JPH0226413A - 論理集積回路 - Google Patents

論理集積回路

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JPH0226413A
JPH0226413A JP63177810A JP17781088A JPH0226413A JP H0226413 A JPH0226413 A JP H0226413A JP 63177810 A JP63177810 A JP 63177810A JP 17781088 A JP17781088 A JP 17781088A JP H0226413 A JPH0226413 A JP H0226413A
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JP
Japan
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JP63177810A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Kadota
廉田 浩
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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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】 産業上の利用分野 本発明は計算機中等に使用する高速で比較的複雑な組合
わせ論理回路の構成法に関するものである。
従来の技術 多入力の組合わせ論理回路(以後「ゲート」と略述する
)は多くのトランジスタを使用したり、論理の処理時間
(つまりゲートの遅延時間)も多くかかっていた。第5
図に典型的な従来例として3人力の排他的論理和の例を
示す。
この図中A、B、Cは入力信号、Dは出力信号である。
この構成は2人力の排他的論理和回路(1)、(II)
を直列接続したもので、(1)の中間出力EはA、82
人力の排他的論理である。
E=A$B (即ちE=A−B+/IB)  −−(1
)従って、(II)の出力りの論理式は次のようになる
D=EΦC=E−C+E−C =A−BC+A−B−C+A−B−C+A−B−C=A
$BのC・・・・・・c2) さてこの回路の処理時間を簡単に評価してみよう。一般
に論理回路の処理時間(種々の経路を通って入力信号が
出力端まで伝播するに要する時間のうち最大のもの)は
トランジスタのゲートからドレインを通過する回数にほ
ぼ比例することが経験的に知られている。第5図の例で
は、例えば入力信号Bが通過する下記の経路が B−F、F→E、E→G、G→D(合計4段)処理時間
をきめており、各段の遅延時間の平均をΔとすると処理
時間は4Δとなる。
発明が解決しようとする課題 従来例かられかるとおり、多入力で排他的論理和等のよ
うに論理関数(例えば前記■式)が比較的複雑なものは
どうしてもより単純な既知の回路形式を合成することで
実現していたためどうしても入力信号が経由するトラン
ジスタ段数が増え処理時間が多(かかる結果になってい
た。第2図のはAND−NOR複合回路である。従って
、問題は、いかにすれば、かなり複雑な論理関数或いは
真理値表を持った組合わせ論理回路を単純な論理回路の
・合成でなく直接的に構成できるかという点にある。
課題を解決するための手段 本発明は、n個の論理入力信号に対してその全ての真偽
の組合わせに対する1個の出力信号の真偽を記述した。
21行X(n+1)列の真理値表に対応して、n個の電
界効果トランジスタのソースとドレインを各々直列接続
し、各トランジスタのゲートに入力信号を1つづつ接続
したトランジスタ列を2n本を設け、第i入力信号がそ
のゲートに印加された前記真理値表の第3行目に対応す
る前記トランジスタ列中の電界効果トランジスタが、前
記真理値表中のi行j列目の極性が真の場合nチャネル
形電界効果トランジスタ、同じく偽の場合pチャネル形
電界効果トランジスタとし、しかもこのトランジスタ列
の一端を前記真理値表のj行目の出力極性が真の場合低
電位電源と、逆にこの出力極性が偽の場合高電位電源と
接続し、このトランジスタ列の他端を共通中間出力節点
に接続し、前記共通中間出力節点電位を入力とするイン
バータを設けこのインバータの出力を全体出力とする構
成を特徴とする論理集積回路である。
作用 真理値表に対応したnチャネル形あるいはpチャネル形
電界効果トランジスタの接続状態を選ぶことにより、最
小のトランジスタ構成で所望の論理を得ることができ、
またこの論理をインバータを介して出力することにより
充分なドライブ能力も確保できるものである。
実施例 本発明では、第1図にその例を示すごと(必要とされる
組合わせ論理の真理値表を用意し、各行に対応して(第
1図ではa、b、・・・・・・k)入力信号数と同一の
