JPH10270997A - 電流モードロジック回路、ソースホロワ回路およびフリップフロップ回路 - Google Patents
電流モードロジック回路、ソースホロワ回路およびフリップフロップ回路Info
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Abstract
動作したり、ソースホロワ回路の高速動作が困難であっ
た。 【解決手段】 第1,第2のNMOSトランジスタN
1,N2と、第1,第2のNMOSトランジスタN1,
N2の各ゲートへ接続されたデータを印加する入力端子
IN、基準電圧を印加する入力端子REF、第1のNM
OSトランジスタN1のドレインへ接続された出力端子
OUT、第1,第2のNMOSトランジスタN1,N2
の各ソースへ接続された定電流源Iを備え、第1,第2
のNMOSトランジスタN1,N2のボディ端子に入力
端子IN、入力端子REFを接続し、第1,第2のNM
OSトランジスタN1,N2のボディ電圧を制御する。
Description
スタのボディ領域の電圧を制御し、低電圧動作および高
速動作可能なMOSトランジスタを用いた電流モードロ
ジック回路、ソースホロワ回路およびフリップフロップ
回路に関するものである。
電流モードロジック回路を示す回路図であり、図におい
て、N1,N2はNMOSトランジスタ、R1,R2は
抵抗、Iは定電流源、INはNMOSトランジスタN1
のゲートへ接続された入力端子、OUTはNMOSトラ
ンジスタN1のドレインへ接続された出力端子、REF
(リファレンス)は基準電圧の入力端子、dはノード、
BはNMOSトランジスタN1、N2のボディ端子であ
る。
用いられる電圧値、電流値、抵抗値は一例であり、電源
電圧が2.0V、基準電圧が1.2V、抵抗R1,R2
がともに1kΩ、定電流源Iが供給する電流Iが0.4
mA、NMOSトランジスタN1およびN2のしきい値
電圧が0.4Vであるとする。また、入力端子INに
は、ロウレベル(Low)の電圧として1.0Vの矩形
波電圧が、ハイレベル(High)の電圧値として1.
4Vの矩形波電圧が印加されるものとする。
印加される電圧に従ってどのように決定されるかを説明
する。ノードdの電圧は、入力端子INあるいは基準電
圧REFの電圧よりもNMOSトランジスタN1、N2
のしきい値電圧分下がった電圧値となる。入力端子IN
へロウレベルの電圧が印加される場合、ノードdの電圧
は基準電圧より、しきい値電圧分下がった電圧である
0.8Vになる。入力端子INへハイレベルの電圧が印
加される場含、ノードdの電圧は、入力端子電圧よりし
きい値電圧分下がった電圧である1.0Vになる。
オン・オフ動作および出力端子OUTの電圧について説
明する。入力端子INへ1.0Vのロウレベルの電圧が
印加された場含、NMOSトランジスタN1のゲート・
ソース間の電圧差は0.2Vである。この値はしきい値
電圧0.4Vよりも小さい電圧であるため、NMOSト
ランジスタN1はオフする。一方、NMOSトランジス
タN2のゲート・ソース間の電圧差は0.4Vであり、
NMOSトランジスタN2はオン状態にある。このた
め、出力端子OUTの電圧は、定電流源Iの電圧値2.
0Vとなる。
電圧が印加された場合、NMOSトランジスタN1のゲ
ート・ソース間の電圧差は0.4V、NMOSトランジ
スタN2のゲート・ソース間の電圧差は0.2Vになる
ため、NMOSトランジスタN1がオン、NMOSトラ
ンジスタN2がオフ状態になる。このとき抵抗R1には
0.4mAの電流が流れ、このため出力端子OUTの電
圧は1.6Vになる。以上により、以下の関係を得る。
モードロジック回路は、入力端子INへ印加された入力
電圧値を反転させるインバータの役割を果たす機能を有
することがわかる。
路を備えたフリップフロップ回路を示す回路図であり、
図において、R1〜R4は抵抗、Q1〜Q16はNMO
Sトランジスタ、CS1〜CS6は定電流源、Dはデー
タ信号入力端子、Cはクロック信号入力端子、Qおよび
QBはデータ信号出力端子、VB1は第1の基準電圧端
子、VB2は第2の基準電圧端子である。
路は、NMOSトランジスタQ1〜Q8、抵抗R1,R
2、定電流源CS1〜CS3からなるマスタ回路と、N
MOSトランジスタQ9〜Q16、抵抗R3,R4、定
電流源CS4〜CS6からなるスレーブ回路から構成さ
れている。このマスタ回路とスレーブ回路とは同一の回
路構成となっている。
1の基準電圧端子VB1には、データ入力端子Dに入力
される信号の論理振幅のしきい値電圧を供給するものと
する。また第2の基準電圧端子VB2にはクロック入力
端子Cに入力される信号の論理振幅のしきい値電圧を与
えるものとする。NMOSトランジスタQ1とQ2,Q
9とQ10はそれぞれデータ書き込み回路を、NMOS
トランジスタQ4とQ5,Q12とQ13はそれぞれデ
ータ保持回路を構成する。
ック信号がハイレベル(High)のときには、NMO
SトランジスタQ3,Q14がオンし、マスタ回路内の
データ書き込み回路とスレーブ回内路のデータ保持回路
がオンする。NMOSトランジスタQ6,Q11はオフ
し、マスタ回路内のデータ保持回路とスレーブ回路内の
データ書き込み回路はオフ状態になる。このとき、NM
OSトランジスタQ1に入力されるデータ信号ID1が
