JP3666214B2 - Pass transistor logic circuit - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はパストランジスタロジック回路を有する半導体集積回路装置において、前記パストランジスタロジック回路の中の論理を構成するパストランジスタツリー回路、及び該パストランジスタツリー回路に入力する信号のバッファ回路を少ないトランジスタ数と配線数で具現化する為の回路構成に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のパストランジスタロジック回路においてまず、シングルレール方式の代表的な例を図8に示す。図8はSPL(Single rail Pass-transistor Logic)と呼ばれるもので1995年に神戸大学が発表した方式である。図8の回路例は全加算器のキャリーの計算結果の機能をパストランジスタロジックで構成したもので、パストランジスタツリー回路801と電位補償回路802とからなり、パストランジスタツリー回路801はすべてN型の絶縁ゲート電界効果型トランジスタ(以下MOSFETと略す)で構成されている。
【0003】
なお、図8については参考文献として、信学技報 TECHNICAL REPORT OF IEICE. VLD95-115(1995-12)に掲載されている。
【0004】
また、従来の論理関数とその論理の反転論理関数の2本の信号を出力とするダブルレール方式で、かつ電位補償回路を具備したパストランジスタロジック回路において、代表的な例を図9、図10に示す。図9はSRPL(Swing Restored Pass-transistor Logic)と呼ばれるもので1994年に東芝が発表した方式である。図10はDCVSPG(Differential Cascodes Voltage Switch with Pass-Gate)と呼ばれるもので1993年IBM社が発表した方式である。図9、図10の回路例はともに全加算器の加算結果の機能をパストランジスタロジックで構成したもので、パストランジスタツリー回路931(図9)、1041(図10)と電位補償回路932(図9)、1042(図10)とからなり、パストランジスタツリー回路はすべてN型MOSFETで構成されている。なお、図9、図10及び、一般のパストランジスタロジック回路の概要についての参考文献としては、1994年日経BP社、日経マイクロデバイス編集の別冊「低電力LSI」の技術白書98頁−104頁がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
さて、前述した図8、図9、図10のパストランジスタツリー回路はすべてN型MOSFETで構成されているので、N型MOSFETのゲートには信号A、信号Bの他にそれぞれの反転信号である信号(−A)、信号(−B)も入力する必要があった。したがって反転回路のMOSFETの数や反転信号の為の配線が多いという課題があった。
【0006】
また、余計な回路や配線が多い為に、信号遅延や消費電力が大きくなるという課題があった。
【0007】
そこで本発明はこのような問題点を解決するもので、その目的とするところは少ないトランジスタ数と少ない配線数のパストランジスタロジック回路を提供することである。
【0008】
また、その結果として信号遅延や消費電力の少ないパストランジスタロジック回路を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明のパストランジスタロジック回路はパストランジスタツリー回路において、もしくはパストランジスタロジック回路と電位補償回路において、本来反転素子であるMOSFET以外に正論理素子を用いることにより、ゲート入力信号において反転信号の使用を削減したことを特徴とする。
【0010】
【作用】
本発明の上記の構成によれば、パストランジスタツリー回路において、従来のN型MOSFETで反転信号をゲート入力する場合にN型正論理素子で置き換えてゲート入力には本来の信号を用いることにより信号の本数が半減する。また反転信号を作る必要がなくなるので反転信号を作る為のインバータ回路が不要となる。また、配線や回路が削減されたことにより、信号遅延や消費電力が低減する。
【0011】
また、電位補償回路に正論理素子を用いることによりラッチ回路構成が簡単になり、トランジスタ数が削減される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、実施例により本発明の詳細を示す。まず本発明の重要な鍵となっている。正論理素子から先に説明する。
【0013】
図5は本発明に用いる正論理素子の実施例を示す素子の断面図である。図5において51は第1のゲート電極で入力信号と接続されている。52,53はP型拡散層からなり、ソース電極、もしくはドレイン電極となる。また、ソース電極側には直接、もしくは他の素子を経由して正極性の電源に接続されている。54、55は直接には信号とは接続されていない、いわゆる浮きゲートの第2ゲートであり、54の部分は拡散層52、53の間のチャネル56の上に形成されており、55はチャネル上には乗っていない部分を示している。また、57、58は二酸化シリコンを主成分とする絶縁層である。また、チャネル56は薄い濃度のN型拡散層でできている。、第1ゲート51に正電位をかけると、第2ゲートのチャネル上の部分54には第1ゲートの直下にあるため負電荷が誘起される。第2ゲート自体は全体としては電荷は0であるので、54に誘起された負電荷と同量の正電荷が第2ゲートでチャネル上にない部分55に誘起される。この結果、チャネル上の第2ゲートの部分54は下方部分を含め負電位が帯電することになる。したがってチャネル56には正電荷が誘起され、ソース電極、もしくはドレイン電極となる52,53は互いにオン(導通)する。なお、この様子を示したのが図6である。この結果、正電位の入力信号に対し、正電位の出力が得られる。また、第1ゲート51に負電位をかけると図6における電荷の+,−がすべて逆になり、ソース電極、もしくはドレイン電極となる52,53は互いにオフ(非導通)となる。この様子を図7に示す。したがって、図5の素子は正論理の素子となっていることが分かる。なお、拡散層にP型を用いているので、この場合は以下においてP型正論理素子と呼ぶことにする。
【0014】
また、図5において、52,53はP型拡散層、56は薄い濃度のN型拡散層の場合について説明したが、52,53がN型拡散層、56が薄い濃度のP型拡散層の場合には第1ゲート電極51に負電位がかけられたとき、ソース電極、もしくはドレイン電極となる52,53は互いにオン(導通)し、第1ゲート電極51に正電位をかけると52,53は互いにオフ(非導通)となる素子が実現する。なお、拡散層にN型を用いているので、この場合は以下においてN型正論理素子と呼ぶことにする。
