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JPH0567963A - 論理集積回路 - Google Patents

論理集積回路

Info

Publication number
JPH0567963A
JPH0567963A JP3226888A JP22688891A JPH0567963A JP H0567963 A JPH0567963 A JP H0567963A JP 3226888 A JP3226888 A JP 3226888A JP 22688891 A JP22688891 A JP 22688891A JP H0567963 A JPH0567963 A JP H0567963A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
power supply
supply voltage
logic
level conversion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3226888A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaya Muranaka
雅也 村中
Shinichi Miyatake
伸一 宮武
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Hitachi Solutions Technology Ltd
Original Assignee
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi ULSI Engineering Corp, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi ULSI Engineering Corp
Priority to JP3226888A priority Critical patent/JPH0567963A/ja
Publication of JPH0567963A publication Critical patent/JPH0567963A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)
  • Dram (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】電源電圧の低い回路によって電源電圧の高い回
路を動作させる場合に、占有面積が小さく遅延時間も短
いレベル変換回路を提供する。 【構成】低い電源電圧で動作する論理回路と高い電源電
圧で動作する論理回路との間に、低い電源電圧で動作す
る論理部の次段に高い電源電圧で動作するラッチ回路部
が接続されてなるレベル変換回路を接続するようにし
た。 【効果】レベル変換回路の構成が簡略化され、素子の数
を減らすことができるとともにレイアウトにおいて同一
ウェル内にレベル変換回路を構成するMOSFETを形
成することができるため占有面積を減少させることがで
き、また論理段数を少なくすることができるため遅延時
間も短くなり、回路の動作速度を向上させることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路技術さ
らにはレベル変換回路の構成に適用して特に有効な技術
に関し、例えば2電源方式のMOS論理LSIの出力バ
ッファ回路に利用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、LSIの微細化が進むにつれて、
MOSLSIにおいては、電源電圧が5V一定のままで
は短チャネル効果やホットエレクトロンの発生、耐圧の
低下等、素子特性上種々の問題が生じる。そこで、LS
I内部に降圧回路を設け、外部から供給された+5Vの
ような電源電圧Vccで入出力バッファを駆動するとと
もに、上記降圧回路で降圧した3.3Vのような低電圧
でメモリアレイ部やデコーダ等の周辺回路を駆動するよ
うにしたLSIメモリが提案されている(特願平1−6
5840号)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記先願発明において
は、素子の耐圧に合わせた電圧で各回路を駆動できると
いう利点がある。しかしながら、3.3Vのような電圧
で動作される論理ゲート回路で図6に示すような出力バ
ッファ回路を駆動させるようにすると、論理ゲート回路
G1,G2の出力ハイレベルは3.3Vであるため、次
段のインバータINV1,INV2のVcc側のP−M
OSFETが完全にオフしなくなり、貫通電流が流れて
消費電力が増加するという問題点がある。そこで、上述
の先願発明(特願平1−65840号)では、図6のイ
ンバータINV1,INV2の代わりに、図7に示すよ
うなラッチ型のレベル変換回路LC1,LC2を設ける
ようにしている。しかるに、上記レベル変換回路を設け
た出力バッファ回路にあっては、ゲート段数が多くなる
ため、信号遅延時間が大きくなって出力バッファの動作
速度が遅くなるという問題点があった。
【0004】本発明の目的は、電源電圧の低い回路によ
って電源電圧の高い回路を動作させる場合に、占有面積