ハイレベルであれば、NMOSトランジスタQ1がオン
し、NMOSトランジスタQ2がオフし、定電流源CS
1によって設定された電流は、NMOSトランジスタQ
1,Q3を介して抵抗R1を流れる。
ロウレベル(Low)を出力する。一方、NMOSトラ
ンジスタQ2はオフしているので、抵抗R2には電流が
流れず、NMOSトランジスタQ7はハイレベルを出力
する。このようにしてマスタ回路ではデータ書き込みが
行われる。スレーブ回路ではデータ保持回路がオンして
いるので、前回保持したデータ信号ID0が保持されて
おり、NMOSトランジスタQ15,Q16を介してデ
ータ信号出力端子QB,Qへ出力されている。
に、NMOSトランジスタQ15とQ16はお互いに相
補の関係にある信号を出力する。クロック信号入力端子
Cに入力されるクロック信号が、ハイレベルからロウレ
ベルへ変化すると、NMOSトランジスタQ6,Q11
がオンし、マスタ回路内のデータ保持回路とスレーブ回
路内のデータ書き込み回路がオンする。NMOSトラン
ジスタQ3,Q14はオフし、マスタ回路内のデータ書
き込み回路とスレーブ回路内のデータ保持回路はオフ状
態になる。
ト端子がそれぞれNMOSトランジスタQ7とQ8のソ
ース端子に接続されており、クロック信号がハイレベル
のときに入力されていたデータ信号ID1によりNMO
SトランジスタQ4はオンしNMOSトランジスタQ5
はオフし、これによりデータ信号ID1は保持される。
従って、NMOSトランジスタQ7,Q8はクロック信
号がハイレベルのときと同じ値をスレーブ回路へ出力し
続ける。
ンしており、NMOSトランジスタQ7はハイレベルを
出力し、またNMOSトランジスタQ8はロウレベルを
出力している。このため、NMOSトランジスタQ9は
オンし、NMOSトランジスタQ10はオフする。従っ
て、定電流源CS4により設定されている電流は、NM
OSトランジスタQ9,Q11を介して抵抗R3を流れ
る。
ロウレベルを出力する。NMOSトランジスタQ10は
オフしているので、抵抗R4には電流が流れず、NMO
SトランジスタQ15はハイレベルを出力する。このよ
うにして、スレーブ回路ではデータが更新される。デー
タ入力端子に入力される入力データがロウレベルの場合
でも同様に動作するが、この場合には、NMOSトラン
ジスタQ16はハイレベルを、NMOSトランジスタQ
15はロウレベルを出力する。
リップフロップ回路では、クロック信号がハイレベルの
ときにマスタ回路内にデータを取り込み、クロック信号
がロウレベルのときに、スレーブ回路がデータを更新す
る。
ロップ回路の動作を示すタイミングチャートである。図
9のタイミングチャートに示すように、図8に示す従来
のフリップフロップ回路は、クロック信号入力端子Cか
ら入力されるクロック信号に基づいて、入力端子Dから
入力される入力データ信号を取り込み、所定クロック経
過して、出力データ端子Q,QBからデータ信号を出力
する。
ップ回路に用いる定電流源を示す回路図であり、図にお
いて、Idは電流、Vcsはゲートに供給される電圧、
Vdはドレインへ供給される電圧である。図11は、図
10に示す定電流源の電流−電圧特性を示す説明図であ
る。図12の説明図に示すように、一般に、ドレイン電
圧Vdには飽和領域の電圧を与え、ドレイン電圧Vdが
変化した場合であっても一定値の電流Idを流せるよう
な領域で使用する。また、電圧Vcs2は、電圧Vcs
1よりも高い電圧を示す。所望の電流値Idを得るため
には、電圧Vcsの設定値をVcs2あるいはVcs1
に設定する。
の電流モードロジック回路では、NMOSトランジスタ
のボディ端子Bをアース電圧GNDに接続すると、ソー
ス・ボディ間の電圧差Vsbが大きくなるので、基板バ
イアス効果を介してNMOSトランジスタのしきい値電
圧が上がる。上記の従来例1で説明したように、NMO
SトランジスタN1,N2を用いた従来の電流モードロ
ジック回路では、NMOSトランジスタのしきい値電圧
程度の振幅を持つ入力波形を必要とするため、電源電圧
を下げるのが困難であるという課題があった。さらに、
図7に示す従来例1の電流モードロジック回路内の抵抗
R1,R2を可変にし、NMOSトランジスタN1がオ
ンの時には抵抗R1の抵抗値を大きく、NMOSトラン
ジスタN1がオフの時には、抵抗R1の抵抗値を小さく
すれば、高速に動作されることができる。
は、図8に示す構成を有しており、図9に示す定電流源
回路が用いられていた。このため、NMOSトランジス
タQ7と定電流源CS2、NMOSトランジスタQ8と
定電流源CS3、NMOSトランジスタQ15と定電流
源CS5、NMOSトランジスタQ16と定電流源CS
6で構成されたソースホロワ回路において、出力がロウ
レベルからハイレベルヘ変化する場合には高速に動作す
るが、ハイレベルからロウレベルへ変化する場合には動
作が遅くなるという課題があった。
OSトランジスタQ7,Q8,Q15,Q16の高駆動
力による、即ち、負荷容量が大きいときには、ゲート電
圧の2乗に比例する電流が流れる。一方、出力が立ち下
がるときには、定電流源CS2,CS3,CS5,CS
6の一定電流による電流が流れるためである。
めになされたものであり、低電圧動作および高速動作が
可能な電流モードロジック回路を得ることを目的とす
る。
