JPH0715313A - Cmos論理回路 - Google Patents

Cmos論理回路

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JPH0715313A
JPH0715313A JP5147446A JP14744693A JPH0715313A JP H0715313 A JPH0715313 A JP H0715313A JP 5147446 A JP5147446 A JP 5147446A JP 14744693 A JP14744693 A JP 14744693A JP H0715313 A JPH0715313 A JP H0715313A
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JP
Japan
Prior art keywords
voltage
type mos
mos transistor
power supply
change
Prior art date
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Pending
Application number
JP5147446A
Other languages
English (en)
Inventor
Takaaki Miyazaki
恭彰 宮▲崎▼
Kazuyuki Moritake
一之 森竹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP5147446A priority Critical patent/JPH0715313A/ja
Publication of JPH0715313A publication Critical patent/JPH0715313A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度変化にかかわらず回路の遅延時間を一定
にする。 【構成】 素子温度を検出する温度検出手段9と、出力
がP型MOSトランジスタ3のバックゲート電極に結合
され、入力が温度検出手段9に結合され、入力信号に対
して一定の関係で出力電圧が変化する第1の電圧制御手
段7と、出力がN型MOSトランジスタ4のバックゲー
ト電極に結合され、入力が温度検出手段9に結合され、
入力信号に対して一定の関係で出力電圧が変化する第2
の電圧制御手段8とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はP型MOSトランジス
タおよびN型MOSトランジスタで構成したCMOS論
理回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、デジタル機器の高速化が進み、機
器の安定動作のため使用される論理回路の遅延特性の高
精度化が必要になってきた。以下に従来のCMOS論理
回路について説明する。図2は従来のCMOS論理回路
(インバータ)の回路図であり、1は入力端子、2は出
力端子、3はP型MOSトランジスタ、4はN型MOS
トランジスタ、5,6は電源端子である。
【0003】以上のように構成された従来のCMOS論
理回路について、以下その動作を説明する。電源端子6
の電圧を0V、電源端子5の電圧を5Vとすると、入力
端子1の電圧VINが電源端子6の電圧(0V)と等しい
ときに、N型MOSトランジスタ4はカットオフし、P
型MOSトランジスタ3は導通状態となる。したがっ
て、出力端子2の電圧VO は電源端子5の電圧(5V)
に等しくなる。
【0004】つぎに、入力端子1の電圧VINが0Vから
徐々に上昇し、入力端子1の電圧V INがN型MOSトラ
ンジスタ4のしきい値電圧(VTN)を超えると、N型M
OSトランジスタ4も導通し電流が流れ始める。そのた
め、出力端子2の電圧VO は電源端子5の電圧(5V)
から低下し始める。さらに、入力端子1の電圧VINが上
昇し、P型MOSトランジスタ3およびN型MOSトラ
ンジスタ4の導通抵抗が等しくなると、出力端子2の電
圧VO は電源端子5,6の中間電圧(2.5V)にな
る。
【0005】さらに、入力端子1の電圧VINが上昇し、
電源端子5の電圧(5V)よりP型MOSトランジスタ
3のしきい値電圧(VTP)だけ低い電圧を超えると、P
型MOSトランジスタ3はカットオフし、出力端子2の
電圧VO は電源端子6の電圧(0V)に等しくなる。逆
に、入力端子1の電圧VINが電源端子5の電圧(5V)
と等しいときに、P型MOSトランジスタ3はカットオ
フし、N型MOSトランジスタ4は導通状態となる。し
たがって、出力端子2の電圧VO は、電源端子6の電圧
(0V)に等しくなる。
【0006】つぎに、入力端子1の電圧VINが5Vから
徐々に減少し、入力端子1の電圧V INの減少がP型MO
Sトランジスタ3のしきい値電圧(VTP)の電圧を超え
ると、P型MOSトランジスタ3も導通し電流が流れ始
める。そのため出力端子2の電圧VO は0Vから上昇し
始める。さらに、入力端子1の電圧VINが下降し、P型
MOSトランジスタ3およびN型MOSトランジスタ4
の導通抵抗が等しくなると、出力端子2の電圧VO は電
源端子5,6の中間電圧(2.5V)になる。
【0007】さらに、入力端子1の電圧VINが下降し、
電源端子6の電圧からN型MOSトランジスタ4のしき
い値電圧(VTN)の電圧になると、N型MOSトランジ
スタ4はカットオフし、出力端子2の電圧VO は電源端
子5の電圧(5V)に等しくなる。以上の動作で入力端
子1の反転論理が出力端子2に出力される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、P型MOSトランジスタ3およびN型M
OSトランジスタ4の駆動能力が温度によって変化する
ため、温度変化により論理回路の遅延時間が変動すると
いう問題があった。すなわち、温度が高くなると、P型
MOSトランジスタ3およびN型MOSトランジスタ4
の駆動能力が低下し、出力電圧がローレベルからハイレ
ベルに変化するのに要する時間およびハイレベルからロ
ーレベルに変化するのに要する時間が長くなり、CMO
S論理回路の入力変化に対する出力変化の時間差は大き
くなる。
【0009】逆に、温度が低くなると、P型MOSトラ
ンジスタ3およびN型MOSトランジスタ4の駆動能力
が向上し、出力電圧がローレベルからハイレベルに変化
するのに要する時間およびハイレベルからローレベルに
変化するのに要する時間が短くなり、CMOS論理回路
の入力変化に対する出力変化の時間差は小さくなる。こ
の発明は上記従来の問題点を解決するもので、素子温度
が変化しても、遅延時間の変化の少ない優れたCMOS
論理回路を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明のCMOS論理
