JPH08223026A - アウトプット信号レベルを改善した低電力型スタティック・ロジック回路を含む装置及び同装置の製造方法、並びにロジック信号の処理方法 - Google Patents

アウトプット信号レベルを改善した低電力型スタティック・ロジック回路を含む装置及び同装置の製造方法、並びにロジック信号の処理方法

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JPH08223026A
JPH08223026A JP7322873A JP32287395A JPH08223026A JP H08223026 A JPH08223026 A JP H08223026A JP 7322873 A JP7322873 A JP 7322873A JP 32287395 A JP32287395 A JP 32287395A JP H08223026 A JPH08223026 A JP H08223026A
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signal
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JP7322873A
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Souza Godfrey P D
ポール デスーザ ゴッドフレイ
Douglas A Laird
エイ.レアド ダグラス
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Abstract

(57)【要約】 【課題】電荷漏れによる故障の可能性及び最大動作周波
数の低下を最小限に抑制し、ノイズ抑制能力を向上すべ
くアウトプット信号レベルを改善すると同時に、消費電
力を削減する低い閾値電圧を備えたトランジスタを含む
スタティック・ロジック回路を備えた装置の提供。 【解決手段】本発明のロジック回路は、第1の電圧レベ
ルで動作するための第1の供給ノードと、第2の電圧レ
ベルで動作するための第2の供給ノードと、前記の両ノ
ード間に接続された信号ノードと、信号ノード及び第1
の供給ノード間に接続され、かつ第1のインプット信号
を受信して信号ノードを第1の電圧レベルにある第1の
供給ノードに接続する第1のインプット回路と、信号ノ
ード及び第2の供給ノード間に接続され、かつ信号ノー
ドが第1の供給ノードへ接続された際に、信号ノードに
おける第1の電圧レベルを実質的に維持する第1のバイ
アス回路とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はスタティックC−M
OSFETロジック回路、より詳細には低い電源電圧で
動作するスタティックC−MOSFETロジック回路に
関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】相補型
金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(C−MOSF
ET)を使用するスタティック・ロジック回路を含む集
積回路はその低消費電力により利用が増加し続けてい
る。集積回路に含まれる一般的なロジック・セルはアウ
トプット信号ノードに接続された1つ以上のP型MOS
FET(P−MOSFET)プルアップ回路と、同じく
アウトプット信号ノードに接続された1つ以上のN型M
OSFET(N−MOSFET)プルダウン回路とを含
む。プルアップ回路及びプルダウン回路はそれぞれイン
プット・ロジック信号に基づいて充電電流をアウトプッ
ト・ノードへ出力して同アウトプット・ノードの電圧を
VDDまで引上げるか、またはアウトプット・ノードか
ら放電電流を出力させて同アウトプット・ノードの電圧
をVSSまで引下げる。
【0003】MOSFET技術の進歩により、構成素子
の小型化、特にチャネル長さの短縮などによるMOSF
ETの小型化が絶え間なく続けられてきた。これは1つ
の集積回路(IC)に含まれるMOSFETの集積度を
高め、さらには必要とされる電源電圧(VDD)の低下
を可能にした。このうちの前者の効果としては小型化及
び動作周波数の増加が挙げられ、後者の効果としては消
費電力の低減が挙げられる。しかし、MOSFETをさ
らに低い電源電圧で動作させた場合、MOSFETに流
れる電流が低減する。これは、最大動作周波数の低下を
招来するため望ましくない。従って、回路の性能低下を
最小限に抑制すべくMOSFETに流れる電流の低減を
最小限に抑制する必要がある。これを実現すべくMOS
FETの閾値電圧(VTH)が引下げられる。しかし、こ
れはMOSFETの漏れ電流、即ち、装置をオフにした
際にMOSFETに流れる電流を増加させるため望まし
くない。MOSFETの漏れ電流の増加は各ロジック・
セルのアウトプット・ノードへの電荷漏れ及び同アウト
プット・ノードからの電荷漏れを招来する。これは十分
なVDD値及びVSS値をアウトプット信号レベルを用
いて実現及び維持することを阻害する。この結果、アウ
トプット・ノードへの電荷漏れまたは同アウトプット・
ノードからの電荷漏れによって引起こされるデータ損失
によりノイズ抑制能力が低下し、故障の可能性が増大す
る。
【0004】従って、本発明の目的はデータ格納ノード
への電荷漏れ及び同データ格納ノードからの電荷漏れに
