JPH02205115A - Semiconductor circuit device - Google Patents
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- JPH02205115A JPH02205115A JP1023889A JP2388989A JPH02205115A JP H02205115 A JPH02205115 A JP H02205115A JP 1023889 A JP1023889 A JP 1023889A JP 2388989 A JP2388989 A JP 2388989A JP H02205115 A JPH02205115 A JP H02205115A
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
- H03K19/02—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
- H03K19/08—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
- H03K19/094—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
- H03K19/0944—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET
- H03K19/09448—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET in combination with bipolar transistors [BIMOS]
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野〕
本発明は半導体回路装置に係り、詳しくはMOSトラン
ジスタとパイポーラトランジ長りi社合わせた複合回路
またはMOS駆動バイポーラ出力型論理回路を有する半
導体回路装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a semiconductor circuit device, and more specifically to a semiconductor circuit device having a composite circuit of MOS transistors and bipolar transistors or a MOS-driven bipolar output type logic circuit. Related to circuit devices.
従来、CMOSトランジスタの低消費電力とバイポーラ
トランジスタの高負荷駆動能力を利用した種々の複合回
路(IlkiCMOS向路)が考嚇されている。Conventionally, various composite circuits (IlkiCMOS circuits) that utilize the low power consumption of CMOS transistors and the high load driving ability of bipolar transistors have been considered.
そのうち1つは第5図に示すように、ブイ・イー・イー
・イー トランザクション オン エレクトロン デバ
イス 16巻、11号 1969゜第9io頁(IEE
E−transaction ON ELECTRON
DEVICES、VOL 、ED−16,&11.NO
V、 1’9g9リ P2S5)のFig、8に示さ
れている回路である。第tIlにおいて、1はPMOS
¥MOSトランジスタ゛□ソースが電源+Vに、ゲート
が入力端子INに、ドレインがNPN トランジスタ3
のベースに接続される。One of them, as shown in Figure 5, was published by VEE Transactions on Electron Devices, Volume 16, No.
E-transaction ON ELECTRON
DEVICES, VOL, ED-16, &11. NO
This is the circuit shown in Fig. 8 of V, 1'9g9ri P2S5). In the tIl, 1 is PMOS
¥MOS transistor゛□Source is connected to power supply +V, gate is connected to input terminal IN, drain is NPN transistor 3
connected to the base of
2はNMOSトランジスタであり、ドレインが出力端子
OUTに、ゲートが入力端子INに、ソースがNPNト
ランジスタ4のベースに接続される。2 is an NMOS transistor whose drain is connected to the output terminal OUT, whose gate is connected to the input terminal IN, and whose source is connected to the base of the NPN transistor 4.
NPNトランジスタ3のコレクタは電源Vcに接続され
、エミッタは出力端子OUTに接続される。The collector of the NPN transistor 3 is connected to the power supply Vc, and the emitter is connected to the output terminal OUT.
NPNトランジスタ4のコレクタは出力端子OUTに接
続され、エミッタは共通電位点または接地電位点(GN
D)に接続される。The collector of the NPN transistor 4 is connected to the output terminal OUT, and the emitter is connected to the common potential point or ground potential point (GN
D).
この回路の動作は次の通りである。いま、入力端子IN
がローレベル(11L I+レベル)のとき、NMOS
トランジスタ2はオフになり、NPNトランジスタ4も
オフになる。一方、PMOSトランジスタ1がオンとな
り、PMOSトランジスタ1を通してNPNトランジス
タ3にベース電流が供給され、NPN)−ランリスタ3
がオンとなる。The operation of this circuit is as follows. Now input terminal IN
When is low level (11L I+ level), NMOS
Transistor 2 is turned off and NPN transistor 4 is also turned off. On the other hand, the PMOS transistor 1 is turned on, and the base current is supplied to the NPN transistor 3 through the PMOS transistor 1.
turns on.
その結果、NPNトランジスタ3から負荷(図示せず)
への充電電流が流れ、出力端子OUTはハイレベル(1
1H″ルベル)にスイッチする。次に入力端子INが”
H”レベルのときには、PMOSトランジスタ1がオフ
になり、NPNトランジスタ3もオフになる。一方、N
MOS)−ランリスタ2がオンとなり、NMOS)−ラ
ンリスタ2を通してNPN トランジスタ4にベース電
流が供給され、NPNトランジスタ4がオンとなる。そ
の結果、負荷に充電されている電荷はNPN トランジ
スタ4を通して放電され、出力端子OUTはll L
11レベルにスイッチする。この回路の出力電圧レベル
はNPN)−ランリスタ3,4のベース・エミッタ電圧
V BEQI T V BEQ2だけシフトする。すな
わち、“H”レベルは(Vc −VBEQI )になり
、IJL”レベルはV BEQ2になる。As a result, the load (not shown) from the NPN transistor 3 is
A charging current flows to the output terminal OUT, and the output terminal OUT becomes a high level (1
1H" level). Next, the input terminal IN is set to "
When the level is "H", PMOS transistor 1 is turned off and NPN transistor 3 is also turned off.
The MOS)-run lister 2 is turned on, the base current is supplied to the NPN transistor 4 through the NMOS)-run lister 2, and the NPN transistor 4 is turned on. As a result, the charge stored in the load is discharged through the NPN transistor 4, and the output terminal OUT becomes ll L
Switch to level 11. The output voltage level of this circuit is shifted by the base-emitter voltage V BEQI TV BEQ2 of the NPN)-run listers 3, 4. That is, the "H" level becomes (Vc - VBEQI), and the "IJL" level becomes V BEQ2.
