JP2005260602A - High hysteresis width input circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は絶縁ゲート電界効果型トランジスタ(以下MOSFETと略す)を用いた半導体集積回路装置において、入力回路の入力信号が高電位から低電位へ、あるいは低電位から高電位へ遷移する際に、ノイズによる誤動作や不安定さを除去するためにロジックレベルにヒステリシス特性を設けた回路方式であって、電源電圧が低下した場合においてもヒステリシス幅を充分に大きく確保する回路の構成に関する。 In a semiconductor integrated circuit device using an insulated gate field effect transistor (hereinafter abbreviated as MOSFET), the present invention provides noise when an input signal of an input circuit transits from a high potential to a low potential or from a low potential to a high potential. The present invention relates to a circuit configuration in which hysteresis characteristics are provided at a logic level in order to eliminate malfunctions and instabilities caused by the above, and a circuit configuration that ensures a sufficiently large hysteresis width even when a power supply voltage is lowered.
従来から、集積回路、殊にデジタル回路の入力信号端子にはノイズによる誤動作や不安定さを除去する為に信号変化を判定するロジックレベルに入力信号の立ち上がりと立ち下がりで差を持たせる、つまりヒステリシス特性を持たせたヒステリシス入力回路を用いることが広く行われている。しかしながら近年、集積回路が微細化し、耐圧の低下とともに低い電源電圧が用いられるようになると充分なヒステリシス幅を確保できないようになって来た。 Conventionally, an input signal terminal of an integrated circuit, particularly a digital circuit, has a difference between the rising and falling edges of the input signal in the logic level for determining a signal change in order to eliminate malfunction and instability due to noise. It is widely used to use a hysteresis input circuit having a hysteresis characteristic. However, in recent years, when an integrated circuit is miniaturized and a low power supply voltage is used with a decrease in breakdown voltage, a sufficient hysteresis width cannot be secured.
以下に従来回路について説明する。 従来のMOS集積回路における一般的なヒステリシスを有する入力回路は、インバータ回路と等価な回路を構成し、入力信号に必ず支配され、かつそのロジックレベルを決定する大きな要因であるP型MOSFETのコンダクタンス定数βPとN型MOSFETのコンダクタンス定数βNの比を2種設け、該2種のβPとβNの比を前の状態によって変える回路構成をとっていた。 The conventional circuit will be described below. An input circuit having a general hysteresis in a conventional MOS integrated circuit constitutes a circuit equivalent to an inverter circuit, is always controlled by an input signal, and is a large factor that determines the logic level of the conductance constant of a P-type MOSFET. Two ratios of conductance constants β N of β P and N-type MOSFETs were provided, and a circuit configuration was adopted in which the ratio of the two types of β P and β N was changed according to the previous state.
例えば図5は第1の従来回路例であり、P型MOSFET501と503およびN型MOSFET502によって決定される第1のロジックレベルと、N型MOSFET502と504およびP型MOSFET501によって決定される第2のロジックレベルとを持ち、インバータ回路507とP型MOSFET505とN型MOSFET506により、前の状態によって、前述の第1のロジックレベルと第2のロジックレベルとを使い分け、ヒステリシス特性を作り出していた。
For example, FIG. 5 shows a first conventional circuit example, a first logic level determined by P-
また、図6は第2の従来回路例であり、特許文献1に示されたものである。図6ではP型MOSFET601、603、605およびN型MOSFET602、604によって決定される第1のロジックレベルと、N型MOSFET602、604、606およびP型MOSFET601、603によって決定される第2のロジックレベルとを持ち、インバータ回路607とP型MOSFET605とN型MOSFET606により、前の状態によって、前述の第1のロジックレベルと第2のロジックレベルとを使い分け、ヒステリシス特性を作り出していた。
FIG. 6 shows a second conventional circuit example, which is shown in
また、図7は第3の従来回路例であり、特許文献2に示されたものである。図7ではP型MOSFET701、703、705およびN型MOSFET702、704によって決定される第1のロジックレベルと、N型MOSFET702、704、706およびP型MOSFET701、703によって決定される第2のロジックレベルとを持ち、インバータ回路707とP型MOSFET705とN型MOSFET706により、前の状態によって、前述の第1のロジックレベルと第2のロジックレベルとを使い分け、ヒステリシス特性を作り出していた。
FIG. 7 shows a third conventional circuit example, which is shown in
また、図8は第4の従来回路例であり、特許文献3に示されたものである。図8ではP型MOSFET811、815およびN型MOSFET812によって決定される第1のロジックレベルと、N型MOSFET814、816およびP型MOSFET813によって決定される第2のロジックレベルとを持ち、NAND回路817と819とインバータ回路819によって構成されるラッチ回路824とP型MOSFET815とN型MOSFET816により、前の状態によって、前述の第1のロジックレベルと第2のロジックレベルとを使い分け、ヒステリシス特性を作り出していた。
FIG. 8 shows a fourth conventional circuit example, which is shown in
しかしながら、上記従来のヒステリシス入力回路では以下に述べる問題点を有していた。前述した従来のヒステリシスを有する入力回路である図5、図6、図7の回路の第1、第2のロジックレベルを形成する際の等価回路としてはP型MOSFETとN型MOSFETによる図4のようなインバータ回路に帰結される。 However, the conventional hysteresis input circuit has the following problems. As an equivalent circuit for forming the first and second logic levels of the circuits shown in FIGS. 5, 6, and 7, which are the conventional input circuits having hysteresis, the P-type MOSFET and the N-type MOSFET shown in FIG. This results in an inverter circuit.
