JP2537902B2 - Basic logic circuit - Google Patents

Basic logic circuit

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JP2537902B2
JP2537902B2 JP62250244A JP25024487A JP2537902B2 JP 2537902 B2 JP2537902 B2 JP 2537902B2 JP 62250244 A JP62250244 A JP 62250244A JP 25024487 A JP25024487 A JP 25024487A JP 2537902 B2 JP2537902 B2 JP 2537902B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、インバータ回路やNOR回路などの論理回
路、およびアナログ・デジタル間の分周回路などにおい
て好適に用いられる基本論理回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a logic circuit such as an inverter circuit or a NOR circuit, and a basic logic circuit preferably used in a frequency dividing circuit between analog and digital circuits.

従来技術 従来よりFET(電界効果トランジスタ)、特にそのう
ちの一種であるガリウム・ヒ素・金属−半導体FET(GaA
sMESFET)を用いた高速論理回路として、GaAsMESFETの
高速性や低消費電力性を生かしたものが数多く提案され
てきている。
Conventional technology Conventionally, FETs (field effect transistors), especially one of them, gallium arsenide metal-semiconductor FET (GaA
Many high-speed logic circuits using sMESFET) have been proposed that take advantage of the high speed and low power consumption of GaAs MESFET.

そのような高速論理回路は、ファンイン、ファンアウ
トの小さな条件下においては、シリコンバイポーラ(Si
バイポーラ)素子を用いたECL(Emitter Coupled Logi
c)などの論理回路に比較して、非常に高速でかつ消費
電力が低いという性能を有する。しかしながら、数百ゲ
ート以上のMSI(中規模集積回路)程度の論理回路を構
成した場合には、期待されるほど高性能とはならない。
Such a high-speed logic circuit can be used as a silicon bipolar (Si
ECL (Emitter Coupled Logi) using a bipolar element
Compared to logic circuits such as c), it has the performance of extremely high speed and low power consumption. However, when a logic circuit of MSI (medium-scale integrated circuit) with several hundred gates or more is constructed, the performance is not as high as expected.

これは、Siバイポーラ素子の負荷駆動能力が素子電流
(コレクタ電流)にほぼ比例するのに対し、GaAsMESFET
のそれは素子電流(ドレイン電流)の1/2乗に比例する
にすぎず、負荷駆動能力についてはGaAsMESFETの方が劣
っており、多数の負荷が接続された場合にその動作速度
の劣化が大きいことに起因する。
This is because the load driving capacity of Si bipolar element is almost proportional to the element current (collector current), while GaAsMESFET
It is only proportional to the 1/2 power of the device current (drain current), and the load driving capability of GaAs MESFET is inferior, and the deterioration of its operating speed is large when many loads are connected. caused by.

この対策として、論理回路内にソース・フォロア回路
によるバッファを備えるようにして、負荷駆動能力を大
きくすることが従来より行われており、それはたとえば
BFL(Buffered FET Logic)回路、SBFL(Super Buffer
FET Logic)回路などの基本論理回路において行われて
いる。
As a countermeasure against this, it has been conventionally performed to increase the load driving capability by providing a buffer formed by a source follower circuit in the logic circuit.
BFL (Buffered FET Logic) circuit, SBFL (Super Buffer)
FET Logic) is performed in the basic logic circuit such as the circuit.

第5図はBFL回路1を示す電気回路図である。BFL回路
1に用いられるFETは全てNチャネルである。入力端子T
1にはハイレベルまたはローレベルの入力信号Vinが与え
られ、該入力信号はFET(以下、トランジスタと称す
る)Q1のゲート端子に与えられる。トランジスタQ1のソ
ース端子は接地され、そのドレイン端子はトランジスタ
Q2のソース端子およびトランジスタQ3のゲート端子に接
続される。トランジスタQ2のゲート端子とソース端子と
は短絡される。またトランジスタQ2,Q3のそれぞれのド
レイン端子には正の電圧Vddが与えられる。
FIG. 5 is an electric circuit diagram showing the BFL circuit 1. The FETs used in the BFL circuit 1 are all N-channel. Input terminal T
A high-level or low-level input signal Vin is applied to 1 and the input signal is applied to the gate terminal of a FET (hereinafter referred to as a transistor) Q1. The source terminal of transistor Q1 is grounded and its drain terminal is the transistor
Connected to the source terminal of Q2 and the gate terminal of transistor Q3. The gate terminal and the source terminal of the transistor Q2 are short-circuited. A positive voltage Vdd is applied to the drain terminals of the transistors Q2 and Q3.

トランジスタQ3のソース端子は、ダイオードD1,D2,D3
を介して出力端子T2およびトランジスタQ4のドレイン端
子に接続される。トランジスタQ4のゲート端子とソース
端子とは短絡され、ソース端子には負の電圧Vssが与え
られる。
The source terminal of transistor Q3 is diode D1, D2, D3
Via the output terminal T2 and the drain terminal of the transistor Q4. The gate terminal and the source terminal of the transistor Q4 are short-circuited, and a negative voltage Vss is applied to the source terminal.

上記のBFL回路1においてトランジスタQ2は負荷とし
て設けられ、トランジスタQ4は定電流源として設けられ
る。また、ダイオードD1,D2,D3はトランジスタQ3のソー
ス端子にあらわれる電位を、出力信号として適当なレベ
ルに下げる目的で設けられる。
In the above BFL circuit 1, the transistor Q2 is provided as a load and the transistor Q4 is provided as a constant current source. The diodes D1, D2, D3 are provided for the purpose of lowering the potential appearing at the source terminal of the transistor Q3 to an appropriate level as an output signal.

