JPH10285013A - 出力バッファ回路 - Google Patents
出力バッファ回路Info
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- JPH10285013A JPH10285013A JP9089798A JP8979897A JPH10285013A JP H10285013 A JPH10285013 A JP H10285013A JP 9089798 A JP9089798 A JP 9089798A JP 8979897 A JP8979897 A JP 8979897A JP H10285013 A JPH10285013 A JP H10285013A
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- H03K19/09425—Multistate logic
- H03K19/09429—Multistate logic one of the states being the high impedance or floating state
Abstract
路では出力最終段のプッシュプル回路に貫通電流が流れ
てしまう。 【解決手段】 コントロール信号と出力信号を第1の電
源系で“H”または“L”信号に変換する第1の変換回
路8aと、これらを第2の電源系で変換する第2の変換
回路8bとを有するレベル変換回路8と、第2の変換回
路からの“H”または“L”信号を第2の電源系で演算
するトライステートコントロール型の入出力コントロー
ル回路7aと、これからの“H”または“L”信号を受
けて第2の電源系で動作しトライステートを選択して入
出力信号として出力するMOSトランジスタQ13a,
Q14を含むプッシュプル回路13を備えた。
Description
間で信号レベル変換機能を有する出力バッファ回路に関
するものである。
号に示された従来の出力バッファ回路の構成を示す回路
図であり、信号レベル変換機能を有する半導体集積回路
装置の入出力回路の構成を示す回路図である。異なる電
源電圧で動作する半導体集積回路装置間で使われるイン
タフェース回路の出力バッファでは、内部信号レベルを
低電圧から高電圧に変換する場合は、図のようなハーフ
ラッチ型のレベル変換回路を用いて出力はプッシュプル
型の構成がとられている。なお、信号レベル変換機能を
有する半導体集積回路装置とは、大規模集積回路(LS
I)内部の電源電圧で動作するデバイスが供給する信号
電圧をレベル変換し、内部回路の電源電圧とは異なる電
源電圧で動作する外部回路に出力する機能と、外部の異
なる電源電圧で動作するデバイスが供給する信号を内部
回路の信号電圧にレベル変換し内部に伝達する機能とを
有する半導体集積回路装置を意味する。
路、8は信号レベル変換回路、9dはバッファ回路であ
り、これらが出力バッファ回路10eを構成する。な
お、バッファ回路9dの最終段はPMOSトランジスタ
Q13aとNMOSトランジスタQ14からなるプッシ
ュプル回路13を構成しており、CMOS(相補型金属
酸化膜半導体素子)プッシュプルバッファを構成してい
る。1は入出力端子、2はコントロール端子、3は入力
端子、11は入力バッファ、12は静電保護回路であ
り、これらの1,2,3,10e,11,12が上述の
半導体集積回路装置の入出力回路を構成する。
て内部回路が接続されている。また、入出力端子1には
出力バッファ回路10eを介して、内部回路からのコン
トロール信号IN1を受けるコントロール端子2と、内
部回路からの出力信号IN2を受ける入力端子3とが接
続されている。また、コントロール端子2および入力端
子3は入出力コントロール回路7cに接続されている。
そして、入出力コントロール回路7cは信号レベル変換
回路8に対して出力し、信号レベル変換回路8はバッフ
ァ回路9dに対して接続点N15,N16を介して出力
する。
変換回路8の前半部8aには、内部回路の電源電圧であ
る第1の電源電圧VDD1 と接地電位GNDとが与えられ
て動作する。一方、信号レベル変換回路8の後半部8b
およびバッファ回路9dには第1の電源電圧VDD1 より
も高い第2の電源電圧VDD2 と接地電位GNDとが与え
られて動作する。なお、第1の電源電圧VDD1 および第
2の電源電圧VDD2 はそれぞれ電源電位点4,5より供
給され、接地電位GNDは接地電位点6より供給され
る。
信号IN1が“H”レベル(High Level)の場合には、
出力信号IN2が“L”レベル(Low Level)であれ
“H”レベルであれ、信号レベル変換回路8によって接
続点N15,N16はそれぞれ“L”レベル(接地電位
GND)“H”レベル(第2電源電圧VDD2 )となる。
これを受けて、接続点N15からの第1の信号と接続点
N16からの第2の信号はそれぞれ奇数段のインバータ
ゲートG6,G8,G10およびG7,G9,G11を
経由するので接続点N17,N18はそれぞれ“H”レ
ベル、“L”レベルとなり、したがってトランジスタQ
