JP2608422B2 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device

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JP2608422B2
JP2608422B2 JP62234569A JP23456987A JP2608422B2 JP 2608422 B2 JP2608422 B2 JP 2608422B2 JP 62234569 A JP62234569 A JP 62234569A JP 23456987 A JP23456987 A JP 23456987A JP 2608422 B2 JP2608422 B2 JP 2608422B2
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文夫 村林
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体集積回路装置に係り、特に、信号のレ
ベル変換を行う出力回路において、高耐圧性,高速性,
高集積性に優れた特性を有する出力回路に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly, to an output circuit for performing signal level conversion, which has high withstand voltage, high speed,
The present invention relates to an output circuit having characteristics excellent in high integration.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

バイポーラトランジスタとCMOSを基本回路内で複合
し、CMOSの低消費電力性・高集積性とバイポーラトラン
ジスタの高速性を兼ね備えたLSIを実現しようという狙
いで、バイポーラ・CMOS複合技術が開発されている。こ
のバイポーラ・CMOS複合技術はメモリ,ゲートアレイな
どに応用されており、既に製品が各社より発表されてい
る。このバイポーラ・CMOS複合技術によるゲートアレイ
に用いられる出力回路は、例えば日経エレクトロニクス
(‘85,8,12,p196)に開示されている。この回路図を第
2図に示す。基本的な動作は以下の通りである。内部回
路の出力信号を201のCMOSインバータに入力する。この
インバータは内部回路の信号を電源電圧までフル振幅さ
せるための増幅回路である。インバータ201の出力は202
のPMOSトランジスタと203,204のNMOSトランジスタに送
られ、それぞれのMOSトランジスタは205,206のバイポー
ラトランジスタを駆動する。例えば入力端子207に“H"
が入力されるとインバータ201によつて入力は反転し
“L"となる。したがつて202のPMOSはオン、203,204のNM
OSはオフとなり、205のNPNトランジスタはオン、206のN
PNトランジスタはオフとなり、結局208の出力は“H"と
なる。逆に、入力207に“L"が入力するとインバータ201
によつて入力が反転し“H"となる。したがって、202のP
MOSはオフ、203,204のNMOSはオンとなり、205のNPNトラ
ンジスタはオフ、206のNPNトランジスタはオンとなり、
結局208の出力は“L"となる。このように、従来の出力
回路は、内部信号をCMOSで受け、CMOSによつてバイポー
ラを駆動することによつて相補動作を行い、低消費電力
化を達成していた。
Bipolar / CMOS composite technology has been developed with the aim of realizing an LSI that combines bipolar transistor and CMOS in a basic circuit, and has both low power consumption and high integration of CMOS and high speed of bipolar transistor. This bipolar / CMOS composite technology has been applied to memories, gate arrays, etc., and products have already been announced by various companies. An output circuit used for the gate array based on the bipolar / CMOS composite technology is disclosed in, for example, Nikkei Electronics ('85, 8, 12, p196). This circuit diagram is shown in FIG. The basic operation is as follows. The output signal of the internal circuit is input to the CMOS inverter 201. This inverter is an amplifier circuit for making the signal of the internal circuit full amplitude up to the power supply voltage. The output of inverter 201 is 202
, And the NMOS transistors 203 and 204, which drive the bipolar transistors 205 and 206, respectively. For example, “H” is input terminal 207
Is input, the input is inverted by the inverter 201 and becomes "L". Therefore, the PMOS of 202 is on, the NM of 203,204
OS is off, 205 NPN transistor is on, 206 NPN
The PN transistor is turned off, and the output of 208 eventually becomes “H”. Conversely, when “L” is input to the input 207, the inverter 201
As a result, the input is inverted and becomes "H". Therefore, 202 P
MOS is off, NMOS 203 and 204 are on, NPN transistor 205 is off, NPN transistor 206 is on,
Eventually, the output of 208 becomes “L”. As described above, the conventional output circuit receives the internal signal in the CMOS and performs the complementary operation by driving the bipolar by the CMOS, thereby achieving low power consumption.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上記従来技術は、5V電源系に使用されるものであり、
電源の電位差が大きくなつた場合のデバイスの耐圧の点
についての配慮がなされておらず、例えば10Vの電位差
を有する電源系において使用した場合には、デバイスの
耐圧上の問題から回路の信頼性が落ちる。あるいは最悪
の場合には回路の誤動作に到るといつた問題があつた。
The above prior art is used for a 5V power supply system,
No consideration is given to the withstand voltage of the device when the potential difference of the power supply is large.For example, when used in a power supply system having a potential difference of 10 V, the reliability of the circuit is reduced due to the problem with the withstand voltage of the device. drop down. Or, in the worst case, there is a problem when the circuit malfunctions.

