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JPH07111450A - Deep submicron mosfet output buffer circuit - Google Patents

Deep submicron mosfet output buffer circuit

Info

Publication number
JPH07111450A
JPH07111450A JP5277713A JP27771393A JPH07111450A JP H07111450 A JPH07111450 A JP H07111450A JP 5277713 A JP5277713 A JP 5277713A JP 27771393 A JP27771393 A JP 27771393A JP H07111450 A JPH07111450 A JP H07111450A
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JP
Japan
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voltage
mosfet
gate
pull
buffer circuit
Prior art date
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Application number
JP5277713A
Other languages
Japanese (ja)
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Inventor
Tetsuo Komatsu
徹郎 小松
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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 Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication of JPH07111450A publication Critical patent/JPH07111450A/en
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Abstract

PURPOSE:To reduce the power consumption of the buffer circuit, by generating a gate voltage only when a pull-up element is turned on and applying the voltage to the pull-up element to save power consumption of a voltage generating circuit. CONSTITUTION:When a level of an input terminal Ti is at a high level, a pull- down element comprising MOSFETs 21, 22, connected in series is turned on to secure a drain breakdown voltage and a pull-up element comprising MOSFETs 11, 12 is turned off. In this case, the level of the input terminal of a gate voltage generating circuit 50 goes to low level and a low power supply voltage 2V of the MOSFET 12 is applied and a MOSFET 42 is turned off to stop the operation of the voltage generating circuit. Thus, when the pull-up element is turned off, the power consumption of the gate voltage generating circuit is reduced to reduce the power consumption of the output buffer circuit of the deep submicron MOSFET.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、チャネル長が0.5μ
mを下回る、いわゆるディープサブミクロンMOSFE
Tを用いた半導体出力バッファ回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention has a channel length of 0.5 μm.
So-called deep submicron MOSFE below m
The present invention relates to a semiconductor output buffer circuit using T.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOSLSIの高集積化によって、MO
SFETが微細化し、この微細化によって耐圧が低下
し、電源電圧を5Vとするという長い間の習慣がくずれ
だしている。つまり、チャネル長が0.5μmであるC
MOS回路に対しては、電源電圧を3.3Vまたは3V
にするという方針となりつつある。なお、以下において
は、電源電圧を3.3Vで代表して説明する。
2. Description of the Related Art Due to high integration of MOS LSI, MO
The SFET is miniaturized, the breakdown voltage is lowered by this miniaturization, and the long-term practice of setting the power supply voltage to 5V is breaking down. That is, C having a channel length of 0.5 μm
Power supply voltage is 3.3V or 3V for MOS circuit
It is becoming a policy to In the following description, the power supply voltage will be 3.3 V as a representative.

【0003】チャネル長が0.5μmを下回るディープ
サブミクロン領域では、2V程度の耐圧となり、これに
よって電源電圧の値が決定される。
In the deep submicron region where the channel length is less than 0.5 μm, the breakdown voltage is about 2 V, and the value of the power supply voltage is determined by this.

【0004】ところが、ディープサブミクロンMOSL
SIの電源電圧が2Vであるとしても、そのLSIが置
かれたシステム環境では、電源電圧が3.3Vである従
来のLSIと共存させる必要があり、したがって、電源
電圧が2VであるLSIを、電源電圧が3.3Vである
LSIとインタフェースをとる必要がある。
However, deep submicron MOSL
Even if the SI power supply voltage is 2V, it is necessary to coexist with the conventional LSI having a power supply voltage of 3.3V in the system environment in which the LSI is placed. It is necessary to interface with an LSI whose power supply voltage is 3.3V.

【0005】3.3Vの電源電圧に対するインタフェー
スとして、LVTTL、LVCMOSという規格が形成
されつつあり、LVTTL、LVCMOSの規格におけ
る出力バッファ回路のハイレベル電圧VOHは、それぞれ
OH≧2.4V、VOH≧3.2Vである。
Standards called LVTTL and LVCMOS are being formed as interfaces for a 3.3V power supply voltage. The high level voltage V OH of the output buffer circuit in the LVTTL and LVCMOS standards is V OH ≥2.4 V and V OH , respectively. OH ≧ 3.2V.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、デバイスの
耐圧については、MOSFETのドレイン耐圧と、ゲー
ト耐圧との2つが問題である。
There are two problems with the breakdown voltage of the device: the drain breakdown voltage of the MOSFET and the gate breakdown voltage.

