JPH05129922A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPH05129922A
JPH05129922A JP3290183A JP29018391A JPH05129922A JP H05129922 A JPH05129922 A JP H05129922A JP 3290183 A JP3290183 A JP 3290183A JP 29018391 A JP29018391 A JP 29018391A JP H05129922 A JPH05129922 A JP H05129922A
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channel transistor
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power supply
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Yukinobu Adachi
幸信 安達
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • HELECTRICITY
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    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
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    • H03K19/00369Modifications for compensating variations of temperature, supply voltage or other physical parameters
    • H03K19/00384Modifications for compensating variations of temperature, supply voltage or other physical parameters in field effect transistor circuits
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 入力信号の“H”レベルを判定し得る最小電
圧値および入力信号の“L”レベルを判定し得る最大電
圧値が電源電圧に依存して変動するのを抑制し、動作マ
ージンを拡大することを目的とする。 【構成】 CMOSインバータを構成するPチャネルト
ランジスタ1aおよびNチャネルトランジスタ1bと、
Nチャネルトランジスタ1bに並列に接続されるNチャ
ネルトランジスタ2bと、電源電圧を降下させた電圧を
Nチャネルトランジスタ2bのゲート電極に与える複数
のNチャネルトランジスタ3bとを備え、複数のNチャ
ネルトランジスタ3bは直列接続された半導体集積回路
装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、CMOSインバータ
を用いた半導体集積回路装置に関し、特に入力初段のイ
ンバータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路装置は、各種の論理回路
を備え、論理回路によって動作電圧が異なりかつ論理振
幅値も異なる。そのため、初段のインバータには動作マ
ージンの広いものが要求される。
【0003】図4は、動作マージンを考慮していない従
来のCMOSインバータを備えた半導体集積回路装置を
示す回路図である。
【0004】図4を参照して、この半導体集積回路装置
は、Pチャネルトランジスタ1aおよび4aと、Nチャ
ネルトランジスタ1bおよび4bを含む。Pチャネルト
ランジスタ1aとNチャネルトランジスタ1bならびに
pチャネルトランジスタ4aとNチャネルトランジスタ
4bはコンプリメンタリ接続され、CMOSインバータ
を構成している。すなわち、互いのゲート電極が入力信
号を受けるように共通に入力ノードN1に接続され、互
いのドレイン電極が出力ノードN2に共通接続される。
Pチャネルトランジスタ1aのソース電極は電源電圧V
ccに接続され、Nチャネルトランジスタ1bのソース
電極は接地電位に接続される。Pチャネルトランジスタ
4aとNチャネルトランジスタ4bとはpチャネルトラ
ンジスタ1aおよびNチャネルトランジスタ1bと同様
にコンプリメンタリ接続される。Pチャネルトランジス
タ4aとNチャネルトランジスタ4bとは互いのゲート
電極が入力ノードN3に共通に接続されかつ互いのドレ
イン電極が出力ノードN4に共通接続される。出力ノー
ドN4は後段の負荷に接続される。
【0005】動作において、入力信号が“H”レベルの
場合には、Pチャネルトランジスタ1aがオフし、Nチ
ャネルトランジスタ1bがオンし、出力ノードN2から
は“L”レベルが出力される。それに応答して、次段の
Pチャネルトランジスタ4aはオンし、Nチャネルトラ
ンジスタ4bはオフするそれにより、出力ノードN4か
らは“H”レベルが出力される。逆に入力信号が“L”
レベルの場合は、Pチャネルトランジスタ1aがオン
し、Nチャネルトランジスタ1bがオフし、出力ノード
N2からは“H”レベルが出力される。それに応答して
次段のPチャネルトランジスタ4aはオフし、Nチャネ
ルトランジスタ4bはオンする。それにより、出力ノー
ドN4からは“L”レベルが出力される。
【0006】以上のスイッチング動作において、入力信
号が“H”レベルであると判定できる最小の電圧値(以
後VI H minという)は、初段のCMOSインバータ
を構成するPチャネルトランジスタ1aとNチャネルト
ランジスタ1bとのサイズの比で決定される。したがっ
て、一般に電源電圧に依存し、電源電圧が高いほどマー
ジンが小さくなり、VI H minが高くなる。
【0007】また、入力信号を“L”レベルであると判
定できる最大の電圧値(以後VI L maxという)も同
様に電源電圧Vccに依存し、電源電圧が低いほどマー
ジンが小さくなり、VI L maxは小さくなる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体集積回路
装置は、以上のように電源電圧の変動によって、VI H
min,VI L maxのマージンが小さくなるという問
題があった。
【0009】また、VI H minのマージンを出そうと
して、CMOSインバータを構成するPチャネルトラン
ジスタ1aとNチャネルトランジスタ1bとのサイズの
比を変えると、VI L maxのマージンが小さくなる。
逆にVI L maxのマージンを出そうとすれば、VIH
minのマージンが小さくなる。
【0010】以上のように、CMOSインバータを構成
するPチャネルトランジスタとNチャネルトランジスタ
とのサイズの比を単に変えるだけでは、動作マージンの
改良を十分に行なうことができない。
