JP2001237689A - Mos logic circuit and semiconductor integrated circuit - Google Patents

Mos logic circuit and semiconductor integrated circuit

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JP2001237689A
JP2001237689A JP2000047973A JP2000047973A JP2001237689A JP 2001237689 A JP2001237689 A JP 2001237689A JP 2000047973 A JP2000047973 A JP 2000047973A JP 2000047973 A JP2000047973 A JP 2000047973A JP 2001237689 A JP2001237689 A JP 2001237689A
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power supply
circuit
logic circuit
supply system
mos logic
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Masaaki Okawa
正明 大河
Toshiro Takahashi
敏郎 高橋
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce power consumption by suppressing the leak current in an MOSFET in an OFF state in an MOS logic circuit composed of a deep submicron MOS having a low threshold voltage, which can operate at high speed with a low power supply voltage, for example. SOLUTION: This circuit is provided with a first inverter circuit 15A to operate on power supply voltages VDD and VSS for ordinary operation, a second inverter circuit 15B which operates on power supply voltages VDDH and VSSL higher than the power supply voltages VDD and VSS for overdrive operation, having an output amplitude greater than that of the first inverter circuit 15A and time constant circuits R1 and R2 for delaying the operation of this second inverter circuit 15B and a first MOS logic circuit 15A and a second MOS logic circuit are parallel connected between common input and output nodes.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、MOS論理回路
においてMOSFETのサブスレショルド電流による電
力消費を低減するための技術に関し、例えばディープサ
ブミクロンプロセスで形成される低しきい値電圧のMO
SFETを使用したMOS論理回路に適用して特に有用
な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for reducing power consumption due to a sub-threshold current of a MOSFET in a MOS logic circuit, for example, a low threshold voltage MO formed by a deep sub-micron process.
The present invention relates to a technique which is particularly useful when applied to a MOS logic circuit using an SFET.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOS論理集積回路における基本的な論
理ゲート回路として例えば図14に示すようなCMOS
インバータ回路がある。通常のインバータ回路ではNチ
ャネルMOSFET N1のソースが負極側の電源電圧
VSSに、PチャネルMOSFET P1のソースが正
極側の電源電圧VDDに接続され、また、それぞれのゲ
ートが共通の入力ノードINに、それぞれのドレインが
共通の出力ノードOUTに接続されてなる。そして、入
力ノードINに負極側の電源電圧VSSと等しいローレ
ベルの信号を入力するとPチャネルMOSFET P1
がオンするとともに、NチャネルMOSFET N1が
オフして出力ノードOUTに正極側の電源電圧VDDが
出力される。逆に入力ノードINに正極側の電源電圧V
DDを入力すると出力ノードOUTに負極側の電源電圧
VSSが出力される。
2. Description of the Related Art As a basic logic gate circuit in a MOS logic integrated circuit, for example, a CMOS as shown in FIG.
There is an inverter circuit. In a normal inverter circuit, the source of the N-channel MOSFET N1 is connected to the power supply voltage VSS on the negative side, the source of the P-channel MOSFET P1 is connected to the power supply voltage VDD on the positive side, and each gate is connected to a common input node IN. Each drain is connected to a common output node OUT. When a low-level signal equal to the power supply voltage VSS on the negative electrode side is input to the input node IN, the P-channel MOSFET P1
Is turned on, the N-channel MOSFET N1 is turned off, and the power supply voltage VDD on the positive electrode side is output to the output node OUT. Conversely, the power supply voltage V on the positive side is applied to the input node IN.
When DD is input, the power supply voltage VSS on the negative electrode side is output to the output node OUT.

【0003】ところで、低い電源電圧VDDでも動作す
るように設計されたMOS集積回路におけるMOSFE
Tは、図15に示すように、ゲート・ソース間電圧がし
きい値電圧Vthより小さな領域にあってもドレイン電
流は完全な0にはならず、微小な電流(サブスレショル
ド電流)が流れてソース・ドレイン間にリーク電流が発
生するという欠点がある。サブスレショルド電流はゲー
ト・ソース間電圧に対して指数関数的に変化すること、
並びに、従来の3〜5V系の電源電圧で動作するMOS
−LSIではMOSFETのしきい値電圧Vthはある
程度高めに設定されていることから、ゲート・ソース間
電圧が0Vのときにはサブスレショルド電流は無視でき
るほど小さくなり、上記のようなインバータ回路におい
てリーク電流はたいして問題にならなかった。
Incidentally, a MOSFE in a MOS integrated circuit designed to operate even at a low power supply voltage VDD.
As shown in FIG. 15, as shown in FIG. 15, even when the gate-source voltage is in a region smaller than the threshold voltage Vth, the drain current does not become completely zero, and a minute current (sub-threshold current) flows. There is a disadvantage that a leak current is generated between the source and the drain. The subthreshold current varies exponentially with the gate-source voltage,
And a conventional MOS operating at a power supply voltage of 3 to 5 V.
In the -LSI, the threshold voltage Vth of the MOSFET is set to be somewhat high, so that when the gate-source voltage is 0 V, the sub-threshold current becomes so small that it can be ignored. It didn't matter much.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】近年、MOSデバイス
の微細化が進み、低電源電圧で高速動作を可能とするデ
ィープサブミクロンMOSの技術が実用化されている。
ディープサブミクロンプロセスで形成されるMOSFE
Tはその駆動電圧に合わせてしきい値電圧Vthも低く
設定されているため、ゲート・ソース間電圧が0Vのと
きでも無視できない程度のサブスレショルド電流が流れ
る。
In recent years, MOS devices have been miniaturized, and a deep submicron MOS technology capable of high-speed operation at a low power supply voltage has been put to practical use.
MOSFE formed by deep submicron process
Since the threshold voltage Vth of T is set low in accordance with the drive voltage, a subthreshold current that cannot be ignored even when the gate-source voltage is 0 V flows.

【0005】このようなディープサブミクロンプロセス
で上記のようなCMOSインバータ回路を形成した場
合、図16に示すように、インバータ回路が長い時間動
作停止されているときでもゲート・ソース間電圧が0V
でオフ状態にあるMOSFETに微小なサブスレショル
ド電流IL0が流れ、このサブスレショルド電流IL0
により(VDD−VSS)×IL0のDC電力が消費さ
れる。そして、このような消費電力は無視できないもの
となっている。
When the above-described CMOS inverter circuit is formed by such a deep submicron process, as shown in FIG. 16, even when the operation of the inverter circuit is stopped for a long time, the gate-source voltage becomes 0V.
, A small sub-threshold current IL0 flows through the MOSFET in the off state, and this sub-threshold current IL0
As a result, DC power of (VDD-VSS) × IL0 is consumed. Such power consumption cannot be ignored.

【0006】この発明の目的は、オフ状態とされたMO
SFETのソース・ドレイン間のリーク電流を抑制し、
消費電力の少ないMOS論理回路を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide an MO that is turned off.
Suppresses the leakage current between the source and drain of the SFET,
It is to provide a MOS logic circuit with low power consumption.

【0007】この発明の前記ならびにそのほかの目的と
新規な特徴については、本明細書の記述および添附図面
から明らかになるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のと
おりである。
The outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application is as follows.

【0009】すなわち、第1の電源系で動作する第1の
MOS論理回路と、上記第1の電源系より大きな第2の
電源系で動作し上記第1のMOS論理回路より大きな出
力振幅を有する第2のMOS論理回路と、この第2のM
OS論理回路の回路動作を遅らせる時定数回路とを具備
するとともに、上記第1のMOS論理回路と上記第2の
MOS論理回路とは共通の入力ノードと出力ノードとの
間に互いに並列に接続し、上記第1の電源系に対応した
振幅を有し上記時定数回路の時定数によって決まるある
所定の周波数よりも高い周波数の第1信号が入力された
ときには上記第1のMOS論理回路に電流が流れて論理
動作し、上記第2の電源系に対応した振幅を有し上記所
定の周波数よりも低い周波数の第2信号が入力されたと
きには第1のMOS論理回路に流れる電流が遮断されて
第2のMOS論理回路により論理動作が行われるように
構成する。
That is, a first MOS logic circuit operating on a first power supply system, and an output amplitude operating on a second power supply system larger than the first power supply system and larger than that of the first MOS logic circuit. A second MOS logic circuit and the second M
A time constant circuit for delaying a circuit operation of the OS logic circuit, wherein the first MOS logic circuit and the second MOS logic circuit are connected in parallel with each other between a common input node and an output node; When a first signal having an amplitude corresponding to the first power supply system and having a frequency higher than a predetermined frequency determined by the time constant of the time constant circuit is input, a current is supplied to the first MOS logic circuit. When a second signal having an amplitude corresponding to the second power supply system and having a frequency lower than the predetermined frequency is input, a current flowing through the first MOS logic circuit is cut off to perform a logical operation. The configuration is such that the logic operation is performed by two MOS logic circuits.

