JPH0251910A - Cmos回路用速度向上技術 - Google Patents

Cmos回路用速度向上技術

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JPH0251910A
JPH0251910A JP1160976A JP16097689A JPH0251910A JP H0251910 A JPH0251910 A JP H0251910A JP 1160976 A JP1160976 A JP 1160976A JP 16097689 A JP16097689 A JP 16097689A JP H0251910 A JPH0251910 A JP H0251910A
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transistor
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JP1160976A
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Robert J Proebsting
ロバート ジェイ.プローブスティング
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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】 技術分野 本発明は電界効果トランジスタを使用する回路に関する
ものであって、更に詳細には、相補型電界効果トランジ
スタを使用する回路の動作速度を実質的に増加させるた
めの技術に関するものである。
従来技術 MO5回路において、動作速度は抵抗及び容量によって
制限されており、1個のMOS)ランジスタの抵抗は次
のMOSトランジスタの容量を駆動する。MOSトラン
ジスタの出力電流はそのチャンネル幅に比例しているの
で、高容量負荷を駆動するために幅の狭いトランジスタ
が使用される場合には、一連のカスケード接続したイン
バータが使用されることが多い。この様な回路において
は、各段に対する時間遅れはその段のファンアウト(負
荷容量)に比例し、それは1個又はそれ以上の駆動装置
の寸法に対する1個又はそれ以上の駆動される装置の寸
法(チャンネル幅)の比である。従って、駆動する装置
と駆動される装置の相対的な寸法の選択が回路の速度に
影響を与える。
任意の与えられたインバータ段の速度は定数Xその段の
ファンアウトであるから、一連のインバータを使用して
特定のファンアウトを駆動する場合には、多くの可能な
選択がある。例えば、負荷が100の場合を検討する。
100のファンアラトラ有スる単一のインバータを使用
する場合(400ミクロン幅の段を駆動する4ミクロン
幅の段)、遅延は定数×ファンアウトであるので、その
回路は100時間単位の遅れを有する。一方、各々が1
0のファンアウトを有する2個の直列のインバータ段を
使用して、1010X10ち100の全ファンアウトを
回路に与えることが可能であるが、この駆動構成は20
時時間位の遅れを有している(即ち、各々が10時時間
位の二つの遅延)。4個のインバータを使用した場合に
は、各々が10の平方根のファンアウトを有しており、
全回路遅延は4×10の平方根であり、即ち約12.6
5時時間位である。
従って、与えられた寸法の負荷を駆動するために回路設
計者はある範囲において段数を選択することが可能であ
る。しかしながら、回路に対する全遅延が最少となる最
適な段数があり、その全遅延は従来の技術を使用して更
に減少させることは不可能である。この最少遅延は、各
段の寸法が自然対数e(約2.7)x前の段の寸法であ
る場合に到達される。換言すると、各爾後の段における
装置の全チャンネル幅は約2.7×前の段における装置
の全チャンネル幅である。
基本的な相補型電界効果トランジスタインバータは、正
電圧源と出力ノードとの間に接続されているPMO8装
置及び出力ノードと負電源との間に接続されているNM
O3装置を有しており、それらのゲートは並列接続され
且つ入力端へ接続されている。例えば、第1図における
ノード7と8とのIllのインバータが参照される。こ
の様なインバータにおいて、入力信号が高となると(正
供給電圧となる) 、PMO3装置がターンオフされ、
共通出力ノードを高電源から切断し、且っNMO8装置
をターンオンして出力ノードを負電源へ接続させること
によって出力ノードを低状態へプルする。NMO5装置
は与えられたゲート幅及びターンオン電圧に対してPM
O3装置と比較して約2倍導電性であるので、NMO3
装置をPMO5装置の幅の約半分とすることにより、イ
ンバータは高から低又は低から高への論理4移の両方に
対して一定の遅延を有することとなる。
全てのトランジスタにおいて、チャンネルの短い装置は
オン抵抗が低いと共に容量が低いので最少のスイッチン
グ時間を有しており、従ってそのチャンネル長は、通常
、使用される製造技術によって許容される最少のもので
ある。従って、典型的なインバータ列において、最初の
インバータは10ミクロンPMO8装置及び5ミクロン
NMO5装置を有する場合がある。従って、それに続く
インバータ(約3のほぼ最適なファンアウト)は、30
ミクロンPMO3装置及び15ミクロンNMO8装置を
存することとなる。三番1]のインバータは、90ミク
ロンのPMO5装置と45ミクロンのNMO3装置を有
することとなる。最初のインバータにおいて、5ミクロ
ンNMO5装置は二番目のインバータにおける30ミク
ロンのPMO5装置と15ミクロンのNMO3装置の両
方、即ち全部で45ミクロン、即ち9のNMOSファン
アウトを駆動する。同様に、最初のインバータにおける
10ミクロンPMOS装置は、4.5のPMOSファン
アウトに対して二番目のインバータにおける30ミクロ
ンのPMO3装置と15ミクロンのNMO3装置を駆動
する。PMO5装置は同一の寸法のNMO5装置の導電
性の半分の導電性であるから、10ミクロンのPMO5
装置は同一の負荷を駆動する5ミクロンのNMO5装置
の遅れと等価な遅れを有している。
各段において、NMO3装置とPMO3装置の両方が後
続のインバータにおけるPMO3装置をターンオンし且
つNMO3装置をターンオフさせる。各インバータにお
いて、PMO3装置はNMO8装置の寸法の2倍である
ために、前のNMO8装置からの電荷の273がPMO
8装置へ行き且つその電荷の1/3がNMO5装置へ行
く。同様に、各インバータにおけるPMO8装置は、そ
の電荷の1/3を後続のインバータにおけるNMO8装
置へ送り且つその電荷の2/3を後続のインバータにお
けるPMOS装置へ送る。従って、先行する段における
各装置からの電荷は後続する段における各装置へ供給さ
れる。
上述したインバータ列技術に関し幾分速度が向上されて
いるCMO3論理の形態の一つはドミノ論理である。こ
の点に関し、R,H,Krambeck  et  a
l、著のrcMO5を有する高速小型回路(High−
3peed  Conpact  C1rcuits 
 with  CMO5)J、IEEE・ジャーナル・
オブ・ソリッドステー1・・サーキッツ、1982年6
月、S01.7 (3)、61.4−619の文献を参
照するとよい。
ドミノ論理回路においては、特定した論理機能を達成す
るためにトランジスタのアレイが構成されている。出力
ノードは特定の電圧レベル(典型的にはNMOS用の高
)ヘプリチャージされ、方その他の電圧レベル(NMO
S用の接地)への全ての電流経路はターンオフされる。
このフェーズ期間中に、該回路内の全てのトランジスタ
のゲートの各々への入力は所望のレベルへセットされる
。次いで、高レベルへの電流経路がクロック信号によっ
てターンオフされ、且つ接地への経路がターンオンされ
る。入力信号の状態に依存して、出力ノードは高レベル
でフロートするか又はプルダウンされ、その際にトラン
ジスタアレイによって実行される論理機能を評価する。
プリチャージから評価への遷移は、該回路内の全てのゲ
ート電極へ同時的に印加される単一のクロックエツジに
よって達成される。上掲した文献の第5図は、典型的な
ドミノ論理回路を示している。
しかしながら、ドミノ論理は、幾つかの欠点を有してい
る。ドミノ論理では、各論理ゲートがPMOS)ランジ
スタとNMOSトランジスタの両方から構成されるイン
バータを駆動するので、不所望に低速度で動作する。又
、複数個の逐次的な段が共通のプリチャージクロック信
号を受取り且つ各論理動作に対して1個の完全なりロッ
クサイクルが必要とされるのでその処理能力は低い。更
に、ドミノ論理は、NMOS及びPMOSの両方におい
て論理機能を与えることはできない。更に、インバータ
列及びドミノ論理従来技術の両方において、論理機能は
電圧レベルにおける変化によって実行される。該回路が
定常状態に到達した後に出力ノードのレベルにおける変
化が検知されるので、該回路が安定になるまで新たな入
力情報を印加することはできない。このことは、単に小
さな部分が変化するに過ぎない場合であっても、全回路
が安定化するまで遅延が発生する。
[1的 本発明は以上の点に鑑みなされたものであって、上述し
た如き従来技術の欠点を解消し、CMOS回路における
速度を向上する技術を提11.することを目的とする。
構成 本発明によれば、従来技術の回路によって達成される速
度よりも実質的に一層高速で動作することの可能な相補
型電界効果l・ランジスタを使用する回路技術がJJi
 ft’−される。本発明においては、従来技術の回路
における電圧レベルによって実行される二つの作業の内
の単に一つの作業を実行するためにCMO3回路におけ
るパルスを使用する。
本発明を使用する回路において、パルスを使用して論理
ノードを活性状態へセット腰次いで該回路内におけるど
こか他において(通常下流側)発生される幾つかのその
他のパルスを使用して次の活性化パルスに対する準備の
ために前記ノードをリセットする。本発明によれば、回
路内の任意の与えられた段(PMO5であろうとNMO
3であろうと)からの事実上全ての電荷を使用して後続
の段を活性状態にセットすることが可能であり、リセッ
ト動作において電荷が浪費されることは事実上ない。こ
の方法によれば、該回路の動作に本来的な時間遅れを最
少とすることを可能とする。
更に、レベルではなくてパルスを使用することにより、
回路動作をバイブライン構成とすることがr+J能とな
る。従って、該回路の一部が活性状態である場合に、そ
の前の部分は次のパルスの到来に備えてリセットさせる
ことが可能である。
好適実施形態においては、本発明に基づいて構成される
回路は、複数個のカスケード型の段を有しており、各段
は第一論理状態又は第二論理状態とさせることが可能で
ある。選択した段の活性論理状態は、前記選択した段の
直前の一つ又はそれ以上の段によって制御され、一方不
活性論理状態は前記選択した段の後続の段によって制御
される。
交互の論理段において、活性状態は高論理レベルさ低論
理レベルとの間で交互する。
別の実施形態においては、本発明に基づいて構成される
回路が、ノード、前記ノードへ結合されており前記ノー
ドを第一の時間において活性論理状態とさせる論理回路
、前記ノードへ結合されておりそのノードの論理状態に
応答し前記第一の時間における前記ノードの活性論理状
態に応答し前記第一の時間の後の第二の時間において前
記ノードを不活性状態ヘリセットするリセット回路を有
している。
本発明の更に別の実施形態においては、本回路かに基準
電位、低基準電位、複数個のカスケード型段を有してい
る。各段は、正電源ノード及び出力ノードとの間に接続
されている1個又はそれ以上のPMO5fli界効果ト
ランジスタを有しており、且つ出力ノードと負電源との
間に接続された1個又はそれ以上のNMOSトランジス
タを有しており論理段を形成している。1個の段の活性
論理状態はその段の入力ノードによって制御され(その
直前の段の出力ノード)、一方不活性論理状態は後の段
の出力ノードによって制御される。
実施例 以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の!!
