JP2003086705A - Logic circuit and parameter setting method thereof - Google Patents

Logic circuit and parameter setting method thereof

Info

Publication number
JP2003086705A
JP2003086705A JP2001271251A JP2001271251A JP2003086705A JP 2003086705 A JP2003086705 A JP 2003086705A JP 2001271251 A JP2001271251 A JP 2001271251A JP 2001271251 A JP2001271251 A JP 2001271251A JP 2003086705 A JP2003086705 A JP 2003086705A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
channel mos
ratio
transistor
circuit
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001271251A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masako Yoshida
雅子 吉田
Atsushi Kameyama
敦 亀山
Tsuneaki Fuse
常明 布施
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2001271251A priority Critical patent/JP2003086705A/en
Publication of JP2003086705A publication Critical patent/JP2003086705A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a setting method of a β ratio for improving the noise margin of a CMOS logic circuit. SOLUTION: The parameter setting method of a logic circuit has a plurality of P-channel MOS transistors (TP1, TP2) that are connected in parallel between a supply terminal (Vdd) and an output terminal (Vout), a first N-channel MOS transistor (TN1) that is provided between Vout and a grounding terminal (gnd), and a second N-channel MOS transistor (TN2) that is connected in series with TN1 and is provided at the gnd side, and sets a β ratio between the gain coefficients in TP1 and TP2 and gain coefficients in TN1 and TN2. In the parameter setting method, a Vdd voltage, a threshold voltage (Vtp) in the TP1 and TP2, a threshold voltage (Vtn) at the TN1 and TN2, and middle potential (Vint) between the TN1 and TN2 are used, thus setting the β ratio so that the circuit threshold of the logic circuit becomes half the Vdd voltage.

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】本発明は半導体集積回路、特
にCMOSトランジスタ(Complementary Metal Oxide Semic
onductor field effect transistor)で構成される論理
回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, particularly a CMOS transistor (Complementary Metal Oxide Semiconductor).
Onductor field effect transistor).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、CMOS論理回路の設計では、出力電
位の立上がり(Lレベル→Hレベル)と立下がり(Hレベ
ル→Lレベル)のスピードが一致するよう、すなわち負
荷側の駆動能力と駆動側の駆動能力が等しくなるように
各トランジスタの利得係数βを決めるのが一般的であっ
た。このように負荷側の駆動能力と駆動側の駆動能力が
等しくなる場合を、ゲートの駆動能力比が1であるとい
う。一方各トランジスタの利得係数βとは、MOSトラン
ジスタのIds(ドレイン-ソース電流)を規定する値であ
り、
2. Description of the Related Art Conventionally, in the design of a CMOS logic circuit, the rising (L level → H level) and the falling (H level → L level) speeds of the output potential are matched, that is, the driving capability and driving on the load side. It was common to determine the gain coefficient β of each transistor so that the drive capability on the side becomes equal. When the drive capability on the load side and the drive capability on the drive side are equal to each other in this way, the gate drive capability ratio is said to be 1. On the other hand, the gain coefficient β of each transistor is a value that defines Ids (drain-source current) of a MOS transistor,

【0003】[0003]

【数1】 [Equation 1]

【0004】で与えられる。Is given by

【0005】βは上式でみるように、プロセスパラメー
タとデバイス寸法の両者に依存する値である。ここでμ
はチャネルでの電子(またはホール)の実効表面易動
度、εはゲート絶縁膜の誘電率、Toxはゲート絶縁体膜
厚、Wはチャネル幅、Lはチャネル長である。したがって
βは、プロセスで決定される要素με/Toxと、デバイス
の実際のレイアウト寸法に依存するW/Lとからなる。
Β is a value that depends on both process parameters and device dimensions, as seen from the above equation. Where μ
Is the effective surface mobility of electrons (or holes) in the channel, ε is the dielectric constant of the gate insulating film, Tox is the gate insulating film thickness, W is the channel width, and L is the channel length. Therefore, β consists of a process-determined element με / Tox and W / L that depends on the actual layout dimensions of the device.

【0006】ToxとLはNMOSトランジスタとPMOSトランジ
スタで一般に等しいので、プロセスで決定される要素μ
ε/Toxのうち、正孔と電子の易動度の違いがβに関わっ
てくる。正孔の易動度は電子の易動度の約半分であるた
め、PMOS,NMOSのTox、Lが同じであれば、PMOSのWがNMOS
のWの約2倍のところでβの比が1となる。
Since Tox and L are generally equal in the NMOS transistor and the PMOS transistor, the factor μ determined by the process
Of ε / Tox, the difference in mobility between holes and electrons is related to β. The mobility of holes is about half that of electrons, so if the Tox and L of PMOS and NMOS are the same, the W of PMOS is NMOS.
The ratio of β becomes 1 at about twice W.

【0007】したがって、たとえばインバータにおける
PMOSのWは、NMOSのWの2倍前後の値にするのが一般的で
あった。
Therefore, for example, in an inverter
The W of the PMOS is generally set to a value about twice that of the NMOS.

【0008】以下、図10を用いて従来のCMOS論理
回路について説明する。
A conventional CMOS logic circuit will be described below with reference to FIG.

【0009】同図(A)は、従来のCMOSインバータ(反
転回路)の回路図である。ここでTPはPMOSトランジス
タ、TNはNMOSトランジスタ、Wp、WnはそれぞれPMOS、NM
OSのチャネル幅を示す。ゲートの駆動能力比が1となる
ように各トランジスタの利得係数を設定することを考え
ると、インバータでは負荷側トランジスタ(PMOS),駆
動側トランジスタ(NMOS)が1個ずつであるから、ゲー
トの駆動能力比はPMOSとNMOSのβの比と等しい。したが
って、β比が1、すなわちPMOSとNMOSの利得計数βが等
しくなるようにWを設定する。この典型的な例として、
同図(A)のようにWp:Wn=2:1とする。
FIG. 1A is a circuit diagram of a conventional CMOS inverter (inverting circuit). Where TP is a PMOS transistor, TN is an NMOS transistor, Wp and Wn are PMOS and NM, respectively.
Indicates the OS channel width. Considering setting the gain coefficient of each transistor so that the gate drive capacity ratio becomes 1, the inverter has only one load side transistor (PMOS) and one drive side transistor (NMOS). The capacity ratio is equal to the ratio of β between PMOS and NMOS. Therefore, W is set so that the β ratio is 1, that is, the gain counts β of the PMOS and the NMOS are equal. As a typical example of this,
Wp: Wn = 2: 1 as shown in FIG.

【0010】尚、PMOSのチャネル長LpとNMOSのチャネル
長Lnが等しいとした。
It is assumed that the channel length Lp of the PMOS and the channel length Ln of the NMOS are equal.

【0011】また、上述したように、複数個のNMOSトラ
ンジスタ(またはPMOSトランジスタ)が多段直列接続さ
れたトランジスタのゲート幅(W)を決定する際、単純
にトランジスタ1個の場合のWを直列接続されたトランジ
スタの段数倍した値にするのが一般的であった。
Further, as described above, when determining the gate width (W) of a transistor in which a plurality of NMOS transistors (or PMOS transistors) are connected in multiple stages, simply connect W in the case of one transistor in series. In general, the value is set to a value obtained by multiplying the number of stages of the manufactured transistor.

【0012】例として、同図(B)に従来の2入力CMOS
NAND回路(否定論理積回路)を示す。NMOSトランジス
タTN1,TN2は2個直列接続となっているため、実効的に
インバータの1個のNMOSと同等なWを得るには、各々のNM
OS(TN1,TN2)のWは、インバータのNMOSのWの2倍と設定
される。
As an example, a conventional 2-input CMOS is shown in FIG.
A NAND circuit (a NAND circuit) is shown. Since two NMOS transistors TN1 and TN2 are connected in series, in order to obtain W equivalent to one NMOS of the inverter effectively, each NM
The W of OS (TN1, TN2) is set to twice the W of NMOS of the inverter.

【0013】このため、もともとインバータではWp:Wn=
2:1としていたWを、2入力NANDではゲートの駆動能
力比を1にするためにWp:Wn=2:(1×2)=1:1と設
定することになる。この時のβ比は結果的に2となる。
Therefore, originally, in the inverter, Wp: Wn =
W, which was 2: 1 is set to Wp: Wn = 2: (1 × 2) = 1: 1 in order to set the gate driving capability ratio to 1 in the 2-input NAND. At this time, the β ratio becomes 2 as a result.

【0014】同様に、3入力CMOS NAND回路では、NMOS
が3個直列接続しているため、従来Wp:Wn=2:(1×3)=
2:3のようにWを設定していた。この時のβ比は3であ
る。
Similarly, in the 3-input CMOS NAND circuit, the NMOS
Since 3 are connected in series, conventional Wp: Wn = 2: (1 × 3) =
W was set like 2: 3. The β ratio at this time is 3.

【0015】また、従来の2入力CMOS NOR回路(否定論
理和回路)では、同図(C)に示すように、PMOSトラン
ジスタTP1,TP2は2個直列接続となっているため、実効
的にインバータの1個のPMOSと同等なWを得るには、各々
のPMOSのWは、インバータのPMOSのWの2倍と設定され
る。
Further, in the conventional 2-input CMOS NOR circuit (negative OR circuit), two PMOS transistors TP1 and TP2 are connected in series as shown in (C) of FIG. In order to obtain W equivalent to one PMOS of, the W of each PMOS is set to twice the W of the PMOS of the inverter.

【0016】このため、もともとインバータではWp:Wn=
2:1としていたWは、2入力NOR回路では Wp:Wn=(2
×2):1=4:1と設定することになる。この時のβ比は
0.5である。同様に、3入力CMOS NOR回路では、PMOSが3
個直列接続しているため、従来Wp:Wn=(2×3):1=6:1
のようにWを設定していた。この時のβ比は1/3である。
しかしこのように単純に段数倍する方法では、論理回路
の回路閾値を考えた場合、必ずしも最もマージンの大き
い1/2Vddにはならず、それより高い値か低い値かのいず
れかにずれるという問題がある。ここで、回路閾値と
は、入力電圧(Vin)=出力電圧(Vout)となる電位をい
う。
Therefore, originally, in the inverter, Wp: Wn =
W that was 2: 1 is Wp: Wn = (2
X2): 1 = 4: 1 will be set. The β ratio at this time is
It is 0.5. Similarly, in the 3-input CMOS NOR circuit, the PMOS is 3
Since they are connected in series, conventional Wp: Wn = (2 × 3): 1 = 6: 1
W was set like. The β ratio at this time is 1/3.
However, in such a method of simply multiplying the number of stages, when considering the circuit threshold value of the logic circuit, it does not necessarily become 1/2 Vdd with the largest margin, and it shifts to either a higher value or a lower value. There's a problem. Here, the circuit threshold means a potential at which the input voltage (Vin) = the output voltage (Vout).

