DE3935538A1 - MOS LOGIC IN BICMOS CIRCUITS - Google Patents
MOS LOGIC IN BICMOS CIRCUITSInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine MOS-Logik in integrierten BICMOS-Schaltkreisen.The invention relates to integrated MOS logic BICMOS circuits.
Für die Herstellung von hochintegrierten Schaltkreisen, z. B. TV-Signalprozessoren, kann vorteilhaft die BICMOS-Technolo gie verwendet werden. Auf einem solchen Chip verwendet man z. B. für analoge Schaltungen bipolare Bauelemente und für digitale Schaltungen CMOS-Logik.For the manufacture of highly integrated circuits, e.g. B. TV signal processors, can be advantageous the BICMOS technology be used. One uses on such a chip e.g. B. for analog circuits bipolar components and for digital circuits CMOS logic.
BICMOS bedeutet: Bipolar- und CMOS-Technologie werden gemein sam auf einem Chip verwendet. CMOS bedeutet: Komplementäres Metall-Oxid Silizium (Complementary Metal Oxide Semiconduc tor). I2L bedeutet: Integrierte Injektionslogik. Bipolare Technologie, CMOS und I2L sind z. B. beschrieben in "Arbeits blatt Nr. 110", aus der Zeitschrift "Elektronik", Heft 4/1978, Seiten 129-130 und Heft 5/1978, Seiten 97-98.BICMOS means: Bipolar and CMOS technology become common sam used on a chip. CMOS means: complementary Metal Oxide Silicon (Complementary Metal Oxide Semiconduc gate). I2L means: Integrated injection logic. Bipolar Technology, CMOS and I2L are e.g. B. described in "Working sheet No. 110 ", from the magazine" Elektronik ", issue 4/1978, pages 129-130 and issue 5/1978, pages 97-98.
Ein bipolares I2L-Gatter besteht aus einem npn-Transistor, der als Schalter arbeitet und dessen Injektor mit einem pnp- Transistor als Stromquelle betrieben wird. I2L-Gatter benöti gen nur eine sehr geringe Chip-Fläche, aber die Anzahl der Ausgänge pro Gatter ist stark begrenzt, z. B. auf vier. Außer dem ist I2L-Logik empfindlich gegenüber Spannungsabfällen auf Masse- und Injektor-Leitungen. A bipolar I2L gate consists of an npn transistor, that works as a switch and its injector with a pnp Transistor is operated as a current source. I2L gate required only a very small chip area, but the number of Outputs per gate is severely limited, e.g. B. to four. Except I2L logic is sensitive to voltage drops on ground and injector lines.
Gegenüber I2L-Gattern haben CMOS-Gatter eine höhere Störun empfindlichkeit, allerdings benötigt man für ein konventio nelles CMOS-Gatter mehr Transistoren als für ein entsprechen des I2L-Gatter.Compared to I2L gates, CMOS gates have a higher level of interference sensitivity, but you need for a convention nelles CMOS gate more transistors than for a correspond of the I2L gate.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung für einen integrierten Schaltkreis anzugeben, in der die Vortei le der I2L-Schaltkreistechnologie mit denen der CMOS-Schalt kreistechnologie verbunden sind.The invention has for its object a circuit for specify an integrated circuit in which the advantage le of the I2L circuit technology with those of the CMOS circuit circular technology are connected.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved by the specified in claim 1 Features solved. Advantageous developments of the invention are described in the subclaims.
Die Lösung besteht darin, daß MOS-Gatter in einer I2L-ähnli chen Struktur aufgebaut werden. Dies läßt sich z. B. gut in integrierten Schaltkreisen mit BICMOS-Technologie verwirkli chen.The solution is that MOS gates in an I2L-like structure. This can be done e.g. B. good in integrated circuits with BICMOS technology chen.