!4#$について詳細に説明する。
第1図は、本発明の好適技術に基づいて製造された回路
の概略図である。本発明の回路技術は、多くの異なった
種類の回路への多数の適用をaしている。例えば、第1
図に示した回路はクロックパルス発生器回路であり、そ
れは、エミッタ結合論理(E CL)入力信号に応答し
て、クロックパルスを発生し、そのパルスを増幅し、次
いで各増幅したパルスを使用して容量負荷C】、C2、
C3によって表わされるその他の回路を駆動する。
ECLを使用することは例示であり、実際上、任意のタ
イプの入力信号を使用することが可能である。図示した
回路は、3個の副回路を有しており、即ち、CMO3電
圧レベルへECL論理入力端子レベルを増幅するための
エミッタ結合論理インタフェース(第1図の左側上部部
分)、パルス発生器(第1図の右側上部部分)、パルス
発生器からのパルスの駆動能力を増幅するために本明細
書に記載する新たなit術を使用するファンアウト回路
(第1図の下部部分)である。
ファンアウト回路のtM成及び動作について最初に説明
し、次いで水明組1書に説明する新たな技術を使用する
ことのない回路のその他の部分について説明する。トラ
ンジスタのゲート上の小さな円はPMO5+−ランジス
タを示しており、一方その他のトランジスタはNMOS
トランジスタである。
第1図及びその他の図においてトランジスタのソース又
はドレイン上に示した円は、正基票電位VCCs典型的
には5Vへの接続を表わしている。
ファンアウト回路においてM27−M2Sで示した相補
型MO5)ランジスタは一連の論理段の形態に構成され
ているが、該回路の動作は、各トランジスタが三つの異
なった機能、即ち主要な信号経路装置(活性状態にセッ
ト)、リセット装置(不活性状態にセット)、及びパワ
ーアップ装置の内の一つを有するものと考えることによ
って一層容易に理解することが可能である。該主要装置
が動作してパルス発生器からパルスをファンアウトさせ
、一方リセット装置は次のパルスの到来に備えて各ノー
ドを零入力状態ヘリセットする。パワーアップ装置は、
パワーが最初に本回路へ印加された時に全てのノードを
適切な(不活性)レベルとさせるべく機能する。各ノー
ドが初期的なパワーアップによって適切なレベルとなる
ことを確保することが可能である実施例においては、こ
のパワーアップ装置を省略することが可能である。
ノード12及び19の間のCMO5論理段の各々は、上
述したカテゴリの各々からのIMの装置を有している。
例えば、トランジスタM30.M31、MB2は、CM
O3段を形成し、それは、ノード13上の入力信号に応
答して、ノード】4上に相補型信号を供給する。この段
において、主要信号経路装置は、大型のNMo5トラン
ジスタM32であって、そのゲートはノード13へ接続
されており、そのドレインはノード14へ接続されてお
り、そのソースは接地接続されている。大型のリセット
PMO5)ランジスタM31は、そのソースを基準電位
(V cc)へ接続しており、そのドレインをノード1
4へ接続しており、且つそのゲートを、この場合におい
てはノード17と18との間の段である、下流側の段の
出力ノードへ接続している。小型のPMOSトランジス
タM30は、パワーアップ装置として機能し、ソース及
びドレインはトランジスタM31へ並列接続しておりd
つそのゲートは入力ノード13へ接続している。該ファ
ンアウト回路におけ、るーっ置きの段は同様に構成され
ている。例えば、ノード17及び18の間のインバータ
はセット装whして大型NMO5)ランジスタM44と
、リセット装置としての大型PMO3l−ランジスタM
43と、パワーアップ装置としての小型PMOSトラン
ジスタM42とを有している。チェーン段はどこかで終
端せねばならないので、最後の負荷C3(ノード19)
の後は、別のリセット装置及びパワーアップ装置は設け
られていない。(即ち、この後の段においてリセットを
行なう段は存在しない。)これらの段の場合、両方の機
能を達成するために単一の装置が使用されているに過ぎ
ない。
該ファンアウト回路における交互の段は、上述した装置
に対し相補型の装置を使用している。例えば、ノード1
4及び15の間の段は、主要信号経路において大型NM
OSトランジスタM33を合しており、且つ小型NMO
SトランジスタM34及び大型NMOSトランジスタM
35を使用して、それぞれ、パワーアップ機能及びリセ
ット機能を惇えている。この段において、PMO8装置
M33は、そのゲートを入力ノードへ接続しており、そ
のソースを正電位源へ接続しており、そのドレインを出
力ノードへ接続しており、一方NMOSリセット装置M
35は、そのゲートを下流側の段へ接続しており、その
ソースを接地へ接続しており、そのドレインを出力ノー
ドへ接続している。パワーアップ装置M34は、そのソ
ース及びトレインを、リセット装置M35へ並列接続し
ており、■っそのゲートを入力ノードへ接続している。
これらの段へ接続されている一連のコンデンサClC2
,C3は、本回路によって駆動される負荷を表わしてい
る。第1図に示したファンアウト回路の実際の適用にお
いて、これらのコンデンサの代わりにその他の回路が接
続されて、前記発生器回路からのクロックパルス信号を
受取る。容量負荷C1,C2,C3の各ピコファラッド
は、約500ミクロン幅のMOSゲートを駆動するのと
等価である。従って、ノー1−′17上の11ピコフア
ラツドの負荷は、第1図には示していない外部回路にお
ける約5500 ミクロンのゲート幅をそのノードが駆
動することを表わしている。3個の負荷のみが示されて
いるが、ファンアウト回路を拡張することによって、本
回路により所望の数の負荷を駆動することが可能である
ことは明らかである。あるダイナミックRAM回路にお
いて、20個を越える負荷が単一の回路によって駆動さ
れる。更に、図示した負荷はたまたまその全てが奇数番
のノードへ接続されているので、それらは全て正へ向か
うパルスを有している。負パルスが必要な場合には、外
部回路は単に適宜の偶数番号のノードへ接続されること
となる。
例示として、トランジスタの月決(チャンネル幅)が第
1図に示されている。そこに示した寸法は、仮想のもの
であって、ファンアウト回路を介してのトランジスタの
相対的な寸法を例示するために示しであるに過ぎない。
これら装置のチャンネル長は、通常、本回路を形成する
ために使用される特定のプロセスにおいて得ることの可
能な最少の寸法である。図示した各段は、その入力容量
よりも大きな全出力容量を駆動しているので1を越えた
ファンアウトを有している。前述した如く、2MO5装
置は同一の幅を有するNMO5装置の約半分の導電性で
あるから、それらは与えられたファンアウトに対して2
倍の遅延を有している。
従って、該チェーンにおける各段に対して一定の遅延を
与えるためには、主要信号経路における2MO5装置は
、主要信号経路におけるNMO3装置のファンアウト(
6)の半分のファンアウト(3)を有している。例えば
、75ミクロンのPMOSトランジスタM27は、25
ミクロンのPMOSトランジスタM30及び200ミク
ロンのNMOSトランジスタM32の組合わせでファン
アウトが全部で3 (225÷75−3)を駆動してい
る。200ミクロンのNMOSトランジスタM32はフ
ァンアウトが6である。なぜならば、それは、1125
ミクロンのPMOSトランジスタM33及び75ミクロ
ンのNMO5)ランジスタM34 ((1125+75
)/200−6)の両方を駆動しているからである。
第1図の下部部分に示した回路の動作は以下の如くであ
る。該回路が最初にターンオンされノード12が高に保
持された場合を仮定する。ノード12上の高信号はPM
OSトランジスタM27をターンオフし、ノード13を
基学電位から切断する。ノード12が高であると、NM