以下、従来技術の問題点を詳しく述べる。第2図に示
す従来回路は5V単一電源で使用するLSI用に開発されて
おり、5V単一電源で使用する限りでは、マージンを含め
ても耐圧上の問題はない。しかし、10V以上の電位差を
有する電源系で使用すると、以下で説明するように、耐
圧上の問題が生じる。第3図(a)は、1チツプ内に、
+5Vと、−5.2Vの2電源を有するLSIの電源構成を示し
ている。1は高電位の電源線であり、+5Vの電位を有す
る。2はGND線であり、3は低電位の電源線で−5.2Vの
電位を有する。このような電源構成は、例えば1チツプ
内にECLの信号レベルとTTLあるいはCMOSの信号レベルが
混在する場合に必要となる。301は内部回路であり、バ
イポーラトランジスタとPMOS,NMOSが混在した回路を構
成している。304,305はそれぞれECLの入力回路,出力回
路である。チツプ外からのECL信号を304で入力し、306
のレベル変換回路によつて内部信号に変換する。また、
内部信号は307のレベル変換回路でレベル変換し、305で
ECL信号をチツプ外に出力する。302,303はそれぞれTTL
あるいはCMOSの入力回路,出力回路である。TTLレベル
の外部信号は302の入力回路からチツプ内に入り303の出
力回路からチツプ外に出力される。このような電源構成
をとることによつて、ECL/TTL入出力回路が1チツプ内
に混在するLSIが実現する。しかしながら、かかる電源
構成においては、以下の問題が生じる。第3図(b)は
LSIの縦断面構造を示している。404はP型基板、401は
バイポーラトランジスタ、402はPMOS、403はNMOS、405
はコレクタ、406はPMOSのNウエル、407はPMOSのソー
ス、408はNMOSのドレインである。同図(a)に示した
電源構成をとつた場合、P型基板404はPN接合アイソレ
ーシヨンをとるために、最も低い電位レベルである低電
位の電源(−5.2V)線3に接続される。一方、同図
(a)の内部回路301あるいは入出力回路302,303で用い
られるバイポーラトランジスタ401とPMOS402,NMOS403に
は以下の電圧が印加される。すなわち、バイポーラトラ
ンジスタ401のコレクタ405には+5V、PMOS402のソース4
07には+5V、同じくPMOSのNウエル406には+5V、NMOS4
03のドレイン408には+5Vが印加される。この時、405と
404,406と404,408と404の間には10.2V、電源電位の変動
による最悪の場合には10.2V以上の電圧がかかる。この
中でバイポーラのコレクタ405と基板404との間の耐圧、
およびPMOSのウエル406と基板404との間の耐圧は十分高
く、問題は生じない。しかし、NMOS403のドレイン408と
基板404との間の耐圧は十分高いとはいえず、安定なデ
バイス特性が期待できない。このNMOSの耐圧が問題とな
るのは第3図(a)のTTL入力回路302、レベル変換回路
306,307、内部回路301、TTL出力回路303である。その他
の回路304,305のNMOSのドレインは0V以下の電圧しかか
からないので耐圧の問題は生じない。このように、第3
図のような電源構成とした場合には、NMOSの耐圧が問題
となる。また、電源構成を第4図(a)のようにするこ
とが考えられる。内部回路301は第2の電源線3とGND線
2に接続する。チツプ外部のECL信号は入力回路304で内
部信号に変換し、内部信号は出力回路305でチツプ外部
に出力する。TTL信号は入力回路302に入力し、レベル変
換回路306にて内部信号に変換する。内部信号はレベル
変換回路307にてレベル変換し、出力回路303にてチツプ
外部に出力する。かかる電源構成においては、ECL入力
回路304,内部回路301,ECL出力回路305は第2の電源線3
とGND線2に接続されており、これらの回路にかかる最
大の電圧は5.2Vであるので、電源バラツキを考慮しても
耐圧上の問題は生じない。しかしながら、TTL入力回路3
02およびレベル変換回路306,TTL出力回路303およびレベ
ル変換回路307においては、同図(b)のNMOS403のドレ
イン408に+5Vの電圧がかかるので、基板404(−5.2V)
との間に10.2Vの電位差を生じ、NMOSのドレイン−基板
間耐圧が問題となる。したがつて、第4図(a)の電源
構成の場合には、302入力回路、306,307のレベル変換回
路、303の出力回路は耐圧上の問題からNMOSを使用した
回路構成にすることはできない。よつて、出力回路303
に第2図に示すNMOSを用いた従来回路を使用することは
できない。
Hereinafter, the problems of the related art will be described in detail. The conventional circuit shown in FIG. 2 has been developed for an LSI used with a single 5V power supply, and as long as it is used with a single 5V power supply, there is no problem with the breakdown voltage, including the margin. However, when used in a power supply system having a potential difference of 10 V or more, a problem in withstand voltage occurs as described below. FIG. 3 (a) shows that within one chip,
The power supply configuration of an LSI having two power supplies of + 5V and -5.2V is shown. Reference numeral 1 denotes a high potential power supply line having a potential of + 5V. Reference numeral 2 denotes a GND line, and reference numeral 3 denotes a low-potential power supply line having a potential of -5.2 V. Such a power supply configuration is necessary, for example, when a signal level of ECL and a signal level of TTL or CMOS are mixed in one chip. Reference numeral 301 denotes an internal circuit, which constitutes a circuit in which bipolar transistors and PMOS and NMOS are mixed. 304 and 305 are ECL input circuits and output circuits, respectively. Input the ECL signal from outside of the chip at 304 and 306
Is converted to an internal signal by the level conversion circuit. Also,
The level of the internal signal is converted by the level conversion circuit 307, and
Outputs ECL signal out of chip. 302 and 303 are TTL respectively
Alternatively, it is a CMOS input circuit and output circuit. The TTL level external signal enters the chip from the input circuit 302 and is output from the output circuit 303 outside the chip. By adopting such a power supply configuration, an LSI in which the ECL / TTL input / output circuits are mixed in one chip is realized. However, such a power supply configuration has the following problems. FIG. 3 (b)
1 shows a longitudinal sectional structure of an LSI. 404 is a P-type substrate, 401 is a bipolar transistor, 402 is a PMOS, 403 is an NMOS, 405
Is a collector, 406 is a PMOS N well, 407 is a PMOS source, and 408 is an NMOS drain. In the case of adopting the power supply configuration shown in FIG. 7A, the P-type substrate 404 is connected to the low potential power supply (-5.2 V) line 3, which is the lowest potential level, in order to achieve PN junction isolation. You. On the other hand, the following voltages are applied to the bipolar transistor 401 and the PMOS 402 and the NMOS 403 used in the internal circuit 301 or the input / output circuits 302 and 303 in FIG. That is, +5 V is applied to the collector 405 of the bipolar transistor 401 and the source 4 of the PMOS 402
07 is + 5V, and PMOS N well 406 is + 5V, NMOS4
+5 V is applied to the drain 408 of 03. At this time,
A voltage of 10.2 V is applied between 404, 406 and 404, 408 and 404, and a voltage of 10.2 V or more is applied in the worst case due to the fluctuation of the power supply potential. In this, the withstand voltage between the bipolar collector 405 and the substrate 404,
Also, the withstand voltage between the PMOS well 406 and the substrate 404 is sufficiently high, and no problem occurs. However, the withstand voltage between the drain 408 of the NMOS 403 and the substrate 404 cannot be said to be sufficiently high, and stable device characteristics cannot be expected. The problem with the withstand voltage of this NMOS is that the TTL input circuit 302 and the level conversion circuit shown in FIG.