ところで、LSIの超高集積化に伴い消費電力の低減が
大きな課題となっており、この対策として内部型原電圧
の低電圧化(3,3V以下)が必至と見られている。Incidentally, with the ultra-high integration of LSIs, reducing power consumption has become a major issue, and as a countermeasure to this problem, it is considered inevitable to lower the internal mold original voltage (3.3 V or less).
上述したように、B i CM OSゲート回路では出
力電圧のレベルシフトにより論理振幅が約1.6V小さ
くなる。この為、電源電圧が低くなると電源電圧に対す
る論理振幅の割合が著しく小さくなり1次段のMOSゲ
ート回路あるいはB1CMOSゲート回路を十分に駆動
できず、遅延時間tp−が急激に大きくなってしまう。As described above, in the B i CM OS gate circuit, the logic amplitude is reduced by about 1.6V due to the level shift of the output voltage. For this reason, when the power supply voltage becomes low, the ratio of the logic amplitude to the power supply voltage becomes extremely small, and the primary stage MOS gate circuit or B1CMOS gate circuit cannot be driven sufficiently, and the delay time tp- suddenly increases.
一方、NチャネルMOSトランジスタとPチャネルトラ
ンジスタにより構成される相補MOS(以下、CMOS
と称す。)ゲート回路では出力電圧のレベルシフトがな
いので、電源電圧が低くなっても遅延時間の増大はB1
CMOSゲート回路はど大きくない。この為、例えば電
源電圧3.3■では、B1CMOSゲート回路はCMO
Sゲート回路に比べそれ程高速にはならず、それ以下の
電源電圧では逆にCMOSゲート回路の方が高速になる
と見られている。On the other hand, complementary MOS (hereinafter referred to as CMOS) is composed of an N-channel MOS transistor and a P-channel transistor.
It is called. ) Since there is no level shift of the output voltage in the gate circuit, the delay time increases even if the power supply voltage becomes low.
CMOS gate circuits are not very large. For this reason, for example, at a power supply voltage of 3.3■, the B1CMOS gate circuit is
It is not as fast as an S gate circuit, and on the contrary, a CMOS gate circuit is expected to be faster at a lower power supply voltage.
これに対し、特開昭59−205828号公報で例えば
示されているように、MOSトランジスタとバイポーラ
トランジスタとからなる複合回路で構成された論理回路
と、この論理回路と同一の機能を持ち、かつMOSトラ
ンジスタで構成した別の論理回路とを並列接続すること
により、出力信号が完全にll L”レベルまたは“H
”レベルになるよう構成したものがある。On the other hand, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 59-205828, for example, there is a logic circuit composed of a composite circuit consisting of a MOS transistor and a bipolar transistor, which has the same function as this logic circuit, and By connecting the logic circuit in parallel with another logic circuit made up of MOS transistors, the output signal can be completely reduced to llL level or ``H'' level.
``There are things that are configured to be on the level.
]−記、従来技術の回路によれば、その入力容量が複合
回路のみで構成した論理回路のそれより増加するからこ
の人力容量の増加によりこの回路をglA i)+する
ための前段の回路の速度が落ち、結局全体として速度が
落ちるという問題がある。According to the circuit of the prior art, the input capacitance of the circuit increases compared to that of a logic circuit composed only of composite circuits, so this increase in human power capacitance increases the input capacity of the circuit in the previous stage in order to The problem is that the speed decreases, and ultimately the overall speed decreases.
本発明の目的は、低電源電圧化(3,3V以下)により
トランジスタのglA ll+電圧が低くなっても。The purpose of the present invention is to reduce the power supply voltage even when the glA ll+ voltage of the transistor becomes low due to the reduction in the power supply voltage (3.3 V or less).
CMOSゲート回路に比べ十分な高速性を持った+3
i CM OSゲート回路を有する半導体回路装置を提
供することにある。+3 with sufficient high speed compared to CMOS gate circuit
An object of the present invention is to provide a semiconductor circuit device having an i CM OS gate circuit.
本発明の特徴は、11icMOS論理回路とCMOS論
理回路の複合回路において、ダイオードの順方向電圧を
利用して、出力電圧のハイレベルを入力端子のハイレベ
ルと一致させ、かつ論理回路を構成するMOSトランジ
スタのソース・ドレイン間に印加される最高電圧を電源
電圧より小さくシ。A feature of the present invention is that in a composite circuit of an 11ic MOS logic circuit and a CMOS logic circuit, the forward voltage of the diode is used to match the high level of the output voltage with the high level of the input terminal, and the MOS forming the logic circuit The maximum voltage applied between the source and drain of the transistor should be lower than the power supply voltage.
かつ皆等しくした点にある。And they are all equal.
本発明の半導体回路装置の他の特徴はNチャネ用MOS
トランジスタとPチャネルMOSトランジスタにより構
成されるCMOSインバータ回路に、1個以上のバイポ
ーラトランジスタを付加しりCM OS・バイポーラ複
合回路に於いて、出力信号のハイレベル電圧が入力信号
のハイレベル電圧値と一致するように電源電圧を入力信
号のハイレベル電圧より高くシー、かつ前記バイポーラ
トランジスタを駆動するMo5t−ランリスタソース・
トレイン間、ソース・ゲート間に印加される最高電圧を
人力信号のハイレベル電圧にしたことである。Another feature of the semiconductor circuit device of the present invention is an N-channel MOS
One or more bipolar transistors are added to a CMOS inverter circuit consisting of transistors and P-channel MOS transistors.In a CMOS/bipolar composite circuit, the high level voltage of the output signal matches the high level voltage value of the input signal. The power supply voltage is set higher than the high level voltage of the input signal so that the Mo5t-run lister source that drives the bipolar transistor is set.
