JP2904128B2 - 出力回路 - Google Patents
出力回路Info
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- JP2904128B2 JP2904128B2 JP8168947A JP16894796A JP2904128B2 JP 2904128 B2 JP2904128 B2 JP 2904128B2 JP 8168947 A JP8168947 A JP 8168947A JP 16894796 A JP16894796 A JP 16894796A JP 2904128 B2 JP2904128 B2 JP 2904128B2
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
- H03K19/003—Modifications for increasing the reliability for protection
- H03K19/00369—Modifications for compensating variations of temperature, supply voltage or other physical parameters
- H03K19/00376—Modifications for compensating variations of temperature, supply voltage or other physical parameters in bipolar transistor circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
- H03K19/0175—Coupling arrangements; Interface arrangements
- H03K19/017509—Interface arrangements
- H03K19/017518—Interface arrangements using a combination of bipolar and field effect transistors [BIFET]
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は相補型金属−酸化物
−半導体(CMOS)の論理レベルからエミッタ結合ロ
ジック(ECL)の論理レベルのレベル変換を行う出力
回路に関する。
−半導体(CMOS)の論理レベルからエミッタ結合ロ
ジック(ECL)の論理レベルのレベル変換を行う出力
回路に関する。
【0002】
【従来の技術】CMOSからECLへのレベル変換を行
う出力回路として、特公平7−70983号公報に記載
されたものがある。これは、図7に示すように、PMO
S31aとNMOS31bからなるCMOSインバータ
31と、その出力に各ゲートが接続されたPMOS32
およびNMOS33と、これら両MOS32,33の各
ドレイン信号端にベースが接続され、コレクタが最高電
位VCCに接続され、エミッタが抵抗30および出力3
8に接続されたエミッタフォロワ構成の出力バイポーラ
トランジスタ37と、前記最高電位VCCとベース信号
端39との間に接続された出力抵抗36と、前記NMO
S33のソースに接続された電流源34と、この電流源
34に電位VSを供給する電圧源35から構成されてい
る。
う出力回路として、特公平7−70983号公報に記載
されたものがある。これは、図7に示すように、PMO
S31aとNMOS31bからなるCMOSインバータ
31と、その出力に各ゲートが接続されたPMOS32
およびNMOS33と、これら両MOS32,33の各
ドレイン信号端にベースが接続され、コレクタが最高電
位VCCに接続され、エミッタが抵抗30および出力3
8に接続されたエミッタフォロワ構成の出力バイポーラ
トランジスタ37と、前記最高電位VCCとベース信号
端39との間に接続された出力抵抗36と、前記NMO
S33のソースに接続された電流源34と、この電流源
34に電位VSを供給する電圧源35から構成されてい
る。
【0003】なお、前記電流源34は、図8に示すよう
に演算増幅器40と、その出力をゲートに受けるNMO
S41と、そのソースに接続する抵抗42と、MOSト
ランジスタ43a,43bと44a,44bによるカレ
ントミラー43,44によって構成され、演算増幅器4
0の非反転入力は電圧源35によって駆動され、反転入
力はNMOS41のソースに接続されている。この電流
源34では、演算増幅器40の高い開ループ利得により
NMOS41のソース電位は電圧源35が供給する電位
VSと実質的に同じとなる。したがって、抵抗42を流
れる電流は抵抗42の値R42と電圧VS−VSSの比
(VS−VSS)/R42で与えられる。この電流はカ
レントミラー43で鏡影され、次いでカレントミラー4
4で鏡影されて電流源34の引く電流となる。
に演算増幅器40と、その出力をゲートに受けるNMO
S41と、そのソースに接続する抵抗42と、MOSト
ランジスタ43a,43bと44a,44bによるカレ
ントミラー43,44によって構成され、演算増幅器4
0の非反転入力は電圧源35によって駆動され、反転入
力はNMOS41のソースに接続されている。この電流
源34では、演算増幅器40の高い開ループ利得により
NMOS41のソース電位は電圧源35が供給する電位
VSと実質的に同じとなる。したがって、抵抗42を流
れる電流は抵抗42の値R42と電圧VS−VSSの比
(VS−VSS)/R42で与えられる。この電流はカ
