JPS619015A - 相補形ゲ−ト回路 - Google Patents

相補形ゲ−ト回路

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JPS619015A
JPS619015A JP59130438A JP13043884A JPS619015A JP S619015 A JPS619015 A JP S619015A JP 59130438 A JP59130438 A JP 59130438A JP 13043884 A JP13043884 A JP 13043884A JP S619015 A JPS619015 A JP S619015A
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JP
Japan
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transistor
circuit
pull
nmos
pmos
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Pending
Application number
JP59130438A
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English (en)
Inventor
Satoru Tanizawa
谷澤 哲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Priority to EP85107427A priority patent/EP0172350B1/en
Priority to DE8585107427T priority patent/DE3573970D1/de
Priority to US06/746,625 priority patent/US4751410A/en
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (1)発明の技術分野 本発明はプルアップ用のPNP トランジスタとプルダ
ウン用のNPN l−ランジスタとからなる出力回路に
おいて、両者が同時にオンすることにより流れるラッシ
ュ電流を抑えて無駄な消費電力及び有害なノイズを抑え
た論理ゲート回路に関する。
(2)技術の背景と問題点 MISトランジスタを相補形スイッチに組んだいわゆる
CMIS回路(以下代表的なものとして・0M03回路
で説明する)においては定常的な消費電力がほぼゼロで
あることや、広い動作電源範囲を持つことや絶縁ゲート
による高い入力インピーダンス特性のためDC的に大き
なファン・アウト数をドライブすることが可能であるこ
とから。
半導体集積回路としての用途が拡大している。しかし、
Mis (MOS)  トランジスタは表面伝導型の横
型構造のディバイスであるので、バイポーラトランジス
タのように面の深さ方向に電流を流す縦型構造のディバ
イスに比べると、本質的に大電流を扱うのがむずかしか
った。特にCMO3回路で出力バッファなどの大電流を
スイッチングする回路を構成する場合には、MOSトラ
ンジスタの寸法を、同程度の電流容量を持つバイポーラ
トランジスタに比してかなり大きく作ったり、スレッシ
ョルド電圧を低目に制御するなどして十分に低いオン抵
抗が得られる様にするなどの高度の工夫が必要であり、
バイポーラ回路による場合より不利であった。
また大きな寸法のMOSトランジスタや、バイポーラト
ランジスタなど大電流用の素子を使って相補形あるいは
トーテムポール型等のプッシュプル型の低出力インピー
ダンス型の回路を構成する場合には、トランジェントに
おいてプルアップ用トランジスタとプルダウン用のトラ
ンジスタの両方がスレッショルドやバイアスの関係から
同時にオン状態となって多大なラッシュ電流が電源の高
電位側から低電位側へと流れて、電源ラインへのノイズ
発生や高速動作時の消費電力/発熱の増大などの問題が
あった。
(3)発明の目的 本発明は、これら0M03回路や、縦型構造ディバイス
の特長、すなわち、高入力インピーダンス特性、広範囲
な動作可能電源範囲、大電流への対応性のよさ等をうま
(活かす低出力インピーダンス型の回路を簡単な構成に
より実現し、しかも、これら低出力インピーダンス型の
回路にありがちなトランジェント時における無効かつ有
害なラフシュ・カレントを効果的に抑制する事の可能な
回路を提供することを目的とする。
(4)発明の構成 上記目的は本発明によれば、第1のP’MISトランジ
スタと第1のNMISトランジスタとの間に第1のイン
ピーダンス素子が挿入されてなる第1のCMIS回路と
、第2のPM[Sトランジスタと第2のNMISトラン
ジスタとの間に第2のインピーダンス素子が挿入されて
なる第2のCMIs回路と、前記第1のPMISトラン
ジスタと前記第1のインピーダンス素子との接続点にベ
ース端子が接続されたプルアップ用縦型構造の接合  
     )ラトランジスタと、前記第2のNM I 
S トランジスタと前記第2のインピーダンス素子との
接続点にベース端子が接続されたプルダウン用縦型構造
の接合のトランジスタを具備し、該プルアップ用、プル
