JPH01123517A - シュミットトリガ回路 - Google Patents

シュミットトリガ回路

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JPH01123517A
JPH01123517A JP62281709A JP28170987A JPH01123517A JP H01123517 A JPH01123517 A JP H01123517A JP 62281709 A JP62281709 A JP 62281709A JP 28170987 A JP28170987 A JP 28170987A JP H01123517 A JPH01123517 A JP H01123517A
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gate
output
voltage
inverting
circuit
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Akira Yonezu
亮 米津
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体論理回路の入力信号の波形整形など
に用いられるシュミットトリガ回路に関するものである
〔従来の技術〕
第7図はCMOSゲートアレイ内に構成した従来のシュ
ミットトリガ回路の回路図である。図において、入力端
子1に与えられた入力信号81Nは、2つの反転ゲート
2,3の直列接続と反転ゲート4とにそれぞれ与えられ
て、反転論理和ゲート5゜6から構成されるR−Sフリ
ップフロップ回路30の相反転する2つの入力となって
いる。また、出力信号S。utはフリップフロップ回路
30の反転論理和ゲート6の出力部から出力端子7を介
して取出されている。フリツプフロツプ回路30におい
ては、反転論理和ゲート5の一方の入力端子5aは反転
ゲート3と接続され、他方の入り端子5bは反転論理和
ゲート6の出力部と接続されている。また、反転論理和
ゲート6の一方の入力端子6aは反転論理和ゲート5の
出力部と接続され、他方の入力端子6bは反転ゲート4
と接続されている。
このような構成を備えたシュミットトリガ回路では、入
力信号81Nと同じ論理値を有するセット信号が反転ゲ
ート3から、また異なる論理値を有するリセット信号が
反転ゲート4からそれぞれR−Sフリップフロップ回路
30に与えられるので、入力信号81Nl!:同じ論理
値の出力部@5outが出力端子7から取出される。さ
らに、反転ゲート4のしきい値電圧v■4と、反転ゲー
ト2のしきい値電圧VT2とを異なる値に設定すること
によって、入力信号81Hに対する出力信号S。utに
ヒステリシス特性をもたせている。
このシュミットトリガ回路において、入力端子1に加わ
る入力信号S11電圧が接地電位GNDから電源重圧V
。、まで立ち上る場合の動作には以下のようになる。
まず、入力端子1が接地電位GNDの時、反転ゲート2
,4の出力は電源電圧値■。Dになる。この電源電圧値
を受けて反転ゲート3の出力は接地電位GNDとなる。
反転ゲート4が電源電圧値■DOを出力することにより
反転論理和ゲート6は接地電位GNDを出力する。反転
論理和ゲート5は反転ゲート3の出力値である接地電位
GNDと反転論理和ゲート6の出力値である接地電位G
NDを受けて電源電圧値vDOを出力する。
ここで、入力信号SINの電圧を徐々に上げていく。反
転ゲート2.4のそれぞれのしきい値を■12.■14
(たとえばV12〉v■4)としたとき、入力電圧SI
N” 1.2〉SIN〉■T4となると反転ゲート4の
出力が反転して接地電位GNDとなる。
しかしながら、このときには反転論理和ゲート5゜6の
出力に変化は生じない。一方、入力信号SINのレベル
がさらに上昇して入力信号S1.Hの電圧が反転ゲート
2゛、4のしきい値電圧VT2− VT4の双方を越え
ると反転ゲート2,3の出力も反転し、それぞれ接地電
位GND、If源電圧値■。。を出力する。反転ゲート
3の出力値である電源電圧値VDOを受けて反転論理和
ゲート5は接地電位GNDを出力し、反転論理和ゲート
6は反転ゲート4の出力値である接地電位GNDと反転
論理和ゲート5の出力値である接地電位GNDを受けて
電源電圧値VDDを出力する。
次に、入力端子1に加わる入力信号$11振幅が電源電
圧値V。Dから接地電位GNDまで立ち下る場合は以下
の動作となる。
まず、入力端子1に加わる電圧値が電源電圧値v00の
時、反転ゲート2,4の出力は共に接地電位GNDにな
り、それを受けて反転ゲート3の出力は電源電圧値■。
、を出力する。この値を受けて反転論理和ゲート5はそ
の出力に′接地電位GNDを出力し、反転論理和ゲート
6は反転ゲート4の出力値である接地電位GNDと反転
論理和ゲート5の接地電位GNDを受けて電源電圧値■
。0を出力する。
ここで、入力信号SINの電圧を徐々に下げていく。入
力信号S11電圧が反転ゲート2.4のしきい値電圧v
 、■ のうち高い方の値■□2を下T2    T4 回ると反転ゲート2,3の出力は反転し、反転ゲート3
の出力は接地電位GNDとなる。ただし、反転ゲート4
の出力値は接地電位GNDのままである。このときには
、反転論理和ゲート5の出力が電源電位■。0となり、
他方の反転論理和ゲート6の出力は接地電位GNDとな
る。
入力信号S4の電圧がさらに下降してしきい値■12.