The highest voltage applied between the trains and between the source and gate is set to the high level voltage of the human input signal.
13iCMOS論理回路において、負荷充電用のバイポ
ーラトランジスタQ13のベースに接続された。ベース
電荷引き抜き用MOSトランジスタM 15と直列にダ
イオード!〕17が設けられている。そのダイオードの
順方向電圧はバイポーラトランジスタQ13のベース・
エミッタ順方向電圧VIEに等しい。In the 13i CMOS logic circuit, it was connected to the base of a bipolar transistor Q13 for charging the load. A diode in series with the base charge extraction MOS transistor M15! ] 17 are provided. The forward voltage of the diode is the base voltage of the bipolar transistor Q13.
Equal to emitter forward voltage VIE.
入力電圧がハイレベルになり、負荷充電用バイポーラト
ランジス゛りQ13がOFFした時、ベース電荷引き抜
き用MOSトランジスタM15がONとなり、これと直
列に設けられたダイオードD17の順方向電圧のために
、バイポーラトラン。When the input voltage becomes high level and the load charging bipolar transistor Q13 turns OFF, the base charge extracting MOS transistor M15 turns ON, and due to the forward voltage of the diode D17 connected in series with it, the bipolar transistor Q13 turns OFF. Tran.
リスタQ13のベース端子の電圧はVBEとなる一バイ
ポーラトランジスタ駆動用のMOSトランジスリスll
のドレイン端子はこのベース端子に接続されており、M
OSトランジスタのドレイン端子の電圧もVaI!どな
る。ソース端子には電源電圧Vcが印加されているので
、MOSトランジスリスllのソース・ドレイン間には
電源電圧VcよりもVBEだけ低い電圧が印加される。The voltage at the base terminal of Lister Q13 is VBE.A MOS transistor for driving a bipolar transistor.
The drain terminal of M is connected to this base terminal, and M
The voltage at the drain terminal of the OS transistor is also VaI! bawl. Since the power supply voltage Vc is applied to the source terminal, a voltage lower than the power supply voltage Vc by VBE is applied between the source and drain of the MOS transistor 11.
入力電圧がローレベルになり、負荷充電用のバイポーラ
トランジスタQ13がONすると、出力電圧はバイポー
ラトランジスタのベース・エミッタ順方向電圧VBEだ
け電源電圧Vcより低い値Vc−VBEとなる。負荷放
電用パイポニラトランレスタQ14を駆動するMOSト
ランジスリス12のドレイン端子は出力端子に接続され
ており、ドレイン端子の電圧もVc−VIEどなる。こ
の時、負荷放電用バイポーラトランジスタQ14のベー
ス電荷を引き抜くMOSトランジスリス16がONして
いるので、MOSトランジスリス12のソース端子の電
位はOvとなる。よってlMOSトランジスタM12の
ソース・ドレイン間に印加される電圧もVc −VBE
となる。When the input voltage becomes low level and the load charging bipolar transistor Q13 is turned on, the output voltage becomes a value Vc-VBE lower than the power supply voltage Vc by the base-emitter forward voltage VBE of the bipolar transistor. The drain terminal of the MOS transistor 12 that drives the load discharge piponilla transistor Q14 is connected to the output terminal, and the voltage at the drain terminal is also Vc-VIE. At this time, since the MOS transistor 16 which extracts the base charge of the load discharging bipolar transistor Q14 is ON, the potential of the source terminal of the MOS transistor 12 becomes Ov. Therefore, the voltage applied between the source and drain of the IMOS transistor M12 is also Vc - VBE
becomes.
PMOSトランジスタとNMOSトランジスタから構成
されたCMOSインバータ回路において、PMOSトラ
ンジスタのソース端子に、ダイオードのカソード端子を
、ダイオードのアノード端子を電源電圧Vcに接続する
。ダイオードの順方向電圧をVBEにしておく。これに
より、PMOS。In a CMOS inverter circuit composed of a PMOS transistor and an NMOS transistor, the source terminal of the PMOS transistor is connected to the cathode terminal of a diode, and the anode terminal of the diode is connected to a power supply voltage Vc. Set the forward voltage of the diode to VBE. This allows PMOS.
NMOSがOFFの時、それぞれのソース・ドレイン間
にはVc −VBEの電圧が印加される。When the NMOS is OFF, a voltage of Vc - VBE is applied between each source and drain.
以上述べたように、BiCMOS論理回路とCMOS論
理回路を構成するMOSトランジスタのソース・ドレイ
ン間番;印加される最高電圧を電源電圧より低く、かつ
皆同じにすることにより、MOSトランジスタを小さく
(ゲート長、ゲート酸化膜等)することができるので高
速・低消費電力化が図れる。As mentioned above, by making the source-drain size of the MOS transistors constituting BiCMOS logic circuits and CMOS logic circuits the same and lower than the power supply voltage, the MOS transistors can be made smaller (gate (length, gate oxide film, etc.), high speed and low power consumption can be achieved.
MOSトランジスタのソース・ドレイン間に印加される
電圧が異なる場合には、一番大きな電圧に耐えられるよ
うにMOSトランジスタを設計することになり、小型化
できないので高速・低消費電力化が図れない。If the voltages applied between the source and drain of the MOS transistor are different, the MOS transistor must be designed to withstand the largest voltage, which makes it impossible to reduce the size of the transistor, making it impossible to achieve high speed and low power consumption.
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。第1
図において、11はPMOSトランジスタであり、ソー
スが電源に接続される。電源電圧Vccは入力信号のI
IH”レベルよりも、PMOSトランジスタ11によっ
て駆動されるNPNトランジスタ13のベース・エミッ
タ順方向電圧VBε(約0.8 V)だけ高い値に設
定されている。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 1st
In the figure, 11 is a PMOS transistor whose source is connected to a power supply. The power supply voltage Vcc is the input signal I
The base-emitter forward voltage VBε (approximately 0.8 V) of the NPN transistor 13 driven by the PMOS transistor 11 is set higher than the IH'' level.