【0015】
さて、図1は本発明の第1の実施例を示す回路図である。図1において破線1に囲まれた回路がパストランジスタツリー回路であり、破線2に囲まれた回路が電位補償回路である。破線1の中において10、12、14はN型正論理素子であり、11、13、15はN型MOSFETである。N型正論理素子12のソース(ドレイン)電極は+VDDの電位を与えられた入力端子5に接続され、ドレイン(ソース)電極はN型正論理素子10のソース(ドレイン)電極に接続されている。N型正論理素子10のドレイン(ソース)電極はパストランジスタツリー回路1の出力端子8に接続されている。N型正論理素子14のソース(ドレイン)電極は信号Cの反転信号(−C)の入力する入力端子6に接続され、ドレイン(ソース)電極はN型MOSFET11のソース(ドレイン)電極に接続されている。N型MOSFET11のドレイン(ソース)電極はパストランジスタツリー回路1の出力端子8に接続されている。N型MOSFET13のソース(ドレイン)電極は入力端子6に接続され、ドレイン(ソース)電極はN型正論理素子10のソース(ドレイン)電極に接続されている。N型MOSFET15のソース(ドレイン)電極は−VSSの与えられた入力端子7に接続され、ドレイン(ソース)電極はN型MOSFET11のソース(ドレイン)電極に接続されている。N型正論理素子10とN型MOSFET11の各ゲート電極はAの信号の入力している入力端子3に接続されている。N型正論理素子12、14とN型MOSFET13、15の各ゲート電極はBの信号の入力している入力端子4に接続されている。
【0016】
このとき、A、B、Cの各信号に対し、Cを下の桁のキャリーとして(A+B)の加算結果の上位ビットへのキャリーの反転信号が出力端子8に出力され、更にインバータ回路17で反転して正規のキャリー信号が出力端子9に出力される。
【0017】
さて、このとき入力端子5または6または7の信号が出力端子8に伝達されるとき、パストランジスタツリー回路1はN型MOSFETもしくはN型正論理素子で構成されているので、負の電位−VSSが伝わる場合は特に問題はないが、正の電源+VDDがN型MOSFET、もしくはN型正論理素子を通る場合はN型MOSFET、もしくはN型正論理素子のスレッショルド電圧分の電圧降下が起きる。この信号の電位を正規の+VDDの電位に補正するのが電位補償回路2であり、次に説明する。
【0018】
電位補償回路を示す破線2の中において、16はP型正論理素子である。P型正論理素子16のソース電極は正極の電源端子+VDDに接続され、また、ゲート電極とドレイン電極はそれぞれ互いに接続され、かつ出力端子8に接続されている。出力端子8に−VSSの信号が来た場合にはP型正論理素子16はオフ(OFF)したままであり、正の信号で+VDDよりスレッショルド電圧分だけ電圧降下した信号が来た場合にはP型正論理素子16はオン(ON)し、出力端子8の電位を+VDDに補正して、次段のトランジスタのリークの要因ならないようにする役目をする。なお、P型正論理素子16の役目は電位を補正することであり、出力端子8の信号を阻害してはならないので駆動能力は弱く設計する。また、図1の回路の場合は加算回路のキャリーの反転信号を出力端子8に出すようにパストランジスタツリー回路1を構成したので正規の信号を取り出す為にインバータ17で反転して本来の信号を出力端子9に出力している。
【0019】
さて、図1の回路は従来回路例として挙げた図8の回路におけるパストランジスタツリー回路の一部のMOSFETを変えたものである。すなわち図8の破線801の中においてN型MOSFET810、811、812、813、814、815のうちN型MOSFET810、812、814を図1の本発明の実施例の回路ではそれぞれN型正論理素子10、12、14に置き換えている。そして図8のN型MOSFET810ゲート電極には(−A)の信号を加えていたが、図1で置き換えたN型正論理素子10のゲート電極にAの信号に変更することで論理を保っている。また同様に図8のN型MOSFET812、814のゲート電極には(−B)の信号を加えていたが、図1で置き換えたN型正論理素子12、14のゲート電極にBの信号に変更することで論理を保っている。
【0020】
以上の結果として図1と図8を比較すると本発明において従来例より配線数、及び反転信号を作る回路が不要となり、かつ電位補償回路の構成も簡単になっていることが解る。また配線数や回路数が減少することにより、寄生静電容量が減り、信号遅延や消費電力の減少することも解る。
【0021】
さて、図2は本発明の第2の実施例を示す回路図である。図1に示した第1の実施例は解りやすさの為に、従来例の第8図の回路をなるべく活かしながら変換した回路であったが、電位補償回路が異なるため図1の出力端子8には反転した機能(−f)が出力されており、そのため必ずしも必要のないインバータ回路17を付加している。図2の第2の実施例ではパストランジスタツリー回路の出力に直接、機能fを出力し、更にインバータ回路を削減する目的の回路である。
【0022】
図2において破線1に囲まれた回路がパストランジスタツリー回路であり、破線2に囲まれた回路がバッファ回路である。図2のパストランジスタツリー回路1の中の構成と入力信号A,Bは図1と同様であるが、入力端子5、6、7を図1と反転の関係にある信号を加えてある。すなわち、入力端子5には−VSS、入力端子6にはCの信号、入力端子7には+VDDを加えてある。この結果、パストランジスタツリー回路の出力端子8には加算回路の上位へのキャリー結果の機能fが出力している。これにより、図8の回路と比較して勿論のこと、図1の回路に比較して更にトランジスタ数が削減されている。
【0023】