さて、インバータ回路のロジックレベルは図4のように、P型MOSFETとN型MOSFETのコンダクタンス定数をそれぞれβP、βNとし、またスレッショルド電圧をそれぞれVTP、VTNとし、また電源電圧をVDD、基準の接地電位を0、ロジックレベルをVGLとすると、このとき、ロジックレベルにおいてはP型MOSFETとN型MOSFETの駆動電流能力が拮抗することから、
1/2・βP(VDD−VGL−VTP)2 = 1/2・βN(VGL−VTN)2
が成立ち、これを解くことにより、ロックレベルVGLは
VGL={VDD−VTP+(βN/βP)1/2・VTN}/{1+(βN/βP)1/2}
となる。したがって、P型MOSFETとN型MOSFETの形状を様々にとり、コンダクタンス定数比(βN/βP)を0から無限大まで変えればロジックレベルが以下の範囲で変わる。
As shown in FIG. 4, the logic level of the inverter circuit is such that the conductance constants of the P-type MOSFET and N-type MOSFET are β P and β N , the threshold voltages are V TP and V TN , respectively, and the power supply voltage is V DD , when the reference ground potential is 0 and the logic level is V GL , the driving current capability of the P-type MOSFET and the N-type MOSFET is antagonized at the logic level.
1/2 · β P (V DD −V GL −V TP ) 2 = 1/2 · β N (V GL −V TN ) 2
By solving this, the lock level V GL becomes V GL = {V DD −V TP + (β N / β P ) 1/2 · V TN } / {1+ (β N / β P ) 1 / 2 }
It becomes. Therefore, if the shape of the P-type MOSFET and the N-type MOSFET are variously changed and the conductance constant ratio (β N / β P ) is changed from 0 to infinity, the logic level changes within the following range.
VTN < VGL < VDD−VTP
このとき、高い方のロジックレベルVIHは(βN/βP)が0のときで
VIH = VDD−VTP
となり、また低い方のロジックレベルVILは(βN/βP)が無限大のときで
VIL = VTN
である。したがってヒステリシス幅VWHLは
VWHL = VDD−VTP−VTN
となる。ただし、(βN/βP)を0や無限大にすることは実態として無理があるため、実際にはこれより更にヒステリシス幅は小さくなる。したがって電源電圧VDDが低い電圧、例えば1.5V程度になるとVTPやVTNは0.5Vから0.7V程度であるのでヒステリシス幅は非常に小さくなり、当初の目的を果たさなくなる。なお、この様子を示したのが図3である。図3において、0≦VIN≦VTNではN型MOSFETが動作せず、またVDD−VTP≦VIN≦VDDではP型MOSFETが動作しないので、インバータ回路のロジックレベルはVTN < VIN < VDD−VTPの範囲に限定される。スレッショルド電圧VTP、VTNは動作時には変動しないので電源電圧VDDが低下するとロジックレベルのとれる範囲(VDD−VTP−VTN)が狭くなり、ヒステリシスの幅は電源電圧の低下とともに非常に小さくなる。
V TN <V GL <V DD -V TP
At this time, when the higher logic level V IH is (β N / β P ) 0, V IH = V DD −V TP
And the lower logic level V IL is when (β N / β P ) is infinite, V IL = V TN
It is. Therefore, the hysteresis width V WHL is V WHL = V DD −V TP −V TN
It becomes. However, since it is impossible in practice to set (β N / β P ) to 0 or infinity, the hysteresis width is actually smaller than this. Thus the power supply voltage V DD is low voltage, for example because when becomes about 1.5V is V TP and V TN is about 0.7V from 0.5V hysteresis width becomes very small, not fulfill its original purpose. This is shown in FIG. In FIG. 3, the N-type MOSFET does not operate when 0 ≦ V IN ≦ V TN , and the P-type MOSFET does not operate when V DD −V TP ≦ V IN ≦ V DD , so that the logic level of the inverter circuit is V TN < The range is limited to V IN <V DD −V TP . Since the threshold voltages V TP and V TN do not fluctuate during operation, the logic level range (V DD −V TP −V TN ) is narrowed when the power supply voltage V DD is lowered, and the width of the hysteresis is greatly reduced as the power supply voltage is lowered. Get smaller.
したがって従来の図5、図6、図7のような等価回路がインバータ回路に帰着されるヒステリシス入力回路は低電圧になるとヒステリシス幅が充分にとれないという問題点があった。 Therefore, the conventional hysteresis input circuit in which the equivalent circuits as shown in FIGS. 5, 6, and 7 are reduced to the inverter circuit has a problem that the hysteresis width cannot be sufficiently obtained when the voltage becomes low.