306 and 307; an internal circuit 301; and a TTL output circuit 303. Since the drains of the NMOSs of the other circuits 304 and 305 receive only a voltage of 0 V or less, there is no problem of withstand voltage. Thus, the third
In the case of the power supply configuration shown in the figure, the breakdown voltage of the NMOS becomes a problem. Further, it is conceivable to make the power supply configuration as shown in FIG. The internal circuit 301 is connected to the second power supply line 3 and the GND line 2. The ECL signal outside the chip is converted into an internal signal by the input circuit 304, and the internal signal is output to the outside of the chip by the output circuit 305. The TTL signal is input to the input circuit 302 and is converted into an internal signal by the level conversion circuit 306. The internal signal is level-converted by the level conversion circuit 307 and output to the outside of the chip by the output circuit 303. In such a power supply configuration, the ECL input circuit 304, the internal circuit 301, and the ECL output circuit 305 are connected to the second power line 3
Since the maximum voltage applied to these circuits is 5.2 V, there is no problem with the withstand voltage even if power supply variations are taken into consideration. However, TTL input circuit 3
In the 02, level conversion circuit 306, TTL output circuit 303 and level conversion circuit 307, a voltage of +5 V is applied to the drain 408 of the NMOS 403 in FIG.
And a potential difference of 10.2 V is generated between them, and the withstand voltage between the drain and the substrate of the NMOS becomes a problem. Therefore, in the case of the power supply configuration shown in FIG. 4A, the input circuit 302, the level conversion circuits 306 and 307, and the output circuit 303 cannot be formed into a circuit configuration using an NMOS due to a problem in withstand voltage. Therefore, the output circuit 303
In addition, the conventional circuit using the NMOS shown in FIG. 2 cannot be used.

本発明は、かかる問題点を鑑み、高耐圧でかつ低消費
電力性・高速性を有する出力回路を提供することを目的
としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide an output circuit having high withstand voltage, low power consumption, and high speed.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記問題点は、PMOSトランジスタ,NMOSトランジス
タ、バイポーラトランジスタを含み同一半導体基板上に
形成した反応体集積回路装置において、該半導体基板の
電位である第1電位と、該第1電位より高い第2電位
と、該第2電位より高い第3電位とを印加され、前記第
2電位の電源線と前記第3電位の電源線の間にPMOSトラ
ンジスタとバイポーラトランジスタにより構成した回路
を有する半導体集積回路装置によつて解決される。
The above-mentioned problem is caused in a reactant integrated circuit device including a PMOS transistor, an NMOS transistor, and a bipolar transistor formed on the same semiconductor substrate, by a first potential which is a potential of the semiconductor substrate and a second potential which is higher than the first potential. And a third potential higher than the second potential is applied to the semiconductor integrated circuit device having a circuit formed by a PMOS transistor and a bipolar transistor between the power supply line of the second potential and the power supply line of the third potential. Will be resolved.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を第1図,第5図を用いて説明
する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

第1図は本発明にかかわる第1実施例を示す。第1図
(a)において、101,102はPMOS、103,104はNPNトラン
ジスタである。PMOS101はNPNトランジスタ103のベース
電流を供給し、103は駆動する。PMOS102はNPNトランジ
スタ104のベース電流を供給し、104を駆動する。入力段
はMOSで構成しているので入力インピーダンスが高く、
出力段はバイポーラトランジスタで構成しているので出
力インピーダンスが小さく駆動力が高い。この回路はPM
OSおよびNPNトランジスタによつて構成されているの
で、第4図に示す電源構成にし基板電位を−5.2Vにして
も、耐圧上の問題は生じない。なぜならば、耐圧上の問
題を有するのは、基板とNMOSのドレイン間のみであり、
バイポーラのコレクタと基板間、あるいはPMOSのNウエ
ルと基板間は十分に高い耐圧を有しているからである。
したがつて、第1図(a)に示す回路構成とすれば、高
耐圧化という第1の目的は達成される。次に、低消費電
力性を得るために、NPNトランジスタ103とNPNトランジ
スタ104が相補動作する必要がある。103と104が相補動
作するためには、PMOS101のゲート端子105とPMOS102の
ゲート端子106の相補信号を入力すればよい。そこで、
端子105,106に差動回路の出力端子を接続する。第1図
(b)にこの回路を示す。108は差動回路、109は入力端
