JPH0527284B2 - - Google Patents

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JPH0527284B2
JPH0527284B2 JP63195996A JP19599688A JPH0527284B2 JP H0527284 B2 JPH0527284 B2 JP H0527284B2 JP 63195996 A JP63195996 A JP 63195996A JP 19599688 A JP19599688 A JP 19599688A JP H0527284 B2 JPH0527284 B2 JP H0527284B2
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JP
Japan
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base
npn
transistor
terminal
turned
Prior art date
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JP63195996A
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Japanese (ja)
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JPH01125023A (en
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Ikuro Masuda
Kazuo Kato
Takao Sasayama
Yoji Nishio
Shigeo Kuboki
Masahiro Iwamura
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication of JPH0527284B2 publication Critical patent/JPH0527284B2/ja
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Description

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

〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体集積回路装置に係り、特に、
CMOSトランジスタ及びバイポーラトランジス
タからなる高速で低消費電力の半導体集積回路装
置に関する。 〔従来の技術〕 従来のCMOSトランジスタのみを使用した論
理回路を第1図に示す。ここでは2入力NAND
について示す。 この2入力NAND回路は2つの並列接続され
たPMOSトランジスタ200,201と2つの
直列接続されたNMOSトランジスタ202,2
03とから構成される。入力204と205が共
に“1”レベルであるとNMOSトランジスタ2
02,203がオン状態になり、PMOSトラン
ジスタ200,201はオフ状態になる。したが
つて出力206は“0”レベルとなる。入力20
4あるいは205のどちらか一方が“0”レベル
であるとPMOSトランジスタ201あるいは2
00のどちらか一方がオン状態になり、NMOS
トランジスタ202あるいは203のどちらか一
方がオフ状態になる。したがつて出力206は
“1”レベルとなる。この動作で判るように入力
レベルが“1”か“0”レベルに決まると電源2
07から接地までに導電パスを作ることはない。
故にCMOS回路は低消費電力という特長を有し
ている。しかしMOSトランジスタの伝達コンダ
クタンスがバイポーラトランジスタに比して小さ
いため、負荷容量が大きいとその充放電に時間が
かかり、スピードが遅くなる欠点があつた。 第2図は従来のバイポーラトランジスタのみに
よる2入力NAND回路を示す。 この2入力NAND回路はマルチエミツタの
NPNトランジスタ(以後NPNと略す)300、
NPN301,302,303、ダイオード30
4、それに抵抗305,306,307,308
から構成される。入力309,310が共に
“1”レベルの時、NPN300のベース、エミツ
タ接合は逆バイアスされるので、抵抗305に流
れるベース電流はNPN301のベース電流とな
る。したがつてNPN301はオンとなり、抵抗
307の非接地側端子電位が上昇しNPN303
はオンとなるので出力311は“0”レベルとな
る。なお、この時、抵抗306の電源312と反
対側の端子電位が低下するのでNPN302はオ
フとなる。一方、入力309,310のうちどち
らかが“0”レベルの時はNPN300のベース、
エミツタ接合は順バイアスされ、抵抗305を流
れるベース電流は大部分入力309または310
に流れ込むのでNPN300は飽和状態となる。
したがつてNPN301のベースへは入力309
または310の“0”レベルがほぼそのまま伝達
され、NPN301はオフとなるので、NPN30
3がオフとなる。一方抵抗306の電源312と
反対側の端子の電位が上昇するのでNPN302
がオンになり、NPN302のエミツタ電流が負
荷を充電し、出力311は“1”レベルとなる。 この様なバイポーラトランジスタ回路は、大き
な電流を低インピーダンス回路に流し込んだり、
流し出したりするので消費電力が大きい欠点があ
る。集積度に関してもバイポーラトランジスタ回
路はCMOS回路に比べてかなり劣る。一方、ス
ピードは高い伝達コンダクタンス特性のため速い
という特徴を有している。 〔発明が解決しようとする課題〕 以上述べてきたCMOS回路、バイポーラ回路
の欠点を補うために、第3図に示すようなインバ
ータ回路が知られている。このインバータは
PMOS50、NMOS51、NPN53、PNPトラ
ンジスタ(以下PNPと略す)54から成る。入
力55が“0”レベルの時、PMOS50はオン
となりNMOS51はオフとなる。したがつて
NPN53とPNP54のベース電位が上昇し、
NPN53はオンとなりPNP54はオフとなり、
出力56は“1”レベルとなる。入力55が
“1”レベルの時、PMOS50はオフとなり
NMOS51はオンとなる。したがつてNPN53
とPNP54のベース電位が低下し、NPN53は
オフとなりPNP54はオンとなり、出力56は
“0”レベルとなる。 しかし、バイポーラトランジスタの1つに
PNP54を用いているため、出力信号56の立
下りが遅くなるという欠点があつた。これは、
PNPはNPNよりも、電流増幅率等の性能が落ち
るためである。 また、IEEE Trans Electron,Devices vol.