また、図3は本発明の第3の実施例を示す回路図である。図1、図2の回路がシングルレール方式に対し、図3はダブルレール方式の例である。図3において破線1に囲まれた回路がパストランジスタツリー回路であり、破線2に囲まれた回路が電位補償回路である。破線1の中において21、23、25、27はN型正論理素子であり、22、24、26、28はN型MOSFETである。N型MOSFET26のソース(ドレイン)電極は信号Bの入力する入力端子35に接続され、ドレイン(ソース)電極はN型正論理素子21のソース(ドレイン)電極に接続されている。N型正論理素子21のドレイン(ソース)電極はパストランジスタツリー回路1の反転出力端子38に接続されている。N型MOSFET28のソース(ドレイン)電極は信号Bの反転信号(−B)の入力する入力端子36に接続され、ドレイン(ソース)電極はN型正論理素子23のソース(ドレイン)電極に接続されている。N型正論理素子23のドレイン(ソース)電極はパストランジスタツリー回路1の出力端子39に接続されている。N型正論理素子25のソース(ドレイン)電極はN型MOSFET28のソース(ドレイン)電極に接続され、ドレイン(ソース)電極はN型MOSFET26のドレイン(ソース)電極に接続されている。N型正論理素子27のソース(ドレイン)電極はN型MOSFET26のソース(ドレイン)電極に接続され、ドレイン(ソース)電極はN型MOSFET28のドレイン(ソース)電極に接続されている。N型MOSFET22のソース(ドレイン)電極はN型正論理素子23のソース(ドレイン)電極に接続され、ドレイン(ソース)電極はN型正論理素子21のドレイン(ソース)電極に接続されている。N型MOSFET24のソース(ドレイン)電極はN型正論理素子21のソース(ドレイン)電極に接続され、ドレイン(ソース)電極はN型正論理素子23のドレイン(ソース)電極に接続されている。N型正論理素子25、27とN型MOSFET26、28の各ゲート電極はAの信号の入力している入力端子34に接続されている。N型正論理素子21、23とN型MOSFET22、24の各ゲート電極はCの信号の入力している入力端子33に接続されている。
【0024】
このとき、A、B、Cの各信号に対し、Cを下の桁のキャリーとして(A+B)の加算結果がfの出力端子39に出力され、fの反転信号である(−f)が反転出力端子38に出力される。入力端子35または36の信号が出力端子39、反転出力端子38に伝達されるとき、正の電源+VDDがN型MOSFET、もしくはN型正論理素子を通る場合はN型MOSFET、もしくはN型正論理素子のスレッショルド電圧分の電圧降下が起きる。これを補正するのが電位補償回路2である。電位補償回路2のなかではインバータ回路がたすきがけにされ、パストランジスタツリー回路の出力信号39と、反転出力信号38が入力しているので、そのどちらかが正電位+VDDに対しスレッショルド電圧分だけ電圧降下していても+VDDに補正され、ラッチ回路として安定状態に遷移する。このとき出力端子39と反転出力端子38には正極の電源電位+VDD、もしくは負極の電源電位−VSSのどちらかが出力されることになる。したがって静止時にはリーク電流は流れない回路となっていることが解る。
【0025】
さて、図3の回路は従来回路例として挙げた図9の回路において一部のMOSFETを変えたものである。すなわち図9においてN型MOSFET921、923、925、927を図3の本発明の実施例の回路ではそれぞれN型正論理素子21、23、25、27に置き換えている。そして図9のN型MOSFET921、923のゲート電極には(−C)の信号を加えていたが、図3で置き換えたN型正論理素子21、23のゲート電極にCの信号に変更することで論理を保っている。また同様に図9のN型MOSFET925、927のゲート電極には(−A)の信号を加えていたが、図3で置き換えたN型正論理素子25、27のゲート電極にAの信号に変更することで論理を保っている。以上により、配線数が削減されていることが解る。
【0026】
また、図4は本発明の第4の実施例である。図4において、41はパストランジスタツリー回路であり、42は電位補償回路である。図4の回路は従来例の図10の回路において、N型正論理素子で変換したものであり、また図3の電位補償回路を取り替えた例としても見ることが出来る。
【0027】
以上、図1、図2、図3、図4の実施例ではパストランジスタツリー回路を加算回路の例を挙げたが、このなかでのMOSFET、および正論理素子の各接続は論理が変わればそれとともに変化するので本質的な意味合はなく、様々な論理回路に本発明は適用できる。
【0028】
また、以上の実施例ではパストランジスタツリー回路をN型MOSFET、N型正論理素子で構成する例をあげたが、P型MOSFET、P型正論理素子で構成してもよい。
【0029】
【発明の効果】
以上、述べたように本発明によれば、少ないトランジスタ数と少ない配線数でパストランジスタロジック回路が構成できる効果がある。
【0030】
また、その結果として信号遅延が少なく、かつ低消費電力のパストランジスタロジック回路が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す回路図である。
【図2】本発明の第2の実施例を示す回路図である。
【図3】本発明の第3の実施例を示す回路図である。
【図4】本発明の第4の実施例を示す回路図である。
【図5】本発明のパストランジスタロジック回路の中で用いている正論理素子の構成を示す断面図である。
【図6】本発明のパストランジスタロジック回路の中で用いている正論理素子の動作を示す電荷分布図である。
【図7】本発明のパストランジスタロジック回路の中で用いている正論理素子の動作を示す電荷分布図である。
【図8】従来のシングルレール方式のパストランジスタロジック回路例を示す回路図である。
【図9】従来のダブルレール方式のパストランジスタロジック回路例を示す回路図である。
【図10】従来のダブルレール方式のパストランジスタロジック回路例を示す回路図である。
【符号の説明】
1、31、41、801、931、1041・・・パストランジスタツリー回路
2、32、42、802、932、1042・・・電位補償回路
3、4、5、6、7、33、34、35、36、43、44、45、46、803、804、805、806、807、933、934、935、936、949、950、1043、1044、1045、1046、1050、1059・・・入力端子
8、9、38、39、48、49、808、809、938、939、1048、1049・・・出力端子
10、12、14、21、23、25、27・・・N型正論理素子
11、13、15、22、24、26、28、810、811、812、813、814、815、921、922、923、924、925、926、927、928・・・N型MOSFET
16・・・P型正論理素子
816・・・P型MOSFET
17、817、818・・・インバータ回路
51・・・第1のゲート電極
52、53・・・拡散層からなるソース電極もしくはドレイン電極
54・・・チャネル上にある第2ゲート電極
55・・・チャネル上にない第2ゲート電極
56・・・薄い濃度の拡散層からなるチャネル
