JPH0432572B2 - - Google Patents

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JPH0432572B2
JPH0432572B2 JP57079537A JP7953782A JPH0432572B2 JP H0432572 B2 JPH0432572 B2 JP H0432572B2 JP 57079537 A JP57079537 A JP 57079537A JP 7953782 A JP7953782 A JP 7953782A JP H0432572 B2 JPH0432572 B2 JP H0432572B2
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/094Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
    • H03K19/0944Logic 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
    • H03K19/0948Logic 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 using CMOS or complementary insulated gate field-effect transistors

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  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
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  • Logic Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は簡素化したC−MOS多入力ゲート回
路を提供することを目的とするものである。 一般にC−MOS多入力ゲート回路は、入力数
nに対して2n個の最小素子数を必要とする。第
1図はn=4のゲート回路例を示す。Aは4入力
NANDゲート、Bは4入力NORゲートである。
VDD,VSSは直流電圧源であり、例えばVDD=+5
〔v〕,VSS=0
〔0〕する。a0〜a3はそれぞれ入
力、ou1,oun2はそれぞれNANDゲート出力、
NORゲート出力である。NANDゲートAのQ1
〜Q4、柄のAQ1〜Q4、NORゲート出力Bの
Q5〜Q8はNチヤネルエンハンスメントMOS
トランジスタ(以下、Nチヤネルトランジスタを
称す)、NANDゲートAのQ5〜Q8、NORゲ
ートBのQ1〜Q4はPチヤネルエンハンスメン
トMOSトランジスタ(以下Pチヤネルトランジ
スタと称す)である。NANDゲートA、NORゲ
ートBにおて、Q1とQ5,Q2とQ6,Q3と
Q7,Q4とQ8とは互いにコンプリメンタリ構
成になつている。従つて、C−MOS回路は静止
状態ではNまたはPチヤネルトランジスタの一方
が必ずオフしており電流は流れない。電流が流れ
るのは過渡時のみであり、消費電力P=c・f・
VDD 2で計算される。ここで、cは出力容量、fは
動作周波数、VDDは電源電圧である。 このためC−MOS回路は消費電力の極めて少
ない回路を構成できる特徴がある反面、入力数n
に対して最低2n個のトランジスタを必要とし、
集積回路化する場合のチツプ面積が増大する欠点
がある。これは単に2進カウンタの計数値を検出
するような場合には極めて不向きである。 本発明は、複数の同極性のMOSトランジスタ
を直列接続してその各ゲートをそれぞれ入力端子
とし、この直列接続されたMOSトランジスタ群
の一端を一方の電源ラインに接続し、MOSトラ
ンジスタ群の他端と他方の電源ラインとの間に前
記MOSトランジスタ群のトランジスタとは逆極
性で前記MOSトランジスタ群のうちの少なくと
も1つとコンプリメンタリ構成となる逆極性の
MOSトランジスタを介装し、この逆極性のMOS
トランジスタと並列に1つの負荷素子を接続し、
負荷素子の一端を出力端子としたことを特徴と
し、構成素子数を(n+2)個にでき、従来のC
−MOS多入力ゲート回路に比べて構成が簡単で、
集積回路化したときのチツプサイズを小さくでき
る効果を有する。 以下本発明の一実施例を第2図〜第4図に基づ
いて説明する。第2図のAは本発明による4入力
NANDゲート、Bは4入力NORゲート、Cは動