20はリミッタ回路で入力端子INoに印加さ九た5v
はダイオード18ピよってVcc(め4.2V)まで電
圧降下する。また、入力端子INoに供給された5vは
ダイオード18’、19を経て約3.4 vまで下がり
、入力信号回路21に供給され、“H”レベル信号(約
3.4 V)又は“L”レベル信号が入力端子INに供
給される。PMOSトランジスタ11のゲートは入力端
子INに、ドレインはNPNトランジスタ13のベース
に接続される。12はNMOSトランジスタであり、ド
レインが出力端子OUTに、ゲートが入力端子INに、
ソースがNPNトランジスタ14のベースに接続される
。NPNトランジスタ13のコレクタは電源+Vに接続
され、エミッタは出力端子OUTに接続される。NPN
)−ランリスタ14のコレクタは出力端子OUTに接続
され、エミッタは接地電位点(GND)に接続される。20 is a limiter circuit that applies 5V to the input terminal INo.
The voltage drops to Vcc (4.2V) by the 18-pin diode. Further, the 5V supplied to the input terminal INo passes through the diodes 18' and 19 and drops to approximately 3.4V, and is supplied to the input signal circuit 21, where it is output as an "H" level signal (approximately 3.4 V) or "L" level signal. A level signal is supplied to input terminal IN. The gate of the PMOS transistor 11 is connected to the input terminal IN, and the drain is connected to the base of the NPN transistor 13. 12 is an NMOS transistor, the drain is connected to the output terminal OUT, the gate is connected to the input terminal IN,
The source is connected to the base of NPN transistor 14. The collector of the NPN transistor 13 is connected to the power supply +V, and the emitter is connected to the output terminal OUT. NPN
)-The collector of the run lister 14 is connected to the output terminal OUT, and the emitter is connected to the ground potential point (GND).
15はベース電荷引き抜きNMOSトランジスタでドレ
インがNPN トランジスタ13のベースに、ゲートが
入力端子に、ソースがダイオード17のアノード側に接
続される。ダイオード17のカソード側はGNDに接続
される。16はベース電荷引き抜きNMOS)−ランリ
スタであり、ドレインがNPNトランジスタ14のベー
スに、ゲートが出力端子に、ソースがGNDに接続され
ている。22は負荷である。Reference numeral 15 is a base charge extracting NMOS transistor whose drain is connected to the base of the NPN transistor 13, whose gate is connected to the input terminal, and whose source is connected to the anode side of the diode 17. The cathode side of the diode 17 is connected to GND. 16 is a base charge extracting NMOS)-run lister whose drain is connected to the base of the NPN transistor 14, its gate is connected to the output terminal, and its source is connected to GND. 22 is a load.
この回路の動作は次の通りである。入力端子INが“L
+tレベルの時、NMOSトランジスタ12はOFF
になり、NPNトランジスタ14もOFFになる。一方
、PMOS)−ランリスタ11がONとなり、PMOS
トランジスタ11を通してNPNトランジスタ13にベ
ース電流が供給され、NPN)−ランリスタ13がON
となる。その結果、NPNトランジスタ13から負荷2
2への充電電流が流れ、出力端子OUTのレベルは(+
V−VBE:入力信号のll HI+レベル電圧)まで
上昇する。The operation of this circuit is as follows. Input terminal IN is “L”
+t level, NMOS transistor 12 is OFF
, and the NPN transistor 14 is also turned off. On the other hand, the PMOS)-run lister 11 is turned on, and the PMOS
A base current is supplied to the NPN transistor 13 through the transistor 11, and the NPN)-run lister 13 is turned on.
becomes. As a result, the load 2 is transferred from the NPN transistor 13.
2 flows, and the level of the output terminal OUT becomes (+
V-VBE: the input signal's ll HI+ level voltage).
電荷引き抜きNMOS16は出力端子がLL HI+レ
ベルに達する前にONとなり、NPNトランジスタ14
のベースに蓄積された電荷がこれを通ってGNDまで流
れる。このため、NPNトランジスタ14の完全OFF
までの時間が短縮され、出力電圧がll HI+レベル
に達するまでの時間も短縮できる。The charge extraction NMOS 16 turns on before the output terminal reaches the LL HI+ level, and the NPN transistor 14
The charge stored at the base of flows through it to GND. Therefore, the NPN transistor 14 is completely turned off.
The time it takes for the output voltage to reach the ll HI+ level can also be shortened.
入力信号の11 L”レベルをOvとした時には、PM
OSトランジスタ11がONの状態で、ゲートとソース
間に入力信号のIIH”レベルにVBEを加えた電圧が
かかる。通常ゲート・ソース間の耐圧はこれより高く設
計しであるので問題はないが、問題となりそうな場合に
は入力信号のIt L 13レベルをVapとし、ゲー
ト電圧VagでもPMOSIIがONするように設計す
れば良い。When the 11L” level of the input signal is Ov, the PM
When the OS transistor 11 is on, a voltage equal to the IIH" level of the input signal plus VBE is applied between the gate and source. Normally, the withstand voltage between the gate and source is designed to be higher than this, so there is no problem. If this is likely to be a problem, the input signal It L 13 level may be set to Vap, and the design may be made such that PMOSII is turned on even with the gate voltage Vag.
