JPS63246925A - Cmos論理回路 - Google Patents

Cmos論理回路

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JPS63246925A
JPS63246925A JP62081605A JP8160587A JPS63246925A JP S63246925 A JPS63246925 A JP S63246925A JP 62081605 A JP62081605 A JP 62081605A JP 8160587 A JP8160587 A JP 8160587A JP S63246925 A JPS63246925 A JP S63246925A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
input
state
channel transistor
output signal
logic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP62081605A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsuki Ichinose
一瀬 勝樹
Hiroshi Shinohara
尋史 篠原
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP62081605A priority Critical patent/JPS63246925A/ja
Publication of JPS63246925A publication Critical patent/JPS63246925A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/01Modifications for accelerating switching
    • H03K19/017Modifications for accelerating switching in field-effect transistor circuits
    • H03K19/01707Modifications for accelerating switching in field-effect transistor circuits in asynchronous circuits
    • H03K19/01721Modifications for accelerating switching in field-effect transistor circuits in asynchronous circuits by means of a pull-up or down element

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はCMOS論理回路を含む半導体集積回路に関す
るものである。
〔従来の技術〕
CMOS論理回路の従来例をCMOSインバータについ
て説明する。従来、CMOSインバータは第5図のよう
に構成されている。同図において、1は入力信号線、2
は出力信号線、3はPチャネルMO3)ランジスタ、4
はNチャネルMO3)ランジスタ、T1は入力端子、T
2は出力端子である。
次に動作について説明する。第6図はCMOSインバー
タの入力信号a (第6図(a))と出力信号b(第6
図(b))を示すタイミング図であり、■1はCMOS
インバータの入力論理しきい値である。
第6図(a)の入力信号aがrHJレベルからrLJレ
ベルに変化すると、Pチャネルトランジスタ3がオフか
らオン、Nチャネルトランジスタ4がオンからオフに変
化し、Pチャネルトランジスタ3によって出力信号線2
が充電され、出力信号すはrLlレベルからrHJレベ
ルに変化する。
ところが、CMOSインバータの場合、入力信号aがr
HJレベルからrLJレベルに変化し始め、Pチャネル
トランジスタ3がある程度電流を流し始めても、Nチャ
ネルトランジスタ4がオンしているため、Pチャネルト
ランジスタ3からNチャネルトランジスタ4に流れ込む
いわゆる貫通電流が大きく、出力信号線2を充電する電
流は極めて小さい。第6図(a)に示す入力信号レベル
SaがCMOSインバータの入力論理しきい値■1を下
回ると、出力信号vA2を充電する電流が流れ始める。
従って出力信号レベルは第6図(blに示すレベルsb
のようになり、入力信号aに対して遅延を生ずる。入力
