JPS639225A - バイポ−ラmos論理ゲ−ト - Google Patents

バイポ−ラmos論理ゲ−ト

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JPS639225A
JPS639225A JP62159525A JP15952587A JPS639225A JP S639225 A JPS639225 A JP S639225A JP 62159525 A JP62159525 A JP 62159525A JP 15952587 A JP15952587 A JP 15952587A JP S639225 A JPS639225 A JP S639225A
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JP
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output
transistor
terminal
bipolar
voltage
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JP62159525A
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ケビン・エル・マツクローリン
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    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/17Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using twistors
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    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
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    • H03K19/0944Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET
    • H03K19/09448Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET in combination with bipolar transistors [BIMOS]

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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】 発明の分野 本発明は、一般的には半導体集積回路ゲートに関するも
のであり、特に、CMOSデバイスの高入力インピーダ
ンス、低電力消費及び、高雑音免疫性を持ち、一方では
、バイポーラ・デバイスに関連する高ドライブ可能出力
及びスイッチング速度の増加を維持しつつ、さらに、増
大した出力電圧の揺れ(swing)を供給するバイポ
ーラMOS(BIMOS)論理ゲートに関する。
発明の背景 増大した半導体技術は、1つのチップに多数の半導体デ
バイスを製作する能力を提供した。
バイポーラ回路は、典型的に高いゲート速度を与え、単
位ロードあたりの遅延を減小し、築積回路に適用された
歴史的に有力な技術である。CMOS(相補形金属酸化
膜半導体)構造は、高雑音免疫性、高入力インピーダン
ス及び低電力要求をもたらし、産業界に急速に受は入れ
られた。しかし大容量負荷を駆動する時には大きいCM
OS構造が要求され、多くの場合において全遅延を最小
にするためには、数段の基準化(scaled)CMO
Sインバータが必要である。多くのデバイスを有するB
IMOSアレイに対し、各CMOSデバイスのサイズが
小さいのは望ましいことである。MOSデバイスのサイ
ズが減少されるにつれ、デバイスの相互コンダクタンス
、したがって、大容量負荷を駆動する能力もまた減小さ
れる。バイポーラ・デバイスは、その高電流利得により
、大容量負荷を駆動するため使用され続ける。休止期間
に、バイポーラ・プッシュプル・トランジスタは電力を
消費しない。過渡期間には、バイポーラ電流利得は容量
性負荷の充電及び放電を早くする。
これは、金属及びファンアウト(fanout)遅延を