よるデータ損失に起因する故障の可能性を最小限に抑制
し、最大動作周波数の低下を最小限に抑制し、ノイズ抑
制能力を向上すべくアウトプット信号レベルを改善する
と同時に、低い電源電圧の使用による消費電力の削減を
実現する低い閾値電圧を備えたトランジスタを含むスタ
ティック・ロジック回路を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の1つの態様に基
づくアウトプット信号レベルを改善した低電力型スタテ
ィック・ロジック回路を含む装置は、第1の供給ノー
ド、第2の供給ノード、信号ノード、第1のインプット
回路及び第1のバイアス回路を含む。第1の供給ノード
及び第2の供給ノードはそれぞれ第1の電圧レベル及び
第2の電圧レベルで動作すべく使用される。第1のイン
プット回路は第1のインプット信号を受信し、かつ同信
号に基づいて信号ノードを第1の電圧レベルにある第1
の供給ノードへ接続すべく信号ノード及び第1の供給ノ
ード間に接続されている。第1のバイアス回路はインプ
ット回路により信号ノードが第1の供給ノードへ接続さ
れた際に、信号ノードにおける第1の電圧レベルを実質
的に維持すべく、信号ノード及び第2の供給ノード間に
接続されている。第1のバイアス回路は信号ノードが第
1の供給ノードへ接続された際に、第1のインプット回
路を通る電流の流れを実質的に低減し得る。更に、第1
のインプット回路は信号ノードの電圧を第1の電圧レベ
ルにある第1の供給ノードの電圧まで変化させる第1の
トランジスタを含み得る。第1のバイアス回路は信号ノ
ード及び第2の供給ノード間に位置する中間ノードに接
続された第2のトランジスタを含み、同第2のトランジ
スタは信号ノードが第1の供給ノードに接続された際
に、中間ノードの電圧を第1の電圧レベルへ向けて変化
させ、これにより信号ノード及び第2の供給ノード間に
おける電流の流れを実質的に低減し得る。第1のトラン
ジスタをプルアップ・トランジスタとし、第1の電圧レ
ベルをVDDとし、さらに第2の電圧レベルをVSSと
し得る。また、第1のトランジスタをプルダウン・トラ
ンジスタとし、第1の電圧レベルをVSSとし、第2の
電圧レベルをVDDとすることもできる。第1のトラン
ジスタ及び第2のトランジスタをP−MOSトランジス
タから形成し得る。さらに、第1のトランジスタ及び第
2のトランジスタをN−MOSトランジスタとしてもよ
い。
【0006】更に、本発明に基づく装置は、信号ノード
及び第2の供給ノード間に接続された第2のインプット
回路と、同第2のインプット回路が第2のインプット信
号を受信し、さらに同信号に基づいて信号ノードを第2
の電圧レベルにある第2の供給ノードへ接続すること
と、信号ノード及び第1の供給ノード間に接続された第
2のバイアス回路と、同第2のバイアス回路は信号ノー
ドが第2のインプット回路によって第2の供給ノードへ
接続された際に、信号ノードにおける第2の電圧レベル
を実質的に維持することとを含み得る。第2のバイアス
回路は信号ノードが第2の供給ノードに接続された際に
第2のインプット回路を通る電流の流れを実質的に低減
し得る。
【0007】アウトプット信号レベルの改善はインプッ
ト・ロジック信号を受信し、かつ同信号を処理するプル
アップ・トランジスタまたはプルダウン・トランジスタ
に対して逆方向バイアスを印加すべくスタティック・ロ
ジック回路内にバイアス回路を用いて電圧バイアスを選
択的に印加することによって実現される。この結果、プ
ルアップ・トランジスタまたはプルダウン・トランジス
タはインプット・ロジック信号によってオフされた際に
完全にカットオフされる。従って、アウトプット信号ノ
ードにおける充電電流及び放電電流の漏れが低減し、ピ
ーク信号電圧レベルが維持される。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の特徴及び利点を添付図面
とともに以下に詳述する。特に明記しない限り、全ての
P−MOSFET及びN−MOSFET基板またはバル
ク(bulk)は、それぞれに対応する電源ターミナルに接
続されている(例えば、P−MOSFET及びN−MO
SFETは、一般的に電源ノードVDD及びVSSに対
してそれぞれ接続されている)。また、各トランジスタ
の横に示す複数の数値は、同トランジスタのチャネル幅
及びチャネル長さをそれぞれ示す。例えば、図1に示す
MOSFET122,124のチャネル幅及びチャネル
長さは、それぞれ40ミクロン及び0.6ミクロンであ
る。これらの寸法は例示を目的とするものであり、特定
の半導体製造技術を必要とはしないうえ、同半導体製造
技術に限定されない。さらに、同寸法は半導体製造技術
の進歩に合わせて縮小などの変更が可能である。例え
ば、本発明を具体化した回路の製造は、周知の各種半導
体製造プロセスに基づいて行うことができる。回路基準
ノードまたはアース・ノードはVSSターミナルである
(一般的にVSSターミナルに付随する基準電圧または
アース電圧は0ボルトである)。
【0009】更に、ロジック・ゲートの各種の態様を以
下に例示する。但し、否定、論理積(AND)、論理和
(OR)、否定論理和(NOR)、否定論理積(NAN
D)、排他的論理和(EXCLUSIVE−OR)及び
排他的否定論理和(EXCLUSIVE−NOR)等の
全てのロジック機能は本発明に基づくアウトプット信号
の改善とともに実現可能である。更に、以下の説明はロ
