DE3537404A1 - CAPACITY DIODE FET LOGIC CIRCUIT FOR GAAS D-MESFET INTEGRATED CIRCUITS - Google Patents

CAPACITY DIODE FET LOGIC CIRCUIT FOR GAAS D-MESFET INTEGRATED CIRCUITS

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DE3537404A1 DE19853537404 DE3537404A DE3537404A1 DE 3537404 A1 DE3537404 A1 DE 3537404A1 DE 19853537404 DE19853537404 DE 19853537404 DE 3537404 A DE3537404 A DE 3537404A DE 3537404 A1 DE3537404 A1 DE 3537404A1
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Description

GIGABIT LOGIC, INC., NEWBURY PARK, CALIF. / USAGIGABIT LOGIC, INC., NEWBURY PARK, CALIF. / UNITED STATES

Kapazitätsdiode-FET-Logikschaltung für GaAs D-MESFET integrierte SchaltungenCapacitance diode FET logic circuit for GaAs D-MESFET integrated circuits

Historisch gesehen lag das quälendste Problem beim Entwurf von MESFET GaAs-integrierten Schaltungen des Verarmungstyps darin, die Pegel-Umschaltfunktion zu realisieren, die zwischen der positiven Drainspannung zum Betrieb dieser N-Kanal-D-MESFETs erforderlich war und der negativen Gatespannungen, die zur Abschaltung anderer D-MESFETs nötig waren. Im Gegensatz hierzu werden bei einer einfachen, direkt gekoppelten FET-Logik (DCFL) die FET-Gate-Eingänge des Anreicherungstyps direkt mit den Drain-Ausgängen verbunden. Somit ist der sich einschwingende Gate-Ausgangsstrom für die Steuerung einer typischen kapazitiven Belastung beim Anstieg (in sourcing) im wesentlichen gleich dem ansteigenden aktiven Laststrom,Historically, the most agonizing problem has been in the design of MESFET GaAs integrated circuits of the depletion type in realizing the level switching function between the positive drain voltage to the Operation of these N-channel D-MESFETs was required and the negative gate voltages that were necessary to turn off other D-MESFETs. In contrast, will with a simple, directly coupled FET logic (DCFL), the FET gate inputs of the enhancement type are included directly connected to the drain outputs. Thus, the settling gate output current for the control is one typical capacitive load during the increase (in sourcing) essentially equal to the increasing active load current,

welcher gleich gross wie der Gleichstromspeisestrom ist, und der beim Absenken (in sinking) das Mehrfache davon betragen kann. Im allgemeinen nähert sich keine der D-MESFET-Schaltungen den veröffentlichten,direkt verkoppelten FET-Logikschaltungen hinsichtlich des Wirkungsgrades (wie er durch das Verhältnis von Laststromsteuerfähigkeit zu Speisestrom definiert ist), und noch weniger bezüglich der Einfachheit. Andererseits sind die aus GaAs hergestellten Feldeffekttransistoren des Anreicherungstyps (E-MESFET, E-JFET und E-HEMT) mit ernsten Fertigungsproblemen belastet, die in erster Linie ihren begrenzten Gate-Hub betreffen (/\VT entspricht näherungsweise 500 mV in E-MESFET DCFL-Schaltungen) und die dadurch bedingte Steuerung der Gate-Schwellenwertspannung (ff V sollte kleiner als oder gleich VT/20 sein, um eine gute Ausbeutung und ein gutes Betriebsverhalten in LSI bis hin zu VLSI-Schaltungen zu erzielen, was näherungsweise 25 mV beim E-MESFET entspricht). Die D-MESFET-Technologie verwendet grössere Logik-Spannungshübe (typischerweise entspricht ^V näherungsweise 1V bis 2V in D-MESFET-Logikschaltungen) im Hinblick auf die erforderliche Gleichmässigkeit, wobei ^V näherungsweise 50 bis 100 mV über einem Chip beträgt, ein Wert, der bei der Fertigung mit der gegenwärtigen Fertigungstechnologie bei GaAs integrierten Schaltkreisen leicht realisiert werden kann.which is the same size as the direct current supply current, and which can be several times that when lowering (in sinking). In general, none of the D-MESFET circuits comes close to the published direct-coupled FET logic circuits in terms of efficiency (as defined by the ratio of load current control capability to supply current), and even less in terms of simplicity. On the other hand, the enhancement-type field effect transistors made from GaAs (E-MESFET, E-JFET, and E-HEMT) are fraught with serious manufacturing problems, primarily affecting their limited gate swing (/ \ V T is approximately 500 mV in E-MESFET DCFL circuits) and the resulting control of the gate threshold voltage ( ff V should be less than or equal to V T / 20 in order to achieve good exploitation and good performance in LSI up to VLSI circuits, which is approximately 25 mV for the E-MESFET). The D-MESFET technology uses larger logic voltage swings (typically ^ V corresponds to approximately 1V to 2V in D-MESFET logic circuits) with regard to the required uniformity, where ^ V is approximately 50 to 100 mV over a chip, a value which can be easily realized in the manufacture with the current manufacturing technology for GaAs integrated circuits.

Die problemlose Herstellung und höheren Schaltgeschwindigkeiten eines D-MESFET GaAs IC diese Schaltungen sehr attraktiv machen, hat die Realisierung der Spannungs-0 umschaltfunktion bei den meisten der veröffentlichten D-MESFET-Schaltungen zu ernsten Kompromissen im Betriebs-The ease of manufacture and higher switching speeds of a D-MESFET GaAs IC make these circuits very good The implementation of the voltage-0 switching function has made most of the published D-MESFET circuits make serious compromises in operational

τ τ

verhalten und/oder beim Leistungswirkungsgrad geführt. In der ursprünglichen Hewlett-Packard (HP) gepufferten-FET-Logikschaltung (BFL, siehe R. L. VanTuyl, C. A. Liechti, R. E. Lee und E. Gowen, IEEE JSSC, SC-I2, Seite 485, 1977), erfolgte die Umschaltung in einer getrennten SOURCE-Folger-Ausgangss tufe , was zu einer maximalen Senkenstrombelastung (sinking current drive) von nur etwa 60 % des Speisestroms führte und einige Geschwindigkeitsverluste als Folge von Verzögerungen in der Ausgangsstufe mit sich brachte. In späteren Arbeiten von Hewlett-Packard wurde bei leicht belasteten Gate-Elektroden der SOURCE-Folger zugunsten einer direkten 3-Diodenkette zu einem Niederziehen (pull down) weggelassen (etwa halbe Breite der aktiven Anzugslast). Diese "ungepufferte" FET-Logikschaltung (BLFL, siehe Barna,behavior and / or performance efficiency. In the original Hewlett-Packard (HP) buffered FET logic circuit (BFL, see R. L. VanTuyl, C. A. Liechti, R. E. Lee and E. Gowen, IEEE JSSC, SC-I2, p 485, 1977), the switchover took place in a separate SOURCE follower output stage, resulting in a maximum Sinking current drive of only about 60% of the supply current resulted in some speed losses as a result of delays in the output stage. In later work from Hewlett-Packard, the SOURCE follower in favor of a direct one for slightly loaded gate electrodes 3-diode chain for pulling down is omitted (about half the width of the active pull-in load). These "unbuffered" FET logic circuit (BLFL, see Barna,

A. und CA. Liechti, "Optimization of GaAs MESFET Logic Gates with Subnanosecond Propagation Delays", IEEE Journal of Solid-State Circuits, SC-14, August 1979) lieferte verbesserte Verzögerungen bei geringen Ausgangs-Verzweigungen, ergab jedoch immer noch einen Stromwirkungsgrad von etwa 50 % (der Ausgang konnte etwa 50 % des Speisestroms ansteigen oder absinken), sowie einen noch kleineren Leistungswirkungsgrad, da wie bei der gepufferten FET-Logikschaltung (BFL) dieser grosse Strom nach -V^1., und nicht nach V„„ (Masse bei BFL) geht. Diese "ungepufferte" FET-Logiksehaltung erzeugt ferner ein weiteres Problem der Stromdifferenz. Der verfügbare Laststrom ist die Differenz zwischen einem grossen Anzugsstrom und einem grossen Niederzugsstrom, so dass, falls das Verhältnis zwischen den Strömen sich ändert, (beispielsweise als Folge statistischer ParameteränderungenA. and CA. Liechti, "Optimization of GaAs MESFET Logic Gates with Subnanosecond Propagation Delays", IEEE Journal of Solid-State Circuits, SC-14, August 1979) provided improved delays for low output branches, but still gave a current efficiency of about 50% ( the output could rise or fall by about 50% of the supply current), as well as an even lower degree of efficiency, since as with the buffered FET logic circuit (BFL) this large current to -V ^ 1. , and not to V "" (ground at BFL ) goes. This "unbuffered" FET logic circuit also creates another problem of current differential. The available load current is the difference between a large pull-in current and a large pull-down current, so that if the ratio between the currents changes (for example as a result of statistical parameter changes

oder "backgating") die verfügbare Laststrombelastung (load current drive) stark beeinträchtigt wird. Dieses Problem ist noch ernster in einer FET-Schottky-Dioden-Schaltung (SDFL, siehe US-PS 4 300 064· und Referenz 3, R.C. Eden, B.M. Welch, R. Zucca und S.I. Long, IEEE Tran. Electron Devices, ED-26, Nr. 4, S. 299-317 (1979) oder SC-14, Nr. 2, S. 221-239 (1979)), wo infolge der Verwendung einer Diodenlogikschaltung die Niederzugslast schwer ist und in der Tat veränderlich, abhängig von der Ausgangsverzweigung und dem logischen Zustand anderer Gate-Eingänge an den belasteten Gates. Vom Standpunkt des Stromwirkungsgrades ist eine kapazitätsgekoppelte FET-Logikschaltung (CCFL, siehe A.W. Livingstone und P.J.T. Mellor, "Capacitor Coupling of GaAs Depletion Mode FET's" 1980 GaAs IC Symposiom Abstracts, Papier Nr. 10) ausgezeichnet (etwa gleichermassen wie DCFL) und gestattet einen Betrieb mit Single-Versorgung, jedoch können CCFL-Gates nicht bis zu Gleichstrom (de) arbeiten, was gewöhnlich bei Logikanwendungen nicht annehmbar ist. Ferner verwenden die veröffentlichten CCFL-Schaltungen in Sperrichtung betriebene Schottky-Dioden, die auf der FET η -Kanalschicht für die Kopplungskondensatoren aufgebracht sind. Bei der normalen, in Sperrichtung wirkenden Vorspannung dieser Kapazitätsdioden, wurde diese n~-Schicht abgeschnürt, so dass die Kapazitätsstruktur sehr kompliziert war und bezüglich der Flächenausnutzung einen geringen Wirkungsgrad aufwies. Eine ähnliche Betriebsweise, die jedoch bis zu Gleichstrom anwendbar war, wurde durch Zugabe eines Feedforward-Kondensators zur BFL-Gateanordnung erzielt (FF-BFL, siehe M.R. Namordi und W.A. White, IEEE Electron Device Letters,or "backgating") the available load current drive is severely impaired. This Problem is even more serious in an FET Schottky diode circuit (SDFL, see U.S. Patent 4,300,064 and Reference 3, R.C. Eden, B.M. Welch, R. Zucca and S.I. Long, IEEE Tran. Electron Devices, ED-26, No. 4, pp. 299-317 (1979) or SC-14, No. 2, pp. 221-239 (1979), where as a result of Using a diode logic circuit the pull-down load is heavy and, in fact, changeable, dependent from the output branch and the logic state of other gate inputs on the loaded gates. From the point of view the current efficiency is a capacitance-coupled FET logic circuit (CCFL, see A.W. Livingstone and P.J.T. Mellor, "Capacitor Coupling of GaAs Depletion Mode FET's" 1980 GaAs IC Symposiom Abstracts, Paper No. 10) excellent (about the same as DCFL) and allows operation with single supply, however, CCFL gates cannot be up to direct current (de) work, which is usually unacceptable in logic applications. Furthermore, the published CCFL circuits in the reverse direction operated Schottky diodes, which are on the FET η -channel layer for the coupling capacitors are upset. With the normal reverse bias of these varactor diodes, this n ~ layer was pinched off, so that the capacitance structure was very complicated and related the use of space showed a low level of efficiency. A similar mode of operation, but up to direct current was applicable, was achieved by adding a feedforward capacitor to the BFL gate arrangement (FF-BFL, see M.R. Namordi and W.A. White, IEEE Electron Device Letters,

