JP3431145B2 - Nチャネル出力トランジスタを有する相補形論理回路 - Google Patents

Nチャネル出力トランジスタを有する相補形論理回路

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JP3431145B2 JP51193893A JP51193893A JP3431145B2 JP 3431145 B2 JP3431145 B2 JP 3431145B2 JP 51193893 A JP51193893 A JP 51193893A JP 51193893 A JP51193893 A JP 51193893A JP 3431145 B2 JP3431145 B2 JP 3431145B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術的背景 多くのディジタルアプリケーションでは、低消費電力
の下での高速化の要求が常に求められている。本発明の
バッファ式コンプリメンタリロジック(BCL:バッファ式
相補型論理回路)によれば、従来のロジック技術と比較
して、更に低消費電力であると共に高速化が計れるもの
である。本発明の基本構成には、NANDゲートと、OR−AN
D−NOTのような複雑なゲートと、ロジック(論理)ゲー
トで構成可能な新規な蓄積セルとが設けられている。
発明の概要 本発明は、相補形回路を入力段とし、Nチャネルプッ
シュ・プル回路を出力段として利用したゲートである。
このような本発明のゲート回路は、単一の相補形段を有
する回路より高速化が計れる。その理由としては、Nチ
ャネルトランジスタは、Pチャネルトランジスタと比較
して、迅速に負荷容量を充電することができるからであ
る。本発明の基本的態様としては、標準の論理回路、特
にCMOSの入力段のPチャネル入力トランジスタを、2個
のNチャネルトランジスタと1個のPチャネルトランジ
スタとから成る入力回路で置換したものである。この回
路には、回路素子として電界効果トランジスタ(FET)
を独占的に利用できる。
図面の簡単な説明 図1は、基本的なゲートのブロック線図である。
図2aは、基本的なNANDゲートを示す図である。
図2bは、図2aのNANDゲートの入力/出力の真理値表で
ある。
図2cは、3入力NANDゲートを示す図である。
図2dは、基本的な単一(ユニット)ゲートを示す図で
ある。
図3aは、本発明を用いた2入力NANDゲートを表す。
図3bは、他の3入力NANDゲートを表す。
図3cは、他の基本的なユニットゲートを示す。
図3dは、他のN−入力NANDゲートを示す。
図4は、ゲート技術を利用した複雑なロジック(論
理)回路である。
図5は、基本的なゲートを利用した、他の複雑なロジ
ック回路である。
図6は、本発明による基本的な変換入力回路を表す。
図7、8及び9は、本発明を利用した回路を表す。
実施例の説明 図1は、バッファ式相補形(コンプリメンタリ)論理
ゲート10を示すブロック線図である。このゲート10に
は、相補形FET入力段12とNチャネルFETプッシュ・プル
ドライバ段14とが設けられている。この入力は、所望の
ロジックの複雑度に応じて、1から無限値まで変化させ
ることができる。ライン16上の中間信号によって、ドラ
イバ段の「プッシュ」部分、または「プル」部分をドラ
イブする。
図2aは、図2bの真理値表22で示したようなNANDゲート
論理機能A・Bを実行する回路20を線図的に示す。図2a
の回路20において、ライン24を約1.5Vの正の直流電圧を
有する電圧源VDDに接続する。トランジスタ26はPチャ
ネル電界効果トランジスタ(FET)であり、ライン24に
接続されたソースと、トランジスタ28のドレインに接続
されたドレインとを有する。このトランジスタ26のゲー
トの長さは1μm(ミクロン)で、幅は20μmを有す
る。このトランジスタ26のゲートをこのロジック回路の
A入力へ接続する。また、このA入力をNチャネルFET2
8のゲートにも接続する。このFET28のゲートの長さは1
μmで幅は6μmである。このトランジスタ28のソース
をNチャネルトランジスタ32のドレインに接続する。こ
のトランジスタ32のゲートを入力Bに接続すると共に、
このゲートの長さは1μmで幅は6μmである。トラン
ジスタ32のソースを基準ターミナル、又はグランド(接
地)34に接続する。Pチャネルトランジスタ36は、ライ
ン24に接続されたソースと、トランジスタ28のドレイン
に接続されたドレインとを有する。このトランジスタ36
のゲートを入力Bに接続すると共に、このゲートの幅は
20μmで、長さは1μmである。NチャネルFET38はラ
イン24に接続されたドレインと、出力ライン42に接続さ
れたソースとを有する。このトランジスタ38のゲートを
トランジスタ36のドレインに接続する。NチャネルFET4
4は出力ライン42に接続されたドレインと、入力Aに接
続されたゲートとを有する。このトランジスタ44のゲー
トの幅は20μmで長さは1μmである。トランジスタ44
のソースをNチャネルFET46のドレインに接続する。こ
のトランジスタ46のゲートを入力Bに接続する。このト
ランジスタ46の幅は20μmで、長さは1μmである。こ
のトランジスタ46のソースを、グランド、または基準タ
ーミナル34に接続する。
真理値表22で表示したように、このNAND回路の機能に
ついては、入力端子Aに論理「1」が、入力端子Bには
論理「0」が現れている例から説明を始める。論理信号
「1」は約1.5Vの正の電圧であり、論理信号「0」は、
約0Vの電圧で、この0V電圧によって、トランジスタ32を
十分にオフ(不作動)に出来るものである。トランジス
タ26のゲート上の論理信号「1」によってこのトランジ
スタをオフにする。B入力における論理「0」信号によ
ってトランジスタ36をオン(作動)し、この結果、トラ
ンジスタ38のゲートの電圧を昇圧し、更に、トランジス
タ38をオンにする。その結果、入力Bにおける論理0信
号によって、トランジスタ46のゲート電圧を降下させ、
トランジスタ46をオフにする。これによって、トランジ
スタ38のON状態のために、トランジスタ44のON状態に拘
らず、出力43が「ハイ」となる。このため出力42に論理
0信号が現れるようになる。
入力端子における他の論理信号の例としては、入力A
および入力Bに論理1信号が現れるものとする。トラン
ジスタ26、28のゲート上の論理1信号によってトランジ