57、58・・・二酸化シリコンからなる絶縁膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device having a pass transistor logic circuit, wherein a pass transistor tree circuit constituting a logic in the pass transistor logic circuit and a buffer circuit for a signal input to the pass transistor tree circuit are reduced in number of transistors. The present invention relates to a circuit configuration for realizing the number of wirings.
[0002]
[Prior art]
First, a typical example of a single rail system in a conventional pass transistor logic circuit is shown in FIG. FIG. 8 is a method called SPL (Single Rail Pass-Transistor Logic), which is a method announced by Kobe University in 1995. In the circuit example of FIG. 8, the function of the calculation result of the carry of the full adder is configured by a pass transistor logic, which is composed of a pass transistor tree circuit 801 and a potential compensation circuit 802. The pass transistor tree circuit 801 is all N-type. It is composed of an insulated gate field effect transistor (hereinafter abbreviated as MOSFET).
[0003]
Note that FIG. 8 is published as a reference in the IEICE Technical Report Technical Report of IEICE. VLD95-115 (1995-12).
[0004]
A typical example of a conventional pass transistor logic circuit having a potential compensation circuit of a double rail system that outputs two signals of a logic function and an inverted logic function of the logic function is shown in FIGS. Shown in FIG. 9 is called SRPL (Swing Restored Pass-transistor Logic), which is a method announced by Toshiba in 1994. FIG. 10 is a method called DCVSPG (Differential Cascodes Voltage Switch with Pass-Gate), which is a method announced by IBM in 1993. The circuit examples of FIGS. 9 and 10 both have the function of the addition result of the full adder configured by pass transistor logic, and pass transistor tree circuits 931 (FIG. 9), 1041 (FIG. 10) and potential compensation circuit 932 (FIG. 9) and 1042 (FIG. 10), and the pass transistor tree circuit is composed of N-type MOSFETs. In addition, as a reference about the outline of FIG. 9 and FIG. 10 and a general pass transistor logic circuit, technical white paper pages 98-104 of 1994 Nikkei BP, separate edition “Low Power LSI” edited by Nikkei Microdevices. is there.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Since the pass transistor tree circuits shown in FIGS. 8, 9, and 10 are all formed of N-type MOSFETs, the gates of the N-type MOSFETs have their respective inverted signals in addition to signals A and B. It was also necessary to input the signal (-A) and the signal (-B). Therefore, there is a problem that the number of MOSFETs of the inverting circuit and the wiring for the inverting signal are large.
[0006]
In addition, since there are many extra circuits and wiring, there is a problem that signal delay and power consumption increase.
[0007]
The present invention solves such problems, and an object of the present invention is to provide a pass transistor logic circuit having a small number of transistors and a small number of wires.
