JP2800461B2 - 零入力電流が低減された高速論理回路およびその方法 - Google Patents

零入力電流が低減された高速論理回路およびその方法

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JP2800461B2
JP2800461B2 JP3132343A JP13234391A JP2800461B2 JP 2800461 B2 JP2800461 B2 JP 2800461B2 JP 3132343 A JP3132343 A JP 3132343A JP 13234391 A JP13234391 A JP 13234391A JP 2800461 B2 JP2800461 B2 JP 2800461B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一般に低い零入力電流し
か必要としない高速論理回路に関し、さらに詳しくはC
MOSトランジスタおよびバイポーラ・トランジスタを
使用する高速論理回路に関する。
【0002】
【従来の技術】バイポーラ・トランジスタは、速度がき
わめて重要な用途において論理演算を実行するのに役立
つ。バイポーラ・トランジスタの1つの用途はエミッタ
結合論理(ECL)技術であり、この技術はきわめて高
速であるが、トランジスタ・トランジスタ論理(TT
L)回路技術および相補MOS(CMOS)技術など他
の技術に比べて消費電流が多い。製造工程が改善される
につれて、複数の技術を組み合わせてそれぞれの最も良
い特性の利点を享受できるようになった。CMOSはT
TLまたはECLと組み合わせて、きわめて高速、かつ
比較的少量の電力しか消費しない回路を提供できる。た
とえば集積回路メモリでは、メモリ・コアがCMOS記
憶セルによって構成されるが、入出力回路はTTL論理
またはECL論理によって構成されることが可能であ
る。このメモリはきわめて高速であるが、CMOSのみ
の設計に比べてごくわずかしか電力消費量が多くない。
それは、高電力TTLまたはECL回路は、メモリのア
クセス時間を決定する回路、およびメモリセルの多くま
たはすべてで共有される回路に限られているからであ
る。
【0003】CMOSおよびTTL、またはCMOSお
よびECLの各トランジスタを有する回路を製造できる
集積回路プロセス技術の登場によって、TTLないしE
CLの高電力消費を抑制することがより重要となってい
る。図1は、John Gallant著 EDN v
ol.34,no.17,pp.73−85,80(1
989年8月17日)の“ECL ICs Play
a Role inHigh−Speed Compu
ters”に開示された電力消費抑制技術を採用してい
る既知のECL回路20を示す。回路20は一般に入力
段22,バイアス段24および出力段26によって構成
される。同様に図1に、回路20の負荷を形成するコン
デンサ28を示す。入力段22は、抵抗30,31;N
PNトランジスタ32,33,34;および抵抗35に
よって構成される。バイアス段24はNPNトランジス
タ40,抵抗41およびコンデンサ42によって構成さ
れる。出力段26はNPNトランジスタ50,51によ
って構成される。
【0004】抵抗30,31はそれぞれ、“VDD”と
標識された電源電圧端子に接続された第1端子、および
第2端子を有する。VDDは正の電源電圧端子である。
トランジスタ32は、抵抗30の第2端子に接続された
コレクタ,入力信号VIN+を受け取るベース,および
エミッタを有する。トランジスタ33は、抵抗31の第
2端子に接続されたコレクタ,入力信号VIN−を受け
取るベース,およびエミッタを有する。トランジスタ3
4は、トランジスタ32,33のエミッタに接続された
コレクタ,“VBIAS”と標識された基準電圧を受け
取るベース,およびエミッタを有する。抵抗35は、ト
ランジスタ34のエミッタに接続された第1端子,およ
び“VSS”と標識された電源電圧端子に接続された第
2端子を有する。VSSは負の電源電圧端子である。ト
ランジスタ40は、VDDと標識された電源電圧端子に
接続されたコレクタ,“VCLAMP”と標識された電
圧を受け取るベース,およびエミッタを有する。抵抗4
1は、トランジスタ40のエミッタに接続された第1端
子,およびVSSに接続された第2端子を有する。コン
デンサ42は、抵抗30の第2端子に接続された第1端
子,およびトランジスタ40のエミッタに接続された第
2端子を有する。トランジスタ50はVDDに接続され
たコレクタ,抵抗31の第2端子に接続されたベース,
および負荷に結合されたエミッタを有し、前記負荷に
“VOUT”と標識された信号を供給する。ここに示す
のは、トランジスタ50のエミッタに接続された第1端
子とVSSに接続された第2端子とを有するコンデンサ
28によって表される容量性負荷である。トランジスタ
51は、トランジスタ50のエミッタに接続されたコレ
クタ,トランジスタ40のエミッタに接続されたベー
ス,およびVSSに接続されたエミッタを有する。
