JP2803700B2 - 論理回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、論理回路に関し、特に
高速化及び低消費電力化を実現する論理回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の論理回路としては、図６の回路図
に示すような論理回路がある。図６に示す論理回路は、
入力端子１０、リファレンス電圧端子１、カレントソー
ス電圧端子２、相互に相補的な出力端子である出力端子
３及び４、カレントスイッチ回路を構成するトランジス
タ５，６及び抵抗７，８、定電流回路を構成するトラン
ジスタ９及び抵抗３４、エミッタホロア回路を構成する
トランジスタ１１，１２及び抵抗１５，１６、定電流回
路のＶEE電源１３、エミッタホロア回路のＶT電源１４
より構成されている。

【０００３】次に、上述の如く構成された従来の論理回
路の動作について説明する。図７は、図６に示す論理回
路における入力及び出力端子の電圧波形を示す波形図で
ある。図７に示す入力端子の電圧波形（１）における区
間（ｂ）に示すように、入力端子１０にリファレンス電
圧端子１より高電位の信号が入力されると、カレントス
イッチ回路におけるトランジスタ５がオンして、トラン
ジスタ６がオフになる。このとき、入力端子１０の電位
レベルとは関係なく定電流回路には、カレントソース電
圧端子２及びＶEE電源１３の電圧と抵抗３４の抵抗値と
によって決る一定の電流Ｉcsが常時流れている。この電
流Ｉcsは、カレントスイッチ回路を構成するトランジス
タ５，６の内でオンになっている側を介して流れるの
で、上述の入力条件の場合には、電流Ｉcsは抵抗７を介
してトランジスタ５に流れることとなる。この結果、抵
抗７において電圧降下が生じて、トランジスタ５のコレ
クタ電位は、高電位から低電位へと変化する。また、出
力端子４の電位は、トランジスタ１２によりトランジス
タ５のコレクタ電位をレベルシフトさせただけのものな
ので、トランジスタ５のコレクタ電位と同様に高電位か
ら低電位へと変化する。従って、出力端子４には、入力
端子１０における論理レベルに対して逆極性でかつ低電
位の論理レベルが得られる。

【０００４】一方、このときカレントスイッチ回路にお
けるトランジスタ５の反対側のトランジスタ６には、電
流が流れずコレクタ電位は高電位となる、従って、エミ
ッタホロア回路を構成するトランジスタ１１のエミッタ
に接続された出力端子３には、入力端子１０と同一極性
の論理レベルが出力される。

【０００５】図７に示す入力端子の電圧波形（１）にお
ける区間（ａ）に示すように、入力端子１０にリファレ
ンス電圧端子１より低電位の信号が入力された場合、即
ち上述の区間（ｂ）に示す場合と逆極性の信号が入力端
子１０に入力された場合は、カレントスイッチ回路にお
けるトランジスタ５，６のオン／オフ状態は上述の区間
（ｂ）のときと逆になり、出力端子４からは高電位、出
力端子３からは低電位の論理レベルが出力される。

【０００６】以上の動作において、出力端子３又は出力
端子４に接続されている負荷が軽い場合は、図７に示す
出力端子の電圧波形（２）における軽負荷時（ａ）に示
すように、出力端子３，４の電位レベルの変化は入力端
子１０の電位変化に追随して高速に変化する。これは、
負荷のもつ容量とエミッタホロア回路における抵抗１
５，１６とにより決る時定数が小さいため、負荷に対す
る充放電が高速に行なわれることによる。

【０００７】しかし、出力端子３又は出力端子４に接続
されている負荷が重くなると、負荷に対する充放電の時
定数が大きくなり、図７に示す出力端子の電圧波形
（２）における高負荷時（ｂ）に示すように、出力端子
３，４の電位レベルの変化が遅くなる。出力端子３，４
の電位レベルが低電位から高電位に変化するときは、負
荷に対する充電は高駆動能力をもつエミッタホロア回路
を構成するトランジスタ１１，１２により行なわれるの
で、高負荷であっても遅れの程度は小さい。一方、出力
端子３，４の電位レベルが高電位から低電位に変化する
ときは、負荷からの放電は負荷の静電容量とエミッタホ
ロア回路を構成する抵抗１５，１６とにより決る時定数
により遅れの程度が決るので、高負荷になるほど遅れの
程度が大きくなる。

【０００８】従って、従来の論理回路において高速化を
図るためには、特に出力レベルが高電位から低電位へと
変化するのに要する時間を小さくする必要がある。その
ためには、エミッタホロア回路を構成する抵抗１５，１
６の抵抗値を小さくすればよいが、これに伴いエミッタ
ホロア回路に流れる電流が増加して、消費電力が増加す
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の論理回路では、高負荷時における高速化を図る
ためにエミッタホロア回路において大きな消費電力を必
要としている。そして、一般的に従来の論理回路は、１
ゲート当りの消費電力全体の内、５０〜７０％をエミッ
タホロア回路が占めており、回路の高速化及び高集積化
を促進する上で大きな障害となるという問題点がある。

