JPH11177408A - Cmosドライバ回路 - Google Patents

Cmosドライバ回路

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JPH11177408A
JPH11177408A JP9351964A JP35196497A JPH11177408A JP H11177408 A JPH11177408 A JP H11177408A JP 9351964 A JP9351964 A JP 9351964A JP 35196497 A JP35196497 A JP 35196497A JP H11177408 A JPH11177408 A JP H11177408A
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JP
Japan
Prior art keywords
inverter
circuit
transistor
current
inverters
Prior art date
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Application number
JP9351964A
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English (en)
Inventor
Hideki Fukuda
秀樹 福田
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New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 CMOSドライバ回路の高速化と消費電力削
減を図る。 【解決手段】 CMOSインバータ回路及び該CMOS
インバータ回路の各トランジスタに各々直列接続された
貫通電流防止用トランジスタによりインバータを構成
し、該インバータを複数段シリーズ接続して、該インバ
ータの貫通電流防止用トランジスタを当該インバータよ
りも偶数段後段のインバータの出力信号又は偶数段前段
のインバータの入力信号で制御し、任意のインバータの
出力から出力信号を取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、LSIの各回路に
動作クロックを供給するクロックドライバ回路等に使用
されるCMOSドライバ回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の大きな容量負荷を駆動するクロッ
クドライバ回路を図10の(a)に示す。クロック供給
端子1に供給されたクロックは、インバータ2,3,
4,5によって波形再生されてからクロック出力端子6
に出力され、またインバータ2,7,8によって波形再
生されてから反転クロック出力端子9に出力される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、インバータ
2〜5,7,8はいずれもCMOS構造の2個のトラン
ジスタから構成されるものであり、入力信号の反転の度
に電源電位VDDから接地電位VSSまでフルスイングするの
で、消費電力を増大させ、高速動作を制限する要因とな
っていた。
【0004】すなわち、図10の(b)に示すように、
従来のクロックドライバ回路は信号振幅がフルスイング
するため、高負荷の条件下で動作させようとすると、信
号伝播に時間を要し、且つ高速動作の上限に近づくと信
号振幅がフルスイングしなくなるため、CMOS特有の
貫通電流が流れ、消費電力が急激に増大する。
【0005】本発明は以上のような点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、高速で低消費電力化を実現し
たCMOSドライバ回路を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第1の発明は、CMOSインバータ回路及び該CMO
Sインバータ回路の各トランジスタに各々直列接続され
た貫通電流防止用トランジスタにより第1種のインバー
タを構成し、該第1種のインバータを複数段シリーズ接
続して、最前段のインバータの貫通電流防止用トランジ
スタを当該インバータよりも偶数段後段のインバータの
出力信号で制御し、最後段のインバータの貫通電流防止
用トランジスタを当該インバータよりも偶数段前段のイ
ンバータの入力信号で制御し、 他のインバータの貫通
電流防止用トランジスタを当該インバータよりも偶数段
後段のインバータの出力信号又は偶数段前段のインバー
タの入力信号で制御し、任意のインバータの出力から出
力信号を取り出すよう構成した。第2の発明は、第1の
発明において、前記出力信号を取り出すインバータを、