13a,Q14のゲートには“H”レベル、“L”レベ
ルの信号電圧が加わる。その結果、バッファ回路9dの
トランジスタQ13a,Q14のいずれもがオフとな
り、入出力端子1に対してバッファ回路9dは高インピ
ーダンス状態になる。これにより、入出力端子1に与え
られた外部からの信号が損なわれずに入力バッファ11
に伝達される。
ベルで、出力信号IN2が“L”レベルであった場合に
は、信号レベル変換回路8によって接続点N15,N1
6はいずれも“L”レベルとなる。これを受けてバッフ
ァ回路9dのトランジスタQ13a,Q14はそれぞれ
オフ、オンし、入出力端子1には“L”レベルが出力さ
れる。
ベルで、出力信号IN2が“H”レベルであった場合に
は、信号レベル変換回路8によって接続点N15,N1
6はいずれも“H”レベルとなる。これを受けてバッフ
ァ回路9dのトランジスタQ13a,Q14はそれぞれ
オン、オフし、入出力端子1には“H”レベルが出力さ
れる。
成を示す他の回路図であり、図5に類似した信号レベル
変換機能を有する半導体集積回路装置の入出力回路の構
成を示すものである。図6の回路構成は図5のバッファ
回路9dをバッファ回路9eに置換したもので、図5と
の相違点はインバータゲートG10の後にインバータゲ
ートG12を追加し最終段のプッシュプル回路13を構
成するPMOSトランジスタQ13aをNMOSトラン
ジスタQ13bに置き換えたものである。その他の構成
は同様であるから同一部分には同一符号を付して重複説
明を省略する。このような構成をとっても図5を用いて
説明されたような動作を行うことができる。即ち、イン
バータゲートG10から出力された信号レベルは、付加
されたインバータゲートG12で反転するがNMOSト
ランジスタQ13bはPMOSトランジスタQ13aと
逆の動作をするので、結局図6の回路構成でも図5のも
のと同じ論理動作をすることになる。
ッファ最終段のプッシュプル回路を構成する一組のMO
Sトランジスタの構成断面図である。図7はバッファ回
路9dのプッシュプル回路を構成するMOSトランジス
タQ13a,Q14の構成断面図であり、それぞれPM
OS,NMOS型である。一方、図8はバッファ回路9
eのプッシュプル回路を構成するMOSトランジスタQ
13b,Q14の構成断面図であり、両方共にNMOS
型である。
機能を有する出力バッファ回路は以上のように構成され
ており、正常な出力動作が行われている場合には、接続
点N15,N16の電位の組は(“H”レベル、“H”
レベル)、(“L”レベル、“L”レベル)、(“L”
レベル、“H”レベル)のいずれかとなる。
入された初期状態において第1の電源電圧VDD1 が投入
されていない場合には、信号レベル変換回路8の各部の
値が一義的に定まらない。例えば、図5において、接続
点N15,N16の電位の組が(“H”レベル、“L”
レベル)となることも起こり得る。このような状態は一
対のMOSトランジスタQ13a,Q14(図6では、
Q13b,Q14)が同時に両方オンする状況を招来
し、バッファ回路9d(図6では、9e)において、電
源電位点5と接地電位点6との間に不要な電流(貫通電
流)が流れてしまうなどの課題があった。
めになされたもので、出力バッファ最終段のプッシュプ
ル回路を構成するトランジスタに貫通電流が流れる論理
を与えない回路構成を有する出力バッファ回路を得るこ
とを目的とする。
る出力バッファ回路は、第1の電位および第2の電位を
それぞれ入力して第1の電源電圧系で二進法論理に基づ
く第1の信号および第2の信号に変換する第1の変換手
段と、これらの第1および第2の信号を入力して第2の
電源電圧系に対応した信号電圧レベルにレベル変換する
第2の変換手段とを有する変換回路と、第2の変換手段
からの第1および第2の信号を第2の電源電圧系で演算
するトライステートコントロール型の論理回路と、論理
回路からの第1および第2の信号を受けて第2の電源電
圧系で動作しトライステートのいずれかを選択してこれ
を出力する、電界効果トランジスタを含むプッシュプル
回路とを備えたものである。
路は、トライステートコントロール型の論理回路がイン
バータゲートと、NANDゲートと、NORゲートとか
らなるものである。
路は、第1の電位および第2の電位をそれぞれ入力して
第1の電源電圧系で二進法論理に基づく第1および第2
の信号に変換する第1の変換手段と、第1および第2の
信号を入力して第2の電源電圧系に対応した信号電圧レ
ベルにレベル変換する第2の変換手段とを有する変換回
路と、第1および第2の変換手段からの第1および第2
の信号を第2の電源電圧系で演算するトライステートコ
ントロール型の論理回路と、論理回路からの第1および
第2の信号を受けて第2の電源電圧系で動作しトライス
テートのいずれかを選択してこれを出力する、電界効果
トランジスタを含むプッシュプル回路とを備えたもので
ある。
路は、トライステートコントロール型の論理回路がNA
NDゲートと、NORゲートとからなるものである。