ことで高速動作可能なソースホロワ回路およびそれを備
えたフリップフロップ回路を得ることを目的とする。
る電流モードロジック回路は、第1及び第2のNMOS
トランジスタと、第1および第2のNMOSトランジス
タのそれぞれのゲートへ接続されたデータを印加する入
力端子および基準電圧を印加する入力端子と、第1のN
MOSトランジスタのドレインへ接続された出力端子
と、第1および第2のNMOSトランジスタのそれぞれ
のソースへ接続された定電流源とを備え、第1および第
2のNMOSトランジスタのボディ端子のそれぞれにデ
ータを印加する入力端子および基準電圧を印加する入力
端子を接続して、第1および第2のNMOSトランジス
タのボディ電圧を制御することで、第1および第2のN
MOSトランジスタのしきい値電圧を下げ、低電圧動作
を可能にするものである。
ック回路は、第1および第2のNMOSトランジスタの
ドレインが、それぞれ抵抗を介して電源電圧へ接続され
ていることで、低電圧動作を可能にするものである。
ック回路は、第1及び第2のNMOSトランジスタと、
第1および第2のNMOSトランジスタのそれぞれのゲ
ートへ接続されたデータを印加する入力端子および基準
電圧を印加する入力端子と、第1あるいは第2のNMO
Sトランジスタのドレインへ接続された出力端子と、ソ
ースが電源電圧へ接続され、ゲートが接地され、ドレイ
ンが第1および第2のNMOSトランジスタのそれぞれ
のドレインへ接続された負荷素子としての第1および第
2のPMOSトランジスタとを備え、第1のPMOSト
ランジスタのボディ端子が第2のPMOSトランジスタ
のドレインへ接続され、第2のPMOSトランジスタの
ボディ端子が第1のPMOSトランジスタのドレインへ
接続され、第1および第2のPMOSトランジスタのボ
ディ電圧を制御し、これら第1および第2のPMOSト
ランジスタのオン抵抗を制御することで、高速動作を可
能とするものである。
ック回路は、第1および第2のPMOSトランジスタの
ゲートは接地され、第1のPMOSトランジスタのボデ
ィ端子は第1のNMOSトランジスタのゲートへ接続さ
れ、第2のPMOSトランジスタのボディ端子は第1お
よび第2のNMOSトランジスタのドレインへ接続さ
れ、第1および第2のPMOSトランジスタのオン抵抗
を制御することで、高速動作を可能とするものである。
路は、第5および第6のNMOSトランジスタ、第5お
よび第6のNMOSトランジスタのそれぞれのソースに
接続された第7および第8のNMOSトランジスタ、お
よび第7および第8のNMOSトランジスタの双方のソ
ースへ接続された定電流源を有するカレントスイッチで
構成されたソースホロワ回路を備え、第5のNMOSト
ランジスタと第8のNMOSトランジスタの双方のゲー
トを第1の入力とし、第6のNMOSトランジスタと第
7のNMOSトランジスタの双方のゲートを第1の入力
の逆相となる第2の入力とし、第5のNMOSトランジ
スタのソースと第7のNMOSトランジスタのドレイン
とを接続し、第6のNMOSトランジスタのソースと第
8のNMOSトランジスタのドレインとを接続して高速
動作を可能とするものである。
路は、第7のNMOSトランジスタのソースと定電流源
との間、および第8のNMOSトランジスタのソースと
定電流源との間にそれぞれ抵抗を接続して、高速動作を
可能とするものである。
プ回路は、請求項5記載のソースホロワ回路と、主とし
て2つのNMOSトランジスタからなるデータ書き込み
回路と、主として2つのNMOSトランジスタからなる
データ保持回路とを備え、データ書き込み回路内の2つ
のNMOSトランジスタのそれぞれのドレインおよびデ
ータ保持回路内の2つのNMOSトランジスタのそれぞ
れのドレインへ、ソースホロワ回路内の第5および第6
のNMOSトランジスタのそれぞれのゲートを接続し、
データ保持回路内の2つの前記NMOSトランジスタの
それぞれのゲートへ、第5および第6のNMOSトラン
ジスタのそれぞれのソースを接続して、高速動作を可能
とするものである。
プ回路は、請求項6記載のソースホロワ回路と、主とし
て2つのNMOSトランジスタからなるデータ書き込み
回路と、主として2つのNMOSトランジスタからなる
データ保持回路とを備え、データ書き込み回路内の2つ
のNMOSトランジスタのそれぞれのドレインおよびデ
ータ保持回路内の2つのNMOSトランジスタのそれぞ
れのドレインへ、ソースホロワ回路内の第5および第6
のNMOSトランジスタのそれぞれのゲートを接続し、
データ保持回路内の2つのNMOSトランジスタのそれ
ぞれのゲートへ、第5および第6のNMOSトランジス
タのそれぞれのソースを接続して、高速動作を可能とす
るものである。
説明する。 実施の形態1.図1は、この発明の実施の形態1による
電流モードロジック回路を示す回路図であり、図におい
て、N1,N2はNMOSトランジスタ(第1および第
2のNMOSトランジスタ)、R1,R2は抵抗、Iは
定電流源、INはNMOSトランジスタN1のゲートに
接続された入力端子、OUTはNMOSトランジスタN
1のソースに接続された出力端子、REF(リファレン
ス)は基準電圧の入力端子、dはノード、B1,B2は
それぞれNMOSトランジスタN1,N2のボディ端子
である。実施の形態1の電流モードロジック回路は、N