【0005】動作中、回路20は、負荷コンデンサ28
によって表される一次容量性負荷を、VIN+とV
IN−との電圧差に応答して交互に充電・放電する。入
力段22は、VIN+とVIN−との電圧差に応答し
て、抵抗31の第2端子、ならびに抵抗30の第2端子
上にそれぞれ、真の電圧および補数の電圧を供給する。
BIASはトランジスタ34をバイアスして、電流源
として実質的に動作させる。VIN+の電圧がVIN−
を越えて上昇すると、トランジスタ32はトランジスタ
33より導電性が高くなり、トランジスタ34のコレク
タの電圧が上昇して、最終的にトランジスタ50のベー
ス・エミッタ接合を順方向バイアスする。コレクタ・ベ
ース接合は逆方向バイアスされるので、トランジスタ5
0は、トランジスタ50の電流利得、すなわちβによっ
て決まる充電電流を負荷コンデンサ28に供給する。ベ
ース・エミッタ・ダイオード・カットイン電圧を“V
BE1”と標識するなら、VOUTはほぼVDD−V
BEIに上昇する。ただし、抵抗30の第2端子の電圧
が低下するにつれて、コンデンサ42の第1端子の電圧
も同様に低下し、コンデンサ42の第2端子の過剰電荷
は抵抗41を通じてVSSに放電する。コンデンサ42
の第2端子の電圧は最終的には低電圧まで低下するが、
トランジスタ40によって、VCLAMP−VBE40
を下回らないように制限される。ここでVBE40はト
ランジスタ40のベース・エミッタ・ダイオードのカッ
トイン電圧を指す。
【0006】 VIN+がVIN−以下に低下すると、
トランジスタ33のコレクタの電圧が低下し、トランジ
スタ50のベース・エミッタ・ダイオードを逆方向バイ
アスする。トランジスタ32のコレクタの電圧が上昇す
ると、これに応答してトランジスタ51のベースの電圧
が、コンデンサ42の結合効果によって上昇する。トラ
ンジスタ51のベース・エミッタ接合はここで順方向バ
イアスされ、コレクタ・ベース接合が逆方向バイアスさ
れるので、トランジスタ51はベース電流のβ倍に応答
して、負荷からVSSに電流を導通する。しかしコンデ
ンサ42の第2端子の電圧は、抵抗41内の電流の緩和
およびトランジスタ51のベース電流の緩和によって低
下する。最終的にトランジスタ51のベース・エミッタ
接合がもはや順方向バイアスされなくなると、放出電流
はこれ以上負荷コンデンサ28からVSSに流れること
できなくなる。
【0007】プルダウン・トランジスタ51をVOUT
が依然論理高にあるときのみ導通状態にすることによっ
て、バイアス手段24は、コンデンサ28がトランジス
タ51によって放電された後、少量の零入力電流が回路
20に流れるよう保証する。しかしコンデンサ42は、
IN+がVIN−を上回つている間、一定の充電時間
を必要とするため、この方法には制限がある。たとえ
ば、VIN+が論理低から論理高に変化し、ついで即座
に論理低に戻る場合には、コンデンサ28はトランジス
タ51をバイアスして負荷を放電させるのに充分なだけ
の再充電ができない。そのため回路20は、各状態間で
IN+とVIN−が即座に切り替わる用途には適して
いない。しかし使用可能な製造技術で他の方法をとれな
いとき、たとえば、使用可能な製造技術がPNPトラン
ジスタ製造能力を含まないときには、このような制限も
許容できることは当業者にとって周知のことである。
【0008】したがって本発明の目的は零入力電流が低
減された高速論理回路を提供することである。
【0009】本発明の他の目的は零入力電流が低減され
たMOS/ECL論理回路を提供することである。
【0010】本発明のさらに他の目的は、真および補数
の信号対を使用することによって、ノイズの影響を受け
にくい諭理ゲートを提供することである。
【0011】本発明のさらに別の目的は、直列ゲーティ
ングおよびコレクタ・ドッティング(collecto
r dotting)の両方を使用して論理信号を形成
する方法を供給することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の上記およびその
他の目的を実現する上で、論理部分、バイアス部分、第
1および第2バイポーラ・トランジスタ、ならびに電流
部分によって構成される回路が、一例として提供され
る。この論理部分は、複数の入力信号間の所定の論理演
算に応答して第1信号および第2信号を供給する。バイ
アス部分は論理部分に結合されており、第2信号に応答
してノードにバイアス電圧を供給する。第1および第2
バイポーラ・トランジスタは第1電源電圧端子と第2電
源電圧端子との間に直列結合され、前記端子間に出力信
号を供給する。第1バイポーラ・トランジスタのベース
は第1信号を受け取り、第2トランジスタのベースはノ
ードに結合される。電流部分はバイアス部分と第2バイ
ポーラ・トランジスタとに結合されており、ノードから
電流を引き込む。1つの実施例では、電流部分は所定の
論理状態になっている出力信号に応答して電流を引き込
む。
【0013】上記およびその他の目的、特性、および利
点は、添付図面に関連した下記の詳細な説明によってよ
