JPH0983344A - インバータ回路 - Google Patents

インバータ回路

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JPH0983344A
JPH0983344A JP7234963A JP23496395A JPH0983344A JP H0983344 A JPH0983344 A JP H0983344A JP 7234963 A JP7234963 A JP 7234963A JP 23496395 A JP23496395 A JP 23496395A JP H0983344 A JPH0983344 A JP H0983344A
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JP
Japan
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power supply
inverter circuit
gate
type
supply line
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JP7234963A
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Inventor
Masaki Furuchi
将樹 古地
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/0008Arrangements for reducing power consumption
    • H03K19/0013Arrangements for reducing power consumption in field effect transistor circuits
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/30Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
    • H03B5/32Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator
    • H03B5/36Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/364Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator active element in amplifier being semiconductor device the amplifier comprising field effect transistors
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Abstract

(57)【要約】 【課題】CMOSインバータ回路を流れる貫通電流を低
減する。 【解決手段】ゲートが入力端子106、ドレインが出力
端子107に接続されたE型PMOSトランジスタ10
2と、ゲートが入力端子106、ドレインが出力端子1
07、ソースがグランド電源112に接続されたE型N
MOSトランジスタと、ソースがE型PMOSトランジ
スタ102のソース、ゲートがグランド電源112、ド
レインが電源104に接続されたD型NMOSトランジ
スタとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】本発明は、インバータ回路に
関し、特にCMOSインバータ回路に関する。
【0001】
【従来の技術】近年、インバータ回路は、種々の回路に
適用されている。その一つの適用例としてCMOS発振
回路がある。このような、CMOS発振回路の基本的な
回路構成を図5に示す。
【0002】このCMOS発振回路は、CMOSインバ
ータ回路501、帰還抵抗505、水晶振動子508お
よび容量509、510によって構成されている。CM
OSインバータ回路501は、Pチャネル型(P)MO
Sトランジスタ502およびNチャネル型(N)MOS
トランジスタ503によって構成され、PMOSトラン
ジスタ502は、ソースが電源504、ドレインが出力
端子507およびゲートが入力端子506に接続され、
NMOSトランジスタは、ソースがグランド電源GN
D、ドレインが出力端子507およびゲートが入力端子
506に接続されている。帰還抵抗505および水晶発
信子508は、入力端子506および出力端子507の
間に接続され、容量509および510は、それぞれ入
力端子506および出力端子507とグランド電源GN
Dとの間に接続されている。
【0003】かかる発振回路の動作は周知であるので省
略するが、本回路におけるCMOSインバータ回路10
1は、アナログ反転増幅回路として動作する。このた
め、発振動作をしている限り、電源間にいわゆる貫通電
流が流れ、電力を消費している。この電力消費は発振周
波数が高いほど大きくなる。
【0004】図3に、CMOSインバータ回路101の
入力電圧対貫通電流の特性をL3で示す。横軸は入力電
圧を示し、縦軸は貫通電流を示している。ここでは、入
力電圧として、0(V)から5(V)まで変化したとき
の閾値が2.5(V)のCMOSインバータ回路の例を
示している。曲線L3から明らかなように、CMOSイ
ンバータ回路の貫通電流は、その閾値2.5(V)をピ
ークとして、約800μA流れていることがわかる。発
振回路として使用されるCMOSインバータ回路では、
入力電圧は閾値を中心とした振幅が2〜3(V)の電圧
となるため、CMOSインバータ回路101の消費電力
は大きくなる。
【0005】そこで、貫通電流を抑制したCMOSイン
バータ回路が特開平4−273718号公報に提案され
ている。このCMOSインバータ回路を図6に示す。こ
のCMOSインバータ回路は、デプレッション(D)型
NMOSトランジスタ701、エンハンスメント(E)
型PMOSトランジスタ702、E型NMOSトランジ
スタ703によって構成されている。D型NMOSトラ
ンジスタ701は、ドレインが電源VDD、ゲートがソ
ースに接続され、E型PMOSトランジスタ702は、
ソースがD型NMOSトランジスタのドレイン、ゲート
が入力端子、ドレインが出力端子に接続され、E型NM
OSトランジスタは、ドレインが出力端子、ソースがグ
ランド電源GND、ゲートが入力端子に接続されて構成
されている。この改良されたCMOSインバータ回路で
は、D型NMOSトランジスタ701が電流制限トラン
ジスタとして動作し、貫通電流を少なくしている。すな
わち、E型PMOSトランジスタ702およびNMOS
トランジスタ703が導通し、D型NMOSトランジス
タ701の飽和電流以上の貫通電流が流れると、D型N
MOSトランジスタ701は飽和して、その飽和領域で
