JP3779486B2 - 半導体集積回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体集積回路に係り、特に、トライステート回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3は、従来のトライステート回路の構成を示した回路図である。
図3に示した従来のトライステート回路は、イネーブル信号Enableが入力されるインバータINV31と、インバータINV31の出力側に縦続接続されたインバータINV32と、一方側入力にデータ信号Dataが入力され、他方側入力にインバータINV32の出力信号が入力される2入力NAND論理ゲートNAND31と、一方側入力にデータ信号Dataが入力され、他方側入力にインバータINV31の出力信号が入力される2入力NOR論理ゲートNOR31と、電源電位ノードVccと接地電位ノードとの間に順に直列接続され、2入力NAND論理ゲートNAND31の出力信号、2入力NOR論理ゲートNOR31の出力信号がそれぞれゲートに入力されるPチャネルMOSトランジスタP31,NチャネルMOSトランジスタN31とを備えており、PチャネルMOSトランジスタP31とNチャネルMOSトランジスタN31との接続ノードが出力ノードOUTとされている。
【0003】
上記従来のトライステート回路の動作は、以下の通りである。
イネーブル信号Enableが“H(High)”レベルの場合においてデータ信号Dataが“L(Low)”レベルのときは、NAND論理ゲートNAND31の出力信号は“H”レベル、2入力NOR論理ゲートNOR31の出力信号は“H”レベルになるので、PチャネルMOSトランジスタP31は非導通状態、NチャネルMOSトランジスタN31は導通状態となり、出力ノードOUTの出力は“L”レベルとなる。また、イネーブル信号Enableが“H”レベルの場合においてデータ信号Dataが“H”レベルのときは、NAND論理ゲートNAND31の出力信号は“L”レベル、2入力NOR論理ゲートNOR31の出力信号は“L”レベルになるので、PチャネルMOSトランジスタP31は導通状態、NチャネルMOSトランジスタN31は非導通状態となり、出力ノードOUTの出力は“H”レベルとなる。
【0004】
一方、イネーブル信号Enableが“L”レベルのときは、データ信号Dataの論理値に拘わらず、NAND論理ゲートNAND31の出力信号は“H”レベル、2入力NOR論理ゲートNOR31の出力信号は“L”レベルになるので、PチャネルMOSトランジスタP31及びNチャネルMOSトランジスタN31は非導通状態となり、出力ノードOUTの出力はハイインピーダンス状態となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のトライステート回路においては、電源電位ノードVccに電位を与える電源電圧の立ち上がり期間中におけるPチャネルMOSトランジスタP31及びNチャネルMOSトランジスタN31のゲート電位が不安定であるために、PチャネルMOSトランジスタP31及びNチャネルMOSトランジスタN31が導通状態となって電源電位・接地電位ノード間に電流が流れ、無駄な電力を消費してしまうという問題点があった。
【0006】
また、電源電圧立ち上がり期間中にPチャネルMOSトランジスタP31及びNチャネルMOSトランジスタN31を非導通状態に設定できないため、出力ノードOUTに“L”レベル又は“H”レベルの信号が印加されるような場合には、出力ノードOUTから電源電位ノードVccへ、又は、出力ノードOUTから接地電位ノードへ電流が流れ、出力ノードOUTがバスラインに接続されているときはバスラインの電位を乱す等の悪影響を与えてしまうという問題点もあった。