スタ28をオンとすると共に、トランジスタ32のゲート上
の論理1信号によってトランジスタ32をオンとする。こ
れによって、トランジスタ26と36のゲート上の高い論理
1信号によってこれらトランジスタがオフされ、トラン
ジスタ38のゲート電圧を「0」に近づくように降下させ
る。トランジスタ36、44と46のゲート上の論理1信号お
よびトランジスタ38のゲート上の論理0信号によって、
ライン42の出力が零となる。上述した結果は、図2bに示
したA・Bに対する真理値表で確認できる。
3入力NAND回路130が図2cに開示してある。第3、即
ちC入力は、AまたはBゲート段を複写したものであ
る。Pチャネルトランジスタ132はトランジスタ26と36
とに相当し、Nチャネルトランジスタ134はトランジス
タ28と32とに相当し、更に、Nチャネルトランジスタ13
6は、図2aの回路20のトランジスタ44と46と相当する。
出力トランジスタ38はこれらすべての段に共通のもので
ある。
図2dに、基本的なユニット(単位)ゲートを表す。
図2eは、N入力NANDゲート150のダイヤグラムであ
る。N番目のステージはステージAおよびBに類似して
いる。Pチャネルトランジスタ138はトランジスタ26と3
6とに対応し、Nチャネルトランジスタ142はトランジス
タ28と32とに対応し、更に、Nチャネルトランジスタ14
4は、図2aの回路20のトランジスタ44と46に対応する。
回路146は基本単位ゲートであり、これは、必要な入力
数に従って複写されるものである。出力Nチャネルトラ
ンジスタ38と出力42を有する回路148は、これら入力ス
テージの総てに共通である。
図3aは、他のNAND型のゲート形態の他の構成を有する
回路30を示す。このNANDゲート30は、図2aのNANDゲート
20より高速動作するものである。その理由としては、図
3aのNANDゲート30では、図2aのトランジスタ28と32との
ように、第1ステージにNチャネルトランジスタが直列
に設けられていないからである。この図3の回路は図2b
の真理値表と同一のものを有する。PチャネルFET48
は、ライン24に接続したソースを有する。このライン24
を、約1.5Vの電圧値を有する正の電圧VDDに接続する。
トランジスタ48のゲートを入力Aに接続すると共に、こ
のトランジスタのドレインをNチャネルFET52のドレイ
ンに接続する。トランジスタ52のゲートを入力Aに接続
すると共に、これのソースをグランド、または基準ター
ミナル34に接続する。NチャネルFET54はライン24に接
続したドレインと、トランジスタ48と52とのドレインに
接続したゲートとを有する。このトランジスタ54のソー
スを、NチャネルFET54のドレインおよび出力56に接続
する。トランジスタ58のゲートを入力Aに接続すると共
に、これのソースをNチャネルFET60のドレインへ接続
する。トランジスタ60のソースをグランドまたは基準タ
ーミナル34に接続する。トランジスタ60のゲートを入力
Bへ接続する。PチャネルFET62のソースをライン24に
接続する。このトランジスタ62のゲートを入力Bに接続
すると共に、これのドレインをNチャネルFET64のドレ
インに接続する。トランジスタ64のゲートを入力Bに接
続すると共に、これのソースをグランド、または基準タ
ーミナル34に接続する。NチャネルFET66のドレインを
ライン24に接続すると共に、これのゲートをトランジス
タ62と64とのドレインに接続する。トランジスタ66のソ
ースを出力ライン56に接続する。
2入力NANDゲート回路30の出力ライン56における機能 を、図2bに示した真理値表22からの入力の数種の例で表
すことができる。例えば、入力Aに論理0信号が存在
し、入力Bに論理1信号が存在するものと仮定する。ト
ランジスタ48のゲートにおける論理ロー(低)信号によ
って、このトランジスタ48がオンすると共に、トランジ
スタ52の論理ロー信号によってこのトランジスタ52がオ
フするようになる。この結果、トランジスタ54のゲート
の信号がハイ(高)となり、このトランジスタ54をオン
すると共に、ライン56にハイ信号が出力される。これ
は、トランジスタ58のゲートがロー信号であるためであ
り、これによってこのトランジスタがオフとなる。入力
Bにおける論理1信号によってトランジスタ60がオンさ
れ、トランジスタ62がオフとなる。トランジスタ60のオ
ンは、出力の結果には影響しない。同時にトランジスタ
64がオンされる。従って、トランジスタ66のゲートの信
号レベルが低下して、トランジスタ66がオフされる。こ
の結果、ライン56の出力は、論理1信号のままである。
次に、入力AおよびBの両者の端子に、論理1信号が
存在しているものとする。上述したように、トランジス
タ52はオンすると共に、トランジスタ48はオフし、それ
によって、トランジスタ52のドレイン電圧が降下し、ロ
ー信号がトランジスタ54に与えられてオフされる。トラ
ンジスタ58のゲートの論理1信号により、このトランジ
スタ58がオンとなる。また、入力Bにおける論理1信号
によりトランジスタ60がオンとなって、トランジスタ60
と58のドレイン電圧が低電圧に降下される。これによっ
て出力56にロー信号が得られる。入力Bのハイ信号によ
ってトランジスタ62がオフされると共に、トランジスタ
64がオンされ、この結果、トランジスタ66のゲートにロ
ー信号が与えられ、このトランジスタ66がオフされると
共に、ライン56の出力をローレベルにすることが可能と
なる。この動作および前の動作説明は、真理値表22で確
認できる。
図3bは、図3aのNANDゲート回路30で実行したように、
実施された他の3入力NAND回路160を示す。第3ステー
ジ、即ちCステージは、AまたはBステージに類似して
いる。Pチャネルトランジスタ152は図3aの回路30のト
ランジスタ48と62とに対応し、同様に、Nチャネルトラ
ンジスタ154はトランジスタ52と64とに対応し、Nチャ
ネルトランジスタ156はトランジスタ58と60とに対応
し、更に、Nチャネルトランジスタ158はトランジスタ5
4と66とに対応する。
図3cは、他の基本的な単位ゲートを示す。
図3dはN入力NANDゲート180のダイヤグラムである。
N番目のステージはAまたはBゲートステージに類似す
る。Pチャネルトランジスタ162は、図3aの回路30のト
ランジスタ48と62とに対応し、Nチャネルトランジスタ
164はトランジスタ52と64に対応し、Nチャネルトラン