ED−16、No.11、Nov.1969,p945〜951のFig.8に
は、第14図に示す様なインバータ回路が記載さ
れている。 このインバータ回路はPMOSトランジスタ4
01、MNOSトランジスタ402、第1のNPN
トランジスタ501、第2のNPNトランジスタ
502から構成される。 このインバータ回路では第1及び第2のNPN
501,502がオフになるとき、ベースに蓄積
した寄生電荷を強制的に抜取る手段がないため該
NPN501,502がオフに切換わる時間が長
くなる。そのため第1,第2のNPN501,5
02がともにオンとなる状態が長く続き、消費電
力が増加するだけでなくスイツチング時間も遅く
なる。 さらに、上記文献のFig.10には、第15図示す
様なインバータ回路が記載されている。第15図
のインバータ回路は、第14図のインバータ回路
に、NMOSトランジスタ403及びPMOSトラ
ンジスタ404を設けた構成となつている。
NMOS403は第1のNPN501がオンからオ
フになるとき、ベースに蓄積した寄生電荷を強制
的に抜取る手段であり、PMOS404は第2の
NPN502がオンからオフになるとき、ベース
に蓄積した寄生電荷を強制的に抜取る手段であ
り、これらによつて第14図のインバータ回路よ
りは、若干、高速性が得られるが、NMOS40
3とPMOS404のゲートが共に入力INに接続
されるので入力容量が大きくなり、回路の高速性
が得られないという問題がある。また、PMOS
トランジスタ404は、入力レベルが“0”でオ
ン状態になるが、このときのPMOS404のゲ
ート・ソース間の電位は、第2のNPN502の
1VBE(例えば、Siの場合は約0.7V)のみであるの
で、PMOS404のドレイン電流IDは殆んど流れ
ず、第2のNPN502のベースに蓄積した寄生
電荷は、放電されず、回路の高速性が得られない
という問題点も有する。 また、米国特許第4301383号には、第16図に
示す様なバツフア回路が記載されている。
PMOS601,603,605、NMOS602,
604、NPN701,702で構成される回路
であるが、PMOS601、NMOS602で構成
される第1のインバータ回路の後段に、PMOS
603,NMOS604で構成される第2のイン
バータ回路があり、NPN702は2段のインバ
ータ回路を介して駆動されることになり、遅延が
生じて、回路全体としての高速性が得られないと
いう問題点を有する。 本発明の目的は、以上述べたきたCMOS回路、
バイポーラトランジスタ回路の欠点を補い、電界
効果トランジスタ及びバイポーラトランジスタか
らなる高速で低消費電力の半導体集積回路装置を
提供するにある。 〔課題を解決するための手段〕 本発明は、CMOS回路の低消費電力特性及び
バイポーラ回路の高スピド特性に着目し、両ゲー
トを組合わせた複合回路により高速で低消費電力
の回路を得ようとするものである。 そのため、TTLゲートに行われているような
2個のNPNトランジスタを電源端子と接地端子
間に直列接続したいわゆるトーテムポール型出力
段とCMOS回路からなる論理回路、バイポーラ
トランジスタを駆動する回路から成り、該駆動回
路の相補出力を該出力段のバイポーラトランジス
タのベースに供給することにより、高入力インピ
ダンス、低出力インピーダンス回路を実現する。
この場合、MOSトランジスタとNPNトランジス
タはダーリントン接続され、大きな伝達コンダク
タンスを得ることができる。 本発明の特徴とするところは、 コレクタとベースとエミツタを有し、コレク
タ・エミツタ電流路が第1の電源端子と出力端子
とに接続される第1のバイポーラトランジスタ
と、 コレクタとベースとエミツタとを有し、コレク
タ・エミツタ電流路が上記出力端子と第2の電源
端子とに接続される第2のバイポーラトランジス
タと、 少なくとも一つの入力端子に印加される入力信
号に応答して、上記第1の電源端子から上記第1
のバイポーラトランジスタのベースへの電流路を
形成する少なくとも一つの一方導電型電界効果ト
ランジスタと、 上記入力端子に印加される上記入力信号に応答
して、上記第一の電源端子から上記第2のバイポ
ーラトランジスタのベースへの電流路を形成する
少なくとも一つの他方導電型電界効果トランジス
タと、 を具備することにある。 〔実施例〕 以下、本発明を実施例によつて詳細に説明す
る。 第4図は、トーテムポール出力形インバータ回
路を示す。 第4図に於いて、14は、コレクタが電源端子
1に、エミツタが出力端子17に接続される第1
のNPNバイポーラトランジスタ(以下単に第1
のNPNと称す)、15は、コレクタが出力端子1
7に、エミツタが接地電位GNDである固定電位
端子に接続される第2のNPNのバイポーラトラ
ンジスタ(以下単に第2のNPNと称す)。10
は、ゲートが入力端子16に、ソース及びドレイ
ンがそれぞれ第1のNPNのコレクタとベースと
に接続されるP型絶縁ゲート電界効果トランジス
タ(以下単にPMOSと称す)。11は、ゲートが
入力端子16に、ドレイン及びソースが第2の
NPNのコレクタとベースとに接続されるN型絶
縁ゲート電界効果トランジスタ(以下単に
NMOSと称す)、12及び13は、第1,第2の
NPNのベースとエミツタとの間に設けられる抵
抗である。 表1は第4図の論理動作を示すものである。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and in particular,
The present invention relates to a high speed, low power consumption semiconductor integrated circuit device comprising CMOS transistors and bipolar transistors. [Prior Art] FIG. 1 shows a conventional logic circuit using only CMOS transistors. Here, 2 input NAND
Show about. This two-input NAND circuit consists of two PMOS transistors 200, 201 connected in parallel and two NMOS transistors 202, 2 connected in series.