【0007】上記MOSFETのドレイン耐圧は、MO
SFETのドレイン−ソース間の耐圧であり、この耐圧
を越える電圧がドレイン−ソース間に印加されると、ホ
ットキャリアによるデバイス性能劣化につながる。ま
た、上記ゲート耐圧は、ゲート−ソース間またはゲート
−ドレイン間の耐圧であり、この耐圧を越えた電圧がゲ
ート−ソース間またはゲート−ドレイン間に印加される
と、TDDB(time-dependent dielectric breakdown)
によるゲート酸化膜厚破壊につながる。
The drain breakdown voltage of the MOSFET is MO
This is the breakdown voltage between the drain and the source of the SFET, and if a voltage exceeding this breakdown voltage is applied between the drain and the source, the device performance is deteriorated due to hot carriers. Further, the gate breakdown voltage is a breakdown voltage between the gate and the source or between the gate and the drain, and when a voltage exceeding this breakdown voltage is applied between the gate and the source or between the gate and the drain, TDDB (time-dependent dielectric breakdown). )
This leads to the destruction of the gate oxide film thickness.

【0008】ディープサブミクロンMOSLSIを電源
電圧2Vのみで使用すると、CMOS回路を用いても、
出力バッファ回路の出力電圧の最大値が2Vに抑えられ
るために、LVTTL、LVCMOSのハイレベル電圧
OHの規格を満たすことができない。
If a deep sub-micron MOS LSI is used only with a power supply voltage of 2V, even if a CMOS circuit is used,
Since the maximum value of the output voltage of the output buffer circuit is suppressed to 2V, the standard of the high level voltage V OH of LVTTL and LVCMOS cannot be satisfied.

【0009】したがって、LVTTL、LVCMOSと
インタフェース互換にするためには、ディープサブミク
ロンMOSFET出力バッファ回路に3.3Vをも印加
し、この電源電圧から出力バッファ回路のハイレベル電
圧を発生させる必要がある。すなわち、2V、3.3V
の2重電源とする必要がある。
Therefore, in order to make the interface compatible with LVTTL and LVCMOS, it is necessary to apply 3.3V to the deep submicron MOSFET output buffer circuit and generate a high level voltage of the output buffer circuit from this power supply voltage. . That is, 2V, 3.3V
It is necessary to use a dual power source.

【0010】図3は、2重電源を利用した出力バッファ
回路の従来例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a conventional example of an output buffer circuit using a dual power source.

【0011】第1の電源電圧2Vは、この図から省略し
てあるが、n−chMOSFET82のゲートに接続さ
れ、第2の電源電圧3.3Vは、駆動段を構成する回路
に印加されている。直列接続されたMOSFET71、
72によってプルアップ素子が構成され、直列接続され
たMOSFET81、82によってプルダウン素子が構
成され、このように2つのMOSFETを直列接続する
ことによって、1つのMOSFETに加わる電圧を分圧
し、この分圧された電圧の値がドレイン耐圧以下になる
ことによって、ドレイン耐圧を確保している。
Although not shown in the figure, the first power supply voltage 2V is connected to the gate of the n-ch MOSFET 82, and the second power supply voltage 3.3V is applied to the circuit constituting the drive stage. . MOSFET 71 connected in series,
A pull-up element is constituted by 72, and a pull-down element is constituted by MOSFETs 81 and 82 connected in series. By thus connecting two MOSFETs in series, the voltage applied to one MOSFET is divided and this divided voltage is divided. The drain withstand voltage is ensured by setting the voltage value below the drain withstand voltage.

【0012】上記従来例において、ゲート耐圧確保につ
いては、以下のようにして対策をとっている。
In the above conventional example, the following measures are taken to secure the gate breakdown voltage.

【0013】直列接続したMOSFETのうち、電源ま
たは接地線側に近いMOSFET71、81に論理信号
を印加し、直列接続したMOSFETのうち、出力端子
に近いMOSFET72、82にバイアス電圧を定常的
に印加する。さらに、耐圧を満たすために、ゲート耐圧
(つまりゲート−ソース間またはゲート−ドレイン間の
耐圧)VB を2Vとし、出力バッファ回路のハイレベル
電圧VH を、第2の電源電圧3.3Vに等しくし、出力
バッファ回路のローレベル電圧VL を、接地電圧(すな
わち0V)とする。
Of the MOSFETs connected in series, a logic signal is applied to the MOSFETs 71, 81 near the power supply or ground line side, and the bias voltage is constantly applied to the MOSFETs 72, 82 near the output terminal of the MOSFETs connected in series. . Further, in order to satisfy the breakdown voltage, the gate breakdown voltage (that is, breakdown voltage between the gate and the source or between the gate and the drain) V B is set to 2 V, and the high level voltage V H of the output buffer circuit is set to the second power supply voltage 3.3 V. They are made equal, and the low level voltage V L of the output buffer circuit is set to the ground voltage (that is, 0 V).