V.EDL-3, Nr. 9, September 1982, S. 264-267), jedoch mit merklicher Einbusse beim Stromwirkungsgrad und komplexem Aufbau als Folge der SOURCE-Folger-Ausgangsstufe.V.EDL-3, No. 9, September 1982, pp. 264-267), but with a noticeable loss of power efficiency and complexity Structure as a result of the SOURCE follower output stage.

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer mit Kapazitätsdiode verkoppelten Logik-Torschaltung zum Entwurf von GaAs D-MESFET-Logikschaltkreisen, welche in direkter Kopplung (de) einen Betrieb mit sehr hohen Geschwindigkeiten und typischerweise einen Stromwirkungsgrad von 90 bis 97 % gestatten.(CDFL-Tore können in SOURCE näherungsweise 90 bis 97 % des Speisestroms abgeben und bis zu einem Mehrfachen hiervon senken.) Ferner erfordert diese erfindüngsgemäss in Betracht gezogene Torschaltung nicht die Komplikation einer SOURCE-Folger-Ausgangsstufe an jedem Gate. Die in Frage stehende CDFL-Anordnung basiert auf der Erkenntnis, dass in einer FET-Logik die Lastströme im wesentlichen kapazitiv sind. Das heisst, dass das beste Spannungsumschaltelement eine winzige Batterie wäre, die auf dem Chip zwischen den D-MESFET-Drainelektroden am FET-Logik-Knotenpunkt und dem Gate-Ausgang integriert ist. Bei reinen kapazitiven Lasten wird von einer derartigen Batterie keine Netto-Gleichstromleistung benötigt und in der Tat würde die Batterie geladen und nicht entladen, wenn die Gates der mit dem Ausgang verbundenen MESFETs gelegentlich in Vorwärtsrichtung leitend werden. Da keine derartigen Batterieanordnungen in integrierten Schaltungen gegenwärtig verfügbar sind., ist ein geeigneter Ersatz, der minimale Leistung benötigt oder minimale Komplikationen verursacht, erwünscht.The invention relates to the use of a logic gate circuit coupled to a capacitance diode for design of GaAs D-MESFET logic circuits, which are directly coupled (de) to operate at very high speeds and typically allow 90 to 97% power efficiency (CDFL gates can be used in SOURCE give approximately 90 to 97% of the supply current and reduce it up to a multiple of this.) Also required this gate circuit considered according to the invention not the complication of a SOURCE follower output stage on each gate. The one in question CDFL arrangement is based on the knowledge that in FET logic the load currents are essentially capacitive. This means that the best voltage switching element would be a tiny battery that is on the chip between the D-MESFET drain electrodes at the FET logic node and the gate output is integrated. With pure capacitive Loads, no net DC power is required, and indeed would be, from such a battery the battery is charged and not discharged when the gates of the MESFETs connected to the output occasionally become conductive in the forward direction. There are no such Battery assemblies in integrated circuits are currently available, a suitable replacement is the minimal power required or minimal complications caused, desired.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Festpotential-Umschaltschaltung für GaAs-integrierte Schaltungen zu schaffen, die den Laststrom-Treiber-Wirkungsgrad vergrössert,ohne eine merkliche Signalverzögerung zu verursachen und die eine annehmbare Grosse hat, d.h. die Gate-Dichte der integrierten Schaltungen nicht unzulässig verringert. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anzahl von spezifischen Schaltkreistechniken für D-MESFET-Logikschaltungen zu schaffen, einschliesslich einer Schottky-Diodenklemmung mit "hohem" Abzug und Sättigungsdiodenklemmung mit "niedrigem" Abzug, was die Logik-Verzögerungszeiten oder Schaltgeschwindigkeiten weiter verbessern kann. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Eingangsschaltungen anzugeben, die Sättigungswiderstand-(SATR)-Schottky-Dioden-Klemmtechniken in Verbindung mit einer CDFL-Umschaltung verwenden, die· beide einen Schutz gegen Ausbrennen bei grober Logik-Eingangssignalübersteuerung und eine scharfe Kontrolle der Eingangsschwellenspannung ermöglichen (selbst wenn sich die MESFET-Einschnürungsspannung als Folge von Prozessänderungen verändert), so dass eine Signalkcmpatibilität mit üblichen bipolaren, emitterverkoppelten Logikschaltungen (ECL) auf Siliciumbasis erzielt werfen kann.The invention is therefore based on the object of providing a fixed-potential switching circuit for integrated GaAs To create circuitry that increases load current driver efficiency without noticeable signal delay and which is of an acceptable size, i.e. the gate density of the integrated circuits not reduced inadmissibly. Another object of the invention is to provide a number of specific Create circuit techniques for D-MESFET logic circuits, including Schottky diode clamping with "high" deduction and saturation diode clamping with "low" deduction, which increases the logic delay times or can further improve switching speeds. Another object of the invention is to provide input circuits indicate the saturation resistance (SATR) Schottky diode clamping techniques in conjunction with a CDFL switch, use both one Protection against burnout in the event of gross logic input signal overload and strict control of the input threshold voltage enable (even if the MESFET necking voltage changes as a result of process changes changed), so that a signal compatibility with common bipolar, emitter-coupled logic circuits (ECL) based on silicon.

Schliesslich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Ausgangsscha.ltungen anzugeben, die eine "hohe" Klemmung mittels Schottky-Diode und eine "niedrige" Klemmung mittels Sättigungsdiode am Gate-Eingang einer SOURCE-Folger-Ausgangsvorrichtung aufweisen, was es der Schaltung gestattet, die Fähigkeit zu einer Phantom-ODER-Verknüpfung beizubehalten, sowie eine gesteuerte ECL-Finally, the invention is based on the object of specifying output circuits which have a "high" clamping by means of a Schottky diode and a "low" clamping by means of a saturation diode at the gate input of a SOURCE follower output device which allows the circuit to be phantom-ORed as well as a controlled ECL

Ausgangssignalkompatibilität über einen weiten Bereich des Lastwiderstands und ausgangsseitiger Spannungskombinationen .Output signal compatibility over a wide range of load resistance and output voltage combinations .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Festpotential-Umschaltvorrichtung gelöst, die gekennzeichnet ist durch eine Vorspannungseinrichtung, die parallel zu einer Kapazitätsanordnung liegt, wobei die Parallelanordnung der Vorspannungseinrichtung und der Kapazitätsanordnung in Reihe zu einer Senkenanordnung liegt, um eine gesteuerte Spannungsumschaltung zwischen einem Eingang und einem Ausgang in einer integrierten Halbleiterumschaltung zu erzielen.According to the invention, this object is achieved by a fixed-potential switching device solved, which is characterized by a biasing device which is parallel to a capacitance arrangement, the parallel arrangement the biasing device and the capacitance arrangement are in series to form a sink arrangement, a controlled voltage switch between an input and an output in an integrated semiconductor switch to achieve.

Die Erfindung wird anschliessend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will then be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:

Fig. 1 eine CDFL-Spannungsumschaltschal-Fig. 1 a CDFL voltage switching switch

tung,
20
tion,
20th

Fig. 2 eine typische CDFL NOR-Torschal-Fig. 2 shows a typical CDFL NOR gate

tung mit einer ausgangsseitigen CDFL Pegelumschaltvorrichtung, unddevice with a CDFL level switching device on the output side, and

Fig. 3 eine ECL-kompatible CDFL-Eingangs/Fig. 3 an ECL-compatible CDFL input /

Ausgangs-Schaltung für einen Logik-Inverter. Output circuit for a logic inverter.

Es wird nunmehr auf Fig. 1 Bezug genommen, in welcher die Kapazitätsdiode-FET-Logikschaltung (CDFL) die Umschaltvorrichtung gemäss Fig. 1 als ausreichend nahekom-Referring now to Figure 1, the varactor diode FET logic circuit (CDFL) provides the switching device according to Fig. 1 as sufficiently close

menden Ersatz für die vorausgehend in der Zusammenfassung der Erfindung erwähnte ideale Batterie. Die Schaltung besteht aus einem Kondensator (DCAP) 10, welcher durch eine im wesentlichen konstante Spannung, VotJXm,A substitute for the ideal battery mentioned earlier in the Summary of the Invention. The circuit consists of a capacitor (DCAP) 10, which by an essentially constant voltage, V otJX " m ,

OnXr J,OnXr J,

aufgeladen gehalten wird, und zwar mittels eines kleinen Stroms, der durch eine Kette von drei kleinen Schottky-Dioden 12, 14 und 16 fliesst. Der kleine Vorspannungsstrom wird durch eine sehr kleine Niederzugsstromsenke PD 18 geliefert, die mit einer negativen Spannungsversorgung, V„„ verbunden ist (V1-,- soll etwa 1 Volt oder grosser sein, stärker negativ als der negativste ausgangsseitige Logikhub, wenn D-MESFETs mit V = -1,0V Einschnürungsspannung für PD 18 verwendet werden). Ferner ist I , näherungsweise gleich I, .is kept charged by means of a small current flowing through a chain of three small Schottky diodes 12, 14 and 16. The small bias current is supplied by a very small pull-down current sink PD 18, which is connected to a negative voltage supply, V "" (V 1 -, - should be about 1 volt or greater, more negative than the most negative output-side logic swing if D-MESFETs with V = -1.0V constriction voltage can be used for PD 18). Furthermore, I, is approximately equal to I,.