O5)ランジスタ6M28をターンオンし、ノード13
を接地接続すると共に、トランジスタM29がオンであ
るか又はオフであるかにかかわらず、ノード13を低ヘ
プルする。その際にノード13上に確立される低レベル
信号がトランジスタM32をターンオフし、ノード14
を接地電位から切り離し、且つPMO3トランジスタM
30をターンオンして、トランジスタM31の状態にか
かわらず、ノード14を高ヘプルする。究極的に、ノー
ド12上の高信号は、全ての偶数番号のノード12乃至
22が高で且つ全ての奇数番号ノード13乃至23が低
とさせる。
次いで、負へ向かうエツジが第1図の上半分に示したパ
ルス発生器回路によって発生され且つこのパルスがノー
ド12上へ供給されるものと仮定する。トランジスタM
27及びM2Sのそれぞれの寸法のために、該パルスに
おけるほとんど全ての電荷はトランジスタM27のゲー
ト上に配置されそれを迅速にターンオンさせる。その結
果ノード13は高ヘプルされる。注意すべきことである
が、奇数番号のノード17へ接続されているNMOSト
ランジスタM29のゲートは低となり工1つトランジス
タM29はこの時にオフとなる。ノード13におけるこ
の上昇エツジはトランジスタM32をターンオンしてノ
ード14を接地へプルする。なぜならば、トランジスタ
M30及びMB2はこの時にオフしているからである。
ノード14が低となると、トランジスタM33がターン
オンされ、ノード15を基準rri源へ向けてプルアッ
プし、それはトランジスタM38をターンオンしノード
16を低へプルする。
任意の二つのノードが状態を変化させる間の時間遅れは
、該回路を駆動する装置のタイプ及びファンアウトの関
数である。それ自身の寸法(ファンアウト−1)のゲー
トを駆動するNMOSトランジスタの遅延は1時間単位
であると仮定する。
遅延はファンアウトに比例するので、それ自身の幅の6
倍(ファンアウト−6)のトランジスタを駆動するNM
OSトランジスタは遅延が6である。
しかしながら、与えられた幅に対し半分の導電度を有す
石に過ぎないPMOSI−ランジスタは、同一のファン
アウトに対して、NMOSトランジスタの2倍の遅延を
有している。従って、それ自身の複製物(ファンアウト
−1)を駆動するPMOSトランジスタは、遅延が2で
あり、一方それ自身の幅の3倍(ファンアウト−3)の
トランジスタを駆動するPMOSI−ランジスタはその
遅延が6である。例えば、NMOSトランジスタM32
は幅が200ミクロンであり、且つ1200ミクロンの
全トランジスタ幅を駆動しているので、トランジスタM
32に対するファンアウト及び遅延は6である。例えば
ノード12と13との間の主要信号経路がPMOS装置
である段においては、トランジスタM27の幅(75ミ
クロン)で割ったトランジスタM30及びMB2の幅の
和(225ミクロン)であるファンアウトは3であり且
つその遅延は6である。第1図を参照すると理解される
如く、ノード12は全部で80ミクロンのトランジスタ
幅を駆動している。2個の段の遅延の後、ノード14は
全部で1200ミクロンのトランジスタ幅を駆動してい
る。従って、これらの−対の段に対して全ファンアウト
は1200/80即ち15であり、一方前記一対の段に
対する全遅延は6+6−12時時間位である。
これを従来のCMOSインバータの従来のストリング(
列)と比較してみる。もしもNMOSファンアウトを6
とし且つPMOSファンアウトを3とすると、各インバ
ータ段は、駆動段の寸法の2倍の寸法を有することとな
る。即ち、一つの段は、20ミクロンのNMO3及び4
0ミクロンのPMO3を有することとなり、それに先行
する段は10ミクロンのNMO5(ファンアウト−M−
6)及び20ミクロンのPMO5(ファンアウト−3)
を有することとなる。この従来技術は、段当り6時間巾
位の遅延及び段当りファンアウト−2を与える。全ファ
ンアウトを16とするためには、24時時間位の全遅延
に対し段当り6時間巾位の遅延を有する4個の段(2’
−16)が必要とされる。
次のパルスに備えて各ノードを適宜のレベルへリセット
するために、該リセットトランジスタを下流側のインバ
ータで駆動する。例えば、トランジスタM31はノード
13ではなくノード18によって駆動される。この技術
は、次のパルスに対してノード14をリセットするため
にノード14を高ヘブルするための電荷条件を、実質的
に一層大きなトランジスタを持った下流側のインバータ
に課するものであり、その場合、比較的小さなトランジ
スタM31はノード18上の容量をほとんど増加させる
ことはない。トランジスタM31のゲートが従来技術に
おける如くノード13へ接続されているとすると、それ
は、ノード13上の容量を3倍とし且つノード13の遅
延を3倍とさせる。従って、任意の選択されたノードが
その選択したノードを以前に通過したパルスによってリ
セットされるが、そのパルスが前記選択されたノードへ
結合されたリセットトランジスタを駆動する一層大きな
下流側インバータへ到達した後においてである。あるノ
ードに対する入力パルスは、リセット装置をターンオフ
することなしに単に単一(セット)装置を駆動すること
を基本的に必要とするに過ぎないので、スイッチング速
度は増加される。
任意のノードにおける信号は、5個のインバータ遅れの
後に終端する活性パルスである。第1図の右上部分にお
ける回路は、後述する如く、ノード12上に負のパルス
を与える。ノード12上の負のエツジは、ノード13上
に正のエツジを発生し、それによりノード14上に負の
エツジが発生され、更にノード15上に正のエツジが発
生され、・・・且つNMOSトランジスタM29を介し
てノード13上に負のエツジが発生される。ノード17
上の正のエツジは、はぼ、ノード12上の入力パルスの
終端(正のエツジ)と一致しているので、PMOSトラ
ンジスタM27はノード13をその低の不活性状態ヘリ
セットすることと干渉することはない。
従って、本発明の回路は、従来の回路の遅延の半分でほ
ぼ同一のファンアウト(15対16)を提供している。
このことは、主要信号経路において、各スイッチング装
置は後続する段における基本的に単に1個の装置を駆動
するものであるということによって達成されている。こ
こで、「基本的」という用語は、パワーアップ装置が使
用される場合には、電荷のほとんど全てがセット装置へ
流れるが少量の電荷が該パワーアップ装置へ流れるので
使用されている。即ち、トランジスタM32はトランジ
スタM3Bを駆動し、トランジスタM33はトランジス
タM38を駆動し、トランジスタM38はトランジスタ
M39を駆動し、トランジスタM39はトランジスタM
44を駆動する等々である。従って、セット経路におけ
る各トランジスタからの電荷の基本的に全ては、該セッ
ト経路における次のトランジスタをスイッチするために
使用されるが、その電荷の非常に僅かの部分がリセット
経路をターンオフするために使用されるに過ぎない。ノ
ード19及び20の間、ノード20及び21の間、ノー
ド21及び22の間、及びノード22及び23の間のイ
ンバータは、それらが接続されている上流側のインバー
タにおけるノードをリセットするための駆動電流を供給
するに過ぎない。このストリング即ち一連の段はどこか
で終了せねばならないので、このストリングの端部にお
ける段は後のインバータによってリセットされることは
ない。
上述した回路技術は、入力信号から任意の与えられたノ
ードをリセットすることの負担を除去しており且つその
負担をトランジスタが十分に大きな下流側の段に与え従
ってそれらがほとんど速度を犠牲することなしに一層小
型の上流側の装置を容易に駆動することが可能であると
いう利点を有している。パルスは適宜の幅のものが使用
され且つ後述する態様で発生されるので、下流側の段か