ジスタ166はトランジスタ58と60とに対応し、更に、N
チャネルトランジスタ168はトランジスタ54と66とに対
応する。回路172は、図3cの基本的な単位ゲート回路170
に類似したゲートである。
図4aは、複雑な論理機能 を実行する回路50である。この回路では、4つの入力
A、B、CおよびDならびに出力106が設けられてい
る。図4bのテーブル100は、入力A、B、CおよびDへ
の論理信号の各組合わせに対する論理信号を表す。Pチ
ャネル電界効果トランジスタ(FET)96は、ライン24に
接続されたソースを有する。このライン24を約1.5Vの電
圧源VDDに接続する。このトランジスタ96のゲートを入
力Aに接続すると共に、これのドレインをPチャネルFE
T102のソースに接続する。このトランジスタ102のゲー
トを入力Bに接続すると共に、これのドレインをNチャ
ネルFET104のドレインに接続する。このトランジスタ10
4のゲートを入力Bに接続すると共に、これのソースを
グランドまたは基準ターミナル34に接続する。Nチャネ
ルFET98のドレインをトランジスタ102と104のドレイン
に接続する。このトランジスタ98のゲートを入力Aに接
続すると共に、このソースを基準ターミナルまたはグラ
ンド34に接続する。NチャネルFET108のドレインを電圧
ライン24に接続すると共に、これのソースを論理出力ラ
イン106に接続する。このトランジスタ108のゲートをト
ランジスタ98、102、104のドレインに接続する。Pチャ
ネルFET110のソースを電圧ライン24に接続すると共に、
これのゲートを入力Cに接続する。トランジスタ110の
ドレインをPチャネルFET112のソースに接続する。この
トランジスタ112のゲートを入力Dに接続すると共に、
これのドレインをNチャネルFET114のドレインに接続す
る。このトランジスタ114のゲートを入力Dに接続する
と共に、これのソースをグランドまたは基準ターミナル
34に接続する。NチャネルFET118のドレインを電圧ライ
ン24に接続すると共に、これのソースを論理回路50の論
理出力ライン106に接続する。トランジスタ118のゲート
をトランジスタ112、114、116のドレインに接続する。
NチャネルFET120は、C入力に接続されたゲートと、出
力ライン106に接続されたドレインと、NチャネルFET12
2のドレインに接続されたソースとを有する。トランジ
スタ122は、A入力に接続されたゲートと、グランドま
たは基準ターミナル34に接続されたソースとを有する。
NチャネルFET124は、出力ライン106に接続されたドレ
インと、入力Dに接続されたゲートと、更に、トランジ
スタ120のソースと、トランジスタ122のドレインとに接
続されたソースを有する。NチャネルFET126のゲートを
入力Bに接続し、これのドレインをトランジスタ120と1
24とのソースに接続すると共に、トランジスタ122のド
レインに接続する。トランジスタ126のソースを基準タ
ーミナルまたはグランド34に接続する。
これら入力A、B、CおよびDへの種々の論理信号の
内のいくつかの例を分析することによって、ライン106
の出力信号はどれになるかを決定出来る。先ず、第1の
例では、入力AおよびBは論理0信号を有し、入力Cお
よびDは論理1信号を有する。トランジスタ96のゲート
には、ロー信号が現れているので、このトランジスタ96
がオンされる。また、トランジスタ102のゲートには、
ロー信号が現れているので、同様にこのトランジスタ10
2もオンとなる。しかし乍ら、トランジスタ104のゲート
にはロー信号が与えられる結果として、このトランジス
タはオフされる。トランジスタ98のゲートにはロー信号
が現れ、この結果、このトランジスタ98はオフとなる。
従って、トランジスタ108のゲートがハイレベルとな
り、このトランジスタ108がオンとなり、出力ライン106
に高い論理1信号が現れるようになる。他の入力を調べ
て、この回路内の他のエレメントが、ライン106上の高
い論理1信号値に対して対向するものであるかを見極め
る。トランジスタ110のゲートは高い値を有すので、こ
のトランジスタはオフとなる。同様に、トランジスタ11
2のゲートは高い値であるので、このトランジスタ112は
オフとなる。トランジスタ116のゲートは、高い値であ
るので、このトランジスタはオンとなる。この結果、こ
れのドレインの信号レベルがロー信号となり、これは、
並列接続されたトランジスタ114と同様な場合である。
このトランジスタのゲートにはハイレベル信号が現れる
と共に、これのドレインの信号レベルも同様に、ローレ
ベルに降下する。以上のことによって、トランジスタ11
8のゲートにロー信号が生じ、これによってこのトラン
ジスタ118がオフとなると共に、出力106に何ら影響を与
えない。トランジスタ120のゲートはハイ信号を有して
おり、これによってこのトランジスタ120はオンとなる
と共に、トランジスタ124のゲートにもハイレベル信号
が現れ、この結果、このトランジスタ124がオンされ
る。またトランジスタ122と126のゲートには、ローレベ
ル論理信号が与えられ、この結果、これらトランジスタ
がオフされる。従って、これらトランジスタ120および1
24は、トランジスタ122と126(これらはオンされていな
い)と直列接続されているので、これらトランジスタ12
0と124のオン状態によって、何も結果をもたらせない。
それ故、ライン106上のハイ信号は何ら影響を受けな
い。
また、この論理回路50の機能の第2の例を、高い論理
1信号を入力A、BおよびDに与え、且つ、低い論理0
信号を入力Cに与えた条件の下で分析する。先ず、トラ
ンジスタ96のゲートにハイ(高)レベル信号が与えら
れ、この結果、オフ状態となる。同様に、トランジスタ
102のゲートにも、ハイレベル信号が与えられ、オフ状
態となる。トランジスタ98と104のゲートにはハイレベ
ル信号が与えられ、このため、これらトランジスタはオ
ン状態となると共に、トランジスタ108のゲート電圧レ
ベルをロー(低)レベルに引下げる。この結果、このト
ランジスタ108はオフ状態となる。また、トランジスタ1
10のゲートにはローレベル信号が与えられるので、オン
状態となるが、トランジスタ112のゲートには、ハイレ
ベル信号が与えられ、この結果オフ状態となる。トラン
ジスタ116のゲートには、ローレベル信号が与えられ、
この結果オフ状態となるが、トランジスタ114のゲート
にはハイレベル信号が与えられ、このトランジスタがオ