ジック1がロジック高(例えば、正の電圧)であり、ロ
ジック0がロジック低(例えば、回路基準電圧とほぼ同
じ電圧)であるポジティブ・ロジックに基づく。しか
し、周知の回路設計理論に基づいてP−MOSFET及
びN−MOSFETを互いに適切に入れ換えることによ
り、電荷漏れを低減した本発明に基づくロジック回路を
ネガティブ・ロジックに基づいて使用し得る。
【0010】図1は本発明の1つの態様に基づくアウト
プット信号レベルを改善したスタティック・ロジック・
インバータ回路100を示す。インバータ回路100は
インプット・ロジック信号INを受信するとともに、ア
ウトプット信号OUTを形成すべく信号ノード106を
動作させるプルアップ増幅回路102及びプルダウン増
幅回路104を含む。プルアップ増幅回路102は互い
に協働してノード・プリング増幅回路(Node pulling a
mplifier circuit)として機能する2つのP−MOSF
ET112,114と、バイアス回路として機能する1
つのN−MOSFET116とを含む(以下に、更に詳
述)。プルダウン増幅回路104は別のノード・プリン
グ増幅回路として機能する2つのN−MOSFET12
2,124と、別のバイアス回路として機能するP−M
OSFET126とを含む(以下に、更に詳述)。
【0011】MOSFET112,114,116,1
22,124,126の各ゲート・ターミナルはインプ
ット・ロジック信号INを受信すべく互いに接続されて
いる。プルアップ増幅回路102において、第1のP−
MOSFET112のドレイン・ターミナルは信号ノー
ド106に接続されている。また、第2のP−MOSF
ET114のソース・ターミナルはVDDに接続されて
いる。N−MOSFET116のソース・ターミナルは
VSSに接続されている。更に、第1のP−MOSFE
T112のソース・ターミナル、第2のP−MOSFE
T114のドレイン・ターミナル及びN−MOSFET
116のドレイン・ターミナルは相互に接続されてい
る。プルダウン増幅回路104において、第1のN−M
OSFET122のドレイン・ターミナルは信号ノード
106に接続されており、第2のN−MOSFET12
4のソース・ターミナルはVSSに接続されている。P
−MOSFET126のソース・ターミナルはVDDに
接続されている。第1のN−MOSFET122のソー
ス・ターミナル、第2のN−MOSFET124のドレ
イン・ターミナル及びP−MOSFET126のドレイ
ン・ターミナルは相互に接続されている。
【0012】インプット・ロジック信号INがロジック
0の場合、N−MOSFET116,122,124は
オフされ、P−MOSFET112,114,126は
オンされる。これにより、充電電流(IC)はオンされ
たP−MOSFET112,114の各導電性チャネル
によって形成された電流路118を通ってVDDから信
号ノード106へとプルアップ増幅回路102内を流れ
る。換言するならば、信号ノード106に対してVDD
にほぼ等しいプルアップ電圧がP−MOSFET11
2,114を通じて印加される(この際、N−MOSF
ET116がオフされているため、その小さなサイズに
起因して非常に僅かな漏れ電流IL1が流れる。従って、
実質的に信号ノード106に対する影響はない)。プル
ダウン増幅回路104内において、VDDにほぼ等しい
プルアップ電圧123はN−MOSFET122のソー
ス・ターミナル及びN−MOSFET124のドレイン
・ターミナルを互いに接続するノードに対してP−MO
SFET126のチャネル及びドレイン・ターミナルを
通じて印加される。プルアップ電圧は第1のN−MOS
FET122のゲート・ソース間電圧をMOSFET閾
値電圧(VTH)に対して実質的にネガティブにする。例
えば、インプット・ロジック信号INがロジック0(例
えば、ほぼVSS)である場合、N−MOSFET12
2のゲート・ターミナル及びソース・ターミナルに印加
される逆方向バイアスはVSS−VDDにほぼ等しい
(例えば、VSSが0ボルトであるか、または回路アー
スである場合、逆方向バイアスは−VDDとなる)。従
って、第1のN−MOSFET122は完全にカットオ
フされ、実質的に漏れ電流を全く通さなくなる。この結
果、プルダウン増幅回路104内を流れる全ての漏れ電
流IL2は、N−MOSFET124及びP−MOSFE
T126のそれぞれの非導電性チャネル(但し、漏れ易
い)及び導電性チャネルによって形成された漏れ電流路
130を通じて信号ノード106から離れた場所を流れ
る。
【0013】インプット・ロジック信号INがロジック
1である場合、P−MOSFET112,114,12
6はオフされ、N−MOSFET116,122,12
4はオンされる。この結果、放電電流(ID)はプルダ
ウン増幅回路104のN−MOSFET122,124
の各導電性チャネルによって形成された電流路128を
通じて信号ノード106からVSSへとプルダウン増幅
回路104内を流れる。換言するならば、信号ノード1
06に対してVSSにほぼ等しいプルダウン電圧がN−
MOSFET122,124を通じて印加される(この
際、P−MOSFET126がオフされているため、そ
の小さなサイズに起因して非常に僅かな漏れ電流IL2
流れる。従って、実質的に信号ノード106に対する影
響はない)。プルアップ増幅回路102内において、V
SSにほぼ等しいプルダウン電圧113はP−MOSF