作波形図である。第2図においてVDD,VSS,a0
a3,ou1,ou2は第1図の従来例に対応してお
り、A,BのQ1〜Q5はそれぞれ第1図A,B
のQ1〜Q5にそれぞれ対応している。また、第
1図A,BのQ6〜Q8に対応するのは第2図
A,Bの負荷素子RL1,RL2である。即ち、1
つの入力a0に対してのみQ1とQ5とでコンプリ
メンタリ構成し、他の入力a1〜a3に対してはQ2
〜Q4と1つの負荷素子RL1またはRL2で構成
するものである。 今、第2図Cの如き2進カウンタの計数出力a0
〜a3NANDゲートA,NORゲートBの入力とす
ると、ゲート出力ou1,ou2を得ることができ
る。即ち、NANDゲートAは入力a0〜a3の全て
が“H”レベルのとき全てのNチヤネルトランジ
スタQ1〜Q4がオンして出力ou1“L”レベ
ルとなる。但し、このときの“L”レベルはVSS
とはならず、Q1〜Q4の直列接続されたオン抵
抗rd1と負荷素子RL1の抵抗rl1で分割された電圧
VL=rd1・VDD/(rd1+rl1)となる。ここで、rl1
≫rd1とすればVL≒0となり、VLをVSSに近づけ
ることができる。一方、入力a0〜a3の少なくとも
1つが“L”レベル であるとQ1〜Q4の少な
くとも1つがオフとなり直列抵抗は無限大となり
出力ou1は“H”レベルになる。ここで、入力
a0が“L”レベルの場合はPチヤネルトランジス
タQ5がオンとなり低抵抗でVDDに接続され、入
力a0が“H”レベルで他の入力a1〜a3が“L”レ
ベルのときは負荷素子RL1の高抵抗でVDDに接
続される。従つて何れの場合も出力ou1の“H”
レベルはVDDとなる。 また、NORゲートBは入力a0〜a3が全て“L”
レベルのとき全てのPチヤネルトランジスタQ1
〜Q4がオンして出力ou2は“H”レベルとな
る。しかし、このときの“H”レベルもVDDとは
ならず、Q1〜Q4の直列オン抵抗rd2と負荷素
子RL2の抵抗rl2とで分割された電圧VH=rl2
VDD/(rd2+rl2)となる。ここでもrl2≫rd2とする
ことでVH≒VDDとすることができる。一方、入力
a0〜a3の少なくとも1つが“H”レベルであると
Q1〜Q4の少なくとも1つがオフとなりその直
列抵抗は無限大となつて出力ou2は“L”レベル
になる。ここで、入力a0が“H”レベルの場合は
NチヤネルトランジスタQ5がオンとなり低抵抗
でVSSに接続され、入力a0が“L”レベルで他の
入力a1〜a3が“H”レベルのときは負荷素子RL
2の高抵抗でVSSに接続される。従つて、何れの
場合も出力ou2の“L”レベルはVSSとなる。 次にNANDゲートA,NORゲートBのスイツ
チング動作を2進カウンタの計数値を検出する場
合の例Cで説明する。a0は2進カウンタの最下位
ビツト出力、a1は2ビツト目の出力、a2は3ビツ
ト目の出力、a4は最上位ビツトの出力とする。
NANDゲートAは入力が全て“H”のとき、即
ち計数値が15のとき出力ou1が“L”になる
から、計数値が14から15に変化するときと、
15から再び0になるときの過渡応答を考える。
計数値14ではa0が“L”,a1〜a3が“H”であ
り、出力は“H”である。次に計数値が15にな
り、a0が“L”から“H”になるとNチヤネルト
ランジスタQ1がオンして、出力out1は時定数
τf1=c1・rd1・rl1/(rd1+rl1)で“H”から“L”
に変化する。また、計数値15から0に変化する場
合は時定数τr1=c1・rl1′・rl1/(rl1′+rl1)で
“L”から“H”に変化する。ここに、c1
NANDゲートAの負荷容量、rl1′はPチヤネルト
ランジスタQ5のオン抵抗である。そしてrl1
rd1,rl1≫rl1′とするからτf1≒c1・rd1,τr1=c1
rl1′となり、従来のC−MOS多入力ゲート回路と
同等の特性が得られる。但し、計数値15の検出
期間は負荷素子RL1を通して電流が流れるため
静止状態でも小さな電流が流れる。しかし、これ
は計数期間のうち1期間であるため、平均電流は
さらに小さくなり、消費電力は無視できる値にで
きる。 また、NORゲートBの場合も同様のことが言
える。NORゲートBは全入力が“L”のとき出
力out2が“H”となるため、計数値0のときに
相当する。出力ou2が“L”から“H”に変わ
るときの時定数は、τr2=c2・rd2・rl2/(rd2+rl2
となり、“H”から“L”に変わるときはτf2
c2・rl2′・rl2/(rl2′+rl2)となる。ここに、c2
NORゲートBの負荷容量、rl2′はNチヤネルトラ
