JPH06343033A - 論理回路 - Google Patents

論理回路

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JPH06343033A
JPH06343033A JP3013749A JP1374991A JPH06343033A JP H06343033 A JPH06343033 A JP H06343033A JP 3013749 A JP3013749 A JP 3013749A JP 1374991 A JP1374991 A JP 1374991A JP H06343033 A JPH06343033 A JP H06343033A
Authority
JP
Japan
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voltage
transistor
vdd
level
diode
Prior art date
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Pending
Application number
JP3013749A
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English (en)
Inventor
Toshiichi Maekawa
敏一 前川
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電源電圧VDDを低くしたり、或いはゲート
酸化膜を厚くしたりすることなくCMOSトランジスタ
の耐圧を向上させるようにする。 【構成】 ダイオード接続したMOSトランジスタをC
MOSトランジスタの電源側およびグランド側にそれぞ
れ接続し、出力信号の電圧値がハイレベル側において上
記ダイオード接続トランジスタのしきい値電圧分だけ低
下させるようにするとともに、ローレベル側においては
上記CMOSトランジスタのしきい値電圧分だけ上昇さ
せるようにして、上記CMOSトランジスタを構成する
各トランジスタのゲートとドレインとの間、ゲートとソ
ースとの間、およびドレインとソースとの間に印加され
る電圧値を低下させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は論理回路に係わり、特に
薄膜トランジスタTFTにより構成される論理回路の耐
圧を向上させるものに用いて好適なものである。
【0002】
【従来の技術】ソース電極がグランドに接続されたNM
OSトランジスタと、ソース電極が電源Vddに接続さ
れたPMOSトランジスタとからなるCMOSトランジ
スタを用いた回路が種々の分野で用いられている(例え
ば特開平1−114117号公報)。また、このような
CMOSトランジスタをTFT(Thin Film Transisto
r)で形成し、このCMOSトランジスタで論理回路を
構成することもある。図7(a)は、TFT構成のCM
OSインバータを示す回路図である。このCMOSイン
バータ10は、PMOSトランジスタmp1のドレイン
電極と、NMOSトランジスタmn1のドレイン電極と
を接続して構成したもので、上記PMOSトランジスタ
mp1のソース電極が電源Vddに接続されているとと
もに、NMOSトランジスタmn1のソース電極がグラ
ンドGndに接続されている。また、各MOSトランジ
スタのゲート電極は共通に接続され、ここに入力信号電
圧Vinが与えられる。
【0003】上記のように構成されたCMOSインバー
タ10の入力/出力特性は、図7(b)の特性図に示す
ように、0電位および電源電圧VDDとの間で変化する
特性となり、CMOSインバータ10の両端に印加され
る電圧と同じ大きさの電圧VDDの信号が出力電圧Vo
utとして出力端子から出力される。このような出力電
圧Voutが出力端子から出力されると、CMOSイン
バータ10の両端に印加される電圧VDDと同じ大きさ
の電圧が、各MOSトランジスタmp1およびmn1の
ドレインとソースとの間に印加されることになる。ま
た、同様に、各トランジスタmp1およびmn1のゲー
トとドレインとの間、或いはゲートとソースとの間にも
最大で上記電源電圧VDDと同じ大きさの電圧が印加さ
れる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】薄膜トランジスタTF
Tは、シリコン基板上に作成された一般のMOSトラン
ジスタ(バルクトランジスタ)と比較して、ゲート電極
の耐圧が低く、特に、ゲートとドレインとの間、および
ゲートとソースとの間の耐圧が低い。このため、薄膜ト
ランジスタTFTを使用する場合には、耐圧上の制約を
大きく受ける不都合があった。特に、高温動作を行うと
ゲート絶縁膜が著しく劣化しやすくなってしまう欠点が
あった。
【0005】そこで、ゲート耐圧が低いという問題を回
避するために電源電圧VDDを低くしたり、またはゲー
ト酸化膜を厚くする等の対策が考えられる。しかし、電
源電圧VDDを低くすると、所望の回路特性が得られな
くなってしまう不都合が生じる。また、ゲート酸化膜を
厚くするとしきい値電圧Vthが上がってしまうので、
それに伴い種々の副作用(悪影響)が発生する問題があ
った。本発明は上述の問題点に鑑み、CMOSトランジ
スタを構成する各トランジスタのゲートとドレインとの
間、ゲートとソースとの間およびドレインとソースとの
間に印加される電圧の大きさを低減し、電源電圧VDD
を低くしたり、或いはゲート酸化膜を厚くしたりするこ
となく耐圧を向上させるようにすることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の論理回路は、P
MOSトランジスタとNMOSトランジスタとからなる
CMOSトランジスタにより構成される回路本体部と、
上記PMOSトランジスタと電源との間に、ダイオード
接続されて設けられている第1のレベルシフト用MOS
トランジスタと、上記第1のレベルシフト用MOSトラ
ンジスタと同様にダイオード接続された状態で上記NM
OSトランジスタとグランドとの間に設けられている第
2のレベルシフト用MOSトランジスタとを具備してい
る。
【0007】
【作用】ダイオード接続したMOSトランジスタをCM
OSトランジスタの電源側およびグランド側にそれぞれ
接続することにより、出力信号の電圧値がハイレベル側
において上記ダイオード接続トランジスタのしきい値電
圧分だけ低下するとともに、ローレベル側においては上
記しきい値電圧分だけ上昇する。これにより、上記出力
信号の電圧値は、(電源電圧−MOSトランジスタのし
きい値電圧)〜(グランドレベル+MOSトランジスタ
のしきい値電圧)の間で変化することになり、出力信号
の振幅値が小さくなった分だけCMOSトランジスタを
構成する各トランジスタのゲートとドレインとの間、ゲ
ートとソースとの間、およびドレインとソースとの間に
印加される電圧の大きさが低下する。
【0008】
【実施例】図1は、本発明の一実施例を示すCMOSイ
ンバータの回路図で、図2は図1のCMOSインバータ
の伝達特性を示す特性図である。図1から明らかなよう
に、本実施例のCMOSインバータ1は、回路本体部1
aと電源Vddとの間に第2のPMOSトランジスタm
p2を接続するとともに、回路本体部1aとグランドG
ndとの間に第2のNMOSトランジスタmn2を接続
して構成している。
【0009】回路本体部1aは、図7に示したCMOS
インバータ10と同様に構成されている。すなわち、P
MOSトランジスタmp1のドレイン電極と、NMOS
トランジスタmn1のドレイン電極とが接続されてい
る。そして、各ゲート電極は共通に接続され、ここに入
力信号電圧Vinが与えられるようになされている。一
方、第2のPMOSトランジスタmp2および第2のN
MOSトランジスタmn2は、ゲート電極とドレイン電
極とが接続されている。したがって、これらのトランジ
スタmp2およびmn2はダイオードとして動作し、回
路本体部1aに印加される電圧をレベルシフトする作用
を行う。
【0010】すなわち、例えば入力信号電圧Vinが
“L”の場合、PMOSトランジスタmp1がオンする
とともに、NMOSトランジスタmn1がオフする。こ
れにより、出力電圧Voutは電源電圧VDDに向かっ
て上昇する。しかし、本実施例の場合はダイオード接続
した第2のPMOSトランジスタmp2がPMOSトラ
ンジスタmp1と電源Vddとの間に介設されているの
で、図2に示すように出力電圧Voutの電圧レベル
は、電源電圧VDDから第2のPMOSトランジスタm
p2のしきい値電圧Vthpだけ下がった値までしか上
昇しない。
【0011】一方、入力信号電圧Vinが“H”の場合
は、NMOSトランジスタmn1がオンするとともに、
PMOSトランジスタmp1がオフする。この場合は、
出力電圧VoutはグランドGndのレベルに向かって
低下するわけであるが、ダイオード接続した第2のNM
OSトランジスタmn2が第1のNMOSトランジスタ
mn1とグランドGndとの間に介設されているので、
図2に示すようにこのトランジスタmn1のしきい値V
thnのレベル分だけ高い電位までしか低下しないこと
になる。
【0012】したがって、本実施例の論理回路は、図3
に示すように振幅が0〜VDDの入力信号Vinが与え
られた場合、出力電圧Voutの振幅を(VDD−|V
thp|)−(Vthn)に抑えることができる。この
ため、出力信号の振幅値が小さくなった分だけCMOS
トランジスタ構成する各MOSトランジスタのゲートと
ドレインとの間、ゲートとソースとの間、およびドレイ
ンとソースとの間に印加される電圧の大きさを小さくす
ることができ、その分だけ論理回路の耐圧を向上させる
ことができる。
【0013】図4は、本実施例のCMOSインバータ1
を直列に複数段接続した例を示した回路図であり、振幅
値がVDDで初段のCMOSインバータ1に入力された
信号Vinを、(VDD−|Vthp|)−(Vth
n)の振幅でもって良好に伝達できることがシミュレー
ションにより確認できた。
【0014】図5は、インバータ回路以外の論理回路を
構成した例を示し、図5の(a)はNAND回路を示
し、(b)はNOR回路を示している。
【0015】また、図6は電源Vdd側およびグランド
Gnd側にそれぞれ介設するダイオード接続MOSトラ
ンジスタの変形例を示したもので、(a)は電源Vdd
側およびグランドGnd側の両方にPMOSトランジス
タをそれぞれ接続した例を示している。また、図6の
(b)は、電源Vdd側およびグランドGnd側の両方
にNMOSトランジスタをそれぞれ接続した例を示して
いる。更に、(c)は、電源Vdd側にNMOSトラン
ジスタを接続するとともに、グランドGnd側にPMO
Sトランジスタを接続した例を示している。このよう
に、ダイオード接続MOSトランジスタの極性を図1の
場合とは異ならせても、上述したCMOSインバータ1
と同様に出力信号の振幅を抑えることができ、耐圧を向
