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JP2953005B2 - Bi―CMOS回路 - Google Patents

Bi―CMOS回路

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JP2953005B2
JP2953005B2 JP2245500A JP24550090A JP2953005B2 JP 2953005 B2 JP2953005 B2 JP 2953005B2 JP 2245500 A JP2245500 A JP 2245500A JP 24550090 A JP24550090 A JP 24550090A JP 2953005 B2 JP2953005 B2 JP 2953005B2
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JP
Japan
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channel mos
mos transistor
power supply
gate
potential power
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JP2245500A
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JPH04123616A (ja
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進 大井
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • 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
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/094Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
    • 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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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、Bi−CMOS回路(バイポーラトランジスタと
CMOSトランジスタとを用いた複合回路)に利用する。
本発明は、特に、Bi−CMOS回路内のエミッタホロワ回
路あるいはワイアードオア論理回路にけおるアクティブ
プルダウン回路に利用する。
〔概要〕
本発明は、エミッタホロワ用またはワイアードオア論
理用としてNPNバイポーラトランジスタを用いたBi−CMO
S回路において、 出力レベルが低レベルのときのみプルダウン電流を流
すように構成することにより、 消費電力の低減化と、高速化とを図ったものである。
〔従来の技術〕
従来のエミッタホロワ回路は第5図にその回路図およ
び第6図にそのタイミングチャートを示したように、エ
ミッタホロワ用のNPNバイポーラトランジスタ11は、ベ
ース電位が定電位VsにクランプされたNPNバイポーラト
ランジスタ13により定電流Isが引かれている。エミッタ
ホロワ回路の入力VINであるNPNバイポーラトランジスタ
11のベース電極に高レベル電位が印加されると、NPNバ
イポーラトランジスタ11はIs以上の電流を供給し、出力
VOUTを上昇させ、NPNバイポーラトランジスタ11のエミ
ッタ電流と定電流源の電流Isとが釣り合うレベル〔入力
レベルよりおよそNPNバイポーラトランジスタ11のエミ
ッタ・ベースの順方向電圧VF分下がったレベル〕に出力
をクランプする。一方入力VINが低レベルに下がると、
低電流源のNPNバイポーラトランジスタ13が出力VOUT
引き下げ、エミッタホロワ用のNPNバイポーラトランジ
スタ11のエミッタ電流と低電流源の電流Isとがバランス
するレベル〔入力の低レベルから約VFだけ下がったレベ
ル〕に出力VOUTをクランプする。
同様に、従来のワイアードオア論理回路では、例えば
第7図にその回路図を示した2入力の場合には、ワイア
ードオアを構成する二つのNPNバイポーラトランジスタ1
1および12のエミッタには定電流源用のNPNバイポーラト
ランジスタ13が接続されている。第8図のタイミングチ
ャートに示したように、2入力VIN1およびVIN2のいずれ
か一方でも高レベルの場合は、エミッタホロワ回路の場
合と同様に、高レベルが入力されたバイポーラトランジ
スタは出力VOUTを入力の高レベルからVFだけ下がったレ
ベルまで引き上げる。
一方、2入力VIN1およびVIN2が共に低レベルになる
と、定電流源用のNPNバイポーラトランジスタ13によっ
て入力の低レベルからVFだけ下がったレベルまで出力V
OUTを引き下げる。
本従来例は2入力の場合であるが、多入力でも同様に
全てのバイポーラトランジスタのエミッタ端子には共通
の1電流源が接続され、全ての低レベルの場合のみ出力
が低レベルとなるオア論理が取られている。
〔発明が解決しようとする課題〕 これらの従来のエミッタホロワ回路およびワイアード