■14の双方を下まわると、反転ゲート4の出力値も電
源電位VDDへと反転するが、これは反転論理和ゲート
5.6の出力には影響を及ぼさない。
つまり、入力信号5I11の立上りにおいてはしきい値
■、2において出力の反転が生じ、立下りにおいてはし
きい値■■4において出力の反転が生じる。
このように、第7図のシュミットトリガ回路においては
、反転ゲート2.4の入力電圧に対するしきい値v■2
.■■4を互いに異なる値(たとえばV T 2 > 
V r a )とすることにより、シュミットトリガ回
路の特徴である入力信号STNに対する出力信号S。、
tのヒステリシス特性を示すので、このヒステリシス特
性により入力信号の波形整形効果が得られる。
(発明が解決しようとする問題点〕 従来のシュミットトリガ回路は以上のように構成されて
いるので、これに用いられているR−Sフリップフロッ
プ回路30が外来ノイズに弱く、誤動作を起こすという
問題があった。例えば、入力信号S が電源電圧■。、
から接地電位GNDにN 緩かに下る場合を想定する。入力信号81Nが電源電圧
■。Dのときは、反転論理和ゲート6の入力端子6a、
6bには共に接地電位GNDが入力されるので、出力信
号S  は電源電圧■。0となってut いる。ここで入力信号81Nが緩やかに下ると、反転ゲ
ート4の出力は接地電位GNDから電源電圧VDDに緩
やかに上昇していく。このような入力信号5111の電
圧の下降においては、反転ゲート4の出力変化が、反転
論理和ゲート5,6の出力変化を規定′しているため、
反転論理和ゲート6の一方の入力端子6bの電圧が、反
転論理和ゲート6のしきい値電圧に近い電圧■x1にな
ったとすると、これに応じて反転論理和ゲート6.5の
出力が変化し、反転論理和ゲート6の他方の入力端子6
aにそのしきい値電圧に近い電圧vX2が与えられる。
この状態において、入出力信号ラインやR−Sフリップ
フロップ回路30の電源配線、接地配線を通して外来ノ
イズが加わると、R−8フリップフロップ回路30が誤
動作を起こし、出力端子7に間違った信号を出力すると
いう問題があった。
特に、このシュミットトリガ回路をCMOSゲートの組
合せで構成した場合には、R−8フリップフロップ回路
30の2つの反転論理ゲート5゜6はPチャネル型MO
8FETの直列接続を有しているのでスイッチング動作
が遅り、その動作中の不安定な時間内に外来ノイズが加
わることによる誤動作を起こし易いという問題があった
一方、外来ノイズに強いシュミットトリガ回路としでは
、第8図に示すものが知られている。この回路は、入力
端子1と出力端子7との間に抵抗R1と2つの反転ゲー
ト18.19との直列接続を介挿させ、抵抗R1と反転
ゲート18の間のノードN と反転ゲート19の出力部
とを抵抗R2を介して接続して、反転ゲート19の出力
をフィードバックさせている。つまり、出力信号S。u
tの電圧を抵抗R1,R2で分圧してノードN1にフィ
ードバックすることによりヒステリシス特性をもだせて
いる。このシーミツトトリガ回路では反転論理和ゲート
で構成したR−Sフリップ70ツブ回路を使用していな
いので動作時間が短く、外来ノイズによる誤動作を起こ
しにくいという特徴がある。ところが、この回路では抵
抗R1゜R2のために構造上大きな面積を必要とするの
で、半導体集積回路の高集積化の要論に沿わないという
問題があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、外来ノイズによる誤動作を起こしにくく、か
つ高集積化に適したシュミットトリガ回路を得ることを
目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係るシュミットトリガ回路は、当該回路への
入力信号を入力とする高インピーダンス型論理要素と、
当該高インピーダンス型論理要素に直列に接続されたバ
ッファ回路と、前記高インピーダンス型論理要素と前記
バッフ7回路との間のノードと前記バッファ回路の出力
部との間に介挿された抵抗用トランジスタとを備えると
ともに、前記バッフ7回路の出力側から出力信号が取出
されている。
〔作用〕
この発明におけるシュミットトリガ回路は、反転論理和
ゲートで構成したR−Sフリップフロップ回路や抵抗を
用いておらず、バッファ回路の出力電圧が抵抗用トラン
ジスタを介して高インピーダンス論理要素とバッファ回
路との間のノードにフィードバックされることにより、