【0017】たとえば同時に1入力だけ変化する場合、
CMOS NAND回路ではインバータに対して回路閾値が小さ
いほうにずれ、CMOS NOR回路では大きい方にずれる。こ
のずれは勿論トランジスタモデルによって異なるが、数
百mV程度のずれが見られる。これは電源電圧が5Vであ
れば、数%程度にあたる。
For example, if only one input changes at the same time,
In the CMOS NAND circuit, the circuit threshold shifts to the smaller side of the inverter, and in the CMOS NOR circuit, it shifts to the larger side. This shift of course varies depending on the transistor model, but a shift of several hundred mV can be seen. This corresponds to about several percent if the power supply voltage is 5V.

【0018】回路閾値が1/2Vddからずれるほど、入力に
のるノイズや電源電圧、gndの変動に対する耐性は低
い。
As the circuit threshold deviates from 1/2 Vdd, the resistance to noise on the input, power supply voltage, and fluctuation of gnd is lower.

【0019】従来のように回路閾値の1/2Vddからのずれ
に対して電源電圧が充分に大きい場合、このずれはほと
んど問題にならないが、電源電圧がどんどん低くなって
きている昨今、回路閾値のずれ、ばらつきが回路全体の
ノイズマージンに対して大きな影響を与えるようになっ
てきている。ここで、論理回路のノイズマージンとは、
入力電圧に加わっても出力レベルに変動を生じさせない
程度の雑音電圧の変動幅をいう。
When the power supply voltage is sufficiently large with respect to the deviation of the circuit threshold from 1/2 Vdd as in the conventional case, this deviation is not a problem, but the power supply voltage is becoming lower and lower in recent years. Deviation and variation have come to have a great influence on the noise margin of the entire circuit. Here, the noise margin of the logic circuit is
It refers to the fluctuation range of the noise voltage that does not cause fluctuations in the output level when applied to the input voltage.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、CMOS
論理回路のノイズマージンを高めることにより、それを
含む半導体集積回路のノイズマージンを増大することに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide CMOS
It is to increase the noise margin of a semiconductor integrated circuit including the logic circuit by increasing the noise margin of the logic circuit.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、電源端子
(Vdd)と出力端子(Vout)との間で並列接続された複
数のPチャネルMOSトランジスタ(TP1,TP2)と、前記出
力端子と接地端子(gnd)との間に設けられた第1のNチ
ャネルMOSトランジスタ(TN1)と、前記第1のNチャネ
ルMOSトランジスタと直列接続され、前記接地端子側に
設けられた第2のNチャネルMOSトランジスタ(TN2)と
を備え、前記複数のPチャネルMOSトランジスタの利得係
数と前記第1及び第2のNチャネルMOSトランジスタの利
得係数との比であるβ比を設定する論理回路のパラメー
タ設定方法であって、前記電源端子の電圧と、前記複数
のPチャネルMOSトランジスタの閾値電圧(Vtp)と、前記
第1及び前記第2のNチャネルMOSトランジスタの閾値電
圧(Vtn)と、前記第1のNチャネルMOSトランジスタと前
記第2のNチャネルMOSトランジスタとの中間電位(Vin
t)とを用いて、前記論理回路の回路閾値が前記電源端
子の電圧の半分になるように前記β比を設定することを
特徴とする論理回路のパラメータ設定方法である。
A first invention is a plurality of P-channel MOS transistors (TP1, TP2) connected in parallel between a power supply terminal (Vdd) and an output terminal (Vout), and the output terminal. And a ground terminal (gnd) between a first N-channel MOS transistor (TN1) and a second N-channel transistor connected in series with the first N-channel MOS transistor and provided on the ground terminal side. Parameter setting of a logic circuit including a channel MOS transistor (TN2) and setting a β ratio which is a ratio between the gain coefficients of the plurality of P channel MOS transistors and the gain coefficients of the first and second N channel MOS transistors A voltage of the power supply terminal, threshold voltages (Vtp) of the plurality of P-channel MOS transistors, threshold voltages (Vtn) of the first and second N-channel MOS transistors, and the first method. N-channel MOS transistor Intermediate potential between said second N-channel MOS transistor (Vin
t) is used to set the β ratio so that the circuit threshold of the logic circuit becomes half the voltage of the power supply terminal.

【0022】第2の発明は、前記β比を設定するのに、
さらに、前記複数のPチャネルMOSトランジスタのチャネ
ル長変調要素(λp)と、前記第1及び前記第2のNチャ
ネルMOSトランジスタのチャネル長変調要素(λn)とを
用いることを特徴とする第1の発明記載の論理回路のパ
ラメータ設定方法である。
A second aspect of the invention is to set the β ratio,
Furthermore, the first embodiment is characterized in that channel length modulation elements (λp) of the plurality of P channel MOS transistors and channel length modulation elements (λn) of the first and second N channel MOS transistors are used. It is a parameter setting method of a logic circuit according to the invention.

【0023】第3の発明は、接地端子(gnd)と出力端
子(Vout)との間で並列接続された複数のNチャネルMOS
トランジスタ(TN1,TN2)と、電源端子(Vdd)と前記出
力端子との間に設けられた第1のPチャネルMOSトランジ
スタ(TP1)と、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ
と直列接続され、前記出力端子側に設けられた第2のP
チャネルMOSトランジスタ(TP2)とを備え、前記第1及
び第2のPチャネルMOSトランジスタの利得係数と前記複
数のNチャネルMOSトランジスタの利得係数との比である
β比を設定する論理回路のパラメータ設定方法であっ
て、前記電源端子の電圧と、前記第1及び第2のPチャ
ネルMOSトランジスタの閾値電圧(Vtp)と、前記複数のN
チャネルMOSトランジスタの閾値電圧(Vtn)と、前記第1
のPチャネルMOSトランジスタと前記第2のPチャネルMOS
トランジスタの中間電位(Vint)とを用いて、前記論理
回路の回路閾値が前記電源端子の電圧の半分になるよう
に前記β比を設定することを特徴とする論理回路のパラ
メータ設定方法である。
A third invention is a plurality of N-channel MOS transistors connected in parallel between a ground terminal (gnd) and an output terminal (Vout).
Transistors (TN1, TN2), a first P-channel MOS transistor (TP1) provided between a power supply terminal (Vdd) and the output terminal, and the first P-channel MOS transistor connected in series, The second P provided on the output terminal side
Parameter setting of a logic circuit including a channel MOS transistor (TP2) and setting a β ratio which is a ratio between the gain coefficients of the first and second P-channel MOS transistors and the gain coefficients of the plurality of N-channel MOS transistors A voltage of the power supply terminal, threshold voltages (Vtp) of the first and second P-channel MOS transistors, and a plurality of N
The threshold voltage (Vtn) of the channel MOS transistor and the first
P-channel MOS transistor and the second P-channel MOS
A parameter setting method for a logic circuit, characterized in that the β ratio is set so that a circuit threshold value of the logic circuit becomes half of a voltage of the power supply terminal by using an intermediate potential (Vint) of a transistor.

【0024】第4の発明は、前記β比を設定するのに、
さらに、前記第1及び第2のPチャネルMOSトランジスタ
のチャネル長変調要素(λp)と、前記複数のNチャネル
MOSトランジスタのチャネル長変調要素(λn)とを用い
ることを特徴とする第3の発明記載の論理回路のパラメ
ータ設定方法である。
A fourth invention is to set the β ratio,
Furthermore, the channel length modulation elements (λp) of the first and second P-channel MOS transistors and the plurality of N-channels
A parameter setting method for a logic circuit according to the third invention is characterized by using a channel length modulation element (λn) of a MOS transistor.

【0025】第5の発明は、電源端子(Vdd)と出力端
子(Vout)との間で並列接続された複数のPチャネルMOS
トランジスタ(TP1,TP2)と、前記出力端子と接地端子
(gnd)との間に設けられた第1のNチャネルMOSトラン
ジスタ(TN1)と、前記第1のNチャネルMOSトランジス
タと直列接続され、前記接地端子側に設けられた第2の
NチャネルMOSトランジスタ(TN2)とを備える論理回路
であって、前記複数のPチャネルMOSトランジスタの利得
係数と前記第1及び第2のNチャネルMOSトランジスタの
利得係数との比であるβ比を、前記電源端子の電圧と、
前記複数のPチャネルMOSトランジスタの閾値電圧(Vtp)
と、前記第1及び前記第2のNチャネルMOSトランジスタ
の閾値電圧(Vtn)と、前記第1のNチャネルMOSトランジ
スタと前記第2のNチャネルMOSトランジスタとの中間電
位(Vint)とを用いて、前記論理回路の回路閾値が前記
電源端子の電圧の半分になるように設定したことを特徴
とする論理回路である。
A fifth invention is a plurality of P-channel MOS transistors connected in parallel between a power supply terminal (Vdd) and an output terminal (Vout).
Transistors (TP1, TP2), a first N-channel MOS transistor (TN1) provided between the output terminal and a ground terminal (gnd), and the first N-channel MOS transistor connected in series, The second provided on the ground terminal side
A logic circuit including an N-channel MOS transistor (TN2), wherein a β ratio, which is a ratio between the gain coefficients of the plurality of P-channel MOS transistors and the gain coefficients of the first and second N-channel MOS transistors, The voltage of the power supply terminal,
Threshold voltage (Vtp) of the plurality of P-channel MOS transistors
And a threshold voltage (Vtn) of the first and second N-channel MOS transistors and an intermediate potential (Vint) between the first N-channel MOS transistor and the second N-channel MOS transistor. A logic circuit is characterized in that the circuit threshold of the logic circuit is set to be half the voltage of the power supply terminal.

【0026】第6の発明は、接地端子(gnd)と出力端
子(Vout)との間で並列接続された複数のNチャネルMOS
トランジスタ(TN1,TN2)と、電源端子(Vdd)と前記出
力端子との間に設けられた第1のPチャネルMOSトランジ
スタ(TP1)と、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ
と直列接続され、前記出力端子側に設けられた第2のP
チャネルMOSトランジスタ(TP2)とを備える論理回路で
あって、前記第1及び第2のPチャネルMOSトランジスタ
の利得係数と前記複数のNチャネルMOSトランジスタの利
得係数との比であるβ比を、前記電源端子の電圧と、前
記第1及び第2のPチャネルMOSトランジスタの閾値電圧
(Vtp)と、前記複数のNチャネルMOSトランジスタの閾値
電圧(Vtn)と、前記第1のPチャネルMOSトランジスタと
前記第2のPチャネルMOSトランジスタの中間電位(Vin
t)とを用いて、前記論理回路の回路閾値が前記電源端
子の電圧の半分になるように設定したことを特徴とする
論理回路である。
A sixth invention is a plurality of N-channel MOS transistors connected in parallel between a ground terminal (gnd) and an output terminal (Vout).
Transistors (TN1, TN2), a first P-channel MOS transistor (TP1) provided between a power supply terminal (Vdd) and the output terminal, and the first P-channel MOS transistor connected in series, The second P provided on the output terminal side
A logic circuit including a channel MOS transistor (TP2), wherein a β ratio, which is a ratio between the gain coefficients of the first and second P-channel MOS transistors and the gain coefficients of the plurality of N-channel MOS transistors, Power supply terminal voltage and threshold voltage of the first and second P-channel MOS transistors
(Vtp), a threshold voltage (Vtn) of the plurality of N-channel MOS transistors, and an intermediate potential (Vin of the first P-channel MOS transistor and the second P-channel MOS transistor).
t) is used to set the circuit threshold of the logic circuit to half the voltage of the power supply terminal.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
CMOS論理回路について図面を参照しながら説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The embodiments of the present invention are described below.
The CMOS logic circuit will be described with reference to the drawings.