【0007】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電源電圧立ち上がり期間中に出力段のトランジスタを非導通状態に設定することが可能な構成のトライステート回路を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体集積回路によれば、一方側入力にイネーブル信号が入力される第1の2入力NAND論理ゲートと、上記第1の2入力NAND論理ゲートの出力側に縦続接続された第1のインバータと、一方側入力にデータ信号が入力され、他方側入力に上記第1のインバータの出力信号が入力される第2の2入力NAND論理ゲートと、一方側入力にデータ信号が入力され、他方側入力に上記第1の2入力NAND論理ゲートの出力信号が入力される2入力NOR論理ゲートと、電源電位ノードと出力ノードとの間に接続され、ゲートに上記第2の2入力NAND論理ゲートの出力信号が入力される第1のPチャネルMOSトランジスタと、出力ノードと接地電位ノードとの間に接続され、ゲートに上記2入力NOR論理ゲートの出力信号が入力される第1のNチャネルMOSトランジスタと、電源電位ノードと接地電位ノードとの間に順に直列接続された第2のPチャネルMOSトランジスタ並びに第1及び第2の抵抗と、電源電位ノードと接地電位ノードとの間に順に直列接続された第3のPチャネルMOSトランジスタ及び第2のNチャネルMOSトランジスタと、上記第3のPチャネルMOSトランジスタと上記第2のNチャネルMOSトランジスタとの接続ノードに一方のノードが接続されたラッチ回路と、電源電位ノードと上記第1のPチャネルMOSトランジスタのゲートとの間に接続され、ゲートに上記ラッチ回路LA1の他方のノードが接続された第4のPチャネルMOSトランジスタと、上記第1のNチャネルMOSトランジスタのゲートと接地電位ノードとの間に接続され、ゲートに上記ラッチ回路の上記一方のノードが接続された第3のNチャネルMOSトランジスタとを備え、上記第2及び第3のPチャネルMOSトランジスタのゲート並びに上記第1の2入力NAND論理ゲートの他方側入力は上記ラッチ回路の上記他方のノードに接続され、上記第2のNチャネルMOSトランジスタのゲートは上記第1及び第2の抵抗の接続ノードに接続され、上記ラッチ回路の上記一方のノードの電位と上記他方のノードの電位とは論理反転の関係にあるものであることを特徴とし、この構成により、電源電圧立ち上げ期間中に出力段のPチャネルMOSトランジスタ及びNチャネルMOSトランジスタが非道通状態に設定されるので、出力段のPチャネルMOSトランジスタ及びNチャネルMOSトランジスタを通じて電源電位ノードから接地電位ノードに無駄な電流が流れることはなく、また、トライステート回路の出力ノードの出力状態はハイインピーダンス状態に設定されるので、外部から出力ノードに“H”レベル又は“L”レベルの信号が印加されても、出力ノードから電源電位ノード又は接地電位ノードに電流が流れることを防止することができ、バスラインに影響を与えることがなく活線挿抜にも対応することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体集積回路の実施の一形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明に係る半導体集積回路であるトライステート回路の構成を示した回路図である。
【0010】
本発明に係るトライステート回路は、電源電圧立ち上がり期間中に出力段のトランジスタを非導通状態に設定するために出力段のトランジスタのゲート電位を設定する電位設定回路を、前述した従来のトライステート回路に付加したものである。
【0011】
図1に示した本発明に係るトライステート回路の基本構成部分は、図3に示した従来のトライステート回路とほぼ同様の構成の回路であり、一方側入力にイネーブル信号Enableが入力される2入力NAND論理ゲートNAND11と、2入力NAND論理ゲートNAND11の出力側に縦続接続されたインバータINV13と、一方側入力にデータ信号Dataが入力され、他方側入力にインバータINV13の出力信号が入力される2入力NAND論理ゲートNAND12と、一方側入力にデータ信号Dataが入力され、他方側入力に2入力NAND論理ゲートNAND11の出力信号が入力される2入力NOR論理ゲートNOR11と、電源電位ノードVccと接地電位ノードとの間に順に直列接続され、2入力NAND論理ゲートNAND12の出力信号、2入力NOR論理ゲートNOR11の出力信号がそれぞれゲートに入力されるPチャネルMOSトランジスタP14,NチャネルMOSトランジスタN14とを備えており、PチャネルMOSトランジスタP14とNチャネルMOSトランジスタN14との接続ノードが出力ノードOUTとされている。