子、110,111はNPNトランジスタである。回路動作は以下
のごとくである。入力端子109に“H"が入力すると、NPN
トランジスタ110はオン、NPNトランジスタ111はオフと
なる。すると110のコレクタ106は“L"、111のコレクタ1
05は“H"となる。105,106はそれぞれPMOS101と102のゲ
ートに接続されるので、PMOS 101はオフ、102はオンと
なる。したがつて、NPNトランジスタ103はオフ、104は
オンとなり、出力107は“L"となる。一方、入力109に
“L"が入力すると、110はオフ、111はオンとなり、106
は“H"、105は“L"となる。したがつて、101と103はオ
ン、102と104はオフとなり、出力107は“H"となる。こ
のように、入力段に作動回路を接続することによつて、
相補動作が可能となり、出力段には直流電流がないので
低消費電力化が達成される。また、出力段にはトーテム
ポール構成のバイポーラトランジスタを使用しているの
で作動回路部にも耐圧上の問題は生ぜず、出力インピー
ダンスが小さく負荷駆動力が高いので高速である。ま
た、トーテムバイポーラはPMOSで駆動するので、回路は
非常に小型となる。
FIG. 1 shows a first embodiment according to the present invention. In FIG. 1A, 101 and 102 are PMOSs, and 103 and 104 are NPN transistors. The PMOS 101 supplies the base current of the NPN transistor 103, and the 103 is driven. PMOS 102 supplies the base current of NPN transistor 104 and drives 104. Since the input stage is composed of MOS, the input impedance is high,
Since the output stage is composed of bipolar transistors, the output impedance is small and the driving force is high. This circuit is a PM
Since it is constituted by the OS and the NPN transistor, even if the power supply configuration shown in FIG. 4 is used and the substrate potential is -5.2 V, there is no problem in withstand voltage. This is because the only problem with the breakdown voltage is between the substrate and the drain of the NMOS,
This is because there is a sufficiently high breakdown voltage between the bipolar collector and the substrate or between the N well of the PMOS and the substrate.
Therefore, with the circuit configuration shown in FIG. 1A, the first object of increasing the breakdown voltage is achieved. Next, in order to obtain low power consumption, the NPN transistor 103 and the NPN transistor 104 need to perform complementary operations. In order for the transistors 103 and 104 to perform complementary operations, complementary signals of the gate terminal 105 of the PMOS 101 and the gate terminal 106 of the PMOS 102 may be input. Therefore,
The output terminals of the differential circuit are connected to the terminals 105 and 106. FIG. 1 (b) shows this circuit. 108 is a differential circuit, 109 is an input terminal, and 110 and 111 are NPN transistors. The circuit operation is as follows. When “H” is input to input terminal 109, NPN
The transistor 110 is turned on, and the NPN transistor 111 is turned off. Then, the collector 106 of 110 is “L”, the collector 1 of 111
05 becomes “H”. Since 105 and 106 are respectively connected to the gates of the PMOS 101 and 102, the PMOS 101 is turned off and the PMOS 102 is turned on. Accordingly, the NPN transistor 103 is turned off, the 104 is turned on, and the output 107 becomes “L”. On the other hand, when "L" is input to the input 109, 110 is turned off, 111 is turned on, and 106 is turned on.
Is "H" and 105 is "L". Accordingly, 101 and 103 are turned on, 102 and 104 are turned off, and the output 107 becomes “H”. Thus, by connecting the operating circuit to the input stage,
Complementary operation becomes possible, and low power consumption is achieved because there is no DC current in the output stage. In addition, since a bipolar transistor having a totem-pole configuration is used in the output stage, there is no problem with the withstand voltage in the operation circuit portion, and the output impedance is small and the load driving force is high, so that the operation speed is high. Also, since the totem bipolar is driven by a PMOS, the circuit becomes very small.

以上の説明で明らかなように、本発明にかかわる回路
は、PMOSとNPNバイポーラ構成により、高耐圧化を達成
し、かつ入力段に差動回路を用いることにより、相補動
作を行い低消費電力化を達成している。
As is clear from the above description, the circuit according to the present invention achieves a high breakdown voltage by using a PMOS and NPN bipolar configuration, and performs a complementary operation to reduce power consumption by using a differential circuit in the input stage. Have achieved.

