JPH0697803A - 入力回路 - Google Patents
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- JPH0697803A JPH0697803A JP4270917A JP27091792A JPH0697803A JP H0697803 A JPH0697803 A JP H0697803A JP 4270917 A JP4270917 A JP 4270917A JP 27091792 A JP27091792 A JP 27091792A JP H0697803 A JPH0697803 A JP H0697803A
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Abstract
信号が入力された時に、貫通電流が流れず、正しい論理
値を出力するCMOS構成の入力回路を提供する。 【構成】 入力信号を論理反転して出力するインバータ
20への電流供給を遮断する貫通電流防止回路21は、
基準電圧発生回路10、インバータ12,13およびM
OSトランジスタ11a,11b,14,15から構成
される。インバータ12のしきい値電圧はTTLレベル
のハイレベル出力論理レベルよりも僅かに低い値に設定
されており、インバータ20のしきい値電圧はインバー
タ12よりも低く設定されている。インバータ20に入
力される信号の電圧がTTLレベルのハイレベル出力論
理レベル程度の時、インバータ20は反転してローレベ
ルの信号を出力し、MOSトランジスタ15がオフ状態
となってインバータ20への電流供給を遮断する。
Description
LレベルにコンパチブルなCMOS入力回路、またはC
MOS素子とバイポーラ素子の混成であるBiCMOS
入力回路に関する。
コンパチブルであるCMOS素子による入力回路、また
はCMOS素子とバイポーラ素子の混成であるBiCM
OS素子の入力回路としては、以下に示すような回路が
使用されている。図7は、従来のTTLコンパチブルの
CMOS入力回路を説明する図である。図7において、
60はTTLレベルの信号を出力するTTLドライバで
あり、71はTTLレベルの信号をCMOSレベルの信
号に変換する入力回路であり、74は入出力信号レベル
がCMOSレベルであるCMOS回路である。この入力
回路71は、PチャネルMOSトランジスタ72とNチ
ャネルMOSトランジスタ73とで構成されるインバー
タであり、TTLドライバ60の出力信号を論理反転し
て出力する。
を説明する。TTLドライバ60の出力信号、即ちノー
ドS60の電圧が入力回路71のハイレベル(論理値
1)入力論理レベル(VIH)より高い場合、Pチャネル
MOSトランジスタ72は高抵抗(オフ)状態となり、
NチャネルMOSトランジスタ73は低抵抗(オン)状
態となる。よって、入力回路71の出力、即ちノードS
71はグランド(接地)に低抵抗値の抵抗を介して接続
された状態となり、ノードS71の電圧はグランド電位
(0V)に近い電圧値(論理値0)となる。
ちノードS60の電圧が入力回路71のローレベル(論
理値0)入力論理レベル(VIL)より低い場合、Pチャ
ネルMOSトランジスタ72は低抵抗(オン)状態とな
り、NチャネルMOSトランジスタ73は高抵抗(オ
フ)状態となる。よって、入力回路71の出力、即ちノ
ードS71は電源(Vcc)に低抵抗値の抵抗を介して接
続された状態となり、ノードS71の電圧はVccに近い
電圧値(論理値1)となる。
となる。TTLレベルのハイレベル出力論理レベルとし
て規定されているVOHはCMOSレベルのハイレベル入
力論理レベルVIHよりも低くなっている。このようなT
TLレベルのハイレベル出力論理レベルVOHが入力回路
71に入力された場合、PチャネルMOSトランジスタ
72が完全にオフ状態にならず、かつNチャネルMOS
トランジスタ73が完全にオン状態にならない、いわば
中途半端な状態になる場合がある。この状態において