ン状態となる。この結果、トランジスタ118のゲートの
信号レベルを低レベルに下げ、これによって、このトラ
ンジスタ118がオフ状態となる。トランジスタ120のゲー
トには、0またはローレベルの論理値が与えられ、これ
によって、オフ状態となる。トランジスタ122のゲート
にはハイレベル信号が供給されるので、オン状態とな
り、この結果、このトランジスタのドレインをローレベ
ル信号に引下げる。同様に、トランジスタ126のゲート
にはハイレベル信号が与えられ、この結果、オン状態と
なると共に、トランジスタ122および/または126と協動
して、このトランジスタ124によって論理出力ライン106
を低い論理0信号レベルに降下させる。入力A、B、C
およびDに対して、種々のロジックレベルを利用しての
同様の分析結果が、図4bの真理値表100に示され、ここ
では、所定の組合わせに対する出力106の特定の値が表
示されている。
図5aは、排他的NOR論理回路40の回路図である。この
排他的NOR機能は▲▼+(A・B)で表され
る。この論理回路40の第1回路部分は、図3aに示したよ
うな回路30である。この回路30については前述した通り
である。また、この論理回路40の残りの回路部分70は、
以下に説明する。図5bの真理値表72は、図5aの論理回路
40に適用できる。Pチャネル電界効果トランジスタ(FE
T)68は、ライン24に接続されたソースと、入力Aに接
続されたゲートとを有する。このトランジスタ68のドレ
インをPチャネルFET74のソースに接続する。このトラ
ンジスタ74のゲートを入力Bに接続する。このトランジ
スタ74のドレインをNチャネルFET76と78とのドレイン
に接続する。このNチャネルトランジスタ76のゲートを
入力Aに接続すると共に、Nチャネルトランジスタ78の
ゲートを入力Bに接続する。これらトランジスタ76と78
のソースをグランドまたは基準ターミナル34に接続す
る。NチャネルFET80のゲートを、これらトランジスタ7
4、76、78のドレインに接続する。トランジスタ80のド
レインをライン24に接続すると共に、このソースを出力
ライン86に接続する。NチャネルFET82のドレインをト
ランジスタ80のソースに接続する。このトランジスタ82
のゲートをライン56に接続し、このライン56をこの論理
回路30の出力に接続する。このトランジスタ82のソース
をNチャネルFET84と88とのドレインに接続する。これ
らトランジスタ84と88のソースを基準ターミナルまたは
グランド34に接続する。トランジスタ84のゲートを入力
Aに接続すると共に、トランジスタ88のゲートを入力B
に接続する。PチャネルFET90のソースをライン24に接
続すると共に、これのゲートを論理回路30の出力ライン
56に接続する。トランジスタ90のドレインをNチャネル
FET92のドレインに接続する。トランジスタ92のゲート
を回路30のライン56に接続する。このトランジスタ92の
ソースを基準ターミナルまたはグランド34に接続する。
NチャネルFET64はライン24に接続されたドレインと、
回路40の出力ライン86に接続されたソースとを有する。
トランジスタ94のゲートをトランジスタ90と92とのドレ
インに接続する。
最初に、この論理回路40を以下の条件の下で機能させ
た場合について調べる。即ち、入力Aに論理0入力信号
が与えられると共に、入力Bに論理1入力信号が与えら
れる条件である。これらの入力条件の下では、出力ライ
ン56は、図2bの真理値表22に従って、論理1信号とな
る。入力Aにおけるローレベル信号によって、トランジ
スタ68がオン状態となると共に、入力Bにおけるハイレ
ベル信号によって、トランジスタ74がオフ状態となる。
入力Aにおけるローレベル信号によって、トランジスタ
76がオフ状態となると共に、入力Bにおけるハイレベル
信号によってトランジスタ78がオン状態となり、これに
よって、トランジスタ80のゲートにローレベル信号が現
れるようになる。従って、トランジスタ80はオフとな
る。ライン56のハイレベル信号によって、トランジスタ
82がオンとなると共に、入力Bからのハイレベル信号に
よってトランジスタ88をオンする。この結果、ライン86
を論理「0」レベルに下げる。入力Aからトランジスタ
84のゲートへの論理「0」入力信号によって、このトラ
ンジスタ84をオフ状態にするが何も結果をもたらせな
い。ライン56の高い論理1信号がトランジスタ90と92と
のゲートに供給され、この結果、トランジスタ90をオフ
すると共に、トランジスタ92をオンする。従って、トラ
ンジスタ94のゲートには論理0信号が現れるようにな
り、それに併って、トランジスタ94をオフ状態にすると
共に、出力ライン86を、論理「0」の状態に維持する。
次に、実施例としては、入力AおよびBの両者に、論
理ハイレベル信号が与えられた場合である。これら入力
Aと入力Bが高レベルの場合に、論理回路30の出力ライ
ン56は論理0となる。入力Aの高レベル信号がトランジ
スタ68のゲートに支えられ、この結果としてトランジス
タ68がオフされる。また入力Bのハイレベル信号がトラ
ンジスタ74に与えられ、この結果として、トランジスタ
74がオフされる。トランジスタ76と78とのゲートは入力
AとBからの高レベル信号をそれぞれ受け、これによっ
てトランジスタ76と78の両者をオン状態にする。この結
果、トランジスタ80のゲートを論理0のローレベル信号
に降下させて、このトランジスタ80をオフ状態にする。
出力ライン56からのローレベル信号がトランジスタ82に
与えられるので、これがオフ状態となる。トランジスタ
84と88とのゲートには、それぞれ、入力Aと入力Bから
の高レベル論理信号が与えられるので、これらトランジ
スタ84と88とをオン状態にする。これにより出力86には
何ら影響を与えない。この理由は、トランジスタ82がオ
フ状態となるからである。また、トランジスタ90と92の
ゲートには、ライン56からのローレベル信号が与えら
れ、これによってトランジスタ90がオンすると共に、ト
ランジスタ92がオフする。この結果、トランジスタ94の
ゲートに、ハイレベル信号が与えられ、これによりトラ
ンジスタ94をオンすると共に、出力ライン86を論理1信
号へ上昇させる。これら入力Aと入力Bとの他の総ての
組合わせは、同様に分析して、ライン86の出力を決定す
ることができる。これらの分析結果を、図5bの真理値表
72に示す。
本発明の原理は、CMOS論理回路のPチャネルトランジ