信号aがrLJレベルからrHJレベルに変化する場合
にも同様な理由で遅延が生ずる。すなわち、CMOSイ
ンバータの遅延時間は入力論理しきい値によって変化す
る。
上記入力論理しきい値を決定するのは、Pチャネルトラ
ンジスタ3のコンダクタンス要因βF(−WP/LP:
WFはPチャネルトランジスタ3のゲート幅、LPは同
じくゲート長)とNチャネルトランジスタ4のコンダク
タンス要因βN(=WN/ L M : WHはNチャ
ネルトランジスタ3のゲート幅、LHは同じくゲート長
)との比である。入力論理しきい値を電源電圧VCCの
半分(Vcc/2)に設定するには、βP/β8がほぼ
“1”になるように各トランジスタのサイズを調整する
。β。
/β8を“1゛より大きくすれば入力論理しきい値はV
cc/2より高く、β、/β、を“1”より小さくすれ
ば入力論理しきい値はVcc/2より低くなる。通常入
力論理しきい値は■。、/2に設定されているので、出
力信号がrLJからrHJに変化する時の遅延時間(以
下「立上り遅延時間」という)とrHJから「L」に変
化する時の遅延時間(以下「立下り遅延時間」という)
は等しい。
入力論理しきい値をvcc/2より高くすると、入力信
号aがrHJからrLJに変化する時には出力信号wA
2が充電され始める時点が早くなり、かつPチャネルト
ランジスタ3のコンダクタンス要因βPが、大きいこと
から、充電電流も増して立上り遅延時間は短くなる。し
かしながら、入力信号aがrLJからrHJに変化する
時には出力信号線2が放電され始める時点は逆に遅くな
り、Nチャネルトランジスタ4のコンダクタンス要因β
、が小さいことから放電電流は小さくなって立下り遅延
時間は増大する。同様に、入力論理しきい値を低くする
と、立上り遅延時間は大きく、立下り遅延時間は小さく
なる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来のCMOSインバータは以上述べたように動作する
ので、立上り、立下りの遅延時間を共に小さくしようと
する場合、入力論理しきい値を一定に保ったまま、β、
とβ8を共に大きくする必要がある。しかし、β4.β
Nを大きくすることはトランジスタのサイズ主にゲート
幅Wを大きくすることに他ならず、CMOSインバータ
の入力容量も大きくなってしまう。入力容量が大きくな
ると入力信号aそのものが急峻でなくなり、結果的に遅
延を小さくできなくなるので、入力信号aを充放電する
ための前段回路のトランジスタも大きくしな(ではなら
ない。すなわち、信号経路すべての回路のトランジスタ
を大きくする必要が生じ、消費電力が増大してしまう。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、入力容量を増加させることなく
、立上り遅延時間、立下り遅延時間を共に小さくできる
CMOSインバータおよびCMOS論理回路を得ること
にある。
〔問題点を解決するための手段〕
このような目的を達成するために本発明は、少なくとも
1つ以上の入力端子と1つの出力端子を持つ1段のCM
OS論理回路において、出力端子上の出力信号が論理「
0」から論理「1」に変化した後一定時間を経過して以
後の状態と、論理「1」から論理「0」に変化した後一
定時間を経過するまでの状態とを合わせた第1の状態で
の入力論理しきい値を第1の状態以外の状態での入力論
理しきい値よりも高くする入力論理しきい値調整手段を
備えるようにしたものである。
〔作用〕
本発明によるCMOSインバータにおいては、出力信号
がrHJレベルの時および出力信号が「H」レベルから
rLJレベルに変化した後の一定期間は入力論理しきい
値が低く、逆に、出力信号がrLJレベルの時および出
力信号が「L」レベルからrHJレベルに変化した後の
一定期間は入力論理しきい値が高くなる。
〔実施例〕
第1図は本発明に係わるCMOS論理回路としてのCM
OSインバータの一実施例を示す回路図である。同図に
おいて、5.6は入力信号aの入力されるPチャネルM
O5I−ランジスタ、7は第1のスイッチ手段としての
スイッチング用PチャネルMO3)ランジスタ、8.9
は入力信号aの人力されるNチャネルMOSトランジス
タ、10は第2のスイッチ手段としてのスイッチング用
NチャネルMO3)ランジスタ、11は遅延回路であり
、トランジスタ5と6は基本となる論理回路を構成する
。なお、第1図において第5図と同一部分又は相当部分
には同一符号が付しである。
次に本実施例の動作について説明する。第2図は第1図
のCMOSインバータの動作波形図である。第2図(a