CMOSインバータ回路及び該CMOSインバータ回路
の接地側のトランジスタに直列接続された貫通電流防止
用トランジスタで構成した第2種のインバータに置換し
て構成した。第3の発明は、第1の発明において、前記
出力信号を取り出すインバータを、CMOSインバータ
回路及び該CMOSインバータ回路の電源側のトランジ
スタに直列接続された貫通電流防止用トランジスタで構
成した第3種のインバータに置換して構成した。
【0007】
【発明の実施の形態】[第1の実施の形態]図1は本発
明の第1の実施の形態のCMOSドライバ回路10の構
成を示す回路図である。ここでは、第1種のインバータ
11,12,13,14,15,16をシリーズに接続
し、インバータ11に入力信号を入力し、インバータ1
2から出力信号を取り出している。17は入力端子、1
8は出力端子である。
【0008】図2の(a)はこの第1種のインバータ1
1〜16の具体的な回路図、(b)はシンボルである。
この第1種のインバータは、pMOSトランジスタMP
1とnMOSトランジスタMN1からなる通常のCMO
Sインバータ回路の電源電位VDD側にpMOSトランジ
スタMP2を、接地電位VSS側に貫通電流防止用のnM
OSトランジスタMN2を直列接続したものである。1
01は入力端子、102は出力端子、103は貫通電流
制御端子である。
【0009】この第1種のインバータでは、出力端子1
02の論理信号が反転してから所定の時間(次の入力信
号が反転するまでの時間内)の遅延の後に、貫通電流制
御端子103にその出力端子102に現れた信号と同一
の論理信号を入力させることにより、次の信号反転に備
えるようトランジスタMP2,MN2を制御する。
【0010】例えば、出力端子102が「H」に反転し
たときは、遅延時間の後に貫通電流制御端子103が
「H」に変化し、トランジスタMP2をオフにし、MN
2をオンにする。次に入力端子101に「H」の信号が
入力したとき、トランジスタMP1はオフ、MN1はオ
ンになって、出力端子102は「L」に反転するが、こ
のとき、トランジスタMP2が予めオフになっているの
で、電源電位VDD側から流れる貫通電流は発生しない。
逆に、出力端子102の信号が「L」→「H」に反転す
るときは、トランジスタMN2が予めオフになって接地
電位VSSに流れる貫通電流は発生しない。なお、現在の
出力状態を作り出した回路は貫通電流防止用トランジス
タによって遮断されるが、その出力状態は出力端子10
2のノードや負荷の寄生容量によって保持される。
【0011】図1において、インバータ11の貫通電流
制御端子は4段後段のインバータ15の出力信号で制御
され、インバータ12の貫通電流制御端子は4段後段の
インバータ16の出力信号で制御され、インバータ13
の貫通電流制御端子は2段前段のインバータ11の入力
信号で制御され、インバータ14の貫通電流制御端子は
2段前段のインバータ12の入力信号で制御され、イン
バータ15の貫通電流制御端子は2段前段のインバータ
13の入力信号で制御され、インバータ16の貫通電流
制御端子は2段前段のインバータ14の入力信号で制御
される。
【0012】すなわち、最前段のインバータの貫通電流
制御端子は偶数段後段のインバータの出力信号で制御さ
れ、最後段のインバータの貫通電流制御端子は偶数段前
段のインバータの入力信号で制御され、他のインバータ
の貫通電流制御端子は偶数段後段のインバータの出力信
号又は偶数段前段のインバータの入力信号で制御され
る。
【0013】従って、インバータ1段当りの遅延時間を
tpdとすると、インバータ11,12は出力反転から4t
pdの遅延の後に貫通電流制御端子の電位が反転して、そ
の出力信号を形成した回路が遮断されると共に、次の信
号反転に備えた回路が形成される。また、インバータ1
3〜16は、貫通電流制御端子の電位が反転して、前回
の出力信号を形成した回路が遮断されると共に、今回の
信号反転に備えた回路が形成され、それから2tpdの遅
延の後に入力信号が反転する。
【0014】よって、 4tpd<T/2 に設定しておけば(Tは入力クロックの周期)、トラン
ジスタMP1,MN1が反転するときは、それまでオン
していたトランジスタMP2又はMN2が予めオフして
いるので、インバータ11〜16において貫通電流は発
生しない。
【0015】図3の(a)は図1に示したCMOSドラ
イバ回路10を使用したクロックドライバ回路を示す図
である。図3の(b)は限界に近い高速で動作させたと
きの出力端子6,9に得られる出力信号のタイムチャー
トである。出力信号が反転して完全に電源電位VDD又は
接地電位VSSに変化する以前に貫通電流遮断用トランジ
スタが反転するので、出力信号振幅がフルスイングしな
いが、貫通電流が流れることはない。
【0016】[第2の実施の形態]図4は第2の実施の
形態のCMOSドライブ回路20の構成を示す図であ