ら発生するリセットパルスは、適宜の時刻に上流側の段
によって受取られて上流側の段をリセットするが、上流
側の段がその入力ノードによって反対方向ヘブルされて
いる時刻においてではない。
フィードバック信号の源を選択するためにどれだけ「下
流」側へ行くかということの選択は幾分任意的なもので
あることは明らかである。第1図の場合、4個のインバ
ータ遅延が使用されているが、f、E意の偶数個を使用
することが可能である。
2個のインバータ遅延を使用した場合には、仮想的三角
波が発生し、電荷の多くが浪費されることが判明した。
一方、6個のインバータ遅延の場合には、第二のセット
(活性)パルスが第一セットパルスをどれだけ速やかに
従属するかということを不必要に遅延させることが判明
した。
第1図の上部部分において、ノード5上の正の遷移から
ノード12における負のパルスの発生をさせるために使
用される回路が図示されている。
この図の右上角部部分において、トランジスタM23、
M24.M2S、M26は2入力NANDゲートを形成
している。ノード5及び10は、各々、NMOSトラン
ジスタM25及びM26をターンオンさせ且つトランジ
スタM23.M24をターンオフさせるために高でなけ
ればならない。
このことは、出力ノード12を接地ヘブルさせる。
ノード5又は10の何れかが低であると、PMOSトラ
ンジスタM23又はM24の一方がオンであり且つNM
OSトランジスタM25又はM26の一方がオフであっ
てノード12は高となる。
ノード5と10との間には一連の5個のCMOSインバ
ータが接続されており、その各インバータは1個のPM
OSトランジスタと1個のNMOSトランジスタとを有
している。例えば、ノード6と7さの間のインバータは
、PMO5)ランジスタM15及びNMOSトランジス
タM1.6を有している。ノード5と10との間に奇数
個のインバータが存在する場合、DCを基礎とした場合
、ノード5及び10は互いに位相がずれる。ノード5が
低であると、ノード6は高であり、ノード7は低であり
、ノード8は高であり、ノード9は低であり、従ってノ
ード10は高である。ノード5が低であるので、ノード
12は高である。ノード5が次に高レベルへ遷移すると
、短い時間の間、ノード5及び10の両方が高となり、
その際にノード12を低ヘプルする。ノード12は、ノ
ード5上の高レベルが一連のインバータを介して伝搬し
て、ノード6を低とし、ノード7を高とし、ノード8を
低とし、ノード9を高とし、ノード10を低とさせるま
で、低状態に止どまる。従って、ノード5上の正の遷移
は、ノード12上に負のパルスを発生させる。ノード1
2は、ノード5上に次の正の遷移が発生するまで、高状
態に止どまる。
ノード5上において高又は低の任意の定常状態に対し、
ノード12の定常状態は高である。ノード5が高へ遷移
する場合にのみ、ノード12から負のパルスが1兵給さ
れる。ノード5と10との間のインバータの数及び各イ
ンバータのファンアウトは、ノード12上のパルス幅が
フィードバックパルスのタイミングとほぼ等しいか又は
それより多少短いように選択される。即ち、ノード5が
高となると、次の二つの事象のシーケンスが発生する。
即ち、(1)ノード6が低となり、ノード7が高となり
、ノード8が低となり、ノード9が高となり、ノード1
0が低となり、ノード12が高となり、(2)ノード1
2が低となり、ノード13が高となり、ノード14が低
となり、ノード15が高となり、ノード16が低となり
、ノード17が高となる。そのタイミングは、ノード1
2がノード17が高となるのとほぼ同時又は多少速めに
高となるように調節され、ノード13上の正(活性)パ
ルスを終了させる。
ノード5の左側に示した回路はECLインターフェース
回路である。真のT及び相補的なC入力ECLレベル信
号がフェーズを変化すると、ノード5は状、o(cMo
si圧レベル)を変化させる。
例えば、ノードCが低となり且つノードTが高となると
、ノード5は高ヘプルされる。ノードT及びCが次いで
逆に変化すると、ノード5は低ヘブルされる。
第2図は第1図の上部部分における回路の動作を示した
タイミング線図である。第2図の縦軸は、1vの増分で
の電圧を表わしており、一方横軸は図面中0.5ナノ秒
の間隔で示した時間である。
時間Oにおいて、ノードCは4.125Vであり、ノー
ドTは3.250Vである。90ピコ秒において、ノー
ドC及びTは、公知の外部ECL回路(不図示)によっ
てスイッチされ、その正電源は5Vへ接続されており、
且つその負電源はOVへ接続されており、従ってノード
Tは高となり、且つノードCは低となる。このスイッチ
ング動作は、極めて高速であると仮定され、これら二つ
のノードの状態を変化させるのに約20ピコ秒が必要と
されるに過ぎない。これらのノードは、この新しい状態
に止どまることが必要てあり、ノード12から正確な負
のパルス幅を得るために約1ナノ秒の間ノードTは高で
あり且つノードCは低である。
任意的に、4ナノ秒において、該ノードはそれらの元の
レベルへスイッチ動作により復帰される。
従って、第2図において、ノードCは初期的に高として
示してあり、且つ100ピコ秒において低ヘスイツチン
グし、次いで4ナノ秒まで低に止どまり、その時刻にお
いて高へスイッチ動作により復帰される。ノードTはノ
ードCと反対にスイッチ動作される。100ピコ秒にお
ける真のT及び補元のCの入力信号のスイッチングがノ
ード2゜3.4を介して伝搬し、約900ピコ秒におい
てノード5を高へ移行させる。ノード5が上昇するとノ
ード12を低へ移行させ、負のパルスを開始させる。ノ
ード5が上昇すると、更に、ノード6を下降させ、ノー
ド7を上昇させ、ノード8を下降させ、ノード9を上昇
させ、且つノード10を第2図の最初の半分に示した如
く下降させる。ノード10が下降すると、ノード12が
高へ移行され、ノード12における負のパルスを終了さ
せる。
約4ナノ秒の後、真及び補元の信号は状態を変化し、第
2図の後半に示した如くノード5を下降させるが、ノー
ド5上の低電圧はノード12上の高出力を維持するので
、ノード12には何ら影響を与えない。ノード5が下降
すると、ノード6が」二昇され、ノード7が下降され、
ノード8が上昇され、ノード9が下降され、ノード10
が上昇される。従って、第2図に示した期間の終了まで
に、ノード12は高であり、ノード5は低である。ノ−
ド5が高へ遷移する場合にのみ、ノード12において負
のパルスが発生される。ノード5が低へ復帰すると、ノ
ード12においては何も起こらない。
第3図は、第1図の下部部分に示した回路に与えるノー
ド12における負のパルスの影響を示している。ノード
12が低へ移行すると、それはPMOSトランジスタM
7を駆動してノード13を高へプルする。ライン12上
の低パルスが非常に小さなNMO3I−ランジスタM2
8をターンオフさせる。これらのトランジスタのそれぞ
れの寸法のために、ノード12からのほとんど全ての電
荷がトランジスタM27のゲートへ流れ込みノード13
を高ヘプルする。ノード13が0.5及び1ナノ秒の間
の期間内に高へ移行すると、電荷のほとんどがNMO5
)ランジスタM 32内へ流れ込み、約0.2ナノ秒の
後にノード14を低ヘブルする。第3図に示した如く、
ノード14が低へ移行すると、ノード15を迅速に高ヘ
ブルし、それによりノード16は迅速に低ヘブルされ、
ノード17も同様の態様で高ヘブルされる。ノード17
における低インピーダンス信号は、ノード12における
高インピーダンス信号と比較して、困難性が最少であり
、比較的小型のNMO!llトランジスタM29を駆動
して、ノード13をリセットさせる。ノード12は、ノ
ード17が高へ移行するのとほぼ同時に高へ移行するの
で、小型のトランジスタM28はノード13をリセット
することに多少貢献する。第3図に示した如く、0. 