)は入力信号a1第2図(blは出力信号b、第2図(
a)の■2は入力論理しきい値、第2図(C)は遅延回
路11の出力信号Cである。まず、入力信号aがrHJ
レベルの場合を考える。この時は出力信号すはrLJレ
ベルとなっており、遅延回路11の出力信号CもrLJ
レベルである。従って、スイッチング用Pチャネルトラ
ンジスタ7はオンしており、スイッチング用Nチャネル
トランジスタ10はオフしている。
Pチャネルトランジスタ5とNチャネルトランジスタ8
のコンダクタンス要因の比βP/β8を“1”、同じく
Pチャネルトランジスタ6とNチャネルトランジスタ9
のコンダクタンス要因の比を“1”とし、これら4つの
トランジスタのコンダクタンスに比してスイッチング用
トランジスタ7.10を十分大きく設定した場合、スイ
ッチング用トランジスタ10がオフしていることから、
第2図(a)の入力論理しきい値■2はPチャネルトラ
ンジスタ5.6とNチャネルトランジスタ8のコンダク
タンス要因の比で決定される。Pチャネルトランジスタ
5と6を合わせたコンダクタンス要因の方が1個のNチ
ャネルトランジスタ8のコンダクタンス要因より大きい
ので、人力論理しきい値はVcc/2より高くなる。こ
の状態で入力信号aがrHJレベルからrLJレベルに
変化し始め、人力信号aが入力論理しきい値v2より低
くなると、Pチャネルトランジスタ5.6によって出力
信号線2が充電され始める。また、スイッチング用トラ
ンジスタ10がオフしていることにより貫通電流が小さ
いので充電電流は大きくなり、出力信号すは速やかに立
上り、その波形は第2図(b)のsbのようになる。
出力信号すがrHJレベルに立上ると、遅れて遅延回路
11の出力信号Cが立上り、スイッチング用Pチャネル
トランジスタ7がオフし、スイッチング用Nチャネルト
ランジスタ10がオンする。
従って、入力信号aがrHJレベルの場合と同様゛の理
由により、入力論理しきい値はvcc/2より低くなる
。すなわち、人力信号aがrLJレベルからrHJレベ
ルに変化する場合にも、出力信号すは速やかにrLJレ
ベルに放電される。
Pチャネルトランジスタ5とPチャネルトランジスタ6
のコンダクタンス要因の和を従来のCMOSインバータ
のPチャネルトランジスタ3のコンダクタンス要因と同
じに、また、Nチャネルトランジスタ8と9のコンダク
タンス要因の和を従来のCMOSインバータのNチャネ
ルトランジスタ4のコンダクタンス要因と同じになるよ
うに各トランジスタのサイズを設定すれば、入力容量を
増加させることなく、高速な動作が可能となる。
遅延回路11は、例えばCMOSインバータを偶数段接
続するなど、信号を遅延させるものであればどのような
ものでもよい。
上記第1の実施例ではCMOSインバータのみを示した
が、他の論理回路たとえば多入力ナンド回路、多入力ノ
ア回路にも同様の回路構成が可能である。本発明による
CMOS論理回路の第2゜第3の実施例として、2人力
ナンドロ路、2人カノア回路を第3図(a)、 Cb>
に示す。第3図において、12は入力信号線、13は出
力信号線、14は遅延回路である。この場合にもCMO
Sインパークと同様の動作により高速な応答が得られる
ことは明らかである。
また、上記CMOSインバータの実施例では、従来のト
ランジスタに対して並列に設けた入力トランジスタに直
列にスイッチング用トランジスタを設けたが、第4図に
第4の実施例として示すように、従来構成のトランジス
タに対して並列に設けた入力トランジスタ15.16の
ゲート側節点N1.N2と入力信号線12との経路上に
スイッチング手段17〜20を設けても、同様に、入力
論理しきい値を変化させることができる。スイッチング
手段17.18は第3のスイッチ手段を構成し、スイッ
チング手段19.20は第4のスイッチ手段を構成する
この第4の実施例では、スイッチング手段17〜20が
オフしている場合にトランジスタ15゜16のゲートが
フローティング状態になるのを避けるため、節点N1に
はプルアップ用Pチャネルトランジスタ21、節点N2
にはプルダウン用Nチャネルトランジスタ22が必要で
ある。スイッチング手段17.20は出力信号すを遅延
させた信号Cでオンまたはオフし、スイッチング手段1
8.19およびプルアップ用Pチャネルトランジスタ2
1.プルダウン用Nチャネルトランジスタ22は遅延回
路14の出力信号Cをインバータ23で反転させた信号
dでオンまたはオフする。なお、24.25は第1図の
Pチャネルトランジスタ5.Nチャネルトランジスタ8
に対応するトランジスタである。
