JPH10341145A - パストランジスタバッファ回路 - Google Patents

パストランジスタバッファ回路

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JPH10341145A
JPH10341145A JP9151401A JP15140197A JPH10341145A JP H10341145 A JPH10341145 A JP H10341145A JP 9151401 A JP9151401 A JP 9151401A JP 15140197 A JP15140197 A JP 15140197A JP H10341145 A JPH10341145 A JP H10341145A
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JP
Japan
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circuit
buffer circuit
threshold voltage
pass transistor
insulated gate
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Withdrawn
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JP9151401A
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English (en)
Inventor
Masami Hashimoto
正美 橋本
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】パストランジスタロジック回路において、パス
トランジスタツリー回路の信号を受けるバッファ回路は
信号を帰還する方式の場合は信号が衝突する際の遅延と
短絡電流が流れる課題があり、また信号を帰還しない単
なるインバータ回路の場合には静止時においてリーク電
流が流れるという課題があった。 【解決手段】インバータ回路によりパストランジスタバ
ッファ回路を構成するP型MOSFETのスレッショル
ド電圧を通常のP型MOSFETのスレッショルド電圧
より高く設定して、確実にパストランジスタツリー回路
を構成するN型MOSFETのスレッショルド電圧を越
えるようにした。 【効果】少ないトランジスタ数で、静止時のリーク電流
もなく、信号同士の衝突による遅延と短絡電流がなく、
かつ安定して製造しやすいパストランジスタ回路を含む
集積回路装置が提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は絶縁ゲート電界効果
型トランジスタ(以下MOSFETと略す)を用い、パ
ストランジスタロジック回路を有する半導体集積回路装
置において、前記パストランジスタロジック回路の中の
論理を構成するパストランジスタツリー回路の信号をバ
ッファ回路に転送する際に、少ないトランジスタ数で高
速かつリーク電流を防止する回路構成に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の代表的なパストランジスタロジッ
ク回路において、論理を構成するパストランジスタツリ
ー回路とその信号のバッファ回路との関係例を図2、図
3、図4に示す。図2はDCVSPG(Differe
ntial CascodesVoltage Swi
tch with Pass−Gate)と呼ばれるも
ので1993年IBM社が発表した方式である。図3は
SRPL(SwingRestored Pass−t
ransistor Logic)と呼ばれるもので1
994年に東芝が発表した方式である。図5はSPL
(Single−rail Pass−transis
tor Logic)と呼ばれるもので1995年に神
戸大学が発表した方式である。図2、図3、図4におい
て、破線で囲まれた回路を示す、それぞれ211、31
1、411はN型MOSFETからなる論理を構成する
パストランジスタツリー回路であり、またそれぞれ21
0、310、410は信号電圧の補正、もしくはバッフ
ァ回路の役目をしている回路である。なお、図2、図3
については、参考文献として、1994年日経BP社、
日経マイクロデバイス編集の別冊「低電力LSI」の技
術白書98頁−104頁に掲載され、図4については電
子情報通信学会技術研究報告VLD95−115,Vo
l.95,No.119,pp91−96,Decem
ber 1995.季副烈、瀧和男を参照、また図4の
バッファ回路は日本電気が特開平01−12615号公
報として出願されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】さて、前述した図2、
図3、図4のバッファ回路はすべてラッチ回路であり、
かつパストランジスタツリー回路からの信号と前の状態
を記憶している信号が過渡期に互いに衝突するので、遅
延が大きくなると同時にその過渡期においては短絡電流
が流れ消費電力が大きくなる問題点があった。
【0004】また、前述した図2、図3のバッファ回路
では2本の信号をパストランジスタツリー回路から必要
とし、いわゆるダブルレール(Double Rai
l)方式に限定され、パストランジスタツリー回路のト
ランジスタ数が増加するという問題点があった。
【0005】また、図4はシングルレール(Singl
e Rail)方式であり、前述したダブルレール方式
に比較すればパストランジスタツリー回路のトランジス
タ数が減少しているがバッファ回路が図2の回路に比較
してトランジスタが1個増加しており、かつ電圧補正の
為に入力に帰還されたP型MOSFETは入力信号と競
合するので能力を落とす目的でチャネル長をかなり大き
く設計する必要がある。そして、これらのバッファ回路
は集積回路としては膨大な数が使用されるので全体では
大きな問題となった。
【0006】また図4において、電圧補正の為に入力に
帰還されたP型MOSFETを単純にそのまま取り除く
と、パストランジスタツリー回路の出力が高電位(Hi
gh信号)の場合にはパストランジスタツリーを構成す
るMOSFETがN型であるので、N型MOSFETの
スレッショルド電圧分だけ電圧効果した信号電圧がバッ
ファであるインバータ回路のゲートに伝達され、インバ
ータ回路のゲート電位がオフ(OFF)するには充分な
電位でない場合に微弱であってもインバータ回路での短
絡電流によるリークが生じるという問題があった。ま
た、このリーク電流を防ぐ為に集積回路のP型MOSF
ETのスレッショルド電圧を全体的に高くすると、P型