【００１０】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、エミッタホロア回路を有する論理回路にお
いて、そのエミッタホロア回路が高負荷時においても高
速な動作をすることができて、かつ低消費電力で動作さ
せることができる論理回路を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る論理回路
は、入力信号の変化に対応して電位が変化する相互に相
補な第１の論理信号及び第２の論理信号を出力する電流
切替え型論理回路と、前記第１の論理信号に基づいて出
力端子に負荷を駆動する負荷駆動信号を出力するエミッ
タホロア回路と、前記出力端子にコレクタが接続された
トランジスタと、所定のエミッタホロア電流を前記トラ
ンジスタに流すためのバイアス電圧を前記トランジスタ
のベースに供給するバイアス回路と、一端に前記第２の
論理信号を受け他端が前記ベースに接続されたコンデン
サとを有し、前記バイアス回路は前記負荷駆動信号が高
レベルの安定状態にあるときに低レベルの安定状態のと
きよりも大きいエミッタホロア電流を流すように前記バ
イアス電圧を供給するものであることを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明に係る論理回路においては、相互に相補
な第１及び第２の論理信号を出力して、これらの論理信
号に基づいて負荷を駆動するエミッタホロア回路を有す
る論理回路において、論理回路の出力レベルが高レベル
の安定状態にあるときに、低レベルの安定状態のときよ
りも大きいエミッタホロア電流を流すようにバイアス電
圧を供給するバイアス回路が設けられている。これによ
り、出力端子の出力レベルが高レベルから低レベルへと
変化するときに、上述のごとくエミッタホロア電流を制
御すると共に、コンデンサを介して過渡電流を流すの
で、出力端子の出力レベルが高レベルから低レベルへと
変化するときの速度を高速化することができる。また、
出力レベルが低レベルの安定状態にあるときのエミッタ
ホロア電流を小さくなるようにすることにより、低消費
電流化することができる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。

【００１４】図１は、本発明の第１の実施例に係る論理
回路を示す回路図である。なお、図１において、図６に
示す従来の論理回路と同一の構成部には、同一符号を付
して説明を省略する。図１において、ブロックＡは、図
６に示す従来の論理回路と同一に構成されている論理回
路である。図１に示す本第１の実施例に係る論理回路に
おいて、図６に示す従来の論理回路に対して異なる構成
部分は、ブロックＢを構成している部分である。

【００１５】ブロックＢは、エミッタホロア回路の機能
を含んでいる。また、ブロックＢは、出力端子３，４の
電位レベルが高電位から低電位へ変化しようとするとき
は、負荷の電荷を急速に放電させるエミッタホロア回路
を含んだアクティブプルダウン回路である。このアクテ
ィブプルダウン回路は、エミッタホロア回路を構成する
トランジスタ１１，１２に対して一定のエミッタホロア
電流を流すためのトランジスタ２０，２１と、このトラ
ンジスタ２０，２１のベースにブロックＡにおける出力
論理レベルの変化を伝達するコンデンサ２２，２３と、
トランジスタ２０，２１に流すエミッタホロア電流を制
御するバイアス回路を構成するトランジスタ２４，２
５，２８、抵抗２６，２７，２９、バイアス電圧端子３
０、カレントソース電圧端子３１及びＶEE電源端子３２
と、エミッタホロア回路のＶT電源端子３３より構成さ
れている。

【００１６】次に、上述の如く構成された本第１の実施
例に係る論理回路の動作について説明する。図２は、図
１に示す本第１の実施例に係る論理回路における各部の
電圧及び電流波形を示す波形図である。

【００１７】図１に示す論理回路において図６に示す従
来の論理回路の動作と同様に出力端子３からは、入力端
子１０に入力される論理レベルに対して同極性の信号が
出力され、出力端子４からは逆極性の信号が出力され
る。例えば、図２に示す入力端子１０の電圧波形におけ
る区間（ａ）に示すように、入力端子１０にリファレン
ス電圧端子１より低電位の信号が入力されると、出力端
子３からは低電位、出力端子４からは高電位の信号が出
力される。一方、ブロックＢにおけるバイアス回路は、
ブロックＡのような電流切換え型論理回路と同一な回路
構成となっており、バイアス回路を構成するカレントス
イッチ用トランジスタ２４，２５の内のいずれか一方が
オンとなり、他方はオフとなる。トランジスタ２４，２
５のベースには、夫々出力端子３，４の電位が直接加わ
えられるので、区間（ａ）に示す入力条件の場合は、ト
ランジスタ２４はオフとなり、トランジスタ２５はオン
となる。従って、電流はバイアス電圧端子３０から抵抗
２６へと流れて、抵抗２６において電圧降下（ΔＶ）が
生じる。このとき流れる電流ＩB は、トランジスタ２８
と抵抗２９とにより構成される定電流回路の回路定数と
カレントソース電圧端子３１及びＶEE電源３２の電圧値
とにより決まる。この結果、トランジスタ２５のコレク
タ電位は、バイアス電圧端子３０の電位よりΔＶだけ低
い電位レベルとなり、この電位レベルがトランジスタ２
０のベースに印加される。

