JPH0358476A - 集積回路装置 - Google Patents

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〕 本発明はＥＣＬ回路構或を採るマスタースライス方式の
集積回路装置に関し、特に基準電圧供給配線に乗る過渡
的なノイズを抑止した集積回路装置に関する。

〔従来の技術］ ＥＣＬ回路は高速な論理動作が可能であるが、電源電圧
の他に論理動作を行う基準となる基準電圧が必要である
．この基準電圧は常に一定電圧を印加するのではなく、
電源電圧の変化，温度変化，製造上のばらつきに応じて
最適値に設定される必要がある．このため、ＥＣＬ回路
構或を採る集積回路装置においては、基準電圧発生回路
を内蔵し、電源電圧の変化，温度変化，製造上のばらつ
きを補償する基準電圧を集積回路チップ内部のＥＣＬ回
路に供給する構或が一般的である． 第３図はＥＣＬ回路構或のインバータ回路の回路図であ
る。第３図において、トランジスタＱ２１，抵抗Ｒ１５
，発振防止抵抗Ｒ２１はトランジスタＱ２１のベースに
印加される定電流電源電圧によって一義的に決まる定電
流電源を構或している。

トランジスタＱ１１．Ｑ１４の工ξツタはトランジスタ
Ｑ２１のコレクタに共通接続され、トランジスタＱ１１
．Ｑ１４のそれぞれのベースに印加される入力電圧と基
準電圧の大小関係によりトランジスタＱ１１．Ｑ１４の
どちらかのトランジスタの動作が支配的になりどちらか
のトランジスタに電流が流れる。

今、入力端子ＩＮに印加される入力電圧が基準電圧より
も高ければ、トランジスタＱｌｌの側に電流が流れて抵
抗Ｒｌｌにより電位降下が生じ、エミッタフォロアトラ
ンジスタＱ３１，Ｑ３２のベースは低レベルとなり出力
端子ＯＵＴより得られる出力電圧は低レベルとなる。逆
に、入力端子ＩＮに印加される入力電圧が基準電圧より
も低ければ、トランジスタＱ１４の側に電流が流れて抵
抗Ｒｌｌには電流が流れないため、電位降下がなくエミ
ッタフォロアトランジスタＱ３１，Ｑ３２のベースは高
レベルとなり出力端子ＯＵＴより得られる出力電圧は高
レベルとなる。

エミッタフォロアトランジスタＱ３１，Ｑ３２、抵抗Ｒ
３１，Ｒ３２は工ごツタフォロア回路を構威しており、
抵抗Ｒｌｌで得られた論理状態を高インピーダンス状態
にして次段のＥＣＬ回路に伝達する。このように、ＥＣ
Ｌ回路においては論理の基準になるのは基準電圧であり
、この基準電圧のレベルが不安定であるとＥＣＬ回路の
論理動作自体が不安定となる。

ところで、ＥＣＬ回路構戒を採る集積回路装置の中には
、ＥＣＬゲートアレイと呼ばれ、予め多数の素子が作り
込まれているマスター基板上に品種固有のメタライズマ
スクを用いて種々の回路を構威し、特定の回路機能を有
した集積回路装置を作るものがある。

ゲートアレイは、集積回路チップ周辺に外部との入出力
インターフェース回路を構成することができる人出力バ
ッファセルが配列され、その内部に種々の論理を構成で
きる基本セルがマトリクス状に配設されている内部論理
回路領域と、内部論理回路領域に基準電圧を供給するた
めの基準電圧発生回路と、定電流源として使用するため
の定電流電源電圧発生回路と、人出カバッファセルに基
準電圧を供給するための前記基準電圧とは異なる第二の
基準電圧発生回路等により構威されている。

基準電圧発生回路で得られた基準電圧および定電流電源
電圧発生回路で得られた定電流電源電圧は、それぞれ基
準電圧供給配線．定電流電源電圧供給配線により、全て
の基本セルに供給されている．第４図は従来のゲートア
レイの基本セルの構或を表す平面図である。第４図にお
いて、基本セル１Ａ上には、論理を構成するためのトラ
ンジスタＱｌｌ〜Ｑ１６、抵抗Ｒｌｌ−Ｒ１４、工ξツ
タフォロア回路を構戒するためのトランジスタＱ３１〜
Ｑ３４、抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４、定電流源を構成するため
のトランジスタＱ２１，Ｑ２２、抵抗Ｒ１５，Ｒ１６、
発振防止抵抗Ｒ２１，Ｒ２２、及び基準電圧のゆらぎを
防止するためのダイオードＤｌｌが配設されている。各
トランジスタのＣ，Ｅ，Ｂはそれぞれコレクタ電極，エ
ミッタ電極，ベース電極を表している。