また、低電圧動作時において、少しでもヒステリシス幅を確保しようとして(βN/βP)を設定すると、P型MOSFETあるいはN型MOSFETの形状を不自然な程、変える必要が生じ、その結果、大きなチップ面積を占有したり、駆動能力を小さくして応答性が低下したりする問題点があった。 In addition, when (β N / β P ) is set in an attempt to secure a little hysteresis width during low voltage operation, the shape of the P-type MOSFET or N-type MOSFET needs to be changed unnaturally. There is a problem that a large chip area is occupied or the driving ability is reduced to reduce the response.
また、図8の第4の従来例ではP型MOSFET815とN型MOSFET816のゲート電極には入力端子820は接続されていないので、図4のインバータ回路の等価回路とはならず、図4におけるロジックレベルの制約はない。しかしながら、ヒステリシス幅を確保したい設計条件のもとでは第1のロジックレベルは事実上、N型MOSFET812とP型MOSFET815によって決まることになり、以下の問題が生ずる。図8においてP型MOSFET815とN型MOSFET812のコンダクタンス定数をそれぞれβP、βNとし、またスレッショルド電圧をそれぞれVTP、VTNとする。また電源電圧VDD、基準の接地電位0、ロジックレベルをVGLとすると、このとき近似的に
VIL ≒ (VDD−VTP)−(βN/βP)1/2・(VDD−VTN)
となる。ここで (βP/βN)の値を0から無限大まで変化させると
−∞ ≦ VIL ≦ VDD−VTP
の電源電位を越えての範囲まで設定できる。また、このとき仮に
(βN/βP)1/2 = (VDD−VTP)/(VDD−VTN)
に設定すると
VIL ≒ 0
となり、前述したインバータ回路のVILの下限がVTNまでしかないのに比較して広がる方式である。しかし、このとき、第2のロジックレベルVILを設定する条件として、
(βN/βP)1/2 と(VDD−VTP)/(VDD−VTN)との比の設定がポイントとなるが、P型MOSFETとN型MOSFETといった性質の異なる間の設定となるので、製造上のバラツキも考慮すると限界ぎりぎりまでヒステリシスを伸ばすのはやや無理がある。また、−∞ ≦ VIL ≦ VDD−VTPの式からも解るようにあまり無理してVILを低く設定して、量産製造時のバラツキでVILが0を下回るようになると入力端子820の信号電位を電源電圧の範囲を振ってもラッチしたままで動作の回復が不能となる危険性もはらんでいるという問題点があった。なお、第1のロジックレベルのVIH設定時でも同様にヒステリシス幅を確保する為に無理をした設定をするとVIHがVDDを越え、ラッチしたままで動作の回復が不能となる危険性もはらんでいるという問題点があった。
Further, in the fourth conventional example of FIG. 8, since the input terminal 820 is not connected to the gate electrodes of the P-type MOSFET 815 and the N-type MOSFET 816, the equivalent circuit of the inverter circuit of FIG. There are no level restrictions. However, the first logic level is effectively determined by the N-type MOSFET 812 and the P-type MOSFET 815 under the design conditions for which it is desired to ensure the hysteresis width, and the following problems arise. In FIG. 8, conductance constants of P-type MOSFET 815 and N-type MOSFET 812 are β P and β N , respectively, and threshold voltages are V TP and V TN , respectively. If the power supply voltage V DD , the
It becomes. Here, if the value of (β P / β N ) is changed from 0 to infinity, −∞ ≦ V IL ≦ V DD −V TP
It can be set to a range exceeding the power supply potential. Further, at this time, (β N / β P ) 1/2 = (V DD −V TP ) / (V DD −V TN )
When set to V IL ≒ 0
Next is a method of spread compared to the lower limit of the V IL inverter circuit described above has only to V TN. However, at this time, as a condition for setting the second logic level VIL ,
The point of setting the ratio between (β N / β P ) 1/2 and (V DD −V TP ) / (V DD −V TN ) is the point, but between the different properties of P-type MOSFET and N-type MOSFET Since this is a setting, it is somewhat impossible to extend the hysteresis to the limit when considering manufacturing variations. Further, as can be understood from the equation of −∞ ≦ V IL ≦ V DD −V TP , the V IL is set too low so as to be understood from the expression of the input terminal 820 when V IL becomes less than 0 due to variations in mass production. However, there is a risk that the recovery of the operation becomes impossible even if the signal potential is kept latched even if the range of the power supply voltage is changed. Even when the first logic level V IH is set, if there is an excessive setting in order to ensure the same hysteresis width, there is a risk that V IH will exceed V DD and that the operation cannot be recovered while latched. There was a problem of being involved.
そこで本発明はこのような問題点を解決するもので、その目的とするところは
低電圧においても比較的に大きなヒステリシス幅を有するヒステリシス入力回路を提供することである。
The present invention solves such problems, and an object of the present invention is to provide a hysteresis input circuit having a relatively large hysteresis width even at a low voltage.
また、比較的に大きなヒステリシス幅を有する入力回路を妥当なチップ面積で具現化できる回路を提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide a circuit capable of realizing an input circuit having a relatively large hysteresis width with an appropriate chip area.
