JP2014168131A - CMOS inverter circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、CMOSインバータ回路に関する。 Embodiments described herein relate generally to a CMOS inverter circuit.
従来より、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)集積回路の出力段にはCMOSインバータ回路が用いられている。 Conventionally, a CMOS inverter circuit is used at the output stage of a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) integrated circuit.
図3の回路図に示すように、従来のCMOSインバータ回路100は、pMOSトランジスタ102及びnMOSトランジスタ104のドレイン端子同士及びゲート端子同士を共通に接続し、かつ、pMOSトランジスタ102のソース端子をハイレベル電源VHに接続し、nMOSトランジスタ104のソース端子をローレベル電源VLに接続している。
As shown in the circuit diagram of FIG. 3, in the conventional
このCMOSインバータ回路100では、共通に接続されたゲート端子に入力信号Siを供給し、共通に接続されたドレイン端子から出力信号Soを取り出す。
In the
このCMOSインバータ回路100では、入力信号Siがハイレベルのときには、nMOSトランジスタ104がオン状態、pMOSトランジスタ102がオフ状態となり、また、入力信号Siがローレベルのときには、pMOSトランジスタ102がオン状態、nMOSトランジスタ104がオフ状態となるので、理想的にはpMOSトランジスタ102とnMOSトランジスタ104とは同時にオン状態することはない。
In the
すなわち、CMOSインバータ回路100の動作は、
VH−入力信号Siの電圧レベルVi>pMOSトランジスタ102の閾値電圧
のときpMOSトランジスタ102がオン状態となる。また、
入力信号Siの電圧レベルVi−VL>nMOSトランジスタ104の閾値電圧
のとき、nMOSトランジスタ104がオン状態となる。
That is, the operation of the
VH-voltage level of input signal Si Vi> threshold voltage of
At this time, the
Voltage level of input signal Si Vi-VL> threshold voltage of
At this time, the
そのため、低消費電力が要求される回路の構成要素として一般的に多く用いられている。 Therefore, it is generally widely used as a component of a circuit that requires low power consumption.
しかし、入力信号の配線の容量負荷が大きい場合など、入力信号Siの電圧レベルViの切り替わりがゆるやかに行われてしまう場合には、図4の電圧波形図に示すように、入力信号Siの電圧レベルViの遷移期間中において、pMOSトランジスタ102とnMOSトランジスタ104の両方がオン状態になり、ハイレベル電源VHからローレベル電源VLに向かって、大きな貫通電流Kが流れるという問題点があった。
However, when the voltage level Vi of the input signal Si is gradually switched, such as when the capacitive load of the input signal wiring is large, the voltage of the input signal Si is shown in the voltage waveform diagram of FIG. During the level Vi transition period, both the
そこで本発明の実施形態は、上記問題点に鑑み、貫通電流の発生を抑えることができるCMOSインバータ回路を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an embodiment of the present invention aims to provide a CMOS inverter circuit that can suppress the generation of a through current.
本発明の実施形態は、第1のpMOSトランジスタ及び第1のnMOSトランジスタのドレイン同士及びゲート同士を共通に接続した第1のCMOSインバータ回路と、前記第1のCMOSインバータ回路と電源との間に貫通電流を遮断するスイッチ素子と、前記スイッチ素子と前記第1のCMOSインバータ回路の接続点と前記電源との間で逆バイアスされたダイオードと、第2のpMOSトランジスタ及び第2のnMOSトランジスタのドレイン同士及びゲート同士を共通に接続し、前記第1のCMOSインバータ回路の出力信号を入力信号として入力する第2のCMOSインバータ回路と、を有し、前記第2のCMOSインバータ回路は、その出力信号によって前記スイッチ素子を制御する、CMOSインバータ回路である。 An embodiment of the present invention includes a first CMOS inverter circuit in which drains and gates of a first pMOS transistor and a first nMOS transistor are connected in common, and between the first CMOS inverter circuit and a power source. A switching element for blocking a through current, a diode reversely biased between a connection point of the switching element and the first CMOS inverter circuit and the power source, and drains of the second pMOS transistor and the second nMOS transistor And a second CMOS inverter circuit that inputs the output signal of the first CMOS inverter circuit as an input signal, and the second CMOS inverter circuit outputs the output signal of the first CMOS inverter circuit. This is a CMOS inverter circuit for controlling the switch element.
本発明の実施形態のCMOSインバータ回路によれば、入力信号の配線の容量負荷などの影響により入力信号の電圧レベルの切り替わりがゆるやかに行われる場合においても、pMOSトランジスタ及びnMOSトランジスタが同時にオン状態になって貫通電流が流れることを防止できる。 According to the CMOS inverter circuit of the embodiment of the present invention, the pMOS transistor and the nMOS transistor are simultaneously turned on even when the voltage level of the input signal is slowly switched due to the influence of the capacitive load of the wiring of the input signal. Thus, it is possible to prevent a through current from flowing.