【0014】また、VGNをn−chMOSFET82の
ゲートバイアス電圧とし、VGPをp−chMOSFET
72のゲートバイアス電圧とした場合、出力バッファ回
路の出力端子がハイ状態、ロー状態において、ゲート−
ソース間の電圧、ゲート−ドレイン間の電圧の絶対値が
2V以内ならば、ゲート耐圧VB の範囲内にあるので、
次の関係が成立する。 |VH −VGN|≦VB 、|VL −VGN|≦VB |VH −VGP|≦VB 、|VL −VGP|≦VB したがって、計算によって、1.3≦VGN≦2、1.3
V≦VGP≦2となる。
Further, V GN is a gate bias voltage of the n-ch MOSFET 82, and V GP is a p-ch MOSFET.
When the gate bias voltage of 72 is applied, when the output terminal of the output buffer circuit is in the high state or the low state,
If the absolute value of the voltage between the source and the voltage between the gate and the drain is within 2 V, it is within the range of the gate breakdown voltage V B.
The following relationship holds. | V H −V GN | ≦ V B , | V L −V GN | ≦ V B | V H −V GP | ≦ V B , | V L −V GP | ≦ V B Therefore, 1.3 is calculated. ≤ V GN ≤ 2, 1.3
V ≦ V GP ≦ 2.

【0015】上記従来例において、プルアップ素子の駆
動力とプルダウン素子の駆動力とを確保するためには、
MOSFET72、82のゲート電圧の絶対値が大きい
方がよい。すなわち、n−chMOSFET82のゲー
トバイアス電圧VGNは高い方がよく、p−chMOSF
ET72のゲートバイアス電圧VGPは低い方がよいの
で、VGP=1.3V、VGN=2Vがよい。
In the above conventional example, in order to secure the driving force of the pull-up element and the driving force of the pull-down element,
It is preferable that the absolute values of the gate voltages of the MOSFETs 72 and 82 are large. That is, the higher the gate bias voltage V GN of the n-ch MOSFET 82 is, the better the p-ch MOSF.
Since the lower the gate bias voltage V GP of the ET72 is, the better, V GP = 1.3 V and V GN = 2 V are better.

【0016】ここで、これらのバイアス電圧VGP、VGN
をどのように作成するかが問題になる。つまり、n−c
hMOSFET82のゲートバイアス電圧VGNの2V
は、第1の電源電圧であるからそのまま利用できるが、
p−chMOSFET72のゲートバイアス電圧VGP
1.3Vは、第1の電源(2V)または第2の電源
(3.3V)から発生させる必要があり、したがって、
このp−chMOSFET72のゲートバイアス電圧V
GPを発生するゲート電圧発生回路に、無駄な消費電力が
生じるという問題がある。
Here, these bias voltages V GP , V GN
How to create is a problem. That is, n-c
2V of gate bias voltage V GN of hMOSFET 82
Can be used as is because it is the first power supply voltage,
The gate bias voltage V GP of 1.3 V of the p-ch MOSFET 72 must be generated from the first power supply (2 V) or the second power supply (3.3 V), and therefore,
The gate bias voltage V of this p-ch MOSFET 72
There is a problem that useless power consumption occurs in the gate voltage generation circuit that generates GP .

【0017】一方、電力節約のために、p−chMOS
FET72のゲートバイアス電圧VGPとして2Vを印加
すると、p−chMOSFET72の駆動力が低下し、
したがって、p−chMOSFET71、72で構成さ
れるプルアップ素子全体としてみれば、駆動力が低下す
るという問題がある。つまり、上記従来例においては、
消費電力を小さくすることと、プルアップ素子の駆動力
を低下させないこととは二律背反する。
On the other hand, in order to save power, p-ch MOS
When 2V is applied as the gate bias voltage V GP of the FET 72, the driving force of the p-ch MOSFET 72 decreases,
Therefore, there is a problem that the driving force is reduced in the entire pull-up element including the p-ch MOSFETs 71 and 72. That is, in the above conventional example,
There is a trade-off between reducing power consumption and not reducing the driving force of the pull-up element.

【0018】本発明は、ディープサブミクロンMOSF
ET出力バッファ回路を構成するプルアップ素子の駆動
力を低下させることがなく、しかも、消費電力を小さく
することができるディープサブミクロンMOSFET出
力バッファ回路を提供することを目的とするものであ
る。
The present invention is a deep submicron MOSF.
An object of the present invention is to provide a deep sub-micron MOSFET output buffer circuit that can reduce the power consumption without reducing the driving force of the pull-up element that constitutes the ET output buffer circuit.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は、プルアップ素
子がオンするときにのみ、ゲート電圧発生回路を動作さ
せ、そのゲート電圧発生回路で発生するたとえば1.3
Vをプルアップ素子に印加し、プルアップ素子がオフの
ときには、ゲート電圧発生回路を停止し、第1の電源で
あるたとえば2V電圧を、プルアップ素子に印加するも
のである。
According to the present invention, the gate voltage generating circuit is operated only when the pull-up element is turned on, and the gate voltage generating circuit generates the voltage, for example, 1.3.
When V is applied to the pull-up element and the pull-up element is off, the gate voltage generating circuit is stopped and a voltage of 2 V, which is the first power supply, is applied to the pull-up element.