次に、第2実施例を第5図により説明する。なお、第
2実施例は第4図(a)に示した電源構成におけるレベ
ル変換回路307および出力回路303を実現したものであ
る。したがつて、本実施例による出力回路は、低電位の
電源−5.2VとGNDの間で動作する内部回路の信号を高電
位の電源+5VとGNDの間にあるTTLレベルの信号として出
力するものである。以上のことを前提として、以下回路
構成および回路動作を説明する。回路は大きく分けて入
力部507,レベルシフト部508,出力部509より構成され
る。入力部の電源端子505はGNDに接続され、電源端子50
6は低電位の電源(−5.2V)に接続される。入力端子501
には内部回路からの信号が入力される。内部信号のロウ
レベルVILは−5.2V、ハイレベルVILは0Vかあるいはこれ
に近い振幅の信号である。入力部507によつて、入力信
号は約0.8V振幅の信号に変換する。入力部の出力109に
は変換後の約0.8V振幅の信号が現われる。このように、
約5Vの振幅を持つ内部回路信号を入力部の出力109で約
0.8Vの振幅に変換する理由は、NPNトランジスタ110のベ
ース・エミツタ間にかかる逆バイアスを最小限に抑える
ためである。入力部の電源端子505と電源端子506との間
には、CMOSインバータを構成する一対のPMOSトランジス
タとNMOSトランジスタとが設けられ、このNMOSトランジ
スタのソースは互いに並列接続された抵抗とベース・エ
ミッタ間を短絡したNPNトランジスタとを介して電源端
子506に接続されている。このNPNトランジスタのベース
・コレクタ間容量(キャパシタンス)は、動作速度の向
上のためのスピードアップコンデンサとして作用し、入
力部507の出力立下り特性を改善する。次にレベルシフ
ト部の電源端子504は高電位の電源(+5V)に接続さ
れ、電源端子506は低電位の電源(−5.2V)に接続され
る。このレベルシフト部508においては、入力部の出力1
09信号をレベルシフトして増幅するとともに、相補信号
を作つている。GNDより低い電位であり、かつ振幅が約
0.8Vの109の信号が、105,106では約5Vの振幅を持つ正の
電位の振幅に変換される。105と106の信号は互いに反転
している。最後に、出力部509の電源端子504は高電位の
電源(+5V)に接続され、電源端子505はGNDに接続され
る。出力部509はバツフア回路であり、105,106の相補信
号を、シングルエンド出力する。出力端子107にはTTLレ
ベルの信号が出力される。PMOS503と507の働きについて
は後述する。回路構成は以上のごとくであり、回路動作
を以下説明する。なお、以下の説明において、入力信号
“H"レベル“L"レベルと入力部507の出力109の“H"レベ
ル“L"レベルとレベルシフト部の出力105,106の“H"レ
ベル“L"レベルと出力信号の“H"レベル“L"レベルはそ
れぞれ値が異なるが、簡単のために、それぞれの“H"レ
ベルはすべて“H"、それぞれの“L"レベルはすべて“L"
と記す。入力端子501に“H"が入ると、109は“L"とな
る。よつて、110はオフ、111はオンとなり、106は
“H"、105は“L"となる。101がオンとなるので103はオ
ン、507,102はオフとなるので104はオフ、したがつて出
力端子107には“H"が出力される。また、入力端子501に
“L"が入力すると、109は“H"となり、110はオン、111
はオフする。よつて、105は“H"、106は“L"となる。10
1がオフするので103はオフ、507,102がオンするので104
はオン、したがつて出力端子107には“L"が出力され
る。かかる動作から本第2実施例はスルー回路を構成し
ている。本第2実施例をインバータ回路に変更すること
は容易に可能である。すなわち、105は110のコレクタに
接続し、106を111のコレクタに接続する。かかる構成に
おいては、上記回路動作とは反転した信号が出力される
ので、結局インバータ回路となる。また、多入力論理を
構成したい場合には、入力部507のCMOS部によつて論理
を構成することができる。さらに第2実施例回路の特徴
はPMOS503を追加することによつて、トライステート回
路を構成していることである。イネーブル端子502に
“H"が入力するとPMOS503はオフし、回路は通常動作を
する。一方、502に“L"が入力するとPMOS503はオンし、
110と111のエミツタがハイレベルにクランプされ、110
および111の両方がオフする。よつて、105,106はいずれ
も“H"となり、101,102,507のPMOSはすべてオフする。
すなわち、103,104はいずれもオフとなり、出力はハイ
インピーダンスとなる。最後に、507のPMOSは104のベー
ス供給用MOSである。106が“L"の時、507は104にベース
電流を供給し続けるので、104はオン状態を維持する。
したがつて、TTL回路に接続される出力107は、TTLから
のシンク電流IOLを十分吸い込むことができ、出力の
“L"が維持される。なお、本第2実施例の入力部507に
用いたNMOSのドレインには電源構成から明らかなごと
く、最高でも0Vの電圧しか印加されない。したがつて、
入力部のNMOSのドレイン・基板間には5.2Vの電位差しか
生じないので、耐圧も問題ないことは自明である。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the level conversion circuit 307 and the output circuit 303 in the power supply configuration shown in FIG. 4A are realized. Therefore, the output circuit according to the present embodiment outputs a signal of an internal circuit that operates between the low-potential power supply −5.2 V and GND as a TTL level signal between the high-potential power supply +5 V and GND. It is. Based on the above, the circuit configuration and circuit operation will be described below. The circuit is roughly composed of an input unit 507, a level shift unit 508, and an output unit 509. The power supply terminal 505 of the input section is connected to GND, and the power supply terminal 50
6 is connected to a low potential power supply (-5.2V). Input terminal 501
Is supplied with a signal from an internal circuit. Low level V I L of the internal signal -5.2V, the high level V I L is the amplitude signal near or to 0V. The input unit 507 converts the input signal into a signal having an amplitude of about 0.8 V. A converted signal having an amplitude of about 0.8 V appears at the output 109 of the input unit. in this way,
An internal circuit signal with an amplitude of about 5 V is
The reason for converting the amplitude to 0.8 V is to minimize the reverse bias applied between the base and the emitter of the NPN transistor 110. Between the power supply terminal 505 and the power supply terminal 506 of the input section, a pair of PMOS transistor and NMOS transistor constituting a CMOS inverter are provided, and the source of the NMOS transistor is connected between a resistor and a base-emitter connected in parallel with each other. Are connected to a power supply terminal 506 via an NPN transistor having a short circuit. The base-collector capacitance (capacitance) of the NPN transistor acts as a speed-up capacitor for improving the operation speed, and improves the output fall characteristic of the input unit 507. Next, the power supply terminal 504 of the level shift unit is connected to a high-potential power supply (+5 V), and the power supply terminal 506 is connected to a low-potential power supply (−5.2 V). In this level shift unit 508, the output 1 of the input unit