ダウン用縦型構造の接合トランジスタの接続点を出力端
とすることを特徴とする相補形ゲート回路を提供するこ
とによ゛って達成される。
(5)発明の実施例 次に本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明の相補形ゲート回路の一実施例であり、
PMO3トランジスタP+ANMO3トランジスタNI
からなる第1のCMOSインバータと、PMO3トラン
ジスタP+とNMO3トランジスタN1からなる第2の
CMOSインバータと、プルアップ用P型の縦型構造の
接合トランジスタT1とプルダウン用N型の縦型構造の
接合トランジスタT2からな゛る負荷駆動用インバータ
回路から構成される。この縦型構造の接合トランジスタ
としては代表的なものとしてBipolar トランジ
スタ(BPT)やパンチングスルーディバイスとして知
られるUnipolarトランジスタのSITやPBT
等がある。ここではBPTを使って説明する。そして第
1.第2のCMOSインバータのPMO3!−ランジス
タP1.P2とNMO3トランジスタNl、N2とのそ
、れぞれのドレイン間に抵抗R1,R2が接続され、P
lのド゛レイン端子はT1のベースに接続されN2のル
イン端子はT2のベースに接続される。さらに、第1と
第2のCMOSインバータの入力は共通に接続され、縦
型トランジスタT+とT2の共通コレクタ端子が出力と
なる。
かかる構成の相補形ゲート回路の動作を第2図、第3図
、第4図に示したMOSトランジスタの特性図及び抵抗
R付き0M03回路の電圧伝達特性図を用いて説明する
第2図(a)にNMO3とPM<)Sの一般的な■。s
r”oi特性の例を、それぞれ実線と破線で示した。■
〜■とあるのはそれぞれのゲートにかかる入力電圧v、
Nによる特性の変化を表すものである。
第2図(blには、一般的な0M03回路の入出力電圧
伝達特性と、電源の高電位側から低電位側へと流れるラ
ッシュカレント■6の例を示した。
第2図(0)は一般的な0M03回路の例である。
第2図伽)の入出力電圧伝達特性及びラッシュカレント
特性は、第2図(a)のNMO3とPMO3のvDs−
ID、特性図から同一入力端子v、Nにおける特性曲線
の交点を、v、Nを軸としたグラフにプロットしなおし
たものである。
Vユは、電源をNMO3とPMO3で分割した電位とし
て与えられるから、vINの増加に伴って、NMO3が
導通の度合・を強め、PMO3が非導通状態へと遷移し
てゆくのに応じ電源の中点付近のV、NでHレベルから
LレベルへとvcKffが遷移する特性となっている。
本発明ではCMOSのドレイン同士の間に抵抗Rを挿入
しているが、この時の入出力電圧伝達特性及びラッシュ
カレント特性は第3図(blに示す通りである。
第3図(a)はPMO3のV、、−1,、、特性と、抵
抗Rをドレインに直列接続したNMO3のvo、 I。
、特性を示した。
第3図(C)は、これらの回路図である。
第3図1a)に示すようにNMO3側の特性は抵抗Rに
よる電圧ドロップの分だけ、Logが増加するにつれて
Volのプラス方向にシフトしてゆく。
従って出力■ッは第3図伽)に示したように、tosす
なわち1.の流れる遷移領域において、抵抗Rの電圧ド
ロップによるMO3特性のプラスシフト分だ番t、通常
の0M08回、路より高めのレベルを遷移する。
第3図(b)では、参考のため、R−0の場合、すなわ
ち通常の0M03回路の電圧伝達特性を破線表示しであ
る。実線表示したR付CMO3回路の電圧伝達特性曲線
はRが大きくなる程、゛通常CMO8の特性曲線よりも
高レベル側にふくらむ形となる。また、Rの下側からv
affをとり出した場合には、シフトの方向が逆になる
ため、電圧伝達特性は遷移領域において低レベル側にシ
フトした出       電力を表すことになる。
第4図(alはこれら第2図、第3図をもとに本発明回
路の電圧伝達特性を示したものである。第4図伽)は対
応する本発明回路図例である。
抵抗R1の高レベルエンド則ちPMOSドレインとの接
続点Bの電位は第3図(b)で示された特性曲線とバイ
ポーラ出力段のPNP l−ランジスタT1の入力クラ
ンプ特性を合成したものとなり、第4図(alの■9と
して示すように、vINの増加とともに通常のCMOS
の遷移特性より高めにシフトしたレベルをとりなからV
+より降下遷移するが、PNP トランジスタT1の■
。よりは降下できずにV”−VsEのレベルでクランプ
される特性となる。逆に抵抗R2の低レベルエンドすな
わちNMOSドレインとの接続点Cの電位はNPN ト
ランジスタT2の入力クランプ特性と、通常のCMOS
の遷移特性より低めにシフトした遷移特性との合成とな
り、第4図T8)のvcとして示すように、v −+ 
V、εをクランプレベルとし、それ以下の出力は通常の
CMOSより低レベルヘシフトした遷移特性に従ったも
のとなる。
v、Jvcでそれぞれ電源の高電位側及び低電位側から
v8εのレベルにクランプされている領域は、それぞれ
PNP トランジスタT+やNPN トランジスタT2
がON状態にある領域に相当する。
第4図(alに示した様にPNPトランジスタT1がO
FFからON状態に切り換わるスレッショルド点はR1