[0008]
As a result, a pass transistor logic circuit with low signal delay and low power consumption is provided.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the pass transistor logic circuit of the present invention, in the pass transistor tree circuit, or in the pass transistor logic circuit and the potential compensation circuit, the use of the inverted signal in the gate input signal is achieved by using a positive logic element in addition to the MOSFET that is originally an inverting element. It is characterized by having reduced.
[0010]
[Action]
According to the above configuration of the present invention, in the pass transistor tree circuit, when the inverted signal is input to the gate by the conventional N-type MOSFET, the signal is replaced by the N-type positive logic element and the original signal is used for the gate input. The number of is halved. Further, since it is not necessary to create an inverted signal, an inverter circuit for creating an inverted signal is not necessary. In addition, signal delay and power consumption are reduced due to the reduction of wiring and circuits.
[0011]
Further, by using a positive logic element for the potential compensation circuit, the latch circuit configuration is simplified and the number of transistors is reduced.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, details of the present invention will be described by way of examples. First, it is an important key of the present invention. The positive logic element will be described first.
[0013]
FIG. 5 is a sectional view of an element showing an embodiment of a positive logic element used in the present invention. In FIG. 5, 51 is a first gate electrode connected to the input signal. 52 and 53 are made of a P-type diffusion layer and serve as a source electrode or a drain electrode. Further, the source electrode side is connected to a positive power source directly or via another element. 54 and 55 are second gates of so-called floating gates which are not directly connected to signals, and 54 is formed on the channel 56 between the diffusion layers 52 and 53, and 55 is a channel The part which is not on the top is shown. Reference numerals 57 and 58 denote insulating layers mainly composed of silicon dioxide. The channel 56 is made of a thin N-type diffusion layer. When a positive potential is applied to the first gate 51, a negative charge is induced in the portion 54 on the channel of the second gate because it is directly under the first gate. Since the charge of the second gate itself is zero as a whole, the same amount of positive charge as the negative charge induced at 54 is induced at the portion 55 not on the channel at the second gate. As a result, the second gate portion 54 on the channel is charged with a negative potential including the lower portion. Therefore, a positive charge is induced in the channel 56, and the source and drain electrodes 52 and 53 are turned on (conductive). This state is shown in FIG. As a result, a positive potential output is obtained with respect to a positive potential input signal. Further, when a negative potential is applied to the first gate 51, the charges + and-in FIG. 6 are all reversed, and the source and drain electrodes 52 and 53 are turned off (non-conductive). This is shown in FIG. Therefore, it can be seen that the element of FIG. 5 is a positive logic element. Since the P type is used for the diffusion layer, this case will be referred to as a P type positive logic element in the following.
[0014]
In FIG. 5, 52 and 53 are P-type diffusion layers, and 56 is a thin N-type diffusion layer. However, 52 and 53 are N-type diffusion layers and 56 is a thin P-type diffusion layer. In this case, when a negative potential is applied to the first gate electrode 51, the source electrodes or drain electrodes 52 and 53 are turned on (conductive), and when a positive potential is applied to the first gate electrode 51, 52 and 53. Realizes elements that are turned off (non-conducting). Since the N type is used for the diffusion layer, this case is hereinafter referred to as an N type positive logic element.
[0015]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a circuit surrounded by a broken line 1 is a pass transistor tree circuit, and a circuit surrounded by a broken line 2 is a potential compensation circuit. In the broken line 1, 10, 12, and 14 are N-type positive logic elements, and 11, 13, and 15 are N-type MOSFETs. The source (drain) electrode of the N-type positive logic element 12 is connected to the input terminal 5 to which a potential of + V DD is applied, and the drain (source) electrode is connected to the source (drain) electrode of the N-type positive logic element 10. Yes. The drain (source) electrode of the N-type positive logic element 10 is connected to the output terminal 8 of the pass transistor tree circuit 1. The source (drain) electrode of the N-type positive logic element 14 is connected to the input terminal 6 to which the inverted signal (−C) of the signal C is input, and the drain (source) electrode is connected to the source (drain) electrode of the N-type MOSFET 11. ing. The drain (source) electrode of the N-type MOSFET 11 is connected to the output terminal 8 of the pass transistor tree circuit 1. The source (drain) electrode of the N-type MOSFET 13 is connected to the input terminal 6, and the drain (source) electrode is connected to the source (drain) electrode of the N-type positive logic element 10. Source (drain) electrode of the N type MOSFET15 are connected to the input terminal 7 given -V SS, drain (source) electrode is connected to the source (drain) electrode of the N-type MOSFET 11. The gate electrodes of the N-type positive logic element 10 and the N-type MOSFET 11 are connected to the input terminal 3 to which the A signal is input. The gate electrodes of the N-type positive logic elements 12 and 14 and the N-type MOSFETs 13 and 15 are connected to the input terminal 4 to which the B signal is input.
[0016]
At this time, for each of the signals A, B, and C, an inverted signal of the carry to the upper bits of the addition result of (A + B) is output to the output terminal 8 with C as the lower digit carry. Inverted and a normal carry signal is output to the output terminal 9.
