JPH04334204A - Logic circuit - Google Patents

Logic circuit

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JPH04334204A
JPH04334204A JP3105544A JP10554491A JPH04334204A JP H04334204 A JPH04334204 A JP H04334204A JP 3105544 A JP3105544 A JP 3105544A JP 10554491 A JP10554491 A JP 10554491A JP H04334204 A JPH04334204 A JP H04334204A
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JP
Japan
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circuit
bipolar
pull
mosfet
ntl
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Pending
Application number
JP3105544A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiromasa Kato
加藤 博正
Mitsuo Usami
光雄 宇佐美
Takahide Ikeda
池田 隆英
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce power consumption by reducing operating current at the time of the low-level output of bipolar NTL circuits and the like including pull down MOSFET to rapidly discharge a load capacitance connected with the output terminal of a circuit and reducing the stationary current of a gate array integrated circuit and the like mounting the many bipolar NTL circuits. CONSTITUTION:A diode D2 for a level shift, which has prescribed forward voltage which sets voltage between the drain and the source of pull down MOSFET Q12 to almost zero V when an output signal Sout is set to be constantly in a low level between the output terminal Sout of the circuit and pull down MOSFET Q12 is provided.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は論理回路に関し、例え
ば、ゲートアレイ集積回路等に標準セルとして搭載され
るバイポーラNTL(Non  Threshold 
 Logic)回路に利用して特に有効な技術に関する
ものである。
[Industrial Application Field] The present invention relates to logic circuits, such as bipolar NTL (Non Threshold) mounted as standard cells in gate array integrated circuits, etc.
The present invention relates to technology that is particularly effective when used in Logic (Logic) circuits.

【0002】0002

【従来の技術】入力信号を受ける位相分割回路と、この
位相分割回路の反転出力信号を伝達する出力エミッタフ
ォロア回路とを含むバイポーラNTL回路がある。また
、このような複数のバイポーラNTL回路を標準セルと
して搭載するゲートアレイ集積回路等のディジタル集積
回路装置がある。
2. Description of the Related Art There is a bipolar NTL circuit that includes a phase divider circuit that receives an input signal and an output emitter follower circuit that transmits an inverted output signal of the phase divider circuit. Furthermore, there are digital integrated circuit devices such as gate array integrated circuits that are equipped with a plurality of such bipolar NTL circuits as standard cells.

【0003】バイポーラNTL回路については、例えば
、特開昭63−124615号公報等に記載されている
Bipolar NTL circuits are described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 124615/1983.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】本願発明者等は、この
発明に先立って、上記に記載されるバイポーラNTL回
路を踏襲する図4のようなバイポーラNTL回路を開発
した。すなわち、図4において、バイポーラNTL回路
は、入力信号Sinを受ける入力トランジスタT1を中
心とする位相分割回路と、この位相分割回路の反転出力
信号を受ける出力トランジスタT2を中心とする出力エ
ミッタフォロア回路とを含む。入力トランジスタT1の
コレクタ負荷は、入力信号Sinを受けるPチャンネル
MOSFETQ1とダイオードD1とからなる可変イン
ピーダンス回路によって構成され、そのエミッタ負荷と
なる抵抗R1には、回路の出力信号Soutを受けるN
チャンネルMOSFETQ11が並列形態に設けられる
。また、出力トランジスタT2のエミッタ負荷となる抵
抗R2には、位相分割回路の非反転出力信号を受けるN
チャンネル型のプルダウンMOSFETQ12が設けら
れる。
Prior to the present invention, the inventors of the present application developed a bipolar NTL circuit as shown in FIG. 4, which follows the bipolar NTL circuit described above. That is, in FIG. 4, the bipolar NTL circuit includes a phase division circuit centered on an input transistor T1 that receives an input signal Sin, and an output emitter follower circuit centered on an output transistor T2 that receives an inverted output signal of this phase division circuit. including. The collector load of the input transistor T1 is constituted by a variable impedance circuit consisting of a P-channel MOSFET Q1 that receives the input signal Sin and a diode D1, and the resistor R1 serving as the emitter load has a variable impedance circuit that receives the output signal Sout of the circuit.
Channel MOSFET Q11 is provided in parallel form. In addition, a resistor R2 serving as an emitter load of the output transistor T2 has an N
A channel type pull-down MOSFET Q12 is provided.