【0011】それゆえに、この発明は前記問題を解決す
るためになされたもので、電源電圧が変動してもVI H
minおよびVI L maxの値が変動するのを抑制し、
それらの動作マージンを十分に持った半導体集積回路装
置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
のこの発明にかかる半導体集積回路装置は、互いに異な
る導電形式にされた第1および第2の電界効果素子を有
するCMOSインバータを備えた半導体集積回路装置で
あって、前記第1の電界効果トランジスタと同一零点形
式にされ、かつ前記第1の電界効果トランジスタに並列
に接続された第3の電界効果素子と、電源電圧をある電
位降下させた電圧を発生し、この発生した電圧により前
記第3の電界効果素子の電流供給能力を制御する制御手
段とを含むことを特徴とする。
【0013】
【作用】以上のこの発明では、電源電圧が高くなると、
制御手段により発生される電圧も高くなり、第3の電界
効果素子の電流供給能力が増大する。それにより、第2
の電界効果素子よりも並列接続された第1および第2の
電界効果素子の方が電流が流れやすくなる。その結果V
I H minの電圧依存性が抑制されマージンが出る。
【0014】逆に、電源電圧が低くなると、制御手段に
より発生される電圧が低くなり、第3の電界効果素子の
電流供給能力が低下する。それにより、電源電圧が高く
なった場合と比較して、第2の電界効果素子の方が並列
接続された第1および第3の電界効果素子よりも電流が
流れやすくなる。その結果VI L max,VI H min
の電圧依存性が抑制され、かつVIL maxが高くな
り、VI H minが低くなりマージンが出る。
【0015】
【実施例】図1はこの発明の一実施例を示す回路図であ
る。図1を参照して、この半導体集積回路装置が図4に
示す半導体集積回路装置と異なるところは、Nチャネル
トランジスタ1bと並列にNチャネルトランジスタ2b
が設けられ、Nチャネルトランジスタ2bのゲート電極
と電源電圧Vccとの間に直列に接続された複数のNチ
ャネルトランジスタ3bが設けられていることである。
その他の素子については図4に示した素子と同様であ
り、その説明は適宜省略する。
【0016】複数のNチャネルトランジスタ3bの各々
は、そのゲート電極とドレイン電極とが接続されてダイ
オードを構成している。初段のNチャネルトランジスタ
3bはそのドレイン電極が電源電圧Vccに接続され、
そのソース電極が次段のNチャネルトランジスタ3bの
ドレイン電極に接続される。また、最終段のNチャネル
トランジスタ3bは、そのソース電極がNチャネルトラ
ンジスタ2bのゲート電極に接続される。このようにし
て、複数のNチャネルトランジスタ3bによリ複数のダ
イオードの縦続接続を構成することにより、電源電圧V
ccを所望の電位まで降下させた電圧Vcc−X・Vt
hを得ている。ここでXはNチャネルトランジスタ3b
の個数であり、VthはNチャネルトランジスタ3bの
しきい値電圧である。
【0017】次に、図1に示した半導体集積回路装置の
動作を説明する。ダイオード接続された複数のNチャネ
ルトランジスタ3bにより、電源電圧Vccからしきい
値電圧X・Vthを引いた電圧が発生される。発生され
た電圧はNチャネルトランジスタ2bのゲート電極に与
えられる。この電圧は電源電圧Vccが高くなれば高く
なり、逆に電源電圧Vccが低くなれば低くなる。Nチ
ャネルトランジスタ2bのゲート電極に高くなった電圧
が与えられた場合には、Nチャネルトランジスタ2bの
電流供給能力が増大する。このため、従来のNチャネル
トランジスタ1aの単独使用に比較して、CMOSイン
バータのNチャネル側に流れる電流量は多くなる。この
結果、VI H minの値は小さくなり、マージンが出
る。逆にNチャネルトランジスタ2bのゲート電極に低
くなった電圧が与えられた場合には、Nチャネルトラン
ジスタ2bの電流供給能力は小さくなる。そのため、P
チャネルトランジスタ1aの方がNチャネルトランジス
タ2bよりも電流供給能力が大きくなる。この結果、V
I L maxの値は高くなりマージンが出る。
【0018】図2は、図1および図4の半導体集積回路
装置VI L maxの電源電圧依存性を示すグラフであ
り、図3は図1および図4の半導体集積回路装置のV
I H minの電源電圧依存性を示すグラフである。図2
および図3において実線は従来技術(図4)のVI L
ax,VI H minであり、破線は本発明のVI L ma
x,VI H minを示す。また、横軸に電源電圧Vcc
をとり、縦軸にVI L max,VI H minをとってい
る。図2および図3から明らかなように、この発明の方
は傾きが小さく、VI L maxおよびVI H minの電
源電圧依存性が小さくなっていることがわかる。
【0019】なお、図1の実施例と複数のNチャネルト
ランジスタにより電源電圧を降下させているが、複数の
Nチャネルトランジスタに変えて抵抗を用いることも可
能である。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
CMOSインバータを構成する電界効果素子の一方に並
列に電界効果素子を接続し、かつこの並列接続した電界
効果素子を、電源電圧を所望の電圧だけ降下させた電圧
によって制御するという簡単な構成により、VI H mi
nとVI L maxの電圧依存性を抑制することができ、
かつ動作マージンを拡大することができるという効果が
得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例をを示す回路図である。
【図2】図1および図4の半導体集積回路装置のVI L
maxの電源電圧依存性を示すグラフである。
【図3】図1および図4の半導体集積回路装置のVI H
minの電源電圧依存性を示すグラフである。
【図4】従来の半導体集積回路装置の回路図である。
【符号の説明】
1a,4a Pチャネルトランジスタ 1b,2b,3b,4b Nチャネルトランジスタ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに異なる導電形式にされた第1およ
    び第2の電界効果素子を有するCMOSインバータを備
    えた半導体集積回路装置であって、 前記第1の電界効果トランジスタと同一導電形式にさ
    れ、かつ前記第1の電界効果トランジスタに並列に接続
    された第3の電界効果素子と、 電源電圧をある電位降下させた電圧を発生し、この発生
    した電圧により前記第3の電界効果素子の電流供給能力
    を制御する制御手段とを含むことを特徴とする半導体集
    積回路装置。
JP3290183A 1991-11-06 1991-11-06 反転回路 Expired - Lifetime JP2769653B2 (ja)

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