【0010】更に、上記第1のMOS論理回路に、上記
第1の電源系の正極から第2の電源系の正極または第2
の電源系の負極から第1の電源系の負極へ電流が流れる
のを防止するダイオードを設ける。
[0010] Further, the first MOS logic circuit is connected to the positive electrode of the second power supply system or the second power supply system.
And a diode for preventing a current from flowing from the negative electrode of the power supply system to the negative electrode of the first power supply system.

【0011】さらに望ましくは、上記の第2のMOS論
理回路を構成するMOSFETのしきい値電圧を、第1
のMOS論理回路を構成するMOSFETのしきい値電
圧よりも絶対値で大きく設計する。
More preferably, the threshold voltage of the MOSFET constituting the second MOS logic circuit is set to a first threshold voltage.
Are designed to be larger in absolute value than the threshold voltage of the MOSFET constituting the MOS logic circuit.

【0012】このような手段によれば、第1のMOS論
理回路がある程度高速に動作している間は、第1のMO
S論理回路により第1電源系の出力振幅で回路が動作す
る一方、第2のMOS論理回路は遅延回路により動作が
遅延され回路動作に影響を与えない。一方、第1のMO
S論理回路が長時間動作しない状態になると、第2のM
OS論理回路が動作してその出力ノードの電圧レベルを
第1電源系のレベルより大きくする(正極側は高く、負
極側は低くする)。すると、その後段のMOS論理回路
に入力される電圧レベルが大きくなり該論理回路のMO
SFETがオーバードライブされるので、サブスレショ
ルド電流が流れていたMOSFETのゲートに該MOS
FETを十分にオフするだけの電圧が印加され、サブス
レショルド電流が顕著に減少される。つまり、ある程度
高速に動作している間は、第1のMOS論理回路により
第1電源系の出力振幅でほぼ通常の回路動作が得られる
一方、ある程度長い時間ずっと停止状態になったような
場合には、第2のMOS論理回路が作用してその後段の
MOSFETをオーバードライブしそのリーク電流を低
減する。
According to such means, while the first MOS logic circuit is operating at a high speed to some extent, the first MO logic circuit is operated.
While the S logic circuit operates the circuit with the output amplitude of the first power supply system, the operation of the second MOS logic circuit is delayed by the delay circuit and does not affect the circuit operation. On the other hand, the first MO
When the S logic circuit does not operate for a long time, the second M
The OS logic circuit operates to make the voltage level of the output node higher than the level of the first power supply system (higher on the positive side and lower on the negative side). Then, the voltage level input to the subsequent MOS logic circuit increases, and the MO level of the logic circuit increases.
Since the SFET is overdriven, the gate of the MOSFET through which the subthreshold current is flowing is connected to the MOSFET.
A voltage sufficient to turn off the FET is applied, and the subthreshold current is significantly reduced. In other words, when the first MOS logic circuit can provide almost normal circuit operation with the output amplitude of the first power supply system while operating at a high speed to some extent, the operation can be stopped for a relatively long time. The second MOS logic circuit operates to overdrive the subsequent MOSFET and reduce its leakage current.

【0013】また、第2のMOS論理回路におけるMO
SFETのしきい値電圧を上記のように絶対値的に大き
くすることで、該MOSFETのリーク電流をなくせる
とともに、この第2のMOS論理回路は低速動作時にし
か作用しないため、第1のMOS論理回路の動作速度に
影響を与えたりしない。
The MO in the second MOS logic circuit
By increasing the absolute value of the threshold voltage of the SFET as described above, the leakage current of the MOSFET can be eliminated, and the second MOS logic circuit operates only at low speed operation. It does not affect the operation speed of the logic circuit.

【0014】基本的な論理回路としてCMOSインバー
タ回路に本発明を適用する場合には、例えば、直列形態
に接続され第1の電源系により動作するPチャネルMO
SFETおよびNチャネルMOSFETからなる第1イ
ンバータ回路(第1の論理回路)と、直列形態に接続さ
れ第1の電源系より大きな第2の電源系により動作する
PチャネルMOSFETおよびNチャネルMOSFET
からなり入力ノードおよび出力ノードを上記第1インバ
ータ回路と共通に接続された第2インバータ回路(第2
の論理回路)と、出力ノードと第2インバータ回路のP
チャネルMOSFETとの間並びに出力ノードと第2イ
ンバータ回路のNチャネルMOSFETとの間に直列に
接続された抵抗と、出力ノードと第1インバータ回路の
PチャネルMOSFETとの間および出力ノードと第1
インバータ回路のNチャネルMOSFETとの間に設け
られ、第1電源系の正極から第2電源系の正極または第
2電源系の負極から第1電源系の負極へ電流が流れるの
を防止するダイオードとを具備して構成する。
When the present invention is applied to a CMOS inverter circuit as a basic logic circuit, for example, a P-channel MO connected in series and operated by a first power supply system is used.
A first inverter circuit (first logic circuit) composed of an SFET and an N-channel MOSFET, and a P-channel MOSFET and an N-channel MOSFET connected in series and operated by a second power supply system larger than the first power supply system
And an input node and an output node commonly connected to the first inverter circuit.
Logic circuit), the output node and P of the second inverter circuit.
A resistor connected in series between the output node and the N-channel MOSFET of the second inverter circuit; a resistor connected between the output node and the P-channel MOSFET of the first inverter circuit;
A diode provided between the N-channel MOSFET of the inverter circuit and preventing a current from flowing from the positive electrode of the first power supply system to the positive electrode of the second power supply system or from the negative electrode of the second power supply system to the negative electrode of the first power supply system; It comprises.

【0015】ここで、上記の抵抗は、出力ノードより後
段に配設されたMOSFETのゲート容量と組み合わさ
れて、上記第2インバータ回路の動作を遅延するための
時定数回路となる。ダイオードは、例えばPN接合ダイ
オードやショットキー・バリア・ダイオードを用いるこ
とが出来るし、MOSFETのゲート・ソースを短絡さ
せて形成することも出来る。
Here, the above-described resistor is combined with the gate capacitance of the MOSFET disposed downstream of the output node to form a time constant circuit for delaying the operation of the second inverter circuit. The diode can be, for example, a PN junction diode or a Schottky barrier diode, or can be formed by short-circuiting the gate and source of the MOSFET.

【0016】また、複数の論理回路により構成された半
導体集積回路のうち遅延時間に余裕のある信号パス上に
上述のMOS論理回路を設けて半導体集積回路を構成す
る。
Further, among the semiconductor integrated circuits constituted by a plurality of logic circuits, the above-described MOS logic circuit is provided on a signal path having a sufficient delay time to constitute a semiconductor integrated circuit.

【0017】このように構成することで、半導体集積回
路のタイミング設計を見直すことなく、本発明のMOS
論理回路を従来の論理回路に適用して、半導体集積回路
の消費電力の削減を図ることが出来る。
With this configuration, the MOS design of the present invention can be performed without revising the timing design of the semiconductor integrated circuit.
By applying a logic circuit to a conventional logic circuit, power consumption of a semiconductor integrated circuit can be reduced.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例を図
1〜図13の図面に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0019】[第1実施例]図1は、本発明を適用した
MOS論理回路の一実施例を示すブロック図である。
[First Embodiment] FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a MOS logic circuit to which the present invention is applied.

【0020】このMOS論理回路は、2つの信号パスが
並列に設けられ、各信号パスの入力側と出力側にそれぞ
れ信号同期用のレジスタ11A,11B,13A,13
Bが配設されるとともに、一方の信号パスには各種論理
ゲートを組み合わせた組合せ論理回路12が、他方の信
号パスにはバッファ回路として複数のインバータ回路1
5a,15b,15c,15dが設けられたものであ
る。
In this MOS logic circuit, two signal paths are provided in parallel, and register 11A, 11B, 13A, 13A for signal synchronization is provided on the input side and the output side of each signal path, respectively.
B, a combinational logic circuit 12 in which various logic gates are combined in one signal path, and a plurality of inverter circuits 1 as buffer circuits in the other signal path.
5a, 15b, 15c and 15d are provided.