03. When inputs 204 and 205 are both at “1” level, NMOS transistor 2
02 and 203 are turned on, and the PMOS transistors 200 and 201 are turned off. Therefore, the output 206 is at the "0" level. input 20
When either 4 or 205 is at the “0” level, the PMOS transistor 201 or 2
Either one of 00 is turned on and NMOS
Either transistor 202 or 203 is turned off. Therefore, the output 206 is at the "1" level. As you can see from this operation, when the input level is determined to be “1” or “0” level, the power supply 2
No conductive path is created from 07 to ground.
Therefore, CMOS circuits have the advantage of low power consumption. However, the transfer conductance of MOS transistors is smaller than that of bipolar transistors, so if the load capacitance is large, charging and discharging takes time, resulting in a slow speed. FIG. 2 shows a conventional two-input NAND circuit using only bipolar transistors. This 2-input NAND circuit is a multi-emitter
NPN transistor (hereinafter abbreviated as NPN) 300,
NPN301, 302, 303, diode 30
4, and resistors 305, 306, 307, 308
It consists of When the inputs 309 and 310 are both at the "1" level, the base and emitter junctions of the NPN 300 are reverse biased, so the base current flowing through the resistor 305 becomes the base current of the NPN 301. Therefore, NPN301 is turned on, and the non-grounded terminal potential of resistor 307 rises, and NPN303
is turned on, so the output 311 becomes "0" level. Note that at this time, the potential of the terminal of the resistor 306 on the side opposite to the power supply 312 decreases, so the NPN 302 is turned off. On the other hand, when either input 309 or 310 is at the "0" level, the base of NPN300,
The emitter junction is forward biased and the base current flowing through resistor 305 is mostly at input 309 or 310.
, the NPN 300 becomes saturated.
Therefore, input 309 to the base of NPN301
Or, since the “0” level of 310 is transmitted almost as is and NPN301 is turned off, NPN30
3 is off. On the other hand, the potential of the terminal opposite to the power supply 312 of the resistor 306 increases, so the NPN302
is turned on, the emitter current of the NPN 302 charges the load, and the output 311 becomes "1" level. Bipolar transistor circuits like this allow large currents to flow into low impedance circuits,
The drawback is that it consumes a lot of power because it drains water out. Bipolar transistor circuits are also considerably inferior to CMOS circuits in terms of integration. On the other hand, it is characterized by high speed due to high transfer conductance characteristics. [Problems to be Solved by the Invention] In order to compensate for the drawbacks of the CMOS circuit and bipolar circuit described above, an inverter circuit as shown in FIG. 3 is known. This inverter is
It consists of a PMOS 50, an NMOS 51, an NPN 53, and a PNP transistor (hereinafter abbreviated as PNP) 54. When the input 55 is at the "0" level, the PMOS 50 is turned on and the NMOS 51 is turned off. Therefore
The base potential of NPN53 and PNP54 increases,
NPN53 is on and PNP54 is off,
The output 56 becomes "1" level. When input 55 is at “1” level, PMOS50 is turned off.
NMOS51 is turned on. Therefore, NPN53
The base potential of the PNP 54 decreases, the NPN 53 turns off, the PNP 54 turns on, and the output 56 becomes the "0" level. However, one of the bipolar transistors
Since the PNP 54 is used, there is a drawback that the output signal 56 falls slowly. this is,
This is because PNP has lower performance such as current amplification factor than NPN. Also, IEEE Trans Electron, Devices vol.
