JP2621248B2 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device

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JP2621248B2
JP2621248B2 JP62285963A JP28596387A JP2621248B2 JP 2621248 B2 JP2621248 B2 JP 2621248B2 JP 62285963 A JP62285963 A JP 62285963A JP 28596387 A JP28596387 A JP 28596387A JP 2621248 B2 JP2621248 B2 JP 2621248B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路装置に関し、特に、CMOS・
FETおよびバイポーラトランジスタからなる高速かつ低
消費電力の半導体集積回路装置に関するものである。
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a CMOS integrated circuit device.
The present invention relates to a high-speed and low-power-consumption semiconductor integrated circuit device including a FET and a bipolar transistor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

CMOSデバイスの最大の特徴は、低消費電力であり、動
作消費電力は、内部CMOS回路の負荷容量の充放電電流
と、遷移状態時に流れる貫通電流と、リーク電流による
僅かな静止時消費電力だけである。
The biggest feature of CMOS devices is their low power consumption.Operating power consumption is only a small static power consumption due to the charge / discharge current of the load capacitance of the internal CMOS circuit, the through current flowing in the transition state, and the leakage current. is there.

CMOSを用いた論理回路としては、Nチャネル型MOS・F
ET(以下、NMOS・FET)の負荷駆動能力がPチャネル型M
OS・FET(以下、PMOS・FET)のそれに比べて大きいこと
から、NAND回路が最も高速に動作するので、NANDゲート
が多用されているが、基本ゲートはインバータ回路であ
る。
As a logic circuit using CMOS, N-channel type MOS F
ET (NMOS / FET) load drive capability is P-channel type M
Since the NAND circuit operates at the highest speed because it is larger than that of OS-FET (hereinafter, PMOS-FET), the NAND gate is frequently used, but the basic gate is an inverter circuit.

CMOS・EFTだけのインバータ回路よりもさらに高速に
動作するものとして、CMOS・FETとバイポーラ・トラン
ジスタとを組合わせたBiCMOS論理回路が知られている。
この技術に関するものとしては、例えば、特開昭59−84
31号公報、特開昭59−11034号公報、または特開昭60−1
30216号公報等がある。
A BiCMOS logic circuit combining a CMOS FET and a bipolar transistor is known as one that operates at a higher speed than an inverter circuit using only a CMOS EFT.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-84 discloses this technology.
No. 31, JP-A-59-11034, or JP-A-60-1
No. 30216 and the like.

第2図は、従来のCMOS・FETおよびバイポーラトラン
ジスタからなる半導体集積回路の一例を示す構成図であ
る。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of a conventional semiconductor integrated circuit including a CMOS FET and a bipolar transistor.

第2図のインバータ回路では、PMOS・FET100がNPNバ
イポーラトランジスタ104を駆動し、NMOS・FET102がNPN
バイポーラトランジスタ105を駆動し、かつこれらのNPN
バイポーラトランジスタ104,105によって出力端子2に
接続された負荷を駆動することにより、高速で低消費電
力の装置を実現している。ここで、NMOS・FET101,103
は、それぞれNPNバイポーラトランジスタ104,105を相補
動作させる際に、OFF側のNPNバイポーラトランジスタの
ベース電荷を引き抜き、NPNバイポーラトランジスタ10
4,105を通って流れる貫通電流を抑制するためのもので
ある。従って、これらのNMOS・FET101,103は、第2図の
回路の高速かつ低消費電力動作に必要不可欠の構成要素
である。
In the inverter circuit of FIG. 2, the PMOS FET 100 drives the NPN bipolar transistor 104, and the NMOS FET 102
Driving bipolar transistor 105 and these NPN
By driving the load connected to the output terminal 2 by the bipolar transistors 104 and 105, a high-speed and low-power-consumption device is realized. Here, NMOS ・ FET101,103
When the NPN bipolar transistors 104 and 105 are operated in a complementary manner, the base charge of the OFF-side NPN bipolar transistor is extracted and the NPN bipolar transistor 10
This is for suppressing a through current flowing through 4,105. Therefore, these NMOS FETs 101 and 103 are indispensable components for the high speed and low power consumption operation of the circuit of FIG.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

ところで、近年、CMOS・FETやバイポーラトランジス
タ等の素子の微細化、つまりスケーリングにより、これ
らの素子の性能が向上し、その結果、MOS・FETおよびバ
イポーラトランジスタからなる装置の性能、特に速度が
スケーリングに伴って向上している。
By the way, in recent years, the performance of these devices has been improved due to miniaturization, that is, scaling, of devices such as CMOS FETs and bipolar transistors. As a result, the performance of devices including MOS FETs and bipolar transistors, especially speed, has been reduced. It is improving accordingly.

しかしながら、素子の微細化により、MOS・FETにおい
ては、いわゆるホットキャリアの注入現像により、素子
の耐圧が従来のLSIの電源電圧である5V以下になってい
るため、上記電源電圧を下げるか、あるいは回路を高耐
圧化して、素子には上記耐圧以下の電圧しか印加されな
いようにする必要にせまられている。
However, with the miniaturization of elements, MOS / FETs have a device withstand voltage of 5 V or less, which is the power supply voltage of a conventional LSI, due to so-called hot carrier injection and development. It is necessary to increase the breakdown voltage of the circuit so that only a voltage lower than the breakdown voltage is applied to the element.

第2図の回路では、PMOS・FET100,NMOS・FET101のソ
ース・ドレイン間には電源電圧Vccが、またNMOS・FET10
2,103のソース・ドレイン間には出力端子2の高レベル
電圧(例えば、電源電圧5V、時の4.6V)が、それぞれ加
わる。
In the circuit shown in FIG. 2, the power supply voltage Vcc is applied between the source and drain of the PMOS / FET 100 and the NMOS / FET 101, and the NMOS / FET 10
A high level voltage of the output terminal 2 (for example, a power supply voltage of 5 V, 4.6 V at the time) is applied between the source and the drain of 2,103.

また、NMOS・FET102によりNPNバイポーラトランジス
タ105を駆動しようとすると、NMOS・FET102のソース電
圧がNPNバイポーラトランジスタのベース・エミッタ間
順方向電圧VBE分だけ接地(GND)電位より上昇するた
め、低電源電圧、低振幅動作を行わせると、出力の立下
げ動作速度が低下して、電源電圧をあまり下げられない
という問題がある。
Also, if the NPN bipolar transistor 105 is driven by the NMOS / FET 102, the source voltage of the NMOS / FET 102 rises above the ground (GND) potential by the forward voltage V BE between the base and emitter of the NPN bipolar transistor. When the voltage and low-amplitude operation is performed, there is a problem that the output falling operation speed is reduced and the power supply voltage cannot be reduced much.

本発明の目的は、これら従来の問題を解決し、CMOS・
FETとバイポーラトランジスタからなる論理回路におい
て、MOS・FETのソース・ドレイン間に加わる電圧を低減
して、回路の高耐圧を図り、かつ低電源電圧で高速に動
作することが可能な半導体集積回路装置を提供すること
にある。
The purpose of the present invention is to solve these conventional problems and to provide a CMOS
In a logic circuit consisting of a FET and a bipolar transistor, a semiconductor integrated circuit device capable of reducing the voltage applied between the source and drain of the MOS / FET to achieve a high breakdown voltage of the circuit and operating at high speed with a low power supply voltage Is to provide.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するため、本発明の半導体集積回路装
置は、(1)ゲートへの入力信号に基づきドレインとソ
ース間を開閉してバイポーラトランジスタ166,170のベ
ース電流の流れを制御し、このバイポーラトランジスタ
166,170のオンオフ制御を行なうPチャネル型もしくは
Nチャネル型の駆動用MOS・FET163,168と、この駆動用M
OS・FET163,168によるバイポーラトランジスタ166,170
のオンからオフへの状態変化時に、バイポーラトランジ
スタ166,170のベースの電荷を引き抜く貫通電流抑制手
段(MOS・FET164,169)と、バイポーラトランジスタ16
6,170のオフ時、このバイポーラトランジスタ166,170の
ベースに貫通電流抑制手段(MOS・FET164,169)を介し
て、バイポーラトランジスタ166,170の動作点に達しな
い順方向バイアス電圧VOを加え、オフした駆動用MOS・F
ET163,168のドレインとソース間の電圧を低減するバイ
アス手段(オンチップ電圧発生回路202)とを少なくと
も有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a semiconductor integrated circuit device according to the present invention (1) controls the flow of base current of bipolar transistors 166 and 170 by opening and closing between a drain and a source based on an input signal to a gate.
P-channel or N-channel driving MOS-FETs 163 and 168 for controlling on / off of 166 and 170
Bipolar transistor 166,170 by OS ・ FET163,168
When the state changes from on to off, the through current suppressing means (MOS-FETs 164 and 169) for extracting the charge of the bases of the bipolar transistors 166 and 170, and the bipolar transistor 16
When the MOS transistor 6,170 is turned off, a forward bias voltage V O which does not reach the operating point of the bipolar transistor 166,170 is applied to the base of the bipolar transistor 166,170 via the through current suppressing means (MOS FET 164,169), and the driving MOS transistor turned off.・ F
The ET 163, 168 is characterized by having at least bias means (on-chip voltage generation circuit 202) for reducing the voltage between the drain and the source.

また、(2)上記(1)に記載の半導体集積回路装置
において、貫通電流抑制手段は、駆動用MOS・FET163,16
8によるバイポーラトランジスタ166,170のオンからオフ
への状態変化時にオンして、バイポーラトランジスタ16
6,170のベースの電荷をソース側に引き抜くNチャネル
型の貫通電流抑制用MOS・FET164,169からなり、バイア
ス手段からの順方向バイアス電圧VOを、貫通電流抑制用
MOS・FET164,169のソースに加えることを特徴とする。
(2) In the semiconductor integrated circuit device according to the above (1), the through current suppressing means may be a driving MOS-FET 163,16.
8 turns on when the bipolar transistors 166 and 170 change from the on state to the off state.
It consists of N-channel type MOS-FETs 164 and 169 for extracting the base charge of 6,170 to the source side, which suppresses the forward bias voltage V O from the bias means.
It is characterized in that it is added to the sources of the MOS FETs 164 and 169.

また、(3)上記(2)に記載の半導体集積回路装置
において、駆動用MOS・FETがPチャネル型であれば、N
チャネル型型の貫通電流制御用MOS・FET107,109,164の
閾電圧の絶対値を、駆動用MOS・FET106,163の閾電圧の
絶対値よりも低くすることを特徴とする。
(3) In the semiconductor integrated circuit device according to (2), if the driving MOS-FET is a P-channel type,
It is characterized in that the absolute value of the threshold voltage of the channel type through-current control MOS-FETs 107, 109, 164 is lower than the absolute value of the threshold voltage of the driving MOS-FETs 106, 163.

また、(4)上記(2)に記載の半導体集積回路装置
において、駆動用MOS・FETがNチャネル型であれば、こ
の駆動用MOS・FET108の閾電圧の絶対値を、Nチャネル
型の貫通電流抑制用MOS・FET107,109の閾電圧の絶対値
よりも低くすることを特徴とする。
(4) In the semiconductor integrated circuit device described in the above (2), if the driving MOS-FET is an N-channel type, the absolute value of the threshold voltage of the driving MOS-FET 108 is determined by the N-channel type It is characterized in that the threshold voltage of the current-suppressing MOS FETs 107 and 109 is lower than the absolute value of the threshold voltage.