スタを3トランジスタ回路で置換して、性能が改善され
た論理回路を実現することである。論理入力182は通常
のCMOS論理回路である。また、本発明によれば、この論
理回路182を論理回路184で置換して、これによって速い
スピードを実現できる。図7および8は、トランジスタ
182を置換した回路構成184を有する標準論理回路の例で
ある。図7の回路186は論理機能not((A・B)+(C
・D))を有する。また図8の回路188の論理機能not
((A+B)+(C+D))を有する。
製造においては、Nチャネルトランジスタ即ちFET
は、Pチャネルトランジスタ(例えば、GaAs基底材料)
よりかなり高速となる。Nチャネル構造184を組込んだ
回路は、Pチャネル構想182を組込んだ回路より、高速
であると共に、大きな容量の負荷をドライブできるもの
である。このNチャネル構造184のPチャネルFETによっ
て出力容量をドライブしないために、高速化が実現す
る。NANDゲートやNORゲートのような簡単なゲートは、
図7および図8の回路構成186や188の部分組合わせであ
る。図9の回路190は、本発明を採用した2入力NORゲー
トである。
上述したトランジスタを、同様の機能を有する他のデ
バイスで置換することも可能である。本発明を集積回路
で実行するためには、IVまたはIII属およびV属の材料
(例えばガリウムヒ系)を利用できる。
また、上述した論理ゲートを、上述した入力数や入力
変化値とは異なったものを有するゲートに拡大できるも
のである。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 19/0175 H03K 19/0948 H03K 19/20

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1入力ターミナルと; 第2入力ターミナルと; 第1出力ターミナルと; 前記第1入力ターミナルに接続されたゲートを有し、基
    準ターミナルに接続されたソースを有し、ドレインを有
    する第1Nチャネル電界効果トランジスタと; 前記第1入力ターミナルに接続されたゲート、電圧ター
    ミナルに接続されたソース、及び前記第1Nチャネル電界
    効果トランジスタのドレインに接続されたドレインを有
    する第1Pチャネル電界効果トランジスタと; 前記第1Nチャネル電界効果トランジスタのドレインに接
    続されたゲートを有し、前記電圧ターミナルに接続され
    たドレインを有し、前記第1出力ターミナルに接続され
    たソースを有する第2Nチャネル電界効果トランジスタ
    と; 前記第1Nチャネル電界効果トランジスタのゲートに接続
    されたゲートを有し、前記第2Nチャネル電界効果トラン
    ジスタのソースに接続されたドレインを有し、ソースを
    有する第3Nチャネル電界効果トランジスタと; 前記第2入力ターミナルに接続されたゲートを有し、前
    記第3Nチャネル電界効果トランジスタのソースに接続さ
    れたドレインを有し、更に前記基準ターミナルに接続さ
    れたソースを有する第4Nチャネル電界効果トランジスタ
    と; 前記第2入力ターミナルに接続されたゲートを有し、前
    記電圧ターミナルに接続されたソースを有し、ドレイン
    を有する第2Pチャネル電界効果トランジスタと; 前記第2入力ターミナルに接続されたゲートを有し、前
    記第2Pチャネル電界効果トランジスタのドレインに接続
    されたドレインを有し、前記基準ターミナルに接続され
    たソースを有する第5Nチャネル電界効果トランジスタ
    と;更に、 前記第5Nチャネル電界効果トランジスタのドレインに接
    続されたゲートを有し、前記電圧ターミナルに接続され
    たドレインを有し、前記第1出力ターミナルに接続され
    たソースを有する第6Nチャネル電界効果トランジスタと
    を具え、 前記各入力ターミナルからの入力信号を受ける各入力部
    の接続形態が、 入力ターミナルITと、 基準ターミナルRTと、 電圧ターミナルVTと、 出力ターミナルOTと、 前記入力ターミナルITに接続されるゲートと、基準ター
    ミナルRTに接続されるソースと、ドレインとを有する1
    個のNチャネル電界効果トランジスタAと、 前記入力ターミナルITに接続されるゲートと、電圧ター
    ミナルVTに接続されるソースと、前記Nチャネル電界効
    果トランジスタAのドレインに接続されるドレインとを
    有する1個のPチャネル電界効果トランジスタBと、 前記Nチャネル電界効果トランジスタAおよびPチャネ
    ル電界効果トランジスタBのドレインに接続されるゲー
    トと、前記電圧ターミナルVTに接続されるドレインと、
    出力ターミナルOTに接続されるソースとを有する1個の
    Nチャネル電界効果トランジスタCと、 前記入力ターミナルITに接続されるゲートと、出力ター
    ミナルOTに接続されるドレインと、基準ターミナルRTに
    接続されるソースとを有する1個のNチャネル電界効果
    トランジスタDと、 から成る接続形態に一致していることを特徴とする論理
    回路。
  2. 【請求項2】第1入力ターミナルと; 第2入力ターミナルと; 第3入力ターミナルと; 第4入力ターミナルと; 出力ターミナルと; 前記第1入力ターミナルに接続されたゲートを有し、基
    準ターミナルに接続されたソースを有し、更にドレイン
    を有する第1Nチャネル電界効果トランジスタと; 前記第2入力ターミナルに接続されたゲートを有し、前
    記基準ターミナルに接続されたソースを有し、前記第1N
    チャネル電界効果トランジスタのドレインに接続された
    ドレインを有する第2Nチャネル電界効果トランジスタ
    と; 前記第2Nチャネル電界効果トランジスタのドレインに接
    続されたゲートを有し、前記電圧ターミナルに接続され
    たドレインを有し、前記出力ターミナルに接続されたソ
    ースを有する第3Nチャネル電界効果トランジスタと; 前記第1入力ターミナルに接続されたゲートを有し、前
    記電圧ターミナルに接続されたソースを有し、ドレイン
    を有する第1Pチャネル電界効果トランジスタと; 前記第2入力ターミナルに接続されたゲートを有し、前
    記第1Pチャネル電界効果トランジスタのドレインに接続