入力端子T1に与えられる入力信号Vinがハイレベルの
とき、トランジスタQ1は導通しそのドレイン端子にあら
われる電位はローレベルとなる。したがって、トランジ
スタQ3のゲート端子にはローレベルの信号が与えられ、
該トランジスタQ3は遮断され、出力端子T2に導出される
出力信号▲▼はローレベルになる。
When the input signal Vin applied to the input terminal T1 is at high level, the transistor Q1 becomes conductive and the potential appearing at its drain terminal becomes low level. Therefore, a low level signal is given to the gate terminal of the transistor Q3,
The transistor Q3 is cut off, and the output signal ▲ ▼ output to the output terminal T2 becomes low level.

入力端子T1に与えられる入力信号Vinがローレベルの
とき、トランジスタQ1は遮断され、そのドレイン端子に
はハイレベルの電位があらわれる。したがって、トラン
ジスタQ3のゲート端子にはハイレベルの信号が与えられ
て該トランジスタQ3が導通し、出力端子T2に導出される
出力信号▲▼はハイレベルとなる。
When the input signal Vin applied to the input terminal T1 is at low level, the transistor Q1 is cut off, and a high level potential appears at its drain terminal. Therefore, a high level signal is given to the gate terminal of the transistor Q3, the transistor Q3 becomes conductive, and the output signal {circle around (2)} output to the output terminal T2 becomes high level.

すなわち、BFL回路1において、トランジスタQ1,Q2は
インバータ部を構成し、トランジスタQ3,Q4およびダイ
オードD1,D2,D3はソースフォロア回路によるバッファ部
を構成している。
That is, in the BFL circuit 1, the transistors Q1 and Q2 form an inverter section, and the transistors Q3 and Q4 and the diodes D1, D2 and D3 form a buffer section formed of a source follower circuit.

またBFL回路1においては、トランジスタQ1,Q2,Q3,Q4
はデプレッション形のFETが用いられ、したがって製造
上容易であり、また各トランジスタの特性のばらつきに
対しても強いという特徴を有している。
Also, in the BFL circuit 1, the transistors Q1, Q2, Q3, Q4
Uses a depletion type FET, and is therefore easy to manufacture and has a characteristic of being resistant to variations in the characteristics of each transistor.

第6図はSBFL回路により構成されたNOR回路2の電気
回路図である。入力端子T3,T4にはそれぞれにハイレベ
ルまたはローレベルの入力信号A,Bが与えられる。入力
端子T3に与えられた入力信号AはトランジスタQ5,Q6の
それぞれのゲート端子に与えられる。トランジスタQ5の
ソース端子は接地され、そのドレイン端子はトランジス
タQ7のソース端子、およびトランジスタQ8のゲート端子
に接続される。トランジスタQ6のソース端子は接地さ
れ、そのドレイン端子は出力端子T5に接続される。
FIG. 6 is an electric circuit diagram of the NOR circuit 2 including the SBFL circuit. High-level or low-level input signals A and B are applied to the input terminals T3 and T4, respectively. The input signal A applied to the input terminal T3 is applied to the gate terminals of the transistors Q5 and Q6. The source terminal of the transistor Q5 is grounded, and its drain terminal is connected to the source terminal of the transistor Q7 and the gate terminal of the transistor Q8. The source terminal of the transistor Q6 is grounded and its drain terminal is connected to the output terminal T5.

入力端子T4に与えられた入力信号BはトランジスタQ
9,Q10のそれぞれのゲート端子に与えられる。トランジ
スタQ9のソース端子は接地され、そのドレイン端子はト
ランジスタQ7のソース端子、およびトランジスタQ8のゲ
ート端子に接続される。トランジスタQ10のソース端子
は接地され、そのドレイン端子は出力端子T5に接続され
る。
The input signal B given to the input terminal T4 is the transistor Q
It is given to each gate terminal of 9, Q10. The source terminal of the transistor Q9 is grounded, and its drain terminal is connected to the source terminal of the transistor Q7 and the gate terminal of the transistor Q8. The source terminal of the transistor Q10 is grounded and its drain terminal is connected to the output terminal T5.

トランジスタQ7はそのゲート端子とソース端子とが短
絡され、そのドレイン端子には正の電圧Vddが与えられ
る。またトランジスタQ8はそのドレイン端子には電圧Vd
dが与えられ、そのソース端子は出力端子T5に接続され
る。
The transistor Q7 has its gate terminal and source terminal short-circuited, and its drain terminal is supplied with a positive voltage Vdd. Also, the transistor Q8 has a voltage Vd
d is provided and its source terminal is connected to the output terminal T5.

上記NOR回路2において、トランジスタQ5,Q6,Q9,Q10
はNチャネルのエンハンスメント形のFETとされ、トラ
ンジスタQ7,Q8はNチャネルのデプレッション形のFETと
される。また、トランジスタQ5,Q7,Q9がインバータ部を
構成し、トランジスタQ6,Q8,Q10がバッファ部を構成し
ている。
In the above NOR circuit 2, transistors Q5, Q6, Q9, Q10
Is an N-channel enhancement type FET, and the transistors Q7 and Q8 are N-channel depletion type FETs. The transistors Q5, Q7, Q9 form an inverter section, and the transistors Q6, Q8, Q10 form a buffer section.

