JPH0618322B2 - 出力回路 - Google Patents

出力回路

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JPH0618322B2
JPH0618322B2 JP59277438A JP27743884A JPH0618322B2 JP H0618322 B2 JPH0618322 B2 JP H0618322B2 JP 59277438 A JP59277438 A JP 59277438A JP 27743884 A JP27743884 A JP 27743884A JP H0618322 B2 JPH0618322 B2 JP H0618322B2
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▲や▼三郎 稲垣
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は出力回路に関し、特にCMOS型半導体集積回
路に用いられる出力回路に関する。
(従来の技術) 従来、CMOS回路は、製造工程が複雑であるにもかか
わらず、消費電力が少なく、電源動作マージンが広いと
いう利点を有しているので、多くの集積回路(以下、I
Cという)において採用されている。例えば、メモリI
Cに於いては、内部のメモリ回路からの読出信号を電流
増幅して、次段に接続されるCMOS、TTL等のIC
を駆動するために、ICパッケージの出力端子に信号を
供給する出力回路に用いられている。
第4図、及び第5図はそれぞれ、従来の出力回路を示す
回路図、およびデバイス断面図である。
第4図の出力回路においては、ソースが電源に接続され
たPチャンネルトランジスタQ1のゲートが入力端子
に、ドレインが出力端子にそれぞれ接続され、ソースが
接地されたNチャンネルトランジスタQ2のゲートが入
力端子に、ドレインが出力端子にそれぞれ接続されてい
る。
半導体基板上においては、第5図に示すように、P型半
導体基板11上にNウェル12を形成し、Nウェル12
内にP+型拡散領域16、17を形成してソース・ドレ
イン領域とし、ゲート20とでPチャンネルトランジス
タQ1を構成する。Nウェル12以外の領域にN+型拡
散領域13、14を形成してソース・ドレイン領域と
し、ゲート19とでNチャンネルトランジスタQ2を構
成する。さらに、チャンネル形成部に電圧を与えるた
め、Nウェル12にはN+コンタクト層15、P型基板
11にはP+コンタクト層18がそれぞれ設けられてい
る。
そして、ゲート19、20が共通に入力端子に接続さ
れ、P+型拡散領域16、N+型拡散領域13が共通に
出力端子に接続され、P+型拡散領域18、N+型拡散
領域14が共通に接地端子GNDに接続され、P+型拡
散領域17、N+型拡散領域15が共通に電源端子VCC
に接続されている。
この出力回路は、ICの内部回路から出力された論理信
号が入力端子に入力されることにより、出力端子から、
入力論理信号を反転した位相で、接地電圧から電源電圧
までの振幅を持つ反転出力信号を発生する。
(発明が解決しようとする問題点) この従来の出力回路においては、入力端子に異常なノイ
ズが印加されると、CMOS回路特有のラッチアップが
起き、回路の動作が損なわれていた。
即ち、第4図及び第5図に示す従来の出力回路の出力端
子に、VCC+VF (VF:PN接合の順方向電圧)以上の
ノイズが加わると、出力端子からNウェル12に電流が
流れ、P+型拡散領域16をエミッタ、Nウェル12を
ベース、P型基板11をコレクタとする寄生PNPトラ
ンジスタT3がオンし、出力端子からP型基板11に大
量に電流が流れて基板レベルが上昇する。するとP型基
板11からN+型拡散領域14を通して接地端子GND
に電流が流れ、Nウェル12をコレクタ、P型基板11
をベース、N+型拡散領域14をエミッタとする寄生N
PNトランジスタT2がオンする。すると、Nウェル1
2のレベルが低下し、P+型拡散領域17をエミッタ、
Nウェル12をベース、P型基板11をコレクタとする
寄生PNPトランジスタT4がオンして電源端子VCC
ら基板に電流が流れる。
このとき、出力端子に加わっていた高レベルのノイズが
無くなっても、寄生トランジスタT4・T2を通して電源
端子VCCから接地端子GNDへ電流が流れ続けラッチア
ップが起る。
このラッチアップを防ぐためには、出力回路を第4図に
示すようなCMOS構成とせず、同一導電型のMOSト
ランジスタで構成すればよいが、出力回路を同一導電型
のMOSトランジスタのみで構成すると、出力電圧が電
源電圧又は接地電圧まで上昇、下降せず、振幅が小さく
なるという欠点があった。
特に、次段にCMOS型ICが接続される場合、CMO
S型ICは高レベル入力電圧の最低値として電源電圧の
7割という比較的高い値を要求しているため、出力段部
をNチャンネルトランジスタのみで構成した場合、低電
源電圧時この値を満足することが困難であった。
本発明の目的は、出力に異常なノイズが印加されてもラ
ッチアップを起こさず、かつ、出力レベルが電源電圧レ
