JPS60130921A - 多入力cmosゲ−ト回路 - Google Patents

多入力cmosゲ−ト回路

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JPS60130921A
JPS60130921A JP58240104A JP24010483A JPS60130921A JP S60130921 A JPS60130921 A JP S60130921A JP 58240104 A JP58240104 A JP 58240104A JP 24010483 A JP24010483 A JP 24010483A JP S60130921 A JPS60130921 A JP S60130921A
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JP
Japan
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transistor
load element
gate
power supply
gate circuit
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JP58240104A
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Masaru Hashirano
柱野 勝
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/094Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
    • H03K19/0944Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET
    • H03K19/0948Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET using CMOS or complementary insulated gate field-effect transistors

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は簡素化した多入力CMOSゲート回路を提供す
ることを目的とするものである。
従来例の構成とその問題点 一般に多入力(:’MOSゲート回路は、入力数nに対
して2n個の最小素子数を必要とする。このため集積回
路IC化する場合のチップ面積が増大するのは否めず、
単に2進カウンタの計数値を検出すデコーダとして用い
るには極めて不向きであった。係る欠点を解消すべく本
発明者は特願昭57−59537号にょ多構成素子数を
(n+2 )個になし得る多入力CMOSゲート@路を
提供した。
第1図にその1回路構成を例示する。
第1図において、AはNANDゲート回路、BはNOR
ゲート回路である。
NANDゲート回路A回路式力数nに対応したn個の直
列接続されたエンハンスメントタイプのNチャネルMO
3)ランジスタ(N形トランジスタ)QNl、ON2.
ON3・・・・・・QNnと1個のエンハンスメントタ
イプのPチャネルMOSトランジスタ0P1及び負荷素
子QL1の合計(n+2)個の素子で構成され、直列接
続されたN形トランジスタ群の一端は出力端子すに他端
は第1電源■ssに接続され、夫々のゲートを入力端子
a 1* a 2 t a s・・・・・・anとして
いる。P形トランジスタQP1は一端が第2電源vDD
に他端が出力端子すに接続され、ゲートがN形トランジ
スタQN1のゲートと接続されている。
負荷素子QL1は第2!VDDと出力端子すとの間に接
続されている。
一方、NORゲート回路Bは、n個の直列接続されたP
形トランジスタQP1.QP2.QP3・・・・・・Q
Pnと1個のN形トランジスタQN1及び負荷素子QL
1とで構成され、直列接続されたP形トランジスタ接続
され、夫々のゲートを入力端子a 1* a 2 e 
a 3・・・・・・anとしている。N形トランジスタ
QN1は一端が第2電源vssに他端が出力端子すに接
続されゲートがP形トランジスタQP1のゲートと接続
されている。負荷素子QL1は第2電源vssと出力端
子すとの間に接続されている。
即ち、回路Aと回路Bは丁度対称回路になっており、入
力のうちの少なくとも1つがコンプリメンタリ構成とな
っている。AではQNlとQPlが、BではQP とQ
Nがそれぞれコンプリメンタリ構1 成である。
ここで、負荷素子QL1は能動素子、例えばP形トラン
ジスタ、N形トランジスタで構成しても構わない。
以上説明した多入力CMOSゲート回路をIC化すると
第2図に示す如く各接続点に浮遊容量c1゜C2,C3
・・・・・・Cnがつき、これによるデコード誤動作が
発生する。第3図はその様子を示した波形図である。
以下第2図、第3図による従来例の回路動作を説明する
。ここでは説明を簡単にするために入力数が4つ(n=
4)1のNANDゲート回路の場合について、フリーカ
ウントするアップカウンタのQ出力またはダウンカウン
タのQ出力をデコードする1例を示す。なお浮遊容量C
1,C2,C3,C4は全て等しく、直列接続したN形
トランジスタQN1゜ON2.ON3.ON4のオン抵
抗は十分低く、かつバックゲートバイアス効果等を無視
して説明する。
第3図に示すカウンタのL S B’ (a 1)〜M
SBCa>’c第2図の81〜a4の入力とする。まず
、計数値が15の場合、即ち、16〜0の期間ではa 
”−a は全てH−′cN形トランジスタQN1〜QN