り明確に理解されるだろう。
【0014】
【実施例】図2は、本発明に基づく高速回路60の1つ
の実施例を概略図の形で示したものである。回路60は
入力部分61,第1出力部分62,第2出力部分63お
よび電流部分64によって構成される。同様に図2に示
すのが負荷コンデンサ65および負荷コンデンサ66で
ある。負荷コンデンサ65,66はそれぞれ、本発明を
理解する上で役に立つ理想化された負荷を示している。
実際には、回路60は、一次容量性であるが抵抗成分を
有する負荷に結合する。入力部分61は抵抗71,7
2,73;NPNトランジスタ74,75;Nチャンネ
ル・トランジスタ76;抵抗82,83;NPNトラン
ジスタ84,85;およびNチャンネル・トランジスタ
86によって構成される。第1出力部分62はNPNト
ランジスタ90;抵抗91,92;PNPトランジスタ
93;NPNトランジスタ94;およびダイオード95
によって構成される。第2出力部分63は、NPNトラ
ンジスタ100;抵抗101,102;PNPトランジ
スタ103;NPNトランジスタ104;およびダイオ
ード105によって構成される。電流部分64は、Nチ
ャンネル・トランジスタ96,106;Pチャンネル・
トランジスタ110〜113;NPNトランジスタ11
4〜117;およびNチャンネル・トランジスタ118
によって構成される。
【0015】入力部分61では、抵抗71は“VDD
と標識された電源電圧端子に接続された第1端子,およ
び第2端子を有する。VDDは正の電源電圧端子であ
る。抵抗72は、抵抗71の第2端子に接続された第1
端子,およびノード77に接続された第2端子を有す
る。抵抗73は、抵抗71の第2端子に接続された第1
端子,およびノード78に接続された第2端子を有す
る。トランジスタ74は、抵抗72の第2端子に接続さ
れたコレクタ,“VIN+”と標識された入力信号を受
け取るベース,およびエミッタを有する。トランジスタ
75は、抵抗73の第2端子に接続されたコレクタ,
“VIN−”と標識された信号を受け取るベース,およ
びトランジスタ74のエミッタに接続されたエミッタを
有する。トランジスタ76は、トランジスタ74,75
のエミッタに接続されたドレイン,“NBIAS”と標
識された信号を受け取るゲート,および“VSS”と標
識された電源電圧端子に接続された第2電流電極を有す
る。VSSは負の電源電圧端子である。抵抗82はV
DDに接続された第1端子,およびノード87に接続さ
れた第2端子を有する。抵抗83は、VDDに接続され
た第1端子,およびノード88に接続された第2端子を
有する。トランジスタ84は、抵抗82の第2端子に接
続されたコレクタ,VIN+を受け取るベース,および
エミッタを有する。トランジスタ85は、抵抗83の第
2端子に接続されたコレクタ,VIN−を受け取るベー
ス,およびトランジスタ84のエミッタに接続されたエ
ミッタを有する。トランジスタ86は、トランジスタ8
4,85のエミッタに接続されたドレイン,NBIAS
を受け取るゲート,およびVSSに接続された第2電流
電極を有する。
【0016】第1出力部分62において、トランジスタ
90は、VDDに接続されたコレクタ,ノード78に接
続されたベース,およびエミッタを有する。抵抗91
は、トランジスタ90のエミッタに接続された第1端
子,および負荷コンデンサ65に接続された第2端子を
有する。抵抗92は、抵抗91の第2端子に接続された
第1端子、および第2端子を有する。トランジスタ93
は、抵抗92の第2端子に接続されたエミッタ,ノード
97に結合されたベース,およびVSSに接続されたコ
レクタを有する。トランジスタ94は、VDDに接続さ
れたコレクタ,ノード88に接続されたベース,および
エミッタを有する。ダイオード95は、トランジスタ9
4のエミッタに接続された正端子,およびトランジスタ
93のベースに接続された負端子を有する。
【0017】第2出力部分63において、トランジスタ
100は、VDDに接続されたコレクタ,ノード77に
接続されたベース,およびエミッタを有する。抵抗10
1はトランジスタ100のエミッタに接続された第1端
子,および負荷コンデンサ66に接続された第2端子を
有する。抵抗102は、抵抗101の第2端子に接続さ
れた第1端子,および第2端子を有する。トランジスタ
103は、抵抗102の第2端子に接続されたエミッ
タ,ノード107に結合されたベース,およびVSS
接続されたコレクタを有する。トランジスタ104は、
DDに接続されたコレクタ,ノード87に接続された
ベース,およびエミッタを有する。ダイオード105
は、トランジスタ104のエミッタに接続された正端
子,およびトランジスタ103のベースに接続された負
端子を有する。
【0018】電流部分64において、トランジスタ96
は、ダイオード95の負端子に接続されたコレクタ,ベ
ース,およびVSSに接続されたエミッタを有する。ト
ランジスタ106は、ダイオード105の負端子に接続
されたコレクタ,ベース,およびVSSに接続されたエ
ミッタを有する。トランジスタ110は、VDDに接続