Durch die Verwendung einer I2L-ähnlichen Struktur für MOS- Gatter in BICMOS, im folgenden CWL bzw. CWL-Technologie ge nannt, ergeben sich folgende Vorteile:By using an I2L-like structure for MOS Gate in BICMOS, hereinafter referred to as CWL or CWL technology The following advantages result:
- - CWL-Logik ermöglicht eine Chipflächeneinsparung von ca. 50% gegenüber konventioneller CMOS-Logik.- CWL logic enables chip area savings of approx. 50% compared to conventional CMOS logic.
- - CWL-Logik ist Schaltkreis-kompatibel mit I2L-Logik.- CWL logic is circuit compatible with I2L logic.
- - CWL-Gatter sind unempfindlich gegenüber Spannungsschwankun gen auf Masse- und Injektorleitungen.- CWL gates are insensitive to voltage fluctuations on ground and injector lines.
- - Durch langsameres Logikverhalten ergibt sich für auf dem Chip benachbarte Analog-Schaltungsstrukturen eine ge ringere Störeinstrahlung. - The slower logic behavior results in on analog circuit structures adjacent to the chip have a ge less interference.
- - Wenn z. B. gleichzeitig viele I2L-Gatter angesteuert werden sollen, benötigt man eine I2L-Ansteuerlogik für die I2L- Gatter mit entsprechend vielen parallelen Ausgängen. Wegen der Begrenzung der Anzahl der Ausgänge, z. B. auf vier, hat die Ansteuerlogik dann eine Baumstruktur mit entsprechen der zeitlicher Verzögerung durch mehrere hintereinander geschaltete Logik-Gatter und einen entsprechenden Platzbe darf auf dem Chip. CWL-Gatter können aber z. B. mehr als zwanzig Ausgänge bereitstellen. Entsprechend vereinfacht sich eine solche Ansteuerlogik. Die Anzahl der parallelen Ausgänge ist dabei im wesentlichen nur durch die dadurch bedingte kapazitive Last und die erforderliche Geschwindig keit begrenzt.- If z. B. many I2L gates can be controlled simultaneously you need an I2L control logic for the I2L Gate with a corresponding number of parallel outputs. Because of limiting the number of outputs, e.g. B. on four the control logic then corresponds to a tree structure the time delay caused by several in a row switched logic gates and a corresponding Platzbe may be on the chip. However, CWL gates can e.g. B. more than provide twenty outputs. Simplified accordingly such control logic. The number of parallel Exits is essentially only through this conditional capacitive load and the required speed limited.
- - Beim Schaltungsdesign von CWL-Logik kann sehr einfach ein symbolisches Layout benutzt werden.- The circuit design of CWL logic can be very simple symbolic layout can be used.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an hand der Zeichnungen erläutert. Diese zeigen inAn embodiment of the invention will now be described hand of the drawings explained. These show in
Fig. 1 eine CWL-Gatterstruktur, Fig. 1 is a CWL-gate structure,
Fig. 2 Layout eines CWL-Inverters mit vier Ausgängen, Fig. 2 layout of a CWL inverter with four outputs,
Fig. 3 Layout von vier zusammengefaßten CWL-Invertern, Fig. 3 Layout of four combined CWL inverters,
Fig. 4 Verdrahtung für eine Decoderlogik nach Tab. 1. Fig. 4 wiring for a decoder logic according to Tab. 1.
In Fig. 1 ist die Struktur eines CWL-Gatters mit einem Ein gang (11) und mehreren Ausgängen (121, 122, 129) darge stellt. Es können z.B. über zwanzig solcher parallelen Aus gänge vorhanden sein. Die zugehörigen Ausgangs-N-MOS-Transi storen (131, 132, 139) sind einerseits mit ihrer jeweiligen Source gemeinsam an die Masse-Leitung (16) und andererseits mit ihrem jeweiligen Gate an den Eingang (11) angeschlossen. Mit ihrem jeweiligen Drain bilden sie einen Multi-Drain-Aus gang (121, 122, 129).In Fig. 1, the structure of a CWL gate with one input ( 11 ) and several outputs ( 121 , 122 , 129 ) is Darge. For example, there may be over twenty such parallel outputs. The associated output N-MOS transistors ( 131 , 132 , 139 ) are connected on the one hand with their respective sources together to the ground line ( 16 ) and on the other hand with their respective gate to the input ( 11 ). With their respective drain, they form a multi-drain output ( 121 , 122 , 129 ).
