JP2944292B2 - Cmosゲート - Google Patents

Cmosゲート

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JP2944292B2
JP2944292B2 JP4034916A JP3491692A JP2944292B2 JP 2944292 B2 JP2944292 B2 JP 2944292B2 JP 4034916 A JP4034916 A JP 4034916A JP 3491692 A JP3491692 A JP 3491692A JP 2944292 B2 JP2944292 B2 JP 2944292B2
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JP
Japan
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mos transistor
gate
operation circuit
logical operation
inputs
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雅充 神山
信三 佐藤
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はCMOS素子を使用した
ゲートアレイに関する。CMOS素子を使用したゲート
アレイは低消費電力傾向のため、広く実用化されている
が、特に論理演算回路に使用して、その入力端子数が多
くなったとき、回路のスレショルド電圧を調整する必要
がある。従来はカスタムアレイであればCMOS素子の
ゲートのチャネルサイズを変更して対処出来たが、ゲー
トアレイではその手段が採用出来なかった。他の手段を
開発することが要望された。
【0002】
【従来技術】CMOS素子を使用したカスタムアレイの
例として、図4に示すナンド回路があった。図4におい
て1-1,1-2,1-3 は信号入力端子、2は演算後の出力信号
端子、3は正電圧電源Vcc、4は接地、5-1,3-2,5-3 は
互いに並列接続されたCMOS素子でpチャネルFE
T、6-1,6-2,6-3 は互いに直列接続されたCMOS素子
でnチャネルFETを示す。図4の動作説明を行うと
き、信号入力端子は1、pチャネルFETのCMOS素
子は5のように添字を省略して記述する。
【0003】今、信号入力端子1に全て“H”を印加し
たとき、nチャネル型素子6は同時に全てオンとなり、
pチャネル型素子5は全てオフしているから、出力端子
2は接地4の電位が現れ“L”である。
【0004】信号入力端子に1つでも“L”で印加され
ると、対応する素子6がオフとなり、対応する素子
オンに変わって、出力端子2は正電圧電源3の電位が現
れ“H”となる。入力の“L”が増加して全て“L”と
なっても出力端子2の電位は“H”である。
【0005】このとき信号入力端子1の数を増加し、或
いは減少したとき、ナンド演算の動作は変化しないが、
スレショルド電圧は変化することとなった。それは直列
回路・並列回路の各素子の数が変わったために起こる現
象である。
【0006】図5に示すように、図5(A) は信号入力端
子の“L”から“H”への変化を示し、入力の変化に対
し、出力が図5(B) に示すように変化する。このとき
“L”と“H”の振幅のほぼ半分の振幅を回路のスレシ
ョルド電圧Vthという。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、2個以
上の素子が直並列接続されているから、信号入力端子数
を増加して、より多くの信号が印加されるとき、演算回
路を構成する素子の接続が変更されるため、各FETの
オン抵抗の合成値が変わって、結局スレショルド電圧が
変わってしまう。例えば端子数が増加してそれら全端子
に“L”→“H”へ変化する信号を入力させたとき、出
力の“H”→“L”への変化に時間遅れを生じることが
起こる。その誤動作を避けるためCMOS素子(FE
T)のゲート電極のチャネルの大きさを変更させて対処
していた。
【0008】しかしCMOS素子を使用したゲートアレ
イの場合は、チャネルサイズが同じ素子を使用している
から、カスタムアレイの場合と異なり、ゲートアレイの
入力数の増加につれてナンド回路のスレショルド電圧は
上昇し、ノア回路であればスレショルド電圧は下降する
ため、しばしば誤動作を起こすという欠点が生じた。
【0009】本発明の目的は前述の欠点を改善し、ゲー
トアレイにおいて論理演算回路など所定の回路に組込ま
れていない余剰の素子を活用してゲートアレイのスレシ
ョルド電圧を調整できるCMOSゲートを提供すること
にある。
【0010】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理構成
を示す図である。図1において、1-1,1-2〜は信号入力