また、(5)上記(2)から(4)のいずれかに記載
の半導体集積回路装置において、バイアス手段は、貫通
電流抑制用MOS・FET164,169のソースを所定の正電圧電
源VOに接続して、バイポーラトランジスタ166,170の順
方向バイアス電圧VOを加えることを特徴とする。
(5) In the semiconductor integrated circuit device according to any one of (2) to (4), the bias means connects the sources of the through-current suppressing MOS FETs 164 and 169 to a predetermined positive voltage power supply V O. Then, a forward bias voltage V O of the bipolar transistors 166 and 170 is applied.

また、(6)上記(2)から(4)のいずれかに記載
の半導体集積回路装置において、バイアス手段は、貫通
電流制御用MOS・FET164,169のソースとアース間に接続
された半導体素子(ショットギバリア・ダイオード137,
138)からなることを特徴とする。
(6) In the semiconductor integrated circuit device according to any one of the above (2) to (4), the biasing means includes a semiconductor element connected between the source of the through-current control MOS FETs 164 and 169 and the ground. Schottky barrier diode 137,
138).

また、(7)上記(2)から(4)のいずれかに記載
の半導体集積回路装置において、バイアス手段は、バイ
ポーラトランジスタ166,170のベースと貫通電流抑制用M
OS・FET164,169のドレイン間に接続された半導体素子
(ショットキバリア・ダイオード159,160)からなるこ
とを特徴とする。
(7) In the semiconductor integrated circuit device according to any one of the above (2) to (4), the bias means includes a base for the bipolar transistors 166 and 170 and a through current suppressing M.
It is characterized by comprising a semiconductor element (Schottky barrier diodes 159, 160) connected between the drains of the OS-FETs 164, 169.

また、(8)上記(1)から(7)のいずれかに記載
の半導体集積回路装置において、バイアス手段は、少な
くともショットキバリア・ダイオード137,138,154,159,
160を具備してなることを特徴とする。
(8) In the semiconductor integrated circuit device according to any one of the above (1) to (7), the bias means includes at least a Schottky barrier diode 137, 138, 154, 159,
160 is provided.

また、(9)上記(2)から(8)のいずれかに記載
の半導体集積回路装置において、NPN型のバイポーラト
ランジスタ110、Pチャネル型の駆動用MOS・FET106、貫
通電流抑制用MOS・FET107、そしてバイアス手段(VO
からなり、バイポーラトランジスタ110のコレクタにP
チャネル型の駆動用MOS・FET106のソースが接続され、
バイポーラトランジスタ110のベースにPチャネル型の
駆動用MOS・FET106のドレインおよび貫通電流抑制用MOS
・FET107のドレインが接続された第1の半導体集積回路
と、NPN型のバイポーラトランジスタ111、Nチャネル型
の駆動用MOS・FET108、貫通電流抑制用MOS・FET109、そ
してバイアス手段(VO)からなり、バイポーラトランジ
スタ111のコレクタにNチャネル型の駆動用MOS・FET108
のドレインが接続され、バイポーラトランジスタ111の
ベースにNチャネル型の駆動用MOS・FET108のソースお
よび貫通電流抑制用MOS・FET109のドレインが接続され
た第2の半導体集積回路とを有し、第2半導体集積回路
のバイポーラトランジスタ111のコレクタに、第1の半
導体集積回路のバイポーラトランジスタ110のエミッタ
と出力端子5が接続され、この出力端子5、もしくは、
第1の半導体集積回路のバイポーラトランジスタ110の
ベースのいずれか一方に、第2の半導体集積回路の貫通
電流抑制用MOS・FET109のゲートが接続され、第1の半
導体集積回路のPチャネル型の駆動用MOS・FET106のゲ
ートと貫通電流抑制用MOS・FET107のゲート、および、
第2の半導体集積回路のNチャネル型の駆動用MOS・FET
108のゲートが入力端子4に接続され、この入力端子4
の信号のNOT論理演算結果を出力端子5に出力すること
を特徴とする。
(9) In the semiconductor integrated circuit device according to any one of the above (2) to (8), the NPN-type bipolar transistor 110, the P-channel type driving MOS-FET 106, the through current suppressing MOS-FET 107, And bias means (V O )
And the collector of the bipolar transistor 110 is P
The source of the channel type driving MOS-FET 106 is connected,
The drain of the P-channel type driving MOS-FET 106 and the MOS for suppressing the through current at the base of the bipolar transistor 110
A first semiconductor integrated circuit to which the drain of the FET 107 is connected, an NPN-type bipolar transistor 111, an N-channel type driving MOS-FET 108, a through-current suppressing MOS-FET 109, and bias means (V O ) N-channel type driving MOS-FET 108 at the collector of bipolar transistor 111
And a second semiconductor integrated circuit in which the base of the bipolar transistor 111 is connected to the source of the N-channel type driving MOS-FET 108 and the drain of the through-current suppressing MOS-FET 109. The emitter of the bipolar transistor 110 of the first semiconductor integrated circuit and the output terminal 5 are connected to the collector of the bipolar transistor 111 of the semiconductor integrated circuit, and the output terminal 5 or
One of the bases of the bipolar transistor 110 of the first semiconductor integrated circuit is connected to the gate of the through-current suppressing MOS-FET 109 of the second semiconductor integrated circuit, and the P-channel driving of the first semiconductor integrated circuit is performed. The gate of the MOS-FET 106 and the gate of the MOS-FET 107 for through current suppression, and
N-channel type driving MOS-FET of the second semiconductor integrated circuit
The gate of 108 is connected to input terminal 4 and this input terminal 4
And outputs the NOT logical operation result of the signal to the output terminal 5.

また、(10)上記(9)に記載の半導体集積回路装置
において、第1の半導体集積回路のバイアス手段による
順方向バイアス電圧(VO)を、第1の半導体集積回路の
バイポーラトランジスタ110のエミッタ電流の定常状態
での許容値と、出力端子5のローレベル値との和に等し
くすることを特徴とする。
(10) In the semiconductor integrated circuit device according to the above (9), the forward bias voltage (V O ) by the biasing means of the first semiconductor integrated circuit is changed to the emitter of the bipolar transistor 110 of the first semiconductor integrated circuit. It is characterized in that it is equal to the sum of the allowable value of the current in a steady state and the low level value of the output terminal 5.

また、(11)上記(9)に記載の半導体集積回路装置
において、バイアス手段は、第1の半導体集積回路の貫
通電流抑制用MOS・FET107(119)のソースを、第2の半
導体集積回路のバイポーラトランジスタ111(124)のベ
ースに接続してなることを特徴とする。
(11) In the semiconductor integrated circuit device described in the above (9), the bias means connects the source of the through-current suppressing MOS FET 107 (119) of the first semiconductor integrated circuit to the source of the second semiconductor integrated circuit. It is characterized in that it is connected to the base of the bipolar transistor 111 (124).

また、(12)上記(9)に記載の半導体集積回路装置
において、バイアス手段は、第1の半導体回路の貫通電
流抑制用MOS・FET107のソースとアース間に半導体素子1
37を二つ設け、第2の半導体回路の貫通電流抑制用MOS
・FET136のソースを、二つの半導体素子137の中間に接
続してなることを特徴とする。
(12) In the semiconductor integrated circuit device according to the above (9), the biasing means may include the semiconductor element 1 between the source of the through-current suppressing MOS-FET 107 of the first semiconductor circuit and the ground.
Two MOS transistors are provided for suppressing through current in the second semiconductor circuit.
-The feature is that the source of the FET 136 is connected to the middle of the two semiconductor elements 137.

また、(13)上記(9)に記載の半導体集積回路装置
において、第1の半導体集積回路のバイポーラトランジ
スタ110(116)のベースと第2の半導体集積回路の駆動
用MOS・FET108(113)のドメインとの間をインピーダン
ス素子114で接続し、第1の半導体集積回路の貫通電流
抑制用MOS・FET107およびバイアス手段(VO)を不要と
することを特徴とする。
(13) In the semiconductor integrated circuit device described in the above (9), the base of the bipolar transistor 110 (116) of the first semiconductor integrated circuit and the driving MOS FET 108 (113) of the second semiconductor integrated circuit are connected. It is characterized in that it is connected to the domain by an impedance element 114, and the through current suppressing MOS-FET 107 and bias means (V O ) of the first semiconductor integrated circuit are not required.

また、(14)上記(13)に記載の半導体集積回路装置
において、第2の半導体集積回路の駆動用MOS・FET108
(113)のソースとバイアス手段(VO)との間をインピ
ーダンス素子115で接続し、第2の半導体集積回路の貫
通電流抑制用MOS・FET109を不要とすることを特徴とす
る。
(14) In the semiconductor integrated circuit device described in the above (13), the driving MOS-FET 108 of the second semiconductor integrated circuit is provided.
It is characterized in that the source of (113) and the bias means (V O ) are connected by an impedance element 115, and the through-current suppressing MOS-FET 109 of the second semiconductor integrated circuit is not required.

また、(15)上記(13)、もしくは、(14)のいずれ
かに記載の半導体集積回路装置において、第2半導体集
積回路の駆動用MOS・FET113のドレインとバイポーラト
ランジスタ117のコレクタとの間を、このコレクタから
ドレイン方向を順方向とするダイオードで接続し、第1
の半導体集積回路のバイポーラトランジスタ116のベー
スおよび駆動用MOS・FET112のドメインと、第2の半導
体集積回路の駆動用MOS・FET113のドメインとの間を短
絡させ、第1の半導体集積回路のインピーダンス素子11
4を不要とすることを特徴とする。
(15) In the semiconductor integrated circuit device according to any one of the above (13) and (14), a path between the drain of the driving MOSFET 113 of the second semiconductor integrated circuit and the collector of the bipolar transistor 117 is established. , Connected by a diode whose forward direction is from the collector to the first direction.
A short circuit is made between the base of the bipolar transistor 116 of the semiconductor integrated circuit and the domain of the driving MOSFET 112 of the second semiconductor integrated circuit and the domain of the driving MOSFET 113 of the second semiconductor integrated circuit. 11
4 is unnecessary.

また、(16)上記(9)から(15)のいずれかに記載
の半導体集積回路装置において、第2の半導体集積回路
のNチャネル型の駆動用MOS・FET108の閾電圧Vtの絶対
値を、他のMOS・FET(106,107,109,112,113,118〜121,1
25〜128,130,133〜136,141〜148,156〜158)の閾電圧の
絶対値よりも低くすることを特徴とする。
(16) In the semiconductor integrated circuit device according to any one of (9) to (15), the absolute value of the threshold voltage Vt of the N-channel type driving MOS-FET 108 of the second semiconductor integrated circuit is defined as Other MOS FETs (106,107,109,112,113,118-121,1
25 to 128, 130, 133 to 136, 141 to 148, 156 to 158).

また、(17)上記(9)から(15)のいずれかに記載
の半導体集積回路装置において、第2の半導体集積回路
のNチャネル型の駆動用MOS・FET108を少なくとも含む
Nチャネル型のMOS・FET(107,109,113,119,120,121,12
6〜128,130,134〜136,142〜144,146〜148,156〜158)の
閾電圧Vtの絶対値を、第1の半導体集積回路のPチャネ
ル型の駆動用MOS・FET(106,112,118,125,133,141,14
5)の閾電圧の絶対値よりも低くすることを特徴とす
る。
(17) In the semiconductor integrated circuit device according to any one of (9) to (15), an N-channel MOS transistor including at least an N-channel driving MOS FET 108 of the second semiconductor integrated circuit. FET (107,109,113,119,120,121,12
The absolute value of the threshold voltage Vt of 6 to 128, 130, 134 to 136, 142 to 144, 146 to 148, 156 to 158) is set to the P-channel type driving MOS-FET (106, 112, 118, 125, 133, 141, 14) of the first semiconductor integrated circuit.
It is characterized in that it is lower than the absolute value of the threshold voltage of 5).