【0021】これらのMOS論理回路のうち、本発明が
適用される部分は複数のインバータ回路15a〜15d
が一列に接続された信号パスである。この信号パスの両
側方には通常回路動作用の電源電圧VDD,VSSを供
給する電源ライン20A,20Bと高速な動作を保証し
たい場合に用いられるオーバードライブ用の電源電圧V
DDH,VSSLを供給する副電源ライン21A,20
Bとが設けられている。オーバードライブ用の電源電圧
VDDH,VSSLは通常動作用の電源電圧VDD,V
SSよりも大きな電圧幅を有しており、正極側では通常
動作用の電源電圧VDDよりも高く、負極側では通常動
作用の電源電圧VSSよりも低いものである。本発明が
適用される各インバータ回路15にはこれら両方の電源
電圧が供給される。
Of these MOS logic circuits, the part to which the present invention is applied is a plurality of inverter circuits 15a to 15d.
Are signal paths connected in a line. On both sides of this signal path, power supply lines 20A and 20B for supplying power supply voltages VDD and VSS for normal circuit operation and a power supply voltage V for overdrive used when high-speed operation is to be guaranteed.
Sub-power supply lines 21A and 20 for supplying DDH and VSSL
B is provided. The power supply voltages VDDH and VSSL for overdrive are the power supply voltages VDD and V for normal operation.
It has a voltage width larger than SS, and is higher than the power supply voltage VDD for normal operation on the positive electrode side and lower than the power supply voltage VSS for normal operation on the negative electrode side. Each of the inverter circuits 15 to which the present invention is applied is supplied with both of these power supply voltages.

【0022】なお、回路試験時に回路のリークパスを検
出すべく通常よりも大きな電源電圧を各論理セルに供給
して各論理セルのサブスレショルド電流によるリーク電
流を小さくするための電源ラインを設けることがあるの
で、その場合にはその配線を電源電圧VDDH,VSS
Lを供給する副電源ライン21A,20Bに利用するこ
とで、新たに配線を増やさなくても済むように出来る。
In order to detect a leak path in the circuit during a circuit test, a power supply line for supplying a larger power supply voltage than usual to each logic cell and reducing a leak current due to a subthreshold current of each logic cell may be provided. In that case, the wiring is connected to the power supply voltages VDDH, VSS
By using the auxiliary power supply lines 21A and 20B for supplying L, it is not necessary to newly increase the number of wirings.

【0023】図2は、本発明を適用したインバータ回路
15の第1の実施例を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a first embodiment of the inverter circuit 15 to which the present invention is applied.

【0024】このインバータ回路15は、通常動作用の
電源電圧VDD,VSSの間に直列形態で接続されたP
チャネルMOSFET P1およびNチャネルMOSF
ETN1からなる通常動作用のインバータ回路15A
と、大きな電源電圧VDDH,VSSLの間に直列形態
で接続されたPチャネルMOSFET P2およびNチ
ャネルMOSFET N2からなるオーバードライブ用
の副インバータ回路15Bとを備えて構成される。そし
て、これら通常動作用のインバータ回路15Aとオーバ
ードライブ用の副インバータ回路15Bとを、入力ノー
ドINと出力ノードOUTが共通になるように並列的に
接続し、更に、通常動作用のインバータ回路15Aの2
つのMOSFET P1,N1と出力ノードOUTとの
間にそれぞれ逆流防止用のダイオードD1,D2を直列
接続する一方、副インバータ回路15Bの2つのMOS
FET P2,N2と出力ノードOUTの間にそれぞれ
時定数設定用の抵抗R1,R2を直列接続して構成され
る。
The inverter circuit 15 includes a P series connected in series between the power supply voltages VDD and VSS for normal operation.
Channel MOSFET P1 and N-channel MOSF
Inverter circuit 15A for normal operation composed of ETN1
And an overdrive sub-inverter circuit 15B including a P-channel MOSFET P2 and an N-channel MOSFET N2 connected in series between the large power supply voltages VDDH and VSSL. The inverter circuit 15A for normal operation and the sub-inverter circuit 15B for overdrive are connected in parallel so that the input node IN and the output node OUT are common, and the inverter circuit 15A for normal operation is further connected. 2
The diodes D1 and D2 for backflow prevention are connected in series between the two MOSFETs P1 and N1 and the output node OUT, respectively, while the two MOSs of the sub-inverter circuit 15B are connected.
Time constant setting resistors R1 and R2 are respectively connected in series between the FETs P2 and N2 and the output node OUT.

【0025】通常動作用のインバータ回路15Aを構成
するMOSFET P1,N1は、ディープサブミクロ
ンプロセスと呼ばれる微細なLSI製造技術により例え
ば1.0から1.5Vの低電源電圧で高速動作するよう
に構成されており、そのしきい値電圧は絶対値が小さく
なるように設計されている。
The MOSFETs P1 and N1 forming the inverter circuit 15A for normal operation are configured to operate at high speed at a low power supply voltage of, for example, 1.0 to 1.5 V by a fine LSI manufacturing technique called a deep submicron process. The threshold voltage is designed to have a small absolute value.

【0026】一方、オーバードライブ用の副インバータ
回路15BのMOSFET P2,N2は、しきい値電
圧が絶対値が大きくなるように設計されている。
On the other hand, the MOSFETs P2 and N2 of the overdrive sub-inverter circuit 15B are designed such that the threshold voltage has a large absolute value.

【0027】抵抗R1,R2は、副インバータ回路15
Bの動作を遅くするための時定数回路を構成する素子で
あり、出力ノードOUTに接続される後段のMOSFE
Tのゲート容量や配線容量と組み合わされて副インバー
タ回路15Bの時定数を決定する。例えば、回路動作に
支障を及ぼさずに消費電力を下げるため時定数RCを数
百μs〜数msにする場合、後段のMOSFETのゲー
ト容量や配線容量は0.1p〜1pFとすると、抵抗値
は100k〜100GΩ程度となる。このような大きな
抵抗値を有する抵抗は、例えば、適宜なゲートバイアス
が印加された複数のMOSFETのソース・ドレインを
直列に接続して構成することが出来る。
The resistors R1 and R2 are connected to the sub inverter circuit 15
B is an element constituting a time constant circuit for delaying the operation of B,
The time constant of the sub inverter circuit 15B is determined in combination with the gate capacitance and the wiring capacitance of T. For example, when the time constant RC is set to several hundred μs to several ms in order to reduce power consumption without affecting the circuit operation, if the gate capacitance and the wiring capacitance of the MOSFET at the subsequent stage are set to 0.1 p to 1 pF, the resistance value becomes It is about 100 kΩ to 100 GΩ. A resistor having such a large resistance value can be configured by, for example, connecting the sources and drains of a plurality of MOSFETs to which an appropriate gate bias has been applied in series.

【0028】ダイオードD1,D2は、インバータ回路
15A,15Bの2つのNチャネルMOSFET N
1,N2がともにオン状態となって電源電圧VDD,V
DDH間を導通させたとき、又は2つのPチャネルMO
SFET P1,P2がオン状態になって電源電圧VS
S,VSSL間を導通させたときに、両方の電源電圧間
に電流が流れないようにする逆流防止用のダイオードで
ある。このダイオードは、詳細は後述するが、MOSF
ETやショットキーバリアダイオードなどから構成でき
る。
The diodes D1 and D2 are connected to the two N-channel MOSFETs N of the inverter circuits 15A and 15B.
1 and N2 are both turned on and the power supply voltages VDD and V
When conduction is established between DDHs or when two P-channel MOs
When the SFETs P1 and P2 are turned on, the power supply voltage VS
This is a backflow prevention diode that prevents a current from flowing between both power supply voltages when S and VSSL are conducted. Although this diode will be described in detail later, the MOSF
It can be composed of an ET or a Schottky barrier diode.

【0029】図3には、入力ノードINに電源電圧VD
Dのハイレベルの信号が入力されているときの等価回路
図を示す。
FIG. 3 shows that power supply voltage VD is applied to input node IN.
FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram when a high-level signal of D is input.

【0030】インバータ回路15の入力ノードINに電
源電圧VDDのハイレベルの信号が入力されている場
合、NチャネルMOSFET N1,N2はオン状態
に、PチャネルMOSFET P1,P2はオフ状態に
される。NチャネルMOSFETN1はオン状態となる
がダイオードD2に逆バイアスが掛けられるので電流は
流れない。低しきい値電圧のPチャネルMOSFET
P1にはゲート・ソース間電圧Vgsがゼロのときでも
無視できないサブスレショルド電流IL0が流れる。従
って、図3のような等価回路となり、出力ノードOUT
の出力は抵抗R2の抵抗値等により決定される時定数に
応じた時間(数百μs〜数ms)で電源電圧VSSから
オーバードライブ用の電源電圧VSSLに推移する。
When a high-level signal of the power supply voltage VDD is input to the input node IN of the inverter circuit 15, the N-channel MOSFETs N1 and N2 are turned on, and the P-channel MOSFETs P1 and P2 are turned off. The N-channel MOSFET N1 is turned on, but no current flows because a reverse bias is applied to the diode D2. Low threshold voltage P-channel MOSFET
A subthreshold current IL0 that cannot be ignored even when the gate-source voltage Vgs is zero flows through P1. Therefore, an equivalent circuit as shown in FIG.
Changes from the power supply voltage VSS to the power supply voltage VSSL for overdrive in a time (several hundred μs to several ms) according to a time constant determined by the resistance value of the resistor R2 and the like.