また、ヒステリシス特性を決定する第1のロジックレベルと第2のロジックレベルを設定する際に、同じ型のMOSFETどうしのβ比による設定となるようにして、限界ぎりぎりの設定を可能にし、大きなヒステリシス幅を確保し、かつ製造上のバラツキによる動作不能状況を生じさせないヒステリシス入力回路を提供することを目的とする。 In addition, when setting the first logic level and the second logic level that determine the hysteresis characteristics, the setting is made according to the β ratio between the MOSFETs of the same type, enabling the setting of a marginal limit, and large hysteresis. An object of the present invention is to provide a hysteresis input circuit that secures a width and does not cause an inoperable situation due to manufacturing variations.
本発明の高ヒステリシス幅入力回路は、入力信号によって制御されるインバータ回路に正極の電源側に第2のN型MOSFETを、負極の電源側に第2のP型MOSFETをそれぞれ並列に付加する。そして前記インバータ回路の出力をバッファ回路を経由して前記第2のN型MOSFETと第2のP型MOSFETのゲート電極に接続し、前の状態をロジックレベルに反映させる構成からなることを特徴とする。 In the high hysteresis width input circuit of the present invention, a second N-type MOSFET is added in parallel to the positive power supply side and a second P-type MOSFET is added in parallel to the negative power supply side to the inverter circuit controlled by the input signal. The output of the inverter circuit is connected to the gate electrodes of the second N-type MOSFET and the second P-type MOSFET via a buffer circuit, and the previous state is reflected on the logic level. To do.
上記の構成によれば、ロジックレベルは入力信号によってのみ制御されるインバータ回路の(βN/βP)比だけではなく前の状態によってオン(ON)しているMOSFETのβ比との総合効果によって決定されるので前述したインバータ回路のロジックレベルの制限が解除されることとなり、ロジックレベルを設定できる範囲が増すという効果がある。 According to the above configuration, the logic level is not only the (β N / β P ) ratio of the inverter circuit controlled only by the input signal but also the overall effect of the β ratio of the MOSFET that is turned on (ON) by the previous state. Therefore, the above-described limitation on the logic level of the inverter circuit is released, and the range in which the logic level can be set is increased.
また、ロジックレベルを設定する主要素は同型どうしのMOSFETのβ比、つまりは形状比となり、確実に条件設定ができるので、製造プロセス上での変動やバラツキの影響が少なくなるという効果がある。 Further, the main element for setting the logic level is the β ratio of the MOSFETs of the same type, that is, the shape ratio, and the conditions can be set with certainty, so that there is an effect that the influence of variations and variations in the manufacturing process is reduced.
またβ比の設定が同型のMOSFETとなり、確実に設定されるので、設計と実際のプロセスによる差違によって永遠にラッチ状態に入り込むといった危険性が排除できるという効果がある。 Further, since the β ratio is set to the same type of MOSFET and is set reliably, there is an effect that the risk of entering the latch state forever due to the difference between the design and the actual process can be eliminated.
また、インバータ回路の(βN/βP)を無理に極端な値に設定しなくともロジックレベルの値の設定が容易であるので、極端なMOSFETの形状が不要となり、妥当なチップ面積の回路が実現する効果がある。 In addition, since it is easy to set the logic level value without forcibly setting (β N / β P ) of the inverter circuit to an extreme value, an extreme MOSFET shape is not required, and a circuit having an appropriate chip area. Is effective.