    されたソースを有し、更に前記第3Nチャネル電界効果ト
    ランジスタのゲートに接続されたドレインを有する第2P
    チャネル電界効果トランジスタと; 前記第3入力ターミナルに接続されたゲートを有し、前
    記基準ターミナルに接続されたソースを有し、ドレイン
    を有する第4Nチャネル電界効果トランジスタと; 前記第4入力ターミナルに接続されたゲートを有し、前
    記第4Nチャネル電界効果トランジスタのドレインに接続
    されたドレインを有し、前記基準ターミナルに接続され
    たソースを有する第5Nチャネル電界効果トランジスタ
    と; 前記第5Nチャネル電界効果トランジスタのドレインに接
    続されたゲートを有し、前記電圧ターミナルに接続され
    たドレインを有し、前記出力ターミナルに接続されたソ
    ースを有する第6Nチャネル電界効果トランジスタと 前記第3入力ターミナルに接続されたゲートを有し、電
    圧ターミナルに接続されたソースを有し、ドレインを有
    する第3Pチャネル電界効果トランジスタと; 前記第4入力ターミナルに接続されたゲートを有し、前
    記第3Pチャネルトランジスタのドレインに接続されたソ
    ースを有し、前記第5Nチャネル電界効果トランジスタの
    ドレインに接続されたドレインを有する第4Pチャネル電
    界効果トランジスタと; 前記第1入力ターミナルに接続されたゲートを有し、前
    記基準ターミナルに接続されたソースを有し、ドレイン
    を有する第7Nチャネル電界効果トランジスタと; 前記第2入力ターミナルに接続されたゲートを有し、前
    記第7Nチャネル電界効果トランジスタのドレインに接続
    されたドレインを有し、前記基準ターミナルに接続され
    たソースを有する第8Nチャネル電界効果トランジスタ
    と; 前記第3入力ターミナルに接続されたゲートを有し、前
    記出力ターミナルに接続されたドレインを有し、前記第
    7Nチャネル電界効果トランジスタのドレインに接続され
    たソースを有する第9Nチャネル電界効果トランジスタ
    と;更に、 前記第4入力ターミナルに接続されたゲートを有し、前
    記出力ターミナルに接続されたドレインを有し、前記第
    8Nチャネル電界効果トランジスタのドレインに接続され
    たソースを有する第10Nチャネル電界効果トランジスタ
    とを具え、 前記各入力ターミナルからの入力信号を受ける各入力部
    の接続形態が、 入力ターミナルITと、 基準ターミナルRTと、 電圧ターミナルVTと、 出力ターミナルOTと、 前記入力ターミナルITに接続されるゲートと、基準ター
    ミナルRTに接続されるソースと、ドレインとを有する1
    個のNチャネル電界効果トランジスタAと、 前記入力ターミナルITに接続されるゲートと、電圧ター
    ミナルVTに接続されるソースと、前記Nチャネル電界効
    果トランジスタAのドレインに接続されるドレインとを
    有する1個のPチャネル電界効果トランジスタBと、 前記Nチャネル電界効果トランジスタAおよびPチャネ
    ル電界効果トランジスタBのドレインに接続されるゲー
    トと、前記電圧ターミナルVTに接続されるドレインと、
    出力ターミナルOTに接続されるソースとを有する1個の
    Nチャネル電界効果トランジスタCと、 前記入力ターミナルITに接続されるゲートと、出力ター
    ミナルOTに接続されるドレインと、基準ターミナルRTに
    接続されるソースとを有する1個のNチャネル電界効果
    トランジスタDと、 から成る接続形態に一致していることを特徴とする論理
    回路。
  3. 【請求項3】第1入力ターミナルと; この第1入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、基準ターミナルに接続された第2ターミナルと、第
    3ターミナルとを有する第1Nチャネルトランジスタと; 前記第1入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、前記第1Nチャネルトランジスタの第3ターミナルに
    接続された第2ターミナルと、電圧ターミナルに接続さ
    れた第3ターミナルとを有する第1Pチャネルトランジス
    タと; 第2入力ターミナルと; この第2入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、前記基準ターミナルに接続された第2ターミナル
    と、第3ターミナルとを有する第2Nチャネルトランジス
    タと; 前記第2入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、前記第2Nチャネルトランジスタの第3ターミナルに
    接続された第2ターミナルと、電圧ターミナルに接続さ
    れた第3ターミナルとを有する第2Pチャネルトランジス
    タと; 前記第1Pチャネルトランジスタの第2ターミナルに接続
    された第1ターミナルと、第2ターミナルと、前記電圧
    ターミナルに接続された第3ターミナルとを有する第3N
    チャネルトランジスタと; 出力ターミナルと; 第2Pチャネルトランジスタの第2ターミナルに接続され
    た第1ターミナルと、前記出力ターミナルに接続された
    第2ターミナルと、前記第3Nチャネルトランジスタの第
    2ターミナルに接続された第3ターミナルとを有する第
    4Nチャネルトランジスタと; 第3入力ターミナルと; この第3入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、前記基準ターミナルに接続された第2ターミナル
    と、第3ターミナルとを有する第5Nチャネルトランジス
    タと; 前記第3入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、前記第5Nチャネルトランジスタの第3ターミナルに
    接続された第2ターミナルと、前記電圧ターミナルに接
    続された第3ターミナルとを有する第3Pチャネルトラン
    ジスタと; 第4入力ターミナルと; 第4入力ターミナルに接続された第1ターミナルと、前
    記基準ターミナルに接続された第2ターミナルと、第3