【0005】入力信号Sinが例えば−1.3Vのよう
なロウレベルとされるとき、入力トランジスタT1のエ
ミッタ電位つまりプルダウンMOSFETQ12のゲー
ト電位VG は、図5に示されるように、−2.0Vの
ようなロウレベルとされる。このため、そのゲート・ソ
ース間電圧VGSは、電源電圧VTTが−2.0Vであ
ることから0Vとなり、プルダウンMOSFETQ12
はオフ状態とされる。このとき、回路の出力信号Sou
tは、PチャンネルMOSFETQ1がオン状態とされ
るために−0.8Vのようなハイレベルとなり、プルダ
ウンMOSFETQ12のドレイン・ソース間電圧VD
Sは1.2Vとなる。しかし、プルダウンMOSFET
Q12の動作点は、そのゲート・ソース間電圧VGSが
0Vであることから図2のE点となり、そのドレイン電
流ID はほぼ遮断される。
When the input signal Sin is at a low level such as -1.3V, the emitter potential of the input transistor T1, that is, the gate potential VG of the pull-down MOSFET Q12 is at a low level such as -2.0V, as shown in FIG. It is considered to be a low level. Therefore, the gate-source voltage VGS becomes 0V since the power supply voltage VTT is -2.0V, and the pull-down MOSFETQ12
is in the off state. At this time, the circuit output signal Sou
t becomes a high level such as -0.8V because the P-channel MOSFET Q1 is turned on, and the drain-source voltage VD of the pull-down MOSFET Q12
S becomes 1.2V. However, pull-down MOSFET
Since the gate-source voltage VGS is 0V, the operating point of Q12 is point E in FIG. 2, and its drain current ID is almost cut off.

【0006】一方、入力信号Sinが−0.8Vのよう
なハイレベルとされると、入力トランジスタT1のエミ
ッタ電位つまりプルダウンMOSFETQ12のゲート
電位VG は、図5に示されるように、−1.6Vのよ
うなハイレベルとされる。このため、そのゲート・ソー
ス間電圧VGSが約0.4Vとなり、プルダウンMOS
FETQ12はオン状態とされる。このとき、回路の出
力信号Soutは、PチャンネルMOSFETQ1がオ
フ状態とされるためにやや遅れて−1.3Vのようなロ
ウレベルとなり、プルダウンMOSFETQ12のドレ
イン・ソース間電圧VDSが0.7Vとなる。しかるに
、プルダウンMOSFETQ12の動作点は、回路の出
力信号Soutがロウレベルとされるまでの間、図2の
C点となり、回路の出力信号Soutが安定したロウレ
ベルとされた時点で図2のD点に移行する。プルダウン
MOSFETQ12の動作点がC点にあるとき、そのド
レイン電流ID は比較的大きな電流値ID2となり、
これによって回路の出力端子Soutに結合される負荷
容量が急速にディスチャージされる。そして、出力信号
Soutが安定したロウレベルとされプルダウンMOS
FETQ12の動作点がD点に移行すると、プルダウン
MOSFETQ12はオフ状態とならず、比較的小さな
電流値ID3のドレイン電流ID を流す。これらの結
果、バイポーラNTL回路の低消費電力化を図りつつ、
その動作を高速化できるものである。
On the other hand, when the input signal Sin is set to a high level such as -0.8V, the emitter potential of the input transistor T1, that is, the gate potential VG of the pull-down MOSFET Q12, becomes -1.6V as shown in FIG. It is considered to be a high level such as. Therefore, the gate-source voltage VGS becomes approximately 0.4V, and the pull-down MOS
FETQ12 is turned on. At this time, the output signal Sout of the circuit becomes a low level such as -1.3V with a slight delay because the P-channel MOSFET Q1 is turned off, and the drain-source voltage VDS of the pull-down MOSFET Q12 becomes 0.7V. However, the operating point of the pull-down MOSFET Q12 is at point C in FIG. 2 until the output signal Sout of the circuit is set to a low level, and at point D in FIG. 2 when the output signal Sout of the circuit is set to a stable low level. Transition. When the operating point of pull-down MOSFET Q12 is at point C, its drain current ID becomes a relatively large current value ID2,
This causes the load capacitance coupled to the output terminal Sout of the circuit to be rapidly discharged. Then, the output signal Sout is set to a stable low level and the pull-down MOS
When the operating point of FETQ12 shifts to point D, pull-down MOSFETQ12 does not turn off, but instead flows a drain current ID with a relatively small current value ID3. As a result, while reducing the power consumption of bipolar NTL circuits,
This makes it possible to speed up the operation.

【0007】ところが、図4のバイポーラNTL回路に
は次のような問題点が残されていることが、本願発明者
等に明らかとなった。すなわち、このバイポーラNTL
回路では、入力信号Sinがハイレベルとなりプルダウ
ンMOSFETQ12の動作点がC点にあるとき、比較
的大きな電流値ID2のドレイン電流が流されることで
出力端子Soutに結合される負荷容量がほぼディスチ
ャージされるにもかかわらず、入力信号Sinがハイレ
ベルとされる間、プルダウンMOSFETQ12はオン
状態とされ、比較的小さな電流値ID3のドレイン電流
を流し続ける。その結果、多数のバイポーラNTL回路
を搭載するゲートアレイ集積回路等の定常電流が増大し
、その低消費電力化が制限されるものである。
However, it has become clear to the inventors of the present invention that the bipolar NTL circuit shown in FIG. 4 still has the following problems. That is, this bipolar NTL
In the circuit, when the input signal Sin is at a high level and the operating point of the pull-down MOSFET Q12 is at point C, a drain current with a relatively large current value ID2 is caused to flow, so that the load capacitance coupled to the output terminal Sout is almost discharged. Nevertheless, while the input signal Sin is at a high level, the pull-down MOSFET Q12 is turned on and continues to flow a drain current with a relatively small current value ID3. As a result, the steady state current of a gate array integrated circuit or the like equipped with a large number of bipolar NTL circuits increases, which limits the reduction in power consumption thereof.