路は、第2の変換手段が二進法論理に基づく演算を行う
ものである。
路は、プッシュプル回路がPMOSトランジスタとNM
OSトランジスタとからなる出力最終段を有するもので
ある。
路は、プッシュプル回路が2つのNMOSトランジスタ
からなる出力最終段を有するものである。
説明する。 実施の形態1.図1はこの発明の実施の形態1による出
力バッファ回路の構成を示す回路図であり、信号レベル
変換機能を有する半導体集積回路装置の入出力回路の構
成を示すものである。
路(論理回路)、8は信号レベル変換回路(変換回
路)、8aは第1の変換回路(第1の変換手段)、8b
は第2の変換回路(第2の変換手段)、9aはバッファ
回路、13はプッシュプル回路、Q13a,Q14はこ
のプッシュプル回路13を構成するMOSトランジスタ
でそれぞれがPMOS、NMOS型であり、これらが出
力バッファ回路10aを構成する。1は入出力端子、2
はコントロール端子、3は入力端子、11は入力バッフ
ァ、12は静電保護回路であり、これらの1,2,3,
10a,11,12が前記半導体集積回路装置の入出力
回路を構成する。
て内部回路が接続されている。また、入出力端子1には
出力バッファ回路10aを介して、内部回路からのコン
トロール信号IN1(第1の電位)を受けるコントロー
ル端子2と、内部回路からの出力信号IN2(第2の電
位)を受ける入力端子3とが接続されている。また、コ
ントロール端子2および入力端子3は信号レベル変換回
路8に接続されている。更に、入出力端子1には静電保
護回路12が接続されている。そして、信号レベル変換
回路8は、レベル変換された二進法論理に基づく第1の
信号および第2の信号を接続点N5,N6を介して入出
力コントロール回路7aに対して出力し、入出力コント
ロール回路7aはこれらの信号をバッファ回路9aに対
して接続点N7,N8を介して出力する。
電位の外部入力信号が入力されたときには低インピーダ
ンス状態となり、低電位あるいは動作電圧の外部入力信
号が入力されたときは高インピーダンス状態となること
により、入出力回路の静電破壊を保護する働きをする。
静電保護回路12は、たとえば、基板上に接合ダイオー
ド、拡散領域、ポリシリコン層を用いた抵抗素子を組み
合わせた構造で形成される。
電源電圧である第1の電源電位VDD 1 で駆動される回路
の範囲を示し、「→VDD2 」は第2の電源電位VDD2 で
駆動される回路の範囲を示す。また、第1の電源電位点
4は第1の電源電位VDD1 を供給し、第2の電源電位点
5は第2の電源電位VDD2 を供給し、接地電位点6は接
地電位GNDを供給する。ここでVDD2 >VDD1 >GN
Dである。
位VDD2 と接地電位GNDとにより“H”レベル、
“L”レベルが規定される外部入力信号を、それぞれ第
1の電源電位VDD1 と接地電位GNDとにより“H”レ
ベル、“L”レベルが規定される信号に信号レベルを変
換する回路と、入力ドライバ回路とにより構成されてい
る。
回路8、入出力コントロール回路7a、バッファ回路9
aから構成されており、これによりコントロール端子2
および入力端子3は信号レベル変換回路8に接続されて
いる。
DD1 で動作される前半部8aと、第2の電源電圧VDD2
で動作される後半部8bに分けられ、その前半部8aは
インバータを構成するPMOSトランジスタQ1,Q7
およびNMOSトランジスタQ2,Q8と、NMOSト
ランスファゲートQ3,Q9とからなり、その後半部8
bはラッチ型を構成するPMOSトランジスタQ4,Q
5,Q10,Q11と、NMOSトランジスタQ6,Q
12とで構成している。
タQ1とNMOSトランジスタQ2のゲート電極は、内
部からのコントロール信号IN1を受けるコントロール
端子2に接続され、同じくインバータを構成するPMO
SトランジスタQ7とNMOSトランジスタQ8のゲー
ト電極は、内部からの出力信号IN2を受ける入力端子
3に接続される。
MOSトランジスタQ1およびNMOSトランジスタQ
2のドレイン電極である接続点N1に接続され、ゲート
電極は第1の電源電位点4に接続される。トランスファ
ゲートQ9のソース電極はPMOSトランジスタQ7お
よびNMOSトランジスタQ8のドレイン電極である接
続点N2に接続され、ゲート電極は第1の電源電位点4
に接続される。
Q5のソース電極は第2の電源電位点5に接続され、ゲ
ート電極は前記トランスファゲートQ3のドレイン電極
で接続点N3に接続され、NMOSトランジスタQ6の
ソース電極は接地電位点6に接続され、ゲート電極は接
続点N3に接続される。また、PMOSトランジスタQ
4のソース電極は第2の電源電位点5に接続し、ゲート
電極は前記PMOSトランジスタQ5およびNMOSト
ランジスタQ6のドレインである接続点N5に接続され
る。
Q11のソース電極は第2の電源電位点5に接続され、
ゲート電極は前記トランスファゲートQ9のドレイン電
極で接続点N4に接続され、NMOSトランジスタQ1
2のソース電極は接地電位点6に接続され、ゲート電極