ベルになる出力回路を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明によれば、ドレインを第1の接点に、ゲートを入
力端子に、ソースを第1の電源に接続した第1導電型の
第1のトランジスタと、ドレインを前記第1の接点に、
ゲートを入力端子に、ソースを第2の電源に接続した第
2の導電型の第2のトランジスタとを有するCMOSイ
ンバータ回路を備えた出力回路において、 ドレインを前記第1の電源に、ゲートを前記第1の接点
に、ソースを第2の接点に接続した第2導電型の第3の
トランジスタと、ドレインを前記第2の接点に、ゲート
を入力端子に、ソースを前記第2の電源に接続した第2
導電型の第4のトランジスタとを有する中段バッファ
部、 ドレインを前記第1の電源に、ゲートを前記第2の接点
に、ソースを出力端子に接続した第2導電型の第5のト
ランジスタと、ドレインを前記出力端子に、ゲートを入
力端子に、ソースを前記第2の電源に接続した第2導電
型の第6のトランジスタとを有する出力段部、 入力端を前記第2の接点に、出力端を第3の接点に接続
した同相の遅延回路と、一端が前記第2の接点に、他端
が前記第3の接点に接続したブートストラップ静電容量
とを有するブートストラップ部、を備えたことを特徴と
する出力回路を得る。
(実施例) 次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
第1、2及び3図はそれぞれ本発明の一実施例である出
力回路の回路図及び動作を示すタイミングチャートであ
る。
第1図に示す出力回路は、CMOSインバータ回路、中
段バッファ部、出力段部、及びブートストラップ部とを
含んでいる。
CMOSインバータ回路においては、ソースが電源端子
CCに接続されたPチャンネルMOSトランジスタQ3
と、ソースが接地端子に接続されたNチャンネルMOS
トランジスタQ4のゲートが共通に入力端子INに、ド
レインが共通に接点1にそれぞれ接続されている。
中段バッファ部においては、NチャンネルMOSトラン
ジスタQ5のドレインが電源端子VCCに、ゲートが接点
1に、ソースが接点2にそれぞれ接続され、Nチャンネ
ルMOSトランジスタQ6 のドレインが接点2に、ゲー
トが入力端子INに、ソースが接地端子にそれぞれ接続
されている。
出力段部においては、NチャンネルMOSトランジスタ
Q7のドレインが電源端子VCCに、ゲートが接点2に、
ソースが出力端子OUTにそれぞれ接続され、Nチャン
ネルMOSトランジスタQ8のドレインが出力端子OU
Tに、ゲートが入力端子INに、ソースが接地端子にそ
れぞれ接続されている。
そして、ブートストラップ部においては、遅延回路4の
入力端が接点2に、出力端が接点3にそれぞれ接続さ
れ、ブートストラップ静電容量Cの一端が接点3に、他
端が接点2にそれぞれ接続されている。
第2図は、ブートストラップ部のうち遅延回路4の回路
図である。
遅延回路4においては、PチャンネルMOSトランジス
タQ9のソースが電源端子VCCに、ゲートが入力端に、
それぞれ接続され、NチャンネルMOSトランジスタQ
10のドレインがPチャンネルMOSトランジスタQ9の
ドレインに、ゲートが入力端に、ソースが接地端子にそ
れぞれ接続されている。
そして、PチャンネルMOSトランジスタQ11のソース
が電源端子VCCに、ゲートがPチャンネルMOSトラン
ジスタQ9のドレインに、ドレインが出力端にそれぞれ
接続され、NチャンネルMOSトランジスタQ12のドレ
インが出力端に、ゲートがPチャンネルMOSトランジ
スタQ9のドレインに、ソースが接地端子にそれぞれ接
続されている。
即ち、遅延回路4は、CMOSインバータ回路を2段接
続して構成された、同相の遅延回路である。
つぎに、動作について説明する。
第3図は、第4図に示す出力回路の、入力端子IN、接
点1、2、3、及び出力端子OUTの各点における電位
の時間変化を示すタイミングチャートである。
時刻t1で入力端子INの電圧がハイレベルからロウレベ
ルに変化すると、トランジスタQ3がオン、Q4,Q6,Q8
がそれぞれオフになり、従って接点1の電圧はハイレベ
ルに変化する。この場合、トランジスタQ3としてPチ
ャンネル型MOSトランジスタを用いているので、接点
1のハイレベルは電源電圧と同じ電圧VCCとなる。
すると、これによってトランジスタQ5がオンとなり、
接点2の電圧がハイレベルとなる。ただし,Nチャンネ
ルMOSトランジスタQ5においては,チャンネル形成
部の電圧はゲート電圧に比べて、トランジスタのしきい
値電圧Vthだけ小さくなければならない。よって、ゲー
ト電圧は接点1の電圧VCCであるから、結局トランジス
タQ5のソース電圧である接点2の電圧は、電圧VCC
Vthとなる。
引き続いて、トランジスタQ7がオンとなり、出力端子
OUTの電圧がハイレベルになる。ただし、Nチャンネ
ルMOSトランジスタQ7のゲート電圧はVCC−Vthで
あるから、出力端子OUTの電圧はVCC−2Vthであ
る。
一方、接点2の電圧がハイレベルに変化したとき、遅延