入力端子T3に与えられる入力信号Aがハイレベルであ
ると、トランジスタQ5,Q6は導通し、ローレベルである
とトランジスタQ5,Q6は遮断される。同様に、入力端子T
4に与えられる入力信号Bがハイレベル/ローレベルで
あるとき、トランジスタQ9,Q10は導通/遮断される。
When the input signal A supplied to the input terminal T3 is at high level, the transistors Q5 and Q6 are conductive, and when it is at low level, the transistors Q5 and Q6 are cut off. Similarly, input terminal T
When the input signal B applied to 4 is at high level / low level, the transistors Q9 and Q10 are turned on / off.

トランジスタQ8はトランジスタQ5,Q9のうち、少なく
とも一方が導通しているときには、そのゲート端子にロ
ーレベルの信号が与えられて遮断され、トランジスタQ
5,Q9の両方が遮断されているときにはそのゲート端子に
ハイレベルの信号が与えられて導通する。
When at least one of the transistors Q5 and Q9 is conducting, the transistor Q8 is turned off by applying a low level signal to its gate terminal.
When both Q5 and Q9 are cut off, a high-level signal is applied to the gate terminal to make them conductive.

出力端子T5に導出される出力信号▲▼はトラン
ジスタQ8が導通しているときにはハイレベルとなる。ま
た、トランジスタQ8が遮断されているときには、トラン
ジスタQ5,Q9のうち少なくとも一方が導通しており、し
たがってトランジスタQ6,Q10のうち少なくとも一方は導
通しているので、出力端子T5に導出される出力信号▲
▼はローレベルとなる。
The output signal ▲ ▼ derived to the output terminal T5 becomes high level when the transistor Q8 is conducting. Further, when the transistor Q8 is cut off, at least one of the transistors Q5 and Q9 is conducting, and therefore at least one of the transistors Q6 and Q10 is conducting, so that the output signal output to the output terminal T5 is ▲
▼ is low level.

このようにしてNOR回路2においては、トランジスタQ
8とトランジスタQ6,Q10とがプッシュ・プル動作され、
負荷駆動能力が高められている。またエンハンスメント
形のFETを用いることによって、DCFL(Direct Coupled
FET Logic)回路程度の低消費電力が実現されている。
Thus, in the NOR circuit 2, the transistor Q
8 and the transistors Q6 and Q10 are pushed and pulled,
The load drive capacity is enhanced. In addition, DCFL (Direct Coupled
FET Logic) Low power consumption of circuit level is realized.

発明が解決しようとする問題点 第5図に示されるBFL回路1は、トランジスタQ3,Q4な
どで構成されるバッファ部の消費電力が大きく、高集積
化には適さない。また第6図に示されるSBFL回路によっ
て構成されたNOR回路2においては、多入力の回路を構
成する場合に、入力数(ファンイン)を1つ増すこど
に、インバータ部とバッファ部とにそれぞれFETを1個
ずつ増設しなければならず、高集積化の妨げとなる。さ
らに、1つの入力信号が2個のFETのゲート端子に与え
られるので、FET2個分のゲート容量の入力容量を有する
こととなって、多入出力構成の場合に、負荷が大きくな
ってしまう欠点がある。
Problems to be Solved by the Invention In the BFL circuit 1 shown in FIG. 5, the power consumption of the buffer portion composed of the transistors Q3, Q4 and the like is large and is not suitable for high integration. Further, in the NOR circuit 2 configured by the SBFL circuit shown in FIG. 6, when a multi-input circuit is configured, the inverter unit and the buffer unit are added to increase the number of inputs (fan-in) by one. Each FET must be added one by one, which hinders high integration. Furthermore, since one input signal is given to the gate terminals of two FETs, the input capacitance is equivalent to the gate capacitance of two FETs, which increases the load in the case of a multi-input / output configuration. There is.

本発明の目的は、上述の問題点を解決し、高速で、負
荷駆動能力が高く、低消費電力を実現し、高集積化に有
利な基本論理回路を提供することである。
An object of the present invention is to provide a basic logic circuit which solves the above-mentioned problems, realizes high speed, high load driving capability, low power consumption, and is advantageous for high integration.

問題点を解決するための手段 本発明は、或る電界効果トランジスタのソースと他の
電界効果トランジスタのドレインとが接続されることに
よって直列接続される複数個の電界効果トランジスタTr
13,Tr14から成る入力部を含み、 入力部の前記直列接続される電界効果トランジスタの
うちの一方側の電界効果トランジスタTr13のドレイン
に、第1負荷素子Trlを介して、共通電位に対して正の
電圧を与える第1バイアス電圧発生手段Vddと、入力部
の前記直列接続されている電界効果トランジスタのうち
の他方側の電界効果トランジスタTr14のソースに、第2
負荷素子Dpdを介して、共通電位に対して負の電圧を与
える第2バイアス電圧発生手段Vpdとがそれぞれ接続さ
れ、 第1負荷素子Trlと前記一方側の電界効果トランジス
タTr13のドレインとの接続点に、第1電界効果トランジ
スタTr2のゲートが接続され、 第2負荷素子Dpdと前記他方側の電界効果トランジス
タTr14のソースとの接続点に、第2電界効果トランジス
タTr3のゲートが接続され、 第1電界効果トランジスタTr2のドレインは、第1バ
イアス電圧発生手段Vddに接続され、 第2電界効果トランジスタTr3のソースは共通電位に
接続され、 第1電界効果トランジスタTr2ソースと第2電界効果
トランジスタTr3のドレインとの間に、順方向となるダ
イオードD11が接続され、 第2の電界効果トランジスタTr3のドレインとダイオ
ードD11との間から出力が取出されるようにし、 前記入力部の直列接続された複数個の電界効果トラン
ジスタTr13,Tr14、第1の電界効果トランジスタTr2およ
び第2の電界効果トランジスタTr3は、同一の導電型で
あることを特徴とする基本論理回路である。
Means for Solving the Problems The present invention is directed to a plurality of field effect transistors Tr connected in series by connecting the source of a certain field effect transistor and the drain of another field effect transistor.
A field-effect transistor Tr13 on one side of the field-effect transistors connected in series in the input section, the input section consisting of 13, Tr14 is connected to the drain via the first load element Trl and is positive with respect to the common potential. To the source of the first bias voltage generating means Vdd for applying the voltage and the source of the field effect transistor Tr14 on the other side of the field effect transistors connected in series in the input section,
The second bias voltage generating means Vpd for giving a negative voltage to the common potential is connected via the load element Dpd, and the connection point between the first load element Trl and the drain of the field effect transistor Tr13 on the one side. Is connected to the gate of the first field effect transistor Tr2, and the gate of the second field effect transistor Tr3 is connected to the connection point between the second load element Dpd and the source of the field effect transistor Tr14 on the other side. The drain of the field effect transistor Tr2 is connected to the first bias voltage generating means Vdd, the source of the second field effect transistor Tr3 is connected to the common potential, and the source of the first field effect transistor Tr2 and the drain of the second field effect transistor Tr3. A diode D11 in the forward direction is connected between and, and an output is taken out between the drain of the second field effect transistor Tr3 and the diode D11. The plurality of field-effect transistors Tr13, Tr14, the first field-effect transistor Tr2 and the second field-effect transistor Tr3 connected in series in the input section are of the same conductivity type. It is a basic logic circuit.

