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JP3164918B2 - 半導体集積回路 - Google Patents
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JP3164918B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JP3164918B2
JP3164918B2 JP30106092A JP30106092A JP3164918B2 JP 3164918 B2 JP3164918 B2 JP 3164918B2 JP 30106092 A JP30106092 A JP 30106092A JP 30106092 A JP30106092 A JP 30106092A JP 3164918 B2 JP3164918 B2 JP 3164918B2
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transistor
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体集積回路に関
し、特にゲートアレイにおける低消費電力の出力回路を
有する半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】ゲートアレイの出力回路の回路形式の中
で同一基板上にバイポーラトランジスタとMOSトラン
ジスタを混在したBiCMOS型出力回路はバイポーラ
トランジスタの高速性とMOSトランジスタの低消費電
力性とを合わせ持った回路形式として広く利用されてい
る。
【0003】BiCMOS型出力回路の一例を示す図7
において、従来のBiCMOS型出力回路は、入力段は
入力端子1を介して入力信号を受けるNチャネルのMO
S型電界効果トランジスタ(以下NMOSと呼ぶ)N1
を有し、NMOSN1はプルアップ抵抗R1を介して電
源に接続されている。出力段はショットキーバリアダイ
オード付NPNトランジスタQ1およびQ2が2段縦型
に接続され、第一のショットキーバリアダイオード付N
PNトランジスタQ1はコレクタが出力端子3に接続さ
れているオープンコレクタ形式の出力回路である。ま
た、第二のショットキーバリアダイオード付NPNトラ
ンジスタQ2のコレクタは抵抗R2を介して電源に接続
され、また、エミッタ抵抗R3を介して接地電位に接続
されている。図7に示す回路の次段に接続される回路の
入力端子は抵抗R5を介して電源に接続される。ここ
で、抵抗R5は消費電力を抑える為に数十KΩの値に設
定されている。
【0004】入力端子1にハイレべルのデータ信号が入
力された場合、NMOSN1は導通状態、第一のショッ
トキーバリアダイオード付NPNトランジスタQ1およ
び第二のショットキーバリアダイオード付NPNトラン
ジスタQ2の各々は非導通状態となり、出力端子3は抵
抗R5により電源電位Vccまで上昇する。入力端子1
にロウレベルのデータ信号が入力された場合、NMOS
N1は非導通状態、NPNトランジスタQ1およびNP
NトランジスタQ2は導通状態となり、出力端子3には
ロウレベルが出力される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のBiC
MOS型出力回路では、出力端子に接続されているオー
プンコレクタ形式の第一のショットキーバリアダイオー
ド付NPNトランジスタおよびその前段に接続されてい
る第二のショットキーバリアダイオード付NPNトラン
ジスタに定常電流が流れる。これは、出力端子に電流負
荷がある場合に、その駆動電流を供給する為、ならびに
第一および第二のショットキーバリアダイオード付NP
Nトランジスタを導通させて第一、第二のショットキー
バリアダイオード付NPNトランジスタをコレクタ飽和
に陥らせない為であるが、出力端子に接続された上記第
一のショットキーバリアダイオード付NPNトランジス
タQ1がスイッチング動作をするとき以外にも電力を消
費するという問題点があった。
【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、エミッタを接地電位に接続しコレクタを出力端子に
接続する第1のバイポーラトランジスタと、エミッタを
前記第1のバイポーラトランジスタのベースおよび第1
の抵抗を介して前記接地電位に接続し、ベースを第2の
抵抗を介しておよびコレクタを第3の抵抗を介して正電
位電源に接続する第2のバイポーラトランジスタと、前
記第2のバイポーラトランジスタのコレクタと前記正電
源間に前記第3の抵抗より抵抗値の小さい第4の抵抗を
