JPH03247013A - 集積回路用出力回路 - Google Patents

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、集積回路内部で処理された信号を集積回路外
部に大電流で取り出すための出力回路に関する。

従来の技術 従来からの集積回路において、第６図に示されるような
Ｐチャネル金属酸化物半導体形電界効果トランジスタ（
略称ＰｃｈＭＯＳ形ＦＥＴ）３１によるスイッチング回
路が出力回路として用いられてきた。第６図において、
入力信号はＰチャネル金属酸化物半導体形電界効果トラ
ンジスタ３１のゲートに与えられる。Ｐチャネル金属酸
化物半導体形電界効果トランジスタ３１のソースは電源
電圧ＶＤＤに接続され、ドレインは出力端子Ｐ３０に接
続される。Ｐチャネル金属酸化物半導体形電界効果トラ
ンジスタ３１は、入力信号に応じて、入力電圧が電源電
圧ＶＤＤに近くゲート　ソース間の電位差が小さいとき
ドレイン・ソース間の抵抗値を大きくし、入力信号が接
地電圧に近くゲート・ソース間の電位差が大きいときド
レイン・ソース間の抵抗値を小さくするようなスイッチ
ング動作を行う。このスイッチング動作に応じて、Ｐチ
ャネル金属酸化物半導体形電界効果トランジスタ３１の
ドレイン電流が出力端子Ｐ３０がら外部回路に取出され
る。

発明が解決しようとする課題 外部回路に大きな電流を取出すことができるようにする
ためには、電界効果トランジスタのゲート電極の幅を大
きくして、ドレイン・ソース間の導通抵抗を下げる必要
がある。このためには、電界効果トランジスタの面積を
大きくする必要があり、したがって集積回路において電
界効果トランジスタの占める面積の割合が大きくなり、
集積回路の高密度化が困難であった。特に大規模集積回
路（ＬＳＩ）では、出力回路の数も多くなるので、その
面積を縮小する必要性が大きくなる。

本発明の目的は、集積回路において、外部回路に大電流
を取出すことのできる小さい面積の出力回路を提供する
ことである。

課題を解決するための手段 本発明は、入力信号に応答し、その電圧値と大きく増大
するレベル変換手段と、 前記レベル変換手段の出力に応答してスイッチング動作
を行う電界効果トランジスタとを含むことを特徴とする
集積回路用出力回路である。

作　　用 本発明に従えば、入力信号の電圧値がレベル変換手段に
よって大きく増大されて、スイッチング動作を行う電界
効果トランジスタに与えられる。

電界効果トランジスタの駆動電圧が大きくなるので、集
積回路の外部回路に大きな電流を取出すことができる。

実施例 第１図は、本発明による集積回路用出力回路の一実施例
を示すブロック図である。大規模集積回路（ＬＳ　Ｉ　
）などの集積回路の出力端子ＰｌａＰｌｂを介して、出
力用電界効果トランジスタ３ａ、３ｂから外部の回路に
大電流を取出すために本発明が実施される。以下の説明
においては、添字ａ、ｂを省略し、総括的に説明する。

Ｎチャネル金Ｒ酸化物半導体形電界効果トランジスタ（
略称ＮｃｈＭＯ３形ＦＥＴ）３は、ライン４からの入力
信号によってスイッチング制御される。入力信号は大規
模集積回路に含まれている演算処理回路などによって発
生されて、ライン４に与えられる。ライン４からの入力
信号は、各Ｎチャネル金属酸化物半導体形電界効果トラ
ンジスタ３毎に設けられるレベル変換回路１と複数のＮ
チャネル金属酸化物半導体形電界効果トランジスタ３に
共通に設けられる昇圧回路２とを含むレベル変換手段１
．２によって、入力信号の電圧の絶対値が増大されてＮ
チャネル金属酸化物半導体形電界効果トランジスタ３の
ゲートに与えられる６レベル変換手段１，２において、
昇圧回路２の具体的な構成は第２図に示される。この回
路は、チャージポンプとも呼ばれる倍電圧回路である。