〔作用〕[Action]

本発明においては、第2図の回路に対して、NMOS・FE
T101あるいはNMOS・FET103のソース電位を、接地電位よ
りも高くするとともに、NMOS・FET102の閾電圧を従来の
回路の閾電圧よりも下げることにより、低電源電圧の動
作を可能にし、高速動作を可能にする。すなわち、先
ず、第2図の従来例の回路において、NMOS・FET101およ
び/または103のソース電位を接地電位よりも+V
0(V)だけ高くすることにより、PMOS・FET100、NMOS
・FET101,103のソース・ドレインに加わる電圧をV
0(V)だけ減少させて、従来の回路に比べて、V
0(V)高耐圧化させている。また、NMOS・FET103のソ
ース電位を+V0(V)とすることにより、NMOS・FET103
が導通、102が非導通のとき、NMOS・FET103のソース電
位を従来の接地電位に比べてV0(V)だけ高くしてい
る。その結果、NMOS・FET102の閾電圧VTを従来の場合に
比べてV0(V)を低く設定しても、NMOS・FET102のサブ
スレッシュホールド電流は増加せず、従来の回路に比べ
てV0(V)だけ低電源電圧の動作が可能となる。
In the present invention, the circuit shown in FIG.
By making the source potential of T101 or NMOS / FET103 higher than the ground potential and lowering the threshold voltage of NMOS / FET102 below the threshold voltage of conventional circuits, it enables low power supply voltage operation and enables high-speed operation. To That is, first, in the conventional circuit shown in FIG. 2, the source potential of the NMOS FET 101 and / or 103 is set to + V.
By increasing the voltage by 0 (V), PMOS / FET100 and NMOS
・ The voltage applied to the source and drain of FET101,103 is V
0 (V), and compared with the conventional circuit, V
0 (V) High breakdown voltage. Also, by setting the source potential of the NMOS-FET 103 to + V 0 (V), the NMOS-FET 103
Are conducting and 102 is non-conducting, the source potential of the NMOS • FET 103 is increased by V 0 (V) as compared with the conventional ground potential. As a result, even if the threshold voltage V T of the NMOS FET 102 is set lower than V 0 (V) as compared with the conventional circuit, the sub-threshold current of the NMOS FET 102 does not increase, and V Operation at a low power supply voltage by 0 (V) becomes possible.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を、図面により詳細に説明す
る。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例を示す半導体集積回路装
置の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a semiconductor integrated circuit device showing one embodiment of the present invention.

第1図に示すインバータ回路では、PMOS・FET106,NMO
S・FET107〜109,およびNPNバイポーラトランジスタ110,
111は、それぞれ第2図のPMOS・FET100,NMOS・FET101〜
103およびNPNバイポーラトランジスタ104,105と同じよ
うに動作するので、詳細説明は省略する。なお、第1図
では、NMOS・FET109のゲートを出力端子5に接続してい
るが、NPNバイポーラトランジスタ110のベースに接続し
ても勿論差支えない。
In the inverter circuit shown in FIG.
S-FET 107-109, and NPN bipolar transistor 110,
111 is the PMOS FET 100, NMOS FET 101 to
The operation is the same as that of the 103 and the NPN bipolar transistors 104 and 105, and the detailed description is omitted. Although the gate of the NMOS FET 109 is connected to the output terminal 5 in FIG. 1, it is needless to say that the gate may be connected to the base of the NPN bipolar transistor 110.

第1図において、端子4は信号入力端子、端子5は信
号出力端子、端子6は正の電源電圧(VCC)印加端子で
ある。この回路の特徴は、第2図の回路と比較すれば明
らかなように、NMOS・FET107,109のソース端子に接地電
位よりも高い+V0(V)の電圧を印加している点であ
る。
In FIG. 1, terminal 4 is a signal input terminal, terminal 5 is a signal output terminal, and terminal 6 is a terminal for applying a positive power supply voltage (V CC ). The feature of this circuit is that a voltage of + V 0 (V) higher than the ground potential is applied to the source terminals of the NMOS FETs 107 and 109, as is apparent from comparison with the circuit of FIG.

いま、信号入力端子4に入力する電圧が低レベルVIL
(V)であるとすれば、PMOS・FET106は導通、NMOS・FE
T107,108は非導通、NPNバイポーラトランジスタ110,111
はそれぞれ導通、非導通となり、その結果、出力端子5
の電圧は高レベルVOH(V)となって、NMOS・FET109は
導通となる。従って、NPNバイポーラトランジスタ110の
ベース電位は、電源電位VCC、NPNバイポーラトランジス
タ111のベース電位は+V0となり、NMOS・FET107および1
08のソース・ドレイン間には、それぞれ第2図の回路に
比べて+V0(V)だけ低い電圧、つまりVCC−V0,VOH−V
0の電圧が加わるのみである。
Now, the voltage input to the signal input terminal 4 is low level V IL
(V), the PMOS / FET 106 is conductive, and the NMOS / FE
T107,108 are non-conductive, NPN bipolar transistors 110,111
Become conductive and nonconductive, respectively, so that the output terminal 5
Becomes high level V OH (V), and the NMOS FET 109 becomes conductive. Therefore, the base potential of the NPN bipolar transistor 110 is the power supply potential V CC , the base potential of the NPN bipolar transistor 111 is + V 0 , and the NMOS FETs 107 and 1
The voltage between the source and the drain 08 is lower than the circuit of FIG. 2 by + V 0 (V), that is, V CC −V 0 , V OH −V
Only a voltage of 0 is applied.

次に、入力電圧が高レベルVIH(V)の場合には、PMO
S・FET106は非導通、NMOS・FET107,108は導通、NPNバイ
ポーラトランジスタ110,111はそれぞれ非導通,導通と
なるので、出力電圧は低レベルVOLとなり、NMOS・FET10
9は非導通となる。従って、NPNバイポーラトランジスタ
110のベース電位は+V0、NPNバイポーラトランジスタ11
1のベース電位はVOLとなり、PMOS・FET106およびNMOS・
FET109のソース・ドレイン間には、それがVCC−V0,VOL
の各電圧が加わるのみである。
Next, when the input voltage is at a high level V IH (V), the PMO
S · FET 106 is non-conductive, NMOS · FET107,108 is conductive, NPN bipolar transistors 110 and 111 nonconductive, respectively, so a conducting, the output voltage is low V OL becomes, NMOS · FET 10
9 is non-conductive. Therefore, NPN bipolar transistor
110 has a base potential of + V 0 , NPN bipolar transistor 11
1 of the base potential V OL next, PMOS · FET106 and NMOS ·
Between the source and drain of FET109, it is V CC -V 0, V OL
Are merely applied.

その結果、第1図の回路では、第2図の回路に比較し
て、+V0(V)の電圧だけ高耐圧化することができる。
+V0の許容できる上限値は、NPNバイポーラトランジス
タを流れるエミッタ電流の定常状態での許容値に依存す
る。例えば、NPNバイポーラトランジスタ111の場合、実
験では、VRE=V0=0.5Vにおいて約2nAの電流が流れる
が、この値がLSI内部の回路として許容できる定常電流
の最大値であるとすれば、V0=0.5VまでのV0を上げるこ
とができる。
As a result, the circuit of FIG. 1 can have a higher withstand voltage by + V 0 (V) than the circuit of FIG.
The allowable upper limit of + V 0 depends on the steady state allowable value of the emitter current flowing through the NPN bipolar transistor. For example, in the case of the NPN bipolar transistor 111, in the experiment, a current of about 2 nA flows at V RE = V 0 = 0.5 V. If this value is the maximum steady-state current allowable as a circuit inside the LSI, it is possible to increase the V 0 to V 0 = 0.5V.

なお、第1図の回路では、NMOS・FET107のソースにも
NMOS・FET109のソースと同じ+V0(V)の電圧を印加し
ているが、上記電圧は必ずしも同一電圧でなくてもよ
い。NPNバイポーラトランジスタ110の場合には、V0=V
OL+VBEまでV0を大きく設定することができる。
In the circuit of FIG. 1, the source of the NMOS FET 107 is also
Although the same + V 0 (V) voltage as that of the source of the NMOS FET 109 is applied, the above voltages are not necessarily the same. In the case of NPN bipolar transistor 110, V 0 = V
V 0 can be set large up to OL + V BE .

第1図あるいは第2図では、回路のVOLの値は、以下
に述べる値となる。すなわち、出力電圧が高レベルから
低レベルになる際には、NMOS・FET108によりNPNバイポ
ーラトランジスタ111にベース電荷が注入されるので、
この電荷に応じたコレクタ電流が流れて、出力電位は急
速に低レベルに向かうことになる。このベース電荷の注
入は、NMOS・FET108のソース・ドレイン間電圧がゼロに
なるまで、つまり出力電圧がVBEになるまで続行され
る。この時点では、ベースにはベース電荷が残存してい
るため、このベース電荷量に応じてコレクタ電流は流れ
続け、その結果、出力電位はVBEを越えて下がり続け
る。出力電位がVBEを越えて下がると同時に、NMOS・FET
108が通常とは逆方向に動作するので、NMOS・FET108に
よりベース電荷が引抜かれ、ベース電荷がゼロになった
時点でコレクタ電流が流れなくなり、出力電位にあるレ
ベルVOLとなる。実験では、この電圧は約0.4Vであっ
た。定常的には、上記VOLは、第1図の回路系のリーク
電流で決定されるVBEの値となる。いま、対象となるLSI
内部において、第1図の回路の低レベル電位VOLが0.4V
であるとすれば、NPNバイポーラトランジスタ110のVBE
を例えば0.4Vとして、NMOS・FET107のソース電圧V0を、
V0=VOL+VBE=0.8Vと設定することができる。また、例
えば、NPNバイポーラトランジスタを流れる定常電流を2
nAまで許容でき、これによってVOL=0.5Vになることが
許容される場合には、上記V0を、V0=VOL+VBE=0.5.+
0.5=1.0Vと設定することが可能になる。
In FIG. 1 or FIG. 2, the value of VOL of the circuit is the value described below. That is, when the output voltage changes from the high level to the low level, the base charge is injected into the NPN bipolar transistor 111 by the NMOS FET 108,
A collector current corresponding to this charge flows, and the output potential quickly goes to a low level. The injection of the base charge, to the source-drain voltage of the NMOS-FET 108 is zero, that is, the output voltage is continued until the V BE. At this time, since the base charge remains in the base, the collector current continues to flow in accordance with the amount of the base charge, and as a result, the output potential continues to decrease beyond V BE . At the same time as the output potential drops beyond V BE ,
Since 108 operates in a direction opposite to the normal direction, the base charge is extracted by the NMOS FET 108, and when the base charge becomes zero, the collector current stops flowing and the output potential becomes the level VOL at the output potential. In experiments, this voltage was about 0.4V. Normally, the VOL is the value of VBE determined by the leakage current of the circuit system shown in FIG. Target LSI now
Internally, the low level potential V OL of the circuit of FIG.
, The V BE of NPN bipolar transistor 110
Is set to, for example, 0.4 V, and the source voltage V 0 of the NMOS FET 107 is
V 0 = V OL + V BE = 0.8V can be set. Also, for example, the steady-state current flowing through the NPN bipolar transistor is 2
If up to nA can be tolerated and this allows V OL = 0.5V, then V 0 is replaced by V 0 = V OL + V BE = 0.5. +
0.5 = 1.0V can be set.

