JP2002158578A - インバータ回路 - Google Patents

インバータ回路

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JP2002158578A
JP2002158578A JP2000355970A JP2000355970A JP2002158578A JP 2002158578 A JP2002158578 A JP 2002158578A JP 2000355970 A JP2000355970 A JP 2000355970A JP 2000355970 A JP2000355970 A JP 2000355970A JP 2002158578 A JP2002158578 A JP 2002158578A
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JP
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terminal
transistor
nmos transistor
current
inverter circuit
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JP2000355970A
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Inventor
Hirokazu Yoshizawa
浩和 吉澤
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Seiko Instruments Inc
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Seiko Instruments Inc
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Publication date
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/34DC amplifiers in which all stages are DC-coupled
    • H03F3/343DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only
    • H03F3/345DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only with field-effect devices
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/003Modifications for increasing the reliability for protection
    • H03K19/00315Modifications for increasing the reliability for protection in field-effect transistor circuits

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  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな貫通電流が流れることを防止したイン
バータ回路の提供。 【解決手段】 ディプリーション型NMOSトランジスタと
抵抗を組み合わせて、貫通電流が流れたときに電流制限
がかかるような構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、貫通電流の小さい
インバータ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のインバータ回路の例を図2に示
す。従来のインバータ回路の動作を以下に示す。
【0003】入力端子205から入力電圧が与えられる。
入力電圧がVDDの時は、PMOSトランジスタ201のゲート・
ソース間には電圧が生じないため、PMOSトランジスタ20
1はカットオフ状態となる。一方、NMOSトランジスタ202
はそのゲート端子とドレイン端子が接続されているた
め、出力端子206からみたNMOSトランジスタ202のインピ
ーダンスは小さい。ゆえに、出力端子206には、VSS又は
VSSに近い電圧が出力される。
【0004】入力電圧がVDDから徐々に下がっていくに
つれて、PMOSトランジスタ201のゲート・ソース間には電
位差が生じる。、PMOSトランジスタ201のゲート・ソース
間電圧VsgがPMOSトランジスタ201のしきい値電圧の絶対
値よりも大きくなると、PMOSトランジスタ201のドレイ
ン・ソース間インピーダンスが小さくなり始め、出力端
子206の電位は上昇を始める。
【0005】入力電圧がVSSに達すると、PMOSトランジ
スタ201のゲート・ソース間には電源電圧(VDD‐VSS)に
相当する電位差が生じるため、PMOSトランジスタ201の
ドレイン・ソース間インピーダンスは最小値になる。こ
のとき、NMOSトランジスタ202のドレイン・ソース間イン
