JPH04114511A - Cmos inverter - Google Patents

Cmos inverter

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JPH04114511A
JPH04114511A JP2234791A JP23479190A JPH04114511A JP H04114511 A JPH04114511 A JP H04114511A JP 2234791 A JP2234791 A JP 2234791A JP 23479190 A JP23479190 A JP 23479190A JP H04114511 A JPH04114511 A JP H04114511A
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JP
Japan
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mos transistor
channel mos
potential
circuit
transistor
Prior art date
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Pending
Application number
JP2234791A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuhito Ogata
緒方 勝仁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Abstract

PURPOSE:To suppress the generation of noise without increasing the power consumption of a logic circuit by providing an output voltage level guarantee circuit in parallel to an inverse speed control circuit. CONSTITUTION:Since the current supply capacity of an N-channel MOS transistor Q3 is much larger than that of a P-channel MOS transistor Q4, a load circuit is mainly driven by a current supplied from the N-channel MOS transistor Q3 in an initial stage. The potential of the high level of an output signal rises to the potential (VDD-VTN) dropped from a power voltage by the threshold value voltage of the N-channel MOS transistor Q3 by the operation. Since the N- channel MOS transistor Q3 comes to an off state a small current flows only in a P-channel MOS transistor Q4 and the potential of an output terminal is gradually raised. Thus, the generation of noise can be prevented without increasing the power consumption of the logic circuit.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、インバータに関し、特にCMOSインバータ
の回路構成に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an inverter, and particularly to a circuit configuration of a CMOS inverter.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

CMOSトランジスタ接続によるインバータ(以下CM
OSインバータと記す)の基本的な回路構成は、電源電
圧端子とグランド端子との間にPチャンネルMO8トラ
ンジスタとNチャンネルMOSトランジスタとを直列に
接続した構成である。
Inverter using CMOS transistor connection (hereinafter referred to as CM
The basic circuit configuration of the OS inverter (hereinafter referred to as an OS inverter) is a configuration in which a P-channel MO8 transistor and an N-channel MOS transistor are connected in series between a power supply voltage terminal and a ground terminal.

そして、このCMOSインバータは論理回路を構成する
基本的な回路の一つであるので、半導体集積回路におい
ては非常に多数用いられる。
Since this CMOS inverter is one of the basic circuits constituting a logic circuit, it is used in large numbers in semiconductor integrated circuits.

ところで、CMOSインバータは、上述のように半導体
集積回路に多数用いられているので、これらが同時に動
作すると、信号が反転する際の電荷の移動量が大きく、
このため、ノイズが発生しやすい。
By the way, as mentioned above, a large number of CMOS inverters are used in semiconductor integrated circuits, so when they operate simultaneously, the amount of charge movement when a signal is inverted is large.
Therefore, noise is likely to occur.

従来、このようなCMOSインバータにおけるノイズの
発生を防ぐ色々な方法が工夫されている。
Conventionally, various methods have been devised to prevent the generation of noise in such CMOS inverters.

この、ノイズを防ぐ方法の一つに、CMOSインバータ
の出力信号の振幅の大きさを制限することによって、反
転速度を緩やかなものにし、電荷の移動量を制御する方
法がある。
One method for preventing this noise is to limit the amplitude of the output signal of the CMOS inverter to slow down the inversion speed and control the amount of charge movement.

第3図(a)に、このような対策を施したCMOSイン
バータの一例の回路構成を示す。
FIG. 3(a) shows a circuit configuration of an example of a CMOS inverter that takes such measures.

このCMOSインバータでは、PチャンネルMOSトラ
ンジスタロ1とNチャンネルMOSトランジスタQ2と
を直列に接続して各々のゲートを入力端子1に接続した
基本的なCMOSインバータに対して、第3図(a)に
示すように、電源電圧端子2とPチャンネルMO8トラ
ンジスタQ、のソースとの間にNチャンネルMO8トラ
ンジスタQ3を接続し、このNチャンネルMOSトラジ
スタQ3のゲートを電源電圧端子2に接続してゲート電
位を電源電圧VDDに固定した回路構成となっている。
This CMOS inverter differs from the basic CMOS inverter in which a P-channel MOS transistor Q1 and an N-channel MOS transistor Q2 are connected in series and each gate is connected to the input terminal 1, as shown in Fig. 3(a). As shown, an N-channel MO8 transistor Q3 is connected between the power supply voltage terminal 2 and the source of the P-channel MO8 transistor Q, and the gate of this N-channel MOS transistor Q3 is connected to the power supply voltage terminal 2 to set the gate potential. The circuit configuration is fixed to the power supply voltage VDD.