[0017]
Now, when the signal of the input terminal 5 or 6 or 7 is transmitted to the output terminal 8 at this time, the pass transistor tree circuit 1 is composed of an N-type MOSFET or an N-type positive logic element. There is no particular problem when SS is transmitted, but when the positive power supply + V DD passes through the N-type MOSFET or N-type positive logic element, a voltage drop corresponding to the threshold voltage of the N-type MOSFET or N-type positive logic element occurs. . The potential compensation circuit 2 corrects the potential of this signal to a normal + V DD potential, which will be described next.
[0018]
In the broken line 2 indicating the potential compensation circuit, 16 is a P-type positive logic element. The source electrode of the P-type positive logic element 16 is connected to the positive power supply terminal + V DD , and the gate electrode and the drain electrode are connected to each other and to the output terminal 8. When a −V SS signal is received at the output terminal 8, the P-type positive logic element 16 remains off (OFF), and a positive signal having a voltage drop from + V DD by the threshold voltage is received. In this case, the P-type positive logic element 16 is turned on (ON), and the potential of the output terminal 8 is corrected to + V DD so as not to cause the leakage of the next-stage transistor. Note that the role of the P-type positive logic element 16 is to correct the potential, and the signal at the output terminal 8 should not be disturbed. In the case of the circuit of FIG. 1, since the pass transistor tree circuit 1 is configured to output the inverted signal of the carry of the adder circuit to the output terminal 8, the original signal is inverted by the inverter 17 in order to extract a regular signal. Output to the output terminal 9.
[0019]
The circuit of FIG. 1 is obtained by changing a part of the MOSFET of the pass transistor tree circuit in the circuit of FIG. That is, among the N-type MOSFETs 810, 811, 812, 813, 814, and 815 in the broken line 801 in FIG. 8, the N-type MOSFETs 810, 812, and 814 are respectively N-type positive logic elements 10 in the circuit of the embodiment of FIG. , 12 and 14. The (−A) signal is applied to the gate electrode of the N-type MOSFET 810 in FIG. 8, but the logic is maintained by changing the signal to the A signal in the gate electrode of the N-type positive logic element 10 replaced in FIG. 1. Yes. Similarly, the (-B) signal is applied to the gate electrodes of the N-type MOSFETs 812 and 814 in FIG. 8, but the signal is changed to the B signal on the gate electrodes of the N-type positive logic elements 12 and 14 replaced in FIG. To keep the logic.
[0020]
As a result of the above, comparing FIG. 1 and FIG. 8, it can be seen that the present invention eliminates the need for the number of wirings and a circuit for generating an inverted signal, and simplifies the configuration of the potential compensation circuit. It can also be seen that the reduction in the number of wirings and the number of circuits reduces the parasitic capacitance, thereby reducing signal delay and power consumption.
[0021]
FIG. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention. The first embodiment shown in FIG. 1 is a circuit that is converted by utilizing the circuit of FIG. 8 of the conventional example as much as possible for ease of understanding. However, since the potential compensation circuit is different, the output terminal 8 of FIG. Inverted function (−f) is output to the inverter circuit 17, and therefore an unnecessary inverter circuit 17 is added. In the second embodiment of FIG. 2, the function f is output directly to the output of the pass transistor tree circuit, and the number of inverter circuits is further reduced.
[0022]
In FIG. 2, a circuit surrounded by a broken line 1 is a pass transistor tree circuit, and a circuit surrounded by a broken line 2 is a buffer circuit. The configuration in the pass transistor tree circuit 1 in FIG. 2 and the input signals A and B are the same as those in FIG. 1, but the input terminals 5, 6, and 7 are added with signals in an inverted relationship with FIG. That is, −V SS is added to the input terminal 5, a C signal is added to the input terminal 6, and + V DD is added to the input terminal 7. As a result, the function f of the carry result to the upper part of the adder circuit is output to the output terminal 8 of the pass transistor tree circuit. Thereby, of course, the number of transistors is further reduced as compared with the circuit of FIG. 1 as compared with the circuit of FIG.
[0023]
FIG. 3 is a circuit diagram showing a third embodiment of the present invention. 1 and 2 are examples of a single rail system, and FIG. 3 is an example of a double rail system. In FIG. 3, a circuit surrounded by a broken line 1 is a pass transistor tree circuit, and a circuit surrounded by a broken line 2 is a potential compensation circuit. In the broken line 1, 21, 23, 25 and 27 are N-type positive logic elements, and 22, 24, 26 and 28 are N-type MOSFETs. The source (drain) electrode of the N-type MOSFET 26 is connected to the input terminal 35 for inputting the signal B, and the drain (source) electrode is connected to the source (drain) electrode of the N-type positive logic element 21. The drain (source) electrode of the N-type positive logic element 21 is connected to the inverting output terminal 38 of the pass transistor tree circuit 1. The source (drain) electrode of the N-type MOSFET 28 is connected to the input terminal 36 for receiving the inverted signal (−B) of the signal B, and the drain (source) electrode is connected to the source (drain) electrode of the N-type positive logic element 23. ing. The drain (source) electrode of the N-type positive logic element 23 is connected to the output terminal 39 of the pass transistor tree circuit 1. The source (drain) electrode of the N-type positive logic element 25 is connected to the source (drain) electrode of the N-type MOSFET 28, and the drain (source) electrode is connected to the drain (source) electrode of the N-type MOSFET 26. The source (drain) electrode of the N-type positive logic element 27 is connected to the source (drain) electrode of the N-type MOSFET 26, and the drain (source) electrode is connected to the drain (source) electrode of the N-type MOSFET 28. The source (drain) electrode of the N-type MOSFET 22 is connected to the source (drain) electrode of the N-type positive logic element 23, and the drain (source) electrode is connected to the drain (source) electrode of the N-type positive logic element 21. The source (drain) electrode of the N-type MOSFET 24 is connected to the source (drain) electrode of the N-type positive logic element 21, and the drain (source) electrode is connected to the drain (source) electrode of the N-type positive logic element 23. The gate electrodes of the N-type positive logic elements 25 and 27 and the N-type MOSFETs 26 and 28 are connected to an input terminal 34 to which an A signal is input. The gate electrodes of the N-type positive logic elements 21 and 23 and the N-type MOSFETs 22 and 24 are connected to an input terminal 33 to which a C signal is input.
