JPH0691455B2 - Logic circuit - Google Patents

Logic circuit

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JPH0691455B2
JPH0691455B2 JP62189099A JP18909987A JPH0691455B2 JP H0691455 B2 JPH0691455 B2 JP H0691455B2 JP 62189099 A JP62189099 A JP 62189099A JP 18909987 A JP18909987 A JP 18909987A JP H0691455 B2 JPH0691455 B2 JP H0691455B2
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JP
Japan
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conductivity type
transistor
mosfet
type transistor
gate
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初日出 五十嵐
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は論理回路に関し、特に高速動作に適応する論理
回路に関する。
The present invention relates to a logic circuit, and more particularly to a logic circuit adapted for high speed operation.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の技術としては、第4図に示す回路がある。これは
PチャネルMOSFET(以下、P−MOSFETと称す)13とNチ
ャネルMOSFET(以下、N−MOSFETと称す)14で構成され
る電圧源があり、これにP−MOSFET11のゲートを接続し
て電流ミラー回路を形成している。このP−MOSFET11を
負荷として駆動用トランジスタ12があり、このゲートを
論理回路の入力とし、また、ドレインを出力とする。
As a conventional technique, there is a circuit shown in FIG. This has a voltage source composed of a P-channel MOSFET (hereinafter referred to as P-MOSFET) 13 and an N-channel MOSFET (hereinafter referred to as N-MOSFET) 14, to which the gate of the P-MOSFET 11 is connected to generate a current. It forms a mirror circuit. There is a driving transistor 12 with the P-MOSFET 11 as a load, and its gate serves as an input of the logic circuit and its drain serves as an output.

一般に、この種の回路は、駆動用トランジスタと負荷素
子とで構成されているが、CMOSの場合、負荷側を駆動側
と逆導電型のトランジスタで構成される電流ミラー回路
としてこの回路電流を決めるトランジスタを駆動用トラ
ンジスタと同導電型つまり第4図のN−MOSFET14のよう
に使用する事により、電流ミラーを構成するトランジス
タのしきい値などの特性が製造時に変わっても、駆動用
トランジスタ12とN−MOSFET14の大きさ(チャネル幅;W
/チャネル長;L)の比で出力の“0"レベルが決定される
ようにできる。
Generally, this kind of circuit is composed of a driving transistor and a load element, but in the case of CMOS, the load side is defined as a current mirror circuit composed of a transistor of opposite conductivity type to the driving side to determine the circuit current. By using the transistor of the same conductivity type as the driving transistor, that is, like the N-MOSFET 14 of FIG. 4, even if the characteristics such as the threshold value of the transistor forming the current mirror are changed at the time of manufacture, Size of N-MOSFET 14 (channel width; W
The ratio of / channel length; L) can be used to determine the output "0" level.

また、この種の回路は、出力レベル“0"から“1"へ変化
する時のスイッチングスピードは、駆動用トランジスタ
をオフ状態にして負荷回路の電流特性によって決まる速
度で負荷容量を充電するので、“1"から“0"へ変化する
時のスイッチングスピードより遅い。これは、“1"から
“0"へ変化する時は、負荷側の電流能力の数倍ある駆動
用トランジスタがオン状態になるからスイッチングスピ
ードが十分に早くなる為である。
In addition, this type of circuit charges the load capacitance at a switching speed when the output level changes from “0” to “1” at a speed determined by the current characteristics of the load circuit, with the driving transistor turned off. It is slower than the switching speed when changing from "1" to "0". This is because when changing from "1" to "0", the driving transistor, which has several times the current capacity on the load side, is turned on, so the switching speed becomes sufficiently high.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上述した従来の回路は、出力レベルは安定に出力される
が、高速にスイッチングさせようと負荷側を大きくする
と、第5図に示すVOLがVD側にずれる、つまり“0"レベ
ルが悪化するので次段をドライブできなくなるという欠
点がある。
In the conventional circuit described above, the output level is output stably, but if the load side is increased to switch at high speed, V OL shown in Fig. 5 shifts to the V D side, that is, the "0" level deteriorates. However, there is a drawback that the next stage cannot be driven.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の論理回路は、ソース電極が電源電位に接続され
た第1および第2の第1導電型トランジスタ対の各ゲー
ト電極が前記第2の第1導電型トランジスタのドレイン
電極と共通接続された電流ミラー回路を能動負荷として
用い、前記第1の第1導電型トランジスタのドレイン電
極と接地電位との間に第1の第2導電型トランジスタが
所定の個数並列接続状態で挿入されかつそれぞれのゲー
ト電極に前記所定個数の入力信号が供給されるとともに
前記並列接続されたドレイン電極から出力信号が取り出
され、前記第2の第1導電型トランジスタのドレイン電
極と接地電位との間に第2の第2導電型トランジスタが
接続されそのゲート電極が前記電源電位に接続されて構
成された論理回路において、前記第1の第1導電型トラ
ンジスタのゲート電極および接地電位間に前記出力信号
をゲート電極に接続した第3の第2導電型トランジスタ
を挿入し、前記第1および第2の第1導電型トランジス
タ対の各ゲート電極間に第1(または第2)導電型の制
御用トランジスタを挿入し、この制御用トランジスタの
ゲート電極に前記出力信号(または入力信号)を供給
し、この出力信号(または入力信号)の動作レベルに従
って前記制御用トランジスタおよび前記第3の第2導電
型トランジスタを相補的にオン・オフ動作することを特
徴とする。
In the logic circuit of the present invention, each gate electrode of the first and second pairs of first conductivity type transistors whose source electrodes are connected to the power supply potential is commonly connected to the drain electrode of the second first conductivity type transistor. A current mirror circuit is used as an active load, and a predetermined number of first second conductivity type transistors are inserted in parallel between the drain electrode of the first first conductivity type transistor and the ground potential, and their respective gates are connected. A predetermined number of input signals are supplied to the electrodes and an output signal is taken out from the drain electrodes connected in parallel, and a second signal is provided between the drain electrode of the second first conductivity type transistor and the ground potential. A gate of the first first-conductivity-type transistor in a logic circuit configured by connecting two-conductivity-type transistors and connecting their gate electrodes to the power supply potential. A third second conductivity type transistor having the output signal connected to the gate electrode is inserted between the pole and the ground potential, and a first (or a second) transistor is provided between the gate electrodes of the first and second first conductivity type transistor pairs. 2) A conductive type control transistor is inserted, the output signal (or input signal) is supplied to the gate electrode of the control transistor, and the control transistor and the control transistor are supplied in accordance with the operation level of the output signal (or input signal). The third second conductivity type transistor is complementarily turned on / off.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の第1の実施例の回路図である。負荷用
のP−MOSFET1と駆動用のN−MOSFET2が電源およびGND
間に直列につながり、N−MOSFET2のゲートが入力、N
−MOSFET2のドレインとP−MOSFET1のドレインとの接続
点がこの論理回路の出力となる。
FIG. 1 is a circuit diagram of the first embodiment of the present invention. P-MOSFET1 for load and N-MOSFET2 for drive are power supply and GND
It is connected in series between and the gate of N-MOSFET2 is input, N
The connection point between the drain of the MOSFET 2 and the drain of the P-MOSFET 1 is the output of this logic circuit.

P−MOSFET1のゲートには、P−MOSFET5とN−MOSFET6
のドレインが接続され、それぞれのゲートは本論理回路
の出力に接続され、N−MOSFET6のソースはGNDに、また
P−MOSFET5のソースはP−MOSFET1と共に電流ミラー回
路を構成するP−MOSFET3のゲートとドレインに接続さ
れる。
The gate of P-MOSFET 1 has P-MOSFET 5 and N-MOSFET 6
Is connected to the output of this logic circuit, the source of N-MOSFET 6 is connected to GND, and the source of P-MOSFET 5 is the gate of P-MOSFET 3 that forms a current mirror circuit with P-MOSFET 1. And connected to the drain.

N−MOSFET4はこの電流ミラー回路の電流値を決めるも
ので、P−MOSFET3のドレインとGNDとの間に接続され、
ゲートには電圧源が接続される。なお、本実施例ではP
−MOSFET3のソース電圧を供給している。
The N-MOSFET 4 determines the current value of this current mirror circuit, and is connected between the drain of P-MOSFET 3 and GND.
A voltage source is connected to the gate. In this embodiment, P
-Supplying the source voltage of MOSFET3.

次に、本実施例の動作を第2図で説明する。Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG.

まず、入力が“1"になり駆動用トランジスタ2がオン状
態になると、出力が“0"へ向ってスイッチングする。こ
の時、負荷用トランジスタ1のゲートは、出力がP−MO
SFET5をオン状態にさせN−MOSFET6をオフ状態にさせる
迄GNDレベルになる。従って、IOH1に向かう電流特性に
沿ってスインチングが進む。
First, when the input becomes "1" and the driving transistor 2 is turned on, the output switches to "0". At this time, the output of the gate of the load transistor 1 is P-MO.
It goes to GND level until SFET5 is turned on and N-MOSFET6 is turned off. Therefore, the swinging progresses along the current characteristic toward I OH1 .

次に、P−MOSFET5がオン状態となり、N−MOSFET6がオ
フ状態となると、P−MOSFET3およびN−MOSFET4で発生
する電圧が負荷用トランジスタ1のゲートに供給される
ので、IOH1に向かう電流特性に途中で切り替わる。
Next, when the P-MOSFET 5 is turned on and the N-MOSFET 6 is turned off, the voltage generated in the P-MOSFET 3 and the N-MOSFET 4 is supplied to the gate of the load transistor 1, so that the current characteristic toward I OH1 is increased. Switch to the middle.

もし、IOH2のままの場合は“0"レベルがVOL2となり、GN
Dから浮き上がりN−MOSFETのしきい値を超えた場合
で、さらに次段がダイナミック動作する回路の場合、N
−MOSFETがオフ状態になることができないので誤動作す
ることになる。しかし、本実施例の場合は、途中からI
OH1側へ切り替わり、出力レベルはVOL1となるのでこの
ような事は起こらない。
If I OH2 remains, the “0” level becomes V OL2 and GN
If the circuit floats from D and exceeds the threshold of the N-MOSFET, and if the next stage is a dynamic circuit, N
-Since the MOSFET cannot be turned off, it will malfunction. However, in the case of this embodiment, I
This will not happen because the output level becomes V OL1 by switching to the OH1 side.

次に、入力が“0"になると、今までと逆の事が起こるこ
とになるが、ここでスイッチングスピードについて説明
する。入力が“0"→“1"の時は、駆動用トランジスタの
特性(破線)に沿って出力がスイッチングすることにな
るが、この能力は負荷用トランジスタの数倍の電流を流
すことが出来るので、入力が“1"から“0"になる方がス
イッチングスピードが遅い。
Next, when the input becomes "0", the opposite will occur, but here the switching speed will be explained. When the input is "0" → "1", the output will switch according to the characteristics of the driving transistor (broken line), but this ability can flow several times the current of the load transistor. , Switching speed is slower when the input changes from "1" to "0".

まず、始めVOL1からIOH1側の線に沿って進むが、負荷用
トランジスタのゲートがGNDへ切り替わり、電流供給能
力が増えてスイッチングスピードが速くなる。
First, the process proceeds from V OL1 to the I OH1 side, but the gate of the load transistor switches to GND, increasing the current supply capacity and increasing the switching speed.

なお、第1図ではP−MOSFET5の基板は電源に接続され
ているが、P−MOSFET3側に接続しても良い。また、P
−MOSFET5に並列に、またはP−MOSFET5のかわりにN−
MOSFETを接続し、このゲートに出力の反転信号を加えて
も良い。
Although the substrate of the P-MOSFET 5 is connected to the power supply in FIG. 1, it may be connected to the P-MOSFET 3 side. Also, P
-In parallel with MOSFET5 or instead of P-MOSFET5, N-
It is also possible to connect a MOSFET and add an inverted signal of the output to this gate.

第3図は本発明の第2の実施例の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of the second embodiment of the present invention.

これは、第1図のP−MOSFET5のかわりにN−MOSFET25
および35を並列に接続するもので、この時、駆動用トラ
ンジスタも出力に並列に接続されており、両方共同じ数
だけ接続されている。ゲートの信号も同じ信号が入力さ
れ、駆動用トランジスタのいづれか1つがオン状態の
時、つまり出力が“0"の時、負荷用トランジスタのゲー
トにはP−MOSFET23およびN−MOSFET24で発生した電圧
が加わる。
This is an N-MOSFET 25 instead of the P-MOSFET 5 in FIG.
And 35 are connected in parallel. At this time, the driving transistor is also connected in parallel to the output, and both are connected in the same number. The same signal is input to the gate signal, and when one of the driving transistors is in the ON state, that is, when the output is "0", the voltage generated in P-MOSFET 23 and N-MOSFET 24 is applied to the gate of the load transistor. Join.