次に入力端子INがII HITレベルの時には、PM
OSトランジスタ11がOFFになり、NPNトランジ
スタ13もOFFになる。一方、NMOSトランジスタ
12がONとなり、NMOSトランジスタ12を通して
NPN トランジスタ14にベース電流が供給され、N
PNトランジスタ14がONとなる。その結果、負荷2
2に充電されている電荷はNPNトランジスタ14を通
して放電され、出力端子OUTのレベルがNPNトラン
ジスタ14のベース・エミッタ間順方向電圧VBEに達
するまで放!電流は流れるが、それ以後NPNトランジ
スタ14はカットオフになる。即ち、出世端子OUTの
LI L 11レベルはVBEとなる。Next, when the input terminal IN is at II HIT level, PM
The OS transistor 11 is turned off, and the NPN transistor 13 is also turned off. On the other hand, the NMOS transistor 12 is turned ON, and the base current is supplied to the NPN transistor 14 through the NMOS transistor 12.
The PN transistor 14 is turned on. As a result, load 2
The charges stored in the NPN transistor 14 are discharged through the NPN transistor 14 until the level of the output terminal OUT reaches the base-emitter forward voltage VBE of the NPN transistor 14! Current flows, but after that the NPN transistor 14 is cut off. That is, the LI L 11 level of the advancement terminal OUT becomes VBE.
PMOSトランジスタ11がOFFした時、このトラン
ジスタのソースには(入力信号の゛H″レベル+VBB
)の電圧がかかる。PMOSトランジスタ11のOFF
と同時に、P M OS トランジスタ15がONする
のでPMOSトランジスタ11のドレイン電位は、もし
ダイオード17がなければOvとなるが、ダイオード1
7がある為に、このダイオードの順方向電圧Voと等し
くなる。When the PMOS transistor 11 is turned off, the source of this transistor is (input signal 'H' level + VBB
) voltage is applied. Turning off PMOS transistor 11
At the same time, the PMOS transistor 15 turns on, so the drain potential of the PMOS transistor 11 would be Ov if there was no diode 17, but
7, it becomes equal to the forward voltage Vo of this diode.
そこでvBE=VDとなるように設計しておけばPMO
Sトランジスタ11のソース・ドレイン間には入力信号
のII Hljレベルだけ印加されることになる。即ち
、MOSトランジスタのソース・ドレイン間にかかる最
高電圧を入力信号の゛′H″レベルとすることができる
。Therefore, if you design it so that vBE=VD, PMO
Only the II Hlj level of the input signal is applied between the source and drain of the S transistor 11. That is, the highest voltage applied between the source and drain of the MOS transistor can be set to the ``H'' level of the input signal.
第2図は、第5図の従来の複合回路と第1図の本発明に
よる複合回路の入出力特性を示すものである。図中、破
線は従来回路の入出力特性を示し、電源電圧はVcであ
る。実線は本発明による回路の入出力特性を示すもので
あり、電源電圧Vcc=VC+VBEである。この第2
図から本発明の複合回路では出力の11 H7ルベルは
入力信号の“H”レベルまで、またzt L”レベルは
VIEまでスイッチングでき、従来回路に比べ論理振幅
を大きくでき、高速化が図れる。FIG. 2 shows the input/output characteristics of the conventional composite circuit shown in FIG. 5 and the composite circuit according to the present invention shown in FIG. In the figure, the broken line indicates the input/output characteristics of the conventional circuit, and the power supply voltage is Vc. The solid line shows the input/output characteristics of the circuit according to the present invention, and the power supply voltage Vcc=VC+VBE. This second
As can be seen from the figure, in the composite circuit of the present invention, the output 11H7 level can be switched up to the "H" level of the input signal, and the ztL" level can be switched up to VIE, making it possible to increase the logic amplitude and increase the speed compared to the conventional circuit.
第3図は第1図に示した本発明回路と第5図に示したB
iCMOS基本ゲート基本長−8回路 Sゲート回路の
遅延時間の電源電圧依存性を示したもので、本発明回路
では電源電圧Vcが3.3 v以下となってもCMOS
ゲート回路に比べ十分な高速性が得られている。Figure 3 shows the circuit of the present invention shown in Figure 1 and the B circuit shown in Figure 5.
iCMOS basic gate basic length - 8 circuit This shows the dependence of the delay time of the S gate circuit on the power supply voltage.In the circuit of the present invention, even if the power supply voltage Vc becomes 3.3 V or less, the CMOS
Sufficient high speed performance is achieved compared to gate circuits.
また、本発明回路と従来回路で、電源電圧の値を同じに
した場合でも、本発明回路を構成するMOSトランジス
タのソース・ドレイン間に印加される最大電圧は、従来
回路のそれに比べてVBEだけ小さい為にMOSトラン
ジスタを小さく設計できるので、第3図に示したものと
同様の高速化を低消費電力化が図れた。Furthermore, even when the value of the power supply voltage is the same between the circuit of the present invention and the conventional circuit, the maximum voltage applied between the source and drain of the MOS transistor constituting the circuit of the present invention is only VBE compared to that of the conventional circuit. Since it is small, the MOS transistor can be designed to be small, so high speed and low power consumption similar to that shown in FIG. 3 can be achieved.