Ein ordnungsgemässer Betrieb der Umschaltvorrichtung gemäss Fig. 1 wird erhalten, wenn die Kapazität des Umschaltkondensators DCAP 10 viel grosser ist als die Lastkapazität 20 (typischerweise 3x bis 1Ox grosser als die Lastkapazität Ct). Unter diesen Umständen geht tat-Correct operation of the switching device according to FIG. 1 is obtained when the capacitance of the switching capacitor DCAP 10 is much larger than the load capacitance 20 (typically 3x to 10x larger than the load capacitance C t ). Under these circumstances, indeed

L

sächlich der gesamte eingangsseitige Wechselstrom in die Last und die Spannungsverstärkung der Umschaltvorrichtung für die hochfrequente Wechselspannung Λντ/ΔνΐΝ = CDCAP/(CL + 0DCAP* nähert sich 1 (0'75 bis > °'9)' Während andere Kapazitätsanordnungen, wie beispielsweise MIM (Metall-Isolator-Metall)-Kondensatoren mit hoh^m 6 für DCAP verwendet werden könnten, wird in den vorliegenden Schaltungen eine in Sperrichtung geschaltete Schottky-Diodenanordnung mit einem besonders hohen C/A (Kapazität geteilt durch Flär.he) verwendet. Diese Anordnung wirdmainly the total input-side alternating current into the load and the voltage gain of the switching device for the high-frequency alternating voltage Λ ν τ / Δ ν ΐΝ = C DCAP / (C L + 0 DCAP * approaches 1 (0 '75 to> °' 9) 'during other capacitance arrangements, such as MIM (metal-insulator-metal) capacitors with hoh ^ m 6 could be used for DCAP, a reverse-biased Schottky diode arrangement with a particularly high C / A (capacitance divided by Flär .he) This arrangement is used

1 7 auf einem verhältnismässig kräftig dotierten (? 2x10 /cm2)1 7 on a relatively heavily endowed (? 2x10 / cm 2 )

Implantat ausreichender Dicke hergestellt, um sicherzustellen, dass bei der normalen,in Sperrichtung wirkenden Vorspannung keine Einschnürung erfolgt (die Umschaltspannung V ist näherungsweise 2,3 V bei einer mit drei Dioden arbeitenden Umschaltvorrichtung). Die DCAP-Kapazität kann ferner ohne zusätzlichen Aufwand an Chipfläche erhöht werden, indem der Diodenkapazität eine MIM-Kapazität einer zusätzlichen Metallschichtelektrode einer zweiten Schicht parallel geschaltet wird, die mit der Diodenkathode verbunden ist und an der Oberseite des Schottky-Anodenmetalls liegt, aber durch eine dünne dielektrische Schicht von diesem getrennt ist. Diese grundlegende Umschaltvorrichtung 22 kann überall in den Schaltungen verwendet werden, wenn eine Pegelumschaltung erforderlich ist, beispielsweise in Eingangs/Ausgangs-Schaltungen (I/O), bei Gatter-Eingängen, Gatter-Ausgängen, etc.. Eine einfache CDCL NOR-Gatteranordnung mit drei Eingängen, welche eine CDFL-Ausgangspegel -Umschal tvorr ichtung verwendet, ist in Fig. 2 dargestellt. Es ist auch möglich, die CDFL-Umschaltvorrichtungen in äquivalenter Weise an jedem Gattereingang anzuordnen, so dass die Leitungsverbindungskapazitäten nicht über DCAP 29 betrieben werden müssen, so dass die Fläche von DCAP 29 kleiner bemessen werden kann, jedoch erfordert dies mehr Umschaltvorrichtungen, da typischerweise eine mehrfach höhere Anzahl von Gattereingängen als Gatterausgängen vorhanden ist. Die drei Drain-punktierte n(parallel geschalteten)D-MESFETs 24, 26 und 28 die zur Erzielung der NOR-Funktion in Fig. 2 verwendet werden, veranschaulichen eine CDFL-Torschaltungsausbildung. Im allgemeinen können verschiedene Reihen-Parallel-Implant made of sufficient thickness to ensure normal, reverse-acting Bias voltage no constriction occurs (the switching voltage V is approximately 2.3 V for a switching device working with three diodes). The DCAP capacity can also be used without additional effort in chip area can be increased by adding the diode capacitance to an MIM capacitance of an additional metal layer electrode a second layer is connected in parallel, which is connected to the diode cathode and to which Upper side of the Schottky anode metal lies, but separated from it by a thin dielectric layer is. This basic switching device 22 can be used anywhere in the circuits if a Level switching is required, for example in Input / output circuits (I / O), with gate inputs, Gate outputs, etc .. A simple CDCL NOR gate arrangement with three inputs, which uses a CDFL output level switching device, is shown in FIG. It is also possible to use the CDFL switching devices in an equivalent manner at each gate input to be arranged so that the line connection capacities do not have to be operated via DCAP 29, so that the Area of DCAP 29 can be made smaller, but this requires more switching devices than typically there is a multiple higher number of gate inputs than gate outputs. The three drain-dotted n (parallel connected) D-MESFETs 24, 26 and 28 which are used to achieve the NOR function in FIG demonstrate CDFL gating training. In general, different series-parallel-

Kombinationen von D-MESFETs verwendet werden, um unterschiedliche Logikfunktionen in einer Kapazitäts-Diodenverkoppelten FET-Logik (CDFL) zu erzielen, wie auch in anderen Arten einer FET-Logik- Die Verwendung von Dual-Gate FETs oder Reihen- und Parallel-Kombinationen von FETs zur Erzielung unterschiedlicher Logikfunktionen in einer FET-Logik-Torschaltung sind dem Fachmann bekannt, wie auch die Verwendung anderer Arten von Lastvorrichtungen, wie beispielsweise Sättigungswiderstände, Gate-freie FETs, Widerstände oder Widerstandskombinationen mit FETs, wie die Anzugslast 33 und/oder Niederzugslast 35 (oder 18 in Fig. 1 oder 56, 58, oder 60 in Fig. 3). Diese Schaltung ist mit den üblichen Stromversorgungspotentialen für ECL-kompatiblem Betrieb dargestellt (VDD, = Masse, V_„ = -5,2 V als Standard-ECL-Versorgungen, zuCombinations of D-MESFETs can be used to achieve different logic functions in capacitance-diode-coupled FET logic (CDFL), as well as in other types of FET logic- The use of dual-gate FETs or series and parallel combinations of FETs for achieving different logic functions in an FET logic gate circuit are known to the person skilled in the art, as are the use of other types of load devices, such as, for example, saturation resistors, gate-free FETs, resistors or resistance combinations with FETs, such as the pull-in load 33 and / or pull-down load 35 (or 18 in Fig. 1 or 56, 58, or 60 in Fig. 3). This circuit is shown with the usual power supply potentials for ECL-compatible operation (V DD , = ground, V_ "= -5.2 V as standard ECL supplies, too

XL· CiXL · Ci

welchen eine Stromversorgung V _ = -3,3 V hinzugefügt wurde) . Für einen üblicheren GaAs IC-Betrieb würde νςς = Masse, V__ = -1,9 V (oder stärker negativ) und VDD_ = +3,3 V (oder stärker positiv). Diese Schaltung erfordert mit den besonderen dargestellten FET-Bemessungen einen maximalen Versorgungsstrom von (^noo/^ x 16,5 Mikrometer (W = Gatebreite), während die Schaltung bis zu (I Sg/W) χ (16,5-1,5 Mikrometer = 15 Mikrometer)abgeben (SOURCE) kann, so dass der Stromwirkungsgrad (sourcing) gleich 15/16,5 =91% ist. Der Stromwirkungsgrad beim Senken kann mehrere Hundert Prozent betragen (abhängig von der maximalen Eingangsspannung), selbst ausgehend von einem einzigen Eingang.to which a power supply V _ = -3.3 V was added). For more common GaAs IC operation, ν ςς = ground, V__ = -1.9 V (or more negative) and V DD _ = +3.3 V (or more positive). With the special FET dimensions shown, this circuit requires a maximum supply current of (^ noo / ^ x 16.5 micrometers (W = gate width), while the circuit requires up to (I Sg / W) χ (16.5-1.5 Micrometers = 15 micrometers) (SOURCE), so that the current efficiency (sourcing) is equal to 15 / 16.5 = 91%. The current efficiency when lowering can be several hundred percent (depending on the maximum input voltage), even starting from one single entrance.

Die CDFL NOR-Gatteranordnung gemäss Fig. 2 veranschaulicht ferner eine weitere, für GaAs-Schaltungen entwickelteThe CDFL NOR gate arrangement of FIG. 2 illustrates also another one developed for GaAs circuits

Technik zur Aufrechterhaltung eines Betriebs mit hoher Geschwindigkeit über einen weiten Bereich von Speisespannungen (V-Tvr-V,,^ = 3,3 bis 7 Volt), falls erwünscht.Technique for maintaining operation with high Speed over a wide range of supply voltages (V-Tvr-V ,, ^ = 3.3 to 7 volts) if desired.