In Fig. 8 of ED-16, No. 11, Nov. 1969, p945-951, an inverter circuit as shown in Fig. 14 is described. This inverter circuit has 4 PMOS transistors
01, MNOS transistor 402, first NPN
It is composed of a transistor 501 and a second NPN transistor 502. In this inverter circuit, the first and second NPN
When 501 and 502 are turned off, there is no way to forcibly remove the parasitic charge accumulated in the base, so
The time it takes for the NPNs 501, 502 to switch off becomes longer. Therefore, the first and second NPN501,5
02 remain on for a long time, which not only increases power consumption but also slows down the switching time. Further, FIG. 10 of the above-mentioned document describes an inverter circuit as shown in FIG. 15. The inverter circuit of FIG. 15 has a configuration in which an NMOS transistor 403 and a PMOS transistor 404 are added to the inverter circuit of FIG. 14.
NMOS 403 is a means for forcibly extracting the parasitic charge accumulated in the base when the first NPN 501 turns from on to off, and PMOS 404 is the means for forcibly extracting the parasitic charge accumulated in the base.
This is a means for forcibly extracting the parasitic charges accumulated in the base when the NPN502 turns from on to off.Thus, it is slightly faster than the inverter circuit shown in Figure 14, but the NMOS402
Since the gates of PMOS 404 and PMOS 404 are both connected to the input IN, the input capacitance becomes large and there is a problem that the high speed of the circuit cannot be achieved. Also, PMOS
The transistor 404 is turned on when the input level is “0”, but the potential between the gate and source of the PMOS 404 at this time is equal to that of the second NPN 502.
Since it is only 1V BE (for example, about 0.7V in the case of Si), the drain current I D of the PMOS 404 hardly flows, and the parasitic charge accumulated in the base of the second NPN 502 is not discharged and is used in the circuit. Another problem is that high speed cannot be achieved. Further, US Pat. No. 4,301,383 describes a buffer circuit as shown in FIG. 16.
PMOS601, 603, 605, NMOS602,
604, NPN701, 702, but a PMOS
There is a second inverter circuit composed of 603 and NMOS604, and the NPN702 is driven through a two-stage inverter circuit, causing a delay and the problem that the high speed of the entire circuit cannot be achieved. has. The purpose of the present invention is to provide the above-mentioned CMOS circuit,
It is an object of the present invention to provide a high-speed, low-power semiconductor integrated circuit device comprising field effect transistors and bipolar transistors, which compensates for the drawbacks of bipolar transistor circuits. [Means for Solving the Problems] The present invention focuses on the low power consumption characteristics of CMOS circuits and the high speed characteristics of bipolar circuits, and attempts to obtain a high speed and low power consumption circuit using a composite circuit that combines both gates. That is. Therefore, it consists of a so-called totem-pole output stage in which two NPN transistors are connected in series between a power supply terminal and a ground terminal, similar to that used in TTL gates, a logic circuit consisting of a CMOS circuit, and a circuit that drives a bipolar transistor. By supplying the complementary outputs of the drive circuit to the base of the bipolar transistor of the output stage, a high input impedance, low output impedance circuit is realized.
In this case, the MOS transistor and the NPN transistor are connected in Darlington, and a large transfer conductance can be obtained. The present invention is characterized by: a first bipolar transistor having a collector, a base, and an emitter, the collector-emitter current path being connected to a first power supply terminal and an output terminal; a second bipolar transistor having a collector-emitter current path connected to the output terminal and a second power supply terminal; from the power terminal of
at least one conductivity field effect transistor forming a current path from the first power supply terminal to the base of the bipolar transistor; and at least one field effect transistor of the other conductivity type forming a current path to the base of the transistor. [Example] Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples. FIG. 4 shows a totem pole output type inverter circuit. In FIG. 4, 14 is a first terminal whose collector is connected to the power supply terminal 1 and whose emitter is connected to the output terminal 17.
NPN bipolar transistor (hereinafter simply referred to as the first
(referred to as NPN), 15, the collector is output terminal 1
7, a second NPN bipolar transistor (hereinafter simply referred to as second NPN) whose emitter is connected to a fixed potential terminal whose emitter is at ground potential GND; 10
is a P-type insulated gate field effect transistor (hereinafter simply referred to as PMOS) whose gate is connected to the input terminal 16 and whose source and drain are respectively connected to the collector and base of the first NPN. 11, the gate is connected to the input terminal 16, and the drain and source are connected to the second terminal
N-type insulated gate field effect transistor (hereinafter simply referred to as NPN) connected to the collector and base of NPN
NMOS), 12 and 13 are the first and second
This is a resistor installed between the base and emitter of the NPN. Table 1 shows the logical operation of FIG.