MOSトランジスタN1,N2のそれぞれのボディ端子
B1,B2をそれぞれのゲート端子へ接続した構成とな
っている。
は、NMOSトランジスタN1,N2のそれぞれのボデ
ィ端子B1,B2を、それぞれのゲートへ接続した構成
にすることで、NMOSトランジスタのしきい値電圧を
下げ低電圧動作を可能とするものである。
ンジスタN1,N2のそれぞれのボディ端子B1,B2
は、それぞれのゲート端子へ接続されているため、ソー
ス・ボディ間の電圧差Vsbが負になる。以下の説明で
は、従来例1との比較を容易にするため、従来例1の場
合と同様に、電源電圧が2.0V、基準電圧が1.2
V、抵抗R1、R2がともに1kΩ、定電流源Iが供給
する電流Iが0.4mA、NMOSトランジスタN1お
よびN2のしきい値電圧が0.4Vであるとする。ま
た、入力端子INには、ロウレベルの電圧として1.0
Vの矩形波電圧が、ハイレベルの電圧値として1.4V
の矩形波電圧が印加されるものとする。
から1.4Vへ変化する場合、ノードdの電圧は0.8
Vから1.0Vの間で変化する。この実施の形態1の電
流モードロジック回路では、NMOSトランジスタN1
のボディ端子B1は、入力端子INと接続されているた
め、電圧差Vsbは負になる。そして、基板バイアス効
果から、NMOSトランジスタN1のしきい値電圧は、
電圧差Vsbが小さくなるほど低くなる。
ば、基板バイアス効果から、NMOSトランジスタのし
きい値電圧は、電圧差Vsbが小さくなるほど低くなる
ので、この実施の形態1の電流モードロジック回路の回
路構成によれば、NMOSトランジスタのしきい値電圧
を低くして電源電圧を下げることができる。
形態2による電流モードロジック回路を示す回路図であ
り、図3は、図2に示す電流モードロジック回路の他の
構成を示す。これらの図において、P1,P2はPMO
Sトランジスタ(第1および第2のPMOSトランジス
タ)、B3,B4はそれぞれPMOSトランジスタP
1,P2のボディ端子、d1,d2はノードである。ま
た、N3,N4はNMOSトランジスタ(第3および第
4のNMOSトランジスタ)である。尚、その他の構成
要素は実施の形態1のものと同様なのでそれらの説明は
省略する。図2および図3に示すこの実施の形態2の電
流モードロジック回路では、実施の形態1の電流モード
ロジック回路における抵抗R1,R2をPMOSトラン
ジスタP1,P2、あるいはNMOSトランジスタN
3,N4で置き換える。さらに、PMOSトランジスタ
P1,P2、NMOSトランジスタN3,N4のボディ
端子B3,B4のそれぞれが、それぞれのドレインへ接
続された構成を有する。また、図2に示す電流モードロ
ジック回路では、PMOSトランジスタP1,P2のゲ
ートは接地されており、図3に示す電流モードロジック
回路では、NMOSトランジスタN3,N4のゲートは
電源電圧へ接続されている。
は、PMOSトランジスタP1,P2、NMOSトラン
ジスタN3,N4のボディ端子B3,B4のそれぞれ
が、それぞれのドレインへ接続された構成を有し、PM
OSトランジスタP1,P2、NMOSトランジスタN
3,N4のボディ電圧を制御してオン抵抗を制御し、こ
れにより高速動作が可能な電流モードロジック回路を得
るものである。
2に示す電流モードロジック回路の動作に関して説明を
行う。尚、図3に示すNMOSトランジスタN3,N4
を用いた電流モードロジック回路の動作は、基本的に図
2の場合と同様なので、ここではそれらの説明を省略す
る。入力端子INにロウレベルの電圧が入力されると、
NMOSトランジスタN1がオフ状態、NMOSトラン
ジスタN2がオン状態となる。このとき、ノードdの電
圧は上昇し、ノードd2の電圧は下降する。このためP
MOSトランジスタP1のボディ電圧は下がり、基板バ
イアス効果によりPMOSトランジスタP1のしきい値
電圧は下がる。よってPMOSトランジスタP1のオン
抵抗が下がり、出力端子OUTの電圧は、電源電圧まで
上昇する。
ると、NMOSトランジスタN1がオン状態、NMOS
トランジスタN2がオフ状態になる。このとき、PMO
SトランジスタP1のボディ端子B3でのボディ電圧は
上昇し、これによりPMOSトランジスタP1のしきい
電圧が上昇するので、PMOSトランジスタP1のオン
抵抗が上がる。これにより、出力端子OUTの出力電圧
が下がりやすくなる。尚、図2に示した実施の形態2で
は、インバータ論理の場合について説明したが、例え
ば、バッファ論理の場合(図示せず)では、NMOSト
ランジスタN2のドレインへ出力端子OUTが接続さ
れ、同様の動作を行う。
ば、PMOSトランジスタP1,P2、NMOSトラン
ジスタN3,N4のボディ端子B3,B4のそれぞれ
が、それぞれのドレインへ接続された構成を有し、これ
によりPMOSトランジスタP1、NMOSトランジス
タN3,N4のしきい値電圧を上昇させ、出力端子OU
Tの出力電圧を下がりやすくして、高速動作を行うこと
ができる。
形態3による電流モードロジック回路を示す回路図であ
り、図において、d3,d4はノードである。尚、その
他の構成要素は、実施の形態2のものと同様なのでそれ
らの説明は省略する。この実施の形態3の電流モードロ
ジック回路では、実施の形態2の電流モードロジック回
路におけるPMOSトランジスタP1,P2のボディ端