【0031】なお、PチャネルMOSFET P1のリ
ーク電流IL0が大きくて、該リーク電流による抵抗R
2の電圧降下が無視できない場合には、出力ノードOU
Tの出力電圧は(VSSL+IL0・R2)となり出力
電圧幅が小さくなるので、出力電圧幅があまり小さくな
らないように抵抗R2の抵抗値を小さくする必要があ
る。この抵抗値の条件は、図1のインバータ回路15a
〜15dのうち一番最初のインバータ回路15aのみ課
せられる条件であり、次段のインバータ回路15b〜1
5dでは、次に説明するように低しきい値電圧のPチャ
ネルMOSFETP2にリーク電流が生じなくなるので
不必要な条件となる。
[0031] Note that a large leakage current I L0 P-channel MOSFET P1, resistance due to the leakage current R
2 cannot be ignored, the output node OU
Since the output voltage of the T has a (VSSL + I L0 · R2) becomes the output voltage swing is reduced, it is necessary to reduce the resistance of the resistor R2 so that the output voltage range is not too small. The condition of this resistance value is determined by the inverter circuit 15a shown in FIG.
To 15d, only the first one of the inverter circuits 15a to 15d is set.
In the case of 5d, a leak current does not occur in the P-channel MOSFET P2 having a low threshold voltage as described below, so that this is an unnecessary condition.

【0032】図4には、入力ノードINに電源電圧VD
DHのハイレベルの信号が入力されているときの等価回
路図を示す。
FIG. 4 shows that power supply voltage VD is applied to input node IN.
FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram when a DH high-level signal is input.

【0033】信号が長い時間変化しない状態では、上述
したように、インバータ回路15の出力はほぼオーバー
ドライブ用の電源電圧VDDH,VSSLに推移するの
で、図1の2段目以降のインバータ回路15b〜15d
には電源電圧VDDHのハイレベルの信号が入力される
こととなる。
In the state where the signal does not change for a long time, as described above, the output of the inverter circuit 15 changes to the overdrive power supply voltages VDDH and VSSL, so that the inverter circuits 15b to 15b in the second and subsequent stages in FIG. 15d
Is supplied with a high-level signal of the power supply voltage VDDH.

【0034】インバータ回路15b〜15dの入力ノー
ドINにオーバードライブ用の電源電圧VDDHのハイ
レベルの信号が入力されている場合、NチャネルMOS
FET N1,N2はオン状態に、PチャネルMOSF
ET P1,P2はオフ状態にされる。NチャネルMO
SFET N1はオン状態となるがダイオードD2に逆
バイアスが掛けられるので電流は流れない。低しきい値
電圧のPチャネルMOSFET P1にはゲート・ソー
ス間電圧Vgsに負の電圧が印加されるので、ゲート・
ソース間電圧Vgsはしきい値電圧Vthより大きく低
下してそのサブスレショルド電流は無視できるレベルに
なる。従って、図4のような等価回路となり、出力ノー
ドOUTの出力は抵抗R2の抵抗値等により決定される
時定数に応じた時間(数百μs〜数ms)で電源電圧V
SSからオーバードライブ用の電源電圧VSSLに推移
する。
When a high-level signal of the power supply voltage VDDH for overdrive is input to the input nodes IN of the inverter circuits 15b to 15d, an N-channel MOS
The FETs N1 and N2 are turned on, and the P-channel MOSF
ET P1 and P2 are turned off. N-channel MO
The SFET N1 is turned on, but no current flows because the diode D2 is reverse-biased. Since a negative voltage is applied to the gate-source voltage Vgs to the P-channel MOSFET P1 having a low threshold voltage,
Source-to-source voltage Vgs drops significantly below threshold voltage Vth, and its subthreshold current becomes negligible. Therefore, an equivalent circuit as shown in FIG. 4 is obtained, and the output of the output node OUT takes the power supply voltage V for a time (several hundred μs to several ms) corresponding to a time constant determined by the resistance value of the resistor R2 and the like.
The transition from SS to the power supply voltage VSSL for overdrive is performed.

【0035】なお、図1の2段目〜4段目のインバータ
回路15b〜15dの入力ノードINには、それぞれ前
段のインバータ回路15の出力が入力されるので、信号
が長い時間変化しない状態では、1段目のインバータ回
路15aの出力が電源電圧VSSからオーバードライブ
用の電源電圧VSSLに推移するのとほぼ同じタイミン
グで、2段目〜4段目のインバータ回路15b〜15d
の出力も電源電圧VSSから電源電圧VSSLに推移し
ていくことになる。
Since the output of the preceding inverter circuit 15 is input to the input nodes IN of the second to fourth inverter circuits 15b to 15d in FIG. 1, the signal does not change for a long time. The second to fourth inverter circuits 15b to 15d at substantially the same timing as when the output of the first inverter circuit 15a changes from the power supply voltage VSS to the power supply voltage VSSL for overdrive.
Also changes from the power supply voltage VSS to the power supply voltage VSSL.

【0036】図5には、図1の2段目以降のインバータ
回路に入力される電圧Vinと通常動作用のインバータ
回路15AのMOSFET P1,N1にそれぞれ流れ
るドレイン電流Ip1,In1のタイムチャートを示
す。
FIG. 5 is a time chart of the voltage Vin input to the second and subsequent inverter circuits in FIG. 1 and the drain currents Ip1, In1 flowing through the MOSFETs P1, N1 of the inverter circuit 15A for normal operation. .

【0037】図5のT2の期間に示されるように、入力
信号IN2が長い時間切り換わらないような場合には、
上述したように図1の1段目のインバータ回路15aの
出力はオーバードライブ用の電源電圧VDDH又はVS
SLに推移し、それに伴って2段目〜4段目のインバー
タ回路15b〜15dのリーク電流は無視できるレベル
に変化する。そして、リーク電流による消費電力を低減
することが出来る。
As shown in the period T2 in FIG. 5, when the input signal IN2 does not switch for a long time,
As described above, the output of the first-stage inverter circuit 15a in FIG. 1 is the power supply voltage VDDH or VS for overdrive.
The current shifts to SL, and the leakage currents of the second to fourth inverter circuits 15b to 15d change to negligible levels. In addition, power consumption due to leakage current can be reduced.

【0038】また、図5のT1の期間に示されるよう
に、図1の入力信号IN2が高速で切り換わるような場
合には、抵抗R1,R2や出力ノードOUT側にある負
荷容量からなる時定数回路によりオーバードライブ用の
副インバータ回路15Bには電流が流れずインバータ回
路出力には作用を及ぼさないので、通常動作用のインバ
ータ回路15AのMOSFET P1,N1のみからな
る論理回路とほぼ同様の動作を得ることが出来る。
When the input signal IN2 of FIG. 1 switches at a high speed as shown in a period T1 in FIG. 5, when the input signal IN2 is composed of the resistors R1 and R2 and the load capacitance on the output node OUT side. Since the current does not flow through the overdrive sub-inverter circuit 15B due to the constant circuit and does not affect the inverter circuit output, the operation is substantially the same as that of the logic circuit including only the MOSFETs P1 and N1 of the normal operation inverter circuit 15A. Can be obtained.

【0039】次に、本発明に係るインバータ回路を使用
して有効な論理回路の適用箇所について説明する。
Next, a description will be given of the application of an effective logic circuit using the inverter circuit according to the present invention.

【0040】図1に示す論理回路においては、信号のタ
イミングを調整するために入力側のレジスタ11A,1
1Bに入力されるタイミングパルスφ1と、出力側のレ
ジスタ13A,13Bに入力されるタイミングパルスφ
2との間に所定の遅延時間t0(例えば10ns)が設
定されるとともに、レジスタ間に設けられた各論理回路
の遅延時間が上記設定された遅延時間t0以内に修まる
ようにタイミング設計される。
In the logic circuit shown in FIG. 1, the registers 11A and 1A on the input side are used to adjust the timing of signals.
1B and a timing pulse φ input to the registers 13A and 13B on the output side.
2, a predetermined delay time t0 (for example, 10 ns) is set, and the timing is designed so that the delay time of each logic circuit provided between the registers is adjusted within the set delay time t0. .

