JP2600619B2 - 電流モード論理回路 - Google Patents
電流モード論理回路Info
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Description
し、特に波形整形を行うMOSトランジスタによる電流
モード論理回路に関する。
MOSトランジスタによる論理回路を低電源電圧かつ高
速で動作させるため用いられている。
路の1例を示す回路図である。 本電流モード論理回路
は、MOSトランジスタM31およびM32を差動論理
手段対とするインバータ/バッファ回路である。MOS
トランジスタM31は、ゲート電極に入力線31を接続
し、ソース電極を定電流源I31に接続し、ドレイン電
極を出力線30および負荷素子R31に接続している。
MOSトランジスタM32は、ゲート電極に入力線31
Bを接続し、ソース電極を定電流源I31に接続し、ド
レイン電極を出力線30Bおよび負荷素子R32に接続
している。
たとえば、入力信号およびその反転信号を入力線31お
よび31Bにそれぞれ入力し入力信号がハイレベルから
ロウレベルに変化した場合、MOSトランジスタM31
は導通状態から非導通状態になりMOSトランジスタM
32は非導通状態から導通状態となって定電流の通路が
切り替えられ、負荷素子R31に電圧降下は発生せず負
荷素子R32に電圧降下が発生し、出力線30の信号は
ハイレベルに変化し出力線30Bの信号はロウレベルに
変化する。
他の例を示す回路図である。本電流モード論理回路は、
N個の入力信号から1個の信号を選択出力する回路であ
る。図3で説明したMOSトランジスタM31およびM
32からなる差動論理手段対の代わりに、N組の入力線
411、411B、421、421B、・・・、4N
1、4N1Bにそれぞれ入力されたN組の入力信号およ
びその反転信号を増幅するN組のMOSトランジスタM
411、M412、M421、M422、・・・、M4
N1、M4N2と、そのN組のMOSトランジスタへの
電流供給の有無を選択するN個の入力線413、42
3、・・・、4N3をゲート電極にそれぞれ接続するN
個のMOSトランジスタM413、M423、・・・、
M4N3とからなる直並列回路の差動論理手段対を含む
構成になっている。
流源I41は、回路の消費電力が図3の回路の消費電力
と等しく設計されるならば、図3の負荷素子R31およ
びR32ならびに定電流源I31とそれぞれ同一値とな
る。
たとえば、N個の入力線413、423、・・・、4N
3の中で入力線413の信号のみがハイレベルの場合、
MOSトランジスタM411およびM412にのみ電流
供給されるため、入力線411および411Bの信号が
増幅され、出力線40および40Bに出力される。
ンジスタによる電流モード論理回路では、スイッチング
によるノイズ、電源変動、製造プロセスの変動、などの
理由により信号振幅が小さくなる場合、波形整形するた
めに縦続ゲート段数を増やすなど回路を追加したりゲー
ト単体自身の利得を向上させるためトランジスタ寸法を
大きくする必要があった。このためノイズ、電源変動な
どに強い集積回路を設計する場合、集積機能密度が低く
なるため必要な機能を削減したり、集積回路の面積が増
大しコストアップする傾向があった。
で波形整形する回路を利用するとき集積回路の面積増加
が少ない電流モード論理回路を提供することにある。
電流モード論理回路は、入力信号またはその反転信号に
より第1の出力線と定電流源との間の導通または非導通
状態を制御する第1の論理手段と、前記入力信号または
その反転信号により第2の出力線と前記定電流源との間
の導通または非導通状態を制御する第2の論理手段とか
らなり、前記第1および第2の論理手段の等価コンダク
タンスが等しく前記入力信号またはその反転信号に応答
して前記第1および第2論理手段の導通または非導通状
態が相補的な論理動作をする差動論理手段対を有する電
流モード論理回路において、前記第2の出力線にゲート
電極を接続し前記第1の出力線にドレイン電極を接続し
前記定電流源にソース電極を接続する第1のMOSトラ
ンジスタと、前記第1の出力線にゲート電極を接続し前
記第2の出力線にドレイン電極を接続し前記定電流源に
ソース電極を接続する第2のMOSトランジスタとから
なる保持トランジスタ対を含み、前記第1および第2の
MOSトランジスタのコンダクタンスを等しくし前記第
1のMOSトランジスタのコンダクタンスおよび前記第
1の論理手段の等価コンダクタンスの和を一定としてい
る。
る。
1の実施例を示す回路図である。
論理回路は、MOSトランジスタM11およびM12を
差動論理手段対とするインバータ/バッファ回路であ
り、MOSトランジスタM11は、ゲート電極に入力線
11を接続しソース電極を定電流源I11に接続しドレ
イン電極を出力線10および負荷素子R11に接続して
いる。MOSトランジスタM12は、ゲート電極に入力
線11Bを接続しソース電極を定電流源I11に接続し
ドレイン電極を出力線10Bおよび負荷素子R12に接
続している。
13およびM14からなる保持トランジスタ対を備えて
いる。MOSトランジスタM13は、ゲート電極を出力