ピーダンスに比べて、PMOSトランジスタ201のドレイン・
ソース間インピーダンスの方が遥かに小さくなるように
トランジスタサイズを設計することによって、出力端子
206の電位はVDDに近くなる。
【0006】このようにして、図2の回路はインバータ
として動作を行う。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし従来のインバー
タ回路では、入力電圧がVSSに近づくにつれて、貫通電
流が増大し、消費電流が大きくなるという欠点を有して
いた。これは、入力電圧がVSSのときは、PMOSトランジ
スタもNMOSトランジスタもともにドレイン・ソース間イ
ンピーダンスが小さくなるためである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、この発明は、ディプリーション型NMOSトランジス
タと抵抗を組み合わせて、貫通電流が流れ始めたときに
電流制限がかかるような構成とした。上記のように構成
されたインバータ回路では、入力電圧がVSSに近づいた
ときでも大きな貫通電流が流れないという特長がある。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施例を図面
に基づいて説明する。図1は、この発明によるインバー
タ回路の構成図の一例である。
【0010】ディプリーション形NMOSトランジスタ103
と抵抗102は、PMOSトランジスタ101とNMOSトランジスタ
102から成るパスに流れる電流を制限するために設けら
れた。
【0011】例を用いて説明する。入力端子105の電位
がVDDからVSSまで下がった場合を考える。PMOSトランジ
スタ101のゲート・ソース間には大きな電位差が発生する
ため、PMOSトランジスタ101を流れる電流は増加し始め
る。このとき、この電流増加のために抵抗102の両端の
電位差は増加する。すると、抵抗102の両端の電位差の
増加のために、ディプリーション形NMOSトランジスタ10
3のゲート・ソース間電圧Vgsは減少するように働く。し
たがって、PMOSトランジスタ101を流れる電流は、ある
程度まで増加するとディプリーション形NMOSトランジス
タ103と抵抗102によって制限される。このようにディプ
リーション形NMOSトランジスタ103と抵抗102は、PMOSト
ランジスタ101とNMOSトランジスタ102から成るパスに大
きな貫通電流が流れるのを防ぐ働きがある。
【0012】抵抗104に流れる電流が小さい時は抵抗104
の両端の電位差は小さく無視できる。そのため、ディプ
リーション形NMOSトランジスタ103のゲートソース間電
圧はほぼ0Vとして扱うことができる。抵抗104に流れる
電流が大きくなり抵抗104の両端の電位差が無視できな
くなると、ディプリーション形NMOSトランジスタ103の
ゲート・ソース間電圧はソース端子から見て負の値にな
り、電流を減少する方向に働く。つまりこの回路はただ
単にディプリーション形NMOSトランジスタ103が流すこ
とのできる最大電流値によってPMOSトランジスタ101とN
MOSトランジスタ102から成るパスの最大電流値を制限す
るだけでなく、抵抗104に生じる電位差をディプリーシ
ョン形NMOSトランジスタ103の流せる電流を減少する方
向にフィードバックして、電流制限の効果を高めてい
る。
【0013】なお、本発明のインバータ回路の構造とし
ては、図1のほかに図5や図6のようにPMOSトランジスタ
を飽和結線し、NMOSトランジスタのゲートから信号を入
力とした構造においても同様に効果がある。
【0014】本発明のインバータ回路を用いた例とし
て、図3にAB級出力回路の構成図を示す。図3においてPM
OSトランジスタ301、ディプリーション形NMOSトランジ
スタ303、抵抗304、NMOSトランジスタ302からなる部分
が、本発明のインバータ回路によって構成されている。
【0015】図3のAB級出力回路の動作を次に説明す
る。
【0016】図3において入力電圧は入力端子305から与
えられる。PMOSトランジスタ307のゲート端子は、この
出力回路の入力端子305と接続されている。したがっ
て、入力信号はPMOSトランジスタ307によって増幅され
て、出力端子306に出力される。
【0017】入力端子305はさらにPMOSトランジスタ301
のゲートにも接続されている。入力信号は、PMOSトラン
ジスタ301によって電圧から電流に変換され、NMOSトラ
ンジスタ302のドレイン電流となる。NMOSトランジスタ3
02のドレイン電流はカレントミラー構成のために、NMOS
トランジスタ309が飽和領域で動作するならばNMOSトラ
ンジスタ309ドレイン電流と等しくなる。このときNMOS
トランジスタ309における電流の変動分がNMOSトランジ
スタ310のドレイン電流の変化となって伝わる。なぜな
ら、PMOSトランジスタ311のドレイン電流は一定値であ
り、かつPMOSトランジスタ311のドレイン電流は、NMOS
トランジスタ310のドレイン電流とNMOSトランジスタ309
のドレイン電流の和に等しいからである。そしてNMOSト
ランジスタ310のドレイン電流の変化はNMOSトランジス
タ310のゲート電圧の変化となって現れる。なぜなら、N