5ナノ秒において高を開始したノード13は1.8ナノ
秒においてほとんどOvへ復帰される。従って、偶数番
号のノード12上の負のパルスは、奇数番号のノード1
3上に正のパルスを発生させる。12乃至22の任意の
偶数番号のノード上の負のパルスは、後続の奇数番号の
ノード上に正のパルスを発生し、それは、次の偶数番号
のノードに負のパルスを発生させる。従って、パルスは
、最初に一つのノード上において負であり、次いで次の
ノード上において正であり、それに続くノード上におい
て負であるなどのように伝搬する。活性パルスが発生し
た後に、それは、実際には下流側インバータの活性パル
スであるリセットパルスにおいて終端される。リセット
パルスが終端した後に、そのノードは新たな活性パルス
を受ける準備がなされる。
CMOSインバータを一方の状態から他方の状態へスイ
ッチング動作する仮定において、入力が二つの電源の間
の中間にある場合、両方のトランジスタが瞬間的にオン
となり、そのインバータを介してのDC電力消費を発生
する。従って、出力ノードがプルダウンされている場合
には下部トランジスタがターンオンする多少前に上部ト
ランジスタをターンオフさせることが望ましく、又、出
力ノードが高ヘプルされている場合には、下部トランジ
スタがターンオフした後に上部トランジスタをターンオ
ンさせることが望ましい。この効果は、信号タイミング
を調節することによって部分的に達成することが可能で
ある。これの−例を第3図に示してあり、1.5ナノ秒
及び2ナノ秒の間の期間において、ノード13がノード
18よりも多少光に低(NMOSトランジスタM32を
ターンオフ)へ移行し、それはトランジスタPMO3M
31をターンオンさせてノード14を高へプルする。同
様に、ノード15が低へ移行して、ノード20が低へ移
行する多少前にNMO5I−ランジスタM38をターン
オフし、PMO3トランジスタM37をターンオンさせ
る。別の例としては、2.0及び2.5ナノ秒の間の期
間において、ノード16がノード21よりも多少前に高
へ移行し、NMO5)ランジスタM41がターンオンさ
れる多少前にPMOSトランジスタM39をターンオフ
させる。いまだに両方が同時的に瞬間的にオンとなるが
、オーバーラツプの量は減少されている。
この信号タイミングにおける調節は、トランジスタの適
宜の寸法決定により達成される。上述した説明において
は、順方向においては、NMOS装置が6のファンアウ
トを駆動し且つPMO5装置が3のファンアウトを駆動
しており、フィードバック方向においては、多少異なっ
た負荷が使用されている。例えば、ノード16は350
ミクロンのNMO3装置によって低ヘブルされるが、そ
の1法の2倍のPMO3装置を有する代わりに、多少大
型のPMO3装置を使用し、特に790ミクロンの幅を
有するトランジスタM37を使用し、その場合には順方
向に対し2:1の基準によって寸法において20%の増
加を表わしている。このトランジスタの寸法決定により
、ノード16が低へ移行するよりもノード16は多少よ
り迅速に高へ移行する。従って、ノード16は、トラン
ジスタM41がターンオンされるよりも比較的に一層高
速でトランジスタM39をターンオフさせ、その場合に
不所望の電力消費を回避している。
これまで説明した回路は、一連のより複雑な論理ゲート
を介してではなく一連のインバータを介しての遅延を減
少するものである。しかしながら、論理レベルではなく
パルスを伝搬させるということ、及び下流側で発生され
たパルスによってそのパルスを終端させるという本発明
の概念は、簡単なインバータの場合における如く一連の
論理ゲートに対しても同様に適用可能なものである。
第4図は、CMO5回路用の本発明の速度向上技術を使
用した入力バッファの概略回路図である。
この入力バッファは、通常ランダムアクセスメモリにお
いて使用されており、ノードVINにおけるECLレベ
ル入力端子を、ノードVRへ印加されるECL範囲の中
間を表わす基準電圧レベルと比較する。これらの信号に
応答して、本回路は、可及的に速やかに、信号VIN及
びVRの相対的電圧に依存して2個の出力ノードの一方
において負へ向かうパルスを発生する。本回路は、真の
出力としてパルス有り又はパルス無しを供給し、且つ相
補的出力としてパルス無し又はパルス有りを供給する。
この回路は、ノード110上の入力パルスの終了におい
て、ノードを活性状態から負活性状態ヘリセットする。
図面の下部部分におけるノード110は、第1図に示し
たクロックパルス発生器などの別の回路からの正のパル
スを受取るべく接続されている。
例えば、ノード110は第1図におけるノード15へ直
接的に接続させることが可能であり、且つ、実際に、多
数の入力バッファが一体となって6ピコフアラツド負荷
C1を表わしている。ノード110が低(不活性)であ
る間、PMO5装置M105及びM2O3は導通状態で
あり、その際にVINをノード101へ接続し且つVR
をノード1〔〕2へ接続させる。トランジスタM111
は導通状態であり且つトランジスタM112は非導通状
態であり、従ってノード105は高である。トランジス
タM113が導通状態であり且つトランジスタM114
が非導通状態であり、その際にノード107も高に保持
される。
ノード110が高へ移行する時に、第1図の回路を介し
て伝搬するパルスの上昇エツジに応答して、トランジス
タM105及びM2O3はターンオフされる。更に、ト
ランジスタM111がターンオフされ、且つトランジス
タM112がターンオンされて、ノード105を接地へ
プルする。同様に、トランジスタM113がターンオフ
され、且つトランジスタM114がターンオンされてノ
ード107を接地ヘプルする。ノード107はノード1
05におけるよりもPMOSトランジスタM100にお
けるかなり大きな負荷を駆動しているので、ノード10
7はノード105よりも多少ゆっくりと接地へ移行する
トランジスタM107及びM2O3は交差結合されてお
り、トランジスタM108のドレインと、ノード107
はトランジスタM107のゲートへ接続されており、且
つトランジスタM107のドレイン及びノード101は
トランジスタM108のゲートへ結合されている。ノー
ドVINが基準電圧VRと比較して低であると仮定する
。従って、ノード101はノード102よりも低く、且
つノー下101及び102上の容量は、トランジスタM
105及びM2O3がターンオフした後においてもこれ
らの相対的な電圧を一時的に維持する。
ノード101はノード102よりも一層低いので、ノー
ド105が接地ヘブルされると、トランジスタM107
はトランジスタM108よりも速く導通状態を開始する
(トランジスタM107のゲートは、ノード101の一
層低い電位へ接続されているトランジスタM108のゲ
ートと比較して、ノード102の一層高い電位へ結合さ
れている)。
トランジスタM107及びM2O3のスレッシュホール
ド電圧は良好にマツチされているものと仮定する。従っ
て、トランジスタM107は、同一の寸法のトランジス
タM108がノードM102をプルダウンするよりも一
層高速でノードMIO1をプルダウンする。ノードM1
01がプルダウンされると、ノード106はこの時にお
いてPMOSトランジスタM100によってプルアップ
されるので、それはPMO3I−ランジスタM102を
ターンオンさせる。従って、ノード105が低へ移行す
ると、トランジスタ107はノード101を低へプルし
、且つノード101が低へ移行すると(ノード106が
高へ移行)、トランジスタM102はノード102を高
へプルする。従って、トランジスタM107及びM2O
3におけるのと同一の再生型交差結合がトランジスタM
101及びM2O3内に存在している。従って、ノード
105が接地であり且つノード106が正の基準電位に
あると、該回路は2個のインバータ、即ちトランジスタ
M101及びM2O3を有する1個のインバータとトラ
ンジスタM102及びM 1.08を有する別のインバ
ータ、として構成される。ノードVINへ印加される電
位がVRよりも一層高いか又は−層低いかということに
刺激されて、これらのインバータは一方又は他方へスイ
ッチ動作する。
第5図は、直前に説明したスイッチング作用を示したタ
イミング線図である。ノード105が降下すると(ノー
ド107の前)、両方のノード101及び102(VI
N及びVR)が降下を開始するが、それらの電圧レベル
は、トランジスタM108を介してのものよりもトラン
ジスタM107を介しての電流の方が一層大きいために
、分離する。これは、0. 9及び1.1ナノ秒の間の
期間に発生する。しかしながら、約1.1ナノ秒におい
て開始し、ノード102は、2ナノ秒までに該ノードが
ほぼ5V離れるまで、トランジスタM102を介しての
電流に起因して上昇を開始する。
これは、約0. 7ナノ秒において開始するノード11
0が高へ移行することに応答して発生する。
ノード105及び107の間の主要な遅延は、トランジ
スタM100によって発生されるノード107上の余分
の容量である。ノード105がノード101よりも1個
のスレッシュホールド電圧分量上降下する場合、ノード
102は短期間低ヘプルされ、その際にトランジスタM
108を介して幾らかの導通を発生する。しかしながら
、ノード107はノード105に関して多少遅延し、ノ
ード101よりも1個のスレッシュホールド電圧を越え
てかなり経過することはない。従って、存在するとして
も、トランジスタM110を介しての導通はほとんどな
く、且つ出力ノード104は著しく放電されることはな
い。一方、ノード102は、ノード107が低へ移行す
る間、正電源へ上昇し、トランジスタM109をターン
オンし出力ノード103を放電する。従って、相補的出
力ノード104が正の基準供給電圧に止どまっている間
、ノード103上には負の出力(パルス)がある。VI
N上に高入力電圧があると、その代わりノード104に
おいて負のパルスが発生する。
ノード110へ正のパルスが供給される。そのパルスが
通過し且つノード110が負へ復帰すると、トランジス
タM103はターンオンされ、第5図の最も右側部分に
示した如く、ノード103をその不活性基$電位へ復帰
させるべくプルする。その他の全てのノードはそれらの
不活性状態ヘリセットされる。なぜならば、ノード10