【0041】図1の論理回路を従来のディープサブミク
ロンMOS論理回路で構成した場合、ある信号パスに存
在する組合せ論理回路12の遅延時間は論理動作を保証
する上で例えば9nsぎりぎりである一方、他の信号パ
ス状のインバータ回路15…の遅延時間は例えば5ns
で余裕があるというような事態が生じる。本発明のMO
S論理回路は、ダイオードD1,D2が付加されること
や入力ノードINの容量負荷が副インバータ回路15B
のゲート容量分増えることなどから若干遅延時間が増
す。そのため、本発明のMOS論理回路は遅延時間に余
裕のある信号パスの論理回路に適用すると良く、そうす
ることで従来のタイミング設計を変更することなく、本
発明の効果を享受することが出来る。
When the logic circuit shown in FIG. 1 is constituted by a conventional deep submicron MOS logic circuit, the delay time of the combinational logic circuit 12 existing in a certain signal path is, for example, almost 9 ns in order to guarantee the logic operation. The delay time of the other signal path-like inverter circuits 15 is, for example, 5 ns.
A situation arises in which there is room. MO of the present invention
In the S logic circuit, the addition of the diodes D1 and D2 and the capacitive load of the input node IN reduce the sub inverter circuit 15B
The delay time is slightly increased due to an increase in the gate capacity of the device. Therefore, the MOS logic circuit of the present invention is preferably applied to a logic circuit of a signal path having a sufficient delay time, whereby the effects of the present invention can be enjoyed without changing the conventional timing design.

【0042】従って、図1の実施例では、遅延時間に余
裕のある信号パスのインバータ回路15a〜15dに本
発明のMOS論理回路を適用している。その結果、この
信号パスの遅延時間は例えば8nsと延びるが、組合せ
論理回路12の遅延時間よりも短い時間内に修まるの
で、論理回路全体のタイミング設計をやり直すことな
く、インバータ回路15a〜15dの各論理セルを本発
明のMOS論理回路に変更するのみで、本発明を適用す
ることが出来る。
Therefore, in the embodiment of FIG. 1, the MOS logic circuit of the present invention is applied to the inverter circuits 15a to 15d of the signal path having a sufficient delay time. As a result, the delay time of this signal path extends to, for example, 8 ns, but can be corrected within a time shorter than the delay time of the combinational logic circuit 12, so that the timing of the inverter circuits 15a to 15d can be reduced without redesigning the timing of the entire logic circuit. The present invention can be applied only by changing each logic cell to the MOS logic circuit of the present invention.

【0043】[第2実施例]図6は、本発明を適用した
インバータ回路の第2の実施例を示す回路図である。
[Second Embodiment] FIG. 6 is a circuit diagram showing a second embodiment of the inverter circuit to which the present invention is applied.

【0044】この実施例のインバータ回路は、第1実施
例のインバータ回路15の逆流防止用のダイオードD
1,D2を、それぞれソース・ドレイン間を短絡させた
ダイオード接続のPチャネルMOSFET P3および
NチャネルMOSFET N3で置き換えたものであ
る。
The inverter circuit of this embodiment is different from the inverter circuit 15 of the first embodiment in that a diode D for preventing backflow is provided.
1 and D2 are replaced by a diode-connected P-channel MOSFET P3 and an N-channel MOSFET N3 in which the source and the drain are short-circuited, respectively.

【0045】ダイオード接続されたこれらのMOSFE
T P3,N3は、通常動作用のインバータ回路15A
の2つのMOSFET P1,N1と出力ノードOUT
との間に設けられていることから高速に動作する必要が
あり、それゆえディープサブミクロンプロセスにより低
しきい値を有するように設計される。
These MOSFET-connected MOSFETs
TP3 and N3 are inverter circuits 15A for normal operation.
MOSFET P1, N1 and output node OUT
Therefore, it is necessary to operate at a high speed because of being provided between the semiconductor device and the semiconductor device, and therefore is designed to have a low threshold value by a deep submicron process.

【0046】図7は、インバータ回路15に電源電圧V
DDのハイレベルの信号が入力されているときの状態を
示す等価回路図である。
FIG. 7 shows that the power supply voltage V
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing a state when a DD high-level signal is input.

【0047】入力ノードINに電源電圧VDDのハイレ
ベルの信号が入力されている場合、NチャネルMOSF
ET N1,N2はオン状態に、PチャネルMOSFE
TP1,P2はオフ状態にされる。しかし、低しきい値
電圧のPチャネルMOSFET P1はゲート・ソース
間電圧Vgsがゼロのときでも無視できないサブスレシ
ョルド電流IL0が流れる。同様に、ダイオード接続さ
れたNチャネルMOSFET N3も低しきい値電圧の
MOSFETなので無視できないサブスレショルド電流
LN3が流れる。また、ダイオード接続されたNチャ
ネルMOSFET N3のドレインが電源電圧VSSよ
りも低くされると該NチャネルMOSFET N3のウ
ェル領域とドレインとの間に寄生ダイオードDXが発生
する。従って、図7のような等価回路となる。
When a high-level signal of power supply voltage VDD is input to input node IN, N-channel MOSF
ET N1 and N2 are turned on and the P-channel MOSFE
TP1 and P2 are turned off. However, P-channel MOSFET P1 of the low threshold voltage flows sub-threshold current I L0 gate-source voltage Vgs can not be ignored even when a zero. Similarly, the diode-connected N-channel MOSFET N3 also has a low threshold voltage, so that a non-negligible sub-threshold current ILN3 flows. When the drain of the diode-connected N-channel MOSFET N3 is made lower than the power supply voltage VSS, a parasitic diode DX is generated between the well region and the drain of the N-channel MOSFET N3. Therefore, an equivalent circuit as shown in FIG. 7 is obtained.

【0048】この実施例ではオーバードライブ用の電源
電圧VSSLと通常の電源電圧VSSとの差電圧は、ダ
イオードの順方向電圧VDより小さくなるように設定さ
れている。その理由は、上記の寄生ダイオードDXによ
り出力ノードOUTの電圧は電源電圧VSSよりダイオ
ードの順方向電圧VD分低い電圧までしか下げられず、
オーバードライブ用の電源電圧VSSLを電圧(VSS
−VD)より低くしてしまうと寄生ダイオードDXに電
流が流れて消費電力を増加させてしまうからである。そ
して、上記のように電源電圧VSSLの値を設定するこ
とで、寄生ダイオードDXの影響をなくすことが出来
る。
In this embodiment, the difference voltage between the overdrive power supply voltage VSSL and the normal power supply voltage VSS is set to be smaller than the forward voltage VD of the diode. The reason is that the voltage of the output node OUT can be reduced only to a voltage lower than the power supply voltage VSS by the forward voltage VD of the diode due to the parasitic diode DX.
The power supply voltage VSSL for overdrive is changed to the voltage (VSS
If the voltage is lower than (−VD), a current flows through the parasitic diode DX to increase power consumption. The influence of the parasitic diode DX can be eliminated by setting the value of the power supply voltage VSSL as described above.

【0049】ダイオード接続されたMOSFET N3
にはリーク電流ILN3が生じるが、このMOSFET
N3のソース・ドレイン間電圧は2つの電源電圧VS
S,VSSLの差電圧より大きくはならずこの差電圧は
小さい値(例えば0.5V)であるため、ドレイン電流
のソース・ドレイン間電圧の依存性により、上記リーク
電流ILN3はインバータ回路のMOSFET P3の
リーク電流IL0に較べて小さくなり無視することが可
能である。
A diode-connected MOSFET N3
Causes a leakage current ILN3, but this MOSFET
The source-drain voltage of N3 is two power supply voltages VS
Since the difference voltage does not become larger than the difference voltage between S and VSSL and is a small value (for example, 0.5 V), the leak current ILN3 is reduced by the MOSFET of the inverter circuit due to the dependency of the drain current on the source-drain voltage. compared to the leakage current I L0 of P3 is negligible small.

【0050】なお、低しきい値電圧MOSFETのサブ
スレショルド領域(しきい値電圧以下のサブスレショル
ド電流が生じる領域)において、上記のようなドレイン
電流のソース・ドレイン間電圧の依存性が少ない場合に
は、ダイオード接続されたMOSFET N3のリーク
電流ILN3は無視できないものとなるので次のような
対策が必要である。
In a sub-threshold region of a low threshold voltage MOSFET (a region where a sub-threshold current equal to or lower than the threshold voltage is generated), when the dependency of the drain current on the source-drain voltage is small as described above, Since the leakage current ILN3 of the diode-connected MOSFET N3 cannot be ignored, the following countermeasures are required.

【0051】図8は、ダイオードを構成するMOSFE
T P3,N3のリーク電流を減らすための対策をとっ
た場合のもので、(a)はその回路図、(b)は電源電
圧VDDが入力されているときの等価回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a MOSFE constituting a diode.
FIG. 7A is a circuit diagram when a measure is taken to reduce the leakage current of TP3 and N3, and FIG. 8B is an equivalent circuit diagram when a power supply voltage VDD is input.