ンジスタQ5のオン抵抗である。この場合もrl2
rd2.rl2≫rl2′とするからτr2≒c2・rd2,τf2=c2
rl2′とすることができる。負荷素子RL2を通して
電流が流れるのは計数期間のうち1期間であるた
め平均電流は小さく、消費電力は無視できる。以
上の動作説明で明らかであるが、コンプリメンタ
リ入力a0には出力を決定づける最も重要な信号を
入力すればよい。 なお、検出できる計数値は前述の値に限らず、
2進カウンタのQ,出力を組合せることで所望
の計数値にできることもちろんである。また、本
発明の多入力ゲート回路は必ずしも2進カウンタ
の計数値検出に限るものではなく、複合ゲートに
も適用できる。 第3図と第4図はそれぞれNANDゲートの負
荷素子RL1に、NORゲートの負荷素子RL2に、
MOSトランジスタ群の能動素子を用いた実施例
を示す。 第3図において、Aは負荷素子をしてPチヤネ
ルトランジスタQL1を用い、ソースをVDD、ゲ
ートとドレインをou1に夫々接続したもの、B
はAでのゲートをVSSに接続したもの、CはAで
のゲートを所定電圧VG1に接続したもの、Dは
NチヤネルトランジスタQL1を用い、ソースを
ou1、ゲートとドレインをVDDに接続したもので
ある。 また、第4図において、Aは負荷素子としてN
チヤネルトランジスタQL2を用い、ソースVSS
ゲートとドレインをou2に接続したもの、Bは
AでのデートをVDDに接続したもの、CはAでの
ゲートを所定電圧VG2に接続したもの、DはP
チヤネルトランジスタQL2を用い、ソースをou
2、ゲートとドレインをVSSに接続したものであ
る。以上の第3図、第4図の構成を用いれば集積
回路化する場合に高抵抗を比較的小さな寸法で実
現できる。 以上説明のように本発明によると、C−MOS
多入力ゲート回路の直列接続されたC−MOSト
ランジスタのうち、少なくとも1つをコンプリメ
ンタリ構成とし、かつ、出力端子と電源との間に
負荷素子を接続したことにより、素子数の大幅な
削減を図ることができるとともに、コンプリメン
タリ構成となつていないC−MOSトランジスタ
がオフのとき、負荷素子が出力端子をプルアツプ
またはプルダウンする働らきをし、多入力ゲート
回路としての正常な動作が実現でき、したがつ
て、構成素子数を(n+2)個にでき、従来のC
−MOS多入力トランジスタ回路に比べて構成が
簡単で、集積回路化したときのチツプサイズを小
さくでき、その動特性(過渡応答)は従来と同等
で、消費電流も極めて少なくできるものである。
また、負荷素子としてMOSトランジスタの能動
素子を用いた場合には集積回路化する場合に高抵
抗を比較的小さな寸法で実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のC−MOS多入力ゲート回路の
構成図、第2図は本発明のC−MOS多入力ゲー
ト回路の基本構成図、第3図と第4図は負荷素子
に能動素子を用いた実施例の構成図である。 VDD,VSS……直流電圧源、VG1,VG2……
ゲートバイアス電圧、a0〜a3……ゲート入力、Q
1〜Q4……第2図Aおよび第3図A〜DではN
チヤネルトランジスタ、第2図Bおよび第4図A
〜DではPチヤネルトランジスタ、Q5……第2
図Aおよび第3図A〜DではPチヤネルトランジ
スタ、第2図Bおよび第4図A〜DではNチヤネ
ルトランジスタ、RL1,RL2……負荷素子、
QL1,QL2……能動素子、ou1,ou2……ゲ
ート出力。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 出力端子と一方の電源との間に接続した複数
    の直列接続された同極性MOSトランジスタから
    なるMOSトランジスタ群と、 他方の電源と前記出力端子との間に接続し、か
    つ前記MOSトランジスタ群のうちの前記出力端
    子に接続されたMOSトランジスタとコンプリメ
    ンタリ構成となるようにゲートを接続した前記
    MOSトランジスタ群とは逆極性のMOSトランジ
    スタと、 前記出力端子と前記他方の電源との間に接続し
    た負荷素子とを備えたCMOS多入力ゲート回路。 2 負荷素子を能動素子で構成した請求項1記載
    のCMOS多入力ゲート回路。
JP57079537A 1982-05-11 1982-05-11 C―mos多入力ゲート回路 Granted JPS58196729A (ja)

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