子B3,B4をそれぞれノードd3,d4へ接続し、P
MOSトランジスタP1,P2のゲートを接地した構成
を有している。
は、PMOSトランジスタP1,P2のボディ端子B
3,B4のそれぞれが、ノードd3,d4へ接続された
構成を有し、PMOSトランジスタP1,P2のボディ
電圧を制御してPMOSトランジスタP1,P2のオン
抵抗を制御し、これにより高速動作が可能なインバータ
を得るものである。
ンジスタP1のボディ端子B3はノードd3を介して入
力端子INへ接続されている。また、PMOSトランジ
スタP2のボディ端子B4は、ノードd4を介して出力
端子OUTへ接続されている。
路の動作は、図2に示す実施の形態2の電流モードロジ
ック回路の動作と同様に、負荷トランジスタであるPM
OSトランジスタP1のオン抵抗が可変になり、その動
作が高速化される。実施の形態2の電流モードロジック
回路の場合と比較すると、実施の形態3の電流モードロ
ジック回路は、PMOSトランジスタP1のボディ端子
B3の電圧の変化が入力端子INに印加される電圧の変
化とともに変化するので、実施の形態2のものと比較し
てさらに高速動作を行わせることができる。
形態4によるソースホロワ回路を有するフリップフロッ
プ回路を示す回路図であり、図において、Q1〜Q6,
Q7(第5のNMOSトランジスタ),Q8(第6のN
MOSトランジスタ),Q9〜Q14,QA(第7のN
MOSトランジスタ),QB(第8のNMOSトランジ
スタ),QC,QDはNMOSトランジスタ、R1〜R
4は抵抗、CS1,CS2,CS4,CS5は定電流
源、QB,Q,C,D,VB1,VB2はそれぞれ、M
OSトランジスタQ13,Q12,Q3,Q1,Q2,
Q6のゲートに接続されている端子である。この実施の
形態4のソースホロワ回路を有するフリップフロップ回
路は、MOSトランジスタQ1〜Q8,QA,QBから
なるマスタ回路と、MOSトランジスタQ9〜Q16,
QC,QDからなるスレーブ回路から構成されている。
また、NMOSトランジスタQ7,Q8,QA,QBと
電流源CS2からソースホロワ回路が構成される。
フリップフロップ回路は、マスタ回路内のNMOSトラ
ンジスタQ7,Q8,QA,QBと電流源CS2から構
成されるソースホロワ回路により、NMOSトランジス
タQ8の出力を高速に立ち下げてフリップフロップ回路
を高速に動作させるものである。
1の基準電圧端子VB1には、データ入力端子Dに入力
される信号の論理振幅のしきい値電圧を供給するものと
する。また第2の基準電圧端子VB2にはクロック入力
端子Cに入力される信号の論理振幅のしきい値電圧を与
えるものとする。
Q10はそれぞれデータ書き込み回路を、NMOSトラ
ンジスタQ4とQ5、Q12とQ13はそれぞれデータ
保持回路を構成する。
ック信号がハイレベルのときには、NMOSトランジス
タQ3,Q14がオンし、マスタ回路内のデータ書き込
み回路とスレーブ回路内のデータ保持回路がオンする。
NMOSトランジスタQ6,Q11はオフし、マスタ回
路内のデータ保持回路とスレーブ回路内のデータ書き込
み回路はオフ状態になる。このとき、NMOSトランジ
スタQ1に入力されるデータ信号ID1がハイレベルで
あれば、NMOSトランジスタQ1がオンし、NMOS
トランジスタQ2がオフし、定電流源CS1によって設
定された電流は、NMOSトランジスタQ1,Q3を介
して抵抗R1を流れる。したがって、NMOSトランジ
スタQ8はロウレベルを出力する。
ているので、抵抗R2には電流が流れず、NMOSトラ
ンジスタQ7はハイレベルを出力する。このようにして
マスタ回路ではデータ書き込みを行う。スレーブ回路で
はデータ保持回路がオンしているので、前回保持したデ
ータ信号ID0が保持されており、NMOSトランジス
タQ15,Q16を介してデータ信号出力端子QB,Q
へ出力されている。
に、NMOSトランジスタQ15とQ16はお互いに相
補の関係にある信号を出力する。クロック信号入力端子
Cに入力されるクロック信号が、ハイレベルからロウレ
ベルに変化すると、NMOSトランジスタQ6,Q11
がオンし、マスタ回路内のデータ保持回路とスレーブ回
路内のデータ書き込み回路がオンする。NMOSトラン
ジスタQ3,Q14はオフし、マスタ回路内のデータ書
き込み回路とスレーブ回路内のデータ保持回路はオフ状
態になる。
ト端子がそれぞれNMOSトランジスタQ7とQ8のソ
ースに接続されており、クロック信号がハイレベルのと
きに入力されていたデータ信号ID1によりNMOSト
ランジスタQ4はオンしNMOSトランジスタQ5はオ
フし、これによりデータ信号ID1は保持される。従っ
て、NMOSトランジスタQ7,Q8はクロック信号が
ハイレベルのときと同じ値をスレーブ回路へ出力し続け
る。
ンしており、NMOSトランジスタQ7はハイレベルを
出力し、またNMOSトランジスタQ8はロウレベルを
出力している。このため、NMOSトランジスタQ9は
オンし、NMOSトランジスタQ10はオフする。従っ
て、定電流源CS4により設定されている電流は、NM
OSトランジスタQ9,Q11を介して抵抗R3を流れ
る。
ロウレベルを出力する。NMOSトランジスタQ10は
オフしているので、抵抗R4には電流が流れず、NMO
SトランジスタQ15はハイレベルを出力する。このよ