第２図において、倍電圧動作を行うために、コンデンサ
ＣＩ、Ｃ２とそれに関連するスイッチング素子８１〜Ｓ
４が設けられ、直流電源■に接続されている。スイッチ
ング素子８１〜Ｓ４は、制御回路Ｃ８によってそのＯＮ
１０　Ｆ　Ｆのスイッチング態様が制御される。制御回
路Ｃ８は大規模集積回路に含まれている前記演算処理回
路などの同期的動作用のクロック発振回路ＣＫからの信
号が与えられ、このクロック信号に同期してスイッチン
グ素子８１〜Ｓ４の動作が行われる。スイッチング素子
８１〜Ｓ４は、たとえば大規模集積回路中で電界効果ト
ランジスタあるいはバイポーラトランジスタなどによっ
て実現される。

倍電圧回路の動作は、第２図（１）と第２図（２）に示
す状態が交互に繰り返されることによって行われる。第
２図（１）においては、第１および第３スイッチング素
子Ｓｌ、Ｓ３がＯＮとなり、第２および第４スイッチン
グ素子Ｓ２．Ｓ４がＯＦＦとなっている。したがって、
直流電圧■は第１コンデンサＣ１の両端に与えられ、第
１コンデンサＣ１は直流電圧■で充電される。制御回路
Ｃ８によって、第１および第３スイツチング素子Ｓ１、
Ｓ３がＯＦＦとされ、第２および第４スイッチング素子
Ｓ２．Ｓ４がＯＮとされた状態が第２図（２）に示され
る。第２図（２）において、第２コンデンサＣ２の両端
には第１コンデンサＣ１と直流電圧■とが直列に接続さ
れた回路からの電圧が与えられる。第１コンデンサＣ１
は、直流電圧Ｖで充電されているので、第２コンデンサ
Ｃ２の両端の電圧は直流電圧Ｖの２倍の電圧Ｖ。。で充
電される。

第１図の実施例においては、直流電圧Ｖとして電源電圧
ｖ９．を用いる。

昇圧回路２は、以上説明したような動作をクロツク発振
回路ＣＫからの信号に同期して繰返して行う。集積回路
が電界効果トランジスタで構成されるときは、消費電流
が極めて小さいので、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量を小
さくすることができ、集積回路中における昇圧回路２の
面積を小さくすることができる。また、複数の出力用電
界効果トランジスタに対して共通に単一の昇圧回路２を
設ければよい。

レベル変換回路１の具体的な回路を、第３図に示す、レ
ベル変換回路１には、第１図に示す昇圧供給ライン６に
よって昇圧電圧■。。が供給される。

入力信号は第１のＮチャネル金属酸化物半導体形電界効
果トランジスタ２１のゲートに与えられ、また、相補形
金属酸化物半導体（略称ＣＭＯ３）による第１の反転回
路２５を介して、第２のＮチャネル金属酸化物半導体形
電界効果トランジスタ２３のゲートに与えられる。第１
Ｎチャネル金属酸化物半導体形電界効果トランジスタ２
１のドレインは、第１のＰチャネル金属酸化物半導体形
電界効果トランジスタ２２を介して、電源電圧Ｖ。

に接続される。第１反転回路２５にも、電源電圧ＶＤＤ
が供給される。第２Ｎチャネル金属酸化物半導体形電界
効果トランジスタ２３のドレインは、第２Ｐチヤネル金
属酸化物半導体形電界効果トランジスタ２４を介して、
昇圧電圧ＶＣｃに接続される。第１Ｐチヤネル金属酸化
物半導体形電界効果トランジスタ２２のゲートは、第２
Ｎチャネル金属酸化物半導体形電界効果トランジスタ２
３のドレインに接続される。第２Ｐチヤネル金属酸化物
半導体形電界効果トランジスタ２４のゲートは、第１Ｎ
チャネル金属酸化物半導体形電界効果トランジスタ２１
のトレインに接続される。第２Ｎチャネル金属酸化物半
導体形電界効果トランジスタ２３のドレイン電圧は、縦
続接続された相補形金属酸化物半導体による第２および
第３の反転回路２６．２７に与えられる。第２および第
３反転回路２６．２７には、第２Ｐチヤネル金属酸化物
半導体形電界効果トランジスタ２４と同様に、昇圧電圧
Ｖｃｃが供給される。