は、PチャネルMOSトランジスタ72とNチャネルM
OSトランジスタ73を介して、電源よりグランドに電
流(貫通電流)が流れる。
入力信号(VI )、出力信号(VO)および上記貫通電
流の関係のシュミレーション結果を示す図である。図8
において、横軸は入力電圧値(単位V)を示し、縦軸は
出力電圧値(単位V)および貫通電流値(単位mA)を
示す。このシュミレーション結果により、従来の入力回
路71においては、入力電圧(VI )が2V付近で大き
な貫通電流が発生することが判明した。
上述したような構成となっているので、PチャネルMO
Sトランジスタ72およびNチャネルMOSトランジス
タ73が共に不完全な状態(オン状態でもオフ状態でも
ない状態)となった場合、PチャネルMOSトランジス
タ72およびNチャネルMOSトランジスタ73の各チ
ャネルを介して貫通電流が流れるという問題点がある。
この貫通電流が発生した場合、入力回路71の消費電力
が増加するので、従来の入力回路においては、Pチャネ
ルMOSトランジスタ72およびNチャネルMOSトラ
ンジスタ73のサイズを小さくして上記貫通電流を少な
くしている。
ャネルMOSトランジスタ72およびNチャネルMOS
トランジスタ73のサイズを小さくした場合、入力回路
71のドライブ能力が低下し、更に入力回路71の動作
速度が遅くなるという問題点がある。本発明は、このよ
うな問題点に鑑みてなされたものであり、TTLレベル
信号を直接入力しても貫通電流が少なく、ドライブ能力
が高く、更に動作速度が速いCMOS入力回路を提供す
ることを目的とする。
め、本発明の入力回路は、入力端子に接続され、入力信
号を論理反転して出力するインバータと、上記入力端子
に接続され、上記入力信号の電圧に応じて上記インバー
タへの電流供給を遮断する制御回路とを有し、上記制御
回路は、上記入力信号の電圧を監視し、上記入力信号の
電圧が上記インバータのしきい値電圧よりも予め定めら
れた値だけ大きい時に上記インバータへの電流供給を遮
断する。
力信号を論理反転して出力するインバータと、上記入力
端子に接続され、上記入力信号の電圧に応じて上記イン
バータへの電流供給を遮断する制御回路とから構成され
る。上記インバータを構成するMOSトランジスタのサ
イズを大きくすることにより、入力回路の動作速度を速
くし、ドライブ能力を高めている。入力信号の電圧が上
記インバータのしきい値電圧よりも予め定められた値だ
け大きい時に、上記制御回路が上記インバータへの電流
供給を遮断することにより、上記インバータを構成する
MOSトランジスタが完全なオフ状態でない時に発生す
る貫通電流を防止する。上記制御回路が上記インバータ
への電流供給を遮断する電圧をTTLレベルのハイレベ
ル出力論理レベル(VOH)より僅かに小さい値にするこ
とにより、上記インバータにTTLレベルのハイレベル
出力論理レベル程度の信号が入力されたとしても、上記
インバータには貫通電流が流れず、入力回路の消費電力
が小さいものとなる。
1は、本発明の入力回路の第1の実施例の構成を示す図
である。この入力回路1はインバータ20と貫通電流防
止回路21で構成されており、入力した信号を論理反転
して出力する。貫通電流防止回路21は、基準電圧発生
回路10、PチャネルMOSトランジスタ11a,1
4,15、NチャネルMOSトランジスタ11b、およ
びインバータ12,13で構成されている。インバータ
12,13,30は、図7のインバータ(入力回路)7
1と同様に、PチャネルMOSトランジスタとNチャネ
ルMOSトランジスタとで構成されている。
バータ12のしきい値をVTG2 とすると、 VTG1 <VTG2 <VOH(VOHはTTLレベルのハイレベ
ル出力論理レベル) の式が成立するように各しきい値が設定される。このよ
うな設定とするために、ノードS4の電圧をVS4、イン
バータ12を構成するPチャネルMOSトランジスタの
しきい値をVt とした場合に、 VS4≦VOH+VT (VOHはTTLレベルのハイレベル
出力論理レベル) の式が成立するように基準電圧発生回路10の出力電圧
(ノードS5の電圧)が設定される。
チャネルMOSトランジスタ11bとで構成されるトラ
ンスミッションゲート11は、基準電圧発生回路10へ
の電流の逆流を防止するゲート回路である。Pチャネル
MOSトランジスタ11aは出力信号VO によって制御
され、NチャネルMOSトランジスタ11bは入力信号
VI によって制御される。PチャネルMOSトランジス
タ14はインバータ13の出力によって制御され、ノー
ドS1を電源電圧Vccにプルアップするトランジスタで
ある。PチャネルMOSトランジスタ15はインバータ
13の出力により制御され、インバータ20への電源電
圧Vccの供給を遮断するトランジスタである。インバー
タ20を構成するPチャネルMOSトランジスタおよび
NチャネルMOSトランジスタは、図7に示した従来の
入力回路(インバータ)71を構成するPチャネルMO
Sトランジスタ72およびNチャネルMOSトランジス
タ73よりも面積が大きいので、インバータ20はイン
バータ71よりも駆動能力が高く、動作速度も速い。ま
た、インバータ12,13に流れる貫通電流を小さくす
るため、インバータ12,13を構成するPチャネルM
OSトランジスタおよびNチャネルMOSトランジスタ
の面積は小さく設計されている。
よびPチャネルMOSトランジスタ15の状態を示す図
である。図2において、VTG1 はインバータ20のしき
い値電圧であり、VTG2 はインバータ12のしきい値電
圧であり、Vccは電源電圧であり、VS1はノードS1の
電圧であり、VS2はノードS2の電圧である。Vccが5
Vの場合、VTG1 は1.5V程度に設定され、VTG2 は
VTG1 とCMOSレベルのハイレベル入力論理レベル
(3.5V)の中間に設定される。以下、図2を参照し
て入力回路1の動作を説明する。
ある場合 VS1はハイレベル(論理値1)となり、VS2はローレベ
ル(論理値0)となり、PチャネルMOSトランジスタ
15はオン状態であり、出力電圧VO はハイレベルとな
る。また、PチャネルMOSトランジスタ14はオン状
態であり、ノードS1をプルアップする。
囲にある場合 インバータ20が論理反転して出力電圧VO はローレベ
ルとなる。ここで、PチャネルMOSトランジスタ15
はオン状態であり、インバータ20を構成するPチャネ
ルMOSトランジスタおよびNチャネルMOSトランジ
スタは完全なオフ状態または完全なオン状態ではないの
で、インバータ12が論理反転してノードS1がローレ
ベル即ちノードS2がハイレベルになるまでインバータ
20に貫通電流が流れる。
にある場合 インバータ12,13が論理反転してVS1はローレベル
となり、VS2はハイレベルとなる。インバータ13の出
力がハイレベルになることにより、PチャネルMOSト
ランジスタ15はオフ状態となる。PチャネルMOSト
ランジスタ15がオフ状態となることによってインバー
タ20がVccから切り離された形となるので、インバー
タ20に貫通電流が流れなくなる。
4の機能について述べる。インバータ12の貫通電流を
少なくするためにノードS4の電位を下げると、インバ
ータ12のハイレベル出力の電圧が低くなり、インバー
タ13に貫通電流が流れることになる。そこで、ノード
S1の電位がハイレベルの時に、ノードS2からフィー
ドバックをかけて、PチャネルMOSトランジスタ14
によりノードS1をプルアップしてインバータ13の貫
通電流を防止している。従って、ノードS1の電位はP
チャネルMOSトランジスタ14のプルアップにより急
激にハイレベルからローレベルに変化するので、インバ
ータ13にはほとんど貫通電流が流れない。
能について述べる。ノードS1の電位がVccまで上昇す
ると、ノードS4の電位はVccよりも低いのでインバー
タ12を構成するPチャネルMOSトランジスタのドレ
イン(ノードS1)からソース(ノードS4)へ電流が
逆流することになる。そこで、基準電圧発生回路10と
インバータ12との間にトランスミッションゲート11
を設け、ノードS1がVccレベルまで上昇するとトラン
スミッションゲート11をオフ状態にして電流の逆流を
防止する。
圧(VI )、出力電圧(VO )および貫通電流の関係の
シュミレーション結果である。図3において、横軸は入
力電圧値(単位V)を示し、縦軸は出力電圧値(単位
V)および貫通電流値(単位mA)を示す。入力電圧V
I がVTG1 に近いレベルになると、インバータ20に貫
通電流が流れ始める。NチャネルMOSトランジスタ1
1bのしきい値電圧は約1V程度であるので、入力電圧
VI がVTG1 に近いレベルになると、NチャネルMOS
トランジスタ11b、インバータ12のPチャネルMO
SトランジスタおよびPチャネルMOSトランジスタ1
1aを介してノードS5が電源電圧Vccに接続される
が、インバータ12を構成するPチャネルMOSトラン
ジスタが完全なオン状態となっていないので、電源電圧
Vccから基準電圧発生回路10への電流の流入はほとん
どない。また、この際、インバータ12にも僅かながら
貫通電流が流れ始める。
0のしきい値VTG1 を越えるとインバータ20が論理反
転して出力電圧VO はローレベルとなるが、インバータ
20を構成するPチャネルMOSトランジスタおよびN
チャネルMOSトランジスタは不完全なオン状態となる
ので、PチャネルMOSトランジスタ15およびインバ
ータ20を介してVccからグランドに大きな貫通電流が
流れることになる。また、入力電圧(VI )の上昇に伴
ってインバータ12に流れる貫通電流は増加する。
V程度になると、インバータ12が論理反転してノード
S1がローレベルとなり、それに伴ってインバータ13
が論理反転してノードS2がハイレベルとなり、Pチャ
ネルMOSトランジスタ14,15がターンオフする。
すると、インバータ20の貫通電流が制限されてほぼ0
mAとなる。ここで、インバータ12のしきい値電圧は
約2.5Vであるので、インバータ20に貫通電流が流
れなくなった時点においてもインバータ12には貫通電
流が僅かながら流れる。
イレベル出力論理レベルである2.5V程度の信号がこ
の入力回路1に入力されたとしても、貫通電流はほとん
ど流れないことになる。図3に示す貫通電流はシュミレ
ーションによるものであり、実際の動作においては入力
電圧VI の変化の際に一瞬だけ流れるのみであって、本
入力回路1における入力信号レベルが2.5V程度の時
の消費電力は従来の入力回路に比べて極めて少ないもの
である。
レベル(Vcc)からローレベル(0V)に変化する場合
にも当てはまるのもである。本実施例において、インバ
ータ12,13を構成するPチャネルおよびNチャネル
MOSトランジスタのサイズが非常に小さく、流れる貫
通電流が十分小さい場合には、プルアップ用Pチャネル
MOSトランジスタ14およびトランスミッションゲー
ト11を適宜省略した構成としてもよい。
の構成を示す図である。この入力回路2は、図1の入力
回路1の貫通電流防止回路21のみで入力回路としたも
のであって、PチャネルMOSトランジスタ11aのゲ
ートをインバータ12の出力に接続した構成となってい
る。以下にその動作を説明する。
1)から徐々に下降し、インバータ12のしきい値電圧
(VTG2 )よりも小さくなると、出力電圧(VO )はハ
イレベル(論理値1)となる。これに伴って、インバー
タ13が論理反転してノードS2がローレベルとなり、
PチャネルMOSトランジスタ14がオン状態となって
出力電圧(VO )を電源電圧(Vcc)に強制的にプルア
ップする。従って、インバータ13の入力は完全なハイ
レベルとなり、貫通電流は流れない。この時、トランス
ミッションゲート11がオフ状態となるので、インバー
タ12には電流が供給されなくなって貫通電流が流れな
い。以上に述べた動作は、入力電圧(VI )がローレベ
ルからハイレベルに遷移する場合にも当てはまるもので
ある。