オア回路では、前述のように入力のレベルには関わらず
定電流源を介し一定の電流が定常的に流れている。これ
は回路のスタンバイ電流ひいては消費電力の増大をもた
らす。特に、バイポーラトランジスタとMOSトランジス
タを共に含むBi−CMOS回路では大きなスタンバイ電流は
Bi−CMOS回路の低消費電力のメリットをそぐ大きな課題
となってきている。
また、定電流源はプルアップバイポーラトランジスタ
が出力端子のレベルを引き上げる過渡状態でも定電流を
引くため出力の上昇を遅らせてしまう。これは出力のプ
ルダウンを早くするためには定電流を増大させることに
より顕著な課題となる。
本発明の目的は、前記の課題を解消することにより、
スタンバイ電力を低減しかつ出力のプルアップ速度を速
くできるアクティブプルダウン回路を有するBi−CMOS回
路を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、コレクタが最高電位電源にエミッタが出力
端子にベースが一つの入力端子にそれぞれ接続された少
なくとも一つのNPNバイポーラトランジスタを含むBi−C
MOS回路において、ソースが前記最高電位電源にゲート
が前記入力端子にそれぞれ接続されたPチャネルMOSト
ランジスタと、ドレインおよびゲートが前記Pチャネル
MOSトランジスタのドレインにソースが最低電位電源に
それぞれ接続された第一のNチャネルMOSトランジスタ
と、ドレインが前記出力端子にゲートが前記第一のNチ
ャネルMOSトランジスタのゲートにソースが前記最低電
位電源にそれぞれ接続された第二のNチャネルMOSトラ
ンジスタとを含むことを特徴とする。
また、本発明は、コレクタが最高電位電源にエミッタ
が出力端子にベースがそれぞれ異なる入力端子にそれぞ
れ接続された複数N個のNPNバイポーラトランジスタを
含むBi−CMOS回路において、複数N個直列接続され、一
端が前記最高電位電源に各ゲートが各入力端子にそれぞ
れ接続されたPチャネルMOSトランジスタと、ドレイン
およびゲートが前記複数N個直列接続されたPチャネル
MOSトランジスタの他端にソースが最低電位電源にそれ
ぞれ接続された第一のNチャネルMOSトランジスタと、
ドレインが前記出力端子にゲートが前記第一のNチャネ
ルMOSトランジスタのゲートにソースが前記最低電位電
源にそれぞれ接続された第二のNチャネルMOSトランジ
スタとを含むことを特徴とする。
〔作用〕
第二のNチャネルMOSトランジスタは、出力が高レベ
ルのときに「オフ」状態になり、低レベルのときに「オ
ン」状態となる。
すなわち、出力が低レベルのときのみプルダウン電流
を流すのでスタンバイ電流が低減される。さらに、エミ
ッタホロワ用およびワイアードオア論理用のバイポーラ
トランジスタが出力をプルアップする際には電流は流れ
ないので出力のプルアップ速度が速くなる。
従って、消費電力の低減と高速化とが実現できる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
第1図は本発明の第一実施例を示す回路図で、エミッ
タホロワ回路を示す。
本第一実施例のエミッタホロワ回路は、コレクタが最
高電位電源としての電源VCCにエミッタが出力端子2に
ベースが入力端子1にそれぞれ接続されたエミッタホロ
ワ用のNPNバイポーラトランジスタ11を含むBi−CMOS回
路において、 本発明の特徴とするところの、 ソースが電源VCCにゲートが入力端子1にそれぞれ接
続されたPチャネルMOSトランジスタ14と、ドレインお
よびゲートがPチャネルMOSトランジスタ14のドレイン
にソースが最低電位電源としての電源VEEにそれぞれ接
続された第一のNチャネルMOSトランジスタ16と、ドレ
インが出力端子2にゲートがNチャネルMOSトランジス
タ16のゲートにソースが電源VEEにそれぞれ接続された
第二のNチャネルMOSトランジスタ17とを含んでいる。
次に、本第一実施例の動作について第2図(a)およ
び(b)に示すタイミングチャートを参照して説明す
る。
本第一実施例のエミッタホロワ回路では、入力とし
て、例えばECLカレントスイッチの出力を想定し、VIN
高レベルはVCCで、低レベルはVCCから(0.8〜1.2)V下
がったレベルとすると、高レベルの入力時には、Pチャ
ネルMOSトランジスタ14は「オフ」状態となり、Nチャ
ネルMOSトランジスタ16が「オフ」状態になるまで電流
を流し、NチャネルMOSトランジスタ17のゲート電位を
下げ、NチャネルMOSトランジスタ17もほぼ「オフ」状
態となる。
一方、入力VINとして低レベルが入るとPチャネルMOS
トランジスタ14は「オン」状態となり、NチャネルMOS
トランジスタ16のインピーダンスとPチャネルMOSトラ
ンジスタ14のインピーダンスで決まるレベルまでNチャ
ネルMOSトランジスタ17のゲートレベルを引き上げNチ
ャネルMOSトランジスタ17を「オン」状態にさせる。
従って、第2図(a)および(b)に示したように、
入力VINが低レベル(つまり出力VOUTも低レベル)のと
きのみNチャネルMOSトランジスタ17は電流を出力端子
2から引くことができる。ただし、最高電位VCCと入力V
INの高レベルとの差、 VCC−VINH がPチャネルMOSトランジスタのスレッシュホールド電