介して接続され、ゲート電極にシステムクロック信号と
同期した信号を受ける第1の電界効果トランジスタと、
前記第2のバイポーラトランジスタのベースと前記接地
電位間に接続され、ゲート電極に入力信号を受けて前記
第2のバイポーラトランジスタのオン/オフを制御する
第2の電界効果トランジスタとを備え前記システムクロ
ック信号に同期して前期第1のバイポーラトランジスタ
がスイッチング動作をする半導体集積回路であって、
記システムクロック信号に同期した信号により、前記第
1のバイポーラトランジスタがスイッチングし得るタイ
ミングのとき前記第1の電界効果トランジスタが導通状
態になり、前記スイッチングし得るタイミング以外のと
き前記第1の電界効果トランジスタが非導通状態になる
よう制御される。
【0007】
【0008】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
【0009】本発明による第1の実施例の半導体集積回
路の回路図である図1を参照すると、本発明の第1の実
施例の半導体集積回路は、オープンコレクタ形式の第一
のショットキーバリアダイオード付NPNトランジスタ
Q1の前段に第二のショットキーバリアダイオード付N
PNトランジスタQ2のコレクタと電源の間には抵抗R
2と抵抗R4が並列に接続され、抵抗R4と電源間には
システムクロック信号と同相の信号によって導通制御さ
れるPチャネルのMOS型電界効果トランジスタ(以下
PMOSと呼ぶ)PMOSP1を備えている。PMOS
P1のゲート端子は、入力端子2に接続され、この入力
端子2には図5に示す回路構成の信号遅延回路を含むパ
ルス発生回路が備えられている。また、NPNトランジ
スタQ2の前段にはNチャネルのMOS型電界効果トラ
ンジスタ(以下NMOSと呼ぶ)NMOSN1を有し、
NMOSN1のゲートは入力端子1に接続されている。
さらに、電源VccとNMOSN1のソースとの間に抵
抗R1を有し、抵抗R1の端点がNPNトランジスタQ
2のベースに接続される構成である。図1に示す回路の
次段に接続される回路の入力端子は抵抗R5を介して電
源に接続される。ここで、抵抗R5は消費電力を抑える
為に数十KΩの値に設定されている。上記回路構成によ
る回路動作について図2を参照して説明すると、入力端
子1にハイレベルのデータ信号INが入力された場合、
NMOSN1は導通状態、NPNトランジスタQ1およ
びNPNトランジスタQ2は非導通状態となり、出力端
子3の出力OUTは抵抗R5により電源電圧Vccまで
上昇する。入力端子1にロウレベルのデータ信号INが
入力された場合、NMOSN1は非導通状態、NPNト
ランジスタQ1およびNPNトランジスタQ2は導通状
態となり、出力端子3の出力OUTはロウレベルを出力
する。
【0010】また、図5および図6を参照すると、端子
11に入力される信号を生成するパルス発生回路は、シ
ステムクロックckが第一の信号遅延回路D1を介して
第一のフリップフロップFF1に入力され出力信号q1
は信号遅延t1を伴って出力される。また、第二のフリ
ップフロップFF2には第一の信号遅延回路D1および
第二の信号遅延回路D2を通してシステムクロックck
が入力されその出力q2は信号遅延t2を伴う。第二の
フリップフロップFF2の出力q2はNOT素子4を通
して第一のフリップフロップFF2の出力q2はNOT
素子4を通して第一のフリップフロップのデータに入力
される。第一のフリップフロップFF1の出力q1及び
第二のフリップフロップFF2の出力q2を排他的NO
R素子5を通すシステムクロックの出力CKOUTが生
成される。
【0011】このとき、区間TDおよびTWはそれぞれ
信号遅延回路D1、D2によって以下のように設計する
ことができる。
【0012】TD=D1+D2 TW=(D1+D2+t2+t4)−(D1+t1+t
3)=D2+(t4−t3) ここで、フリップフロップFF1とFF2は近接して配
置した同一のフリップフロップを使用するので信号遅延
t1及びt2は等しいと考えて良い。上記の式によれば
信号遅延回路D1、及びD2の信号遅延d1、d2を適
当な値に設定することにより、システムクロック信号C
Kに同期し、且つ、デューティー変換された信号を生成
することができる。
【0013】上述した回路構成により、端子3の出力信
号の電位一定時はPMOSP1が非導通状態、電位変化
時にはPMOSP1が導通状態となるように信号遅延回
路D1、D2の信号遅延d1、d2を設定する。これに
より、出力信号が立ち下がる前後、すなわちTW区間で
は第二のショットキーバリアダイオード付トランジスタ
Q2に流れる電流は抵抗R2及び抵抗R4によって決定
され、また、出力信号OUTがロウレベルに安定した
後、すなわち区間TW経過後には抵抗R2のみによって