第4図は本発明の第2の実施例を示す回路図である0図
中100−100’で示した破線の左側の回路は第1図
に示した実施例と全く同じものである。即ち、第1図の
実施例で示したゲート回路で、100−100’ の破
線右側のCMo5インバ一タ回路を駆動したものである
。101はPMOSトランジスタ、102はNMOSト
ランジスタである。103は順方向電圧降下VBεをも
つダイオードであり、P要領域側が電源Vccと結ばれ
ており、電源電圧は入力端子INに供給される入力信号
ノ”H”L/ベベル約3.4 V)よりもVBEだけ高
く設定されている。1o4は負荷である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention. The circuit on the left side of the broken line indicated by 100-100' in FIG. 0 is exactly the same as the embodiment shown in FIG. That is, the gate circuit shown in the embodiment of FIG. 1 drives the CMo5 inverter circuit on the right side of the broken line 100-100'. 101 is a PMOS transistor, and 102 is an NMOS transistor. 103 is a diode with a forward voltage drop VBε, and the P important region side is connected to the power supply Vcc, and the power supply voltage is the "H" L/bevel of the input signal supplied to the input terminal IN (approximately 3.4 V). The VBE is set higher than that of the previous model. 1o4 is the load.
この回路の動作は次の通りである。入力端子INが“L
”レベルの時、出力端子0UT1には入力信号の゛′H
″ルベル電圧(約3.4 V)が現われる。この時PM
OSトランジスタ101がOFF、NMOSト5:z−
リスタ102がONして、負荷104に充電されていた
電荷がNMOSトランジスタ102を通して放電され出
力端子OUT 2の電位はGND電位まで落ちる。The operation of this circuit is as follows. Input terminal IN is “L”
” level, the output terminal 0UT1 has the ``H'' level of the input signal.
"Level voltage (approximately 3.4 V) appears. At this time, PM
OS transistor 101 is OFF, NMOS transistor 5:z-
When the lister 102 is turned on, the charge stored in the load 104 is discharged through the NMOS transistor 102, and the potential of the output terminal OUT2 falls to the GND potential.
次に入力端子INが“H”レベルの時には、出力端子0
UT2は“L”レベル、即ちVapとなる。Next, when the input terminal IN is at “H” level, the output terminal 0
UT2 becomes "L" level, that is, Vap.
この時NMOSトランジスタ102がOFF、PMOS
トランジスタ101がONする。そして、PMOSトラ
ンジスタを通して負荷104に充電電流が流れ、出力端
子0UT2のレベルは(Vcc−VaI!=入力信号の
“H”レベル電圧)まで上昇する。At this time, the NMOS transistor 102 is turned off, and the PMOS
Transistor 101 is turned on. Then, a charging current flows to the load 104 through the PMOS transistor, and the level of the output terminal 0UT2 rises to (Vcc-VaI!="H" level voltage of the input signal).
また、MOSトランジスタのソース・ドレイン間に印加
される最高電圧が入力信号の“H”レベル電圧、(約3
.4 V)に等しいので、この電圧でMOSトランジ
スタが最、も性能高く動作するように設計することがで
きる。Also, the highest voltage applied between the source and drain of the MOS transistor is the "H" level voltage of the input signal (approximately 3
.. 4 V), the MOS transistor can be designed to operate with the highest performance at this voltage.
第6図は本発明のCMOS・パイ、ポーラ複合回路に適
用されるデバイスの断面構造の一例を示すものである0
図において300はP型基板であり、その上にN÷埋込
み層301.P÷埋込み層302が形成され、その上に
N形エピタ、キシャル層303(NWELL)が形成さ
れる。304はPWE L Lで、P◆埋込み層上に形
成されたN形エピタキーシャル層をボロン等をイオン打
込みしてP型にしたちの゛である。FIG. 6 shows an example of the cross-sectional structure of a device applied to the CMOS/Polar composite circuit of the present invention.
In the figure, 300 is a P-type substrate, on which N÷buried layer 301. A P/buried layer 302 is formed, and an N-type epitaxial layer 303 (NWELL) is formed thereon. Reference numeral 304 denotes PWELL, in which the N-type epitaxial layer formed on the P◆ buried layer is made into P-type by ion implantation of boron or the like.
NMOSトランジスタはPWELL 304 を基板
としてN◆十層06によりソース、ドレインが形成され
、ポリシリコン309でゲートが形成される。PMOS
トランジスタはNWELI。The NMOS transistor has a PWELL 304 as a substrate, a source and a drain formed of the N◆10 layer 06, and a gate formed of polysilicon 309. PMOS
The transistor is NWELI.
303を基板として、P土層308によりソース。With 303 as a substrate, the P soil layer 308 is used as a source.
ドレインが形成され、ポリシリコン309でゲートが形
成される、310はダイオードのカソード側の電極であ
り、P土層318がダイオードのアノードである。A drain is formed, a gate is formed of polysilicon 309, 310 is an electrode on the cathode side of the diode, and a P soil layer 318 is the anode of the diode.
NPNトランジスタはNWELL 303 をコレ
クタ、Pベース拡散層305をペース、N土層307を
エミッタとした縦型NPNトランジスタである。The NPN transistor is a vertical NPN transistor in which the NWELL 303 is the collector, the P base diffusion layer 305 is the base, and the N soil layer 307 is the emitter.
本発明によれば、論理回路゛を構成するMOS’トラン
ジスタのソース−ドレイン間耐圧が同じ場合には、従来
回路に比べ内部電源電圧を高くできるので論理振′輻が
大きくなり高速化が図れる。According to the present invention, when the source-drain breakdown voltages of the MOS' transistors constituting the logic circuit are the same, the internal power supply voltage can be made higher than in the conventional circuit, thereby increasing the logic amplitude and increasing the speed.