0及び102がVIN及びVRへそれぞれリセットする
間ノード105及び107は正へ移行する。従って、ノ
ード103上にパルスが形成され且つノード104上に
はパルスは形成されない。このパルスは、後に、第6図
に関して後述するデコーダ回路において使用される。
第6図は、上述した如き入力バッファを使用するデコー
ダ回路の概略回路図である。第6図に示した如く、一対
の入力バッファIN、及びIN。
の各々は、第4図の回路のノード103及び104のそ
れぞれによって与えられるような真T及び相補的C出力
信号を供給する。ノードT及びCの両方ではなく一方に
おいて負のパルスが発生すると仮定する。典型的なメモ
リ回路において、入力バッファINOは第一アドレスA
。に応答し、万入力バッファIN、は同時的に第ニアド
レスA、に応答する。入力バッファIN、の真の出力は
、2MO5)ランジスタM122のゲートへ結合され、
−万入力バッファI N oの真の出力は2MO5)ラ
ンジスタM124及びM126のゲートへ結合される。
入力バッファIN、の相補的出力はPMOSトランジス
タM121のゲートを制御し、−万入力バッファ■No
の相補的出力はPMOSトランジスタM123及びM1
25のゲートを制御する。各入力バッファからの全ての
電荷はP M OS装置を駆動するのに使用される(N
MOSトランジスタをターンオフする上でどれも浪費さ
れることがない)。これは、入力バッファが相補型対を
駆動しておりその結果動作が低速となっていた従来技術
の装置と比較される。
トランジスタM121のソースは正基準供給電位へ接続
されており、一方そのドレインはトランジスタM123
及びM124の両方のソースへ結合されている。同様に
、トランジスタM122のソースは該基準電位へ結合さ
れており、一方そのドレインはトランジスタM125及
びM126の両方のソースへ結合されている。トランジ
スタM121及びM122の各々は50ミクロンの幅で
あり、一方トランジスタM123乃至M126の各々は
25ミクロンの幅であるので、入カバッファINo上の
全負荷は入カバッファIN、上の負荷と同一である。
入力バッファIN、が出力Cを低ヘブルすると、PMO
SトランジスタM121がノード121を高ヘブルする
。真の出力Tが高のまま止どまるので、トランジスタM
122はオフのままである。
又、入力バッファIN、の相補型出力が同時的に(全て
のバッファは共通の活性化信号を持っている)が低ヘプ
ルされ、一方真の出力が高のままであると仮定する。従
って、PMO,S )ランジスタM123及びM125
は導通状態となり、一方トランジスタM124及びM1
26はオフのままである。従って、出力ノード123の
みがトランジスタM121及びM123によって高ヘプ
ルされ、一方ノード124.125.126の各々は低
のままである。トランジスタM124及びM126がオ
フしているのでノード124及び126は低のままであ
り、一方トランジスタM125が導通状態であってもト
ランジスタM122が導通状態にはないので、ノード1
25は低のままである。
従って、任意のアドレス入力に対して、4個のノード1
23乃至126の一つが高ヘブルされ、方他の三つは接
地におけるままである。これらトランジスタの寸法決定
により、25ミクロンの2/3 (50ミクロンのトラ
ンジスタが25ミクロンのトランジスタと直列)と等価
な幅を持ったトランジスタを介して該選択されたノード
が高ヘブルされる。
ノード121乃至126の各々は前記概略図には示して
いない一連の4個のカスケード型インバータの入力であ
る。各インバータストリングの最終出力は、NMO3I
−ランジスタのゲートへ接続され、該Nλ408トラン
ジスタはその源となるノード121乃至126を接地ヘ
リセットさせる。
このリセット作用は、デコード動作の第三段に対し詳細
に説明しである。
大力バッファIN2及びIN、へ接続されているデコー
ダからの4個の同様なノード123A。
1.24A、125A、126Aのみならずノード12
3乃至126の各々は、第二段デコーダ140へ接続さ
れており、該デコーダ140の半分を第6図の下部に示
しである。例えばノード123はNMOSトランジスタ
M127のゲートを駆動゛すべく接続されており、それ
はノード127と接地との間に接続されている。更に4
個のNMOSトランジスタM128乃至M2B5がノー
ド127と対応するノード128乃至131とのl14
1に接続されており、この1対16デコーダにおいて4
個の出力を発生する。アドレスA。及びA1がノード1
23を高ヘプルし、トランジスタM127をターンオン
させたと仮定する。入カバッファIN2及びIN、へ供
給されるアドレスに依存して、ノード123A乃至12
6Aの一つが高へ駆動される。従って、トランジスタM
128乃至M131の一つがターンオンされ、その際に
ノード128乃至131の一つを接地へプルする。その
他の残存する全てのノード128乃至131は高のまま
である。
デコーダの付加的な第二段141が第一段からのノード
124.125,126へ接続されており、且つ同様な
態様で、ノード123A乃至126Aを有する第二段へ
接続されており、その結果、入力バッファへの4個のア
ドレス信号A。乃至A、は16個のノードの内の一つを
選択して接地へプルする。(第6図におけるインバータ
チェーン142,143,144は以下に説明する。)
第7図は、いかにして1例の1対16デコーダを別の1
対16デコーダと結合して、1対256デコーダを与え
、例えば、アドレスしたメモリアレイワードラインを高
ヘブルし、そのワードラインへ接続されている一つ又は
それ以上のメモリセルを読取ることが可能であるかを示
している。第6図において、出力(例えば、ノード12
8)が低ヘブルされると、12.5ミクロンのトランジ
スタの均等物を介して低ヘブルされる。NMOS装置は
その幅の6倍のPMO3装置を駆動することが可能であ
るので、トランジスタM150は75ミクロン幅である
。しかしながら、アドレスビットA4乃至A7へ結合さ
れているアドレスデコーダの場合、各出力ラインは16
個のトランジスタを駆動し、従ってトランジスタM15
1は8ミクロン幅である。各々が8ミクロン幅の16個
のPMOSトランジスタの負荷は、128ミクロンのト
ランジスタの負荷のように見える。−度に1個だけのト
ランジスタがそのソースが正供給電位にあり且つ従って
チャンネルが形成されていると、そのものだけがその完
全なチャンネル容量を有する。ソースが負であるその他
の15個のトランジスタは、チャンネルが形成されてお
らず且つ容量は減少されている。これら16個のトラン
ジスタは、一体となって、チャンネルが形成されている
約75ミクロン幅の単一のトランジスタのほぼ均等な負
荷を表わしている。従って、両方の1対16デコーダは
同様な容量負荷を有している。ノード151は、選択さ
れた場合に、約7ミクロンのトランジスタの均等物を介
してプルアップされる。
任意のPMOSトランジスタがその幅の約3倍のNMO
Sトランジスタを駆動するので、NMOSトランジスタ
M2O0は約22ミクロンの幅である。
この例の場合、ワードラインの容量負荷は、400ミク
ロン幅のトランジスタのゲートのそれとほぼ等しいと仮
定される。従って、22ミクロンのNMOSトランジス
タM160は、130ミクロンの幅のPMOSトランジ
スタM161を駆動するために使用され、それは該ワー
ドラインを高ヘプルする。従って、全てのノードが最初
に適切な(不活性)レベルにあり、且つ適宜のアドレス
が選択されると、ノード123(第6図参照)が高(活
性)ヘブルされ、1個の遅延の後にノード128が低(
活性)ヘプルされ、更に1個の遅延の後ノード151(
第7図)を高(活性)ヘプルし、トランジスタM160
をターンオンして、更に1個の遅延の後ノード161を
低(活性フヘブルし、更に1個の遅延の後トランジスタ
M161を介してワードラインを高(活性フヘプルする
ワードラインが高へ移行するき、それはそのメモリセル
を読取るか又は書込みを行なうのに十分長い間高のまま
でなければならないが、それは、次いで、新たなメモリ
サイクルの準備のためにリセットされねばならない。ノ
ード151及び161のみならずワードラインが、トラ
ンジスタM2O0乃至M2O7を有する4個のインバー
タを使用することによってリセットされる。ワードライ
ンが高へ移行すると、それは1個の遅延の後ノード20
1を低へ移行させ、2個の遅延の後ノード202を高へ
移行させ、3gの遅延の後ノード203を低へ移行させ
、且つ4個の遅延の後ノード204を高へ移行させる。
ノード202が高へ移行すると、それはトランジスタM
163をターンオンし、その際にノード151を低ヘリ
セットする。注意すべきことであるが、同様のフィード
バック経路が、ノード151がリセットされる1個の遅
延の前にトランジスタM150及びM151のゲートを
リセット(ターンオフ)する。ノード151が低ヘリセ
ットされると、ノード203も低へ移行し、両方がノー
ド202が高へ移行することから発生する。ノード20
3が低へ移行すると、ノード151が低ヘリセットされ
た後1個の遅延の後にノード161を高ヘリセットする
。ノード161が高ヘリセット(203から低へ移行)
することと一致して、ノード204は高へ移行し、トラ
ンジスタM164をターンオンしてワードラインを低ヘ
リセットする。従って、全てのノードは、5個の遅延の
幅のリセットパルスに追従する5個の遅延の幅の活性パ
ルスを有している。全ての場合に、該リセットパルスは
、その活性パルスを発生させたトランジスタがターンオ
フされるのとほぼ同時に開始する。このリセット機能は
、リセットされるノード上に無視可能な負荷を課する。
例えば、何らリセット能力なしにワードラインを高ヘブ
ルすることは、400ミクロンのトランジスタの均等物
を高ヘブルすることを包含する。インバータチェーンM
2O0乃至M2O7によりリセット能力が設けられてい
るので、ワードライン上に単に12ミクロンの付加的な
負荷が存在している。重要なことであるが、従来のダイ
ナミック回路(パーセンテージ技術を使用)と比較して
、状態を変化させたノードのみがリセットされる。
従って、プルアップされておらず従ってリセットするこ
とを必要としない255本のワードラインはリセットさ