前述のように、NMOS・FET107,108のソース・ドレイン
間に加わる電圧が、それぞれVCC−V0,VIH−V0である場
合、ソース・ドレイン間に加わる電圧を同一にして、回
路を均一に高耐圧化する観点から考えると、VCC−VIH
0.4Vのときには、NMOS・FET107のソース電位をV0≧0.9
V,NMOS・FET109のソース電位をV0=0.5とすることが望
ましい。
As described above, when the voltages applied between the source and drain of the NMOS FETs 107 and 108 are V CC −V 0 and V IH −V 0 , respectively, the voltage applied between the source and drain is made the same, and the circuit is implemented. From the viewpoint of uniformly increasing the breakdown voltage, V CC −V IH =
At 0.4 V, the source potential of the NMOS FET 107 is set to V 0 ≧ 0.9
V, It is desirable to set the source potential of the NMOS FET 109 to V 0 = 0.5.

このように、第1図の回路においては、NMOS・FET10
7,109のソース電位を接地電位よりも高い電位にするこ
とにより、第2図に示す従来の回路に比べて、回路を高
耐圧化することが可能である。さらに、第1図の回路で
は、第2図の回路に比べて、高速に動作するという利点
もある。
Thus, in the circuit of FIG.
By setting the source potential of 7,109 to a potential higher than the ground potential, it is possible to increase the breakdown voltage of the circuit as compared with the conventional circuit shown in FIG. Further, the circuit of FIG. 1 has an advantage that it operates at a higher speed than the circuit of FIG.

次に、第1図の回路の高速動作について、詳述する。
第1図の回路の遅延時間は、PMOS・FET106あるいはNMOS
・FET108がそれぞれNPNバイポーラトランジスタ110,111
を駆動するまでの遅延時間と、NPNバイポーラトランジ
スタ110あるいは111が出力端子5に接続された次段の負
荷を駆動するまでの遅延時間の和で与えられる。後述す
るように、第1図の回路では、第2図の回路に比較し
て、上記遅延時間のうちの前者の遅延時間が少ないた
め、高速に動作する。
Next, the high-speed operation of the circuit of FIG. 1 will be described in detail.
The delay time of the circuit shown in FIG.
・ FET108 is NPN bipolar transistor 110,111 respectively
And the delay time until the NPN bipolar transistor 110 or 111 drives the load of the next stage connected to the output terminal 5 is given. As will be described later, the circuit of FIG. 1 operates at a higher speed than the circuit of FIG. 2 because the former one of the delay times is smaller.

すなわち、第2図の回路では、NPNバイポーラトラン
ジスタ104あるいは105のベース・エミッタ間電圧VBE
非導通状態においてゼロであり、入力電圧が切り換わっ
て、MOS・FETが上記NPNバイポーラトランジスタを駆動
する場合には、VBEをゼロから例えば1.0Vまで駆動する
必要がある。これに対して、第1図の回路では、V0=0.
5Vとすると、NPNバイポーラトランジスタ110あるいは11
1のベース・エミッタ間電圧VBEは非導通状態において0.
5Vであるため、MOS・FETはNPNバイポーラトランジスタ
を0.5Vから1.0Vまで駆動するだけでよい。従って、第1
図の回路では、第2図の従来の回路に比べて、高耐圧で
あるとともに、高速に動作するという利点がある。実験
では、第1図の回路の方が、第2図の回路に比べて約10
%だけ高速であった。
That is, in the circuit of FIG. 2, the base-emitter voltage V BE of the NPN bipolar transistor 104 or 105 is zero in the non-conductive state, the input voltage is switched, and the MOSFET drives the NPN bipolar transistor. In this case, it is necessary to drive V BE from zero to, for example, 1.0 V. In contrast, in the circuit of FIG. 1, V 0 = 0.
Assuming 5V, NPN bipolar transistor 110 or 11
The base-emitter voltage V BE of 1 is 0 when not conducting.
Since it is 5V, the MOSFET needs only to drive the NPN bipolar transistor from 0.5V to 1.0V. Therefore, the first
The circuit shown in the figure has the advantages that it has a higher breakdown voltage and operates at a higher speed than the conventional circuit shown in FIG. In experiments, the circuit of FIG. 1 was about 10 times less than the circuit of FIG.
% Was faster.

次に、第1図の回路では、NMOS・FETの閾電圧VTを、
第2図の回路のNMOS・FETに比べて低く設定することに
よって、第2図の回路より高速に動作し、かつ低電源電
圧で動作するようにしている。以下、NMOS・FETの閾電
圧VTを低く設定した例について、詳述する。
Next, in the circuit of FIG. 1, the threshold voltage V T of the NMOS FET is
By setting it lower than the NMOS FET of the circuit of FIG. 2, the circuit operates at a higher speed than the circuit of FIG. 2 and operates at a lower power supply voltage. Hereinafter, an example in which set low threshold voltage V T of NMOS · FET, is described in detail.

第3図は、NMOS・FETのサブスレッシュホールド特性
の一例を示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing an example of a sub-threshold characteristic of an NMOS FET.

第3図に示す直線AはCMOS回路におけるNMOS・FETの
サブスレッシュホールド特性を示している。第3図にお
いて、ドレイン電流1の時のゲート・ソース間電圧VGS
を閾電圧VTと定義して、先ずCMOS回路を考えると、CMOS
回路の入力低レベル電圧VIL=OVにおいてドレイン電流1
0-6が許容できるならば、この場合のNMOS・FETの閾電圧
VTを0.6Vに設定することができる。
A straight line A shown in FIG. 3 indicates a sub-threshold characteristic of the NMOS FET in the CMOS circuit. In FIG. 3, the gate-source voltage V GS when the drain current is 1 is shown.
When a is defined as the threshold voltage V T, first consider a CMOS circuit, CMOS
Drain current 1 when input low level voltage V IL = OV of the circuit
If 0 -6 is acceptable, the threshold voltage of the NMOS / FET in this case
The V T can be set to 0.6V.

直線Bは、第2図に示す従来のBiCMOS回路のNMOS・FE
Tのサブスレッシュホールド特性を示す。従来の回路に
おいて、前段が第1図と同様な回路でありVIL=0.4Vで
ある場合、このときのドレイン電流を10-6にするために
は、第3図の直線Bで示すように、閾電圧VTを0.6+0.4
=1.0Vに設定する必要がある。
The straight line B is the NMOS / FE of the conventional BiCMOS circuit shown in FIG.
9 shows a sub-threshold characteristic of T. In the conventional circuit, when the former stage is the same circuit as FIG. 1 and V IL = 0.4 V, in order to make the drain current at this time 10 −6 , as shown by a straight line B in FIG. , the threshold voltage V T 0.6 + 0.4
= 1.0V must be set.

直線Cは、第1図に示す本発明のBiCMOS回路のNMOS・
FETのサブスレッシュホールド特性を示す。本発明の回
路では、第1図に示すように、NMOS・FETのソース電位
をV0=0.5に設定しているため、VIL=0.4Vである場合に
も、NMOS・FETのゲート・ソース間電圧VGS=−0.1Vであ
る。従って、VGS=−0.1Vのときにドレイン電流を10-6
にするためには、直線Cに示すように、閾電圧VT=1.0
−0.5=0.5Vに設定することができる。
The straight line C represents the NMOS • of the BiCMOS circuit of the present invention shown in FIG.
This shows the sub-threshold characteristics of FET. In the circuit of the present invention, as shown in FIG. 1, since the source potential of the NMOS-FET is set to V 0 = 0.5, even when V IL = 0.4 V, the gate-source of the NMOS-FET is The inter-voltage V GS = −0.1V. Therefore, when V GS = −0.1 V, the drain current is 10 −6.
In order to make the threshold voltage V T = 1.0 as shown by the straight line C,
-0.5 = 0.5V can be set.

なお、第1図および第2図の回路における入力電圧V
IL=0Vの場合、第3図のBの直線の閾電圧VTを直線Aと
同じ値の0.6Vにし、Cの直線のVTを0.1Vにすること、お
よびその他の入力電圧VILの場合にも同じであることは
勿論である。
The input voltage V in the circuits shown in FIGS.
For IL = 0V, the threshold voltage V T of the straight line of FIG. 3 for B to 0.6V the same value as the straight line A, to the straight line V T of C to 0.1 V, and the other input voltage V IL Of course, the same applies to the case.

このように、本発明の回路においては、第1図のよう
に、NMOS・FET107,109のソース電位を接地電位よりも高
く設定したので、サブスレッシュホールド電流を増加せ
ずに、NMOS・FETの閾電圧VTを低く設定することが可能
となった。閾電圧を低く設定することにより、NPNバイ
ポーラトランジスタを駆動するための電流が増加して、
回路動作の高速化が可能となった。
As described above, in the circuit of the present invention, as shown in FIG. 1, the source potentials of the NMOS FETs 107 and 109 are set higher than the ground potential. it has become possible to set a low threshold voltage V T. By setting the threshold voltage low, the current for driving the NPN bipolar transistor increases,
High-speed circuit operation has become possible.

なお、実施例では、NMOS・FET107〜109の全てに対し
て、閾電圧VTの低電圧化を行っているが、その一部、特
に駆動能力を必要とするNMOS・FET108に対してのみ行っ
ても勿論差支えない。
In the embodiment, carried out with respect to all the NMOS · FET107~109, is performed a low voltage of the threshold voltage V T, only the NMOS · FET 108 that require a part, in particular drivability Of course, it does not matter.

次に、本発明の回路においては、上述のように閾電圧
の低電圧化により、動作電源電圧範囲が広がるため、従
来の回路に比べて低電圧動作が可能となる。これについ
て、以下に詳述する。
Next, in the circuit of the present invention, since the operating power supply voltage range is widened by lowering the threshold voltage as described above, lower voltage operation is possible as compared with the conventional circuit. This will be described in detail below.

第4図は、第1図に示す本発明の回路と、第2図に示
す従来の回路における遅延時間の電源電圧依存性の比較
図である。第4図のB,Cは、それぞれ第3図のサブスレ
ッシュホールド特性の直線B,Cに対応している。第4図
のtPLH,tPLHは、それぞれ出力の立上り、立下りの遅延
時間である。
FIG. 4 is a comparison diagram of the power supply voltage dependence of the delay time in the circuit of the present invention shown in FIG. 1 and the conventional circuit shown in FIG. B and C in FIG. 4 respectively correspond to the straight lines B and C of the sub-threshold characteristic in FIG. In FIG. 4, t PLH and t PLH are delay times of the rise and fall of the output, respectively.

第4図から明らかなように、出力の立上りの遅延時間
tPLHはB,Cともに同一曲線であって、その曲線の傾斜が
小さいことから、電源電圧の依存性は少ない。これに対
して出力の立下りの遅延時間tPHLは、B,Cが異なる曲線
であり、かつ両者の傾斜がある電源電圧より急激に増加
している。この急激増加の理由は、次のような理由に基
づいている。
As is apparent from FIG. 4, the delay time of the output rise
Since tPLH is the same curve for both B and C, and the slope of the curve is small, the dependency of the power supply voltage is small. On the other hand, the delay time t PHL of the fall of the output is a curve in which B and C are different from each other, and both rise sharply from a power supply voltage having a slope. The reason for this rapid increase is based on the following reasons.