以下の電位設定回路を付加するために、図3におけるインバータINV31を2入力NAND論理ゲートNAND11に置き換えた点のみが、図3に示した従来のトライステート回路と異なっている。
【0012】
また、本発明に係るトライステート回路の基本構成部分に付加された電位設定回路は、電源電位ノードVccと接地電位ノードとの間に順に直列接続されたPチャネルMOSトランジスタP10,抵抗RA及び抵抗RBと、電源電位ノードVccと接地電位ノードとの間に順に直列接続されたPチャネルMOSトランジスタP11及びNチャネルMOSトランジスタN11と、PチャネルMOSトランジスタP11とNチャネルMOSトランジスタN11との接続ノードに一方のノードNBが接続されたラッチ回路LA1と、電源電位ノードVccとPチャネルMOSトランジスタP14のゲートであるノードNDとの間に接続され、ゲートにラッチ回路LA1の他方のノードNCが接続されたPチャネルMOSトランジスタP13と、NチャネルMOSトランジスタN14のゲートであるノードNEと接地電位ノードとの間に接続され、ゲートにラッチ回路LA1の一方のノードNBが接続されたNチャネルMOSトランジスタN13とを備えており、PチャネルMOSトランジスタP10及びP11のゲート並びに2入力NAND論理ゲートNAND11の他方側入力はラッチ回路LA1の他方のノードNCに接続され、NチャネルMOSトランジスタN11のゲートは抵抗RAと抵抗RBとの接続ノードNAに接続されている。
【0013】
ラッチ回路LA1は、環状接続されたインバータINV11及びINV12により構成されており、一方のノードNB及び他方のノードNCは、インバータINV11及びINV12の2つの接続ノードであって、一方のノードNBの電位と他方のノードNCの電位とは論理反転の関係にあるものである。本発明に係るトライステート回路は、上記回路構成において、出力段のPチャネルMOSトランジスタP14,NチャネルMOSトランジスタN14のゲート電位をそれぞれ“H”レベル、“L”レベルとして、PチャネルMOSトランジスタP14及びNチャネルMOSトランジスタN14を非道通状態に設定するために、電源電圧立ち上がり期間中のラッチ回路LA1の動作開始時における一方のノードNB,他方のノードNCの電位をそれぞれ“H”レベル、“L”レベルに設定する必要がある。そこで、ラッチ回路LA1を構成する2つのインバータは、インバータINV11として回路閾値が相対的に低いもの、及び、インバータINV12として回路閾値が相対的に高いものの組合せを選択するとよい。さらに、電源電圧立ち上がり期間中のラッチ回路LA1の動作開始時における一方のノードNB,他方のノードNCの電位を、より確実にそれぞれ“H”レベル、“L”レベルに設定するために、図1に示すように、電源電位ノードVccとラッチ回路LA1の一方のノードNBとの間に接続され、ゲートが電源電位ノードVccに接続されたPチャネルMOSトランジスタP12と、ラッチ回路LA1の他方のノードNCと接地電位ノードとの間に接続され、ゲートが接地電位ノードに接続されたNチャネルMOSトランジスタN12とを備えているものとするとよい。PチャネルMOSトランジスタP12により一方のノードNBに暗電流が供給され、NチャネルMOSトランジスタN12により他方のノードNCから接地電位ノードに暗電流が供給されるので、一方のノードNB,他方のノードNCの電位をそれぞれ“H”レベル、“L”レベルに設定することが容易になる。
【0014】
抵抗RA及びRBは電源電圧分割手段であり、抵抗RAと抵抗RBとの接続ノードNAがNチャネルMOSトランジスタN11のゲートに接続されているので、抵抗RAと抵抗RBとの抵抗比は、NチャネルMOSトランジスタN11の閾値電圧Vthnを考慮して定める。