【0052】ダイオード接続されたMOSFET N3
のリーク電流ILN3が無視できないような場合には、
図8(a)に示すように、ダイオードとなるMOSFE
TP3,N3のゲートをそのソースに短絡させるのでは
なく、MOSFET P2−N2間に接続された抵抗R
1とR2の途中にそれぞれ接続してオーバードライブ用
の電源電圧VDDH,VSSL側にそれぞれ変位したゲ
ートバイアスを付加するように構成する。このような構
成によれば、例えば入力ノードINに電源電圧VDDの
ハイレベルの信号が入力された場合、図8の(b)に示
すように、ダイオードとなるMOSFET N3のゲー
ト・ソース間電圧Vgsは抵抗R2の電圧降下によって
0より小さな電圧となり、MOSFET N3は十分に
オフしてリーク電流ILN3は無視できるレベルにする
ことができる。
The diode-connected MOSFET N3
If the leakage current ILN3 of
As shown in FIG.
Rather than shorting the gates of TP3 and N3 to their sources, a resistor R connected between MOSFETs P2-N2
1 and R2 are connected to each other, and gate biases displaced toward the overdrive power supply voltages VDDH and VSSL are added. According to such a configuration, for example, when a high-level signal of the power supply voltage VDD is input to the input node IN, as shown in FIG. 8B, the gate-source voltage Vgs of the MOSFET N3 serving as a diode Becomes smaller than 0 due to the voltage drop of the resistor R2, the MOSFET N3 is sufficiently turned off, and the leak current ILN3 can be set to a negligible level.

【0053】なお、ダイオードとなるMOSFET P
3,N3のゲートバイアスを余り大きく電源電圧VDD
H,VSSL側に変位しすぎると、MOSFET P
3,N3の反転速度が遅くなり、通常動作用のインバー
タ回路15Aの動作速度に悪影響を及ぼすので、ゲート
バイアスの値はインバータ回路の動作速度との兼ね合い
で決定すればよい。
It should be noted that the MOSFET P serving as a diode
3, N3 gate bias is too large
If it is displaced too much to H, VSSL side, MOSFET P
3, since the inversion speed of N3 becomes slow and adversely affects the operation speed of the inverter circuit 15A for normal operation, the value of the gate bias may be determined in consideration of the operation speed of the inverter circuit.

【0054】従って、この実施例のインバータ回路も第
1実施例のインバータ回路15と同様になって、入力ノ
ードINに電源電圧VDDのハイレベルの信号が入力さ
れている場合には、出力ノードOUTの出力は電源電圧
VSSから抵抗R2と出力ノードOUTの負荷容量とで
決まる時定数に応じた時間でオーバードライブ用の電源
電圧VSSLに推移する。
Accordingly, the inverter circuit of this embodiment is similar to the inverter circuit 15 of the first embodiment, and when a high-level signal of the power supply voltage VDD is input to the input node IN, the output node OUT Changes from the power supply voltage VSS to the power supply voltage VSSL for overdrive in a time corresponding to a time constant determined by the resistor R2 and the load capacitance of the output node OUT.

【0055】図9は、図8の実施例のインバータ回路に
電源電圧VDDHのハイレベルの信号が入力されている
ときの状態を示す等価回路図である。
FIG. 9 is an equivalent circuit diagram showing a state when a high-level signal of the power supply voltage VDDH is input to the inverter circuit of the embodiment of FIG.

【0056】また、入力ノードINにオーバードライブ
用の電源電圧VDDHのハイレベルの信号が入力されて
いる場合、低しきい値電圧のPチャネルMOSFET
P1のゲート・ソース間電圧Vgsは負の電圧となるの
で、このゲート・ソース間電圧Vgsはしきい値電圧V
thより大きく低下してそのサブスレショルド電流は無
視できるレベルになる。
When a high-level signal of the power supply voltage VDDH for overdrive is input to the input node IN, a low threshold voltage P-channel MOSFET
Since the gate-source voltage Vgs of P1 is a negative voltage, the gate-source voltage Vgs is equal to the threshold voltage Vgs.
The sub-threshold current falls to a negligible level by dropping below th.

【0057】[第3実施例]図10は、本発明を適用し
たインバータ回路の第3の実施例を示す回路図である。
[Third Embodiment] FIG. 10 is a circuit diagram showing a third embodiment of the inverter circuit to which the present invention is applied.

【0058】この実施例のインバータ回路は、図6のダ
イオード接続されたMOSFETP3,N3の基板電位
をPチャネル側は高く、Nチャネル側は低くしたもの
で、例えば、Pチャネル側の基板電位はオーバードライ
ブ用の電源電圧VDDHに、Nチャネル側の基板電位は
電源電圧VSSLに接続したものである。
In the inverter circuit of this embodiment, the substrate potentials of the diode-connected MOSFETs P3 and N3 in FIG. 6 are higher on the P-channel side and lower on the N-channel side. The drive power supply voltage VDDH and the substrate potential on the N-channel side are connected to the power supply voltage VSSL.

【0059】このようにダイオード接続されたMOSF
ET P3,N3の基板電位を変更することで、これら
MOSFETのしきい値電圧がPチャネル側では低く、
Nチャネル側では高くなるため、ダイオード接続された
MOSFET P3,N3に逆方向電圧が印加されたと
きのリーク電流を抑えることが出来る。
The MOSF diode-connected as described above
By changing the substrate potential of ET P3 and N3, the threshold voltage of these MOSFETs is low on the P channel side,
Since the voltage becomes higher on the N-channel side, it is possible to suppress a leak current when a reverse voltage is applied to the diode-connected MOSFETs P3 and N3.

【0060】また、MOSFET P3,N3の基板電
位をオーバードライブ用の電源電圧VDDH,VSSL
にすることで図7の寄生ダイオードDXも発生しなくな
るので、オーバードライブ用の電源電圧VDDH,VS
SLを絶対値的に大きい電圧値に設定することが可能と
なり、それによりMOSFETのオーバードライブの量
も大きくすることが出来る。
The substrate potentials of the MOSFETs P3 and N3 are changed to the overdrive power supply voltages VDDH and VSSL.
7, the parasitic diode DX shown in FIG. 7 does not occur, so that the overdrive power supply voltages VDDH and VS
It is possible to set SL to a voltage value that is absolutely large, thereby increasing the amount of overdrive of the MOSFET.

【0061】[第4実施例]図11は、本発明を適用し
たインバータ回路の第4の実施例を示す回路図である。
[Fourth Embodiment] FIG. 11 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the inverter circuit to which the present invention is applied.

【0062】この実施例のインバータ回路は、第1実施
例のダイオードD1,D2をショットキー・バリア・ダ
イオードD3,D4で構成したものである。
In the inverter circuit of this embodiment, the diodes D1 and D2 of the first embodiment are constituted by Schottky barrier diodes D3 and D4.

【0063】ショットキー・バリア・ダイオードD3,
D4は順方向電圧が低いという特性や、静電容量が小さ
く高速動作に適しているという特性を有しており、この
ようなダイオードD3,D4を用いることで、MOSF
ET P1,N1から構成される通常動作用のインバー
タ回路の出力に影響を与えず、動作速度をほとんど低下
させないようにすることが出来る。
The Schottky barrier diode D3
D4 has a characteristic that the forward voltage is low and a characteristic that the capacitance is small and suitable for high-speed operation. By using such diodes D3 and D4, the MOSF
The output of the inverter circuit for normal operation composed of ET P1 and N1 is not affected, and the operation speed can be hardly reduced.

【0064】[第5実施例]図12は、本発明を適用し
たインバータ回路の第5の実施例を示す回路図である。
[Fifth Embodiment] FIG. 12 is a circuit diagram showing a fifth embodiment of the inverter circuit to which the present invention is applied.

【0065】この実施例のインバータ回路は、図2のイ
ンバータ回路15と同様に、通常動作用のインバータ回
路15Aとオーバードライブ用の副インバータ回路15
Bとから構成されるのであるが、上記副インバータ回路
15Bは出力ノードOUT側に接続されるMOSFET
のオーバードライブをするのではなく、同じセル内の通
常動作用のインバータ回路15Aをオーバードライブす
るようになっている。
The inverter circuit of this embodiment has an inverter circuit 15A for normal operation and a sub inverter circuit 15 for overdrive, similarly to the inverter circuit 15 of FIG.
B, and the sub-inverter circuit 15B is a MOSFET connected to the output node OUT side.
Is not overdriven, but the inverter circuit 15A for normal operation in the same cell is overdriven.

【0066】このようなオーバードライブを行わせるた
めに、この実施例のインバータ回路では、その副インバ
ータ回路15Bの入力ノードn2が共通の出力ノードO
UTに接続され、副インバータ回路15Bの出力ノード
n2が共通の入力ノードINに接続されている。
In order to perform such overdrive, in the inverter circuit of this embodiment, the input node n2 of the sub-inverter circuit 15B is connected to the common output node O.
The output node n2 of the sub inverter circuit 15B is connected to the common input node IN.