は接続点N4に接続される。また、PMOSトランジス
タQ10のソース電極は第2の電源電位点5に接続し、
ゲート電極は前記PMOSトランジスタQ11およびN
MOSトランジスタQ12のドレインである接続点N6
に接続される。
タゲートG3と、2入力NANDゲートG5と、2入力
NORゲートG4とから構成され、トライステートコン
トロール型の入出力回路を構成している。前記インバー
タゲートG3の入力端子は接続点N5に接続され、前記
2入力NANDゲートG5の第1の入力端子は接続点N
5に、第2の入力端子は接続点N6にそれぞれ接続され
る。また、前記2入力NORゲートG4の第1の入力端
子は前記インバータゲートG3の出力端子に接続され、
第2の入力端子は接続点N6に接続される。なお、トラ
イステートコントロール型の入出力回路とは、接続され
るバッファ回路の最終段の出力が“H”レベル、“L”
レベル状態以外に高インピーダンス状態が可能であるよ
うに制御するものをいう。
るインバータゲートG6〜G9と、PMOSトランジス
タQ13aとNMOSトランジスタQ14で構成される
最終段を有するプッシュプル回路13とから構成され
る。
OSトランジスタQ1とNMOSトランジスタQ2から
なるインバータゲート、NMOSトランスファゲートQ
3、PMOSトランジスタQ7とNMOSトランジスタ
Q8からなるインバータゲート、NMOSトランスファ
ゲートQ9)は、第1の電源電位VDD1 および接地電位
GNDとが与えられて動作する。一方、信号レベル変換
回路8の後半部8b(ラッチ型レベル変換回路を構成す
るPMOSトランジスタQ4,Q5,Q10,Q11,
NMOSトランジスタQ6,Q12)と入出力コントロ
ール回路部7aとバッファ回路9aには第2電源電位V
DD2 と接地電位GNDが与えられて動作する。
達経路を有する。1つは内部回路からのコントロール信
号IN1をコントロール端子2で受け、途中で信号レベ
ルを変換して接続点N5に出力するコントロール信号系
の信号伝達経路であり、もう1つは、内部回路からの出
力信号IN2を入力端子3で受け、同じく信号伝達途中
で信号レベルを変換して接続点N6に出力する出力信号
系の信号伝達経路である。従って、信号レベル変換回路
8は、コントロール信号系と出力信号系の2種類のレベ
ル変換回路から構成される。コントロール信号系のレベ
ル変換回路はPMOSトランジスタQ1,Q4,Q5お
よびNMOSトランジスタQ2,Q3,Q6から成る。
出力信号系のレベル変換回路は、PMOSトランジスタ
Q7,Q10,Q11およびNMOSトランジスタQ
8,Q9,Q12から成る。
で使用されるPMOSトランジスタQ1,Q7、NMO
SトランジスタQ2,Q8のゲート絶縁膜の膜厚より
も、高電源電圧系で使用されるPMOSトランジスタQ
4,Q5,Q10,Q11,NMOSトランジスタQ
3,Q6,Q9,Q12、入出力コントロール回路7a
を構成するMOSトランジスタ、バッファ回路9aを構
成するPMOSトランジスタQ13aとNMOSトラン
ジスタQ14とを含むMOSトランジスタのゲート絶縁
膜の膜厚の方が厚く形成されている。
G6の入力端は、接続点N7を介して入出力コントロー
ル回路7aに接続される。インバータゲートG8の入力
端はインバータゲートG6の出力端に接続される。イン
バータゲートG8の出力端は接続点N9を介してPMO
SトランジスタQ13aのゲート電極に接続される。つ
まり、接続点N7と接続点N9の間には偶数段のインバ
ータゲートが介在し、接続点N7に与えられた電位に対
応する論理と同一の論理に対応する電位が接続点N9を
介して、PMOSトランジスタQ13aのゲート電極に
与えられることになる。
接続点N8を介して入出力コントロール回路7bに接続
される。インバータゲートG9の入力端はインバータゲ
ートG7の出力端に接続される。インバータゲートG9
の出力端は接続点N10を介してNMOSトランジスタ
Q14のゲート電極に接続される。つまり、接続点N8
と接続点N10の間には偶数段のインバータゲートが介
在し、接続点N8に与えられた電位に対応する論理と同
一の論理に対応する電位が接続点N10を介して、NM
OSトランジスタQ14のゲート電極に与えられること
になる。
ついて説明する。図1に示された出力バッファ回路を備
えた半導体集積回路装置は、信号レベルの変換を行いつ
つ、LSIの内部回路からLSI外部の電子デバイスに
信号を伝達する。つまり、第1の電源電位VDD1 と接地
電位GNDとが供給される第1の電源系で動作するLS
Iの内部回路から供給される信号をレベル変換し、第2
の電源電位VDD2 と接地電位GNDとが供給される第2
の電源系で動作するLSI外部のデバイスへと供給す
る。
明し、次に全体のこの実施の形態1の出力バッファの動
作を説明する。前記のように、信号レベル変換回路8
は、コントロール信号系と出力信号系の2つの同一構成
要素からなるレベル変換回路を有する。したがって、こ
れらのレベル変換回路単体での動作については同一であ
