JPH05327465A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JPH05327465A
JPH05327465A JP4095118A JP9511892A JPH05327465A JP H05327465 A JPH05327465 A JP H05327465A JP 4095118 A JP4095118 A JP 4095118A JP 9511892 A JP9511892 A JP 9511892A JP H05327465 A JPH05327465 A JP H05327465A
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JP
Japan
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signal
input
voltage
output
integrated circuit
Prior art date
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JP4095118A
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English (en)
Inventor
Fusao Tsubokura
富左雄 坪倉
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】外部からの信号VINが入力される信号入力端
子2とバッファインバータ1の入力端との間にトランス
ファゲートのNMOSトランジスタTGを設け、そのゲ
ート電極に高位電源電圧VDDを与える。 【効果】電源電圧が外部の信号の電圧よりも低く信号振
幅の小さい半導体集積回路において、外部信号の高い電
圧が入,出力のバッファインバータに直接加わらないよ
うにするためのレベル変換回路での消費電力を減らすこ
とができる。信号の伝達遅延時間を従来に較べて小さく
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路に関し、
特に、外部の信号の振幅よりも小さい振幅の内部信号で
動作する半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体集積回路(以後、集積回路
と記す)においては、高速化、高密度化、低電力化のた
めの手段の一つとして、トランジスタをはじめとする素
子の微細化が高度にすすめられており、これに伴なっ
て、電源電圧が従来よりも低くされ、例えば、3V電源
で動作する集積回路が実現されている。この種の集積回
路に用いられる信号入力部の一例の回路図を図3(a)
に示す。図3(a)を参照すると、この信号入力部は、
バッファインバータ1と、信号入力端子2と接地線3と
の間に直列接続された2つの抵抗R1,R2とからなっ
ており、抵抗の直列接続点とバッファインバータ1の入
力端とが接続されている。そして、この集積回路の電源
電圧は、通常の集積回路に使用される電源電圧よりも低
く、例えば、3Vであり、バッファインバータ1から集
積回路の内部回路(図示せず)へ出力される内部信号S
Iのレベルは3Vである。一方、外部からの入力信号V
INの信号レベルは内部信号より高く、例えば、5Vで
ある。この集積回路では、信号入力端子1に外部から入
力される入力信号VINの高い電圧が、バッファインバ
ータ1を構成するトランジスタのゲート電極に直接入力
されないようにするために、抵抗R1,R2の直列回路
で5Vから3Vにレベル変換している。
【0003】又、図3(b)には、従来の半導体集積回
路に用いられる信号出力部の一例の回路図を示す。図3
(b)を参照すると、この信号出力部は、バッファイン
バータ4と、出力端子5と接地線3との間に直列に接続
された2つの抵抗R3,R4とからなり、バッファイン
バータ4の出力端と抵抗回路の直列接続点とが接続され
ている。集積回路の内部回路(図示せず)からの信号S
Oは、バッファインバータ4で反転され抵抗の直列接続
点を介して、信号出力端子5に出力される。信号出力端
子は、例えば、外部のバスライン(図示せず)などに接
続され、このバスラインでは5Vの信号が扱われてい
る。この信号出力部では、内部信号のレベルよりも高い
外部信号の電圧がバッファインバータ4を構成するトラ
ンジスタに直接加わらないように、抵抗の直列回路でレ
ベル変換している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の集積回
路では、それぞれの信号入力端子あるいは信号出力端子
ごとに、抵抗分割によって入,出力信号のレベル変換を
行なっている。ところが、集積回路上で実用的に実現で
きる抵抗値の大きさには限度があることから、消費電力