れず、一方状態を変化させた単一のワードラインのみが
リセットされる。
同様の回路において、第7図のトランジスタM165乃
至M172は、4インバータ遅延チエーンを形成し、そ
れは入力として、ノード150の正の変位を受付け、且
つ応答して4個の遅延の後、トランジスタM173をタ
ーンオンさせ新たなメモリサイクルの準備においてノー
ド150を再度不活性状!!(接地)ヘブルする。この
リセット能力は、ノード150に単に小さな付加的な負
荷を負担させるに過ぎない。(各インバータにおけるト
ランジスタは、先行するインバータにおけるものの寸法
の2倍である)。
上述したものと同一のリセット技術が第6図に示したデ
コーダ回路に適用される。例えば、4個のインバータ1
43のチェーン及び付加的なPMOSトランジスタを使
用してノード127を不活性(高)ヘリセットする。同
様な一連のインバータ142がノード128を不活性(
高)ヘリセットし、一方インバータ144がそれらが接
続されているノードをリセットする。該回路を介しての
事実上全てのノードがリセットのために同一のアルゴリ
ズムを有しており、ノードが不活性(正又は負)へ駆動
されると、それはある固定した数の遅延の後にそれ自身
をリセットする(正又は負)。
一つのノードの活性パルスはその前のノードのリセット
パルスとすることが可能である。
第8図は第1図、第4図、第6図、第7図の回路に関連
して使用するメモリセル及びセンスアンプの概略図であ
る。該センスアンプは、一対のビットライン203及び
204からの差動信号を検知する。この差動信号は、こ
れらのビットラインの間に結合されているメモリセルを
アドレスすることによって誘起される。該メモリセルは
、スタティック又はダイナミックなメモリセルとするこ
とが可能である。公知のスタティックメモリセルは、ト
ランジスタM2O3及びM2O4を介してワードライン
へ接続されている交差結合型トランジスタM2O1及び
M2O2を有している。フードラインがターンオンされ
ると(第6図及び第7図に関連して上述したデコーダか
らの正パルス)、トランジスタM2O3及びM2O4が
導通する。
該セル内に格納される1ビツトのデータが、ノード20
1又は202の何れかをOVとさせ、一方その他方のも
のは正の基準電位へ結合されている負荷抵抗によって高
に保持される。
該セルの読取り動作は以下の如くである。ノード201
がOVであったと仮定する。(トランジスタM2O2が
オフでありトランジスタM2O1がオンである。)トラ
ンジスタM2O3及びM204がターンオンされると、
ノード203はOvへ向けて放電を開始し、一方ノード
202はノード204と同一の高電位にあるので、ノー
ド204は放電することはない。PMO8装置M2O3
及びM2O6がターンオンされるので(ゲートは接地接
続されている)、それらはノード203上の電圧をノー
ド205へ導通させノード204上の電圧をノード20
6へ導通させる。
トランジスタM2O3及びM2O6は、センスアンプか
ら高容量ビットライン(ノード203及び204)を分
離する。NMOSトランジスタM2O7及びM2O3は
PMOSトランジスタM214及びM215と同様に交
差結合されている。
この回路は(上述した入力バッファと同一の態様で動作
する。換言すると、第1図からの入力クロック信号CL
Kが高へ移行すると(それよりも後の信号がアドレス入
力バッファ用に使用され且つ約2個の遅延の後選択され
たワードラインが活性(高)へ移行する)、ノード20
9は接地へプルされる。ノード205はノード206よ
りも低い電圧にあるので、ノード209がプルダウンさ
れると、トランジスタM2O7はトランジスタM2O3
よりも多少多く導通状態となり、その際にノード206
よりもノード205を一層高速にプルダウンする。ノー
ド205が更に降下すると、PMOSトランジスタM2
15がターンオンされ、ノード206を正の供給電圧ヘ
ブルバツクさせる。
その結果、第9図に明確に示した如く、ノード206が
正ヘブルされると、ノード205は接地ヘブルされる。
入力バッファに関連して説明したのと同一の態様で、第
9図に示した如く、ノード209はノード210よりも
一層高速に降下する。ノード210は、ノード205よ
りも実質的に1個のスレッシュホールド電圧を越えて低
下することはなく、従ってトランジスタM210は基本
的にオフのままである。その結果、ノード208はこの
サイクルにおいて高のままである。しかし、正の供給電
圧へ復帰するノード206は、ノード210が接地へ移
行する場合にトランジスタM213のスレッシ二ホール
ドを越え、従ってノード207は接地(活性)へ駆動さ
れる。
ノード207からのパルスは、第8図の下部部分に示し
た出力によって使用される。ノード207上の負へ向か
うパルスは、トランジスタM220をターンオンさせ、
該出力を高基準電位へプルさせ、小型のインバータM2
27に打ち勝つ。2MO5)ランジスタM223もター
ンオンされ、ノード223を正へ駆動し且つNMOSト
ランジスタM224をターンオンして、相補型出力を低
へプルし、小型のインバータM226に打ち勝つ。
その代わり、ノード208によってパルスが供給される
場合には、2MO5)ランジスタM221がターンオン
されてノード221を高へプルし、NMOSトランジス
タM222をターンオンして出力ラインを低ヘプルする
。この場合、トランジスタM225が相補型出力を高ヘ
ブルする。従って、出力ラインは、ノード207上の負
(活性)パルスの結果として高ヘブルされ且つノード2
08上の負(活性)パルスの結果として低ヘブルされ、
その際にビットライン203及び204へ結合されてい
るメモリセルの内容を反映する。クロック入力の新たな
遷移によって発生されるパルスが存在しない場合、イン
バータM226及びM227は、無期限に最後の読取り
データを出力ライン及び相補型出カライン上に保持する
。これらのインバータにおいて比較的小型のトランジス
タが使用されており、従ってそれらは出力ライン上の反
対の信号によって容易に打ち負かされうる。
ノード207又はノード208の何れかの上における負
のパルスは、PMO8I−ランジスタM211又はM2
12によってVcc(不活性)へリセッ・トされる。イ
ンバータ間230乃至M233はノード223からノー
ド223へ帰還すべく結合され、各パルスの後にそれを
低(不活性)ヘリセットさせる。上述した態様において
、ノード223上の正のパルスは、4個のインバータ遅
延の後に、トランジスタM228上に正のパルスをタン
オンさせ、ノード223をその元の不活性状態ヘブルさ
せる。同様に、ノード208上の負のバルスは、ノード
221上に正のパルスを発生させ、それは、トランジス
タM229のゲート上の正のパルスによって4fIlの
遅延の後終了される。ノード223の1個の遅延の前に
ノード224上が低ヘリセットされ、ノード207又は
ノード208がトランジスタM211又はM212によ
ってそれぞれ高ヘリセットされる。
従って、入力バッファによってパルスが受取られる毎に
、それは入力バッファ及びデコーダを介して進行し、選
択したワードラインをターンオンさせ、センスアンプを
活性化させ、且つ真及び補元出力ライン上に格納されて
いる情報をアップデートさせる。その経路に沿ってほと
んどの論理段において、活性パルスがそれ自身のリセッ
トパルスを4個(任意の偶数)遅延の後に発生させる。
リセットパルスが終了した後に(それが開始してから4
個の遅延の後)、論理ノードは新たな活性パルスを受取
る準備がなされる。従って、リセットパルスに従属する
活性パルスの後、任意のノードは新たな活性パルスを受
取る準備がなされる。
従って、入力から出ノjへかけて全部で20個の論理遅
れがある場合、最初のサイクルがその入力から出力へ約
半分来た時に二番目のメモリサイクルが開始することが
可能である。従って、本回路は、そのアクセス時間の約
2倍の高速なサイクル時間を有することが可能である。
第9図は、第8図における動作を説明した上の例に対す
る信号のタイミングを示したタイミング線図である。ワ
ードラインは、約2.3ナノ秒において高への移行を開
始する。ノード209はノード210よりも多少迅速に
放電し、任意の与えられた時刻において約1v低い状態
にある。ノード204に関しノード203の一層低い電
位は、トランジスタM2O7によってノード205を接
地ヘブルさせ、一方ノード206は、初期的に降下した
後、PMO3I−ランジスタM215及びノード205
の低電位によって再び高ヘプルされる。
その結果書られるライン207上の低パルスカ示されて
おり、一方ライン208はほぼ継続的に5Vに維持され
る。
本発明の好適実施例を特定の一連のRAM回路の動作に
関して説明したが、本発明はそれに限定されるべきもの
ではなく、CMO5回路の多くの異なったタイプのもの
において使用可能であることを理解すべきである。
以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
ではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに種
々の変形が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図はクロックパルス発生器回路の概略図、第2図は
第1図の回路の上部部分に対するタイミング線図、第3
図は第1図の回路の下部部分に対するタイミング線図、
第4図は入力バッファの概略図、第5図は該入力バッフ
ァ回路に対するタイミング線図、第6図は1対16デコ
ーダの概略図、第7図はワードラインデコーダ及びリセ
ット回路の概略図、第8図はセンスアンプの概略図、第
9図は該センスアンプに対するタイミング線図、である
。 (符号の説明) C:容量 M:トランジスタ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、複数個のカスケード段が設けられており、各段は第
    一論理状態又は第二論理状態の一方とさせることが可能
    であり、少なくとも1個の選択した段の前記第一輪理状
    態が前記選択した段の直前の少なくとも1個の段によっ
    て制御され、一方前記第二論理状態は前記選択した段に
    続く少なくとも1個の段によって制御されることを特徴