るので、一方の出力信号系の回路を例にとりその機能・
動作を説明する。
トランジスタQ7とNMOSトランジスタQ8からなる
インバータと、第2の電源電位VDD2 で動作するPMO
SトランジスタQ11とNMOSトランジスタQ12か
らなるインバータとを直接接続した場合、つまりNMO
SトランジスタQ9とPMOSトランジスタQ10が無
い場合には、入力端子3に“H”レベル信号(第1の電
源電位VDD1 レベル)が入力されると、前段の第1の電
源電位VDD1 で動作するインバータの出力は“L”レベ
ル(接地電位GND)となり、これを受け後段の第2の
電源電位VDD2で動作するインバータの出力は“H”レ
ベル(第2の電源電位VDD2 )となる。この場合には問
題は発生せず、“H”レベル信号を入力端子3から接続
点N6に第1電源電位VDD1 レベルから第2の電源電位
VDD2 レベルにレベル変換して出力する。
が入力された時であり、この場合には、前段インバータ
は“H”レベル(第1の電源電位VDD1 レベル)を出力
する。後段インバータでは、NMOSトランジスタQ1
2はオンするが、PMOSトランジスタQ11はVGSが
(VDD2 −VDD1 )>VTP(PMOSトランジスタQ1
1のVTH)であるために完全にはオフできず、第2の電
源電位VDD2 から接地電位GNDに電流が流れてしまう
問題がある。この問題に対処するためにPMOSトラン
ジスタQ10は、接続点N4の電位を後段インバータの
“L”レベル出力を受けて“H”レベル(VDD2 レベ
ル)に引き上げるよう作用する。
トランジスタQ11とNMOSトランジスタQ12のト
ランジスタサイズ比(ゲート幅W)はWQ12>WQ1
1となるようにする。これは、前述のごとく接続点N4
の電位が“H”レベル(VDD 1 レベル)だとNMOSト
ランジスタQ12がオンしPMOSトランジスタQ11
もオンしてしまうので、Q11とQ12の引き合いでさ
らに“L”レベルを出力しやすくするためである。これ
によってPMOSトランジスタQ10がオンして接続点
N4の電位をVDD1 からVDD2 に引き上げてVGS<VTP
となってPMOSトランジスタQ11をオフさせる。
がない場合にはPMOSトランジスタQ7とQ10がと
もにオンすると第2電源電位VDD2 供給点5から第1電
源電位VDD1 供給点4に電流が流れてしまう問題があ
り、NMOSトランジスタQ9を挿入することでこの問
題点を防ぐ働きがある。このときは、NMOSトランジ
スタQ9はVGSがかかっていないのでオフしており、こ
のため第2の電源電位VDD2 供給点5から第1の電源電
位VDD1 供給点4への電流は流れない。
説明する。通常の動作状態では、第1の電源電位VDD1
および第2の電源電位VDD2 が共に印加されている。従
って、図1で示された回路の動作は、順次以下の通りに
なる。
ベルの場合を説明する。出力信号IN2が“L”レベル
のとき、信号レベル変換回路8は接続点N5,N6にい
ずれも“L”レベルを出力する。この信号を受け次段に
配置された入出力コントロール回路7aは、NANDゲ
ートG5の第1の入力端子(接続点N5)に“L”レベ
ル、第2の入力端子(接続点N6)に“L”レベルが入
力されて、“H”レベル信号を接続点N7に出力する。
また、インバータG3は“L”レベル信号を入力端子
(接続点N5)に受け“H”レベルを出力する。NOR
ゲートG4の第1入力端子はインバータG3の“H”レ
ベルの出力を受け、第2入力端子(接続点N6)には
“L”レベル信号が入力されて、“L”レベルを接続点
N8に出力する。
6の入力端子(接続点N7)に“H”レベルの信号が入
力され“L”レベルを出力し、次のインバータG8は、
“H”レベルを出力する。その結果、接続点N9は
“H”レベル(VDD2 レベル)となってPMOSトラン
ジスタQ13aはオフする。また、インバータG7の入
力端子N8には“L”レベルが入力されて“H”レベル
を出力する。次のインバータG9はこの信号を受けて、
“L”レベルを接続点N10に出力する。その結果、N
MOSトランジスタQ14はオフする。このためPMO
SトランジスタQ13aとNMOSトランジスタQ14
は共にオフして、入出力端子1は外部回路からみて高イ
ンピーダンス状態になる。
には、信号レベル変換回路8は接続点N5に“L”レベ
ルを出力し、N6に“H”レベルを出力する。この信号
を受け次段に配置された入出力コントロール回路7a
は、NANDゲートG5の第1入力端子(接続点N5)
に“L”レベル、第2入力端子(接続点N6)に“H”
レベルが入力されて、“H”レベル信号を接続点N7に
出力する。また、インバータG3は“L”レベル信号を
入力端子(接続点N5)に受け“H”レベルを出力す
る。NORゲートG4の第1入力端子はインバータG3
の“H”レベルの出力を受け、第2入力端子(接続点N
6)には“H”レベル信号が入力されて“L”レベルを
接続点N8に出力する。
6の入力端子(接続点N7)に“H”レベルの信号が入