作用 本発明に従えば、入力部に含まれる電界効果トランジ
スタTr13,Tr14のゲートにハイレベルまたはローレベル
の入力信号Vinが与えられることによって、導通/遮断
し、これに応じて、前記電界効果トランジスタTr13,Tr1
4と同一の導電型、たとえば後述の実施例のようにNチ
ャネルである第1および第2の電界効果トランジスタTr
2,Tr3がプッシュ・プル動作し、すなわち第1または第
2のいずれか一方の電界効果トランジスタTr2,Tr3が導
通したとき、いずれか他方が遮断する動作を行う。
Action According to the present invention, the gates of the field effect transistors Tr13 and Tr14 included in the input section are turned on / off by being supplied with the high level or low level input signal Vin, and accordingly, the field effect transistors Tr13 and Tr14 are turned on / off. Tr13, Tr1
First and second field-effect transistors Tr of the same conductivity type as that of 4, for example, N-channel as in the embodiment described later.
2, Tr3 performs push-pull operation, that is, when either one of the first and second field effect transistors Tr2, Tr3 becomes conductive, the other one cuts off.

特に本発明に従えば、第1および第2バイアス電圧発
生手段Vdd,Vpd間には、第1負荷素子Trlと、入力部の電
界効果トランジスタTr13,Tr14と、第2負荷素子Dpdとが
この順序で接続されており、第1および第2の各バイア
ス電圧発生手段Vdd,Vpdは、共通電位に対して正および
負の電圧を発生するので、前述のプッシュ・プル動作す
る第1および第2の電界効果トランジスタTr2,Tr3のゲ
ートに与えられる信号の振幅を大きくすることができ、
動作マージンが広がる。
Particularly according to the invention, the first load element Trl, the field effect transistors Tr13 and Tr14 in the input section, and the second load element Dpd are arranged in this order between the first and second bias voltage generating means Vdd and Vpd. The first and second bias voltage generating means Vdd and Vpd are connected to each other and generate positive and negative voltages with respect to the common potential. The amplitude of the signal applied to the gates of the field effect transistors Tr2 and Tr3 can be increased,
Wide operating margin.

さらに本発明に従えば、入力部の複数の電界効果トラ
ンジスタTr13のうちの前記他方側の電界効果トランジス
タTr14と第2負荷素子Dpdとによって構成されるソース
フォロア回路からの信号が、バッファ部として働く第2
電界効果コンデンサTr3のゲート端子に与えられる。し
たがって本件の基本論理回路11の入力容量は、電界効果
トランジスタ1個分のゲート容量となり、したがって入
力部の直列接続される電界効果トランジスタTr13,Tr14
の数を増加してファンインを増加することによる速度劣
化を制御することができ、こうして論理積NANDを演算す
ることができる。
Further, according to the invention, the signal from the source follower circuit constituted by the field effect transistor Tr14 on the other side of the plurality of field effect transistors Tr13 of the input section and the second load element Dpd serves as a buffer section. Second
It is given to the gate terminal of field effect capacitor Tr3. Therefore, the input capacitance of the basic logic circuit 11 of this case is the gate capacitance of one field effect transistor, and therefore the field effect transistors Tr13 and Tr14 connected in series at the input section.
It is possible to control the speed deterioration caused by increasing the number of FANs and increasing the fan-in, and thus the logical product NAND can be calculated.

また増設される電界効果トランジスタは、ファンイン
当り1個であり、高集積化に有利である。
Moreover, the number of field effect transistors to be added is one per fan-in, which is advantageous for high integration.

実施例 第1図は本発明の前提となる基本論理回路11の電気回
路図である。基本論理回路11において用いられるFET
(以下、トランジスタと称する)はNチャネルであっ
て、すなわち同一導電型である。
First Embodiment FIG. 1 is an electric circuit diagram of a basic logic circuit 11 which is a premise of the present invention. FET used in basic logic circuit 11
(Hereinafter, referred to as a transistor) is an N channel, that is, has the same conductivity type.