また、同じ内部電源電圧を用いた場合にも、□本発明で
はBiCMOS論理回路のバイポーラトランジスタを駆
動するMOSトランジスタのソー′ス・ドレイン間に印
加される最大電圧を、同一基板上に形成されるCMOS
論理回路のMOSトランジスタのソース・ドレイン間に
印加される最大電圧と一致させ、かつ、内部電源電圧よ
り小さくすることができる。この為、これらMOSトラ
ンジスタを小さく(ゲート長、ゲート酸化膜等)設計で
きるので、高速・低消費電力化が図れる。Furthermore, even when the same internal power supply voltage is used, in the present invention, the maximum voltage applied between the source and drain of the MOS transistor that drives the bipolar transistor of the BiCMOS logic circuit is CMOS
It can be made equal to the maximum voltage applied between the source and drain of the MOS transistor of the logic circuit, and can be made smaller than the internal power supply voltage. Therefore, these MOS transistors can be designed to be small (gate length, gate oxide film, etc.), resulting in higher speed and lower power consumption.
第1図は本発明の第1の実施例を示す回路図、第2図は
第1図と第5図の回路の入出力特性図、第3図は、第1
図、第5図の回路とCMOSゲート回路の遅延時間と電
源電圧の関係を示す特性図、第4図本発明の第2の実施
例を示す回路図、第S図は従来のCMOS・バイポーラ
複合回路の一例を示す図、第6図は本発明によるCMO
S・バイポーラ複合回路に適用されるデバイスの一例を
示すデバイス構造断面図である。
11.101・・・PMOSトランジスタ、12゜10
2・・・NMOSトランジスタ、13.14・・・NP
Nバイポーラトランジスタ、15.16・・・ベース電
荷引き抜きMOSトランジスタ、17゜18゜
19゜
103・・・ダイオード、
22゜
帛
図
馬3図
杢′2−図
V)郁qj源電圧 Vc (、Vン
N
(V〕
100′FIG. 1 is a circuit diagram showing the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an input/output characteristic diagram of the circuits shown in FIGS. 1 and 5, and FIG.
Fig. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the delay time and power supply voltage of the circuit of Fig. 5 and the CMOS gate circuit, Fig. 4 is a circuit diagram showing the second embodiment of the present invention, and Fig. S is a conventional CMOS/bipolar composite circuit. A diagram showing an example of a circuit, FIG. 6 is a CMO according to the present invention.
1 is a cross-sectional view of a device structure showing an example of a device applied to an S-bipolar composite circuit. 11.101...PMOS transistor, 12°10
2...NMOS transistor, 13.14...NP
N bipolar transistor, 15.16...Base charge extraction MOS transistor, 17゜18゜19゜103...Diode, 22゜Fig. N (V) 100'
Claims (1)
トランジスタにより構成されるCMOSインバータ回路
に、1個以上のバイポーラトランジスタを付加したCM
OS・バイポーラ複合回路に於いて、出力信号のハイレ
ベル電圧が入力信号のハイレベル電圧値と一致するよう
に電源電圧を入力信号のハイレベル電圧より高くし、か
つ前記バイ・ポーラトランジスタを駆動するMOSトラ
ンジスタのソース・ドレイン間、ソース・ゲート間に印
加される最高電圧を入力信号のハイレベル電圧にしたこ
とを特徴とする半導体回路装置。 2、電源電圧を受ける第1の端子と、 共通電位を受ける第2の端子と、 少なくとも1つの入力信号を受ける入力端子手段と、 MOSトランジスタを含み、前記第1の入力信号に応答
して少なくとも1つの第1の信号を出力する第1の手段
と、1個以上のバイポーラトランジスタと、該、バイポ
ーラトランジスタのコレクタ又はエミッタに接続された
出力端子手段と、 前記バイポーラトランジスタを含み、前記第1の信号に
応答して前記第1の端子と第2の端子との間でスイッチ
ングし、前記第1の端子と出力端子の間、又は、前記第
2の端子出力端子との間に第1の電気的接続を形成する
スイッチ手段と、 前記バイポーラトランジスタのベースと前記第2の端子
間を結ぶ、ベース電荷引き抜き手段と、を具備する相補
MOS・バイポーラ複合回路に於いて、 前記バイポーラトランジスタのうち、エミッタ又はコレ
クタが前記第1の端子に接続されている第1のバイポー
ラトランジスタのベースと前記第2の端子との間に、前
記ベース電荷引き抜き手段と直列に設けられ、ベース電
荷引き抜き手段の動作時に、前記第1のバイポーラトラ
ンジスタのベース・エミッタ間順方向電圧V_B_Eだ
け前記第2の端子よりも電位を引き上げるように働く電
位引き上げ手段を有し、 かつ、前記第1の端子に供給される電源電圧Vが、前記
第1の入力信号のハイレベル電圧よりも前記V_B_E
だけ高いことを特徴とする半導体回路装置。 3、特許請求の範囲第1項において、前記電位引き上げ
手段として、順方向電圧が前記V_B_Eに等しいダイ
オードを前記ベース電荷引き抜き手段と直列に接続した
ことを特徴とする半導体回路装置。 4、MOSトランジスタとバイポーラトランジスタによ
つて構成された相補MOS・バイポーラ論理回路と相補
MOS論理回路を複合した回路において、前記バイポー
ラトランジスタのベース端子に接続されたバイポーラト
ランジスタ駆動用のMOSトランジスタのソース・ドレ
イン間、及び前記相補MOS論理回路を構成するMOS
トランジスタのソース・ドレイン間に印加される最高電
圧を、回路に印加される電源電圧より低く、かつ皆同じ
にしたことを特徴とする半導体回路装置。 5、特許請求の範囲第1項の半導体装置において、前記
駆動用MOSトランジスタのソース・ドレイン間、及び
前記相補MOS論理回路を構成するMOSトランジスタ
のソース・ドレイン間に印加される最高電圧を、回路に
印加される電源電圧より前記バイポーラトランジスタの
ベース・エミッタ順方向電圧だけ低くしたことを特徴と
する半導体回路装置。 6、特許請求の範囲第5項の半導体装置において、前記
相補MOS・バイポーラ論理回路の負荷充電用バイポー
ラトランジスタのベース端子に接続されたPチャネルM
OSトランジスタのドレイン端子に前記バイポーラトラ
ンジスタのベース・エミッタ電圧に等しい電圧を与える
こと、かつ相補MOS論理回路のPチャネルMOSトラ
ンジスタのソース端子に電源電圧より前記バイポーラト
ランジスタのベース・エミッタ順方向電圧だけ低い電位
を与えることにより、前記バイポーラ駆動用MOSトラ
ンジスタのソース・ドレイン間、及び前記相補MOS論
理回路を構成するMOSトランジスタのソース・ドレイ
ン間に印加される最高電圧を、回路に印加される電源電
圧よりバイポーラトランジスタのベース・エミッタ電圧
だけ低くすることを特徴とする半導体回路装置。 7、特許請求の範囲第6項の半導体装置において、ダイ
オードの順方向電圧を用いて、前記相補MOS・バイポ
ーラ論理回路のPチャネルMOSトランジスタのドレイ
ン端子にバイポーラトランジスタのベース・エミッタ順
方向電圧を与え、かつ相補MOS論理回路のPチャネル
MOSトランジスタのソース端子に電源電圧より前記バ
イポーラトランジスタのベース・エミッタ順方向電圧だ
け低い電位を与えることを特徴とする半導体回路装置。[Claims] 1. N-channel MOS transistor and P-channel MOS
A CM in which one or more bipolar transistors are added to a CMOS inverter circuit composed of transistors.