力され“L”レベルを出力し、次のインバータG8に入
力される。インバータG8は、“H”レベルを出力す
る。その結果、接続点N9は“H”レベル(VDD2 レベ
ル)となってPMOSトランジスタQ13aはオフす
る。また、インバータG7の入力端子N8には“L”レ
ベルが入力されて“H”レベルを出力する。次のインバ
ータG9はこの信号を受けて、“L”レベルを接続点N
10に出力する。その結果、NMOSトランジスタQ1
4はオフする。このためPMOSトランジスタQ13a
とNMOSトランジスタQ14は共にオフして、入出力
端子1は外部回路からみて高インピーダンス状態にな
る。
ベルの場合を説明する。まず出力信号IN2が“L”レ
ベルの場合、信号レベル変換回路8は接続点N5に
“H”レベルを、接続点N6には“L”レベルを出力す
る。この信号を受けて次段に配置された入出力コントロ
ール回路7aは、NANDゲートG5の第1入力端子
(接続点N5)に“H”レベル、第2入力端子(接続点
N6)に“L”レベルが入力されて、“H”レベル信号
を接続点N7に出力する。また、インバータG3は
“H”レベル信号を入力端子(接続点N5)に受け
“L”レベルを出力する。NORゲートG4の第1入力
端子はインバータG3の“L”レベルの出力を受け、第
2入力端子(接続点N6)には“L”レベル信号が入力
されて“H”レベル変換を接続点N8に出力する。
6の入力端子(接続点N7)に“H”レベルの信号が入
力され“L”レベルを出力し、次のインバータG8に入
力され、これが“H”レベルを出力する。その結果、接
続点N9は“H”レベル(VDD2 レベル)となってPM
OSトランジスタQ13aはオフする。また、インバー
タG7の入力端子N8には“H”レベルが入力されて
“L”レベルを出力する。次のインバータG9はこの信
号を受けて“H”レベルを接続点N10に出力する。そ
の結果、NMOSトランジスタQ14はオンして入出力
端子は“L”レベルとなる。
合、信号レベル変換回路8は接続点N5に“H”レベル
を、接続点N6には“H”レベルを出力する。この信号
を受け次段に配置された入出力コントロール回路7a
は、NANDゲートG5の第1入力端子(接続点N5)
に“H”レベル、第2入力端子(接続点N6)に“H”
レベルが入力されて、これにより“L”レベル信号を接
続点N7に出力する。また、インバータG3は“H”レ
ベル信号を入力端子(接続点N5)に受け“L”レベル
を出力する。NORゲートG4の第1入力端子はインバ
ータG3の“L”レベルの出力を受け、第2入力端子
(接続点N6)には“H”レベル信号が入力されて、こ
れにより“L”レベルを接続点N8に出力する。
6の入力端子(接続点N7)に“L”レベルの信号が入
力され“H”レベルを出力し、次のインバータG8に入
力され、これが“L”レベルを出力する。その結果、接
続点N9は“L”レベル(VDD2 レベル)となってPM
OSトランジスタQ13aはオンする。また、インバー
タG7の入力端子N8には“L”レベルが入力された
“H”レベルを出力する。次のインバータG9はこの信
号を受けて、“L”レベルを接続点N10に出力する。
その結果、NMOSトランジスタQ14はオフして入出
力端子1は“H”レベルとなる。
い状態で、第2の電源電位VDD2 が投入された場合に
は、第1の電源系で動作する信号レベル変換回路8の前
半部の論理レベルが決定されない状態で、第2の電源レ
ベル系で動作する信号レベル変換回路8の後半部が次段
の入出力コントロール回路7aに論理レベルを伝達する
ことになってしまう。このとき接続点N5,N6に与え
られる論理レベルの組は(“L”、“L”)、
(“L”、“H”)、(“H”、“H”)、(“H”、
“L”)のいずれかになる。その結果、入出力端子1
は、それぞれ高インピーダンス状態、高インピーダンス
状態、“H”レベル出力、“L”レベル出力となりバッ
ファ回路9cのバッファ最終段13を構成するPMOS
トランジスタQ13a,Q14は共にオンすることはな
く第2の電源電位VDD2 から接地電位GNDに貫通電流
は流れない。
ば、信号レベル変換回路8から出力される第1の信号と
第2の信号の論理組合せがいかなるパターンであって
も、トライステートコントロール型の入出力コントロー
ル回路を経由するので、次段のバッファ回路の最終段を
構成する2つのMOSトランジスタが同時にオンするこ
とはない。したがって、出力バッファ回路の最終段のP
MOSプッシュプル回路を構成するトランジスタの貫通
電流の発生を防止できるので装置全体の消費電力を低減
できるという効果がある。
態2による出力バッファ回路の構成を示す回路図であ
り、信号レベル変換機能を有する半導体集積回路装置の
入出力回路の構成を示すものである。ここで示された回
路は、実施の形態1において示された回路の入出力コン
トロール回路7aを入出力コントロール回路7b(論理
回路)に置換した構成を有しており、その他の構成は図
1のものと同様であるから同一部分には同一符号を付し
て重複説明を省略する。