電界効果形トランジスタ(以後FE’Tと略述する)を
、一つのFETのソースを他のドレインに接続する形の
直列接続体を設け、各FETのゲートに入力信号を印加
し、第1番目の入力信号が印加された、真理値表の第3
行目に対応する直列接続体中のFETの極性は真理値の
N。
i)欄が真の場合nチャネル形FET(即ち高電位がゲ
ートに印加された場合FETが導通する形)、偽の場合
nチャネル形のFETとし、しかも各接続体の一端は全
て中間出力節点へ、他端は対応する真理値表中の行の出
力値が真のときは低電位電源側へ、逆に出力値が偽の場
合は高電位側に接続する。最後に出力の信号極性と真偽
両川力の電位を整えるためにnチャネル形とnチャネル
形のFETを使ってインバータを形成し、中間出力節点
の信号を反転し出力とする。
この構成により、第1図の[A]の真理値表は入力信号
If +  12,13の全ての真偽の組合わせについ
て各行で記述しであるように、各論理回路に対応して常
に唯一の導通状態の接続体が存在することになる。実際
例えば入力信号が第1図中の「C」の場合、(即ち11
 :偽、!2 :真。
FETのうちnチャネル形が導通、nチャネル形が遮断
、■2が印加されたFETでは逆にnチャネル形が導通
、nチャネル形が遮断となるので、[B]の中ではCで
示した直列接続体のみが導通状態となる。この直列接続
体は低電位(この例ではアース)側に接続されているの
で中間出力節点Mは低電位となり、インバータによりM
の電位が逆転して高電位(真)として出力される。
つまり、本発明の回路は入力信号のいかなる真偽の組合
わせについても唯一の導通直列接続体を持ち、しかもそ
の接続体の一端が、対応する真理値表中の出力の真偽に
合せて、低電位電源または高電位電源と接続され、他端
が中間出力節点に接続されているので、中間出力節点の
電位は「真」の出力が要求される場合に低電位、「偽」
の出力が要求される場合高電位となる。最後にインバー
タによって電位の高低を反転すれば高電位「真」、低電
位「偽」とした要求される論理をもつ回路となっている
ことがわかる。最終段のインバータは2つの必須な役割
をうけもっている。第1は、電位レベルの整形である。
一般にFETのスイッチ特性はゲートとソースとの電位
差VGSがある値を超えると導通、それ以下だと遮断と
いう閾値電圧Vthが存在する。即ちNチャネル形FE
Tでは、Vas>Vth:ON、VGS<VB、:OF
F、pチャネル形FETでは−VGS >  Vth 
: ON、 VGs<Vth:OFF0通常、nチャネ
ル形FETでは、Vth>O5pチャネル形FETでは
Vth<Oにとるため、前述の直列接続体のうち高電位
側に接続されたものでnチャネル形を含む場合、低電位
側に接続されたものでnチャネル形を含む場合のいずれ
も中間出力節点の電位は電源電位に到達しない可能性が
ある。即ち前者では低電源電位VSS−Vth(pチャ
ネル)、後者では高電源電位VDD−Vth(nチャネ
ル)になる可能性が大きい。
高いと出力はVSS、逆に低いと出力はvDDになるた
め正規の論理電位の出力が得られる。
インバータの第2の役割は出力の駆動能力を持たせるこ
とである。インバータがない場合の出力部の内部インピ
ーダンスは導通した直列接続体のオン抵抗の和となり入
力信号数が多い程太き(なる。従って通常の入力信号数
では出力部の内部インピーダンスが太き(充分な駆動能
力が得られない。よって−旦インバータで受けて実用的
に充分な駆動能力として出力してやる。
ここまでの説明で論理の「真」を高電位、「偽」を低電
位として説明して来たが、この逆の場合即ち「真」を低
電位、「偽」を高電位としている系においての本発明の
実現方法は、直列接続体中のFETの極性(nチャネル
形かnチャネル形か)を反転させ、高電源電位、低電源
電位に他する前述の接続規則も逆にすればよい。
次に本発明の回路網の簡略化を考える。
まず中間出力節点Mに近(から、遠くへ同心円状に入力
信号に対応するFETを配置する。第1図の例では13
+  I2+  II順に配置されている。
ここで一般的に13を印加するFETはVssgsにp
、nチャネルが1つずつ、vDD側にもp、nチャネル
が1つづつ、合計4個に第2図のように集約することが
できる。3人力の組合わせ論理回路の場合、これ以上は
一般的には集約できないが(排他的論理和では特別に第
3図のようなもう一段の簡略化が可能である。)4人力
以上では、中間出力からもう一つ外にある入力信号に対
応するFETまで簡略化できる。つまり一般に入力[信
号数−21段階まで簡略化ができる。
更に別の簡略化の方法として、第4図[A]のような真
理値表(第1図[A]とはh行のところの出力が「偽」
になっている点のみが異なる)に対しては、まずhに対
応する直列接続体を3つ用意し、hとdに対する接続体
を併合することを考える。これは、■3に対するところ
だけがp、 nで異なるだけであるから、■3と関係な