Die Signale der Ausgänge (121, 122, 129) werden in Form ei ner Mehrfach-Eingangs-NAND-Verknüpfung durch mehrere von au ßen zugeführte, nicht dargestellte Signale am Eingang (11) gebildet oder in Form einer NOT-Verknüpfung mit einem von außen zugeführten Signal am Eingang (11). Ein Injektions strom (18) in die Gates der N-MOS-Transistoren (131, 132, 139) wird von dem Drain eines P-MOS-Transistor (17) gelie fert, der mit seiner Source an die Versorgungsspannung (14) und mit seinem Gate an einen Referenzstrom (15) angeschlos sen ist. Der Referenzstrom (15), im folgenden I-Bias ge nannt, legt die Größe des Injektionsstromes (18) fest, etwa im Bereich von 0,1 bis 10 µA Der Referenzstrom (15) kann z. B. auch zunächst einen weite ren PMOS-Transistor speisen, der als Stromspiegel geschaltet ist und an die I-Bias-Anschlüsse (15, 25, 351, 352) ange schlossen wird. Dieser PMOS-Transistor hat den gleichen Auf bau wie der PMOS-Transistor (17) aus Fig. 1 . Dadurch werden automatisch herstellungsbedingte Toleranzen der Gate-Source- Spannungen solcher Transistoren (17) ausgeglichen.The signals of the outputs ( 121 , 122 , 129 ) are formed in the form of a multiple input NAND link by a plurality of signals, not shown, at the input ( 11 ) supplied from the outside, or in the form of an NOT link with one from the outside supplied signal at the input ( 11 ). An injection current ( 18 ) into the gates of the N-MOS transistors ( 131 , 132 , 139 ) is delivered from the drain of a P-MOS transistor ( 17 ), which has its source connected to the supply voltage ( 14 ) and its gate to a reference current ( 15 ) is ruled out. The reference current ( 15 ), hereinafter referred to as I-bias, defines the size of the injection current ( 18 ), approximately in the range from 0.1 to 10 µA. The reference current ( 15 ) can, for. B. also feed a wide ren PMOS transistor, which is connected as a current mirror and to the I-bias connections ( 15 , 25 , 351 , 352 ) is connected. This PMOS transistor has the same construction as the PMOS transistor ( 17 ) from FIG. 1. This automatically compensates for manufacturing-related tolerances of the gate-source voltages of such transistors ( 17 ).
Ein CWL-Logikgatter ist also gekennzeichnet durch eine Strom quelle (17, 18) am Eingang (11) und Multi-Open-Drain-Ausgän ge (121, 122, 129). Der Eingang (11) bildet mit den ihm von außen zugeführten Signalen eine ′CMOS-wired AND′-Logik.A CWL logic gate is thus characterized by a current source ( 17 , 18 ) at the input ( 11 ) and multi-open drain outputs ( 121 , 122 , 129 ). The input ( 11 ) forms a 'CMOS-wired AND' logic with the signals supplied to it from the outside.
Fig. 2 zeigt das physikalische Layout eines CWL-Gatters mit einer Gatterstruktur gemäß Fig. 1, das zwischen einem Me tall-Anschluß für die Versorgungsspannung (24) und einem Me tall-Anschluß (26) für Masse angeordnet ist. Es sind weiter der Metall-Anschluß des Eingangs (21) und vier Metall-An schlüsse für die vier Ausgänge (221, 222, 223, 229) darge stellt. Außerdem erkennt man die I-Bias-Leitung (25) aus po lykristallinem Silizium. Fig. 2 shows the physical layout of a CWL gate with a gate structure according to FIG. 1, which is arranged between a Me tall connection for the supply voltage ( 24 ) and a Me tall connection ( 26 ) for ground. There are also the metal connection of the input ( 21 ) and four metal connections for the four outputs ( 221 , 222 , 223 , 229 ). You can also see the I-bias line ( 25 ) made of polycrystalline silicon.