が小さく遅延時間も短いレベル変換回路を提供すること
にある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規
な特徴については、本明細書の記述および添附図面から
明らかになるであろう。
【0005】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のと
おりである。すなわち、低い電源電圧で動作する論理回
路と高い電源電圧で動作する論理回路との間に、低い電
源電圧で動作する論理部の次段に高い電源電圧で動作す
るラッチ回路部が接続されてなるレベル変換回路を設け
るようにしたものである。上記の場合、例えばラッチ型
レベル変換回路を構成する論理ゲートの一方を複合論理
ゲートとする。
【0006】
【作用】上記した手段によれば、レベル変換回路を構成
する素子の数を減らすことができるとともにレイアウト
においてを同一ウェル内にレベル変換回路を構成するM
OSFETを形成することができるため占有面積を減少
させることができ、また論理段数を少なくすることがで
きるため遅延時間も短くなり、回路の動作速度を向上さ
せることができる。
【0007】
【実施例】図1には、本発明を2電源方式の論理LSI
におけるレベル変換回路に適用した場合の一実施例が示
されている。この実施例の出力バッファの最終出力段1
は、+5Vのような高い電源電圧端子VccHとGND
(接地点)との間に2つのNチャネル型MOSFET
Q1,Q2が直列接続されてなり、2つのMOSFET
Q1,Q2の接続ノードn0が出力端子OUTに接続さ
れている。
【0008】この実施例では、上記出力MOSFET
Q1,Q2のゲート制御信号を形成する論理部は、アウ
トイネーブル信号OEが一方の入力端子に供給され他方
の入力端子に出力データ信号D,D’が供給された出力
状態制御用NANDゲートG1,G2と、このNAND
ゲートG1,G2と上記出力MOSFETQ1,Q2の
ゲート端子との間に挿入されたレベル変換回路LC1,
LC2とにより構成されている。
【0009】上記レベル変換回路LC1,LC2は、そ
れぞれ複合論理ゲートG11とNORゲートG12の入
出力端子が交差結合されたラッチ回路により構成されて
いる。そして、これらの複合論理ゲートG11とNOR
ゲートG12は、出力段1と同様高い電源電圧VccH
で駆動され、上記NANDゲートG1,G2は低い電源
電圧VccLで駆動されるようにされている。これによ
って、NANDゲートG1,G2の出力が3.3Vのよ
うなハイレベルになったとき、ラッチ回路内部で帰還が
かかってNORゲートG12の他方の入力端子に5Vの
電圧が印加されてNORゲートG12のVcc側のP−
MOSFETが完全にオフされ、貫通電流が流れるのが
防止されると共に、出力MOSFET Q1,Q2もオ
フの際にゲート端子が接地電位に固定されて完全にオフ
されるようになる。
【0010】また、特に制限されないがこの実施例で
は、出力端子OUTに負の電圧が印加されたとき出力M
OSFET Q1がオン状態にされて電源電圧Vccか
ら出力端子OUTに向かって大きな電流が流れるのを防
止するため、出力ノードn0と出力MOSFET Q1
のゲート端子との間に、カット用MOSFET Qcが
設けられている。
【0011】図2には、上記レベル変換回路LC1,L
C2を構成する複合論理ゲートG11の具体的回路例が
示されている。すなわち、この複合論理ゲートG11
は、通常のNANDゲートを構成する並列形態のP−M
OSFET Q11,Q12と直列形態のN−MOSF
ET Q13,Q14とともに、上記P−MOSFET
Q11,Q12の共通ドレイン端子と出力ノードn1
との間に直列接続されたP−MOSFET Q15と、
出力ノードn1と接地点との間に上記N−MOSFET
Q13,Q14と並列に接続されたN−MOSFET
Q16とを備えてなる。この複合論理ゲートG11に
おいて、I1,I2はNAND入力、I3はNOR入力
である。
【0012】上記複合論理ゲートG11を使用すること
により、図1のレベル変換回路LC1,LC2は、図7
に示されている回路に比べてインバータINV3がない
分だけ信号の遅延時間が短くなる。すなわち、図7の回
路では、論理ゲートG1,G2から出力MOSFET
Q1,Q2までのゲート段数が3段であるのに対し、図
7の回路では、論理ゲートG1,G2から出力MOSF
ET Q1,Q2までのゲート段数が2段であるため、
動作速度が速くなる。しかも、図7のレベル変換回路L
C1(LC2)は、インバータINV3とNORゲート
を構成するMOSFETを別々のウェル領域内に形成す
るため占有面積が大きくなるのに対し、図1のレベル変
換回路LC1(LC2)は、複合論理ゲートG11を構
成する同一導電型のMOSFETをすべて同一のウェル
領域内に形成できるため、回路の占有面積を低減させる
ことができる。
【0013】図3〜図5には、レベル変換回路に論理機
能を持たせた本発明の他の実施例が示されている。上記
実施例では、出力バッファ回路に好適なレベル変換回路
について説明したが、図3〜図5の論理機能付きレベル
変換回路は、異なる電源電圧で動作する論理回路間で信
号を伝達する場合に利用して好適である。このうち、図