著しるしく減小する結果となる。さらに、全MOSデバ
イス回路にて要求されるより小さいCMOSデバイスは
、81M03回路において使用可能である。近年これら
の結果を全て達成するため、バイポーラ及びMOS技術
を結合する多くの試みがなされた。
バイポーラ及びMOSデバイスを結合する既知の1つの
回路は、■対のプッシュプルNPN l−ランジスタを
具える。上部NPN)ランジスタは、コレクタを第1電
源及びPチャネル・デバイスのソースに接続させ、エミ
ッタを出力端子及び下部NPNトランジスタのコレクタ
に接続させ、ベースを入力端子及びPチャネル・デバイ
スとNチャネル・デバイスのゲートに接続させる。下部
NPNトランジスタは、エミッタを第2電源及びNチャ
ネル・デバイスのソースに接続させ、ベースをPチャネ
ル及びNチャネルのドレインに接続させる。しかしなが
ら、入力端子力月二部NPN)ランジスタのベースに接
続される故に、この回路は入力端子に低インピーダンス
を持ち、出力が低がら高に切り換わる時に、下部トラン
ジスタはゆっくりターンオフし、高出力へゆっ(り転換
させる。
他の既知回路は、米国特許出願第647,216号、及
ヒ“高性能■Ls I [11路用13TCMOS技術
”と題する論文、VLS I設計、第98頁。
1984年8月号に説明されている。81M03回路は
、上部NPN トランジスタ及び下部NPNプッシュプ
ル・トランジスタを具え、その間に出力端子を接続させ
る。Pチャネル・デバイスは、ソース及びドレインを上
部トランジスタのコレクタ及びベースにそれぞれ接続さ
せる。Nチャネル・デバイスは、ソース及びドレインを
下部トランジスタのコレクタ及びベースにそれぞれ接続
さ廿る。上部及び下部NPN トランジスタのコレクタ
及びエミッタは、第1及び第2電源端子にそれぞれ接続
される。Pチャネル及びNチャネル・デバイスのゲート
は、入力端子に接続される。
さらに他の既知回路は、”CMOSディジタル技術”電
子設計(Electronic Design ) 、
第106頁、1984年10月4日、に説明されている
。上部及び下部NPNプッシュプル・トランジスタは、
出力端子をその間に接続させる。Pチャネル・デバイス
は、ソース及びドレインを下部NPNI−ランジスタの
コレクタ及びベースにそれぞれ接続させる。Nチャネル
・デバイスは、ドレイン及びソースを下方のNPN ト
ランジスタのベース及びエミッタにそれぞれ接続させる
。PチャネルデバイスとNチャネルデバイスのゲート及
び上部NPN )ランジスタのベースは、入力端子に接
続される。この回路は、高入力インピーダンス、低電消
費、高雑音免疫性及び高ドライブ可能出力を提供するが
、スイッチング速度は最適ではない。
しかしながら、低電圧回路に対し、また低しきい値を有
する他回路のインタフェースに対し、既知の回路の出力
電圧の揺れ(swing>は小さすぎる。既知の回路の
出力電圧(論理揺れ)は、上部電源電圧■。Ilより下
部電源電圧VSS及び2つのベース・エミッタ電圧V 
IIE (2ツ(D N P N 7” ツシュプル出
力トランジスタのベース・エミッタ電圧)の和を引いた
ものに等しい。
そこで必要なものは、高入力インピーダンス、改善され
たスイッチング特性、低電力要求、高雑音免疫性、高ド
ライブ可能出力及び改善された電力消費を有し、他方、
増大した出力電圧揺れを与えるCuO2及びバイポーラ
技術を結合する集積回路である。
発明の要約 したがって、本発明の目的は改善された81MO8論理
ゲートを提供することである。
本発明の他の目的は、増大した出力電圧揺れを有する改
善された81MOS論理ゲートを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、低電力要求を有する改善さ
れた81MOS論理ゲートを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、高人力インピーダンスを有
する改善された81MOS論理ゲートを提供することで
ある。
本発明の他の目的は、改善された出力信号スイッチング
特性を持つ改良81MOS論理ゲートを提供することで
ある。
本発明のさらに他の目的は、高ドライブ可能出力を有す
る改良81MOS論理ゲートを提供することである。
本発明の他の目的は、高雑音免疫性を有する改良81M
OS論理ゲートを提供することである。
本発明の以上及び他の目的を1形式にて遂行する場合、
上部NPN l−ランジスタと下方のPNPプッシュプ