In den Feldern (271-279) ist jeweils eine Markierungsart
für die verschiedenen Bereiche des CWL-Gatters dargestellt:
Markierung 271: vergrabene Diffusionsebene (buried layer),
Markierung 272: Epitaxie-Bereich,
Markierung 273: aktiver Bereich,
Markierung 274: P+ Diffusion,
Markierung 275: N- Diffusion,
Markierung 276: N+ Diffusion,
Markierung 277: polykristallines Silizium,
Markierung 278: Kontakt zwischen Metall und polykristal
linem Silizium,
Markierung 279: Metallisierungsebene.The fields ( 271-279 ) each show a type of marking for the different areas of the CWL gate:
Marking 271 : buried layer,
Mark 272 : epitaxial area,
Mark 273 : active area,
Mark 274 : P + diffusion,
Mark 275 : N diffusion,
Label 276 : N + diffusion,
Mark 277 : polycrystalline silicon,
Mark 278 : contact between metal and polycrystalline silicon,
Marking 279 : metallization level.
Fig. 3 zeigt vier benachbarte CWL-Gatter gemäß Fig. 2. Man erkennt, daß jeweils die Masse-Anschlüsse zweier Gatter (361, 362) und die I-Bias-Anschlüsse zweier Gatter (351, 352) verbunden sind. Fig. 3 shows four adjacent CWL gates according to Fig. 2. It can be seen that the ground connections of two gates ( 361 , 362 ) and the I-bias connections of two gates ( 351 , 352 ) are connected.
Die Versorgungsspannungsanschlüsse (34) aller vier Gatter sind ebenfalls zusammengefaßt. Die vier Eingänge entspre chend dem Eingang (31) entsprechen jeweils dem Eingang (21) des Gatters aus Fig. 2, die sechzehn Ausgänge entsprechend den vier Ausgängen (321, 322, 323, 329) entsprechen jeweils den vier Ausgängen (221, 222, 223, 229) des Gatters aus Fig. 2.The supply voltage connections ( 34 ) of all four gates are also combined. The four inputs corresponding to the input ( 31 ) each correspond to the input ( 21 ) of the gate from FIG. 2, the sixteen outputs corresponding to the four outputs ( 321 , 322 , 323 , 329 ) each correspond to the four outputs ( 221 , 222 , 223 , 229 ) of the gate from FIG. 2.
Die Verdrahtung der CWL-Gatter läßt sich durch Verschiebung der Gatteranschlüsse auf der Chip-Fläche vorteilhaft verein fachen.The wiring of the CWL gates can be shifted the gate connections on the chip surface advantageously combine fold.
Wenn beispielsweise die Gatter aus Fig. 2 und Fig. 3 benach bart auf einem Chip angeordnet sind und der Eingang (21) des Gatters aus Fig. 2 an den Ausgang (37) des Vierfach-Gatters aus Fig. 3 angeschlossen werden soll, kann der Eingang (21) des Gatters aus Fig. 2 vorteilhaft einfach an dem Ort des Ausgangs (229) verschoben werden. Dadurch ist der Eingang (21) des ersten Gatters direkt dem Ausgang (37) des Gatters aus Fig. 3 benachbart und eine Verbindung zwischen beiden ist sehr kurz.Are example, if the gate of Fig. 2 and Fig. 3 discloses Benach arranged on one chip and the input (21) to be connected of the gate of Fig. 2 to the output (37) of the four-gate of Fig. 3, the input ( 21 ) of the gate from FIG. 2 is advantageously simply moved to the location of the output ( 229 ). As a result, the input ( 21 ) of the first gate is directly adjacent to the output ( 37 ) of the gate from FIG. 3 and a connection between the two is very short.