ET112のソース・ターミナル及びP−MOSFET
114のドレイン・ターミナルを互いに接続するノード
に対してN−MOSFET116のチャネル及びドレイ
ン・ターミナルを通じて印加される。プルダウン電圧は
第1のP−MOSFET112のゲート・ソース間電圧
をMOSFET閾値電圧(VTH)に対して実質的にポジ
ティブにする。例えば、インプット・ロジック信号IN
がロジック1(例えば、ほぼVDD)である場合、P−
MOSFET112のゲート・ターミナル及びソース・
ターミナルに印加される逆方向バイアスはVDD−VS
Sにほぼ等しい(例えば、VSSが0ボルトであるか、
または回路アースである場合、逆方向バイアスはVDD
となる)。従って、第1のP−MOSFET112は完
全にカットオフされ、実質的に漏れ電流を全く通さなく
なる。この結果、プルアップ増幅回路102内を流れる
全ての漏れ電流IL1は、P−MOSFET114及びN
−MOSFET116のそれぞれの非導電性チャネル
(但し、漏れ易い)及び導電性チャネルによって形成さ
れた漏れ電流路120を通じて信号ノード106から離
れた場所を流れる。
【0014】コンピュータ・シュミレーションの結果、
本発明に基づくスタティック・ロジック回路100にお
いて、インプット・ロジック信号INがロジック1(ま
たはロジック0)である場合、P−MOSFET112
(またはN−MOSFET122)を通って流れた漏れ
電流IL1(またはIL2)は数ピコアンペアまたはそれ以
下の範囲であり、実質的にゼロであった。その一方、P
−MOSFET114及びN−MOSFET116によ
って形成された漏れ電流路120(またはP−MOSF
ET126及びN−MOSFET124によって形成さ
れた漏れ電流路130)を通って流れた漏れ電流は数マ
イクロアンペアの範囲であった。
【0015】図2は図1のスタティック・ロジック・イ
ンバータ回路100における時間に対する電圧の変化を
示す。ここで、VDDは1ボルトであり、VSSは回路
アース(0ボルト)である。ポジティブ及びネガティブ
信号レベル偏位(即ち、それぞれアウトプット信号レベ
ルOUTが1及び0である場合)はそれぞれVDD及び
VSSにほぼ等しい(信号Qは、例えばP−MOSFE
T112,126及びN−MOSFET122,116
を備えていない従来のインバータ回路デザインにおける
アウトプットを示すとともに、本発明によって実現され
る改善された高及び低アウトプット信号レベル、即ち、
OUT(高)>Q(高)及びOUT(低)<Q(低)を
示すべく用いられている)。
【0016】図3は本発明の別の態様に基づくアウトプ
ット信号レベルを改善した2つのインプットを有するス
タティック・ロジックNANDゲート200を示す。N
ANDゲート200は並列に接続された2つのプルアッ
プ増幅回路202a,202bと、直列に接続された2
つのプルダウン増幅回路204a,204bとを含み、
これらは全て信号ノード206に接続されている。更
に、NANDゲート200はアウトプット・インバータ
回路208及びインプット・インバータ回路210を含
む。プルアップ増幅回路202a,202bはそれぞれ
図1のプルアップ増幅回路102において示した動作に
基づいて動作する。そして、プルダウン増幅回路204
a,204bは図1のプルダウン増幅回路104におい
て示した動作に基づいて動作する。活性状態にあるイン
プット信号INはプルダウン増幅回路204b及びプル
アップ増幅回路202bを駆動するインプット信号Aを
形成すべくインプット・インバータ回路210によって
反転される。インバータ・ラッチ回路212によってロ
ジック1にプリセット(試験の目的において)された第
2のインプット信号Bはプルダウン増幅回路204aを
オンまたはイネーブルするとともに、プルアップ増幅回
路202aをオフまたはディスエイブルする。
【0017】活性状態にあるインプット信号INがロジ
ック0の場合、信号Aはロジック1となり、信号ノード
206はプルダウン増幅回路204a,204bによっ
てほぼVSSまで引下げられる。活性状態にあるインプ
ット信号INがロジック1の場合、信号Aはロジック0
となり、信号ノード206は第2のプルアップ増幅回路
202bによってほぼVDDまで引上げられる。信号ノ
ード206におけるノード電圧は最終的なアウトプット
信号OUTを形成すべくアウトプット・インバータ回路
208によって緩衝され、かつ反転される。
【0018】図4は図3の回路200における時間に対
する電圧の変化を示す。ここで、VDDは1ボルトであ
り、VSSは0ボルトである。前記のプルアップ増幅回
路のプルアップ動作及びプルダウン増幅回路のプルダウ
ン動作により、アウトプット信号レベルが改善される
(信号Qは、例えばP−MOSFET212a,212
b,226a,226b及びN−MOSFET216
a,216b,222a,222bを備えていない従来
のNANDゲート・デザインにおけるアウトプットを示
すとともに、本発明によって実現される改善された高及
び低アウトプット信号レベル、即ち、OUT(高)>Q
(高)及びOUT(低)<Q(低)を示すべく用いられ
ている)。
【0019】図5は本発明の別の態様に基づくアウトプ
ット信号レベルを改善した2つのインプットを備えたス
タティック・ロジックNORゲート300を示す。NO
Rゲート300は直列に接続された2つのプルアップ増