端子、2は演算後の出力信号端子、3は正電圧電源Vc
c、4は接地、8はCMOS素子により論理演算回路を
形成するゲートアレイ、9-1,9-2〜は所定個数だけ直列
(並列)接続されたMOSトランジスタを示す。
【0011】CMOS素子により論理演算回路を形成す
るゲートアレイにおいて、本願の請求項1に係る発明は
下記の構成である。即ち、上記論理演算回路は複数の入
力と単数の出力とを有し、上記論理演算回路を形成して
いない第1のMOSトランジスタのソースが電源に接続
され、前記第1のMOSトランジスタのドレインが前記
複数の入力と単数の出力とを有する論理演算回路の電源
接続端子に接続され、前記第1のMOSトランジスタの
ゲートが接地に接続されていることである。請求項2に
係る発明は、前記第1のMOSトランジスタと前記複数
の入力と単数の出力とを有する論理演算回路との間に前
記複数の入力と単数の出力とを有する論理演算回路を形
成していない少なくとも1個のMOSトランジスタが直
列に挿入され、前記挿入された少なくとも1個のMOS
トランジスタのゲートが前記第1のMOSトランジスタ
のゲートとともに接地に接続されていること、で構成す
る。請求項3に係る発明は、前記電源と前記複数の入力
と単数の出力とを有する論理演算回路の電源接続端子と
の間に前記第1のCMOSトランジスタと並列に前記複
数の入力と単数の出力とを有する論理演算回路を形成し
ていない少なくとも1個のMOSトランジスタが挿入さ
れ、前記挿入された少なくとも1個のMOSトランジス
タのゲートが前記第1のMOSトランジスタのゲートと
ともに接地に接続されていること、で構成する。請求項
4に係る発明は、前記電源と前記複数の入力と単数の出
力とを有する論理演算回路の電源接続端子との間に前記
第1のMOSトランジスタと並列に前記複数の入力と単
数の出力とを有する論理演算回路を形成していない少な
くとも1個のMOSトランジスタが挿入されるととも
に、前記第1のMOSトランジスタ及び前記並列に接続
されたMOSトランジスタの内の少なくとも1個のMO
Sトランジスタと前記複数の入力と単数の出力とを有す
る論理演算回路の電源接続端子との間に更に前記複数の
入力と単数の出力とを有する論理演算回路を形成してい
ない少なくとも1個のMOSトランジスタが直列に挿入
され、前記挿入された少なくとも1個のMOSトランジ
スタのゲートが前記第1のMOSトランジスタのゲート
とともに接地に接続されていること、で構成する。請求
項5に係る発明は、CMOS素子により論理演算回路を
形成するゲートアレイにおいて、上記論理演算回路は複
数の入力と単数の出力とを有し、上記論理演算回路を形
成していない第1のMOSトランジスタのソースが接地
に接続され、前記第1のMOSトランジスタのドレイン
が前記複数の入力と単数の出力とを有する論理演算回路
の接地接続端子に接続され、前記第1のMOSトランジ
スタのゲートが電源に接続されていること、で構成す
る。請求項6に係る発明は、前記第1のMOSトランジ
スタと前記複数の入力と単数の出力とを有する論理演算
回路の接地接続端子との間に前記複数の入力と単数の出
力とを有する論理演算回路を形成していない少なくとも
1個のMOSトランジスタが直列に挿入され、前記挿入
された少なくとも1個のMOSトランジスタのゲートが
前記第1のMOSトランジスタのゲートとともに電源に
接続されていること、で構成する。請求項7に係る発明
は、前記接地と前記複数の入力と単数の出力とを有する
論理演算回路の接地接続端子との間に前記第1のMOS
トランジスタと並列に前記複数の入力と単数の出力とを
有する論理演算回路を形成していない少なくとも1個の
MOSトランジスタが挿入され、前記挿入された少なく
とも1個のMOSトランジスタのゲートが前記第1のM
OSトランジスタのゲートとともに電源に接続されてい
ること、で構成する。請求項8に係る発明は、前記接地
と前記複数の入力と単数の出力とを有する論理演算回路
の接地接続端子との間に前記第1のMOSトランジスタ
と並列に前記複数の入力と単数の出力とを有する論理演
算回路を形成していない少なくとも1個のMOSトラン
ジスタが挿入されるとともに、前記第1のMOSトラン
ジスタ及び前記並列に接続されたMOSトランジスタの
内の少なくとも1個のMOSトランジスタと前記複数の
入力と単数の出力とを有する論理演算回路の接地接続端
子との間に前記複数の入力と単数の出力とを有する論理
演算回路を形成していない少なくとも1個のMOSトラ
ンジスタが直列に挿入され、前記挿入された少なくとも
1個のMOSトランジスタのゲートが前記第1のMOS
トランジスタのゲートとともに電源に接続されているこ
と、で構成する。
【0012】
【作用】CMOS素子により論理演算回路を形成するゲ
ートアレイ8において、その論理演算回路を形成してい
ないMOSトランジスタがゲートアレイ上に存在するた