は一定電流以上流れなくなる。この回路の貫通電流を図
3のL2に示す。このグラフのL2に示されるように、
改良されたCMOSインバータ回路の貫通電流のピーク
電流は、トランジスタ701の存在により、約400μ
Aに変化する。したがって、貫通電流を少なくすること
ができ、消費電力を低減することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6に
示したD型NMOSトランジスタ701のゲートはドレ
インに接続されているため、ゲート・ソース間電圧は常
に一定となっている。すなわち、D型NMOSトランジ
スタの飽和電流によって貫通電流を制限しているにすぎ
ない。
【0007】近年、集積回路の低消費電力化の要求はま
すます強くなっており、図6の構成ではその要望に答え
きれない。
【0008】そこで本願発明は、さらに消費電力を低減
したCMOSインバータ回路を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のインバータ回路
は、第1の電源ラインと、第2の電源ラインと、節点と
出力端との間に接続されゲートが入力端に接続された一
導電型の第1のMOSトランジスタと、前記出力端と前
記第2の電源ラインとの間に接続されゲートが前記入力
端に接続された第二導電型の第2のMOSトランジスタ
と、前記第1の電源ラインと前記節点との間に接続され
ゲートが前記第2の電源ラインに接続されたディプレッ
ション型の前記第二導電型の第3のMOSトランジスタ
とを備えることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明を
説明する。
【0011】図1に、本発明の一実施例によるCMOS
インバータ回路を示す。このCMOSインバータ回路
は、D型NMOSトランジスタ111、E型PMOSト
ランジスタ102およびE型NMOSトランジスタ10
3によって構成される。D型NMOSトランジスタ11
1は、ドレインが電源104、ゲートがグランド電源G
NDに接続され、E型PMOSトランジスタ111は、
ソースがD型NMOSトランジスタ111のソース、ゲ
ートが入力端子、ドレインが出力端子に接続され、E型
NMOSトランジスタ103は、ソースがグランド電源
GND、ドレインが出力端子、ゲートが入力端子に接続
されて構成される。
【0012】D型NMOSトランジスタ111は、図2
に示すようにゲート・ソース間電圧対ドレイン電流の特
性を有する。すなわち、ゲート・ソース間電圧が低下す
ると、ドレイン電流が低下する。本発明は、この特性を
積極的に利用したものである。すなわち、D型NMOS
トランジスタ111は、そのゲートがソースから切り離
されグランド電源GNDに接続されている。したがっ
て、D型NMOSトランジスタ111を流れる電流が増
加すると、その電流はトランジスタ102、103の電
流でもあるから、トランジスタ102、103による電
圧降下がD型NMOSトランジスタ111のソース電位
を上昇させる。一方、D型NMOSトランジスタ111
のゲートは、グランド電源GNDに接続されている。し
たがって、D型NMOSトランジスタ111のゲート・
ソース間電圧は低下(マイナス方向に変化)したことに
なり、D型NMOSトランジスタ111を流れるドレイ
ン電流は、小さくなることになる。この結果、電流制限
の作用がより強くなる。
【0013】具体的には、図3のL1に示すような貫通
電流特性がD型NMOSトランジスタ111によって得
られ、貫通電流のピークは、入力電圧が1.5(V)の
ときに、約200μAとなっている。この値は、図5の
CMOSインバータ回路の約4分の1であり、図6のゲ
ートをソースに接続したD型NMOSを使用したCMO
Sインバータ回路の約2分の1となる。そして、本発明
の貫通電流のピークは、入力電圧が約1.5(V)にな
り、入力電圧の中心2.5(V)からL2、L3の貫通
電流のピークよりも大きく離れている。したがって、消
費電力の低下はますます顕著となる。
【0014】このように、本発明の構成によって、CM
OSインバータ回路を流れる貫通電流を低減することが
でき、かつ貫通電流のピークを入力電圧の中心電圧から
大きく離すことができるため、CMOSインバータ回路
の消費する電力を減少させることができる。
【0015】次に、本発明のCMOSを発振回路に適用
した例を図4に示す。これは、図5で示した、従来の発
振回路のCMOSインバータ回路501の代わりに、図
1に示した本発明のCMOSインバータ回路を用いたも
のである。この発振回路のように、高周波のアナログ入
力信号が供給される回路に本発明のCMOSインバータ
回路を適用すると、特に効果的であり、消費電力を大き
く低減することが可能となる。
【0016】また、D型PMOSトランジスタとD型N
MOSトランジスタとを、それぞれグランド電源GND
とNMOSトランジスタ103との間、電源104とP
MOSトランジスタ102との間に設けることによっ
て、貫通電流を減少させるという上述した効果が得られ
ると共に、出力端子107に接続される負加を充電・放
電する際に、放電時にはD型PMOSトランジスタを介
し、充電時にはD型NMOSトランジスタを介して負加
に対する充放電が行われるため、充電及び放電にかかる
時間をほぼ同一にすることができ、入力電圧の変化に対
して、出力電圧の立ち上がり及び立ち下がり速度のほぼ
等しい安定した動作を行うことができるCMOSインバ
ータ回路を提供することができる。
【0017】さらに、本発明において、電源の電位を反
転させ、トランジスタの導電型を反転させてもよいこと
は明らかである。また、電源104とPMOSトランジ
スタ102との間にD型NMOSトランジスタ111を
設ける代わりに、グランド電源GNDとNMOSトラン
ジスタ103との間にD型PMOSトランジスタを設け
てもよいことも明らかである。
【0018】
【発明の効果】このように、本発明によれば、D型MO
Sトランジスタに流れる電流が大きくなるほど電流を制
限する能力が高くなるため、CMOSインバータ回路の
貫通電流を少なくすることができ、消費電力を低減する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すCMOSインバータ回路
の回路図。
【図2】D型NMOSトランジスタのドレイン電流とゲ
ート・ソース間電圧との特性を示すグラフ。
【図3】本発明の実施例に基づくインバータ回路、基本
的なCMOSインバータ回路、改良されたCMOSイン
バータ回路の貫通電流を示すグラフ。
【図4】本発明のインバータ回路が適用された発振回路
の回路図。
【図5】従来のCMOS型発振回路を示す回路図。
【図6】従来の改良されたインバータ回路を示す回路
図。
【符号の説明】
102 E型PMOSトランジスタ 103 E型NMOSトランジスタ 104 電源 106 入力端子 107 出力端子 111 D型NMOSトランジスタ 112 グランド電源