UUL· £>oUUL £> o

In üblichen FET-Logikschaltungen wird der Logik-Hoch-Hub begrenzt durch die positive Speisespannung (V nT-V ) mittels der "weich-begrenzenden" Wirkung einer aktiven Anzugslast (pullup load), PU, die aus der Drainsättigung hervorgeht. Während V_.,^T-V__ ansteigt, erhöht sich der positive Logikhub bis zu dem Zeitpunkt, an welchem die Schottky-Gates der belasteten MESFETs in einen harten Leitungszustand übergehen. Dieser letzte Zustand bringt die MESFETs in einen extrem armen ΐγ Betriebsbereich (sehr hohe Gatekapazität C mit schlechtem Gegenwirkleitwerk g ), mit sich verschlechterndem Betriebsverhalten zusätzlich zu dem, das durch den exzessiven Logikspannungshub selbst verursacht wird (die Schaltübergangszeit einer kapazitiven Last C-, bei einem konstanten Laststrom IT, wobei das Schalten über eine Logik-Hubspannung ^VT erfolgt, ist näherungsweise ^t = C1^V1-/IT) Die wahlweise Verwendung einer Schottky-Schaltdiode 30, DLCH, zur Logik-Hoch-Klemmung mit einem Klemmungspotential VTr,„ liefert eine harte Begrenzung des positiven Logikhubs, unabhängig von νπΓ.τοο, wodurch die er-In conventional FET logic circuits, the logic high lift is limited by the positive supply voltage (V nT -V) by means of the "soft-limiting" effect of an active pull-up load, PU, which results from drain saturation. While V _., ^ T -V__ increases, the positive logic swing increases until the point in time at which the Schottky gates of the loaded MESFETs change to a hard conduction state. This last state brings the MESFETs into an extremely poor ΐγ operating range (very high gate capacitance C with poor counteractive tail g), with deteriorating performance in addition to that caused by the excessive logic voltage swing itself (the switching transition time of a capacitive load C-, at a constant load current I T , with the switching taking place via a logic lift voltage ^ V T , is approximately ^ t = C 1 ^ V 1 - / I T ) The optional use of a Schottky switching diode 30, DLCH, for logic high clamping with a clamping potential V Tr , “ provides a hard limitation of the positive logic swing, regardless of ν πΓ . τοο , whereby the

UUL· ο οUUL · ο ο

wähnte Verschlechterung des Betriebsverhaltens mit sich ändernder Speisespannung (d.h. Erhöhung von ^V mit ansteigender V_._T) verhindert wird. Das VT _ -Potentialmentioned deterioration of the operating behavior with changing supply voltage (ie increase of ^ V with increasing V _._ T ) is prevented. The V T _ potential

UUL· bUtlUUL bUtl

kann aus einer passiven Einspeisung erhalten werden, beispielsweise allein aus einer Zener-Diode, da sie lediglich Strom nach Vcc senkt. Ein auf dem Chip aufgebrachter Stromsenke-Spannungsregler-Speiseausgang kann vorgesehen werden, um ein nominales V -Klemmungspotential zu liefern.can be obtained from a passive feed, for example from a Zener diode alone, since it only lowers the current to V cc. An on-chip current sink voltage regulator supply output may be provided to provide a nominal V clamping potential.

Von etwas geringerer Bedeutung, aber mit einigem Vermögen zur Verbesserung des Betriebs, ist die Verwendung eines wahlweisen VT -Eingangs 32 zur weiteren Steuerung der Logik-Hübe durch Klemmung des Logik-Niedrigpegels mittels der wahlweisen Diode 34. Dies hat die Wirkung, dass nicht nur eine Verzögerung durch Verkleinerung von ^V verringert wird, sondern auch die MESFETs ausserhalb des sehr niedrigen V -Bereichs (bei hohem V )Of slightly less concern, but with some means of improving operation, is the use of an optional V T input 32 to further control the logic strokes by clamping the logic low with the optional diode 34. This has the effect of not only a delay is reduced by reducing ^ V, but also the MESFETs outside the very low V range (at high V)

Ufa y SUfa y S

gehalten werden, in welchem f^r schlecht ist. Diese Klemmung erfordert jedoch eine aktive Leistungsquelle (power sourcing) und vergrössert somit die"Gate-Abstrahlung. Dies könnte die Verwendung von V-, unzweckmässigbe held in which f ^ r is bad. These Clamping, however, requires an active power source (power sourcing) and thus increases the "gate radiation". This could make the use of V-, inconvenient

IjCLjIjCLj

machen, falls diese schlicht eingesetzt würde, da, falls alle drei eingangsseitigen MESFETs 24, 26 und 28 im Gatter gemäss Fig. 2 auf V = +0,8 V geschaltet würden, der resultierende gesamte Drainstrom bei einer harten Klemmung das Zehnfache des aktiven Lastanzugsstroms I _ erreichen würde. Dieser Betriebszustand wird durch die Verwendung einer speziellen Geschwindigkeit-Sättigungs-Schottky-Diodenanordnung 34 für DLCL vermieden, welche eine gesteuerte Strombegrenzung vornimmt, wenn der Strom in Vorwärtsrichtung einen festgelegten Pegel überschreitet. Dadurch wird ein zu grosser VT_,T -Strom verhindert,make, if this were simply used, since if all three input-side MESFETs 24, 26 and 28 in the gate according to FIG. 2 were switched to V = +0.8 V, the resulting total drain current with a hard clamping is ten times the active load pick-up current I would achieve _. This operating condition is avoided by the use of a special speed saturation Schottky diode arrangement 34 for DLCL, which performs a controlled current limitation when the current in the forward direction exceeds a specified level. This prevents an excessively large V T _, T current,

IjCLiIjCLi

wenn viele parallele Logik-FETs gleichzeitig "EIN" geschaltet sind (beispielsweise die FETs 24, 26 und 28 in Fig. 2), gewährleistet jedoch noch eine optimale Logik-Operation, indem der Logik-Niedrigpegel auf seinen richtigen Wert zurückgebracht wird, wenn einige der Gate-Eingänge abgeschaltet werden. Die Geschwindigkeits-Sättigungs-Diode die für DLCL 34 (und auch für DDCL 61 in Fig. 3) verwendet wird, ist eine planare Schottky-when many parallel logic FETs are turned "ON" simultaneously (e.g., FETs 24, 26, and 28 in Fig. 2), however, still ensures optimal logic operation by setting the logic low to its correct level Value is returned when some of the gate inputs are turned off. The speed saturation diode which is used for DLCL 34 (and also for DDCL 61 in Fig. 3) is a planar Schottky

Diodenanordnung, welche das gleiche η -Implantat verwendet (unter Einsatz der gleichen Technologie gemäss Referenz 3), das für die umschaltenden Schottky-Klemmungsdioden (beispielsweise 30 gemäss Fig. 2 und 40, 42 oder 62 gemäss Fig. 3) verwendet wird. Diese Sättigungsdioden sind jedoch mit einer sorgfältig überwachten Peripherie der Anode der Diode (Schottky-Kontakt) ausgebildet, um den maximalen Strom in Vorwärtsrichtung zu steuern, und sie sind ferner derart aufgebaut, dass der Strom in den Metallkontakten bei diesem Sättigungsstom in Vorwärtsrichtung nicht die Metallwanderungsgrenze für das verwendete Zwischenmetall überschreitet (I entspricht näherungsweise 1 χ 10 A/cm2 für Gold). Der Sättigungsstom in Vorwärtsrichtung der Geschwindigkeits-Sättigungs-Diode 34 oder 61 ist im wesentlichen der Anodenperipherie der Diode (Umfang des Schottky-Kontakts der effektiv das η -Implantat berührt) proportional, wobei die Proportionalitätskonstante etwa 1 mA des Sättigungsstroms in Vorwärtsrichtung je 1 Mikrometer des Anodenumfangs für die typischen,näherungsweise 450 Ohm/ pn -Implantate ist,die für GaAs IC-Schottky-Schaltdioden verwendet werden. In einigen Anwendungen rechtfertigen die bescheidenen Verbesserungen in Geschwindigkeit, die durch die V1. _,T-Anwendung erzielt werden, nicht die zusätzliehe Komplizierung, wonach ein zusätzlicher Potentialeingang (power sourcing) erforderlich und eine zusätzliche, wenngleich verhältnismässig geringe Chip-Abstrahlung verursacht wird, so dass DLCL 34 weggelassen werden kann oder falls vorgesehen, eine Standardverbindu.ng von VT_,T bis V„o verwendet werden kann.Diode arrangement which uses the same η implant (using the same technology according to reference 3) that is used for the switching Schottky clamping diodes (for example 30 according to FIG. 2 and 40, 42 or 62 according to FIG. 3). However, these saturation diodes are designed with a carefully monitored periphery of the anode of the diode (Schottky contact) to control the maximum current in the forward direction, and they are also designed so that the current in the metal contacts at this saturation current in the forward direction does not cross the metal migration limit for the intermediate metal used (I corresponds approximately to 1 χ 10 A / cm 2 for gold). The saturation current in the forward direction of the speed saturation diode 34 or 61 is essentially proportional to the anode periphery of the diode (circumference of the Schottky contact which effectively touches the η implant), the constant of proportionality being approximately 1 mA of the saturation current in the forward direction per 1 micrometer of the Anode circumference for the typical, approximately 450 ohm / pn implants that are used for GaAs IC Schottky switching diodes. In some applications, the modest improvements in speed by the V 1 warrant. _, T application can be achieved, not the additional complication, according to which an additional potential input (power sourcing) is required and an additional, albeit relatively low chip emission is caused, so that DLCL 34 can be omitted or, if provided, a standard connection from V T _, T to V " o can be used.

Zwar kann ein grundlegender Gatteraufbau, wie das CDFL NOR-Gatter gemäss Fig. 2 verwendet werden, um mit gutem Wirkungsgrad Logik in den Schaltungen zu implementieren, sie wird jedoch im allgemeinen nicht brauchbar sein für den Chip-Eingang und Chip-Ausgang betreffende Interface-Anwendungen. GaAs-digitale IC-Ausgänge werden häufig erforderlich, um Übertragungsleitungsimpedanzen auf Standard-ECL zu bringen, während die Eingänge kompatibel mit ECL-Signalen zu sein haben, und darüber hinaus widerstandsfähig gegenüber einer Beschädigung infolge einer Übersteuerung mit starken Signalen oder statischer Entladung und dergleichen. Fig. 3 zeigt einen Inverteraufbau, welcher sowohl CDFL-Eingangsanordnungen und Ausgangsanordnungen verwendet. Die dargestellte Inverterschaltung 36 ist ungewöhnlich insofern als sowohl die Chip-Eingangs- und Ausgangsschaltungen auf der gleichen Stufe liegen (bei den meisten Chips sind diese Schaltungen durch eine Anzahl von Logik-Stufen getrennt), jedoch sind die I/O-Schaltprinzipien die gleichen.A basic gate structure, such as the CDFL NOR gate according to FIG. 2, can be used to with to implement logic in the circuits with good efficiency, but it generally becomes unusable its interface applications related to chip in and chip out. GaAs digital IC outputs will be often required to bring transmission line impedances to standard ECL while the inputs must be compatible with ECL signals and also be resistant to damage due to overdrive with strong signals or static discharge and the like. Fig. 3 shows one Inverter structure using both CDFL input and output assemblies. The inverter circuit shown 36 is unusual in that both the chip input and output circuits are on the same Level (on most chips these circuits are separated by a number of logic levels), however, the I / O switching principles are the same.