レントミラー43で鏡影され、次いでカレントミラー4
4で鏡影されて電流源34の引く電流となる。
【0004】これにより、図7の出力回路では、入力に
よりPMOS32とNMOS33が選択的にオンするか
オフするかに応じて、電流源34の前記した電流が出力
抵抗36を流れるか流れないかが決まり、これによって
出力38にECLのハイレベルとロウレベルが出力され
る。例えば、電流が流れると出力抵抗36での電位降下
は1Vになるように設計された場合、出力バイポーラト
ランジスタ37のベース・エミッタ電圧を考慮して、そ
の出力38は−1.8VのECLロウレベルとなる。な
お、出力抵抗36で生じる電位降下は電源35の供給電
圧VSと抵抗36と42の比によって決定されるが、こ
のことにより製造工程において抵抗に生じる抵抗値の絶
対ばらつき(異なる半導体チップ間に生じる抵抗値のば
らつきを指し、同一チップ上の抵抗値のばらつきは相対
ばらつきと呼ばれ、絶対ばらつきに比べて小さい)が電
位降下に影響しない、したがって出力レベルが抵抗値の
絶対ばらつきに影響されることはない。
よりPMOS32とNMOS33が選択的にオンするか
オフするかに応じて、電流源34の前記した電流が出力
抵抗36を流れるか流れないかが決まり、これによって
出力38にECLのハイレベルとロウレベルが出力され
る。例えば、電流が流れると出力抵抗36での電位降下
は1Vになるように設計された場合、出力バイポーラト
ランジスタ37のベース・エミッタ電圧を考慮して、そ
の出力38は−1.8VのECLロウレベルとなる。な
お、出力抵抗36で生じる電位降下は電源35の供給電
圧VSと抵抗36と42の比によって決定されるが、こ
のことにより製造工程において抵抗に生じる抵抗値の絶
対ばらつき(異なる半導体チップ間に生じる抵抗値のば
らつきを指し、同一チップ上の抵抗値のばらつきは相対
ばらつきと呼ばれ、絶対ばらつきに比べて小さい)が電
位降下に影響しない、したがって出力レベルが抵抗値の
絶対ばらつきに影響されることはない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の出力
回路では、次のような問題が生じている。第1の問題点
は、出力回路中の電流源の面積が非常に大きくなること
である。その理由は、電流源が4個のMOSトランジス
タによるカレントミラーと演算増幅器、抵抗というよう
に多数の素子で構成されていることによる。また、第2
の問題点は、MOSトランジスタのゲート寸法のばらつ
きによる出力レベルのばらつきが大きいことである。こ
れは、MOSトランジスタによるカレントミラーを用い
ているために生じている。また、MOSトランジスタの
ゲート幅を非常に大きくすれば、このばらつきは小さく
できるが、その場合は面積が増大する。
回路では、次のような問題が生じている。第1の問題点
は、出力回路中の電流源の面積が非常に大きくなること
である。その理由は、電流源が4個のMOSトランジス
タによるカレントミラーと演算増幅器、抵抗というよう
に多数の素子で構成されていることによる。また、第2
の問題点は、MOSトランジスタのゲート寸法のばらつ
きによる出力レベルのばらつきが大きいことである。こ
れは、MOSトランジスタによるカレントミラーを用い
ているために生じている。また、MOSトランジスタの
ゲート幅を非常に大きくすれば、このばらつきは小さく
できるが、その場合は面積が増大する。
【0006】前記した問題点について詳細に説明する。
前記電流源34を構成するMOSトランジスタのゲート
の幅と長さは、前記した公報によれば、PMOS43a
とNMOS43bのゲート幅は共に50μm、ゲート長
は5μm、NMOS44aはゲート幅10μm、ゲート
長2μm、NMOS44bはゲート幅100μm、ゲー
ト長2μm、と想定することができる。この4つのトラ
ンジスタとさらにもう一つのトランジスタ41と、抵抗
42と、演算増幅器40(例えば「アナログ集積回路設
計技術 下 P.R.グレイ/R.G.メイヤー共著
永田譲 訳 327ぺージ、図12.38にあるような
演算増幅器では12個のMOSトランジスタと3個のバ
イアス電流源を含む)によって構成される、この多数の
素子を含む電流源の面積は大きいものになることは明ら
かである。
前記電流源34を構成するMOSトランジスタのゲート
の幅と長さは、前記した公報によれば、PMOS43a
とNMOS43bのゲート幅は共に50μm、ゲート長
は5μm、NMOS44aはゲート幅10μm、ゲート
長2μm、NMOS44bはゲート幅100μm、ゲー
ト長2μm、と想定することができる。この4つのトラ
ンジスタとさらにもう一つのトランジスタ41と、抵抗
42と、演算増幅器40(例えば「アナログ集積回路設
計技術 下 P.R.グレイ/R.G.メイヤー共著
永田譲 訳 327ぺージ、図12.38にあるような
演算増幅器では12個のMOSトランジスタと3個のバ
イアス電流源を含む)によって構成される、この多数の
素子を含む電流源の面積は大きいものになることは明ら
かである。
【0007】この場合に、少しでも面積を小さくするた
めに、前記各MOSトランジスタのゲート寸法を小さく
すると今度は以下に説明するゲート寸法の製造ばらつき
によるECL出力電位のばらつきが問題となる。いま、
ゲート幅とゲート長の比を保ったままゲート長を最小の
0.5μmにすると、PMOS43aとNMOS43b
のゲート幅は共に5μm、ゲート長は0.5μm、NM
OS44aはゲート幅2.5μm、ゲート長0.5μ
m、NMOS44bはゲート幅25μm、ゲート長0.