【0028】(第1の実施形態)第1の実施形態では、
2入力CMOS NAND回路(否定論理積回路)の場合にノイ
ズマージンを高めるβ比の設定方法を説明する。以下で
は、回路閾値が1/2Vddとなるようなβ比を表す式を、3
つの場合、すなわち、(第1−1の実施例)出力端子Vo
utに近いNMOSトランジスタTN1への入力が変化する場
合、(第1−2−Aの実施例)接地端子gndに近いNMOS
トランジスタTN2への入力が変化しそのトランジスタが
飽和動作する場合、及び(第1−2−Bの実施例)接地
端子gndに近いNMOSトランジスタTN2への入力が変化しそ
のトランジスタが線形動作する場合に分けて説明する。
(First Embodiment) In the first embodiment,
A method of setting the β ratio for increasing the noise margin in the case of a 2-input CMOS NAND circuit (negative AND circuit) will be described. In the following, the equation expressing the β ratio such that the circuit threshold becomes 1/2 Vdd is given by
In one case, that is, (the 1-1st embodiment) the output terminal Vo
When the input to the NMOS transistor TN1 close to ut changes (Example 1-2-A), the NMOS close to the ground terminal gnd
When the input to the transistor TN2 changes and the transistor operates in saturation, and (Example 1-2B) when the input to the NMOS transistor TN2 near the ground terminal gnd changes and the transistor operates linearly. I will explain separately.

【0029】(第1−1の実施例)図1は、第1−1の
実施例に係る2入力CMOS NAND回路の回路図である。TP
1,TP2はPMOSトランジスタ、TN1,TN2はNMOSトランジス
タ、βp,βnは各MOSトランジスタの利得係数であり、ゲ
ート幅Wp,Wnに比例する値である。
(Embodiment 1-1) FIG. 1 is a circuit diagram of a 2-input CMOS NAND circuit according to the embodiment 1-1. TP
1, TP2 is a PMOS transistor, TN1 and TN2 are NMOS transistors, and βp and βn are gain coefficients of the respective MOS transistors, which are values proportional to the gate widths Wp and Wn.

【0030】いま、2個の入力のうちTP1,TN1に入る信
号VinがL→H(Vdd)に変化し、それに伴って出力VoutがH
→Lになる場合を考える。尚、TP2,TN2への入力はH(Vdd)
固定とする。
Now, of the two inputs, the signal Vin entering TP1 and TN1 changes from L to H (Vdd), and the output Vout is changed to H accordingly.
→ Consider the case of L. The input to TP2 and TN2 is H (Vdd)
It is fixed.

【0031】Vin=VoutとなるVinすなわち回路閾値は1/2
Vddであるのが最もノイズマージンが大きく望ましいの
で、Vin=1/2Vdd周辺の動作を考える。
Vin where Vin = Vout, that is, the circuit threshold is 1/2
Since Vdd has the largest noise margin and is desirable, consider the operation around Vin = 1 / 2Vdd.

【0032】ゲートへの入力がVdd固定であるPMOSトラ
ンジスタTP2はカットオフ、NMOSトランジスタTN2は線形
動作(0<Vds<Vgs−Vt)する。一方、ゲート入力が変化す
るPMOSトランジスタTP1およびNMOSトランジスタTN1は、
Vgs=1/2Vdd近辺では飽和領域(0<Vgs−Vt<Vds)で動作す
る。これを等価回路で表したのが図2である。
The PMOS transistor TP2 whose input to the gate is fixed to Vdd is cut off, and the NMOS transistor TN2 is linearly operated (0 <Vds <Vgs-Vt). On the other hand, the PMOS transistor TP1 and the NMOS transistor TN1 whose gate inputs change are
It operates in the saturation region (0 <Vgs-Vt <Vds) near Vgs = 1 / 2Vdd. This is represented by an equivalent circuit in FIG.

【0033】飽和動作するPMOSトランジスタ(TP1)は電
流源が並列に1個接続されているのと等価であり、同様
に飽和動作するNMOSトランジスタ(TN1)は1個の電流源
として、線形動作するNMOSトランジスタ(TN2)は抵抗と
して与えられ、電流源と直列に接続される形となる。
The saturated PMOS transistor (TP1) is equivalent to one current source connected in parallel, and the similarly saturated NMOS transistor (TN1) linearly operates as one current source. The NMOS transistor (TN2) is given as a resistance and is connected in series with the current source.

【0034】飽和領域(5極管領域;0<Vgs−Vt<Vds)で
のソース・ドレイン電流Ids5は、チャネル長変調を考慮
すると以下で近似される。
The source / drain current Ids5 in the saturation region (pentode region; 0 <Vgs-Vt <Vds) is approximated below in consideration of channel length modulation.

【0035】[0035]

【数2】 [Equation 2]

【0036】(λはチャネル長変調要素、0.01/V程度)
一方、線形領域(3極管領域;0<Vds<Vgs−Vt) のソース
・ドレイン電流Ids3は、
(Λ is a channel length modulation element, about 0.01 / V)
On the other hand, the source / drain current Ids3 in the linear region (triode region; 0 <Vds <Vgs−Vt) is

【0037】[0037]

【数3】 [Equation 3]

【0038】である。[0038]

【0039】並列接続しているPMOSトランジスタの電流
の合計Idspは、ゲートにVddが入力するトランジスタTP2
はオフしているから、入力信号が変化するトランジスタ
TP1(飽和動作)1個のみを考えればよい。そのゲート
入力電位Vinを回路閾値であるVdd/2とすると、
The total current Idsp of the PMOS transistors connected in parallel is the transistor TP2 to which Vdd is input to the gate.
The transistor whose input signal changes because is off
Only one TP1 (saturation operation) need be considered. If the gate input potential Vin is Vdd / 2 which is the circuit threshold,

【0040】[0040]

【数4】 [Equation 4]

【0041】より、From

【0042】[0042]

【数5】 [Equation 5]

【0043】である。It is

【0044】一方、直列接続しているNMOSトランジスタ
では、TN1のゲート入力は1/2Vdd,TN2のゲート入力はVdd
固定である。図2のTN1とTN2の中間電位をVint(ただし
Vint<1/2・Vdd)とすると、TN1のIds=TN2のIds よ
り、Ids3=Ids5=Idsn であるから
On the other hand, in the NMOS transistors connected in series, the gate input of TN1 is 1/2 Vdd and the gate input of TN2 is Vdd.
It is fixed. The intermediate potential between TN1 and TN2 in Fig. 2 is Vint (however
Vint <1/2 ・ Vdd), Ids3 = Ids5 = Idsn from Ids of TN1 = Ids of TN2

【0045】[0045]

【数6】 [Equation 6]

【0046】Vintは、(1)式の解として与えられる。す
なわち、(1)式は、2入力CMOS NAND回路において出力Vo
utに近いNMOSトランジスタTN1への入力が変化する場合
の、TN1とTN2の中間電位Vintを表す式である。
Vint is given as the solution of equation (1). That is, equation (1) is the output Vo in the 2-input CMOS NAND circuit.
6 is an expression representing an intermediate potential Vint between TN1 and TN2 when the input to the NMOS transistor TN1 near ut changes.

【0047】次にIdsp=Idsn よりNext, from Idsp = Idsn

【0048】[0048]

【数7】 [Equation 7]

【0049】ただし Vtp<0However, Vtp <0

【0050】[0050]

【数8】 [Equation 8]

【0051】ただし、Vintは式(1)で与えられる。However, Vint is given by the equation (1).

【0052】(2)式の条件を満たすβ比(=βn/βp)
を設定した2入力NAND回路が第1−1実施例である。す
なわち、(2)式は、2入力CMOS NAND回路において出力Vo
utに近いNMOSトランジスタTN1への入力が変化する場合
に、回路閾値が1/2Vddとなるようなβ比を表す式であ
る。このβ比で構成したNANDの回路閾値はVdd/2とな
り、集積回路を構成する上で高いノイズマージンを確保
できる。
Β ratio (= βn / βp) that satisfies the condition of equation (2)
The 2-input NAND circuit in which is set is the 1-1st embodiment. That is, equation (2) is the output Vo in the 2-input CMOS NAND circuit.
It is an expression representing a β ratio such that the circuit threshold becomes 1/2 Vdd when the input to the NMOS transistor TN1 near ut changes. The circuit threshold of the NAND configured by this β ratio is Vdd / 2, and a high noise margin can be secured when configuring the integrated circuit.

【0053】尚、βnはNMOSトランジスタの利得係数、
βpはPMOSトランジスタの利得係数、Vddは電源電圧、Vt
nはNMOSトランジスタの閾値電圧、VtpはPMOSトランジス
タの閾値電圧、Vintは図2のTN1とTN2の中間電位、λp
はPMOSトランジスタのチャネル長変調要素、λnはNMOS
トランジスタのチャネル長変調要素である。
Where βn is the gain coefficient of the NMOS transistor,
βp is the gain coefficient of the PMOS transistor, Vdd is the power supply voltage, Vt
n is the threshold voltage of the NMOS transistor, Vtp is the threshold voltage of the PMOS transistor, Vint is the intermediate potential between TN1 and TN2 in FIG. 2, λp
Is the channel length modulation element of the PMOS transistor, λn is the NMOS
It is a channel length modulation element of a transistor.

【0054】ここで、Vtp=−Vtn、Vtn=|Vt|と仮定する
と、
Assuming that Vtp = -Vtn and Vtn = | Vt |

【0055】[0055]

【数9】 [Equation 9]

【0056】となる。It becomes

【0057】これは、たとえばλp=λn=0.01, Vdd=1.0
V, Vtn=0.2Vとすると、
This is, for example, λp = λn = 0.01, Vdd = 1.0
If V, Vtn = 0.2V,

【0058】[0058]

【数10】 [Equation 10]

【0059】となる。It becomes

【0060】また、ゲート幅Wについて言えば、従来例
(図10(B))で述べたように、2入力NANDの2段直列NM
OSトランジスタのWは、直列接続が1段であるインバータ
のWに対して、2倍で設計されることが多かった。さら
に、プロセスパラメータの関係(すなわち、正孔と電子
の易動度との関係及び一般的に駆動能力比は1に設定し
ていた)でWpは通常Wnの2倍としていたから、従来2入力
NANDの場合Wp:Wn=2:(1×2)=1:1 であった。本実
施例では例えばβ比が1.35でよいため、W比はWp:Wn=
2:(1×1.35)=1:0.675 となり、同じPMOSトランジ
スタに対し小さいNMOSトランジスタで済み、レイアウト
パターンの面積縮小という利点もある。
As for the gate width W, as described in the conventional example (FIG. 10 (B)), a two-stage NAND 2-stage series NM is used.
The W of the OS transistor was often designed to be twice as large as the W of the inverter with one stage connected in series. Further, because of the process parameter relationship (that is, the relationship between hole and electron mobilities and the driving capability ratio was generally set to 1), Wp was normally set to twice Wn.
In the case of NAND, Wp: Wn = 2: (1 × 2) = 1: 1. In this embodiment, for example, the β ratio may be 1.35, so that the W ratio is Wp: Wn =
2: (1 × 1.35) = 1: 0.675, which means that a smaller NMOS transistor is required for the same PMOS transistor, which has the advantage of reducing the layout pattern area.