【００１８】一方、このときトランジスタ２４はオフで
あるので、抵抗２７による電圧降下が生じない。このた
めトランジスタ２４のコレクタ電位は、バイアス電圧端
子３０の電位と同じレベルとなり、この電位がトランジ
スタ２１のベースに印加される。

【００１９】従って、入力条件が図２に示す区間（ａ）
の場合は、トランジスタ２０のベースには低電位、トラ
ンジスタ２１のベースには高電位が印加されることとな
る。この結果、図２におけるトランジスタ２０，２１の
エミッタ電流波形に示すように、トランジスタ２０とト
ランジスタ２１とに流れる電流値に差が生ずる。即ち、
低電位レベルの出力端子に接続されているトランジスタ
（図２の区間ａの場合はトランジスタ２０）には、小さ
い値の電流が流れ、高電位レベルの出力端子に接続され
ているトランジスタ（図２の区間ａの場合はトランジス
タ２１）には、大きい値の電流が流れる。

【００２０】次に、図２に示す入力端子の電圧波形にお
ける区間（ｂ）に示すような、入力端子１０の電位が低
電位から高電位へと変化するときの動作について説明す
る。

【００２１】入力端子１０の電位の変化に伴いブロック
Ａにおけるトランジスタ６のコレクタ電位は、低電位か
ら高電位へと変化する。この電位変化がコンデンサ２３
を介してトランジスタ２１のベースに伝達され、図２に
おけるトランジスタ２０，２１のベース電圧波形に示す
ようにトランジスタ２０，２１のベース電位が瞬間的に
高くなる。この結果、図２におけるトランジスタ２０，
２１のエミッタ電流波形に示すようにトランジスタ２１
には過渡的に大きなエミッタ電流が流れ、この電流は出
力端子４に接続されている負荷から供給される。即ち、
負荷の電荷が急速にトランジスタ２１を介して放電され
て、図２における出力端子の電圧波形に示すように出力
端子４の電位は、急速に高電位から低電位へと変化す
る。

【００２２】一方、このときトランジスタ５におけるコ
レクタ電位は、図２におけるトランジスタ２０，２１の
ベース電圧波形及びエミッタ電圧波形に示すように高電
位から低電位へと変化し、この電位がコンデンサ２２を
介して伝達されるトランジスタ２０は、瞬間的にオフ状
態となる。このため、トランジスタ１１を介して流れる
エミッタホロア電流は全て負荷に流れ込むこととなり、
負荷の充電が急速に行なわれる。従って、出力端子３に
おける低電位から高電位への変化が図２における出力端
子の電圧波形に示すように急速に実行される。

【００２３】次に、図２における区間（ｃ）においての
動作、即ち図１に示す論理回路における各部の電圧及び
電流が過渡状態から安定状態へと移行する場合の動作に
ついて説明する。図２におけるベース電圧波形に示すよ
うにトランジスタ２１のベース電位は、コンデンサ２３
を介した過渡動作によりピーク値に達した後、低電位レ
ベルに向って変化を開始する。また、同時に、トランジ
スタ２４のベース電位即ち出力端子３の電位は、高電位
の方向に、トランジスタ２５のベース電位即ち出力端子
４の電位は、低電位の方向に変化するので、トランジス
タ２４，２５におけるオン／オフ状態の逆転動作は更に
加速される。この結果、トランジスタ２４はオン状態
へ、トランジスタ２５はオフ状態へと切換わり、トラン
ジスタ２４のコレクタと接続されているトランジスタ２
１のベース電位は、バイアス電圧端子３０の電位より抵
抗２７での電圧降下分だけ低いレベルに向って変化す
る。

【００２４】一方、トランジスタ２０のベース電位は、
前述のトランジスタ２１の動作とは逆に低電位から高電
位に向って変化し、最終的にはバイアス電圧端子３０の
電位に落着く。

【００２５】トランジスタ２０，２１のベース電位が前
述のように変化するのに伴い、トランジスタ２０，２１
のエミッタ電流即ちエミッタホロア電流は、図２におけ
るエミッタ電圧波形に示すように変化する。最終的には
トランジスタ２０，２１のエミッタホロア電流は、前述
の図２における区間（ａ）に示す波形に対して相互に逆
転した波形の示す電流値に落着く。