め、そのような素子を論理演算回路の電源接続端子と電
源間に挿入接続する。また他の請求項に係る発明では、
上記トランジスタを論理演算回路の接地接続端子と接地
間に接続したり、その接続トランジスタの個数を増加し
たり、或いは直並列に接続する。
【0013】今、挿入接続がないとき信号入力端子1-1,
1-2〜に印加した“H”,“L”の信号に対し論理演算
回路で演算した後、出力端子2に現れる信号はその動作
上出力端子2と接地4間のMOSトランジスタのオン抵
抗による抵抗分割した値により回路のスレショルド電圧
が決定される。そのためMOSトランジスタ9-1を挿入
接続するとき、抵抗分割した電圧が調整され、即ちスレ
ショルド電圧が可変出来るので、信号入力端子1-1,1-2
〜の増加などに伴うスレショルド電圧の変化を打ち消す
ことが出来る。
【0014】挿入接続したMOSトランジスタ9-1は複
数個使用することもあり、そのときの接続は直列・並列
または直並列となる。挿入したときスレショルド電圧の
変化を打ち消すように接続すれば良い。
【0015】図2は本発明の第1実施例として論理演算
回路がナンド回路を構成し、挿入したMOSトランジス
が2個直列となる場合を示す図である。図2におい
て、8-1,8-2はMOSトランジスタを使用し、ナンド回
路を構成しているゲートアレイ、9は挿入接続された
OSトランジスタでpチャネルFETを2個直列接続
し、ゲートアレイ8-1の電源側に接続し、両FETのゲ
ート電極を共通接地したものを示す。したがってMOS
トランジスタ9は常にオン状態になる。
【0016】ゲートアレイ8-2に対する入力信号端子を
増加または減少させたとき、対応させてMOSトランジ
スタ9の素子数を減少または増加させる。直列に増加さ
せたとき、MOSトランジスタ素子1個のオン抵抗に対
応する電圧だけスレショルド電圧が接地側に変化した値
となる。
【0017】図3は本発明の第2実施例として論理演算
回路がノア回路を構成し、挿入したMOSトランジスタ
が2個直列となる場合を示す図である。図3において、
8-1,8-2はMOSトランジスタを使用し、ノア回路を構
成しているゲートアレイ、10は挿入されたMOSトラ
ンジスタ素子でnチャネルFETを2個直列接続し、ゲ
ートアレイ8-1の接地側に挿入し、両FETのゲート電
極を共通に正電源と接続したものを示す。従ってMOS
トランジスタは常にオン状態になる。
【0018】当初の入力端子において1つ以上が“L”
であったものが、全て“H”を印加することにより出力
端子2の電位を“L”に切換えるとき、全てのpチャネ
ル型FETがオンとなる。また挿入素子10がオンとな
っているから、出力端子2の“L”レベルは、直列接続
されているMOSトランジスタのオン抵抗の数によって
決まる。またスレショルド電圧は挿入素子10のオン抵
抗分だけ電源側に近い値となる。
【0019】以上は挿入したMOSトランジスタが直列
接続されている場合についての説明であるが、信号入力
端子の増加数などにより、挿入素子の数を複数とし、ス
レショルド電圧を変化させないように適宜な直並列の接
続とすれば良い。
【0020】
【発明の効果】このようにして本発明によると、MOS
トランジスタの内所定のゲートアレイを形成していない
ような剰余の素子を少なくとも1個挿入接続しているた
め、入力信号端子の数が増加して、信号に“L”、
“H”の切換が起こり回路のスレショルドレベルを変化
させようとするとき、その傾向を打ち消すことが出来
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理構成を示す図である。
【図2】本発明の第1実施例の構成を示す図てある。
【図3】本発明の第2実施例の構成を示す図である。
【図4】従来のカスタムアレイによるナンド回路の構成
を示す図である。
【図5】図4について回路のスレショルド電圧を説明す
るための図である。
【符号の説明】
1-1,1-2 〜 入力信号端子 2 出力信号端子 3 電源 4 接地 8 ゲートアレイ 9-1 CMOS素子の1個
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−86166(JP,A) 特開 昭61−237515(JP,A) 特開 昭57−10533(JP,A) 特開 平4−134923(JP,A)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CMOS素子により論理演算回路を形成
    するゲートアレイにおいて、 上記論理演算回路は複数の入力と単数の出力とを有し、 上記論 理演算回路を形成していない第1のMOSトラン
    ジスタのソースが電源に接続され、 前記第1のMOSトランジスタのドレインが前記複数の
    入力と単数の出力とを有する論理演算回路の電源接続端
    子に接続され、 前記第1のMOSトランジスタのゲートが接地に接続さ