4 4 が全て“’ ON’″し、出力端子すの電位はvLとな
る。
vLの大きさは、QN1〜QN4の合成ON抵抗と負荷
素子QL1應と彊圧比で決まるので、次段の回路が誤動
作しないレベルに設定すればよい。即ち、期間16〜○
ではQN1〜QN4が全て”ON”するRめの容量C1
〜C4の電荷は全て放電されて、各接続点の電位は0で
ある(実際には■L−oの範囲にある)。次に期間0〜
1ではC1〜C4は全てLで、P形トランジスタQP1
のみがONして、QN1〜QN4は全てOFFする。従
って、C1KfdQP1とQLlにより電荷が充電され
て出力端子すはvDDになる。ここで、QPlのON抵
抗に対するQLlの抵抗は十分大きいので以降の説明で
は無視する。但し、C2〜C4の電荷は0である0次に
期間1〜2ではalがHでC2〜a4がLであるためQ
NlだけONして、C1の電荷が02に分配される現象
が起り、出力端子すの電位はvDD/2になる。
次に期間2〜3ではC2がHでa 1* a s 、 
a 4がLであるためQPlとON2とがONj、て、
QPlによりC1は再びvDDに充電される。一方、O
N2もONしているためC2から03への電荷分配が起
り、■DD/4となる。次に期間3〜4ではa 1* 
a 2がHでa 3* a 4がLであるためQNlと
ON2とがONして、C1カラC2,C3ヘノ電荷分配
が起り、vDD/2となる。以降同様の電荷分配を各容
量間で繰返し、結局出力端子すは第3図に示す電位の変
化を起す。
ちなみに81がLの期間では必ずoPlがONするので
vDD となり、期間6〜6 、7〜8 、9〜10゜
11〜12,13〜14では3vDD/4,27vDD
/” e 75vD])/96 w460VDp/67
6 、1026 VD D/1152となる電位になる
。即ち、浮遊容量C1C4での電荷分配現象によシ出力
端子すのHレベルがvDD一定とならず、次段回路の誤
動作を引き起す問題点があった。
なお、実際にはカウンタ出力が伝播遅延τP、Dを伴な
う、N形トランジスタQN1〜QN2にバックゲートバ
イアスがあるなどの種々の要因によシ、複雑な動作を呈
し、浮遊容量Cに対して02〜C4が大なる場合は、さ
らに出力端子すの電位はLレベルに接近し、最早や使用
不能となる。
発明の目的 本発明は、係る従来例の電荷分配による問題点を一掃し
た多入力ゲート回路を提供するものである。
発明の構成 本発明は、従来例の回路構成に新たに1つの負荷素子を
追加するだけの極めて簡単な構成で問題点を解消し得る
ものである。
即ち、直列接続された複数の同極性MO8)ランジスタ
の一端を出力端子に他端を第1電源に接続すると共に夫
々のゲートを入力端子とし、前記MO8)ランジスタ群
のトランジスタと逆極性のMOS)ランジスタの一端を
第2電源に他端を前記出力端子に接続すると共に前記M
O3)ランジスタ群の少なくとも1つとコンプリメタリ
構成となるようにゲートを接続し、前記出力端子と前記
第2電源との間に第1負荷素子を接続し、コンプリメタ
リ構成した前記MO8)ランジスタ群のトランジスタの
前記第1電源側の接続点と前記第2電源との間に第2負
荷素子を接続した構成とするものである。係る構成にお
いて、第1.第2負荷素子は能動素子(N形またはP形
トランジスタ等)で構成しても良く、また第2負荷素子
を前記逆極性MO3)ランジスタと同期性のトランジス
タで構成し、そのゲートを前記逆極性MO8)ランジス
タのゲートに接続しても良い。
実施例の説明 第4図A、Bに本発明の基本構成を示す、AはNAND
ゲート回路、BはNORゲート回路であシ、第1図従来
例と異なるのは、第2負荷素子QL2を追加した点であ
る。
即ち、回路AにおいてはON1〜QNnが同極性MO3
)ランジスタであり、QPlが逆極性トランジスタ、Q
Ll、QL2が第1.第2負荷素子、”ssが第1電源
、vDDが第2電源である。また、回路BにおいてはQ
P1〜QPnが同極性MO8)ランジスタであり、QN
lが逆極性トランジスタ、QLl。
QL2が第1.第2負荷素子、vDDが第1電源。
vssが第2電源である。
次に、各接続点に浮遊容量01〜Cnがいたときの動作
を、第5図に示す4入力(n=4 )のNANDゲート
回路を例に第6図の波形図を参照して説明する。
第6図に示すカウンタ出力のL S B (a 1)〜
MSB(an)を第6図のa1〜a4に入力する。まず
、計数値が16の場合、即ち、16〜0の期間ではa1
〜a4は全てH″′cN形トランジスタQN1〜QN4
が全て” ON ’″し、出力端子すの電位はVLとな
る。vLの大きさは、QN1〜QN4の合成ON抵抗と
第1負荷素子QL1の抵抗との分圧比及びQN2〜QN
4の合成ON抵抗と第2負荷素子QL2の抵抗との分圧
比とで決まシ、第1負荷素子QL1の抵抗値に比べて第
2負荷素子QL2の抵抗値を小さく設定するので、実際
には後者の分圧比でvLの大きさが決まる。この場合も
次段回路が誤動作しないレベルに設定しなければならな
い制約条件がある。
次に4期間0〜1ではa 1〜a 4が全てL″′CP
形トランジスタQP1のみがON’”し、QN1〜QN
4は全てOFFする。従って、CにはQPlにより電荷
が充電されて出力端子すはvDDになる。一方、C2に
は比較的低抵抗である第2負荷素子QL2によシミ荷の
充電がなされる。このとき、少なくとも0〜1の期間内
で充電が完了できれば、C2はvDDまで充電される。
従って、次の期間1〜2でalがHとな!1lQN1が
’ ON ”したときの01からC2への電荷分配は起
らない。期間2〜3,4〜6,6〜7.8〜9,10〜
11.12〜13゜14〜16ではalがLであシ、Q
Plが”ON”して出力端子すの電位は■DDになるの
で従来例同様問題はない0次に、期間3〜4では期間2
〜3でON2が”ON”となシ、C3への充電が第2負
荷素子QL2によりなされ、C2は既に充電しているか
ら同じく電荷分配は起らない。以下、期間6〜6.7〜
8,9〜10.11〜12.13〜14において伺扛も
電荷分配を防止でき、従来例の問題点を解消することが
できる。なお、第1.第2負荷素子QL1.QL2は能
動素子(N形またはP形トランジスタ等)で構成できる
ことは言うまでもない。
ここで、第2負荷素子QL2を抵抗または常時”ON”
している能動素子で構成する場合には、vLの大きさを
次段回路が誤動作しない値以下にする必要があり、制約
を受ける欠点がある。
第7図は係る制約条件を解消した本発明の1実株例であ
る。
第7図A、Bは、本発明の基本構成第4図A。
Bに対応して示した実施例であり、第4図との差異は、
第2負荷素子NL2に逆極性トランジスタQP QN 
と同極性のQP2.ON2を用い、そのゲ1!1 4卜を逆極性トランジスタQP1.QN2のゲートに接
続したものである。
係る構成にすれば、回路AではQNlが°’ON’″の
ときQP と同様QP2OFFとすることができるため
、vLのレベルを決めるのに関与しない構成が採れ、か
つONが”OFF”のときQPlと同様゛α゛″するた
め、浮遊容量Cの充電にはQPlのみで、C゛〜Cの充
電にはQP2のみで行なうことが可 n 能であシ、vLに制約されないON抵抗とすることがで
き、確実な動作ができるものである。
発明の詳細 な説明した如く、本発明によれば、構成素子数の少ない
(n+2 )多入力CMOSゲート回路に1つの第2負
荷素子を追加するだけの構成で浮遊容量による電荷分配
現象を解消でき、確実な動作を具現し得ると共に、構成
素子数2n個の完全CMOS多入力ゲート回路に比べて
集積回路化したときのチップサイズは小さくでき、その
動作特性は同等で、消費電流も比較的小さくできる等の
効果を合せ持っている。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の多入力CMOSゲート回路の構成図、第
2図は従来の多入力CMOSゲート回路の動作説明に供
する4人力NANDゲート回路の構成図第3図は第2図
の動作波形図、第4図は本発明の多入力CMOSゲート
回路の基本構成図、第5図は本発明の多入力CMOSゲ
ート回路の動作説明に供する4人力NANDゲート回路
の構成図、第6図は第6図の動作波形図、第7図は本発
明の一実施例である 多入力CMOSゲート回路の構成
図である。 ■DD、vss・・・・・・電源、QN、〜QNn・・
・・・・NチャネルMO3)ランジスタ、QP1〜QP
n・・・…PチャネルMO3)ランジスタ、QLl・・
・・・・第1負荷素子、QL2 ・・・・・・第2負荷
素子、a1〜an・・・・・・ゲート入力またはゲート
入力端子、b・・・・・・出力端子。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第5
図 第6図 (A 1 18)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 0)直列接続された複数の同極性MO8)ランジスタの
    一端を出力端子に他端を第1電源に接続すると共に夫々
    のゲートを入力端子とし、前記MOSトランジスタ群の
    トランジスタと逆極性のMOSトランジスタの一端を第
    2電源に他端を前記出力端子に接続すると共に前記MO
    8)ランジスタ群のうちの少なくとも1つとコンプリメ
    ンタリ構成となるようにゲートを接続し、前記出力端子
    と前記第2電源との間に第1負荷素子を接続し、コンプ
    リメンタリ構成した前記MO8)ランジスタ群のトラン
    ジスタの前記第1電源側の接続点と前記第2電源との間
    に第2負荷素子を接続したことを特徴とする多入力CM
    OSゲート回路。 (2)第1.第2負荷素子を夫々能動素子で構成したこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の多入力CM
    OSゲート回路。 (3)第2負荷素子を逆極性MO8)ランジスタと同極
    性のトランジスタで構成すると共にそのゲートを前記逆
    極性MO8)ランジスタのゲートに接続したことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の多入力CMO8ゲー
    ト回路。
JP58240104A 1983-12-20 1983-12-20 多入力cmosゲ−ト回路 Granted JPS60130921A (ja)

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JPH0465571B2 JPH0465571B2 (ja) 1992-10-20

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56107644A (en) * 1980-01-31 1981-08-26 Toshiba Corp Logical circuit
JPS58196729A (ja) * 1982-05-11 1983-11-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd C―mos多入力ゲート回路

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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