トロール回路7aの相違は、前者には後者にあるインバ
ータゲートG3がなく、NORゲートG4の第1入力端
子は前段の信号レベル変換回路8の接続点N3につなが
っている点である。これにより、コントロール信号IN
1が第1の変換回路を経由して出力された第1の信号
は、インバータゲートG3と、トランジスタQ5,Q6
からなるインバータを経由しないので二度の反転は起こ
らず、結局論理動作上は実施の形態1と同一動作をす
る。
ば、実施の形態1と同様に出力バッファ回路の最終段の
PMOSプッシュプル回路を構成するトランジスタの貫
通電流の発生を防止できるので装置全体の消費電力を低
減できるという効果がある。
態3による出力バッファ回路の構成を示す回路図であ
り、信号レベル変換機能を有する半導体集積回路装置の
入出力回路の構成を示すものである。ここで示された回
路は、実施の形態2において示された回路のバッファ回
路9aをバッファ回路9bに置換した構成を有してお
り、その他の構成は図1のものと同様であるから同一部
分には同一符号を付して重複説明を省略する。
6〜G10と、2つのNMOSトランジスタQ13b,
Q14で構成される最終段とを有するPMOS構造のプ
ッシュプル回路で構成される。バッファ回路9aとの違
いは、インバータゲートG10を追加し、かつPMOS
トランジスタQ13aをNMOSトランジスタQ13b
に置き換えしていることである。したがってインバータ
ゲートG10で信号が反転してもNMOSトランジスタ
Q13bが逆動作をするから論理動作上は実施の形態1
と同一動作をする。
ば、実施の形態1と同様に、出力バッファ回路の最終段
のNMOSプッシュプル回路を構成するトランジスタの
貫通電流の発生を防止できるので装置全体の消費電力を
低減できるという効果がある。
態4による出力バッファ回路の構成を示す回路図であ
り、信号レベル変換機能を有する半導体集積回路装置の
入出力回路の構成を示すものである。ここで示された回
路は、この実施の形態1において示された回路のバッフ
ァ回路9aをバッファ回路9cに置換した構成を有して
おり、その他の構成は図1のものと同様であるから同一
部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
るインバータゲートG6〜G10と、2つのNMOSト
ランジスタQ13b,Q14で構成される最終段とを有
するPMOS構造のプッシュプル回路で構成される。バ
ッファ回路9aとの違いは、インバータゲートG10を
追加してPMOSトランジスタQ13aをNMOSトラ
ンジスタQ13bに置き換えしている点で、上記のとお
り論理動作上は実施の形態1と同一動作をする。
ば、実施の形態1と同様に、出力バッファ回路の最終段
のNMOSプッシュプル回路を構成するトランジスタの
貫通電流の発生を防止できるので装置全体の消費電力を
低減できるという効果がある。
れば、第1の変換手段が第1の電位および第2の電位を
それぞれ入力して第1の電源電圧系で二進法論理に基づ
く第1の信号および第2の信号に変換するとともに、第
2の変換手段が第1の信号および第2の信号を入力して
第2の電源電圧系でこれらの信号とその電圧レベルを変
換し、変換後に出力された第1の信号および第2の信号
をトライステートコントロール型の論理回路が演算し
て、その論理を受けてバッファ回路中の出力最終段のプ
ッシュプルバッファが動作するように構成したので、出
力最終段のプッシュプルバッファを構成する電界効果ト
ランジスタに貫通電流が流れてしまうような論理状態に
なる信号がレベル変換回路から出力されてもトライステ
ートコントロール型の論理回路が未然にその論理状態を
回避する。したがって、この発明の出力バッファ回路に
よれば、出力最終段の電界効果トランジスタの貫通電流
を回避でき消費電力を低減することができる効果があ
る。
ートコントロール型の論理回路がインバータゲートと、
NANDゲートと、NORゲートを備えるように構成し
たので、次段のバッファ回路中の出力最終段のプッシュ
プルバッファが共にオンとなり貫通電流が流れてしまう
論理状態を回避することができる効果がある。
手段が第1の電位および第2の電位をそれぞれ入力して
第1の電源電圧系で二進法論理に基づく第1の信号およ
び第2の信号に変換するとともに、第2の変換手段が第
1の信号および第2の信号を入力して第2の電源電圧系
でこれらの信号とその電圧レベルを変換し、第1および
第2の変換手段から出力された第1および第2の信号を
トライステートコントロール型の論理回路が演算して、
その論理を受けてバッファ回路中の出力最終段のプッシ
ュプルバッファが動作するように構成したので、出力最
終段のプッシュプルバッファを構成する電界効果トラン
ジスタに貫通電流が流れてしまうような論理状態になる
信号がレベル変換回路から出力されてもトライステート
コントロール型の論理回路が未然にその論理状態を回避
する。しかも、論理回路の入力端子を第1の変換手段の
出力に直接接続できるのでその構成素子の数を減少させ