く12.IIが「真」ならば中間出力は高置0位になる
わけであるから、■3に対するFETはな(して図中[
B]のd/hにあるように、nチャネル形FETを11
+I2に対応するものを直列接続体として残しておけば
よい。同様にf/h、g/hも簡略してお(と図4 [
B]の形が得られる。
発明の効果 本発明では多入力形の比較的複雑な組合わせ論理回路を
形成する場合、処理時間の短いものを得ることができる
。例えば3人力の排他的論理和では、第1図[B]又は
第2図に示した回路で実現でき論理段数として2段です
むため、処理時間は従来例と同じ単位で2Δとなり半分
の時間でできることがわかる。また必要なFET数も充
分簡略化を行えばほとんど従来のものと変らない。
【図面の簡単な説明】
第1図は論理回路の真理値を示す説明図ならびにそれに
対応する本発明の論理集積回路の一実施例を示す回路図
、第2図から第3図は各々本発明の論理集積回路の他の
実施例を示す回路図、第4図は論理回路の真理値を示す
説明図ならびにそれに対応する本発明の論理集積回路の
他の実施例を示す回路図、第5図は従来の論理集積回路
の一例を示す論理回路図である。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか1名富1図 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)n個の論理入力信号に対してその全ての真偽の組
    合わせに対する1個の出力信号の真偽を記述した2^n
    行×(n+1)列の真理値表に対応して、n個の電界効
    果トランジスタのソースとドレインを各々直列接続し、
    各トランジスタのゲートに入力信号を1つづつ接続した
    トランジスタ列を2^n本を設け、第i入力信号がその
    ゲートに印加された前記真理値表の第j行目に対応する
    前記トランジスタ列中の電界効果トランジスタが、前記
    真理値表中のi行j列目の極性が真の場合nチャネル形
    電界効果トランジスタ、同じく偽の場合pチャネル形電
    界効果トランジスタとし、しかもこのトランジスタ列の
    一端を前記真理値表のj行目の出力極性が真の場合低電
    位電源と、逆にこの出力極性が偽の場合高電位電源と接
    続し、このトランジスタ列の他端を共通中間出力節点に
    接続し、前記共通中間出力節点電位を入力とするインバ
    ータを設けこのインバータの出力を全体出力とする構成
    を特徴とする論理集積回路。
  2. (2)真理値表中の各欄の真偽に対応して、共通中間出
    力節点から順次n番目から(n−1)、……2、1番目
    の入力信号がゲートに印加された電界効果トランジスタ
    の極性を各々nチャネル形またはpチャネル形とし各ソ
    ース・ドレインを接続した構成で、出力信号の真偽と第
    n番目の入力信号の真偽の4通りの組合せを主幹とし、
    (n−1)番目、(n−2)番目……と同一真偽パター
    ンが続くところまでを共通幹とするような木状の構造と
    することを特徴とする論理集積回路。
  3. (3)木状の電界効果トランジスタ回路では第i番目の
    入力信号に対応した箇所で真と偽に分岐していた箇所で
    次の第(i−1)番目の入力信号に対応する箇所で両岐
    とも真または偽になっている場合、この第i番目の入力
    信号に対する電界効果トランジスタを設けず、第(i−
    1)番目の入力信号の箇所まで分岐をせずに幹を延長す
    るごとき構成を特徴とする論理集積回路。
  4. (4)電界効果トランジスタの極性および電源電位の高
    低の両方ともを反転させてなる構成を特徴とする特許請
    求の範囲第1項から第3項のいずれかに記載の論理集積
    回路。
JP63177810A 1988-07-15 1988-07-15 論理集積回路 Pending JPH0226413A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10680641B2 (en) 2018-08-21 2020-06-09 Megachips Corporation Decoder circuit and decoder circuit design method

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JPS5244551A (en) * 1975-10-06 1977-04-07 Toshiba Corp Logic circuit
JPS61214614A (ja) * 1985-03-19 1986-09-24 Oki Electric Ind Co Ltd 出力バツフア回路

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