    れていることを特徴とするCMOSゲート。
  2. 【請求項2】 前記第1のMOSトランジスタと前記複
    数の入力と単数の出力とを有する論理演算回路との間に
    前記複数の入力と単数の出力とを有する論理演算回路を
    形成していない少なくとも1個のMOSトランジスタが
    直列に挿入され、 前記挿入された少なくとも1個のMOSトランジスタの
    ゲートが前記第1のMOSトランジスタのゲートととも
    に接地に接続されていることを特徴とする請求項1に記
    載のCMOSゲート。
  3. 【請求項3】 前記電源と前記複数の入力と単数の出力
    とを有する論理演算回路の電源接続端子との間に前記第
    1のCMOSトランジスタと並列に前記複数の入力と単
    数の出力とを有する論理演算回路を形成していない少な
    くとも1個のMOSトランジスタが挿入され、 前記挿入された少なくとも1個のMOSトランジスタの
    ゲートが前記第1のMOSトランジスタのゲートととも
    に接地に接続されていることを特徴とする請求項1に記
    載のCMOSゲート。
  4. 【請求項4】 前記電源と前記複数の入力と単数の出力
    とを有する論理演算回路の電源接続端子との間に前記第
    1のMOSトランジスタと並列に前記複数の入力と単数
    の出力とを有する論理演算回路を形成していない少なく
    とも1個のMOSトランジスタが挿入されるとともに、
    前記第1のMOSトランジスタ及び前記並列に接続され
    たMOSトランジスタの内の少なくとも1個のMOSト
    ランジスタと前記複数の入力と単数の出力とを有する論
    理演算回路の電源接続端子との間に更に前記複数の入力
    と単数の出力とを有する論理演算回路を形成していない
    少なくとも1個のMOSトランジスタが直列に挿入さ
    れ、 前記挿入された少なくとも1個のMOSトランジスタの
    ゲートが前記第1のMOSトランジスタのゲートととも
    に接地に接続されていることを特徴とする請求項1に記
    載のCMOSゲート。
  5. 【請求項5】 CMOS素子により論理演算回路を形成
    するゲートアレイにおいて、 上記論理演算回路は複数の入力と単数の出力とを有し、 上記論 理演算回路を形成していない第1のMOSトラン
    ジスタのソースが接地に接続され、 前記第1のMOSトランジスタのドレインが前記複数の
    入力と単数の出力とを有する論理演算回路の接地接続端
    子に接続され、 前記第1のMOSトランジスタのゲートが電源に接続さ
    れていることを特徴とするCMOSゲート。
  6. 【請求項6】 前記第1のMOSトランジスタと前記複
    数の入力と単数の出力とを有する論理演算回路の接地接
    続端子との間に前記複数の入力と単数の出力とを有する
    論理演算回路を形成していない少なくとも1個のMOS
    トランジスタが直列に挿入され、 前記挿入された少なくとも1個のMOSトランジスタの
    ゲートが前記第1のMOSトランジスタのゲートととも
    に電源に接続されていることを特徴とする請求項5に記
    載のCMOSゲート。
  7. 【請求項7】 前記接地と前記複数の入力と単数の出力
    とを有する論理演算回路の接地接続端子との間に前記第
    1のMOSトランジスタと並列に前記複数の入力と単数
    の出力とを有する論理演算回路を形成していない少なく
    とも1個のMOSトランジスタが挿入され、 前記挿入された少なくとも1個のMOSトランジスタの
    ゲートが前記第1のMOSトランジスタのゲートととも
    に電源に接続されていることを特徴とする請求項5に記
    載のCMOSゲート。
  8. 【請求項8】 前記接地と前記複数の入力と単数の出力
    とを有する論理演算回路の接地接続端子との間に前記第
    1のMOSトランジスタと並列に前記複数の入力と単数
    の出力とを有する論理演算回路を形成していない少なく
    とも1個のMOSトランジスタが挿入されるとともに、
    前記第1のMOSトランジスタ及び前記並列に接続され
    たMOSトランジスタの内の少なくとも1個のMOSト
    ランジスタと前記複数の入力と単数の出力とを有する論
    理演算回路の接地接続端子との間に前記複数の入力と単
    数の出力とを有する論理演算回路を形成していない少な
    くとも1個のMOSトランジスタが直列に挿入され、 前記挿入された少なくとも1個のMOSトランジスタの
    ゲートが前記第1のMOSトランジスタのゲートととも
    に電源に接続されていることを特徴とする請求項5に記
    載のCMOSゲート。
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