すなわち、第2図に示すように、立下がり遅延時間t
PLHを決定する負荷の駆動は、PMOS・FET100とNPNバイポ
ーラトランジスタ104によって決められ、そのPMOS・FET
100のソースはVCC電位であり、入力電圧低レベルVIL−V
CCの電圧がゲート・ソース間に加わる。これに対して、
立下り遅延時間tPHLを決定する負荷の駆動は、NMOS・FE
T102,NPNバイポーラトランジスタ105により決められ、
そのNMOS・FET102のソース電位は駆動時にVBEであるた
め、入力電圧高レベルVIH−VBEの電圧しかゲート・ソー
ス間に加わらない。つまり、NMOS・FET102のソース電位
は接地電位ではなく、VBEの電位だけ浮いているため
に、ゲート・ソース間に加わる電圧がVBEだけ少ない。
従って、NMOS・FET駆動の立下り遅延時間tPHLの方が立
上り遅延時間tPLHよりもVBEだけ高い電圧までしか動作
させることができない。
That is, as shown in FIG.
The drive of the load that determines the PLH is determined by the PMOS FET 100 and the NPN bipolar transistor 104.
The source of 100 is the V CC potential and the input voltage low level V IL −V
The voltage of CC is applied between the gate and source. On the contrary,
The drive of the load that determines the fall delay time t PHL is NMOS / FE
Determined by T102, NPN bipolar transistor 105,
Since the source potential of the NMOS FET 102 is V BE during driving, only the input voltage high level V IH −V BE is applied between the gate and the source. In other words, since the source potential of the NMOS FET 102 is not the ground potential but is floating only by the potential of V BE , the voltage applied between the gate and the source is smaller by V BE .
Therefore, the fall delay time t PHL of the NMOS / FET drive can operate only up to a voltage higher by V BE than the rise delay time t PLH .

立下り遅延時間tPHLの動作可能な電源電圧の下限は、
VBE+VTの値により決定される。従って、第1図に示す
本発明の回路によりNMOS・FETの閾電圧VTを下げること
によって、第4図のように、VTを下げた分だけ(第4図
においては、0.5V)動作電源電圧を広げることが可能と
なる。
The lower limit of the power supply voltage at which the fall delay time t PHL can operate is:
It is determined by the value of V BE + V T. Therefore, by lowering the threshold voltage V T of NMOS · FET by the circuit of the present invention shown in FIG. 1, as shown in FIG. 4, by the amount of lowering the V T (in FIG. 4, 0.5V) operation The power supply voltage can be extended.

第5図は、本発明の他の実施例を示す半導体集積回路
装置の構成図であって、CMOS・FETおよびバイポーラ・
トランジスタからなるインバータ回路の接続を示す。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
1 shows the connection of an inverter circuit composed of transistors.

第5図の回路において、PMOS・FET112、NMOS・FET11
3、NPNバイポーラトランジスタ116,117は、それぞれ第
1図におけるPMOS・FET106、NMOS・FET108、NPNバイポ
ーラトランジスタ110,111と同一の動作をするので、そ
の動作説明は省略する。なお、端子36は信号入力端子、
端子37は信号出力端子、端子38は正の電源電圧(VCC
の印加端子であり、また端子39には第1図と同じく+V0
(V)の正の電圧を印加することにより、第1図と同じ
効果が期待できる。
In the circuit of FIG. 5, the PMOS FET 112 and the NMOS FET 11
3. Since the NPN bipolar transistors 116 and 117 perform the same operations as the PMOS / FET 106, NMOS / FET 108 and NPN bipolar transistors 110 and 111 in FIG. Terminal 36 is a signal input terminal,
Terminal 37 is the signal output terminal, and terminal 38 is the positive power supply voltage (V CC )
The terminal 39 has + V 0 as in FIG.
By applying the positive voltage (V), the same effect as in FIG. 1 can be expected.

素子114,115は抵抗、あるいはMOS・FET等のインピー
ダンス素子であり、従来知られている全ての組合わせを
使用できる。例えば、インピーダンス素子114を抵抗素
子、素子115をゲートが出力端子37,ドレインがNMOS・FE
T113のソース,ソースが正の電圧+V0の端子39に接続さ
れたNMOS・FETとすることにより、VOH=VCCを得ること
が可能である。また、NMOS・FET113のドレイン端子を出
力端子に接続せずに、ドレイン端子と出力端子間にダイ
オードを挿入し、かつインピーダンス素子114の場所を
短絡して、PMOS・FET112とNMOS・FET113のドレイン端子
を接続した構成にすることも可能である。
The elements 114 and 115 are resistors or impedance elements such as MOS-FETs, and all conventionally known combinations can be used. For example, the impedance element 114 is a resistance element, the element 115 has a gate as an output terminal 37, and a drain as an NMOS / FE.
It is possible to obtain V OH = V CC by using the source and the source of T113 as an NMOS FET connected to the terminal 39 of the positive voltage + V 0 . Also, without connecting the drain terminal of the NMOS FET 113 to the output terminal, insert a diode between the drain terminal and the output terminal, and short-circuit the location of the impedance element 114, so that the drain terminals of the PMOS FET 112 and the NMOS FET 113 Can be connected.

第6図は、本発明のさらに他の実施例を示す半導体集
積回路装置の構成図であって、他の接続を有するインバ
ータ回路を示している。
FIG. 6 is a block diagram of a semiconductor integrated circuit device showing still another embodiment of the present invention, and shows an inverter circuit having another connection.

第6図において、PMOS・FET118、NMOS・FET120,121、
NPNバイポーラトランジスタ123,124は、それぞれ第1図
におけるPMOS・FET106、NMOS・FET108,109、NPNバイポ
ーラトランジスタ110,111と同一の動作を行うものであ
るため、動作の説明は省略する。また、第6図におい
て、端子10は信号入力端子、端子11は信号出力端子、端
子12は正の電源電圧(VCC)印加端子であり、端子13
に、第1図と同じように、+V0(V)の正の電圧を印加
することにより、第1図の場合と同一の効果を期待でき
る。
In FIG. 6, PMOS FET 118, NMOS FETs 120 and 121,
The NPN bipolar transistors 123 and 124 perform the same operations as the PMOS FET 106, the NMOS FETs 108 and 109, and the NPN bipolar transistors 110 and 111 in FIG. In FIG. 6, terminal 10 is a signal input terminal, terminal 11 is a signal output terminal, terminal 12 is a terminal for applying a positive power supply voltage (V CC ), and terminal 13 is a terminal.
By applying a positive voltage of + V 0 (V) as in FIG. 1, the same effect as in FIG. 1 can be expected.

第6図では、第1図の回路に比べて、NMOS・FET119の
ソース端子を正の電圧に接続せずに、NPNバイポーラト
ランジスタ124のベース端子に接続している点で異なっ
ている。このようにすると、出力立下がり動作時に、NM
OS・FET119を通って流れる貫通電流をNPNバイポーラト
ランジスタ124のベースに流すので、動作速度を早くす
ることができる。NMOS・FET119が非導通時のそのソース
電位は+V0(V)であるため、第1図でNMOS・FET107,1
09に同一のソース電圧+V0を加えた場合と全く同一であ
る。
FIG. 6 differs from the circuit of FIG. 1 in that the source terminal of the NMOS FET 119 is not connected to a positive voltage but is connected to the base terminal of the NPN bipolar transistor 124. In this way, during output fall operation, NM
Since the through current flowing through the OS • FET 119 flows to the base of the NPN bipolar transistor 124, the operation speed can be increased. Since the source potential of the NMOS FET 119 is + V 0 (V) when the NMOS FET 119 is off, the NMOS FETs 107 and 1 in FIG.
This is exactly the same as the case where the same source voltage + V 0 is added to 09.

なお、従来の回路において、NMOS・FET119のソースと
NPNバイポーラトランジスタ124のベースとを接続する方
法は、既によく知られている技術である(例えば、文献
アイイーイーイー・トランザクション・オン・エレクト
ロン・デバイシーズ(IEEE TRANSACTION ELCTRON DE
VICES VOL.ED−16,NO.11,PP945−951 1969のFig.10参
照)。
In the conventional circuit, the source of the NMOS
The method of connecting the base of the NPN bipolar transistor 124 is a well-known technique (for example, a method described in the literature "IEEE Transaction On Electron Devices").
VICES VOL.ED-16, NO.11, PP945-951 1969 Fig.10).

第7図は、本発明のさらに他の実施例を示す半導体集
積回路装置の構成図であって、インバータ回路の接続を
示したものである。
FIG. 7 is a configuration diagram of a semiconductor integrated circuit device according to still another embodiment of the present invention, showing connections of inverter circuits.

第7図において、PMOS・FET125、NMOS・FET126〜12
8、NPNバイポーラトランジスタ131,132は、それぞれ第
1図におけるPMOS・FET106、NMOS・FET107〜109、NPNバ
イポーラトランジスタ110,111と同一の動作をするの
で、動作の説明を省略する。また、第7図における端子
14は信号入力端子、端子15は信号出力端子、端子16,17
は正の電源電圧(VCC)印加端子であり、端子18,19に第
1図と同じく+V0(V)の正の電圧を印加することによ
り、第1図の場合と同じ効果が期待できる。
In FIG. 7, PMOS FET 125, NMOS FET 126 to 12
8. The NPN bipolar transistors 131 and 132 perform the same operations as the PMOS FET 106, the NMOS FETs 107 to 109, and the NPN bipolar transistors 110 and 111 in FIG. Also, the terminal in FIG.
14 is a signal input terminal, terminal 15 is a signal output terminal, terminals 16, 17
Is a positive power supply voltage (V CC ) application terminal. By applying a positive voltage of + V 0 (V) to the terminals 18 and 19 as in FIG. 1, the same effect as in FIG. 1 can be expected. .

第7図では、MOS・FETとバイポーラ・トランジスタで
構成されるインバータ回路と並列に、同じ論理機能を持
つCMOS回路(インバータ回路)を接続している点が第1
図と異なっている。すなわち、第7図のPMOS・FET129と
NMOS・FET130とが上記インバータ回路を構成している。
このCMOS回路を付加することにより、VOL=OV,VOH,VCC
の範囲で電源電圧振幅の出力信号を得ることができる。
従って、この場合には、前段が第7図と同一タイプの回
路であれば、VIL=0Vであるから、第1図で説明したよ
うなVIL=0.4Vの場合に比べて、さらに閾電圧VTの低電
圧化が可能であろう。また、端子15の出力信号を入力信
号とする2段のCMOSインバータ回路を構成し、その出力
信号を端子15に接続してVOL=0V,VOH=VCCとする構成に
しても差支えない。
In FIG. 7, the first point is that a CMOS circuit (inverter circuit) having the same logic function is connected in parallel with an inverter circuit composed of a MOS FET and a bipolar transistor.
It is different from the figure. That is, the PMOS FET 129 of FIG.
The NMOS FET 130 forms the inverter circuit.
By adding this CMOS circuit, V OL = OV, V OH , V CC
An output signal having a power supply voltage amplitude can be obtained in the range of.
Therefore, in this case, if the preceding stage is a circuit of the same type as that of FIG. 7, V IL = 0 V, so that the threshold value is further increased as compared with the case of V IL = 0.4 V described in FIG. it will be possible to reduce the voltage of the voltage V T. Further, a two-stage CMOS inverter circuit using the output signal of the terminal 15 as an input signal may be configured, and the output signal may be connected to the terminal 15 so that V OL = 0 V and V OH = V CC. .

第8図は、本発明のさらに他の実施例を示す半導体集
積回路装置の構成であって、インバータ回路の接続を示
したものである。
FIG. 8 shows a configuration of a semiconductor integrated circuit device according to still another embodiment of the present invention, showing a connection of an inverter circuit.

第8図において、PMOS・FET133、NMOS・FET134〜13
6、NPNバイポーラトランジスタ139,140は、それぞれ第
1図におけるPMOS・FET106,NMOS・FET107〜109,NPNバイ
ポーラトランジスタ110,111と同じ動作をするので、そ
の動作説明は省略する。
In FIG. 8, PMOS FET 133, NMOS FETs 134 to 13
6. Since the NPN bipolar transistors 139 and 140 perform the same operations as the PMOS FET 106, NMOS FETs 107 to 109 and NPN bipolar transistors 110 and 111 in FIG. 1, the description of the operation is omitted.

第8図において、端子20は信号入力端子、端子21は信
号出力端子、端子42は正の電源電圧(VCC)の印加端子
である。この実施例では、第1図の回路のソースバイア
ス電圧+V0を、ショットキバリア・ダイオード(以下、
SBDと略す)137,138の順方向バイアス電圧VFを利用して
印加している点が異なっている。これによって、LSI内
の基本ゲート内で簡単に上記バイアス電圧+VFを得るこ
とができ、バイアス電圧用の電源配線を布線する必要が
ない。SBDのVFの値によっては、勿論SBDを複数個直列に
接続してもよい。また、SBD137,138を共通にして、NMOS
134,136のソースを1つのSBDのアノードに接続する構成
にしてもよい。
In FIG. 8, terminal 20 is a signal input terminal, terminal 21 is a signal output terminal, and terminal 42 is a terminal for applying a positive power supply voltage (V CC ). In this embodiment, the source bias voltage + V 0 of the circuit of FIG.
That it is applied by using the forward bias voltage V F of abbreviated as SBD) 137, 138 are different. This makes it possible to obtain easily the bias voltage + V F within basic gates in LSI, it is not necessary to wired power supply wiring for the bias voltage. Depending on the value of the SBD of V F, may be of course connected to SBD series a plurality. In addition, SBD137 and 138 are shared, and NMOS
The configuration may be such that the sources of 134 and 136 are connected to the anode of one SBD.

また、第1図で説明したように、例えばNMOS・FET134
のソース電位を+2VF、NMOS・FET136のソース電位を+V
Fとするために、2個のSBDをNMOS・FET134のソースと接
地間に挿入し、中間の端子にNMOS・FET136のソース端子
を接続するような構成にすることもできる。
Further, as described with reference to FIG.
Source potential of + 2V F , source potential of NMOS ・ FET136 + V
In order to obtain F , two SBDs may be inserted between the source of the NMOS FET 134 and the ground, and the source terminal of the NMOS FET 136 may be connected to an intermediate terminal.

第9図は、本発明のさらに他の実施例を示す半導体集
積回路装置の構成図であって、複数個のMOS・FETとバイ
ポーラ・トランジスタからなる回路、およびそれらに第
1図におけるソースバイアスを供給する回路を示したも
のである。
FIG. 9 is a block diagram of a semiconductor integrated circuit device showing still another embodiment of the present invention. The circuit comprises a plurality of MOS-FETs and bipolar transistors, and the source bias shown in FIG. It shows a circuit to supply.

すなわち、第9図では、複数個のインバータ回路200,
201が配列されている場合に、それらにソースバイアス
電圧を供給するオンチップ電圧発生回路202を接続した
回路構成をしている。オンチップ電圧発生回路202のSBD
154は、200,201等の回路に共有のソースバイアス供給用
ダイオードである。信号入力端子22、信号出力端子24、
正の電源電圧端子26、PMOS・FET141、NMOS・FET142〜14
4、NPNバイポーラトランジスタ149,150により構成され
るインバータ回路200、および信号入力端子23、信号出
力端子25、正の電源電圧端子27、PMOS・FET145、NMOS・
FET146〜148、NPNバイポーラトランジスタ151,152によ
り構成されるインバータ回路201の動作は、第1図に示
すインバータ回路の動作と同一であるので、その動作説
明は省略する。
That is, in FIG. 9, a plurality of inverter circuits 200,
When the arrays 201 are arranged, an on-chip voltage generating circuit 202 for supplying a source bias voltage to them is connected. SBD of on-chip voltage generation circuit 202
154 is a source bias supply diode shared by circuits such as 200 and 201. Signal input terminal 22, signal output terminal 24,
Positive power supply voltage terminal 26, PMOS FET141, NMOS FET142 to 14
4.Inverter circuit 200 composed of NPN bipolar transistors 149 and 150, and signal input terminal 23, signal output terminal 25, positive power supply voltage terminal 27, PMOS / FET 145, NMOS /
The operation of the inverter circuit 201 including the FETs 146 to 148 and the NPN bipolar transistors 151 and 152 is the same as the operation of the inverter circuit shown in FIG.

第9図の回路では、複数個の回路200,201に回路202か
ら共通にソースバイアス電圧を供給している点が、第8
図の回路と異なっている。ソースバイアス電圧回路202
は、第8図の回路と同じように、SBD154により構成さ
れ、その順方向バイアス電圧VFによりソースバイアスを
供給している。SBDによるソースバイアス電圧の供給方
法は、SBDを複数個直列に接続する等、第8図で述べた
構成がそのまま可能であることは勿論である。電流源15
3は、SBD154にバイアス電流を供給するためのものであ
り、これは除いても差支えない。このように、隣接した
基本ゲートどうしで、ソースバイアス電圧源202を共有
して配置することにより、バイアス電圧用の電源配線の
布線のエリアを増加せずに、SBDの使用個数を減少さ
せ、SBDの占有面積を低減させることが可能である。
In the circuit of FIG. 9, the point that the source bias voltage is supplied from the circuit 202 to the plurality of circuits 200 and 201 in common is the eighth circuit.
It is different from the circuit in the figure. Source bias voltage circuit 202
, Like the circuit of Figure 8, is constituted by SBD154, it supplies a source biased by the forward bias voltage V F. As a method of supplying the source bias voltage by the SBD, it is needless to say that the configuration described in FIG. 8 can be used as it is, such as connecting a plurality of SBDs in series. Current source 15
Reference numeral 3 is for supplying a bias current to the SBD 154, and this may be omitted. In this way, by arranging the source bias voltage source 202 in common between adjacent basic gates, the number of SBDs used can be reduced without increasing the wiring area of the power supply wiring for the bias voltage, It is possible to reduce the area occupied by the SBD.

第10図は、本発明のさらに他の実施例を示す半導体集
積回路装置の構成図であって、第8図の変形例を示すも
のである。
FIG. 10 is a block diagram of a semiconductor integrated circuit device showing still another embodiment of the present invention, and shows a modification of FIG.

第10図では、第8図におけるSBD137,138をそれぞれNM
OS・FET134,136のソースと接地間に挿入しているのに対
して、SBD159,160をそれぞれNMOS・FET156,158のドレイ
ンとNPNバイポーラトランジスタ161,162のベース間に挿
入している点が異なっている。第10図では、SBDのVF
よりNMOS・FET156,158のソース・ドレイン電圧がVFだけ
下がるのに対して、第8図では、ゲート・ソース間VGS
もVFだけ下がる構成になっている。従って、引抜きNMOS
・FETの駆動能力としては、第10図のNMOS・FET156,158
の方が、第8図のNMOS・FET134,136よりも大きい。しか
し、NMOS・FET156,158のゲート・ソース間電圧VGSは、
第2図の従来回路と同じくSBDの挿入により低下しない
ので、NMOS・FET156,158の閾電圧VTを低電圧化すること
ができない。勿論、NMOS・FET157、PMOS・FET155に対す
るSBDの効果は、第8図と第10図の回路ともに同一であ
り、NMOS・FET157、PMOS・FET155のソース・ドレイン間
に加わる電圧はVFだけ減少して、回路の高耐圧化が図れ
るとともに、NMOS・FET157の閾電圧VTをVFだけ下げるこ
とができる。また、第10図の回路では、NMOS・FET156,1
58のドレイン拡散層を利用してSBD159,160をコンパクト
に形成することが可能である。
In FIG. 10, SBDs 137 and 138 in FIG.
The difference is that the SBDs 159 and 160 are inserted between the drains of the NMOS FETs 156 and 158 and the bases of the NPN bipolar transistors 161 and 162, respectively, while being inserted between the source of the OS • FETs 134 and 136 and the ground. . In the FIG. 10, the source-drain voltage of the NMOS-FET156,158 that lowered by V F by V F of the SBD, in the FIG. 8, the gate-source V GS
It has become the only down configuration V F also. Therefore, pull-out NMOS
・ For the driving capability of the FET, the NMOS
Are larger than the NMOS FETs 134 and 136 in FIG. However, the gate-source voltage V GS of the NMOS FETs 156 and 158 is
Since no decrease similarly by insertion of the SBD and the conventional circuit of FIG. 2, it is impossible to lower the voltage the threshold voltage V T of NMOS · FET156,158. Of course, the effect of the SBD for NMOS · FET157, PMOS · FET155 is identical to the circuit both in Fig. 8 and Fig. 10, the voltage applied between the source and the drain of the NMOS · FET157, PMOS · FET155 is reduced by V F Te, along with attained a high withstand voltage of the circuit, it is possible to lower the threshold voltage V T of NMOS · FET157 only V F. In the circuit of FIG. 10, the NMOS FETs 156, 1
The SBDs 159 and 160 can be formed compactly using the 58 drain diffusion layers.

第11図は、本発明のさらに他の実施例を示す半導体集
積回路装置の構成図であって、CMOS回路と1個のバイポ
ーラ・トランジスタとで構成されたBiCMOS回路の接続図
である。
FIG. 11 is a block diagram of a semiconductor integrated circuit device showing still another embodiment of the present invention, and is a connection diagram of a BiCMOS circuit composed of a CMOS circuit and one bipolar transistor.

第11図の回路において、PMOS・FET163、NMOS・FET16
4、NPNバイポーラトランジスタ166は、それぞれ第1図
の回路におけるPMOS・FET106、NMOS・FET107、NPNバイ
ポーラトランジスタ110と同一の動作をするので、動作
説明は省略する。第11図において、端子50は信号入力端
子、端子51は信号出力端子、端子52は正の電源電圧(V
CC)の印加端子であり、端子53に第1図と同じく+V
0(V)の正の電圧を印加することにより、第1図と同
じ効果が期待できる。
In the circuit of FIG. 11, the PMOS FET 163 and the NMOS FET 16
4. Since the NPN bipolar transistor 166 operates in the same manner as the PMOS / FET 106, NMOS / FET 107, and NPN bipolar transistor 110 in the circuit of FIG. 1, the description of the operation is omitted. In FIG. 11, terminal 50 is a signal input terminal, terminal 51 is a signal output terminal, and terminal 52 is a positive power supply voltage (V
CC ), and +53 is applied to terminal 53 as in Fig. 1.
By applying a positive voltage of 0 (V), the same effect as in FIG. 1 can be expected.