[0024]
At this time, for each of the signals A, B, and C, the addition result of (A + B) is output to the output terminal 39 of f with C as the lower digit carry, and the inverted signal (−f) of f is inverted. It is output to the output terminal 38. When the signal of the input terminal 35 or 36 is transmitted to the output terminal 39 or the inverting output terminal 38, the positive power supply + V DD passes through the N-type MOSFET or the N-type positive logic element, and the N-type MOSFET or the N-type positive A voltage drop corresponding to the threshold voltage of the logic element occurs. The potential compensation circuit 2 corrects this. In the potential compensation circuit 2, the inverter circuit is overridden and the output signal 39 of the pass transistor tree circuit and the inverted output signal 38 are input, and either of them is the threshold voltage with respect to the positive potential + V DD. Even if the voltage drops, the voltage is corrected to + V DD and the latch circuit changes to a stable state. At this time, either the positive power supply potential + V DD or the negative power supply potential −V SS is output to the output terminal 39 and the inverted output terminal 38. Therefore, it can be understood that the circuit does not flow a leak current at rest.
[0025]
The circuit shown in FIG. 3 is obtained by changing some of the MOSFETs from the circuit shown in FIG. That is, in FIG. 9, N-type MOSFETs 921, 923, 925, and 927 are replaced with N-type positive logic elements 21, 23, 25, and 27 in the circuit of the embodiment of the present invention in FIG. The (-C) signal is applied to the gate electrodes of the N-type MOSFETs 921 and 923 in FIG. 9, but the signal is changed to a C signal in the gate electrodes of the N-type positive logic elements 21 and 23 replaced in FIG. Keep the logic. Similarly, the (-A) signal is applied to the gate electrodes of the N-type MOSFETs 925 and 927 in FIG. 9, but the signal is changed to the A signal at the gate electrodes of the N-type positive logic elements 25 and 27 replaced in FIG. To keep the logic. From the above, it can be seen that the number of wirings is reduced.
[0026]
FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 4, 41 is a pass transistor tree circuit, and 42 is a potential compensation circuit. The circuit of FIG. 4 is obtained by converting an N-type positive logic element in the circuit of FIG. 10 of the conventional example, and can also be seen as an example in which the potential compensation circuit of FIG. 3 is replaced.
[0027]
As described above, in the embodiments of FIGS. 1, 2, 3, and 4, the example of the adder circuit is used as the pass transistor tree circuit. However, if the logic of each connection of the MOSFET and the positive logic element changes, Therefore, the present invention can be applied to various logic circuits.
[0028]
In the above embodiment, the pass transistor tree circuit is composed of an N-type MOSFET and an N-type positive logic element, but may be composed of a P-type MOSFET and a P-type positive logic element.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is an effect that a pass transistor logic circuit can be configured with a small number of transistors and a small number of wires.
[0030]
As a result, a pass transistor logic circuit with low signal delay and low power consumption can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a positive logic element used in the pass transistor logic circuit of the present invention.
FIG. 6 is a charge distribution diagram showing the operation of the positive logic element used in the pass transistor logic circuit of the present invention.