【0015】
図2は、本発明に係る半導体集積回路であるトライステート回路の電源電圧立ち上がり期間における電源電圧Vcc並びにノードNA,NB及びNCの電位を表したグラフである。
【0016】
以下、図2のグラフを参照しながら、図1に示した本発明に係るトライステート回路の電源電圧立ち上がり期間における動作について説明する。
【0017】
期間(a)は、電源電圧Vccが立ち上がり始める前のゼロの状態であり、ノードNA,NB及びNCの電位もゼロである。
【0018】
期間(b)において、電源電圧Vccが立ち上がり始めるが、電源電圧VccがPチャネルMOSトランジスタP10,P11の閾値電圧の絶対値|Vthp|に達するまでは各トランジスタは非導通状態であり、従って、ノードNA,NB及びNCの電位もゼロである。
【0019】
期間(c)において、電源電圧VccがPチャネルMOSトランジスタP10,P11の閾値電圧の絶対値|Vthp|に達すると、PチャネルMOSトランジスタP10,P11が導通状態となってノードNA,NBの電位が上昇し、電源電圧Vccがさらに上昇するに従いノードNA,NBの電位も上昇する。一方、ノードNCの電位はゼロである。従って、ノードNBには“H”レベル、ノードNCには“L”レベルの信号が現れることになり、これらのノードNB,NCの電位はラッチ回路LA1によってラッチされる。即ち、電源電圧立ち上がり期間中のラッチ回路LA1の動作開始時におけるラッチ回路LA1の一方のノードNB,他方のノードNCの電位がそれぞれ“H”レベル、“L”レベルに設定されたことになる。
【0020】
ノードNC,NBの電位はそれぞれPチャネルMOSトランジスタP13,NチャネルMOSトランジスタN13のゲート電位であるから、PチャネルMOSトランジスタP13及びNチャネルMOSトランジスタN13は導通状態となる。その結果、PチャネルMOSトランジスタP14,NチャネルMOSトランジスタN14のゲート電位であるノードND,NEの電位はそれぞれ“H”レベル、“L”レベルとなり、電源電圧立ち上がり期間中の初期状態においてPチャネルMOSトランジスタP14及びNチャネルMOSトランジスタN14はいずれも非道通状態に設定される。
【0021】
従って、期間(c)において、PチャネルMOSトランジスタP14及びNチャネルMOSトランジスタN14を通じて電源電位ノードVccから接地電位ノードに無駄な電流が流れることはなく、また、トライステート回路の出力ノードOUTの出力状態はハイインピーダンス状態に設定されるので、外部から出力ノードOUTに“H”レベル又は“L”レベルの信号が印加されても、出力ノードOUTから電源電位ノードVcc又は接地電位ノードに電流が流れることを防止することができ、バスラインに影響を与えることがなく活線挿抜にも対応することができる。
【0022】
期間(d)において、NチャネルMOSトランジスタN11のゲート電位であるノードNAの電位がNチャネルMOSトランジスタN11の閾値電圧Vthnに達すると、NチャネルMOSトランジスタN11が導通状態となり、PチャネルMOSトランジスタP11及びNチャネルMOSトランジスタN11を通じて電源電位ノードVccから接地電位ノードに電流が流れる。その結果、ノードNBの電位が低下して“L”レベルとなり、この“L”レベルの信号がインバータINV11に入力され、ノードNCに“H”レベルの信号が出力されて、電源電圧立ち上がり期間中の初期状態におけるラッチ回路のラッチ状態が解除され、反転することになる。即ち、ノードNCの電位は、PチャネルMOSトランジスタP10,P11のゲート電位であるので、PチャネルMOSトランジスタP10,P11はカットオフし、ノードNAは接地電位となり、ラッチ回路LA1は、ノードNBの電位が“L”レベル、ノードNCの電位が“H”レベルのラッチ状態となる。
【0023】