【0008】この発明の目的は、プルダウンMOSFE
Tを含むバイポーラNTL回路等のロウレベル出力時に
おける動作電流を削減することにある。この発明の他の
目的は、多数のバイポーラNTL回路を搭載するゲート
アレイ集積回路等の定常電流を削減しその低消費電力化
を推進することにある。
[0008] The purpose of the present invention is to provide a pull-down MOSFE
The object of the present invention is to reduce the operating current of a bipolar NTL circuit including T at the time of low level output. Another object of the present invention is to reduce the steady-state current of a gate array integrated circuit or the like equipped with a large number of bipolar NTL circuits, thereby promoting lower power consumption.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次
の通りである。すなわち、ゲートアレイ集積回路等に搭
載されかつ回路の出力端子に結合される負荷容量を急速
にディスチャージするためのプルダウンMOSFETを
含むバイポーラNTL回路等において、回路の出力端子
とプルダウンMOSFETとの間に、回路の出力信号が
安定したロウレベルとされるときプルダウンMOSFE
Tのドレイン・ソース間電圧をほぼ0Vとするような所
定の順方向電圧を持つレベルシフト用のダイオードを設
ける。
[Means for Solving the Problems] A brief overview of typical inventions disclosed in this application is as follows. That is, in a bipolar NTL circuit or the like that is mounted on a gate array integrated circuit or the like and includes a pull-down MOSFET for rapidly discharging a load capacitance coupled to the output terminal of the circuit, there is a gap between the output terminal of the circuit and the pull-down MOSFET. Pull-down MOSFE when the output signal of the circuit is at a stable low level
A level shifting diode having a predetermined forward voltage such that the drain-source voltage of T is approximately 0V is provided.

【0010】0010

【作用】上記手段によれば、回路の出力信号が安定した
ロウレベルとされるとき、プルダウンMOSFETを完
全なオフ状態として、バイポーラNTL回路のロウレベ
ル出力時における動作電流を削減することができる。そ
の結果、多数のバイポーラNTL回路を搭載するゲート
アレイ集積回路等の定常電流を削減し、その低消費電力
化を推進することができる。
According to the above means, when the output signal of the circuit is set to a stable low level, the pull-down MOSFET is completely turned off, thereby reducing the operating current when the bipolar NTL circuit outputs a low level. As a result, it is possible to reduce the steady current of a gate array integrated circuit, etc., equipped with a large number of bipolar NTL circuits, and to promote lower power consumption.

【0011】[0011]

【実施例】図1には、この発明が適用されたバイポーラ
NTL回路の一実施例の回路図が示されている。また、
図2には、図1のバイポーラNTL回路に含まれるプル
ダウンMOSFETQ12の一実施例の動作特性図が示
され、図3には、図1のバイポーラNTL回路の一実施
例の信号波形図が示されている。これらの図をもとに、
この実施例のバイポーラNTL回路の構成と動作の概要
ならびにその特徴について説明する。なお、この実施例
のバイポーラNTL回路は、同様な多数のバイポーラN
TL回路とともに、ゲートアレイ集積回路に搭載される
。図1の各回路素子は、ゲートアレイ集積回路に搭載さ
れる他のバイポーラNTL回路の回路素子とともに単結
晶シリコンのような1個の半導体基板上に形成される。 また、同図において、そのチャンネル(バックゲート)
部に矢印が付されるMOSFET(金属酸化物半導体型
電界効果トランジスタ。この明細書ではMOSFETを
して絶縁ゲート型電界効果トランジスタの総称とする)
はPチャンネル型であって、矢印の付されないNチャン
ネルMOSFETと区別して示される。図示されるトラ
ンジスタ(この明細書では、バイポーラトランジスタを
単にトランジスタと略称する)は、すべてNPN型バイ
ポーラトランジスタである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a circuit diagram of an embodiment of a bipolar NTL circuit to which the present invention is applied. Also,
FIG. 2 shows an operating characteristic diagram of an embodiment of the pull-down MOSFET Q12 included in the bipolar NTL circuit of FIG. 1, and FIG. 3 shows a signal waveform diagram of an embodiment of the bipolar NTL circuit of FIG. ing. Based on these figures,
An overview of the configuration and operation of the bipolar NTL circuit of this embodiment as well as its characteristics will be described. Incidentally, the bipolar NTL circuit of this embodiment has a large number of similar bipolar NTL circuits.
It is mounted on the gate array integrated circuit together with the TL circuit. Each circuit element in FIG. 1 is formed on a single semiconductor substrate, such as single crystal silicon, along with other circuit elements of a bipolar NTL circuit mounted on a gate array integrated circuit. Also, in the same figure, the channel (back gate)
MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor; in this specification, MOSFET is a general term for insulated gate field effect transistor).
is a P-channel MOSFET, and is shown to be distinguished from an N-channel MOSFET that is not marked with an arrow. The illustrated transistors (in this specification, bipolar transistors are simply referred to as transistors) are all NPN type bipolar transistors.