が大きくなってしまうことは避けられない。又、信号伝
達経路に抵抗分が加わるために、信号の伝達遅延時間が
大きくなってしまう。このような問題は、集積回路の規
模が大きくなって入出力する信号数が増大するしたがっ
て顕著になり、電源電圧を低電圧化したことによる低消
費電力化、高速化の効果を損なうものである。
【0005】本発明は上記のような従来の半導体集積回
路における問題点に鑑みてなされたものであって、消費
電力の増大や信号伝達遅延時間の増大を伴なうことなし
に、外部信号のレベルを変換することのできる低電源電
圧の半導体集積回路を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体集積回路
は、外部からの信号が入力される信号入力端子と入力端
との間に双方向型レベル変換回路が設けられた入力回
路、外部への信号を出力する信号出力端子と出力端との
間に双方向型レベル変換回路が設けられた出力回路並び
に外部からおよび外部への信号を入出力する信号入出力
端子と入出力端との間に双方向型レベル変換回路が設け
られた入出力回路のいずれか一つ以上を含むことを特徴
としている。
【0007】
【実施例】次に、本発明の好適な実施例について、図面
を参照して説明する。図1(a)は、本発明の第1の実
施例の信号入力部の回路図である。図1(a)を参照す
ると、本実施例では、バッファインバータ1はPMOS
トランジスタP1とNMOSトランジスタN1の直列回
路からなっている。高位電源線6の電圧VDDは3Vであ
る。2つのMOSトランジスタの共通のゲート電極と信
号入力端子2との間には、レベル変換用のトランスファ
ゲートのNMOSトランジスタTGが接続されており、
このトランジスタのゲート電極には、高位電源電圧VDD
が与えられている。
【0008】図1(a)において、信号入力端子2に外
部からの入力信号VINが入力された場合、バッファイ
ンバータ1のMOSトランジスタP1,N1のゲート電
極に印加されるゲート電圧VGIは、トランスファゲート
のMOSトランジスタTGのゲート電圧をVGG(=
DD)、しきい値電圧をVT 、入力信号VINの信号電
圧をVINとすると、VGG−VT <VINの時、VGI=VGG
−VT =VDD−VT である。又、VGG−VT >VIN
時、VGI=VINとなる。
【0009】いま、仮りに、トランスファゲートのNM
OSトランジスタTGのゲート電圧VGGを3Vとし、し
きい値電圧VT を1.0Vとすると、この時のトランス
ファゲートの直流伝達特性は、図1(b)に示すような
特性となる。図1(b)によれば、入力電圧(外部から
の入力信号の信号電圧VIN)が2V以下の時は、出力電
圧(MOSトランジスタP1,N1のゲート電圧VGI
が入力電圧に等しく、入力電圧が2V以上では、出力電
圧は2Vで一定の値となる。
【0010】ここで、図1(b)において、出力電圧が
一定(=2V)となる時の入力電圧の値(=2V)は、
トランスファゲートのNMOSトランジスタTGのしき
い値電圧VT で決まる。従って、集積回路の製造工程中
で、トランスファゲートのMOSトランジスタにはチャ
ンネルドープを行なわず、それ以外のMOSトランジス
タにチャンネルドープを施すことによって、トランスフ
ァゲートのNMOSトランジスタTGのしきい値電圧V
T をほぼ0Vにし、それ以外のMOSトランジスタのし
きい値電圧を、例えば1.0Vなどの所定の値に設定し
て、バッファインバータ1の入力信号の振幅を所望の値
にすることができる。NMOSトランジスタTGのしき
い値電圧を0Vにした時のトランスファゲートの直流伝
達特性は図1(c)に示すようになり、この場合には、
バッファインバータ1には0〜3Vの振幅の信号が入力
される。
【0011】以上説明した第1の実施例では、本発明を
集積回路の信号入力部に適用した場合ついて述べたが、
本発明は、以下に述べる第2の実施例のように、信号出
力部にも適用することができる。図2(a)は、本発明
の第2の実施例の回路図である。同図を参照すると本実
施例では、PMOSトランジスタとNMOSトランジス
タとからなるバッファインバータ4の出力端と信号出力
端子5との間に、トランスファゲートのNMOSトラン
ジスタTGが設けられている。NMOSトランジスタT
Gのゲート電極は高位電源線6に接続されている。信号
出力端子5は、5V系の信号のバスライン(図示せず)
に接続されている。本実施例において、バスラインから
の信号を入力信号と見立てると、トランスファゲートと
しての入出力間の直流伝達特性は、図1(a),(b)
と同様の特性となる。これにより出力信号(バッファイ
ンバータ4の出力端への信号)の上限が制限されるの
で、外部の5V系の信号の高い電圧がバッファインバー
タ4を構成するMOSトランジスタのドレインに直接加
わることがない。