MOSトランジスタ310のドレイン端子とゲート端子は短絡
されているからである。
【0018】NMOSトランジスタ310のゲート端子とNMOS
トランジスタ308のゲート端子は接続しているため、NMO
Sトランジスタ310のドレイン電流の変化はNMOSトランジ
スタ308のドレイン電流の変化として得られる。そしてN
MOSトランジスタ308のドレイン電流の変化は出力端子30
6における出力インピーダンスによって出力電圧の変化
として現れる。
【0019】これらのことから、入力端子305における
入力電圧の変化がPMOSトランジスタ307とNMOSトランジ
スタ306の両方を通じて増幅されて出力端子306に出力電
圧として現れることがわかる。
【0020】図3のAB級出力回路においても、本発明の
インバータ回路によって構成されているPMOSトランジス
タ301、ディプリーション形NMOSトランジスタ303、抵抗
304、NMOSトランジスタ302からなる部分がにおいて、従
来のインバータ回路のようにディプリーション形NMOSト
ランジスタ303と抵抗304がないとすると、図4に示すよ
うな回路になる。図4において、入力端子305にVSSが入
力されるとPMOSトランジスタ301とNMOSトランジスタ302
からなるパスに大きな貫通電流が流れてしまう。それ
が、図3の回路では、上述したようにディプリーション
形NMOSトランジスタ303と抵抗304の働きによって、貫通
電流を抑えるようになる。
【0021】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【0022】ディプリーション形NMOSトランジスタと抵
抗を組み合わせることによって、貫通電流を制限するこ
とができるようになった。これによってインバータ回路
において、無駄な貫通電流を流すのを防ぐことができ
る。
【0023】また、出力回路に応用した場合においても
同様に貫通電流を制限し、全体の消費電流を抑えること
ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のインバータ回路の構成図である。
【図2】従来のインバータ回路の構成図である。
【図3】本発明のインバータ回路を用いたAB級出力回路
の構成図である。
【図4】従来のインバータ回路を用いたAB級出力回路の
構成図である。
【図5】本発明のインバータ回路の構成図である。
【図6】本発明のインバータ回路の構成図である。
【符号の説明】
101、201、301、307、311 エンハンスメント型PMOSト
ランジスタ 101、202、302、308、309、310 エンハンスメント型NM
OSトランジスタ 103、303 ディプリーション型NMOSトランジスタ 110 ディプリーション型PMOSトランジスタ 104、304 抵抗 205、305 入力端子 206、306 出力端子
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年12月12日(2000.12.
12)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正内容】
【0010】ディプリーション形NMOSトランジスタ103
と抵抗104は、PMOSトランジスタ101とNMOSトランジスタ
102から成るパスに流れる電流を制限するために設けら
れた。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0011
【補正方法】変更
【補正内容】
【0011】例を用いて説明する。入力端子105の電位
がVDDからVSSまで下がった場合を考える。PMOSトランジ
スタ101のゲート・ソース間には大きな電位差が発生する
ため、PMOSトランジスタ101を流れる電流は増加し始め
る。このとき、この電流増加のために抵抗104の両端の
電位差は増加する。すると、抵抗104の両端の電位差の
増加のために、ディプリーション形NMOSトランジスタ10
3のゲート・ソース間電圧Vgsは減少するように働く。し
たがって、PMOSトランジスタ101を流れる電流は、ある
程度まで増加するとディプリーション形NMOSトランジス
タ103と抵抗104によって制限される。このようにディプ
リーション形NMOSトランジスタ103と抵抗104は、PMOSト
ランジスタ101とNMOSトランジスタ102から成るパスに大
きな貫通電流が流れるのを防ぐ働きがある。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0017
【補正方法】変更
【補正内容】
【0017】入力端子305はさらにPMOSトランジスタ301
のゲートにも接続されている。入力信号は、PMOSトラン
ジスタ301によって電圧から電流に変換され、NMOSトラ
ンジスタ302のドレイン電流となる。NMOSトランジスタ3
02のドレイン電流はカレントミラー構成のために、NMOS
トランジスタ309が飽和領域で動作するならばNMOSトラ
ンジスタ309ドレイン電流と等しくなる。このときNMO
Sトランジスタ309における電流の変動分がNMOSトランジ
スタ310のドレイン電流の変化となって伝わる。なぜな
ら、PMOSトランジスタ311のドレイン電流は一定値であ