【0061】(第1−2の実施例)次に、第1−2の実
施例として、図3のように2個の入力のうちTP2,TN2に
入る信号がL→H(Vdd)に変化し、それに伴って出力Vout
がH→Lになる場合を考える。TP1,TN1への入力はH(Vdd)
とする。
(Embodiment 1-2) Next, as Embodiment 1-2, as shown in FIG. 3, the signal input to TP2 and TN2 of the two inputs changes from L to H (Vdd). And output Vout accordingly
Consider the case where H → L. Input to TP1, TN1 is H (Vdd)
And

【0062】Vin=VoutとなるVinすなわち回路閾値は1/2
Vddであるのが最もノイズマージンが大きく望ましいの
で、Vin=1/2Vdd周辺の動作を考える。
Vin where Vin = Vout, that is, the circuit threshold is 1/2
Since Vdd has the largest noise margin and is desirable, consider the operation around Vin = 1 / 2Vdd.

【0063】ゲートへの入力がVdd固定であるPMOSトラ
ンジスタTP1はカットオフ、ゲート入力が変化するPMOS
トランジスタTP2はVgs=1/2Vdd近辺では飽和領域(0<Vgs
−Vt<Vds)で動作する。また、ゲートへの入力がVdd固定
であるNMOSトランジスタTN1は線形動作(0<Vds<Vgs−Vt)
する。一方、ゲート入力が変化するNMOSトランジスタTN
2は、Vin=1/2Vdd近辺では、TN1による電圧降下分(α=1
/2Vdd−Vint)がTN2の閾値Vtn2より小さければ飽和動
作、大きければ線形動作する。
The PMOS transistor TP1 whose gate input is fixed to Vdd is cut off, and the gate input is changed.
Transistor TP2 is in the saturation region (0 <Vgs
Operates with −Vt <Vds). In addition, the NMOS transistor TN1 whose gate input is fixed at Vdd operates linearly (0 <Vds <Vgs−Vt).
To do. On the other hand, an NMOS transistor TN whose gate input changes
2 is the voltage drop due to TN1 (α = 1 near Vin = 1 / 2Vdd
If / 2Vdd−Vint) is smaller than the threshold value Vtn2 of TN2, then saturated operation is performed, and if larger, linear operation is performed.

【0064】これを等価回路で表したのが図4の(A),
(B)である。
The equivalent circuit of this is shown in FIG.
(B).

【0065】 1/2・Vdd−Vtn2<Vint Vtn2>α → 飽和動作(図4(A)) 1/2・Vdd−Vtn2>Vint Vtn2<α → 線形動作(図4(B)) 飽和動作するTP2は電流源が並列に1個接続されている
のと等価である。NMOSトランジスタについては、TN1は
線形動作であるから抵抗として記述でき、TN2は同図(A)
のように飽和動作するときは1個の電流源として、同図
(B)のように線形動作するときは抵抗として記述でき
る。
1/2 ・ Vdd−Vtn2 <Vint Vtn2> α → Saturation operation (FIG. 4 (A)) 1/2 · Vdd−Vtn2> Vint Vtn2 <α → Linear operation (FIG. 4 (B)) Saturation operation TP2 is equivalent to having one current source connected in parallel. Regarding the NMOS transistor, TN1 can be described as a resistance because TN1 is a linear operation, and TN2 is shown in the same figure (A).
As shown in the figure, one current source is used for saturation operation.
When it operates linearly like (B), it can be described as a resistance.

【0066】並列接続しているPMOSトランジスタの電流
の合計Idspは、ゲートにVddが入力するトランジスタTP1
はオフしているから、入力信号が変化するトランジスタ
(飽和動作)1個のみを考えればよい。そのVgsを回路
閾値であるVdd/2とすると、
The total current Idsp of the PMOS transistors connected in parallel is the transistor TP1 to which Vdd is input to the gate.
Is off, it is only necessary to consider one transistor (saturation operation) in which the input signal changes. Let Vgs be the circuit threshold Vdd / 2,

【0067】[0067]

【数11】 [Equation 11]

【0068】である。It is

【0069】(第1−2−Aの実施例)まず図4(A)の
ように、TN2が飽和動作している場合を考えると、TN1の
ゲート入力はVdd 、TN2のゲート入力は1/2Vddである。
図4(A)の中間電位をVintとし、Vtn1=Vtn2と仮定する
と、TN1のIds=TN2のIds より、Ids3=Ids5=Idsn であ
るから
(Embodiment 1-2-A) First, considering the case where TN2 is in a saturated operation as shown in FIG. 4 (A), the gate input of TN1 is Vdd and the gate input of TN2 is 1 /. It is 2 Vdd.
Assuming that the intermediate potential of FIG. 4A is Vint and Vtn1 = Vtn2, Ids3 = Ids5 = Idsn from Ids of TN1 = Ids of TN2.

【0070】[0070]

【数12】 [Equation 12]

【0071】Vintは、(3)式の解として与えられる。す
なわち、(3)式は、2入力CMOS NAND回路においてgndに
近いNMOSトランジスタTN2への入力が変化し、そのトラ
ンジスタが飽和動作する場合のTN1とTN2の中間電位Vint
を表す式である。λn=0であれば、
Vint is given as the solution of equation (3). That is, Equation (3) is the intermediate potential Vint between TN1 and TN2 when the input to the NMOS transistor TN2 near gnd changes in the 2-input CMOS NAND circuit and the transistor operates in saturation.
Is an expression representing. If λn = 0,

【0072】[0072]

【数13】 [Equation 13]

【0073】となる。次にIdsp=Idsn よりIt becomes Next from Idsp = Idsn

【0074】[0074]

【数14】 [Equation 14]

【0075】ただし Vtp<0However, Vtp <0

【0076】[0076]

【数15】 [Equation 15]

【0077】ただしVintは式(3)で与えられる(4)式の条
件を満たすβ比を設定した2入力NAND回路が第1−2−
Aの実施例である。すなわち、(4)式は、2入力CMOS NA
ND回路においてgndに近いNMOSトランジスタTN2への入力
が変化しそのトランジスタが飽和動作する場合に、回路
閾値が1/2Vddとなるようなβ比を表す式である。このβ
比で構成したNANDの回路閾値はVdd/2となり、集積回路
を構成する上で高いノイズマージンを確保できる。ここ
で、Vtp=−Vtn、Vtn=|Vt|と仮定すると、(4)式は以下の
ように表せる。
However, Vint is a 2-input NAND circuit in which the β ratio that satisfies the condition of the formula (4) given by the formula (3) is set.
It is an example of A. That is, equation (4) is a 2-input CMOS NA.
In the ND circuit, when the input to the NMOS transistor TN2 near gnd changes and the transistor operates in saturation, it is a formula that represents a β ratio such that the circuit threshold becomes 1/2 Vdd. This β
The NAND circuit threshold composed of the ratio is Vdd / 2, and a high noise margin can be secured when configuring an integrated circuit. Here, assuming that Vtp = −Vtn and Vtn = | Vt |, the equation (4) can be expressed as follows.

【0078】[0078]

【数16】 [Equation 16]

【0079】また、TN2を飽和動作(1/2Vdd−Vint<Vtn2)
と仮定していることからVtn2の条件を見てみると、ほぼ
0.146Vdd<Vtn2 の範囲で飽和動作する。したがっ
て、TN1とTN2の閾値が等しい(Vtn1=Vtn2)場合におい
ては、閾値が0.146・Vdd以上(および実際には1/2Vdd未
満)の場合に式(3)(4)が成り立つ。これは、たとえばλ
p=λn=0.01, Vdd=1.0V, |Vt|=0.2Vとすると、
Further, TN2 is saturated (1 / 2Vdd−Vint <Vtn2)
If you look at the condition of Vtn2 from the assumption that
It operates in the saturation range of 0.146Vdd <Vtn2. Therefore, when the thresholds of TN1 and TN2 are equal (Vtn1 = Vtn2), equations (3) and (4) are established when the threshold is 0.146 · Vdd or more (and actually less than 1/2 Vdd). This is, for example, λ
If p = λn = 0.01, Vdd = 1.0V, | Vt | = 0.2V,

【0080】[0080]

【数17】 [Equation 17]

【0081】となる。It becomes

【0082】(第1−2−Bの実施例)次に図4(B)のよ
うに、TN2が線形動作している場合を考えると、TN1のゲ
ート入力はVdd 、TN2のゲート入力は1/2Vddである。図
4(B)の中間電位をVintとすると、
(Embodiment 1-2-B) Next, considering the case where TN2 is linearly operating as shown in FIG. 4B, the gate input of TN1 is Vdd and the gate input of TN2 is 1 It is / 2Vdd. If the intermediate potential of FIG. 4 (B) is Vint,

【0083】[0083]

【数18】 [Equation 18]

【0084】これらが等しいからBecause these are equal

【0085】[0085]

【数19】 [Formula 19]

【0086】Vintは、(5)式の解として与えられる。す
なわち、(5)式は、gndに近いNMOSトランジスタTN2への
入力が変化し、そのトランジスタが線形動作する場合の
TN1とTN2の中間電位Vintを表す式である。ここで
Vint is given as the solution of equation (5). That is, the equation (5) is obtained when the input to the NMOS transistor TN2 near gnd changes and the transistor operates linearly.
It is an expression representing an intermediate potential Vint between TN1 and TN2. here

【0087】[0087]

【数20】 [Equation 20]

【0088】IdsP=IdsNより、From IdsP = IdsN,

【0089】[0089]

【数21】 [Equation 21]

【0090】ただし Vtp<0However, Vtp <0

【0091】[0091]

【数22】 [Equation 22]

【0092】ただしVintは式(5)で与えられる。However, Vint is given by the equation (5).

【0093】(6)式の条件を満たすβ比を設定した2入
力NAND回路が第1−2−Bの実施例である。すなわち、
(6)式は、2入力CMOS NAND回路においてgndに近いNMOS
トランジスタTN2への入力が変化しそのトランジスタが
線形動作する場合に、回路閾値が1/2Vddとなるようなβ
比を表す式である。このβ比で構成したNANDの回路閾値
はVdd/2となり、集積回路を構成する上で高いノイズマ
ージンを確保できる。ここで、λp=λn=0.01, Vtp=−V
tn、Vtn=|Vt|と仮定すると、
The 2-input NAND circuit in which the β ratio is set to satisfy the condition of the expression (6) is the embodiment 1-2-B. That is,
Equation (6) is an NMOS that is close to gnd in a 2-input CMOS NAND circuit.
When the input to the transistor TN2 changes and the transistor operates linearly, the circuit threshold becomes 1/2 Vdd.
It is an expression showing a ratio. The circuit threshold of the NAND configured by this β ratio is Vdd / 2, and a high noise margin can be secured when configuring the integrated circuit. Where λp = λn = 0.01, Vtp = −V
Assuming tn, Vtn = | Vt |

【0094】[0094]

【数23】 [Equation 23]

【0095】となる。It becomes

【0096】また、TN2を線形動作(1/2Vdd−Vint>Vtn2)
と仮定していることからVtn2の条件を見てみると、ほぼ
Vtn<0.146Vdd の範囲でTN2は線形動作となる。すなわ
ち Vtn<0.146Vdd で式(5)(6)は成り立つ。
Further, TN2 is linearly operated (1 / 2Vdd-Vint> Vtn2)
If you look at the condition of Vtn2 from the assumption that
TN2 operates linearly in the range of Vtn <0.146Vdd. That is, Eqs. (5) and (6) hold when Vtn <0.146Vdd.