る。この回路は、図1に示したCMOSドライブ回路1
0における2段目のインバータ12を図4に示す第2種
のインバータ21に置換したものである。他は図1に示
したものと同じである。
【0017】第2種のインバータ21は、図5の(a)
に示すように、CMOSインバータ回路を構成するpM
OSトランジスタMP3、nMOSトランジスタMN3
と、そのトランジスタMN3に直列接続した貫通電流防
止用のnMOSトランジスタMN4から構成したもので
ある。201は入力端子、202は出力端子、203は
貫通電流制御端子である。図5の(b)はシンボルであ
る。
【0018】このインバータ21では、出力信号が
「L」に反転したときに、その反転から所定の遅延時間
の後に、貫通電流制御端子203を「L」に変化させ、
トランジスタMN4をオフさせることにより、接地電位
VSS側の経路が遮断される。従って、このCMOSドラ
イバ回路20においては、インバータ11,13〜16
は貫通電流は全く流れないが、インバータ21は入力信
号が「H」→「L」に反転するとき貫通電流が流れな
い。
【0019】図6の(a)は図4に示したCMOSドラ
イバ回路20を使用したクロックドライバ回路を示す図
である。図6の(b)は限界に近い高速で動作させたと
きの出力端子6,9に得られる出力信号のタイムチャー
トである。出力信号が反転して完全に接地電位VSSに変
化する以前に貫通電流遮断用トランジスタが反転するの
で、出力信号振幅が接地電位VSS側にはフルスイングし
ない。電源電位VDD側にはフルスイングする。
【0020】[第3の実施の形態]図7は第3の実施の
形態のCMOSドライブ回路30の構成を示す図であ
る。この回路は、図1に示したCMOSドライブ回路1
0における2段目のインバータ12を図8に示す第3種
のインバータ31に置換したものである。他は図1に示
したものと同じである。
【0021】第3種のインバータ31は、図8の(a)
に示すように、CMOSインバータ回路を構成するpM
OSトランジスタMP5、nMOSトランジスタMN5
と、そのトランジスタMP5に直列接続した貫通電流防
止用のpMOSトランジスタMP6から構成したもので
ある。301は入力端子、302は出力端子、303は
貫通電流制御端子である。図8の(b)はシンボルであ
る。
【0022】このインバータ31では、出力信号が
「H」に反転したときに、その反転から所定に遅延時間
の後に、貫通電流制御端子303を「H」に変化させ、
トランジスタMP6をオフさせることにより、電源電位
VDD側の経路が遮断される。従って、このCMOSドラ
イバ回路30においては、インバータ11,13〜16
は貫通電流は全く流れないが、インバータ31は入力信
号が「L」→「H」に反転するとき貫通電流が流れな
い。
【0023】図9の(a)は図7に示したCMOSドラ
イバ回路30を使用したクロックドライバ回路を示す図
である。図9の(b)は限界に近い高速で動作させたと
きの出力端子6,9に得られる出力信号のタイムチャー
トである。出力信号が反転して完全に電源電圧VDDに変
化する以前に貫通電流遮断用トランジスタが反転するの
で、出力信号振幅が電源電位VDD側にはフルスイングし
ない。接地電位VSS側にはフルスイングする。
【0024】
【発明の効果】以上から本発明によれば、高負荷時の高
速動作において、信号振幅がフルスイングしない場合に
も、CMOS回路特有の貫通電流が流れないので、CM
OSのLSIにおけるクロックドライバ回路等のように
高速で高負荷な回路に好適であり、消費電力も低減でき
る。また、信号振幅の低電圧側のみ、或いは高電圧側の
みを選択的にフルスイングさせないようにすることもで
き、pMOS又はnMOSの単体トランジスタにより転
送ゲートを用いたラッチ回路、或いはフリップフロップ
回路用のクロックドライバ回路として用いれば、高速、
低電力の利点が一層生かせる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施の形態のCMOSドライバ回路1
0の回路図である。
【図2】 (a)は第1種のインバータの回路図、
(b)はそのシンボルである。
【図3】 (a)は図1のCMOSドライバ回路10を
使用したクロックドライバ回路の回路図、(b)はタイ
ムチャートである。
【図4】 第2の実施の形態のCMOSドライバ回路2
0の回路図である。
【図5】 (a)は第2種のインバータの回路図、
(b)はそのシンボルである。
【図6】 (a)は図4のCMOSドライバ回路20を
使用したクロックドライバ回路の回路図、(b)はタイ
ムチャートである。
【図7】 第3の実施の形態のCMOSドライバ回路3
0の回路図である。
【図8】 (a)は第3種のインバータの回路図、
(b)はそのシンボルである。