圧(Vt)より小さいと、入力VINが高レベルでもNチャ
ネルMOSトランジスタ17に十分に「オフ」状態にさせる
ことができないので、NチャネルMOSトランジスタを介
して電流が流れてしまい本発明のメリットが損なわれる
ので入力レベルには注意が必要である。
第3図は本発明の第二実施例を示す回路図で、2入力
のワイアードオア論理回路を示す。
本第二実施例のワイアードオア論理回路は、コレクタ
が電源VCCにエミッタが出力端子2にベースがそれぞれ
異なる入力端子1aおよび1bにそれぞれ接続されたワイア
ードオア論理用の複数2個のNPNバイポーラトランジス
タ11および12を含むBi−CMOS回路において、 本発明の特徴とするところの、 2個直列接続され、一端が電源VCCに各ゲートが各入
力端子1aおよび1bにそれぞれ接続されたPチャネルMOS
トランジスタ14および15と、ドレインおよびゲートがP
チャネルMOSトランジスタ15のドレインにソースが電源V
EEにそれぞれ接続された第一のNチャネルMOSトランジ
スタ16と、ドレインが出力端子2にゲートがNチャネル
MOSトランジスタ16のゲートにソースが電源VEEにそれぞ
れ接続された第二のNチャネルMOSトランジスタ17とを
含んでいる。
次に、本第二実施例の動作について第4図(a)およ
び(b)に示すタイミングチャートを参照して説明す
る。
第一実施例と同様の入力レベルを想定すると、本第二
実施例のワイアードオア論理回路では、第4図(a)お
よび(b)に示したように、2入力VIN1およびVIN2とも
低レベルが入ると二つのPチャネルMOSトランジスタ14
および15が「オン」状態となり、NチャネルMOSトラン
ジスタ17のゲート電位を引き上げ、NチャネルMOSトラ
ンジスタ17を「オン」状態にさせ出力VOUTから電流を引
き、それ以外の入力VIN1およびVIN2に対してはNチャネ
ルMOSトランジスタ17は「オフ」状態となり、出力端子
2は高レベルの入力されたNPNバイポーラトランジスタ1
1または12によって引き上げられる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の回路では、出力レベル
が低レベルのときのみプルダウン電流を流すのでスタン
バイ電力を低減することができ、さらに、バイポーラト
ランジスタが出力をプルアップする際には電流は流れな
いので、出力のプルアップ速度を上げることができる効
果がある。
本発明の回路をBi−CMOSで構成される集積回路に使用
することで低消費電力で高速な回路システムが得られ、
その効果は大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第一実施例を示す回路図。 第2図(a)および(b)はその動作を示すタイミング
チャート。 第3図は本発明の第二実施例を示す回路図。 第4図(a)および(b)はその動作を示すタイミング
チャート。 第5図は第一従来例を示す回路図。 第6図はその動作を示すタイミングチャート。 第7図は第二従来例を示す回路図。 第8図はその動作を示すタイミングチャート。 1、1a、1b……入力端子、2……出力端子、11、12、13
……NPNバイポーラトランジスタ、14、15……Pチャネ
ルMOSトランジスタ、16、17……NチャネルMOSトランジ
スタ、VCC、VEE……電源、VIN、VIN1、VIN2……入力、V
OUT……出力。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コレクタが最高電位電源にエミッタが出力
    端子にベースが一つの入力端子にそれぞれ接続された少
    なくとも一つのNPNバイポーラトランジスタを含むBi−C
    MOS回路において、 ソースが前記最高電位電源にゲートが前記入力端子にそ
    れぞれ接続されたPチャネルMOSトランジスタと、ドレ
    インおよびゲートが前記PチャネルMOSトランジスタの
    ドレインにソースが最低電位電源にそれぞれ接続された
    第一のNチャネルMOSトランジスタと、ドレインが前記
    出力端子にゲートが前記第一のNチャネルMOSトランジ
    スタのゲートにソースが前記最低電位電源にそれぞれ接
    続された第二のNチャネルMOSトランジスタと を含むことを特徴とするBi−CMOS回路。
  2. 【請求項2】コレクタが最高電位電源にエミッタが出力
    端子にベースがそれぞれ異なる入力端子にそれぞれ接続
    された複数N個のNPNバイポーラトランジスタを含むBi
    −CMOS回路において、 複数N個直列接続され、一端が前記最高電位電源に各ゲ
    ートが各入力端子にそれぞれ接続されたPチャネルMOS
    トランジスタと、ドレインおよびゲートが前記複数N個
    直列接続されたPチャネルMOSトランジスタの他端にソ
    ースが最低電位電源にそれぞれ接続された第一のNチャ
    ネルMOSトランジスタと、ドレインが前記出力端子にゲ
    ートが前記第一のNチャネルMOSトランジスタのゲート
    にソースが前記最低電位電源にそれぞれ接続された第二
    のNチャネルMOSトランジスタと を含むことを特徴とするBi−CMOS回路。
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