されたソース,ゲート,およびドレインを有する。トラ
ンジスタ111は、VDDに接続されたソース,トラン
ジスタ110のゲートに接続されたゲート,およびトラ
ンジスタ110,111のゲートに接続されたドレイン
を有する。トランジスタ112は、VDDに接続された
ソース,ゲート,およびトランジスタ112のゲートに
接続されたドレインを有する。トランジスタ113は、
DDに接続されたソース,トランジスタ112のドレ
インに接続されたゲート,およびドレインを有する。ト
ランジスタ114は、トランジスタ110のドレインに
接続されたコレクタ,トランジスタ106のベースおよ
びトランジスタ114のコレクタに接続されたベース,
ならびにVSSに接続されたエミッタを有する。トラン
ジスタ115は、トランジスタ111のドレインに接続
されたコレクタ,負荷コンデンサ66の第1端子に接続
されたベース,およびエミッタを有する。トランジスタ
116は、トランジスタ112のドレインに接続された
コレクタ,負荷コンデンサ65の第1端子に接続された
ベース,およびトランジスタ115のエミッタに接続さ
れたエミッタを有する。トランジスタ117は、トラン
ジスタ113のドレインに接続されたコレクタ,トラン
ジスタ96のベースおよびトランジスタ117のコレク
タに接続されたベース、およびVSSに接続されたエミ
ッタを有する。トランジスタ118は、トランジスタ1
15,116のエミッタに接続されたドレイン,NBI
ASを受け取るゲート,およびVSSに接続されたソー
スを有する。
【0019】回路60は、2つの相補入力信号の比較に
応答して、ECL論理レベルで相補出力信号を供給す
る。出力信号は、低い零入力電流を維持しながら供給さ
れるが、図1の回路20に関連した入力信号のスイッチ
ング周波数に対して制限はない。第1に、PNPトラン
ジスタ93,103がNPNトランジスタの代わりに使
用される。第2に、トランジスタ94,104およびダ
イオード95,105は、トランジスタ93,103の
ベース電圧を調節して、PNPトランジスタ93,10
3のバイアス・ポイントを適正に設定する。第3に、電
流部分64はトランジスタ93,103にベース電流を
供給し、電流を導通して、出力信号が依然論理高電圧で
あるときだけ個々の負荷を放電する。第4に、差動増幅
器61Aと61Bとを切り離し、直列抵抗71を挿入す
ることによって、出力段のNPNトランジスタとPNP
トランジスタの両方が同時に導通状態になる(クローバ
ー現象:crowbarringとして知られる)場合
に発生する大電流を防止する。回路60は、VIN+
よびVIN−上で差動入力信号を受け取り、かつ真の出
力信号VOUTおよび相補出力信号反転VOUTを供給
するため、この回路60がシンメトリーであることはす
ぐに分かる。別の実施例では、単端入力信号をVIN+
の代わりに受け取ることができ、VIN−は基準電圧に
よって供給される。また、単一の出力信号も供給でき
る。この場合、電流部分64の左半分または右半分、お
よび対応する出力部分を削除できる。
【0020】入力部分61はVIN+およびVIN−
で差動電圧を受け取り、これに応答してノード77,7
8,87,88上に電圧を供給する。VIN+およびV
IN−は、論理高電圧または論理低電圧のいずれかで供
給されるデジタル信号である。VIN+論理高で、V
IN−が論理低である場合には、ノード78,88の電
圧は論理高で供給され、ノード77,87の電圧は論理
低で供給される。VIN−が論理高で、VIN+が論理
低である場合には、ノード77,87の電圧は論理高で
あり、ノード78,88の電圧は論理低である。ただ
し、論理関数は信号間で実行され、ノード77,78,
87,88に適切な電圧を供給できる。ここで論理比較
演算が実施されている。入力部分61は、2つのECL
/MOS差動増幅器61A,61Bによって構成されて
おり、これらの増幅器は、追加の抵抗71が増幅器61
AおよびVDDに対して直列に挿入されているところだ
け異なっている。抵抗71は、VOUTが論理高のとき
に、トランジスタ90のベースの電圧をトランジスタ9
3のベースの電圧以下に低下させ、これによってクロー
バー電流を削減する。この相違を除き、増幅器61Aと
61Bの動作は同一であるので、両方の増幅器の動作は
増幅器61Aについて説明する。また、回路60は、V
IN−がVIN+を上回るときに反転VOUTを供給す
るのと同じ方法で、VIN+がVIN−を上回るときに
OUTを供給するので、VOUTの供給についてのみ
説明する。
【0021】信号NBIASは、MOSトランジスタ7
6をバイアスして、定電流源として機能させる。ついで
IN+とVIN−の差によって、どのトランジスタを
介して定電流の実質的すべてが流れるか決定され、その
ためノード77,78上の電圧が決定される。VIN+
がVIN−を上回るとき、トランジスタ74は、トラン
ジスタ76を介して流れる定電流の実質的すべてを導通
し、抵抗72の第2端子の電圧が下がる。これと対照的
に、比較的少ない電流がトランジスタ75および抵抗7
