JP3019761B2 - Cmos集積回路 - Google Patents

Cmos集積回路

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JP3019761B2 JP7319585A JP31958595A JP3019761B2 JP 3019761 B2 JP3019761 B2 JP 3019761B2 JP 7319585 A JP7319585 A JP 7319585A JP 31958595 A JP31958595 A JP 31958595A JP 3019761 B2 JP3019761 B2 JP 3019761B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、CMOSゲート
と、このCMOSゲートの入力端子にクロック制御によ
りデータを転送するラッチ回路とを有するCMOS集積
回路に関する。
【0002】
【従来の技術】CMOSゲートとしてのCMOSインバ
ータは、出力電位が“H”レベルから“L”レベルに遷
移し、あるいは“L”レベルから“H”レベルに遷移す
る際、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタが
同時にオンして、電源端子から接地端子に貫通電流が流
れる。特に出力バッファ等に用いられる大電流容量のC
MOSインバータではこの貫通電流が大きく、集積回路
の消費電流の増大やノイズが問題になる。
【0003】CMOSインバータの貫通電流を低減する
には、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタが
同時にオンしないように、ゲート制御を行えばよい。そ
のような観点に立った提案は従来より種々なされている
(例えば、特開平2−123826号、特開平4−20
7225号、特開平2−62113号、特開平6−13
2806号等)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来提案されている貫
通電流低減の方法のうち、特開平2−123826号、
特開平4−207225号、特開平6−132806号
はいずれも、本来共通接続されて入力端子となるPMO
SトランジスタとNMOSトランジスタのゲートを切り
離して別々に制御する。即ち、PMOSトランジスタ及
びNMOSトランジスタのゲートと入力端子の間に、遅
延要素、スイッチ要素等の回路要素を挿入する。これら
の回路要素は、CMOSインバータの入力信号経路に入
るから、複数のCMOSインバータで同様の制御を行う
ためには、それぞれのCMOSインバータ毎にこれらの
回路要素を設けることが必要になる。
【0005】特開平2−62113号のものは、PMO
SトランジスタとNMOSトランジスタのゲートは共通
接続されているが、それらのオンするタイミングをずら
すためにやはり信号入力端子と各ゲートの間に回路要素
を配置しており、この回路要素も他のCMOSインバー
タと共有とすることはできない。以上のように従来方式
では、多数のCMOSインバータがある場合にそれぞれ
に貫通電流防止用の回路要素を必要とし、従って集積回
路の高集積化を困難にする。
【0006】この発明は、高集積化を妨げることなく貫
通電流の抑制を可能としたCMOS集積回路を提供する
ことを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、PMOSト
ランジスタとNMOSトランジスタのゲートが共通に入
力端子に接続された少なくとも一つのCMOSゲート
と、このCMOSゲートの入力端子にクロック制御によ
りデータを転送するラッチ回路とを有するCMOS集積
回路において、前記CMOSゲートは、PMOSトラン
ジスタ側及びNMOSトランジスタ側にそれぞれ補助P
MOSトランジスタ及び補助NMOSトランジスタが介
挿されて構成され、且つ基準クロックに基づいて前記補
助PMOSトランジスタ及び補助NMOSトランジスタ
が介挿されない場合に前記CMOSゲートの出力電位が
遷移する間の所定時間前記補助PMOSトランジスタ及
び補助NMOSトランジスタをオフに保つ制御クロック
を生成するタイミング制御回路を有することを特徴とし
ている。
【0008】この発明において好ましくは、前記タイミ
ング制御回路は、基準クロックを所定時間遅延させて前
記ラッチ回路を制御する第1の制御クロックを生成する
第1の制御クロック生成回路と、前記基準クロックに基
づいて前記補助PMOSトランジスタ及び補助NMOS
トランジスタが介挿されない場合に前記CMOSゲート
の出力電位が遷移する間の所定時間前記補助PMOSト
ランジスタ及び補助NMOSトランジスタをオフに保つ
第2の制御クロックを生成する第2の制御クロック生成
回路とから構成される。またこの発明において好ましく
は、タイミング制御回路は、複数のCMOSゲートに対
して共通に一つ設けられる。
【0009】この発明によると、CMOSゲートのPM
OSトランジスタ、NMOSトランジスタ側にそれぞれ
補助PMOSトランジスタ、補助NMOSトランジスタ
が挿入され、タイミング制御回路によって貫通電流が流
れる時間帯はこれらの補助PMOSトランジスタ及びN
MOSトランジスタがオフにされる。即ち、従来提案さ
れているゲート側での制御ではなく、貫通電流経路自体
のオンオフにより貫通電流が抑制される。従ってこの発
明では、CMOSゲートを構成するMOSトランジスタ