最上層配線層には、高電位電源配線２、低電位ｔ源配線
３、基準電圧供給配線４、定電流電源電圧供給配線５が
配設されている．そして、基本セルＩＡ上には第３図の
インバータ回路が１層配線パターンにより構威されてい
るが、論理回路を構或するしないに関わらず、ダイオー
ドＤｌｌのアノードＡは基準電圧供給配線４に接続され
、カソ一ドＫは高電位電源配線２に接続されている．ダ
イオードを逆バイアス状態にしたコンデンサの容量はお
よそ１００ｆＦである． タイオードＤｌｌを逆バイアス状態にしたコンデンサを
使用して基準電圧供給配１４のゆらぎを抑止するのは、
以下の理由による．即ち、バイポーラトランジスタはそ
の原理上、トランジスタ動作をさせるとベース電流が流
れるので、基準電圧を供給する配線の抵抗．インダクタ
ンス或分により、ＥＣＬ回路がスイッチング動作をする
度に過渡的に基準電位供給配線にノイズが乗る。通常、
一つの基準電圧発生回路で得た基準電圧は、多数のＥＣ
Ｌ回路の基準電圧として使用されるため基準電圧供給配
線には多数のＥＣＬ回路が接続されているが、多数のＥ
ＣＬ回路が高速動作を行いほとんど同時にスイッチング
動作を行うと基準電圧供給配線に大きな電位のゆらぎが
生じ、本来スイッチング動作を行わない他のＥＣＬ回路
の誤動作を引き起こす．このため、第４図に示すように
ゲートアレイの基本セルＩＡ内にダイオードＤｌｌを布
設しておき、アノードＡを基準電圧供給配線４に接続し
、カソードＫを高電位電源配線２に接続することにより
、ダイオードＤｌｌを逆バイアス状態にしてコンデンサ
として使用し、基準電圧供給配線４に乗るＥＣＬ回路が
スイッチング動作をする際に発生する過渡的なノイズを
バイパス、或いは蓄積して基ｆ＄電圧供給配線４のゆら
ぎを抑止している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のダイオードを逆バイアス状態にしてコン
デンサとして使用し基準電圧供給配線のゆらぎを抑止す
る方法では、専用のダイオードを配設しているため基本
セル自体が大きくなるという問題がある。また、ダイオ
ードの電極が邪魔になるため隣接した基本セルを複数個
使用して比較的大きな論理回路を構成する場合に、素子
間を配線する際の自由度が低下するという問題もある。

本発明はこれらの問題を解消し、基本セルを小型化し、
かつ配線の際の自由度を改善した集積回路装置を提供す
ることを目的とする． 〔課題を解決するための手段〕 本発明の集積回路装置は、基本セル内において所望の論
理機能を構或する際には使用しないトランジスタを高電
位電源配線と基準電圧供給配線との間に逆極性に接続し
ている。

〔作用〕

論理機能には使用しないトランジスタを高電圧と基準電
圧との間に接続することで、該トランジスタをコンデン
サとして利用でき、専用のダイオードを用いることなく
基準電圧供給配線のゆらぎを抑止できる。