【００２６】以上の動作により、出力端子４に接続され
た負荷の電荷はトランジスタ２１により急速に抜き取ら
れ、出力端子４の電位は高電位から低電位へと高速に変
化する。一方、出力端子３に接続された負荷に対して
は、トランジスタ１１より電荷が急速に供給され、トラ
ンジスタ２０が一時的にオフとなることと相まって、出
力端子３の電位は急速に低電位から高電位へと変化す
る。

【００２７】図３は、本発明の第２の実施例に係る論理
回路を示す回路図である。本第２の実施例に係る論理回
路において、図１に示す第１の実施例に係る論理回路に
対して異なる構成部分は、バイアス回路を構成するトラ
ンジスタ２４及び２５のベースの接続先が夫々トランジ
スタ６及び５のコレクタとなっている部分である。本第
２の実施例に係る論理回路の動作は、第１の実施例に係
る論理回路の動作と同一である。

【００２８】図４は、本発明の第３の実施例に係る論理
回路を示す回路図である。本第３の実施例に係る論理回
路において、図１に示す第１の実施例に係る論理回路に
対して異なる構成部分は、コンデンサ２２及び２３の接
続先が夫々トランジスタ２１及び２０のコレクタとなっ
ている部分である。本第３の実施例に係る論理回路の動
作は、第１に実施例に係る論理回路の動作と同一であ
る。

【００２９】図５は、本発明の第４の実施例に係る論理
回路を示す回路図である。負論理で表わすと、第１の実
施例に係る論理回路がＡＮＤ／ＮＡＮＤの両出力を有す
る論理回路であるのに対し、本第４の実施例に係る論理
回路はＡＮＤの片側出力だけをもつ論理回路である。本
第４の実施例に係る論理回路において、第１に実施例に
係る論理回路に対して異なる構成部分は、ＮＡＮＤ出力
をつくるためのトランジスタ１２，２１とコンデンサ２
３がなく、トランジスタ２５のベース入力を出力端子３
における高電位と低電位の中間の電位をもつ基準電圧端
子１に接続した部分である。本第４の実施例に係る論理
回路の動作は、第１に実施例に係る論理回路の動作と同
一である。また、本第４の実施例に係る論理回路では、
トランジスタ２４のベース入力をトランジスタ２０のコ
レクタに接続しているが、第２の実施例と同様にトラン
ジスタ６のコレクタに接続位置を変更しても同一の回路
動作をすることは明らかである。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る論理回
路によれば、論理回路の出力論理レベルが高電位の安定
状態にあるときにはエミッタホロア電流を大きく、論理
回路の出力論理レベルが低電位の安定状態にあるときに
はエミッタホロア電流を小さくなるようにする。これら
により本発明に係る論理回路は、論理回路の入力端子の
電位変化に応じて、出力論理レベルが高電位から低電位
へと変化するときは負荷から急速に電荷を引き抜き、出
力論理レベルが低電位から高電位へと変化するときは負
荷に対して急速に電荷の供給をするので、低消費電力を
保ちながら高速で動作することができる論理回路を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る論理回路を示す回
路図である。

【図２】図１に示す本発明の第１の実施例に係る論理回
路における各部の電圧及び電流波形を示す波形図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施例に係る論理回路を示す回
路図である。

【図４】本発明の第３の実施例に係る論理回路を示す回
路図である。

【図５】本発明の第４の実施例に係る論理回路を示す回
路図である。

【図６】従来の論理回路の一例を示す回路図である。

【図７】図６に示す論理回路における入力及び出力端子
の電圧波形を示す波形図である。

【符号の説明】

１ ；リファレンス電圧端子 ２ ；カレントソース電圧端子 ３，４ ；出力端子 ５，６，９，１１，１２，２０，２１，２４，２５，２
８ ；トランジスタ ７，８，１０，２６，２７，２９，３４ ；抵抗 １０ ；入力端子 ２２，２３ ；コンデンサ ３０ ；バイアス電圧端子 ３１ ；カレントソース電圧端子３１

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号の変化に対応して電位が変化す
   る相互に相補な第１の論理信号及び第２の論理信号を出
   力する電流切替え型論理回路と、前記第１の論理信号に
   基づいて出力端子に負荷を駆動する負荷駆動信号を出力
   するエミッタホロア回路と、前記出力端子にコレクタが
   接続されたトランジスタと、所定のエミッタホロア電流
   を前記トランジスタに流すためのバイアス電圧を前記ト
   ランジスタのベースに供給するバイアス回路と、一端に
   前記第２の論理信号を受け他端が前記ベースに接続され
   たコンデンサとを有し、前記バイアス回路は前記負荷駆
   動信号が高レベルの安定状態にあるときに低レベルの安
   定状態のときよりも大きいエミッタホロア電流を流すよ
   うに前記バイアス電圧を供給するものであることを特徴
   とする論理回路。