入力端子T11にはハイレベルまたはローレベルの入力
信号Vinが与えられる。該入力信号VinはトランジスタTr
1のゲート端子に与えられる。トランジスタTr1のドレイ
ン端子には、第1バイアス電圧発生手段である負荷素子
L1を介して共通電位である接地電位に対して正の電圧Vd
dが与えられ、該ドレイン端子は第1の電界効果トラン
ジスタであるトランジスタTr1のゲート端子に接続され
る。トランジスタTr1のソース端子には第2バイアス電
圧発生手段である負荷素子L2を介して共通電位である接
地電位に対して負の電圧Vpdが与えられ、該ソース端子
は第2の電界効果トランジスタであるトランジスタTr3
のゲート端子に接続される。トランジスタTr1を含んで
入力部が構成される。
A high-level or low-level input signal Vin is applied to the input terminal T11. The input signal Vin is a transistor Tr
1 is given to the gate terminal. The drain terminal of the transistor Tr1 has a load element as a first bias voltage generating means.
Positive voltage Vd with respect to the ground potential, which is the common potential via L1
d is applied, and the drain terminal is connected to the gate terminal of the transistor Tr1 which is the first field effect transistor. A negative voltage Vpd with respect to the ground potential, which is a common potential, is applied to the source terminal of the transistor Tr1 via the load element L2 that is the second bias voltage generation means, and the source terminal is the second field effect transistor. Transistor Tr3
Connected to the gate terminal of. The input unit is configured to include the transistor Tr1.

トランジスタTr3のソース端子は共通電位に接地さ
れ、また、そのドレイン端子は出力端子T12に接続され
る一方、1個または複数個のダイオードD11,D12,…を介
してトランジスタTr2のソース端子に接続される。トラ
ンジスタTr2のドレイン端子には電圧Vddが与えられる。
The source terminal of the transistor Tr3 is grounded to a common potential, and its drain terminal is connected to the output terminal T12 while being connected to the source terminal of the transistor Tr2 via one or more diodes D11, D12, .... It The voltage Vdd is applied to the drain terminal of the transistor Tr2.

入力端子T11に与えられる入力信号Vinがローレベルの
とき、トランジスタTr1は遮断され、該トランジスタTr1
のドレイン端子には電圧Vdd(ハイレベル)があらわ
れ、そのソース端子には電圧Vpd(ローレベル)があら
われる。したがって、トランジスタTr2は導通し、トラ
ンジスタTr3は遮断される。このとき、出力端子T12には
ダイオードD11,D12,…によってレベルが調整された出力
信号▲▼が、ハイレベルの信号として導出され
る。
When the input signal Vin applied to the input terminal T11 is at low level, the transistor Tr1 is cut off and the transistor Tr1
The voltage Vdd (high level) appears at the drain terminal of the and the voltage Vpd (low level) appears at the source terminal. Therefore, the transistor Tr2 is turned on and the transistor Tr3 is turned off. At this time, the output signal ▲ ▼ whose level is adjusted by the diodes D11, D12, ... Is derived as a high level signal from the output terminal T12.

入力端子T11に与えられる入力信号Vinがハイレベルの
とき、トランジスタTr1は導通し、該トランジスタTr1の
ドレイン端子には、電圧Vddから負荷素子L1による電圧
降下分だけ低い電位(ローレベル)があらわれ、そのソ
ース端子には、負荷素子L2による電圧降下分だけ電圧Vp
dよりも高い電位(ハイレベル)があらわれる。したが
って、トランジスタTr2は遮断され、トランジスタTr3は
導通する。このとき、出力端子T12に導出される出力信
号▲▼はローレベルとなる。
When the input signal Vin given to the input terminal T11 is at a high level, the transistor Tr1 becomes conductive, and a potential (low level) lower than the voltage Vdd by the voltage drop due to the load element L1 appears at the drain terminal of the transistor Tr1. At its source terminal, the voltage Vp corresponding to the voltage drop due to the load element L2
A potential (high level) higher than d appears. Therefore, the transistor Tr2 is turned off and the transistor Tr3 is turned on. At this time, the output signal ▲ ▼ output to the output terminal T12 becomes low level.

基本論理回路11においては、負荷素子L1、トランジス
タTr1、負荷素子L2を含んでインバータ部が構成され、
トランジスタTr2,Tr3、ダイオードD11,D12…を含んでバ
ッファ部が構成されている。前述のようにバッファ部に
おいては、トランジスタTr2,Tr3がプッシュ・プル動作
される。これによって、次段に接続される負荷を効率良
く駆動することを可能としている。
In the basic logic circuit 11, an inverter section is configured to include a load element L1, a transistor Tr1, and a load element L2,
A buffer unit is configured to include the transistors Tr2, Tr3, the diodes D11, D12 .... As described above, in the buffer section, the transistors Tr2 and Tr3 are operated in push-pull. This makes it possible to efficiently drive the load connected to the next stage.

また、バッファ部のトランジスタTr2,Tr3は、いずれ
か一方が遮断され、したがって、バッファ部の電流が制
限されて、バッファ部における電力消費が抑えられ、さ
らにノイズマージンを大きく設計することが可能とな
る。
Further, either one of the transistors Tr2 and Tr3 in the buffer section is cut off, so that the current in the buffer section is limited, the power consumption in the buffer section is suppressed, and the noise margin can be designed to be large. .