ノードNC,NBの電位はそれぞれPチャネルMOSトランジスタP13,NチャネルMOSトランジスタN13のゲート電位であるから、PチャネルMOSトランジスタP13及びNチャネルMOSトランジスタN13はいずれも非導通状態となり、トライステート回路の基本構成部分に付加された電位設定回路は、もはやPチャネルMOSトランジスタP14,NチャネルMOSトランジスタN14のゲート電位であるノードND,NEの電位に影響を与えなくなる。しかし、この時点では電源電圧Vccは既に十分に上昇しているので、PチャネルMOSトランジスタP14及びNチャネルMOSトランジスタN14のゲート電位は安定しており、PチャネルMOSトランジスタP14及びNチャネルMOSトランジスタN14が不必要なときに導通状態となることはない。
【0024】
その後、電源電圧Vccが所定の電圧まで上昇するに伴い、ノードNCの“H”レベルの電位も上昇し、ラッチ回路LA1のノードNBの電位が“L”レベル、ノードNCの電位が“H”レベルであるラッチ状態は維持される。従って、トライステート回路の基本構成部分は、もはや電位設定回路から影響を受けることはなく、通常の動作が可能となる。
【0025】
2入力NAND論理ゲートNAND11の他方側入力にはラッチ回路LA1の他方のノードNCの電位である“H”レベルの信号が入力されているので、トライステート回路の基本構成部分は、イネーブル信号Enable及びデータ信号Dataの変化に対して、図3に示した従来のトライステート回路と同様に動作する。
【0026】
【発明の効果】
本発明に係る半導体集積回路によれば、一方側入力にイネーブル信号が入力される第1の2入力NAND論理ゲートと、上記第1の2入力NAND論理ゲートの出力側に縦続接続された第1のインバータと、一方側入力にデータ信号が入力され、他方側入力に上記第1のインバータの出力信号が入力される第2の2入力NAND論理ゲートと、一方側入力にデータ信号が入力され、他方側入力に上記第1の2入力NAND論理ゲートの出力信号が入力される2入力NOR論理ゲートと、電源電位ノードと出力ノードとの間に接続され、ゲートに上記第2の2入力NAND論理ゲートの出力信号が入力される第1のPチャネルMOSトランジスタと、出力ノードと接地電位ノードとの間に接続され、ゲートに上記2入力NOR論理ゲートの出力信号が入力される第1のNチャネルMOSトランジスタと、電源電位ノードと接地電位ノードとの間に順に直列接続された第2のPチャネルMOSトランジスタ並びに第1及び第2の抵抗と、電源電位ノードと接地電位ノードとの間に順に直列接続された第3のPチャネルMOSトランジスタ及び第2のNチャネルMOSトランジスタと、上記第3のPチャネルMOSトランジスタと上記第2のNチャネルMOSトランジスタとの接続ノードに一方のノードが接続されたラッチ回路と、電源電位ノードと上記第1のPチャネルMOSトランジスタのゲートとの間に接続され、ゲートに上記ラッチ回路LA1の他方のノードが接続された第4のPチャネルMOSトランジスタと、上記第1のNチャネルMOSトランジスタのゲートと接地電位ノードとの間に接続され、ゲートに上記ラッチ回路の上記一方のノードが接続された第3のNチャネルMOSトランジスタとを備え、上記第2及び第3のPチャネルMOSトランジスタのゲート並びに上記第1の2入力NAND論理ゲートの他方側入力は上記ラッチ回路の上記他方のノードに接続され、上記第2のNチャネルMOSトランジスタのゲートは上記第1及び第2の抵抗の接続ノードに接続され、上記ラッチ回路の上記一方のノードの電位と上記他方のノードの電位とは論理反転の関係にあるものとしたので、電源電圧立ち上げ期間中に出力段のPチャネルMOSトランジスタ及びNチャネルMOSトランジスタが非道通状態に設定され、従って、出力段のPチャネルMOSトランジスタ及びNチャネルMOSトランジスタを通じて電源電位ノードから接地電位ノードに無駄な電流が流れることはなく、また、トライステート回路の出力ノードの出力状態はハイインピーダンス状態に設定されるので、外部から出力ノードに“H”レベル又は“L”レベルの信号が印加されても、出力ノードから電源電位ノード又は接地電位ノードに電流が流れることを防止することができ、バスラインに影響を与えることがなく活線挿抜にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るトライステート回路の構成を示した回路図。