うにして、スレーブ回路ではデータが更新される。デー
タ入力端子に入力される入力データがロウレベルの場合
でも同様に動作するが、この場合には、NMOSトラン
ジスタQ16はハイレベルを、NMOSトランジスタQ
15はロウレベルを出力する。即ち、クロック信号がハ
イレベルのときにマスタ回路内にデータを取り込み、ク
ロック信号がロウレベルのときに、スレーブ回路がデー
タを更新する。
プ回路において、マスタ回路内のNMOSトランジスタ
Q7,Q8,QA,QBと定電流源CS2から構成され
るソースホロワ回路では、NMOSトランジスタQ7に
ハイレベルの電圧の信号が入力され、NMOSトランジ
スタQ8にロウレベルの電圧の信号が入力された場合、
NMOSトランジスタQBがオンし、定電流源CS2の
電流は、すべてNMOSトランジスタQBを流れ、NM
OSトランジスタQ8の出力を高速に立ち下げることが
できる。また、このときにはNMOSトランジスタQA
はオフし、NMOSトランジスタQ7に流れる電流は、
すべてNMOSトランジスタQ7の出力の立ち上がりに
使われる。
ば、マスタ回路内のNMOSトランジスタQ7,Q8,
QA,QBと電流源CS2から構成されるソースホロワ
回路により、NMOSトランジスタQ8の出力を高速に
立ち下げることができる。この場合、NMOSトランジ
スタQAはオフしてNMOSトランジスタQ7に流れる
電流は、すべてNMOSトランジスタQ7の出力の立ち
上がりに使用することができるので、フリップフロップ
回路を高速に動作することができる。
形態5によるソースホロワ回路を備えるフリップフロッ
プ回路を示す回路図であり、図において、RA,RB,
RC,RDは抵抗であり、それぞれNMOSトランジス
タQA,QB,QC,QDのゲートへ接続されている。
抵抗RA,RBの他方の端子は定電流源CS2へ接続さ
れている。同様に抵抗RC,RDの他方の端子は定電流
源CS5へ接続されている。尚、他の構成要素は、実施
の形態4のものと同様でありそれらの説明を省略する。
フリップフロップ回路は、抵抗RA、RBをNMOSト
ランジスタQA,QBのソース側と定電流源CS2との
間に挿入し、スレーブ回路においては抵抗RC,RDを
NMOSトランジスタQC,QDと定電流源CS5との
間に挿入し、マスタ回路のNMOSトランジスタQA,
QBのいずれか、またスレーブ回路のNMOSトランジ
スタQC,QDのいずれかを完全にオフさせないように
するものである。即ち、マスタ回路内で、NMOSトラ
ンジスタQBが即座にオンし、定電流源CS2のほとん
どの電流はNMOSトランジスタQBを流れ、NMOS
トランジスタQ8の出力を高速に立ち下げ、またこの
時、NMOSトランジスタQAは、徐々に緩やかにオン
し、NMOSトランジスタQ7に流れる大部分の電流は
NMOSトランジスタQ7の出力の立ち上がりとして使
用させ高速に動作させるものである。
ンジスタQ7のゲート入力としてハイレベルの電圧の信
号が入力され、NMOSトランジスタQ8のゲート入力
としてロウレベルの電圧の信号が入力された場合、NM
OSトランジスタQBが即座にオンし、定電流源CS2
のほとんどの電流はNMOSトランジスタQBを流れ、
NMOSトランジスタQ8の出力を高速に立ち下げる。
またこの時、NMOSトランジスタQAは、徐々に緩や
かにオンし、NMOSトランジスタQ7に流れる大部分
の電流はNMOSトランジスタQ7の出力の立ち上がり
として使用される。以上のようにして高速動作を実現す
る。
の動作は、基本的に実施の形態4のフリップフロップ回
路の動作と同様であるが、実施の形態5のフリップフロ
ップ回路のマスタ回路において、抵抗RA,RBをNM
OSトランジスタQA,QBのソース側と定電流源CS
2との間に挿入し、スレーブ回路においては抵抗RC,
RDをNMOSトランジスタQC,QDのソース側と定
電流源CS5との間に挿入し、マスタ回路のNMOSト
ランジスタQA,QBのいずれか、またスレーブ回路の
NMOSトランジスタQC,QDのいずれかを完全にオ
フさせないようにしたものである。
回路では、NMOSトランジスタQAが完全にオフした
場合に、NMOSトランジスタQ7内のリーク電流によ
り、低周波数で動作させる場合、NMOSトランジスタ
Q7の出力レベルが上昇してしまう場合がある。これに
対し実施の形態5のフリップフロップ回路の構成では、
そのようなことは発生しない。
は、ソースホロワ回路を有するフリップフロップ回路の
例を示したが、この発明は、この例に限定されることな
く一般的な電流モード回路のすべてに適用できるのは言
うまでもない。また、NMOSトランジスタのボディ端
子はソース電位でもGNDレベルのいずれに接続した構
成でもよい。
ば、ソースホロワ回路を有するフリップフロップ回路内
のマスタ回路で、NMOSトランジスタQBが即座にオ
ンし、定電流源CS2のほとんどの電流はNMOSトラ
ンジスタQBを流れ、NMOSトランジスタQ8の出力
を高速に立ち下げ、またこの時、NMOSトランジスタ
QAは、徐々に緩やかにオンし、NMOSトランジスタ
Q7に流れる大部分の電流はNMOSトランジスタQ7
の出力の立ち上がりとして使用されるので、高速動作を
実現することができる。
れば、第1及び第2のNMOSトランジスタと、第1お
よび第2のNMOSトランジスタのそれぞれのゲートへ