    ターミナルとを有する第6Nチャネルトランジスタと; 前記第4入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、前記第6Nチャネルトランジスタの第3ターミナルに
    接続された第2ターミナルと、前記電圧ターミナルに接
    続された第3ターミナルとを有する第4Pチャネルトラン
    ジスタと; 前記第3Pチャネルトランジスタの第2ターミナルに接続
    された第1ターミナルと、第2ターミナルと、前記電圧
    ターミナルに接続された第3ターミナルとを有する第7N
    チャネルトランジスタと; 前記第4Pチャネルトランジスタの第2ターミナルに接続
    された第1ターミナルと、前記出力ターミナルに接続さ
    れた第2ターミナルと、前記第7Nチャネルトランジスタ
    の第2ターミナルに接続された第3ターミナルとを有す
    る第8Nチャネルトランジスタと; 前記第1入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、第2ターミナルと、前記出力ターミナルに接続され
    た第3ターミナルとを有する第9Nチャネルトランジスタ
    と; 前記第3入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、前記基準ターミナルに接続された第2ターミナル
    と、前記第9Nチャネルトランジスタの第2ターミナルに
    接続された第3ターミナルとを有する第10Nチャネルト
    ランジスタと; 前記第2入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、前記第10Nチャネルトランジスタの第3ターミナル
    に接続された第2ターミナルと、前記出力ターミナルに
    接続された第3ターミナルとを有する第11Nチャネルト
    ランジスタと;更に、 前記第4入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、前記基準ターミナルに接続された第2ターミナル
    と、前記第11Nチャネルトランジスタの第2ターミナル
    に接続された第3ターミナルとを有する第12Nチャネル
    トランジスタとを具え、 前記各入力ターミナルからの入力信号を受ける各入力部
    の接続形態が、 入力ターミナルITと、 基準ターミナルRTと、 電圧ターミナルVTと、 出力ターミナルOTと、 前記入力ターミナルITに接続されるゲートと、基準ター
    ミナルRTに接続されるソースと、ドレインとを有する1
    個のNチャネルトランジスタAと、 前記入力ターミナルITに接続されるゲートと、電圧ター
    ミナルVTに接続されるソースと、前記Nチャネルトラン
    ジスタAのドレインに接続されるドレインとを有する1
    個のPチャネルトランジスタBと、 前記NチャネルトランジスタAおよびPチャネルトラン
    ジスタBのドレインに接続されるゲートと、前記電圧タ
    ーミナルVTに接続されるドレインと、出力ターミナルOT
    に接続されるソースとを有する1個のNチャネルトラン
    ジスタCと、 前記入力ターミナルITに接続されるゲートと、出力ター
    ミナルOTに接続されるドレインと、基準ターミナルRTに
    接続されるソースとを有する1個のNチャネルトランジ
    スタDと、 から成る接続形態に一致していることを特徴とする論理
    回路。
  4. 【請求項4】第1入力ターミナルと; 第2入力ターミナルと; 第3入力ターミナルと; 第4入力ターミナルと; 出力ターミナルと; 基準ターミナルと; 電圧ターミナルと; 前記第1入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、前記基準ターミナルに接続された第2ターミナル
    と、第3ターミナルとを有する第1Nチャネルトランジス
    タと; 前記第1入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、前記第1Nチャネルトランジスタの第3ターミナルに
    接続された第2ターミナルと、前記電圧ターミナルに接
    続された第3ターミナルとを有する第1Pチャネルトラン
    ジスタと; 前記第1Pチャネルトランジスタの第2ターミナルに接続
    された第1ターミナルと、第2ターミナルと、前記電圧
    ターミナルに接続された第3ターミナルとを有する第2N
    チャネルトランジスタと; 第1ターミナルと、前記出力ターミナルに接続された第
    2ターミナルと、前記第2Nチャネルトランジスタの第2
    ターミナルと接続された第3ターミナルとを有する第3N
    チャネルトランジスタと; 前記第2入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、前記基準ターミナルに接続された第2ターミナル
    と、第3ターミナルとを有する第4Nチャネルトランジス
    タと; 前記第2入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、前記第4Nチャネルトランジスタの第3ターミナルに
    接続された第2ターミナルと、前記電圧ターミナルに接
    続された第3ターミナルとを有する第2Pチャネルトラン
    ジスタと; 前記第2Pチャネルトランジスタの第2ターミナルに接続
    された第1ターミナルと、第2ターミナル及び前記電圧
    ターミナルに接続された第3ターミナルを有する第5Nチ
    ャネルトランジスタと; 前記第3入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、前記基準ターミナルに接続された第2ターミナル
    と、前記第3Nチャネルトランジスタの第1ターミナルに
    接続された第3ターミナルとを有する第6Nチャネルトラ
    ンジスタと; 第3入力ターミナルに接続された第1ターミナルと、第
    6Nチャネルトランジスタの第3ターミナルに接続された
    第2ターミナルと、前記電圧ターミナルに接続された第
    3ターミナルとを有する第3Pチャネルトランジスタと; 前記4ターミナルに接続された第1ターミナルと、前記
    基準ターミナルに接続された第2ターミナルと、第3タ