幅回路302a,302bと、並列に接続された2つの
プルダウン増幅回路304a,304bとを含み、これ
らは全て信号ノード306に接続されている。更に、N
ORゲート300はアウトプット・インバータ回路30
8及びインプット・インバータ回路310を含む。プル
アップ増幅回路302a,302bはそれぞれ図1のプ
ルアップ増幅回路102において示した動作に基づいて
動作する。そして、プルダウン増幅回路304a,30
4bは図1のプルダウン増幅回路104において示した
動作に基づいて動作する。
【0020】活性状態にあるインプット信号INはイン
プット・インバータ回路310を介して第1のプルアッ
プ増幅回路302a及び第2のプルダウン増幅回路30
4bを駆動する。スタティック・インバータ・ラッチ3
12によってロジック0にプリセットされた第2のイン
プット信号Bは第2のプルアップ増幅回路302b及び
第1のプルダウン増幅回路304aを駆動する(即ち、
前者をイネーブルし、後者をディスエイブルする)。活
性状態にあるインプット信号INがロジック0である場
合、信号Aはロジック1であり、信号ノード306は第
2のプルダウン増幅回路304bによりほぼVSSまで
引下げられる。活性状態にあるインプット信号INがロ
ジック1である場合、信号Aはロジック0であり、信号
ノード306はプルアップ増幅回路302a,302b
によってほぼVDDまで引上げられる。そして、信号ノ
ード306におけるノード電圧は最終的なアウトプット
信号OUTを形成すべくアウトプット・インバータ回路
308によって緩衝され、かつ反転される。
【0021】図6は図5の回路300における時間に対
する電圧の変化を示す。ここで、VDDは1ボルトであ
り、VSSは0ボルトである。前記のプルアップ増幅回
路及びプルダウン増幅回路の動作によりアウトプット信
号レベルが改善される(信号Qは、例えばP−MOSF
ET312a,312b,326a,326b及びN−
MOSFET316a,316b,322a,322b
を備えていない従来のNORゲート・デザインにおける
アウトプットを示すとともに、本発明によって実現され
る改善された高及び低アウトプット信号レベル、即ち、
OUT(高)>Q(高)及びOUT(低)<Q(低)を
示すべく用いられている)。
【0022】図7は本発明の更に別の態様に基づくアウ
トプット信号レベルを改善した疑似NMOSスタティッ
ク・ロジック・マルチプルインプットNORゲート(Ps
eudo-NMOS, static logic multiple-input NOR gate)
400を示す。NORゲート400はプルアップ増幅回
路402a及び2つのプルダウン増幅回路404a,4
04bを含み、これらは全て信号ノード406に接続さ
れている。更に、NORゲート400はアウトプット・
インバータ回路408及びインプット・インバータ回路
410を含む。プルアップ増幅回路402aはアースに
接続されたゲート・ターミナルを有する1つのP−MO
SFETからなる。プルダウン増幅回路404a,40
4bはそれぞれ図1のプルダウン増幅回路104の動作
に基づいて動作する。
【0023】活性状態にあるインプット信号INはイン
プット・インバータ回路410を介して第1のプルダウ
ン増幅回路404aを駆動する。スタティック・インバ
ータ・ラッチ412によってロジック0にプリセットさ
れた第2のインプット信号Bは第2のプルダウン増幅回
路404bを駆動する。活性状態にあるインプット信号
INがロジック0である場合、信号Aはロジック1であ
り、信号ノード406は第1のプルダウン増幅回路40
4aによってVSSまで引下げられる。活性状態にある
インプット信号INがロジック1である場合、信号Aは
ロジック0であり、信号ノード406はプルアップ増幅
回路402aによってVDDまで引上げられる。信号ノ
ード406におけるノード電圧は最終的なアウトプット
信号OUTを形成すべくアウトプット・インバータ回路
408によって緩衝され、かつ反転される。
【0024】図8は図7の回路400における時間に対
する電圧の変化を示す。ここで、VDDは1ボルトであ
り、VSSは0ボルトである。実質的に完全なポジティ
ブ信号偏位(即ち、VDDへの信号偏位)が実現される
(常にオンされているプルアップ増幅回路402aによ
るプルアップ効果により、完全な“ネガティブ”信号偏
位(即ち、VSSへの信号偏位)は実現されない)。図
8に示す最悪の場合を考慮した例では、2つのインプッ
トに代えて64個のインプットを使用している点を除け
ば図7の回路400に類似している。ここでは、活性状
態にあるインプット信号INはロジック0にプリセット
された63個の別のスタティック・インプット信号
1,B2,B3,…,B63とともに提供されている。従
って、信号ノード406を駆動する64個のプルダウン
増幅回路404b1,404b2,404b3,…,40
4b63に起因する信号ノード406の比較的大きな電気
容量により、1つのトランジスタからなるプルアップ増
幅回路402aにはある種の問題点、即ち、信号ノード
406のノード電圧をVDDまで完全に引上げるために
更に時間を要するという問題点があった(信号Qは、例
えばP−MOSFET426a,426b及びN−MO
SFET422a,422bを備えていない従来のNO
Rゲート・デザインにおけるアウトプットを示すととも
に、本発明によって実現される改善された高アウトプッ