以下、本実施形態に係るCMOSインバータ回路1について、図1と図2に基づいて説明する。
Hereinafter, the
(1)CMOSインバータ回路1の構成
CMOSインバータ回路1の構成について図1の回路図に基づいて説明する。
(1) Configuration of
第1のCMOSインバータ回路10は、pMOSトランジスタ11とnMOSトランジスタ12のドレイン同士及びゲート同士を共通に接続した回路であり、入力信号Siが入力し、出力信号Soを出力する。
The first
第2のCMOSインバータ回路20は、pMOSトランジスタ21とnMOSトランジスタ22のドレイン同士及びゲート同士を共通に接続した回路である。第2のCMOSインバータ回路20は、第1のCMOSインバータ回路10の出力信号Soを入力信号Siとする。
The second CMOS inverter circuit 20 is a circuit in which the drains and gates of the
第1のCMOSインバータ回路10とハイレベル電源VHとの接続点(ノードn1)には、スイッチトランジスタ13が接続されている。スイッチトランジスタ13は、pMOSトランジスタよりなる。
A
第1のCMOSインバータ回路10とローレベル電源VLとの接続点(ノードn2)には、スイッチトランジスタ14が接続されている。スイッチトランジスタ14は、nMOSトランジスタよりなる。
A
スイッチトランジスタ13とスイッチトランジスタ14のオン/オフは、第2のCMOSインバータ回路20の出力信号によってそれぞれ制御される。
On / off of the
ノードn1とハイレベル電源VHの間には、ダイオード15が逆バイアスで接続されている。ダイオード15は、nMOSトランジスタのゲート端子とソース端子を短絡したものである。
A
ノードn2とローレベル電源VLの間には、ダイオード16が逆バイアスで接続されている。ダイオード16は、pMOSトランジスタのゲート端子とソース端子を短絡したものである。
A
(2)CMOSインバータ回路1の動作状態
以下、CMOSインバータ回路1の動作状態について図1と図2に基づいて説明する。
(2) Operating State of
スイッチトランジスタ13がオフ状態のときは、ノードn1には、ダイオード15により、VH−スイッチトランジスタ13の閾値電圧が印加される。
When the
スイッチトランジスタ13がオン状態のときは、ハイレベル電源VHの電位がノードn1に印加される。
When the
スイッチトランジスタ14がオフ状態のときは、ノードn2には、ダイオード16により、VL−スイッチトランジスタ14の閾値電圧が印加される。
When the
スイッチトランジスタ14がオン状態のときは、ローレベル電源VLの電位がノードn2に印加される。
When the
スイッチトランジスタ13、14は、ゲート信号を共通とする相補の関係にあるため、一方がオン状態のときには、他方はオフ状態となる。また、スイッチトランジスタ13、14のゲート信号は、第2のCMOSインバータ回路20によって、第1のCMOSインバータ回路10の出力の論理が反転したものである。
Since the
すなわち、第1のCMOSインバータ回路10の入力信号Siがローレベルの状態からハイレベルに遷移する場合において、入力信号Siがハイレベルに切り変わる直前の状態は、ノードn1にはハイレベル電源VHの電位が印加され、ノードn2にはVL−スイッチトランジスタ14の閾値電圧が印加される。
That is, when the input signal Si of the first
また、第1のCMOSインバータ回路10の入力信号Siがハイレベルの状態からローレベルに遷移する場合において、入力信号Siがローレベルに切り変わる直前の状態は、ノードn1には、VH−スイッチトランジスタ13の閾値電圧が印加され、ノードn2にはローレベル電源VLの電位が印加される。
Further, when the input signal Si of the first
以上より、第1のCMOSインバータ回路10は、次の式(1)の条件が満たすように入力信号Siの電圧レベルViが到達すれば、pMOSトランジスタ11をオン状態にできる。
As described above, the first
VH−スイッチトランジスタ13の閾値電圧−入力信号Siの電圧レベルVi>pMOSトランジスタ11の閾値電圧 ・・・(1)
また、第1のCMOSインバータ回路10は、次の式(2)の条件が満たすように入力信号Siの電圧レベルViが到達すれば、nMOSトランジスタ12をオン状態にできる。
VH−threshold voltage of the
The first
入力信号の電圧レベルVi−VL−スイッチトランジスタの閾値電圧>nMOSトランジスタ12の閾値電圧 ・・・(2)
従来のCMOSインバータ回路100の論理閾値が、図4の電圧波形図に示すようにVHとVLの中間に位置していたのに対し、本実施形態のCMOSインバータ回路10は、図2の電圧波形図に示すように、論理閾値は電源電圧に対し浅い側にオフセットされる。
Voltage level of input signal Vi-VL-threshold voltage of switch transistor> threshold voltage of nMOS transistor 12 (2)
Whereas the logical threshold value of the conventional
そのため、入力信号Siの電圧レベルViの変化がゆるやかな場合においても、第1のCMOSインバータ回路10は、pMOSトランジスタ11とnMOSトランジスタ12の両方がオン状態する期間を排除できる上に、第2のCMOSインバータ回路20のフィードバックにより貫通電流Kをカットできるので、従来のCMOSインバータ回路100に対して、大幅な電流削減効果が得られ、低消費電力のCMOSインバータ回路1を構成できる。
Therefore, even when the change in the voltage level Vi of the input signal Si is gentle, the first
(3)効果
本実施形態のCMOSインバータ回路1によれば、入力信号の配線の容量負荷などの影響により入力信号の電圧レベルの切り替わりがゆるやかに行われる場合においても、pMOSトランジスタ及びnMOSトランジスタが同時にオン状態になって貫通電流が流れることを防止できる。
(3) Effect According to the
また、低消費電力のCMOSインバータ回路1を構成できる。
Further, the low power consumption
(4)変更例
ローレベルVLは、GNDでもよい。
(4) Modification Example The low level VL may be GND.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10・・・第1のCMOSインバータ回路、11・・・pMOSトランジスタ、12・・・nMOSトランジスタ、13・・・スイッチトランジスタ、14・・・スイッチトランジスタ、15・・・ダイオード、16・・・ダイオード、20・・・第2のCMOSインバータ回路、21・・・pMOSトランジスタ、22・・・nMOSトランジスタ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1のCMOSインバータ回路と電源との間に貫通電流を遮断するスイッチ素子と、