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の電源ラインと、第2の電源ライン
    と、節点と出力端との間に接続されゲートが入力端に接
    続された一導電型の第1のMOSトランジスタと、前記
    出力端と前記第2の電源ラインとの間に接続されゲート
    が前記入力端に接続された第二導電型の第2のMOSト
    ランジスタと、前記第1の電源ラインと前記節点との間
    に接続されゲートが前記第2の電源ラインに接続された
    ディプレッション型の前記第二導電型の第3のMOSト
    ランジスタとを備えることを特徴とするインバータ回
    路。
  2. 【請求項2】前記一導電型は、Pチャネル型であり、前
    記第二導電型はNチャネル型であることを特徴とする前
    記請求項1記載のインバータ回路。
  3. 【請求項3】入力端と、出力端と、前記入力端と前記出
    力端との間に接続された振動子と、前記入力端と第1の
    電源ラインとの間に接続された第1の容量素子と、前記
    出力端と前記第1の電源ラインとの間に接続された第2
    の容量素子と、前記入力端と前記出力端との間に接続さ
    れた抵抗素子とを備えた発振回路に用いられるインバー
    タ回路であって、節点と前記出力端との間に接続されゲ
    ートが前記入力端に接続された一導電型の第1のMOS
    トランジスタと、前記出力端と前記第2の電源ラインと
    の間に接続されゲートが前記入力端に接続された第二導
    電型の第2のMOSトランジスタと、第2の電源ライン
    と前記節点との間に接続されゲートが前記第2の電源ラ
    インに接続されたディプレッション型の前記第二導電型
    の第3のMOSトランジスタとを備えることを特徴とす
    るインバータ回路。
JP7234963A 1995-09-13 1995-09-13 インバータ回路 Pending JPH0983344A (ja)

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US08/712,840 US5721516A (en) 1995-09-13 1996-09-12 CMOS inverter
KR1019960039571A KR970019085A (ko) 1995-09-13 1996-09-12 Cmos 인버터(cmos inverter)

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US11533051B2 (en) 2020-11-24 2022-12-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor integrated circuit

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US5721516A (en) 1998-02-24
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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19980407