09 The signal is level-shifted and amplified, and a complementary signal is created. Potential lower than GND and amplitude is about
The 0.8 V 109 signal is converted to a positive potential amplitude having an amplitude of about 5 V at 105 and 106. The signals 105 and 106 are inverted from each other. Finally, the power supply terminal 504 of the output unit 509 is connected to a high-potential power supply (+5 V), and the power supply terminal 505 is connected to GND. The output unit 509 is a buffer circuit, and outputs the complementary signals of 105 and 106 in a single-ended manner. The output terminal 107 outputs a TTL level signal. The function of the PMOSs 503 and 507 will be described later. The circuit configuration is as described above, and the circuit operation will be described below. In the following description, the input signal “H” level “L” level, the “H” level “L” level of the output 109 of the input unit 507, and the “H” level “L” level of the outputs 105 and 106 of the level shift unit will be described. The “H” level and “L” level of the output signal have different values, but for simplicity, all “H” levels are “H” and all “L” levels are “L”.
It is written. When “H” enters the input terminal 501, 109 becomes “L”. Thus, 110 is off, 111 is on, 106 is "H" and 105 is "L". Since 101 is turned on, 103 is turned on, and 507 and 102 are turned off, so that 104 is turned off. Therefore, "H" is output to the output terminal 107. When “L” is input to the input terminal 501, 109 becomes “H”, 110 is turned on, and 111 is turned on.
Turns off. Therefore, 105 becomes "H" and 106 becomes "L". Ten
103 turns off because 1 turns off, 104 because 507,102 turns on
Is turned on, so that "L" is output to the output terminal 107. From this operation, the second embodiment constitutes a through circuit. It is easy to change the second embodiment to an inverter circuit. That is, 105 connects to the 110 collector and 106 connects to the 111 collector. In such a configuration, a signal inverted from the above-described circuit operation is output, so that the circuit eventually becomes an inverter circuit. When it is desired to configure a multi-input logic, the logic can be configured by the CMOS unit of the input unit 507. Further, the circuit of the second embodiment is characterized in that a tri-state circuit is formed by adding a PMOS 503. When "H" is input to the enable terminal 502, the PMOS 503 is turned off, and the circuit operates normally. On the other hand, when “L” is input to 502, the PMOS 503 is turned on,
Emitters 110 and 111 are clamped high and 110
And 111 are both turned off. Therefore, 105 and 106 both become "H", and all the PMOS transistors 101, 102 and 507 are turned off.
That is, 103 and 104 are both turned off, and the output becomes high impedance. Finally, the PMOS 507 is the base supply MOS 104. When 106 is “L”, the 507 continues to supply the base current to the 104, so that the 104 maintains the ON state.
Was but connexion, output 107 connected to the TTL circuit can be sucked sufficiently sink current I OL from TTL, "L" is maintained in the output. Incidentally, as apparent from the power supply configuration, only a voltage of 0 V at the maximum is applied to the drain of the NMOS used for the input unit 507 of the second embodiment. Therefore,
Since only 5.2 V potential is generated between the drain and the substrate of the NMOS in the input section, it is obvious that there is no problem with the withstand voltage.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、出力バツフア回路部をPMOSとバイポ
ーラトランジスタで構成しているので、高耐圧化を達成
でき、PMOSによる単一チヤネルMOSを相補動作させて、
出力バツフア部の前段のレベルシフト部を作動回路で構
成して相補動作をさせると、直流電流がほとんど流れ
ず、低消費電力化が達成できるという効果がある。
According to the present invention, since the output buffer circuit section is composed of a PMOS and a bipolar transistor, a high breakdown voltage can be achieved, and the single channel MOS by the PMOS is operated in a complementary manner.
When the level shift section in the preceding stage of the output buffer section is constituted by an operation circuit to perform a complementary operation, there is an effect that almost no DC current flows and low power consumption can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図(a)(b)は本発明の第1実施例を表わす回路
図、第2図は従来例を示す回路図、第3図(a)(b)
は電源構成を示す図、第4図(a)(b)は他の電源構
成を示す図、第5図は本発明の第2実施例を示す回路図
である。 101,102……PMOS、103,104……NPNトランジスタ、105,1
06……PMOSのゲート端子、107……出力端子。
1 (a) and 1 (b) are circuit diagrams showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing a conventional example, and FIGS. 3 (a) and 3 (b).