ト信号レベル、即ち、OUT(高)>Q(高)を示すべ
く用いられている)。
【0025】図9に示すように、本発明に基づくアウト
プット信号レベルを改善したスタティック・ロジック回
路(例えば、図1、図3、図5及び図7の各回路10
0,200,300,400)は集積回路(IC)50
へ集積した際に最も効果的な使用が可能である。前記の
説明に基づいて、データ格納ノードへの電荷漏れ、また
は同データ格納ノードからの電荷漏れによるデータ損失
に起因する故障の可能性を最小限に抑制し、最大動作周
波数の低下を最小限に抑制し、ノイズ抑制能力の向上を
実現すべくアウトプット信号レベルを改善すると同時
に、更に低い電源電圧(例えば、3ボルト未満)の使用
による消費電力節約の効果を最大限に発揮すべく、IC
50は低い閾値電圧を有するトランジスタを含む多数の
集積されたロジック回路を有し得る。例えば、コンピュ
ータ60に多くのIC50を組込むことにより、システ
ムが必要とする供給電力(例えば、出力電力レベル、フ
ィルタリング等)及びシステムが必要とする冷却能力
(例えば、ファンのサイズ及びパワー、ヒート・シンク
の数量及び寸法、空気フィルタ等)を緩和できる。この
結果、更に軽量、かつ冷却能力の高いオペレーティング
・システムが形成される。
【0026】以上詳述したように、アウトプット信号レ
ベルの改善はインプット・ロジック信号を受信し、かつ
同信号を処理するプルアップ・トランジスタまたはプル
ダウン・トランジスタに対して逆方向バイアスを印加す
べくスタティック・ロジック回路内に電圧バイアスを選
択的に印加することによって実現される。この結果、プ
ルアップ・トランジスタまたはプルダウン・トランジス
タはインプット・ロジック信号によってオフされた際に
完全にカットオフされる。従って、アウトプット信号ノ
ードにおける充電電流及び放電電流の漏れが低減し、ピ
ーク信号電圧レベルが維持される。これはデータ格納ノ
ードへの電荷漏れ及び同データ格納ノードからの電荷漏
れによるデータ損失に起因する故障の可能性を最小限に
抑制し、最大動作周波数の低下を最小限に抑制し、さら
にはノイズ抑制能力を向上すべくアウトプット信号レベ
ルを改善すると同時に、低い電源電圧(例えば3.5ボ
ルト未満)の使用による消費電力節約の効果を最大限に
発揮する低い閾値電圧を備えたトランジスタを含むロジ
ック回路の実現を許容する。
【0027】本発明の構造及び方法の変更が本発明の範
囲及び精神を逸脱することなく実施可能なことは当業者
にとって自明である。本発明を特定の望ましい実施の形
態に関連して詳述したが、本発明は前記の実施の形態に
限定されるものではない。
【0028】
【発明の効果】本発明によればダイナミック・ロジック
回路におけるデータ格納ノードへの電荷の漏れ及び同デ
ータ格納ノードからの電荷の漏れによるデータ損失に起
因する故障の可能性が最小限に抑制され、最大動作周波
数の低下が最小限に抑制され、ノイズ抑制能力を向上す
べく改善されたアウトプット信号レベルが提供されると
同時に、低い電源電圧の使用による消費電力の削減を行
い得るという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1つの態様に基づくスタティック・ロ
ジック・インバータ回路の回路図。
【図2】図1の回路における時間に対する電圧の変化を
示す線図。
【図3】本発明の別の態様に基づくスタティック・ロジ
ックNANDゲートの回路図。
【図4】図3の回路における時間に対する電圧の変化を
示す線図。
【図5】本発明の別の態様に基づくスタティック・ロジ
ックNORゲートの回路図。
【図6】図5の回路における時間に対する電圧の変化を
示す線図。
【図7】本発明の更に別の態様に基づくスタティック・
ロジックNORゲートの回路図。
【図8】図7の回路における時間に対する電圧の変化を
示す線図。
【図9】集積回路内への本発明のロジック回路の集積及
び同ロジック回路のコンピュータへの組込みを示す斜視
図。
【符号の説明】
50…集積回路、60…コンピュータ、100…スタテ
ィック・ロジック・インバータ回路、102,202
a,202b,302a,302b,402a…プルア
ップ増幅回路、104,204a,204b,304
a,304b,404a,404b…プルダウン増幅回
路、106,206,306,406…信号ノード、1
12,114,126,312a,312b,326
a,326b,426a,426b…P−MOSFE
T、113…プルダウン電圧、116,122,124
…N−MOSFET、118,128…電流路、12
0,130…漏れ電流路、123…プルアップ電圧、2
00…スタティック・ロジックNANDゲート、20
8,308,408…アウトプット・インバータ回路、
210,310,410…インプット・インバータ回
路、212,312,412…インバータ・ラッチ、3
00…スタティック・ロジックNORゲート、400…
疑似NMOSスタティック・ロジック・マルチインプッ
トNORゲート、A…インプット信号、B…第2のイン
プット信号、ID…放電電流、IL1,IL2…漏れ電流、
IN…インプット・ロジック信号、OUT…アウトプッ
ト信号レベル、VDD…電源電圧、VSS…基準電圧、
TH…MOSFET閾値電圧。