3を通って流れ、そのためノード78の電圧が上昇す
る。従って、ノード78は増幅器61Aの正の出力端子
に、ノード77は増幅器61Aの負端子になる。ノード
78の電圧が上昇するにつれて、トランジスタ90のベ
ース・エミッタ接合が順方向バイアスされ、電流は、V
OUTがほぼVDD−VBE1になるまで負荷コンデン
サに流れ込む。ここでVBE1はトランジスタ90のベ
ース・エミッタ・ダイオードのカットイン電圧を表す。
しかし、トランジスタ76によって供給された電流は抵
抗71の電圧低下を引き起こし、そのため、抵抗71の
第2端子の電圧はVDDを若干下回る。
【0022】同様に、ノード88の電圧も上昇し、ベー
ス・エミッタ接合94も順方向バイアスされる。ダイオ
ード95のために、トランジスタ93のベース電圧は、
トランジスタ94のベース電流による電圧低下を無視し
て、ほぼVDD−2VBE1に等しくなる。(単純化す
るため、その他すべてのトランジスタのカットイン電圧
はVBE1に等しいと仮定するが、これは必ずしも真実
ではない)。VOUTはVDD−VBE1を下回ってい
るので、トランジスタ93のエミッタ・ベース接合の電
圧はVBE1を下回り、エミッタ・ベース接合の電圧は
カットイン電圧を下回り、電流はトランジスタ93を介
して流れない。また電流部分64では、VOUTが高い
とき、トランジスタ116のベース・エミッタ接合が順
方向バイアスされる。トランジスタ118は定電流源で
あり、そのためトランジスタ112,116を介して実
質的にすべての電流を流す。電流はトランジスタ11
3,117を介して鏡映され、ついでトランジスタ96
を介して鏡映される。トランジスタ96を介して流れる
電流は、トランジスタ94およびダイオード95によっ
て供給される。
【0023】 VIN−がVIN+回ると、トラン
ジスタ75はトランジスタ76を介して流れる定電流の
実質的すべてを導通し、ノード78の電圧が低下する。
トランジスタ90のベース・エミッタ接合は逆方向バイ
アスされ、電流は負荷に流れなくなる。ノード88の電
圧も低下し、トランジスタ94のベース・エミッタ接合
を逆方向バイアスする。VOUTが一時的に論理高であ
るため、トランジスタ96は依然電流を鏡映している。
トランジスタ93のベースの電圧が低下し、トランジス
タ93のエミッタ・ベース接合が順方向バイアスされ
て、トランジスタ96によって導通された電流を負荷か
ら引き込む。トランジスタ93が負荷から電流を引き込
むにつれて、コンデンサ65が放電し、VOUTが低下
する。トランジスタ96は、反転VOUTがVOUT
上回るまで、電流を鏡映し続ける。反転VOUTがV
OUTを上回った時点で、実質的に電流が流れなくな
る。これは、トランジスタ90,93のベース・エミッ
タ接合がともに逆方向バイアスされているからである。
トランジスタ96が電流の導通を停止すると、トランジ
スタ93のベースの電圧が上昇し、エミッタ・ベース・
ダイオードが逆方向バイアスされ、これ以上電流は流れ
なくなる。
【0024】回路60は、図1の回路20と4つの主要
な点で異なっている。第1に、直列に接続されている2
つのNPNトランジスタの代わりに、NPN−PNPト
ランジスタ対が出力段として使用されている。プルダウ
ン・トランジスタとしてPNPデバイスを使用すること
によって、零入力電流が大幅に低減する。これは、電流
がコレクタからエミッタに流れずに、負荷からエミッタ
・ベース・ダイオードに流れるからであり、ここでもし
電流がコレクタからエミッタに流れると、負荷が放電
し、かつVOUTが論理低になった後でも、絶えずベー
ス電流を必要とする。第2に、トランジスタ94および
ダイオード95は、図1の回路20の場合と同様に、再
充電時間もしくは回復時間の必要なしに、トランジスタ
93の適切なバイアス点を設定する。第3に、電流部分
64は、VOUTの電圧に応答して負荷から電流を能動
的に引き込み、これによって、スイッチングの間のみ電
流が流れるようにする。別の実施例では、電流部分64
を、ノード97とVSSとの間の抵抗およびノードV1
07とVSSとの間の抵抗に置き換えることができる。
ただし、このような実施例では、消費電流が多くなり、
電流部分64の電流を能動的に鏡映するという利点を失
うことになる。第4に、差動増幅器61Aと61Bとを
切り離し、VDDと差動増幅器61Aとの間に直列に抵
抗71を挿入することによって、トランジスタ90,9
3の両方が同時に導通状態または部分的導通状態である
場合に発生するような電流のクローバー現象を防止する
のに役立つ。第2出力部分63は第1出力部分62の単
なる鏡像に過ぎないことは明かである。また抵抗91,
92、および101,102は信頼性を高めるために設
けられており、他の実施例では削除できる。
【0025】図3は、図2の回路の対応部分の代わりに
用いられたとき、本発明に基づき零入力回路が低減され
た高速論理回路の第2実施例となる回路を概略図で示し
たものである。図3は、2つの入力信号とその補数とを
受け取り、かつ前記2つの入力信号の真および補数の論