    とする回路。 2、特許請求の範囲第1項において、更に第一及び第二
    電位源が設けられており、且つ各段が、入力ノード、出
    力ノード、前記入力ノードと前記出力ノードと前記第一
    及び第二電位源の一方へ接続されており前記入力ノード
    上の第一のタイプの信号に応答して前記出力ノードを前
    記第一及び第二電位源の一方へ接続させる第一スイッチ
    ング手段、前記出力ノードと前記第一及び第二電位源の
    他方と前記次の段へ接続されており前記入力ノード上の
    前記先の第一のタイプの信号に遅延応答して前記出力ノ
    ードを前記第一及び第二電位源の他方へ接続させる第二
    スイッチング手段、を有することを特徴とする回路。 3、特許請求の範囲第2項において、前記第一電位源が
    前記第二電位源よりも一層高く、且つ前記第一スイッチ
    ング手段及び前記第二スイッチング手段がそれぞれ第一
    及び第二トランジスタを有していることを特徴とする回
    路。 4、特許請求の範囲第3項において、前記第一トランジ
    スタは前記入力ノードへ接続されているゲートと前記第
    二電位源へ接続されているソースと前記出力ノードへ接
    続されているドレインとを有しており、且つ前記第二ト
    ランジスタは前記次の段の出力ノードへ接続されている
    ゲートと前記出力ノードへ接続されているドレインと前
    記第一電位源へ接続されているソースとを有しているこ
    とを特徴とする回路。 5、特許請求の範囲第4項において、前記第一トランジ
    スタがNMOSトランジスタであり、且つ前記第二トラ
    ンジスタがPMOSトランジスタであることを特徴とす
    る回路。 6、特許請求の範囲第3項において、前記第一トランジ
    スタが前記入力ノードへ接続されているゲートと前記第
    一電位源へ接続されているソースと前記出力ノードへ接
    続されているドレインとを有しており、且つ前記第二ト
    ランジスタが前記次の段の出力ノードへ接続されている
    ゲートと前記出力ノードへ接続されているドレインと前
    記第二電位源へ接続されているソースとを有しているこ
    とを特徴とする回路。 7、特許請求の範囲第6項において、前記第一トランジ
    スタがPMOSトランジスタであり、且つ前記第二トラ
    ンジスタがNMOSトランジスタであることを特徴とす
    る回路。 8、特許請求の範囲第2項において、各段が、更に、前
    記出力ノードと前記第一及び第二電位源の他方と前記入
    力ノードとに接続されており前記入力ノード上の第二の
    タイプの信号に応答して前記出力ノードを前記第一及び
    第二電位源の他方へ接続する第三スイッチング手段を有
    することを特徴とする回路。 9、特許請求の範囲第8項において、前記第三スイッチ
    ング手段が、前記第一及び第二電位源の他方へ接続され
    ているソースと前記出力ノードへ接続されているドレイ
    ンと前記入力ノードへ接続されているゲートとを具備す
    る第三トランジスタを有していることを特徴とする回路
    。 10、特許請求の範囲第9項において、前記第三スイッ
    チング手段及び前記第一スイッチング手段が相補型トラ
    ンジスタであることを特徴とする回路。 11、特許請求の範囲第10項において、前記第一、第
    二及び第三スイッチング手段の各々が電界効果型トラン
    ジスタを有していることを特徴とする回路。 12、特許請求の範囲第2項において、前記選択した段
    の前記入力ノードが前記選択した段の直前の段の出力ノ
    ードへ接続されていることを特徴とする回路。 13、特許請求の範囲第1項において、前記選択した段
    に続く前記少なくとも1個の段が前記選択した段の後の
    偶数番目の段であることを特徴とする回路。 14、特許請求の範囲第13項において、前記偶数が4
    であることを特徴とする回路。 15、特許請求の範囲第2項において、前記第一スイッ
    チング手段が第一チャンネル型の電界効果トランジスタ
    を有しており、且つ前記第二スイッチング手段が前記第
    一チャンネル型と相補型の電界効果トランジスタを有し
    ていることを特徴とする回路。 16、特許請求の範囲第15項において、各段が、更に
    、前記出力ノードと前記第一及び第二電位源の他方と前
    記入力ノードとに接続されており前記入力ノード上の第
    二のタイプの信号に応答して前記出力ノードを前記第一
    及び第二電位源の他方へ接続させる第三スイッチング手
    段を有していることを特徴とする回路。 17、特許請求の範囲第16項において、前記選択した
    段の前記第一スイッチング手段のチャンネル型はその直
    前の段の第一スイッチング手段のチャンネル型と反対で
    あることを特徴とする回路。 18、ノード、前記ノードへ結合されており最初の時間
    に前記ノードを二つの論理状態の一方とさせる論理手段
    、前記ノードへ結合されており且つ前記ノードの論理状
    態に応答して前記最初の時間における前記ノードの論理
    状態に応答して前記最初の時間の後の二番目の時間にお
    いて前記ノードの論理状態を変化させるリセット手段、
    を有することを特徴とする回路。 19、特許請求の範囲第18項において、前記リセット
    手段が、最初のものが前記ノードへ供給される信号を受
    取るべく接続されている複数個の直列接続されたインバ
    ータ、前記ノードと前記ノードに対する所望のリセット
    レベルを表わす信号源との間に接続されており前記イン
    バータの後の一つによって制御されるリセット回路を有
    することを特徴とする回路。 20、特許請求の範囲第19項において、前記リセット
    回路が、前記後のインバータへ接続したゲートと前記信
    号源へ接続したソースと前記ノードへ接続したドレイン
    とを有する電界効果トランジスタを有することを特徴と
    する回路。 21、特許請求の範囲第20項において、各インバータ
    が、入力ノード、出力ノード、上部電位、下部電位、前
    記入力ノードへ接続したゲートと前記上部電位へ接続し
    たソースと前記出力ノードへ接続したドレインとを具備
    するPMOSトランジスタ、前記入力ノードへ接続した
    ゲートと前記下部電位へ接続したソースと前記出力ノー
    ドへ接続したドレインとを具備するNMOSトランジス
    タ、を有することを特徴とする回路。 22、特許請求の範囲第19項において、前記複数個が
    奇数個の整数であることを特徴とする回路。 23、特許請求の範囲第22項において、前記複数個が
    4であることを特徴とする回路。 24、高基準電位、低基準電位、複数個の直列接続した
    段を有しており、奇数番目の段が、第一入力ノード、第
    一出力ノード、前記第一出力ノードと前記高基準電位と
    の間に接続されており前記第一入力ノードの制御下にお
    いて前記第一出力ノードを前記高基準電位へ接続する第
    一スイッチ、前記第一出力ノードと前記低基準電位との
    間に接続されておりその段の次の段の出力ノードの制御
    下において前記第一出力ノードを前記低基準電位へ接続
    させる第二スイッチ、を具備しており、一方偶数番目の
    段が、第二入力ノード、第二出力ノード、前記第二出力
    ノードと前記低基準電位との間に接続されており前記第
    二入力ノードの制御下において前記第二出力ノードを前
    記低基準電位へ接続させる第一スイッチ、前記第二出力
    ノードと前記高基準電位との間に接続されておりその段
    の次の段の出力ノードの制御下において前記出力ノード
    を前記高基準電位へ接続する第二スイッチ、を具備して
    おり、各奇数番目の段の前記第一出力ノードが次の系列
    の偶数番目の段の前記第二入力ノードへ接続されており
    、且つ各偶数番目の段の前記第二出力ノードが次の系列
    の奇数番目の段の前記第一入力ノードへ接続されている
    ことを特徴とする回路。 25、特許請求の範囲第24項において、前記偶数番目
    の段の第一スイッチが、少なくとも1個のPMOSトラ
    ンジスタを有しており、且つ前記偶数番目の段の第一ス
    イッチが少なくとも1個のNMOSトランジスタを有し
    ていることを特徴とする回路。 26、特許請求の範囲第25項において、前記奇数番目
    の段の第二スイッチが少なくとも1個のNMOSトラン
    ジスタを有しており、且つ前記偶数番目の段の第二スイ
    ッチが少なくとも1個のPMOSトランジスタを有して
    いることを特徴とする回路。 27、第一及び第二論理状態の一つとさせることが可能
    な選択した論理段、前記第一論理段を制御するために前
    記選択した論理段へ結合されている少なくとも1個の先
    行する論理段、前記第二論理状態を制御するために前記
    選択した論理段へ結合されている少なくとも1個の後続
    の論理段、を有することを特徴とする回路。 28、電界効果トランジスタ回路の動作速度を改善する
    方法において、入力ノードにパルスを供給し、前記パル
    ス信号を前記入力ノードに結合されている第一トランジ
    スタへ供給してその際に前記第一トランジスタをして前
    記第一トランジスタへ結合されている出力ノードの状態
    を変化させ、前記出力ノードの状態における変化を使用
    してリセット回路によってリセット信号を発生させ、前
    記リセット信号を前記出力ノードへ結合されている第二
    トランジスタへ供給して別のパルスが到着する前に前記
    出力ノードによって状態を変化させることを特徴とする
    方法。 29、特許請求の範囲第27項において、前記変化を使
    用するステップが、前記パルスを遅延手段を介して前記
    リセット回路へ伝搬させることを特徴とする方法。
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