【図2】本発明に係るトライステート回路の電源電圧立ち上がり期間における電源電圧Vcc並びにノードNA,NB及びNCの電位を表したグラフ。
【図3】従来のトライステート回路の構成を示した回路図。
【符号の説明】
P10,P11,P12,P13,P14,P31 PチャネルMOSトランジスタ
N11,N12,N13,N14,N31 NチャネルMOSトランジスタ
RA,RB 抵抗
INV11,INV12,INV13,INV31,INV32 インバータ
NAND11,NAND12,NAND31 2入力NAND論理ゲート
NOR11,NOR31 2入力NOR論理ゲート
Claims (4)
- 一方側入力にイネーブル信号が入力される第1の2入力NAND論理ゲートと、
前記第1の2入力NAND論理ゲートの出力側に縦続接続された第1のインバータと、
一方側入力にデータ信号が入力され、他方側入力に前記第1のインバータの出力信号が入力される第2の2入力NAND論理ゲートと、
一方側入力にデータ信号が入力され、他方側入力に前記第1の2入力NAND論理ゲートの出力信号が入力される2入力NOR論理ゲートと、
電源電位ノードと出力ノードとの間に接続され、ゲートに前記第2の2入力NAND論理ゲートの出力信号が入力される第1のPチャネルMOSトランジスタと、
出力ノードと接地電位ノードとの間に接続され、ゲートに前記2入力NOR論理ゲートの出力信号が入力される第1のNチャネルMOSトランジスタと、
電源電位ノードと接地電位ノードとの間に順に直列接続された第2のPチャネルMOSトランジスタ並びに第1及び第2の抵抗と、
電源電位ノードと接地電位ノードとの間に順に直列接続された第3のPチャネルMOSトランジスタ及び第2のNチャネルMOSトランジスタと、
前記第3のPチャネルMOSトランジスタと前記第2のNチャネルMOSトランジスタとの接続ノードに一方のノードが接続されたラッチ回路と、
電源電位ノードと前記第1のPチャネルMOSトランジスタのゲートとの間に接続され、ゲートに前記ラッチ回路LA1の他方のノードが接続された第4のPチャネルMOSトランジスタと、
前記第1のNチャネルMOSトランジスタのゲートと接地電位ノードとの間に接続され、ゲートに前記ラッチ回路の前記一方のノードが接続された第3のNチャネルMOSトランジスタとを備え、
前記第2及び第3のPチャネルMOSトランジスタのゲート並びに前記第1の2入力NAND論理ゲートの他方側入力は前記ラッチ回路の前記他方のノードに接続され、前記第2のNチャネルMOSトランジスタのゲートは前記第1及び第2の抵抗の接続ノードに接続され、前記ラッチ回路の前記一方のノードの電位と前記他方のノードの電位とは論理反転の関係にあるものであることを特徴とする半導体集積回路。 - 前記ラッチ回路は、環状接続された第2及び第3のインバータにより構成されており、前記一方のノードは、前記第2のインバータの入力ノード及び前記第3のインバータの出力ノードであり、前記他方のノードは、前記第2のインバータの出力ノード及び前記第3のインバータの入力ノードであることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。
- 前記第2のインバータは回路閾値が相対的に低いものであり、前記第3のインバータは回路閾値が相対的に高いものであることを特徴とする請求項2に記載の半導体集積回路。
- 電源電位ノードと前記ラッチ回路の前記一方のノードとの間に接続され、ゲートが電源電位ノードに接続された第5のPチャネルMOSトランジスタと、
前記ラッチ回路の前記他方のノードと接地電位ノードとの間に接続され、ゲートが接地電位ノードに接続された第4のNチャネルMOSトランジスタと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体集積回路。
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