【表】 入力16が“0”レベルの時、PMOS10が
オンとなりNMOS11がオフとなる。したがつ
て第1のNPN14のベース電位が上昇し、第1
のNPN14はオンとなる。このとき、NMOS1
1がオフとなるので第2のNPNのベース15へ
の電流の供給が止まるとともに、第2のNPN1
5のベース及びNMOS11に蓄積された蓄積電
荷が抵抗13を介して接地電位GNDへ抜取られ
るので、第2のNPN15は急速にオフになる。 したがつて、第1のNPN14のエミツタ電流
は図示しない容量性負荷を充電し出力17は急速
に“1”レベルとなる。 入力16が“1”レベルの時、PMOS10が
オフとなりNMOS11がオンとなる。このとき、
PMOS10がオフとなるので第1NPM14のベ
ースへの電流の供給が止まるとともに、第1の
NPN14のベースB及びPMOS10に蓄積され
た蓄積電荷が抵抗12、NMOS11、NPN1
5、抵抗13を介して接地電位GNDへ抜取られ
るので、第1のNPN14は急速にオフになる。
また、NMOS11がオンとなり、ドレインとソ
ースとの間が短絡されるので、第2のNPN15
のベースには出力17からの電流と、前述した様
な第1のNPN14のベース及びPMOS10に蓄
積された蓄積電荷の電流とが共に供給され、第2
のNPN15は急速にオンとなる。したがつて、
出力17は急速に“0”レベルとなる。 ここで、抵抗12のの働きについて更に述べ
る。前述した様に抵抗12は、PMOS10及び
第1のNPN14がオンからオフに切換るとき、
PMOS10及び第1のNPN14のベースに蓄積
された蓄積電荷を抜取り、第1のNPN14を急
速にオフさせる働きと、この抜取つた電荷をオン
となつたNMOS11を介し第2のNPNのベース
に供給して、第2のNPNを急速にオンさせる働
きとを持つ。 さらに、抵抗12がPMOS10のドレインと
NMOS11のドレインとの間に設けられている
ので、電源端子1と接地電位GNDとの間に導電
パスが生じることなく、低消費電力が達成でき
る。つまり、仮に抵抗12がPMOS10のドレ
インとGNDとを接続する様に設けられた場合、
入力16が“0”レベルのとき、電源端子1と
GNDとの間に導電パスが生じ、常に電流が流れ、
消費電力が大きくなるが第4図の構成では導電パ
スが生じない。 また、第4図に於いては、抵抗12が出力端子
17にも接続されていることによつて、入力16
が“0”レベルのとき、PMOS10と抵抗12
とを介して、出力17の電位を電源端子1の電位
の近くまで上昇させることができ、出力のフル振
幅化が図れノイズマージンを十分確保できる。 次に抵抗13の働きについて更に述べる。前述
した様に、抵抗13はNMOS11及び第2の
NPN15がオンからオフに切換るとき、NMOS
11及び第2のNPN15のベースに蓄積された
蓄積電荷を抜取り、第2のNPN15を急速にオ
フさせる働きを持つ。更に第4図の構成に於いて
は、入力16が“1”レベルのとき抵抗13と
NMOS11とを介して、出力17を“0”レベ
ルの近くまで下降させることができ、出力のフル
振幅化が図れ、ノイズマージンを十分確保でき
る。 また、第4図に於いては、バイポーラトランジ
スタはNPNトランジスタのみを使用するので、
スイツチング特性を一致させやすい。 また、第4図では、電流増幅率が低いPNPト
ランジスタを使用していないので、出力信号の立
下りが遅くなることはなくなり、高速動作可能で
ある。 第5図は2入力NAND回路である。 第5図に於いて、26は、コレクタが電源端子
1に、エミツタが出力端子29が接続される第1
のNPN、27は、コレクタが出力端子29に、
エミツタが接地電位GNDである固定電位端子に
接続される第2のNPN、28は2個の入力端子、
20及び21は、各ゲートがそれぞれ異なる入力
端子28に、各ソース及び各ドレインが、第1の
NPN26のコレクタとベースとの間に並列にそ
れぞれ接続されるPMOS、22及び23は、各
ゲートがそれぞれ異なる入力端子28に、各ドレ
イン及び各ソースが第2のNPN27のコレクタ
とベースとの間に直列にそれぞれ接続される
NMOS、24はPMOS20,21のドレイン、
第1のNPN26のベースとNMOS22のドレイ
ン、出力端子とを接続する抵抗、25は第2の
NPN27のベースとエミツタとを接続する抵抗
である。 表2は第5図の論理動作を示すものである。
[Table] When the input 16 is at the "0" level, the PMOS 10 is turned on and the NMOS 11 is turned off. Therefore, the base potential of the first NPN 14 increases, and the base potential of the first NPN 14 increases.
NPN14 is turned on. At this time, NMOS1
1 is turned off, the current supply to the base 15 of the second NPN is stopped, and the second NPN 1 is turned off.
