JP2607538B2 - 加算回路 - Google Patents

加算回路

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JP2607538B2
JP2607538B2 JP62212746A JP21274687A JP2607538B2 JP 2607538 B2 JP2607538 B2 JP 2607538B2 JP 62212746 A JP62212746 A JP 62212746A JP 21274687 A JP21274687 A JP 21274687A JP 2607538 B2 JP2607538 B2 JP 2607538B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は直並列形AD変換器の高精度化にともない、上
位ビットと下位ビットをオーバーラップしてAD変換する
ために必要となる加算回路に関する。
〔従来の技術〕
既に、加算器は日立のセミコンダクター・データ・ブ
ック・イー・シー・エル、第102頁から第104頁(Semico
nductor Data Book,ECL pp102〜104)に記載されている
回路構成で製品化される。
この回路は第7図に示すように、エクスクルーシブ−
ORもしくはNOR(あるいはインバータ)、ANDとORのゲー
ト3段で構成されている。エクスクルーシブ−OR(NO
R)701は2入力A,Bの部分和が“0"か“1"かを判定する
もので、その結果と下位からの桁上げ信号Ciとを和をAN
D703,704とOR708で判定している。桁上げ信号出力COは
3つのAND705,706,707に3入力A,B,Ciのいづれか2つを
入力し、“1"が2つあると“1"となる論理構成をとって
いる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は論理ゲート3段分の伝搬遅時間を要
し、ゲート遅延時間によって加算器の演算時間が制約を
受けるという問題点があった。また、部分和とSと桁上
げ信号COを別々に判定し出力する構成を取っており、部
分和Sはゲート3段、桁上げ信号COはゲート2段を通っ
て出力される。このため、部分和Sと桁上げCOの伝搬遅
延時間が異なり、次段の論理ゲートへ入力する場合にラ
ッチ回路等によってそれらのタイミングをそろえなけれ
ばならない問題点があった。
また、従来の構成では、ANDが5個、ORが2個、イン
バータが1個、エクスクリーシブ−ORが1個最低必要で
あり、構性素子数が多く、LSIの構成要素としてオンチ
ップ化するには適していない。
本発明の目的は演算時間の高速化と構成素子数の少な
いオンチップ化に適した回路構成の実現にある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は論理ゲートによる構成をやめ、電流加算に
よる4値論理回路を4値論理のレベル判定回路をもつエ
ンコード回路で構成することにより、達成される。
すなわち、2進ディジタルの二つの入力信号と下位か
らの桁上げ入力信号との入力を受け、該各入力信号を切
換信号とする3つの電流スイッチによる電流加算によっ
て入力信号の和に応じた4値論理レベルの出力信号に変
換する4値論理変換回路と、4値論理レベルの隣接する
論理レベルの3つの中間レベルのそれぞれと4値論理変
換回路の出力信号とにより電流切換を行う3つの電流ス
イッチと、該3つの電流スイッチの出力が入力されるこ
とにより2進ディジタルの部分和出力信号を出力する第
1の回路と、それら3つの電流スイッチの出力が入力さ
れることにより桁上げ出力信号を出力する第2の回路と
を含むエンコード回路とから構成され、エンコード回路
の3つの電流スイッチは第1の動作電位点と第2の動作
電位点の間に並列に接続され、該電流スイッチのそれぞ
れはエミッタ結合の差動トランジスタ対と該差動トラン
ジスタ対のエミッタに接続された定電流源とを含み、か
つ差動トランジスタ対と定電流源とは第1の動作電位点
と第2の動作電位点の間で直列に接続され、エンコード
回路の第1の回路と第2の回路にはエンコード回路の3
つの電流スイッチの差動トランジスタ対のコレクタから
の複数の信号が入力されることを特徴とする加算回路に
より達成される。
〔作用〕
4値論理回路は加算すべき3入力(2入力と下位から
の桁上げ信号)を電流加算し、3入力がすべて“0"のと
きは“0"、1つだけ“1"のときは“1"、2つ“1"のとき
は“2"、すべて“1"のときは“3"に論理レベル化を行う
回路である。この回路は3入力に応じて基本ゲートを3
個並列に並べたゲート1段で本質的に構成し得る。ま
た、論理レベル判定とエンコード回路は上記4値論理レ
ベル化された信号を4値論理の中間レベルと比較し、そ
の比較出力から2進の部分和と桁上げ信号にエンコード
する回路である。これも上記4値論理回路と同様に基本
ゲートを3つの中間レベルに応じて3個並列に並べたゲ
ート1段で本質的に構成し得る。このように、基本ゲー
ト6個、ゲート2段で構成でき、構成素子数の低減と演
算時間の高速化が実現できる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。図
において、加算回路は4値論理変換回路106と4値論理
レベル判定機能をもつエンコード回路107の2段で構成
され、2進ディジタル信号AとBおよび下位からの桁上