このような回路構成にすると、PチャンネルMO8トラ
ンジスタQ1のソース電位は、電源電圧VDDよりNチ
ャンネルMO8トランジスタQ3のしきい値電圧(VT
Nとする)分だけ低い電位となる。
With this circuit configuration, the source potential of the P-channel MO8 transistor Q1 is lower than the power supply voltage VDD by the threshold voltage (VT
The potential is lower by the amount (N).

従って、第3図(b)に入出力信号の波形を示すように
、ロウレベル入力信号か入力されてPチャンネルMO3
トランジスタQ1が導通し、出力端子3にハイレベル出
力信号が出力されている時、その電位の値は(V DD
−V TN)となって、電源電圧VDDまでは上り切ら
ない。
Therefore, as shown in the waveform of the input/output signal in FIG. 3(b), when a low level input signal is input, the P channel MO3
When transistor Q1 is conductive and a high-level output signal is output to output terminal 3, the value of its potential is (V DD
-V TN) and cannot rise to the power supply voltage VDD.

すなわち、ハイレベル出力信号の電位が制限されるので
、出力信号の反転速度はゆるやかなものになる。
That is, since the potential of the high-level output signal is limited, the inversion speed of the output signal becomes slow.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上述した従来のCMOSインバータては、ハイレベル出
力信号の電位が、電源電圧よりNチャンネルMO8トラ
ンジスタQ3のしきい値電圧骨たけ低い値(vDo−V
lN)になっている。
In the conventional CMOS inverter described above, the potential of the high-level output signal is a value lower than the power supply voltage by the threshold voltage of the N-channel MO8 transistor Q3 (vDo-V
lN).

このため、このCMOSインバータの次段に同種のイン
バータが接続されている場合には、駆動側CM OSイ
ンバータのハイレベル出力信号の電位の値によっては、
次段のインバータで、PチャンネルMO8トランジスタ
とNチャンネルMOSトランジスタとが同時に導通状態
になって、消費電力が増大してしまうことがあるという
問題が起る。
Therefore, if the same type of inverter is connected to the next stage of this CMOS inverter, depending on the potential value of the high-level output signal of the driving side CMOS inverter,
A problem arises in that in the next stage inverter, the P-channel MO8 transistor and the N-channel MOS transistor may become conductive at the same time, increasing power consumption.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明のCMOSインバータは、反転回路を構成するM
OSトランジスタの電源側端子とこれに対応する電源電
圧端子との間に反転速度制御回路を設けた形のCMOS
インバータにおいて、前記反転速度制御回路と並列に出
力電圧レベル保障回路を設けたことを特徴とする。
The CMOS inverter of the present invention comprises M
A CMOS in which an inversion speed control circuit is provided between the power supply side terminal of the OS transistor and the corresponding power supply voltage terminal.
The inverter is characterized in that an output voltage level guarantee circuit is provided in parallel with the inversion speed control circuit.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明について、図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.

第1図(a)は、本発明の第1の実施例の回路構成を示
す回路図であり、第1図(b)は、この第1の実施例に
おける入出力信号の動作波形を示す図である。
FIG. 1(a) is a circuit diagram showing the circuit configuration of a first embodiment of the present invention, and FIG. 1(b) is a diagram showing operating waveforms of input/output signals in this first embodiment. It is.

本実施例の回路構成は、第1図(a)に示すように、第
3図に示す従来のCMOSインバータに対して、反転速
度制御用のNチャンネルMO5トランジスタQ3に並列
にPチャンネルMOSトランジスタQ4を接続し、この
PチャンネルMosトランジスタQ4のゲートを入力端
子1に接続した構成になっている。
As shown in FIG. 1(a), the circuit configuration of this embodiment is different from the conventional CMOS inverter shown in FIG. The gate of this P-channel Mos transistor Q4 is connected to the input terminal 1.

このPチャンネルMO8トランジスタQ4の電流供給能
力は、後述の回路の動作説明からも分るように、Nチャ
ンネルMO8)ランシスタQ3の電流供給能力に比べて
、はるかに小さく設計しておく。
The current supply capacity of this P-channel MO8 transistor Q4 is designed to be much smaller than the current supply capacity of the N-channel MO8 transistor Q3, as will be understood from the explanation of the operation of the circuit described later.

次に、このCMOSインバータの動作について説明する
Next, the operation of this CMOS inverter will be explained.

先ず、入力信号がハイレベルからロウレベルに変化する
と、PチャンネルMO8トランジスタQ1及びQ4がオ
ン状態になる。
First, when the input signal changes from high level to low level, P channel MO8 transistors Q1 and Q4 are turned on.

又、NチャンネルMOSトランジスタQ3については、
ゲート電位が常にドレイン電位と同じであるため、この
NチャンネルMO8トランジスタもオン状態になる。
Also, regarding the N-channel MOS transistor Q3,
Since the gate potential is always the same as the drain potential, this N-channel MO8 transistor is also turned on.