【0020】[0020]

【作用】本発明は、ドレイン耐圧を確保するために、直
列接続した2つのp−chMOSFETのうち、出力端
子に近いMOSFETのゲートにバイアス電圧を印加す
る出力バッファ回路において、プルアップ素子がオフの
ときには、上記バイアス電圧を発生するゲート電圧発生
回路を停止し、第1の電源であるたとえば2Vををプル
アップ素子に印加するようにしているので、プルアップ
素子がオフのときには、ゲート電圧発生回路の消費電力
が節減され、したがって、ディープサブミクロンMOS
FET出力バッファ回路の消費電力を低くすることがで
きる。
According to the present invention, the pull-up element is turned off in the output buffer circuit for applying the bias voltage to the gate of the MOSFET close to the output terminal of the two p-ch MOSFETs connected in series in order to secure the drain breakdown voltage. At this time, the gate voltage generating circuit that generates the bias voltage is stopped, and the first power supply, for example, 2V is applied to the pull-up element. Therefore, when the pull-up element is off, the gate voltage generating circuit is turned off. Power consumption is reduced, therefore deep submicron MOS
The power consumption of the FET output buffer circuit can be reduced.

【0021】[0021]

【実施例】図1は、本発明の第1実施例であるディープ
サブミクロンMOSFET出力バッファ回路を示す回路
図である。
1 is a circuit diagram showing a deep submicron MOSFET output buffer circuit according to a first embodiment of the present invention.

【0022】この第1実施例は、低電圧電源の電圧2V
と高電圧電源の電圧3.3Vとを利用しており、デバイ
ス耐圧が2V以上、3.3V未満であるMOSFET1
1、12、21、22を用いたディープサブミクロンM
OSFET出力バッファ回路である。
In this first embodiment, the voltage of the low voltage power source is 2V.
And a high-voltage power supply voltage of 3.3V are used, and the device withstand voltage is 2V or more and less than 3.3V.
Deep submicron M using 1, 12, 21, 22
OSFET output buffer circuit.

【0023】また、第1のp−chMOSFET11と
第2のp−chMOSFET12とが互いに直列に接続
されて、プルアップ素子を構成し、第1のn−chMO
SFET21と第2のn−chMOSFET22とが互
いに直列に接続され、プルダウン素子を構成している。
上記プルアップ素子と上記プルダウン素子とによって、
ディープサブミクロンMOSFET出力バッファ回路の
駆動段が構成されている。
Further, the first p-ch MOSFET 11 and the second p-ch MOSFET 12 are connected in series to each other to form a pull-up element, and the first n-ch MO
The SFET 21 and the second n-ch MOSFET 22 are connected in series with each other to form a pull-down element.
By the pull-up element and the pull-down element,
The drive stage of the deep submicron MOSFET output buffer circuit is constructed.

【0024】具体的には、第1のp−chMOSFET
11のソースが上記高電圧電源に接続され、第1のp−
chMOSFET11のドレインと第2のp−chMO
SFET12のソースとが接続され、第2のp−chM
OSFET12のドレインと第2のn−chMOSFE
T22のドレインとが、ディープサブミクロンMOSF
ET出力バッファ回路の出力端子To に接続され、第2
のn−chMOSFET22のソースと第1のn−ch
MOSFET21のドレインとが接続され、第1のn−
chMOSFET21のソースが接地線側に接続されて
いる。
Specifically, the first p-ch MOSFET
The source of 11 is connected to the high voltage power supply, and the first p-
The drain of the chMOSFET 11 and the second p-ch MO
The second p-chM is connected to the source of the SFET12.
The drain of the OSFET 12 and the second n-ch MOSFE
T22 drain is deep submicron MOSF
It is connected to the output terminal T o of ET output buffer circuit, the second
Source of the n-ch MOSFET 22 and the first n-ch
The drain of the MOSFET 21 is connected to the first n-
The source of the chMOSFET 21 is connected to the ground line side.

【0025】さらに、第1実施例においては、インバー
タINV1とINV3とを介して、第1のp−chMO
SFET11のゲートに論理信号が印加され、インバー
タINV1とINV2とを介して、第1のn−chMO
SFET21のゲートに論理信号が印加されている。
Further, in the first embodiment, the first p-ch MO is connected via the inverters INV1 and INV3.
A logic signal is applied to the gate of the SFET 11, and the first n-ch MO is passed through the inverters INV1 and INV2.
A logic signal is applied to the gate of the SFET 21.

【0026】インバータINV3は、レベル変換機能付
のインバータであり、出力レベルが1.3V、3.3V
に変化するものである。つまり、インバータINV3
は、2VCMOSの信号レベルを、第1のp−chMO
SFET11の信号レベルに変換する機能を備えたイン
バータであり、入力端子がローレベル(0V)であると
きにハイレベルの3.3Vを出力し、入力端子がハイレ
ベル(2V)であるときにローレベルの1.3Vを出力
するものである。
The inverter INV3 is an inverter having a level conversion function and has an output level of 1.3V and 3.3V.
It changes to. That is, the inverter INV3
Signal level of 2V CMOS to the first p-ch MO
It is an inverter having a function of converting to the signal level of the SFET 11, and outputs 3.3V of high level when the input terminal is at low level (0V), and outputs low when the input terminal is at high level (2V). It outputs a level of 1.3V.

【0027】ゲート電圧発生回路50は、高電圧電源の
電圧3.3Vと低電圧電源の電圧2Vとを用いて、低電
圧電源の電圧2Vを下回る電圧、たとえば1.3Vを発
生する回路であり、p−chMOSFET32と、n−
chMOSFET41、42とで構成されている。そし
て、第1のp−chMOSFET11と第2のp−ch
MOSFET12とで構成されるプルアップ素子がオン
すべきときに、ゲート電圧発生回路50が動作し、1.
3Vを発生し、上記プルアップ素子がオフすべきとき
に、ゲート電圧発生回路50が停止して、2Vを出力す
るものである。
The gate voltage generating circuit 50 is a circuit for generating a voltage lower than the voltage 2V of the low voltage power source, for example 1.3V, by using the voltage 3.3V of the high voltage power source and the voltage 2V of the low voltage power source. , P-ch MOSFET 32, and n-
It is composed of chMOSFETs 41 and 42. Then, the first p-ch MOSFET 11 and the second p-ch
When the pull-up element composed of the MOSFET 12 and the MOSFET 12 should be turned on, the gate voltage generation circuit 50 operates and 1.
When 3V is generated and the pull-up element should be turned off, the gate voltage generation circuit 50 stops and outputs 2V.

【0028】また、ゲート電圧発生回路50の出力端子
に、第2のp−chMOSFET12のゲートが接続さ
れ、第2のn−chMOSFET22のゲートに、低電
圧電源の電圧2Vが印加されている。
The gate of the second p-ch MOSFET 12 is connected to the output terminal of the gate voltage generating circuit 50, and the voltage of the low voltage power supply 2V is applied to the gate of the second n-ch MOSFET 22.

【0029】さらに、出力バッファ回路の入力端子Ti
は、インバータINV1を介して、インバータINV3
の入力端子、インバータINV2の入力端子、ゲート電
圧発生回路50の入力端子にそれぞれ接続されている。
Further, the input terminal T i of the output buffer circuit
Through the inverter INV1 and the inverter INV3
, An input terminal of the inverter INV2, and an input terminal of the gate voltage generation circuit 50.

【0030】次に、上記第1実施例の動作について説明
する。
Next, the operation of the first embodiment will be described.

【0031】まず、出力バッファ回路の入力端子Ti
ローレベルであるときには、第1のp−chMOSFE
T11のゲートがローレベルになるので、第1のp−c
hMOSFET11がオンし、第1のn−chMOSF
ET21のゲートもローレベルになるので、第1のn−
chMOSFET21はオフする。
First, when the input terminal T i of the output buffer circuit is at low level, the first p-chMOSFE is used.
Since the gate of T11 goes low, the first pc
The hMOSFET 11 is turned on, and the first n-ch MOSF
The gate of ET21 also goes low, so the first n-
The chMOSFET 21 is turned off.

【0032】このときに、インバータINV1の出力端
子がハイレベルであるので、電圧発生回路50の入力端
子がハイレベルになり、ゲート電圧発生回路50内のn
−chMOSFET42がオンし、p−chMOSFE
T32がオフする。また、n−chMOSFET41の
ゲート電圧が第1の電源電圧2Vであるので、n−ch
MOSFET41は常にオンし、このために、第2のp
−chMOSFET12のゲートの電位は、n−chM
OSFET41と42とのオン抵抗の比で定まる電圧に
なる。
At this time, since the output terminal of the inverter INV1 is at the high level, the input terminal of the voltage generating circuit 50 becomes at the high level, and n in the gate voltage generating circuit 50 is reached.
-Ch MOSFET 42 turns on, and p-ch MOSFE
T32 turns off. Further, since the gate voltage of the n-ch MOSFET 41 is the first power supply voltage 2V, the n-ch
MOSFET 41 is always on, which is why the second p
The potential of the gate of the -ch MOSFET 12 is n-chM
The voltage is determined by the ratio of the ON resistances of the OSFETs 41 and 42.

【0033】ここで、第2のp−chMOSFET12
のゲートの電位が1.3Vになるように、n−chMO
SFET41と42とにおけるチャネル幅を設定してお
く。このときに、n−chMOSFET41、42を通
じて、第2の電源(3.3V)から電流が流れ、消費電
力が発生する。
Here, the second p-ch MOSFET 12
N-chMO so that the potential of the gate of
The channel widths of the SFETs 41 and 42 are set. At this time, current flows from the second power supply (3.3 V) through the n-ch MOSFETs 41 and 42, and power consumption is generated.

【0034】このようにすると、第2のp−chMOS
FET12のゲート電圧が1.3Vになるので、第2の
p−chMOSFET12が十分にオンし、p−chM
OSFET11と12とで構成されているプルアップ素
子のプルアップ機能がオンし、プルダウン素子のプルダ
ウン機能がオフであるために、出力バッファ回路の出力
端子To はハイレベルに保たれる。
By doing so, the second p-ch MOS is formed.
Since the gate voltage of the FET 12 becomes 1.3 V, the second p-ch MOSFET 12 is sufficiently turned on, and the p-chM
Pull-up function of the pull-up device that is configured is turned on in OSFET11 12 and pull-down function of the pull-down element in order to be turned off, the output terminal T o of the output buffer circuit is maintained at a high level.

【0035】一方、出力バッファ回路の入力端子Ti
ハイレベルであると、第1のn−chMOSFET21
のゲートと第1のp−chMOSFET11のゲートと
がハイレベルになり、第1のn−chMOSFET21
がオンし、第1のp−chMOSFET11がオフす
る。つまり、n−chMOSFET21と22とで構成
されるプルダウン素子がオンし、p−chMOSFET
11と12とで構成されるプルアップ素子はオフする。
On the other hand, when the input terminal T i of the output buffer circuit is at high level, the first n-ch MOSFET 21
Of the first n-ch MOSFET 21 and the gate of the first p-ch MOSFET 11 become high level.
Turns on and the first p-ch MOSFET 11 turns off. That is, the pull-down element composed of the n-ch MOSFETs 21 and 22 is turned on, and the p-ch MOSFET is
The pull-up element composed of 11 and 12 is turned off.

【0036】このときに、インバータINV1の出力端
子がローレベルになるので、ゲート電圧発生回路50の
入力端子がローレベルになり、n−chMOSFET4
2がオフし、p−chMOSFET32がオンし、第2
のp−chMOSFET12のゲートは、第1の電源電
圧2Vに保たれる。このときに、n−chMOSFET
41のドレイン、ゲートが接地電位に対してともに2V
であるので、n−chMOSFET41がオフする。す
なわち、ゲート電圧発生回路50内では電流が流れない
ので、ゲート電圧発生回路50における消費電力が生じ
ない。したがって、出力バッファ回路全体として低消費
電力化を図ることができる。
At this time, since the output terminal of the inverter INV1 becomes low level, the input terminal of the gate voltage generating circuit 50 becomes low level and the n-ch MOSFET 4
2 turns off, the p-ch MOSFET 32 turns on, and the second
The gate of the p-ch MOSFET 12 is maintained at the first power supply voltage 2V. At this time, the n-ch MOSFET
The drain and gate of 41 are both 2V with respect to the ground potential.
Therefore, the n-ch MOSFET 41 is turned off. That is, since no current flows in the gate voltage generation circuit 50, power consumption in the gate voltage generation circuit 50 does not occur. Therefore, the power consumption of the entire output buffer circuit can be reduced.

【0037】なお、この場合、プルアップ素子がオフ
し、プルダウン素子がオンするので、出力バッファ回路
の出力端子To はローレベルになる。
[0037] In this case, the pull-up device is turned off and the pull-down device is turned on, the output terminal T o of the output buffer circuit becomes low level.

【0038】図2は、本発明の第2実施例であるディー
プサブミクロンMOSFET出力バッファ回路を示す回
路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a deep submicron MOSFET output buffer circuit according to the second embodiment of the present invention.

【0039】この第2実施例は、3ステート(トライス
テート)出力バッファ回路の例であり、基本的には第1
実施例と同じであるが、第1実施例におけるインバータ
INV1を削除し、インバータINV4と、NORゲー
ト61と、NANDゲート62とを付加したものであ
る。
The second embodiment is an example of a 3-state (tri-state) output buffer circuit, and is basically the first embodiment.
This is the same as the embodiment, but the inverter INV1 in the first embodiment is deleted and an inverter INV4, a NOR gate 61, and a NAND gate 62 are added.