【0097】これは、たとえばλp=λn=0.01, Vdd=1.0
V, |Vt|=0.1Vとすると、
This is, for example, λp = λn = 0.01, Vdd = 1.0
If V, | Vt | = 0.1V,

【0098】[0098]

【数24】 [Equation 24]

【0099】Vtp=−Vtnであれば、If Vtp = -Vtn,

【0100】[0100]

【数25】 [Equation 25]

【0101】となる。It becomes

【0102】したがって、Vtn1=Vtn2であるとき、 Vtn<
0.146Vdd のような閾値のデバイスにおいては式(6)のβ
比を設定し、 0.146Vdd<Vtn<0.5Vdd のような閾値デバ
イスでは式(4)のβ比を設定した2入力NANDが第1−2
の実施例である。このβ比で構成したNANDの回路閾値は
Vdd/2となり、集積回路を構成する上で高いノイズマー
ジンを確保できる。
Therefore, when Vtn1 = Vtn2, Vtn <
For devices with thresholds such as 0.146 Vdd, β in equation (6)
If the ratio is set, and the threshold device is 0.146Vdd <Vtn <0.5Vdd, the 2-input NAND that sets the β ratio in equation (4) is the 1-2nd.
It is an example of. The circuit threshold of NAND configured with this β ratio is
It becomes Vdd / 2, and a high noise margin can be secured when configuring an integrated circuit.

【0103】また、ゲート幅Wについて言えば、従来例
(図10(B))で述べたように、2入力NANDの2段直列N
MOSトランジスタのWは、直列接続が1段であるインバー
タのWに対して、2倍で設計されることが多かった。プロ
セスパラメータの関係でWpは通常Wnの2倍としていたか
ら、従来例の2入力NANDの場合Wp:Wn=2:(1×2)=1:
1 であった。
As for the gate width W, as described in the conventional example (FIG. 10 (B)), the two-stage NAND of the 2-input NAND is connected in series.
The W of a MOS transistor was often designed to be twice as large as the W of an inverter with one stage connected in series. Because of the process parameters, Wp is usually twice Wn, so in the case of the conventional 2-input NAND, Wp: Wn = 2: (1 × 2) = 1:
It was 1.

【0104】本実施例では例えばβ比が1~1.025でよい
ため、W比はWp:Wn=2:(1×1.025)=1:0.5125 とな
り、同じPMOSトランジスタに対し小さいNMOSトランジス
タで済み、レイアウトパターンの面積縮小という利点も
ある。
In this embodiment, for example, the β ratio may be 1 to 1.025, so that the W ratio is Wp: Wn = 2: (1 × 1.025) = 1: 0.5125, and a small NMOS transistor is sufficient for the same PMOS transistor. There is also the advantage of reducing the area of the pattern.

【0105】本実施形態によれば、2入力CMOS NAND回
路のβ比を(2)式、(4)式及び(6)式で囲まれた範囲内で
設定することにより、ノイズマージンを高めることがで
きる。
According to the present embodiment, the noise margin is increased by setting the β ratio of the 2-input CMOS NAND circuit within the range surrounded by the equations (2), (4) and (6). You can

【0106】したがって、対象とするNANDの入力信号が
どのような変化をするか、たとえばTN1とTN2の入力の
うち、どちらが確率的に変化する割合が多いのかによっ
て、β比を第1−1の実施例または第1−2の実施例の
いずれかを選び、最も適切に決めることができる。
Therefore, depending on how the input signal of the target NAND changes, for example, which of the inputs of TN1 and TN2 has a higher probability of changing stochastically, the β ratio is set to the 1-1. Either the embodiment or the 1-2nd embodiment can be selected and determined most appropriately.

【0107】また、第1−2の実施例の場合は、NMOSト
ランジスタTN2の閾値によって、最適なβ比を決定でき
る。または、クリティカルパスとなる入力パターンに合
わせて最適化することも可能である。
Further, in the case of the 1-2nd embodiment, the optimum β ratio can be determined by the threshold value of the NMOS transistor TN2. Alternatively, it is possible to optimize the input pattern according to the critical path.

【0108】さらに、第1−1,第1−2の実施例では
2入力NANDにおける最適なβ比を示したが、NANDにおけ
る最適なβ比および最適化の手法は2入力に限定されな
い。m入力(m>2)におけるNANDにおいても、同様の手法
で最適なβ比を設定できる。
Further, although the optimum β ratio in the 2-input NAND is shown in the 1-1 and 1-2 embodiments, the optimum β ratio and the optimization method in the NAND are not limited to 2-input. Even in NAND with m inputs (m> 2), the optimum β ratio can be set by the same method.

【0109】(第2の実施形態)第2の実施形態では、
2入力CMOS NOR回路(否定論理和回路)の場合にノイズ
マージンを高めるβ比の設定方法を説明する。以下で
は、回路閾値が1/2Vddとなるようなβ比を表す式を、3
つの場合、すなわち、(第2−1の実施例)出力端子Vo
utに近いPMOSトランジスタTP2への入力が変化する場
合、(第2−2−Aの実施例)電源電圧Vddに近いPMOS
トランジスタTP1への入力が変化しそのトランジスタが
飽和動作する場合、及び(第2−2−Bの実施例)電源
電圧Vddに近いPMOSトランジスタTP1への入力が変化しそ
のトランジスタが線形動作する場合に分けて説明する。
(Second Embodiment) In the second embodiment,
A method of setting the β ratio that enhances the noise margin in the case of a 2-input CMOS NOR circuit (negative OR circuit) will be described. In the following, the equation expressing the β ratio such that the circuit threshold becomes 1/2 Vdd is given by
In one case, that is, (the 2-1st embodiment) the output terminal Vo
When the input to the PMOS transistor TP2 close to ut changes (Example 2-2-A), the PMOS close to the power supply voltage Vdd
When the input to the transistor TP1 changes and the transistor operates in saturation, and (Example 2-2-B) when the input to the PMOS transistor TP1 near the power supply voltage Vdd changes and the transistor operates linearly. I will explain separately.

【0110】(第2−1の実施例)図5は、第2の実施
形態に係る2入力CMOS NOR回路の回路図である。TP1,TP
2はPMOSトランジスタ、TN1,TN2はNMOSトランジスタ、β
p,βnは各MOSトランジスタの利得係数であり、ゲート幅
Wp,Wnに比例する値である。
(Second Example) FIG. 5 is a circuit diagram of a 2-input CMOS NOR circuit according to the second embodiment. TP1, TP
2 is a PMOS transistor, TN1 and TN2 are NMOS transistors, β
p and βn are the gain coefficient of each MOS transistor and the gate width
It is a value proportional to Wp and Wn.

【0111】いま、2個の入力のうちTP2,TN2に入る信
号がH(Vdd)→L(gnd)に変化し、それに伴って出力Voutが
L→Hになる場合を考える。TP1,TN1への入力はL(gnd)と
する。
Now, of the two inputs, the signal entering TP2 and TN2 changes from H (Vdd) to L (gnd), and the output Vout accordingly.
Consider the case of L → H. The input to TP1 and TN1 is L (gnd).

【0112】Vin=VoutとなるVinすなわち回路閾値は1/2
Vddであるのが最もノイズマージンが大きく望ましいの
で、Vin=1/2Vdd周辺の動作を考える。
Vin where Vin = Vout, that is, the circuit threshold is 1/2
Since Vdd has the largest noise margin and is desirable, consider the operation around Vin = 1 / 2Vdd.

【0113】ゲートへの入力がgnd固定であるNMOSトラ
ンジスタTN1はカットオフ、PMOSトランジスタTP1は線形
動作(0<Vds<Vgs−Vt)する。一方、ゲート入力が変化す
るPMOSトランジスタTP2およびNMOSトランジスタTN2は、
Vgs=1/2Vdd近辺では飽和領域(0<Vgs−Vt<Vds)で動作す
る。これを等価回路で表したのが図6である。
The NMOS transistor TN1 whose gate input is fixed to gnd is cut off, and the PMOS transistor TP1 is linearly operated (0 <Vds <Vgs-Vt). On the other hand, the PMOS transistor TP2 and the NMOS transistor TN2 whose gate inputs change are
It operates in the saturation region (0 <Vgs-Vt <Vds) near Vgs = 1 / 2Vdd. FIG. 6 shows this by an equivalent circuit.

【0114】飽和動作するNMOSトランジスタTN2は電流
源が並列に1個接続されているのと等価であり、同様に
飽和動作するPMOSトランジスタTP2は、1個の電流源と
して、線形動作するPMOSトランジスタTP1は抵抗として
与えられ、電流源と直列に接続される形となる。
The NMOS transistor TN2 which operates in saturation is equivalent to one current source connected in parallel, and the PMOS transistor TP2 which operates in saturation similarly operates as a single current source, the PMOS transistor TP1 which operates linearly. Is given as a resistance and is connected in series with the current source.

【0115】並列接続しているNMOSトランジスタの電流
の合計Idsnは、ゲートにgndが入力するトランジスタTN1
はオフしているから、入力信号が変化するトランジスタ
TN2(飽和動作)1個のみを考えればよい。そのVgsを回
路閾値であるVdd/2とすると、チャネル長変調を考慮す
れば、
The total current Idsn of the NMOS transistors connected in parallel is calculated by the transistor TN1 whose gate is input by gnd.
The transistor whose input signal changes because is off
Only one TN2 (saturation operation) need be considered. Assuming that Vgs is Vdd / 2 which is a circuit threshold value, considering channel length modulation,

【0116】[0116]

【数26】 [Equation 26]

【0117】となる。It becomes:

【0118】一方、直列接続しているPMOSトランジスタ
では、TP1のゲート入力はgnd、TP2のゲート入力は1/2Vd
dである。図6の中間電位をVint(ただしVint>1/2・Vd
d)とすると、(TP1のIds)=(TP2のIds)より、Ids3=
Ids5=Idsp であるから、
On the other hand, in the PMOS transistors connected in series, the gate input of TP1 is gnd and the gate input of TP2 is 1/2 Vd.
d. The intermediate potential of Fig. 6 is Vint (however, Vint> 1/2 ・ Vd
d), (Ids of TP1) = (Ids of TP2), Ids3 =
Since Ids5 = Idsp,

【0119】[0119]

【数27】 [Equation 27]

【0120】これよりFrom now on

【0121】[0121]

【数28】 [Equation 28]

【0122】ただしVtp<0Vintは(7)式の解として与えら
れる。すなわち、(7)式は、2入力CMOS NOR回路におい
て出力に近いPMOSトランジスタTP2への入力が変化する
場合の、TP1とTP2の中間電位Vintを表す式である。チャ
ネル長変調を考慮しないならば、λ=0とおいて下のよ
うになる。
However, Vtp <0Vint is given as the solution of equation (7). That is, the expression (7) is an expression representing the intermediate potential Vint between TP1 and TP2 when the input to the PMOS transistor TP2 near the output changes in the 2-input CMOS NOR circuit. If channel length modulation is not taken into consideration, λ = 0 is set as shown below.