【0012】図1において、この実施例のバイポーラN
TL回路は、そのベースに入力信号Sinを受ける入力
トランジスタT1を含む。この入力トランジスタT1の
コレクタと回路の接地電位(第1の電源電圧)との間に
は、特に制限されないが、そのゲートに入力信号Sin
を受けるPチャンネルMOSFETQ1とダイオードD
1が並列形態に設けられ、そのエミッタと電源電圧VE
Eiとの間には、エミッタ負荷となる抵抗R1とNチャ
ンネルMOSFETQ11が並列形態に設けられる。こ
れにより、MOSFETQ1は、ダイオードD1ととも
に、入力トランジスタT1のコレクタ負荷となる可変イ
ンピーダンス回路を構成する。また、MOSFETQ1
1は、抵抗R1とともに、入力トランジスタT1に対す
るアクティブなエミッタ負荷として作用し、入力トラン
ジスタT1及び上記可変インピーダンス回路とともに、
バイポーラNTL回路の位相分割回路を構成する。入力
トランジスタT1のコレクタ電位は、位相分割回路の反
転出力信号とされ、そのエミッタ電位は、位相分割回路
の非反転出力信号とされる。
In FIG. 1, the bipolar N
The TL circuit includes an input transistor T1 receiving an input signal Sin at its base. Although not particularly limited, there is a connection between the collector of the input transistor T1 and the ground potential (first power supply voltage) of the circuit, but the input signal Sin is connected to the gate of the input transistor T1.
P-channel MOSFET Q1 and diode D
1 are provided in parallel form, and their emitters and power supply voltage VE
A resistor R1 serving as an emitter load and an N-channel MOSFET Q11 are provided in parallel between Ei and Ei. As a result, MOSFET Q1, together with diode D1, constitutes a variable impedance circuit that serves as a collector load of input transistor T1. Also, MOSFETQ1
1 acts, together with resistor R1, as an active emitter load for input transistor T1, and together with input transistor T1 and the variable impedance circuit described above,
A phase division circuit of a bipolar NTL circuit is constructed. The collector potential of the input transistor T1 is an inverted output signal of the phase division circuit, and the emitter potential thereof is a non-inverted output signal of the phase division circuit.

【0013】ここで、回路の電源電圧VEEiは−2.
0Vのような負の電源電圧とされ、入力信号Sinは、
図3に示されるように、そのハイレベルを−0.8Vと
しロウレベルを−1.3Vとする比較的小振幅のディジ
タル信号とされる。また、ダイオードD1は、NPN型
トランジスタをもとに形成され、そのベース・エミッタ
電圧に相当する順方向電圧VDF1 を持つ。
Here, the power supply voltage VEEi of the circuit is -2.
A negative power supply voltage such as 0V is used, and the input signal Sin is
As shown in FIG. 3, it is a relatively small amplitude digital signal with a high level of -0.8V and a low level of -1.3V. Further, the diode D1 is formed based on an NPN type transistor, and has a forward voltage VDF1 corresponding to its base-emitter voltage.

【0014】バイポーラNTL回路は、さらに回路の接
地電位と出力端子Soutとの間に設けられる出力トラ
ンジスタT2を含む。この出力トランジスタのベースは
、入力トランジスタT1のコレクタすなわち位相分割回
路の反転出力ノードに結合され、そのエミッタすなわち
回路の出力端子Soutは、直列形態とされるレベルシ
フト用ダイオードD2(レベルシフト手段)及びNチャ
ンネル型のプルダウンMOSFETQ12を介して電源
電圧VTT(第2の電源電圧)に結合される。ダイオー
ドD2及びプルダウンMOSFETQ12には、抵抗R
2が並列形態に設けられる。プルダウンMOSFETQ
12のゲートは、上記入力トランジスタT1のエミッタ
すなわち位相分割回路の非反転出力ノードに結合される
。これにより、出力トランジスタT2とダイオードD1
及びプルダウンMOSFETQ12は、バイポーラNT
L回路の出力エミッタフォロア回路を構成する。また、
プルダウンMOSFETQ12は、実質的にそのゲート
及びドレインがダイオードD2を介してMOSFETQ
11のドレイン及びゲートと交差結合される結果となり
、このMOSFETQ11とともにラッチ形態とされる
The bipolar NTL circuit further includes an output transistor T2 provided between the circuit's ground potential and the output terminal Sout. The base of this output transistor is coupled to the collector of the input transistor T1, that is, the inverted output node of the phase division circuit, and its emitter, that is, the output terminal Sout of the circuit, is connected to the level shifting diode D2 (level shifting means) in series form and It is coupled to the power supply voltage VTT (second power supply voltage) via an N-channel type pull-down MOSFET Q12. Diode D2 and pull-down MOSFET Q12 include resistor R.
2 are provided in parallel configuration. Pull-down MOSFETQ
The gate of 12 is coupled to the emitter of the input transistor T1, ie the non-inverting output node of the phase divider circuit. This causes output transistor T2 and diode D1 to
and pull-down MOSFET Q12 is a bipolar NT
Configures the output emitter follower circuit of the L circuit. Also,
The pull-down MOSFETQ12 substantially has its gate and drain connected to the MOSFETQ through the diode D2.
As a result, it is cross-coupled with the drain and gate of MOSFET Q11, and together with this MOSFET Q11, a latch type is formed.