【0040】すなわち、インバータINV4は、イネー
ブル端子Te1のイネーブル信号を反転し、NORゲート
61に供給するものであり、NORゲート61は、出力
バッファ回路の入力端子Ti1からの論理信号とインバー
タINV4の出力信号とを受け、インバータINV3に
供給するゲートであり、NANDゲート62は、上記イ
ネーブル信号と入力端子Ti1からの論理信号とを受け、
インバータINV2に供給するものである。なお、第2
実施例におけるゲート電圧発生回路50は、NORゲー
ト61の出力信号を入力するものである。
That is, the inverter INV4 inverts the enable signal of the enable terminal T e1 and supplies it to the NOR gate 61. The NOR gate 61 inverts the logic signal from the input terminal T i1 of the output buffer circuit and the inverter INV4. The NAND gate 62 receives the output signal from the input terminal T i1 and the logic signal from the input terminal T i1 .
It is supplied to the inverter INV2. The second
The gate voltage generation circuit 50 in the embodiment inputs the output signal of the NOR gate 61.

【0041】次に、第2実施例の動作について説明す
る。
Next, the operation of the second embodiment will be described.

【0042】まず、イネーブル端子Te1の信号がハイレ
ベルであるときに、第1のp−chMOSFET11の
ゲート、ゲート電圧発生回路50の入力端子、第1のn
−chMOSFET21のゲートは、第1実施例と同様
の動作をする。すなわち、出力バッファ回路の入力端子
i1の信号レベルに対して、第1実施例の出力バッファ
回路と同様の動作を行る。
First, when the signal at the enable terminal T e1 is at a high level, the gate of the first p-ch MOSFET 11, the input terminal of the gate voltage generating circuit 50, the first n-th channel.
The gate of the -ch MOSFET 21 operates in the same manner as in the first embodiment. That is, the same operation as that of the output buffer circuit of the first embodiment is performed for the signal level of the input terminal T i1 of the output buffer circuit.

【0043】一方、イネーブル端子Te1がローレベルで
あるときには、出力バッファ回路の入力端子Ti1のレベ
ルにかかわらず、第1のp−chMOSFET11のゲ
ートがハイレベルになり、第1のn−chMOSFET
21のゲートがローレベルになる。すなわち、第1のp
−chMOSFET11、第1のn−chMOSFET
21はいずれもオフ状態であり、つまり、プルアップ素
子、プルダウン素子ともにオフになるので、出力バッフ
ァ回路の出力端子To1は高インピーダンス状態を実現す
る。
On the other hand, when the enable terminal T e1 is at the low level, the gate of the first p-ch MOSFET 11 becomes the high level regardless of the level of the input terminal T i1 of the output buffer circuit, and the first n-ch MOSFET.
The gate of 21 goes low. That is, the first p
-Ch MOSFET 11, first n-ch MOSFET
21 is in the off state, that is, both the pull-up element and the pull-down element are turned off, so that the output terminal To1 of the output buffer circuit realizes a high impedance state.

【0044】このときに、ゲート電圧発生回路50の入
力端子がローレベルになり、第2のp−chMOSFE
T12のゲートには第1の電源電圧2Vが印加され、ゲ
ート電圧発生回路50内では電流が流れないので、ゲー
ト電圧発生回路50における消費電力が生じない。した
がって、出力バッファ回路全体として低消費電力化を図
ることができる。
At this time, the input terminal of the gate voltage generating circuit 50 becomes low level, and the second p-chMOSFE is turned on.
Since the first power supply voltage 2V is applied to the gate of T12 and no current flows in the gate voltage generation circuit 50, power consumption in the gate voltage generation circuit 50 does not occur. Therefore, the power consumption of the entire output buffer circuit can be reduced.