フロントページの続き (72)発明者 ゴッドフレイ ポール デスーザ アメリカ合衆国 95112 カリフォルニア 州 サンホセ サウス トゥエルブス ス トリート 298 (72)発明者 ダグラス エイ.レアド アメリカ合衆国 95032 カリフォルニア 州 ロスゲトス サイプレス ウェイ 16981

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アウトプット信号レベルを改善した低電
    力型スタティック・ロジック回路を含む装置であって、
    前記低電力型スタティック・ロジック回路は、 第1の電圧レベルで動作するための第1の供給ノード
    と、 第2の電圧レベルで動作するための第2の供給ノード
    と、 前記第1の供給ノード及び第2の供給ノード間に位置す
    る信号ノードと、 前記信号ノード及び第1の供給ノード間に接続された第
    1のインプット回路と、前記第1のインプット回路は第
    1のインプット信号を受信し、かつ同信号に基づいて信
    号ノードを第1の電圧レベルにある第1の供給ノードに
    接続することと、 前記信号ノード及び第2の供給ノード間に接続された第
    1のバイアス回路と、前記第1のバイアス回路は信号ノ
    ードが第1のインプット回路によって第1の供給ノード
    へ接続された際に、信号ノードにおける第1の電圧レベ
    ルを実質的に維持することとを含む装置。
  2. 【請求項2】 前記第1のバイアス回路は信号ノードが
    第1の供給ノードへ接続された際に、第1のインプット
    回路を通る電流の流れを実質的に低減する請求項1に記
    載の装置。
  3. 【請求項3】 前記第1のインプット回路は信号ノード
    の電圧を第1の電圧レベルにある第1の供給ノードの電
    圧まで変化させる第1のトランジスタを含む請求項1に
    記載の装置。
  4. 【請求項4】 前記第1のバイアス回路は信号ノード及
    び第2の供給ノード間に位置する中間ノードに接続され
    た第2のトランジスタを含み、前記第2のトランジスタ
    は信号ノードが第1の供給ノードに接続された際に、中
    間ノードの電圧を第1の電圧レベルへ向けて変化させ、
    これにより信号ノード及び第2の供給ノード間における
    電流の流れを実質的に低減する請求項3に記載の装置。
  5. 【請求項5】 前記第1のトランジスタはプルアップ・
    トランジスタであり、第1の電圧レベルがVDDであ
    り、さらに第2の電圧レベルがVSSである請求項4に
    記載の装置。
  6. 【請求項6】 前記第1のトランジスタはプルダウン・
    トランジスタであり、第1の電圧レベルがVSSであ
    り、さらに第2の電圧レベルがVDDである請求項4に
    記載の装置。
  7. 【請求項7】 前記第1のトランジスタ及び第2のトラ
    ンジスタはP−MOSトランジスタである請求項4に記
    載の装置。
  8. 【請求項8】 前記第1のトランジスタ及び第2のトラ
    ンジスタはN−MOSトランジスタである請求項4に記
    載の装置。
  9. 【請求項9】 前記信号ノード及び第2の供給ノード間
    に接続された第2のインプット回路と、前記第2のイン
    プット回路は第2のインプット信号を受信し、さらに同
    信号に基づいて信号ノードを第2の電圧レベルにある第
    2の供給ノードへ接続することと、 前記信号ノード及び第1の供給ノード間に接続された第
    2のバイアス回路と、前記第2のバイアス回路は信号ノ
    ードが第2のインプット回路によって第2の供給ノード
    へ接続された際に、信号ノードにおける第2の電圧レベ
    ルを実質的に維持することとを含む請求項1に記載の装
    置。
  10. 【請求項10】 前記第2のバイアス回路は信号ノード
    が第2の供給ノードに接続された際に第2のインプット
    回路を通る電流の流れを実質的に低減する請求項9に記
    載の装置。
  11. 【請求項11】 前記第1のインプット回路及び第1の
    バイアス回路は複数のMOSトランジスタを含む請求項
    1に記載の装置。
  12. 【請求項12】 前記複数のMOSトランジスタのそれ
    ぞれは3.5ボルト未満の電源電圧で動作する請求項1
    1に記載の装置。
  13. 【請求項13】 前記低電力型スタティック・ロジック
    回路は否定、論理積、論理和、否定論理積、否定論理
    和、排他的論理和及び排他的否定論理和のロジック機能
    のうちのいずれか1つを実行する請求項1に記載の装
    置。
  14. 【請求項14】 前記低電力型スタティック・ロジック
    回路を組込んだ集積回路を含む請求項1に記載の装置。
  15. 【請求項15】 前記低電力型スタティック・ロジック
    回路を組込んだコンピュータを含む請求項1に記載の装
    置。
  16. 【請求項16】 アウトプット信号レベルを改善した低
    電力型スタティック・ロジック回路を含む装置の製造方
    法であって、 第1の電圧レベルで動作するための第1の供給ノードを
    提供する工程と、 第2の電圧レベルで動作するための第2の供給ノードを
    提供する工程と、 前記第1の供給ノード及び第2の供給ノード間に位置す
    る信号ノードを提供する工程と、 前記信号ノード及び第1の供給ノード間に接続された第