のゲートは通常通り共通に入力端子に接続されているか
ら、タイミング制御回路は個々のCMOSゲートとは独
立に設けることができる。言い換えれば、複数のCMO
Sゲートに対して共通に一つのタイミング制御回路を設
けることができる。これにより、高集積化を妨げること
なくCMOSゲートでの貫通電流抑制が可能になる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図1は、この発明の一実施例に係
るCMOS集積回路の構成である。この実施例では、二
つのCMOSインバータ11,12の部分を示してい
る。CMOSインバータ11は、ゲートが共通に入力端
子Naに接続されたPMOSトランジスタQP11 とNM
OSトランジスタQN11を主たる構成要素とする。出力
端子とPMOSトランジスタQP11 の間には補助PMO
SトランジスタQP12 が介挿され、出力端子とNMOS
トランジスタQN11 の間には補助NMOSトランジスタ
QN12 が介挿されている。
【0011】もう一方のCMOSインバータ12も同様
に、ゲートが共通に入力端子Nbに接続されたPMOS
トランジスタQP21 とNMOSトランジスタQN21 を有
し、出力端子とPMOSトランジスタQP21 の間には補
助PMOSトランジスタQP22 が介挿され、出力端子と
NMOSトランジスタQN21 の間には補助NMOSトラ
ンジスタQN22 が介挿されている。
【0012】これらのCMOSインバータ11,12の
入力端子Na,Nbには、それぞれクロック制御される
ラッチ回路13,14を介してデータが転送される。そ
して、これらCMOSインバータ11,12へのデータ
転送制御と、各CMOSインバータ11,12の貫通電
流制御のために、これらのCMOSインバータ11,1
2で共有されるタイミング制御回路15が設けられてい
る。
【0013】タイミング制御回路15は、基準クロック
φ0に基づいてラッチ回路13,14を制御する第1の
制御クロックφ1を生成する第1の制御クロック生成回
路16と、同様に基準クロックφ0に基づいて貫通電流
制御を行うための第2の制御クロックφ2を生成する第
2の制御クロック生成回路19により構成される。第1
の制御クロック生成回路16は基準クロックφ0をτ1
だけ遅延させる遅延回路である。第2の制御クロック生
成回路19は、例えば奇数段のインバータチェーン(図
1の場合3段)により構成されて基準クロックφ0を位
相反転させてτ2だけ遅延させる遅延回路17と、その
遅延出力φ3と基準クロックφ0とが入力されるNAN
Dゲート18により構成される。但し、τ1<τ2であ
る。
【0014】第2の制御クロック生成回路19から得ら
れる第2の制御クロックφ2は、基準クロックφ0の立
上がりから遅延回路17の遅延時間τ2の間“L”レベ
ルとなるクロックである。この第2の制御クロックφ2
は、各CMOSインバータ11,12の補助NMOSト
ランジスタQN12 ,QN22 のゲートに直接供給され、補
助PMOSトランジスタQP12 ,QP22 のゲートにはそ
れぞれインバータI1,I2を介して反転されて供給さ
れる。
【0015】この様に構成されたCMOS回路の動作
を、図2を参照して説明する。基準クロックφ0に対し
て、図示のようにτ1だけ遅れた第1の制御クロックφ
1が生成されて、これによりラッチ回路13,14が制
御され、保持されていたデータがCMOSインバータの
入力端子Na,Nbに転送される。転送データによっ
て、入力端子Na,Nbの電位が遷移して、CMOSイ
ンバータ11,12が駆動されることになる。
【0016】一方、入力端子Na,Nbの電位が遷移す
るタイミングを挟んで、図2に示すように、第2の制御
クロックφ2が時間τ2だけ“L”レベルになる。この
第2の制御クロックφ2が“L”レベルの間、CMOS
インバータ11,12内の補助PMOSトランジスタQ
P12 ,QP22 、及び補助NMOSトランジスタQN12,
QN22 が全てオフに保たれる。
【0017】CMOSインバータ11に着目して説明す
れば、入力端子Naの電位遷移によって、主たるMOS
トランジスタQP11 ,QN11 が同時にオン状態になる出
力電位遷移の時間帯をカバーするように第2の制御クロ
ックφ2の“L”レベル期間が設定されていれば、その
期間CMOSインバータ11では貫通電流が流れない。
そして、転送されたデータに応じて、PMOSトランジ
スタQP11 又はNMOSトランジスタQN11 のいずれか
が充分にオフ状態になった後に、補助PMOSトランジ
スタQP12 及び補助NMOSトランジスタQN12 がオン
になって、本来のCMOSインバータ動作による負荷の
充放電が行われる。CMOSインバータ12についても
同様である。
【0018】以上のようにこの実施例によれば、CMO
Sインバータの貫通電流経路そのものをオンオフするこ
とにより出力データ遷移時の貫通電流を抑制することが
できる。この実施例によれば、CMOSインバータの入
力信号経路に何等の回路要素を挿入するわけではないか
ら、多数のCMOSインバータに対して共通に一つのタ
イミング制御回路を設けることができ、従って高集積化
を妨げることなく、CMOS集積回路の消費電力低減と
ノイズ低減を図ることができる。
【0019】インバータに限らず、NANDゲートやN
ORゲートにも同様にこの発明を適用することができ
る。図3は、2入力NANDゲートに適用した実施例で
ある。入力端子A,Bにそれぞれゲートがつながる二つ