In Fig. 2 und Fig. 3 erkennt man, daß die Source-Anschlüsse jedes Gatters spiegelsymmetrisch in einer H-förmigen N+ Dif fusions-Struktur verbunden sind und nur diese gemeinsame Source-Fläche jedes Gatters bzw. Doppelgatters durch einen Metall-Anschluß an Masse (26, 361, 362) verbunden ist. Außer dem gibt es nur gemeinsame Versorgungsspannungs-Metallan schlüsse (an 34) für alle vier Gatter in Fig. 3 . Diese Maß nahmen führen vorteilhaft zu einer weiteren Reduktion der benötigten Chip-Fläche und bieten eine größere Freiheit in der Verdrahtung der Gatter untereinander.In Fig. 2 and Fig. 3 it can be seen that the source connections of each gate are mirror-symmetrically connected in an H-shaped N + diffusion structure and only this common source area of each gate or double gate through a metal connection to ground ( 26 , 361 , 362 ) is connected. In addition, there are only common supply voltage metal connections (at 34 ) for all four gates in Fig. 3rd These measures advantageously lead to a further reduction in the chip area required and offer greater freedom in the wiring of the gates to one another.
Dadurch können auch komplexere Logikfunktionen, wie z. B. ein Binär-zu-Dezimal-Decoder, vorteilhaft mit geringem Verdraht ungsaufwand aufgebaut werden. In der folgenden Tabelle (Tab. 1) sind die logischen Ein- (a, b, c, d) und Ausgangssignale (A, B, C, D, E, F, G, H, I, J) eines solchen Decoders angege ben: This allows even more complex logic functions, such as. B. a Binary-to-decimal decoder, advantageously with little wiring effort. In the following table (tab. 1) are the logical inputs (a, b, c, d) and output signals (A, B, C, D, E, F, G, H, I, J) of such a decoder ben:
Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus dem Verdrahtungsschema für diesen Decoder. Es sind acht Logik-Gatter-Eingänge (a, b, c, d und a, b, c, d invertiert) von acht Logik-Gattern (41) mit entsprechenden Metall-Kontakten (43) dargestellt. Davon ent sprechen vier Logik-Gatter-Eingänge (a, b, c, d) den logi schen Eingangssignalen a, b, c, d in Tabelle 1. Weiter sind fünf (42) von zehn Verbindungsleitungen für Logik-Gatter-Aus gänge und fünf (F bis J) von zehn Decoder-Ausgängen darge stellt, die den logischen Ausgangssignalen (A bis J) in Ta belle 1 entsprechen. Fig. 4 shows a section of the wiring diagram for this decoder. Eight logic gate inputs (a, b, c, d and a, b, c, d inverted) of eight logic gates ( 41 ) with corresponding metal contacts ( 43 ) are shown. Of these, four logic gate inputs (a, b, c, d) correspond to the logic input signals a, b, c, d in Table 1. Furthermore, five (42) out of ten connecting lines for logic gate outputs and represents five (F to J) out of ten decoder outputs, which correspond to the logical output signals (A to J) in Table 1.
Auf diesen Verbindungsleitungen (42) befinden sich über den acht Logik-Gatter-Eingängen (a, b, c, d und a, b, c, d inver tiert) weitere Metallkontakte von den Ausgängen der entspre chenden Logik-Gatter (41). Jeweils ein Ausgang von vier (a bis d) der Logik-Gatter (41) ist mit einem entsprechenden Eingang der anderen vier (a bis d invertiert) der Logik-Gat ter (41) verbunden.On these connecting lines ( 42 ) are over the eight logic gate inputs (a, b, c, d and a, b, c, d inverted) further metal contacts from the outputs of the corresponding logic gates ( 41 ). One output of four (A to D) of the logic gate (41) (inverted a to d) to a corresponding input of the other four of the logic Gat ter (41).
Die logischen Ausgangssignale (A bis J) des Decoders werden folgendermaßen gebildet (inv. bedeutet logisch invertiert). The logical output signals (A to J) of the decoder are formed as follows (inv. means logically inverted).
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |