JP2727952B2 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device

Info

Publication number
JP2727952B2
JP2727952B2 JP6017093A JP1709394A JP2727952B2 JP 2727952 B2 JP2727952 B2 JP 2727952B2 JP 6017093 A JP6017093 A JP 6017093A JP 1709394 A JP1709394 A JP 1709394A JP 2727952 B2 JP2727952 B2 JP 2727952B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
terminal
base
power supply
circuit
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP6017093A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH06244712A (en
Inventor
文夫 村林
洋二 西尾
正一 古徳
公三郎 栗田
和男 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP6017093A priority Critical patent/JP2727952B2/en
Publication of JPH06244712A publication Critical patent/JPH06244712A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2727952B2 publication Critical patent/JP2727952B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路装置に係
り、特に高速かつ低消費電力なシステムに好適なバイポ
ーラトランジスタと電界効果トランジスタとを有する半
導体集積回路装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a semiconductor integrated circuit device having a bipolar transistor and a field-effect transistor suitable for a high-speed and low-power-consumption system.

【0002】[0002]

【従来の技術】バイポーラトランジスタとMOSトラン
ジスタを同一半導体基板上に形成し、かつこれらのトラ
ンジスタを回路内で複合する事によって、バイポーラと
MOSの特長を合わせ持つ高性能VLSIを実現する事
ができる。この複合技術はBi−CMOS(Bipolar−C
OMOS)技術と呼ばれ、メモリおよびゲートアレイ等
のVLSIに応用されている。これらのVLSIを実現
する回路の代表的な一例を図3に示す。図3はBi−C
MOSインバータ回路の一例であり、図の様に出力部は
NPNバイポーラトランジスタ120,121のトーテ
ムポールで構成され、また入力部はMOSトランジスタ
で構成され出力部のバイポーラトランジスタを入力部の
MOSトランジスタが駆動する構成となっている。この
回路の特長は、入力部がMOSトランジスタで構成され
ているので、入力インピーダンスが非常に高い事、また
MOSトランジスタによって出力部のバイポーラトラン
ジスタの相補動作するので直流電流が流れず消費電力が
非常に小さい事、出力部がバイポーラトランジスタで構
成されているので負荷駆動力が高い事などがある。従っ
て、Bi−CMOS回路は高速性と低消費電力性を合わ
せ持つVLSIに適した回路構成となっている。
2. Description of the Related Art By forming a bipolar transistor and a MOS transistor on the same semiconductor substrate and combining these transistors in a circuit, a high-performance VLSI having the characteristics of the bipolar and the MOS can be realized. This composite technology is a Bi-CMOS (Bipolar-C
This is called OMOS (OMOS) technology and is applied to VLSI such as memories and gate arrays. FIG. 3 shows a typical example of a circuit for realizing these VLSIs. FIG. 3 shows Bi-C
This is an example of a MOS inverter circuit. As shown in the figure, the output section is formed by totem poles of NPN bipolar transistors 120 and 121, and the input section is formed by a MOS transistor. The output section bipolar transistor is driven by the input section MOS transistor. Configuration. The features of this circuit are that the input section is composed of MOS transistors, so that the input impedance is very high, and that the bipolar transistors in the output section operate complementarily by the MOS transistors, so that DC current does not flow and power consumption is very low. It is small, and the load driving force is high because the output section is formed of a bipolar transistor. Therefore, the Bi-CMOS circuit has a circuit configuration suitable for a VLSI having both high speed and low power consumption.

【0003】この回路例の場合、出力部をよく知られて
いるTTL(Transistor− Transistor Logi
c)でも用いられているトーテムポール接続であり、ま
た入力部はCMOS(Complementary MOS)構成とな
っていることなどからもわかる様に、電源電圧はTTL
やCMOSと同様に5Vである。もちろん図3の一例に
とどまらず、現在応用製品化されているメモリやゲート
アレイ等のBi−CMOSVLSIは電源電圧5Vのもとで動作す
る。
[0003] In the case of this circuit example, the output unit is a well-known TTL (Transistor-Transistor Logi).
The power supply voltage is TTL, as can be seen from the totem pole connection used in c) and that the input section has a CMOS (Complementary MOS) configuration.
It is 5 V like CMOS and CMOS. Of course, the Bi-CMOS VLSI, which is not limited to the example shown in FIG. 3 but is currently applied, such as a memory or a gate array, operates at a power supply voltage of 5V.

【0004】これらのBi−CMOS技術に関する文献
は数多くあるが、例えば特開昭59−11034 号公報,特開
昭59−176624号公報,特開昭60−27227 号公報、「0.
5 MICRON BICMOS TECHNOLOGY」(1987 IEDM,pp83
8〜840)に記載されている。
There are many documents relating to these Bi-CMOS technologies. For example, JP-A-59-11034, JP-A-59-176624, JP-A-60-27227, and
5 MICRON BICMOS TECHNOLOGY ”(1987 IEDM, pp83
8 to 840).

【0005】バイポーラとCMOSを組合せて、高速化
と低消費電力化を図った他の回路として図63,図64
に示すような回路が知られている(特開昭61−84112 号
公報)。それぞれインバータ回路である。基本的動作を
説明する。同一部品は同一符号を付けている。入力30
8が“0”レベルの時、PMOSトランジスタ(PMOS)
300がオンし、NPNトランジスタ(以下、NPNと
略記する)303にベース電流が供給される。そこでNPN
303がオンする。又、NMOSトランジスタ(NMOS)30
1がオフし、NPN304へのベース電流は供給されず、NPN3
04はオフする。したがって、出力309は“1”レベル
になる。一方、入力308が“1”レベルになると、PM
OS300 はオフになり、NPN303へのベース電流は供給され
ずに、NPN303はオフになる。又、NMOS301
がオンになり、出力レベル(この時は“1”)がゲー
トに入力されているNMOS302 が未だオン状態であるの
で、NPN304にベース電流が供給され、NPN304はオンにな
る。したがって、出力309が“0”レベルになる。出
力309が“0”レベルになると、NMOS302 がオフとな
るので、NPN304へのベース電流が遮断され、低消費電力
特性をねらうことができる。しかし、図63の回路は、
出力309が立下る時、即ち、入力308が立上り、NP
N303がオフになる時に、NPN303のベース電位を引き下げ
る素子がない。このため、NPN303が速やかにオフになら
ずに、NPN303と304のオン状態のタイミングが生じ、
CC電源180からGND電源181へ貫通電流が流
れ、低消費電力化と、高速化の妨げとなっていた。この
点を改良したのが図64である。NMOS305 を設けること
によって、入力308が立上る時に、オン状態になるNM
OS305 を介して、NPN303のベース電流を急速に下げて、
NPN303を急速にオフするようにしている。NPN304のベー
スとエミッタ間に挿入されているインピーダンス素子Z
306や抵抗307は、NPN304がオフする時に、ベース
電流をGND電位に落とすものである。
FIGS. 63 and 64 show another circuit which combines bipolar and CMOS to achieve high speed and low power consumption.
The following circuit is known (JP-A-61-84112). Each is an inverter circuit. The basic operation will be described. The same parts are denoted by the same reference numerals. Input 30
When 8 is at "0" level, a PMOS transistor (PMOS)
300 is turned on, and a base current is supplied to an NPN transistor (hereinafter abbreviated as NPN) 303. So NPN
303 turns on. Also, an NMOS transistor (NMOS) 30
1 turns off, the base current to NPN 304 is not supplied, and NPN 3
04 turns off. Therefore, the output 309 becomes "1" level. On the other hand, when the input 308 becomes “1” level, PM
OS 300 is turned off, no base current is supplied to NPN 303, and NPN 303 is turned off. Also, NMOS 301
Is turned on, and since the NMOS 302 whose output level (in this case, “1”) is input to the gate is still in the on state, the base current is supplied to the NPN 304 and the NPN 304 is turned on. Therefore, the output 309 becomes "0" level. When the output 309 becomes "0" level, the NMOS 302 is turned off, so that the base current to the NPN 304 is cut off, and low power consumption characteristics can be aimed at. However, the circuit of FIG.
When output 309 falls, ie, input 308 rises, NP
When N303 turns off, there is no element to lower the base potential of NPN303. For this reason, the timing of the ON state of the NPN 303 and 304 occurs without the NPN 303 being turned off promptly,
A through current flows from the V CC power supply 180 to the GND power supply 181, which hinders low power consumption and high speed. FIG. 64 improves this point. By providing the NMOS 305, the NM which is turned on when the input 308 rises
Through OS305, the base current of NPN303 is rapidly reduced,
NPN303 is turned off quickly. Impedance element Z inserted between base and emitter of NPN304
The reference numeral 306 and the resistor 307 reduce the base current to the GND potential when the NPN 304 is turned off.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来のBi−CMOS
システム・回路技術の改良すべき点は二点あり、一点目
は電源電圧5Vにおける回路特性(消費電力)と耐圧に
関するものであり、もう一点は回路構成に関するもので
ある。以下、これら二つの技術的課題について説明す
る。
SUMMARY OF THE INVENTION Conventional Bi-CMOS
There are two points to be improved in the system / circuit technology, the first relates to the circuit characteristics (power consumption) and the withstand voltage at a power supply voltage of 5 V, and the other relates to the circuit configuration. Hereinafter, these two technical problems will be described.

【0007】従来は、図3に示すBi−CMOS回路を
電源電圧5Vのもとで使用してきた。しかしながら、微
細化技術の進歩に伴い次の問題が生じてきた。すなわち
第一点は消費電力の問題であり、第二点は素子の耐圧の
問題である。微細化が進むと当然1チップ上に形成する
トランジスタの数は増加する。1回路当りの消費電力が
一定とすると、集積度に比例して消費電力が増加してい
く。例えば、現在、集積度が2万ゲート/チップであり
そのチップ当りの消費電力が5Wであったとすると、微
細化が進み集積度が4万ゲート/チップとなれば、チッ
プ当りの消費電力は10Wとなる。この様な単純計算で
も明らかな様に、1回路当りの消費電力が一定の場合に
は、微細化に伴う集積度の増加に比例して、チップ当り
の消費電力が増大していく。消費電力が大きくなると、
チップ内の温度が上昇し、トランジスタの特性や信頼性
が劣化するので、これを冷却する必要が生じてくる。数
ワット以下の場合には空冷用のファンが必要となり、ま
たそれ以上の消費電力となれば、水冷の設備が必要とな
る。これらチップ冷却に必要な設備は、最終的には、高
コスト化,製品の大型化となって表われ、VLSI技術
がめざす、製品の低コスト化,小型化といった方向に逆
行する結果となる。微細化が進み、集積度が高くなるに
つれ、この消費電力の増加の問題が表面化しつつある。
そこで、Bi−CMOS回路の低消費電力化が必要とな
ってきている。一方、微細化に伴うもう一つの課題は、
素子の耐圧の問題である。現在の微細化は電源電圧一定
のもとで行われるので、素子にかかる電界強度は増加す
る一方であり、それに伴う素子特性の劣化あるいは絶縁
破壊が問題となってきている。これら微細化にともなう
消費電力と耐圧の問題を解決するBi−CMOSシステ
ムの実現が必要である。第二点目の課題は回路構成に関
するものである。図3に示す従来型の回路では、高速ス
イッチング特性を損なわず回路定数の最適化によって低
消費電力化する事は困難である事を以下説明する。
Conventionally, the Bi-CMOS circuit shown in FIG. 3 has been used under a power supply voltage of 5V. However, the following problems have arisen with advances in miniaturization technology. That is, the first is a problem of power consumption, and the second is a problem of withstand voltage of the element. As miniaturization advances, the number of transistors formed on one chip naturally increases. Assuming that the power consumption per circuit is constant, the power consumption increases in proportion to the degree of integration. For example, assuming now that the integration degree is 20,000 gates / chip and the power consumption per chip is 5 W, if the miniaturization advances and the integration degree becomes 40,000 gates / chip, the power consumption per chip becomes 10 W Becomes As is clear from such a simple calculation, when the power consumption per circuit is constant, the power consumption per chip increases in proportion to the increase in the degree of integration accompanying miniaturization. When power consumption increases,
Since the temperature in the chip rises and the characteristics and reliability of the transistor deteriorate, it becomes necessary to cool the transistor. In the case of several watts or less, a fan for air cooling is required, and when the power consumption exceeds that, a water cooling facility is required. The equipment required for cooling these chips is ultimately manifested as an increase in cost and an increase in the size of the product, resulting in a reversal in the direction of the VLSI technology, such as a reduction in the cost and size of the product. As miniaturization progresses and the degree of integration increases, the problem of the increase in power consumption is coming to the surface.
Therefore, it is becoming necessary to reduce the power consumption of the Bi-CMOS circuit. On the other hand, another problem with miniaturization is
This is a problem of the withstand voltage of the element. Since the current miniaturization is performed under a constant power supply voltage, the electric field intensity applied to the element is increasing, and accordingly, the deterioration of the element characteristics or the dielectric breakdown is becoming a problem. It is necessary to realize a Bi-CMOS system that solves the problems of power consumption and withstand voltage due to miniaturization. The second problem relates to the circuit configuration. It will be described below that it is difficult to reduce the power consumption by optimizing the circuit constant without deteriorating the high-speed switching characteristics in the conventional circuit shown in FIG.

【0008】まず図3,図4によって回路動作を説明す
る。図3の入力端子162に図4に示す入力電圧162
が印加したとすると、最初入力端子162がHigh(ハ
イ)の時、PMOS100 はオフしており、NMOS110,115はオ
ン、NMOS114 はオフしている。ここで入力がハイからLo
w(ロウ)に変化するとPMOS100がオンしNMOS115がオフす
るのでPMOS100 からバイポーラ120にベース電流が供
給され120がオンする。一方、NMOS110 はオフするの
でバイポーラ121はオフしており、したがって出力1
65はハイとなる。この時、NMOS114 はオンとなり、バ
イポーラ121のベース・エミッタを短絡し、121を
確実にオフする。次に入力がロウからハイに変化すると
PMOS100 がオフし、NMOS115 がオンしてバイポーラ12
0のベース電位を下げるので、バイポーラ120はオフ
する。一方、NMOS110 がオンし、バイポーラ121にベ
ース電流を供給するので121はオンとなり、出力16
5はロウとなる。この時NMOS114 はオンからオフへと変
化する。NMOS110 がオンとなったすぐにはNMOS114 もオ
ンとなっているが、NMOS114 のオン抵抗は110のオン
抵抗に比較して大きく設計するので、NMOS110 からの電
流はNMOS114 ばかりでなくバイポーラ121のベースに
も供給され、121はオンする。この回路はバイポーラ
120と121が相補動作をするので低消費電力型の回
路ではあるが、120と121がスイッチングする過渡
状態において、電源160から接地161に向けて貫通電
流が流れるので消費電力が増大する。そこで消費電力を
低減するためには、バイポーラ120と121のスイッ
チングを高速に行い貫通電流を最小にする必要がある。
例えば入力162がロウからハイに変化するとき、バイ
ポーラ120はオンからオフへと切り変わる。この動作
を高速化する為には、NMOS115のチヤネル幅Wを大き
くとり、NMOSのオン抵抗を小さくする事によって、
バイポーラ120のベース電位を高速に下げる必要があ
る。一方、入力がハイからロウに変化するとき、この回
路が高速に動作する為には、120を高速にオンするた
めにPMOS100 からバイポーラ120に高速にベース電流
を供給する必要がある。その為には、PMOS100 からの電
流がNMOS115 へ漏れず、全く120のベースへと供給さ
れる必要がある。ところが、入力162がハイからロウ
へと変化する過渡状態においては、PMOS100 とNMOS115
が同時にオンする状態があるので、PMOS100 の電流の一
部はNMOS115 へと漏れてしまう。そこで、この電流の漏
れを小さくする為に、NMOS115 のオン抵抗を大きくす
る、すなわちNMOS115 のチャネル幅Wを小さく設計する
必要がある。この様に、図3に示す従来回路は、低消費
電力化の為にはNMOS115 のチャネル幅を大きく設計しバ
イポーラ120を高速にオフして貫通電流を小さくする
必要がある一方、高速化の為にはベースの漏れ電流を小
さくする為NMOS115 のチャネル幅を小さく設計する必要
がある。すなわち低消費電力化と高速化を同時に実現し
ようとすると矛盾が生じる。この限界を克服し、回路の
低消費電力化と高速化を同時に実現する回路構成とする
ことが必要である。
First, the circuit operation will be described with reference to FIGS. The input voltage 162 shown in FIG.
Is applied, when the input terminal 162 is initially High, the PMOS 100 is off, the NMOSs 110 and 115 are on, and the NMOS 114 is off. Here the input goes from high to Lo
When it changes to w (low), the PMOS 100 is turned on and the NMOS 115 is turned off, so that a base current is supplied from the PMOS 100 to the bipolar 120 and the 120 is turned on. On the other hand, since the NMOS 110 is turned off, the bipolar 121 is turned off.
65 goes high. At this time, the NMOS 114 is turned on, the base and the emitter of the bipolar 121 are short-circuited, and the bipolar 121 is reliably turned off. Next, when the input changes from low to high
PMOS 100 turns off, NMOS 115 turns on, and bipolar 12
Since the base potential of 0 is lowered, the bipolar 120 is turned off. On the other hand, the NMOS 110 is turned on to supply a base current to the bipolar 121, so that the bipolar transistor 121 is turned on and the output 16
5 becomes low. At this time, the NMOS 114 changes from on to off. Immediately after the NMOS 110 is turned on, the NMOS 114 is also turned on. However, since the on-resistance of the NMOS 114 is designed to be larger than the on-resistance of the 110, the current from the NMOS 110 is applied not only to the NMOS 114 but also to the base of the bipolar 121. Is also supplied, and 121 is turned on. This circuit is a low power consumption type circuit because the bipolars 120 and 121 perform complementary operations. However, in a transient state where the switching between the 120s and 121s is performed, a through current flows from the power supply 160 to the ground 161 so that power consumption increases. I do. Therefore, in order to reduce power consumption, it is necessary to switch the bipolars 120 and 121 at high speed to minimize the through current.
For example, when input 162 changes from low to high, bipolar 120 switches from on to off. In order to increase the speed of this operation, the channel width W of the NMOS 115 is increased and the ON resistance of the NMOS 115 is reduced.
It is necessary to reduce the base potential of the bipolar 120 at high speed. On the other hand, when the input changes from high to low, in order for this circuit to operate at high speed, it is necessary to supply a base current from the PMOS 100 to the bipolar 120 at high speed in order to turn on 120 at high speed. For this purpose, it is necessary that the current from the PMOS 100 does not leak to the NMOS 115 and is supplied to the base of the transistor 120 at all. However, in a transition state where the input 162 changes from high to low, the PMOS 100 and the NMOS 115
Are turned on at the same time, a part of the current of the PMOS 100 leaks to the NMOS 115. Therefore, in order to reduce the leakage of the current, it is necessary to increase the on-resistance of the NMOS 115, that is, to design the channel width W of the NMOS 115 to be small. As described above, in the conventional circuit shown in FIG. 3, it is necessary to design the channel width of the NMOS 115 to be large and to turn off the bipolar 120 at a high speed to reduce the through current in order to reduce the power consumption. Therefore, it is necessary to design the channel width of the NMOS 115 small in order to reduce the base leakage current. In other words, contradiction arises when trying to simultaneously achieve low power consumption and high speed. It is necessary to overcome this limitation and provide a circuit configuration that simultaneously achieves low power consumption and high speed of the circuit.

【0009】上記従来技術によると、回路の貫通電流に
よる消費電力の増加が回路全体の消費電力に対して大き
な割合を占める。つまり、貫通電流による消費電力のオ
ーバーヘッドが無視できなくなる。従って、貫通電流を
抑えることが必要がである。上記従来技術は、NPNバ
イポーラトランジスタ304を駆動するNMOSトラン
ジスタ(NMOS)301 と302の接続関係については、特に
配慮されておらず以下の問題があった。この問題点につ
いて、図65と図66を用いて説明する。図65に示す
ように、NMOS301 と302の接続点AにはNMOSのド
レインあるいはソースの接合容量310がある。又、NP
N304のベース回りには、ベース容量やNMOS302 の接合容
量等の寄生容量311がある。図66は、動作タイミン
グとNMOS301 と302のオン・オフ状態を示す。Iから
Vまで5つの領域に分けられる。領域Iは、入力308
が“0”レベルで、出力309が“1”レベルに整定し
ている状態である。この時、NMOS301 はオフ、NMOS302
はオンであるので、A点の電位、NPN304のベース電位共
にGND電位である。領域IIは、入力308が立上が
り、出力309が立下がりを始めようとする状態である。
この時、NMOS301,302はオンとなり、A点の電位はN
MOS301 と302のオン抵抗等で決まる時定数で上昇す
る。又、NPN304のベース電位が上昇し、NPN304がオンと
なる。領域III は、入力308が“1”レベルで、出力
309が“0”レベルになっている状態である。この
時、NMOS301 はオンで、NMOS302 はオフである。A点の
電位は、NMOS301 のスレッショルド電圧をVthとすると
CC−Vthとなる。NPN304のベース電位は抵抗307と
寄生容量311の時定数をGND電位に減衰する。領域
IVは、入力308が立下り、出力309が立上りを始め
るようにする状態である。この時、NMOS301 ,302は
共にオフ状態となり、A点の電位の領域III の状態を維
持し、NPN304のベース電位は領域III と同じ時定数で減
少し続ける。領域Vは、入力308が“0”レベルで、
出力309が“1”レベルになる状態がある。この時、
NMOS301 はオフで、NMOS302 がオンとなる。A点の電位
はGND電位に向かって減衰するが、NPN304のベース電
位は一旦、上昇してから、GND電位に向かって減衰す
る。これは寄与容量310に充電されていた電荷が、NM
OS310がオンになることによって、寄生容量311へ
電荷が分配されることによって起こる。このため、NPN3
03がオンになり、NPN304がオフになるタイミングの時
に、NPN304がオフにならず、VCC電源180からGND
電源181に向かって貫通電流が発生する。この貫通電
流により、消費電力が増加すると共に、NPN303に
よる負荷の充電電流が、NPN304の方へも逃げるの
で、高速化の妨げにもなっていた。
According to the above prior art, the increase in power consumption due to the through current of the circuit accounts for a large proportion of the power consumption of the entire circuit. That is, the power consumption overhead due to the through current cannot be ignored. Therefore, it is necessary to suppress the through current. In the above prior art, the connection between the NMOS transistors (NMOS) 301 and 302 for driving the NPN bipolar transistor 304 is not particularly considered, and the following problem arises. This problem will be described with reference to FIGS. 65 and 66. As shown in FIG. 65, the junction A of the NMOS 301 and 302 has a junction capacitance 310 of the drain or source of the NMOS. Also, NP
Around the base of N304, there is a parasitic capacitance 311 such as a base capacitance or a junction capacitance of the NMOS 302. FIG. 66 shows the operation timing and the on / off states of the NMOS 301 and 302. It is divided into five regions from I to V. Region I is input 308
Is at the “0” level, and the output 309 is set at the “1” level. At this time, the NMOS 301 is off and the NMOS 302
Is on, the potential at point A and the base potential of NPN 304 are both GND potentials. The area II is a state where the input 308 rises and the output 309 starts to fall.
At this time, the NMOS 301 and 302 are turned on, and the potential at the point A becomes N
It rises with a time constant determined by the on-resistance of the MOS 301 and 302. Also, the base potential of NPN 304 increases, and NPN 304 is turned on. Region III is a state where the input 308 is at the “1” level and the output 309 is at the “0” level. At this time, the NMOS 301 is on and the NMOS 302 is off. The potential at the point A becomes V CC -V th , where the threshold voltage of the NMOS 301 is V th . The base potential of the NPN 304 attenuates the time constant of the resistor 307 and the parasitic capacitance 311 to the GND potential. region
IV is the state where input 308 falls and output 309 begins to rise. At this time, both the NMOS 301 and the NMOS 302 are turned off, the state of the potential at the point A in the region III is maintained, and the base potential of the NPN 304 continues to decrease with the same time constant as the region III. In the area V, the input 308 is at the “0” level,
There is a state where the output 309 is at the “1” level. At this time,
NMOS 301 is off, and NMOS 302 is on. The potential at the point A attenuates toward the GND potential, but the base potential of the NPN 304 once increases and then attenuates toward the GND potential. This is because the charge that has been charged in the
When the OS 310 is turned on, the charge is distributed to the parasitic capacitance 311. For this reason, NPN3
03 is turned on, at the time of the timing that NPN304 is turned off, NPN304 does not turn off, GND from the V CC power supply 180
Through current is generated toward the power supply 181. Due to this through current, power consumption increases, and the charging current of the load by the NPN 303 escapes to the NPN 304, which hinders the high speed operation.

【0010】図3に示す従来技術の問題点はドライバMO
S100,110がオンしてバイポーラトランジスタ12
0,121のベース電流を供給しようとするが、ベース
周りの寄与容量があるためこれの充電が完了するまでは
ベース電位がバイポーラトランジスタのベースエミッタ
電圧VBEまで達しないのでオンするのが遅れることにあ
る。
The problem of the prior art shown in FIG.
S100 and 110 are turned on and the bipolar transistor 12
Attempts to supply a base current of 0,121, but the base potential does not reach the base-emitter voltage V BE of the bipolar transistor until the charging is completed because there is a contributing capacitance around the base. It is in.

【0011】本発明の目的は、高速で低消費電力のバイ
ポーラトランジスタと電界効果トランジスタとを有する
半導体集積回路を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit having a bipolar transistor and a field-effect transistor which are high speed and consume low power.

【0012】本発明の他の目的は、消費電力と耐圧との
最適な関係を満たす半導体集積回路装置の提供にある。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device which satisfies an optimum relationship between power consumption and breakdown voltage.

【0013】本発明の他の目的は、低消費電力化と高速
化とを十分に満たす半導体集積回路装置の提供にある。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device which sufficiently satisfies low power consumption and high speed.

【0014】本発明の他の目的は、貫通電流を十分に抑
制する半導体集積回路装置の提供にある。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device which sufficiently suppresses a through current.

【0015】本発明の他の目的はバイポーラトランジス
タのベース電位がベース・エミッタ電圧VBEに達するま
での時間を短縮することである。
Another object of the present invention is to reduce the time required for the base potential of the bipolar transistor to reach the base-emitter voltage V BE .

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記、目的である低消費
電力化と耐圧の問題の回避は電源電圧を従来の5.0V
より下げ、例えば電源電圧4Vとする事によって達成さ
れる。これはもちろん電源電圧4Vに限定するものでは
なく、システムの要求する性能領域を狙って適切な電源
電圧を選択する。したがって、5.0V より低く、かつ
要求性能を満足する電源電圧を用いるという手段によっ
て、上記第一の目的は達成される。この事を図5を用い
て以下説明する。図5は、図3に代表されるBi−CM
OSゲート回路の特性を示したグラフである。横軸はゲ
ート当りの消費電力、縦軸はゲート遅延時間であり、動
作周波数と負荷容量は一定とし、電源電圧を変化した時
の特性を示している。電源電圧を3Vから3.5V ,4
Vと増加していくと消費電力はわずかに増加し、ゲート
遅延時間は著しく小さくなる。電源電圧を4Vから更に
4.5V ,5Vと増加すると消費電力が大きく増加し、
ゲート遅延時間はわずかに小さくなる。この様にBi−
CMOSゲート回路の遅延時間は3Vから4V程度の領
域で電源電圧に強く依存し、それ以上に電源電圧を上げ
た場合には消費電力のみが増加し、遅延時間はあまり小
さくならず、漸近的に一定値に近づく傾向を示す。した
がって、例えば電源電圧を5Vから4V程度に低下して
も、遅延時間の増加は小さくとどめ消費電力のみを大き
く減少する事が可能である。例えば、図5に示した斜線
領域は、あるシステムが必要とする性能領域である。
In order to reduce the power consumption and avoid the problem of the withstand voltage, the power supply voltage is reduced to 5.0 V of the conventional power supply.
This is achieved by lowering the power supply voltage, for example, to 4 V. This is, of course, not limited to the power supply voltage of 4 V, but an appropriate power supply voltage is selected in view of the performance region required by the system. Therefore, the first object is achieved by using a power supply voltage lower than 5.0 V and satisfying the required performance. This will be described below with reference to FIG. FIG. 5 shows a Bi-CM represented by FIG.
4 is a graph showing characteristics of an OS gate circuit. The horizontal axis indicates power consumption per gate, and the vertical axis indicates gate delay time. The operating frequency and the load capacity are constant, and the characteristics when the power supply voltage is changed are shown. Power supply voltage from 3V to 3.5V, 4
As the voltage increases to V, the power consumption slightly increases, and the gate delay time decreases significantly. When the power supply voltage is further increased from 4 V to 4.5 V and 5 V, the power consumption greatly increases,
The gate delay time will be slightly smaller. Like this, Bi-
The delay time of the CMOS gate circuit strongly depends on the power supply voltage in the region of about 3 V to 4 V. When the power supply voltage is increased beyond that, only the power consumption increases, and the delay time does not decrease so much, but asymptotically. It shows a tendency to approach a certain value. Therefore, for example, even if the power supply voltage is reduced from about 5 V to about 4 V, it is possible to keep the increase in the delay time small and greatly reduce only the power consumption. For example, the shaded area shown in FIG. 5 is a performance area required by a certain system.

【0017】Bi−CMOS回路を従来通り電源電圧5
Vで使用した場合には、遅延時間性能は満足するが、消
費電力が大きく必要な条件を満たさない。必要な性能領
域内にあるのは電源電圧が4V前後の領域である。この
様な場合には、Bi−CMOS回路を例えば電源電圧4
Vで使用する事によって必要な性能を満足する事ができ
る。Bi−CMOS回路を5Vより低い電源電圧で使用
するという考えは、微細化が進み集積度が著しく高くな
って始めてその必要性が明らかになり、また図5に示す
Bi−CMOS回路の特性を分析する事によってその可
能性が明らかになる。また、5Vより低い電源電圧でB
i−CMOS回路を使用する場合には、回路を構成する
各トランジスタにかかる電圧が低下し、したがって微細
化によって懸念される素子の耐圧上の問題をも回避する
事が可能となる。
The Bi-CMOS circuit is connected to a power supply voltage of 5
When used at V, the delay time performance is satisfied, but the power consumption is large and the required conditions are not satisfied. The required performance range is a range where the power supply voltage is around 4V. In such a case, the Bi-CMOS circuit is connected to, for example, the power supply voltage 4.
The required performance can be satisfied by using V. The idea of using a Bi-CMOS circuit at a power supply voltage lower than 5 V becomes apparent only when the degree of miniaturization and the degree of integration are significantly increased, and the characteristics of the Bi-CMOS circuit shown in FIG. 5 are analyzed. Doing so will reveal that possibility. In addition, at a power supply voltage lower than 5 V, B
In the case of using an i-CMOS circuit, the voltage applied to each transistor constituting the circuit is reduced, so that it is possible to avoid a problem with respect to the withstand voltage of the element, which is a concern due to miniaturization.

【0018】次に第二の目的である高速性を維持しつつ
低消費電力化が可能なBi−CMOS回路構成の実現につい
て図1,図2を用いて説明する。Bi−CMOS回路は
電源電圧を下げる事によって高速性を損なわずに低消費
電力化が可能である事は図5をもって示したが、その特
性は図5に示す曲線によって制限される。更なる高速化
と低消費電力化を同時に実現する事は従来型のBi−C
MOS回路では不可能である事は前述した通りである。
本発明は高速化と低消費電力化が同時に実現可能な回路
構成を提供する。図1のその原理を示す回路であり、図
2にその動作を示す。図1において、192はバイポー
ラトランジスタ(バイポーラ)であり、コクレタとエミ
ッタが電源160と出力165の間に接続され、またM
OS型電界効果トランジスタとなるFET194は電源167
とバイポーラ192のベースとに接続されゲートは入力
162に接続される。また、バイポーラ192のベース
と端子168の間には第1の電位差減少素子となる電流
バイパス素子190とFET195とが直列に接続され、FET1
95のゲートは入力162に接続される。バイポーラ19
3のコレクタとエミッタは出力165と電源161の間
に接続され、またFET196は端子169と193のベース
とに接続されゲートは入力162に接続される。またバ
イポーラ193のベースと電源168との間には第2の
電位差減少素子となる電流バイパス素子191が接続さ
れる。かかる回路構成における動作の一例を図2に示
す。FET194〜196は入力電圧の変化にしたがってオン
・オフし、電流バイパス素子190,191は出力電圧
の変化からある遅延をもってオン・オフする。バイポー
ラトランジスタ192,193はこれらFET194〜196と
電流バイパス素子190,191のオン・オフにしたが
ってスイッチングする。例えば入力電圧がハイの時、FE
T194はオフし、FET195,196はオンしている。電流バ
イパス素子190は出力ロウをオフし、191はオンす
るものとする。入力電圧がハイからロウに変化するとFE
T194はオンし、FET195,196はオフする。電流バイパ
ス素子190と191は出力電圧の変化からある遅延を
もってスイッチングするので、初期状態を保ち190は
オフ,191はオンである。FET194がオンであり、
電流バイパス素子190がオフなので、電源167より
バイポーラトランジスタ192にベース電流が供給され
192はオンする。一方、FET196はオフ,電流バイパス
素子191はオンなのでバイポーラトランジスタ193
はオフしている。したがって出力はロウからハイへと変
化する(状態II)。出力電圧が変化した後、ある遅延時間
をもって電流バイパス素子190はオフからオンへ、1
91はオンからオフへと変化する(状態III)。次に入力
電圧がロウからハイへと変化するとFET194はオフし、FE
T195,196はオンする。この時、電流バイパス素子1
90はオンしているので、バイポーラ192のベース電
位は190,195を通して下がり192はオフする。
一方、FET196はオン,電流バイパス素子191はオフし
ているので端子169から196を通してバイポーラト
ランジスタ193にベース電流が供給され、193がオ
ンし、出力はハイからロウへと変化する(状態IV)。出
力電圧が変化してからある遅延時間をもって、電流バイ
パス素子190はオフし、191はオンする(状態
V)。上述した回路構成と動作が、従来回路と比較して
特徴ある点は、バイポーラトランジスタ192のベース電
流引抜きの役割をはたす素子190が、少なくとも出力
電圧Vout が、Vout>VCC−VBE となるまでオフして
いる事にある。ここでVCCは電源電圧、VBEはバイポー
ラトランジスタ192のベース・エミッタ間電圧を示
す。また、バイポーラトランジスタ193のベース電流
引抜きの役割をはたす素子191が、少なくとも出力電
圧Vout が、Vout>VGND+VBEとなるまでオフしてい
る。ここでVGND は電源161の電圧である。かかる特
徴を有する回路構成によって、本発明の目的が達成され
る。
Next, the second object, that is, the realization of a Bi-CMOS circuit configuration capable of reducing power consumption while maintaining high speed will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows that the power consumption of the Bi-CMOS circuit can be reduced by lowering the power supply voltage without deteriorating the high-speed performance. However, the characteristics are limited by the curve shown in FIG. To achieve higher speed and lower power consumption at the same time is a conventional Bi-C
As described above, it is impossible with a MOS circuit.
The present invention provides a circuit configuration capable of simultaneously realizing high speed and low power consumption. FIG. 2 is a circuit showing the principle of FIG. 1, and FIG. 2 shows its operation. In FIG. 1, reference numeral 192 denotes a bipolar transistor (bipolar) having a collector and an emitter connected between a power supply 160 and an output 165;
The FET 194, which is an OS type field effect transistor, has a power supply 167.
And the gate of bipolar 192 is connected to input 162. Further, a current bypass element 190 serving as a first potential difference reducing element and an FET 195 are connected in series between the base of the bipolar 192 and the terminal 168.
The gate of 95 is connected to input 162. Bipolar 19
The collector and emitter of 3 are connected between output 165 and power supply 161, FET 196 is connected to the bases of terminals 169 and 193, and the gate is connected to input 162. A current bypass element 191 serving as a second potential difference reducing element is connected between the base of bipolar 193 and power supply 168. FIG. 2 shows an example of the operation in such a circuit configuration. The FETs 194 to 196 turn on and off according to the change in the input voltage, and the current bypass elements 190 and 191 turn on and off with a certain delay from the change in the output voltage. The bipolar transistors 192 and 193 switch according to ON / OFF of the FETs 194 to 196 and the current bypass elements 190 and 191. For example, when the input voltage is high, FE
T194 is off, and FETs 195 and 196 are on. The current bypass element 190 turns off the output row, and 191 turns on. When the input voltage changes from high to low, FE
T194 turns on, and FETs 195 and 196 turn off. Since the current bypass elements 190 and 191 switch with a certain delay from a change in the output voltage, the initial state is maintained and 190 is off and 191 is on. FET 194 is on,
Since the current bypass element 190 is off, a base current is supplied from the power supply 167 to the bipolar transistor 192, and the bipolar transistor 192 is turned on. On the other hand, since the FET 196 is off and the current bypass element 191 is on, the bipolar transistor 193 is turned off.
Is off. Therefore, the output changes from low to high (state II). After the output voltage changes, the current bypass element 190 changes from off to on with a certain delay time.
Reference numeral 91 changes from on to off (state III). Next, when the input voltage changes from low to high, the FET 194 turns off, and FE
T195 and 196 are turned on. At this time, the current bypass element 1
Since 90 is on, the base potential of bipolar 192 drops through 190 and 195 and 192 turns off.
On the other hand, since the FET 196 is on and the current bypass element 191 is off, the base current is supplied to the bipolar transistor 193 from the terminals 169 to 196, the 193 turns on, and the output changes from high to low (state IV). With a certain delay time after the output voltage changes, the current bypass element 190 is turned off, and the current bypass element 191 is turned on (state V). The point that the above-described circuit configuration and operation are characterized in comparison with the conventional circuit is that the element 190 serving as the base current extraction of the bipolar transistor 192 has at least an output voltage V out and V out > V CC −V BE . It is off until it becomes. Here, V CC indicates a power supply voltage, and V BE indicates a base-emitter voltage of the bipolar transistor 192. Further, the element 191 serving as a base current extraction of the bipolar transistor 193 is turned off at least until the output voltage Vout becomes Vout > VGND + VBE . Here, V GND is the voltage of the power supply 161. The object of the present invention is achieved by a circuit configuration having such features.

【0019】本発明の上記の貫通電流を十分に抑制する
という他の目的は、NPNトランジスタのトーテムポー
ル接続を出力段とし、上側のNPNトランジスタとPM
OSをいわゆるダーリントン接続とし、下側のNPNト
ランジスタのベース電流は、VCC電源に接続され、出力
が立下がった時点でオフするMOS及び、そのMOSと
下側のNPNトランジスタのベースとの間に接続された
NMOSを介して供給することにより、達成される。
Another object of the present invention to sufficiently suppress the shoot-through current is to use a totem pole connection of an NPN transistor as an output stage, and connect an upper NPN transistor to a PM
The OS is a so-called Darlington connection, and the base current of the lower NPN transistor is connected to the Vcc power supply and turned off when the output falls, and between the MOS and the base of the lower NPN transistor. This is achieved by supplying via a connected NMOS.

【0020】本発明の上記のバイポーラトランジスタの
ベース電位をベースエミッタ電圧BBEにするまでの時間
を短縮するという他の目的は図74に示す様に、上記目
的はバイポーラトランジスタのベース端子にスイッチ素
子314,319を接続し、ベース電位をベース・エミ
ッタ電圧VBEを超えないレベルにスイッチ素子の他方の
端子をバイアスしておくことにより達成される。
Another object of the present invention is to shorten the time required for the base potential of the bipolar transistor to reach the base-emitter voltage B BE , as shown in FIG. 74. 314 and 319, and the other terminal of the switch element is biased so that the base potential does not exceed the base-emitter voltage V BE .

【0021】[0021]

【作用】以下、上記回路構成と動作が本発明の第二の目
的を達成する事を図1,図2により説明する。まず、B
i−CMOS回路を低消費電力化する為には、バイポー
ラトランジスタ192と193のスイッチング時に生じ
る電源160から161に向けて流れる貫通電流を小さ
くする必要がある。そのためには、例えば出力電圧立下
がり時を考えると、バイポーラ192は高速にオフしな
ければならない。192を高速にオフするには192の
ベース電流バイパス素子190とFET195のオン抵抗を充
分小さくして、ベース電流を急速にバイパスすればよ
い。出力立下がり時(状態IV)に電流バイパス素子19
0はオンしており、190のオン抵抗を充分小さく設計
しておけば、ベース電流を引抜いて192を高速にオフ
する事ができる。また、出力電圧が立上がる時には、バ
イポーラ193が高速にオフしなければならない。19
3を高速にオフするには、193の第二のベース電流バ
イパス素子191のオン抵抗を充分小さくベース電流を
急速にバイパスすればよい。ところで、出力立上がり時
(状態II)に電流バイパス素子191は既にオンしてお
り、193は前もってオフしている。191は出力電圧
が充分立下がるのをみた後、193をオフしてしまうの
である。この様に、第1,第二の電流バイパス素子19
0,191のオン抵抗を充分小さく設計する事によっ
て、バイポーラトランジスタ192,193をスイッチ
ング時に高速にオフあるいはスイッチング時より事前に
オフしておく事がてきるので、低消費電力化が達成され
る。一方、高速化に対しては、例えば出力立上がり時
(状態II)には、第1の電流バイパス素子190はオフ
している。したがって、FET194からバイポーラトランジ
スタ192に供給されるベース電流は第1の電流バイパ
ス素子190に少しも漏れる事なく全て192のベース
に供給される。すなわち、低消費電力化のために電流バ
イパス素子のオン抵抗をいかに小さく設計しようとも、
バイポーラトランジスタ192がオフからオンに変化す
る時(状態II)には電流バイパス素子190がオフして
おり、オン抵抗の影響は受けずインピーダンスが極めて
高い理想的な状態となっている。また、出力立下がり時
(状態IV)には、電流バイパス素子191はオフしてお
り、FET196からバイポーラトランジスタ193に供給さ
れるベース電流は電流バイパス素子191に少しも漏れ
る事なく全て193のベースに供給される。電流バイパ
ス素子190と同様に、191のオン抵抗をいかに小さ
く設計しようとも、バイポーラトランジスタ193がオ
ンする時には、191はオフしており、インピーダンス
が極めて高い理想的な状態にある。
A description will now be given, with reference to FIGS. 1 and 2, that the above-described circuit configuration and operation achieve the second object of the present invention. First, B
In order to reduce the power consumption of the i-CMOS circuit, it is necessary to reduce a through current flowing from the power supply 160 to the power supply 161 when the bipolar transistors 192 and 193 are switched. For this purpose, for example, when the output voltage falls, the bipolar 192 must be turned off at a high speed. To quickly turn off the 192, the base current can be quickly bypassed by making the on-resistance of the base current bypass element 190 and the FET 195 of the 192 sufficiently small. When the output falls (state IV), the current bypass element 19
0 is on, and if the on-resistance of 190 is designed to be sufficiently small, the base current can be extracted and 192 can be turned off at high speed. When the output voltage rises, bipolar 193 must be turned off at high speed. 19
In order to turn off the base current at high speed, the on-resistance of the second base current bypass element 191 of 193 should be sufficiently small to quickly bypass the base current. By the way, when the output rises (state II), the current bypass element 191 has already been turned on, and the current bypass element 193 has been turned off in advance. 191 turns off 193 after seeing the output voltage fall sufficiently. Thus, the first and second current bypass elements 19
By designing the on-resistances of 0 and 191 to be sufficiently small, the bipolar transistors 192 and 193 can be turned off at a high speed at the time of switching or turned off in advance of the switching, thereby achieving low power consumption. On the other hand, to increase the speed, the first current bypass element 190 is off, for example, when the output rises (state II). Therefore, the base current supplied from the FET 194 to the bipolar transistor 192 is all supplied to the base of the first current bypass element 190 without leaking to the first current bypass element 190 at all. In other words, no matter how small the on-resistance of the current bypass element is designed to reduce power consumption,
When the bipolar transistor 192 changes from off to on (state II), the current bypass element 190 is off and is in an ideal state where the impedance is extremely high without being affected by the on resistance. At the time of output falling (state IV), the current bypass element 191 is off, and the base current supplied from the FET 196 to the bipolar transistor 193 does not leak to the current bypass element 191 at all and is applied to the base of 193. Supplied. As with the current bypass element 190, no matter how much the on-resistance of the 191 is designed, when the bipolar transistor 193 is turned on, the 191 is off and is in an ideal state with extremely high impedance.

【0022】この様に、本発明回路の構成においては、
低消費電力化の為の設計が、高速化と独立して行えるた
め、低消費電力化と高速化を同時に行う事ができ、本発
明第二の目的を達成する。
As described above, in the configuration of the circuit of the present invention,
Since the design for low power consumption can be performed independently of the high speed, the low power consumption and high speed can be performed simultaneously, and the second object of the present invention is achieved.

【0023】トーテムポールを接続した下側のNPNト
ランジスタのベース電流はVCC電源に接続されたMOS
を通して強力に供給される。これは、MOSのドレイン
・ソース間電圧が出力電位に依らず、ほぼVCC−VBE
印加できるためである。但し、VBEはNPNのベース・
エミッタ間順方向電圧である。それによって、下側のN
PNトランジスタは強力に駆動されるので立下がり遅延
時間の遅れを少なくすることができる。又、出力が立下
がった後は、そのベース電流を遮断するので消費電力を
小さくすることができる。更に、ベース電流を遮断する
MOSをVCC電源に接続することにより、図65と図6
6に示したように、出力が立上がる時に、電荷の分配に
よる下側のNPNトランジスタのオンを防ぐことができ
るので、貫通電流を少なくでき低消費電力化を達成でき
る。
The base current of the lower NPN transistor to which the totem pole is connected is the MOS transistor connected to the Vcc power supply.
Strongly supplied through. This is because the voltage between the drain and the source of the MOS can be substantially applied by V CC -V BE irrespective of the output potential. However, V BE is the base of NPN
This is the forward voltage between the emitters. Thereby, the lower N
Since the PN transistor is driven strongly, the delay of the fall delay time can be reduced. After the output has fallen, the base current is cut off, so that power consumption can be reduced. Further, by connecting the MOS for blocking the base current to the Vcc power supply,
As shown in FIG. 6, when the output rises, it is possible to prevent the lower NPN transistor from being turned on due to the distribution of electric charges, so that a through current can be reduced and power consumption can be reduced.

【0024】さらに、上記目的を達成するための別の構
成を図74,図75で説明する。
Another configuration for achieving the above object will be described with reference to FIGS. 74 and 75.

【0025】図74の具体的回路の一例が図76に示さ
れている。図74の303と318はそれぞれ図76の
117・103と118に対応している。
FIG. 76 shows an example of the concrete circuit of FIG. Reference numerals 303 and 318 in FIG. 74 correspond to 117, 103 and 118 in FIG. 76, respectively.

【0026】これらは、図76の152,150によっ
てそれぞれ制御される。この制御の内容について説明す
ると、入力がハイからロウレベルに変化するときはドラ
イバPMOSがオンしようとし、ドライバNMOSはオ
フしようとするが、この期間においてはスイッチ素子3
03(D1)はオフ状態、スイッチ素子318は(D
オン状態となるようにD,D2を制御する。これによ
りドライバPMOSのドレイン電流が漏れなくベース端
子に流れる。また、318(D2 )がオン状態なのでバ
イポーラトランジスタ121はカットオフする。入力が
ロウからハイレベルに変化する場合は、ドライバPMO
Sはオフしようとし、ドライバNMOSはオンしようと
するが、この期間ではスイッチ素子303(D1 )はオ
ン状態、スイッチ素子318(D2 )はオフ状態となる
ようにD1 ,D2 を制御する。これによりバイポーラト
ランジスタ121はオンし、バイポーラトランジスタ1
20はオフする。
These are controlled by 152 and 150 in FIG. 76, respectively. To explain the contents of this control, when the input changes from high to low level, the driver PMOS tries to turn on and the driver NMOS tries to turn off.
03 (D 1 ) is in the off state, and the switch element 318 is (D 2 )
D 1 and D 2 are controlled to be turned on. As a result, the drain current of the driver PMOS flows to the base terminal without leakage. In addition, since 318 (D 2 ) is on, the bipolar transistor 121 is cut off. If the input changes from low to high, the driver PMO
S tries to turn off and the driver NMOS tries to turn on. In this period, D 1 and D 2 are controlled so that the switch element 303 (D 1 ) is on and the switch element 318 (D 2 ) is off. I do. As a result, the bipolar transistor 121 is turned on, and the bipolar transistor 1 is turned on.
20 turns off.

【0027】以上のようにベースに接続されたスイッチ
素子をバイポーラトランジスタがオンしようとする場合
にはオン・オフしようとする場合にはオンさせるように
動作させる。
As described above, the switch element connected to the base is operated to be turned on when the bipolar transistor is to be turned on and off when the bipolar transistor is to be turned on.

【0028】次に別のスイッチ素子D5(314),D
4(319)の一方の端子は、バイポーラトランジスタの
ベース・エミッタ間電圧VBEを超えない固定電位を持つ
端子168,170に接続されているので、ベース電位
をベース・エミッタ電位VBEへ速く立上がらせるように
動く。すなわち、入力がハイからロウレベルへ変化する
場合はドライバPMOS100 のドレイン電流によりバイポー
ラトランジスタ120のベース周りの寄生容量を充電し
ようとするが、この時はすでに、NPN120のベースは、D
5(314) を介してVBEより低いある固定電位にバイア
スされている。したがって、NPN120を高速にオンする事
ができる。一方、入力がロウからハイレベルに変化する
場合には、スイッチ素子319(D4)がオン状態である
ため、バイポーラトランジスタ121のベースは、D4
を介してあらかじめ、VBEより小さいある固定電圧にバ
イアスされている。したがって、NPN121を高速にオンす
る事ができる。
Next, another switch element D 5 (314), D
4 One terminal of (319) is connected to the terminals 168 and 170 having a fixed potential not exceeding the base-emitter voltage V BE of the bipolar transistor, so that the base potential quickly rises to the base-emitter potential V BE . Move to raise. In other words, when the input changes from high to low level, the parasitic capacitance around the base of the bipolar transistor 120 is charged by the drain current of the driver PMOS 100. At this time, the base of the NPN 120 already has the D
5 (314) biased to a fixed potential below V BE . Therefore, NPN 120 can be turned on at high speed. On the other hand, when the input changes from low to high level, the switch element 319 (D 4 ) is in the ON state, so that the base of the bipolar transistor 121 is connected to D 4
Beforehand is biased to a fixed voltage lower than V BE . Therefore, NPN 121 can be turned on at a high speed.

【0029】[0029]

【実施例】図6は、本第一の発明の一実施例を示す。図
6は計算機の一般的な構成を示しておりバス244を介
して中央処理装置CPU(Central Processing Unit
),CPUに入力されるデータ及び/又はCPUから
出力されるデータを記憶するメモリ,メモリコントロー
ラ,i/oプロセッサが接続されている。このシステム
において、例えばCPUを例にとると、演算を高速に行
うためにCPUに用いられるゲート回路は高速性能が要
求される。また、CPUがいくつかのチップに分割され
ると信号がチップ間を渡るため入出力に要する遅延時間
が加わる。この入出力にかかるオーバーヘッドを低減す
るためには信号のチップ間渡りを少なくし、入出力に要
する遅延をなくする事が必要である。このために、図6
のシステムはなるべく単一の半導体基板に集積化オンチ
ップ化することとなり、集積度が高くなる。すなわち図
6に示すシステムは高速性と低消費電力性が同時に要求
される典型的な例である。このシステムの要求性能は、
例えば図5に示す斜線領域であり、電源電圧5VのBi
−CMOS回路では消費電力が大きく、このシステムに
適さない。そこで、斜線に示す性能領域で動作する為
に、電源電圧を4Vまで下げる。5VのBi−CMOS
回路では、遅延時間の要求は満足するが、消費電力が大
きく図6のシステムを構成する事ができない。電源電圧
を4Vまで低下すると、遅延時間,消費電力ともに要求
性能を満足するので、図6のシステムは電源電位差4V
の以下に詳述するBi−CMOS回路によって実現する
事ができる。
FIG. 6 shows an embodiment of the first invention. FIG. 6 shows a general configuration of a computer, which is connected via a bus 244 to a central processing unit CPU (Central Processing Unit).
), A memory for storing data input to the CPU and / or data output from the CPU, a memory controller, and an i / o processor. In this system, for example, taking a CPU as an example, a gate circuit used in the CPU is required to have high-speed performance in order to perform calculations at high speed. Further, when the CPU is divided into several chips, a signal passes between chips, so that a delay time required for input / output is added. In order to reduce the overhead required for the input / output, it is necessary to reduce the signal crossing between chips and eliminate the delay required for the input / output. For this purpose, FIG.
Is to be integrated on a single semiconductor substrate as much as possible on a chip, thereby increasing the degree of integration. That is, the system shown in FIG. 6 is a typical example in which high speed and low power consumption are simultaneously required. The required performance of this system is
For example, it is a shaded area shown in FIG.
-CMOS circuits consume large power and are not suitable for this system. Therefore, the power supply voltage is reduced to 4 V in order to operate in the performance region indicated by oblique lines. 5V Bi-CMOS
Although the circuit satisfies the delay time requirement, it consumes large power and cannot construct the system shown in FIG. When the power supply voltage is lowered to 4 V, the required performance is satisfied in both the delay time and the power consumption. Therefore, the system shown in FIG.
Can be realized by a Bi-CMOS circuit described in detail below.

【0030】図7は、バス244にBi−CMOS回路
によるプロセッサとRAM,ROMおよびタイマが接続
されるデータ処理装置である。図に示す様に、バス24
4にはRAM,ROMおよびタイマが接続され、バスの
負荷容量が大きい。したがって、プロセッサをBi−C
MOS回路で構成し、バスを高速に駆動する必要があ
る。ところが、本システムの場合にも図6の場合と同様
に要求の性能を満足する為には電源電圧を下げる必要が
ある。ここで、電源電圧は4Vに限らず、例えば電源電
圧3.3V やそれ以下、例えば2.5V,1.5V等の5
V未満の将来の基準電圧である。
FIG. 7 shows a data processing device in which a processor using a Bi-CMOS circuit, a RAM, a ROM, and a timer are connected to a bus 244. As shown, the bus 24
4 is connected to a RAM, a ROM, and a timer, and has a large bus load capacity. Therefore, the processor is Bi-C
It is necessary to use a MOS circuit and drive the bus at high speed. However, in the case of the present system, it is necessary to lower the power supply voltage in order to satisfy the required performance as in the case of FIG. Here, the power supply voltage is not limited to 4 V, but may be, for example, 3.3 V or lower, for example, 5 V such as 2.5 V, 1.5 V, or the like.
A future reference voltage of less than V.

【0031】以下に詳述するBi−CMOS回路によっ
て図7のシステムを構成すると最適の設計となる場合も
ある。
When the system shown in FIG. 7 is constituted by a Bi-CMOS circuit described in detail below, an optimum design may be obtained.

【0032】5Vより低い電源電圧を用いる必要性を以
下に述べる。まず、TTL(トランジスタ−トランジス
タロジック回路)においては、将来電源電圧を3.3V
±0.3Vとする計画がある(ISSCC‘86 Tech. Dig. P2
24)。このTTLと信号レベルを合わせ、コンパティ
ビリティを持たせるには、Bi−CMOSの電源電圧も
3.3V±0.3Vに合わせる必要がある。こうすること
によって、信号のレベル変換をすることなしに、TTL
とのインターフエースが可能となる。他の例では、EC
LとBi−CMOSの混在システムを構成する場合に、
Bi−CMOSの電源電圧をECLの電源電圧にそろえ
ると、電源系統が一つに統一され、使い勝手がよい。E
CLとBi−CMOSの混在システムはオンチップ上で
構成する場合もあれば、複数チップで構成することもあ
るが、いずれの場合にも、電源系統を統一することによ
って電源回路および電源配線を単純化することが可能と
なる。ECLの電源電圧は、例えば100Kシリーズの
場合、−4.5V±10% である。通常ECLの電源は
GNDより負の方向に電位をとるので、この場合Bi−
CMOSも負の電源−4.5V±10% で動作する。し
かし、pseudo−ECLの例にもみられるように、正の電
源電位でECLを動作する事も可能である。こうすれ
ば、Bi−CMOSも正の電源で動作する事ができる。正負
電源いずれにおいても、その電源電位差の絶対値|4.
5V±10%|において、ECLとBi−CMOSの電
源電位を統一し、電源系統を単純化することが可能であ
る。また、例えば、Bi−CMOSとNTL(Non−Thr
eshold Logic)との混在システムが考えられる。上記E
CLとBi−CMOSの混在システムは、ECLの高い
論理能力と高速性をBi−CMOSシステムに取り込む
為であり、NTLとBi−CMOSの混在システムは、
主にNTLの高速性を生かすためである。これらECL
やNTLは高速であるが消費電力が大きいので、例えば
演算ユニットのクリティカルパスにのみ用い、残りをB
i−CMOS回路で構成することによって、低消費電力
で高速なシステムを構成することが可能となる。NTL
は通常2V±10%の電源を用いる。したがって、Bi
−CMOSの電源もNTLと共通の2V±10%とする
ことによって、電源の共通化がはかれる。
The necessity of using a power supply voltage lower than 5 V will be described below. First, in a TTL (transistor-transistor logic circuit), a future power supply voltage is set to 3.3V.
There is a plan of ± 0.3V (ISSCC'86 Tech. Dig. P2
24). In order to match the TTL with the signal level and provide compatibility, the power supply voltage of the Bi-CMOS must also be adjusted to 3.3V ± 0.3V. By doing so, the TTL can be reduced without level conversion of the signal.
Interface with the server. In another example, EC
When configuring a mixed system of L and Bi-CMOS,
When the power supply voltage of the Bi-CMOS is made equal to the power supply voltage of the ECL, the power supply system is unified into one and the usability is good. E
A mixed system of CL and Bi-CMOS may be formed on an on-chip or a plurality of chips. In any case, the power supply circuit and the power supply wiring are simplified by unifying the power supply system. Can be realized. The power supply voltage of the ECL is -4.5 V ± 10% for the 100K series, for example. Normally, the power supply of the ECL takes a potential in the negative direction from GND.
CMOS also operates with a negative power supply of -4.5V ± 10%. However, as seen in the pseudo-ECL example, the ECL can be operated at a positive power supply potential. In this case, the Bi-CMOS can also operate with the positive power supply. Absolute value of power supply potential difference | 4.
At 5V ± 10% |, it is possible to unify the power supply potentials of ECL and Bi-CMOS, and to simplify the power supply system. Further, for example, Bi-CMOS and NTL (Non-Thr
eshold Logic). E above
The mixed system of CL and Bi-CMOS is for incorporating the high logic capability and high speed of ECL into the Bi-CMOS system, and the mixed system of NTL and Bi-CMOS is
This is mainly to take advantage of the high speed of NTL. These ECL
And NTL are high-speed but have high power consumption.
By using an i-CMOS circuit, a high-speed system with low power consumption can be configured. NTL
Usually uses a power supply of 2V ± 10%. Therefore, Bi
-The power supply for the CMOS is also made common by setting the power supply of the CMOS to 2 V ± 10% common to the NTL.

【0033】また、例えば、電源に乾電池を用いる場合
がある。電池1本の場合には1.5V±10%,2本直
列の場合には、3.0V±10%,3本直列の場合には
4.5V±10%で動作することになる。乾電池はノイ
ズが小さく、しかも小型であり、将来の電源としてメリ
ットが高い。
Further, for example, a dry battery may be used as a power supply. It operates at 1.5V ± 10% for one battery, 3.0V ± 10% for two batteries in series, and 4.5V ± 10% for three batteries in series. Dry batteries have low noise and are small, and are highly advantageous as future power sources.

【0034】また、図61は、本発明Bi−CMOSゲ
ートの特性を示している。横軸は電源電圧、縦軸はゲー
ト遅延時間である。ここで示す特性からわかるように、
ゲート遅延時間は4V付近以下で急激に大きくなる。し
たがって、Bi−CMOSゲートを高速にしかも電源バ
ラツキの影響の比較的小さい電圧領域は4V以上であ
る。一方、微細化が進むとデバイスの物理的制約条件、
例えばパンチスル,ゲートの絶縁破壊,ホットエレクト
ロン効果などの制約条件から電源電圧は低くならざるを
得ない。また、消費電力は電源電圧の2乗で変化するか
ら低消費電力化の観点からは電源電圧は低い程よい。特
に、マイクロプロセッサなどの複雑なロジックは、チッ
プ上に多くの機能を載せ、しかも高速に動作する必要が
あり、低消費電力化がシステム設計上の重要な要因とな
る。したがって、本実施例の場合、ゲート遅延時間の電
源電圧バラツキが比較的小さく、かつなるべく低い電圧
として、例えば電源電圧を4V±10%とする例が考え
られる。
FIG. 61 shows the characteristics of the Bi-CMOS gate of the present invention. The horizontal axis is the power supply voltage, and the vertical axis is the gate delay time. As can be seen from the characteristics shown here,
The gate delay time increases rapidly below about 4V. Therefore, the voltage region where the Bi-CMOS gate is operated at high speed and the influence of the power supply variation is relatively small is 4 V or more. On the other hand, as miniaturization advances, physical constraints on devices,
For example, the power supply voltage must be reduced due to constraints such as punch through, gate dielectric breakdown, and hot electron effect. Further, since the power consumption changes with the square of the power supply voltage, the lower the power supply voltage is, the better the power consumption is. In particular, complicated logic such as a microprocessor needs to mount many functions on a chip and operate at high speed, and low power consumption is an important factor in system design. Therefore, in the case of the present embodiment, it is conceivable that the power supply voltage variation of the gate delay time is relatively small and as low as possible, for example, the power supply voltage is 4 V ± 10%.

【0035】上記いずれかの電源電位を用いた場合の信
号レベルの一例を図62に示す。チップ内部は電源フル
スイングの信号を用い、出力回路に渡される。出力回路
はフルスイング信号をECL信号に変換し、チップ外部
へと出力する。入力回路はECL信号を受け取りレベル
変換を行って、フルスイング信号を出力し内部回路を動
作する。チップ内部でフルスイングの信号を用いること
により、次段ゲートの漏れ電流をなくし低消費電力化を
はかることができる。特に、低電圧電源の場合にはMO
Sトランジスタのしきい値電圧を低くして電流駆動力を
上げる場合が多いので、入力信号をフルスイング化して
MOSによる漏れ電流を小さくする必要がある。また、
チップ間ではECLの小さい振幅レベルを用いることに
より、高速,低ノイズの信号伝搬を行う。このように、
チップ内部では、電源電圧フルスイングの信号を用い、
チップ間ではECL信号を用いることにより、高速・低
消費電力の低電圧電源システムを構成することができ
る。
FIG. 62 shows an example of the signal level when any of the above power supply potentials is used. The inside of the chip is supplied to an output circuit using a signal of a power supply full swing. The output circuit converts the full swing signal into an ECL signal and outputs it to the outside of the chip. The input circuit receives the ECL signal, performs level conversion, outputs a full swing signal, and operates the internal circuit. By using a full-swing signal inside the chip, the leakage current of the next-stage gate can be eliminated and low power consumption can be achieved. In particular, in the case of a low-voltage power supply, the MO
In many cases, the threshold voltage of the S transistor is lowered to increase the current drivability. Therefore, it is necessary to make the input signal full swing to reduce the leakage current due to the MOS. Also,
High-speed, low-noise signal propagation is performed between chips by using a small ECL amplitude level. in this way,
Inside the chip, using the signal of the power supply voltage full swing,
By using an ECL signal between chips, a low-voltage power supply system with high speed and low power consumption can be configured.

【0036】図8は本発明の一実施例であるインバータ
回路である。120はコレクタがVCC電源160に、エ
ミッタが出力端子165に接続されるNPNトランジス
タ以下NPNと略すであり、121はコレクタが出力端
子165に、エミッタがGND端子161に接続される
NPNトランジスタであり、100はソースがVCC電源
160に、ドレインがNPN120のベースに、ゲートが入力
端子に接続されるPMOSトランジスタ(以下PMOS
と略す)、110はドレインが出力端子165に、ソー
スがNPN121のベースに、ゲートが入力端子162に接続
されるNMOSトランジスタ(以下NMOSと略す)、
103はソースがNPN120のベース,ドレインが出力端子
165に接続されるPMOS,114はドレインがNPN
121のベースに、ソースがGND端子161に接続さ
れるNMOS、150は入力端子が出力端子165に、
出力端子がPMOS103 とNMOS114 のゲートに接続されるC
MOSインバータである。
FIG. 8 shows an inverter circuit according to an embodiment of the present invention. 120 The collector V CC power source 160, and the abbreviated as NPN transistors or less NPN emitter is connected to the output terminal 165, 121 to the collector output terminal 165, be a NPN transistor whose emitter is connected to the GND terminal 161 , 100 the source V CC power source 160, to the base of the drain NPN120, PMOS transistor (hereinafter having a gate connected to the input terminal PMOS
110, an NMOS transistor (hereinafter abbreviated as NMOS) having a drain connected to the output terminal 165, a source connected to the base of the NPN 121, and a gate connected to the input terminal 162;
103 is a PMOS having a source connected to the base of the NPN 120 and a drain connected to the output terminal 165;
In the base of 121, the NMOS whose source is connected to the GND terminal 161 and the input terminal 150 is connected to the output terminal 165,
The output terminal is connected to the gates of PMOS103 and NMOS114.
It is a MOS inverter.

【0037】次に動作を図10を用いて説明する。まず
状態Iでは入力電圧がハイなのでPMOS100 はオフ,NMOS
110 はオンしている。このとき、出力165はロウなの
でインバータ150の出力242はハイとなり、PMOS10
3はオフ,NMOS114はオンしている。次に、入力電圧がロ
ウに変化し、状態IIになると、NMOS110 はオフ,PMOS10
0 はオンしてベース電流を供給しNPN120がオンする。こ
の時、インバータの出力242はハイを維持しているの
でPMOS103はオフ,NMOS114はオンしている。NPN121はオ
フである。領域IIではNPN120によって、出力電圧Vout
は、Vout=VCC−VBEまで上昇する。ここでVCCは電
源電圧(以下VCCと記す。)、VBEはNPNのベース・
エミッタ間電圧(以下VBEと記す)である。状態III に
入るとインバータ150の出力242がロウに反転し、
NMOS114がオフ,PMOS103 がオンして出力電圧Vout
をVout=VCCまで引き上げる。次に入力電圧がロウか
らハイに反転し状態IVに入ると、PMOS100はオフし、NMO
S110がオンしてNPN121にベース電流を供給しNPN121がオ
ンする。この時、インバータの出力242はロウを維持
しているので、PMOSはオン,NMOS114 はオフのまま
である。出力電圧VoutはVout=VGND+VBEまで下が
る。ここでVGNDは接地電位であり、以下VGND と記
す。最後に、状態Vではインバータ150の出力242
がハイに反転し、PMOS103がオフ,NMOS114がオンし、出
力電圧VoutはVout=VGND まで下がる。
Next, the operation will be described with reference to FIG. First, in state I, the input voltage is high, so PMOS 100 is off, NMOS
110 is on. At this time, since the output 165 is low, the output 242 of the inverter 150 becomes high,
3 is off and NMOS 114 is on. Next, when the input voltage changes to low and enters the state II, the NMOS 110 is turned off and the PMOS 10 is turned off.
0 turns on to supply the base current, and NPN 120 turns on. At this time, since the output 242 of the inverter is kept high, the PMOS 103 is off and the NMOS 114 is on. NPN 121 is off. In region II, the output voltage V out
Rises to V out = V CC -V BE . Here, V CC is the power supply voltage (hereinafter referred to as V CC ), and V BE is the base voltage of the NPN.
It is an emitter-to-emitter voltage (hereinafter referred to as V BE ). When entering the state III, the output 242 of the inverter 150 is inverted to low,
The NMOS 114 turns off, the PMOS 103 turns on, and the output voltage V out
To V out = V CC . Next, when the input voltage is inverted from low to high and enters the state IV, the PMOS 100 is turned off and the NMO
S110 is turned on to supply a base current to NPN121, and NPN121 is turned on. At this time, since the output 242 of the inverter is kept low, the PMOS remains on and the NMOS 114 remains off. The output voltage V out drops to V out = V GND + V BE . Here, V GND is a ground potential, and is hereinafter referred to as V GND . Finally, in state V, the output 242 of inverter 150
Is inverted to high, the PMOS 103 is turned off, the NMOS 114 is turned on, and the output voltage V out falls to V out = V GND .

【0038】本実施例によれば、PMOS100 がNPN120にベ
ース電流を供給する時、PMOS103 がオフしているのでPM
OS100 のドレイン電流がもれなくNPN120のベース電流と
して供給され、NPN120を高速にオンする事ができる(状
態II)。また、この状態でMOS114がオンしており、NP
N121のベースをGNDに接地しているので、状態II、す
なわち出力立上がり時にNPN121はあらかじめオフしてお
り、貫通電流は流れない。また、出力立下がり時(状態I
V)では、NMOS114 がオフしているので、NMOSのドレイン
電流がもれなくNPN121に供給され、NPN121を高速にオン
する事ができる。この時、PMOS103 はオンしているので
NPN120のベース・エミッタ間を短絡しており、NPN120は
オフしている。よって、貫通電流が流れない。この様
に、本実施例においては、NPN120およびNPN121がオンす
る時に、それぞれのベース電流引抜き素子として働くPM
OS103とNMOS114がオフしているので、NPNを理想的な
状態でオンする事ができる。NPNトーテムポール接続
の出力をMOSで駆動するタイプのBi−CMOS回路
では、NPNのベース電流をいかにすばやく引抜き、N
PNを高速にオフして貫通電流を小さくするかが低消費
電力化のきめ手となる。その為には、NPNのベース電
流引抜き時のインピーダンスが小さくなる様設計する必
要があるが、そうすると逆にNPNがオンする時にベー
ス電流が引抜き素子に逃げてしまう。したがって、従来
のBi−CMOS回路では、ベース電流引抜き素子を高
インピーダンスにして高速化設計すると消費電力が増加
し、逆に、ベース電流引抜き素子を低インピーダンスに
して低消費電力化設計すると低速化するという根本的な
問題点があった。しかし、本実施例はこの問題を解消し
ている。すなわち、低消費電力化の為に、ベース電流引
抜き素子であるPMOS103 とNMOS114 のオン抵抗を充分小
さく設計しておいても、NPNがオンする時には、それ
ぞれの引抜き素子103と114はオフで高インピーダ
ンス状態にある。したがって、高速性を損う事なしに低
消費電力化設計をする事ができる。
According to this embodiment, when the PMOS 100 supplies the base current to the NPN 120, the PMOS 103 is off, so that the PM
The drain current of OS100 is supplied without exception as the base current of NPN 120, and NPN 120 can be turned on at high speed (state II). In this state, the MOS 114 is turned on, and NP
Since the base of N121 is grounded to GND, NPN 121 is turned off in advance at the time of state II, that is, when the output rises, and no through current flows. When the output falls (state I
In (V), since the NMOS 114 is off, the drain current of the NMOS is supplied to the NPN 121 without any leakage, and the NPN 121 can be turned on at high speed. At this time, the PMOS103 is on
The base and emitter of the NPN 120 are short-circuited, and the NPN 120 is off. Therefore, no through current flows. As described above, in this embodiment, when the NPN 120 and the NPN 121 are turned on, the PMs serving as the respective base current extracting elements
Since the OS 103 and the NMOS 114 are off, the NPN can be turned on in an ideal state. In a Bi-CMOS circuit of a type in which an output of an NPN totem pole connection is driven by a MOS, how quickly the base current of the NPN is extracted,
Turning off the PN at high speed to reduce the through current is a key factor in reducing power consumption. For this purpose, it is necessary to design the impedance of the NPN at the time of extracting the base current to be small. On the contrary, when the NPN is turned on, the base current escapes to the extraction element. Therefore, in the conventional Bi-CMOS circuit, power consumption increases when the base current extracting element is designed to have a high impedance to increase the speed, and conversely, when the base current extracting element is designed to have a low impedance and the power consumption is designed to be low, the operation speed decreases. There was a fundamental problem. However, this embodiment solves this problem. That is, even if the on-resistance of the PMOS 103 and the NMOS 114, which are base current extracting elements, is designed to be sufficiently small to reduce power consumption, when the NPN is turned on, the respective extracting elements 103 and 114 are off and have a high impedance. In state. Therefore, low power consumption design can be performed without deteriorating high-speed performance.

【0039】図9は、図8のインバータと同様の考えを
3入力NAND回路に展開した実施例である。図8のイ
ンバータに、PMOS101,102を100に並列接続し、N
MOS111,112を110に直列接続している。動作
はインバータの例から容易に理解されるのでここでは省
略する。本実施例の他に一般にk入力のNAND回路が
構成可能である。
FIG. 9 shows an embodiment in which the concept similar to that of the inverter of FIG. 8 is expanded to a three-input NAND circuit. In the inverter of FIG. 8, PMOS 101 and 102 are connected in parallel with 100, and N
MOSs 111 and 112 are connected in series to 110. The operation is easily understood from the example of the inverter, so that the description is omitted here. In addition to this embodiment, a k-input NAND circuit can be generally configured.

【0040】図11は、図8のインバータと同様の考え
方を3入力NOR回路に展開した実施例である。図8の
インバータに、PMOS101 ,102を100に直列接続
し、NMOS111 ,112を110に並列接続している。動
作はインバータの例から容易に理解できるのでここでは
省略する。本実施例の他に一般にk入力のNOR回路が
構成可能である。
FIG. 11 shows an embodiment in which the concept similar to that of the inverter of FIG. 8 is expanded to a three-input NOR circuit. In the inverter of FIG. 8, PMOS 101 and 102 are connected in series to 100, and NMOS 111 and 112 are connected in parallel to 110. The operation can be easily understood from the example of the inverter, so that the description is omitted here. In addition to the present embodiment, a k-input NOR circuit can be generally configured.

【0041】図12は、図8のインバータと同様の考え
を3ステートインバータ回路に展開した実施例である。
図8のインバータに、PMOS101 を100に直列に接続
し、NMOS111 を110に直列接続し、トランスファゲー
ト240をPMOS103 と並列接続し、NMOS115 をNMOS114
と並列接続し、CMOSインバータ153の入力をイネ
ーブル端子166にその出力をPMOS111 とトランスファ
ゲート240のNMOSゲートに接続し、イネーブル端子1
66をNMOS111 とトランスファゲート240のPMOS
ゲートに接続している。動作は、イネーブル端子166
がハイの時はPMOS101,NMOS111がオン,トランスファゲ
ート240,NMOS115 がオフしており、入力162に入
る信号に従って図8のインバータと同じ動作をする。一
方、イネーブル端子116にロウ信号が入ると、PMOS10
1,NMOS111はオフ,トランスファゲート240,NMOS11
5 がオンしてNPN120,121がオフし、出力端子165
はハイインピーダンス状態となる。
FIG. 12 shows an embodiment in which the same concept as the inverter of FIG. 8 is developed to a three-state inverter circuit.
8, the PMOS 101 is connected in series to 100, the NMOS 111 is connected in series to 110, the transfer gate 240 is connected in parallel to the PMOS 103, and the NMOS 115 is connected to the NMOS 114.
, The input of the CMOS inverter 153 is connected to the enable terminal 166, and the output thereof is connected to the PMOS 111 and the NMOS gate of the transfer gate 240.
66 is the PMOS of NMOS111 and transfer gate 240
Connected to gate. The operation is performed by the enable terminal 166.
Is high, the PMOS 101 and NMOS 111 are on, the transfer gate 240 and NMOS 115 are off, and the inverter operates in the same manner as the inverter of FIG. On the other hand, when a low signal is input to the enable terminal 116, the PMOS 10
1, NMOS 111 is off, transfer gate 240, NMOS 11
5 turns on, NPN 120 and 121 turn off, and output terminal 165
Is in a high impedance state.

【0042】図13は、本実施例インバータを用いたラ
ッチ回路構成例である。トランスファゲート241とC
NOSインバータ154,Bi−CMCOSインバータ
159が直列接続され、トランスファゲート240が1
59の出力と154の入力の間に接続され、CMOSイ
ンバータ153の入力端子がトランスファゲート241
のNMOSゲートに接続され、153の出力が241の
PMOSゲートに接続され、トランスファゲート241
の他の端子を入力端子162に接続し、Bi−CMOS
インバータ159の出力を出力端子165に接続し、ト
ランスファゲート241のNMOSゲートをラッチパル
ス端子167に接続している。ラッチパルス端子167
にハイ信号が入るとデータが入力端子162から回路内
に書き込まれる。ラッチパルス端子にロウが入ると書き
込み禁止となり、以前書き込まれたデータを保持する。
FIG. 13 shows an example of the configuration of a latch circuit using the inverter of this embodiment. Transfer gate 241 and C
NOS inverter 154 and Bi-CMCOS inverter 159 are connected in series, and transfer gate 240
The input terminal of the CMOS inverter 153 is connected between the output terminal of the CMOS inverter 153 and the input terminal of the transfer gate 241.
The output of 153 is connected to the PMOS gate of 241, and the output of 153 is connected to the transfer gate 241.
Is connected to the input terminal 162, and a Bi-CMOS
The output of the inverter 159 is connected to the output terminal 165, and the NMOS gate of the transfer gate 241 is connected to the latch pulse terminal 167. Latch pulse terminal 167
, A high signal is input, data is written into the circuit from the input terminal 162. When a low level is input to the latch pulse terminal, writing is prohibited, and previously written data is held.

【0043】図14は本発明の他の実施例である。図8
のインバータ回路に次の素子を追加した構成である。す
なわち、NMOS113をPMOS103に並列接続し、CMOSイン
バータ151の入力端子をCMOSインバータ150の
出力端子242に接続し、その出力端子をNMOS113 のゲ
ートに接続している。
FIG. 14 shows another embodiment of the present invention. FIG.
The following elements are added to the inverter circuit of FIG. That is, the NMOS 113 is connected in parallel with the PMOS 103, the input terminal of the CMOS inverter 151 is connected to the output terminal 242 of the CMOS inverter 150, and the output terminal is connected to the gate of the NMOS 113.

【0044】その動作を図16に示す。図8のインバー
タと異なる点は、NMOS113が、PMOS103と同じタイミ
ングでオン・オフしている点である。このNMOS113 を追
加すると、NPN120のベース電流引抜きが強化される。す
なわち、ソース電圧VS が、VS=VG+Vthp となり、
PMOS103 はオフする。ここで、VG はPMOSのゲート
電圧、Vthp はPMOSのしきい値電圧である。VG
0だからすなわちVS=Vthpとなり、NPN120のベース電
圧はVthpより以下には下がらない。そこでNMOS113
を追加する事によって、NPN120のベース電圧を出力電圧
に等しいGNDまで下げる事ができる。この実施例の様
にNMOS113 を追加してベース引抜きを強化すると、低消
費電力化が可能となる。また、NPN120がオンする時に、
NMOS113 はオフしているので、113を追加しても、N
PNは理想的な状態でオンし、高速性は損われない。
FIG. 16 shows the operation. The difference from the inverter of FIG. 8 is that the NMOS 113 is turned on and off at the same timing as the PMOS 103. The addition of the NMOS 113 enhances the base current extraction of the NPN 120. That is, the source voltage V S becomes V S = V G + V thp ,
PMOS 103 turns off. Here, the V G gate voltage of PMOS, V thp is the PMOS threshold voltage. V G =
0 So That V S = V thp, and the base voltage of NPN120 does not decrease to less than V thp. Then NMOS113
Is added, the base voltage of the NPN 120 can be reduced to GND equal to the output voltage. If the base pull-out is enhanced by adding the NMOS 113 as in this embodiment, lower power consumption can be achieved. Also, when NPN120 turns on,
NMOS 113 is off, so even if 113 is added, N
The PN is turned on in an ideal state, and the speed is not impaired.

【0045】図15は図14のインバータと同様の考え
を、3入力NAND回路に展開した例である。展開の方
法は図8のインバータを図9の3NANDに展開した時
と同様である。また、動作は図14のインバータの動作
から容易に理解される。
FIG. 15 shows an example in which the concept similar to that of the inverter of FIG. 14 is developed to a three-input NAND circuit. The method of development is the same as when the inverter of FIG. 8 is developed to the 3NAND of FIG. The operation is easily understood from the operation of the inverter shown in FIG.

【0046】図17は、図14のインバータと同様の考
えを、3入力NOR回路に展開した例である。展開の方
法は図8のインバータを図11の3NORに展開した時
と同様である。また、動作は図14のインバータの動作
から容易に理解される。
FIG. 17 shows an example in which the concept similar to that of the inverter of FIG. 14 is expanded to a three-input NOR circuit. The method of deployment is the same as when the inverter of FIG. 8 is deployed in 3NOR of FIG. The operation is easily understood from the operation of the inverter shown in FIG.

【0047】図18は、図14と同様の考えを3ステー
トインバータ回路に展開した例である。展開の方法は、
図8のインバータを図12の3ステートインバータに展
開したものと同様である。また動作は第12の3ステー
トインバータから容易に理解される。
FIG. 18 is an example in which the same concept as in FIG. 14 is developed for a three-state inverter circuit. The deployment method is
This is the same as the inverter of FIG. 8 expanded to the three-state inverter of FIG. The operation is easily understood from the twelfth three-state inverter.

【0048】図48は図15の回路のNPN120およびNPN1
21のベース・エミッタ間に、それぞれ抵抗140,14
1を追加した回路である。この様にNPNのベース・エ
ミッタ間に抵抗を挿入するのは、以下の理由による。図
14のインバータ回路の動作説明で明らかなように、図
15の3NAND回路においては、PMOS100 ,101,
102がオフで、かつPMOS103およびNMOS113がオフとな
る状態がある。この時、NPN120のベースはフローティン
グ状態となっている。もし、PMOS100 のゲートに接続し
ている入力端子164に、ノイズが入り、PMOS100 が一
瞬オンしたとすると、PMOS100を通して電源100よりN
PN120 のベースに電流が流れる。NPN120のベースはフロ
ーティング状態であるから、ベース電流の逃げ道はな
く、したがってNPN120はオンし、NPN120のエミッタか
ら、NMOS110 , 111,112,114を介してGND161に
貫通電流が流れ、消費電力を増大したり、最悪の場合回
路が誤動作する。図48の如く、抵抗140をNPN120の
ベース・エミッタ間に挿入すれば、ノイズによってPMOS
100 からNPN120のベースに流れようとする電流をバイパ
スし、NPN120はオンすることはない。ここで、もちろん
抵抗140は、回路の立上がり特性に悪影響を持たない
程度に十分高い抵抗値に設定しておく。同様に、図15
において、NMOS110, 111はオンだが、NMOS112および
114がオフとなり、NPN121のベースがフローティング
状態となることがある。この時、入力164にノイズが入
り、NMOS112 が一瞬オンすると、出力165(ハイレベ
ル)からPMOS110 , 111, 112を介してNPN121のベ
ースに電流が流れ、NPN121がオンする。すると、電流1
60からPMOS100およびPMOS103,NMOS113 を介し、NPN1
21のコレクタ電流となって、接地161に貫通電流が流
れ、消費電力を増大したり、最悪の場合、回路が誤動作
する。図48の如く、抵抗141をNPN121のベース・エ
ミッタ間に接続すれば、ノイズによる電流をバイパスし
てNPN121はオンしない。ここで、抵抗141は抵抗14
0と同様、回路特性を劣化させることがない程度に十分
高い抵抗値に設定する。以上の如く、NPN120,121の
ベースエミッタ間の抵抗を接続することによって、回路
の信頼性を向上する事ができる。この方法は、図14の
インバータ回路、図17の3NOR回路をはじめ、同タ
イプの回路に応用できる。
FIG. 48 shows NPN120 and NPN1 of the circuit of FIG.
The resistors 140 and 14 are connected between the base and the emitter of 21 respectively.
This is a circuit to which 1 is added. The reason why the resistor is inserted between the base and the emitter of the NPN is as follows. As is clear from the description of the operation of the inverter circuit in FIG. 14, in the 3NAND circuit in FIG.
There is a state where 102 is off and PMOS 103 and NMOS 113 are off. At this time, the base of NPN 120 is in a floating state. If noise enters the input terminal 164 connected to the gate of the PMOS 100 and the PMOS 100 is turned on for a moment, the power supply 100 sends N
Current flows to the base of PN120. Since the base of the NPN 120 is in a floating state, there is no escape path for the base current. Therefore, the NPN 120 is turned on, and a through current flows from the emitter of the NPN 120 to the GND 161 via the NMOSs 110, 111, 112, 114 to increase power consumption. In the worst case, the circuit malfunctions. If the resistor 140 is inserted between the base and the emitter of the NPN 120 as shown in FIG.
Bypassing the current that is going to flow from 100 to the base of NPN 120, NPN 120 will not turn on. Here, of course, the resistor 140 is set to a sufficiently high resistance value so as not to adversely affect the rising characteristics of the circuit. Similarly, FIG.
In, the NMOSs 110 and 111 are on, but the NMOSs 112 and 114 are off, and the base of the NPN 121 may be in a floating state. At this time, when noise enters the input 164 and the NMOS 112 is momentarily turned on, a current flows from the output 165 (high level) to the base of the NPN 121 via the PMOS 110, 111, 112, and the NPN 121 is turned on. Then the current 1
60 through PMOS100, PMOS103 and NMOS113, NPN1
As a result, a through current flows through the ground 161 to increase the power consumption, or in the worst case, the circuit malfunctions. As shown in FIG. 48, if the resistor 141 is connected between the base and the emitter of the NPN 121, the current due to noise is bypassed and the NPN 121 is not turned on. Here, the resistor 141 is the resistor 14
Similar to 0, the resistance is set to a sufficiently high value so as not to deteriorate the circuit characteristics. As described above, by connecting the resistor between the base and the emitter of the NPN 120, 121, the reliability of the circuit can be improved. This method can be applied to the same type of circuit including the inverter circuit of FIG. 14 and the 3NOR circuit of FIG.

【0049】図19は本発明の他の実施例である。図8
のインバータ回路に次の素子を追加した構成である。す
なわち、NMOS115 のドレインをNPN120のベースに接続
し、NMOS116 のドレインをNMOS115 のソースに接続し、
NMOS116 のソースをGND電源に接続し、CMOSイン
バータ150の出力にCMOSインバータ151を接続し、
その出力をNMOS115 のゲートに接続する。動作は図21
に示す通りである。
FIG. 19 shows another embodiment of the present invention. FIG.
The following elements are added to the inverter circuit of FIG. That is, the drain of the NMOS 115 is connected to the base of the NPN 120, the drain of the NMOS 116 is connected to the source of the NMOS 115,
The source of the NMOS 116 is connected to the GND power source, the output of the CMOS inverter 150 is connected to the CMOS inverter 151,
The output is connected to the gate of the NMOS 115. The operation is shown in FIG.
As shown in FIG.

【0050】本実施例の特長は、図8のインバータにベ
ース電流引抜き用NMOS115 , 116を介して、ベースを
GNDに接地する点である。NPN120のベース・エミッタ
間の単に短絡するだけでなく、GNDに引抜く事によっ
て、NPN120をより高速にオフする事ができる。
The feature of this embodiment is that the base is grounded to GND via the base current extracting NMOSs 115 and 116 in the inverter of FIG. It is possible to turn off the NPN 120 faster by simply pulling it to GND instead of simply shorting between the base and emitter of the NPN 120.

【0051】図20は本実施例の3NANDへの展開
例、図22は3NORへの展開例、図23は3ステート
インバータへの展開例である。展開方法および動作は前
述実施例から容易に理解される。
FIG. 20 shows an example of application to the 3NAND, FIG. 22 shows an example of application to the 3NOR, and FIG. 23 shows an example of application to the 3-state inverter. The deployment method and operation can be easily understood from the above embodiment.

【0052】図24は本発明の他の実施例である。図1
4のインバータの実施例に次の素子を追加している。す
なわち、図14のNMOS110 のドレインと出力端子165
の間にNMOS119 を挿入し、119のドレインを出力端子
165に、ソースをNMOS110のドレインに、ゲー
トをCMOSインバータ243の出力に接続する。本実
施例の動作は図26に示す。本実施例の特長は、出力立
上がり時(図26状態II)にNMOS119 がオフしてお
り、NPN120のエミッタ電流がNMOS110 からNPN121のベー
スへ漏れる事を防いでいる点にある。これによって、出
力の立上がりを高速化する事ができる。
FIG. 24 shows another embodiment of the present invention. FIG.
The following elements are added to the fourth embodiment of the inverter. That is, the drain of the NMOS 110 and the output terminal 165 of FIG.
The drain of 119 is connected to the output terminal 165, the source is connected to the drain of the NMOS 110, and the gate is connected to the output of the CMOS inverter 243. The operation of this embodiment is shown in FIG. The feature of this embodiment is that the NMOS 119 is turned off when the output rises (state II in FIG. 26), thereby preventing the emitter current of the NPN 120 from leaking from the NMOS 110 to the base of the NPN 121. This makes it possible to speed up the rise of the output.

【0053】図25は本実施例の3NANDへの展開
例、図27は3NORへの展開例、図28はステートイ
ンバータへの展開例である。展開方法および動作は前述
実施例から容易に理解される。
FIG. 25 is an example of application to 3NAND, FIG. 27 is an example of application to 3NOR, and FIG. 28 is an example of application to a state inverter. The deployment method and operation can be easily understood from the above embodiment.

【0054】図29は本発明の他の実施例である。図8
の実施例回路にNMOS116 を追加している。NMOS116 のド
レインをNPN120のベースに、ソースをGNDに、ゲート
を入力端子162に接続している。動作は図31から容
易に理解されるよう、本実施例が前述の実施例と異なる
のは、出力立上がり時に、NPN120のベース電流がNMOS1
16を介して漏れてしまう事である。この考え方は本発
明の主旨に反している。しかしながら、NMOS116 はベー
ス引抜きPMOS103 の補助として追加しているので、きわ
めて小さく、かつベース電流の漏れもきわめて小さく設
計する。更に出力立下がりに関しては図8の実施例と同
様である。したがって、ベース電流の漏れをなくすると
いう本発明の主旨は生かされている。むしろ、NPN120の
ベース電流引抜きをNMOS116 で補助し、NPN120を高速に
オフすることで、低消費電力化の効果が大きい。
FIG. 29 shows another embodiment of the present invention. FIG.
In this embodiment, the NMOS 116 is added to the circuit. The drain of the NMOS 116 is connected to the base of the NPN 120, the source is connected to GND, and the gate is connected to the input terminal 162. As the operation is easily understood from FIG. 31, this embodiment is different from the above-described embodiment in that the base current of NPN 120 is set to NMOS 1 when the output rises.
It leaks through 16. This idea is contrary to the gist of the present invention. However, since the NMOS 116 is added as an auxiliary to the base extraction PMOS 103, it is designed to be extremely small and the leakage of the base current is also extremely small. Further, the output fall is the same as in the embodiment of FIG. Therefore, the gist of the present invention of eliminating leakage of the base current is utilized. Rather, the base current extraction of the NPN 120 is assisted by the NMOS 116 and the NPN 120 is turned off at a high speed, so that the effect of reducing power consumption is great.

【0055】図30は本実施例の3NANDへの展開
例、図32は3NORへの展開例、図33は3ステート
インバータへの展開例である。展開方法および動作は前
述実施例から容易に理解される。
FIG. 30 is an example of application to the 3NAND, FIG. 32 is an example of application to the 3NOR, and FIG. 33 is an example of application to the 3-state inverter. The deployment method and operation can be easily understood from the above embodiment.

【0056】図34は図8の実施例回路のNPN120のベー
ス・エミッタ間に抵抗140を追加接続したものであ
る。この抵抗を接続する理由は、NPN120のベースがフロ
ーティング状態とならないようにし、回路の信頼性を向
上するためと、NPN120のベース電流引抜きPMOS103 の補
助の役割がある。例えば、入力102がハイ、出力105
がロウであると、PMOS100 および103はオフしてい
る。したがってNPN120のベースはフローティング状態に
ある。この時、入力102にノイズが入り、PMOS100
が一瞬オンすると、NPN120をオンし出力部に貫通電流が
流れる。抵抗140をNPN120のベース・エミッタ間に接続
することによって、ノイズによるPMOS100の電流をバイ
パスすることができ、NPN120はオンしない。抵抗の値
は、回路の立上がり特性を劣化しないように十分高い値
に設定する事が重要である。
FIG. 34 shows a circuit in which a resistor 140 is additionally connected between the base and the emitter of the NPN 120 in the circuit shown in FIG. The reason for connecting this resistor is to prevent the base of the NPN 120 from being in a floating state, to improve the reliability of the circuit, and to assist the base current extracting PMOS 103 of the NPN 120. For example, input 102 is high, output 105
Is low, PMOSs 100 and 103 are off. Therefore, the base of NPN 120 is in a floating state. At this time, noise enters the input 102 and the PMOS 100
Is momentarily turned on, the NPN 120 is turned on and a through current flows to the output section. By connecting the resistor 140 between the base and the emitter of the NPN 120, the current of the PMOS 100 due to noise can be bypassed, and the NPN 120 does not turn on. It is important that the value of the resistor is set to a sufficiently high value so as not to deteriorate the rising characteristic of the circuit.

【0057】図35は本実施例の3NANDへの展開
例、図36は3NORへの展開例、図37は3ステート
インバータへの展開例である。
FIG. 35 shows an example of application to the 3NAND of this embodiment, FIG. 36 shows an example of application to the 3NOR, and FIG. 37 shows an example of application to the 3-state inverter.

【0058】図38は本発明の他の実施例である。本実
施例は、前述の実施例と異なり、NPN120のベース・エミ
ッタの間にPMOSがない。したがって出力のハイレベ
ルはVout=VCC−VBE となる。動作は図40から理解
される。図39は本実施例の3NANDへの展開、図4
1は3NORへの展開、図42は3ステートインバータ
への展開である。また、図43は、図39とNMOS116 〜
118のゲート入力位置を変えたものである。この入力
位置の変化によって、使用条件によっては高速化が計れ
る。
FIG. 38 shows another embodiment of the present invention. This embodiment is different from the above-described embodiment in that there is no PMOS between the base and the emitter of the NPN 120. Therefore, the high level of the output is V out = V CC -V BE . The operation is understood from FIG. FIG. 39 shows the development of this embodiment to 3NAND, and FIG.
1 is a development to 3NOR, and FIG. 42 is a development to a 3-state inverter. FIG. 43 is similar to FIG.
The gate input position 118 is changed. Due to the change of the input position, the speed can be increased depending on the use condition.

【0059】図44は、図39に抵抗141を追加接続
したものである。抵抗を接続する理由は、図34でも説
明したように、NPN120のベースがフローティング状態に
なるのを防ぎ、ノイズによる回路誤動作を防止するため
である。
FIG. 44 is obtained by adding a resistor 141 to FIG. The reason for connecting the resistor is to prevent the base of the NPN 120 from being in a floating state as described with reference to FIG. 34, and to prevent a circuit malfunction due to noise.

【0060】図45は、図44に示す回路をSi基板上
に形成した場合の断面構造を示している。P基板上にP
ウエル,Nウエル層を形成し、その上にそれぞれNMO
SとPMOS,NPNおよび抵抗を形成する。それぞれ
の素子は、微細な金属配線層によって互いに接続される
が、ここでは簡単の為に実線にて接線関係を表わしてい
る。金属配線層は、一層とは限らず必要に応じて、互い
に絶縁層によって電気的に分離された第2層,第3層等
の多層配線層によって接続される。この様な構造のもの
が同一シリコン基板上に多数形成され、お互いを例えば
第2層目,第3層目の金属配線層によって接続し、一つ
のシステムあるいはその一部を構成する。
FIG. 45 shows a cross-sectional structure when the circuit shown in FIG. 44 is formed on a Si substrate. P on P board
Well and N-well layers are formed, and NMO
Form S, PMOS, NPN and resistor. Each element is connected to each other by a fine metal wiring layer, but here, for simplicity, a tangential relationship is indicated by a solid line. The metal wiring layers are not limited to a single layer, but are connected by a multilayer wiring layer such as a second layer and a third layer which are electrically separated from each other by an insulating layer as necessary. A large number of such structures are formed on the same silicon substrate, and they are connected to each other by, for example, the second and third metal wiring layers to constitute one system or a part thereof.

【0061】図46は図44に示す回路の平面レイアウ
トパターン例である。本実施例では、ベース電流引抜き
用MOSおよび帰還インバータをセルの中央部に置き、
その上下にNPNドライブ用のPMOS,NMOS、更
にその上下にNPNをレイアウトしている。このような
レイアウトは縦長のセルとなるので、セル上を横方向に
走る、異なる配線層のチャネルを数多く取ることができ
るので、例えばゲートアレイなどに適したレイアウトで
ある。一方、図47に示すのは、同じく図44の回路の
平面レイアウトパターンの一例であるが、NPNドライ
ブ用PNOS,NMOSの様に、NPNおよび引抜き用
MOS,帰還インバータ等を配置している。この形のセ
ルは、CMOSセルとセル高さをそろえることができる
ので、例えばCMOSセル数個の中にBi−CMOSセ
ル1個を置くことができ、CMOSセルとBi−CMOSセ
ルの数の割合を自由に選ぶことができる。このようにし
て、必要な部分にのみBi−CMOSセルを配置し、よ
り集積度の高い設計が可能となる。したがって、本実施
例のセルは例えばスタンダードセル方式のLSIなどに
適している。
FIG. 46 is an example of a planar layout pattern of the circuit shown in FIG. In this embodiment, the base current extracting MOS and the feedback inverter are placed at the center of the cell,
PMOS and NMOS for NPN drive are arranged above and below, and NPN is arranged above and below. Since such a layout is a vertically long cell, a large number of channels of different wiring layers running on the cell in the horizontal direction can be obtained, so that the layout is suitable for, for example, a gate array. On the other hand, FIG. 47 shows an example of a planar layout pattern of the circuit of FIG. 44, in which an NPN, a pull-out MOS, a feedback inverter and the like are arranged like an NPN drive PNOS and an NMOS. Since the cell of this type can have the same height as the CMOS cell, for example, one Bi-CMOS cell can be placed in several CMOS cells, and the ratio of the number of CMOS cells to the number of Bi-CMOS cells Can be freely selected. In this way, a Bi-CMOS cell is arranged only in a necessary portion, and a design with higher integration can be realized. Therefore, the cell of this embodiment is suitable for, for example, a standard cell type LSI.

【0062】図49は本発明の一実施例であるインバー
タ回路である。回路動作は図51に示す。本回路の特徴
は、出力の立下がりをPNPトランジスタで行うことに
ある。PNPトランジスタは、ベースの電位が、出力電
位よりVBE(バイポーラトランジスタのベース・エミッ
タ間電圧)低くなった時点でオンするので、出力立下が
りが高速である。図50は本実施例を3NAND回路
に、図52は3NOR回路に、図53はトライステート
回路に展開応用した例である。
FIG. 49 shows an inverter circuit according to an embodiment of the present invention. The circuit operation is shown in FIG. The feature of this circuit resides in that the output falls with a PNP transistor. Since the PNP transistor is turned on when the base potential becomes lower than the output potential by V BE (base-emitter voltage of the bipolar transistor), the output falls at a high speed. 50 shows an example in which this embodiment is applied to a 3NAND circuit, FIG. 52 shows an example applied to a 3NOR circuit, and FIG. 53 shows an example applied to a tristate circuit.

【0063】図54は前記実施例と同様に、出力立下が
りをPNPトランジスタで行うことに特徴がある。ただ
し、本実施例は帰還インバータを用いておらず、出力振
幅のフルスイングを抵抗によって行う。つまり、抵抗1
40はPMOS100 を通して出力信号を電源電位まで立ち上
げ、抵抗130はNMOS110 を通して出力信号を接地電位
まで立ち下げる。このように、抵抗によって出力振幅を
フルスイングする場合に本実施例が高速である理由は、
NPN120とPNP130のベースが、それぞれ異なるベータレシ
オによって駆動される点にある。NPN120を駆動するPMOS
100 とNMOS115とによって構成するCMOS部のしきい
値電圧を高く設定し、逆にPNP130を駆動するPMOS104とN
MOS110とによって構成するCMOS部のしきい値電圧を低く
設定する。このことによって、バイポーラトランジスタ
120,130は各々の入力電圧の変化の初期に、ター
ンオフを開始することになるので、NPN120とPNP130をそ
れぞれ高速にオンすることが可能となる。図55は、本
実施例インバータの3NAND回路への展開例、図57は3
NOR回路への展開例、図58はトライステート回路へ
の展開例である。なお、図54に示すインバータの動作
タイミングを図56に示す。
FIG. 54 is characterized in that the fall of the output is performed by a PNP transistor, as in the previous embodiment. However, this embodiment does not use a feedback inverter, and performs a full swing of the output amplitude by a resistor. That is, the resistance 1
40 raises the output signal to the power supply potential through the PMOS 100, and the resistor 130 lowers the output signal to the ground potential through the NMOS 110. As described above, the reason why the present embodiment is fast when the output amplitude is fully swinged by the resistor is as follows.
The point is that the bases of NPN 120 and PNP 130 are driven by different beta ratios. PMOS driving NPN120
The threshold voltage of the CMOS section constituted by 100 and the NMOS 115 is set high, and conversely, the PMOS 104 and the N
The threshold voltage of the CMOS section constituted by the MOS 110 is set low. As a result, the bipolar transistors 120 and 130 start to turn off at the beginning of each change of the input voltage, so that the NPN 120 and the PNP 130 can be turned on at a high speed, respectively. FIG. 55 is an example in which the inverter of this embodiment is applied to a 3NAND circuit, and FIG.
FIG. 58 shows an example of development to a NOR circuit, and FIG. 58 shows an example of development to a tristate circuit. FIG. 56 shows the operation timing of the inverter shown in FIG.

【0064】図59は図14に示す本発明Bi−CMO
SインバータとCMOSインバータとを直列接続して、
好ましくは単一の半導体基板に集積化した例である。本
発明回路は出力がフルスイングするので次段のCMOS
インバータ153には漏れ電流は流れない。
FIG. 59 shows the Bi-CMO of the present invention shown in FIG.
By connecting the S inverter and the CMOS inverter in series,
Preferably, it is an example of being integrated on a single semiconductor substrate. Since the output of the circuit of the present invention swings full, the next stage CMOS
No leakage current flows through inverter 153.

【0065】図60は本発明のBi−CMOSインバー
タ同士を直列接続して、好ましくは単一の半導体基板に
集積化した例である。この場合にも、本発明回路の出力
がフルスイングであるために、次段のBi−CMOSゲ
ートに漏れ電流が流れることはない。
FIG. 60 shows an example in which the Bi-CMOS inverters of the present invention are connected in series and preferably integrated on a single semiconductor substrate. Also in this case, since the output of the circuit of the present invention has a full swing, no leakage current flows to the next-stage Bi-CMOS gate.

【0066】以上二つの実施例に示した如く、出力信号
が電源フルスイングする事は、次段ゲートの漏れ電流を
なくすので低消費電力化のために重要な特性である。特
に、将来電源の低電圧化が進むと、MOSのしきい値を
低くする可能性が高い。その理由はMOSの電流駆動力
を向上するためである。MOSのしきい値を低くした場
合、ゲートの出力信号振幅が電源電圧より小さいと、M
OSがオンし漏れ電流が流れ消費電力が増大したり、入
出力信号のノイズマージンを小さくしたりする。したが
って、電源電圧を低下する場合、本発明回路の如く、出
力信号が電源レベルにフルスイングすることが重要な特
性となる。
As shown in the above two embodiments, the full swing of the output signal from the power supply is an important characteristic for reducing the power consumption because the leakage current of the next stage gate is eliminated. In particular, as the voltage of the power supply decreases in the future, there is a high possibility that the threshold value of the MOS will be lowered. The reason is to improve the current driving capability of the MOS. When the threshold value of the MOS is lowered and the output signal amplitude of the gate is smaller than the power supply voltage, M
When the OS is turned on, a leakage current flows and power consumption increases, and a noise margin of input / output signals is reduced. Therefore, when the power supply voltage is reduced, it is an important characteristic that the output signal fully swings to the power supply level as in the circuit of the present invention.

【0067】以下、本発明の他の実施例を図面により説
明する。
Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0068】図67は本発明の他の実施例となるインバ
ータ回路である。315はコレクタがVCC電源端子18
0に、エミッタが出力端子326に接続されるNPN、
316はコレクタが出力端子326に、エミッタがGND
電源端子181に接続されるNPN、319はソースが
CC電源端子180に、ドレインがNPN315のベースに、
ゲートが入力端子325に接続されるPMOS、320
はドレインがNPN315のベースに、ソースがGND電源端
子181に、ゲートが入力端子325に接続されるNM
OS、317はドレインがVCC電源端子180に、ソー
スがNMOS318 のドレインに、ゲートがCMOSインバー
タ321の出力に接続されたNMOS、318はドレイ
ンがNMOS317 のソースに、ソースがNPN316のベースに、
ゲートが入力端子325に接続されたNMOS、322
と321は出力端子326とNMOS317のゲートの間に
挿入されているCMOSインバータ、323と324は
各々、NPN315と316のベース・エミッタ間に挿入され
た抵抗である。
FIG. 67 shows an inverter circuit according to another embodiment of the present invention. 315 collector V CC power supply terminal 18
0, an NPN whose emitter is connected to the output terminal 326,
316: collector is output terminal 326, emitter is GND
The NPN, 319 has a source V CC power source terminal 180 connected to the power supply terminal 181, the base of the drain NPN315,
A PMOS whose gate is connected to the input terminal 325, 320
NM has a drain connected to the base of NPN 315, a source connected to GND power supply terminal 181, and a gate connected to input terminal 325.
OS, 317 to drain V CC power source terminal 180, the drain of source NMOS318, NMOS, 318 whose gates are connected to the output of the CMOS inverter 321 to the source of drain NMOS 317, the base of the source NPN316,
NMOS 322 whose gate is connected to the input terminal 325
And 321 are CMOS inverters inserted between the output terminal 326 and the gate of the NMOS 317, and 323 and 324 are resistors inserted between the base and emitter of the NPN 315 and 316, respectively.

【0069】次に動作について説明する。図68に動作
タイミングとPMOS319とNMOS320, 317, 318のオン
・オフ状態を示す。IからVまでの5つの領域に分けて
説明する。
Next, the operation will be described. FIG. 68 shows the operation timing and the ON / OFF states of the PMOS 319 and the NMOSs 320, 317, 318. The description will be made by dividing into five regions from I to V.

【0070】領域Iは、入力325が“0”レベルで、
出力326が“1”レベルに整定している状態である。
この時PMOS319はオン,NMOS320はオフであるので、NPN3
15のベースはVCC電位である。出力326はNPN315の動
きでVCC−VBE電位まで急速に上昇した後、抵抗323
を介してVCC電位になっている。一方、NMOS317 はオン
であるが、NMOS318 はオフであるので、NPN316のベース
電流は遮断され、又、抵抗324を介してNPN316のベー
ス電位はGND電位となり、NPN316はオフになってい
る。
In the area I, when the input 325 is at the "0" level,
The output 326 is set to the “1” level.
At this time, since PMOS 319 is on and NMOS 320 is off, NPN3
The base of 15 is the V CC potential. After rapidly rises to V CC -V BE potential motion of the output 326 NPN315, resistor 323
To the Vcc potential. On the other hand, since the NMOS 317 is on but the NMOS 318 is off, the base current of the NPN 316 is cut off, the base potential of the NPN 316 becomes the GND potential via the resistor 324, and the NPN 316 is off.

【0071】領域IIは、入力325が立上がり、インバ
ータ321の出力が“1”レベルで、出力326が立下
がりつつある状態である。この時、PMOS319はオフでNMO
S320がオンであるので、NPN315にベース電流が供給され
ずに、ベース電位がGND電位に落ちるので、NPN315は
オフである。一方、NMOS317 ,318はオンであるの
で、NPN316にVCC電源180から強力にベース電流が供
給される。したがって、NPN316はオンとなり、出力32
6は、“0”レベルとなる。本実施例では、領域Iから
IIへ移る時に、図66で説明した様な電荷の分配が起こ
る。つまり、NMOS317と318の接続部の寄生容量に
充電されていた電荷が、NMOS318 がオンになるために、
NPN316のベース電位を上昇するように分配される。しか
し、このタイミングではNPN316をオン状態にする時であ
るので、この現象はNPN316を、急速にオンにする良い働
きをする。
Region II is a state where the input 325 rises, the output of the inverter 321 is at the "1" level, and the output 326 is falling. At this time, PMOS 319 is off and NMO
Since S320 is on, no base current is supplied to NPN 315 and the base potential drops to GND potential, so NPN 315 is off. On the other hand, NMOS317, 318 is because it is on, strong base current is supplied from the V CC power source 180 to NPN316. Therefore, NPN 316 is turned on and output 32
6 is at the “0” level. In this embodiment, from the region I
When moving to II, charge distribution occurs as described with reference to FIG. In other words, the electric charge charged in the parasitic capacitance at the connection between the NMOSs 317 and 318 turns on the NMOS 318.
It is distributed to increase the base potential of NPN316. However, since this timing is when the NPN 316 is turned on, this phenomenon works well for turning the NPN 316 on rapidly.

【0072】領域III は、入力325が“1”レベル
で、出力326が“0”レベルになり、インバータ32
1の出力が“0”レベルになっている状態である。この
時、PMOS319はオフで、NMOS320はオンであるので、NPN3
15のベース電位はGND電位であり、NPN315はオフであ
る。一方NMOS317 がオフとなるので、NPN316へのベース
電流の供給は止まり、NPN316はオフとなる。しかし、NP
N315もオフであるので出力326は“0”レベルを保持
する。
In the area III, the input 325 is at the “1” level, the output 326 is at the “0” level,
1 is at the “0” level. At this time, since PMOS 319 is off and NMOS 320 is on, NPN3
The 15 base potential is the GND potential, and the NPN 315 is off. On the other hand, since the NMOS 317 is turned off, the supply of the base current to the NPN 316 stops, and the NPN 316 is turned off. But NP
Since N315 is also off, the output 326 holds the "0" level.

【0073】領域IVは、入力325が立下がり、インバ
ータ321の出力が“0”レベルで、出力326が立上
がりつつある状態である。この時、PMOS319 はオンで、
NMOS320はオフとなるので、NPN315にベース電流が供
給され、NPN315はオンとなる。一方、NMOS317 ,318
は共にオフであるので、NPN316はオフのままである。し
たがって、出力326は“1”レベルになる。
Region IV is a state where the input 325 falls, the output of the inverter 321 is at the "0" level, and the output 326 is rising. At this time, PMOS 319 is on,
Since the NMOS 320 is turned off, a base current is supplied to the NPN 315, and the NPN 315 is turned on. On the other hand, NMOS 317, 318
Are off, so NPN 316 remains off. Therefore, the output 326 becomes "1" level.

【0074】領域Vは、領域Iと同じである。The area V is the same as the area I.

【0075】本実施例によれば、MOS電流でバイポー
ラのベース電流を強力に供給し、バイポーラが働いた後
はベース電流の供給を止めるので高速,低消費電力特性
を有するバイポーラ・CMOS複合のインバータ回路を
得ることもできる。又、従来問題のあった電荷の分配に
よる悪影響を取り除く構成としているので、より低消費
電力で高速な特性を得ている。なお、遅延用のCMOS
インバータ321と322を2個挿入しているが、これ
は、図68を見てわかるように、出力326が充分下が
るまで、NMOS317 をオン状態にしておくために入れてい
るものである。例えば、出力326が充分下がり切らな
いうちにNMOS317 がオフすると、NPN316へのベース
電流の供給が充分にならず、遅延時間の増大や、出力レ
ベルの不安定性の原因となる。したがって、デバイス定
数によっては、遅延インバータの数をもっと増やすこと
も必要であり、あるいは遅延インバータが不要な場合も
ある。遅延インバータが必要な場合には、占有面積を少
なくするために、MOSのチャネル幅は小さくし、チャ
ネル長Lはそのプロセスの最小値より大きくしておくと
有効である。
According to this embodiment, the bipolar base current is strongly supplied by the MOS current, and after the bipolar is activated, the supply of the base current is stopped. Therefore, a bipolar / CMOS composite inverter having high-speed and low power consumption characteristics is provided. You can also get a circuit. In addition, since the configuration has been configured to eliminate the adverse effect due to the distribution of electric charges, which has been a problem in the related art, high-speed characteristics with lower power consumption are obtained. In addition, CMOS for delay
Two inverters 321 and 322 are inserted, as shown in FIG. 68, in order to keep the NMOS 317 on until the output 326 drops sufficiently. For example, if the NMOS 317 is turned off before the output 326 has fallen sufficiently, the supply of the base current to the NPN 316 will not be sufficient, causing an increase in delay time and instability of the output level. Therefore, depending on the device constant, it is necessary to further increase the number of delay inverters, or the delay inverters may not be required. When a delay inverter is required, it is effective to reduce the channel width of the MOS and to make the channel length L larger than the minimum value of the process in order to reduce the occupied area.

【0076】又、抵抗323は出力326の“1”レベ
ルをVCCレベルまで持っていくのに挿入したもので、出
力の“1”レベルがVCC−VBEの良い場合には不要であ
る。又、抵抗323がある場合にはNMOS320 を除去して
も良い。抵抗324はNPN316がオフ状態の時にNPN316の
ベース電位をGND電位にするもので他の手段でも良
い。例えば、ゲートが出力326にあるいはNPN315のベ
ースに接続され、ドレインがNPN316のベースに、ソース
が、NPN316のエミッタに接続されたNMOSでも良い。
[0076] Further, the resistor 323 is obtained by inserting in bring to "1" level of the output 326 to V CC level is not required if the output of the "1" level good V CC -V BE . If the resistor 323 is provided, the NMOS 320 may be removed. The resistor 324 sets the base potential of the NPN 316 to the GND potential when the NPN 316 is in the off state, and may use other means. For example, the NMOS may have a gate connected to the output 326 or to the base of NPN 315, a drain connected to the base of NPN 316, and a source connected to the emitter of NPN 316.

【0077】本実施例では、NPN316のベース電流の遮断
用にNMOS317 を用いたが、PMOSに置き換えることも
可能である。但し、その場合は出力326の反転信号を
PMOSのゲートに印加する必要がある。以下の例でも同様
である。
In this embodiment, the NMOS 317 is used to cut off the base current of the NPN 316, but it can be replaced with a PMOS. However, in that case, the inverted signal of the output 326 is
It must be applied to the gate of the PMOS. The same applies to the following examples.

【0078】図69は図67に示したインバータ回路と
同様の考えにより、3入力NAND回路に展開したもの
である。同一部品は同一符号で示す。又、同じ機能を持
つ部品は図67の番号の後にA,B,Cを付けている。
図67のインバータ回路について詳細に説明したので、
CMOS回路を理解できる同業者は容易に動作を理解で
きるであろう。なお本実施例では3入力NAND回路を
例にとって説明したが、2入力,4入力等一般のk入力
NAND回路に本発明は適用できる。
FIG. 69 is developed into a three-input NAND circuit based on the same concept as the inverter circuit shown in FIG. The same parts are denoted by the same reference numerals. Parts having the same functions are denoted by A, B, and C after the numbers in FIG.
Having described the inverter circuit of FIG. 67 in detail,
Those skilled in the art who understand CMOS circuits will easily understand the operation. Although the present embodiment has been described by taking a three-input NAND circuit as an example, the present invention can be applied to a general k-input NAND circuit such as two-input or four-input.

【0079】図70は、図67に示したインバータ回路
と同様な考えにより、3入力NOR回路に展開したもの
である。同一部品は同一符号で示す。又、同じ機能をも
つ部品は図67の番号の後にA,B,Cを付けている。
図67のインバータ回路について詳細に説明したので、
CMOS回路を理解できる同業者は容易に動作を理解で
きるであろう。なお、本実施例では3入力NOR回路を
例にとって説明したが、2入力,4入力等一般のk入力
NOR回路に本発明は適用できる。
FIG. 70 is expanded to a three-input NOR circuit based on the same concept as the inverter circuit shown in FIG. The same parts are denoted by the same reference numerals. Parts having the same function are denoted by A, B, and C after the numbers in FIG.
Having described the inverter circuit of FIG. 67 in detail,
Those skilled in the art who understand CMOS circuits will easily understand the operation. In the present embodiment, a three-input NOR circuit has been described as an example, but the present invention can be applied to a general k-input NOR circuit such as two-input or four-input.

【0080】図71は、図67に示したインバータ回路
と同様な考えにより、3ステートインバータ回路に展開
したものである。同一部品は同一符号で示す。増えてい
る素子は、イネーブル端子335に接続されているCM
OSインバータ330、NMOS317と318に直列に接
続されているNMOS331 ,PMOS319 と直列に接続されてい
るPMOS332 ,NMOS320 と直列に接続されているNMOS333
,NPN315のベース・エミッタ間に接続されているトラ
ンスファゲート334及び、NPN316のベース・エミッタ
間に接続されているNMOS336 である。
FIG. 71 is developed into a three-state inverter circuit based on the same concept as the inverter circuit shown in FIG. The same parts are denoted by the same reference numerals. The increasing element is the CM connected to the enable terminal 335.
OS inverter 330, NMOS 331 connected in series with NMOSs 317 and 318, PMOS 332 connected in series with PMOS 319, NMOS 333 connected in series with NMOS 320
, A transfer gate 334 connected between the base and the emitter of the NPN 315, and an NMOS 336 connected between the base and the emitter of the NPN 316.

【0081】次に、動作について説明する。Next, the operation will be described.

【0082】まず、イネーブル端子335が“1”レベ
ルの場合には、上記した増加素子のうち、電流経路に入
っているNMOS331, PMOS332, NMOS333 は全てオンであ
り、NPN315と316のベース・エミッタ間に挿入されて
いるトランスファゲート334,NMOS336 はオフとなってい
る。したがって、電気的には図67のインバータと同じ
回路図になり、インバータ回路として働く。
First, when the enable terminal 335 is at the "1" level, the NMOS 331, PMOS 332, and NMOS 333 in the current path among the above-described increasing elements are all on, and the base-emitter between the NPN 315 and 316 is turned on. , The transfer gate 334 and the NMOS 336 are turned off. Accordingly, the circuit is electrically the same as the inverter of FIG. 67, and functions as an inverter circuit.

【0083】一方、イネーブル端子335が“0”レベ
ルの場合には、上記のオン・オフ状態が逆転する。した
がって、NPN315と316のベース・エミッタ間は短絡さ
れ、ベース電流供給路も遮断されるので、NPN315と31
6はオフとなる。又、出力端子326から、VCC端子1
80、あるいはGND端子181への経路も遮断される
ので、ハイインピーダンス状態となる。
On the other hand, when the enable terminal 335 is at "0" level, the above ON / OFF state is reversed. Therefore, the base and emitter of NPN 315 and 316 are short-circuited and the base current supply path is also cut off.
6 is off. Also, from the output terminal 326, the V CC terminal 1
Since the path to 80 or the GND terminal 181 is also cut off, a high impedance state is set.

【0084】本発明のインバータ回路を用いてラッチ回
路を構成することも可能である。即ち、図13にラッチ
回路を示したが、Bi−CMOSインバータ回路に図6
7で示したインバータ回路を用いれば良い。
A latch circuit can be formed using the inverter circuit of the present invention. That is, although the latch circuit is shown in FIG. 13, the Bi-CMOS inverter circuit shown in FIG.
The inverter circuit shown by 7 may be used.

【0085】以上、インバータ回路,NAND回路,M
OR回路,3ステート回路,ラッチ回路を例にとって説
明したが、NPNはショットキーバリヤダイオード付N
PNトランジスタでも良い。又、以上からわかるよう
に、CMOSで構成できる回路全てに本発明は適用でき
る。又、帰還インバータ321,322は速度を必要と
しないので、通常のLDD(Lightly Doped Drain)構造
のMOSを使用し、その他のMOSは非対称LDD構造
のMOSを使用することも可能である。本発明の回路は
CMOS回路と混在可能であり、高速,低消費電力であ
るので大規模,高性能なゲートアレイLSIや、データ
処理装置等へ応用できる。又、電源電圧を下げてもスピ
ードの低下が小さく、微細プロセス向きの回路であると
も言える。図72は、本発明のその他の実施例となるイ
ンバータ回路である。上側のNPN315の制御は図14
の回路を用い、下側のNPN316の制御は図67の回路を用
いたものである。
As described above, the inverter circuit, NAND circuit, M
Although the explanation has been made by taking the OR circuit, the three-state circuit, and the latch circuit as an example, the NPN is an N with a Schottky barrier diode.
A PN transistor may be used. Further, as can be seen from the above, the present invention can be applied to all circuits that can be configured by CMOS. Further, since the feedback inverters 321 and 322 do not require a speed, it is possible to use a normal LDD (Lightly Doped Drain) MOS, and to use other MOSs with an asymmetric LDD structure. The circuit of the present invention can be mixed with a CMOS circuit and has high speed and low power consumption, so that it can be applied to a large-scale, high-performance gate array LSI, a data processing device, and the like. In addition, even if the power supply voltage is reduced, the reduction in speed is small, and it can be said that the circuit is suitable for a fine process. FIG. 72 shows an inverter circuit according to another embodiment of the present invention. The control of the upper NPN 315 is shown in FIG.
The control of the lower NPN 316 uses the circuit of FIG. 67.

【0086】又、図73は、本発明のその他の実施例と
なるインバータ回路である。上側のNPN315の制御は図3
8の回路を用い、下側のNPN316の制御は図67の回路を
用いたものである。
FIG. 73 shows an inverter circuit according to another embodiment of the present invention. Figure 3 shows the control of the upper NPN 315
8 and the control of the lower NPN 316 uses the circuit of FIG.

【0087】上記の他にも、各種回路の組合せが可能で
あり、それらも本発明の範疇に入る。又、インバータ回
路に限らぬことは明白である。
In addition to the above, various combinations of circuits are possible, and these are also included in the scope of the present invention. It is obvious that the present invention is not limited to the inverter circuit.

【0088】更に、本発明中に示すベースバイアス素子
を各種回路、例えば、図14に示すような回路に付加す
ることも可能である。
Further, the base bias element shown in the present invention can be added to various circuits, for example, a circuit as shown in FIG.

【0089】以下、本発明の実施例を図76〜図80に
より説明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0090】図76は、前記図14に示した回路に次の
素子を追加したものである。すなわち、NMOS114 のドレ
インをNPN120のベースに接続し、ソースをVDEより低く
GNDより高いある固定電位端子168に接続し、ゲート
を入力端子162に接続し、NMOS119のドレインをNPN12
1 のベースに、ソースをVBEより低くGNDより高いあ
る固定電位端子169に、ゲートを出力端子105に接
続する。
FIG. 76 is obtained by adding the following elements to the circuit shown in FIG. That is, a drain connected to NMOS114 the base of NPN120, the source lower than V DE
Connect to a fixed potential terminal 168 higher than GND, connect the gate to the input terminal 162, and connect the drain of the NMOS 119 to the NPN 12
At the base of 1, the source is connected to a fixed potential terminal 169 below V BE and above GND, and the gate is connected to the output terminal 105.

【0091】図77は上記一実施例によるインバータ論
理ゲートの動作タイムチャートを示す。
FIG. 77 shows an operation time chart of the inverter logic gate according to the embodiment.

【0092】まず入力162(a)がハイからハイレベ
ルに変化する場合を考えると、出力165,初段の帰還
インバータ150,終段の帰還インバータ152は図7
7(b),(c),(d)のような出力が得られる。ここで
ドライバPMOS100は(e)に示すように入力162の立下
がりによりオフからオンへのドライバNMOS110 は(f)
に示すようにオンからオフへと状態が変化する。
First, considering the case where the input 162 (a) changes from high to high level, the output 165, the first-stage feedback inverter 150, and the last-stage feedback inverter 152 are shown in FIG.
Outputs such as 7 (b), (c) and (d) are obtained. Here, as shown in (e), the driver NMOS 100 is turned from off to on by the fall of the input 162, and the driver NMOS 110 is (f).
The state changes from ON to OFF as shown in FIG.

【0093】この遷移期間において、PMOS103とNMOS117
は(g),(i)に示すように少なくとも出力165が十
分ハイレベルになるまでオフしており、NMOS114 は入力
に同期してオフとなるため、バイポーラトランジスタ1
20のベース電流の漏れは小さく抑えられる。またベー
ス・エミッタ電圧VBEを超えないように設定したベース
バイアス電圧(例えば0.4 V)が、あらかじめNMOS11
4 を介してNPN120のベースに与えられるため、ベース周
りの寄生容量をあらかじめ0.4V まで充電しており、
ベース電位がVBEに達する時間は速められる。
In this transition period, the PMOS 103 and the NMOS 117
Is turned off at least until the output 165 becomes sufficiently high as shown in (g) and (i), and the NMOS 114 is turned off in synchronization with the input.
The leakage of the base current of No. 20 is kept small. A base bias voltage (for example, 0.4 V) set so as not to exceed the base-emitter voltage V BE is applied to the NMOS 11 in advance.
4, the parasitic capacitance around the base is charged up to 0.4V in advance,
The time for the base potential to reach V BE is accelerated.

【0094】一方、バイポーラNPNトランジスタ12
1については、NMOS118 が前もってオンしているためベ
ースの蓄積電荷を放電できる状態にあり、NMOS119 はオ
フであるのでベースバイアス電圧は印加されず、バイポ
ーラトランジスタ121はカットオフされる。
On the other hand, the bipolar NPN transistor 12
With regard to 1, the NMOS 118 is turned on in advance, so that the accumulated charge in the base can be discharged. Since the NMOS 119 is off, the base bias voltage is not applied, and the bipolar transistor 121 is cut off.

【0095】次に入力162がロウからハイレベルに変
化する場合はドライバNMOS110 はオフからオンへ、ドラ
イバPMOS100 はオンからオフへと変化する。この遷移期
間において、NMOS118 は前もってオフしており、また、
NMOS119 は前もってオンしており、NPN121のベースはあ
らかじめ0.4V となっている。バイポーラトランジス
タ121はベースがVBE(約0.8V)になるとオンす
る。つまり、通常はベースを0Vから0.8V まで立ち
上げる時間が必要である。しかし、図76の回路では、
端子169を設けたことによって、ベース電圧が0.4
V になっているので、0.4V から0.8V に立ち上
げるだけで、バイポーラトランジスタをオンできる。し
たがってNPN121は高速にオンする事ができる。バイポー
ラトランジスタ120についてはPMOS103 及びNMOS117
は前もってオンしており、少なくとも出力165が十分
ロウレベルになるまでオン状態が維持される。NMOS114
は入力162に同期してオンとなる。ベースの蓄積電荷
やベース周りの寄生容量に蓄えられた電荷はNMOS103 ,
117を介して放電される。NMOS114 はオンとなっても
ベースバイアス電圧はVBEを超えないのでバイポートラ
ンジスタ120はオンすることはない。
Next, when the input 162 changes from low to high, the driver NMOS 110 changes from off to on, and the driver PMOS 100 changes from on to off. During this transition period, the NMOS 118 is turned off in advance, and
The NMOS 119 is turned on in advance, and the base of the NPN 121 is 0.4 V in advance. The bipolar transistor 121 is turned on when the base reaches V BE (about 0.8 V). That is, it is usually necessary to raise the base from 0 V to 0.8 V. However, in the circuit of FIG. 76,
By providing the terminal 169, the base voltage becomes 0.4
Since the voltage is at V, the bipolar transistor can be turned on simply by raising the voltage from 0.4 V to 0.8 V. Therefore, NPN 121 can be turned on at high speed. For the bipolar transistor 120, the PMOS 103 and the NMOS 117
Is turned on in advance, and is kept on at least until the output 165 becomes sufficiently low level. NMOS114
Is turned on in synchronization with the input 162. The charge stored in the base and the charge stored in the parasitic capacitance around the base are
It is discharged via 117. Even when the NMOS 114 is turned on, the bipolar transistor 120 is not turned on because the base bias voltage does not exceed V BE .

【0096】図78は本発明の他の一実施例で、多入力
論理ゲートへの展開の一例として3入力NANDゲート
について示したものである。前記図76の実施例との相
違はドライバPMOS101 , 102を並列に、ドライバNMOS
111 , 112及びスイッチNMOS115 , 116を直列に追
加した点である。
FIG. 78 shows another embodiment of the present invention, in which a three-input NAND gate is shown as an example of development into a multi-input logic gate. The difference from the embodiment of FIG. 76 is that driver PMOS 101 and driver
111 and 112 and switch NMOSs 115 and 116 are added in series.

【0097】図79は本発明の他の実施例で多入力論理
ゲートへの展開の一例のうち、他の論理機能への展開の
例として3入力NORについて示したものである。前記
図76の実施例との相違点はドライバPMOS100 , 10
1, 102を直列にし、ドライバNMOS110 , 111, 1
12及びスイッチNMOS114 , 115, 116を並列に接
続した点である。
FIG. 79 shows, in another embodiment of the present invention, a three-input NOR as an example of expansion to another logic function among examples of expansion to a multi-input logic gate. The difference from the embodiment of FIG. 76 is that the driver PMOSs 100, 10
1 and 102 are connected in series, and the driver NMOSs 110, 111, 1
12 and the switch NMOS 114, 115, 116 are connected in parallel.

【0098】図80は本発明の他の一実施例で、他の論
理機能への展開のうち、クロックドインバータ(スリー
ステートインバータ)について示したものである。
FIG. 80 shows another embodiment of the present invention, which shows a clocked inverter (three-state inverter) among other logical functions.

【0099】構成は前記図76の実施例(インバータ)
にクロックイネーブル入力166,イネーブル入力反転
用インバータ153,NMOS300,NMOS301,PMOS107,NMO
S302,トランスファゲート240を追加したものであ
る。イネーブル入力166をハイレベルにすると本回路
は図76のインバータと同じ動作を行う。一方、イネー
ブル入力166をハイレベルにすると、トランスファゲ
ート240およびNMOS302がオンしNPN120および12
1がオフする。また、NMOS300 がオフし、結局、出力1
65がハイインピーダンスとなる。
The structure is the same as that of the embodiment shown in FIG. 76 (inverter).
Clock enable input 166, enable input inverting inverter 153, NMOS300, NMOS301, PMOS107, NMO
S302 and a transfer gate 240 are added. When the enable input 166 is set to the high level, this circuit performs the same operation as the inverter of FIG. On the other hand, when the enable input 166 is set to the high level, the transfer gate 240 and the NMOS 302 are turned on, and the NPNs 120 and 12 are turned on.
1 turns off. Also, the NMOS 300 turns off, and eventually the output 1
65 becomes high impedance.

【0100】[0100]

【発明の効果】本発明によれば、回路に印加される電圧
が低いので素子の耐圧条件が満足される。また、消費電
力がおよそ電圧の2乗に比例して低くなるので、従来に
比較して数倍の回路をワンチップ上に集積化する事がで
きる。その結果、信号のチップ間渡りによる遅延が低減
されシステムの高速化が可能となる。また、消費電力が
小さいので、発熱量が小さく、冷却設備が簡単化され低
コスト化が可能となる。この他、高集積化に伴うあらゆ
るメリットが生かされる。
According to the present invention, since the voltage applied to the circuit is low, the withstand voltage condition of the element is satisfied. Further, since the power consumption becomes lower in proportion to the square of the voltage, several times more circuits can be integrated on one chip as compared with the related art. As a result, the delay due to the signal passing between the chips is reduced, and the speed of the system can be increased. Further, since the power consumption is small, the calorific value is small, the cooling equipment is simplified, and the cost can be reduced. In addition, all the advantages associated with the high integration can be utilized.

【0101】また、本発明によれば、出力段バイポーラ
がオンする時に、ベース電流引抜き素子がオフしてお
り、高インピーダンス状態にあるので、ベース電流の漏
れがなく、高速にバイポーラをオンする事ができる。し
たがって、ベース電流引抜き素子を充分大きく設計し、
低消費電力化を計っても高速性が損われる事はない。ま
た、引抜き素子を介して、出力電圧を高速に電源フル振
幅する事ができる。
According to the present invention, when the output-stage bipolar is turned on, the base current extracting element is off and in a high impedance state, so that there is no leakage of the base current and the bipolar can be turned on at high speed. Can be. Therefore, the base current extraction element is designed to be large enough,
Even if the power consumption is reduced, the high-speed operation is not impaired. Further, the output voltage can be made to have the full amplitude of the power supply at a high speed via the extraction element.

【0102】また、本発明によれば、電界効果トランジ
スタ及びバイポーラトランジスタから成る高速,低消費
電力,大規模の半導体集積回路装置を得ることができ
る。
According to the present invention, a high-speed, low-power-consumption, large-scale semiconductor integrated circuit device including a field-effect transistor and a bipolar transistor can be obtained.

【0103】また、本発明によればバイポーラトランジ
スタのベース電位があらかじめ、ベース・エミッタ間電
圧VBEよりは低く、GND電位よりは高いある固定電圧
(例えば0.4V )にバイアスされているので、バイポ
ーラトランジスタを高速にオンする事が可能となる。
Further, according to the present invention, the base potential of the bipolar transistor is biased in advance to a fixed voltage (for example, 0.4 V) lower than the base-emitter voltage V BE and higher than the GND potential. It is possible to turn on the bipolar transistor at high speed.

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

【図1】本発明回路図。FIG. 1 is a circuit diagram of the present invention.

【図2】動作タイミング図。FIG. 2 is an operation timing chart.

【図3】従来回路図。FIG. 3 is a conventional circuit diagram.

【図4】動作タイミング図。FIG. 4 is an operation timing chart.

【図5】性能グラフ。FIG. 5 is a performance graph.

【図6】第一発明の実施例。FIG. 6 shows an embodiment of the first invention.

【図7】第一発明の実施例。FIG. 7 shows an embodiment of the first invention.

【図8】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 8 is a circuit diagram and an operation timing chart of the embodiment.

【図9】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 9 is a circuit diagram and an operation timing chart of the embodiment.

【図10】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 10 is a circuit diagram and an operation timing chart of the embodiment.

【図11】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 11 is a circuit diagram and an operation timing chart of the embodiment.

【図12】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 12 is a circuit diagram and an operation timing chart of the embodiment.

【図13】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 13 is a circuit diagram and an operation timing chart of the embodiment.

【図14】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 14 is a circuit diagram and an operation timing chart of an embodiment.

【図15】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 15 is a circuit diagram and an operation timing chart of the embodiment.

【図16】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 16 is a circuit diagram and an operation timing chart of the embodiment.

【図17】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 17 is a circuit diagram and an operation timing chart of the embodiment.

【図18】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 18 is a circuit diagram and an operation timing chart of the embodiment.

【図19】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 19 is a circuit diagram and an operation timing diagram of an embodiment.

【図20】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 20 is a circuit diagram and an operation timing chart of the embodiment.

【図21】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 21 is a circuit diagram and an operation timing chart of an embodiment.

【図22】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 22 is a circuit diagram and an operation timing chart of the embodiment.

【図23】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 23 is a circuit diagram and an operation timing diagram of an embodiment.

【図24】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 24 is a circuit diagram and an operation timing chart of an embodiment.

【図25】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 25 is a circuit diagram and an operation timing chart of the embodiment.

【図26】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 26 is a circuit diagram and an operation timing chart of an embodiment.

【図27】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 27 is a circuit diagram and an operation timing chart of an embodiment.

【図28】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 28 is a circuit diagram and an operation timing chart of an embodiment.

【図29】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 29 is a circuit diagram and an operation timing chart of an embodiment.

【図30】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 30 is a circuit diagram and an operation timing chart of an embodiment.

【図31】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 31 is a circuit diagram and an operation timing chart of an embodiment.

【図32】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 32 is a circuit diagram and an operation timing chart of an embodiment.

【図33】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 33 is a circuit diagram and an operation timing chart of an embodiment.

【図34】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 34 is a circuit diagram and an operation timing chart of an embodiment.

【図35】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 35 is a circuit diagram and an operation timing chart of an example.

【図36】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 36 is a circuit diagram and an operation timing chart of an example.

【図37】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 37 is a circuit diagram and an operation timing chart of an embodiment.

【図38】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 38 is a circuit diagram and an operation timing chart of an embodiment.

【図39】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 39 is a circuit diagram and an operation timing chart of an embodiment.

【図40】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 40 is a circuit diagram and an operation timing chart of an example.

【図41】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 41 is a circuit diagram and an operation timing chart of an embodiment.

【図42】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 42 is a circuit diagram and an operation timing chart of an embodiment.

【図43】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 43 is a circuit diagram and an operation timing chart of an embodiment.

【図44】実施例の回路図および動作タイミング図。FIG. 44 is a circuit diagram and an operation timing chart of an embodiment.

【図45】実施例の縦構造断面図。FIG. 45 is a longitudinal sectional view of the embodiment.

【図46】実施例の平面図。FIG. 46 is a plan view of the embodiment.

【図47】実施例の平面図。FIG. 47 is a plan view of the embodiment.

【図48】本発明の実施例を説明する図。FIG. 48 is a diagram illustrating an example of the present invention.

【図49】本発明の実施例を説明する図。FIG. 49 illustrates an example of the present invention.

【図50】本発明の実施例を説明する図。FIG. 50 illustrates an example of the present invention.

【図51】本発明の実施例を説明する図。FIG. 51 illustrates an example of the present invention.

【図52】本発明の実施例を説明する図。FIG. 52 illustrates an embodiment of the present invention.

【図53】本発明の実施例を説明する図。FIG. 53 illustrates an embodiment of the present invention.

【図54】本発明の実施例を説明する図。FIG. 54 illustrates an example of the present invention.

【図55】本発明の実施例を説明する図。FIG. 55 illustrates an embodiment of the present invention.

【図56】本発明の実施例を説明する図。FIG. 56 illustrates an embodiment of the present invention.

【図57】本発明の実施例を説明する図。FIG. 57 illustrates an example of the present invention.

【図58】本発明の実施例を説明する図。FIG. 58 illustrates an example of the present invention.

【図59】本発明の実施例を説明する図。FIG. 59 illustrates an embodiment of the present invention.

【図60】本発明の実施例を説明する図。FIG. 60 is a diagram illustrating an example of the present invention.

【図61】本発明の実施例を説明する図。FIG. 61 is a diagram illustrating an example of the present invention.

【図62】本発明の実施例を説明する図。FIG. 62 illustrates an embodiment of the present invention.

【図63】従来のBi−CMOSインバータ回路。FIG. 63 shows a conventional Bi-CMOS inverter circuit.

【図64】従来のBi−CMOSインバータ回路。FIG. 64 shows a conventional Bi-CMOS inverter circuit.

【図65】その動作説明図。FIG. 65 is an explanatory diagram of the operation.

【図66】その動作説明図。FIG. 66 is an operation explanatory view thereof.

【図67】本発明の実施例のインバータ回路図。FIG. 67 is an inverter circuit diagram according to an embodiment of the present invention.

【図68】その動作説明図。FIG. 68 is an explanatory diagram of the operation.

【図69】本発明の実施例の3入力NAND回路を示す
図。
FIG. 69 is a diagram showing a three-input NAND circuit according to an embodiment of the present invention.

【図70】本発明の実施例の3入力NOR回路を示す
図。
FIG. 70 is a diagram showing a three-input NOR circuit according to an embodiment of the present invention.

【図71】本発明の実施例の3ステートインバータ回路
を示す図。
FIG. 71 is a diagram showing a three-state inverter circuit according to an embodiment of the present invention.

【図72】本発明の他の実施例のインバータ回路。FIG. 72 shows an inverter circuit according to another embodiment of the present invention.

【図73】本発明の他の実施例のインバータ回路。FIG. 73 shows an inverter circuit according to another embodiment of the present invention.

【図74】本発明の実施例の回路図。FIG. 74 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention.

【図75】動作タイミング図。FIG. 75 is an operation timing chart.

【図76】本発明の実施例を示す回路図。FIG. 76 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.

【図77】本発明の実施例を示す回路図。FIG. 77 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.

【図78】本発明の実施例を示す回路図。FIG. 78 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.

【図79】本発明の実施例を示す回路図。FIG. 79 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.

【図80】動作タイミング図である。FIG. 80 is an operation timing chart.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100〜109…PMOS、111〜119,317,
318…NMOS、120,121,315,316…
NPNトランジスタ、140,141…抵抗、150〜
154,321,322…CMOSインバータ、159
…Bi−CMOSインバータ、160…VCC電源、161…
GND電源、162〜164…入力端子、165…出力
端子、166…イネーブル端子、167…ラッチパルス
端子、190,191…電流バイパス素子、192,1
93…バイポーラトランジスタ、194〜196…FE
T、200…第1層金属配線、201…第2層金属配
線、204…第1ゲート、240,241…トランスフ
ァゲート。
100 to 109... PMOS, 111 to 119, 317,
318 ... NMOS, 120, 121, 315, 316 ...
NPN transistor, 140, 141 ... resistance, 150-
154, 321, 322... CMOS inverter, 159
... Bi-CMOS inverter, 160 ... V CC power supply, 161 ...
GND power supply, 162 to 164 input terminal, 165 output terminal, 166 enable terminal, 167 latch pulse terminal, 190, 191 current bypass element, 192,1
93: bipolar transistor, 194 to 196: FE
T, 200: first-layer metal wiring, 201: second-layer metal wiring, 204: first gate, 240, 241: transfer gate.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗田 公三郎 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 加藤 和男 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−212827(JP,A) 特開 昭62−5723(JP,A) 特開 昭59−11034(JP,A) 特開 昭59−25424(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Kozaburo Kurita 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Kazuo Kato 4026 Kuji-machi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Research, Ltd. In-house (56) References JP-A-57-212827 (JP, A) JP-A-62-5723 (JP, A) JP-A-59-11034 (JP, A) JP-A-59-25424 (JP, A)

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】複数の論理回路が単一の半導体基板に集積
化されたものにおいて、上記複数の論理回路の内少なく
とも一つは、 電位の差の絶対値が実質的に5V未満の第1及び第2の
電源端子と、 少なくとも一つの入力端子と、 出力端子と、 ベースを有し、コレクタ・エミッタ電流路が上記第1の
電源端子と上記出力端子との間に接続されるバイポーラ
トランジスタと、 ゲートが上記入力端子に印加される入力信号に応答し、
ソース・ドレイン電流路が上記第1の電源端子と上記バ
イポーラトランジスタのベースとの間に接続される少な
くとも一つの第1の電界効果トランジスタと、 上記入力端子に印加される入力信号に応答して、上記バ
イポーラトランジスタのオン・オフ動作とは相補的なオ
ン・オフ動作をし、一対の主端子間の電流路が上記出力
端子と上記第2の電源端子との間に接続される半導体ス
イッチ素子と、上記バイポーラトランジスタのベースと上記出力端子と
の間に接続され、 上記バイポーラトランジスタがオンの
ときに、上記バイポーラトランジスタのベースと上記出
力端子との間にソース・ドレイン電流路を形成する第2
の電界効果トランジスタとから構成されることを特徴と
する半導体集積回路装置。
A plurality of logic circuits integrated on a single semiconductor substrate, wherein at least one of the plurality of logic circuits includes a first logic circuit having an absolute value of a potential difference of substantially less than 5V. A bipolar transistor having a second power terminal, at least one input terminal, an output terminal, a base, and a collector / emitter current path connected between the first power terminal and the output terminal; The gate is responsive to an input signal applied to the input terminal;
At least one first field effect transistor having a source / drain current path connected between the first power terminal and the base of the bipolar transistor; responsive to an input signal applied to the input terminal; The bipolar transistor performs on / off operation complementary to the on / off operation of the bipolar transistor, and a current path between a pair of main terminals is connected to a semiconductor switch element connected between the output terminal and the second power supply terminal. The base of the bipolar transistor and the output terminal
Connected between, when said bipolar transistor is on, output base and above said bipolar transistor
A second source-drain current path is formed between the
And a field-effect transistor .
【請求項2】複数の論理回路が単一の半導体基板に集積
化されたものにおいて、上記複数の論理回路の内少なく
とも一つは、 電位の差の絶対値が実質的に5V未満の第1及び第2の
電源端子と、 少なくとも一つの入力端子と、 出力端子と、 ベースを有し、コレクタ・エミッタ電流路が上記第1の
電源端子と上記出力端子との間に接続される第1のバイ
ポーラトランジスタと、 ゲートが上記入力端子に印加される入力信号に応答し、
ソース・ドレイン電流路が上記第1の電源端子と上記第
1のバイポーラトランジスタのベースとの間に 接続され
る少なくとも一つの第1の電界効果トランジスタと、 ベースを有し、コレクタ・エミッタ電流路が上記出力端
子と上記第2の電源端子との間に接続される第2のバイ
ポーラトランジスタと、 ゲートが上記入力端子に印加される入力信号に応答し、
上記第2のバイポーラトランジスタを上記第1のバイポ
ーラトランジスタのオン・オフ動作は相補的なオン・オ
フ動作させるためのソース・ドレイン電流路が上記出力
端子と上記第2のバイポーラトランジスタのベースとの
間に接続される少なくとも一つの第2の電界効果トラン
ジスタと、 上記第1のバイポーラトランジスタのベースと上記出力
端子との間に接続され、上記第1のバイポーラトランジ
スタがオンのときに、上記第1のバイポーラトランジス
タのベースと上記出力端子との間にソース・ドレイン電
流路を形成する第3の電界効果トランジスタ と、上記第2のバイポーラトランジスタのベースと上記第2
の電源端子との間に接続され、上記第2のバイポーラト
ランジスタがオンのときに、上記第2のバイポーラトラ
ンジスタのベースと上記第2の電源端子との間にソース
・ドレイン電流路を形成する第4の電界効果トランジス
とから構成されることを特徴とする半導体集積回路装
置。
2. A plurality of logic circuits are integrated on a single semiconductor substrate.
Of the plurality of logic circuits,
One of them is the first and second in which the absolute value of the potential difference is substantially less than 5V.
A power supply terminal, at least one input terminal, an output terminal, and a base;
A first bypass connected between a power supply terminal and the output terminal;
A polar transistor and a gate responsive to an input signal applied to the input terminal;
The source / drain current path is connected to the first power terminal and the first power terminal.
Connected to the base of one bipolar transistor
At least one first field effect transistor, and a base, wherein the collector-emitter current path is connected to the output terminal.
And a second power supply connected between the power supply terminal and the second power supply terminal.
A polar transistor and a gate responsive to an input signal applied to the input terminal;
The second bipolar transistor is connected to the first bipolar transistor.
The on / off operation of the transistor is complementary
Source / drain current path for
Between the terminal and the base of the second bipolar transistor
At least one second field effect transformer connected between
A transistor, a base of the first bipolar transistor, and the output
And the first bipolar transistor
When the star is on, the first bipolar transistor
Source-drain voltage between the base of the
A third field-effect transistor forming a flow path; a base of the second bipolar transistor;
Connected to the power supply terminal of the second bipolar transistor
When the transistor is on, the second bipolar tiger
Between the base of the transistor and the second power supply terminal.
.Fourth field effect transistors forming drain current paths
The semiconductor integrated circuit device, characterized in that it is composed of a motor.
【請求項3】上記第1の電源端子と上記第2の電源端子
との電位の差の絶対値が3.3V±0.3V を実質的に
満足する第1項または第2項記載の半導体集積回路装
置。
3. The first power supply terminal and the second power supply terminal.
The absolute value of the potential difference between 3.3V and 0.3V is substantially
3. The semiconductor integrated circuit device according to item 1 or 2, which satisfies .
【請求項4】上記第1の電源端子と上記第2の電源端子
との電位の差の絶対値が4.5V±10%を実質的に満
足する第1項または第2項記載の半導体集積回路装置。
4. The first power supply terminal and the second power supply terminal.
The absolute value of the potential difference between
3. The semiconductor integrated circuit device according to item 1 or 2 .
【請求項5】上記第1の電源端子と上記第2の電源端子
との電位の差の絶対値が2.0V±10%を実質的に満
足する第1項または第2項記載の半導体集積回路装置。
5. The first power terminal and the second power terminal.
The absolute value of the potential difference between
3. The semiconductor integrated circuit device according to item 1 or 2 .
【請求項6】上記第1の電源端子と上記第2の電源端子
との電位の差の絶対値が1.5V±10%を実質的に満
足する第1項または第2項記載の半導体集積回路装置。
6. The first power supply terminal and the second power supply terminal.
The absolute value of the potential difference between
3. The semiconductor integrated circuit device according to item 1 or 2 .
【請求項7】上記第1の電源端子と上記第2の電源端子
との電位の差の絶対値が3.0V±10%を実質的に満
足する第1項または第2項記載の半導体集積回路装置。
7. The first power terminal and the second power terminal.
The absolute value of the difference between the potential and the potential is substantially less than 3.0 V ± 10%.
3. The semiconductor integrated circuit device according to item 1 or 2 .
【請求項8】上記第1の電源端子と上記第2の電源端子
との電位の差の絶対値が4.5V±10%を実質的に満
足する第1項または第2項記載の半導体集積回路装置。
8. The first power supply terminal and the second power supply terminal.
The absolute value of the potential difference between
3. The semiconductor integrated circuit device according to item 1 or 2 .
【請求項9】上記第1の電源端子と上記第2の電源端子
との電位の差の絶対値が4.0V±10%を実質的に満
足する第1項または第2項記載の半導体集積回路装置。
9. The first power terminal and the second power terminal.
The absolute value of the potential difference between
3. The semiconductor integrated circuit device according to item 1 or 2 .
【請求項10】上記第1の電源端子と上記第2の電源端
子との電位の差の絶対値が4.0V 以上5.0V 未満を
実質的に満足する第1項または第2項記載の半導体集積
回路装置。
10. The first power terminal and the second power terminal.
If the absolute value of the potential difference with the element is 4.0 V or more and less than 5.0 V
3. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1 or 2, which is substantially satisfied .
JP6017093A 1994-02-14 1994-02-14 Semiconductor integrated circuit device Expired - Fee Related JP2727952B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6017093A JP2727952B2 (en) 1994-02-14 1994-02-14 Semiconductor integrated circuit device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6017093A JP2727952B2 (en) 1994-02-14 1994-02-14 Semiconductor integrated circuit device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63063338A Division JP2550138B2 (en) 1988-03-18 1988-03-18 Semiconductor integrated circuit device having bipolar transistor and field effect transistor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06244712A JPH06244712A (en) 1994-09-02
JP2727952B2 true JP2727952B2 (en) 1998-03-18

Family

ID=11934384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6017093A Expired - Fee Related JP2727952B2 (en) 1994-02-14 1994-02-14 Semiconductor integrated circuit device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2727952B2 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57212827A (en) * 1981-06-24 1982-12-27 Toshiba Corp Complementary mos logical circuit
JPH0783252B2 (en) * 1982-07-12 1995-09-06 株式会社日立製作所 Semiconductor integrated circuit device
JP2544343B2 (en) * 1985-02-07 1996-10-16 株式会社日立製作所 Semiconductor integrated circuit device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06244712A (en) 1994-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2550138B2 (en) Semiconductor integrated circuit device having bipolar transistor and field effect transistor
US4890017A (en) CMOS-BiCMOS gate circuit
US5568065A (en) Circuit for connecting a node to a voltage source selected from alternative voltage sources
US5422591A (en) Output driver circuit with body bias control for multiple power supply operation
JP3109641B2 (en) Full swing power down buffer circuit with multiple power supply separation
US5191244A (en) N-channel pull-up transistor with reduced body effect
JPH04290008A (en) Off-chip-driver circuit
KR19990044040A (en) Multiple Logic Family Compatibility Output Driver
US4999523A (en) BICMOS logic gate with higher pull-up voltage
JP3028840B2 (en) Composite circuit of bipolar transistor and MOS transistor, and semiconductor integrated circuit device using the same
JP2720816B2 (en) BiMOS integrated circuit
US5362997A (en) BiCMOS output driver
JP2727952B2 (en) Semiconductor integrated circuit device
US5057714A (en) BiCMOS integrated circuit device utilizing Schottky diodes
EP0439894B1 (en) Semiconductor logic circuit
US6365934B1 (en) Method and apparatus for elimination of parasitic bipolar action in complementary oxide semiconductor (CMOS) silicon on insulator (SOI) circuits
JP3014025B2 (en) BiCMOS logic integrated circuit
JPH09238065A (en) Semiconductor integrated circuit device
US20010000950A1 (en) Method for elimination of parasitic bipolar action in silicon on insulator (SOI) dynamic logic circuits
US5189310A (en) BICMOS logic gate circuit and structures
JP2549185B2 (en) Semiconductor integrated circuit device
JPH07120937B2 (en) Inverter circuit
US5600268A (en) Gate circuit of combined field-effect and bipolar transistors
JP3147025B2 (en) Semiconductor integrated circuit device
JP3086977B2 (en) Semiconductor integrated circuit device

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees