JPH0813001B2 - トランスミッション型論理回路 - Google Patents

トランスミッション型論理回路

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JPH0813001B2
JPH0813001B2 JP62078576A JP7857687A JPH0813001B2 JP H0813001 B2 JPH0813001 B2 JP H0813001B2 JP 62078576 A JP62078576 A JP 62078576A JP 7857687 A JP7857687 A JP 7857687A JP H0813001 B2 JPH0813001 B2 JP H0813001B2
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channel mos
channel
diode
mos transistors
transistors
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隆 大澤
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【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、論理積、論理和回路を構成するのに適した
トランスミッション型論理回路に関するもので、特に高
速性、コンパクト性が要求される論理回路に使用される
ものである。
(従来の技術) 従来、論理積、論理和回路は、例えばダイナミック型
のNMOSで構成すると第8図のようになり、(同図(a)
は論理積回路、同図(b)は論理和回路)ディプリーシ
ョン型NMOSを含むNMOSで構成すると第9図のようにな
り、(同図(a)は論理積回路、同図(b)は論理和回
路)さらに、相補型MOSで構成すると第10図のようにな
る。(同図(a)は論理積回路、同図(b)は論理和回
路) (発明が解決しようとする問題点) 前項で述べた従来技術はいずれも、入力信号φ、φ
、…、φがトランジスタのゲートに入力するため、
すべての入力信号の入力容量が大きく、特にφoutが大
きい負荷を駆動しなければならない場合には、入力容量
増大に伴う信号遅延は無視できないものとなる。CMOS構
造で論理回路を構成する場合は特に入力容量が大きくな
り、トランジスタ数も多くなり、集積度を上げる上で不
利となる。さらに、従来の論理回路は、高電位、低電位
の二種類の電源電圧Vcc、Vssを必要とするので、これら
二種類の電源を回路ブロックまで引き回すのに要する空
間は、集積度向上を妨げるし、チップ上の電源Vcc、Vss
が引き込まれていないスペースを利用することも不可能
である。
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためにな
されたものである。つまり、従来MOSトランジスタのゲ
ート電位をコントロールして、論理回路を構成していた
のに対し、本発明では、MOSトランジスタのドレインま
たはソース、バイポーラトランジスタのエミッタまたは
コレクタにも入力信号を入力して、トランスミッション
型の論理回路を形成することにより、従来よりも素子数
が少なく、電源も必要とせず、より高速な論理回路を構
成するものである。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段と作用) 上記本発明の目的を達成するために、従来の論理演算
は、入力信号をすべてMOSトランジスタのゲートに入力
して、トランジスタのオン、オフに基づき、電源Vcc、V
ssからのチャージの流入、あるいは流出により、出力信
号を出していたのに対し、本発明では、入力信号自身が
出力信号へのチャージを荷う方式、つまりトランスミッ
ション方式の論理ゲート回路を用い、電源を使用するこ
となく、論理積動作あるいは論理和動作を行えるように
している。
(実施例) 第1図は、本発明の実施例である論理積(アンド)ゲ
ートである。この例では、n個の入力信号φ、φ
…、φに対して出力信号Xを持つ論理積ゲートであ
る。またn−1個のNチャネルMOSトランジスタMN62〜M
N6nと、n−1個のPチャネルMOSトランジスタMP62〜NP
6nより成っている。
即ち上記(n−1)組のNチャネルMOSトランジスタ
およびPチャネルMOSトランジスタを有し、それぞれの
組ではN、PチャネルMOSトランジスタのチャネル導電
路を一端が共通、また他端およびゲートが共通である。
NチャネルMOSトランジスタMN62〜MN6nは直列接続さ
れ、この直列回路の一端および前記各トランジスタのゲ
ートが論理入力となり、前記直列回路の他端Xが論理出
力端となっている。この論理回路の特徴は、このゲート
回路内に、電源を一つも持っていない点である。
この論理ゲートの動作は以下の通りである。n個の入
力信号がすべてVccであれば、n−1個のNチャネルMOS
トランジスタMN62〜MN6nがすべてオンし、φからのチ
ャージが出力Xへ転送され、出力は高レベル状態にな
る。逆に、n個の入力信号のうちに、少なくとも1個Vs
sがあれば、出力Xは低レベル状態となる。何故なら
ば、出力信号X側から見て初めてVssとなる入力信号を
φi(2≦i≦n)とすれば、MP6i、MN6i+1、…、MN6n
を通してφiからのチャージが出力Xへ転送されること
になり、出力Xは低レベルになる。φのみがVss、φ
〜φが全でVccの時は、トランジスタMN62〜MN6n
通してφからのチャージが、出力Xへ転送されること
になり、やはり出力Xは低レベルになる。
第2図は、本発明の異なる実施例である論理和(オ
ア)ゲートである。この例は、第1図同様n個の入力信
号φ〜φに対し、出力信号Yを持つ論理和ゲートで
あり、また論理ゲート内に電源を一つも持っていない。
各トランジスタの導電型は第1図とは逆である。
この論理ゲートの動作は以下の通りである。n個の入
力信号が全てVssであれば、n−1個のPチャネルMOSト
ランジスタMP72〜MP7nが全てオンし、φからのチャー
ジが出力Yへ転送され、出力Yは低レベルとなる。逆
に、n−1個の入力信号の内に、少なくとも1個のVcc
のものがあれば、出力信号Yは高レベル状態になる。何
故ならば、出力信号Yの側から見て、はじめてVccとな
る入力信号をφ(2≦i≦n)とすれば、トランジス
タMN7i、MP7i+1〜MP7nを通して、φからのチャージが
出力信号Yへ転送されるので、出力信号Yは高レベル状
態となる。
第3図は、本発明の異なる実施例である論理積(アン
ド)ゲートである。この例は、第1図と同様に、n個の
入力信号φ〜φに対して、出力信号Xを持つ論理積
ゲートであるが、第1図と異なる点は、ダイオード接続
のPチャネルトランジスタMP62〜MP6nが、それぞれダイ
オードD82〜D8nに置き換えられた点である。この論理ゲ
ートは、第1図の論理ゲートと同様に、論理ゲート内に
電源を用いていない。
この論理ゲートの動作原理は、第1図の動作原理と同
じである。すなわち、n個の入力信号φ〜φがすべ
てVccであれば、MN82〜MN8nのn−1個のNチャネルMOS
トランジスタが全てオンし、φからのチャージが出力
信号Xへ転送されて、出力Xは高レベル状態となる。逆
に、φ〜φのうちに少なくとも1個のVssがあれ
ば、出力信号Xは低レベル状態となる。何故ならば、出
力信号Xの側から見て初めてVssとなる入力信号をφ
(2≦i≦n)とすれば、ダイオードD8i、トランジス
タMN8i+1〜MN8nを通してφからのチャージが出力信号
Xへ転送され、出力信号Xは低レベルとなる。φのみ
がVssで、φ〜φがすべてVccのときには、トランジ
スタMN82〜MN8nを通して、φからのチャージが出力X
へ転送されるので、やはり出力信号Xは低レベルとな
る。
第4図は、本発明の異なる実施例である論理和(オ
ア)ゲートである。この例は、第2図と同様に、n個の
入力信号φ〜φに対し、出力信号Yを持つ論理和ゲ
ートであるが、第2図のものと異なる点は、第2図のダ
イオード接続のNチャネルMOSトランジスタMN72〜MN7n
を、ダイオードD92〜D9nに置き換えた点である。この論
理ゲートも第2図と同様に内部に電源を持っていない。
この論理ゲートは、第2図と同様の動作をする。即
ち、n個の入力信号φ〜φがすべてVssであれば、
トランジスタMP92〜MN9nを通して、φからのチャージ
が出力Yへ転送され、出力信号Yは低レベル状態とな
る。逆に、φ〜φの中に少なくとも1個Vccが存在
すれば、出力信号Yは高レベル状態になる。何故なら
ば、出力信号Yの側から見て初めてVccとなる入力信号
をφ(2≦i≦n)とすれば、ダイオードD9i、トラ
ンジスタMP9i+1〜MP9nを通して、φからのチャージが
出力Yへ転送され、出力信号Yは高レベル状態になる。
φのみVccで、φ〜φがすべてVssの時は、トラン
ジスタMP92〜MP9nを通して、φからのチャージが出力
Yへ転送されるので、やはり出力信号Yは高レベルとな
る。
第5図は、本発明の異なる実施例である論理積(アン
ド)ゲートである。この例は、第1図、第3図と同様に
n個の入力信号φ〜φに対し、出力Xを持つ論理ゲ
ートであるが、第3図と異なる点は、NチャネルMOSト
ランジスタMN82〜MN8nが、それぞれNPNバイポーラトラ
ンジスタNPN102〜NPN10nに置き換えられた点である。こ
の論理ゲートは、同様に電源を用いていない。動作原理
は、第1図、第3図のそれと同様である。
第6図は、本発明の異なる実施例である論理和(オ
ア)ゲートである。この例は、第2図、第4図と同様に
n個の入力信号φ〜φに対し、出力Yを持つ論理和
ゲートだが、第4図のものと異なる点は、PチャネルMO
SトランジスタMP92〜MP9nをそれぞれPNP型バイポーラト
ランジスタPNP112〜PNP11nで置き換えた点である。この
論理ゲートも同様に内部に電源を持っていない。動作原
理は、第2図、第4図のそれと同様である。
また、今までは論理積ゲートあるいは論理和ゲート単
独の実施例のみ述べてきたが、これらを組み合わせた任
意の論理演算に対しても、同様にトランスミッション型
の演算ゲートを形成することができる。第7図は、本発
明の他の実施例である論理演算X=(φ×φ)+φ
である。この実施例は第1図のタイプの論理積ゲート
と第2図のタイプの論理和ゲートを組み合わせたもの
で、従来CMOS構成では12素子を要していたが、4素子
で、上記演算を実現している。他のタイプの論理積ゲー
ト、論理和ゲートを組み合わせても、同様にトランスミ
ッション型論理ゲートが実現できること勿論である。
以上の回路にあっては、次の3つの利点が挙げられ
る。
従来の論理ゲートに比べて高速演算が可能。
素子数が従来のゲートに比べて非常に少なくて済
む。
電源線は全く必要としない。
上記の理由の一つは、従来に比べて入力信号の入力
容量が減るからである。多入力論理ゲートを使用する
際、φ〜φの全てが同一のタイミングで入力される
場合は稀で、大体はこれらのうち1つの信号のみが他よ
りも遅く入力されてきて、演算スピードを律速してい
る。(クリティカルパス)この信号をφ(ゲート入力
でなく、ドレイン、コレクタに入力している信号)とし
て使用すれば、ゲート容量が付加されず、非常に高速に
ゲートをくぐることができる。勿論、クリティカルパス
は設計の段階で分かっている。またのもう一つの理由
は、従来の論理積、和ゲートは必ず、NAND+NOT、NOR+
NOTと2段のゲートからなっており、1段分本発明の方
が速いという点である。
上記については、n入力の場合、従来は、2(n+
1)個の素子が必要だったのに対し、本発明では2(n
−1)個の素子で済む。確かにnの値を大きくして行け
ば、両者の比は1に近づくが、通常は、第7図のように
2入力あるいは3入力の論理積、和の組み合わせから成
るので、素子数は大幅に減ることになる。
上記も、重要な効果で、本発明を用いると、チップ
内に至る所に演算ゲートを設けることができ、チップ上
の面積利用に貢献することができる。従来は、太いVc
c、Vssの電源線の間に、論理演算用の素子領域を形成し
ていた。従って、その他の配線領域パッドとパッドの間
の領域には、たとえ空間が空いていても、Vcc、Vss線が
走っていないという理由のために、空いたままにしてお
かざるを得なかったが、本発明により、この様な無駄な
空間を無くすことが可能となり、ひいてはチップサイズ
の現象につなげることができる。
なお本発明でいうMOSトランジスタは、一端、他端が
ソースにもドレインにもなり得るので、本発明でいうMO
Sトランジスタの一端は「ソース又はドレイン」という
言葉を使う。また本発明でいうバイポーラトランジスタ
は、一端、他端がエミッタにもコレクタにもなり得るの
で、本発明でいうバイポーラトランジスタの一端は「エ
ミッタ又はコレクタ」という言葉を使う。また本発明
は、例えば第5図および第6図において、ダイオードD
102、…、D112…をMOSトランジスタMP、…、MN、…に置
き換えてもよい等、本発明は種々の応用が可能である。
[発明の効果] 以上説明したごとく本発明によれば、従来の論理ゲー
トに比べて高速演算が可能であり、素子数が従来に比べ
て非常に少なく、また、電源を全く使用することなく、
論理積動作あるいは論理和動作を行えるなどの利点を有
したトランスミッション型論理回路が提供できるもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第7図は本発明の各実施例の回路図、第8
図ないし第10図は従来の論理回路図である MN62〜MN8n……NチャネルMOSトランジスタ、MP72〜MP
9n……PチャネルMOSトランジスタ、D82〜D11n……ダイ
オード、 NPN102〜NPN10n……NPNバイポーラトランジスタ、PNP
112〜PNP11n……PNPバイポーラトランジスタ、MP、MN…
…ダイオード接続された整流素子。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】n組のNチャネルMOSトランジスタ及びP
    チャネルMOSトランジスタを有し、それぞれの組では、
    Nチャネル、PチャネルMOSトランジスタのチャネル導
    電路の一端が共通接続される共にゲートが共通接続さ
    れ、前記PチャネルMOSトランジスタのチャネル導電路
    の他端は各組独立にNチャネル、PチャネルMOSトラン
    ジスタのゲートの共通接続点に接続し、前記各Nチャネ
    ルMOSトランジスタは直列接続され、この直列回路の一
    端及び前記各組のNチャネル、PチャネルMOSトランジ
    スタのゲートの共通接続点が論理信号入力端となり、前
    記直列回路の他端が論理信号出力端となることを特徴と
    するトランスミッション型論理回路。
  2. 【請求項2】n組のPチャネルMOSトランジスタ及びN
    チャネルMOSトランジスタを有し、それぞれの組では、
    Pチャネル、NチャネルMOSトランジスタのチャネル導
    電路の一端が共通接続される共にゲートが共通接続さ
    れ、前記NチャネルMOSトランジスタのチャネル導電路
    の他端は各組独立にPチャネル、NチャネルMOSトラン
    ジスタのゲートの共通接続点に接続し、前記各Pチャネ
    ルMOSトランジスタは直列接続され、この直列回路の一
    端及び前記各組のPチャネル、NチャネルMOSトランジ
    スタのゲートの共通接続点が論理信号入力端となり、前
    記直列回路の他端が論理信号出力端となることを特徴と
    するトランスミッション型論理回路。
  3. 【請求項3】n組のNチャネルMOSトランジスタ及びダ
    イオードを有し、それぞれの組では、NチャネルMOSト
    ランジスタのチャネル導電路の一端とダイオードのアノ
    ードとが共通接続される共にNチャネルMOSトランジス
    タのゲートとダイオードのカソードとが共通接続され、
    前記各NチャネルMOSトランジスタは直列接続され、こ
    の直列回路の一端及び前記各組のNチャネルMOSトラン
    ジスタのゲートとダイオードのカソードとの共通接続点
    が論理信号入力端となり、前記直列回路の他端が論理信
    号出力端となることを特徴とするトランスミッション型
    論理回路。
  4. 【請求項4】n組のPチャネルMOSトランジスタ及びダ
    イオードを有し、それぞれの組では、PチャネルMOSト
    ランジスタのチャネル導電路の一端とダイオードのカソ
    ードとが共通接続される共にPチャネルMOSトランジス
    タのゲートとダイオードのアノードとが共通接続され、
    前記各PチャネルMOSトランジスタは直列接続され、こ
    の直列回路の一端及び前記各組のPチャネルMOSトラン
    ジスタのゲートとダイオードのアノードとの共通接続点
    が論理信号入力端となり、前記直列回路の他端が論理信
    号出力端となることを特徴とするトランスミッション型
    論理回路。
  5. 【請求項5】n組のNPNバイポーラトランジスタ及びダ
    イオードを有し、それぞれの組では、NPNバイポーラト
    ランジスタのコレクタ・エミッタ間導電路の一端とダイ
    オードのアノードとが共通接続される共にNPNバイポー
    ラトランジスタのベースとダイオードのカソードとが共
    通接続され、前記各NPNバイポーラトランジスタは直列
    接続され、この直列回路の一端及び前記各組のNPNバイ
    ポーラトランジスタのベースとダイオードのカソードと
    の共通接続点が論理信号入力端となり、前記直列回路の
    他端が論理信号出力端となることを特徴とするトランス
    ミッション型論理回路。
  6. 【請求項6】n組のPNPバイポーラトランジスタ及びダ
    イオードを有し、それぞれの組では、PNPバイポーラト
    ランジスタのエミッタ・コレクタ間導電路の一端とダイ
    オードのカソードとが共通接続される共にPNPバイポー
    ラトランジスタのベースとダイオードのアノードとが共
    通接続され、前記各PNPバイポーラトランジスタは直列
    接続され、この直列回路の一端及び前記各組のPNPバイ
    ポーラトランジスタのベースとダイオードのアノードと
    の共通接続点が論理信号入力端となり、前記直列回路の
    他端が論理信号出力端となることを特徴とするトランス
    ミッション型論理回路。
JP62078576A 1987-03-31 1987-03-31 トランスミッション型論理回路 Expired - Lifetime JPH0813001B2 (ja)

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JPS63245124A JPS63245124A (ja) 1988-10-12
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5036145A (ja) * 1973-08-02 1975-04-05
JPS5662427A (en) * 1979-10-26 1981-05-28 Pioneer Electronic Corp Logic circuit

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