【0067】このように接続することで、図2のインバ
ータ回路とほぼ同様の動作により、ある程度長い時間信
号が変化しない場合に、副インバータ回路15Bの出力
がオーバードライブ用の電源電圧VDDH,VSSLに
推移して、同じセル内に設けられた通常動作用のインバ
ータ回路15Aを十分にオフ状態にすることで、該イン
バータ回路15Aに流れるリーク電流、およびリーク電
流による消費電力を低減することが出来る。
With this connection, the output of the sub-inverter circuit 15B is changed to the overdrive power supply voltages VDDH and VSSL when the signal does not change for a certain long time by the substantially same operation as that of the inverter circuit of FIG. By transition, the normal operation inverter circuit 15A provided in the same cell is sufficiently turned off, so that the leakage current flowing through the inverter circuit 15A and the power consumption due to the leakage current can be reduced.

【0068】なお、この実施例のインバータ回路におい
てダイオードD1,D2は、同一セル内で逆流電流を防
止するのではなく、当該インバータ回路と後段に接続さ
れるインバータ回路との間で電流が逆流するのを防止す
るためのものとなっている。
In the inverter circuit of this embodiment, the diodes D1 and D2 do not prevent a reverse current in the same cell, but allow a current to flow backward between the inverter circuit and an inverter circuit connected to a subsequent stage. It is to prevent that.

【0069】また、この実施例のインバータ回路におい
ては、副インバータ回路15Bの動作速度の時定数を決
定する因子は、抵抗R1,R2の抵抗値と入力ノードI
N側の容量値となる。入力ノードINの容量は、MOS
FET P1,N1のゲート容量ならびに前段に接続さ
れる回路の容量との和となるが、これらの内、MOSF
ET P1,N1はディープサブミクロンMOSのため
ゲート容量は小さいため、前段に接続される回路の容量
が時定数の決定に大きく関わることとなる。
In the inverter circuit of this embodiment, factors determining the time constant of the operation speed of sub-inverter circuit 15B are the resistance values of resistors R1 and R2 and input node I
It becomes the capacitance value on the N side. The capacitance of the input node IN is MOS
The sum of the gate capacitance of the FETs P1 and N1 and the capacitance of the circuit connected to the preceding stage is the sum of
Since ET P1 and N1 are deep sub-micron MOSs and have small gate capacitances, the capacitance of the circuit connected to the preceding stage greatly affects the determination of the time constant.

【0070】それゆえ、この実施例のインバータ回路を
図1の複数段に並んだインバータ回路15a〜15dの
初段に設ける場合には、前段の回路の容量を考慮して抵
抗値R1,R2を決定することを要する。
Therefore, when the inverter circuit of this embodiment is provided at the first stage of the inverter circuits 15a to 15d arranged in a plurality of stages in FIG. 1, the resistance values R1 and R2 are determined in consideration of the capacitance of the circuit at the preceding stage. Need to be done.

【0071】[第6実施例]図13は、本発明を適用し
たインバータ回路の第6の実施例を示す回路図である。
[Sixth Embodiment] FIG. 13 is a circuit diagram showing a sixth embodiment of the inverter circuit to which the present invention is applied.

【0072】この実施例のインバータ回路は、図12の
インバータ回路のうち後段の回路との間で逆流電流を防
止するためのダイオードD1,D2を、入力ノードIN
側に配置して前段の回路との間で逆流電流を防止するよ
うに構成したものである。
In the inverter circuit of this embodiment, diodes D1 and D2 for preventing a reverse current between the inverter circuit of FIG.
It is arranged on the side so as to prevent a reverse current from flowing to the preceding circuit.

【0073】この実施例のインバータ回路では、ダイオ
ードD1,D2が両方向を向いて並列接続されているた
め、通常動作用の電源電圧VDD、VSSとオーバード
ライブ用の電源電圧VDDH、VSSLとの差電圧は、
それぞれダイオードの順方向電圧以下に設定する必要が
ある。
In the inverter circuit of this embodiment, since the diodes D1 and D2 are connected in parallel in both directions, the difference voltage between the power supply voltages VDD and VSS for normal operation and the power supply voltages VDDH and VSSL for overdrive is used. Is
It is necessary to set each of them below the forward voltage of the diode.

【0074】このインバータ回路15によれば、前段に
複数のインバータ回路が並列に配置され、これらインバ
ータ回路の出力を1個のインバータ回路で受けるような
論理回路の場合に、逆流防止用のダイオードD1、D2
を後段の1個のインバータ回路のみに設け、前段の複数
のインバータには設けなくて良いので、論理回路全体に
付設するダイオードD1、D2の数を減らすことが出来
る。
According to the inverter circuit 15, in the case of a logic circuit in which a plurality of inverter circuits are arranged in parallel at the preceding stage and the output of these inverter circuits is received by one inverter circuit, the diode D1 for backflow prevention is used. , D2
Is provided in only one inverter circuit in the subsequent stage, and is not required in a plurality of inverters in the preceding stage, so that the number of diodes D1 and D2 provided in the entire logic circuit can be reduced.

【0075】以上のように、上記の第1〜第6実施例の
インバータ回路15によれば、ある程度高速に動作して
いる間は、ディープサブミクロンプロセスで形成された
低しきい値電圧のMOSFETから構成されるインバー
タ回路15Aを通常通り高速に動作することが出来る一
方、動作がなく長い時間停止状態になったような場合に
は、副インバータ回路15Bが作用してその後段に接続
された回路または同一セル内の低しきい値電圧のMOS
FETのゲート電圧を絶対値的に大きくオーバードライ
ブし、そのソース・ドレイン間リーク電流を減らし、無
駄な消費電力を低減することが出来る。
As described above, according to the inverter circuit 15 of the first to sixth embodiments, while operating at a relatively high speed to some extent, the MOSFET of the low threshold voltage formed by the deep submicron process is used. In the case where the inverter circuit 15A is operated at high speed as usual, but the operation is stopped for a long time without operation, the sub-inverter circuit 15B operates to connect the circuit connected to the subsequent stage. Or low threshold voltage MOS in the same cell
The gate voltage of the FET is greatly overdriven in absolute value, the leakage current between the source and the drain is reduced, and wasteful power consumption can be reduced.

【0076】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。
The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say.

【0077】例えば、MOS論理回路としてインバータ
回路を一例として挙げたが、ANDゲート、ORゲー
ト、NOTゲートなど、種々の論理ゲートや論理回路に
適用することが出来る。また、本発明を適用する論理回
路の適用箇所についても様々に変更可能である。
For example, although an inverter circuit has been described as an example of a MOS logic circuit, the present invention can be applied to various logic gates and logic circuits such as an AND gate, an OR gate, and a NOT gate. Further, the application part of the logic circuit to which the present invention is applied can be variously changed.

【0078】また、通常動作用のMOS論理回路(第1
のMOS論理回路)とオーバードライブ用のMOS論理
回路(第2のMOS論理回路)とが同一の論理形態を有
する回路として組む必要はなく、例えば、多数のインバ
ータ回路がカスケード接続されたような論理回路におい
て、初段から3段目までのインバータ回路を1つの論理
回路とみなして、この論理回路にオーバードライブ用の
1個のインバータ回路が並列に接続されるように設けて
も良い。
The MOS logic circuit for normal operation (first
And the overdrive MOS logic circuit (second MOS logic circuit) need not be assembled as a circuit having the same logic form. For example, a logic circuit in which a large number of inverter circuits are cascaded. In the circuit, the inverter circuits from the first stage to the third stage may be regarded as one logic circuit, and one overdrive inverter circuit may be provided in parallel with this logic circuit.

【0079】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるディー
プサブミクロンMOSFETにより構成された論理回路
に適用した例を説明したが、この発明はそれに限定され
るものでなく、通常の回路動作においてMOSFETが
十分にオフ状態とならずリーク電流が生じてしまうよう
なMOS論理回路に広く利用することができる。
In the above description, an example in which the invention made by the present inventor is mainly applied to a logic circuit constituted by a deep submicron MOSFET, which is a field of application as the background, has been described. However, the present invention is not limited to this. However, the present invention can be widely used for a MOS logic circuit in which a MOSFET does not sufficiently turn off in a normal circuit operation and a leak current occurs.

【0080】[0080]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
のとおりである。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0081】すなわち、本発明に従うと、例えば低電源
電圧で高速動作可能な低しきい値電圧のディープサブミ
クロンMOSの特性を活かしつつ、一方でMOS論理回
路がある程度長い時間動作しないような場合にはオフ状
態にあるMOSFETのソース・ドレイン間のリーク電
流を抑制し、消費電力を少なくすることが出来るという
効果がある。
That is, according to the present invention, for example, while utilizing the characteristics of a low threshold voltage deep sub-micron MOS capable of operating at high speed with a low power supply voltage, while the MOS logic circuit does not operate for a long time, Has the effect that the leakage current between the source and the drain of the MOSFET in the off state can be suppressed and the power consumption can be reduced.

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

【図1】本発明を適用して好適なインバータ回路を備え
たMOS論理回路の実施例を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a MOS logic circuit including an inverter circuit suitable for applying the present invention.

【図2】本発明を適用したインバータ回路の第1の実施
例を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a first embodiment of the inverter circuit to which the present invention is applied.