第４図（１）に示すように、電源電圧■ＤＤと接地電位
間の範囲で変化する入力電圧が与えられると、第２Ｎチ
ャネル金属酸化物半導体形電界効果トランジスタ２３の
ドレインにおいて、レベル変換され、バッファとして動
作する第２および第３の反転回路２６．２７を経て、第
４図（２）に示される出力電圧として導出される。

レベル変換回路１によって、電源電圧ＶｐＤよりも高い
昇圧電圧■。Ｃまで増大された入力信号は、第１図のラ
イン５を介して、出力用のＮチャネル金属酸化物半導体
形電界効果トランジスタ３のゲートに与えられる。Ｎチ
ャネル金属酸化物半導体形電界効果トランジスタ３のド
レインは電源電圧ＶＤＤに接続され、ソースはライン７
を介して、大規模集積回路の外部出力端子Ｐ１に接続さ
れる。

金属酸化物半導体形電界効果トランジスタは第５図に示
すような特性を有する。第５図は、ゲート・ソース間電
圧をパラメータとしてドレイン電流とトレイン・ソース
間電圧との関係を示すグラフである。第５図において、
ライン１１．Ｎ２゜１３はゲート・ソース間電圧Ｖｏｓ
ｌ　、　Ｖｏａ２　、　Ｖａｒａ３にそれぞれ対応して
おり、次の第１式の関係がある。

Ｖａｓｌ　　＞　　Ｖｏｓ２　　＞　　Ｖａｓ３　　　
　　　　−（１）したがって、ゲート・ソース間の電位
差の絶対値が大きくなれば、大きなドレイン電流を流す
ことができ、出力端子Ｐ１がら外部回路に大電流を取出
すことができる。

このように、Ｎチャネル金属酸化物半導体形電界効果ト
ランジスタ３のゲートに与えられる電圧の絶対値を入力
信号の電圧の絶対値よりも大きくすることによって、ゲ
ート電極の幅を増大することなくＮチャネル金属酸化物
半導体形電界効果トランジスタ３のドレイン・ソース間
に流れる電流を増大することができ、したがってＮチャ
ネル金属酸化物半導体形電界効果トランジスタ３の形成
に必要な面積を小さくすることができ、大規模集積回路
中に占める面積の割合を小さくすることができる。

レベル変換手段１．２は、比較的小形に形成することが
でき、大規模集積回路中に占める面積がむやみに大きく
なることはなく、これによって大規模集積回路の出力端
子Ｐ１から外部の回路を大を流で駆動することができる
。

たとえば外部回路を２０〜３０ｍＡの電流で駆動するた
めには、従来は０．５ｍｍ角程度の面積の電界効果トラ
ンジスタを使用する必要があったが、本件出力回路の構
成によれば、半分程度の面積に小形化することができる
。

なお、以上の説明においては、出力用の電界効果トラン
ジスタとしてＮチャネルの素子について説明しているが
、昇圧回路２に負の電圧を発生させてレベル変換回路１
に与え、入力信号を負の電圧レベルまで変換することに
よって、第６図に示すようなＰチャネル金属酸化物半導
体形電界効果トランジスタ３１を出力用に使用し、大電
流を外部端子Ｐ３０から外部回路に供給することもでき
る。

また、外部回路から出力用の電界効果トランジスタに電
流が流れ込むような出力回路の構成に対しても、以上の
説明と同様に、入力信号をレベル変換して電界効果トラ
ンジスタに与えることによって、大電流を吸収させるこ
とができる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、電界効果トランジスタに
は、入力信号の電圧値がレベル変換手段によって大きく
増大されて与えられる。電界効果トランジスタは、ゲー
ト・ソース間の電圧の絶対値が大きいほど大電流をトレ
インに流すことができるので、小さなゲート面積でも外
部回路に大電流を取出すことができる。このように、本
発明による集積回路用出力回路を用いることによって、
大電流を取出すことができる集積回路を高密度化するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
昇圧回路２のブロック図、第３図はレベル変換回路１の
回路図、第４図はレベル変換回路１の入出力波形図、第
５図は金属酸化物半導体形電界効果トランジスタの特性
図、第６図は従来技術を示す回路図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力信号に応答し、その電圧値を大きく増大するレベル
   変換手段と、 前記レベル変換手段の出力に応答してスイッチング動作
   を行う電界効果トランジスタとを含むことを特徴とする
   集積回路用出力回路。