main switching element 320 is sufficiently driven by this voltage V304. As a result, turn-on time and turn-on resistance can be reduced.
【0037】ここでメインスイッチング素子320とし
て用いられるNチャネルMOSトランジスタのゲート−
ソース間電圧Vgsとドレイン電流Idとの関係は、次
式で表される。Here, the gate of the N-channel MOS transistor used as the main switching element 320 is
The relationship between the source-to-source voltage Vgs and the drain current Id is expressed by the following equation.
【0038】Id=K(Vgs−Vt)2 ここで、Kは正の定数、VtはNチャネルFETのスレ
ッショルド電圧である。今後、LSI(大規模集積回
路)の動作電圧は、信頼性や消費電力の低減のためにま
すます低下することが予想される。ここで電源電圧Vd
dを1.0V、Vtを0.35Vとし、電圧発生器31
4は、電源電圧Vddを供給すると仮定する。本発明に
よる論理回路のメインスイッチング素子320のドレイ
ン電流の、従来技術による論理回路におけるドレイン電
流に対する比は、以下のようになる。Id = K (Vgs-Vt) 2 where K is a positive constant and Vt is the threshold voltage of the N-channel FET. In the future, it is expected that the operating voltage of LSI (Large Scale Integrated Circuit) will decrease more and more due to the reduction of reliability and power consumption. Power supply voltage Vd
When d is 1.0 V and Vt is 0.35 V, the voltage generator 31
4 is assumed to supply the power supply voltage Vdd. The ratio of the drain current of the main switching device 320 of the logic circuit according to the present invention to the drain current of the logic circuit according to the prior art is as follows.
【0039】 (1.0+1.0−0.35)2/(1.0−0.35)2=6.44 この式からわかるように、本発明によれば、メインスイ
ッチング素子320のドレイン電流を増加させることが
でき、より高速な動作が可能になる。(1.0 + 1.0−0.35) 2 /(1.0−0.35) 2 = 6.44 As can be seen from this equation, according to the present invention, the drain current of the main switching element 320 can be increased, Higher speed operation becomes possible.
【0040】図5の(a)は、図2の(a)に示す回路のNチ
ャネルFETであるメインスイッチング素子220の代
わりにPチャネルFETを用いた論理回路の回路図であ
り、図5の(b)は、図5の(a)の回路における2つのスイ
ッチをFETによって実現した論理回路の回路図であ
る。電圧変換器510およびメインスイッチング素子5
20は、それぞれ電圧変換器210およびメインスイッ
チング素子220に対応する。ノード511、521〜
523は、それぞれノード211、221〜223に対
応する。スイッチS50およびS51、キャパシタ51
2、電圧発生器514は、それぞれスイッチS20およ
びS21、キャパシタ212、電圧発生器214に対応
する。電源516は、メインスイッチング素子520を
介してノード523に出力電圧を供給する。電圧発生器
514は、電源516が供給する電圧と同じVddを供
給するが、この電圧値には限られない。FIG. 5A is a circuit diagram of a logic circuit in which a P-channel FET is used instead of the main switching element 220 which is the N-channel FET of the circuit shown in FIG. 5B is a circuit diagram of a logic circuit in which two switches in the circuit of FIG. 5A are realized by FETs. Voltage converter 510 and main switching element 5
20 corresponds to the voltage converter 210 and the main switching element 220, respectively. Nodes 511, 521-
Reference numeral 523 corresponds to the nodes 211 and 221-223, respectively. Switches S50 and S51, capacitor 51
2. The voltage generator 514 corresponds to the switches S20 and S21, the capacitor 212, and the voltage generator 214, respectively. The power supply 516 supplies an output voltage to the node 523 via the main switching element 520. The voltage generator 514 supplies the same Vdd as the voltage supplied by the power supply 516, but is not limited to this voltage value.
【0041】図5の(a)に示す回路の動作を説明する。
状態IにおいてスイッチS50は、接点C1が接点C2
に接続されるように設定され、状態IIにおいてスイッ
チS50は、接点C1が接点C3に接続されるように設
定される。状態IにおいてスイッチS51は、接点C1
が接点C2に接続されるように設定され、状態IIにお
いてスイッチS51は、接点C1が接点C2に接続され
ないように設定される。状態Iにおいて、ノード511
に接続されたキャパシタ512の端子はHレベルであ
り、スイッチS50の接点C1に接続されたキャパシタ
512の端子はグラウンドレベルである。よって状態I
において、キャパシタ512は充電される。いっぽうメ
インスイッチング素子520のゲート(つまりノード5
21)は、Hレベルに設定される。The operation of the circuit shown in FIG. 5A will be described.
In the state I, the switch S50 has the contact C1 and the contact C2.
, And in state II, switch S50 is set so that contact C1 is connected to contact C3. In state I, switch S51 has contact C1
Is set to be connected to the contact C2, and in the state II, the switch S51 is set so that the contact C1 is not connected to the contact C2. In state I, node 511
The terminal of the capacitor 512 connected to is at H level, and the terminal of the capacitor 512 connected to the contact C1 of the switch S50 is at ground level. Therefore state I
At, the capacitor 512 is charged. On the other hand, the gate of the main switching element 520 (that is, the node 5
21) is set to the H level.
【0042】状態IIにおいて、ノード511はLレベ
ルになり、キャパシタ512のいっぽうの端子はノード
521に接続される。その結果、ノード521には、−
Vov1(Vov1は正の電圧)の電圧が供給される。In the state II, the node 511 becomes L level, and the other terminal of the capacitor 512 is connected to the node 521. As a result, the node 521 has −
A voltage of Vov1 (Vov1 is a positive voltage) is supplied.
【0043】図5の(b)において、FET550は、ス
イッチS51に対応し、FET551および552は、
スイッチS50に対応する。例えばFET550のゲー
トに与えられる信号「Dバー」は、信号Dの反転を表
す。図5の(b)に示す回路は、図3の回路に相補的な回
路であり、その動作も図3の回路の動作と同様である。In FIG. 5B, the FET 550 corresponds to the switch S51, and the FETs 551 and 552 are
Corresponds to the switch S50. For example, the signal “D bar” applied to the gate of FET 550 represents the inversion of signal D. The circuit shown in (b) of FIG. 5 is a circuit complementary to the circuit of FIG. 3, and its operation is similar to that of the circuit of FIG.
【0044】(実施例2)図6の(a)〜(c)は、本発明に
よる論理回路の第2の実施例の回路図である。第2の実
施例の論理回路は、上述のタイプ2に分類される。(Embodiment 2) FIGS. 6A to 6C are circuit diagrams of a second embodiment of the logic circuit according to the present invention. The logic circuit of the second embodiment is classified into the type 2 described above.
【0045】以下に図6の(a)に示す論理回路の動作を
説明する。図6の(a)の論理回路は、電圧変換器610
およびメインスイッチング素子620を備えている。ノ
ード611は、外部から入力信号を受け取ることによっ
て、HレベルまたはLレベルに設定される。状態Iにお
いて、電圧変換器610は、ノード611に供給された
電圧0Vよりも低い電圧−Vov2をノード621に出
力する。その結果、メインスイッチング素子620のス
イッチング特性が改善される。メインスイッチング素子
620としてはMOS(metal-oxide-semiconductor)
FETが用いられており、ノード621、622および
623は、それぞれゲート、ドレインおよびソースであ
る。The operation of the logic circuit shown in FIG. 6A will be described below. The logic circuit shown in FIG. 6A has a voltage converter 610.
And a main switching element 620. Node 611 is set to H level or L level by receiving an input signal from the outside. In the state I, the voltage converter 610 outputs to the node 621 a voltage −Vov2 lower than the voltage 0 V supplied to the node 611. As a result, the switching characteristics of the main switching element 620 are improved. MOS (metal-oxide-semiconductor) is used as the main switching element 620.
FETs are used and nodes 621, 622 and 623 are the gate, drain and source, respectively.
【0046】電圧変換器610は、スイッチS60およ
びS61、およびキャパシタ612を有する。スイッチ
S60およびS61は、複数のFETで実現することが
できる。第2の実施例では、スイッチS60の接点C3
は、グラウンドに接続されているが、接点C3に与えら
れる電圧値はこれには限られない。しかし後述する動作
からわかるように、接点C3はグラウンドに接続される
ことが好ましい。Voltage converter 610 has switches S60 and S61, and capacitor 612. The switches S60 and S61 can be realized by a plurality of FETs. In the second embodiment, the contact C3 of the switch S60
Is connected to the ground, but the voltage value applied to the contact C3 is not limited to this. However, as can be seen from the operation described below, the contact C3 is preferably connected to the ground.
【0047】状態IにおいてスイッチS60は、接点C
1が接点C2に接続されるように設定され、状態IIに
おいてスイッチS60は、接点C1が接点C3に接続さ
れるように設定される。状態IにおいてスイッチS61
は、接点C1が接点C2に接続されないように設定さ
れ、状態IIにおいてスイッチS61は、接点C1が接
点C2に接続されるように設定される。よって図6の
(a)は、状態Iを示している。図6の(b)は、状態Iにお
ける図6の(a)に示す回路の等価回路である。図6の(c)
は、状態IIにおける図6の(a)に示す回路の等価回路
である。In state I, switch S60 has contact C
1 is set to connect to contact C2, and in state II switch S60 is set to connect contact C1 to contact C3. In state I, switch S61
Is set so that the contact C1 is not connected to the contact C2, and in the state II, the switch S61 is set so that the contact C1 is connected to the contact C2. Therefore, in FIG.
(a) shows the state I. FIG. 6B is an equivalent circuit of the circuit shown in FIG. 6A in the state I. Figure 6 (c)
Is an equivalent circuit of the circuit shown in FIG. 6A in the state II.
【0048】図6の(b)に示すように、状態Iにおいて
は、ノード611は、Lレベルである。状態Iにおい
て、キャパシタ612の一端が接続されているノード6
11は、グラウンドレベルである0Vにプルダウンされ
ており、キャパシタ612の他端は、ノード621に接
続されている。その結果、メインスイッチング素子62
0のゲートであるノード621には、電圧−Vov2が
供給される。ここでVov2は、正の電圧であり、ノー
ド611に供給される電圧およびメインスイッチング素
子620のゲート−ソース間容量によって決まる。キャ
パシタ612のキャパシタンスおよびメインスイッチン
グ素子620のゲート−ソース間容量を、それぞれC6
12およびCgsとするとき、C612>>Cgsであ
ることが好ましい。As shown in FIG. 6B, in the state I, the node 611 is at the L level. In the state I, the node 6 to which one end of the capacitor 612 is connected
11 is pulled down to 0V which is the ground level, and the other end of the capacitor 612 is connected to the node 621. As a result, the main switching element 62
The voltage -Vov2 is supplied to the node 621 which is the gate of 0. Here, Vov2 is a positive voltage and is determined by the voltage supplied to the node 611 and the gate-source capacitance of the main switching element 620. The capacitance of the capacitor 612 and the gate-source capacitance of the main switching element 620 are C6 and C6, respectively.