MOSFETの駆動能力を必要とする回路の能力が低下
したり、P、Nのバランスが重要な回路では動作が不安
定になるという問題点があった。
【0007】そこで本発明はこのような問題点を解決す
るもので、その目的とするところは少ないトランジスタ
数で、静止時におけるリーク電流もなく、信号同士の衝
突による遅延がなく、かつ信号の衝突による余計な電力
消費のないパストランジスタツリー回路のバッファ回路
を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のパストランジス
タバッファ回路はP型MOSFETとN型MOSFET
によるインバータ回路で構成し、このP型MOSFET
のスレッショルド電圧をパストランジスタロジック回路
を含む半導体集積回路の一般にかつ標準的に用いている
P型MOSFETのスレッショルド電圧より高く設定し
たことを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明の上記の構成によれば、パストランジス
タツリー回路の出力信号が高電位(High信号)であ
って、かつN型MOSFETのスレッショルド電圧分だ
け電圧降下した場合にもインバータ回路のP型MOSF
ETのスレッショルド電圧が高いので静止時においてリ
ーク電流が生じない。また、インバータ回路の出力を入
力に帰還していないので信号変化時においても前の状態
記憶信号と入力信号の衝突もなく、それによる遅延や短
絡電流も生じない。またインバータ回路だけの構成であ
るのでトランジスタ数が少ない。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、実施例により本発明の詳細
を示す。図1は本発明の実施例を示す回路図である。図
1において破線10に囲まれた回路がパストランジスタ
バッファ回路であり、破線11に囲まれた回路がパスト
ランジスタツリー回路である。破線10の中において1
2はP型MOSFETであり、13はN型MOSFET
である。
【0011】P型MOSFET12のソース電極は正極
の電源端子+VDDに接続され、N型MOSFET13
のソース電極は負極の電源端子−VSSに接続されてい
る。P型MOSFET12とN型MOSFET13のそ
れぞれのゲート電極とドレイン電極はそれぞれ互いに接
続され、インバータ回路を構成している。ここでP型M
OSFET12のスレッショルド電圧はリン等のN型不
純物元素のイオン打ち込みにより、他の回路のP型MO
SFETのスレッショルド電圧より高く設定してある。
【0012】パストランジスタツリー回路11は複数個
のN型MOSFET14、15、16、17の直列もし
くは並列に接続された構成からなる。なお、ここの構成
は論理毎によって変化するので単なる一例に過ぎず、本
質的な意味合は無い。
【0013】さて、信号端子20、21、22、23、
24によりパストランジスタツリー回路の出力18には
高電位(High信号)、もしくは低電位(Low信
号)が得られる。このときバッファ回路10はインバー
タ回路としての機能は当然果しているのであるが、パス
トランジスタツリー回路はN型MOSFETから構成さ
れているので低電位(−VSS)の信号を伝える場合に
はこの電位をほぼ忠実に出力18に伝達するので問題は
ないが、高電位(+VDD)の信号を伝える場合にはN
型MOSFETの為にN型MOSFETのスレッショル
ド電圧分の電圧降下した電位しか出力18に出て来ない
という事態が生ずる。しかしながらバッファ回路10の
中のP型MOSFET12のスレッショルド電圧は高く
設定されているのでゲート電位が+VDDに達せずN型
MOSFETのスレッショルド電圧分低くともP型MO
SFET12はオフ(OFF)することが出来て静止時
のリーク電流は流れない。
【0014】なお、集積回路全体のP型MOSFETの
スレッショルド電圧を高くしてしまうとN型MOSFE
Tとのアンバランスによる回路動作の不安定さが生じた
り、駆動能力がP側だけ低下したり、低電圧動作範囲が
狭くなったり、製造上のバラツキの影響を受けやすくな
る。そこで本発明では集積回路で一般に使用しているP
型MOSFETのスレッショルド電圧はそのままにし
て、バストランジスタバッファ回路10のP型MOSF
ETだけスレッショルド電圧を高くしている。
【0015】また、バッファ回路10はインバータ回路
の構成のみであって出力を入力側に帰還していないの
で、パストランジスタツリー回路11の出力信号との衝
突もなく、衝突による信号遅延や短絡電流もない。
【0016】以上において、P型MOSFETのスレッ
ショルド電圧を高くする方法として該P型MOSFET
にN型であるリン元素をドープする例を挙げたが、全体
のP型MOSFETのスレッショルド電圧が高くなるよ
うな基板の不純物濃度の構成にしておいて、パストラン
ジスタバッファ回路10に用いるP型MOSFETのみ
を除いて全体のP型MOSFETにP型であるボロン元
素をドープして通常のスレッショルド電圧にしてもよ
い。
【0017】また、以上はパストランジスタツリー回路
をN型MOSFETで構成する場合を例示したが、パス
トランジスタツリー回路をP型MOSFETで構成して
もよく、この場合にはパストランジスタバッファ回路の
N型MOSFETのスレッショルド電圧を高く設定する
ことになる。
【0018】
【発明の効果】以上、述べたように本発明によれば、少
ないトランジスタ数で、静止時におけるリーク電流もな
く、信号同士の衝突による遅延がなく、かつ信号の衝突
による余計な電力消費のないパストランジスタツリー回
路のバッファ回路が提供できるという効果がある。
【0019】また、該パストランジスタバッファ回路を
含む集積回路の一般的に使用されているP型MOSFE
Tは通常のスレッショルド電圧にして、バッファ回路の
P型MOSFETを高く設定しているので前記リーク等
に起因する製造上の歩留まり低下はなく、安定して製造
がしやすいという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す回路図である。
【図2】従来の第1のパストランジスタロジック回路と
パストランジスタバッファ回路例を示す回路図である。
【図3】従来の第2のパストランジスタロジック回路と
パストランジスタバッファ回路例を示す回路図である。
【図4】従来の第3のパストランジスタロジック回路と
パストランジスタバッファ回路例を示す回路図である。
【符号の説明】
10、210、310、410・・・パストランジスタ
バッファ回路 11、211、311、411・・・パストランジスタ
ツリー回路 12・・・P型MOSFET 13、14、15、16、17・・・N型MOSFET 18、19、20、21、22、23、24、25、2
6・・・端子