前記スイッチ素子と前記第1のCMOSインバータ回路の接続点と前記電源との間で逆バイアスされたダイオードと、
第2のpMOSトランジスタ及び第2のnMOSトランジスタのドレイン同士及びゲート同士を共通に接続し、前記第1のCMOSインバータ回路の出力信号を入力信号として入力する第2のCMOSインバータ回路と、
を有し、前記第2のCMOSインバータ回路は、その出力信号によって前記スイッチ素子を制御する、
CMOSインバータ回路。 A first CMOS inverter circuit in which drains and gates of the first pMOS transistor and the first nMOS transistor are connected in common;
A switch element for cutting off a through current between the first CMOS inverter circuit and a power source;
A diode reverse-biased between a connection point of the switch element and the first CMOS inverter circuit and the power source;
A second CMOS inverter circuit in which drains and gates of the second pMOS transistor and the second nMOS transistor are connected in common, and an output signal of the first CMOS inverter circuit is input as an input signal;
The second CMOS inverter circuit controls the switch element by its output signal.
CMOS inverter circuit.
請求項1に記載のCMOSインバータ回路。 The switch element includes a first switch transistor connected between the first pMOS transistor and a high level power supply, and a second switch connected between the first nMOS transistor and a low level power supply. Consisting of transistors,
The CMOS inverter circuit according to claim 1.
請求項1又は2に記載のCMOSインバータ回路。 The diode includes a first diode connected between the first pMOS transistor and a high level power supply, and a second diode connected between the first nMOS transistor and a low level power supply. ,
The CMOS inverter circuit according to claim 1 or 2.
請求項3に記載のCMOSインバータ回路。 The first diode is a short circuit between the gate terminal and the source terminal of the nMOS transistor, and the second diode is a short circuit between the gate terminal and the source terminal of the pMOS transistor.
The CMOS inverter circuit according to claim 3.
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JP2013038844A JP2014168131A (en) | 2013-02-28 | 2013-02-28 | CMOS inverter circuit |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2019156636A1 (en) * | 2018-02-09 | 2019-08-15 | National University Of Singapore | Multi-mode standard cell logic and self-startup for battery-indifferent or pure energy harvesting systems |
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2013
- 2013-02-28 JP JP2013038844A patent/JP2014168131A/en active Pending
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WO2019156636A1 (en) * | 2018-02-09 | 2019-08-15 | National University Of Singapore | Multi-mode standard cell logic and self-startup for battery-indifferent or pure energy harvesting systems |
US11196422B2 (en) | 2018-02-09 | 2021-12-07 | National University Of Singapore | Multi-mode standard cell logic and self-startup for battery-indifferent or pure energy harvesting systems |
US11799483B2 (en) | 2018-02-09 | 2023-10-24 | National Universty Of Singapore | Multi-mode standard cell logic and self-startup for battery-indifferent or pure energy harvesting systems |
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