バッファ部のトランジスタTr3のゲート端子には、ト
ランジスタTr1と負荷素子L2によって構成されるソース
フォロア回路からの信号が与えられ、したがって、基本
論理回路11の入力容量はFET1個分のゲート容量となる。
これによって、ファンインを増加することによる速度劣
化が抑制される。
A signal from a source follower circuit composed of the transistor Tr1 and the load element L2 is given to the gate terminal of the transistor Tr3 of the buffer section, and therefore the input capacitance of the basic logic circuit 11 is the gate capacitance of one FET.
As a result, speed deterioration due to increase in fan-in is suppressed.

さらに、後述のようにNOR回路やNAND回路などを構成
する場合に、増設されるFETはファンイン当り1個であ
り、高集積化に有利である。
Further, when a NOR circuit, a NAND circuit, or the like is configured as described later, only one FET is added per fan-in, which is advantageous for high integration.

第2図は負荷素子L1の一例を示しており、第3図は負
荷素子L2の一例を示している。すなわち、負荷素子L1と
しては抵抗、ゲート端子とソース端子とが短絡されたデ
プレッション形のFETなどが適用され、負荷素子L2とし
ては抵抗、ゲート端子とソース端子とが短絡されたFE
T、ダイオードなどが適用される。
FIG. 2 shows an example of the load element L1, and FIG. 3 shows an example of the load element L2. That is, a resistance is used as the load element L1, a depletion type FET in which the gate terminal and the source terminal are short-circuited, and the like, and a resistance is used as the load element L2 and a FE in which the gate terminal and the source terminal are short-circuited.
T, diode, etc. are applied.

第4図は、基本論理回路11を応用した本発明の一実施
例のNAND回路12の電気回路図である。該NAND回路12は負
荷素子L1としてゲート端子とソース端子とが短絡された
トランジスタ(FET)Trlを用い、負荷素子L2としてダイ
オードDpdを用いて、二入力のNAND回路を構成したもの
である。第4図中において、第1図示の基本論理回路11
と同等の機能を有するものには、同一の参照符が付され
る。入力端子T13,T14に対応してトランジスタTr13,Tr14
が設けられる。トランジスタTr13はそのドレイン端子
が、トランジスタTrlのソース端子およびトランジスタT
r2のゲート端子に接続される。また、トランジスタTr13
のソース端子は、トランジスタTr14のドレイン端子に接
続され、トランジスタTr14のソース端子は、ダイオード
DpdおよびトランジスタTr3のゲート端子に接続される。
NAND回路12においては直列に接続されるトランジスタTr
13,Tr14を含んで入力部が構成されている。
FIG. 4 is an electric circuit diagram of the NAND circuit 12 of one embodiment of the present invention to which the basic logic circuit 11 is applied. The NAND circuit 12 uses a transistor (FET) Trl having a gate terminal and a source terminal short-circuited as a load element L1 and a diode Dpd as a load element L2 to form a two-input NAND circuit. In FIG. 4, the basic logic circuit 11 shown in FIG.
The same reference numerals are attached to those having a function equivalent to. Transistors Tr13 and Tr14 corresponding to input terminals T13 and T14
Is provided. The drain terminal of the transistor Tr13 is the source terminal of the transistor Trl and the transistor Trl.
Connected to the gate terminal of r2. Also, the transistor Tr13
The source terminal of is connected to the drain terminal of transistor Tr14, and the source terminal of transistor Tr14 is a diode
Connected to Dpd and the gate terminal of transistor Tr3.
In the NAND circuit 12, transistors Tr connected in series
The input section is configured to include 13, Tr14.

したがって、トランジスタTr13とトランジスタTr14と
が同時に導通した場合に、トランジスタTr13のドレイン
端子にはローレベル、トランジスタTr14のソース端子に
はハイレベルの電位があらわれる。このとき、トランジ
スタTr2は遮断され、トランジスタTr3は導通し、出力端
子T15に導出される出力信号 はローレベルとなる。すなわち、入力端子T13と入力端
子T14とに与えられる入力信号A,Bがいずれもハイレベル
であるとき、出力端子T15に導出される出力信号 はローレベルとなることになる。
Therefore, when the transistors Tr13 and Tr14 are simultaneously turned on, a low level potential appears at the drain terminal of the transistor Tr13 and a high level potential appears at the source terminal of the transistor Tr14. At this time, the transistor Tr2 is cut off, the transistor Tr3 is turned on, and the output signal output to the output terminal T15 is output. Becomes low level. That is, when the input signals A and B applied to the input terminal T13 and the input terminal T14 are both high level, the output signal derived to the output terminal T15 Will be low level.

トランジスタTr13,Tr14の少なくとも一方が遮断され
ると、トランジスタTr13のドレイン端子にはハイレベ
ル、トランジスタTr14のソース端子にはローレベルの電
位があらわれる。このときトランジスタTr2は導通し、
トランジスタTr3は遮断され、出力端子T15に導出される
出力信号 はハイレベルとなる。すなわち、入力端子T13,T14に与
えられる入力信号A,Bの少なくとも一方がローレベルで
あるとき、出力端子T15に導出される出力信号 はハイレベルとなる。
When at least one of the transistors Tr13 and Tr14 is cut off, a high level potential appears at the drain terminal of the transistor Tr13 and a low level potential appears at the source terminal of the transistor Tr14. At this time, the transistor Tr2 becomes conductive,
Transistor Tr3 is cut off and output signal is output to output terminal T15 Becomes high level. That is, when at least one of the input signals A and B applied to the input terminals T13 and T14 is at a low level, the output signal derived to the output terminal T15 Becomes high level.