Die Signaleingänge werden durch einen bidirektionalen Strombegrenzer, SATR (Sättigungswiderstand oder gateloses D-MESFET) 38 und Klemmungsdioden DICH (eingangsseitige Klemmungsdiode-Hochpegel) 4 0 und DICL (eingangsseitige Klemmungsdiode-Niedrigpegel) 42 in Kombination, die es gestattet, dass Wechselstromsignalpegel bis zu näherungsweise 4 0 Volt, gemessen von Scheitelwert zu Scheitelwert (+4OdBm) im eingeschwungenen Zustand ohne nachteilige Beeinflussung oder Störung eines ordnungsgemässen Schaltkreisbe-0 triebs zugeführt werden. Der Strombegrenzer 38 weist einen niedrigen Widerstand von 30 bis 40 Ohm bei denThe signal inputs are controlled by a bidirectional current limiter, SATR (saturation resistor or gateloses D-MESFET) 38 and clamping diodes DICH (input-side clamping diode high level) 4 0 and DICL (input-side Clamp Diode Low) 42 in combination which allows AC signal levels up to approximately 4 0 volts, measured from peak value to peak value (+ 4OdBm) in the steady state without adverse effects or failure of proper circuit operation. The current limiter 38 has a low resistance of 30 to 40 ohms for the

(normalen) niedrigen zugeführten Spannungen auf, jedoch erfolgt bei zugeführten Spannungen oberhalb von näherungsweise +1V die Anordnung als Strombegrenzer mit I von(normal) low applied voltages, but with applied voltages above approximately takes place + 1V the arrangement as a current limiter with I of

satsat

näherungsweise jMOmA. (Der Strombegrenzer kann bei den meisten D-MESFET GaAs IC-Verfahren in der gleichen Weise wie ein D-MESFET unter Weglassung der Schottky-Gate-Elektrode hergestellt werden, die normalerweise über dem n~-Kanal zwischen den n+-implantierten SOURCE- und Drain-Bereichen läge. Dieser "gatelose FET" bidirektionale Strombegrenzer wurde in der GaAs IC-Literatur beschrieben. Für einen einfachen Eingangsschutz können Standard-Klemmungsspannungen von VT.D = Vr.r.T = 0,0V (Masse) undapproximately jMOmA. (In most D-MESFET GaAs IC processes, the current limiter can be fabricated in the same way as a D-MESFET, omitting the Schottky gate electrode, which is normally located above the n ~ channel between the n + -implanted SOURCE- This "gateless FET" bidirectional current limiter has been described in the GaAs IC literature. For simple input protection, standard clamping voltages of V T. D = V r . r . T = 0.0V (ground) and

lLii DDJjlLii DDJj

V = V00 = -3,3V verwendet werden, was die internenV = V 00 = -3.3V what the internal

Xv-J-I bbXv-J-I bb

Signalspannungen auf einen sicheren (aber übersteuerten) Spannungsbereich von +1,2 bis -4,5V begrenzt. Diese Eingangsanordnung kann auch zweckmässigerweise dazu verwendet werden, interne Rechteckwellen-Signalspannungen aus ungesteuerten Sinuswellensignalen herzustellen. Diese Rechteckbildung wird gewöhnlich durch Verbinden von VT_.„ ~ V_„T = -1,3V (dem ICL-Signalschwellenwert) vorgenom-Signal voltages are limited to a safe (but overdriven) voltage range of +1.2 to -4.5V. This input arrangement can also expediently be used to produce internal square wave signal voltages from uncontrolled sine wave signals. This squaring is usually done by connecting V T _. " ~ V_" T = -1.3V (the ICL signal threshold).

XCxI XCXjXCxI XCXj

men, wobei typischerweise ein Sperrkondensator in der Eingangssignalleitung dazu dient, jede Gleichstromkomponente zu entfernen, worauf ein 3V bis 20V _ (+13dBmmen, typically a blocking capacitor in the input signal line is used to each DC component to remove, whereupon a 3V to 20V _ (+ 13dBm

ρ—ρ P~Pρ - ρ P ~ P

bis +3OdBm) Sinuswellen-Eingangssignal zugeführt wird, um ein inneres Rechteckwellensignal von näherungsweise 2V _ (-0,3V bis -2,3V) zu erzeugen. Mit normalen Eingangssignalpegeln von -0,8V bis 1,8V hat der Strombegrenzer 38 tatsächlich keine Wirkung auf das Betriebsverhalten als Folge seines niedrigen Widerstandswertes (näherungsweise ist eine 5ps-Verzögerung typisch.up to + 3OdBm) sine wave input signal is supplied, to produce an inner square wave signal of approximately 2V _ (-0.3V to -2.3V). With normal input signal levels from -0.8V to 1.8V, the current limiter 38 actually has no effect on the operating behavior as a result of its low resistance value (approximately a 5ps delay is typical.

Das Hauptproblem bezüglich des Eingangs ist die Aufrechterhaltung der ordnungsgemässen -1,SV-Eingangsschwellenwertspannung V,, für einen mit ECL-Signalen kompatiblen Betrieb über den Bereich der D-MESFET-Einschnürungsspannungen, die normalerweise bei der Herstellung von G^As-integrierten Schaltkreisen auftreten (oberhalb von V = -1,0+0,2V). Der Schlüssel zur Steuerung der Schwellenwertspannung ist die Ausnützung des Umstands, dass Nahbereichsänderungen von V (Änderungen von V , die innerhalb von Bereichen gemessen werden, die geringer als etwa 1 mm auseinander liegen), im Gegensatz zu Änderungen von einem Plättchen (wafer) zum anderen, die am grössten sind (mit langsamen Abstufungen bei Plättchen, die bezüglich der Grosse am nächsten liegen). Da die Breite (Wp„) des Anzugs-FET 60 und des Schalt-FET 44 ungleichmässig sind, ist die Gate-Spannung V -V an der Schwelle nicht Null /V -VThe main problem with input is maintaining the proper -1, SV input threshold voltage V ,, for operation compatible with ECL signals over the range of D-MESFET necking voltages normally encountered in the manufacture of G ^ As integrated circuits (above V = -1.0 + 0.2V). The key to controlling threshold voltage is to take advantage of the fact that near-range changes in V (changes in V measured within areas less than about 1 mm apart) as opposed to changes from one wafer to another that are the largest (with slow gradations for platelets that are closest in size). Since the width (W p ") of the pull-in FET 60 and the switching FET 44 are uneven, the gate voltage V -V at the threshold is not zero / V -V

g ss 1/2- "g ss 1 / 2- "

ist näherungsweise gleich V (1 -(Wp„/W„„T). _/, wobei die FET-Einschnürungsspannung V näherungsweise -1V ist und als gleich gross für den FET 44, den FET PU 60 (pullup) und den FET PD 58 (pulldown) angenommen wird. Glücklicherweise ist diese für V am Schwellenwert vorhandene Tendenz, mit zunehmend negativem V stärker negativ zu werden, mit einem entsprechenden Anstieg von IpD begleitet, bedingt durch den erhöhten I, des Niederzugsvorspannungs-FET PD 58. Im Hinblick auf den endlichen Widerstand der Umschaltdiodenkette 46, 48 und 50 in Vorwärtsrichtung, wird dieser Anstieg des Vorspannungsstroms die Umschaltspannung V erhöhen. Da die Eingangsschwellenwertspannung als V (am Schwellenwertis approximately equal to V (1 - (Wp "/ W"" T ). _ /, where the FET constriction voltage V is approximately -1V and is the same for the FET 44, the FET PU 60 (pullup) and the FET PD Fortunately, this tendency for V at threshold to become more negative as V becomes increasingly negative is accompanied by a corresponding increase in I pD due to the increased I, of the pull-down FET PD 58. Regarding on the finite resistance of the switching diode chain 46, 48 and 50 in the forward direction, this increase in bias current will increase the switching voltage V. Since the input threshold voltage as V (at the threshold

g + V„„TT,m) angegeben ist, wird als Ergebnis eine Streichungg + V "" TT , m ) is given, the result will be a deletion

bnlr 1bnlr 1

zwischen diesen beiden Grossen in gewissem Umfang auftreten. In den CDFL-Schaltungen können die Umschaltdioden 46, 48 und 50 sowie der Reihenwiderstand und die Vorspannungspegel, wie sie durch die Grosse des FETs PD (pulldown) 58 bestimmt werden, sorgfältig bemessen werden, um bezüglich der Grundschwingung eine vollständige Streichung dieser .Ausdrücke zu ergeben und somit bezüglich der Grundschwingung eine Null-Änderung der EingangsSchwellenwertspannung mit veränderlichem V (wobei wiederum eine FET-Gleichförmigkeit im Nahbereich angenommen wird, so dass V für den FET 44, den FET PU und den FET PD 58 gleich gross sind). Diese Streichung bezüglich der Grundschwingung wird erzielt unter Zugrunde-occur to a certain extent between these two quantities. In the CDFL circuits, the switching diodes 46, 48 and 50 as well as the series resistor and the Bias levels, as determined by the size of the FET PD (pulldown) 58, are carefully measured in order to result in a complete deletion of these expressions with regard to the fundamental oscillation and thus a zero change in the input threshold voltage with a variable V with respect to the fundamental (again assuming close range FET uniformity so that V is for FET 44, FET PU and the FET PD 58 are the same size). This deletion with regard to the fundamental oscillation is achieved on the basis of

legung der quadratischen (I, = K1W (V -V)) FET-laying of the square (I, = K 1 W (V -V)) FET-

Q. s *3"*^ PQ. s * 3 "* ^ P

Kennlinie (wobei W die MESFET-Breite und K1 eine Prozesskonstante für die MESFETs darstellt) und eines Reihenwiderstands zuzüglich eines idealen logarhitmischen Diodenmodells für die Dioden (V„ = ROI„ + (nkT/q) log (1..,/I0) , wobei I den Vorspannungsstrom in Vorwärtsrichtung darstellt, indem die Änderung von V-V am SchwellenwertCharacteristic curve (where W is the MESFET width and K 1 is a process constant for the MESFETs) and a series resistance plus an ideal logarithmic diode model for the diodes (V "= R O I" + (nkT / q) log (1 .., / I 0 ), where I represents the forward bias current by taking the change in VV at the threshold

y SSy SS

(d.h. der Wert von V -V , der erforderlich ist, um die(i.e. the value of V -V required to achieve the

y ooy oo

Ströme vom FET 44 und FET PU 60 identisch - siehe obige Formel - zu machen) mit V , gleich gross (aber entge-Currents from FET 44 and FET PU 60 identical - see above formula - to be made) with V, same size (but opposite

P
gengesetzt) zur Änderung der Umschaltspannung mit V gemacht wird. Der gesamte dynamische Widerstand R für eine Umschaltvorrichtung mit N-Dioden (N = 3 bei der bevorzugten Ausführungsform) wird R^ = N (R + (nkT/q) /T) , wobei η der Idealitätsfaktor der Diode und kT/q = 0,02585V bei T = 3000K ist. Die Streichung bezüglich der Grundwelle tritt auf, wenn I13nRn = ·*■ (V-V ) ist, wobei I = If den Dioden-
P.
set against) is made to change the switching voltage with V. The total dynamic resistance R for a switching device with N-diodes (N = 3 in the preferred embodiment) becomes R ^ = N (R + (nkT / q) / T) , where η is the ideality factor of the diode and kT / q = 0 , 02585V at T = 300 0 K. The deletion with respect to the fundamental occurs when I 13n R n = · * ■ (VV), where I = I f denotes the diode

IrU U^y SS JrU XIrU U ^ y SS JrU X

Vorspannungsstrom für nominelle Umschaltung darstelltRepresents bias current for nominal switching

und V-V35 = V (1-(w PU/w FET)f) die FET-Gate-Schwellenspannung ist. Das Gleichgewicht kann erzielt werden, indem die Auswahl des FETs nach PU-Grössenverhältnis erfolgt, oder indem entweder der Vorspannungsstrom (Ipn) durch die Umschaltvorrichtung (InC0 des FETs PD 58)and VV 35 = V ( 1 - ( w PU / w FET ) f) is the FET gate threshold voltage. The equilibrium can be achieved by selecting the FET according to the PU size ratio, or by either changing the bias current (Ip n ) through the switching device (I n C 0 of the FET PD 58)

UdoUdo

oder der Reihenwiderstand der Umschaltdioden 46, 48 und 50 mittels Änderung ihrer Geometrie (oder Anordnung eines Widerstands in Reihe mit ihnen) verändert wird. Es wird darauf hingewiesen, dass durch Anordnung eines Widerstands zwischen SOURCE von FET PD 58 und V„„ die Änderung von I mit V beeinflusst werden kann. Ähnliche Beziehungen zur Herstellung einer Anordnung, bei welcher Vm„ vonor the series resistance of switching diodes 46, 48 and 50 is changed by changing their geometry (or placing a resistor in series with them). It should be noted that by placing a resistor between SOURCE of FET PD 58 and V "" the change of I with V can be influenced. Similar relationships for establishing an arrangement in which V m "of

lrilri

V bei dieser abgeänderten Schaltung unabhängig ist, können vom Fachmann abgeleitet werden.V is independent in this modified circuit can be derived by those skilled in the art.

Der Eingangsstrom zum Logik-Gatter würde gleich gross sein wie der Vorspannungsstrom der Umschaltdiode (näherungsweise typischerweise 0,2 mA), falls die eingangsseitige Anzugsstromquelle 56 nicht vorgesehen wäre.The input current to the logic gate would be the same like the bias current of the switching diode (approximately typically 0.2 mA), if the input-side Starting current source 56 would not be provided.

Zwar ist dieser Pegel nicht zu hoch, doch ist für viele Anwendungen ein kleinerer eingangsseitiger Vorspannungsstrom erwünscht, so dass die eingangsseitige Anzugsstromquelle 56 dazu verwendet werden kann, den Vorspannungsstrom der Umschaltdiode zu anulieren, um mindestens weniger als 100 mA Netto-Eingangs-Vorspannungsstrom für das logische Gatter zu liefern.While this level is not too high, for many applications a smaller input bias current is required is desirable so that the input-side pull-in current source 56 can be used to generate the bias current to reverse the switching diode to at least less than 100 mA net input bias current for to deliver the logical gate.

Während ein Entwurf, der eine Unabhängigkeit der Grundschwingung der Gatter-Eingangs-Schwellenwertspannung gegenüber Änderungen der D-MESFET-Einschnürungsspannung sicherstellt, die Herstellbarkeit der Schaltungen kompa-While a draft that has an independence of the fundamental of the gate input threshold voltage versus changes in the D-MESFET throat voltage ensures that the manufacturability of the circuits is

tibel mit den möglichen ECL-Signalpegeln macht, wäre ebenfalls, zumindest für einige Anwendungen, eine temperaturunabhängige Schwellenwertspannung erwünscht. Der Umstand, dass der Durchlass-Spannungsabfall bei konstantem Strom für eine Diode im wesentlichen linear mit der Temperatur abfällt (negativer Temperaturkoeffizient) macht die CDFL-Umschaltanordnungen auf den ersten Blick als nur am Rande für Temperaturstabilität geeignet. Jedoch ändert sich bei GaAs die Elektronenmobilität umgekehrt proportional zur absoluten Temperatur (μ o6T ) so dass der Ohm'sche Widerstand von implantierten GaAs-Widerständen proportional zur absoluten Temperatur ist (positiver Temperaturkoeffizient). Daher gilt erneut, dass es mit einem sorgfältigen Entwurf der Vorrichtung und des Betriebspunktes möglich ist, ein wesentliches Ausmass einer Streichung zwischen dem Übergangsglied (-TC) und dem Widerstandsglied (+TC) zu erzielen, um den Temperaturkoeffizienten von VSHIFrT, so klein wie möglich zu machen. Natürlich haben einige der ECL-Technologien, auf denen die GaAs-Bauelemente abgestellt werden sollen, selbst einen wesentlichen Temperaturkoeffizienten. Es ist eindeutig unmöglich, alle mit dem weiten Bereich der Signalpegel verbundenen Temperaturkoeffizienten dieser verschiedenen Logik-Familien zusammen abzustimmen. Das Arbeitsverfahren bei diesem Problem in kritischen Anwendungen wird durch den V-tible with the possible ECL signal levels, a temperature-independent threshold voltage would also be desirable, at least for some applications. The fact that the forward voltage drop at constant current for a diode drops essentially linearly with temperature (negative temperature coefficient) makes the CDFL switching arrangements at first glance only marginally suitable for temperature stability. However, with GaAs the electron mobility changes inversely proportional to the absolute temperature (μ o6T) so that the ohmic resistance of implanted GaAs resistors is proportional to the absolute temperature (positive temperature coefficient). Thus, again, with careful device and operating point design, it is possible to achieve a substantial amount of cancellation between the transition member (-TC) and the resistive member (+ TC) as small as the temperature coefficient of V SHIFrT to make possible. Of course, some of the ECL technologies on which the GaAs devices are to be placed have a significant temperature coefficient of their own. It is clearly impossible to tune together all of the temperature coefficients associated with the wide range of signal levels of these various families of logic. The working procedure for this problem in critical applications is determined by the V-

JL-KXJyLJL-KXJyL

Eingang 52 für die Schaltung nach Fig. 3 geliefert. Dieses Potential, das normalerweise auf V„„ standardi-Input 52 for the circuit of FIG. 3 is supplied. This potential, which is normally set to V "" standard

JCiJciJCiJci

siert ist, verändert Ipn (den Umschalt-Vorspannungsstom) und somit V , um V , genau einzustellen. Bei gege-is set, changes I pn (the switching bias current), and thus V, to set V, precisely. If

ojtixjb i tinojtixjb i tin

bener ECL-Schwellenwertspannung (V__,) kann eine einfacheLower ECL threshold voltage (V__,) can be a simple

OOOO

Operationsverstärkerschaltung dazu verwendet werden, das V -Potential zu erzeugen, das er-Operational amplifier circuit can be used to generate the V potential that

X K.XMX K.XM

forderlich ist, damit die Schwellenwerte des GaAs-Gatters den Temperaturänderungen der ECL-Schwelle (V_n)is necessary so that the threshold values of the GaAs gate correspond to the temperature changes of the ECL threshold (V_ n )

DDDD

folgen. Rückkopplungsschaltungen zur Erzeugung dieses V„RTM-Potentials aus einem externen V -Eingangs könnten auf dem Chip vorgesehen werden, um diesen Schwellen-Folgevorgang durchzuführen. Das Prinzip dieses Folgevorgangs ist es, ein Potential V , das gleich gross wie die ECL-Schwellenwertspannung ist, in ein äquivalentes CDFL-Gatter einzugeben, welches den gleichen Aufbau der eingangsseitigen Umschaltvorrichtung aufweist und das gleiche Verhältnis von W_.TT zu Wn,,., so dass ihre Ein-follow. Feedback circuitry for generating this V “ RTM potential from an external V input could be provided on the chip to perform this threshold following operation. The principle of this subsequent process is to input a potential V, which is the same as the ECL threshold voltage, into an equivalent CDFL gate which has the same structure as the switching device on the input side and the same ratio of W_. TT to W n ,,., So that their input

ir U γ K 1ir U γ K 1

gangsspannung identisch mit den aktiven CDFL-Gatter-Eingang bzw. -Eingängen ist. Der Operationsverstärker wird dazu verwendet, um ein Signal nach Vmi-,_.. in solcheroutput voltage is identical to the active CDFL gate input or inputs. The operational amplifier is used to convert a signal to V mi -, _ .. in such

X KXJMX KXJM

Weise rückzukoppeln, damit der Ausgang dieses Gatters an seiner Ausgangsschwelle stabilisiert wird (diese negative Rückkopplungsanordnung wäre für den Fachmann offensichtlich). Die Verwendung der vorausgehend erläuterten Anordnung, bei welcher ein Widerstand zwischen SOURCE von FET PD 58 und V verwendet wird, ist für eine auf dem Chip vorgesehen Rückkopplung günstiger, weil es dann nicht erforderlich ist, VTTJTM negativer als V„„ zu machen, die gewöhnlich das am stärksten negative Potential darstellt, das auf dem Chip verfügbar ist.Way so that the output of this gate is stabilized at its output threshold (this negative feedback arrangement would be obvious to a person skilled in the art). The use of the arrangement explained above, in which a resistor is used between SOURCE of FET PD 58 and V, is more favorable for on-chip feedback because it is then not necessary to make V TTJTM more negative than V "", the usually represents the most negative potential available on the chip.