Since the accumulated charge accumulated in the base of NPN 5 and the NMOS 11 is extracted to the ground potential GND via the resistor 13, the second NPN 15 is rapidly turned off. Therefore, the emitter current of the first NPN 14 charges a capacitive load (not shown), and the output 17 quickly becomes the "1" level. When the input 16 is at the "1" level, the PMOS 10 is turned off and the NMOS 11 is turned on. At this time,
Since the PMOS 10 is turned off, the current supply to the base of the first NPM 14 is stopped, and the first
The accumulated charges accumulated in the base B of NPN14 and PMOS10 are transferred to the resistor 12, NMOS11, and NPN1.
5. Since it is extracted to the ground potential GND via the resistor 13, the first NPN 14 is rapidly turned off.
Also, since NMOS11 is turned on and the drain and source are short-circuited, the second NPN15
The base of the first NPN 14 is supplied with both the current from the output 17 and the current of the accumulated charges accumulated in the base of the first NPN 14 and the PMOS 10 as described above, and the second
NPN15 turns on rapidly. Therefore,
The output 17 quickly becomes the "0" level. Here, the function of the resistor 12 will be further described. As mentioned above, when the PMOS 10 and the first NPN 14 are switched from on to off, the resistor 12
The function is to extract the accumulated charge accumulated in the base of the PMOS 10 and the first NPN 14, to rapidly turn off the first NPN 14, and to supply this extracted charge to the base of the second NPN via the NMOS 11 which is turned on. It has the function of rapidly turning on the second NPN. Furthermore, resistor 12 is connected to the drain of PMOS10.
Since it is provided between the drain of the NMOS 11 and the drain of the NMOS 11, low power consumption can be achieved without creating a conductive path between the power supply terminal 1 and the ground potential GND. In other words, if the resistor 12 is provided to connect the drain of the PMOS 10 and GND,
When input 16 is at “0” level, power supply terminal 1 and
A conductive path is created between it and GND, and current always flows.
Although the power consumption increases, the configuration shown in FIG. 4 does not create a conductive path. In addition, in FIG. 4, since the resistor 12 is also connected to the output terminal 17, the input 16
When is at “0” level, PMOS10 and resistor 12
Through this, the potential of the output 17 can be raised to near the potential of the power supply terminal 1, the full amplitude of the output can be achieved, and a sufficient noise margin can be secured. Next, the function of the resistor 13 will be further described. As mentioned above, the resistor 13 connects the NMOS 11 and the second
When NPN15 switches from on to off, NMOS
11 and the base of the second NPN 15, and has the function of rapidly turning off the second NPN 15. Furthermore, in the configuration shown in FIG. 4, when the input 16 is at the "1" level, the resistor 13 and
Through the NMOS 11, the output 17 can be lowered to near the "0" level, the full amplitude of the output can be achieved, and a sufficient noise margin can be secured. Also, in Figure 4, only NPN transistors are used as bipolar transistors, so
Easy to match switching characteristics. Furthermore, in FIG. 4, since a PNP transistor with a low current amplification factor is not used, the fall of the output signal is not delayed, and high-speed operation is possible. FIG. 5 shows a 2-input NAND circuit. In FIG. 5, 26 is the first terminal whose collector is connected to the power supply terminal 1 and whose emitter is connected to the output terminal 29.
NPN, 27, the collector is connected to the output terminal 29,
A second NPN whose emitter is connected to a fixed potential terminal whose emitter is ground potential GND, 28 are two input terminals,
20 and 21, each gate is connected to a different input terminal 28, each source and each drain are connected to a first
The PMOSs 22 and 23, which are connected in parallel between the collector and base of the NPN 26, each have their gates connected to different input terminals 28, and their respective drains and sources connected between the collector and base of the second NPN 27. each connected in series
NMOS, 24 is the drain of PMOS20, 21,
A resistor 25 connects the base of the first NPN 26, the drain of the NMOS 22, and the output terminal.
This is a resistor that connects the base and emitter of NPN27. Table 2 shows the logical operation of FIG.