従って、この時には、PチャンネルMO8トランジスタ
Q、は、PチャンネルMO8トランジスタQ4及びNチ
ャンネルMosトランジスタQ3から電流の供給を受け
て、次段の負荷回路(図示せず)を駆動する。
Therefore, at this time, the P-channel MO8 transistor Q receives current from the P-channel MO8 transistor Q4 and the N-channel Mos transistor Q3 to drive the next stage load circuit (not shown).

ところが、この場合、NチャンネルMOSトランジスタ
Q3の電流供給能力の方がPチャンネルMO8トランジ
スタQ4の電流供給能力よりもはるかに大きいので、初
期の段階では、負荷回路は主にこのNチャンネルMOS
トランジスタQ3から供給される電流によって駆動され
る。
However, in this case, the current supply capacity of the N-channel MOS transistor Q3 is much larger than that of the P-channel MO8 transistor Q4, so in the initial stage, the load circuit mainly uses this N-channel MOS transistor Q4.
Driven by current supplied from transistor Q3.

出力信号のハイレベルの電位は、この動作によって従来
のCMOSインバータと同様に、第1図(b)に示すよ
うに、電源電圧からNチャンネル−MOSトランジスタ
Q3のしきい値電圧分下った電位(MDI)−vTN)
マチ上昇スル。
As a result of this operation, the high-level potential of the output signal is reduced to a potential lower than the power supply voltage by the threshold voltage of the N-channel MOS transistor Q3, as shown in FIG. MDI)-vTN)
The gusset rises.

その後、出力信号の電位が(V no  V TN)に
達した後は、NチャンネルMOSトランジスタQ3がオ
フ状態となるので、PチャンネルMO8トランジスタQ
4だけが小さな電流で、出力端子の電位を徐徐に持ち上
げて行く。
After that, after the potential of the output signal reaches (V no V TN), the N-channel MOS transistor Q3 is turned off, so the P-channel MO8 transistor Q
4 is a small current that gradually raises the potential of the output terminal.

そして、出力信号の電位は、最終的には、電源電圧VD
Dと同じ値になる。
Then, the potential of the output signal finally becomes the power supply voltage VD
It has the same value as D.

すなわち、本実施例においては、出力信号がロウレベル
からハイレベルに反転する時、初期の段階では振幅が制
限されているので、反転速度は従来のCMOSインバー
タと同様にゆるやかであって、しかも、最終的には、ハ
イレベル出力信号の電位が電源電圧と同じ値になる。
That is, in this embodiment, when the output signal is inverted from low level to high level, the amplitude is limited in the initial stage, so the inversion speed is slow like the conventional CMOS inverter, and the final Specifically, the potential of the high-level output signal becomes the same value as the power supply voltage.

次に、本発明の第2の実施例について説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described.

第2図(a)は、本発明の第2の実施例の回路構成を示
す回路図である。第2図(b)は、この第2の実施例に
おける入出力信号の動作波形を示す図である。
FIG. 2(a) is a circuit diagram showing the circuit configuration of a second embodiment of the present invention. FIG. 2(b) is a diagram showing operating waveforms of input/output signals in this second embodiment.

本実施例では、第2図(a)に示すように、第1図(a
)に示す第1の実施例に対して、NチャンネルMOSト
ランジスタのソースとグランド端子4との間にも、並列
に接続したPチャンネルMO8トランジスタQ5及びN
チャンネルMOSトランジスタQ6を設けである。
In this embodiment, as shown in FIG. 2(a), FIG.
), P-channel MO8 transistors Q5 and N are also connected in parallel between the source of the N-channel MOS transistor and the ground terminal 4.
A channel MOS transistor Q6 is provided.

PチャンネルMO8トランジスタQ6のゲートをグラン
ド端子4に接続し、NチャンネルMOSトランジスタQ
6のゲートを入力端子1に接続している。
The gate of the P-channel MO8 transistor Q6 is connected to the ground terminal 4, and the gate of the N-channel MOS transistor Q
6 is connected to input terminal 1.

なお、この2つのMOSトランジスタの電流供給能力は
、PチャンネルMO8トランジスタQ5の方がはるかに
大きいように設計しである。
Note that the current supply capability of these two MOS transistors is designed so that the P-channel MO8 transistor Q5 is much larger.