が大きくなるほどvlNの高いほうヘシフトする。また
NPN トランジスタT2についてはスレッショルドは
R2が太きくるほど、vlNの低いほうヘシフトする。
そしてR1,R2を使わない通常のCMOSでT1.T
2を駆動した場合は、R=Oとして破線で第4図(al
中に描かれた特性曲線上を■、■わが遷移するのでTI
、T2のON状態となっている領域同士が途中で重なり
あい、トランジェントにおいてラッシュカレントが電源
の高電位側からTI、Ttを通り電源の低電位側へ流れ
てしまいノイズや発熱、無効な消費電力の増大となって
しまうことが明らかである。
これに対し、本発明のようにR+、R2を挿入した回路
においては、第4図(al中の実線で示した特性となる
ので、R1,R2によるシフト効果でT1.T2が同時
にON状態となる領域が存在しないようにでき、従って
トランジェントにおける前述のような有害なラッシュカ
レントを防止することが可能となって6)る。
なお、R1,R2の値についてはある程度以上の適当な
値にしておけば出力段の同時ON状態を防止することが
可能であるが、このほか出力段トランジスタの駆動電流
をMOSトランジスタのON抵抗と直列に入ったこの抵
抗で制御することもできる。
(6)発明の効果 本発明の相補形ゲート回路によれば、出力段の大電流用
縦形接合トランジスタのトランジェント時におけるラッ
シュカレントを抑制し、はぼ0にすることができるので
、無駄な消費電力や発熱及び電源ラインに発生するノイ
ズ等を低減すること、         ができ大規模
集積回路を実現する時有利である。
また本発明のゲート回路を用いて外部とのインク−フェ
ース回路とすれば、縦形接合トランジス多の特徴である
高電流密度動作と低い出力インピーダンスによる高駆動
能力が発揮され、高速かつ定常的にも安定な出力信号が
得られ、CMOSによって構成した場合よりも高集積で
電気的にも高性能なICが実現できる。
回路構成上、縦形接合トランジスタによる出力段とこの
入力電流経路インピーダンス素子を持つことから、゛出
力段の駆動能力の調整が可能であり、CMOSだけの場
合よりもゲイン、も高いことから設計の自由度は太き(
、動作可能な電源電圧もTTL−?’CMO3よりもか
なり低いものまで実現で曇る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の相補形ゲート回路の一実施例の回路図
、第2図(al、 (b)、 (clはそれぞれ通常の
0M03回路のトランジスタ特性図と電圧伝達特性図及
び回路図、第3図(a)、 (bl、 (clはそれぞ
れ本発明の一部にあたるところの抵抗挿入型のCMOS
回路のトランジスタ特性図と電圧伝達特性図及び   
     ・ア回路図、第4図(al、 (b)はそれ
ぞれ本発明の相補形ゲート回路6電圧伝達特性図とその
回路例である。 PI、R2・・・PMO3トランジスタ。 Nl、N2・・・NMO3I−ランジスタ。 T+ ・・・PNP トランジスタ T2・・・NPN)ランジスク R1,R2・・・抵抗 第1図 第2図 一一一1♂ 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 第1のPMISトランジスタと第1のNMISトランジ
    スタとの間に第1のインピーダンス素子が挿入されてな
    る第1のCMIS回路と、第2のPMISトランジスタ
    と第2のNMISトランジスタとの間に第2のインピー
    ダンス素子が挿入されてなる第2のCMIS回路と、前
    記第1のPMISトランジスタと前記第1のインピーダ
    ンス素子との接続点にベース端子が接続されたプルアッ
    プ用縦型構造を持つ接合トランジスタと、前記第2のN
    MISトランジスタと前記第2のインピーダンス素子と
    の接続点にベース端子が接続されたプルダウン用縦型構
    造を持つ接合トランジスタを具備し、該プルアップ用、
    プルダウン用縦型構造を持つ接合トランジスタの接続点
    を出力端とすることを特徴とする相補形ゲート回路。
JP59130438A 1984-06-25 1984-06-25 相補形ゲ−ト回路 Pending JPS619015A (ja)

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KR1019850003729A KR900000830B1 (ko) 1984-06-25 1985-05-29 상보형(相補型) Bi-MIS 게이트 회로
EP85107427A EP0172350B1 (en) 1984-06-25 1985-06-14 Complementary bi-mis gate circuit
DE8585107427T DE3573970D1 (de) 1984-06-25 1985-06-14 Complementary bi-mis gate circuit
US06/746,625 US4751410A (en) 1984-06-25 1985-06-19 Complementary bi-mis gate circuit

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