【0045】すなわち、第2実施例においては、3ステ
ート出力バッファ回路の出力端子To1がローレベル状態
であるときと高インピーダンス状態であるときとには、
ゲート電圧発生回路50で電力消費がなく、3ステート
出力バッファ回路の出力端子To1がハイレベルであると
きにのみ電力消費が発生するので、回路全体として、低
消費電力化を図ることができる。
That is, in the second embodiment, when the output terminal To1 of the 3-state output buffer circuit is in the low level state and in the high impedance state,
There is no power consumption in the gate voltage generation circuit 50, and power consumption occurs only when the output terminal To1 of the three-state output buffer circuit is at a high level, so that it is possible to reduce the power consumption of the entire circuit.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明によれば、ドレイン耐圧を確保す
るために、直列接続した2つのp−chMOSFETの
うち、出力端子に近いMOSFETのゲートにバイアス
電圧を印加する出力バッファ回路において、プルアップ
素子がオフのときには、上記バイアス電圧を発生するゲ
ート電圧発生回路を停止し、第1の電源であるたとえば
2Vをプルアップ素子に印加するようにしているので、
プルアップ素子がオフのときには、ゲート電圧発生回路
の消費電力が節減され、したがって、ディープサブミク
ロンMOSFET出力バッファ回路の消費電力を低くす
ることができるという効果を奏する。
According to the present invention, of the two p-ch MOSFETs connected in series in order to secure the drain breakdown voltage, the pull-up is performed in the output buffer circuit for applying the bias voltage to the gate of the MOSFET close to the output terminal. When the element is off, the gate voltage generating circuit for generating the bias voltage is stopped and the first power source, for example, 2V is applied to the pull-up element.
When the pull-up element is off, the power consumption of the gate voltage generation circuit is reduced, and therefore, the power consumption of the deep submicron MOSFET output buffer circuit can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例であるディープサブミクロ
ンMOSFET出力バッファ回路を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a deep sub-micron MOSFET output buffer circuit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例であるディープサブミクロ
ンMOSFET出力バッファ回路を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a deep sub-micron MOSFET output buffer circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図3】2重電源を利用した出力バッファ回路の従来例
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a conventional example of an output buffer circuit using a dual power supply.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…第1のp−chMOSFET、 12…第2のp−chMOSFET、 21…第1のn−chMOSFET、 22…第2のn−chMOSFET、 32…p−chMOSFET、 41、42…n−chMOSFET、 50…ゲート電圧発生回路、 61…NORゲート、 62…NANDゲート、 INV1、INV2、INV4…インバータ、 INV3…レベル変換機能付インバータ、 Ti 、Ti1…ディープサブミクロンMOSFET出力バ
ッファ回路の入力端子、 To 、To1…ディープサブミクロンMOSFET出力バ
ッファ回路の出力端子、 Te …イネーブル端子。
11 ... 1st p-ch MOSFET, 12 ... 2nd p-ch MOSFET, 21 ... 1st n-ch MOSFET, 22 ... 2nd n-ch MOSFET, 32 ... p-ch MOSFET, 41, 42 ... n-ch MOSFET, 50 ... Gate voltage generating circuit, 61 ... NOR gate, 62 ... NAND gate, INV1, INV2, INV4 ... Inverter, INV3 ... Inverter with level conversion function, T i , T i1 ... Input terminal of deep submicron MOSFET output buffer circuit, T o, T o1 ... output terminal of the deep sub-micron MOSFET output buffer circuit, T e ... enable terminal.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03K 19/003 E ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H03K 19/003 E

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いに直列接続された2つのp−chM
OSFETを駆動段のプルアップ素子として使用し、互
いに直列接続された2つのn−chMOSFETを上記
駆動段のプルダウン素子として使用し、上記2つのp−
chMOSFETのうちで所定の高電圧の電源側に設け
られたp−chMOSFETのゲートと、上記2つのn
−chMOSFETのうちで接地線側に設けられたp−
chMOSFETのゲートとに論理信号を印加し、上記
p−chMOSFETの耐圧と上記n−chMOSFE
Tの耐圧とが、ともに上記高電圧よりも低くしかも所定
の低電圧よりも高いディープサブミクロンMOSFET
出力バッファ回路において、 上記プルアップ素子がオンすべきときに、動作して上記
低電圧を下回る電圧を発生し、上記プルアップ素子がオ
フすべきときに、停止して上記低電圧を出力するゲート
電圧発生回路を設け、 上記2つのp−chMOSFETのうちで上記ディープ
サブミクロンMOSFET出力バッファ回路の出力端子
側に設けられたp−chMOSFETのゲートに、上記
ゲート電圧発生回路の出力端子が接続され、上記2つの
n−chMOSFETのうちで上記ディープサブミクロ
ンMOSFET出力バッファ回路の出力端子側に設けら
れたn−chMOSFETのゲートに、上記低電圧が印
加されていることを特徴とするディープサブミクロンM
OSFET出力バッファ回路。
1. Two p-chMs connected in series with each other
The OSFET is used as a pull-up element in the driving stage, two n-ch MOSFETs connected in series are used as pull-down elements in the driving stage, and the two p-
Among the chMOSFETs, a gate of a p-chMOSFET provided on the power supply side of a predetermined high voltage and the two n
-In the p-channel MOSFET, the p- provided on the ground line side
A logic signal is applied to the gate of the ch-MOSFET, and the breakdown voltage of the p-ch MOSFET and the n-ch MOSFE
A deep sub-micron MOSFET whose breakdown voltage of T is both lower than the above high voltage and higher than a predetermined low voltage.
In the output buffer circuit, when the pull-up element should be turned on, it operates to generate a voltage below the low voltage, and when the pull-up element should be turned off, the gate is stopped to output the low voltage. A voltage generating circuit is provided, and the output terminal of the gate voltage generating circuit is connected to the gate of the p-ch MOSFET provided on the output terminal side of the deep submicron MOSFET output buffer circuit of the two p-ch MOSFETs, Of the two n-ch MOSFETs, the low voltage is applied to the gate of the n-ch MOSFET provided on the output terminal side of the deep sub-micron MOSFET output buffer circuit, and the deep sub-micron M is characterized in that
OSFET output buffer circuit.
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