線10Bに接続しソース電極を定電流源I11に接続し
ドレイン電極を出力線10に接続している。MOSトラ
ンジスタM14は、ゲート電極を出力線10に接続しソ
ース電極を定電流源I11に接続しドレイン電極を出力
線10Bに接続している。
合、MOSトランジスタM11およびM13のコンダク
タンスの和がMOSトランジスタM12およびM14の
コンダクタンスの和と等しく一定であることを特徴とす
る。
ジスタ等の電界効果トランジスタ、バイポーラトランジ
スタ、および、それらと抵抗素子の組み合わせ等で構成
され、負荷素子R11およびR12は、拡散層、多結晶
シリコン、トランジスタ等で実現する。
例の電流モード論理回路の動作を説明する。本実施例の
電流モード論理回路は、たとえば、入力信号およびその
反転信号を入力線11および11Bにそれぞれ入力し入
力信号がハイレベルからロウレベルに変化した場合、M
OSトランジスタM11は導通状態から非導通状態にな
りMOSトランジスタM12は非導通状態から導通状態
となって定電流の通路が切り替えられ、負荷素子R11
に電圧降下は発生せず負荷素子R12に電圧降下が発生
し、出力線10の信号はハイレベルに変化し出力線10
Bの信号はロウレベルに変化する。
ランジスタM13およびM14は、ゲート電極に出力線
10Bおよび出力線10の信号をそれぞれ入力している
ため、差動論理手段対のMOSトランジスタM11また
はM12より遅れて導通または非導通状態になり、ドレ
イン電極を接続している出力線10および出力線10B
の出力信号の電位変化を加速し、入出力利得を高め、波
形整形することができる。
定とすれば、出力線と定電流源との間における差動論理
手段対の等価コンダクタンスおよび保持トランジスタ対
のコンダクタンスの和は一定であり、保持トランジスタ
対のコンダクタンスの割合によって入出力利得を高め波
形整形することができ、保持トランジスタ対の追加によ
る回路面積の増加は少ない。
路と比較して説明すると、回路の消費電力が同一の場
合、負荷素子R11およびR12ならびに定電流源I1
1は図3の負荷素子R31およびR32ならびに定電流
源I31とそれぞれ同一値であり、MOSトランジスタ
M11およびM13のコンダクタンスの和が図3のM3
1のコンダクタンスに等しい。MOSトランジスタのコ
ンダクタンスはチャネル幅に比例するため、MOSトラ
ンジスタM11およびM13のトランジスタ面積の和が
図3のM31のトランジスタ面積に等しく、保持トラン
ジスタ対の追加によるトランジスタ面積の増加はない。
線と定電流源との間における差動論理手段対の等価コン
ダクタンスに対して保持トランジスタ対のコンダクタン
スを大きくすると入出力特性にヒステリシス特性を得る
ことが出来る。これは、保持トランジスタ対の駆動電流
が差動論理手段対の駆動電流より大きくなり出力電位を
反転させるために大きな入力電圧を必要とするためであ
る。このような構成を用いることにより、回路面積の増
加が少なくノイズ等に強い論理回路を得ることができ
る。一方、図3の従来の電流モード論理回路では、同機
能を実現するため回路のゲート段数を追加する必要があ
りチップ面積を増加させていた。
2の実施例を示す回路図である。
論理回路は、N個の入力信号から1個の信号を選択出力
する回路である。図1で説明したMOSトランジスタM
11およびM12からなる差動論理手段対の代わりに、
N組の入力線211、211B、221、221B、・
・・、2N1、2N1Bにそれぞれ入力されたN組の入
力信号およびその反転信号を増幅するN組のMOSトラ
ンジスタM211、M212、M221、M222、・
・・、M2N1、M2N2と、そのN組のMOSトラン
ジスタへの電流供給の有無を選択するN個の入力線21
3、223、・・・、2N3をゲート電極にそれぞれ接
続するN個のMOSトランジスタM213、M223、
・・・、M2N3とからなる直並列回路の差動論理手段
対を含む構成になっている。
等しく設計されるならば、負荷素子R21およびR22
ならびに定電流源I21は、図1の負荷素子R11およ
びR12ならびに定電流源I11とそれぞれ同一値とな
る。同様に、MOSトランジスタM201およびM20
2からなる保持トランジスタ対は、図1のMOSトラン
ジスタM13およびM14からなる保持トランジスタ対
と同一のコンダクタンスをもつことになる。
合、出力線20と定電流源I21との間および出力線2
0Bと定電流源I21との間におけるMOSトランジス
タM211、M212、M221、M222、・・・、
M2N1、M2N2およびM213、M223、・・
・、M2N3からなる直並列回路の差動論理手段対の等
価コンダクタンスおよび保持トランジスタ対のコンダク
タンスの和が一定であることを特徴とする。
例の電流モード論理回路の動作を簡単に説明する。たと
えば、N個の入力線213、223、・・・、2N3の
中で入力線213の信号のみがハイレベルの場合、MO
SトランジスタM211およびM212にのみ電流供給
されるため、入力線211および211Bの信号が増幅
され、出力線20および20Bに出力される。このと
き、MOSトランジスタM201およびM202からな
る保持トランジスタ対の動作は、図1のM13およびM
14からなる保持トランジスタ対の動作と同一であり、
図1の本発明の第1の実施例の電流モード論理回路と同
様な効果を発揮する。
論理手段対が大きい場合、出力線と定電流源との間にお
ける差動論理手段対の等価コンダクタンスおよび保持ト
ランジスタ対のコンダクタンスの和が一定という条件
は、回路面積上の著しい効果を生み、保持トランジスタ
対を有しない従来回路の単体と比較しても、むしろ、回
路面積を縮小させる効果がある。
接続しコンダクタンスを一定とすれば、MOSトランジ
スタのチャネル幅は2倍になりトランジスタ面積は2倍
になるため、図4の従来の電流モード論理回路のように
差動論理手段対のMOSトランジスタが多い場合は全体
に占める差動論理手段対の面積が相対的に大きくなる。
仮に、本実施例の保持トランジスタ対のコンダクタンス
の割合を40%とすれば、差動論理手段対のコンダクタ
ンスは60%になる。図4と比較すると、差動論理手段
対の面積が60%になり、保持トランジスタ対における
トランジスタ2個の40%分の面積増加に対し、差動論
理手段対における2倍の大きさのトランジスタ3N個の
40%分の面積縮小になる。回路全体として面積縮小の
効果が大きい。
から1個の信号を選択出力する電流モード論理回路を用
いたが、差動論理手段対の直並列回路を設計することに
より、NAND/AND回路,NOR/OR回路、加算
回路、ラッチ回路、、等の論理を実行する本発明の電流
モード論理回路を実現することができる。また、MOS
トランジスタの代りに他の電界効果トランジスタを用い
て本発明を実施することもできる。
モード論理回路は、MOSトランジスタによる差動論理
手段対をもつ従来の電流モード論理回路に保持トランジ
スタ対を備え、出力線と定電流源との間における差動論
理手段対の等価コンダクタンスおよび保持トランジスタ
対のコンダクタンスの和は一定であるため、保持トラン
ジスタ対のコンダクタンスの割合によって入出力利得を
高め波形整形することができる。
スに対して保持トランジスタ対のコンダクタンスを大き
くすることにより、入出力特性にヒステリシス特性を得
ることができる。
差動論理手段対の等価コンダクタンスおよび保持トラン
ジスタ対のコンダクタンスの和は一定という条件のため
に、回路面積の増加が少なくノイズ等に強い論理回路を
得ることができる。
面積上の効果が著しく、保持トランジスタ対を有しない
従来回路の単体と比較して、むしろ、回路面積を縮小さ
せる効果がある。
示す回路図である。
示す回路図である。
である。
図である。
41、R42 負荷素子 M11、M12、M13、M14、M201、M20
2、M211、M212、M221、M222、M2N
1、M2N2、M213、M223、M2N3、M3
1、M32、M411、M412、M421、M42
2、M4N1、M4N2、M413、M423、M4N
3 MOSトランジスタ I11、I21、I31,I41 定電流源 10、10B、20、20B、30、30B、40、4
0B 出力線 11、11B、211、211B、221、221B、
2N1、2N1B、31、31B、411、411B、
421、421B、4N1、4N1B、213、22
3、2N3、413、423、4N3 入力線
Claims (3)
- 【請求項1】 入力信号またはその反転信号により第1
の出力線と定電流源との間の導通または非導通状態を制
御する第1の論理手段と、前記入力信号またはその反転
信号により第2の出力線と前記定電流源との間の導通ま
たは非導通状態を制御する第2の論理手段とからなり、
前記第1および第2の論理手段の等価コンダクタンスが
等しく前記入力信号またはその反転信号に応答して前記
第1および第2論理手段の導通または非導通状態が相補
的な論理動作をする差動論理手段対を有する電流モード
論理回路において、 前記第2の出力線にゲート電極を接続し前記第1の出力
線にドレイン電極を接続し前記定電流源にソース電極を
接続する第1のMOSトランジスタと、前記第1の出力
線にゲート電極を接続し前記第2の出力線にドレイン電
極を接続し前記定電流源にソース電極を接続する第2の
MOSトランジスタとからなる保持トランジスタ対を含
み、前記第1および第2のMOSトランジスタのコンダ
クタンスを等しくし前記第1のMOSトランジスタのコ
ンダクタンスおよび前記第1の論理手段の等価コンダク
タンスの和を一定とすることを特徴とする電流モード論
理回路。 - 【請求項2】 前記第1および第2論理手段が前記入力
信号またはその反転信号をゲート電極に入力したMOS
トランジスタである請求項1記載の電流モード論理回
路。 - 【請求項3】 前記入力信号またはその反転信号が複数
の入力信号またはその反転信号の組み合わせであり、前
記第1および第2論理手段が前記複数の入力信号または
その反転信号をゲート電極にそれぞれ入力した複数のM
OSトランジスタの直並列回路である請求項1記載の電
流モード論理回路。
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