【0012】本発明は、信号入力部あるいは信号出力部
にのみ用いられるものではなく、以下に述べる第3の実
施例のように、一つの信号入出力端子を介して、入力側
のバッファインバータと出力側のバッファインバータと
が信号を入,出力する構成の信号入出力部に用いること
もできる。図2(b)は、本発明の第3の実施例の回路
図である。図2(b)を参照すると、本実施例では、信
号入出力端子7にトランスファゲートのNMOSトラン
ジスタTGの一端が接続されている。このNMOSトラ
ンジスタTGの他端には、入力側のバッファインバータ
1の入力端と出力側バッファインバータ4の出力端とが
接続されている。尚、出力側バッファインバータ4を構
成するMOSトランジスタに接続されている論理回路8
は、集積回路内部からのイネーブル信号ENによって制
御され、出力側バッファインバータ4から内部信号SO
を出力するか、あるいは出力側バッファインバータ4の
出力端をハイインピーダンス状態にし、外部から信号入
出力端子7への信号を入力側バッファインバータ1を介
して信号SIとして集積回路内部に伝達するかを制御す
るものである。本実施例においても、信号入出力端子に
は5V系の信号の電圧が加わるが、この高い電圧が入力
側バッファインバータ1または出力側バッファインバー
タ4に直接加わることはない。
【0013】以上の実施例においては、直流的な消費電
力はほぼ零である。又、信号の伝達遅延に関しては、ト
ランスファゲートのスイッチング時間が増加するだけで
あるので、従来の集積回路に比べて有利である。例え
ば、図3(a)に示す従来の半導体集積回路の信号入力
部において、抵抗R1を10kΩ、寄生容量を1pFと
した場合の信号伝達遅延時間が約7nsであるのに対し
て、図1(a)に示す第1の実施例では、約0.5ns
と高速になっている。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体集
積回路は、外部からの信号が入力される信号入力端子と
入力端との間に双方向型レベル変換回路が設けられた入
力回路、外部への信号を出力する信号出力端子と出力端
との間に双方向型レベル変換回路が設けられた出力回路
並びに外部からおよび外部への信号を入出力する信号入
出力端子と入出力端との間に双方向型レベル変換回路が
設けられた入出力回路のいずれか一つ以上を含んでい
る。
【0015】このことより本発明によれば、電源電圧が
低く信号振幅の小さい半導体集積回路において、外部信
号の高い電圧が入,出力のバッファインバータに直接加
わらないようにするためのレベル変換回路での消費電力
を減らすことができる。しかも、信号の伝達遅延時間を
小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】分図(a)は、本発明の第1の実施例の回路図
である。分図(b)は、本発明の第1の実施例における
トランスファゲートの入出力直流伝達特性の一例を表す
図である。分図(c)は、本発明の第1の実施例におけ
るトランスファゲートの入出力直流伝達特性の他の例を
表す図である。
【図2】分図(a)は、本発明の第2の実施例の回路図
である。分図(b)は、本発明の第3の実施例の回路図
である。
【図3】分図(a)は、従来の半導体集積回路における
信号入力部の一例の回路図である。分図(b)は、従来
の半導体集積回路における信号出力部の一例の回路図で
ある。
【符号の説明】 1,4 バッファインバータ 2 信号入力端子 3 接地線 5 信号出力端子 6 高位電源線 7 信号入出力端子 8 論理回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部からの信号が入力される信号入力端
    子と入力端との間に双方向型レベル変換回路が設けられ
    た入力回路、外部への信号を出力する信号出力端子と出
    力端との間に双方向型レベル変換回路が設けられた出力
    回路並びに外部からおよび外部への信号を入出力する信
    号入出力端子と入出力端との間に双方向型レベル変換回
    路が設けられた入出力回路のいずれか一つ以上を含むこ
    とを特徴とする半導体集積回路。
JP4095118A 1992-04-15 1992-04-15 半導体集積回路 Pending JPH05327465A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0799437A (ja) * 1993-09-27 1995-04-11 Nec Corp 半導体装置の入出力回路
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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19981027