また、すべての入力が“0"で、駆動用トランジスタがオ
フ状態の時は、これらのN−MOSFET35および25と並列に
接続されているトランジスタはすべてオフ状態になり、
出力がN−MOSFET26のしきい値を越えると、負荷用トラ
ンジスタ21のゲートはただちにGNDレベルになり、大電
流を流すことが出来る状態となるのでスイッチングスピ
ードは大幅に速くなる。
When all inputs are "0" and the driving transistors are off, all the transistors connected in parallel with these N-MOSFETs 35 and 25 are off.
When the output exceeds the threshold value of the N-MOSFET 26, the gate of the load transistor 21 immediately becomes the GND level, and a large current can be passed, so that the switching speed is significantly increased.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明は、能動素子を負荷にする事
により、負荷素子の能力を上げ高速動作を可能にするこ
とができ、特に、駆動用トランジスタが並列に接続され
るNOR回路では、出力にそれぞれの駆動用トランジスタ
のドレイン容量が付加されるので、負荷特性が大きく改
善されるという効果がある。
As described above, the present invention can increase the capacity of the load element and enable high-speed operation by loading the active element, and in particular, in the NOR circuit in which the driving transistors are connected in parallel, the output is Since the drain capacitance of each driving transistor is added to, the load characteristics are greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の第1の実施例の回路図、第2図は第1
図の各トランジスタの電流特性図、第3図は本発明の第
2の実施例の回路図、第4図は従来例の回路図、第5図
は第4図の各トランジスタの電流特性図である。 1,3,5,11,13,21,23……P−MOSFET、2,4,6,12,14,22,2
4,25,26,32,35……N−MOSFET。
FIG. 1 is a circuit diagram of the first embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a current characteristic diagram of each transistor, FIG. 3 is a circuit diagram of a second embodiment of the present invention, FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional example, and FIG. 5 is a current characteristic diagram of each transistor of FIG. is there. 1,3,5,11,13,21,23 …… P-MOSFET, 2,4,6,12,14,22,2
4,25,26,32,35 …… N-MOSFET.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ソース電極が電源電位に接続された第1お
よび第2の第1導電型トランジスタ対の各ゲート電極が
前記第2の第1導電型トランジスタのドレイン電極と共
通接続された電流ミラー回路を能動負荷として用い、前
記第1の第1導電型トランジスタのドレイン電極と接地
電位との間に第1の第2導電型トランジスタが所定の個
数並列接続状態で挿入されかつそれぞれのゲート電極に
前記所定個数の入力信号が供給されるとともに前記並列
接続されたドレイン電極から出力信号が取り出され、前
記第2の第1導電型トランジスタのドレイン電極と接地
電位との間に第2の第2導電型トランジスタが接続され
そのゲート電極が前記電源電位に接続されて構成された
論理回路において、前記第1の第1導電型トランジスタ
のゲート電極および接地電位間に前記出力信号をゲート
電極に接続した第3の第2導電型トランジスタを挿入
し、前記第1および第2の第1導電型トランジスタ対の
各ゲート電極間に第1(または第2)導電型の制御用ト
ランジスタを挿入し、この制御用トランジスタのゲート
電極に前記出力信号(または入力信号)を供給し、この
出力信号(または入力信号)の動作レベルに従って前記
制御用トランジスタおよび前記第3の第2導電型トラン
ジスタが相補的にオン・オフ動作することを特徴とする
論理回路。
1. A current mirror in which each gate electrode of a pair of first and second conductivity type transistors having a source electrode connected to a power supply potential is commonly connected to a drain electrode of the second conductivity type transistor. Using a circuit as an active load, a predetermined number of first second-conductivity type transistors are inserted in parallel between the drain electrode of the first first-conductivity type transistor and the ground potential, and are connected to the respective gate electrodes. A predetermined number of input signals are supplied and an output signal is taken out from the drain electrodes connected in parallel, and a second second conductivity is provided between the drain electrode of the second first conductivity type transistor and the ground potential. Type transistor is connected and the gate electrode thereof is connected to the power supply potential, the gate electrode and the gate electrode of the first conductivity type transistor are provided. A third second conductivity type transistor having the output signal connected to the gate electrode is inserted between ground potentials, and a first (or second) transistor is provided between the gate electrodes of the first and second first conductivity type transistor pairs. ) A conductivity type control transistor is inserted, the output signal (or input signal) is supplied to the gate electrode of the control transistor, and the control transistor and the first signal are supplied in accordance with the operation level of the output signal (or input signal). 3. A logic circuit in which the third conductivity type transistor of No. 3 is complementarily turned on / off.
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