【表】 まず入力28のどちらかが“0”レベルの時、
PMOS20,21のどちらかがオンとなり、
NMOS22,23のどちらかがオフとなる。し
たがつて第1のNPN26のベース電位が上昇し、
第1のNPN26はオンとなる。このとき、
NMOS22,23のうちどちらかがオフとなる
ので第2のNPN27のベースへの電流の供給が
止まるとともに、第2のNPN27のベース及び
NMOS22,23に蓄積された蓄積電荷が抜取
られるので、第2のNPN27は急速にオフにな
る。 したがつて、第1のNPN26のエミツタ電流
は図示しない容量性負荷を充電し出力29は、急
速に“1”レベルとなる。 入力28の両方が“0”レベルの時、PMOS
20,21の両方がオンとなり、NMOS22,
23の両方がオフとなる。したがつて動作は上記
と同じで出力29は“1”レベルとなる。 一方入力28の両方が“1”レベルの時、
PMOS20,21の両方がオフとなり、NMOS
22,23の両方がオンとなる。このとき、
PMOS20,21が共にオフとなるので第1の
NPN26のベースへ電流の供給が止まるととも
に、第1のNPN26のベース及びPMOS20,
21に蓄積された蓄積電荷が抜取られるので、第
1のNPN26は急速にオフフになる。また、
NMOS22,23がオンとなり、ドレインとソ
ースとの間が短絡されるので、第2のNPN27
のベースには出力29からの電流と、前述した様
な第1のNPN26のベース及びPMOS20,2
1に蓄積された蓄積電荷の電流とが共に供給され
第2のNPN27は急速にオンとなる。したがつ
て、出力29は急速に“0”レベルとなる。 第5図に於いても、第4図と同様な効果が達成
できる。 尚、第5図では2入力NAND回路を例にとつ
て説明したが、3入力NAND、4入力NAND等
の一般のk入力NAND回路(k≧2)へも拡張
できる。 第6図は2入力NOR回路である。 第6図に於いて、36は、コレクタが電源端子
1に、エミツタが出力端子39に接続される第1
のNPN、37は、コレクタが出力端子39に、
エミツタが接地電位GNDに接続される第2の
NPN、38は2個の入力端子、30及び31は、
各ゲートがそれぞれ異なる入力端子38に、各ソ
ース及び各ドレインが、第1のNPN36のコレ
クタとベースとの間に直列にそれぞれ接続される
PMOS、32及び33は、各ゲートがそれぞれ
異なる入力端子38に、各ドレイン及び各ソース
が第2のNPN37のコレクタとベースとの間に
並列にそれぞれ接続されるNMOS、34は
PMOS31のドレインとNMOS32,33のド
レイン、出力端子39とを接続する抵抗、35は
第2のNPN37のベースとエミツタとを接続す
る抵抗である。 表3は第6図の論理動作を示すものである。
[Table] First, when either input 28 is at the “0” level,
Either PMOS20 or 21 turns on,
Either NMOS 22 or 23 is turned off. Therefore, the base potential of the first NPN 26 increases,
The first NPN 26 is turned on. At this time,
Since either NMOS 22 or 23 is turned off, the supply of current to the base of the second NPN 27 is stopped, and the base of the second NPN 27 and
Since the accumulated charges accumulated in the NMOS 22 and 23 are extracted, the second NPN 27 is rapidly turned off. Therefore, the emitter current of the first NPN 26 charges a capacitive load (not shown), and the output 29 quickly becomes the "1" level. When both inputs 28 are at “0” level, PMOS
Both 20 and 21 are turned on, and NMOS22,
23 are both turned off. Therefore, the operation is the same as above, and the output 29 is at the "1" level. On the other hand, when both inputs 28 are at "1" level,
Both PMOS20 and 21 are turned off, and NMOS
Both 22 and 23 are turned on. At this time,
Since PMOS20 and 21 are both turned off, the first
At the same time, the supply of current to the base of the NPN 26 is stopped, and the base of the first NPN 26 and the PMOS 20,
Since the accumulated charge accumulated in NPN 21 is extracted, first NPN 26 is rapidly turned off. Also,
Since NMOS22 and 23 are turned on and the drain and source are short-circuited, the second NPN27
The base of the current from the output 29, the base of the first NPN 26 as described above and the PMOS 20, 2
The second NPN 27 is rapidly turned on by being supplied with the current of the accumulated charges accumulated in the second NPN 27. Therefore, the output 29 quickly becomes the "0" level. Also in FIG. 5, the same effect as in FIG. 4 can be achieved. In addition, in FIG. 5, the description has been made using a 2-input NAND circuit as an example, but it can also be extended to general k-input NAND circuits (k≧2) such as 3-input NAND and 4-input NAND. Figure 6 shows a 2-input NOR circuit. In FIG. 6, 36 is a first terminal whose collector is connected to the power supply terminal 1 and whose emitter is connected to the output terminal 39.
NPN, 37, the collector is connected to the output terminal 39,
The second emitter is connected to the ground potential GND.
NPN, 38 is two input terminals, 30 and 31 are
Each gate is connected to a different input terminal 38, each source and each drain are connected in series between the collector and base of the first NPN 36.
PMOS, 32 and 33, each gate is connected to a different input terminal 38, each drain and each source is connected in parallel between the collector and base of the second NPN 37, NMOS, 34
A resistor 35 connects the drain of the PMOS 31, the drains of the NMOS 32 and 33, and the output terminal 39, and a resistor 35 connects the base and emitter of the second NPN 37. Table 3 shows the logical operation of FIG.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べた様に本発明によれば、バイポーラト
ランジスタの高駆動能力と電界効果トランジスタ
の低消費電力特性を兼ね備えた回路を最小段数で
構成し、高速、低消費電力の半導体集積回路装置
を得ることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to configure a circuit having the high driving ability of a bipolar transistor and the low power consumption characteristic of a field effect transistor with a minimum number of stages, thereby obtaining a high speed, low power consumption semiconductor integrated circuit device. I can do it.