ル・トランジスタとの間に結合される出力端子を具え直
流電力消費が存在しないほかに高電流ドライブ可能出力
を与える、BIMOS回路が提供される。PチャネルM
OSI−ランジスタ回路は、N、PN)ランジスタをバ
イアスするため、ノードと両方のNPN)ランジスタの
コレクタと第1電源端子の間に接続される。Nチャネル
MOSトランジスタ回路は、PNP I−ランジスタを
バイアスするため、ノードと両方のPNP )ランジス
タ・コレクタと第2電源端子の間に接続される。
MOSデバイスのゲートは、入力端子に接続される。ノ
ードはさらにNPN及びPNP )ランジスタのベース
に接続され、出力電圧揺れ(swing)を増大するた
め、伝送ゲート(transmission  gat
e)または抵抗を介し出力端子に接続される。
本発明の、以上の目的及び他の目的、特色及び長所は、
添付図面に関連して行なわれる以下の詳細説明により、
よく理解されるであろう。
発明の概要 直流電力消費なく高電流ドライブ可能出力を供給するた
め、出力端子がプッシュプル・トランジスタ対の上部N
PNと下部PNPの間に接続される131MO5回路が
提供される。PチャネルMOSトランジスタは、NPN
 )ランジスタをバイアスのため、ノードとNPNI−
ランジスタのコレクタ及び第1電源端子の両方の間に接
続される。NチャネルMO5I−ランジスタは、PNP
トランジスタをバイアスするため、ノードとPNP )
ランジスタのコレクタ及び第2電源端子の両方の間に接
続される。MOSデバイスのゲートは入力端子に接続さ
れる。ノードは、さらにNPN及びPNPトランジスタ
のゲートに接続され、また、出力電圧揺れ増大のため、
伝送ゲートまたは抵抗を介し出力端子に接続される。
本発明の詳細説明 第1図は本発明に基づく回路が図示され、これは、モノ
リシック集積回路の型に製作するのに適する。NPNト
ランジスタ11及びPNP )ランジスタ12は、プッ
シュプル出力トランジスタ対を形成する。トランジスタ
11は、そのコレクタ及びエミッタを電源端子13及び
出力端子14にそれぞれ接続させる。トランジスタ12
は、そのエミッタ及びコレクタを出力端子14及び電源
端子15にそれぞれ接続させる。電源端子15は典型的
に接地される。
PチャネルMOSトランジスタ16は、ソース及びドレ
インを電源端子13及びノード17にそれぞれ接続させ
る。NチャネルMo3)ランジスタ18は、ドレイン及
びソースをノード17及び電源端子15にそれぞれ接続
させる。トランジスタ16及び18のゲートは、入力端
子21に接続される。ノード17は、さらにトランジス
タ11及び12のベースに接続され、伝送ゲート19を
介し出力端子14に接続される。伝送ゲート19のゲー
トは、電IQ端子13及び15にそれぞれ接続される。
伝送ゲート19のゲートは、ある追加入力キャパシタン
ス(図示せず)により入力端子21に交互に接続される
ことが可能である。
端子21の人力信号がディジタル高よりディジタル低に
切換われば、トランジスタ16及び11は導通にされ、
電源端子13の電圧はトランジスり11を介し出力端子
14に供給される。トランジスタ18及び12は非導通
にされる。
ディジタル高信号が入力端子21に加えられると、トラ
ンジスタ16及び11は非導通にされ、それにより電圧
端子13の電圧が端子14に現われるのを妨げる。トラ
ンジスタ18及び12はイネーブルとなり、これにより
出力端子14が端子15の電位に引き下げられることを
確実にするであろう。
伝送ゲート19は1−ランジスタ11及び12を助け、
出力14を電源端子13及び15の電圧にするのに役立
てられる。端子21の入力がディジタル低である時には
、トランジスタ16及び11は導通である。トランジス
タ11のベース・エミッタ間電圧が約0.8ボルト以上
に減小するまで、端子14の出力は、トランジスタ11
により上昇するであろう。トランジスタ’l lは、そ
こで非導通となるであろう。そして、トランジスタ16
及び伝送スイッチ19はともに、端子14の出力信号用
バスを与え、電源端子13に到達する。端子2■の人力
がディジタル高の時には同様に、トランジスタ18及び
12は、ベース・エミッタ間電圧(トランジスタ12)
への出力を電源端子15以上にする。トランジスタ12
はそこで非導通となり、トランジスタ1B及び伝達スイ
ッチ19はともに、端子14の出力を電源端子15の電
圧にするであろう。この全輪理揺れ(full  lo
gic  swing)は、Mo5t、、きい値がベー