Die Entwurfsziele für die CDFL-Ausgangsschaltungen schliessen die Fähigkeit ein, einen weiten Bereich von Ausgangsimpedanz (R_)-Abschlussspannungs(Vmm)-Kombina-The design goals for the CDFL output circuits include the ability to handle a wide range of output impedance (R_) - terminal voltage (V mm ) - combined

Xj XXXj XX

tionen auf ECL-kompatible Signalpegel zu steuern, diefunctions to control ECL-compatible signal levels that

typischerweise Logik-Operationen von Phantom-ODER-Schaltungen (SOURCE-Dotierung) zwischen Mehrfach-GaAs-Gattern unterhalten, die den gleichen Knotenpunkt ansteuern. Die grösste Schwierigkeit liegt dabei darin, dass bipolare EGL-Schaltungen auf Siliciumbasis empfindlich bezüglich einer Übersteuerung mit einem eingangsseitigen Logik-"Hoch" sind, da für V Λ -0,6 oder -0,5V der eingangsseitige bipolare Transistor dazu neigt, in den Sättigungszutand zu gehen, was dessen Abschaltzeit merklich verschlechtert, wenn das "Hoch" weggenommen wird. Ist andererseits eine MESFET-Ausgangsschaltung ausreichend robust,um den Halbierungspunkt einer 50 Ohm-Übertragungsleitung zu steuern (die an beiden Enden abgeschlossen ist, so dass effektiv R_ = 25 Ohm )so kann der erforderliche Steuerstrom für ein ausgangsseitiges Hoch (näherungsweise -0,8V) 50 mA überschreiten, während bei Leitungen hoher Impedanz (beispielsweise 100 Ohm bis -2VT ) nur etwa 25 % dieses Stroms erforderlich sind (näherungsweise 12 bis 17 mA). Wegen der endlichen Ausgangsimpedanz des Gatters (näherungsweise 12,5 Ohm) besteht die Neigung einer Übersteuerung der hohen Ausgangspegel, wenn einen kleinen Strom führende Lastkombinationen verwendet werden, was das Betriebsverhalten der ECL-Schaltung in unzulässiger Weise verschlechtern kann.typically maintain logic operations of phantom OR circuits (SOURCE doping) between multiple GaAs gates driving the same node. The greatest difficulty lies in the fact that silicon-based bipolar EGL circuits are sensitive to overdriving with an input-side logic "high", since for V Λ -0.6 or -0.5V the input-side bipolar transistor tends to switch to the To go to saturation state, which noticeably worsens its shutdown time when the "high" is removed. On the other hand, if a MESFET output circuit is sufficiently robust to control the bisection point of a 50 ohm transmission line (which is terminated at both ends, so that effectively R_ = 25 ohms), the required control current for an output high (approximately -0.8V ) Exceed 50 mA, while lines with high impedance (for example 100 Ohm to -2V T ) only require about 25% of this current (approximately 12 to 17 mA). Because of the finite output impedance of the gate (approximately 12.5 ohms), there is a tendency to overdrive the high output level if a small current-carrying load combination is used, which can unduly impair the performance of the ECL circuit.

Die verwendete Ausgangsschaltung zur Lösung dieses Problems ist in Fig. 3 dargestellt. Die grundlegende Ausgangsanordnung ist ein grosser SOURCE-Folger 54 (wobei die Gate-Breite W typischerweise etwa 6 00 Mikrometer oder mehr gleichkommt), dessen Drain mit einer 0,0V (oder positiven) V -Spannungsquelle verbunden ist, wobeiThe output circuit used to solve this problem is shown in FIG. The basic exit arrangement is a large SOURCE follower 54 (where the gate width W is typically about 600 microns or equals more), the drain of which is connected to a 0.0V (or positive) V voltage source, where

getrennt von V angeordnet ist, um eine Störung durchseparated from V is arranged to cause interference

ULJi-IULJi-I

Einstreuung zu verhindern. Die Gattersteuerung zum SOURCE-Folger 54 kann zwischen einem hohen Wert von etwa V"DDT bis zu einem niedrigen, geringfügig oberhalb V liegenden variieren, was ausreicht, um im wesentlichen denTo prevent scattering. The gating to the SOURCE follower 54 can vary from a high value of about V " DDT to a low value slightly above V, which is sufficient to essentially the

gesamten Ausgangsstrom im SOURCE-Folger 54 bei typischen -2V Ausgangspegeln zu sperren (unter Verwendung von V = -3,3V mit V = 1,0V MESFETs), was einen Ausgangsbetrieb mit Phantom - ODER-Verknüpfung gestattet. 10block the entire output current in the SOURCE follower 54 at typical -2V output levels (using V = -3.3V with V = 1.0V MESFETs), indicating an output operation permitted with phantom - OR link. 10

Die Grosse des SOURCE-Folgers 54 gestattet ihm (abhängig von V , VDD0 und VDDL) einen Betrieb über 80 mA (70 mA kontinuierlich) ; mit ν__^ = V1^x = V^-,^ = 0 erscheintThe size of the SOURCE follower 54 allows it (depending on V, V DD0 and V DDL ) to operate over 80 mA (70 mA continuously); with ν __ ^ = V 1 ^ x = V ^ -, ^ = 0 appears

UUU DIJJj ULnUUU DIJJj ULn

ein ausgangsseitiges Hoch als ein näherungsweise 12,5 Ohm-Widerstand für V = OV. Dies ermöglich eine ausgezeichnete Steuerung der Ausgangslast, bedeutet aber, dass bei Lasten hoher Impedanz der ausgangsseitige Hoch-Spannungspegel V0 höher wird als das Optimum für ECL (ist beispielsweise R = 100 Ohm für V1-, = -2V, so entspricht V näherungsweise -0,25 V). Das Hoch-Klemmungssteuerpotential V~nkann dazu verwendet werden, diean output high as an approximately 12.5 ohm resistance for V = OV. This enables excellent control of the output load, but means that at high impedance loads the high-voltage level V 0 on the output side becomes higher than the optimum for ECL (if, for example, R = 100 Ohm for V 1 -, = -2V, then V corresponds approximately -0.25 V). The high-clamping control potential V ~ n " can be used to increase the

UCnUCn

positive Gate-Steuerung (über den Beginn der in Durchlassrichtung erfolgenden Leitung der Schottky-Diode DDCH 62) zum SOURCE-Folger 54 hart zu begrenzen, wodurch dieses Problem beseitigt wird. Diese passive (Leistungssenke) V -Speisung (typischerweise in der Grössenordnung von V1^0 = -1,75V) wird für die jeweiligepositive gate control (via the beginning of the forward conduction of the Schottky diode DDCH 62) to the SOURCE follower 54, thereby eliminating this problem. This passive (power sink) V supply (typically in the order of magnitude of V 1 ^ 0 = -1.75V) is used for the respective

UCnUCn

Last RT und Vm -Kombination ausgewählt.Load R T and V m combination selected.

Jj IXYy IX

Während die Anwendung eines oberen Klemmungspotentials V^_,„ zur Aufrechterhaltung einer ECL-AusgangskompatibilitätWhile applying an upper clamping potential V ^ _, "to maintain ECL output compatibility

UCnUCn

erforderlich sein kann, trifft dies im allgemeinen nicht für die Zufuhr eines unteren Klemmungspotentials V1^1.may be required, this is generally not the case for the supply of a lower clamping potential V 1 ^ 1 .

LlLLLlLL

zu, da bipolare ECL-Schaltungen auf Siliciumbasis nicht empfindlich gegen+ber einer negativen Signalübersteuerung sind. Die wahlweise Bereitstellung von VDCL (Niedrig-Klemmungssteuerung), welche über den Beginn der Leitung der Sättigungsdiode DDCL 61 in Durchlassrichtung wirksam wird, kann zur Optimierung des Betriebsverhaltens vorgesehen werden, besonders bei grossen negativen V -Werten (beispielsweise V = -3,3V oder -5,2V), in ähnlicher Weise wie das an früherer Stelle erläuterte VT_ -Potential (Fig. 2). Wie dies für VLCL zutrifft, so erhöht die Verwendung einer Vnr -Einspeisung die Abstrahlung von Chipleistung geringfügig, jedoch wird durch die Verwendung der speziellen, früher in Verbindung mit DDCL 61 (Fig. 3) erläuterten Geschwindigkeits-Sättigungs-Schottky-Diodenanordnung dieser Effekt so klein wie möglich gehalten. because silicon-based bipolar ECL circuits are not sensitive to negative signal overload. The optional provision of V DCL (low-clamping control), which becomes effective via the start of the conduction of the saturation diode DDCL 61 in the forward direction, can be provided to optimize the operating behavior, especially with large negative V values (e.g. V = -3.3V or -5.2V), in a similar manner to the V T _ potential explained earlier (Fig. 2). As is the case for V LCL , the use of a V n " r injection increases the radiation of chip power slightly, however, by using the special velocity saturation Schottky barrier explained earlier in connection with DDCL 61 (FIG. 3) Diode arrangement kept this effect as small as possible.

Die Verwendung einer Kapazität-Diode-FET-Logikschaltung erzielt in D-MESFET-digitalen Schaltungen Laststromwirkungsgrade, die sich jenen der Schaltungen vom Anreicherungstyp annähern. Die Ausführung ist dabei einfach und geradlinig und gestattet ausgezeichnete Parametertoleranzen der Anordnung ohne wesentliche Beeinträchtigung des Wirkungsgrads oder des Betriebsverhaltens und zwar vergrössert die erforderliche Fläche des Umschaltkondensators (DCAP) etwas die Fläche des CDFL-Gatters, jedoch ist dieser flächenmässige Nachteil gering und die resultierenden Schaltkreisflächen sind zwar höher wie bei SDFL, aber vergleichbar mit anderen FET-Logikschaltungen, dieThe use of a capacitance diode FET logic circuit achieves load current efficiencies in D-MESFET digital circuits approaching those of the enhancement type circuits. The execution is simple and straightforward and allows excellent parameter tolerances the arrangement without significant impairment of the efficiency or the operating behavior, namely enlarged the required area of the switching capacitor (DCAP) is somewhat the area of the CDFL gate, however this disadvantage in terms of area is small and the resulting circuit areas are higher than with SDFL, but comparable to other FET logic circuits that

mit D-MESFETs versehen sind (beispielsweise BFL). Die CDFL-Anordnung eignet sich auch für den Einbau von Schwellen-gesteuerten Eingabe/Ausgabe-Anordnungen, wie beispielsweise die in Verbindung mit Fig. 3 beschriebenen ECL-Eingabe/Ausgabe-Schaltkreise.are provided with D-MESFETs (e.g. BFL). The CDFL arrangement is also suitable for installing Threshold controlled input / output arrangements such as those described in connection with FIG ECL input / output circuitry.