このような回路構成にすると、入力信号がロウレベルか
らハイレベルに変化して出力信号がロウレベルからハイ
レベルに変化する時、最初の段階では、次段の負荷回路
の電荷は、主にPチャンネルMO8トランジスタQ5を
流れる電流によって放電され、出力信号のロウレベルの
電位は、第2図(b)に示すように、グランド電位(零
とする)よりPチャンネルMOSトランジスタロ5のし
きい値電圧(VTRとする)分だけ高い値にまで下がる
With this circuit configuration, when the input signal changes from low level to high level and the output signal changes from low level to high level, in the first stage, the charge in the next stage load circuit is mainly transferred to the P-channel MO8. Discharged by the current flowing through the transistor Q5, the low level potential of the output signal is lower than the ground potential (zero) to the threshold voltage of the P-channel MOS transistor Q5 (VTR and ) will fall to a higher value.

その後は、このPチャンネルMO3トランジスタQ5が
オフ状態になるので、NチャンネルMOSトランジスタ
Q8を流れる小さな電流だけで放電されて、ロウレベル
出力信号の電位は徐徐に低下し、最終的にはグランド電
位と同じくなる。
After that, this P-channel MO3 transistor Q5 is turned off, so it is discharged by only a small current flowing through the N-channel MOS transistor Q8, and the potential of the low-level output signal gradually decreases, eventually reaching the same level as the ground potential. Become.

入力信号がハイレベルからロウレベルに変化シ、出力信
号がロウレベルからハイレベルニi 化する時の動作に
ついては、第1の実施例と同じ動作をする。
The operation when the input signal changes from high level to low level and the output signal changes from low level to high level is the same as in the first embodiment.

従って、本実施例では、出力信号がロウレベルからハイ
レベルに変化する時でも、反対にハイレベルからロウレ
ベルに変化する時でも、その反転速度はゆるやかであり
、最終的な出力信号の電位の値は、電源電圧及びグラン
ド電位と同じ値になる。
Therefore, in this embodiment, even when the output signal changes from low level to high level, or conversely from high level to low level, the reversal speed is slow, and the final potential value of the output signal is , the same value as the power supply voltage and ground potential.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明にょ′れば、CMOSイン
バータにおいて、出力信号の振幅を、電源電圧とグラン
ド電位との間をフルスイングさせ、しかもその反転速度
をゆるやかなものに制御することができるので、論理回
路の消費電力を増大させることなく、ノイズの発生を抑
えることができる。
As explained above, according to the present invention, in a CMOS inverter, the amplitude of the output signal can be made to swing fully between the power supply voltage and the ground potential, and the inversion speed can be controlled to be gentle. Therefore, the generation of noise can be suppressed without increasing the power consumption of the logic circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(a)及び(b)は、本発明の第1の実絶倒の回
路構成を示す回路図及び入出力信号の動作波形を示す図
、第2図(a)及び(b)は、本発明の第2の実施例の
回路構成を示す回路図及び入出力信号の動作波形を示す
図、第3図(a)及び(b)は、従来のCMOSインバ
ータの回路構成を示す回路図及び入出力信号の動作波形
を示す図である。 1・・・入力端子、2・・・電源電圧端子、3・・・出
力端子、4・・・グランド端子。
FIGS. 1(a) and (b) are circuit diagrams showing the first practical circuit configuration of the present invention and diagrams showing operating waveforms of input/output signals, and FIGS. 2(a) and (b) are , a circuit diagram showing a circuit configuration of a second embodiment of the present invention and a diagram showing operating waveforms of input/output signals, FIGS. 3(a) and 3(b) are circuit diagrams showing a circuit configuration of a conventional CMOS inverter. FIG. 3 is a diagram showing operation waveforms of input and output signals. 1...Input terminal, 2...Power supply voltage terminal, 3...Output terminal, 4...Ground terminal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 反転回路を構成するMOSトランジスタの電源側端子と
これに対応する電源電圧端子との間に反転速度制御回路
を設けた形のCMOSインバータにおいて、 前記反転速度制御回路と並列に出力電圧レベル保障回路
を設けたことを特徴とするCMOSインバータ。
[Claims] In a CMOS inverter in which an inversion speed control circuit is provided between a power supply side terminal of a MOS transistor constituting an inversion circuit and a corresponding power supply voltage terminal, the inversion speed control circuit is provided in parallel with the inversion speed control circuit. A CMOS inverter characterized by being provided with an output voltage level guarantee circuit.
JP2234791A 1990-09-05 1990-09-05 Cmos inverter Pending JPH04114511A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2234791A JPH04114511A (en) 1990-09-05 1990-09-05 Cmos inverter

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JP (1) JPH04114511A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL9201779A (en) * 1991-10-14 1993-05-03 Mitsubishi Electric Corp METHOD AND APPARATUS FOR A HIGH-SPEED OUTPUT BODY.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL9201779A (en) * 1991-10-14 1993-05-03 Mitsubishi Electric Corp METHOD AND APPARATUS FOR A HIGH-SPEED OUTPUT BODY.

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