第11図では、第1図の回路に比べて、NPNバイポーラ
トランジスタ111の代りにNMOS・FET165により負荷を駆
動している点が異なっている。第1図で説明したよう
に、第1図の回路の遅延時間は、PMOS・FET106あるいは
NMOS・FET108がそれぞれNPNバイポーラトランジスタ11
0,111を駆動するまでの遅延時間と、NPNバイポーラトラ
ンジスタ110あるいは111が出力端子に接続された次段の
負荷を駆動する遅延時間の和で与えられる。これに対し
て、第11図の回路では、NMOS・FET165により負荷を駆動
する際に、前者の遅延時間はない。従って、負荷の軽い
場合には、第11図の回路の方が、第1図の回路に比較し
て高速に動作する。また、第1図で説明したように、NM
OS・FET164のソース電位を+V0にするので、PMOS・FET1
63がNPNバイポーラトランジスタ166を駆動する遅延時間
が低減し、その結果、第11図の回路では、軽負荷を高速
に駆動することが可能となる。
11 is different from the circuit of FIG. 1 in that the load is driven by an NMOS FET 165 instead of the NPN bipolar transistor 111. As described with reference to FIG. 1, the delay time of the circuit of FIG.
NMOS and FET108 are NPN bipolar transistors 11 respectively
It is given by the sum of the delay time before driving 0,111 and the delay time for driving the next stage load connected to the output terminal by the NPN bipolar transistor 110 or 111. On the other hand, in the circuit of FIG. 11, when the load is driven by the NMOS FET 165, there is no delay time of the former. Therefore, when the load is light, the circuit of FIG. 11 operates faster than the circuit of FIG. Also, as described in FIG.
Since the source potential of OS • FET164 is + V 0 , PMOS • FET1
The delay time when the 63 drives the NPN bipolar transistor 166 is reduced. As a result, the circuit of FIG. 11 can drive a light load at a high speed.

第12図は、本発明のさらに他に実施例を示す半導体集
積回路装置の構成図であって、第11図の変形例がある。
FIG. 12 is a configuration diagram of a semiconductor integrated circuit device showing still another embodiment of the present invention, and there is a modification of FIG.

第12図では、NMOS・FET168,169、NPNバイポーラトラ
ンジスタ170は、それぞれ第1図の回路におけるNMOS・F
ET108,109、NPNバイポーラトランジスタ111と同一の動
作をするので、その動作の説明は省略する。第12図で
は、端子60は信号入力端子、端子61は信号出力端子であ
り、端子62は正の電源電圧印加端子であり、端子63に第
1図と同じく+V0(V)の正の電圧を印加することによ
り、同じ効果が期待できる。第12図では、第1図の回路
に比べて、NPNバイポーラトランジスタ110の代りにPMOS
・FET167により負荷を駆動している点が異なっている。
負荷を駆動する遅延時間については、第11図の場合と全
く同じであって、第12図の回路は第1図の回路に比べ
て、負荷の軽いときには高速に動作する。
In FIG. 12, the NMOS FETs 168 and 169 and the NPN bipolar transistor 170 correspond to the NMOS F
Since the same operations as those of the ETs 108 and 109 and the NPN bipolar transistor 111 are performed, the description of the operations is omitted. In FIG. 12, terminal 60 is a signal input terminal, terminal 61 is a signal output terminal, terminal 62 is a positive power supply voltage application terminal, and terminal 63 has a positive voltage of + V 0 (V) as in FIG. The same effect can be expected by applying. In FIG. 12, compared to the circuit of FIG. 1, a PMOS is used instead of the NPN bipolar transistor 110.
-The difference is that the load is driven by the FET167.
The delay time for driving the load is exactly the same as in the case of FIG. 11, and the circuit of FIG. 12 operates faster when the load is lighter than the circuit of FIG.

なお、実施例では、MOS・FETおよびバイポーラ・トラ
ンジスタからなる回路の一例としてインバータ回路を示
したが、同じような構成を持つ多入力NAND回路、多入力
NOR回路等にも、本発明を適用することができ、その場
合にも、インバータ回路の場合と同じような高耐圧化、
高速度化の効果がある。
In the embodiment, an inverter circuit is shown as an example of a circuit including a MOS FET and a bipolar transistor. However, a multi-input NAND circuit and a multi-input
The present invention can be applied to a NOR circuit and the like.
There is an effect of speeding up.

このように、本発明の各実施例においては、BiCMOS回
路を構成するMOS・FETのソース・ドレイン間に加わる電
圧を低減して、回路の速度性能を劣化させずに、むしろ
これを向上させ、同時に回路の高耐圧化を図ることがで
きる。また、BiCMOS回路を構成するMOS・FETの閾電圧VT
を従来よりも低く設定することができるため、速度性能
を向上することができ、かつ低電源電圧動作が可能とな
る。
As described above, in each embodiment of the present invention, the voltage applied between the source and the drain of the MOS / FET constituting the BiCMOS circuit is reduced, and the speed is improved without deteriorating the speed performance of the circuit. At the same time, the withstand voltage of the circuit can be increased. In addition, the threshold voltage V T of the MOSFET that constitutes the BiCMOS circuit
Can be set lower than before, so that speed performance can be improved and low power supply voltage operation is possible.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によれば、MOS・FETとバ
イポーラ・トランジスタとで構成されるBiCMOS回路にお
いて、MOS・FETのソース・ドレイン間に加わる電圧を低
減するので、回路の高耐圧を図ることが可能であり、ま
たMOS・FETの閾電圧を低電圧化するので、低電源電圧の
動作が可能となり、かつ高速動作が可能となる。
As described above, according to the present invention, in a BiCMOS circuit including a MOS FET and a bipolar transistor, a voltage applied between the source and the drain of the MOS FET is reduced, so that a high breakdown voltage of the circuit is achieved. In addition, since the threshold voltage of the MOS-FET is lowered, the operation at a low power supply voltage becomes possible, and the high-speed operation becomes possible.

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

第1図は本発明の一実施例を示す半導体集積回路装置の
構成図、第2図は従来のインバータ回路の構成図、第3
図は第1図の回路のNMOS・FETの閾電圧の低電圧化を示
す特性図、第4図は第1図の回路の出力信号立下り立上
り遅延時間の特性図、第5図は本発明の他の実施例を示
すインバータ回路の構成図、第6図は本発明のさらに他
の実施例を示すインバータ回路の構成図、第7図〜第12
図は本発明のさらに他の実施例を示すインバータ回路の
構成図である。 1,4,10,14,20,22,23,29,36,50,60:信号入力端子、 2,5,11,15,21,24,25,30,37,51,61:信号出力端子、 3,6,12,16,17,42,26,27,28,31,38,52,62:正の電源電圧
印加端子、 7,8,13,18,19,39,53,63:正のバイアス電圧印加端子、 100,106,112,118,125,129,133,141,145,155,163,167:P
チャネル型MOS・FET、 101〜103,107〜109,113,119〜121,126〜128,130,134〜1
36,142〜144,146〜148,156〜158,164,165,168,169:Nチ
ャネル型MOS・FET、 104,105,110,111,116,117,123,124,131,132,139,140,14
9〜152,161,162,166,170:NPNバイポーラ・トランジス
タ、 114,115:インピーダンス素子、 137,138,154,159,160:ショットキバリア・ダイオード
(SBD)、 153:電流源。
FIG. 1 is a configuration diagram of a semiconductor integrated circuit device showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional inverter circuit, and FIG.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the reduction of the threshold voltage of the NMOS / FET in the circuit of FIG. 1, FIG. 4 is a characteristic diagram of the output signal fall / rise delay time of the circuit of FIG. 1, and FIG. FIG. 6 is a block diagram of an inverter circuit showing another embodiment of the present invention, FIG. 6 is a block diagram of an inverter circuit showing still another embodiment of the present invention, and FIGS.
FIG. 13 is a configuration diagram of an inverter circuit showing still another embodiment of the present invention. 1,4,10,14,20,22,23,29,36,50,60: Signal input terminal, 2,5,11,15,21,24,25,30,37,51,61: Signal output Terminal, 3,6,12,16,17,42,26,27,28,31,38,52,62: Positive power supply voltage application terminal, 7,8,13,18,19,39,53,63 : Positive bias voltage application terminal, 100, 106, 112, 118, 125, 129, 133, 141, 145, 155, 163, 167: P
Channel MOS / FET, 101-103,107-109,113,119-121,126-128,130,134-1
36,142 to 144,146 to 148,156 to 158,164,165,168,169: N-channel type MOSFETs, 104,105,110,111,116,117,123,124,131,132,139,140,14
9 to 152,161,162,166,170: NPN bipolar transistor, 114,115: impedance element, 137,138,154,159,160: Schottky barrier diode (SBD), 153: current source.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 増原 利明 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−130216(JP,A) 特開 昭61−198817(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Toshiaki Masuhara 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-60-130216 (JP, A) JP-A-61 -198817 (JP, A)

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ゲートへの入力信号に基づきドレインとソ
ース間を開閉してバイポーラトランジスタのベース電流
の流れを制御し、該バイポーラトランジスタのオンオフ
制御を行なうPチャネル型もしくはNチャネル型の駆動
用MOS・FETと、 該駆動用MOS・FETによる上記バイポーラトランジスタの
オンからオフへの状態変化時に、該バイポーラトランジ
スタのベースの電荷を引き抜く貫通電流抑制手段と、 上記バイポーラトランジスタのオフ時、該バイポーラト
ランジスタのベースに上記貫通電流抑制手段を介して、
該バイポーラトランジスタの動作点に達しない順方向バ
イアス電圧を加え、オフした上記駆動用MOS・FETのドレ
インとソース間の電圧を低減するバイアス手段と を少なくとも有することを特徴とする半導体集積回路装
置。
1. A P-channel or N-channel drive MOS for controlling the flow of a base current of a bipolar transistor by opening and closing a drain and a source based on an input signal to a gate, and performing on / off control of the bipolar transistor. An FET; a through-current suppressing means for extracting a charge of the base of the bipolar transistor when the state of the bipolar transistor is changed from on to off by the driving MOS FET; and when the bipolar transistor is off, Through the through current suppressing means on the base,
A semiconductor integrated circuit device, comprising: at least bias means for applying a forward bias voltage that does not reach the operating point of the bipolar transistor to reduce the voltage between the drain and the source of the driving MOSFET that has been turned off.
【請求項2】特許請求の範囲第1項に記載の半導体集積
回路装置において、 上記貫通電流抑制手段は、 上記駆動用MOS・FETによる上記バイポーラトランジスタ
のオンからオフへの状態変化時にオンして、該バイポー
ラトランジスタのベースの電荷をソース側に引き抜くN
チャンネル型の貫通電流抑制用MOS・FETからなり、 上記バイアス手段からの順方向バイアス電圧を、上記貫
通電流抑制用MOS・FETのソースに加えることを特徴とす
る半導体集積回路装置。
2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein said through current suppressing means is turned on when said bipolar transistor is changed from on to off by said driving MOSFET. , To extract the electric charge at the base of the bipolar transistor to the source side.
A semiconductor integrated circuit device comprising a channel-type through-current suppressing MOS-FET, wherein a forward bias voltage from the bias means is applied to a source of the through-current suppressing MOS-FET.
【請求項3】特許請求の範囲第2項に記載の半導体集積
回路装置において、上記駆動用MOS・FETがPチャネル型
であれば、上記Nチャネル型の貫通電流抑制用MOS・FET
の閾電圧の絶対値を、上記駆動用MOS・FETの閾電圧の絶
対値よりも低くすることを特徴とする半導体集積回路装
置。
3. The semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein the N-channel type MOS-FET for suppressing a through current is provided if the driving MOSFET is a P-channel type.
Wherein the absolute value of the threshold voltage is lower than the absolute value of the threshold voltage of the driving MOSFET.
【請求項4】特許請求の範囲第2項に記載の半導体集積
回路装置において、上記駆動用MOS・FETがNチャネル型
であれば、該駆動用MOS・FETの閾電圧の絶対値を、上記
Nチャネル型の貫通電流抑制用MOS・FETの閾電圧の絶対
値よりも低くすることを特徴とする半導体集積回路装
置。
4. The semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein if the driving MOS-FET is an N-channel type, the absolute value of the threshold voltage of the driving MOS-FET is set to A semiconductor integrated circuit device wherein the threshold voltage of an N-channel type through current suppressing MOS-FET is lower than the absolute value of the threshold voltage.
【請求項5】特許請求の範囲第2項から第4項のいずれ
かに記載の半導体集積回路装置において、上記バイアス
手段は、上記貫通電流抑制用MOS・FETのソースを所定の
正電圧電源に接続して、上記バイポーラトランジスタに
上記順方向バイアス電圧を加えることを特徴とする半導
体集積回路装置。
5. The semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein said bias means switches a source of said through current suppressing MOS-FET to a predetermined positive voltage power supply. A semiconductor integrated circuit device connected to the bipolar transistor and applying the forward bias voltage to the bipolar transistor.
【請求項6】特許請求の範囲第2項から第4項のいずれ
かに記載の半導体集積回路装置において、上記バイアス
手段は、上記貫通電流抑制用MOS・FETのソースとアース
間に接続された半導体素子からなることを特徴とする半
導体集積回路装置。
6. The semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein said bias means is connected between a source of said through current suppressing MOS-FET and ground. A semiconductor integrated circuit device comprising a semiconductor element.
【請求項7】特許請求の範囲第2項から第4項のいずれ
かに記載の半導体集積回路装置において、上記バイアス
手段は、上記バイポーラトランジスタのベースと上記貫
通電流抑制用MOS・FETのドレイン間に接続された半導体
素子からなることを特徴とする半導体集積回路装置。
7. A semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein said bias means is provided between a base of said bipolar transistor and a drain of said through-current suppressing MOS-FET. A semiconductor integrated circuit device comprising a semiconductor element connected to a semiconductor device.
【請求項8】特許請求の範囲第1項から第7項のいずれ
かに記載の半導体集積回路装置において、上記バイアス
手段は、少なくともショットキバリア・ダイオードを具
備してなることを特徴とする半導体集積回路装置。
8. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein said bias means comprises at least a Schottky barrier diode. Circuit device.
【請求項9】特許請求の範囲第2項から第8項のいずれ
かに記載の半導体集積回路装置において、 NPN型の上記バイポーラトランジスタ、Pチャネル型の
上記駆動用MOS・FET、上記貫通電流抑制用MOS・FET、そ
して上記バイアス手段からなり、上記バイポーラトラン
ジスタのコレクタに上記Pチャネル型の駆動用MOS・FET
のソースが接続され、上記バイポーラトランジスタのベ
ースに上記Pチャネル型の駆動用MOS・FETのドレインお
よび上記貫通電流抑制用MOS・FETのドレインが接続され
た第1の半導体集積回路と、 NPN型の上記バイポーラトランジスタ、Nチャネル型の
上記駆動用MOS・FET、上記貫通電流抑制用MOS・FET、そ
して上記バイアス手段からなり、上記バイポーラトラン
ジスタのコレクタに上記Nチャネル型の駆動用MOS・FET
のドレインが接続され、上記バイポーラトランジスタの
ベースに上記Nチャネル型の駆動用MOS・FETのソースお
よび上記貫通電流抑制用MOS・FETのドレインが接続され
た第2の半導体集積回路とを有し、 上記第2の半導体集積回路の上記バイポーラトランジス
タのコレクタに、上記第1の半導体集積回路の上記バイ
ポーラトランジスタのエミッタと出力端子が接続され、 該出力端子、もしくは、上記第1の半導体集積回路の上
記バイポーラトランジスタのベースのいずれか一方に、
上記第2の半導体集積回路の上記貫通電流抑制用MOS・F
ETのゲートが接続され、 上記第1の半導体集積回路の上記Pチャネル型の駆動用
MOS・FETのゲートと上記貫通電流抑制用MOS・FETのゲー
ト、および、上記第2の半導体集積回路の上記Nチャネ
ル型の駆動用MOS・FETのゲートが入力端子に接続され、
該入力端子の信号のNOT論理演算結果を上記出力端子に
出力する ことを特徴とする半導体集積回路装置。
9. The semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein the NPN-type bipolar transistor, the P-channel-type driving MOS-FET, and the through-current suppression. MOS-FET and the bias means, and the P-channel drive MOS-FET is connected to the collector of the bipolar transistor.
A first semiconductor integrated circuit in which a drain of the P-channel type driving MOS-FET and a drain of the through-current suppressing MOS-FET are connected to a base of the bipolar transistor; The bipolar transistor, the N-channel type driving MOS-FET, the through-current suppressing MOS-FET, and the bias means; and the collector of the bipolar transistor includes the N-channel type driving MOS-FET.
A second semiconductor integrated circuit connected to a source of the N-channel type driving MOS-FET and a drain of the through-current suppressing MOS-FET at a base of the bipolar transistor; An emitter and an output terminal of the bipolar transistor of the first semiconductor integrated circuit are connected to a collector of the bipolar transistor of the second semiconductor integrated circuit. The output terminal or the bipolar transistor of the first semiconductor integrated circuit is connected to the collector of the bipolar transistor of the first semiconductor integrated circuit. In one of the bases of the bipolar transistor,
The through-current suppressing MOS-F of the second semiconductor integrated circuit
The gate of the ET is connected, for driving the P-channel type of the first semiconductor integrated circuit;
A gate of the MOS-FET, a gate of the through-current suppressing MOS-FET, and a gate of the N-channel type driving MOS-FET of the second semiconductor integrated circuit are connected to an input terminal;
A semiconductor integrated circuit device, which outputs a NOT logical operation result of a signal of the input terminal to the output terminal.
【請求項10】特許請求の範囲第9項に記載の半導体集
積回路装置において、上記第1の半導体集積回路の上記
バイアス手段による上記順方向バイアス電圧を、上記第
1の半導体集積回路の上記バイポーラトランジスタのエ
ミッタ電流の定常状態での許容値と、上記出力端子のロ
ーレベル値との和に等しくすることを特徴とする半導体
集積回路装置。
10. The semiconductor integrated circuit device according to claim 9, wherein said forward bias voltage by said bias means of said first semiconductor integrated circuit is applied to said bipolar voltage of said first semiconductor integrated circuit. A semiconductor integrated circuit device wherein a sum of a steady state allowable value of an emitter current of a transistor and a low level value of the output terminal is set.
【請求項11】特許請求の範囲第9項に記載の半導体集
積回路装置において、上記バイアス手段は、上記第1の
半導体集積回路の上記貫通電流抑制用MOS・FETのソース
を、上記第2の半導体集積回路の上記バイポーラトラン
ジスタのベースに接続してなることを特徴とする半導体
集積回路装置。
11. The semiconductor integrated circuit device according to claim 9, wherein said bias means connects a source of said through current suppressing MOS-FET of said first semiconductor integrated circuit to said second semiconductor integrated circuit. A semiconductor integrated circuit device connected to a base of the bipolar transistor of the semiconductor integrated circuit.
【請求項12】特許請求の範囲第9項に記載の半導体集
積回路装置において、上記バイアス手段は、上記第1の
半導体回路の上記貫通電流抑制用MOS・FETのソースとア
ース間に二つの半導体素子を直列に設け、上記第2の半
導体回路の上記貫通電流抑制用MOS・FETのソースを、上
記二つの半導体素子の中間に接続してなることを特徴と
する半導体集積回路装置。
12. The semiconductor integrated circuit device according to claim 9, wherein said bias means comprises two semiconductors between a source of said through-current suppressing MOS-FET of said first semiconductor circuit and ground. A semiconductor integrated circuit device, comprising: an element provided in series; and a source of the through-current suppressing MOS-FET of the second semiconductor circuit connected between the two semiconductor elements.
【請求項13】特許請求の範囲第9項に記載の半導体集
積回路装置において、上記第1の半導体集積回路の上記
バイポーラトランジスタのベースと上記第2の半導体集
積回路の上記駆動用MOS・FETのドメインとの間をインピ
ーダンス素子で接続し、上記第1の半導体集積回路の上
記貫通電流抑制用MOS・FETおよびバイアス手段を不要と
することを特徴とする半導体集積回路装置。
13. The semiconductor integrated circuit device according to claim 9, wherein a base of said bipolar transistor of said first semiconductor integrated circuit and a base of said driving MOSFET of said second semiconductor integrated circuit are provided. A semiconductor integrated circuit device, wherein the semiconductor integrated circuit device is connected to a domain by an impedance element, and does not require the through-current suppressing MOS-FET and bias means of the first semiconductor integrated circuit.
【請求項14】特許請求の範囲第13項に記載の半導体集
積回路装置において、上記第2の半導体集積回路の上記
駆動用MOS・FETのソースと上記バイアス手段との間をイ
ンピーダンス素子で接続し、上記第2の半導体集積回路
の上記貫通電流抑制用MOS・FETを不要とすることを特徴
とする半導体集積回路装置。
14. A semiconductor integrated circuit device according to claim 13, wherein a source of said driving MOS-FET of said second semiconductor integrated circuit and said bias means are connected by an impedance element. A semiconductor integrated circuit device which does not require the through-current suppressing MOS-FET of the second semiconductor integrated circuit.
【請求項15】特許請求の範囲第13項、もしくは、第14
項のいずれかに記載の半導体集積回路装置において、上
記第2の半導体集積回路の上記駆動用MOS・FETのドレイ
ンと上記バイポーラトランジスタのコレクタとの間を該
コレクタから上記ドレイン方向を順方向とするダイオー
ドで接続し、上記第1の半導体集積回路の上記バイポー
ラトランジスタのベースおよび上記駆動用MOS・FETのド
メインと、上記第2の半導体集積回路の上記駆動用MOS
・FETのドメインとの間を短絡させ、上記第1の半導体
集積回路を上記インピーダンス素子を不要とすることを
特徴とする半導体集積回路装置。
(15) Claim 13 or (14)
In the semiconductor integrated circuit device according to any one of the above items, a direction between the drain of the driving MOS-FET of the second semiconductor integrated circuit and the collector of the bipolar transistor is the forward direction from the collector to the drain. Connected by a diode, the base of the bipolar transistor of the first semiconductor integrated circuit and the domain of the driving MOSFET, and the driving MOSFET of the second semiconductor integrated circuit.
A semiconductor integrated circuit device, wherein the first semiconductor integrated circuit does not require the impedance element, by short-circuiting the domain of the FET;
【請求項16】特許請求の範囲第9項から第15項のいず
れかに記載の半導体集積回路装置において、上記第2の
半導体集積回路の上記Nチャネル型の駆動用MOS・FETの
閾電圧の絶対値を、他のMOS・FETの閾電圧の絶対値より
も低くすることを特徴とする半導体集積回路装置。
16. The semiconductor integrated circuit device according to claim 9, wherein a threshold voltage of said N-channel type driving MOS-FET of said second semiconductor integrated circuit is A semiconductor integrated circuit device having an absolute value lower than an absolute value of a threshold voltage of another MOS-FET.
【請求項17】特許請求の範囲第9項から第15項のいず
れかに記載の半導体集積回路装置において、上記第2の
半導体集積回路の上記Nチャネル型の駆動用MOS・FETを
少なくとも含むNチャネル型のMOS・FETの閾電圧の絶対
値を、上記第1の半導体集積回路の上記Pチャネル型の
駆動用MOS・FETの閾電圧の絶対値よりも低くすることを
特徴とする半導体集積回路装置。
17. The semiconductor integrated circuit device according to claim 9, wherein said N-channel type driving MOS-FET of said second semiconductor integrated circuit includes at least said N-channel type driving MOS-FET. A semiconductor integrated circuit, wherein the absolute value of the threshold voltage of the channel type MOS-FET is lower than the absolute value of the threshold voltage of the P-channel type driving MOS-FET of the first semiconductor integrated circuit. apparatus.
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