い場合には、第2の実施例である入力回路2の構成とす
ることにより、回路の簡略化を図りつつ、第1の実施例
と同様に消費電力の少ない入力回路を実現できる。
の構成を示す図である。この入力回路3は、Pチャネル
MOSトランジスタ30とNチャネルMOSトランジス
タ31とで構成されるインバータ36、NチャネルMO
Sトランジスタ32およびインバータ33,34から構
成される。インバータ33,34はインバータ36より
もしきい値電圧が高く設定されている。
化する場合、インバータ33,34はインバータ36よ
りもしきい値電圧が低いので、インバータ36よりも遅
れて論理反転してNチャネルMOSトランジスタ32を
ターンオフし、インバータ36の出力電圧がハイレベル
の状態における貫通電流を制限する。この入力回路3
は、インバータ36のしきい値電圧が電源電圧Vccに近
い場合に、入力電圧が0Vに近い部分でのインバータ3
6の貫通電流を制限するために有効である。
の構成を示す図である。この入力回路4は、Pチャネル
MOSトランジスタ30とNチャネルMOSトランジス
タ31とで構成されるインバータ36、PチャネルMO
Sトランジスタ40、NチャネルMOSトランジスタ3
2およびインバータ33,34,41,42から構成さ
れる。インバータ33,34はインバータ36よりもし
きい値電圧が低く設定されており、インバータ41,4
2はインバータ36よりもしきい値電圧が高く設定され
ている。
化する場合、インバータ33,34はインバータ36よ
りもしきい値電圧が低いので、インバータ36よりも遅
れて論理反転してNチャネルMOSトランジスタ32を
ターンオフし、インバータ36の出力電圧がハイレベル
の状態における貫通電流を制限する。入力電圧がローレ
ベルからハイレベルに変化する場合、インバータ41,
42はインバータ36よりもしきい値電圧が高いので、
インバータ36よりも遅れて論理反転してPチャネルM
OSトランジスタ40をターンオフし、インバータ36
の出力電圧がローレベルの状態における貫通電流を制限
する。この入力回路4は、入力される信号のハイレベル
出力電圧値が電源電圧Vccと0Vとのほぼ中間である場
合に、入力電圧がVccに近い部分および入力電圧が0V
に近い部分でのインバータ36の貫通電流を制限するた
めに有効である。
の以外に種種の構成をとることができることは言うまで
もなく、ここに述べた実施例は例示である。
に接続される論理回路をドライブするインバータ(バッ
ファ)を構成するPチャネルMOSトランジスタおよび
NチャネルMOSトランジスタのサイズを大きくし、該
インバータと電源との間に貫通電流を防止するスイッチ
ング手段を設ける構成とすることにより、動作速度が速
く、駆動能力が高く、更に消費電力が少ないTTLコン
パチブルの入力回路を提供することができる。
図である。
よびPチャネルMOSトランジスタ15の状態を示す図
である。
電圧(VO )および貫通電流の関係のシュミレーション
結果を示す図である。
図である。
図である。
図である。
を説明する図である。
(VO )および貫通電流の関係のシュミレーション結果
を示す図である。
ンジスタ 11b,32・・・NチャネルMOSトランジスタ 12,13,33,34,36,40,41・・・イン
バータ 21・・・貫通電流防止回路 60・・・TTLドライバ 74・・・CMOS回路
Claims (1)
- 【請求項1】 入力端子に接続され、入力信号を論理反
転して出力するインバータと、上記入力端子に接続さ
れ、上記入力信号の電圧に応じて上記インバータへの電
流供給を遮断する制御回路とを有し、 上記制御回路は、上記入力信号の電圧を監視し、上記入
力信号の電圧が上記インバータのしきい値電圧よりも予
め定められた値だけ大きい時に上記インバータへの電流
供給を遮断することを特徴とする入力回路。
Priority Applications (2)
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