回路は、P型MOSトランジスタおよびN型MOSトラ
ンジスタに対し、素子温度を検出する温度検出手段と、
出力がP型MOSトランジスタのバックゲート電極に結
合され入力が温度検出手段に結合され入力信号に対して
一定の関係で出力電圧が変化する第1の電圧制御手段
と、出力がN型MOSトランジスタのバックゲート電極
に結合され入力が温度検出手段に結合され入力信号に対
して一定の関係で出力電圧が変化する第2の電圧制御手
段とを付加している。
【0011】
【作用】素子温度の変化に対してP型MOSトランジス
タおよびN型MOSトランジスタのバックゲート電極の
電圧を制御することにより、それぞれのしきい値電圧を
制御し、素子温度の変化に対するP型MOSトランジス
タおよびN型MOSトランジスタの駆動能力の変化を低
く抑え、遅延時間の温度変化を低く抑える。
【0012】
【実施例】以下この発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。図1は、この発明の一実施例にお
けるCMOS論理回路の構成を示すものである。図1に
おいて、1は入力端子、2は出力端子、3はP型MOS
トランジスタ、4はN型MOSトランジスタ、5,6は
電源端子で、これらは従来例と同じである。また、7,
8はP型MOSトランジスタ3およびN型MOSトラン
ジスタ4のバックゲート電圧をそれぞれ制御する電圧制
御手段で、例えば演算増幅器で構成される。9は素子温
度を検出する温度検出手段で、例えばPN接合ダイオー
ドまたはMOSダイオードで構成される。
【0013】以上のように構成されたこの実施例のCM
OS論理回路について、以下その動作を説明する。電源
端子6の電圧を0V、電源端子5の電圧を5Vとする
と、入力端子1の電圧VINが電源端子6の電圧(0V)
と等しいときに、N型MOSトランジスタ4はカットオ
フし、P型MOSトランジスタ3は導通となる。したが
って、出力端子2の電圧VO は電源端子5の電圧(5
V)に等しくなる。
【0014】つぎに、入力端子1の電圧VINが0Vから
徐々に上昇し、入力端子1の電圧V INがN型MOSトラ
ンジスタ4のしきい値電圧(VTN)を超えると、N型M
OSトランジスタ4も導通し電流が流れ始める。そのた
め、出力端子2の電圧VO は電源端子5の電圧(5V)
から低下し始める。さらに、入力端子1の電圧VINが上
昇し、P型MOSトランジスタ3およびN型MOSトラ
ンジスタ4の導通抵抗が等しくなると、出力端子2の電
圧VO は電源端子5,6の中間電圧(2.5V)にな
る。
【0015】さらに、入力端子1の電圧VINが上昇し、
電源端子5の電圧(5V)よりP型MOSトランジスタ
3のしきい値電圧(VTP)だけ低い電圧を超えると、P
型MOSトランジスタ3はカットオフし、出力端子2の
電圧VO は電源端子6の電圧(0V)に等しくなる。逆
に、入力端子1の電圧VINが電源端子5の電圧(5V)
と等しいときに、P型MOSトランジスタ3はカットオ
フし、N型MOSトランジスタ4は導通状態となる。し
たがって、出力端子2の電圧VO は電源端子6の電圧
(0V)に等しくなる。
【0016】つぎに、入力端子1の電圧VINが5Vから
徐々に減少し、入力端子1の電圧V INがP型MOSトラ
ンジスタ3のしきい値電圧(VTP)の電圧を超えると、
P型トランジスタ3も導通し電流が流れ始める。そのた
め出力端子2の電圧VO は0Vから上昇し始める。さら
に、入力端子1の電圧VINが下降し、P型MOSトラン
ジスタ3およびN型MOSトランジスタ4の導通抵抗が
等しくなると、出力端子2の電圧VO は電源端子5,6
の中間電圧(2.5V)になる。
【0017】さらに、入力端子1の電圧VINが下降し、
電源端子6の電圧からN型MOSトランジスタ4のしき
い値電圧(VTN)の電圧に達すると、N型MOSトラン
ジスタ4はカットオフし、出力端子2の電圧VO は電源
端子5の電圧(5V)に等しくなる。以上の動作で入力
端子1の反転論理が出力端子2に出力される。
【0018】そして、温度検出手段9の出力により検出
した素子温度の変化に対応してP型MOSトランジスタ
3およびN型MOSトランジスタ4のそれぞれのバック
ゲート電極に結合した電圧制御手段7,8によってP型
MOSトランジスタ3とN型MOSトランジスタ4のバ
ックゲート電圧を制御することで、しきい値電圧を制御
してトランジスタ能力を一定にする。
【0019】ここで、しきい値電圧の制御によるトラン
ジスタ能力の一定化について説明する。μn を電子の移
動度、COXを酸化膜容量、Wを空乏層膜厚、VGSをゲー
ト・ソース間電圧、VT をしきい値電圧、L′を実行ゲ
ート長とすると、一般にMOSトランジスタの駆動能力
を示すドレイン電流IDSは、 IDS=μn OXW(VGS−VT 2 /2L′ で示され、この中で移動度μn は、qを電子の電荷量、
Dを電子の拡散係数、kをボルツマン定数、Tを絶対温
度とすると、 μn =qD/kT で示される。つまり温度が上昇すると移動度μn は低下
する。また、VS をソース電圧、φをビルトイン電圧、
qを電子の電荷量、NA をP型不純物濃度、κsiをシリ
コン比誘電率、ε0 を真空の誘電率、VSUB を基板に印
加した電圧とすると、一般にMOSトランジスタのしき
い値VT は、 VT =VS +φ+[{2qNA κsiε0 (VS +φ−VSUB )}]1/2 で示される。この時の温度の上昇を温度検出手段で検出
し、それに基づいてしきい値電圧を減少させるためにP
型MOSトランジスタ3とN型MOSトランジスタ4の
バックゲート電圧をそれぞれ上げることで、MOSトラ
ンジスタの駆動能力を示すドレイン電流IDSを一定にす
ることができる。
【0020】以上のようにこの実施例は、素子温度の変
化に対応して、P型MOSトランジスタ3およびN型M
OSトランジスタ4のバックゲート電極の電圧を制御す
るようにしたので、それぞれのしきい値電圧を制御し、
温度変化に対するトランジスタの駆動能力の変化を低く
抑え、遅延時間の温度変化を低く抑えることができる。
【0021】
【発明の効果】この発明のCMOS論理回路は、素子の
温度変化に対してN型およびP型MOSトランジスタの
バックゲート電極の電圧を制御するようにしたため、そ
れぞれのしきい値電圧を制御し、温度変化に対するトラ
ンジスタの駆動能力の変化を低く抑え、遅延時間の温度
変化を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例におけるCMOS論理回路
の回路図である。
【図2】従来のCMOS論理回路の回路図である。
【符号の説明】
1 入力端子 2 出力端子 3 P型MOSトランジスタ 4 N型MOSトランジスタ 5,6 電源端子 7,8 電圧制御手段 9 温度検出手段

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 P型MOSトランジスタおよびN型MO
    Sトランジスタと、素子温度を検出する温度検出手段
    と、出力が前記P型MOSトランジスタのバックゲート
    電極に結合され入力が前記温度検出手段に結合され入力
    信号に対して一定の関係で出力電圧が変化する第1の電
    圧制御手段と、出力が前記N型MOSトランジスタのバ
    ックゲート電極に結合され入力が前記温度検出手段に結
    合され入力信号に対して一定の関係で出力電圧が変化す
    る第2の電圧制御手段とを備えたCMOS論理回路。
JP5147446A 1993-06-18 1993-06-18 Cmos論理回路 Pending JPH0715313A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5147446A JPH0715313A (ja) 1993-06-18 1993-06-18 Cmos論理回路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5147446A JPH0715313A (ja) 1993-06-18 1993-06-18 Cmos論理回路

Publications (1)

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JPH0715313A true JPH0715313A (ja) 1995-01-17

Family

ID=15430536

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5147446A Pending JPH0715313A (ja) 1993-06-18 1993-06-18 Cmos論理回路

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JP (1) JPH0715313A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000004638A1 (en) * 1998-07-14 2000-01-27 Koninklijke Philips Electronics N.V. Cmos delay circuit using substrate biassing
JP2015169811A (ja) * 2014-03-07 2015-09-28 株式会社Joled 表示装置、及び、表示装置を備えた電子機器
CN108631768A (zh) * 2017-03-15 2018-10-09 格芯公司 用于fdsoi的电路调谐方案

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CN108631768B (zh) * 2017-03-15 2022-05-24 格芯(美国)集成电路科技有限公司 用于fdsoi的电路调谐方案

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