3の回路は、ラッチ回路の一方のゲート回路G11を3
入力NORゲートとしたもので、論理ゲートG11,G
12の電源電圧として高電源電圧VccHを供給し、前
段の論理ゲートG1の電源電圧として低電源電圧Vcc
Lを供給するようにして、論理機能として入力X,Yに
対し論理和(X+Y)をとりかつ出力ハイレベルとして
VccHレベルの信号Zを出力するように構成されてい
る。
【0014】一方、図4の回路は、RSフリップフロッ
プに適用したもので、低電源電圧VccLで駆動される
NORゲートG21とG22からなるラッチ回路の次段
に高電源電圧VccHで駆動されるNORゲートG3
1,G32からなるラッチ回路を接続して、0−Vcc
Lレベルの入力信号を0−VccHレベルの信号Qを変
換して出力するように構成されている。
【0015】また、図5の回路は、同期型フリップフロ
ップに適用したもので、低電源電圧VccLで駆動され
る制御用NORゲートG21とG22の次段に高電源電
圧VccHで駆動されるNORゲートG31,G32か
らなるラッチ回路を接続して、0−VccLレベルの入
力信号を0−VccHレベルの信号Qに変換して出力す
るように構成されている。なお、上記実施例では、電源
電圧が正である場合のレベル変換回路について説明した
が、この発明はそれに限定されず、電源電圧が負である
場合にも同様に適用することができる。
【0016】以上説明したように、上記実施例は、低い
電源電圧で動作する論理回路と高い電源電圧で動作する
論理回路との間に、低い電源電圧で動作する論理部の次
段に高い電源電圧で動作するラッチ回路部が接続されて
なるレベル変換回路を接続してなるので、レベル変換回
路の構成が簡略化され、素子の数を減らすことができる
とともにレイアウトにおいて同一ウェル内にレベル変換
回路を構成するMOSFETを形成することができるた
め占有面積を減少させることができ、また論理段数を少
なくすることができるため遅延時間も短くなり、回路の
動作速度を向上させることができるという効果がある。
【0017】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上
記実施例では低い電源電圧(接地電位)を基準にしてレ
ベル変換を行なっているが、高い電源電圧を基準にして
レベル変換を行なうように回路を構成することも可能で
ある。以上の説明では主として本発明者によってなされ
た発明をその背景となった利用分野である2電源で動作
する論理集積回路に適用した場合について説明したが、
この発明はそれに限定されるものでなく、3電源その他
複数電源の論理集積回路一般に利用することができる。
【0018】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
のとおりである。すなわち、電源電圧の低い回路によっ
て電源電圧の高い回路を動作させる場合に、占有面積が
小さく遅延時間も短いレベル変換回路を実現することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るレベル変換回路を備えた出力バッ
ファ回路の一実施例を示す回路構成図である。
【図2】図1のレベル変換回路を構成する複合論理ゲー
トの一例を示す回路図である。
【図3】本発明に係るレベル変換回路の他の実施例を示
す回路構成図である。
【図4】本発明に係るレベル変換回路の他の実施例を示
す回路図である。
【図5】本発明に係るレベル変換回路の他の実施例を示
す回路図である。
【図6】従来の出力バッファ回路の一例を示す回路構成
図である。
【図7】従来のレベル変換回路を備えた出力バッファ回
路の一実施例を示す回路構成図である。
【符号の説明】
1 出力段 LC1,LC2 レベル変換回路 G11,G12 複合論理ゲート VccH 高い電源電圧 VccL 低い電源電圧 G1,G2,G21,G22 論理部を構成する論理ゲ
ート G11,G12,G31,G32 ラッチ回路部を構成
する論理ゲート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 7342−4M H01L 27/08 321 K (72)発明者 宮武 伸一 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低い電源電圧で動作する論理回路と高い
    電源電圧で動作する論理回路との間に、低い電源電圧で
    動作する論理部の次段に高い電源電圧で動作するラッチ
    回路部が接続されてなるレベル変換回路が設けられてい
    ることを特徴とする論理集積回路。
  2. 【請求項2】 上記ラッチ回路部を構成する一方の論理
    ゲートは、複合論理回路で構成されていることを特徴と
    する請求項1記載の論理集積回路。
  3. 【請求項3】 上記高い電源電圧で動作する論理回路
    は、電源電圧端子間に直列接続された一対のMOSFE
    Tからなる出力回路であることを特徴とする請求項1ま
    たは2記載の論理集積回路。
JP3226888A 1991-09-06 1991-09-06 論理集積回路 Pending JPH0567963A (ja)

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