入力信号に対する出力信号にヒステリシス特性をもたせ
ている。
(実施例) 第1図はこの発明に係る一実施例を示すシュミットトリ
ガ回路である。図において、入力信号81Nは入力端子
1から反転ゲート8に入力され、反転ゲート8の出力は
反転ゲート9.10の直列接続により構成されるバック
?回路20に入力されている。また、バック?回路20
の出力は、抵抗用トランジスタとして使用されるCMO
Sトランスミッションゲート11を介して反転ゲート8
と反転ゲート9の間のノードNFにフィードバックされ
ている。さらにバッファ回路9と10の間のノードNB
は出力端子7と接続されており、出力信号S。utは図
、示しない外部回路に与えられている。
第2図は第1図に示したシーミツトトリガ回路をトラン
ジスタ毎に示した回路図である。反転ゲ−t−8,9,
10は、それぞれPチャネル型MO8FET (以下r
PMO8TJと呼ぶ。)8.〜10、とNチャネル型M
O8FET (以下rNMO8TJと呼ぶ。)8〜1O
Nとの2つの相補型トランジスタの直列接続によって構
成されている、いわゆるCMOSインバータである。ま
た、CMOSトランスミッションゲート11は、ゲート
部が接地電位GNDと接続されたPMO8T11Pとゲ
ート部が電源電位v00と接続されたNMO8T11N
との並列接続によって構成されている。抵抗要素として
CMOSトランスミッションゲート11を使用したので
、通常の抵抗よりも必要面積が小さく、高集積化に適す
る構成となっている。また、PMO8T11.のみ、又
はNMO8丁11Nのみを抵抗要素とすると、インバー
タ10の出力が電源電圧VDDの時と接地電位GNDの
時とでトランジスタのコンダクタンスがかなり異なるが
、CMOSトランスミッションゲート11を使用すると
インバータ10の出力の電圧値がどちらの場合にもほぼ
同程度のコンダクタンスが得られる。
次にこのシュミットトリガ回路の動作について説明する
。まず、入力端子1に加わる入力信号S の電圧が接地
電位GNDから電源電圧VDDまN で立ち上る場合の動作については以下のようになる。入
力端子1に加わる入力信号S1−電圧値が接地電位GN
Dの時、反転ゲート8の出力、すなわちノードNFの電
圧は電源電圧VDDである。この電源電圧VDDを受け
て反転ゲート9の出力は接地電位GNDとなる。反転ゲ
ート9の出力が接地電位GNOになることにより、その
値を受ける反転ゲート10の出力は電源電圧vDoどな
る。この電源電圧■、。はCMOSトランスミッション
ゲート11を介してノードN、にフィードバックされる
ここで、入力端子1に加わる入力信号5tI4の電圧を
徐々に立上げる。入力信qs、Nが反転ゲート8のしき
い値電圧■■8近傍の値になったとき、ノードNFにお
ける電圧を求めるための等価回路は第3A図のように磨
くことができる。図において、反転ゲート8のPMO8
T8.は抵抗R8Pと、NMO8T8Nは抵抗R8N、
!:、PMO8T10.は抵抗Rと、またCMOSトラ
ンスミッション0P ゲート11は抵抗R□。とみなしている。
入力信号SINが立上が゛る前の状態では反転ゲート1
0のPMO8T10.がオン、NMO8T1ONがオフ
となっているので、CMOSトランスミッションゲート
11を表わす抵抗R□6は、PMO8T10  の抵抗
R1゜、を介して反転ゲート1Oの電源電位■00と接
続されているとみなしている。
第3A図の回路における電流のバランスを考慮すると、
ノードNFの電圧vNに関して次式が成立つ。
これを変形すると、 ・・・(2) ただし、RFB” RTG” RloP反転ゲート8の
ゲート電圧に対するPMO8T8 の抵抗RとNMO8
T8Nの抵抗R814とのP        8P それぞれの抵抗値は第4図に示す関係に従って変化する
。反転ゲート8のゲート電圧、すなわち入力信号SIN
の電圧が上昇するにつれて、ノードNFの電圧■、が(
2)式に従って下降する。そして、電圧■8が反転ゲー
ト9のしぎい値電圧v19より小さくなると同時に反転
ゲート9の出力、すなわち出力端子7からの出力信号S
。utが接地電位GNDから電源電位■、Dに切換ねる
一方、道に入力信号S11電圧が電源電圧vDDから接
地電位GNDに立下がるときの等価回路は第3B図のよ
うに1くことができる。図において、反転ゲート8(7
)PMO8T8.、!:NMO8T8Nの抵抗はそれぞ
れR’、R’ としている。ま8P    88 た、入力信号SINが立下る前の状態では反転ゲート1