以上のように電界効果トランジスタを直列に接続して
NAND回路が得られる。このときファンインを1つ増すご
とに増設される電界効果トランジスタは1個であり、高
集積化が容易である。
Connect the field effect transistors in series as above.
NAND circuit is obtained. At this time, one field effect transistor is added each time the number of fan-ins is increased, and high integration is easy.

本件発明者は、第1図示の基本論理回路11において、
トランジスタTr1としてゲート幅Wg=10(μm)、しき
い値電圧Vth=−0.2(V)のものを、トランジスタTr2
としてWg=10(μm)、Vth=−0.5(V)のものを、ト
ランジスタTr3としてWg=20(μm)、Vth=−0.2
(V)のものを用い、負荷素子L1としてソース端子とゲ
ート端子とを短絡したFET(Wg=10(μm),Vth=−0.5
(V))を、負荷素子L2としてアノード面積が10(μm
2)のショットキダイオード1個を、ダイオードD11,D1
2,…として前記ショットキダイオードと同等のダイオー
ド1個を用いて回路構成を行った。なお、用いられるFE
Tは全てNチャネルであり、チャネル層はSiのイオン注
入によって形成されている。また電圧Vddは2.0(V)、
電圧Vpdは−0.5(V)として、基本論理回路11を奇数個
リング状に接続してリング発振器を構成して、その特性
を調べた結果、ゲート当りの伝播遅延時間τpd=50(ピ
コ秒)、消費電力P=850(マイクロワット)となり、
ファンアウト当りτpd=15(ピコ秒)、ファンイン当り
τpd=7(ピコ秒)、ノイズマージンが0.35(V)とな
った。すなわち、充分に高速性を保ち、かつ、ノイズマ
ージンが大きく低消費電力の基本論理回路11が実現され
た。
In the basic logic circuit 11 shown in FIG.
Transistor Tr1 with gate width Wg = 10 (μm) and threshold voltage Vth = −0.2 (V)
With Wg = 10 (μm) and Vth = −0.5 (V) as transistor Tr3 Wg = 20 (μm) and Vth = −0.2
A FET (Wg = 10 (μm), Vth = −0.5) with a source terminal and a gate terminal short-circuited as a load element L1
(V)) as the load element L2 and the anode area is 10 (μm)
2 ) 1 Schottky diode, diode D11, D1
As 2, 2, a circuit configuration was performed using one diode equivalent to the Schottky diode. The FE used
All Ts are N channels, and the channel layer is formed by Si ion implantation. The voltage Vdd is 2.0 (V),
The voltage Vpd is set to -0.5 (V), an odd number of basic logic circuits 11 are connected in a ring shape to form a ring oscillator, and the characteristics are examined. As a result, the propagation delay time per gate τpd = 50 (picoseconds). , Power consumption P = 850 (microwatt),
Τpd = 15 (picoseconds) per fan-out, τpd = 7 (picoseconds) per fan-in, and the noise margin was 0.35 (V). That is, the basic logic circuit 11 which has sufficiently high speed and has a large noise margin and low power consumption is realized.

効果 以上のように本発明に従えば、高速で、負荷駆動能力
が高く、低消費電力を実現し、高集積化に有利な基本論
理回路が実現される。
Effects As described above, according to the present invention, a basic logic circuit that is high-speed, has high load driving capability, realizes low power consumption, and is advantageous for high integration can be realized.

特に本発明によれば、入力部の電界効果トランジスタ
Tr13,Tr14の一方側に第1負荷素子Trlを介して、また他
方側に第2負荷素子Dpdを介して、第1および第2バイ
アス電圧発生手段Vdd,Vpdをそれぞれ接続し、第1およ
び第2バイアス電圧発生手段Vdd,Vpdは、プッシュ・プ
ル動作する第1および第2電界効果トランジスタTr2,Tr
3が接続される共通電位に対して、正および負の電圧を
発生するようにしたので、第1および第2の電界効果ト
ランジスタTr2,Tr3の各ゲートに与えられる信号の振幅
を大きくすることができ、負荷駆動能力が高く、かつ動
作マージンが広がるという効果が達成される。
Particularly according to the invention, a field effect transistor in the input section
The first and second bias voltage generating means Vdd and Vpd are connected to one side of Tr13 and Tr14 through the first load element Trl and to the other side through the second load element Dpd, respectively. The two bias voltage generating means Vdd, Vpd are the first and second field effect transistors Tr2, Tr that perform push-pull operation.
Since the positive and negative voltages are generated with respect to the common potential to which 3 is connected, it is possible to increase the amplitude of the signal given to each gate of the first and second field effect transistors Tr2, Tr3. Therefore, it is possible to achieve the effect that the load driving capability is high and the operation margin is widened.

また本発明によれば、入力部を構成する複数個の電界
効果トランジスタのうち、前記他方側の電界効果トラン
ジスタTr14と第2負荷素子Dpdによって構成されるソー
スフォロア回路からの信号が、バッファ部として働く第
2電界効果トランジスタTr3のゲートに与えられ、した
がって本件基本論理回路の入力容量は電界効果トランジ
スタ1個分のゲート容量となる。これによってファンイ
ンを増加することによる速度劣化を抑制することができ
る。
Further, according to the present invention, among the plurality of field effect transistors forming the input section, the signal from the source follower circuit formed by the field effect transistor Tr14 on the other side and the second load element Dpd serves as the buffer section. It is given to the gate of the working second field effect transistor Tr3, and therefore the input capacitance of the basic logic circuit of the present invention is the gate capacitance of one field effect transistor. As a result, it is possible to suppress speed deterioration due to an increase in fan-in.