〔実施例〕

次に、本発明を図面を参照して説明する．第１図は本発
明の第１実施例のゲートアレイの基本セルの構成を表す
平面図である．第１図において、基本セル１上には論理
を構或するためのトランジスタＱ１１〜Ｑ１６、抵抗Ｒ
ｌｌ〜Ｒ１４、エミッタフォロア回路を構成するための
トランジスタＱ３１〜Ｑ３４、抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４、定
電流源を構或するためのトランジスタＱ２１．Ｑ２２．
抵抗Ｒ１５，Ｒ１６、発振防止抵抗Ｒ２１，Ｒ２２が配
設されている． 最上層配線層には、高電位電源配線２、低電位電源配線
３、基準電位供給配線４、定電流電源電圧供給配線５が
配設されている．そして、基本セル１上には１層配線パ
ターンによりインバータ回路が構威されており、インバ
ータ回路を構成する際に論理回路として使用されずに余
っているエミッタフォロア回路を横威するためのトラン
ジスタＱ３３，Ｑ３４のコレクタは高電位電源配線２に
接続し、ベース．工旦ツタは短絡して基準電圧供給配線
４に接続している。この場合、トランジスタＱ３３，Ｑ
３４はベースーコレクタ間が逆バイアス状態になり等価
的にコンデンサとなり、基準電圧供給配線４に乗るＥＣ
Ｌ回路がスイッチング動作をする際に発生する過渡的な
ノイズをバイパス、或いは蓄積して基準電圧供給配！５
Ｉ４のゆらぎを抑止している． 工よツタフォロア回路を構或するためのトランジスタの
ベースーエミッタ間接合容量は１０〜２０ｆＦ程度であ
り、専用にダイオードを布設した場合のコンデンサの容
量、略１００ｆＦに比較すれば小さい。しかしながら、
一般にゲートアレイの素子の使用率は３０〜４０％程度
に過ぎないため、平均すれば１つの基本セルあたり３０
〜６０ｆＦ程度の容量が得られる。なお、ＥＣＬ論理回
路としてほとんど全てのエミッタフォロア回路を構威す
るためのトランジスタが使用されて、基準電圧供給配線
のゆらぎを抑止するために使用できるトランジスタが僅
かしかなく、基準電圧供給配線のゆらぎを抑止できなく
なることは実際上起こり得ない．比較的小規模のゲート
アレイでは使用目的によりほとんど全ての工貴ツタフォ
ロア回路を構戒するためのトランジスタが使用されるこ
とがあるが、小規模のゲートアレイの場合、内部のＥＣ
Ｌ回路の数が少なく、基準電圧供給配線が大きくゆらぐ
ほどのノイズが乗ることはないため基準電圧供給配線の
ゆらぎを抑止するためのコンデンサ自体が不要である． このように本発明を用いると、基準電圧供給配繍のゆら
ぎを抑止するためにダイオードを配設する面積が不要に
なるため、基本セルの面積の縮小が可能になり、同一の
集積回路チップサイズであればより多くのＥＣＬ回路を
搭載することが可能になる。また、隣接した基本セルを
複数使用して比較的大きな論理回路を構戊する場合に、
基準電圧供給配線のゆらぎを抑止する専用のダイオード
の電極がないため、素子間を配線する際の自由度が増加
する． 第２図は本発明の第２実施例のゲートアレイの基本セル
の構戒を表す平面図である。第２図において、基本セル
１上には論理を構威するためのトランジスタＱｌｌ−Ｑ
１６、抵抗Ｒｌｌ−Ｒ１４、エミッタフォロア回路を構
成するためのトランジスタＱ３１〜Ｑ３４、抵抗Ｒ３１
〜Ｒ３４、定電流源を構成するためのトランジスタＱ２
１，Ｑ２２、抵抗Ｒ１５，Ｒ１６、発振防止抵抗Ｒ２１
，Ｒ２２が配設されている． 最上層配線層には、高電位電源配線２、低電位電源配線
３、基準電圧供給配線４、定電流電源電圧供給配線５が
配設されている。そして，基本セル１上には１層配線パ
ターンによりインバータ回路が構或されており、インバ
ータ回路を構成する際に論理回路として使用されずに余
っている定電流源を構戒するためのトランジスタＱ２２
のコレクタは高電位電源配線２に接続し、ベース，工ξ
ッタは短絡して基準電圧供給配線４に接続している。こ
の場合、トランジスタＱ２２はベースーコレクタ間が逆
バイアス状態になり等価的にコンデンサとなり、基準電
圧供給配線４に乗るＥＣＬ回路がスイッチング動作をす
る際に発生する過渡的なノイズをバイパス、或いは蓄積
して基準電圧供給配線４のゆらぎを抑止している。

定電流源を構威するためのトランジスタＱ２１，Ｑ２２
はエミッタフォロア回路を構戒するためのトランジスタ
とは異なり、本来、ベースには定電流電源電圧が定常的
に印加されるだけであり、スイッチング動作を余り考慮
する必要はなく、コレクターベース間の接合面積を大き
くしても論理回路のスイッチングスピードに与える影響
は少ない．むしろ、エミッタ寄生抵抗を低減し定電流値
を安定化させるため、通常、スイッチングトランジスタ
より十分大きなエミッタサイズに設定され、十分な接合
容量を有している。

なお、本発明はＰＮＰ　｝ランジスタで基本セルを構戒
する場合等においても同様に適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、所望の論理機能を構或す
る際には使用しない基本セル内のトランジスタを高電圧
と基準電圧との間に接続することで、該トランジスタを
コンデンサとして利用でき、専用のダイオードを用いる
ことなく基準電圧供給配線のゆらぎを抑止できる。これ
により、専用のダイオードを配設するための面積が不要
となり、基本セルの縮小が実現できる。また、専用のダ
イオードの電極を配設する必要がなく、素子間を配線す
る際の自由度を向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明の第１実施例の基本セルの平面図、第２
図は本発明の第２実施例の基本セルの平面図、第３図は
ＥＣＬ回路構或のインバータ回路の回路図、第４図は従
来の基本セルの平面図である． １，ＬＡ・・・基本セル、２・・・高電位電源配線、３
・・・低電位電源配線、４・・・基準電圧供給配線、５
・・・定電流電源電圧供給配線、Ｑｌｌ〜Ｑ１６，Ｑ２
１，Ｑ２２，Ｑ３１〜Ｑ３４・・・トランジスタ、Ｒｌ
ｌ〜Ｒ１６，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１〜Ｒ３４・・・抵
抗、Ｄｌｌ・・・ダイオード、ＩＮ・・・入力端子、Ｏ
ＵＴ・・・出力端子、Ｃ・・・コレクタ電極、Ｂ・・・
ベース電極、Ｅ・・・エミッタ電極、Ａ・・・アノード
電極、Ｋ・・・カソード電極． ２Ｍ７一 第３ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、少なくとも複数のトランジスタを含む基本セルをマ
   トリクス状に配置した内部セルアレイ領域を有し、該ト
   ランジスタを選択的に配線接続することにより種々の論
   理機能を実現するゲートアレイ方式の集積回路装置にお
   いて、所望の論理機能を構成する際には使用しないトラ
   ンジスタを高電位電源配線と基準電圧供給配線との間に
   逆極性で接続したことを特徴とする集積回路装置。