【0123】[0123]

【数29】 [Equation 29]

【0124】ただし Vtp<0次にIdsp=Idsn よりHowever, Vtp <0 and then Idsp = Idsn

【0125】[0125]

【数30】 [Equation 30]

【0126】ただしVintは式(7)で与えられる。However, Vint is given by the equation (7).

【0127】(8)式の条件を満たすβ比を設定した2入
力NOR回路が第2−1の実施例である。
The 2-input NOR circuit in which the β ratio which satisfies the condition of the expression (8) is set is the 2-1st embodiment.

【0128】すなわち、式(8)は、2入力CMOS NOR回路
において出力に近いPMOSトランジスタTP2への入力が変
化する場合に、回路閾値が1/2Vddとなるようなβ比を表
す式である。
That is, the expression (8) is an expression representing the β ratio such that the circuit threshold becomes 1/2 Vdd when the input to the PMOS transistor TP2 near the output changes in the 2-input CMOS NOR circuit.

【0129】このβ比で構成したNORの回路閾値はVdd/2
となり、集積回路を構成する上で高いノイズマージンを
確保できる。ここで、Vtp=−Vtn、Vtn=|Vt|と仮定する
と、
The circuit threshold of NOR constructed by this β ratio is Vdd / 2
Therefore, a high noise margin can be secured when configuring the integrated circuit. Here, assuming that Vtp = −Vtn and Vtn = | Vt |

【0130】[0130]

【数31】 [Equation 31]

【0131】となる。これは、たとえばλp=λn=0.01,
Vdd=1.0V, |Vt|=0.2Vとすると、
It becomes: This means, for example, λp = λn = 0.01,
If Vdd = 1.0V, | Vt | = 0.2V,

【0132】[0132]

【数32】 [Equation 32]

【0133】となる。It becomes:

【0134】また、ゲート幅Wについて言えば、従来例
(図10(C))で述べたように、2入力NORの2段直列PMO
SトランジスタのWは、直列接続が1段であるインバータ
のWに対して、2倍で設計されることが多かった。プロセ
スパラメータの関係でWpは通常Wnの2倍としていたか
ら、従来2入力NANDの場合Wp:Wn=(2×2):1=4:1
であった。本実施例では例えばβ比が1.37でよいため、
W比はWp:Wn==(2×1.37):1=2.74:1 となり、同じN
MOSトランジスタに対し小さいPMOSトランジスタで済
み、レイアウトパターンの面積縮小という利点もある。
As for the gate width W, as described in the conventional example (FIG. 10 (C)), the 2-stage NOR 2-stage serial PMO is used.
The W of the S-transistor was often designed twice as much as the W of the inverter with one stage connected in series. Since Wp is normally twice Wn because of the process parameters, Wp: Wn = (2 × 2): 1 = 4: 1 in the case of the conventional 2-input NAND.
Met. In this embodiment, for example, the β ratio may be 1.37,
The W ratio is Wp: Wn == (2 × 1.37): 1 = 2.74: 1, and the same N
The size of the layout pattern is also reduced, because it requires a smaller PMOS transistor than the MOS transistor.

【0135】(第2−2の実施例)次に、第2−2の実
施例として、図7のように2個の入力のうちTP1,TN1に
入る信号がH→L(gnd)に変化し、それに伴って出力Vout
がL→Hになる場合を考える。TP2,TN2への入力はL(gnd)
とする。
(Second to Second Embodiment) Next, as a second to second embodiment, as shown in FIG. 7, the signal input to TP1 and TN1 of the two inputs changes from H to L (gnd). And output Vout accordingly
Consider the case where L → H. Input to TP2, TN2 is L (gnd)
And

【0136】Vin=VoutとなるVinすなわち回路閾値は1/2
Vddであるのが最もノイズマージンが大きく望ましいの
で、Vin=1/2Vdd周辺の動作を考える。
Vin where Vin = Vout, that is, the circuit threshold is 1/2
Since Vdd has the largest noise margin and is desirable, consider the operation around Vin = 1 / 2Vdd.

【0137】ゲートへの入力がgnd固定であるNMOSトラ
ンジスタTN2はカットオフ、ゲート入力が変化するNMOS
トランジスタTN1はVgs=1/2Vdd近辺では飽和領域(0<Vgs
−Vt<Vds)で動作する。
The NMOS transistor TN2 whose gate input is fixed to gnd is cut off, and whose gate input changes
Transistor TN1 is in the saturation region (0 <Vgs near Vgs = 1 / 2Vdd.
Operates with −Vt <Vds).

【0138】またゲートへの入力がgnd固定であるPMOS
トランジスタTP2は線形動作(0<Vds<Vgs−Vt)する。
Also, the PMOS whose gate input is fixed to gnd
The transistor TP2 operates linearly (0 <Vds <Vgs−Vt).

【0139】一方、ゲート入力が変化するPMOSトランジ
スタTP1は、Vin=1/2Vdd近辺では、α=Vint−1/2・Vddが
TP1の閾値Vtp1より小さければ飽和動作、大きければ線
形動作する。
On the other hand, in the PMOS transistor TP1 whose gate input changes, α = Vint−1 / 2 · Vdd near Vin = 1 / 2Vdd
If it is smaller than the threshold value Vtp1 of TP1, saturation operation is performed, and if it is larger, linear operation is performed.

【0140】これを等価回路で表したのが図8(A),(B)で
ある。
This is represented by an equivalent circuit in FIGS. 8 (A) and 8 (B).

【0141】 1/2・Vdd−|Vtp1|<Vdd−Vint |Vtp1|>α →飽和動作(図8(A)) 1/2・Vdd−|Vtp1|>Vdd−Vint |Vtp1|<α →線形動作(図8(B)) 飽和動作するTN1は電流源が並列に1個接続されている
のと等価である。PMOSトランジスタについては、TP2は
線形動作であるから抵抗として記述でき、TP1は図8(A)
のように飽和動作するときは1個の電流源として、図8
(B)のように線形動作するときは抵抗として与えられ
る。
1/2 · Vdd− | Vtp1 | <Vdd−Vint | Vtp1 |> α → Saturation operation (Fig. 8 (A)) 1/2 ・ Vdd− | Vtp1 |> Vdd−Vint | Vtp1 | <α → Linear operation (Fig. 8 (B)) TN1 operating in saturation is equivalent to one current source connected in parallel. Regarding the PMOS transistor, TP2 can be described as a resistance because TP2 is a linear operation, and TP1 is shown in Fig. 8 (A).
As shown in FIG.
It is given as a resistance when it operates linearly like (B).

【0142】並列接続しているNMOSトランジスタの電流
の合計Idsnは、ゲートにgndが入力するトランジスタは
オフしているから、入力信号が変化するトランジスタ
(飽和動作)1個のみを考えればよい。そのVgsを回路
閾値であるVdd/2とすると、
Regarding the total current Idsn of the NMOS transistors connected in parallel, since the transistor whose gate is input by gnd is off, only one transistor (saturation operation) in which the input signal changes may be considered. Let Vgs be the circuit threshold Vdd / 2,

【0143】[0143]

【数33】 [Expression 33]

【0144】である。It is

【0145】(第2−2−Aの実施例)まず図8(A)の
ように、TP1が飽和動作している場合を考えると、TP1の
ゲート入力は1/2Vdd、TP2のゲート入力はgndである。図
8(A)の中間電位をVintとし、Vtp1=Vtp2と仮定すると、
TP1のIds=TP2のIds より、Ids5=Ids3=Idsn であるか
ら、
(Embodiment 2-2-A) First, considering the case where TP1 is in a saturated operation as shown in FIG. 8A, the gate input of TP1 is 1/2 Vdd and the gate input of TP2 is It's gnd. Assuming that the intermediate potential in FIG. 8A is Vint and Vtp1 = Vtp2,
From Ids of TP1 = Ids of TP2, Ids5 = Ids3 = Idsn, so

【0146】[0146]

【数34】 [Equation 34]

【0147】Vintは(9)式の解として与えられる。すな
わち、(9)式は、2入力CMOS NOR回路においてVddに近い
PMOSトランジスタTP1への入力が変化し、そのトランジ
スタが飽和動作する場合の、TP1とTP2の中間電位Vintを
表す式である。
Vint is given as the solution of equation (9). That is, the expression (9) is close to Vdd in the 2-input CMOS NOR circuit.
6 is an expression representing an intermediate potential Vint between TP1 and TP2 when the input to the PMOS transistor TP1 changes and the transistor operates in saturation.

【0148】λ=0であれば、If λ = 0,

【0149】[0149]

【数35】 [Equation 35]

【0150】次にIdsp=Idsn よりNext, from Idsp = Idsn

【0151】[0151]

【数36】 [Equation 36]

【0152】ただしVtp<0, Vintは式(9)で与えられ
る。
However, Vtp <0 and Vint are given by equation (9).

【0153】(10)式の条件を満たすβ比を設定した2入
力NOR回路が第2−2−Aの実施例である。
The 2-input NOR circuit in which the β ratio is set to satisfy the condition of the expression (10) is the 2-2-A embodiment.

【0154】すなわち、式(10)は、2入力CMOS NOR回路
においてVddに近いPMOSトランジスタTP1への入力が変化
しそのトランジスタが飽和動作する場合に、回路閾値が
1/2Vddとなるようなβ比を表す式である。
That is, the equation (10) shows that in the 2-input CMOS NOR circuit, when the input to the PMOS transistor TP1 close to Vdd changes and the transistor operates in saturation, the circuit threshold is
It is an expression representing a β ratio such that 1/2 Vdd is obtained.

【0155】このβ比で構成したNORの回路閾値はVdd/2
となり、集積回路を構成する上で高いノイズマージンを
確保できる。ここで、Vtp=−Vtn、Vtn=|Vt|と仮定する
と、(10)式は以下のように表せる。
The circuit threshold value of the NOR configured with this β ratio is Vdd / 2.
Therefore, a high noise margin can be secured when configuring the integrated circuit. Here, assuming that Vtp = −Vtn and Vtn = | Vt |, the equation (10) can be expressed as follows.