さらに本発明によれば、論理積NANDを構成する場合
に、入力部において増設される電界効果トランジスタは
ファンイン当り1個であり、したがって高集積化に有利
であるという優れた効果もある。
Further, according to the present invention, when a logical product NAND is formed, the number of field effect transistors added in the input section is one per fan-in, and therefore, there is an excellent effect that it is advantageous for high integration.

さらに第1および第2電界効果トランジスタTr2,Tr3
の間に、順方向となるダイオードD11が介在されて電圧
のレベル調整が行われ、したがって各種の特性を有する
第1および第2電界効果トランジスタTr2,Tr3を用いる
ことができる。
Further, the first and second field effect transistors Tr2, Tr3
The diode D11 in the forward direction is interposed between the two to adjust the voltage level. Therefore, the first and second field effect transistors Tr2 and Tr3 having various characteristics can be used.

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

第1図は本発明の前提となる基本論理回路11の電気回路
図、第2図は負荷素子L1の一例を示す図、第3図は負荷
素子L2の一例を示す図、第4図は基本論理回路11を応用
して構成された本発明の一実施例のNAND回路12の電気回
路図、第5図は典型的な従来技術の基本論理回路である
BFL回路1の電気回路図、第6図はやはり典型的な従来
技術の基本論理回路であるSBFL回路を応用して構成され
たNOR回路2の電気回路図である。 11……基本論理回路、12……NAND回路、13……NOR回
路、Tr1,Tr2,Tr3,Tr13,Tr14,Trl……トランジスタ(FE
T)、L1,L2……負荷素子、Dpd……ダイオード
1 is an electric circuit diagram of a basic logic circuit 11 which is a premise of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an example of a load element L1, FIG. 3 is a diagram showing an example of a load element L2, and FIG. 4 is a basic diagram. An electrical circuit diagram of a NAND circuit 12 according to an embodiment of the present invention constructed by applying the logic circuit 11 is shown in FIG. 5, which is a typical prior art basic logic circuit.
FIG. 6 is an electric circuit diagram of the BFL circuit 1, and FIG. 6 is an electric circuit diagram of the NOR circuit 2 constructed by applying the SBFL circuit which is a typical conventional basic logic circuit. 11 …… Basic logic circuit, 12 …… NAND circuit, 13 …… NOR circuit, Tr1, Tr2, Tr3, Tr13, Tr14, Trl …… Transistor (FE
T), L1, L2 ... load element, Dpd ... diode

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】或る電界効果トランジスタのソースと他の
電界効果トランジスタのドレインとが接続されることに
よって直列接続される複数個の電界効果トランジスタTr
13,Tr14から成る入力部を含み、 入力部の前記直列接続される電界効果トランジスタのう
ちの一方側の電界効果トランジスタTr13のドレインに、
第1負荷素子Trlを介して、共通電位に対して正の電圧
を与える第1バイアス電圧発生手段Vddと、入力部の前
記直列接続されている電界効果トランジスタのうちの他
方側の電界効果トランジスタTr14のソースに、第2負荷
素子Dpdを介して、共通電位に対して負の電圧を与える
第2バイアス電圧発生手段Vpdとがそれぞれ接続され、 第1負荷素子Trlと前記一方側の電界効果トランジスタT
r13のドレインとの接続点に、第1電界効果トランジス
タTr2のゲートが接続され、 第2負荷素子Dpdと前記他方側の電界効果トランジスタT
r14のソースとの接続点に、第2電界効果トランジスタT
r3のゲートが接続され、 第1電界効果トランジスタTr2のドレインは、第1バイ
アス電圧発生手段Vddに接続され、 第2電界効果トランジスタTr3のソースは共通電位に接
続され、 第1電界効果トランジスタTr2ソースと第2電界効果ト
ランジスタTr3のドレインとの間に、順方向となるダイ
オードD11が接続され、 第2の電界効果トランジスタTr3のドレインとダイオー
ドD11との間から出力が取出されるようにし、 前記入力部の直列接続された複数個の電界効果トランジ
スタTr13,Tr14、第1の電界効果トランジスタTr2および
第2の電界効果トランジスタTr3は、同一の導電型であ
ることを特徴とする基本論理回路。
1. A plurality of field effect transistors Tr, which are connected in series by connecting a source of a field effect transistor and a drain of another field effect transistor.
Including an input section consisting of 13, Tr14, the drain of the field effect transistor Tr13 on one side of the field effect transistors connected in series of the input section,
A first bias voltage generating means Vdd for giving a positive voltage to the common potential via the first load element Trl, and a field effect transistor Tr14 on the other side of the field effect transistors connected in series in the input section. Is connected to the source of each of them via the second load element Dpd and the second bias voltage generating means Vpd for giving a negative voltage to the common potential, and the first load element Trl and the field effect transistor T on the one side are connected.
The gate of the first field effect transistor Tr2 is connected to the connection point with the drain of r13, and the second load element Dpd and the field effect transistor T on the other side are connected.
At the connection point with the source of r14, the second field effect transistor T
The gate of r3 is connected, the drain of the first field effect transistor Tr2 is connected to the first bias voltage generating means Vdd, the source of the second field effect transistor Tr3 is connected to a common potential, and the first field effect transistor Tr2 source is connected. A diode D11 in the forward direction is connected between the drain of the second field effect transistor Tr3 and the drain of the second field effect transistor Tr3 so that an output is taken out between the drain of the second field effect transistor Tr3 and the diode D11. A plurality of field-effect transistors Tr13, Tr14, a first field-effect transistor Tr2 and a second field-effect transistor Tr3 connected in series are of the same conductivity type.
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