【図9】 (a)は図7のCMOSドライバ回路30を
使用したクロックドライバ回路の回路図、(b)はタイ
ムチャートである。
【図10】 (a)は従来のクロックドライバ回路の回
路図、(b)はタイムチャートである。
【符号の説明】
1:入力端子、2〜5:インバータ、6:出力端子、
7,8:インバータ、9:出力端子、10:CMOSド
ライバ回路、11〜16:第1種のインバータ、20:
CMOSドライバ回路、21:第2種のインバータ、3
0:CMOSドライバ回路、31:第3種のインバー
タ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】CMOSインバータ回路及び該CMOSイ
    ンバータ回路の各トランジスタに各々直列接続された貫
    通電流防止用トランジスタにより第1種のインバータを
    構成し、 該第1種のインバータを複数段シリーズ接続して、 最前段のインバータの貫通電流防止用トランジスタを当
    該インバータよりも偶数段後段のインバータの出力信号
    で制御し、 最後段のインバータの貫通電流防止用トランジスタを当
    該インバータよりも偶数段前段のインバータの入力信号
    で制御し、 他のインバータの貫通電流防止用トランジスタを当該イ
    ンバータよりも偶数段後段のインバータの出力信号又は
    偶数段前段のインバータの入力信号で制御し、 任意のインバータの出力から出力信号を取り出すことを
    特徴とするCMOSドライバ回路。
  2. 【請求項2】前記出力信号を取り出すインバータを、C
    MOSインバータ回路及び該CMOSインバータ回路の
    接地側のトランジスタに直列接続された貫通電流防止用
    トランジスタで構成した第2種のインバータに置換した
    ことを特徴とする請求項1に記載のCMOSドライバ回
    路。
  3. 【請求項3】前記出力信号を取り出すインバータを、C
    MOSインバータ回路及び該CMOSインバータ回路の
    電源側のトランジスタに直列接続された貫通電流防止用
    トランジスタで構成した第3種のインバータに置換した
    ことを特徴とする請求項1に記載のCMOSドライバ回
    路。
JP9351964A 1997-12-08 1997-12-08 Cmosドライバ回路 Pending JPH11177408A (ja)

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JP9351964A JPH11177408A (ja) 1997-12-08 1997-12-08 Cmosドライバ回路

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JP (1) JPH11177408A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8878574B2 (en) 2012-08-10 2014-11-04 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for driving semiconductor device
US8975930B2 (en) 2012-08-10 2015-03-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for driving semiconductor device
US9093988B2 (en) 2012-08-10 2015-07-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for driving semiconductor device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8878574B2 (en) 2012-08-10 2014-11-04 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for driving semiconductor device
US8975930B2 (en) 2012-08-10 2015-03-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for driving semiconductor device
US9093988B2 (en) 2012-08-10 2015-07-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for driving semiconductor device

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