【0156】[0156]

【数37】 [Equation 37]

【0157】TP1を飽和動作(Vint<1/2Vdd−Vtp1)と仮定
していることから、ほぼ
Since it is assumed that TP1 is a saturated operation (Vint <1 / 2Vdd−Vtp1),

【0158】[0158]

【数38】 [Equation 38]

【0159】の範囲で、(9),(10)式がなりたつことがわ
かる。これは、たとえばλp=λn=0.01, Vdd=1.0V, |V
t|=0.2Vとすると、
It is understood that the expressions (9) and (10) are satisfied within the range of. This is, for example, λp = λn = 0.01, Vdd = 1.0V, | V
If t | = 0.2V,

【0160】[0160]

【数39】 [Formula 39]

【0161】となる。したがってPMOSトランジスタの閾
値が上記の範囲内の場合は、(10)式に従ってβ比を設計
するとマージンの大きな回路設計が可能となる。
It becomes Therefore, when the threshold value of the PMOS transistor is within the above range, designing the β ratio according to the equation (10) enables circuit design with a large margin.

【0162】(第2−2−Bの実施例)次に図8(B)の
ように、TP1が線形動作している場合を考えると、TP2の
ゲート入力はgnd 、TP1のゲート入力は1/2Vddである。
図8(B)の中間電位をVintとすると、
(Example 2-2-B) Next, considering the case where TP1 is linearly operating as shown in FIG. 8B, the gate input of TP2 is gnd and the gate input of TP1 is 1 It is / 2Vdd.
If the intermediate potential of FIG. 8 (B) is Vint,

【0163】[0163]

【数40】 [Formula 40]

【0164】これらが等しいからBecause these are equal

【0165】[0165]

【数41】 [Formula 41]

【0166】Vintは、(11)式の解として与えられる。す
なわち、(11)式は、2入力CMOS NOR回路においてVddに
近いPMOSトランジスタTP1への入力が変化し、そのトラ
ンジスタが線形動作する場合のTP1とTP2の中間電位Vint
を表す式である。ここで
Vint is given as the solution of equation (11). That is, equation (11) is the intermediate potential Vint between TP1 and TP2 when the input to the PMOS transistor TP1 near Vdd changes and the transistor operates linearly in the 2-input CMOS NOR circuit.
Is an expression representing. here

【0167】[0167]

【数42】 [Equation 42]

【0168】IdsP=IdsNより、From IdsP = IdsN,

【0169】[0169]

【数43】 [Equation 43]

【0170】ただしVtp<0,Vintは式(11)で与えられ
る。
However, Vtp <0 and Vint are given by the equation (11).

【0171】(12)式の条件を満たすβ比を設定した2入
力NOR回路が第2−2−Bの実施例である。
The 2-input NOR circuit in which the β ratio is set to satisfy the condition of the expression (12) is the 2-2-B embodiment.

【0172】すなわち、(12)式は、2入力CMOS NOR回路
においてVddに近いPMOSトランジスタTP1への入力が変化
しそのトランジスタが線形動作する場合に、回路閾値が
1/2Vddとなるようなβ比を表す式である。
That is, in the equation (12), in the 2-input CMOS NOR circuit, when the input to the PMOS transistor TP1 near Vdd changes and the transistor operates linearly, the circuit threshold is
It is an expression representing a β ratio such that 1/2 Vdd is obtained.

【0173】このβ比で構成したNORの回路閾値はVdd/2
となり、集積回路を構成する上で高いノイズマージンを
確保できる。ここで、Vtp=−Vtn、Vtn=|Vt|と仮定する
と、
The circuit threshold of NOR constructed by this β ratio is Vdd / 2
Therefore, a high noise margin can be secured when configuring the integrated circuit. Here, assuming that Vtp = −Vtn and Vtn = | Vt |

【0174】[0174]

【数44】 [Equation 44]

【0175】となる。また、TP1の線形動作(Vint>1/2Vd
d−Vtp1)の仮定から、ほぼ
It becomes: Also, the linear operation of TP1 (Vint> 1 / 2Vd
From the assumption of (d−Vtp1),

【0176】[0176]

【数45】 [Equation 45]

【0177】の範囲で式(11)(12)は成り立つ。これは、
たとえばλp=λn=0.01, Vdd=1.0V, |Vt|=0.1Vとする
と、
Expressions (11) and (12) are satisfied in the range of. this is,
For example, if λp = λn = 0.01, Vdd = 1.0V, | Vt | = 0.1V,

【0178】[0178]

【数46】 [Equation 46]

【0179】となる。It becomes:

【0180】したがって、Vtp1=Vtp2であるとき、式(1
0)、あるいは(12)のβ比を設定した2入力NORが第2−
2の実施例である。このβ比で構成したNORの回路閾値
はVdd/2となり、集積回路を構成する上で高いノイズマ
ージンを確保できる。
Therefore, when Vtp1 = Vtp2, the formula (1
The 2-input NOR setting the β ratio of (0) or (12) is the second
2 is an example. The NOR circuit threshold configured with this β ratio is Vdd / 2, and a high noise margin can be secured when configuring an integrated circuit.

【0181】また、ゲート幅Wについて言えば、従来例
(図10(C))で述べたように、2入力NORの2段直列P
MOSトランジスタのWは、直列接続が1段であるインバー
タのWに対して、2倍で設計されることが多かった。プロ
セスパラメータの関係でWpは通常Wnの2倍としていたか
ら、従来2入力NORの場合Wp:Wn=(2×2):1=4:1 で
あった。
As for the gate width W, as described in the conventional example (FIG. 10C), the two-stage NOR 2-stage series P
The W of a MOS transistor was often designed to be twice as large as the W of an inverter with one stage connected in series. Because of the process parameters, Wp is usually twice Wn, so in the case of the conventional 2-input NOR, Wp: Wn = (2 × 2): 1 = 4: 1.

【0182】本実施例では例えばβ比が1~1.025でよい
ため、W比はWp:Wn=(2×1.025):1=2.05:1 とな
り、同じNMOSトランジスタに対し小さいPMOSトランジス
タで済み、レイアウトパターンの面積縮小という利点も
ある。
In the present embodiment, for example, the β ratio may be 1 to 1.025, so the W ratio is Wp: Wn = (2 × 1.025): 1 = 2.05: 1, which means that a small PMOS transistor can be used for the same NMOS transistor. There is also the advantage of reducing the area of the pattern.

【0183】本実施形態によれば、2入力CMOS NOR回路
のβ比を(8)式、(10)式及び(12)式で囲まれた範囲内で
設定することにより、ノイズマージンを高めることがで
きる。
According to the present embodiment, the β ratio of the 2-input CMOS NOR circuit is set within the range surrounded by the equations (8), (10), and (12) to enhance the noise margin. You can

【0184】したがって、対象とするNORの入力信号が
どのような変化をするか、たとえばTP1とTP2の入力の
うち、どちらが確率的に変化する割合が多いのかによっ
て、β比を第2−1の実施例または第2−2の実施例の
いずれかを選び、最も適切に決めることができる。ま
た、第2−2の実施例の場合は、PMOSトランジスタTP1
の閾値によって、最適なβ比を決定できる。または、ク
リティカルパスとなる入力パターンに合わせて最適化す
ることも可能である。
Therefore, depending on how the input signal of the target NOR changes, for example, which one of the inputs of TP1 and TP2 has a higher probability of changing stochastically, the β ratio is set to the 2-1st ratio. Either the embodiment or the 2-2nd embodiment can be selected and determined most appropriately. Further, in the case of the 2-2nd embodiment, the PMOS transistor TP1
The optimum β ratio can be determined by the threshold value of. Alternatively, it is possible to optimize the input pattern according to the critical path.

【0185】さらに、第2−1,第2−2の実施例では
2入力NORにおける最適なβ比を示したが、NORにおける
最適なβ比および最適化の手法は2入力に限定されな
い。m入力(m>2)におけるNORにおいても、同様の手法で
最適なβ比を設定できる。
Furthermore, although the optimum β ratio in the 2-input NOR is shown in the 2-1 and 2-2 embodiments, the optimum β ratio in the NOR and the optimization method are not limited to 2-input. Even in NOR with m inputs (m> 2), the optimum β ratio can be set by the same method.

【0186】また、NAND,NOR以外にも、図9に示すよう
なExclusiveNOR回路(非排他的論理和回路)などNMOSま
たはPMOSが多段直列構造になっている論理回路では、同
様の手法で最適なβ比を算出できることは明らかであ
る。図9の場合は、VintとしてTP1とTP2の間の電位、お
よびTN3とTN1(またはTN2)の間の電位の2種類が必要と
なる。
Further, in addition to NAND and NOR, in a logic circuit in which NMOS or PMOS has a multistage series structure such as an Exclusive NOR circuit (non-exclusive OR circuit) as shown in FIG. It is clear that the β ratio can be calculated. In the case of FIG. 9, two types of potentials, namely, a potential between TP1 and TP2 and a potential between TN3 and TN1 (or TN2) are required as Vint.

【0187】[0187]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、CM
OS論理回路のノイズマージンを高めることにより、半導
体集積回路のノイズマージンを増大する。特に、低い電
源電圧の回路で効果が大きい。
As described above, according to the present invention, CM
The noise margin of the semiconductor integrated circuit is increased by increasing the noise margin of the OS logic circuit. Especially, the effect is great in a circuit with a low power supply voltage.

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

【図1】 本発明の第1の実施形態に係る第1−1の実
施例の2入力CMOS NAND回路の回路図。
FIG. 1 is a circuit diagram of a 2-input CMOS NAND circuit according to Example 1-1 according to the first exemplary embodiment of the present invention.

【図2】 図1の回路の等価回路図。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the circuit of FIG.

【図3】 本発明の第1の実施形態に係る第1−2の実
施例の2入力CMOS NAND回路の回路図。
FIG. 3 is a circuit diagram of a 2-input CMOS NAND circuit according to Example 1-2 according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 図3の等価回路図。FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of FIG.

【図5】 本発明の第2の実施形態に係る第2−1の実
施例の2入力CMOS NOR回路の回路図。
FIG. 5 is a circuit diagram of a 2-input CMOS NOR circuit according to a 2-1st example according to the second exemplary embodiment of the present invention.

【図6】 図5の等価回路図。6 is an equivalent circuit diagram of FIG.

【図7】 本発明の第2の実施形態に係る第2−2の実
施例の2入力CMOS NOR回路の回路図。
FIG. 7 is a circuit diagram of a 2-input CMOS NOR circuit according to Example 2-2 according to the second embodiment of the present invention.

【図8】 図7の等価回路図。FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of FIG. 7.

【図9】 2入力ExclusiveNOR回路の回路図。FIG. 9 is a circuit diagram of a 2-input Exclusive NOR circuit.