以上より、低電圧になってもヒステリシス幅の大きく、ノイズに強いヒステリシス入力回路を安定して提供できるという効果がある。 From the above, it is possible to stably provide a hysteresis input circuit having a large hysteresis width and being resistant to noise even when the voltage is lowered.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の第1の実施例を示す回路図である。図1において1はP型MOSFETであり、ソース電極は正極の電源+VDDに接続されている。2はN型MOSFETであり、ソース電極は負極の電源−VSSに接続されている。P型MOSFET1とN型MOSFET2のそれぞれのゲート電極は互いに接続され、またそれぞれのドレイン電極も互いに接続されインバータ回路を構成している。3はN型MOSFETであり、ドレイン電極は正極の電源+VDDに接続され、ソース電極はP型MOSFET1のドレイン電極に接続されている。4はP型MOSFETであり、ドレイン電極は負極の電源−VSSに接続され、ソース電極はN型MOSFET2のドレイン電極に接続されている。5、6は図4にみられるようなP型MOSFETとN型MOSFETを相補型に構成したインバータ回路である。図1に戻り、インバータ回路5とインバータ回路6を2段つづけて接続することによりバッファ回路12が構成されている。バッファ回路12の出力はN型MOSFET3とP型MOSFET4の各ゲートに接続されている。ヒステリシス回路としての入力端子10はP型MOSFET1とN型MOSFET2のゲート電極に接続されている。ヒステリシス回路としての出力端子11はバッファ回路12の出力に接続されている。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a P-type MOSFET, and a source electrode is connected to a positive power source + V DD . 2 is an N-type MOSFET, the source electrode is connected to the power supply -V SS of the negative electrode. The gate electrodes of the P-
さて、入力端子10が初め低電位(Low)であるとする。このときP型MOSFET1とN型MOSFET2からなるインバータ回路の出力は高電位(High)であり、バッファ回路12の出力11は高電位であり、N型MOSFET3はオン(ON)、P型MOSFET4はオフ(OFF)している。
Assume that the
つぎに入力端子10の信号電位が除々に高くなっていくと、P型MOSFET1とN型MOSFET3との駆動能力の合計とN型MOSFET2の駆動能力のとの競合となる。そして、N型MOSFET2の駆動能力が勝ったときに、P型MOSFET1とN型MOSFET2からなるインバータ回路の出力が高電位から低電位に変わり、バッファ回路12の出力11も高電位から低電位に変わる。これによりN型MOSFET3がオフし、またP型MOSFET4がオンするようになる。
Next, when the signal potential at the
さて、つぎに入力端子10の信号電位が高電位から低電位になっていくと、N型MOSFET3がオフ状態であって、P型MOSFET4がオン状態であるため、N型MOSFET2とP型MOSFET4との駆動能力の合計とP型MOSFET1の駆動能力のとの競合となる。そしてP型MOSFET1の駆動能力が勝ったときに、P型MOSFET1とN型MOSFET2からなるインバータ回路の出力が低電位から高電位に変わり、バッファ回路12の出力11も低電位から高電位に変わる。これにより再び、N型MOSFET3がオンし、P型MOSFET4がオフする。
Next, when the signal potential of the
このN型MOSFET3とP型MOSFET4のオン、オフによる相違分がロジックレベルのヒステリシス特性を生じる要因である。
The difference between ON and OFF of the N-
さて、次にヒステリシス特性をより具体的に考える。バッファ回路12は2段のインバータ回路で構成されているので、バッファ回路の入力電位が中間電位になっていても、バッファ回路としてのロジックレベルを越えない限り、バッファ回路の出力11は高電位または低電位で電源電位まで振りきっている。 Next, the hysteresis characteristic will be considered more specifically. Since the buffer circuit 12 is composed of a two-stage inverter circuit, even if the input potential of the buffer circuit is an intermediate potential, the output 11 of the buffer circuit has a high potential or a level as long as it does not exceed the logic level as the buffer circuit. It swings to the power supply potential at a low potential.
さて、P型MOSFET1とN型MOSFET2と3のそれぞれのコンダクタンス定数をβP、βN、βNSとし、またそれぞれのスレッショルド電圧をVTP、VTN、VTNとし、また電源電圧をVDD、基準の接地電位を0とする。N型MOSFET3のゲート電極は高電位(VDD)が加わりオンしていて、かつソース電極はロジックレベルにおいて遷移する時点には電源電圧のちょうど半分である(1/2・VDD)になっているとすれば、前記3個のMOSFETによるロジックレベルVGLは以下に示す方程式1を満たす。
Now, the conductance constants of the P-
1/2・βP(VDD−VGL−VTP)2+1/2・βNS(1/2・VDD−VTN)2
= 1/2・βN(VGL−VTN)2
が成立ち、ロジックレベルVGL(VIH)は 本来の目的であるヒステリシス幅を確保する為と、分かりやすさの観点からまず、以下の条件式2
VDD−VTP < VGL < VDD
とすると、P型MOSFET1はオフする領域に入り、
1/2・βNS(1/2・VDD−VTN)2 = 1/2・βN(VGL−VTN)2
となり、これを解くと、以下の方程式3が得られる。
1/2 · β P (V DD −V GL −V TP ) 2 + 1/2 · β NS (1/2 · V DD −V TN ) 2
= 1/2 · β N (V GL -V TN ) 2
The logic level V GL (V IH ) is set to the following
V DD −V TP <V GL <V DD
Then, the P-
1/2 · β NS (1/2 · V DD −V TN ) 2 = ½ · β N (V GL −V TN ) 2
When this is solved, the following
VGL= VTN + (βNS/βN)1/2・(1/2・VDD−VTN)
前記方程式3を前記条件式2に代入して解くと、以下の条件式4が得られる。
(VDD−VTP−VTN)2/(1/2・VDD−VTN)2< (βNS/βN)
かつ、
(βNS/βN)< (VDD−VTN)2/(1/2・VDD−VTN)2
ここで、
(VDD−VTP−VTN)2/(1/2・VDD−VTN)2< (βNS/βN)
であることによりヒステリシス幅を大きく確保でき、以下の条件式5
(βNS/βN)< (VDD−VTN)2/(1/2・VDD−VTN)2
であればロジックレベルVIHを電源電圧VDDの範囲内でおさまるので、N型MOSFET3とバッファ回路12を含む回路でロックして動作の回復不能に陥るようなことはない。
V GL = V TN + (β NS / β N) 1/2 · (1/2 · V DD -V TN)
Substituting
(V DD -V TP -V TN ) 2 / (1/2 · V DD -V TN ) 2 <(β NS / β N )
And,
(Β NS / β N ) <(V DD −V TN ) 2 / (1/2 · V DD −V TN ) 2
here,
(V DD -V TP -V TN ) 2 / (1/2 · V DD -V TN ) 2 <(β NS / β N )
Therefore, a large hysteresis width can be secured, and the following
(Β NS / β N ) <(V DD −V TN ) 2 / (1/2 · V DD −V TN ) 2
Then, since the logic level V IH falls within the range of the power supply voltage V DD , there is no possibility that the operation is not recovered by being locked by a circuit including the N-
条件式5の不等式の右辺をF5と表現すると、
F5=(VDD−VTN)2/(1/2・VDD−VTN)2
は現実的な 0< VTN < 1/2・VDD では、
4 < F5 < ∞
の範囲の値となる。
また、条件式4の不等式の左辺をF4と表現すると、
F4=(VDD−VTP−VTN)2/(1/2・VDD−VTN)2
は、現実的な
0< VTN < 1/2・VDD および、0< VTP < 1/2・VDD
では
1 < F4 < 4
の範囲の値となる。
以上より、(βNS/βN)を1〜4程度に設定すればヒステリシス幅を極限にまで大きくとれるヒステリシス入力回路が実現する。また、あまりにもヒステリシス幅を大きくとると入力信号が電源電圧まで振り切れずに、ロック状態に落ち込むことを避ける為に、ヒステリシス幅よりも安全性を優先する場合には、(βNS/βN)を1程度、あるいはそれ以下に設定すればよいことも解る。なお、このときはP型MOSFET1の影響もはいったロジックレベルとなる。
If the right side of the inequality of
F5 = (V DD −V TN ) 2 / (1/2 · V DD −V TN ) 2
Is realistic 0 <V TN <1/2 · V DD ,
4 <F5 <∞
The value of the range.
Also, if the left side of the inequality of
F4 = (V DD −V TP −V TN ) 2 / (1/2 · V DD −V TN ) 2
Are realistic 0 <V TN <1/2 · V DD and 0 <V TP <1/2 · V DD
Then 1 <F4 <4
The value of the range.
From the above, if (β NS / β N ) is set to about 1 to 4, a hysteresis input circuit capable of increasing the hysteresis width to the limit can be realized. In addition, if the hysteresis width is too large, the input signal will not swing to the power supply voltage, and in order to avoid falling into the locked state, when safety is prioritized over the hysteresis width, (β NS / β N ) It can also be understood that it is sufficient to set 1 to about 1 or less. At this time, the logic level also includes the influence of the P-
さて、(βNS/βN)を1〜4程度、あるいは1程度に設定することはN型MOSFETのコンダクタンス定数比、つまり形状比であるので容易に設定できる。より具体的にはN型MOSFET3とN型MOSFET2のトランジスタのチャネル長を同じとすればN型MOSFET3のトランジスタ幅をN型MOSFET2のトランジスタ幅を前記比率に設定すればよい。
Setting (β NS / β N ) to about 1 to 4 or about 1 is a conductance constant ratio of the N-type MOSFET, that is, a shape ratio, and can be easily set. More specifically, if the channel lengths of the transistors of the N-
さて、次にP型MOSFET1と4、N型MOSFET2のそれぞれのコンダクタンス定数をβP、βPS、βNとし、またそれぞれのスレッショルド電圧をVTP、VTP、VTNとし、また電源電圧をVDD、基準の接地電位を0とする。P型MOSFET4のゲート電極は低電位(0)が加わりオンしていて、かつソース電極はロジックレベルにおいて遷移する時点には電源電圧のちょうど半分である(1/2・VDD)になっているときの、前記3個のMOSFETによるロジックレベルVGLは以下に示す方程式6を満たす。
Next, the conductance constants of the P-
1/2・βP(VDD−VGL−VTP)2 = 1/2・βN(VGL−VTN)2
+ 1/2・βPS(1/2・VDD−VTP)2
が成立ち、ロックレベルVGL(VIL)は 本来の目的であるヒステリシス幅を確保する為と、分かりやすさの観点からまず、以下の条件式7
0 < VGL < VTN
とするとN型MOSFET2はオフする領域に入り、
1/2・βP(VDD−VGL−VTP)2 =1/2・βPS(1/2・VDD−VTP)2
となり、これを解くと、以下の方程式8が得られる。
1/2 · β P (V DD −V GL −V TP ) 2 = 1/2 · β N (V GL −V TN ) 2
+ 1/2 · β PS (1/2 · V DD −V TP ) 2
The lock level V GL (V IL ) is set to the following conditional expression 7 in order to secure the hysteresis width which is the original purpose and from the viewpoint of easy understanding.
0 < VGL < VTN
Then, the N-
1/2 · β P (V DD −V GL −V TP ) 2 = 1/2 · β PS (1/2 · V DD −V TP ) 2
When this is solved, the following
VGL= (VDD−VTP)−(βPS/βP)1/2・(1/2・VDD−VTP)
前記方程式8を前記条件式7に代入して解くと、以下の条件式9が得られる。
(VDD−VTP−VTN)2/(1/2・VDD−VTP)2 < (βPS/βP)
かつ、
(βPS/βP)< (VDD−VTP)2/(1/2・VDD−VTP)2
ここで、
(VDD−VTP−VTN)2/(1/2・VDD−VTP)2 < (βPS/βP)
であることによりヒステリシス幅を大きく確保でき、以下の条件式10
(βPS/βP)< (VDD−VTP)2/(1/2・VDD−VTP)2
であればロジックレベルVILを電源電圧0の範囲内でおさまるので
P型MOSFET4とバッファ回路12を含む回路でロックして動作の回復不能に陥るようなことはない。
条件式10の不等式の右辺をF10と表現すると、
F10=(VDD−VTP)2/(1/2・VDD−VTP)2
は現実的な 0< VTP < 1/2・VDD のでは、
4 < F10 < ∞
の範囲の値となる。
また、条件式9の不等式の左辺をF9と表現すると、
F9=(VDD−VTP−VTN)2/(1/2・VDD−VTP)2
は、現実的な
0< VTP < 1/2・VDD および、0< VTN < 1/2・VDD
では
1 < F9 < 4
の範囲の値となる。
VGL = ( VDD - VTP )-([beta] PS / [beta] P ) 1/2 * (1/2 * VDD - VTP )
Substituting
(V DD -V TP -V TN ) 2 / (1/2 · V DD -V TP ) 2 <(β PS / β P )
And,
(Β PS / β P ) <(V DD −V TP ) 2 / (1/2 · V DD −V TP ) 2
here,
(V DD -V TP -V TN ) 2 / (1/2 · V DD -V TP ) 2 <(β PS / β P )
Therefore, a large hysteresis width can be secured, and the following
(Β PS / β P ) <(V DD −V TP ) 2 / (1/2 · V DD −V TP ) 2
Then, since the logic level V IL falls within the range of the
If the right side of the inequality of
F10 = (V DD −V TP ) 2 / (1/2 · V DD −V TP ) 2
Is realistic 0 <V TP <1/2 · V DD ,
4 <F10 <∞
The value of the range.
Moreover, if the left side of the inequality of conditional expression 9 is expressed as F9,
F9 = (V DD −V TP −V TN ) 2 / (1/2 · V DD −V TP ) 2
Are realistic 0 <V TP <1/2 · V DD and 0 <V TN <1/2 · V DD
Then 1 <F9 <4
The value of the range.
以上より、(βPS/βP)を1〜4程度に設定すればヒステリシス幅を極限にまで大きくとれるヒステリシス入力回路が実現する。また、あまりにもヒステリシス幅を大きくとると入力信号が電源電圧まで振り切れずに、ロック状態に落ち込むことを避ける為に、ヒステリシス幅よりも安全性を優先する場合には、(βPS/βP)を1程度、あるいはそれ以下に設定すればよいことも解る。なお、このときはN型MOSFET2の影響もはいったロジックレベルとなる。
From the above, if (β PS / β P ) is set to about 1 to 4, a hysteresis input circuit capable of taking the hysteresis width to the limit can be realized. In addition, if the hysteresis width is too large, the input signal will not swing to the power supply voltage, and in order to avoid falling into the locked state, when safety is given priority over the hysteresis width, (β PS / β P ) It can also be understood that it is sufficient to set 1 to about 1 or less. At this time, the logic level includes the influence of the N-
さて、(βPS/βP)を1〜4程度、あるいは1程度に設定することはP型MOSFETのコンダクタンス定数比、つまり形状比であるので容易に設定できる。より具体的にはP型MOSFET4とP型MOSFET1のトランジスタのチャネル長を同じとすればP型MOSFET4のトランジスタ幅をP型MOSFET1のトランジスタ幅を前記比率に設定すればよい。
Setting (β PS / β P ) to about 1 to 4 or about 1 is a conductance constant ratio of the P-type MOSFET, that is, a shape ratio, and can be easily set. More specifically, if the channel lengths of the transistors of the P-
さて、以上のN型MOSFET2、3およびP型MOSFET1、4間のコンダクタンス定数β比の設定はほぼ1〜4に近いものであり、従来のように極端に大きい値や、小さな値を用いる必要がない。したがって、レイアウトパターンの設計においても自然なものであるので、チップ面積の増大や応答性の低下などの問題を引き起こさないことも解る。
The setting of the conductance constant β ratio between the N-
なお、以上によりVILがVTNより低く、またVIHが(VDD−VTP)より高い値を持った様子を図示したのが図2である。図2では図3より、大きなヒステリシス幅が確保されていることが解る。 FIG. 2 shows a state in which V IL is lower than V TN and V IH is higher than (V DD −V TP ). In FIG. 2, it can be seen from FIG. 3 that a large hysteresis width is secured.
本発明は前述の実施例の形態に限定されるものではない。例えば図1において、バッファ回路12は2段のインバータ回路5、6による構成例を示したがこれは単なる一例である。図1におけるバッファ回路の役目は前述したようにバッファ回路の入力信号が中間電位であってもバッファ回路のロジックレベルを越えるまではバッファ回路の出力電位を電源電位まで振りきり、固定することである。したがって図1のバッファ回路は前記機能を持てば他の回路でもよい。例えばインバータ回路4段構成でもよいし、NAND回路やNOR回路を組み合わせてもよい。
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, in FIG. 1, the buffer circuit 12 has a configuration example of two stages of
また、条件式5の(βNS/βN)や条件式10の(βPS/βP)の設定において、MOSFETのトランジスタのチャネル幅を変えることによって設定する方法を説明したが、トランジスタのチャネル長を変更する方法でもよい。なお、チャネル幅の場合は大きくすればβは大きくなるが、チャネル長の場合は大きくすればβは小さくなる。
Further, in the setting of (β NS / β N ) in
また、ヒステリシス幅を大きくとる為に主眼をおいた設定をしたが、ヒステリシス幅が前記方法で得られるまで必要としない場合や、電源電圧を越えたロジックレベルを設定する場合には前記条件式に必ずしも拘る必要はない。その場合においても図1の本発明の回路であればMOSFETのβ比の設定が容易になり、効率的なレイアウトパターン設計や応答速度の確保に効果があって適用できる。 Although the main setting was made to increase the hysteresis width, if the hysteresis width is not required until the above method is obtained, or if a logic level exceeding the power supply voltage is set, the above conditional expression is used. It is not always necessary to be concerned. Even in that case, the circuit according to the present invention of FIG. 1 makes it easy to set the β ratio of the MOSFET, and is effective in applying an effective layout pattern design and ensuring response speed.
1、4、401、501、503、505、601、603、605、701、703、705、811、813、815 ・・・ P型MOSFET
2、3、402、502、504、506、602、604、606、702、704、706、812、814、816 ・・・ N型MOSFET
5、6、507、607、707、819、822、823 ・・・ インバータ回路
10、410、510、610、710、820 ・・・ 入力端子
11、411、511、611、711、821 ・・・ 出力端子
12 ・・・ バッファ回路
817、818 ・・・ NAND回路
824 ・・・ ラッチ回路
1, 4, 401, 501, 503, 505, 601, 603, 605, 701, 703, 705, 811, 813, 815 ... P-type MOSFET
2, 3, 402, 502, 504, 506, 602, 604, 606, 702, 704, 706, 812, 814, 816 ... N-type MOSFET
5, 6, 507, 607, 707, 819, 822, 823 ...
Claims (4)
ソース電極が正極の電源+VDDに接続された第1のP型MOSFETと、
ソース電極が負極の電源−VSSに接続された第1のN型MOSFETと、
ドレイン電極が正極の電源+VDDに接続された第2のN型MOSFETと、
ドレイン電極が負極の電源−VSSに接続された第2のP型MOSFETと、
バッファ回路からなり、
前記第1のP型MOSFETと第1のN型MOSFETの各ゲート電極は互いに接続され、かつ各ドレイン電極も互いに接続されてインバータ回路を構成し、
前記第2のN型MOSFETと第2のP型MOSFETの各ゲート電極は互いに接続され、また各ソース電極も互いに接続されて前記第1のP型MOSFETと第1のN型MOSFETのドレイン電極に接続され、
前記バッファ回路の入力端子は前記第1のP型MOSFETと第1のN型MOSFETのドレイン電極に接続され、前記バッファ回路の出力端子は前記第2のN型MOSFETと第2のP型MOSFETの各ゲート電極に接続されるとともに本発明のヒステリシス回路としての出力端子に接続され、
互いに接続された前記第1のP型MOSFETと第1のN型MOSFETの各ゲート電極は本発明のヒステリシス回路としての入力端子に接続されたことを特徴とする高ヒステリシス幅入力回路。 In a hysteresis input circuit of a semiconductor integrated circuit device using an insulated gate field effect transistor (hereinafter abbreviated as MOSFET),
A first P-type MOSFET whose source electrode is connected to a positive power supply + V DD ;
A first N-type MOSFET whose source electrode is connected to the power supply -V SS of the negative electrode,
A second N-type MOSFET whose drain electrode is connected to the positive power supply + V DD ;
A second P-type MOSFET which has a drain electrode connected to a power supply -V SS of the negative electrode,
Consisting of a buffer circuit,
The gate electrodes of the first P-type MOSFET and the first N-type MOSFET are connected to each other, and the drain electrodes are also connected to each other to form an inverter circuit.
The gate electrodes of the second N-type MOSFET and the second P-type MOSFET are connected to each other, and the source electrodes are also connected to each other to be connected to the drain electrodes of the first P-type MOSFET and the first N-type MOSFET. Connected,
The input terminal of the buffer circuit is connected to the drain electrodes of the first P-type MOSFET and the first N-type MOSFET, and the output terminal of the buffer circuit is the second N-type MOSFET and the second P-type MOSFET. Connected to each gate electrode and connected to the output terminal as a hysteresis circuit of the present invention,
A high hysteresis width input circuit, wherein the gate electrodes of the first P-type MOSFET and the first N-type MOSFET connected to each other are connected to an input terminal as a hysteresis circuit of the present invention.
2. The high hysteresis width input circuit according to claim 1, wherein the buffer circuit comprises a two-stage configuration of a complementary inverter circuit composed of a P-type MOSFET and an N-type MOSFET.
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