5μmになる。異なるロットの製造工程におけるゲート
幅のばらつきを標準偏差で最小寸法の10%すなわち
0.05μmとすると、図8のカレントミラー44でば
らつきを生じる。中心値においてトランジスタ44aと
44bのゲート寸法比は10である。ゲート幅に0.0
5μmのずれが生じると、NMOS44aは2.55μ
m、NMOS44bは25.05μmになるので、ゲー
ト寸法比は25.05/2.55=9.82となる。こ
れは中心値から2%ずれである。
めに、前記各MOSトランジスタのゲート寸法を小さく
すると今度は以下に説明するゲート寸法の製造ばらつき
によるECL出力電位のばらつきが問題となる。いま、
ゲート幅とゲート長の比を保ったままゲート長を最小の
0.5μmにすると、PMOS43aとNMOS43b
のゲート幅は共に5μm、ゲート長は0.5μm、NM
OS44aはゲート幅2.5μm、ゲート長0.5μ
m、NMOS44bはゲート幅25μm、ゲート長0.
5μmになる。異なるロットの製造工程におけるゲート
幅のばらつきを標準偏差で最小寸法の10%すなわち
0.05μmとすると、図8のカレントミラー44でば
らつきを生じる。中心値においてトランジスタ44aと
44bのゲート寸法比は10である。ゲート幅に0.0
5μmのずれが生じると、NMOS44aは2.55μ
m、NMOS44bは25.05μmになるので、ゲー
ト寸法比は25.05/2.55=9.82となる。こ
れは中心値から2%ずれである。
【0008】これはゲート幅が中心値であるものとの電
流のずれの標準偏差になるので出力レベルがロウの時、
出力抵抗36には1Vの電圧が立つので、その2%であ
る20mVが出力レベルのずれの標準偏差となる。標準
偏差の3倍が実際に起こる最大のずれと見積もると、±
60mV、幅120mVの出力レベルのばらつきが生じ
ることになる。ECLの出力レベルの規格の幅は220
mVであるので、このゲート幅のずれという要因だけで
120mVという規格幅の半分強ものばらつきの幅を持
つことは、実際の構造において歩留まりの低下等による
コスト増大といった悪い結果を生む。
流のずれの標準偏差になるので出力レベルがロウの時、
出力抵抗36には1Vの電圧が立つので、その2%であ
る20mVが出力レベルのずれの標準偏差となる。標準
偏差の3倍が実際に起こる最大のずれと見積もると、±
60mV、幅120mVの出力レベルのばらつきが生じ
ることになる。ECLの出力レベルの規格の幅は220
mVであるので、このゲート幅のずれという要因だけで
120mVという規格幅の半分強ものばらつきの幅を持
つことは、実際の構造において歩留まりの低下等による
コスト増大といった悪い結果を生む。
【0009】本発明の目的は、面積を低減するとともに
出力レベルのばらつきの小さい出力回路を提供すること
である。
出力レベルのばらつきの小さい出力回路を提供すること
である。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、最高電位と最
低電位を発生する電圧源と、コレクタが前記最高電位に
接続されベースが信号端に接続され、エミッタからEC
Lレベルを出力する出力バイポーラトランジスタと、前
記電圧源によって駆動される電流源と、前記最高電位と
前記出力バイポーラトランジスタの信号端との間にそれ
ぞれ接続される第1のスイッチ及び第1の負荷と、前記
出力バイポーラトランジスタの信号端と前記電流源との
間に接続される第2のスイッチと、前記最高電位と前記
電流源との間に接続される第3のスイッチとを備え、前
記第1ないし第3のスイッチはそれぞれに入力されるC
MOSレベルに応じて第1及び第3のスイッチが同時に
オン、オフされ、第2のスイッチはこれとは逆にオフ、
オンされる構成とされ、かつ前記電流源は第2のバイポ
ーラトランジスタと抵抗とによって構成されたことを特
徴とする。ここで、前記電流源は、バイポーラトランジ
スタのコレクタが第2のスイッチおよび第3のスイッチ
に接続され、ベースが電圧源に接続され、エミッタが最
低電位に接続される構成とされる。
低電位を発生する電圧源と、コレクタが前記最高電位に
接続されベースが信号端に接続され、エミッタからEC
Lレベルを出力する出力バイポーラトランジスタと、前
記電圧源によって駆動される電流源と、前記最高電位と
