JP2547889B2 - Cmos−ecl出力バッファ回路 - Google Patents
Cmos−ecl出力バッファ回路Info
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Description
する電圧からエミッタ結合形論理(ECL)回路に適する
電圧へ変換するためのバッファ回路に関する。
システムでは、CMOS技術を用いる集積回路チップとECL
回路を用いるチップの間に効率的な相互接続を提供する
必要がある。CMOS回路は通常0ボルトから5ボルトの間
の論理振幅で動作し、これに対してECLチップは−0.95
ボルトから−1.7ボルトの間の論理振幅で動作するため
問題が生じてくる。
部チップにバイポーラ・バッファ回路を提供することで
ある。(例えば、1986年のフェアチャイルド(Fairchil
d)F100K ECL データブック第3−38頁から第40頁を参
照)。この従来技術においては、動作特性及びコストフ
ァクタの観点から、CMOSチップ自身に組込まれた、ECL
チップとの相互接続のためのCMOS出力バッファがさらに
必要とされる。
がある。例えば、1988年のアイ・イー・イー・イー固体
回路国際会議技術論文集(IEEE International Solid S
tate Circuits Conference Digest of Technical Paper
s)第64−65頁及び第302−303頁のマイア(Meier)氏の
文献「2μmCMOSデジタル・アダプティプ等化器チップ
…」の中では、低レベル電圧は外部電源によって確立さ
れる。高電圧レベルは電流源として動作するMOSトラン
ジスタによってセットされ、それが他のブランチのトラ
ンジスタ列を通じて電流を映す。従って、高電圧レベル
のみが回路によって制御される。
に高低の基準電圧を接続することによって高電圧及び低
電圧を提供することが提案されている。第3のトランジ
スタは、バッファ出力に1つあるいは両方のブランチを
接続させるようにこれを制御し、それによって低電圧レ
ベルあるいは高電圧レベルをセットすることを決める。
例えば、1988年のアイ・イー・イー・イー固体回路(IE
EE Journal of Solid State Circuits)第23巻第133−1
41頁のチャオ(Chao)らの文献「140Mbit/s CMOS LSI
フレイマー・チップ…」を参照。
ECL論理チップへの接続のための電圧レベルをセットす
る出力バッファ回路を提供することである。
て実現される。その回路は回路の出力に接続されるMOS
トランジスタからなり、そのトランジスタはゲート電極
を含む。出力端に接続されているエミッタ結合形論理回
路に適する電圧レベルを回路の出力で確立するための手
段が提供されている。それらの手段は、単一半導体チッ
プに集積され、また基準電圧を供給するために、チップ
の外部で少なくとも1つの抵抗が提供されている。
圧に対して回路の出力でエミッタ結合形論理回路に適す
る電圧レベルを確立するように、ゲート電極に一対の基
準電圧を交互に供給する手段を含むことを特徴とする。
を含む回路の全体図を示す。標準のバンドギャップ電圧
基準回路10は、温度及び電源電圧に影響されない電圧V
BGを生成する。バンドギャップ基準回路は標準の電圧ミ
ラー回路11に接続され、そこでVBGがそれぞれ低レベル
電圧VOLと高レベル電圧VOHに変換される。典型的には、
VBGは約VSS+1.23ボルトで、VOLは約VDD−1.7ボルト
で、またVOHは約VDD−0.95ボルトである。VSSはCMOSチ
ップへの最大の負電圧(典型的には−5ボルト)、VDD
は最大の正電圧(典型的には0ボルト)である。
こでは詳しい説明を省略する。
路12が基準抵抗13と共に出力バッファ回路14に低基準電
圧及び高基準電圧、VOLRとVOHRを供給する。VOLRは典型
的には−1.7ボルトで、VOHRは典型的には−3.0ボルトで
ある。バッファ回路14は、“CMOS入力”と示された入力
端子でCMOS集積回路チップよりCMOS電圧レベルを受信
し、“ECL出力”と示された出力端子でECLチップに適す
る電圧レベルに変換する。信号は伝送バス15に沿ってEC
Lチップ(図示せず)に送られる。
示せず)への接続のための出力電圧VoutはMOSトランジ
スタM1によって供給される。この場合、M1はp−チャネ
ル素子であることが望ましい。トランジスタのドレイン
は出力端子に接続され、ソースはVDDの電位(0ボル
ト)に接続される。Voutは、適当な基準電圧VOLRあるい
はVOHRをトランジスタM1のゲートへ与えることによって
制御される。トランジスタM2、M3、M4とM5は伝送ゲートと
して働き、M1のゲートへ基準電圧を二者択一的に与え
る。M2とM5はp−チャネル・トランジスタで、M3とM4は
n−チャネル・トランジスタである。M2のソースとM3の
ドレインは共にVOLRに接続され、M2のドレインとM3のソ
ースは共にVOLRに接続され、M2のドレインとM3のソース
は共に、M1のゲートに接続されているノード1に接続さ
れている。同様に、M4のソースとM5のドレインは共にV
OHRに接続され、またM4のドレインとM5のソースはノー
ド1に接続されている。電圧パルス列VPはM2とM4のゲー
トに与えられ、これに対してVpと180度異なる位相の
pはM3とM5のゲートに与えられる。典型的にはVpは0か
ら−5ボルトまで変化し、約250MHzの周波数を有する。
M2とM3あるいはM4とM5のみ作動可能である。従って、Vp
は低レベルで、pが高レベルのとき、電圧VOLRがノー
ド1に現れ、M1に与えられる。Vpが高レベルで、pが
低レベルのとき電圧VOHRがM1に与えられる。
Lに適する電圧−0.95ボルトと−1.7ボルトを生成するた
めに、M1は約1μmのチャネル長さ及び約550μmのチ
ャネル幅を有する。高レベルの電圧が−0.880ボルトか
ら−1.028ボルトの範囲、また低レベルの電圧が−1.620
ボルトから−1.810ボルトの範囲内にあることが望まし
い。勿論、M1のサイズはチップに適した電圧に一致する
ように変更できる。
れたような回路によって生成できる。電圧Vp′は0ボル
トから−5ボルトの間で振動する。このパルス信号は第
1のインバータ44に与えられ、Vp′と180度異なる位相
のp′を生成する。この信号(p′)はフリップフロ
ップ回路43のデータ入力(D2)に与えられる。またこの
信号は第2のインバータ45にも与えられ、他のフリップ
フロップ回路42のデータ入力(D1)に与えられるVp′を
生成する。同じクロック信号が2つのフリップフロップ
のクロック入力(C1とC2)に供給される。非反転出力
(Q1とQ2)からの信号はVpとpで、それらが伝送ゲー
ト(第2図のM2乃至M5)に供給される。フリップフロッ
プに与える前に信号を反転する結果、Vpとpとの間に
は大きな遅延がないため、この回路は有利である。
された基準回路によって生成できる。電圧ミラー回路
(第1図の11)からの電圧VOLとVOHはそれぞれ演算増幅
器20と30の負入力に与えられる。演算増幅器20と30の出
力はそれぞれp−チャネルMOSトランジスタM6とM7のゲ
ートに接続される。これらのトランジスタはM1と同じ
で、バッファ回路(第2図)のための出力電圧を供給す
る。M6とM7のソースはVDD(0ボルト)の電位を有する
端子に接続され、それらのドレインは、典型的に50オー
ムの抵抗値を有する別々の外部基準抵抗R1とR2に接続さ
れる。約2ボルトの外部バイアスが、基準抵抗R1とR
2(第2図のR3も同様)に供給され、ECLチップに適する
電圧を生成する。演算増幅器20と30の出力はそれぞれ単
位利得演算増幅器40と41にも接続される。
に与えられるとき、それらの出力はトランジスタM6とM7
を作動させ、これらのトランジスタ及び外部基準抵抗R1
とR2に電流が流れる。それらの抵抗両端の電圧Vout2とV
out3は、それぞれ演算増幅器20と30の正端子にかかる。
演算増幅器の出力は、正端子及び負端子における入力が
等しくなるまで自分自身を調整する。この平衡状態にお
いて、電圧V′OLRとV′OHRは、電圧VOLとVOH及び基準
抵抗R1とR2の安定関数である。それらの電圧は半導体チ
ップの一部で生成でき、単位利得演算増幅器40と41によ
ってバッファされ、VOLRとVOHRを形成し、それらがチッ
プ上に配置される全ての出力バッファのために全入力/
出力フレームに沿って送られる。
生成するため、本発明の回路は従来技術のものより簡単
で、より小さい面積を占め、またより高速である。|V
OLR|>|VTP|(ここで|VTP|はM1のしきい値電圧で
ある)となるような電圧の小さい変化は、|VOLR−VOHR
|<2ボルトであることが望ましいが、回路の動作中で
のM1の作動を保証し、回路を高速にする。さらに、本回
路は雑音が非常に小さく、これは主にM1をオンオフする
よりむしろそれに流れる電流を振幅変調するようにゲー
トへの電圧を変化させるからである。このことは雑音指
数に影響する電流の中断を生じない。0.9μm技術で
は、VOLRとVOHRの間の変換点の時間の望ましい範囲は70
0ピコ秒乃至1.8ナノ秒である。例えば、64の出力バッフ
ァが175MHzのクロック速度で同時にスイッチされると
き、計算機補助設計シミュレーションでは30mVのグラウ
ンド・バウンドしか検出されていない。本回路は約175M
Hzで動作するように設計されているが、少なくとも250M
Hzの速度で動作できる。
ることは明らかである。例えば、M1はp−チャネル・ト
ランジスタであることが望ましいが、もしチップ上にト
ランジスタをドライブする適当な電圧が与えられれば、
n−チャネル・トランジスタも使用可能である。さら
に、出力電圧を生成するには1つのトランジスタ(M1)
しか必要がないが、場合によってはさらに1つのトラン
ジスタを並列に加えることが便利である可能性がある。
その追加のトランジスタは、M1に一定の電流を供給し、
それによってM1に要求される電流振幅を減らす。これは
M1の一層の小形化を可能にする。このような変形例の全
ては、基本的には本発明が従来技術よりも優れていると
いうことに依存するものであり、本発明の範囲に含まれ
ると考えられる。
た回路の概略ブロック図、 第2図は、本発明の実施例による第1図の回路の一部の
概略回路図、 第3図は、本発明の実施例による第1図の回路の一部、 第4図は、本発明の実施例による第1図の回路の一部で
ある。 10…バンドギャップ電圧基準回路 11…電圧ミラー回路 12…基準回路 13…基準抵抗 14…出力バッファ回路 15…伝送パス 40、41、20、30…演算増幅器 42、43…フリップフロップ回路 44、45…インバータ
Claims (6)
- 【請求項1】回路の出力に接続され、ゲート電極を含む
MOSトランジスタ(M1)と、回路の出力で、該出力に接
続されるエミッタ結合形論理回路(ECL)に適する電圧
レベルを確立する、単一半導体チップ上に集積された電
圧レベル確立手段と、 前記電圧レベル確立手段に基準電圧を提供するためのチ
ップ外の一対の外部抵抗(R1,R2)とを有し、 前記電圧レベル確立手段は、前記トランジスタが基準電
圧の各々に対して回路の出力でエミッタ結合形論理回路
に適する電圧レベルを確立するように、前記ゲート電極
に一対の基準電圧(VOLR,VOHR)を交互に供給する基準
電圧供給手段(M2〜M5)を含み、 前記基準電圧供給手段は、一対の演算増幅器(20,30)
を含み、その各々が、前記一対の外部抵抗の一方に接続
されるMOSトランジスタ(M6,M7)とフィードバックルー
プを形成することを特徴とするCMOS−ECL出力バッファ
回路。 - 【請求項2】MOSトランジスタはp−チャネル素子であ
ることを特徴とする請求項1のCMOS−ECL出力バッファ
回路。 - 【請求項3】回路の出力電圧レベルは、−0.880Vから−
1.028Vおよび−1.620Vから−1.810Vの範囲内にあること
を特徴とする請求項1のCMOS−ECL出力バッファ回路。 - 【請求項4】前記基準電圧供給手段は、トランジスタを
通じて連続的な電流を生成するように電圧を供給するこ
とを特徴とする請求項1のCMOS−ECL出力バッファ回
路。 - 【請求項5】基準電圧は2対のMOSトランジスタ(M2,M3
およびM4,M5)を通じてトランジスタのゲートに供給さ
れ、それらのMOSトランジスタは二者択一的に導通およ
び非導通であることを特徴とする請求項1のCMOS−ECL
出力バッファ回路。 - 【請求項6】異なる対のMOSトランジスタにその出力が
接続される一対のフリップフロップ回路(42,43)を含
む、2対のMOSトランジスタのゲートをバイアスする手
段と、前記フリップフロップ回路の一方(42)の入力に
反転信号を、他方のフリップフロップ回路の入力に非反
転信号を与える手段(45)とをさらに有することを特徴
とする請求項5のCMOS−ECL出力バッファ回路。
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