【図10】 従来のCMOS論理回路((A)インバータ、
(B)2入力NAND、(C)2入力NOR)のチャネル幅Wに
ついて説明する回路図。
FIG. 10 A conventional CMOS logic circuit ((A) inverter,
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a channel width W of (B) 2-input NAND, (C) 2-input NOR).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

TP1,TP2,TP3 PMOSトランジスタ TN1,TN2,TP3 NMOSトランジスタ Vdd 電源電圧 gnd 接地端子 Vout 出力端子 TP1, TP2, TP3 PMOS transistor TN1, TN2, TP3 NMOS transistor Vdd power supply voltage gnd ground terminal Vout output terminal

フロントページの続き (72)発明者 布施 常明 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Fターム(参考) 5F048 AB03 AB04 AC03 BA01 BB03 BB15 5J056 AA03 BB32 DD16 DD29 DD45 EE06 EE12 EE13 FF09 GG09 HH02 Continued front page    (72) Inventor Tsuneaki Fuse             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Inside the Toshiba Research and Development Center F term (reference) 5F048 AB03 AB04 AC03 BA01 BB03                       BB15                 5J056 AA03 BB32 DD16 DD29 DD45                       EE06 EE12 EE13 FF09 GG09                       HH02

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電源端子と出力端子との間で並列接続さ
れた複数のPチャネルMOSトランジスタと、 前記出力端子と接地端子との間に設けられた第1のNチ
ャネルMOSトランジスタと、 前記第1のNチャネルMOSトランジスタと直列接続され、
前記接地端子側に設けられた第2のNチャネルMOSトラン
ジスタとを備え、 前記複数のPチャネルMOSトランジスタの利得係数と前記
第1及び第2のNチャネルMOSトランジスタの利得係数と
の比であるβ比を設定する論理回路のパラメータ設定方
法であって、 前記電源端子の電圧と、前記複数のPチャネルMOSトラン
ジスタの閾値電圧と、前記第1及び前記第2のNチャネ
ルMOSトランジスタの閾値電圧と、前記第1のNチャネル
MOSトランジスタと前記第2のNチャネルMOSトランジス
タとの中間電位とを用いて、前記論理回路の回路閾値が
前記電源端子の電圧の半分になるように前記β比を設定
することを特徴とする論理回路のパラメータ設定方法。
1. A plurality of P-channel MOS transistors connected in parallel between a power supply terminal and an output terminal; a first N-channel MOS transistor provided between the output terminal and a ground terminal; Connected in series with one N-channel MOS transistor,
A second N-channel MOS transistor provided on the side of the ground terminal, and is a ratio of gain coefficients of the plurality of P-channel MOS transistors to gain coefficients of the first and second N-channel MOS transistors β A parameter setting method of a logic circuit for setting a ratio, comprising: the voltage of the power supply terminal, the threshold voltages of the plurality of P-channel MOS transistors, the threshold voltages of the first and second N-channel MOS transistors, The first N channel
A logic characterized by using the intermediate potential between the MOS transistor and the second N-channel MOS transistor to set the β ratio so that the circuit threshold of the logic circuit becomes half the voltage of the power supply terminal. Circuit parameter setting method.
【請求項2】 前記β比を設定するのに、さらに、前記
複数のPチャネルMOSトランジスタのチャネル長変調要素
と、前記第1及び前記第2のNチャネルMOSトランジスタ
のチャネル長変調要素とを用いることを特徴とする請求
項1記載の論理回路のパラメータ設定方法。
2. The channel length modulation elements of the plurality of P-channel MOS transistors and the channel length modulation elements of the first and second N-channel MOS transistors are further used to set the β ratio. 2. The parameter setting method for a logic circuit according to claim 1, wherein:
【請求項3】 接地端子と出力端子との間で並列接続さ
れた複数のNチャネルMOSトランジスタと、 電源端子と前記出力端子との間に設けられた第1のPチ
ャネルMOSトランジスタと、 前記第1のPチャネルMOSトランジスタと直列接続され、
前記出力端子側に設けられた第2のPチャネルMOSトラン
ジスタとを備え、 前記第1及び第2のPチャネルMOSトランジスタの利得係
数と前記複数のNチャネルMOSトランジスタの利得係数と
の比であるβ比を設定する論理回路のパラメータ設定方
法であって、 前記電源端子の電圧と、前記第1及び第2のPチャネルM
OSトランジスタの閾値電圧と、前記複数のNチャネルMOS
トランジスタの閾値電圧と、前記第1のPチャネルMOSト
ランジスタと前記第2のPチャネルMOSトランジスタの中
間電位とを用いて、前記論理回路の回路閾値が前記電源
端子の電圧の半分になるように前記β比を設定すること
を特徴とする論理回路のパラメータ設定方法。
3. A plurality of N-channel MOS transistors connected in parallel between a ground terminal and an output terminal, a first P-channel MOS transistor provided between a power supply terminal and the output terminal, Connected in series with 1 P-channel MOS transistor,
A second P-channel MOS transistor provided on the output terminal side, and a ratio β of gain coefficients of the first and second P-channel MOS transistors and a plurality of N-channel MOS transistors. A method for setting a parameter of a logic circuit for setting a ratio, comprising: the voltage of the power supply terminal; and the first and second P-channel M
The threshold voltage of the OS transistor and the N-channel MOS
The threshold voltage of the transistor and the intermediate potential between the first P-channel MOS transistor and the second P-channel MOS transistor are used so that the circuit threshold of the logic circuit is half the voltage of the power supply terminal. A parameter setting method for a logic circuit, characterized by setting a β ratio.
【請求項4】 前記β比を設定するのに、さらに、前記
第1及び第2のPチャネルMOSトランジスタのチャネル長
変調要素と、前記複数のNチャネルMOSトランジスタのチ
ャネル長変調要素とを用いることを特徴とする請求項3
記載の論理回路のパラメータ設定方法。
4. The channel length modulation elements of the first and second P-channel MOS transistors and the channel length modulation elements of the plurality of N-channel MOS transistors are further used to set the β ratio. 4. The method according to claim 3,
Parameter setting method for the described logic circuit.
【請求項5】 電源端子と出力端子との間で並列接続さ
れた複数のPチャネルMOSトランジスタと、 前記出力端子と接地端子との間に設けられた第1のNチ
ャネルMOSトランジスタと、 前記第1のNチャネルMOSトランジスタと直列接続され、
前記接地端子側に設けられた第2のNチャネルMOSトラン
ジスタとを備える論理回路であって、 前記複数のPチャネルMOSトランジスタの利得係数と前記
第1及び第2のNチャネルMOSトランジスタの利得係数と
の比であるβ比を、前記電源端子の電圧と、前記複数の
PチャネルMOSトランジスタの閾値電圧と、前記第1及び
前記第2のNチャネルMOSトランジスタの閾値電圧と、前
記第1のNチャネルMOSトランジスタと前記第2のNチャ
ネルMOSトランジスタとの中間電位とを用いて、前記論
理回路の回路閾値が前記電源端子の電圧の半分になるよ
うに設定したことを特徴とする論理回路。
5. A plurality of P-channel MOS transistors connected in parallel between a power supply terminal and an output terminal; a first N-channel MOS transistor provided between the output terminal and a ground terminal; Connected in series with one N-channel MOS transistor,
A logic circuit comprising a second N-channel MOS transistor provided on the ground terminal side, wherein the gain coefficients of the plurality of P-channel MOS transistors and the gain coefficients of the first and second N-channel MOS transistors are included. The β ratio, which is the ratio of the
Using a threshold voltage of a P-channel MOS transistor, threshold voltages of the first and second N-channel MOS transistors, and an intermediate potential between the first N-channel MOS transistor and the second N-channel MOS transistor And a circuit threshold of the logic circuit is set to be half the voltage of the power supply terminal.
【請求項6】 接地端子と出力端子との間で並列接続さ
れた複数のNチャネルMOSトランジスタと、 電源端子と前記出力端子との間に設けられた第1のPチ
ャネルMOSトランジスタと、 前記第1のPチャネルMOSトランジスタと直列接続され、
前記出力端子側に設けられた第2のPチャネルMOSトラン
ジスタとを備える論理回路であって、 前記第1及び第2のPチャネルMOSトランジスタの利得係
数と前記複数のNチャネルMOSトランジスタの利得係数と
の比であるβ比を、前記電源端子の電圧と、前記第1及
び第2のPチャネルMOSトランジスタの閾値電圧と、前記
複数のNチャネルMOSトランジスタの閾値電圧と、前記第
1のPチャネルMOSトランジスタと前記第2のPチャネルM
OSトランジスタの中間電位とを用いて、前記論理回路の
回路閾値が前記電源端子の電圧の半分になるように設定
したことを特徴とする論理回路。
6. A plurality of N-channel MOS transistors connected in parallel between a ground terminal and an output terminal; a first P-channel MOS transistor provided between a power supply terminal and the output terminal; Connected in series with 1 P-channel MOS transistor,
A logic circuit including a second P-channel MOS transistor provided on the output terminal side, wherein the gain coefficients of the first and second P-channel MOS transistors and the gain coefficients of the plurality of N-channel MOS transistors are provided. The ratio β of the power supply terminal, the threshold voltage of the first and second P-channel MOS transistors, the threshold voltage of the plurality of N-channel MOS transistors, and the first P-channel MOS Transistor and the second P channel M
A logic circuit characterized in that the circuit threshold of the logic circuit is set to be half the voltage of the power supply terminal by using the intermediate potential of the OS transistor.
JP2001271251A 2001-09-07 2001-09-07 Logic circuit and parameter setting method thereof Pending JP2003086705A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001271251A JP2003086705A (en) 2001-09-07 2001-09-07 Logic circuit and parameter setting method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001271251A JP2003086705A (en) 2001-09-07 2001-09-07 Logic circuit and parameter setting method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003086705A true JP2003086705A (en) 2003-03-20

Family

ID=19096781

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001271251A Pending JP2003086705A (en) 2001-09-07 2001-09-07 Logic circuit and parameter setting method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003086705A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5712436B2 (en) * 2009-10-06 2015-05-07 国立大学法人東北大学 Semiconductor device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5712436B2 (en) * 2009-10-06 2015-05-07 国立大学法人東北大学 Semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10133550B2 (en) Ternary digit logic circuit
EP0058958B1 (en) Complementary mosfet logic circuit
EP0454135A2 (en) MOS type input circuit
KR19980081498A (en) A semiconductor device comprising a MOOS logic circuit and the MOOS logic circuit
US7456662B2 (en) Differential circuit, output buffer circuit and semiconductor integrated circuit for a multi-power system
EP0439149A1 (en) Semiconductor digital circuits
CN101068106B (en) Cascode amplifier circuit, an amplifier including the same, and method of cascade amplifier circuit
JPH02188024A (en) Level shifting circuit
JPH09261036A (en) Level conversion circuit and semiconductor integrated circuit
US7276953B1 (en) Level shifting input buffer circuit
US6600357B1 (en) High voltage level shifter
JPH10154924A (en) Cmos hysteresis circuit
JP2003086705A (en) Logic circuit and parameter setting method thereof
JPH06112427A (en) Semiconductor device
JP2008072197A (en) Semiconductor integrated circuit device
US5982199A (en) Faster NAND for microprocessors utilizing unevenly sub-nominal P-channel and N-channel CMOS transistors with reduced overlap capacitance
JP3426594B2 (en) Input buffer circuit
US7002413B2 (en) Voltage amplification circuit
JP4531278B2 (en) Power-on reset circuit
JP3846267B2 (en) Differential amplifier and level detector
JP3037177B2 (en) Delay circuit
US20020014912A1 (en) Internal reference voltage generating circuit, particularly of the CMOS type
JP2551148B2 (en) Input buffer circuit for semiconductor integrated circuit
KR0169416B1 (en) Schmitt-trigger circuit
Zabeli et al. Role of MOSFETs Transconductance Parameters and Threshold Voltage in CMOS Inverter Behavior in DC Mode

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20050414

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20050606