JP2586158B2 - Dynamic frequency divider - Google Patents

Dynamic frequency divider

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JP2586158B2
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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、高周波領域で動作するダイナミック型分周
器に関し、特にGaAs基板上に形成されるダイナミック型
分周器に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dynamic frequency divider operating in a high frequency range, and more particularly to a dynamic frequency divider formed on a GaAs substrate.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、マイクロ波帯などの高い周波数領域で動作する
ダイナミック型分周器においては、簡単な回路構成でか
つ高速動作を実現するための開発が行われている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a dynamic frequency divider operating in a high frequency region such as a microwave band, development for realizing high-speed operation with a simple circuit configuration has been performed.

第2図は従来のダイナミック型分周器の一例を説明す
る回路図である。図に示すように、このダイナミック型
分周器は、半絶縁型GaAs基板上に、入力端子10にゲート
電極が接続された第一のトランスファゲートFET12と、
このFET12のドレイン電極と出力端子11との間に接続さ
れ複数のFETで構成したバッファ回路13と、ソース電極
がこのバッファ回路13の出力側に接続され、かつゲート
電極が入力インバータ15を介して入力端子10に接続され
る第二のトランスファゲートFET14と、このFETのドレイ
ン電極が入力に、かつ出力を第一のFET12のソース電極
にそれぞれ接続され複数のFETを含んで構成したインバ
ータ回路16とを形成している。この分周器における第一
および第二のトランスファーゲートFET12,14はインバー
タ回路16とバッファ回路13とを結合し、入力端子10から
のクロック信号等を分周して出力端子11に取り出すゲー
ト機能をはたしている。
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a conventional dynamic frequency divider. As shown in the figure, the dynamic frequency divider has a first transfer gate FET 12 having a gate electrode connected to an input terminal 10 on a semi-insulating GaAs substrate,
A buffer circuit 13 composed of a plurality of FETs connected between the drain electrode of the FET 12 and the output terminal 11, a source electrode connected to the output side of the buffer circuit 13, and a gate electrode connected via the input inverter 15 A second transfer gate FET 14 connected to the input terminal 10, an inverter circuit 16 including a plurality of FETs each having a drain electrode connected to the input, and an output connected to the source electrode of the first FET 12; Is formed. The first and second transfer gate FETs 12 and 14 in this frequency divider connect the inverter circuit 16 and the buffer circuit 13 and have a gate function of dividing the frequency of a clock signal or the like from the input terminal 10 and extracting it to the output terminal 11. I'm sorry.

インバータ回路16は、入力端子10からの信号、例えば
クロック信号をNチャネルFET17〜20とダイオード21,22
とにより分周された反転出力を取り出す回路であり、バ
ッファ回路13は、入力端子からのクロック信号等をNチ
ャネルFET23,24により遅延させて出力端子11から取り出
す回路である。
The inverter circuit 16 outputs a signal from the input terminal 10, for example, a clock signal to the N-channel FETs 17 to 20 and the diodes 21 and 22.
The buffer circuit 13 is a circuit for extracting a clock signal or the like from an input terminal by the N-channel FETs 23 and 24 and extracting the inverted output from the output terminal 11.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上述した従来のダイナミック型分周器における動作下
限周波数は、第一のトランスファゲートFET12のドレイ
ン電極端の電位が、第一のトランスファゲートFETのゲ
ート電極にロウレベルの入力電位が印加されている間
に、前のハイレベルを保持できなくなることに依存して
いる。
The operation lower limit frequency in the conventional dynamic frequency divider described above is such that the potential at the drain electrode end of the first transfer gate FET 12 is set while the low-level input potential is applied to the gate electrode of the first transfer gate FET. , Depending on not being able to hold the previous high level.

第3図は、本発明者らが行った計算機による解析結果
を示す波形図である。第一のトランスファゲートFET12
のゲート電極に印加される入力信号Aがハイレベルから
ロウレベルに変化するとき、第一のトランスファゲート
FET12のドレイン電極の電位Cが、初期のハイレベルを
維持できず、電位が下っていることがわかる。これはバ
ッファ回路13の入力FETの入力容量と第一のトランスフ
ァゲートFET12のゲート・ドレイン間容量の分割比によ
り電位Cが入力信号Aによって引下げられることに起因
する。この結果、容量比が小さい程下限周波数は劣化
し、上限周波数に近づいてしまい、分周動作範囲が狭く
なってしまうという欠点がある。
FIG. 3 is a waveform chart showing a result of analysis by a computer performed by the present inventors. First transfer gate FET12
When the input signal A applied to the gate electrode changes from high level to low level, the first transfer gate
It can be seen that the potential C of the drain electrode of the FET 12 cannot maintain the initial high level, and the potential has dropped. This is because the potential C is reduced by the input signal A due to the division ratio between the input capacitance of the input FET of the buffer circuit 13 and the gate-drain capacitance of the first transfer gate FET 12. As a result, there is a drawback that the lower the capacitance ratio, the lower the lower limit frequency becomes, the closer the upper limit frequency becomes, and the narrower the dividing operation range becomes.