    1のインプット回路を提供する工程と、前記第1のイン
    プット回路は第1のインプット信号を受信し、かつ同信
    号に基づいて信号ノードを第1の電圧レベルにある第1
    の供給ノードに接続することと、 前記信号ノード及び第2の供給ノード間に接続された第
    1のバイアス回路を提供する工程と、前記第1のバイア
    ス回路は信号ノードが第1のインプット回路によって第
    1の供給ノードへ接続された際に、信号ノードにおける
    第1の電圧レベルを実質的に維持することとを含む方
    法。
  17. 【請求項17】 前記第1のバイアス回路は信号ノード
    が第1の供給ノードへ接続された際に、第1のインプッ
    ト回路を通る電流の流れを実質的に低減する請求項16
    に記載の方法。
  18. 【請求項18】 前記信号ノード及び第2の供給ノード
    間に接続された第2のインプット回路を提供する工程
    と、前記第2のインプット回路は第2のインプット信号
    を受信し、さらに同信号に基づいて信号ノードを第2の
    電圧レベルにある第2の供給ノードへ接続することと、 前記信号ノード及び第1の供給ノード間に接続された第
    2のバイアス回路を提供する工程と、前記第2のバイア
    ス回路は信号ノードが第2のインプット回路によって第
    2の供給ノードへ接続された際に、信号ノードにおける
    第2の電圧レベルを実質的に維持することとを含む請求
    項16に記載の方法。
  19. 【請求項19】 前記第2のバイアス回路は信号ノード
    が第2の供給ノードに接続された際に、第2のインプッ
    ト回路を通る電流の流れを実質的に低減する請求項18
    に記載の方法。
  20. 【請求項20】 前記低電力型スタティック・ロジック
    回路を組込んだ集積回路を提供する工程を含む請求項1
    6に記載の方法。
  21. 【請求項21】 前記低電力型スタティック・ロジック
    回路を組込んだコンピュータを提供する工程を含む請求
    項16に記載の方法。
  22. 【請求項22】 アウトプット信号レベルを改善したロ
    ジック信号を低電力においてスタティックにして、かつ
    論理的に処理する方法であって、 第1の供給ノードを第1の電圧レベルで動作させる工程
    と、 第2の供給ノードを第2の電圧レベルで動作させる工程
    と、 第1のインプット信号を受信し、さらには同信号に基づ
    いて第1の供給ノード及び第2の供給ノード間に位置す
    る信号ノードを第1の電圧レベルにある第1の供給ノー
    ドへ接続する工程と、 前記信号ノードが第1のインプット信号に基づいて第1
    の供給ノードに接続された際に、信号ノード及び第2の
    供給ノードの間に第1のバイアスを印加して、信号ノー
    ドにおける第1の電圧レベルを実質的に維持する工程と
    を含む方法。
  23. 【請求項23】 前記信号ノードが第1のインプット信
    号に基づいて第1の供給ノードに接続された際に、信号
    ノード及び第2の供給ノードの間に第1のバイアスを印
    加して、信号ノードにおける第1の電圧レベルを実質的
    に維持する工程は、信号ノードが第1のインプット信号
    に基づいて第1の供給ノードへ接続された際に、信号ノ
    ードから第2の供給ノードへの電流の流れを実質的に低
    減することを含む請求項22に記載の方法。
  24. 【請求項24】 第2のインプット信号を受信し、さら
    には同信号に基づいて信号ノードを第2の電圧レベルに
    ある第2の供給ノードへ接続する工程と、 信号ノードが第2のインプット信号に基づいて第2の供
    給ノードへ接続された際に、信号ノード及び第1の供給
    ノード間に第2のバイアスを印加して、信号ノードにお
    ける第2の電圧レベルを実質的に維持する工程とを含む
    請求項22に記載の方法。
  25. 【請求項25】 信号ノードが第2のインプット信号に
    基づいて第2の供給ノードへ接続された際に、信号ノー
    ド及び第1の供給ノード間に第2のバイアスを印加し
    て、信号ノードにおける第2の電圧レベルを実質的に維
    持する工程は、信号ノードが第2のインプット信号に基
    づいて第2の供給ノードへ接続された際に、信号ノード
    から第1の供給ノードへの電流の流れを実質的に低減す
    ることを含む請求項24に記載の方法。
  26. 【請求項26】 前記各工程を集積回路内において実施
    する工程を含む請求項22に記載の方法。
  27. 【請求項27】 前記各工程をコンピュータ内において
    実施する工程を含む請求項22に記載の方法。
  28. 【請求項28】 低電力型スタティック・ロジック回路
    を含む装置であって、前記ロジック回路は3.5ボルト
    未満の電源電圧で動作すべく複数の低電力型MOS素子
    を含む装置。
JP7322873A 1994-12-16 1995-12-12 アウトプット信号レベルを改善した低電力型スタティック・ロジック回路を含む装置及び同装置の製造方法、並びにロジック信号の処理方法 Pending JPH08223026A (ja)

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