のPMOSトランジスタQP31,QP32 が電源VDD側に
並列に設けられ、同じく入力端子A,Bにそれぞれゲー
トがつながる二つのNMOSトランジスタQN31 ,QN3
2 が接地側に直列に設けられて、NANDゲートが構成
される。
【0020】インバータの場合と同様に、PMOSトラ
ンジスタQP31 ,QP32 のドレイン側に補助PMOSト
ランジスタQP33 が介挿され、NMOSトランジスタQ
N31のドレイン側に補助NMOSトランジスタQN33 が
介挿されている。制御端子Cは、インバータI3を介し
て補助PMOSトランジスタQP33 のゲートに、また補
助NMOSトランジスタQN33 のゲートに直接つなが
る。
【0021】図4は、2入力NORゲートに適用した実
施例である。入力端子A,Bにそれぞれゲートがつなが
る二つのPMOSトランジスタQP41 ,QP42 が電源V
DD側に直列に設けられ、入力端子A,Bにそれぞれゲー
トがつながる二つのNMOSトランジスタQN41 ,QN4
2 が接地側に並列に設けられて、NORゲートが構成さ
れる。PMOSトランジスタQP42 のドレイン側に補助
PMOSトランジスタQP43 が介挿され、NMOSトラ
ンジスタQN41 ,QN42 のドレイン側に補助NMOSト
ランジスタQN43 が介挿されている。制御端子Cは、図
3と同様にインバータI4を介して補助PMOSトラン
ジスタQP43 のゲートに、また補助NMOSトランジス
タQN43 のゲートに直接つながる。
【0022】これらの図3及び図4に示す実施例におい
ても、先の実施例と同様に出力遷移に合わせて補助PM
OSトランジスタ及び補助NMOSトランジスタを制御
することによって、同様の効果が得られる。この発明は
上記実施例に限られない。例えば実施例では貫通電流を
抑制するための補助PMOSトランジスタ及び補助NM
OSトランジスタはそれぞれ、主PMOSトランジスタ
及び主NMOSトランジスタのドレイン側、即ち出力端
子側に挿入したが、これらをソース側に挿入してもよ
い。また補助PMOSトランジスタと補助NMOSトラ
ンジスタのうちいずれか一方を省略しても、貫通電流を
抑制することができる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
CMOSゲートの貫通電流経路をオンオフして出力デー
タ遷移時の貫通電流を抑制することができる。この発明
によれば、CMOSゲートの入力信号経路には回路要素
を挿入しないから、多数のCMOSゲートでタイミング
制御回路を共有させることができ、従ってCMOS集積
回路の高集積化を妨げることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例に係るCMOS集積回路
の構成を示す。
【図2】 同実施例の動作タイミング図を示す。
【図3】 この発明をNANDゲートに適用した実施例
を示す。
【図4】 この発明をNORゲートに適用した実施例を
示する
【符号の説明】
11,12…CMOSインバータ、13,14…ラッチ
回路、15…タイミング制御回路、16…第1の制御ク
ロック生成回路、19…第2の制御クロック生成回路。
QP12 ,QP22 …補助PMOSトランジスタ、QN12 ,
QN22 …補助NMOSトランジスタ。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 PMOSトランジスタとNMOSトラン
    ジスタのゲートが共通に入力端子に接続された少なくと
    も一つのCMOSゲートと、このCMOSゲートの入力
    端子にクロック制御によりデータを転送するラッチ回路
    とを有するCMOS集積回路において、 前記CMOSゲートは、PMOSトランジスタ側及びN
    MOSトランジスタ側にそれぞれ補助PMOSトランジ
    スタ及び補助NMOSトランジスタが介挿されて構成さ
    れ、且つ基準クロックに基づいて前記補助PMOSトラ
    ンジスタ及び補助NMOSトランジスタが介挿されない
    場合に前記CMOSゲートの出力電位が遷移する所定時
    間前記補助PMOSトランジスタ及び補助NMOSトラ
    ンジスタをオフに保つ制御クロックを生成するタイミン
    グ制御回路を有することを特徴とするCMOS集積回
    路。
  2. 【請求項2】 前記タイミング制御回路は、 基準クロックを所定時間遅延させて前記ラッチ回路を制
    御する第1の制御クロックを生成する第1の制御クロッ
    ク生成回路と、 前記基準クロックに基づいて前記補助PMOSトランジ
    スタ及び補助NMOSトランジスタが介挿されない場合
    に前記CMOSゲートの出力電位が遷移する所定時間前
    記補助PMOSトランジスタ及び補助NMOSトランジ
    スタをオフに保つ第2の制御クロックを生成する第2の
    制御クロック生成回路とを有することを特徴とする請求
    項1記載のCMOS集積回路。
  3. 【請求項3】 前記第2の制御クロック生成回路は、 前記基準クロックを反転して遅延させる奇数段のインバ
    ータチェーンからなる遅延回路と、 この遅延回路の出力と前記基準クロックとが入力される
    NANDゲートとから構成されていることを特徴とする
    請求項2記載のCMOS集積回路。
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