FIG. 7 is a charge distribution diagram showing the operation of the positive logic element used in the pass transistor logic circuit of the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of a conventional single rail type pass transistor logic circuit;
FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of a conventional double rail type pass transistor logic circuit;
FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of a conventional double rail type pass transistor logic circuit;
[Explanation of symbols]
1, 31, 41, 801, 931, 1041... Pass transistor tree circuit 2, 32, 42, 802, 932, 1042... Potential compensation circuit 3, 4, 5, 6, 7, 33, 34, 35 36, 43, 44, 45, 46, 803, 804, 805, 806, 807, 933, 934, 935, 936, 949, 950, 1043, 1044, 1045, 1046, 1050, 1059, ..., input terminal 8 , 9, 38, 39, 48, 49, 808, 809, 938, 939, 1048, 1049... Output terminals 10, 12, 14, 21, 23, 25, 27... N-type positive logic element 11, 13, 15, 22, 24, 26, 28, 810, 811, 812, 813, 814, 815, 921, 922, 923, 924, 925, 926, 927, 928 ·· N-type MOSFET
16 P-type positive logic element 816 P-type MOSFET
17, 817, 818... Inverter circuit 51... First gate electrode 52, 53... Source electrode or drain electrode 54 made of diffusion layer... Second gate electrode 55 on channel. Second gate electrode 56 not on channel ... Channel 57, thin layer of diffusion layer, 58 ... Insulating film made of silicon dioxide

Claims (3)

a)論理関数もしくは該論理の反転論理関数の信号を出力とするシングルレール方式のパストランジスタツリー回路と、該パストランジスタツリー回路を通して電圧降下した出力信号を電源電位まで補正する電位補償回路からなるパストランジスタロジック回路において、
b)かつ、絶縁ゲート電界効果型トランジスタと該素子以外に、拡散層からなり、ソース電極もしくはドレイン電極となる第1電極と第2電極と、入力信号の加わる第1ゲート電極と、直接には信号に接続されていない浮きゲートの第2ゲート電極とからなり、前記第1ゲート電極は前記拡散層からなる第1電極と第2電極の間のチャネルの上方に位置し、前記浮きゲートの第2ゲート電極の一部は前記拡散層からなる第1電極と第2電極の間のチャネルと前記第1ゲート電極の間に位置し、かつ残り部分は前記チャネル上以外に位置する構造からなる正論理素子を具備する半導体集積回路装置において、
c)前記パストランジスタツリー回路が第1導電型の絶縁ゲート電界効果型トランジスタと第1導電型の前記正論理素子を共に有し、並列もしくは直列に多段に組合せて論理を構成したことを特徴とするパストランジスタロジック回路。
a) A path comprising a single-rail type pass transistor tree circuit that outputs a signal of a logical function or an inverted logical function of the logic, and a potential compensation circuit that corrects an output signal that has dropped through the pass transistor tree circuit to a power supply potential. In transistor logic circuits,
b) In addition to the insulated gate field effect transistor and the element, a first electrode and a second electrode that are formed of a diffusion layer and serve as a source electrode or a drain electrode, a first gate electrode to which an input signal is applied, and directly And a second gate electrode of a floating gate not connected to a signal, the first gate electrode being located above a channel between the first electrode and the second electrode made of the diffusion layer, A part of the two gate electrodes is located between the channel between the first electrode and the second electrode made of the diffusion layer and the first gate electrode, and the remaining part is a positive electrode made up of a structure located outside the channel. In a semiconductor integrated circuit device comprising a logic element,
c) The pass transistor tree circuit includes both the first conductivity type insulated gate field effect transistor and the first conductivity type positive logic element, and the logic is configured by combining in parallel or in multiple stages. Pass transistor logic circuit.
請求項1記載の電位補償回路にゲート電極とドレイン電極を互いに接続した第2導電型の正論理素子を用いたことを特徴とするパストランジスタロジック回路。2. A pass transistor logic circuit comprising a second conductivity type positive logic element having a gate electrode and a drain electrode connected to each other in the potential compensation circuit according to claim 1. a)論理関数と該論理の反転論理関数の2本の信号を出力とするダブルレール方式のパストランジスタツリー回路と、該パストランジスタツリー回路を通して電圧降下した出力信号を電源電位まで補正する電位補償回路からなるパストランジスタロジック回路において、
b)かつ、絶縁ゲート電界効果型トランジスタと該素子以外に、拡散層からなり、ソース電極もしくはドレイン電極となる第1電極と第2電極と、入力信号の加わる第1ゲート電極と、直接には信号に接続されていない浮きゲートの第2ゲート電極とからなり、前記第1ゲート電極は前記拡散層からなる第1電極と第2電極の間のチャネルの上方に位置し、前記浮きゲートの第2ゲート電極の一部は前記拡散層からなる第1電極と第2電極の間のチャネルと前記第1ゲート電極の間に位置し、かつ残り部分は前記チャネル上以外に位置する構造からなる正論理素子を具備する半導体集積回路装置において、
c)前記パストランジスタツリー回路が第1導電型の絶縁ゲート電界効果型トランジスタと第1導電型の前記正論理素子を共に有し、並列もしくは直列に多段に組合せて論理を構成したことを特徴とするパストランジスタロジック回路。
a) A double-rail type pass transistor tree circuit that outputs two signals of a logic function and an inverted logic function of the logic, and a potential compensation circuit that corrects an output signal that has dropped through the pass transistor tree circuit to a power supply potential. In the pass transistor logic circuit consisting of
b) In addition to the insulated gate field effect transistor and the element, a first electrode and a second electrode that are formed of a diffusion layer and serve as a source electrode or a drain electrode, a first gate electrode to which an input signal is applied, and directly And a second gate electrode of a floating gate not connected to a signal, the first gate electrode being located above a channel between the first electrode and the second electrode made of the diffusion layer, A part of the two gate electrodes is located between the channel between the first electrode and the second electrode made of the diffusion layer and the first gate electrode, and the remaining part is a positive electrode made up of a structure located outside the channel. In a semiconductor integrated circuit device comprising a logic element,
c) The pass transistor tree circuit includes both the first conductivity type insulated gate field effect transistor and the first conductivity type positive logic element, and the logic is configured by combining in parallel or in multiple stages. Pass transistor logic circuit.
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