0のPMO8T10.がオフ、NMO8丁1ONがオン
となっているので、C,MOSトランスミッションゲー
ト11を表わ−す抵抗RTGはNMO8丁1ONの抵抗
R10Nを介して反転ゲート10の接地電位GNDと接
続されているとみなしている。
第3B図の回路における電流のバランスを考慮すると、
ノードNFの電圧vH′に関して次式が成立つ。
これを変形して、 ・・・(4) ただし、R’ ”RTG+R10N B 反転ゲート8のゲート電圧、すなわち入力信号SINの
電圧が下降するにつれてノードNFの電圧■、′が(4
)式に従って上昇し、電圧■8′が反転ゲート9のしき
い値電圧VT9より大きくなると同時に反転ゲート9の
出力すなわち出力端子7からの出力信号S  が電源電
位V。、から接地電位ut GNDに切換ねる。
以上の説明において、入力信号STNが立上がるときの
(2)式で示されるノードN、の電圧VNと、入力信号
SINが立下がるときの(4)式で示されるノードN、
の電圧vN′との差がヒステリシス特性と間道づけられ
る。
いま、入力信@SINの下降時にその電圧が第4図に示
すゲート電圧■。になったときに、ノードNFの電圧v
N′が反転ゲート9のしきい値電圧V19と等しくなっ
たと仮定する(以下、voを「下降反転電圧」と呼ぶ)
。すると、このときの抵抗!111R’ 、 R8N’
をそれぞれR、Rとす8P             
      PG    N。
れば、(4)式にこれらの値を代入して得られるノード
N の電圧■No′を用いて、しきい値電圧■T9は次
式で表わされる。
vT9” ■No’ ・・・(5) 一方、入力信号Sl−電圧上昇時に、下降反転電圧■。
になりたときのノードNFの電圧vNoは(2)式にお
いて、R、RをそれぞれRpo−8P    8N RNoとして次式で求められる。
・・・(6) 入力信号51Hf)電圧が上昇時と下降時において、そ
れぞれ下降反転電圧V。どなったときのノードNFの電
圧は(5)式と(6)式かられかるように異なる値とな
る。第4図に示されているように、インバータ8のゲー
ト電圧がvoのとき、インバータ8を構成するPMO8
T8.の抵抗値RpoとNMO8T8Nの抵抗値RNo
は、それぞれのオン抵抗に比べてかなり大きい。一方、
上記の(5)式。
(6)式において、これらの抵抗値R、R以外PON。
の抵抗値RFB=RFB’ は、PMO8T10..1
1 のオン抵抗、およびNMO8T10 .11P  
               N、のオン抵抗で決ま
る値である。従って、完全なオン状態でないときの抵抗
1iIR3o、RNoは、完全なオン抵抗から合成され
る抵抗値R、R’ にFB   FB 比べてかなり大きいので、(5)式、(6)式の分母は
どちらもその第1項が支配的となる。一方、同様な理由
から(5)式の分子に比較すると(6)式の分子の方が
大きい。つまり、(5)式と(6)式の分母はどちらも
第1項が支配的でほぼ同じであり、分子(6)式の方が
大きいから、(5)式で与えられる電圧vNO’ に比
べて(6)式でりえられる電圧V、4oの方が大きな値
となる。このことは、入力信号SINの上昇時の電圧V
NOは下降時の電圧vNo′よりも高いことを示してい
る。従って入力信号SINの上昇時においては、下降反
転電圧■。よりもさらに電圧を上昇させて、ノードNF
の電圧■ が反転ゲート9のしきい値電圧■、9より小
さくなったとき、初めて反転ゲート9,10の出力が切
換わり、出力端子7からの出力信号S。utも切換えら
れる。
第5図(a) 、 (b)はそれぞれ、入力信号S I
N”下降時と1冒時とにおける以上の動作を示した波形
図である。ただし、入力信号SINの電圧スケール(縦
スケール)は拡大して描いてあり、また、Vloは、反
転ゲート10の出力側の電圧を示している。この図から
もわかるように、下降時にはSIN”vOで動作反転が
生じるのに対して、上昇時には5=(Vo+ΔV)とな
らなければ動作N 反転が生じない(ΔVは正の珊)。
以上のように、このシュミットトリガ回路は入力信号S
11上昇時と下降時において、出力信号S  が切換え
られるための入力信号S1−電圧ut レベルが異なるので、いわゆるヒステリシス特性を有し
、入力信号STNの波形整形を行なうことができる。ま
た、このシュミットトリガ回路は第6図に示した従来の
シュミットトリガ回路と異なり、CMO8反転論理和ゲ