り、かつPMOSトランジスタ311のドレイン電流は、NMOS
トランジスタ310のドレイン電流とNMOSトランジスタ309
のドレイン電流の和に等しいからである。そしてNMOSト
ランジスタ310のドレイン電流の変化はNMOSトランジス
タ310のゲート電圧の変化となって現れる。なぜなら、N
MOSトランジスタ310のドレイン端子とゲート端子は短絡
されているからである。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0019
【補正方法】変更
【補正内容】
【0019】これらのことから、入力端子305における
入力電圧の変化がPMOSトランジスタ307とNMOSトランジ
スタ308の両方を通じて増幅されて出力端子306に出力電
圧として現れることがわかる。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0020
【補正方法】変更
【補正内容】
【0020】図3のAB級出力回路においても、本発明の
インバータ回路によって構成されているPM OSトランジ
スタ301、ディプリーション形NMOSトランジスタ303、抵
抗304、NMOSトランジスタ302からなる部分おいて、従
来のインバータ回路のようにディプリーション形NMOSト
ランジスタ303と抵抗304がないとすると、図4に示すよ
うな回路になる。図4において、入力端子305にVSSが入
力されるとPMOSトランジスタ301とNMOSトランジスタ302
からなるパスに大きな貫通電流が流れてしまう。それ
が、図3の回路では、上述したようにディプリーション
形NMOSトランジスタ303と抵抗304の働きによって、貫通
電流を抑えるようになる。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【符号の説明】 101、201、301、307、311 エンハンスメント型PMOSト
ランジスタ102 、202、302、308、309、310 エンハンスメント型NM
OSトランジスタ 103、303 ディプリーション型NMOSトランジスタ 110 ディプリーション型PMOSトランジスタ 104、304 抵抗105 、205、305 入力端子106 、206、306 出力端子
フロントページの続き Fターム(参考) 5J055 AX27 AX64 BX16 CX27 DX22 EX07 EY01 EY21 EY24 GX01 5J056 AA04 BB19 DD28 DD46 EE12 FF08 GG09 5J091 AA01 AA18 AA46 AA63 CA36 FA04 HA10 HA14 HA17 HA25 KA05 KA09 MA21 SA13 UW09 5J092 AA01 AA18 AA46 AA63 CA36 FA04 HA10 HA14 HA17 HA25 KA05 KA09 MA21

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1つの入力端子と、1つの出力端子をも
    ち、第1のソース端子、第1のゲート端子、第1のドレ
    イン端子を兼ね備え、前記第1のゲート端子は前記入力
    端子に接続され、前記第1のドレイン端子は前記出力端
    子に接続された第1のMOSトランジスタと、 第2のソース端子、第2のゲート端子、第2のドレイン
    端子を兼ね備え、前記第2のドレイン端子は前記第1の
    ドレイン端子および前記出力端子に接続され、前記第2
    のソース端子は抵抗素子の一端に接続され、前記第2の
    ゲート端子は前記抵抗素子の他の一端に接続された第2
    のMOSトランジスタと、 第3のソース端子、第3のゲート端子、第3のドレイン
    端子を兼ね備え、前記第3のドレイン端子は前記第3の
    ゲート端子と前記第2のゲート端子と前記抵抗素子の他
    の一端との接続点に接続された第3のMOSトランジスタ
    とからなるインバータ回路。
  2. 【請求項2】 正の電源電圧VDDに接続された前記第1
    のソース端子と、負の電源電圧VSSに接続された前記第
    3のソース端子からなる請求項1のインバータ回路。
  3. 【請求項3】 前記第1のMOSトランジスタはP型MOSト
    ランジスタからなり、前記第2、第3のMOSトランジス
    タはN型MOSトランジスタからなる請求項2のインバータ
    回路。
  4. 【請求項4】 前記第2のMOSトランジスタはディプリ
    ーション型である請求項3のインバータ回路。
  5. 【請求項5】 正の電源電圧VDDに接続された前記第3
    のソース端子と、負の電源電圧VSSに接続された前記第
    1のソース端子からなる請求項1のインバータ回路。
  6. 【請求項6】 前記第2、第3のMOSトランジスタはP型
    MOSトランジスタからなり、前記第1のMOSトランジスタ
    はN型MOSトランジスタからなる請求項5のインバータ回
    路。
  7. 【請求項7】 前記第2のMOSトランジスタはディプリ
    ーション型である請求項6のインバータ回路。
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