【図3】図2のインバータ回路に電源電圧VDDが入力
されているときの等価回路図である。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram when a power supply voltage VDD is input to the inverter circuit of FIG. 2;

【図4】図2のインバータ回路にオーバードライブ用の
電源電圧VDDHが入力されているときの等価回路図で
ある。
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram when an overdrive power supply voltage VDDH is input to the inverter circuit of FIG. 2;

【図5】図2のインバータ回路が2段目以降に配設され
た場合の動作を示すタイムチャートである。
FIG. 5 is a time chart showing an operation when the inverter circuit of FIG. 2 is provided in the second and subsequent stages.

【図6】本発明を適用したインバータ回路の第2の実施
例を示す回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a second embodiment of the inverter circuit to which the present invention is applied.

【図7】図6のインバータ回路に電源電圧VDDが入力
されているときの等価回路図である。
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram when a power supply voltage VDD is input to the inverter circuit of FIG. 6;

【図8】図6のインバータ回路においてダイオードを構
成するMOSFETのリーク電流を減らすための対策を
とった場合のもので、(a)はその回路図、(b)は電
源電圧VDDが入力されているときの等価回路図であ
る。
FIGS. 8A and 8B show a case where measures are taken to reduce leakage current of a MOSFET constituting a diode in the inverter circuit shown in FIGS. 6A and 6B, FIG. 8A is a circuit diagram thereof, and FIG. FIG.

【図9】図6のインバータ回路にオーバードライブ用の
電源電圧VDDHが入力されているときの等価回路図で
ある。
9 is an equivalent circuit diagram when the overdrive power supply voltage VDDH is input to the inverter circuit of FIG. 6;

【図10】本発明を適用したインバータ回路の第3の実
施例を示す回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a third embodiment of the inverter circuit to which the present invention is applied.

【図11】本発明を適用したインバータ回路の第4の実
施例を示す回路図である。
FIG. 11 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the inverter circuit to which the present invention is applied.

【図12】本発明を適用したインバータ回路の第5の実
施例を示す回路図である。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a fifth embodiment of the inverter circuit to which the present invention is applied.

【図13】本発明を適用したインバータ回路の第6の実
施例を示す回路図である。
FIG. 13 is a circuit diagram showing a sixth embodiment of the inverter circuit to which the present invention is applied.

【図14】従来の一般的なCMOSインバータ回路を示
す回路図である。
FIG. 14 is a circuit diagram showing a conventional general CMOS inverter circuit.

【図15】MOSFETのゲート・ソース間電圧−ドレ
イン電流の関係を示すグラフ図である。
FIG. 15 is a graph showing a relationship between a gate-source voltage and a drain current of a MOSFET.

【図16】ディープサブミクロンプロセスで形成したC
MOSインバータ回路の動作を示すタイムチャートであ
る。
FIG. 16 shows C formed by a deep submicron process.
6 is a time chart illustrating an operation of the MOS inverter circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

15 インバータ回路 15A インバータ回路(第1の論理回路) 15B 副インバータ回路(第2の論理回路) R1,R2 抵抗 D1,D2 ダイオード D3,D4 ショットキー・バリア・ダイオード IL0 サブスレショルド電流 VDD,VSS 電源電圧(第1の電源系) VDDH,VSSL 電源電圧(第2の電源系)15 Inverter Circuit 15A Inverter Circuit (First Logic Circuit) 15B Sub Inverter Circuit (Second Logic Circuit) R1, R2 Resistance D1, D2 Diode D3, D4 Schottky Barrier Diode I L0 Subthreshold Current VDD, VSS Power Supply Voltage (first power supply system) VDDH, VSSL Power supply voltage (second power supply system)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の電源系で動作する第1のMOS論
理回路と、上記第1の電源系より大きな第2の電源系で
動作し上記第1のMOS論理回路より大きな出力振幅を
有する第2のMOS論理回路と、この第2のMOS論理
回路の回路動作を遅らせる時定数回路とを具備するとと
もに、上記第1のMOS論理回路と上記第2のMOS論
理回路とは共通の入力ノードと出力ノードとの間に互い
に並列に接続され、 上記第1の電源系に対応した振幅を有し上記時定数回路
の時定数によって決まるある所定の周波数よりも高い周
波数の第1信号が入力されたときには上記第1のMOS
論理回路に電流が流れて論理動作し、上記第2の電源系
に対応した振幅を有し上記所定の周波数よりも低い周波
数の第2信号が入力されたときには第1のMOS論理回
路に流れる電流が遮断されて第2のMOS論理回路によ
り論理動作が行われるように構成されていることを特徴
とするMOS論理回路。
1. A first MOS logic circuit operating on a first power supply system, and operating on a second power supply system larger than the first power supply system and having an output amplitude larger than that of the first MOS logic circuit. A second MOS logic circuit; a time constant circuit for delaying the circuit operation of the second MOS logic circuit; and the first MOS logic circuit and the second MOS logic circuit share a common input node. A first signal having an amplitude corresponding to the first power supply system and having a frequency higher than a predetermined frequency determined by a time constant of the time constant circuit, The first MOS
A current flows through the logic circuit to perform a logic operation, and when a second signal having an amplitude corresponding to the second power supply system and lower than the predetermined frequency is input, a current flowing through the first MOS logic circuit Characterized by being cut off and performing a logical operation by a second MOS logic circuit.
【請求項2】 上記第1のMOS論理回路に、上記第1
の電源系の正極から第2の電源系の正極または第2の電
源系の負極から第1の電源系の負極へ電流が流れるのを
防止するダイオードが設けられていることを特徴とする
請求項1記載のMOS論理回路。
2. The method according to claim 1, wherein the first MOS logic circuit includes the first MOS logic circuit.
A diode for preventing a current from flowing from the positive electrode of the power supply system to the positive electrode of the second power supply system or from the negative electrode of the second power supply system to the negative electrode of the first power supply system. 2. The MOS logic circuit according to 1.
【請求項3】 請求項1又は2に記載のMOS論理回路
において、 第2のMOS論理回路を構成するMOSFETのしきい
値電圧は、第1のMOS論理回路を構成するMOSFE
Tのしきい値電圧よりも絶対値で大きく設計されている
ことを特徴とするMOS論理回路。
3. The MOS logic circuit according to claim 1, wherein a threshold voltage of a MOSFET constituting the second MOS logic circuit is a MOSFET which constitutes the first MOS logic circuit.
A MOS logic circuit, which is designed to have an absolute value larger than a threshold voltage of T.
【請求項4】 直列形態に接続され第1の電源系により
動作するPチャネルMOSFETおよびNチャネルMO
SFETからなる第1のインバータ回路と、 直列形態に接続され第1の電源系より大きな第2の電源
系により動作するPチャネルMOSFETおよびNチャ
ネルMOSFETからなり入力ノードおよび出力ノード
が上記第1インバータ回路と共通に接続された第2のイ
ンバータ回路と、 出力ノードと上記第2のMOS論理回路のPチャネルM
OSFETとの間並びに出力ノードと上記第2のMOS
論理回路のNチャネルMOSFETとの間にそれぞれ直
列に接続された抵抗手段と、 出力ノードと上記第1のインバータ回路のPチャネルM
OSFETとの間および出力ノードと上記第1のインバ
ータ回路のNチャネルMOSFETとの間にそれぞれ接
続され、上記第1電源系の正極から第2電源系の正極ま
たは第2電源系の負極から第1電源系の負極へ電流が流
れるのを防止するダイオードとを具備してなることを特
徴とするMOS論理回路。
4. A P-channel MOSFET and an N-channel MOSFET connected in series and operated by a first power supply system.
A first inverter circuit composed of an SFET and a P-channel MOSFET and an N-channel MOSFET connected in series and operated by a second power supply system larger than the first power supply system, wherein the input node and the output node are the first inverter circuit; A second inverter circuit commonly connected to the second inverter circuit, an output node and a P-channel M of the second MOS logic circuit.
Between the OSFET and the output node and the second MOS
A resistance means connected in series between the N-channel MOSFET of the logic circuit, an output node and the P-channel M of the first inverter circuit;
OSFET and between the output node and the N-channel MOSFET of the first inverter circuit, respectively, from the positive electrode of the first power supply system to the positive electrode of the second power supply system or the negative A MOS logic circuit comprising: a diode for preventing a current from flowing to a negative electrode of a power supply system.
【請求項5】 複数の論理回路により構成された半導体
集積回路であって、 請求項1〜4記載のMOS論理回路が遅延時間に余裕の
ある信号パス上に設けられていることを特徴とする半導
体集積回路。
5. A semiconductor integrated circuit comprising a plurality of logic circuits, wherein the MOS logic circuit according to claim 1 is provided on a signal path having a sufficient delay time. Semiconductor integrated circuit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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