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

第1図は従来のCMOS回路図、第2図は従来
のTTL回路図、第3図は従来例であるインバー
タ回路図、第4図はインバータ回路、第5図は2
入力NAND回路、第6図は2入力NOR回路、第
7図はラツチ回路、第8図はインバータ回路、第
9図はインバータ回路、第10図はインバータ回
路、第11図は本発明の第1の実施例である反転
出力回路、第12図は本発明の第2の実施例であ
る反転出力回路、第13図は本発明の第3の実施
例である反転出力回路、第14図,第15図及び
第16図は従来例のインバータ回路である。 10…PMOSトランジスタ、11,90,1
10,123…NMOSトランジスタ、12,1
3…抵抗、14,15…NPNトランジスタ、1
00…PチヤネルJFET、125,126…シヨ
ツトキーバリヤダイオード付NPNトランジスタ。
Figure 1 is a conventional CMOS circuit diagram, Figure 2 is a conventional TTL circuit diagram, Figure 3 is a conventional inverter circuit diagram, Figure 4 is an inverter circuit, and Figure 5 is a conventional TTL circuit diagram.
Input NAND circuit, Fig. 6 shows a two-input NOR circuit, Fig. 7 shows a latch circuit, Fig. 8 shows an inverter circuit, Fig. 9 shows an inverter circuit, Fig. 10 shows an inverter circuit, and Fig. 11 shows the first embodiment of the present invention. FIG. 12 shows an inverted output circuit which is a second embodiment of the present invention, FIG. 13 shows an inverted output circuit which is a third embodiment of the present invention, and FIGS. 15 and 16 show conventional inverter circuits. 10...PMOS transistor, 11,90,1
10,123...NMOS transistor, 12,1
3...Resistor, 14,15...NPN transistor, 1
00...P channel JFET, 125,126...NPN transistor with shot key barrier diode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 コレクタとベースとエミツタとを有し、コレ
クタが第1の電源端子に接続され、エミツタが出
力端子に接続されている第1のバイポーラトラン
ジスタと、 コレクタとベースとエミツタとを有し、コレク
タが上記出力端子に接続され、エミツタが第2の
電源端子に接続されている第2のバイポーラトラ
ンジスタと、 少なくとも一つの入力端子に印加される入力信
号に応答して、上記第1の電源端子から上記第1
のバイポーラトランジスタのベースへの電流路を
形成する少なくとも一つの他方導電型電界効果ト
ランジスタと、 上記入力端子に印加される上記入力信号に応答
して、上記第1の電源端子から上記第2のバイポ
ーラトランジスタのベースへの電流路を形成する
少なくとも一つの一方導電型電界効果トランジス
タと、 を具備することを特徴とする半導体集積回路装
置。 2 特許請求の範囲第1項において、 上記入力端子に印加される上記入力信号に応答
して、上記出力端子から上記第2のバイポーラト
ランジスタのベースへの電流路を形成する少なく
とも一つの他の一方導電型電界効果トランジス
タ、を具備することを特徴とする半導体集積回路
装置。 3 特許請求の範囲第1項において、 上記第1のバイポーラトランジスタのベースに
接続され、上記第1のバイポーラトランジスタの
ベースから蓄積電荷を引き抜く第1の電荷引抜素
子と、 上記第2のバイポーラトランジスタのベースに
接続され、上記第2のバイポーラトランジスタの
ベースから蓄積電荷を引き抜く第2の電荷引抜素
子と、 を具備することを特徴とする半導体集積回路装
置。
[Claims] 1. A first bipolar transistor having a collector, a base, and an emitter, the collector being connected to a first power supply terminal, and the emitter being connected to an output terminal; a second bipolar transistor having a collector connected to the output terminal and an emitter connected to the second power supply terminal; 1 power supply terminal to the above-mentioned 1st power terminal.
at least one other conductivity type field effect transistor forming a current path from the first power supply terminal to the base of the second bipolar transistor in response to the input signal applied to the input terminal; A semiconductor integrated circuit device comprising: at least one one-side conductivity type field effect transistor forming a current path to the base of the transistor. 2. Claim 1, wherein at least one other transistor forms a current path from the output terminal to the base of the second bipolar transistor in response to the input signal applied to the input terminal. A semiconductor integrated circuit device comprising a conductive field effect transistor. 3. In claim 1, a first charge extraction element connected to the base of the first bipolar transistor and extracts accumulated charge from the base of the first bipolar transistor; A semiconductor integrated circuit device comprising: a second charge extraction element connected to a base and extracting accumulated charge from the base of the second bipolar transistor.
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