【0015】この実施例のバイポーラNTL回路におい
て、回路の電源電圧VTTは、上記電源電圧VEEiと
同様に、−2.0Vのような負の電源電圧とされる。ま
た、抵抗R2は、比較的大きな抵抗値を持つものとされ
、ダイオードD2は、回路の出力信号Soutがロウレ
ベルとされるときプルダウンMOSFETQ12のドレ
イン・ソース間電圧VDSを0Vとするような所定の順
方向電圧を持つものとされる。つまり、電源電圧VTT
及び出力信号Soutのロウレベルの絶対値をそれぞれ
VTT及びVOLとするとき、ダイオードD2の順方向
電圧VDF2 は、 VDF2 =VTT−VOL とされ、その値は、ほぼ0.7Vとされる。
In the bipolar NTL circuit of this embodiment, the power supply voltage VTT of the circuit is a negative power supply voltage such as -2.0V, similar to the power supply voltage VEEi described above. Further, the resistor R2 has a relatively large resistance value, and the diode D2 is connected in a predetermined order such that the drain-source voltage VDS of the pull-down MOSFET Q12 is set to 0V when the output signal Sout of the circuit is set to a low level. It is assumed to have a directional voltage. In other words, the power supply voltage VTT
When the absolute values of the low level of the output signal Sout and the output signal Sout are VTT and VOL, respectively, the forward voltage VDF2 of the diode D2 is VDF2 =VTT-VOL, and its value is approximately 0.7V.

【0016】入力信号Sinが−1.3Vのようなロウ
レベルとされるとき、バイポーラNTL回路では、入力
トランジスタT1がほぼオフ状態となり、MOSFET
Q1がオン状態となる。このため、入力トランジスタT
1のコレクタ電位すなわち位相分割回路の反転出力信号
は、MOSFETQ1のプルアップ作用によって急速に
回路の接地電位のようなハイレベルとされる。これによ
り、回路の出力信号Soutは、図3に示されるように
、上記位相分割回路の反転出力信号のハイレベルより出
力トランジスタT2のベース・エミッタ電圧分だけ低い
−0.8Vのようなハイレベルとされる。この出力信号
Soutのハイレベルは、図示されない後段回路に伝達
されるとともに、レベルシフト用のダイオードD2を介
してプルダウンMOSFETQ12のドレインに伝達さ
れる。前述のように、ダイオードD2の順方向電圧VD
F2 は、0.7Vとされる。したがって、プルダウン
MOSFETQ12のドレイン電圧は−1.5Vとなり
、そのドレイン及びソース間には0.5Vのドレイン・
ソース間電圧VDSが与えられる。
When the input signal Sin is at a low level such as -1.3V, in the bipolar NTL circuit, the input transistor T1 is almost turned off, and the MOSFET
Q1 is turned on. Therefore, the input transistor T
The collector potential of MOSFET Q1, that is, the inverted output signal of the phase dividing circuit, is rapidly brought to a high level similar to the ground potential of the circuit by the pull-up action of MOSFET Q1. As a result, the output signal Sout of the circuit is at a high level such as -0.8V, which is lower than the high level of the inverted output signal of the phase dividing circuit by the base-emitter voltage of the output transistor T2, as shown in FIG. It is said that The high level of this output signal Sout is transmitted to a subsequent stage circuit (not shown) and is also transmitted to the drain of the pull-down MOSFET Q12 via a level shift diode D2. As mentioned above, the forward voltage VD of diode D2
F2 is set to 0.7V. Therefore, the drain voltage of pull-down MOSFET Q12 is -1.5V, and there is a drain voltage of 0.5V between the drain and source.
A source-to-source voltage VDS is applied.