ートで構成されたR−Sフリップフロップ回路を用いて
いないので動作時間が短かく、動作中の不安定な時間内
に外来ノイズが加わることによる動作を起こしにくい。
第8図に示す従来のシュミットトリガ回路は出力信号S
。utの電圧が抵抗R2を介してノードN1にフィード
バックしており、電圧のフィードバックという点でこの
実施例と一見類似しているが、ノードN1には入力信号
S[Nの電圧も抵抗Rを介してノードN1に直接加えら
れているのに対し、この実施例においては、入力信号S
いとノードNFとの間に高インピーダンス型論理要素で
ある反転ゲート8を介挿させているので、上述のように
、ヒステリシス特性を発生させる原理が異なるものとい
うことができる。また、第8図に示した回路と比較して
専用の抵抗体を必要としないので、半導体集積回路の高
集積化に適しているとともに、特に使用できる素子が予
め限定されでいるゲートアレイにおいても容易にシュミ
ットトリガ回路を構成することができるという利点があ
る。
なお、上記実施例では、出力端子7を反転ゲート9と1
0の間のノードNBから取出しているが、第5図に示す
ように反転ゲート10の出力側にもう1つの反転ゲート
12を設けてその出力部と出力端子7を接続してもよい
。バッファ回路20はいわゆるバッファ1a能があれば
良いことはいうまでもなく、例えば2以上の偶数段の反
転ゲートを直列に接続したものでもよい。入力側の反転
ゲート8は高インピーダンス型の論理要素であればよく
、いわゆるバッファやその他の論理素子を用いてもよい
。また、CMOSトランスミッションゲート11は他の
抵抗用トランジスタを用いても同様の効果が得られる。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、バッファ回路の出力
電圧を抵抗用トランジスタを介して高インピーダンス論
理要素とバッフ1回路との間のノードにフィードバック
する構成としたので、反転論理和ゲートで構成されたフ
リップフロップ回路のような動作の遅い回路を用いずに
ヒステリシス特性をもたせることができ、外来ノイズに
よって、誤動作を起こしにくいとともに、抵抗体を必要
としないので高集積化の要請を満足することができる効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はこの発明に係る一実施例を示す回
路図、第3A図および第3B図はこの発明の一実施例の
動作を説明するための等価回路図、第4図はCMOSイ
ンバータ回路のゲート電圧とトランジスタの抵抗値の関
係を示す図、第5図はこの発明の一実施例の動作を示す
波形図、第6図はこの発明に係る他の実施例を示す図、
第7図および第8図は従来のシーミツトトリガ回路を示
す回路図である。 図において、8は反転ゲート、11はCMOSトランス
ミッションゲート、20はバッファ回路、N はノード
、81Nは入力信号、So、tは出力信号である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)入出力信号特性にヒステリシスを有するシユミッ
    トトリガ回路であって、 前記入力信号を入力とする高インピーダンス型論理要素
    と、当該高インピーダンス型論理要素に直列に接続され
    たバッファ回路と、前記高インピーダンス型論理要素と
    前記バッファ回路との間のノードと前記バッファ回路の
    出力部との間に介挿された抵抗用トランジスタとを備え
    るとともに、前記バッファ回路の出力側から出力信号が
    取出されていることを特徴とするシユミットトリガ回路
  2. (2)前記抵抗用トランジスタは、相補型の2つのトラ
    ンジスタの並列接続により構成されるトランスミッショ
    ンゲートであることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載のシユミットトリガ回路。
  3. (3)前記高インピーダンス型論理要素と、前記バッフ
    ァ回路のそれぞれは、相補型の2つのトランジスタの直
    接接続により構成されるインバータ回路によって形成さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第1項または
    第2項記載のシユミットトリガ回路。
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