第4図の第4の実施例は、CMOSインバータを示して
いるが、同様の構成で多大カナンド回路、多入力ノア回
路を実現しても同じ効果が得られることはもちろんであ
る。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、第1の状態での入力論理
しきい値を第1の状態以外の状態での入力論理しきい値
よりも高くする人力論理しきい値調整手段を設けたこと
により、入力論理しきい値を入力信号のレベルに対応し
て変化させることができるので、入力論理しきい値調整
手段を構成するPチャネルトランジスタおよびNチャネ
ルトランジスタ並びに基本となる論理回路によるコンダ
クタンス要因の値を従来例の値と同様とすれば、入力容
量を増加させることなく高速動作を実現できる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係わるCMOS論理回路の一実施例を
示す回路図、第2図はその動作波形図、第3図(a)お
よび(blは本発明の第2および第3の実施例を示す回
路図、第4図は本発明の第4の実施例を示す回路図、第
5図は従来のCMOS論理回路を示す回路図、第6図は
その動作波形図である。 1・・・入力信号線、2・・・出力信号線、5.6・・
・PチャネルMOSトランジスタ、7・・・スイッチン
グ用PチャネルMO3)ランジスタ、8.9・・・Nチ
ャネルMOSトランジスタ、10・・・スイッチング用
NチャネルMOSトランジスタ、11・・・遅延回路、
T1・・・入力端子、T2・・・出力端子。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくとも1つ以上の入力端子と1つの出力端子
    を持つ1段のCMOS論理回路において、前記出力端子
    上の出力信号が論理「0」から論理「1」に変化した後
    一定時間を経過して以後の状態と、論理「1」から論理
    「0」に変化した後一定時間を経過するまでの状態とを
    合わせた第1の状態での入力論理しきい値を前記第1の
    状態以外の状態での入力論理しきい値よりも高くする入
    力論理しきい値調整手段を基本となる論理回路に並列に
    備えたことを特徴とするCMOS論理回路。
  2. (2)入力論理しきい値調整手段は、基本となる論理回
    路に並列に接続され、入力端子上の入力信号の1つが入
    力されるPチャネルトランジスタおよびNチャネルトラ
    ンジスタと、出力信号が第1の状態の時は前記Pチャネ
    ルトランジスタへの電源供給経路をしゃ断する第1のス
    イッチ手段と、前記出力信号が第2の状態の時は前記N
    チャネルトランジスタへの電源供給経路をしゃ断する第
    2のスイッチ手段とを備え、前記第1の状態又は第2の
    状態に応じて入力論理しきい値を変化させることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載のCMOS論理回路。
  3. (3)入力論理しきい値調整手段は、基本となる論理回
    路に並列に接続され、入力端子上の入力信号の1つが入
    力されるPチャネルトランジスタおよびNチャネルトラ
    ンジスタと、ソース・ドレインの一方が前記Pチャネル
    トランジスタのゲートに接続され、ソース・ドレインの
    他方が前記入力端子に接続された第3のスイッチ手段と
    、ソース・ドレインの一方が前記Nチャネルトランジス
    タのゲートに接続され、ソース・ドレインの他方が前記
    入力端子に接続された第4のスイッチ手段とを備え、第
    1の状態の時には第3および第4のスイッチ手段をオフ
    およびオン、第2の状態の時には第3および第4のスイ
    ッチ手段をオンおよびオフとすることにより入力論理し
    きい値を変化させることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載のCMOS論理回路。
  4. (4)第1、第2のスイッチ手段は、出力信号を遅延さ
    せた信号によりオン又はオフすることを特徴とする特許
    請求の範囲第2項記載のCMOS論理回路。
  5. (5)第3、第4のスイッチ手段は、出力信号を遅延さ
    せた信号によりオン又はオフすることを特徴とする特許
    請求の範囲第3項記載のCMOS論理回路。
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