【0017】このとき、入力トランジスタT1のエミッ
タ電位すなわち位相分割回路の非反転出力信号つまりは
プルダウンMOSFETQ12のゲート電圧VG は、
図3に示されるように、上記入力信号Sinのロウレベ
ルより入力トランジスタT1のベース・エミッタ電圧分
だけ低い−2.0Vのようなロウレベルとなる。このた
め、プルダウンMOSFETQ12のゲート・ソース間
電圧VGSが0Vとなり、プルダウンMOSFETQ1
2は、回路の出力信号Soutが−0.8Vのようなハ
イレベルとされることでそのドレイン・ソース間電圧V
DSが0.5Vとされるにもかかわらず、図2のE点を
動作点としてオフ状態となる。また、MOSFETQ1
1は、回路の出力信号Soutがハイレベルとされるこ
とでオン状態となるが、その状態遷移速度は、プルダウ
ンMOSFETQ12とのラッチ作用によって高速化さ
れる。回路の出力端子Soutに結合される負荷容量は
、出力トランジスタT2を介して急速にチャージされる
At this time, the emitter potential of the input transistor T1, that is, the non-inverted output signal of the phase dividing circuit, that is, the gate voltage VG of the pull-down MOSFET Q12 is as follows.
As shown in FIG. 3, the low level becomes -2.0V, which is lower than the low level of the input signal Sin by the base-emitter voltage of the input transistor T1. Therefore, the gate-source voltage VGS of pull-down MOSFETQ12 becomes 0V, and pull-down MOSFETQ1
2, when the output signal Sout of the circuit is set to a high level such as -0.8V, the drain-source voltage V
Even though DS is set to 0.5V, it is in the off state with point E in FIG. 2 as the operating point. Also, MOSFETQ1
1 is turned on when the output signal Sout of the circuit is set to a high level, but its state transition speed is increased by the latch action with the pull-down MOSFET Q12. The load capacitance coupled to the output terminal Sout of the circuit is rapidly charged via the output transistor T2.

【0018】一方、入力信号Sinが−0.8Vのよう
なハイレベルに変化されると、バイポーラNTL回路で
は、まず入力トランジスタT1がオン状態となり、MO
SFETQ1がオフ状態となる。したがって、位相分割
回路の反転出力信号は、ダイオードD1のクランプ作用
によって−VDF1 のようなロウレベルとされ、回路
の出力信号Soutが、やや遅れて上記反転出力信号の
ロウレベルより出力トランジスタT2のベース・エミッ
タ電圧分だけ低い−1.3Vのようなロウレベルとされ
る。 出力信号Soutのロウレベルは、図示されない後段回
路に伝達されるとともに、レベルシフト用のダイオード
D2を介してプルダウンMOSFETQ12のドレイン
に伝達される。前述のように、ダイオードD2の順方向
電圧VDF2 は、0.7Vとされる。したがって、出
力信号Soutが安定したロウレベルに達した後におけ
るプルダウンMOSFETQ12のドレイン電圧は−2
.0Vとなり、そのドレイン・ソース間電圧VDSは0
Vとなる。
On the other hand, when the input signal Sin is changed to a high level such as -0.8V, in the bipolar NTL circuit, the input transistor T1 is first turned on, and the MO
SFETQ1 is turned off. Therefore, the inverted output signal of the phase dividing circuit is set to a low level such as -VDF1 by the clamping action of the diode D1, and the output signal Sout of the circuit is brought to the base-emitter level of the output transistor T2 with a slight delay from the low level of the inverted output signal. It is set to a low level such as -1.3V, which is lower by the voltage. The low level of the output signal Sout is transmitted to a subsequent stage circuit (not shown) and is also transmitted to the drain of the pull-down MOSFET Q12 via the level shift diode D2. As mentioned above, the forward voltage VDF2 of the diode D2 is set to 0.7V. Therefore, after the output signal Sout reaches a stable low level, the drain voltage of the pull-down MOSFET Q12 is -2
.. 0V, and its drain-source voltage VDS is 0.
It becomes V.

【0019】このとき、入力トランジスタT1のエミッ
タ電位つまりはプルダウンMOSFETQ12のゲート
電圧VG は、図3に示されるように、上記入力信号S
inのハイレベルより入力トランジスタT1のベース・
エミッタ電圧分だけ低い−1.6Vようなハイレベルと
なる。しかるに、プルダウンMOSFETQ12のゲー
ト・ソース電圧VGSが0.4Vとなり、プルダウンM
OSFETQ12は、まず出力信号Soutがロウレベ
ルとされるまでの間、図2の点Aを動作点として完全な
オン状態となる。このため、プルダウンMOSFETQ
12を介して比較的大きな電流値ID1のドレイン電流
ID が流され、回路の出力端子Soutに結合される
負荷容量が急速にディスチャージされる。出力信号So
utが安定したロウレベルに達すると、プルダウンMO
SFETQ12は、前述のように、そのドレイン・ソー
ス電圧VDSが0Vとされることから、図2の点Bを動
作点としてオフ状態となり、ドレイン電流ID を0と
する。これらの結果、プルダウンMOSFETQ12は
、図3に示されるように、実質的なインパルス動作を行
うものとなり、これによってバイポーラNTL回路の高
速動作を保持しつつそのロウレベル出力時における動作
電流を削減することができるものとなる。その結果、多
数のバイポーラNTL回路を搭載するゲートアレイ集積
回路の定常電流を削減し、その低消費電力化を推進する
ことができる。
At this time, the emitter potential of the input transistor T1, that is, the gate voltage VG of the pull-down MOSFET Q12 is as shown in FIG.
From the high level of in, the base of input transistor T1
It becomes a high level of -1.6V, which is lower by the emitter voltage. However, the gate-source voltage VGS of pull-down MOSFET Q12 becomes 0.4V, and the pull-down MOSFET Q12 becomes 0.4V.
First, the OSFET Q12 is completely turned on with point A in FIG. 2 as the operating point until the output signal Sout is set to a low level. For this reason, the pull-down MOSFETQ
A drain current ID of a relatively large current value ID1 is caused to flow through the drain terminal 12, and the load capacitance coupled to the output terminal Sout of the circuit is rapidly discharged. Output signal So
When ut reaches a stable low level, the pull-down MO
As mentioned above, since the drain-source voltage VDS is set to 0V, the SFET Q12 is turned off with the operating point at point B in FIG. 2, and the drain current ID is set to 0. As a result, the pull-down MOSFET Q12 performs a substantial impulse operation, as shown in FIG. 3, which makes it possible to maintain the high-speed operation of the bipolar NTL circuit and reduce the operating current during low-level output. Become what you can. As a result, the steady current of a gate array integrated circuit equipped with a large number of bipolar NTL circuits can be reduced, and its power consumption can be reduced.

【0020】以上の本実施例に示されるように、この発
明をゲートアレイ集積回路等に搭載されるバイポーラN
TL回路等の論理回路に適用することで、次のような作
用効果が得られる。すなわち、 (1)ゲートアレイ集積回路等に搭載されかつ回路の出
力端子に結合される負荷容量を急速にディスチャージす
るためのプルダウンMOSFETを含むバイポーラNT
L回路等において、回路の出力端子とプルダウンMOS
FETとの間に、回路の出力信号が安定したロウレベル
とされるときプルダウンMOSFETのドレイン・ソー
ス間電圧をほぼ0Vとするような所定の順方向電圧を持
つレベルシフト用のダイオードを設けることで、回路の
出力信号が安定したロウレベルとされるとき、プルダウ
ンMOSFETのドレイン・ソース間電圧を0Vとして
、プルダウンMOSFETを完全なオフ状態とすること
ができる。 (2)上記(1)項により、バイポーラNTL回路の高
速動作を保持しつつ、そのロウレベル出力時における動
作電流を削減することができる。 (3)上記(1)項及び(2)項により、多数のバイポ
ーラNTL回路を搭載するゲートアレイ集積回路等の定
常電流を削減し、その低消費電力化を推進することがで
きるという効果が得られる。
As shown in the above embodiment, the present invention can be applied to a bipolar N
By applying it to a logic circuit such as a TL circuit, the following effects can be obtained. That is, (1) a bipolar NT including a pull-down MOSFET for rapidly discharging a load capacitance mounted on a gate array integrated circuit or the like and coupled to an output terminal of the circuit;
In L circuits, etc., the circuit output terminal and pull-down MOS
By providing a level shift diode with a predetermined forward voltage between the FET and the MOSFET so that the voltage between the drain and source of the pull-down MOSFET is approximately 0V when the output signal of the circuit is at a stable low level, When the output signal of the circuit is at a stable low level, the voltage between the drain and source of the pull-down MOSFET is set to 0V, and the pull-down MOSFET can be completely turned off. (2) According to the above item (1), the operating current when the bipolar NTL circuit outputs a low level can be reduced while maintaining the high-speed operation of the bipolar NTL circuit. (3) Items (1) and (2) above have the effect of reducing the steady current of gate array integrated circuits, etc. equipped with a large number of bipolar NTL circuits, and promoting lower power consumption. It will be done.

【0021】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、この発明は、上記実
施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例え
ば、図1において、バイポーラNTL回路の位相分割回
路の構成は、例えば抵抗R1を省略する等、種々の実施
例が考えられよう。また、ダイオードD2は、そのレベ
ルシフト量に応じて複数個設けることができるし、他の
レベルシフト手段を用いることもできる。さらに、バイ
ポーラNTL回路の具体的な構成や各信号のレベルなら
びに電源電圧の極性及び絶対値等、種々の実施形態を採
りうる。
[0021] Above, the invention made by the present inventor has been specifically explained based on examples, but this invention is not limited to the above-mentioned examples, and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. It goes without saying that there is. For example, in FIG. 1, various embodiments may be considered for the configuration of the phase division circuit of the bipolar NTL circuit, such as omitting the resistor R1. Further, a plurality of diodes D2 can be provided depending on the amount of level shift, and other level shift means can also be used. Furthermore, various embodiments may be adopted, such as the specific configuration of the bipolar NTL circuit, the level of each signal, and the polarity and absolute value of the power supply voltage.

【0022】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野であるゲー
トアレイ集積回路に搭載されるバイポーラNTL回路に
適用した場合について説明したが、それに限定されるも
のではなく、例えば、各種の高速論理集積回路装置等に
搭載されるバイポーラNTL回路や同様なプルダウンM
OSFETを含む各種の論理ゲート回路にも適用できる
。この発明は、少なくともプルダウンMOSFETを含
む論理回路ならびにこのような論理回路を搭載するディ
ジタル集積回路装置に広く適用できる。
[0022] In the above explanation, the invention made by the present inventor was mainly applied to a bipolar NTL circuit mounted on a gate array integrated circuit, which is the background field of application, but the invention is limited thereto. For example, bipolar NTL circuits installed in various high-speed logic integrated circuit devices and similar pull-down M
It can also be applied to various logic gate circuits including OSFETs. The present invention is widely applicable to logic circuits including at least pull-down MOSFETs and digital integrated circuit devices equipped with such logic circuits.

【0023】[0023]

【発明の効果】ゲートアレイ集積回路等に搭載されかつ
回路の出力端子に結合される負荷容量を急速にディスチ
ャージするためのプルダウンMOSFETを含むバイポ
ーラNTL回路等において、回路の出力端子とプルダウ
ンMOSFETとの間に、回路の出力信号が安定したロ
ウレベルとされるときプルダウンMOSFETのドレイ
ン・ソース間電圧をほぼ0Vとするような所定の順方向
電圧を持つレベルシフト用ダイオードを設けることで、
回路の出力信号が安定したロウレベルとされるとき、プ
ルダウンMOSFETを完全なオフ状態として、バイポ
ーラNTL回路のロウレベル出力時における動作電流を
削減することができる。その結果、多数のバイポーラN
TL回路を搭載するゲートアレイ集積回路等の定常電流
を削減し、その低消費電力化を推進することができる。
Effects of the Invention In a bipolar NTL circuit, etc., which is mounted on a gate array integrated circuit and includes a pull-down MOSFET for rapidly discharging the load capacitance coupled to the output terminal of the circuit, the connection between the output terminal of the circuit and the pull-down MOSFET is improved. In between, by providing a level shift diode with a predetermined forward voltage that makes the voltage between the drain and source of the pull-down MOSFET approximately 0V when the output signal of the circuit is at a stable low level,
When the output signal of the circuit is at a stable low level, the pull-down MOSFET is completely turned off, and the operating current of the bipolar NTL circuit when the bipolar NTL circuit outputs a low level can be reduced. As a result, a large number of bipolar N
It is possible to reduce the steady current of a gate array integrated circuit, etc. equipped with a TL circuit, and promote lower power consumption.

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

【図1】この発明が適用されたバイポーラNTL回路の
一実施例を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a bipolar NTL circuit to which the present invention is applied.

【図2】図1のバイポーラNTL回路に含まれるプルダ
ウンMOSFETの一実施例を示す動作特性図である。
FIG. 2 is an operational characteristic diagram showing an example of a pull-down MOSFET included in the bipolar NTL circuit of FIG. 1;

【図3】図1のバイポーラNTL回路の一実施例を示す
信号波形図である。
FIG. 3 is a signal waveform diagram showing one embodiment of the bipolar NTL circuit of FIG. 1;

【図4】この発明に先立って本願発明者等が開発したバ
イポーラNTL回路の一例を示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a bipolar NTL circuit developed by the inventors of the present invention prior to the present invention.

【図5】図4のバイポーラNTL回路の一例を示す信号
波形図である。
FIG. 5 is a signal waveform diagram showing an example of the bipolar NTL circuit of FIG. 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

T1〜T2・・・NTN型バイポーラトランジスタ、Q
1・・・PチャンネルMOSFET、Q11〜Q12・
・・NチャンネルMOSFET、D1〜D2・・・ダイ
オード、R1〜R2・・・抵抗。
T1-T2...NTN type bipolar transistor, Q
1...P channel MOSFET, Q11~Q12・
...N-channel MOSFET, D1-D2...diode, R1-R2...resistance.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  そのベースに入力信号を受ける入力ト
ランジスタと、第1の電源電圧と回路の出力端子との間
に設けられそのベースに上記入力トランジスタのコレク
タ電位を受ける出力トランジスタと、回路の出力端子と
第2の電源電圧との間に直列形態に設けられるレベルシ
フト手段ならびにプルダウンMOSFETとを含むこと
を特徴とする論理回路。
1. An input transistor that receives an input signal at its base, an output transistor that is provided between a first power supply voltage and an output terminal of the circuit and that receives a collector potential of the input transistor at its base, and an output of the circuit. A logic circuit comprising level shift means and a pull-down MOSFET provided in series between a terminal and a second power supply voltage.
【請求項2】  上記プルダウンMOSFETは、その
ゲートに上記入力トランジスタのエミッタ電位を受ける
NチャンネルMOSFETであり、上記レベルシフト手
段は、上記入力信号が安定したロウレベルとされるとき
上記プルダウンMOSFETのドレイン・ソース間電圧
をほぼ0Vとするような所定の順方向電圧を持つダイオ
ードであることを特徴とする請求項1の論理回路。
2. The pull-down MOSFET is an N-channel MOSFET that receives the emitter potential of the input transistor at its gate, and the level shift means shifts the drain level of the pull-down MOSFET when the input signal is at a stable low level. 2. The logic circuit according to claim 1, wherein the logic circuit is a diode having a predetermined forward voltage such that the source-to-source voltage is approximately 0V.
【請求項3】  上記論理回路は、ゲートアレイ集積回
路に搭載されるバイポーラNTL回路であることを特徴
とする請求項1又は請求項2の論理回路。
3. The logic circuit according to claim 1, wherein the logic circuit is a bipolar NTL circuit mounted on a gate array integrated circuit.
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