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】a)絶縁ゲート電界効果型トランジスタを
    用い、第2導電型のトランジスタを複数個直列もしくは
    並列に多段に組み合わせて論理を形成するパストランジ
    スタツリー回路と該回路の出力信号を反転するバッファ
    回路を少なくとも有するパストランジスタロジック半導
    体集積回路装置において、 b)前記バッファ回路が第1導電型の絶縁ゲート電界効
    果型トランジスタと第2導電型の絶縁ゲート電界効果型
    トランジスタからなるインバータ回路で構成され、 c)前記バッファ回路を構成する第1導電型の絶縁ゲー
    ト電界効果型トランジスタのスレッショルド電圧が前記
    パストランジスタロジック半導体集積回路装置で標準的
    に用いている第1導電型の絶縁ゲート電界効果型トラン
    ジスタのスレッショルド電圧より高いことを特徴とする
    パストランジスタバッファ回路。
  2. 【請求項2】請求項1記載のバッファ回路を構成する第
    1導電型の絶縁ゲート電界効果型トランジスタのスレッ
    ショルド電圧を該絶縁ゲート電界効果型トランジスタに
    イオン打ち込みを行なうことにより高くしたことを特徴
    とするパストランジスタバッファ回路。
  3. 【請求項3】請求項1記載のバッファ回路を構成する第
    1導電型の絶縁ゲート電界効果型トランジスタのスレッ
    ショルド電圧を該絶縁ゲート電界効果型トランジスタ以
    外の第1導電型の絶縁ゲート電界効果型トランジスタに
    イオン打ち込みを行なうことにより、相対的に高くした
    ことを特徴とするパストランジスタバッファ回路。
JP9151401A 1997-06-09 1997-06-09 パストランジスタバッファ回路 Withdrawn JPH10341145A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001211065A (ja) * 2000-01-26 2001-08-03 Sanyo Electric Co Ltd レベルシフト回路

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JP2001211065A (ja) * 2000-01-26 2001-08-03 Sanyo Electric Co Ltd レベルシフト回路

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Effective date: 20040907