ス・エミッタ間電圧より小さい場合、つぎのゲートにお
ける電力消費を最小にするのに非常に重要である。
入力端子21はMo3)ランジスタ16及び18のゲー
トにのみ接続される故に、高インピーダンスを持つであ
ろう。−出力端子14ばバイポーラ・プッシュプル・ト
ランジスタの高電流特性を有するであろう。それにより
、集積回路の長い金属線に関連する遅延及び端子14の
寄性キャパシタンス負荷にすべて寄与する多数のデバイ
スへのファンアウトを減小するであろう。
第2図では、第1図の伝送ゲートを抵抗22と交換する
。第2図の回路は、以上説明した第1図の回路と同様に
機能する。抵抗22は同じ目的を達成し、出力14を電
源端子13及び15の電圧にすることでトランジスタ1
1及び12を助けるのに役立つ。
ここで説明された回路は、NPNトランジスタ、P−f
−ヤネル及びNチャネルMO5I−ランジスタを図示す
るが、PNP )ランジスタ及びMo3I−ランジスタ
の色々の組合せが本発明の教示を達成するために、5業
技術者に既知の方法で使用されることが可能であろう。
更に、単に2個の論理ゲートが説明されたが、本発明は
他の型のゲートを向上させるためにもまた使用されるで
あろう。
ここに説明される本発明は、出力ドライバと同様に超大
規模集積回路・(VLSI)性能を改善する内部回路と
して使用されることも可能である。
ゲート・アレイまたは標準セル・ベースのVLSIにお
いて、デバイスのサイズは、物理的設計の容易さのため
均一であ”る。その結果として、CMO8の単位ロード
あたりの遅延性能低化は、一般的に、色々の回路構成の
出力インピーダンスの差異により異なる回路機能にだい
し異なっている。
ここに説明される本発明に対し、単位ロード性能低下は
、バイポーラ・プッシュプル・トランジスタがローディ
ングよりCMOS回路を分離するため、全回路機能にた
いし特に同一である。これは、半注文環境での応用の容
易さを巧く。バイポーラ・トランジスタはまた、EcI
、人力/出力(即ち、高性能RAM’S)への到達を非
常に容易にする。
本発明は、また、ワード・ライン・ドライバ、ビット・
ライン・ドライバ及びセンスアンプにも使用可能で、こ
れらの性能を改善する。
他の応用は、同じチップに結合TTL及びECl7人力
/出力を持つゲート・アレイである。この特徴は、高性
能ディスク駆動機構、テスト装置及び高速グラフィック
応用に望ましい。改善された出力電圧スイッチング速度
、低電力要求、高人力インピーダンス、高雑音免疫性、
及び、高電流出力可能出力を持ら、さらに増加された出
力電圧揺れを供給する81M03回路が提供されたのは
、今や理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の好ましい実施例の概略図である。 第2図は、本発明の第2実施例の概略図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、入力端子21、出力端子14、該出力端子及びノー
    ドに結合され、前記出力端子に電圧を供給する第1バイ
    ポーラ出力手段11、 前記出力端子及びノードに結合され、前記出力端子から
    の電圧をシンクするための第2バイポーラ出力手段、 前記ノード及び該第1バイポーラ出力手段の間に接続さ
    れ、また、前記入力端子に接続され、前記第1バイポー
    ラ出力手段をバイアスするための第1MOS入力手段1
    6、 前記ノード及び前記第2バイポーラ出力手段に接続され
    、また、前記入力端子に接続され、前記第2バイポーラ
    出力手段をバイアスするための第2MOS入力手段18
    、 前記ノード及び前記出力端子間に接続され、前記出力端
    子の前記電圧の電圧揺れを増大する電圧手段19、22
    、を含むバイポーラMOS論理ゲート。 2、前記電圧手段は、抵抗22を含む前記特許請求の範
    囲第1項記載のバイポーラMOS論理ゲート。 3、前記電圧手段は、第1ゲート及び第2ゲートを前記
    第1及び第2電源にそれぞれ接続させる伝送ゲート19
    を含む前記特許請求の範囲第1項記載のバイポーラMO
    S論理ゲート。
JP62159525A 1986-06-27 1987-06-26 バイポ−ラmos論理ゲ−ト Pending JPS639225A (ja)

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