決定される。従って、例えば抵抗R2の抵抗値を第一の
ショットキーバリアダイオード付NPNトランジスタQ
1が飽和しない程度に十分大きな値(数十KΩ)に設定
し、且つ、抵抗R4の抵抗値を抵抗R2の抵抗値よりも
十分小さく(数KΩ)設定することにより、動作速度を
損なうことなく消費電力、特に出力信号OUTがロウレ
ベル一定の時間領域において定常電流を低減できる。
【0014】次に、本発明の参考例の半導体集積回路を
図3に示す。この参考例は、オープンコレクタ形式の第
一のショットキーバリアダイオード付NPNトランジス
タQ1の前段には第二のショットキーバリアダイオード
付NPNトランジスタQ2が接続されている。第2のシ
ョットキーバリアダイオード付NPNトランジスタQ2
のエミッタに接続されている抵抗R3と直列にNMOS
N2を備えている。また、次段に接続される回路の入力
端子は抵抗R5を介して電源に接続される。ここで、抵
抗R5は消費電力を抑える為に数十KΩの値に設定され
ている。回路動作は図1に示す第1の実施例と同様であ
り、NMOSN2は図1に示す第一の実施例におけるP
MOSP1と同じ作用をするので図示するのに留め説明
は省略する。その為、出力信号がロウレベル一定の時に
は抵抗R3に電流は流れず、出力電流は流れず、出力信
号がロウレベル一定の時間領域における消費電力を低減
できる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、システム
クロック信号の周期に基づいて定常電流を制御できる構
成にしたので、システム駆動時における消費電力を低減
できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の半導体集積回路の回路
図である。
【図2】図1に示す第1の実施例の動作を説明するタイ
ミングチャートである。
【図3】本発明の参考例の回路図である。
【図4】図3に示す参考例の動作を説明するタイミング
チャートである。
【図5】本発明の第1の実施例及び参考例のシステムク
ロック発生回路の回路図である。
【図6】図5に示すシステムクロック発生回路の動作を
説明するタイミングチャートである。
【図7】従来の半導体集積回路の回路図である。
【符号の説明】
1,2,11 入力端子 3,6 出力端子 4 NOT素子 5 排他的NOR素子 Q1,Q2 ショットキーバリアダイオード付NPN
トランジスタ N1,N2 NチャネルのMOS型FET P1 PチャネルのMOS型FET R1,R2,R3,R4,R5 抵抗 D1,D2 信号遅延回路 FF1,FF2 フリップフロップ Δpw 従来の出力回路と本発明による出力回路との
消費電力の差 d1 第一の信号遅延回路D1の信号遅延 d2 第二の信号遅延回路D2の信号遅延 t0 NOT素子の信号遅延 t1 第一のフリップフロップFF1内部の信号遅延 t2 第二のフリップフロップFF2内部の信号遅延 t3 排他的NOR素子5の信号遅延 Vcc 電源

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エミッタを接地電位に接続しコレクタを
    出力端子に接続する第1のバイポーラトランジスタと、
    エミッタを前記第1のバイポーラトランジスタのベース
    および第1の抵抗を介して前記接地電位に接続し、ベー
    スを第2の抵抗を介しておよびコレクタを第3の抵抗を
    介して正電位電源に接続する第2のバイポーラトランジ
    スタと、前記第2のバイポーラトランジスタのコレクタ
    と前記正電源間に前記第3の抵抗より抵抗値の小さい
    4の抵抗を介して接続され、ゲート電極にシステムクロ
    ック信号と同期した信号を受ける第1の電界効果トラン
    ジスタと、前記第2のバイポーラトランジスタのベース
    と前記接地電位間に接続され、ゲート電極に入力信号を
    受けて前記第2のバイポーラトランジスタのオン/オフ
    を制御する第2の電界効果トランジスタとを備え前記シ
    ステムクロック信号に同期して前期第1のバイポーラト
    ランジスタがスイッチング動作をする半導体集積回路で
    あって、前記システムクロック信号に同期した信号によ
    り、前記第1のバイポーラトランジスタがスイッチング
    し得るタイミングのとき前記第1の電界効果トランジス
    タが導通状態になり、前記スイッチングし得るタイミン
    グ以外のとき前記第1の電界効果トランジスタが非導通
    状態になるよう制御されることを特徴とする半導体集積
    回路。
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