In the OS/bipolar composite circuit, the power supply voltage is set higher than the high level voltage of the input signal so that the high level voltage of the output signal matches the high level voltage value of the input signal, and the bipolar transistor is driven. A semiconductor circuit device characterized in that the highest voltage applied between the source and drain and between the source and gate of a MOS transistor is set to a high level voltage of an input signal. 2. a first terminal receiving a power supply voltage; a second terminal receiving a common potential; input terminal means receiving at least one input signal; first means for outputting one first signal; one or more bipolar transistors; and output terminal means connected to the collector or emitter of the bipolar transistor; switching between the first terminal and the second terminal in response to a signal, and providing a first electrical connection between the first terminal and the output terminal or between the second terminal and the output terminal; In the complementary MOS/bipolar composite circuit, the complementary MOS/bipolar composite circuit includes: a switching means for forming a connection between the base of the bipolar transistor and the second terminal; and a base charge extraction means for connecting the base of the bipolar transistor and the second terminal; or provided in series with the base charge extraction means between the base of the first bipolar transistor whose collector is connected to the first terminal and the second terminal, and when the base charge extraction means operates, The first bipolar transistor has a potential raising means that operates to raise the potential higher than the second terminal by the base-emitter forward voltage V_B_E, and the power supply voltage V supplied to the first terminal. is higher than the high level voltage of the first input signal.
A semiconductor circuit device that is characterized by its high cost. 3. The semiconductor circuit device according to claim 1, wherein a diode having a forward voltage equal to the V_B_E is connected in series with the base charge extracting means as the potential raising means. 4. In a circuit combining a complementary MOS/bipolar logic circuit and a complementary MOS logic circuit constituted by a MOS transistor and a bipolar transistor, the source of the MOS transistor for driving the bipolar transistor connected to the base terminal of the bipolar transistor is connected to the base terminal of the bipolar transistor. MOS between the drains and forming the complementary MOS logic circuit
A semiconductor circuit device characterized in that the maximum voltage applied between the source and drain of a transistor is lower than the power supply voltage applied to the circuit and is the same for all transistors. 5. In the semiconductor device according to claim 1, the maximum voltage applied between the source and drain of the driving MOS transistor and between the source and drain of the MOS transistor constituting the complementary MOS logic circuit is A semiconductor circuit device characterized in that the base-emitter forward voltage of the bipolar transistor is lower than the power supply voltage applied to the bipolar transistor. 6. In the semiconductor device according to claim 5, a P-channel M connected to the base terminal of the load charging bipolar transistor of the complementary MOS/bipolar logic circuit.
Applying a voltage equal to the base-emitter voltage of the bipolar transistor to the drain terminal of the OS transistor, and applying a voltage equal to the base-emitter voltage of the bipolar transistor to the source terminal of the P-channel MOS transistor of the complementary MOS logic circuit, which is lower than the power supply voltage by the base-emitter forward voltage of the bipolar transistor. By applying a potential, the maximum voltage applied between the source and drain of the bipolar driving MOS transistor and between the source and drain of the MOS transistor constituting the complementary MOS logic circuit can be made lower than the power supply voltage applied to the circuit. A semiconductor circuit device characterized by lowering only the base-emitter voltage of a bipolar transistor. 7. In the semiconductor device according to claim 6, a forward voltage of a diode is used to apply a base-emitter forward voltage of a bipolar transistor to a drain terminal of a P-channel MOS transistor of the complementary MOS/bipolar logic circuit. , and a potential lower than the power supply voltage by the base-emitter forward voltage of the bipolar transistor is applied to the source terminal of the P-channel MOS transistor of the complementary MOS logic circuit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1023889A JPH02205115A (en) | 1989-02-03 | 1989-02-03 | Semiconductor circuit device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1023889A JPH02205115A (en) | 1989-02-03 | 1989-02-03 | Semiconductor circuit device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02205115A true JPH02205115A (en) | 1990-08-15 |
Family
ID=12123019
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1023889A Pending JPH02205115A (en) | 1989-02-03 | 1989-02-03 | Semiconductor circuit device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH02205115A (en) |
-
1989
- 1989-02-03 JP JP1023889A patent/JPH02205115A/en active Pending
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