Die mit CDFL-Gattern erzielbare Arbeitsweise ist ein Betrieb mit Gleichstrom bis zu 3GHz in Eingangs-, Logik- und Ausgangsschaltungen. Die Eingabe/Ausgabe-Schaltung gemäss Fig. 3 kann bei voller Klemmung, ausgehend von einer abgeschlossenen 50 Ohm Eingangsleitung über die eingangsseitige Schutz- und Umschaltschaltung und über die Logikstufe und den ausgangsseitigen Treiber für eine 50 Ohm Leitung, Eingangs/Ausgangs-Logikverzögerungen ergeben, die so gering wie 75 Picosekunden sind. Bekannte flankengesteuerte, mit einem NOR-Gatter implementierte D-Flip-Flop-Schaltungen, welche in einem Standardverfahren für GaAs-integrierte Schaltungen mit 1 Mikrometer Gate-Länge hergestellt wurden, wiesen Taktfrequenzen von 3GHz oder Kippfrequenzen von 3GHz in Teilerschaltungen auf. Die CDFL-Schaltungsanordnung wurde ferner, obgleich mit abgeänderten Speisepegeln, in Verbindung mit einem etwas ungewöhnlicheren Flip-Flop-Aufbau eingesetzt (unter Verwendung von Doppel-Gattern und Reihen-Parallel-Logik-FET-Kombinationen zwecks Erzielung komplementärer UND/NOR und ODER/NAND-Gatterschaltungen), um in einem einzelnen (nicht komplementären) Takteingangsteiler eine nominale 4GHz maximale Kippfrequenz zu erzielen. Unter Berücksichtigung, dass ein GaAs Teiler in einer MSI-Schaltung mit 100 Gattern '-2, '-4 , τ16, τ32, t64 und r128 Hochgeschwindigkeitsausgänge liefert,The mode of operation that can be achieved with CDFL gates is operation with direct current up to 3GHz in input, logic and output circuits. When fully clamped, the input / output circuit according to FIG. 3 can result in input / output logic delays starting from a closed 50 ohm input line via the input-side protection and switching circuit and via the logic stage and the output-side driver for a 50 Ohm line, which are as little as 75 picoseconds. Known edge-controlled D-flip-flop circuits implemented with a NOR gate, which were produced in a standard process for GaAs-integrated circuits with a gate length of 1 micrometer, had clock frequencies of 3 Hz or toggle frequencies of 3 Hz in divider circuits. The CDFL circuit arrangement was also used in conjunction with a somewhat more unusual flip-flop structure, albeit with modified supply levels (using double gates and series-parallel-logic-FET combinations in order to achieve complementary AND / NOR and OR / NAND gate circuits) to achieve a nominal 4GHz maximum sweep frequency in a single (non-complementary) clock input divider. Considering that a GaAs divider in an MSI circuit with 100 gates '-2 , ' - 4, τ16, τ32, t64 and r128 provides high speed outputs,

und mit einer Taktfrequenz von bis zu 3GHz arbeitet, nur etwa 60OmW abstrahlt (ausschliesslich der Leistung der Last V , für welche auch immer ein Ausgang oder Ausgänge verwendet werden - typischerweise jeweils bis 4OmW, abhängig von Vmm und RT), so ist offensichtlich,and works with a clock frequency of up to 3GHz, only emits about 60OmW (excluding the power of the load V, for whichever output or outputs are used - typically up to 40mW each, depending on V mm and R T ), so it is obvious ,

11 J-i11 J-i

dass diese CDFL GaAs-integrierten Schaltkreise eine hervorragende Arbeitsweise bei minimalem Leistungsbedarf aufweisen.that these CDFL GaAs integrated circuits perform superbly with minimal power requirements exhibit.

Weitere Abänderungen der Erfindung sind im Rahmen der anliegenden Ansprüche möglich und werden hiervon mitumfasst. Further modifications of the invention are possible within the scope of the appended claims and are encompassed by this.

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Claims (13)

HOFFMANN "·" EITLE & PARTNER 35 37 AO AHOFFMANN "·" EITLE & PARTNER 35 37 AO A PATENT- UND RECHTSANWÄLTEPATENT AND LAWYERS PATENTANWÄLTE DIPL.-INQ. W. EITLE · DR, RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ΙΝΘ. W. LEHNPATENTANWÄLTE DIPL.-INQ. W. EITLE DR, RER. NAT. K. HOFFMANN DIPL.-ΙΝΘ. W. LEHN DIPL.-ING. K. FÜCHSLE ■ DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H-A. BRAUNS · DIPL.-INQ. K. GORQ DIPL.-ING. K. FÜCHSLE ■ DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. HA. BRAUNS DIPL.-INQ. K. GORQ DIPL.-ΙΝΘ. K. KOHLMANN - RECHTSANWALT A. NETTEDIPL.-ΙΝΘ. K. KOHLMANN - LAWYER A. NETTE 42 810 /wa42 810 / wa GIGABIT LOGIC, INC., NEWBURY PARK, CALIF. / USAGIGABIT LOGIC, INC., NEWBURY PARK, CALIF. / UNITED STATES Kapazitätsdiode-FET-Logikschaltung für GaAs D-MESFET integrierte SchaltungenCapacitance diode FET logic circuit for GaAs D-MESFET integrated circuits PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS ίΙ/ Elektrische Festpotential-Umschaltvorrichtung zum Durchtritt eines Signalwechselstroms, gekennzeichnet durch eine Vorspannungseinrichtung (12, 14, 16), die parallel zu einer Kapazitätsanordnung (10) liegt, wobei die Parallelanordnung derίΙ / Electrical fixed potential switching device for Passage of an alternating signal current, characterized by a biasing device (12, 14, 16), which is parallel to a capacitance arrangement (10), the parallel arrangement of the Vorspannungseinrichtung und der Kapazitätsanordnung in Reihe zu einer Senkenanordnung (18) liegt, um eine gesteuerte Spannungsumschaltung zwischen einem Eingang und einem Ausgang in einer integrierten Halbleiterschaltung zu erzielen.
10
The biasing device and the capacitance arrangement are in series with a sink arrangement (18) in order to achieve a controlled voltage switching between an input and an output in an integrated semiconductor circuit.
10
ARABELLASTRASSE 4 . D-8OOO MÖNCHEN 81 . TELEFON (Ό893 911087 · TELEX 5-ί?9ϋ19 (.FATHE} · TELEKOPIERER ölO356ARABELLA STREET 4. D-8OOO MONKS 81. TELEPHONE (Ό893 911087 · TELEX 5-ί? 9ϋ19 (.FATHE} · TELECOPIER oilO356
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die integrierte Halbleiterschaltung eine GaAs-Anordnung ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the integrated semiconductor circuit is a GaAs device. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Vorspannungseinrichtung (12, 14, 16) mindestens eine Schottky-Diode aufweist und dass die Kapazitätsanordnung eine hohe Kapazität je Flächeneinheit der in Sperrichtung betriebenen Schottky-Diode hat.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the pretensioning device (12, 14, 16) has at least one Schottky diode and that the capacitance arrangement has a high capacitance per unit area of the Schottky diode operated in the reverse direction. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Kapazitätsanordnung eine hohe Kapazität je Flächeneinheit der in Sperrichtung betriebenen Schottky-Diode umfasst, die parallel zu einer MIM (Metall-Isolator-Metall)-Kondensatoranordnung liegt, die durch einen Schottky-Metallkontakt mit der Diode und einer mit der Kathode der Diode verbundenen, einen zweiten Pegel bildenden Metallelektrode gebildet wird, wobei die MIM-Kondensatoranordnung über dem Schottky-Metallkontakt liegt aber von ihm durch eine dünne Isolierschicht getrennt ist.4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the capacitance arrangement is a comprises high capacitance per unit area of the reverse-biased Schottky diode running in parallel with a MIM (metal-insulator-metal) capacitor arrangement, which is through a Schottky metal contact with the diode and a second level metal electrode connected to the cathode of the diode is formed, wherein the MIM capacitor arrangement is above the Schottky metal contact but from separated from it by a thin layer of insulation. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, dass die Senkenanordnung ein D-MESFET ist.5. Apparatus according to claim 2, characterized in that g e k e η η, that the sink arrangement is a D-MESFET. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Senkenanordnung ein D-MESFET ist, dessen SOURCE-Zuleitung mit einem Widerstand verbunden ist.6. The device according to claim 5, characterized in that the sink arrangement a D-MESFET whose SOURCE lead is connected to a resistor. 7. Festpotential-Vorrichtung, gekennzeichnet durch eine Vorspannungseinrichtung (12, 14, 16), die parallel zu einer Kapazitätsanordnung (10) liegt, wobei die parallele Kombination der Vorspannungeinrichtung und der Kapazitätsanordnung in Reihe mit einer Senkenanordnung (18) liegen.7. Fixed potential device, labeled by a biasing device (12, 14, 16), which runs parallel to a capacitance arrangement (10) with the parallel combination of the biasing device and the capacitance arrangement in series with a sink arrangement (18). 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Vorspannungseinrichtung und die Kapazitätsanordnung mit einer Klemmungsanordnung (40, 42) und einer Sättigungswiderstandsanordnung (38) verbunden sind, um die Logikschaltungen vor hohen Eingangsspannungsschwingungen zu schützen.8. The device according to claim 1, characterized in that the pretensioning device and the capacitance arrangement having a clamping arrangement (40, 42) and a saturation resistor arrangement (38) are connected to protect the logic circuits from high input voltage oscillations. 9. Schutzvorrichtung zum Schutz eines Halbleitereingangs , gekennzeichnet durch eine Klemmungsanordnung (40, 42), die mit einer Sättigungswiderstandsanordnung (38) verbundenist, um Logik-Schaltkreise vor hohen Eingangsspannungsschwingungen (Hüben) zu schützen.9. Protection device to protect a semiconductor input , characterized by a clamping arrangement (40, 42) connected to a saturation resistor arrangement (38) to provide logic circuits protect against high input voltage oscillations (strokes). 10. Begrenzungsvorrichtung zur Begrenzung einer negativen Spannungsschwingung, gekennzeichnet durch eine Sättigungsdiode, die mit einer Stromquelle verbunden ist, und einer Schaltvorrichtung zur Verringerung einer negativen Schwingungsamplitude, wenn sich die Schaltvorrichtung in einem leitenden Zustand befindet.10. Limiting device for limiting a negative voltage oscillation, marked by a saturation diode connected to a power source and a switching device for reducing a negative oscillation amplitude when the switching device is in a conductive state is located. 11. Begrenzungsvorrichtung zur Begrenzung einer positiven Spannungsschwingung, gekennzeichnet11. Limiting device for limiting a positive voltage oscillation, marked -A--A- durch eine Schottky-Diode, die mit einer Stromquelle verbunden ist,und eine Schaltvorrichtung zur Verringerung einer positiven Schwingungsamplitude, wenn sich die Schaltvorrichtung in einem nicht-leitenden Zustand befindet.by a Schottky diode connected to a power source and a switching device for reducing a positive oscillation amplitude when the switching device is in a non-conductive State. 12. GaAs-Begrenzungsvorrichtung zur Begrenzung einer Ausgangsspannungsschwingung, gekennzeichnet durch eine Schottky-Diode, die mit einer Stromquelle verbunden ist, einer Schaltvorrichtung und einer Treiber-Ausgangsanordnung zur Begrenzung des positiven Ausgangsspannungspegels.12. GaAs limiting device for limiting an output voltage oscillation, characterized by a Schottky diode connected to a power source, a switching device and a driver output arrangement for limiting the positive output voltage level. 13. GaAs-Begrenzungsvorrichtung zur Begrenzung einer13. GaAs limiting device for limiting a Ausgangsspannungsschwingung, gekennzeichnet durch eine Sättigungsdiode, die mit einer Stromquelle verbunden ist, einer Schaltvorrichtung und einer Treiber-Ausgangsvorrichtung zur Begrenzung des negativen Ausgangsspannungspegels.Output voltage oscillation, characterized by a saturation diode, which is connected to a Power source is connected, a switching device and a driver output device for limiting the negative output voltage level.
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