本発明の目的は、このような問題を解決し、動作下限
周波数の劣化を除き、分周動作周波数範囲を拡大したダ
イナミック型分周器を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve such a problem and to provide a dynamic frequency divider having an expanded frequency dividing operation frequency range except for a deterioration of an operation lower limit frequency.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明の構成は、入力端子からの入力信号を反転する
入力インバータ回路と、この入力インバータ回路の出力
端がゲート電極に接続された第1のトランスファゲート
FETと、この第1のトランスファゲートFETのドレイン電
極を入力端とし第1のソースフォロアFETを含むバッフ
ァ回路と、このバッファ回路の出力端にソース電極が接
続されゲート電極が前記入力端子に接続された第2のト
ランスファゲートFETと、この第2のトランスファゲー
トFETのドレイン電極を入力端とし出力端が前記第1の
トランスファゲートFETのソース電極に接続され第2の
ソースフォロアFETを含むインバータ回路とを半絶縁性
基板上に形成したダイナミック型分周器において、前記
第1のソースフォロアFETのゲート幅を前記第1のトラ
ンスファゲートFETのゲート幅より大きくしかつその3
倍以下に形成したことを特徴とする。
An input inverter circuit for inverting an input signal from an input terminal and a first transfer gate having an output terminal connected to a gate electrode are provided.
An FET, a buffer circuit including a drain electrode of the first transfer gate FET as an input terminal and including a first source follower FET, a source electrode connected to an output terminal of the buffer circuit, and a gate electrode connected to the input terminal. A second transfer gate FET, and an inverter circuit having a drain electrode of the second transfer gate FET as an input terminal and an output terminal connected to the source electrode of the first transfer gate FET and including a second source follower FET. Is formed on a semi-insulating substrate, the gate width of the first source follower FET is made larger than the gate width of the first transfer gate FET, and 3
It is characterized in that it is formed twice or less.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明について図面を用いて説明する。 Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例を説明するダイナミック型
分周器の回路図である。図中、第一のトランスファゲー
トFET1,第二のトランスファゲートFET2を含め、バッフ
ァ回路13の入力(第1の)ソースフォロアFET4以外のゲ
ート幅は50μmである。
FIG. 1 is a circuit diagram of a dynamic frequency divider explaining one embodiment of the present invention. In the figure, the gate width of the buffer circuit 13 other than the input (first) source follower FET 4 including the first transfer gate FET 1 and the second transfer gate FET 2 is 50 μm.

本発明の発明者等は、FET4のゲート幅を50μm,70μm,
100μm,120μmと順次増やしてその下限動作周波数を計
算機解析により調べた。
The inventors of the present invention set the gate width of the FET 4 to 50 μm, 70 μm,
The lower limit operating frequency was sequentially increased to 100 μm and 120 μm, and the lower limit operating frequency was examined by computer analysis.

その結果、この分周器の下限動作周波数は4.5GHzか
ら、4.3GHz,4.0GHz,3.8GHzと改善された。なお、この時
の上限動作周波数は変わらなかった。これはバッファ回
路に採用されているソースフォロア回路4がインピーダ
ンス交換機能を有しており、高い入力インピーダンスが
実現されているため、FET4のゲート幅を大きくしても入
力インピーダンスはあまり変化しないことや、インバー
タ回路も第2のソースフォロアFET(回路)5を有して
いるため、更にインバータ回路が負荷変動に強くなって
いることによる。
As a result, the lower limit operating frequency of this frequency divider was improved from 4.5GHz to 4.3GHz, 4.0GHz, 3.8GHz. The upper limit operating frequency at this time did not change. This is because the source follower circuit 4 employed in the buffer circuit has an impedance exchange function and a high input impedance is realized, so that even if the gate width of the FET 4 is increased, the input impedance does not change much. This is because the inverter circuit also has the second source follower FET (circuit) 5, so that the inverter circuit is more resistant to load fluctuations.

この分周器の分周下限動作周波数は、バッファ回路入
力端の電位が十分保持されているかどうかで決まり、ま
た構成されるFETCのもつ容量による電圧分割される入力
信号によって影響を受ける。
The lower limit operating frequency of the frequency divider is determined by whether or not the potential of the input terminal of the buffer circuit is sufficiently held, and is affected by an input signal which is voltage-divided by the capacitance of the FETC.

本実施例のダイナミック型分周器動作時のソースフォ
ロア回路4の利得Gaは0.7前後である。従って、ソース
フォロア回路4の入力容量は近似的にソースフォロアFE
TのCgs(ゲート・ソース間容量)の(1−Ga)倍とな
り、すなわち0.3Cgsである。このことはソースフォロア
FETのゲート幅を3倍にしてもソースフォロア回路4の
入力容量は高々0.9CgsとCgs以下であり、上限周波数に
は影響を及ぼさないことを意味する。
The gain Ga of the source follower circuit 4 during the operation of the dynamic frequency divider of this embodiment is about 0.7. Therefore, the input capacitance of the source follower circuit 4 is approximately equal to the source follower FE
It is (1-Ga) times Cgs (gate-source capacitance) of T, that is, 0.3 Cgs. This is a source follower
Even if the gate width of the FET is tripled, the input capacitance of the source follower circuit 4 is at most 0.9 Cgs and Cgs or less, which means that the upper limit frequency is not affected.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明のダイナミック型分周器
は、バッファ回路の入力端の電位変化に着目し、バッフ
ァ回路のソースフォロアFETと第一のトランスファゲー
トFETのゲート幅の比を大きくする方向へ変更すること
により、その他の電気的特性に影響を及ぼすことなく、
動作下限周波数のみを引下げ、広い分周動作周波数範囲
を実現できるという効果がある。
As described above, the dynamic frequency divider of the present invention focuses on the potential change at the input terminal of the buffer circuit, and increases the ratio of the gate width of the source follower FET to the first transfer gate FET of the buffer circuit. By changing, without affecting other electrical characteristics,
There is an effect that only the operation lower limit frequency is reduced, and a wide frequency division operation frequency range can be realized.

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

第1図は本発明の一実施例のダイナミック型分周器の回
路図、第2図は、従来のダイナミック型分周器の一例の
回路図、第3図は第2図のバッファ回路入力端電位の時
間変化を表わす波形図である。 1,2……トランスファゲートFET、3……入力FET、4,5…
…ソースフォロア回路、10……分周器入力端子、11……
分周器出力端子、12,14……トランスファゲートFET、13
……バッファ回路、15……入力インバータ、16……イン
バータ回路、VDD,VSS……電圧電源。
FIG. 1 is a circuit diagram of a dynamic frequency divider according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of an example of a conventional dynamic frequency divider, and FIG. 3 is a buffer circuit input terminal of FIG. FIG. 4 is a waveform diagram showing a temporal change of a potential. 1,2 ... Transfer gate FET, 3 ... Input FET, 4,5 ...
... source follower circuit, 10 ... frequency divider input terminal, 11 ...
Frequency divider output terminal, 12, 14,… Transfer gate FET, 13
…… Buffer circuit, 15 …… Input inverter, 16 …… Inverter circuit, V DD , V SS …… Voltage power supply.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】入力端子からの入力信号を反転する入力イ
ンバータ回路と、この入力インバータ回路の出力端がゲ
ート電極に接続された第1のトランスファゲートFET
と、この第1のトランスファゲートFETのドレイン電極
を入力端とし第1のソースフォロアFETを含むバッファ
回路と、このバッファ回路の出力端にソース電極が接続
されゲート電極が前記入力端子に接続された第2のトラ
ンスファゲートFETと、この第2のトランスファゲートE
FTのドレイン電極を入力端とし出力端が前記第1のトラ
ンスファゲートFETのソース電極に接続され第2のソー
スフォロアFETを含むインバータ回路とを半絶縁性基板
上に形成したダイナミック型分周器において、前記第1
のソースフォロアFETのゲート幅を前記第1のトランス
ファゲートFETのゲート幅より大きくしかつその3倍以
下に形成したことを特徴とするダイナミック型分周器。
1. An input inverter circuit for inverting an input signal from an input terminal, and a first transfer gate FET having an output terminal of the input inverter circuit connected to a gate electrode.
A buffer circuit including a drain electrode of the first transfer gate FET as an input terminal and including a first source follower FET; a source electrode connected to an output terminal of the buffer circuit; and a gate electrode connected to the input terminal. A second transfer gate FET and the second transfer gate E
A dynamic frequency divider having a drain electrode of the FT as an input terminal, an output terminal connected to a source electrode of the first transfer gate FET, and an inverter circuit including a second source follower FET formed on a semi-insulating substrate. , The first
Wherein the gate width of the source follower FET is larger than the gate width of the first transfer gate FET and is not more than three times the gate width of the first transfer gate FET.
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