When 12 and Cgs, it is preferable that C612 >> Cgs.
【0049】図6の(c)に示すように、状態IIにおい
て、キャパシタ612の一端が接続されているノード6
11は、Hレベル(つまりVddレベル)であり、キャ
パシタ612の他端は、グラウンドに接続されている。
その結果、キャパシタ612は、ノード611に接続さ
れた外部から供給される電圧Vddによって充電され
る。As shown in FIG. 6C, in the state II, the node 6 to which one end of the capacitor 612 is connected.
11 is an H level (that is, Vdd level), and the other end of the capacitor 612 is connected to the ground.
As a result, the capacitor 612 is charged by the externally supplied voltage Vdd connected to the node 611.
【0050】図7は、NチャネルFETおよびPチャネ
ルFETを用いて実現した本発明の論理回路の第2の実
施例の回路図である。電圧変換器710およびメインス
イッチング素子720は、それぞれ電圧変換器610お
よびメインスイッチング素子620に対応する。インバ
ータ730は、ノード701において与えられる電圧を
反転してノード702に出力する。すなわち、ノード7
01がHレベルのとき、ノード702はLレベルであ
り、ノード701がLレベルのとき、ノード702はH
レベルである。キャパシタ712は、キャパシタ612
に対応する。FET732および734は、スイッチS
60の機能を実現し、FET736は、スイッチS61
の機能を実現する。メインスイッチング素子720は、
メインスイッチング素子620に対応しており、ノード
704、722および723は、それぞれノード62
1、622および623に対応する。図7の論理回路
は、図6を参照して説明したのと同様に動作する。FIG. 7 is a circuit diagram of a second embodiment of the logic circuit of the present invention realized by using an N channel FET and a P channel FET. The voltage converter 710 and the main switching element 720 correspond to the voltage converter 610 and the main switching element 620, respectively. Inverter 730 inverts the voltage applied at node 701 and outputs it to node 702. That is, node 7
When 01 is at H level, the node 702 is at L level, and when the node 701 is at L level, the node 702 is at H level.
Level. The capacitor 712 is the capacitor 612.
Corresponding to FETs 732 and 734 are switches S
60 function is realized, and the FET 736 switches the switch S61.
Implement the function of The main switching element 720 is
Corresponding to the main switching element 620, nodes 704, 722 and 723 are respectively connected to node 62.
Corresponding to 1, 622 and 623. The logic circuit of FIG. 7 operates in the same manner as described with reference to FIG.
【0051】図8は、状態Iおよび状態IIにおける図
7のノード701〜704の電圧を示す図である。メイ
ンスイッチング素子720のゲートであるノード704
の電圧V704は、状態Iにおいて、−Vov2であ
る。この電圧V704によってメインスイッチング素子
720は、十分にカットオフされる。その結果、ターン
オフ時間の減少およびターンオフ抵抗の増大が可能とな
る。FIG. 8 is a diagram showing voltages at the nodes 701 to 704 in FIG. 7 in the states I and II. The node 704 which is the gate of the main switching element 720
In the state I, the voltage V704 is −Vov2. The main switching element 720 is sufficiently cut off by this voltage V704. As a result, it is possible to reduce the turn-off time and increase the turn-off resistance.
【0052】(実施例3)図9の(a)〜(c)は、本発明に
よる論理回路の第3の実施例の回路図である。第3の実
施例の論理回路は、上述のタイプ3に分類される。(Embodiment 3) FIGS. 9A to 9C are circuit diagrams of a third embodiment of the logic circuit according to the present invention. The logic circuit of the third embodiment is classified into the above-mentioned type 3.
【0053】以下に図9の(a)に示す論理回路の動作を
説明する。図9の(a)の論理回路は、電圧変換器910
およびメインスイッチング素子920を備えている。ノ
ード911は、外部から入力信号を受け取ることによっ
て、HレベルまたはLレベルに設定される。状態Iにお
いて、電圧変換器910は、ノード911に供給された
電圧0Vよりも低い電圧−Vov2をノード921に出
力する。状態IIにおいて、電圧変換器910は、ノー
ド911に供給された電圧Vddよりも高い電圧(Vd
d+Vov1)をノード921に出力する。その結果、
メインスイッチング素子920のスイッチング特性が改
善される。メインスイッチング素子920としてはMO
S(metal-oxide-semiconductor)FETが用いられて
おり、ノード921、922および923は、それぞれ
ゲート、ドレインおよびソースである。The operation of the logic circuit shown in FIG. 9A will be described below. The logic circuit shown in FIG. 9A has a voltage converter 910.
And a main switching element 920. Node 911 is set to H level or L level by receiving an input signal from the outside. In the state I, the voltage converter 910 outputs the voltage −Vov2, which is lower than the voltage 0V supplied to the node 911, to the node 921. In state II, the voltage converter 910 has a voltage (Vd) higher than the voltage Vdd supplied to the node 911.
d + Vov1) is output to the node 921. as a result,
The switching characteristics of the main switching element 920 are improved. MO as the main switching element 920
An S (metal-oxide-semiconductor) FET is used, and nodes 921, 922 and 923 are a gate, a drain and a source, respectively.
【0054】電圧変換器910は、スイッチS90およ
びS91、電圧発生器914およびキャパシタ912お
よび913を有する。スイッチS90およびS91は、
複数のFETで実現することができる。第3の実施例で
は電圧発生器914として電源電圧Vddを用いるが、
電圧発生器914が供給する電圧値はこれには限られな
い。また第3の実施例では電圧発生器914として、外
部に設けられた電源を用いるがこれには限られない。例
えば、強誘電体材料を用いたキャパシタを電圧発生器9
14として用いてもよい。Voltage converter 910 has switches S90 and S91, a voltage generator 914 and capacitors 912 and 913. The switches S90 and S91 are
It can be realized by a plurality of FETs. Although the power supply voltage Vdd is used as the voltage generator 914 in the third embodiment,
The voltage value supplied by the voltage generator 914 is not limited to this. Further, in the third embodiment, an external power supply is used as the voltage generator 914, but the invention is not limited to this. For example, a capacitor using a ferroelectric material may be used as a voltage generator 9
It may be used as 14.
【0055】状態IにおいてスイッチS90は、接点C
1が接点C2に接続されるように設定され、状態IIに
おいてスイッチS90は、接点C1が接点C3に接続さ
れるように設定される。状態IにおいてスイッチS91
は、接点C1が接点C2に接続されるように設定され、
状態IIにおいてスイッチS91は、接点C1が接点C
3に接続されるように設定される。よって図9の(a)
は、状態Iを示している。図9の(b)は、状態Iにおけ
る図9の(a)に示す回路の等価回路である。図9の(c)
は、状態IIにおける図9の(a)に示す回路の等価回路
である。In state I, switch S90 has contact C
1 is set to connect to contact C2, and in state II switch S90 is set to connect contact C1 to contact C3. Switch S91 in state I
Is set so that the contact C1 is connected to the contact C2,
In state II, the switch S91 has the contact C1 at the contact C.
3 is set to be connected. Therefore, in (a) of FIG.
Indicates state I. FIG. 9B is an equivalent circuit of the circuit shown in FIG. 9A in the state I. Figure 9 (c)
Is an equivalent circuit of the circuit shown in FIG. 9A in state II.
【0056】図9の(b)に示すように、状態Iにおいて
は、ノード911はLレベルである。状態Iにおいて、
キャパシタ912の一端が接続されているノード911
は、グラウンドに接続されており、キャパシタ912の
他端は、電圧発生器914に接続されている。その結
果、キャパシタ912は、電圧発生器914の電圧Vd
dによって充電される。状態Iにおいて、メインスイッ
チング素子920のゲートであるノード921は、キャ
パシタ913を介してグラウンドに接続される。キャパ
シタ913は、後述するように状態IIにおいて充電さ
れているのでVov2なる電圧をノード911および9
21の間に供給する。よって、ノード921の電圧は、
−Vov2である。ここでVov2は、正の電圧であ
り、ノード911に供給される電圧(つまりVdd)お
よびメインスイッチング素子920のゲート−ソース間
容量によって決まる。キャパシタ913のキャパシタン
スおよびメインスイッチング素子920のゲート−ソー
ス間容量を、それぞれC913およびCgsとすると
き、C913>>Cgsであることが好ましい。As shown in FIG. 9B, in the state I, the node 911 is at the L level. In state I,
A node 911 to which one end of the capacitor 912 is connected
Are connected to the ground, and the other end of the capacitor 912 is connected to the voltage generator 914. As a result, the capacitor 912 causes the voltage Vd of the voltage generator 914 to increase.
It is charged by d. In the state I, the node 921, which is the gate of the main switching element 920, is connected to the ground via the capacitor 913. Since the capacitor 913 is charged in the state II as described later, the voltage Vov2 is applied to the nodes 911 and 9
Supply during 21. Therefore, the voltage of the node 921 is
-Vov2. Here, Vov2 is a positive voltage and is determined by the voltage supplied to the node 911 (that is, Vdd) and the gate-source capacitance of the main switching element 920. When the capacitance of the capacitor 913 and the gate-source capacitance of the main switching element 920 are C913 and Cgs, respectively, it is preferable that C913 >> Cgs.
【0057】図9の(c)に示すように、状態IIにおい
ては、ノード911はHレベルである。状態IIにおい
て、キャパシタ913の一端が接続されているノード9
11は、電源電圧Vdd受け取り、キャパシタ913の
他端は、グラウンドに接続されている。その結果、キャ
パシタ913は、電源電圧Vddによって充電される。
状態IIにおいて、メインスイッチング素子920のゲ
ートであるノード921は、キャパシタ912を介して
ノード911に接続される。キャパシタ912は、前述
したように状態Iにおいて充電されているのでVov1
なる電圧をノード911および921の間に供給する。
よって、ノード921の電圧は、(Vdd+Vov1)
である。ここでVov1は、正の電圧であり、電圧発生
器914によって供給される電圧(つまりVdd)およ
びメインスイッチング素子920のゲート−ソース間容
量によって決まる。キャパシタ912のキャパシタンス
およびメインスイッチング素子920のゲート−ソース
間容量を、それぞれC912およびCgsとするとき、
C912>>Cgsであることが好ましい。As shown in FIG. 9C, in the state II, the node 911 is at the H level. In state II, node 9 to which one end of capacitor 913 is connected
11 receives the power supply voltage Vdd, and the other end of the capacitor 913 is connected to the ground. As a result, the capacitor 913 is charged by the power supply voltage Vdd.