接続されたデータを印加する入力端子および基準電圧を
印加する入力端子と、第1のNMOSトランジスタのド
レインへ接続された出力端子と、第1および第2のNM
OSトランジスタのそれぞれのソースへ接続された定電
流源とを備え、第1および第2のNMOSトランジスタ
のボディ端子のそれぞれにデータを印加する入力端子お
よび基準電圧を印加する入力端子を接続して、第1およ
び第2のNMOSトランジスタのボディ電圧を制御する
ように構成したので、第1および第2のNMOSトラン
ジスタのしきい値電圧を下げ、低電圧動作が可能となる
効果がある。
第2のNMOSトランジスタのドレインが、それぞれ抵
抗を介して電源電圧へ接続するように構成したので、低
電圧動作できる効果がある。
2のNMOSトランジスタと、第1および第2のNMO
Sトランジスタのそれぞれのゲートへ接続されたデータ
を印加する入力端子および基準電圧を印加する入力端子
と、第1あるいは第2のNMOSトランジスタのドレイ
ンへ接続された出力端子と、ソースが電源電圧へ接続さ
れ、ゲートが接地され、ドレインが第1および第2のN
MOSトランジスタのそれぞれのドレインへ接続された
負荷素子としての第1および第2のPMOSトランジス
タとを備える。さらに、第1のPMOSトランジスタの
ボディ端子が第2のPMOSトランジスタのドレインへ
接続され、第2のPMOSトランジスタのボディ端子が
第1のPMOSトランジスタのドレインへ接続され、第
1および第2のPMOSトランジスタのボディ電圧を制
御して、第1および第2のPMOSトランジスタのオン
抵抗を制御するように構成したので、高速動作できる効
果がある。
第2のPMOSトランジスタのゲートは接地され、第1
のPMOSトランジスタのボディ端子は第1のNMOS
トランジスタのゲートへ接続され、第2のPMOSトラ
ンジスタのボディ端子は第1および第2のNMOSトラ
ンジスタのドレインへ接続され、第1および第2のPM
OSトランジスタのオン抵抗を制御するように構成した
ので、高速動作できる効果がある。
第6のNMOSトランジスタ、第5および第6のNMO
Sトランジスタのそれぞれのソースに接続された第7お
よび第8のNMOSトランジスタ、および第7および第
8のNMOSトランジスタの双方のソースへ接続された
定電流源を有するカレントスイッチで構成されたソース
ホロワ回路を備え、第5のNMOSトランジスタと第8
のNMOSトランジスタの双方のゲートを第1の入力と
し、第6のNMOSトランジスタと第7のNMOSトラ
ンジスタの双方のゲートを第1の入力の逆相となる第2
の入力とし、第5のNMOSトランジスタのソースと第
7のNMOSトランジスタのドレインとを接続し、第6
のNMOSトランジスタのソースと第8のNMOSトラ
ンジスタのドレインとを接続するように構成したので、
高速動作できる効果がある。
OSトランジスタのソースと定電流源との間、および第
8のNMOSトランジスタのソースと定電流源との間に
それぞれ抵抗を接続するように構成したので、高速動作
できる効果がある。
載の発明のソースホロワ回路と、主として2つのNMO
Sトランジスタからなるデータ書き込み回路と、主とし
て2つのNMOSトランジスタからなるデータ保持回路
とを備え、データ書き込み回路内の2つのNMOSトラ
ンジスタのそれぞれのドレインおよびデータ保持回路内
の2つのNMOSトランジスタのそれぞれのドレイン
へ、ソースホロワ回路内の第5および第6のNMOSト
ランジスタのそれぞれのゲートを接続し、データ保持回
路内の2つの前記NMOSトランジスタのそれぞれのゲ
ートへ、第5および第6のNMOSトランジスタのそれ
ぞれのソースを接続するように構成したので、高速動作
できる効果がある。
載の発明のソースホロワ回路と、主として2つのNMO
Sトランジスタからなるデータ書き込み回路と、主とし
て2つのNMOSトランジスタからなるデータ保持回路
とを備え、データ書き込み回路内の2つのNMOSトラ
ンジスタのそれぞれのドレインおよびデータ保持回路内
の2つのNMOSトランジスタのそれぞれのドレイン
へ、ソースホロワ回路内の第5および第6のNMOSト
ランジスタのそれぞれのゲートを接続し、データ保持回
路内の2つのNMOSトランジスタのそれぞれのゲート
へ、第5および第6のNMOSトランジスタのそれぞれ
のソースを接続するように構成したので、高速動作でき
る効果がある。
ジック回路を示す回路図である。
ジック回路を示す回路図である。
成を示す回路図である。
ジック回路を示す回路図である。
回路を有するフリップフロップ回路を示す回路図であ
る。
回路を有するフリップフロップ回路を示す回路図であ
る。
である。
ロップ回路を示す回路図である。
イミングチャートである。
流源を示す回路図である。
示す説明図である。
IN 入力端子、N1NMOSトランジスタ(第1のN
MOSトランジスタ)、N2 NMOSトランジスタ
(第2のNMOSトランジスタ)、N3 NMOSトラ
ンジスタ(第3のNMOSトランジスタ)、N4 NM
OSトランジスタ(第4のNMOSトランジスタ)、O
UT 出力端子、P1 PMOSトランジスタ(第1の
PMOSトランジスタ)、P2 PMOSトランジスタ
(第2のPMOSトランジスタ)、Q1,Q2 データ
書き込み回路、Q4,Q5 データ保持回路、Q7 N