げ信号Ciを入力とし、部分Sと桁上げ信号COを出力とす
る回路である。この4値論理変換回路106の回路構成図
を第2図に示す。トランジスタ205,206および定電流値2
11で電源スイッチが構成され、2進ディジタル信号Aが
トランジスタ205のベースに、相補的な信号がトラン
ジスタ206のベースに入力される。同様に、トランジス
タ207,208および定電流値212で電流スイッチが構成さ
れ、2進ディジタル信号Bがトランジスタ207のベース
に、相補的な信号がトランジスタ208のベースに入力
される。また、トランジスタ209,210および定電流源213
で構成される電流スイッチには桁上げ信号Ciと相補的信
が入力される。この3つの電流スイッチの各トラ
ンジスタ205,207,209のコレクタは同一の抵抗204の一端
に接続され、同時に、トランジスタ214のベースに接続
される。トランジスタ214のコレクタは正の電源電圧
に、エミッタは定電流源215に接続され、エミッタホロ
ワを成している。前記の抵抗204の他端とトランジスタ2
06,208,210のコレクタは正の電源電圧に接続されてい
る。ここで、抵抗204の抵抗値をR,定電流源211〜213の
電流値をIとすると、電流スイッチの3入力A,B,Ciがす
べて“0"のとき、抵抗204での電圧降下は0、いづれか
1つが“1"のとき、電圧降下はR・I、いづれか2つが
“1"のとき、電圧降下は2R・I、すべて“1"のとき、電
圧降下は3R・Iとなり、抵抗204の一端で電流加算が行
なわれ、“0"、“R・I"、“2R・I、“3R・Iの4値論
理に変換される。この4値論理は2進の加算結果(桁上
げ信号COと部分和S)に対応し、“0"が(0,0)、“R
・I"が(0,1)、“2R・I"が(1,0)、“3R・I"が(1,
1)に相当する。この4値論理のレベルを判定し、2進
出力(CO,S)にエンコードする回路が第3図である。第
3図はトランジスタ304,305と定電流源314からなる差動
対をはじめとして、トランジスタ306,307定電流源315か
らなる差動対、トランジスタ308,309定電流源316からな
る差動対の3つの比較回路を有し、トランジスタ305,30
7,309のそれぞれのベースに4値論理の中間レベルL1,L
2,L3が入力される。ところで、4値論理変換回路出力Z
はエミッタホロワを通して得られるので、正の電源電圧
をVCCとすると、“VCC−VBE",“VCC−VBE−R・I",“VC
C−VBE−2R・I",“VCC−VBE−3R・I"の4レベルとな
る。したがって、中間レベルL1,L2,L3はそれぞれ、“VC
C−VBE−1/2R・I",“VCC−VBE−3/2R・I",“VCC−VBE−
5/2R・I"に設定する。一方、トランジスタ304,308のベ
ースには4値変換回路出力Zが入力される。定電流源31
4〜316の定電流をI′、抵抗310〜313の抵抗値をR′と
する。また、トランジスタ317,318、定電流源321とトラ
ンジスタ319,320、定電流源322はともにエミッタホロワ
を構成している。さて、4値論理変換回路106の出力Z
が中間レベルL1より高いとき、トランジスタ304,306,30
8がオン状態となり、抵抗311,312,313にすべて電流I′
が流れ、桁上げ信号COおよび部分和Sの各出力はともに
VCC−VBE−R′・I′となり、ローレベル“0"を示す。
次に、ZがL1>Z>L2のとき、トランジスタ305,306,30
8がオン状態となり、抵抗311には電流I′が流れず、抵
抗312,313には流れる。そのため、COはVCC−VBE−R′
・I′となり、ローレベル“0"を、SはVCC−VBEとな
り、ハイレベル“1"を示す。次に、ZがL2>Z>L3のと
きはトランジスタ305,307,308がオン状態となり、抵抗3
13には電流I′が流れず、抵抗311,312には流れる。そ
のため、COはハイレベルを“1"、Sはローレベル“0"を
示す。最後に、Z<L3のとき、トランジスタ305,307,30
9がオン状態となり、抵抗312には電流I′が流れないの
で、トランジスタ318,320のベースがともにハイレベル
となり、出力COとSはともにハイレベル“1"を示す。
このように、論理ゲート2段で加算回路が構成出来る
ため、伝搬遅延時間を削減でき、演算時間の高速化が図
れる。また、回路を構成する素子数も第7図の従来例に
比べ半減することが出来、小規模化が図られ、LSIの要
素回路としてオンチップ化する際、高集積化に寄与でき
る。また、部分和Sと桁上げ信号COを同時に作り出す構
成をとっており、次段回路へ入力する際、扱い易い。
第4図は先に示した第1の実施例で述べた中間レベル
L1,L2,L3を発生する回路の構成図である。抵抗402,403
は抵抗204と同一のもの、抵抗401は抵抗204の半分の抵
抗値のもの、定電流源407は定電流211〜213と同一のも
のを用い、抵抗204での電圧降下に対する中間レベルを
作り出している。トランジスタ404〜406と定電流源、40
8〜410からなるエミッタホロワはトランジスタ214と定
電流源215からなるエミッタホロワと同一のものを用い
ている。このように、同一の構成要素により、中間レベ
ルを作り出すことで、温度変動、電源変動に対して強い
構成としている。
本発明の第2の実施例を第5図により説明する。第5
図は加算回路501の後段にラッチ回路502と503を設け、
加算出力であるCOとSをクロック信号φでラッチして出
力する。これにより、従来そろわなかった桁上げ信号CO
と部分和Sを同期して出力でき、システムの一要素とし
て用いる場合、扱い易い利点となる。
本発明の第3の実施例を第6図により説明する。加算
回路をn個用いて構成したnビットの加算器で、各ビッ
トの部分和S1〜Snと最上位ビットの桁上げ信号COにラッ
チ回路を設けクロック信号φでラッチし、同期して出力
するものである。従来、nビットの加算器で生じていた
部分和間の伝搬遅延を見かけ上解消でき、次段システム
での信号処理が簡単化される利点がある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、2進ディジタル信号の加算を電流加
算で行ない、4値論理へ展開することで、論理ゲート2
段で加算回路が構成でき、かつ、構成素子数も従来に比
べ半減できるので、伝搬遅延時間の削減や回路の簡略化
に伴う小規模化など高速化、高集積化、システムオンチ
ップ化、低電力化の効果がある。特に、直並列AD変換LS
Iで用いる場合、AD変換1サイクルの半分以下の時間内
に4ビット以上の加算動作を行なう必要があり、かつ、
チップ内に占める面積も小さくする必要があるので、本
発明による高速化、小規模化の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示す加算回路の構成
図、第2図は第1図の加算回路の構成要素である4値論
理変換回路の回路図、第3図は第1図の加算回路の構成
要素である4値論理レベル判定と2進エンコードの回路
図、第4図は第3図の回路中の4値論理レベルの中間レ
ベルを発生する回路図、第5図は本発明の第2の実施例
を示すラッチ機能付加算回路の構成図、第6図は本発明
の第3の実施例を示すラッチ機能付nビット全加算器の
構成図、第7図は従来の加算回路の構成図。 101,102……2進ディジタル入力、103……下位ビットか
らの桁上り信号、104……加算器の部分和出力、105……
加算器の桁上げ出力、106……4値論理変換回路、107…
…4値論理レベル判定エンコード回路、216……4値論
理出力、301〜303……4値論理中間レベル、217……正
の電源電圧、218……負の電源電圧、501,601,603……加
算回路、502〜503,604〜607……ラッチ回路、504……ク
ロック信号。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2進ディジタルの二つの入力信号と下位か
    らの桁上げ入力信号との入力を受け、該各入力信号を切
    換信号とする3つの電流スイッチによる電流加算によっ
    て上記入力信号の和に応じた4値論理レベルの出力信号
    に変換する4値論理変換回路と、 上記4値論理レベルの隣接する論理レベルの3つの中間
    レベルのそれぞれと上記4値論理変換回路の出力信号と
    により電流切換を行う3つの電流スイッチと、該3つの
    電流スイッチの出力が入力されることにより2進ディジ
    タルの部分和出力信号を出力する第1の回路と、それら
    3つの電流スイッチの出力が入力されることにより桁上
    げ出力信号を出力する第2の回路とを含むエンコード回
    路とから構成され、 上記エンコード回路の上記3つの電流スイッチは第1の
    動作電位点と第2の動作電位点の間に並列に接続され、
    該電流スイッチのそれぞれはエミッタ結合の差動トラン
    ジスタ対と該差動トランジスタ対のエミッタに接続され
    た定電流源とを含み、かつ上記差動トランジスタ対と上
    記定電流源とは上記第1の動作電位点と上記第2の動作
    電位点の間で直列に接続され、 上記エンコード回路の上記第1の回路と上記第2の回路
    には上記エンコード回路の上記3つの電流スイッチの差
    動トランジスタ対のコレクタからの複数の信号が入力さ
    れることを特徴とする加算回路。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の加算回路にお
    いて、 上記4値論理変換回路は負荷抵抗と、上記各入力信号の
    それぞれを切換信号とする3つの電流スイッチを有し、
    上記4値論理変換回路の3つの電流スイッチのそれぞれ
    はエミッタ結合の差動トランジスタ対と該差動トランジ
    スタ対のエミッタに接続された定電流源を含み、上記負
    荷抵抗は一端を電源電圧に他端を該3つの電流スイッチ
    の差動トランジスタ対のコレクタに共通に接続すること
    により上記電流加算を行い、上記負荷抵抗の他端の電圧
    値を上記4値論理レベルの出力信号として取り出すこと
    を特徴とする加算回路。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項記載の加算回路にお
    いて、 上記エンコード回路における上記3つの中間レベルのそ
    れぞれは、コレクタを電源電圧に接続し、エミッタを定
    電流源に接続し、ベースを中間電圧発生用抵抗を介して
    接続したエミッタホロワにより発生され、 上記中間電圧発生用抵抗のそれぞれの抵抗値は対応する
    中間レベルの電圧降下を生ずるように設定されたことを
    特徴とする加算回路。
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