    ーミナルとを有する第7Nチャネルトランジスタと; 前記第4入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、前記第7Nチャネルトランジスタの第3ターミナルに
    接続された第2ターミナルと、前記電圧ターミナルに接
    続された第3ターミナルとを有する第4Pチャネルトラン
    ジスタと; 前記第7Nチャネルトランジスタの第3ターミナルに接続
    された第1ターミナルと、前記出力ターミナルに接続さ
    れた第2ターミナルと、前記第5Nチャネルトランジスタ
    の第2ターミナルに接続された第3ターミナルとを有す
    る第8Nチャネルトランジスタと; 前記第1入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、第2ターミナルと、前記出力ターミナルに接続され
    た第3ターミナルとを有する第9Nチャネルトランジスタ
    と; 前記第2入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、前記基準ターミナルに接続された第2ターミナル
    と、前記第9Nチャネルトランジスタの第2ターミナルに
    接続された第3ターミナルとを有する第10Nチャネルト
    ランジスタと; 前記第3入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、第2ターミナルと、前記出力ターミナルに接続され
    た第3ターミナルとを有する第11Nチャネルトランジス
    タと;更に、 前記第4入力ターミナルに接続された第1ターミナル
    と、前記基準ターミナルに接続された第2ターミナル
    と、前記第11Nチャネルトランジスタの第2ターミナル
    に接続された第3ターミナルとを有する第12Nチャネル
    トランジスタとを具え、 前記各入力ターミナルからの入力信号を受ける各入力部
    の接続形態が、 入力ターミナルITと、 基準ターミナルRTと、 電圧ターミナルVTと、 出力ターミナルOTと、 前記入力ターミナルITに接続されるゲートと、基準ター
    ミナルRTに接続されるソースと、ドレインとを有する1
    個のNチャネルトランジスタAと、 前記入力ターミナルITに接続されるゲートと、電圧ター
    ミナルVTに接続されるソースと、前記Nチャネルトラン
    ジスタAのドレインに接続されるドレインとを有する1
    個のPチャネルトランジスタBと、 前記NチャネルトランジスタAおよびPチャネルトラン
    ジスタBのドレインに接続されるゲートと、前記電圧タ
    ーミナルVTに接続されるドレインと、出力ターミナルOT
    に接続されるソースとを有する1個のNチャネルトラン
    ジスタCと、 前記入力ターミナルITに接続されるゲートと、出力ター
    ミナルOTに接続されるドレインと、基準ターミナルRTに
    接続されるソースとを有する1個のNチャネルトランジ
    スタDと、 から成る接続形態に一致していることを特徴とする論理
    回路。
  5. 【請求項5】第1入力ターミナルと; 第2入力ターミナルと; 出力ターミナルと; 前記第1入力ターミナルに接続されたゲートを有し、基
    準ターミナルに接続されたソースを有し、ドレインを有
    する第1Nチャネルトランジスタと; 前記第1Nチャネルトランジスタのゲートに接続されたゲ
    ートを有し、前記第1Nチャネルトランジスタのドレイン
    に接続されたドレインを有し、電圧ターミナルに接続さ
    れたソースを有する第1Pチャネルトランジスタと; 前記第2入力ターミナルに接続されたゲートを有し、前
    記基準ターミナルに接続されたソースを有し、ドレイン
    を有する第2Nチャネルトランジスタと; 前記第2Nチャネルトランジスタのゲートに接続されたゲ
    ートを有し、前記第2Nチャネルトランジスタのドレイン
    に接続されたドレインを有し、前記電圧ターミナルに接
    続されたソースを有する第2Pチャネルトランジスタと; 前記第1Pチャネルトランジスタのドレインに接続された
    ゲートを有し、前記出力ターミナルに接続されたソース
    を有し、ドレインを有する第3Nチャネルトランジスタ
    と; 前記第2Pチャネルトランジスタのドレインに接続された
    ゲートを有し、前記第3Nチャネルトランジスタのドレイ
    ンに接続されたソースを有し、前記電圧ターミナルに接
    続されたドレインを有する第4Nチャネルトランジスタ
    と; 前記第1Nチャネルトランジスタのゲートに接続されたゲ
    ートを有し、前記第3Nチャネルトランジスタのソースに
    接続されたドレインを有し、更に前記基準ターミナルに
    接続されたソースを有する第5Nチャネルトランジスタ
    と;更に、 前記第2Nチャネルトランジスタのゲートに接続されたゲ
    ートを有し、前記第3Nチャネルトランジスタのソースに
    接続されたドレインを有し、更に前記基準ターミナルに
    接続されたソースを有する第6Nチャネルトランジスタと
    を具え、 前記各入力ターミナルからの入力信号を受ける各入力部
    の接続形態が、 入力ターミナルITと、 基準ターミナルRTと、 電圧ターミナルVTと、 出力ターミナルOTと、 前記入力ターミナルITに接続されるゲートと、基準ター
    ミナルRTに接続されるソースと、ドレインとを有する1
    個のNチャネルトランジスタAと、 前記入力ターミナルITに接続されるゲートと、電圧ター
    ミナルVTに接続されるソースと、前記Nチャネルトラン
    ジスタAのドレインに接続されるドレインとを有する1
    個のPチャネルトランジスタBと、 前記NチャネルトランジスタAおよびPチャネルトラン
    ジスタBのドレインに接続されるゲートと、前記電圧タ
    ーミナルVTに接続されるドレインと、出力ターミナルOT
    に接続されるソースとを有する1個のNチャネルトラン
    ジスタCと、 前記入力ターミナルITに接続されるゲートと、出力ター
    ミナルOTに接続されるドレインと、基準ターミナルRTに
    接続されるソースとを有する1個のNチャネルトランジ
    スタDと、 から成る接続形態に一致していることを特徴とする論理
    回路。
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