MOSトランジスタ(第5のNMOSトランジスタ)、
Q8 NMOSトランジスタ(第6のNMOSトランジ
スタ)、QA NMOSトランジスタ(第7のNMOS
トランジスタ)、QB NMOSトランジスタ(第8の
NMOSトランジスタ)、R1,R2,RA,RB 抵
抗。
Claims (8)
- 【請求項1】 第1及び第2のNMOSトランジスタ
と、前記第1および第2のNMOSトランジスタのそれ
ぞれのゲートへ接続されたデータを印加する入力端子お
よび基準電圧を印加する入力端子と、前記第1のNMO
Sトランジスタのドレインへ接続された出力端子と、前
記第1および第2のNMOSトランジスタのそれぞれの
ソースへ接続された定電流源とを備え、前記第1および
第2のNMOSトランジスタのボディ端子のそれぞれに
前記データを印加する入力端子および前記基準電圧を印
加する入力端子を接続し、前記第1および第2のNMO
Sトランジスタのボディ電圧を制御することを特徴とす
る電流モードロジック回路。 - 【請求項2】 第1および第2のNMOSトランジスタ
のドレインはそれぞれ抵抗を介して電源電圧へ接続され
ていることを特徴とする請求項1記載の電流モードロジ
ック回路。 - 【請求項3】 第1及び第2のNMOSトランジスタ
と、前記第1および第2のNMOSトランジスタのそれ
ぞれのゲートへ接続されたデータを印加する入力端子お
よび基準電圧を印加する入力端子と、前記第1あるいは
第2のNMOSトランジスタのドレインへ接続された出
力端子と、ソースが電源電圧へ接続され、ゲートが接地
され、ドレインが前記第1および第2のNMOSトラン
ジスタのそれぞれのドレインへ接続された負荷素子とし
ての第1および第2のPMOSトランジスタとを備え、
前記第1のPMOSトランジスタのボディ端子が前記第
2のPMOSトランジスタのドレインへ接続され、前記
第2のPMOSトランジスタのボディ端子が前記第1の
PMOSトランジスタのドレインへ接続され、前記第1
および第2のPMOSトランジスタのボディ電圧を制御
して、前記第1および第2のPMOSトランジスタのオ
ン抵抗を制御することを特徴とする電流モードロジック
回路。 - 【請求項4】 第1および第2のPMOSトランジスタ
のゲートは接地され、前記第1のPMOSトランジスタ
のボディ端子は第1のNMOSトランジスタのゲートへ
接続され、前記第2のPMOSトランジスタのボディ端
子は第1および第1のNMOSトランジスタのドレイン
へ接続され、前記第1および第2のPMOSトランジス
タのオン抵抗を制御することを特徴とする請求項3記載
の電流モードロジック回路。 - 【請求項5】 第5および第6のNMOSトランジス
タ、前記第5および第6のNMOSトランジスタのそれ
ぞれのソースに接続された第7および第8のNMOSト
ランジスタ、および前記第7および第8のNMOSトラ
ンジスタの双方のソースへ接続された定電流源を有する
カレントスイッチで構成されたソースホロワ回路を備
え、前記第5のNMOSトランジスタと前記第8のNM
OSトランジスタの双方のゲートを第1の入力とし、前
記第6のNMOSトランジスタと前記第7のNMOSト
ランジスタの双方のゲートを前記第1の入力の逆相とな
る第2の入力とし、前記第5のNMOSトランジスタの
ソースと前記第7のNMOSトランジスタのドレインと
を接続し、前記第6のNMOSトランジスタのソースと
前記第8のNMOSトランジスタのドレインとを接続し
たことを特徴とするソースホロワ回路。 - 【請求項6】 第7のNMOSトランジスタのソースと
定電流源との間、および第8のNMOSトランジスタの
ソースと前記定電流源との間に、それぞれ抵抗を接続し
たことを特徴とする請求項5記載のソースホロワ回路。 - 【請求項7】 請求項5記載のソースホロワ回路と、主
として2つのNMOSトランジスタからなるデータ書き
込み回路と、主として2つのNMOSトランジスタから
なるデータ保持回路とを備え、前記データ書き込み回路
内の2つの前記NMOSトランジスタのそれぞれのドレ
インおよび前記データ保持回路内の2つの前記NMOS
トランジスタのそれぞれのドレインへ、前記ソースホロ
ワ回路内の第5および第6のNMOSトランジスタのそ
れぞれのゲートを接続し、前記データ保持回路内の2つ
の前記NMOSトランジスタのそれぞれのゲートへ、前
記第5および第6のNMOSトランジスタのそれぞれの
ソースを接続したことを特徴とするフリップフロップ回
路。 - 【請求項8】 請求項6記載のソースホロワ回路と、主
として2つのNMOSトランジスタからなるデータ書き
込み回路と、主として2つのNMOSトランジスタから
なるデータ保持回路とを備え、前記データ書き込み回路
内の2つの前記NMOSトランジスタのそれぞれのドレ
インおよび前記データ保持回路内の2つの前記NMOS
トランジスタのそれぞれのドレインへ、前記ソースホロ
ワ回路内の第5および第6のNMOSトランジスタのそ
れぞれのゲートを接続し、前記データ保持回路内の2つ
の前記NMOSトランジスタのそれぞれのゲートへ、前
記第5および第6のNMOSトランジスタのそれぞれの
ソースを接続したことを特徴とするフリップフロップ回
路。
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