FIG. 4 is a diagram showing a power supply configuration, FIGS. 4A and 4B are diagrams showing other power supply configurations, and FIG. 5 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention. 101,102 …… PMOS, 103,104 …… NPN transistor, 105,1
06: PMOS gate terminal, 107: Output terminal.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】PMOSトランジスタ、NMOSトランジスタ、バ
イポーラトランジスタを含みそれぞれを同一半導体基板
上に形成した半導体集積回路装置において、該半導体集
積回路装置には該半導体基板の電位である第1電位と、
該第1電位より高い第2電位と、該第2電位より高い第
3電位とが印加され、前記第1電位の電源線と前記第2
電位の電源線の間に、第1PMOSトランジスタと該第1PMOS
トランジスタに直列に接続された第1NMOSトランジスタ
と該第1PMOSトランジスタのドレインにベースが接続さ
れた第1バイポーラトランジスタとにより構成した回路
を設け、該回路の後段で前記第2電位の電源線と前記第
3電位の電源線の間に、第2PMOSトランジスタと該第2PM
OSトランジスタに直列に接続された第3PMOSトランジス
タとにより構成される分岐及び第2バイポーラトランジ
スタと該第2バイポーラトランジスタに直列に接続され
た第3バイポーラトランジスタとにより構成される分岐
とを並列に接続し、前記第2PMOSトランジスタのドレイ
ンを前記第2バイポーラトランジスタのベースに接続
し、前記第3PMOSトランジスタのドレインを前記第3バ
イポーラトランジスタのベースに接続し、前記第2バイ
ポーラトランジスタと前記第3バイポーラトランジスタ
の接合部に出力信号取出端部を設けて出力回路を構成し
たことを特徴とする半導体集積回路装置。
1. A semiconductor integrated circuit device including a PMOS transistor, an NMOS transistor, and a bipolar transistor, each of which is formed on the same semiconductor substrate, wherein the semiconductor integrated circuit device has a first potential which is a potential of the semiconductor substrate;
A second potential higher than the first potential and a third potential higher than the second potential are applied, and a power supply line of the first potential is connected to the second potential.
A first PMOS transistor and the first PMOS
A circuit comprising a first NMOS transistor connected in series to the transistor and a first bipolar transistor having a base connected to the drain of the first PMOS transistor is provided, and a power supply line of the second potential and the A second PMOS transistor and the second PM
A branch constituted by a third PMOS transistor connected in series to the OS transistor and a branch constituted by a second bipolar transistor and a third bipolar transistor connected in series to the second bipolar transistor are connected in parallel. Connecting the drain of the second PMOS transistor to the base of the second bipolar transistor, connecting the drain of the third PMOS transistor to the base of the third bipolar transistor, and connecting the second bipolar transistor to the third bipolar transistor. A semiconductor integrated circuit device, wherein an output circuit is provided by providing an output signal extracting end portion in the section.
【請求項2】PMOSトランジスタ、NMOSトランジスタ、バ
イポーラトランジスタを含みそれぞれを同一半導体基板
上に形成した半導体集積回路装置において、該半導体集
積回路装置には該半導体基板の電位である第1電位と、
該第1電位より高い第2電位と、該第2電位より高い第
3電位とが印加され、 前記第1電位と前記第2電位との間の範囲にある信号レ
ベルの第1信号を第1の電位以上第2の電位以下の範囲
にある信号レベルの小振幅信号に変換する入力部と、 該入力部から出力された信号を前記第2電位と第3電位
との間の範囲のレベルまで増幅し、かつレベルシフトし
て相補信号を出力するレベルシフト部と、 前記第2電位の電源線と前記第3電位の電源線の間にPM
OSトランジスタとバイポーラトランジスタにより構成さ
れ、前記レベルシフト部の出力信号を外部に出力するバ
ッファ部とを有することを特徴とする半導体集積回路装
置。
2. A semiconductor integrated circuit device including a PMOS transistor, an NMOS transistor, and a bipolar transistor, each of which is formed on the same semiconductor substrate, wherein the semiconductor integrated circuit device has a first potential which is a potential of the semiconductor substrate;
A second potential higher than the first potential and a third potential higher than the second potential are applied, and a first signal having a signal level in a range between the first potential and the second potential is applied to the first potential. An input unit for converting the signal into a small-amplitude signal having a signal level in the range of not less than the second potential and not more than the second potential; A level shift unit for amplifying and level shifting to output a complementary signal; and a PM between the power supply line of the second potential and the power supply line of the third potential.
A semiconductor integrated circuit device comprising: an OS transistor and a bipolar transistor; and a buffer unit that externally outputs an output signal of the level shift unit.