上させることができる。
【0016】
【発明の効果】本発明は上述したように、ダイオード接
続したMOSトランジスタをCMOSトランジスタの電
源側およびグランド側にそれぞれ接続したので、出力信
号の電圧値をハイレベル側において上記ダイオード接続
トランジスタのしきい値分だけ低下させることができる
とともに、ローレベル側において上記ダイオード接続ト
ランジスタのしきい値分だけ上昇させることができ、上
記出力信号の振幅を(電源電圧−MOSトランジスタの
しきい値電圧)〜(グランドレベル+MOSトランジス
タのしきい値電圧)の間に抑えることができる。したが
って、出力信号の振幅値が小さくなった分だけCMOS
トランジスタを構成する各トランジスタのゲートとドレ
インとの間、ゲートとソースとの間、およびドレインと
ソースとの間に印加される電圧を小さくすることができ
る。これにより、プロセス変更を行うことなく論理回路
の高耐圧化を達成することができ、信頼性を向上させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す論理回路の回路図であ
る。
【図2】図1の回路の入力−出力特性図である。
【図3】図1の回路の入力波形と出力波形との関係を示
す特性図である。
【図4】図1の回路を直列に複数個接続した例を示す回
路図である。
【図5】他の論理回路を構成した例を示し、(a)はN
AND回路の回路図、(b)はNOR回路の回路図であ
る。
【図6】電源およびグランド側にそれぞれ介設するダイ
オード接続トランジスタの変形例を示し、(a)は両側
にPMOSトランジスタを介設した例を示し、(b)は
両側にNMOSトランジスタを介設した例を示し,
(c)は電源側にNMOSトランジスタを介設するとと
もに、グランド側にPMOSトランジスタを介設した例
を示している。
【符号の説明】
1 CMOSインバータ 1a インバータ回路本体部 mp1 第1のPMOSトランジスタ np1 第1のNMOSトランジスタ mp2 第2のPMOSトランジスタ np2 第2のNMOSトランジスタ Vdd 電源 Gnd グランド VDD 電源電圧 Vin 入力電圧 Vout 出力電圧
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年5月15日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図7
【補正方法】追加
【補正内容】
【図7】(a)はTFT構成のCMOSインバータを示
す回路図であり、(b)はCMOSインバータの入力/
出力特性図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 PMOSトランジスタとNMOSトラン
    ジスタとからなるCMOSトランジスタにより構成され
    る回路本体部と、 上記PMOSトランジスタと電源との間に、ダイオード
    接続されて設けられている第1のレベルシフト用MOS
    トランジスタと、 上記第1のレベルシフト用MOSトランジスタと同様に
    ダイオード接続された状態で上記NMOSトランジスタ
    とグランドとの間に設けられている第2のレベルシフト
    用MOSトランジスタとを具備することを特徴とする論
    理回路。
JP3013749A 1991-01-11 1991-01-11 論理回路 Pending JPH06343033A (ja)

Priority Applications (1)

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JP3013749A JPH06343033A (ja) 1991-01-11 1991-01-11 論理回路

Applications Claiming Priority (1)

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JP3013749A JPH06343033A (ja) 1991-01-11 1991-01-11 論理回路

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JP (1) JPH06343033A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100487481B1 (ko) * 1997-05-24 2005-07-29 삼성전자주식회사 데이터출력구동회로를갖는반도체메모리장치
CN1324554C (zh) * 2003-07-04 2007-07-04 财团法人工业技术研究院 单一型态晶体管扫描驱动电路
JP2008211807A (ja) * 2008-03-07 2008-09-11 Sony Corp レベルシフト回路およびこれを用いた固体撮像素子
JP2013150313A (ja) * 2011-12-23 2013-08-01 Semiconductor Energy Lab Co Ltd レベルシフト回路及び半導体集積回路

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JP2008211807A (ja) * 2008-03-07 2008-09-11 Sony Corp レベルシフト回路およびこれを用いた固体撮像素子
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