回路4の出力端は未だロウレベルであるから、容量Cは
接点3に接続される側の極板を負、接点2に接続される
側の極板を正として充電される。
そして、容量Cが充電された後、時刻t2において遅延回
路4の出力端の電圧、即ち接点3の電圧がハイレベルに
なる。
このとき、MOSトランジスタQ7のゲートの寄生容量
は数ピコ・ファラッド程度であり、静電容量Cの容量値
はそれよりもやや大きく設定してある。また、遅延回路
4は利得が1でかつトランジスタQ5が静電容量Cを充
電する数ナノ秒程度以上の遅延時間を持つように形成さ
れている。
即ち、接点3の電位がハイレベルになると、静電容量C
によるブーストラップ効果で、接点2及びトランジスタ
Q7のゲートの電圧が、電圧VCC+Vthよりも大きくな
るような構成となっている。
従って、トランジスタQ7のソース電圧である、出力端
子OUTの出力電圧は、時刻t2を過ぎると電源電圧VCC
まで駆動される。
また、この場合において、接点2の電圧も大きく駆動さ
れることになるが、NチャンネルMOSトランジスタQ
5,Q6からなる中段バッファ部が設けてあるため、CM
OSインバータ部またはICの内部回路においてラッチ
アップが発生する恐れがなく、ICの誤動作を防ぐこと
ができる。
時刻t3において、入力端子INの電圧がハイレベルに変
化すると、トランジスタQ4,Q6,Q8がオンになり、接
点1,2および出力端子OUTの電圧はロウレベルにな
り、遅延回路4による遅延時間が経過した後、接点3の
電圧もロウレベルとなる。
なお、本実施例においては中段バッファ部及び出力段部
をNチャンネルMOSトランジスタを用いて構成した
が、PチャンネルMOSトランジスタを用いても構成す
ることができる。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明においては、単一導電型の
MOSトランジスタからなる出力段部と中段バッファ部
とで、ブートストラップ部を挟む構成としたので、外部
ノイズによるラッチアップを防ぎ、かつ出力電圧を電源
電圧まで駆動し、さらに、次段のCMOS型ICを低電
源電圧下においても誤動作させること無く高速に駆動で
きる出力回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の回路図、第2図は第1図に
示す遅延回路の詳細回路図、第3図は第1図に示す実施
例の動作波形図、第4図は従来の出力回路の一例の回路
図、第5図は第4図に示す回路のラッチアップを説明す
るための模式図である。 1,2,3……接点、4……遅延回路、11……P型半
導体基板、12……Nウェル、13,14,15……N
+拡散領域、16,17,18……P+拡散領域、1
9,20……ゲート、C……静電容量、Q1,Q3,Q9,Q
11……Pチャンネルトランジスタ、Q2,Q4,Q5,Q6,Q
7,Q8,Q10,Q12……Nチャンネルトランジスタ、T1,
T2……寄生NPNトランジスタ、T3,T4……寄生PN
Pトランジスタ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ドレインを第1の接点に、ゲートを入力端
    子に、ソースを第1の電源に接続した第1導電型の第1
    のトランジスタと、ドレインを前記第1の接点に、ゲー
    トを入力端子に、ソースを第2の電源に接続した第2導
    電型の第2のトランジスタとを有するCMOSインバー
    タ回路を備えた、CMOS型半導体集積回路の出力回路
    において、 ドレインを前記第1の電源に、ゲートを前記第1の接点
    に、ソースを第2の接点に接続した第2導電型の第3の
    トランジスタと、ドレインを前記第2の接点に、ゲート
    を入力端子に、ソースを前記第2の電源に接続した第2
    導電型の第4のトランジスタとを有する中段バッファ
    部、 ドレインを前記第1の電源に、ゲートを前記第2の接点
    に、ソースを出力端子に接続した第2導電型の第5のト
    ランジスタと、ドレインを前記出力端子に、ゲートを入
    力端子に、ソースを前記第2の電源に接続した第2導電
    型の第6のトランジスタとを有する出力段部、 入力端を前記第2の接点に、出力端を第3の接点に接続
    した同相の遅延回路と、一端が前記第2の接点に、他端
    が前記第3の接点に接続したブートストラップ静電容量
    とを有するブートストラップ部、を備えたことを特徴と
    する出力回路。
JP59277438A 1984-12-28 1984-12-28 出力回路 Expired - Lifetime JPH0618322B2 (ja)

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JPS56123127A (en) * 1980-03-04 1981-09-28 Nec Corp Logic circuit

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