【請求項3】一対の第1PMOSトランジスタおよび第1NMOS
トランジスタによりCMOSインバータを構成し、該CMOSイ
ンバータの入力側に入力端子を接続し、前記第1NMOSト
ランジスタのソースに並列接続された抵抗とキャパシタ
ンスを介して第1電位の電源線に、前記第1PMOSトラン
ジスタのソースがダイオード接続された第1NPNトランジ
スタを介して第2電位の電源線に、それぞれ接続され、
前記第1PMOSトランジスタのドレイン−ソース間を第1
インピーダンス素子を介して接続し、前記CMOSインバー
タの出力側をエミッタフォロワを構成する第2NPNトラン
ジスタのベースに接続し、該第2NPNトランジスタのコレ
クタを前記第1PMOSトランジスタのソースに、エミッタ
を第2インピーダンス素子を介して前記第1電位の電源
線にそれぞれ接続し、前記第2NPNトランジスタのエミッ
タを出力端とする入力部と、 第3NPNトランジスタと第4NPNトランジスタを差動対と
し、該3NPNトランジスタ及び第4NPNトランジスタのコレ
クタを、それぞれ第3、第4のインピーダンス素子を介
して第3電位の電源線に接続し、前記第3NPNトランジス
タと第4NPNトランジスタのエミッタを第5NPNトランジス
タ及び第5インピーダンス素子を介して前記第1電位の
電源線に接続し、前記第3NPNトランジスタと第4NPNトラ
ンジスタのコレクタから相補信号を出力するレベルシフ
ト部と、 前記第2電位の電源線と前記第3電位の電源線の間に、
互いに直列に接続された第2PMOSトランジスタと第3PMOS
トランジスタと第6インピーダンス素子とにより構成さ
れる分岐および互いに直列に接続された第7インピーダ
ンス素子と第6NPNトランジスタと第1ダイオードと第7N
PNトランジスタとにより構成される分岐を並列に接続
し、前記第2PMOSトランジスタのドレインを前記第6NPN
トランジスタのベースに接続し、前記第3PMOSトランジ
スタのドレインを前記第7NPNトランジスタのベースに接
続し、前記第1ダイオードのアノードを前記第6NPNトラ
ンジスタのエミッタに、カソードを前記第7NPNトランジ
スタのコレクタに、第2ダイオードのアノードを前記第
7NPNトランジスタのコレクタに、カソードを前記第3PMO
Sトランジスタのソースに、第3ダイオードのアノード
を前記第3PMOSトランジスタと前記第6インピーダンス
素子との接続部に、カソードを前記第2PMOSトランジス
タのゲートにそれぞれ接続し、第4PMOSトランジスタの
ソースを前記第2PMOSトランジスタのソースに、ドレイ
ンを前記第7NPNトランジスタのベースに、ゲートを前記
第3PMOSトランジスタのゲートに接続し、前記第2PMOSト
ランジスタ、前記第3PMOSトランジスタのゲートを前記
レベルシフト部から出力される相補信号の入力端とし、
前記第1ダイオードと前記第7NPNトランジスタの接合部
に出力端子を接続した出力部とを有することを特徴とす
る半導体集積回路装置。
3. A pair of a first PMOS transistor and a first NMOS.
A transistor constitutes a CMOS inverter, an input terminal is connected to the input side of the CMOS inverter, and the first PMOS transistor is connected to a first potential power supply line via a resistor and a capacitor connected in parallel to the source of the first NMOS transistor. Are connected to the power line of the second potential via the first NPN transistor which is diode-connected, respectively.
The first PMOS transistor has a first
The output side of the CMOS inverter is connected to the base of a second NPN transistor constituting an emitter follower, the collector of the second NPN transistor is connected to the source of the first PMOS transistor, and the emitter is connected to the second impedance element. And an input unit connected to the power supply line of the first potential through the input terminal and having an emitter of the second NPN transistor as an output terminal; a third NPN transistor and a fourth NPN transistor as a differential pair; the third NPN transistor and the fourth NPN transistor Are connected to a power supply line of a third potential via third and fourth impedance elements, respectively, and the emitters of the third and fourth NPN transistors are connected to each other via a fifth NPN transistor and a fifth impedance element. Connected to a 1-potential power supply line and connected to the third and fourth NPN transistors. A level shift unit that outputs a complementary signal from the power supply, and a power supply line of the second potential and a power supply line of the third potential,
The second PMOS transistor and the third PMOS connected in series with each other
A branch constituted by a transistor and a sixth impedance element, and a seventh impedance element, a sixth NPN transistor, a first diode and a seventh N connected in series with each other;
And a PN transistor, and a drain of the second PMOS transistor is connected to the sixth NPN.
A drain of the third PMOS transistor is connected to a base of the seventh NPN transistor; an anode of the first diode is connected to an emitter of the sixth NPN transistor; a cathode is connected to a collector of the seventh NPN transistor; 2 Connect the anode of the diode
The collector of 7NPN transistor, the cathode is the third PMO
The source of the S transistor, the anode of the third diode is connected to the connection between the third PMOS transistor and the sixth impedance element, the cathode is connected to the gate of the second PMOS transistor, and the source of the fourth PMOS transistor is connected to the second PMOS transistor. The source of the transistor, the drain is connected to the base of the seventh NPN transistor, the gate is connected to the gate of the third PMOS transistor, the second PMOS transistor, the gate of the third PMOS transistor of the complementary signal output from the level shift unit Input end,
A semiconductor integrated circuit device comprising: an output unit having an output terminal connected to a junction between the first diode and the seventh NPN transistor.
【請求項4】特許請求の範囲第3項記載の半導体集積回
路装置において、 前記入力部の第1NPNトランジスタのエミッタにソース
が、前記レベルシフト部の第3NPNトランジスタのエミッ
タにドレインがそれぞれ接続され、ゲートに入力される
制御信号により前記第3NPNトランジスタ及び第4NPNトラ
ンジスタのオン、オフ状態を制御する第5PMOSトランジ
スタを更に設けたことを特徴とする半導体集積回路装
置。
4. The semiconductor integrated circuit device according to claim 3, wherein a source is connected to an emitter of the first NPN transistor of the input unit, and a drain is connected to an emitter of a third NPN transistor of the level shift unit. A semiconductor integrated circuit device, further comprising: a fifth PMOS transistor that controls on / off states of the third NPN transistor and the fourth NPN transistor by a control signal input to a gate.
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