理積信号を表す出力を提供する入力部分61’を示す。
入力部分61’は図2の入力部分61の代わりになるも
のであり、上述同様に、クローバー電流から保護する。
入力部分61’を、真の入力信号のみを受け取るよう
に、あるいは真の出力信号または補数の出力信号のいず
れかのみを供給するように作ることができるのは明かで
ある。
【0026】入力部分61’は、第1部分120および
第2部分121によって構成される。第1部分120
は、AおよびBの論理積を表すノード78’に出力電圧
を供給し、AおよびBの論理積の補数を表すノード7
7’に出力電圧を供給する。第2部分121は、Aおよ
びBの論理積を表すノード88’に出力電圧を供給し、
AおよびBの論理積の補数を表すノード87’に出力電
圧を供給する。ただし、対応するノードの対である7
7,87および78,88はそれぞれ、入力信号A,B
に対して同じ論理関係を有するが、個別のものであり、
異なる信号特性を有する電圧を供給する。また第1部分
120に抵抗が付加され、図2の回路60と同様、クロ
ーバー電流を防止する。第1部分120は、抵抗13
0,131,132;NPNトランジスタ133,13
4,135,136;Nチャンネル・トランジスタ13
7;NPNトランジスタ140;ダイオード141;抵
抗142;NPNトランジスタ143;ダイオード14
4;および抵抗145によって構成される。第2部分1
21は、抵抗151,152;NPNトランジスタ15
3,154,155,156;Nチャンネル・トランジ
スタ157;NPNトランジスタ160;ダイオード1
61;抵抗162;NPNトランジスタ163;ダイオ
ード164;および抵抗165によって構成される。
【0027】第1部分120において、抵抗130は、
DDに接続された第1端子、および第2端子を有す
る。抵抗131は、抵抗130の第2端子に接続された
第1端子、およびノード77’に接続された第2端子を
有する。抵抗132は、抵抗130の第2端子に接続さ
れた第1端子、およびノード78’に接続された第2端
子を有する。トランジスタ133は、抵抗131の第2
端子に接続されたコレクタ、“A”と標識された第1入
力信号を受け取るベース、およびエミッタを有する。ト
ランジスタ134は、抵抗132の第2端子に接続され
たコレクタ、“反転A”と標識された第1入力信号の補
数を受け取るベース、およびトランジスタ133のエミ
ッタに接続されたエミッタを有する。トランジスタ13
5は、トランジスタ133,134のエミッタに接続さ
れたコレクタ、ベース、およびエミッタを有する。トラ
ンジスタ136は、ノード78’に接続されたコレク
タ、ベース、およびトランジスタ135のエミッタに接
続されたエミッタを有する。トランジスタ137は、ト
ランジスタ135,136のエミッタに接続されたドレ
イン、NBIASを受け取るゲート、およびVSSに接
続されたソースを有する。トランジスタ140は、V
DDに接続されたコレクタ、“B”と標識された第2入
力信号を受け取るベース、およびエミッタを有する。ダ
イオード141は、トランジスタ140のエミッタに接
続された正端子、およびトランジスタ135のベースに
接続された負端子を有する。抵抗142は、ダイオード
141の負端子に接続された第1端子、およびVSS
接続された第2端子を有する。トランジスタ143は、
DDに接続されたコレクタ、“反転B”と標識された
第2入力信号の補数を受け取るベース、およびエミッタ
を有する。ダイオード144は、トランジスタ143の
エミッタに接続された正端子、およびトランジスタ13
6のベースに接続された負端子を有する。抵抗145
は、ダイオード144の負端子に接続された第1端子、
およびVSSに接続された第2端子を有する。
【0028】 第2部分121において、抵抗151
は、VDDに接続された第1端子、およびノード87’
に接続された第2端子を有する。抵抗152は、VDD
に接続された第1端子、およびノード88’に接続され
た第2端子を有する。トランジスタ153は、抵抗15
1の第2端子に接続されたコレクタ、Aを受け取るベー
ス、およびエミッタを有する。トランジスタ154は、
抵抗152の第2端子に接続されたコレクタ、反転Aを
受け取るベース、およびトランジスタ153のエミッタ
に接続されたエミッタを有する。トランジスタ155
は、トランジスタ153,154のエミッタに接続され
たコレクタ、ベース、およびエミッタを有する。トラン
ジスタ156は、ノード88’に接続されたコレクタ、
ベース、およびトランジスタ155のエミッタに接続さ
れたエミッタを有する。トランジスタ157は、トラン
ジスタ155,156のエミッタに接続されたドレイ
ン、NBIASを受け取るゲート、およびVSSに接続
されたソースを有する。トランジスタ160は、VDD
に接続されたコレクタ、Bを受け取るベース、およびエ
ミッタを有する。ダイオード161は、トランジスタ1
60のエミッタに接続された正端子、およびトランジス
タ155のベースに接続された負端子を有する。抵抗1
62は、ダイオード161の負端子に接続された第1端
子、およびVSSに接続された第2端子を有する。トラ
ンジスタ163は、VDDに接続されたコレクタ、反転
Bを受け取るベース、およびエミッタを有する。ダイオ
ード164は、トランジスタ163のエミッタに接続さ
れた正端子、トランジスタ156のベースに接続された
負端子を有する。抵抗165は、ダイオード164の負
端子に接続された第1端子、およびVSSに接続された
第2端子を有する。
【0029】入力部分61’は、信号A,Bに対して論
理積演算を実行し、この信号A,Bは、論理補数反転
A,反転Bと共に入力される。ノード77’,78’,
87’,88’は、図2の回路60のノード77,7
8,87,88に対応し、また入力部分61’が図2の
入力部分61の代わりに用いられるとき、VOUTおよ
び反転VOUTは、AおよびBの論理積の真のおよび補
数の出力信号となる。入力部分61’は、直列ゲーティ
ングおよびコレクタ・ドッティング(collecto
r dotting)を組み合わせることによって、従
来のECL技術の改良を提供する。直列ゲーティングと
は、エミッタ結合トランジスタ対を他のエミッタ結合ト
ランジスタ対と直列に挿入し、かつ実質的にカスケード
接続する技術である。入力部分61’において、トラン
ジスタ135,136は、エミッタ結合トランジスタ対
を形成し、レベルシフトされた信号B,反転Bを受け取
る。エミッタ結合トランジスタ対の第1トランジスタで
あるトランジスタ135と直列されているのが、別のエ
ミッタ結合トランジスタ対133,134であり、信号
A,反転Aを受け取る。トランジスタ133,134の
上部エミッタ結合対がVDDに抵抗結合され、VSS
の電流引き込みは、下部エミッタ結合トランジスタ対の
エミッタに結合される。コレクタ・ドッティングとは、
第2エミッタ結合対の第2トランジスタ134のコレク
タを、第1エミッタ結合対の第2トランジスタ136の
コレクタに結合する技術である。ノード78’,77の
出力信号はそれぞれ、トランジスタ134,133のコ
レクタに供給される。
【0030】入力部分61’は、直列ゲーティング技術
とコレクタ・ドッティング技術を組み合わせたものであ
り、これは高速論理回路にとって特に利点を有する。第
1に、直列ゲーティングをコレクタ・ドッティングと組
み合わせることによって、真の出力信号と補数の出力信
号との両方を供給し、特定用途で必要とされる反転遅延
を節減する。第2に、これらの技術を組み合わせること
によって、真の入力信号と補数の入力信号とを使用して
回路を組むことができ、これは基準レベルに対してノイ
ズを低減する。
【0031】図4は、高速回路60’の第2実施例をブ
ロック図で表したもので、図2の回路60の入力部分6
1に代えて、図3の入力部分61’を用いている。回路
60’は、どのように図3の入力部分61’が、図2の
高速回路60の入力部分61の代わりに用いられて、本
発明の別の実施例を形成するか理解するのに役立つ。回
路60’は、4つのブロックによって構成される。すな
わち、図3の場合と同じ参照番号の入力部分61’;お
よび図2の場合と同じ参照番号の第1出力部分62,第
2出力部分63および電流部分64である。入力部分6
1’は論理積演算を実行し、信号A,反転A,B,反転
Bを受け取る。入力部分61’は、上記のように、出力
信号をノード77’,78’,87’,88’に結合す
る。第1出力部分62は、図2に示すノード78,88
ではなく、ノード78’,88’に結合される。これに
応答して、第1出力部分62は、図2に示した方法で、
AおよびBの論理積として“VOUT’”と標識された
信号を供給する。同様に、第2出力部分63は、図2に
示すノード77および87ではなく、ノード77’,8
7’に結合される。これに応答して、第2出力部分63
は、AおよびBの論理積の補数として“反転
OUT’”と標識された信号を供給する。電流部分6
4はノード97,107に結合され、同様にVOUT
および反転VOUT’を受け取る。入力部分61’は、
本発明の別の実施例を示し、ここで入力部分61’にお
いて異なる機能が提供されている。ただし、回路60,
60’は、入力部分によって提供できる機能を完全に包
括することを意図してはおらず、その他の多くの機能も
可能である。
【0032】
【発明の効果】以上より、MOSとバイポーラ・トラン
ジスタとを使用する、零入力電流が低減された高速回路
について説明してきたことが明かである。この回路は、
入力段、出力段、および電流部分によって構成される。
1つの実施例における入力段は、入力信号とその補数と
の差に応答して、出力電圧を供給する2つのECL差動
増幅器によって構成される。出力段は、正の電源電圧端
子と負の電源電圧端子との間にあるPNPプルダウン・
トランジスタと直列に結合されたNPNプルアップ・ト
ランジスタによって構成され、前記2端子間に出力信号
を供給する。1つの実施例では、出力電圧信号は、プル
アップ・トランジスタとプルダウン・トランジスタとの
間で直列に結合された2つの抵抗間に供給される。また
出力段はバイアス部分によって構成され、プルダウン・
トランジスタのバイアス電圧を適正に設定する。電流部
分は出力信号の電圧を検出し、かつ出力信号が低に切り
替わったときに出力部分から電流を引き込む。この回路
は、PNPプルダウン・トランジスタを使用し、かつ電
圧が論理低に達してはじめて導通状態になるようにトラ
ンジスタを動的にバイアスすることによって、零入力電
流を低減する。
【0033】本発明は好適な実施例に関連して説明して
きたが、本発明は多くの方法で修正でき、上記に具体的
に説明したもの以外に多くの実施例が可能であること
は、当業者にとって明かであろう。したがって、添付の
クレームには、本発明の真の精神と適応範囲とに該当す
る本発明のすべての変形例が含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術に従った、零入力電流が低減されたE
CL回路を概略図で示したものである。
【図2】本発明に従った、零入力電流が低減された高速
回路の1つの実施例を概略図で示したものである。
【図3】本発明に従った回路を概略図で示したもので、
この回路は、図2の回路の対応部分の代わって用いられ
たときに、本発明に基づき零入力電流が低減された高速
回路の第2実施例を形成する回路である。
【図4】図3の回路を図2の回路の対応部分に置き換え
た高速回路の第2実施例をブロック図で示したもので
る。
【符合の説明】
60 回路 61 入力部分 61A,61B 増幅器 62 第1出力部分 63 第2出力部分 64 電流部分 65,66 コンデンサ 71,72,73 抵抗 74,75,76 トランジスタ 77,78 ノード 82,83 抵抗、84,85,86 トランジスタ 87,88 ノード 90,93,94,96・・トランジスタ 91,92 抵抗 95 ダイオード 97 ノード 100,103,104,106,114 トランジス
タ 101,102 抵抗 105 ダイオード 107 ノード、 110,111,112,113,115,116,1
17,118 トランジスタ 120 第1部分 121 第2部分 130,131,132 抵抗 133,134,135,136,137,140,1
43 トランジスタ 141,144 ダイオード 142,145,151,152,162,165 抵
抗 153,154,155,156,157,160,1
63 トランジスタ 161,164 ダイオード
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03K 19/00 - 19/23

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の入力信号間で所定の論理演算を実
    行し、かつ前記所定の論理演算に応答して第1電圧の第
    1信号および第2電圧の第2信号を供給する論理手段で
    あって、ここで前記第1電圧が前記第2電圧を下回ると
    ころの前記論理手段; 前記論理手段に結合され、前記第2信号に応答してノー
    ドにバイアス電圧を供給するバイアス手段; 第1電源電圧端子と第2電源電圧端子との間に直列結合
    され、前記2端子間に出力信号を供給する第1および第
    2バイポーラ・トランジスタであって、該第1バイポー
    ラ・トランジスタのベースが前記第1信号を受け取り、
    該第2トランジスタのベースが前記ノードに結合され、
    ここで前記第1および第2バイポーラ・トランジスタが
    反対の導電タイプであるところの前記第1および第2バ
    イポーラ・トランジスタ;ならびに前記バイアス手段と
    前記第2バイポーラ・トランジスタとに結合され、前記
    ノードから電流を引き込む電流手段; によって構成されることを特徴とする回路。
  2. 【請求項2】 真の入力信号と補数の入力信号との差に
    応答して、第1差信号および該第1差信号を上回る第2
    差信号を供給する入力手段; 前記入力手段に結合され、前記第2差信号に応答してノ
    ードにバイアス電圧を供給するバイアス手段; 第1電源電圧端子と第2電源電圧端子との間に直列結合
    され、前記2端子間に出力信号を供給する第1および第
    2バイポーラ・トランジスタであって、該第1バイポー
    ラ・トランジスタのベースが前記第1差信号を受け取
    り、該第2トランジスタのベースが前記ノードに結合さ
    れ、ここで該第1バイポーラ・トランジスタがNPNバ
    イポーラ・トランジスタであり、該第2バイポーラ・ト
    ランジスタがPNPバイポーラ・トランジスタであると
    ころの前記第1および第2バイポーラ・トランジスタ;
    ならびに前記バイアス手段と前記第2バイポーラ・トラ
    ンジスタとに結合され、前記出力信号が所定の論理状態
    であるときに前記ノードから電流を引き込む電流手段;
    によって構成されることを特徴とする回路。
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