In the state II, the node 921 which is the gate of the main switching element 920 is connected to the node 911 via the capacitor 912. Since the capacitor 912 is charged in the state I as described above, Vov1
Is applied between nodes 911 and 921.
Therefore, the voltage of the node 921 is (Vdd + Vov1)
It is. Here, Vov1 is a positive voltage, and is determined by the voltage (that is, Vdd) supplied by the voltage generator 914 and the gate-source capacitance of the main switching element 920. When the capacitance of the capacitor 912 and the gate-source capacitance of the main switching element 920 are C912 and Cgs, respectively,
It is preferable that C912 >> Cgs.
【0058】図10は、NチャネルFETおよびPチャ
ネルFETを用いて実現した本発明の論理回路の第3の
実施例の回路図である。電圧変換器1010およびメイ
ンスイッチング素子1020は、それぞれ電圧変換器9
10およびメインスイッチング素子920に対応する。
インバータ1030は、ノード1001において与えら
れる電圧を反転してノード1002に出力する。すなわ
ち、ノード1001がHレベルのとき、ノード1002
はLレベルであり、ノード1001がLレベルのとき、
ノード1002はHレベルである。キャパシタ1012
および1013、および電圧発生器1014は、それぞ
れキャパシタ912および913、および電圧発生器9
14に対応する。FET1032および1034は、ス
イッチS90の機能を実現し、FET1033および1
036は、スイッチS91の機能を実現する。メインス
イッチング素子1020は、メインスイッチング素子9
20に対応しており、ノード1005、1022および
1023は、それぞれノード921、922および92
3に対応する。図10の論理回路は、図9を参照して説
明したのと同様に動作する。FIG. 10 is a circuit diagram of a third embodiment of the logic circuit of the present invention realized by using an N channel FET and a P channel FET. The voltage converter 1010 and the main switching element 1020 are the voltage converter 9 and the voltage converter 9 respectively.
10 and the main switching element 920.
Inverter 1030 inverts the voltage applied at node 1001 and outputs the inverted voltage to node 1002. That is, when the node 1001 is at the H level, the node 1002
Is at the L level, and when the node 1001 is at the L level,
The node 1002 is at the H level. Capacitor 1012
And 1013, and voltage generator 1014 are capacitors 912 and 913, and voltage generator 9 respectively.
14 corresponds to. FETs 1032 and 1034 realize the function of the switch S90, and FETs 1033 and 1
036 realizes the function of the switch S91. The main switching element 1020 is the main switching element 9
20 and nodes 1005, 1022 and 1023 are connected to nodes 921, 922 and 92, respectively.
Corresponds to 3. The logic circuit of FIG. 10 operates in the same manner as described with reference to FIG.
【0059】図11は、状態Iおよび状態IIにおける
図10のノード1001〜1005の電圧を示す図であ
る。メインスイッチング素子1020のゲートであるノ
ード1005の電圧V1005は、状態Iにおいて、−
Vov2であり、状態IIにおいて、(Vdd+Vov
1)である。これにより、メインスイッチング素子は、
十分にドライブされ、かつ十分にカットオフされる。こ
の電圧V1005によってメインスイッチング素子10
20は、ターンオン時間およびターンオフ時間の減少と
ともに、ターンオン抵抗の減少とターンオフ抵抗の増大
が可能となる。FIG. 11 is a diagram showing the voltages of the nodes 1001 to 1005 of FIG. 10 in the states I and II. In the state I, the voltage V1005 of the node 1005 which is the gate of the main switching element 1020 is −
Vov2, and in state II, (Vdd + Vov
1). As a result, the main switching element
Well driven and well cut off. This voltage V1005 causes the main switching element 10 to
In the case of 20, the turn-on time and the turn-off time can be reduced, and the turn-on resistance and the turn-off resistance can be increased.
【0060】図12は、図10のメインスイッチング素
子1020の代わりに用いるのに適した構成の回路図で
ある。ノード1205は、ノード1005に対応し、電
圧変換器1010からの出力を受け取る。ノード122
5は、電源電圧Vddにプルアップされている。FET
1220および1221は、交互にターンオンすること
によって、ノード1222の電圧を変化させる。すなわ
ち、ノード1205がHレベルのときは、FET122
0がオフし、FET1221がオンすることによって、
ノード1222は、Lレベルになる。ノード1205が
Lレベルのときは、FET1220がオンし、FET1
221がオフすることによって、ノード1222は、H
レベルになる。第3の実施例の論理回路の電圧変換器
は、状態Iにおいては−Vov2(<0)を出力し、お
よび状態IIにおいては(Vdd+Vov1)(>Vd
d)を出力する。その結果、図12に示す相補的なFE
Tを直列に接続した構成をもつメインスイッチング素子
を効率よくドライブすることができる。FIG. 12 is a circuit diagram of a structure suitable for use in place of the main switching element 1020 of FIG. Node 1205 corresponds to node 1005 and receives the output from voltage converter 1010. Node 122
5 is pulled up to the power supply voltage Vdd. FET
1220 and 1221 change the voltage at node 1222 by alternately turning on. That is, when the node 1205 is at the H level, the FET 122
By turning off 0 and turning on the FET 1221,
The node 1222 becomes L level. When the node 1205 is at L level, the FET 1220 turns on and the FET 1
When the node 221 turns off, the node 1222 changes to H
Become a level. The voltage converter of the logic circuit of the third embodiment outputs -Vov2 (<0) in the state I and (Vdd + Vov1) (> Vd in the state II).
d) is output. As a result, the complementary FE shown in FIG.
The main switching element having a configuration in which Ts are connected in series can be efficiently driven.
【0061】再び図9の(a)を参照すれば、電圧発生器
914は電源電圧Vddを発生し、ノード911のHレ
ベルも電源電圧Vddに等しいとしている。したがっ
て、キャパシタ912および913は、電圧Vddによ
って充電されるがこの電圧値には限られない。制御端子
により高い電圧を加えてメインスイッチング素子をオー
バドライブするには、電圧発生器914の発生する電圧
は高いことが好ましい。また、スイッチS91の接点C
3は、グラウンドに接続されているが、グラウンドレベ
ルとは異なる電圧を設定されてもよい。メインスイッチ
ング素子をより深くカットオフするためには、接点C3
は、グラウンドレベルよりさらに低い電圧を供給される
のが好ましい。Referring again to FIG. 9A, the voltage generator 914 generates the power supply voltage Vdd, and the H level of the node 911 is also equal to the power supply voltage Vdd. Therefore, the capacitors 912 and 913 are charged by the voltage Vdd, but are not limited to this voltage value. In order to apply a higher voltage to the control terminal to overdrive the main switching element, it is preferable that the voltage generated by the voltage generator 914 is high. Also, the contact C of the switch S91
Although 3 is connected to the ground, a voltage different from the ground level may be set. To cut off the main switching element deeper, contact C3
Are preferably supplied with a voltage even below ground level.
【0062】(実施例4)図13は、本発明の論理回路
の第4の実施例の回路図である。第4の実施例は、第1
の実施例および第2の実施例の構成を含む。まず電圧変
換器1310およびFET1331の動作を説明する。
FET1331がオフの状態を状態Iとし、FET13
31がオンの状態を状態IIとする。状態Iにおいて、
スイッチ1312は、キャパシタ1311を電圧発生器
1313に接続するように設定され、スイッチ1315
は、FET1331のゲートを電源1380に接続する
ように設定される。状態IIにおいて、スイッチ131
2は、キャパシタ1311をFET1331に接続する
ように設定され、スイッチ1315は、FET1331
のゲートを電源1380に接続しないように設定され
る。その結果、状態Iにおいて、FET1331のゲー
トには、0Vよりも低い電圧が供給される。この電圧
は、実施例2について説明した−Vov2に相当する。(Fourth Embodiment) FIG. 13 is a circuit diagram of a fourth embodiment of the logic circuit according to the present invention. The fourth embodiment is the first
And the configuration of the second embodiment. First, the operations of the voltage converter 1310 and the FET 1331 will be described.
The state in which the FET 1331 is off is set to the state I, and the FET 13
A state in which 31 is on is referred to as a state II. In state I,
Switch 1312 is set to connect capacitor 1311 to voltage generator 1313, and switch 1315
Are set to connect the gate of the FET 1331 to the power supply 1380. In state II, switch 131
2 is set to connect the capacitor 1311 to the FET 1331, and the switch 1315 switches the FET 1331
Is set not to be connected to the power supply 1380. As a result, in the state I, a voltage lower than 0V is supplied to the gate of the FET 1331. This voltage corresponds to −Vov2 described in the second embodiment.
【0063】次に電圧変換器1320およびFET13
32の動作を説明する。FET1332がオフの状態を
状態Iとし、FET1332がオンの状態を状態IIと
する。状態Iにおいて、スイッチ1322は、キャパシ
タ1321を電圧発生器1323に接続するように設定
され、スイッチ1325は、FET1332のゲートを
グラウンドに接続するように設定される。状態IIにお
いて、スイッチ1322は、キャパシタ1321をFE
T1332に接続するように設定され、スイッチ132
5は、FET1332のゲートをグラウンドに接続しな
いように設定される。その結果、状態IIにおいて、F
ET1332のゲートには、電源電圧Vddよりも高い
電圧が供給される。この電圧は、実施例1について説明
した(Vdd+Vov1)に相当する。Next, the voltage converter 1320 and the FET 13
The operation of 32 will be described. A state in which the FET 1332 is off is set as a state I, and a state in which the FET 1332 is on is set as a state II. In state I, switch 1322 is set to connect capacitor 1321 to voltage generator 1323 and switch 1325 is set to connect the gate of FET 1332 to ground. In state II, switch 1322 causes capacitor 1321 to FE.
The switch 132 is set to connect to T1332.
5 is set not to connect the gate of FET 1332 to ground. As a result, in state II, F
A voltage higher than the power supply voltage Vdd is supplied to the gate of the ET1332. This voltage corresponds to (Vdd + Vov1) described in the first embodiment.
【0064】第4の実施例においては、電源電圧Vdd
を供給する電源1380と、電圧発生器1313および
1323とを用いる。電圧発生器1313および132
3は、例えば電圧Vddを発生する。電圧発生器131
3の代わりにグラウンドを、また電圧発生器1323と
して電源1380を用いてもよい。この場合、電圧発生
器1313の負極に接続された接点は、グラウンドに接
続され、電圧発生器1323の正極に接続された接点
は、電源1380の正極に接続される。その結果、1種
類の電源(つまり電源1380)だけしか必要ではな
い。これは、他の実施例についてもあてはまる。In the fourth embodiment, the power supply voltage Vdd
A power supply 1380 for supplying power and voltage generators 1313 and 1323 are used. Voltage generators 1313 and 132
3 generates a voltage Vdd, for example. Voltage generator 131
3 may be used as the ground, and the power supply 1380 may be used as the voltage generator 1323. In this case, the contact connected to the negative electrode of the voltage generator 1313 is connected to the ground, and the contact connected to the positive electrode of the voltage generator 1323 is connected to the positive electrode of the power supply 1380. As a result, only one type of power supply (ie, power supply 1380) is needed. This also applies to the other embodiments.
【0065】ノード1301がHレベルのとき、ノード
1390はLレベルになり、ノード1301がLレベル
のとき、ノード1390はHレベルになる。言い換えれ
ば図13に示す回路は、インバータとして機能する。When the node 1301 is at H level, the node 1390 is at L level, and when the node 1301 is at L level, the node 1390 is at H level. In other words, the circuit shown in FIG. 13 functions as an inverter.
【0066】図14は、図13の回路における4つのス
イッチをFETによって実現した論理回路の回路図であ
る。FET1412および1414は、スイッチ131
2に、FET1422および1424は、スイッチ13
22に対応する。FET1415および1425は、そ
れぞれスイッチ1315および1325に対応する。図
14の回路は、図13の回路について説明したのと同様
に動作する。FIG. 14 is a circuit diagram of a logic circuit in which the four switches in the circuit of FIG. 13 are realized by FETs. FETs 1412 and 1414 are switches 131
2, the FETs 1422 and 1424 are connected to the switch 13
22. FETs 1415 and 1425 correspond to switches 1315 and 1325, respectively. The circuit of FIG. 14 operates in the same manner as described for the circuit of FIG.
【0067】(実施例5)図15は、本発明による論理
回路の第5の実施例の回路図である。図15の回路は、
FET1331および1332がFET1531および
1532によって置き換えられ、ノード1301がノー
ド1501および1502によって置き換えられた点を
除き、図13と同様の構成をもつ。スイッチ1312、
1315、1322および1325は、図13を用いて
説明したのと同様に動作する。(Embodiment 5) FIG. 15 is a circuit diagram of a fifth embodiment of a logic circuit according to the present invention. The circuit of FIG.
It has the same configuration as in FIG. 13 except that the FETs 1331 and 1332 are replaced by the FETs 1531 and 1532, and the node 1301 is replaced by the nodes 1501 and 1502. Switch 1312,
1315, 1322 and 1325 operate in the same manner as described with reference to FIG.
【0068】ノード1502が受け取る入力信号をDと
すると、ノード1501は、Dバーを入力信号として受
け取る。FET1531および1532は、同時にオ
ン、オフし、その結果、ノード1591および1592
の導通状態が変化する。例えばノード1501および1
502が、それぞれLレベルおよびHレベルであると
き、FET1531および1532はともにオン状態で
ある。逆にノード1501および1502が、それぞれ
HレベルおよびLレベルであるとき、FET1531お
よび1532はともにオフ状態である。言い換えれば、
第5の実施例は、本発明による論理回路をトランスファ
ゲートに適用している。When the input signal received by the node 1502 is D, the node 1501 receives D bar as an input signal. FETs 1531 and 1532 turn on and off at the same time, resulting in nodes 1591 and 1592.
The conduction state of changes. For example, nodes 1501 and 1
When 502 is at L level and H level, respectively, both FETs 1531 and 1532 are in the ON state. Conversely, when nodes 1501 and 1502 are at the H level and the L level, respectively, FETs 1531 and 1532 are both off. In other words,
The fifth embodiment applies the logic circuit according to the present invention to a transfer gate.
【0069】図16は、図15の回路における4つのス
イッチをFETによって実現した論理回路の回路図であ
る。図16の回路は、図15の回路について説明したの
と同様に動作する。FIG. 16 is a circuit diagram of a logic circuit in which the four switches in the circuit of FIG. 15 are realized by FETs. The circuit of FIG. 16 operates in the same manner as described for the circuit of FIG.
【0070】(実施例6)図17は、本発明による論理
回路の第6の実施例の回路図である。図17の論理回路
は、図10を参照して説明した第3の実施例における電
圧変換器1010によって、FET1731および17
32をドライブする。ノード1701がLレベルのと
き、ノード1705および1706は、それぞれ(Vd
d+Vov1)および−Vov2となり、その結果、ノ
ード1791および1792は導通する。ノード170
1がHレベルのとき、ノード1705および1706
は、それぞれ−Vov2および(Vdd+Vov1)と
なり、その結果、ノード1791および1792は非導
通になる。(Embodiment 6) FIG. 17 is a circuit diagram of a sixth embodiment of a logic circuit according to the present invention. The logic circuit shown in FIG. 17 is obtained by using the voltage converter 1010 in the third embodiment described with reference to FIG.
Drive 32. When the node 1701 is at the L level, the nodes 1705 and 1706 are (Vd
d + Vov1) and -Vov2, resulting in nodes 1791 and 1792 conducting. Node 170
When 1 is at H level, nodes 1705 and 1706
Becomes -Vov2 and (Vdd + Vov1), respectively, and as a result, nodes 1791 and 1792 become non-conductive.
【0071】第6の実施例によれば、FET1731お
よび1732がオフであるときに、その制御端子である
ノード1705および1706に−Vov2および(V
dd+Vov1)をそれぞれ与えることができる。これ
により、FET1731および1732は、完全にター
ンオフさせることができる。またVtが低いFETを用
いることができ、動作電圧を低くすることができる。According to the sixth embodiment, when the FETs 1731 and 1732 are off, -Vov2 and (V
dd + Vov1) can be given respectively. This allows the FETs 1731 and 1732 to be completely turned off. Further, an FET having a low Vt can be used, and the operating voltage can be lowered.
【0072】(実施例7)図18は、本発明による論理
回路の第7の実施例の回路図である。図18において、
ノード1801および1802は、入力としてD1およ
びD2を受け取り、受け取ったD1およびD2にNAN
D演算を施し、ノード1834にその演算結果を出力す
る。言い換えると、ノード1801および1802がと
もにLレベルであるときだけ、ノード1834は、Hレ
ベルになる。FET1830および1831は、図5の
(b)の電圧変換器によってドライブされる。FET18
32および1833は、図3の電圧変換器によってドラ
イブされる。その結果、メインのスイッチング素子をド
ライブする能力を高めることができ、低い電圧において
高速な動作が可能になる。(Embodiment 7) FIG. 18 is a circuit diagram of a seventh embodiment of a logic circuit according to the present invention. In FIG.
Nodes 1801 and 1802 receive D1 and D2 as inputs and NAN to D1 and D2 that they receive.
D operation is performed and the operation result is output to the node 1834. In other words, node 1834 goes high only when nodes 1801 and 1802 are both low. FETs 1830 and 1831 are shown in FIG.
Driven by the voltage converter in (b). FET 18
32 and 1833 are driven by the voltage converter of FIG. As a result, the ability to drive the main switching element can be enhanced, and high-speed operation can be performed at a low voltage.
【0073】(実施例8)図19は、本発明による論理
回路の第8の実施例の回路図である。第8の実施例の論
理回路の動作を説明する。ノード1901がHレベルの
とき、FET1903はオン状態であり、FET191
3はオフ状態である。したがってこのとき、FET19
15がオン状態であり、FET1905がオフ状態であ
り、その結果ノード1931は、Lレベルになる。電圧
発生器1904が電圧Vsを発生し、電源1981が電
源電圧Vddを供給し、ノード1901には電圧Vdd
が与えられるとすると、キャパシタ1902は、(Vd
d−Vs)なる電圧によって充電される。FET191
5のゲートには、ノード1901の電圧(Hレベル)
と、キャパシタ1912に充電された電荷による電圧
(後述する)との和が与えられる。(Embodiment 8) FIG. 19 is a circuit diagram of an eighth embodiment of a logic circuit according to the present invention. The operation of the logic circuit of the eighth embodiment will be described. When the node 1901 is at the H level, the FET 1903 is in the ON state and the FET 191
3 is an off state. Therefore, at this time, FET19
15 is in the on state and the FET 1905 is in the off state, so that the node 1931 is at the L level. The voltage generator 1904 generates the voltage Vs, the power supply 1981 supplies the power supply voltage Vdd, and the node 1901 receives the voltage Vdd.
Is given, the capacitor 1902 receives (Vd
It is charged by a voltage of d-Vs). FET191
The gate of 5 has a voltage of node 1901 (H level)
And a voltage (described later) due to the charges charged in the capacitor 1912 are given.
【0074】ノード1901がLレベルのとき、FET
1903はオフ状態であり、FET1913はオン状態
である。したがってこのとき、FET1915がオフ状
態であり、FET1905がオン状態であり、その結果
ノード1931は、Hレベルになる。電圧発生器191
4が電圧Vsを発生し、電源1981が電源電圧Vdd
を供給し、ノード1901はグラウンドレベルであると
すると、キャパシタ1912は、−Vsなる電圧によっ
て充電される。FET1905のゲートには、ノード1
901の電圧(Lレベル)と、キャパシタ1902に充
電された電荷による電圧との和が与えられる。When the node 1901 is at the L level, the FET
1903 is in an off state, and FET 1913 is in an on state. Therefore, at this time, the FET 1915 is in the off state and the FET 1905 is in the on state, and as a result, the node 1931 becomes the H level. Voltage generator 191
4 generates the voltage Vs, and the power source 1981 outputs the power source voltage Vdd.
, And node 1901 is at ground level, capacitor 1912 is charged by a voltage of -Vs. The gate of the FET 1905 has a node 1
The sum of the voltage of 901 (L level) and the voltage due to the charges charged in the capacitor 1902 is given.
【0075】上述のいずれの場合もFET1905およ
び1915のうちのオン状態にあるFETのゲートに
は、Vdd以上の電圧が与えられ、FET1905およ
び1915のうちのオフ状態にあるFETのゲートに
は、グラウンドレベル以下の電圧が与えられる。その結
果、低い電圧における動作時に、動作速度を改善するこ
とができる。第8の実施例によれば、回路構成が簡単に
なり、集積回路におけるチップ面積を低減させることが
できる。In any of the above cases, the gate of the FET in the ON state of the FETs 1905 and 1915 is applied with a voltage higher than Vdd, and the gate of the FET in the OFF state of the FETs 1905 and 1915 is connected to the ground. A voltage below the level is applied. As a result, the operating speed can be improved when operating at a low voltage. According to the eighth embodiment, the circuit structure is simplified and the chip area of the integrated circuit can be reduced.
【0076】上述の第1〜第8の実施例の論理回路の電
圧変換器において用いられるFETは、SOIFETで
あることが好ましい。その理由を以下に説明する。図2
0は、NチャネルMOSFETの構造およびその等価回
路を示す図である。図21は、PチャネルMOSFET
の構造およびその等価回路を示す図である。通常のMO
Sトランジスタは、図20および図21に示すように、
ドレインおよびソースとバックゲートとの間には、接合
容量Cjおよびダイオードが形成されている。The FETs used in the voltage converters of the logic circuits of the above-mentioned first to eighth embodiments are preferably SOIFETs. The reason will be described below. FIG.
0 is a diagram showing the structure of an N-channel MOSFET and its equivalent circuit. FIG. 21 shows a P-channel MOSFET
It is a figure which shows the structure and its equivalent circuit. Normal MO
As shown in FIGS. 20 and 21, the S transistor is
A junction capacitance Cj and a diode are formed between the drain and source and the back gate.
【0077】図22の(a)は、図3に示す第1の実施例
の論理回路のうち一部を示す図であり、図22の(b)
は、図22の(a)の等価回路を示す図である。キャパシ
タCcにVddの電圧が印加された後に、キャパシタC
cの端子のうちドットが付されていない端子がVddに
プルアップされるとする。接合容量CjとMOSFET
のゲート容量Cgとによって、電荷が再配分された後の
ゲート電圧Vgを求める。初期状態における電荷Q=V
ddCcは、再配分された後において、キャパシタCc
に蓄えられる電荷(Vg−Vdd)Ccと、容量(Cg
+2Cj)に蓄えられる電荷Vg(Cg+2Cj)との
和に等しい。すなわち、以下の式が得られる。FIG. 22A is a diagram showing a part of the logic circuit of the first embodiment shown in FIG. 3, and FIG.
FIG. 23 is a diagram showing an equivalent circuit of FIG. After the voltage of Vdd is applied to the capacitor Cc, the capacitor Cc
It is assumed that among the terminals of c, the terminals without dots are pulled up to Vdd. Junction capacitance Cj and MOSFET
The gate voltage Vg after the electric charges are redistributed is calculated by the gate capacitance Cg of Charge Q = V in the initial state
After the ddCc is redistributed, the capacitor Cc
Charge (Vg-Vdd) Cc and capacity (Cg
It is equal to the sum of the charge Vg (Cg + 2Cj) stored in + 2Cj). That is, the following equation is obtained.
【0078】VddCc=(Vg−Vdd)Cc+Vg
(Cg+2Cj) この式をVgについて解けば、 Vg=2CcVdd/(Cc+Cg+2Cj) が得られる。すなわちCc>>Cg+2Cjの場合、本
発明の効果が得られる。逆にCc<Cg+2Cjの場合
は、効果が小さい。よって、Cc>>Cg+2Cjにな
るようにCcを設定することが必要である。接合容量C
jは小さいほど、本発明の効果は大きい。VddCc = (Vg-Vdd) Cc + Vg
(Cg + 2Cj) If this equation is solved for Vg, then Vg = 2CcVdd / (Cc + Cg + 2Cj) is obtained. That is, in the case of Cc >> Cg + 2Cj, the effect of the present invention can be obtained. On the contrary, when Cc <Cg + 2Cj, the effect is small. Therefore, it is necessary to set Cc so that Cc >> Cg + 2Cj. Junction capacitance C
The smaller j is, the larger the effect of the present invention is.
【0079】ダイオードの順方向電圧をVfとすると、
Vg≧Vdd+Vfの場合は、寄生ダイオードに電流が
流れ、電圧VgはVg=Vdd+Vfにクランプされ
る。その結果、ゲート電圧Vgをこのクランプされた値
より高くすることができない。When the forward voltage of the diode is Vf,
When Vg ≧ Vdd + Vf, a current flows through the parasitic diode, and the voltage Vg is clamped at Vg = Vdd + Vf. As a result, the gate voltage Vg cannot be made higher than this clamped value.
【0080】SOI構造をもつトランジスタを用いれ
ば、上述の接合容量および寄生ダイオードの問題が解決
される。したがってSOI構造をもつトランジスタは本
発明の効果を最大限にする。図23は、SOI構造をも
つNチャネルトランジスタおよびPチャネルトランジス
タの構造を示す図である。By using the transistor having the SOI structure, the above-mentioned problems of junction capacitance and parasitic diode are solved. Therefore, the transistor having the SOI structure maximizes the effect of the present invention. FIG. 23 is a diagram showing structures of an N-channel transistor and a P-channel transistor having an SOI structure.
【0081】以下に本発明による論理回路が高速動作を
可能にできる理由をさらに詳細に説明する。FETのド
レイン電流Idは、一般に次の式で表される。The reason why the logic circuit according to the present invention can operate at high speed will be described in more detail below. The drain current Id of the FET is generally expressed by the following equation.
【0082】Id=β(Vgs−Vt)α ここでα=1.4〜2.0であり、βは定数、Vgsは
ゲート−ソース間電圧、Vtはスレッショルド電圧であ
る。回路の遅延時間τdは、次式で表される。Id = β (Vgs-Vt) α where α = 1.4 to 2.0, β is a constant, Vgs is a gate-source voltage, and Vt is a threshold voltage. The delay time τd of the circuit is expressed by the following equation.
【0083】τd=γ・CL・Vdd/Id=γ・CL
・Vdd/(β(Vgs−Vt)α) ここでγ=比例定数であり、CL=負荷容量である。Τd = γ · CL · Vdd / Id = γ · CL
Vdd / (β (Vgs-Vt) α ) where γ = proportional constant and CL = load capacitance.
【0084】論理回路を用いるシステムの動作速度が1
/τdに比例すると仮定すれば、システムの速度fは、
次式で表される。なお簡単のため、α=2とする。The operating speed of the system using the logic circuit is 1
Assuming that it is proportional to / τd, the speed f of the system is
It is expressed by the following equation. For simplicity, α = 2.
【0085】f=1/τd=(β/(γ・CL))・
((Vgs/Vdd)2−2Vt(Vgs/Vdd)−
(Vt/Vdd)2) ここでVgs=ηVddであり、η=1+Vov1/V
dd(>1.0)であるとすると、(Vt/Vdd)2
<<1であるから、次式のように表される。F = 1 / τd = (β / (γ · CL))
((Vgs / Vdd) 2 −2Vt (Vgs / Vdd) −
(Vt / Vdd) 2 ) Here, Vgs = ηVdd, and η = 1 + Vov1 / V
If dd (> 1.0), then (Vt / Vdd) 2
Since <<< 1, it is expressed by the following equation.
【0086】f=(β/(γ・CL))・(η2−2V
tη)=β・η(η−2Vt)/(γ・CL) よって、システムの動作速度を高めるには、ηを大きく
し、Vtを小さくすることが必要である。F = (β / (γ · CL)) · (η 2 −2V
t η) = β · η (η−2Vt) / (γ · CL) Therefore, in order to increase the operating speed of the system, it is necessary to increase η and reduce Vt.
【0087】いっぽう、トランジスタがオフ状態におけ
るリーク電流Idleakは、次式で表される。On the other hand, the leak current Ileak when the transistor is off is expressed by the following equation.
【0088】Idleak=λw・10(Vgs-Vt)/S ここでλ=比例定数であり、w=トランジスタのゲート
幅である。Sは、約70mVである。Idleak = λw · 10 (Vgs-Vt) / S where λ = proportional constant and w = transistor gate width. S is about 70 mV.
【0089】ここで、Vgs=0とすると、次式が得ら
れる。Here, when Vgs = 0, the following equation is obtained.
【0090】Idleak=λw・10(-Vt/S) 上式からわかるように、リーク電流Idleakを小さくす
るには、Vtを大きくしなければならない。Ileak = λw · 10 (-Vt / S) As can be seen from the above equation, in order to reduce the leak current Ileak, Vt must be increased.
【0091】本発明においては、電圧変換器によってゲ
ートに印加する電圧を大きくすることによって、ηを大
きくするとともに、通常のVt(0.5V程度)であっ
ても動作速度を向上することができる。またメインスイ
ッチング素子がオフであるときには、ゲートはグラウン
ドレベルであるのでリーク電流を抑えることができる。In the present invention, η can be increased by increasing the voltage applied to the gate by the voltage converter, and the operating speed can be improved even with the normal Vt (about 0.5 V). . Further, when the main switching element is off, the gate is at the ground level, so that the leak current can be suppressed.
【0092】また第3の実施例においては、メインスイ
ッチング素子がオフであるときには、ゲートの電圧は−
Vov2である。このとき、リーク電流Idleakは、λ
w・10(-Vov2-Vt/S)である。その結果、Vtが0.3
5V以下であっても、−Vov2は、約−0.3Vであ
るので、十分にリーク電流Idleakを抑えることができ
る。このことは、より低いVtをもつトランジスタをメ
インスイッチング素子として用いることができることを
意味する。したがって、小さいVtによって増加したド
ライブ電流でメインスイッチング素子をドライブでき、
その結果、本発明による論理回路の動作速度が速くなる
という優れた効果が得られる。Further, in the third embodiment, when the main switching element is off, the gate voltage is-.
It is Vov2. At this time, the leak current Ileak is λ
w · 10 (-Vov2-Vt / S) . As a result, Vt is 0.3
Even if it is 5 V or less, -Vov2 is about -0.3 V, so that the leak current Ileak can be sufficiently suppressed. This means that a transistor with a lower Vt can be used as the main switching element. Therefore, the main switching device can be driven by the drive current increased by the small Vt,
As a result, the excellent effect that the operation speed of the logic circuit according to the present invention is increased can be obtained.
【0093】本発明による論理回路がトランスファゲー
トタイプのスイッチに適用されるときの効果を以下に説
明する。図24の(a)は、トランスファゲートタイプの
スイッチを示す図であり、図24の(b)は、トランスフ
ァゲートのドレイン−ソース間のコンダクタンスGon
をソース電圧Vsの関数として示す図である。図24の
(b)において、VtnおよびVtpは、それぞれNチャ
ネルFETおよびPチャネルFETのスレッショルド電
圧である。トランスファゲートタイプのスイッチは、図
24の(a)に示すように、ソースおよびドレインの電位
が固定されていない。そのため、ソース電圧は、電源電
圧Vddに等しい場合がある。このときFETをターン
オンさせるためには(Vdd+Vt)以上の電圧が必要
であり、通常のロジックゲートよりも高い電圧が必要と
なる。図25は、ソース電圧Vsが低いときのトランス
ファゲートのドレイン−ソース間のコンダクタンスGo
nをソース電圧Vsの関数として示す図である。ソース
電圧Vsが約1.0V程度になると、2つの相補的なF
ETがともにターンオンしない領域が生じる。本発明に
よる論理回路の電圧変換器は、電源電圧Vdd以上の電
圧をメインスイッチング素子のゲートに出力することが
でき、メインスイッチング素子のスレッショルド電圧V
tが低くてもVgsに深い逆バイアスを与えることがで
きる。その結果、低い動作電圧における高速な動作が可
能である。The effects when the logic circuit according to the present invention is applied to a transfer gate type switch will be described below. FIG. 24 (a) is a diagram showing a transfer gate type switch, and FIG. 24 (b) is a transfer gate drain-source conductance Gon.
FIG. 5 is a diagram showing V as a function of source voltage Vs. Of FIG. 24
In (b), Vtn and Vtp are threshold voltages of the N-channel FET and the P-channel FET, respectively. In the transfer gate type switch, the potentials of the source and drain are not fixed, as shown in FIG. Therefore, the source voltage may be equal to the power supply voltage Vdd. At this time, a voltage of (Vdd + Vt) or more is required to turn on the FET, and a voltage higher than that of a normal logic gate is required. FIG. 25 shows the drain-source conductance Go of the transfer gate when the source voltage Vs is low.
FIG. 5 shows n as a function of source voltage Vs. When the source voltage Vs becomes about 1.0 V, two complementary F
There is a region where both ETs do not turn on. The voltage converter of the logic circuit according to the present invention can output a voltage equal to or higher than the power supply voltage Vdd to the gate of the main switching element, and the threshold voltage V of the main switching element.
A deep reverse bias can be applied to Vgs even when t is low. As a result, high-speed operation at a low operating voltage is possible.
【0094】第1〜第8の実施例において、電圧発生器
およびキャパシタとしては、強誘電体材料を用いたキャ
パシタを用いることができる。図26は、強誘電体材料
を絶縁体として用いるキャパシタの分極を印加電圧の関
数として表す図である。強誘電体キャパシタは、図26
に示すような分極特性をもつ。強誘電体キャパシタに印
加される電圧が抗電圧Vcを越えると、自発分極が発生
する。その結果、強誘電体キャパシタは、外部から電圧
を印加されなくても、一定の電圧を保持する。また誘電
率が極めて大きいため、小さな面積で大きな容量を実現
できる。そのため、電荷再配分に伴う電圧のドロップも
少なく、本発明による論理回路に用いれば、効率的な動
作が実現できる。In the first to eighth embodiments, capacitors made of a ferroelectric material can be used as the voltage generator and the capacitors. FIG. 26 is a diagram showing the polarization of a capacitor using a ferroelectric material as an insulator as a function of applied voltage. The ferroelectric capacitor is shown in FIG.
It has polarization characteristics as shown in. When the voltage applied to the ferroelectric capacitor exceeds the coercive voltage Vc, spontaneous polarization occurs. As a result, the ferroelectric capacitor holds a constant voltage even if the voltage is not applied from the outside. Moreover, since the dielectric constant is extremely large, a large capacitance can be realized in a small area. Therefore, there is little voltage drop due to charge redistribution, and efficient operation can be realized when used in the logic circuit according to the present invention.
【0095】以下に図14に示す本発明による論理回路
の性能を従来技術による論理回路と比較して説明する。
図27は、比較される従来技術による論理回路の回路図
である。図28の(a)および(b)は、それぞれ出力信号の
立ち上がりエッジにおける従来技術の論理回路の電圧V
aおよびVcと、本発明の論理回路の電圧VaおよびV
cとを示す図である。図28の(c)および(d)は、それぞ
れ出力信号の立ち下がりエッジにおける従来技術の論理
回路の電圧VbおよびVcと、本発明の論理回路の電圧
VbおよびVcとを示す図である。図28の(a)〜(d)に
おいて、電源電圧Vddは、1.0Vである。図28の
(a)を参照すると、従来技術によれば、メインスイッチ
ング素子のオフ状態において電圧Vaが電源電圧Vdd
よりも約0.1Vだけ低い。その結果、メインスイッチ
ング素子のオフ状態において、リーク電流が流れる。ま
たメインスイッチング素子のオン状態においては、Va
は−0.05Vであるので、ドライブ能力が不足してい
るのがわかる。図28の(a)においては、ゲート遅延時
間は1.2nsである。The performance of the logic circuit according to the present invention shown in FIG. 14 will be described below in comparison with the logic circuit according to the prior art.
FIG. 27 is a circuit diagram of a conventional logic circuit to be compared. 28 (a) and 28 (b) respectively show the voltage V of the conventional logic circuit at the rising edge of the output signal.
a and Vc and the voltages Va and V of the logic circuit of the present invention
It is a figure which shows c. 28 (c) and (d) are diagrams respectively showing the voltages Vb and Vc of the logic circuit of the prior art and the voltages Vb and Vc of the logic circuit of the present invention at the falling edge of the output signal. In FIGS. 28A to 28D, the power supply voltage Vdd is 1.0V. 28
Referring to (a), according to the conventional technique, the voltage Va is equal to the power supply voltage Vdd in the off state of the main switching element.
Lower by about 0.1V. As a result, a leak current flows when the main switching element is off. Further, when the main switching element is in the ON state, Va
Is -0.05V, it can be seen that the drive capacity is insufficient. In FIG. 28A, the gate delay time is 1.2 ns.
【0096】いっぽう図28の(b)を参照すると、本発
明によれば、メインスイッチング素子のオフ状態におい
て、VaはVddに等しい。そのため、リーク電流が流
れない。またメインスイッチング素子のオン状態におい
て、Vaは、−0.3Vであるので、ドライブ能力は向
上している。図28の(b)においては、ゲート遅延時間
は0.9nsである。On the other hand, referring to FIG. 28B, according to the present invention, Va is equal to Vdd in the off state of the main switching element. Therefore, no leak current flows. Further, in the ON state of the main switching element, Va is −0.3V, so the drive capability is improved. In FIG. 28B, the gate delay time is 0.9 ns.
【0097】図28の(c)を参照すると、従来技術にお
いては、メインスイッチング素子のオフ状態において、
Vbが0.1Vであるのでリーク電流が流れる。またメ
インスイッチング素子のオン状態において、VbはVd
dより0.1Vだけ高い。したがってドライブ能力は、
不足している。ゲート遅延時間は1.0nsである。Referring to FIG. 28 (c), in the prior art, when the main switching element is in the off state,
Since Vb is 0.1 V, a leak current flows. When the main switching element is on, Vb is Vd
0.1V higher than d. Therefore, the drive capacity is
It is insufficient. The gate delay time is 1.0 ns.
【0098】いっぽう図28の(d)を参照すると、本発
明によれば、メインスイッチング素子のオフ状態におい
て、Vbは0Vに等しいので、リーク電流は流れない。
メインスイッチング素子のオン状態において、Vbは、
Vddより0.3Vも高い。その結果、ドライブ能力は
大きく向上する。ゲート遅延時間は0.75nsであ
る。On the other hand, referring to FIG. 28 (d), according to the present invention, since Vb is equal to 0 V in the off state of the main switching element, no leak current flows.
In the ON state of the main switching element, Vb is
It is 0.3 V higher than Vdd. As a result, the drive capacity is greatly improved. The gate delay time is 0.75 ns.
【0099】以下に図29に示す本発明による論理回路
の性能を従来技術による論理回路と比較して説明する。
図29は、本発明による論理回路の回路図である。従来
技術による論理回路としては、通常のCMOSインバー
タを用いている。本発明による論理回路および従来技術
による論理回路においては、Vddとして0.5Vを用
いる。図30の(a)は、出力信号の立ち上がりエッジに
おける本発明の論理回路の電圧VaおよびVbを示す図
である。図30の(b)は、出力信号の立ち上がりエッジ
における従来技術の論理回路のメインスイッチング素子
のゲート電圧Vgおよび出力信号Voutを示す図であ
る。図30の(c)は、出力信号の立ち下がりエッジにお
ける本発明の論理回路の電圧VaおよびVbを示す図で
ある。図30の(d)は、出力信号の立ち下がりエッジに
おける従来技術の論理回路のメインスイッチング素子の
ゲート電圧Vgおよび出力信号Voutを示す図であ
る。The performance of the logic circuit according to the present invention shown in FIG. 29 will be described below in comparison with the logic circuit according to the prior art.
FIG. 29 is a circuit diagram of a logic circuit according to the present invention. A conventional CMOS inverter is used as the logic circuit according to the conventional technique. In the logic circuit according to the present invention and the logic circuit according to the related art, 0.5 V is used as Vdd. FIG. 30A is a diagram showing the voltages Va and Vb of the logic circuit of the present invention at the rising edge of the output signal. FIG. 30B is a diagram showing the gate voltage Vg and the output signal Vout of the main switching element of the conventional logic circuit at the rising edge of the output signal. FIG. 30C is a diagram showing the voltages Va and Vb of the logic circuit of the present invention at the falling edge of the output signal. FIG. 30D is a diagram showing the gate voltage Vg and the output signal Vout of the main switching element of the conventional logic circuit at the falling edge of the output signal.
【0100】図30の(a)を参照すると、メインスイッ
チング素子のオフ状態において、VaはVddより0.
5V高いので、十分にカットオフされている。またメイ
ンスイッチング素子のオン状態において、Vaはグラウ
ンドレベルより0.3V低いので、ドライブ能力が向上
している。ゲート遅延時間は、1.63nsである。い
っぽう図30の(b)に示すように、従来技術によればゲ
ート遅延時間は、5.6nsである。Referring to FIG. 30 (a), when the main switching element is in the off state, Va is more than 0.
Since it is 5V higher, it is well cut off. Further, in the ON state of the main switching element, Va is 0.3 V lower than the ground level, so the drive capability is improved. The gate delay time is 1.63 ns. On the other hand, as shown in FIG. 30B, the gate delay time is 5.6 ns according to the conventional technique.
【0101】図30の(c)および(d)を参照すると、立ち
下がりエッジにおいても、本発明のゲート遅延時間は、
従来技術のゲート遅延時間より小さい。具体的には、本
発明のゲート遅延時間が1.88nsであるのに対し
て、従来技術のゲート遅延時間は6.4nsである。Referring to (c) and (d) of FIG. 30, the gate delay time of the present invention is
It is smaller than the gate delay time of the prior art. Specifically, the gate delay time of the present invention is 1.88 ns, while the gate delay time of the prior art is 6.4 ns.
【0102】以上のシミュレーション結果からわかるよ
うに、本発明によれば、特に低い電圧の領域において、
動作速度の向上が可能になる。As can be seen from the above simulation results, according to the present invention, particularly in the low voltage region,
The operation speed can be improved.
【0103】第1〜第8の実施例において、入力信号を
受け取るノードに接続されていないキャパシタの端子
は、Vddまたはグラウンドレベル以外の電位に設定さ
れてもよい。例えば図13の回路においては、電源13
80とは別に電圧発生器1313および1323を設け
ている。電圧発生器1313および1323の発生する
電圧は、Vddに限られない。また、電圧発生器131
3の代わりにグラウンドを、電圧発生器1323の代わ
りに電源1380を用いてもよい。すなわち電圧発生器
1313の負極に接続されている接点をグラウンドに接
続し、電圧発生器1323の正極に接続されている接点
を電源1380の正極に接続してもよい。In the first to eighth embodiments, the terminal of the capacitor not connected to the node receiving the input signal may be set to a potential other than Vdd or the ground level. For example, in the circuit of FIG.
In addition to 80, voltage generators 1313 and 1323 are provided. The voltage generated by voltage generators 1313 and 1323 is not limited to Vdd. In addition, the voltage generator 131
3 may be used as the ground, and the voltage generator 1323 may be used as the power supply 1380. That is, the contact connected to the negative electrode of the voltage generator 1313 may be connected to the ground, and the contact connected to the positive electrode of the voltage generator 1323 may be connected to the positive electrode of the power supply 1380.
【0104】本発明の論理回路において、メインスイッ
チング素子の制御端子以外の端子(つまりFETの場
合、ドレインおよびソース)は、必要に応じて例えばプ
ルアップすればよい。例えば、図2の(a)においては、
メインスイッチング素子220のノード222は、フロ
ーティング状態であるが、実際には電源電圧Vddにプ
ルアップしてもよい。また、ノード223をグラウンド
に接続せずに、ノード222および223を出力端子と
してもよい。In the logic circuit of the present invention, terminals other than the control terminal of the main switching element (that is, drain and source in the case of FET) may be pulled up, for example, if necessary. For example, in (a) of FIG.
The node 222 of the main switching element 220 is in a floating state, but may actually be pulled up to the power supply voltage Vdd. Alternatively, the nodes 222 and 223 may be used as output terminals without connecting the node 223 to the ground.
【0105】本発明の論理回路において、電圧変換器に
含まれるFETのドレインもしくはソース電圧がそのト
ランジスタの基板に対して順方向電圧となり、好ましく
ない電圧となるが、本発明が有効となる電源電圧は1.
0V以下であろうことから、この電源電圧以下ではドレ
インもしくはソース電圧深く順方向にはならないものと
考えられる。また各トランジスタの基板電位を制御し、
たとえばPチャネルMOSFETの基板(Nウエル)は
電源電圧よりも高い電位に、NチャネルMOSFETの
基板(Pウエル)は接地電位よりも低い電位にバイアス
することにより防ぐことができる。またSOI技術を用
いて基板をフローティングにすることでも防ぐことがで
きる。またドレインもしくはソース電圧がそのトランジ
スタの基板に対して順方向電圧になるに伴い、スイッチ
回路を構成するトランジスタがオフ時にソースドレイン
間にある程度の電圧が印加され、この部分のオフリーク
電流が生じる懸念があるが、スイッチ用のトランジスタ
であり、ゲート幅が小さいので、従来例ほどの問題は生
じにくい、またスイッチ回路を構成するトランジスタの
スレッショルド電圧Vtを高く設定することによっても
防ぐことができる。In the logic circuit of the present invention, the drain or source voltage of the FET included in the voltage converter becomes a forward voltage with respect to the substrate of the transistor, which is an undesired voltage, but the power supply voltage at which the present invention is effective. Is 1.
Since it will be 0 V or less, it is considered that the drain or source voltage does not go deep in the forward direction below this power supply voltage. It also controls the substrate potential of each transistor,
For example, it can be prevented by biasing the substrate (P well) of the P channel MOSFET to a potential higher than the power supply voltage and the substrate (P well) of the N channel MOSFET to a potential lower than the ground potential. It can also be prevented by using the SOI technique to float the substrate. Further, as the drain or source voltage becomes a forward voltage with respect to the substrate of the transistor, a certain amount of voltage is applied between the source and drain when the transistor forming the switch circuit is off, which may cause an off-leak current. However, since it is a transistor for switching and has a small gate width, the problem as in the conventional example is unlikely to occur, and it can be prevented by setting the threshold voltage Vt of the transistor forming the switch circuit high.
【0106】[0106]
【発明の効果】本発明は、少なくとも以下の効果を有す
る。すなわち、低い電源電圧で高速に動作し、かつリー
ク電流の小さな(つまり低消費電力の)論理回路を実現
できる。そのため本発明による論理回路は、特に電池駆
動のポータブル機器の高速化、低消費電力化に有効であ
る。The present invention has at least the following effects. That is, it is possible to realize a logic circuit which operates at high speed with a low power supply voltage and has a small leak current (that is, low power consumption). Therefore, the logic circuit according to the present invention is particularly effective for speeding up and reducing power consumption of a battery-powered portable device.
【図1】本発明による論理回路1の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a logic circuit 1 according to the present invention.
【図2】本発明による論理回路の第1の実施例の回路図
である。FIG. 2 is a circuit diagram of a first embodiment of a logic circuit according to the present invention.
【図3】NチャネルFETおよびPチャネルFETを用
いて実現した本発明の論理回路の第1の実施例の回路図
である。FIG. 3 is a circuit diagram of a first embodiment of a logic circuit of the present invention realized by using an N channel FET and a P channel FET.
【図4】状態Iおよび状態IIにおける図3のノード3
01〜304の電圧を示す図である。4 is node 3 of FIG. 3 in states I and II.
It is a figure which shows the voltage of 01-304.
【図5】図2の(a)に示す回路のメインスイッチング素
子220の代わりにPチャネルFETを用いた論理回路
の回路図およびこの論理回路における2つのスイッチを
FETによって実現した論理回路の回路図である。5 is a circuit diagram of a logic circuit using a P-channel FET instead of the main switching element 220 of the circuit shown in FIG. 2A and a circuit diagram of a logic circuit in which two switches in this logic circuit are realized by FETs. Is.
【図6】本発明による論理回路の第2の実施例の回路図
である。FIG. 6 is a circuit diagram of a second embodiment of the logic circuit according to the present invention.
【図7】NチャネルFETおよびPチャネルFETを用
いて実現した本発明の論理回路の第2の実施例の回路図
である。FIG. 7 is a circuit diagram of a second embodiment of the logic circuit of the present invention realized by using an N channel FET and a P channel FET.
【図8】状態Iおよび状態IIにおける図7のノード7
01〜704の電圧を示す図である。8 is node 7 of FIG. 7 in states I and II.
It is a figure which shows the voltage of 01-704.
【図9】本発明による論理回路の第3の実施例の回路図
である。FIG. 9 is a circuit diagram of a third embodiment of the logic circuit according to the present invention.
【図10】NチャネルFETおよびPチャネルFETを
用いて実現した本発明の論理回路の第3の実施例の回路
図である。FIG. 10 is a circuit diagram of a third embodiment of the logic circuit of the present invention realized by using an N-channel FET and a P-channel FET.
【図11】状態Iおよび状態IIにおける図10のノー
ド1001〜1005の電圧を示す図である。11 is a diagram showing voltages at nodes 1001-1005 of FIG. 10 in states I and II.
【図12】図10のメインスイッチング素子1020の
代わりに用いるのに適した構成の回路図である。12 is a circuit diagram of a configuration suitable for use in place of the main switching element 1020 of FIG.
【図13】本発明による論理回路の第4の実施例の回路
図である。FIG. 13 is a circuit diagram of a fourth embodiment of the logic circuit according to the present invention.
【図14】図13の回路における4つのスイッチをFE
Tによって実現した論理回路の回路図である。FIG. 14 is a diagram showing four switches in the circuit of FIG.
It is a circuit diagram of a logic circuit realized by T.
【図15】本発明による論理回路の第5の実施例の回路
図である。FIG. 15 is a circuit diagram of a fifth embodiment of a logic circuit according to the present invention.
【図16】図15の回路における4つのスイッチをFE
Tによって実現した論理回路の回路図である。FIG. 16 is a diagram showing four switches in the circuit of FIG.
It is a circuit diagram of a logic circuit realized by T.
【図17】本発明による論理回路の第6の実施例の回路
図である。FIG. 17 is a circuit diagram of a sixth embodiment of the logic circuit according to the present invention.
【図18】本発明による論理回路の第7の実施例の回路
図である。FIG. 18 is a circuit diagram of a seventh embodiment of a logic circuit according to the present invention.
【図19】本発明による論理回路の第8の実施例の回路
図である。FIG. 19 is a circuit diagram of an eighth embodiment of the logic circuit according to the present invention.
【図20】NチャネルMOSFETの構造およびその等
価回路を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing a structure of an N-channel MOSFET and its equivalent circuit.
【図21】PチャネルMOSFETの構造およびその等
価回路を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing the structure of a P-channel MOSFET and its equivalent circuit.
【図22】図3に示す第1の実施例の論理回路のうち一
部を示す図およびその一部の等価回路を示す図である。22 is a diagram showing a part of the logic circuit of the first embodiment shown in FIG. 3 and a diagram showing an equivalent circuit of the part.
【図23】SOI構造をもつNチャネルトランジスタお
よびPチャネルトランジスタの構造を示す図である。FIG. 23 is a diagram showing structures of an N-channel transistor and a P-channel transistor having an SOI structure.
【図24】トランスファゲートタイプのスイッチを示す
図およびトランスファゲートのドレイン−ソース間のコ
ンダクタンスGonをソース電圧Vsの関数として示す
図である。FIG. 24 is a diagram showing a transfer gate type switch and a diagram showing a drain-source conductance Gon of the transfer gate as a function of a source voltage Vs.
【図25】ソース電圧Vsが低いときのトランスファゲ
ートのドレイン−ソース間のコンダクタンスGonをソ
ース電圧Vsの関数として示す図である。FIG. 25 is a diagram showing the drain-source conductance Gon of the transfer gate when the source voltage Vs is low, as a function of the source voltage Vs.
【図26】強誘電体材料を絶縁体として用いるキャパシ
タの分極を印加電圧の関数として表す図である。FIG. 26 shows the polarization of a capacitor using a ferroelectric material as an insulator as a function of applied voltage.
【図27】従来技術による論理回路の回路図である。FIG. 27 is a circuit diagram of a conventional logic circuit.
【図28】出力信号の立ち上がりおよび立ち下がりエッ
ジにおける従来技術および本発明の論理回路の電圧波形
を示す図である。FIG. 28 is a diagram showing voltage waveforms of the logic circuit of the related art and the present invention at the rising and falling edges of the output signal.
【図29】本発明による論理回路の回路図である。FIG. 29 is a circuit diagram of a logic circuit according to the present invention.
【図30】出力信号の立ち上がりおよび立ち下がりエッ
ジにおける従来技術および本発明の論理回路の電圧波形
を示す図である。FIG. 30 is a diagram showing voltage waveforms of the logic circuits of the related art and the present invention at the rising and falling edges of the output signal.
【図31】従来技術による論理回路の回路図である。FIG. 31 is a circuit diagram of a conventional logic circuit.
1 論理回路 10 電圧変換器 11、12、14、21、22、23 ノード 13 抵抗 20 メインスイッチング素子 1 Logic Circuit 10 Voltage Converter 11, 12, 14, 21, 22, 23 Node 13 Resistor 20 Main Switching Element
Claims (18)
なくとも2つの端子間の導通状態を変化させるメインス
イッチング手段と、 入力端子の電圧を変換し、変換された電圧を該制御端子
に出力する電圧変換手段と、を備えた論理回路。1. A main switching means for changing a conduction state between at least two terminals according to a voltage applied to the control terminal and a voltage of an input terminal and outputting the converted voltage to the control terminal. And a voltage converting means for performing the voltage conversion.
びサブスイッチング手段を有する請求項1に記載の論理
回路。2. The logic circuit according to claim 1, wherein the voltage conversion unit has a voltage generation unit and a sub-switching unit.
造を有する請求項2に記載の論理回路。3. The logic circuit according to claim 2, wherein the sub-switching means has an SOI structure.
池、強誘電体のうちの少なくとも1つを有する請求項3
に記載の論理回路。4. The voltage generating means includes at least one of a capacitor, a battery, and a ferroelectric.
The logic circuit according to the above.
にする前記入力端子の状態を第1状態とするとき、前記
電圧変換手段は、該第1状態において該入力端子の電圧
よりも高い電圧を前記制御端子に供給する請求項2に記
載の論理回路。5. The voltage conversion means controls the voltage higher than the voltage of the input terminal in the first state when the state of the input terminal that brings the main switching means into a conductive state is set to a first state. The logic circuit according to claim 2, which is supplied to a terminal.
態にする前記入力端子の状態を第2状態とするとき、前
記電圧変換手段は、該第2状態において該入力端子の電
圧よりも低い電圧を前記制御端子に供給する請求項2に
記載の論理回路。6. The voltage converting means sets a voltage lower than the voltage of the input terminal in the second state when the state of the input terminal that brings the main switching means into the non-conducting state is set to the second state. The logic circuit according to claim 2, which is supplied to a control terminal.
にする前記入力端子の状態を第1状態とし、前記メイン
スイッチング手段を非導通状態にする前記入力端子の状
態を第2状態とするとき、前記電圧変換手段は、該第1
状態において該入力端子の電圧よりも高い電圧を前記制
御端子に供給し、該第2状態において該入力端子の電圧
よりも低い電圧を該制御端子に供給する請求項2に記載
の論理回路。7. The voltage is applied when the state of the input terminal that brings the main switching means into a conductive state is a first state and the state of the input terminal that brings the main switching means into a non-conductive state is a second state. The conversion means is the first
3. The logic circuit according to claim 2, wherein a voltage higher than the voltage of the input terminal is supplied to the control terminal in the state and a voltage lower than the voltage of the input terminal is supplied to the control terminal in the second state.
力端子に接続されたキャパシタをさらに有しており、前
記サブスイッチング手段は、 前記第1状態において、該キャパシタの第2端子を前記
メインスイッチング手段の前記制御端子に接続し、 該第1状態以外の状態において、該キャパシタの該第2
端子を前記電圧発生手段に接続し、該メインスイッチン
グ手段の該制御端子をグラウンドに接続する請求項5に
記載の論理回路。8. The voltage conversion means further includes a capacitor having a first terminal connected to the input terminal, and the sub-switching means connects the second terminal of the capacitor to the second terminal in the first state. It is connected to the control terminal of the main switching means, and in a state other than the first state, the second
The logic circuit according to claim 5, wherein a terminal is connected to the voltage generating means, and the control terminal of the main switching means is connected to the ground.
力端子に接続されたキャパシタをさらに有しており、前
記サブスイッチング手段は、 前記第2状態において、該キャパシタの第2端子を前記
メインスイッチング手段の前記制御端子に接続し、 該第2状態以外の状態において、該キャパシタの該第1
端子を該メインスイッチング手段の該制御端子に接続
し、該キャパシタの該第2端子をグラウンドに接続する
請求項6に記載の論理回路。9. The voltage conversion means further includes a capacitor having a first terminal connected to the input terminal, and the sub-switching means connects the second terminal of the capacitor to the second terminal in the second state. Is connected to the control terminal of the main switching means, and in the states other than the second state, the first of the capacitors
7. The logic circuit according to claim 6, wherein a terminal is connected to the control terminal of the main switching means and the second terminal of the capacitor is connected to the ground.
入力端子に接続された第1キャパシタおよび第1端子が
該入力端子に接続された第2キャパシタをさらに有して
おり、 前記第1状態において、該第1キャパシタの第2端子を
グラウンドに接続し、該第2キャパシタの第2端子を前
記メインスイッチング手段の前記制御端子に接続し、 前記第2状態において、該第1キャパシタの該第2端子
を該メインスイッチング手段の該制御端子に接続し、該
第2キャパシタの該第2端子を前記電圧発生手段に接続
する請求項7に記載の論理回路。10. The voltage conversion means further includes a first capacitor having a first terminal connected to the input terminal, and a second capacitor having a first terminal connected to the input terminal. In a state, the second terminal of the first capacitor is connected to ground, the second terminal of the second capacitor is connected to the control terminal of the main switching means, and in the second state, the second terminal of the first capacitor is connected. 8. The logic circuit according to claim 7, wherein the second terminal is connected to the control terminal of the main switching means, and the second terminal of the second capacitor is connected to the voltage generating means.
ャネルMOSFETを有する請求項8に記載の論理回
路。11. The logic circuit according to claim 8, wherein the main switching means includes an N-channel MOSFET.
ャネルMOSFETを有する請求項8に記載の論理回
路。12. The logic circuit according to claim 8, wherein the main switching means includes a P-channel MOSFET.
ャネルMOSFETを有する請求項9に記載の論理回
路。13. The logic circuit according to claim 9, wherein the main switching means includes an N-channel MOSFET.
ャネルMOSFETを有する請求項9に記載の論理回
路。14. The logic circuit according to claim 9, wherein the main switching means includes a P-channel MOSFET.
ャネルMOSFETを有する請求項10に記載の論理回
路。15. The logic circuit according to claim 10, wherein the main switching means includes an N-channel MOSFET.
ャネルMOSFETを有する請求項10に記載の論理回
路。16. The logic circuit according to claim 10, wherein the main switching means includes a P-channel MOSFET.
形MOSFETである請求項10に記載の論理回路。17. The logic circuit according to claim 10, wherein the main switching means is a complementary MOSFET.
少なくとも2つの端子間の導通状態を変化させる第1お
よび第2メインスイッチング手段と、 入力端子の電圧を変換し、変換された電圧を該第1メイ
ンスイッチング手段の該制御端子に出力する第1電圧変
換手段と、 該入力端子の電圧を変換し、変換された電圧を該第2メ
インスイッチング手段の該制御端子に出力する第2電圧
変換手段と、を備えた論理回路であって、 該第1電圧変換手段は、第1および第2端子をもつ第1
キャパシタと、第1および第2端子をもつ第2キャパシ
タと、第1サブスイッチング手段と、第1電圧発生手段
とを有しており、該第1キャパシタの該第1端子および
該第2キャパシタの該第1端子は、該入力端子に接続さ
れており、 該第2電圧変換手段は、第1および第2端子をもつ第3
キャパシタと、第1および第2端子をもつ第4キャパシ
タと、第2サブスイッチング手段と、第2電圧発生手段
とを有しており、該第3キャパシタの該第1端子および
該第4キャパシタの該第1端子は、インバータを介して
該入力端子に接続されており、 該第1サブスイッチング手段は、第1状態において、該
第1キャパシタの該第2端子をグラウンドに接続し、該
第2キャパシタの該第2端子を該第1メインスイッチン
グ手段の該制御端子に接続し、第2状態において、該第
1キャパシタの該第2端子を該第1メインスイッチング
手段の該制御端子に接続し、該第2キャパシタの該第2
端子を該第1電圧発生手段に接続し、 該第2サブスイッチング手段は、該第2状態において、
該第1キャパシタの該第2端子をグラウンドに接続し、
該第2キャパシタの該第2端子を該第2メインスイッチ
ング手段の該制御端子に接続し、該第1状態において、
該第1キャパシタの該第2端子を該第2メインスイッチ
ング手段の該制御端子に接続し、該第2キャパシタの該
第2端子を該第2電圧発生手段に接続する論理回路。18. Depending on the voltage applied to the control terminal,
First and second main switching means for changing a conduction state between at least two terminals, and a first voltage for converting a voltage of an input terminal and outputting the converted voltage to the control terminal of the first main switching means. A logic circuit comprising: a conversion means; and a second voltage conversion means for converting a voltage at the input terminal and outputting the converted voltage to the control terminal of the second main switching means, the logic circuit comprising: The voltage conversion means has a first terminal having first and second terminals.
A first capacitor, a second capacitor having first and second terminals, a first sub-switching means, and a first voltage generating means, and the first terminal of the first capacitor and the second capacitor of the second capacitor. The first terminal is connected to the input terminal, and the second voltage conversion means is a third terminal having first and second terminals.
A third capacitor, a fourth capacitor having first and second terminals, a second sub-switching means, and a second voltage generating means, and the first terminal of the third capacitor and the fourth capacitor The first terminal is connected to the input terminal via an inverter, and the first sub-switching means connects the second terminal of the first capacitor to ground in the first state, and connects the second terminal to the ground. Connecting the second terminal of the capacitor to the control terminal of the first main switching means, and connecting the second terminal of the first capacitor to the control terminal of the first main switching means in a second state, The second of the second capacitor
A terminal is connected to the first voltage generating means, and the second sub-switching means, in the second state,
Connecting the second terminal of the first capacitor to ground,
Connecting the second terminal of the second capacitor to the control terminal of the second main switching means, and in the first state,
A logic circuit connecting the second terminal of the first capacitor to the control terminal of the second main switching means and connecting the second terminal of the second capacitor to the second voltage generating means.
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