ることができ電力消費量の低減に寄与する。したがっ
て、この発明の出力バッファ回路によれば、出力最終段
の電界効果トランジスタの貫通電流を回避でき、消費電
力を低減することができる効果がある。
ートコントロール型の論理回路がトライステートコント
ロール型の論理回路がNANDゲートと、NORゲート
を備えるように構成したので、NORゲートの第1の入
力端子に第1の変換手段からの出力である第1または第
2の信号を入力すれば、上記と同様に次段のバッファ回
路中の出力最終段のプッシュプルバッファが共にオンと
なり貫通電流が流れてしまう論理状態を回避することが
できる効果がある。
手段が二進法論理に基づく演算を行うので電界効果トラ
ンジスタを用いたラッチ回路を備えるように構成したの
で、第1の変換手段と第2の変換手段との接続点におい
て第1の電源系と第2の電源系間で電流が流れないよう
に制御でき、これにより第2の変換手段を構成するプッ
シュプル回路を構成するトランジスタの貫通電流を阻止
できる効果がある。
ァ回路の出力最終段がPMOSトランジスタとNMOS
トランジスタとからなるので、CMOSプッシュプル回
路を構成することができる効果がある。
ァ回路の出力最終段が2つのNMOSトランジスタから
なるので、NMOS−NMOSプッシュプル回路を構成
することができる効果がある。
回路を示す回路構成図である。
回路を示す回路構成図である。
回路を示す回路構成図である。
回路を示す回路構成図である。
ある。
図である。
を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
力信号(第2の電位)、7a,7b,7c 入出力コン
トロール回路(論理回路)、8 信号レベル変換回路
(変換回路)、8a 第1の変換回路(第1の変換手
段)、8b 第2の変換回路(第2の変換手段)、9
a,9b,9c,9d,9e バッファ回路、13 プ
ッシュプル回路、Q13a PMOSトランジスタ(電
界効果トランジスタ)、Q13b NMOSトランジス
タ(電界効果トランジスタ)、Q14 NMOSトラン
ジスタ(電界効果トランジスタ)。
Claims (7)
- 【請求項1】 第1の電位および第2の電位をそれぞれ
入力して第1の電源電圧系で二進法論理に基づく第1の
信号および第2の信号に変換する第1の変換手段と、上
記第1の信号および第2の信号を入力して第2の電源電
圧系に対応した信号電圧レベルにこれらの信号をレベル
変換する第2の変換手段とを有する変換回路と、上記第
2の変換手段からの第1の信号および第2の信号を上記
第2の電源電圧系で演算するトライステートコントロー
ル型の論理回路と、上記論理回路からの第1の信号およ
び第2の信号を受けて上記第2の電源電圧系で動作しト
ライステートのいずれかを選択してこれを出力する、電
界効果トランジスタを含むプッシュプル回路とを備えた
出力バッファ回路。 - 【請求項2】 トライステートコントロール型の論理回
路がインバータゲートと、NANDゲートと、NORゲ
ートとからなることを特徴とする請求項1記載の出力バ
ッファ回路。 - 【請求項3】 第1の電位および第2の電位をそれぞれ
入力して第1の電源電圧系で二進法論理に基づく第1の
信号および第2の信号に変換する第1の変換手段と、上
記第1の信号および第2の信号を入力して第2の電源電
圧系に対応した信号電圧レベルにこれらの信号をレベル
変換する第2の変換手段とを有する変換回路と、上記第
1の変換手段および第2の変換手段からの第1の信号お
よび第2の信号を上記第2の電源電圧系で演算するトラ
イステートコントロール型の論理回路と、上記論理回路
からの第1の信号および第2の信号を受けて上記第2の
電源電圧系で動作しトライステートのいずれかを選択し
てこれを出力する、電界効果トランジスタを含むプッシ
ュプル回路とを備えた出力バッファ回路。 - 【請求項4】 トライステートコントロール型の論理回
路がNANDゲートと、NORゲートとからなることを
特徴とする請求項3記載の出力バッファ回路。 - 【請求項5】 第2の変換手段が二進法論理に基づく演
算を行うことを特徴とする請求項1から請求項4のうち
のいずれか1項記載の出力バッファ回路。 - 【請求項6】 プッシュプル回路がPMOSトランジス
タとNMOSトランジスタとからなる出力最終段を有す
ることを特徴とする請求項1または請求項5記載の出力
バッファ回路。 - 【請求項7】 プッシュプル回路が2つのNMOSトラ
ンジスタからなる出力最終段を有することを特徴とする
請求項1または請求項5記載の出力バッファ回路。
Priority Applications (2)
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JP9089798A JPH10285013A (ja) | 1997-04-08 | 1997-04-08 | 出力バッファ回路 |
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