前記出力バイポーラトランジスタの信号端との間にそれ
ぞれ接続される第1のスイッチ及び第1の負荷と、前記
出力バイポーラトランジスタの信号端と前記電流源との
間に接続される第2のスイッチと、前記最高電位と前記
電流源との間に接続される第3のスイッチとを備え、前
記第1ないし第3のスイッチはそれぞれに入力されるC
MOSレベルに応じて第1及び第3のスイッチが同時に
オン、オフされ、第2のスイッチはこれとは逆にオフ、
オンされる構成とされ、かつ前記電流源は第2のバイポ
ーラトランジスタと抵抗とによって構成されたことを特
徴とする。ここで、前記電流源は、バイポーラトランジ
スタのコレクタが第2のスイッチおよび第3のスイッチ
に接続され、ベースが電圧源に接続され、エミッタが最
低電位に接続される構成とされる。
【0011】ここで、第1ないし第3のスイッチはMO
Sトランジスタで構成されることが好ましい。また、電
流源と並列にコンデンサが接続されることが好ましい。
さらに、最高電位と第3のスイッチとの間に第2の負荷
が接続され、第1の負荷と第2の負荷のそれぞれ最高電
位と反対側の接続端の間に温度依存性を有する第3の負
荷が接続されることが好ましい。この第3の負荷はダイ
オードと抵抗を直列接続したものを互いに逆極性方向に
並列接続した構成が採用される。
Sトランジスタで構成されることが好ましい。また、電
流源と並列にコンデンサが接続されることが好ましい。
さらに、最高電位と第3のスイッチとの間に第2の負荷
が接続され、第1の負荷と第2の負荷のそれぞれ最高電
位と反対側の接続端の間に温度依存性を有する第3の負
荷が接続されることが好ましい。この第3の負荷はダイ
オードと抵抗を直列接続したものを互いに逆極性方向に
並列接続した構成が採用される。
【0012】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図1は本発明の出力回路の第
1の実施形態を示す回路図である。この出力回路は、エ
ミッタに抵抗13および出力端15が接続されたエミッ
タフォロワ構成の出力バイポーラトランジスタ11のコ
レクタが最高電位VCCに接続され、この最高電位VC
Cとベースの入力端である信号端12との間に第1スイ
ッチ7と負荷10が並列接続される。また、前記信号端
12には第2スイッチ8を介して電流源14が接続され
ており、さらに前記最高電位VCCと前記電流源14と
の間に第3スイッチ9が接続されている。前記電流源1
4は、バイポーラトランジスタ1と抵抗2で構成され、
電圧源3の供給電圧VSによって動作される。さらに、
前記第1ないし第3のスイッチは、それぞれの入力端
4,5,6に入力されるCMOSレベルに応じてオン,
オフ動作される。ただし、第1および第3のスイッチ
7,9は同時にオン,オフされ、第2のスイッチ8はこ
れと同時に逆方向にオフ,オンされるように構成され
る。
図面を参照して説明する。図1は本発明の出力回路の第
1の実施形態を示す回路図である。この出力回路は、エ
ミッタに抵抗13および出力端15が接続されたエミッ
タフォロワ構成の出力バイポーラトランジスタ11のコ
レクタが最高電位VCCに接続され、この最高電位VC
Cとベースの入力端である信号端12との間に第1スイ
ッチ7と負荷10が並列接続される。また、前記信号端
12には第2スイッチ8を介して電流源14が接続され
ており、さらに前記最高電位VCCと前記電流源14と
の間に第3スイッチ9が接続されている。前記電流源1
4は、バイポーラトランジスタ1と抵抗2で構成され、
電圧源3の供給電圧VSによって動作される。さらに、
前記第1ないし第3のスイッチは、それぞれの入力端
4,5,6に入力されるCMOSレベルに応じてオン,
オフ動作される。ただし、第1および第3のスイッチ
7,9は同時にオン,オフされ、第2のスイッチ8はこ
れと同時に逆方向にオフ,オンされるように構成され
る。
【0013】この出力回路では、CMOSレベルの入力
によって第2スイッチ8がオンの時、電流源14の電流
は負荷10を流れ、信号端12はロウレベルになり、出
力端15にはECLのロウレベルが出力される。第2ス
イッチ8がオフの時には、第1および第3スイッチ7,
9がオンされるため、電流源14の電流はVCCから第
3スイッチ9を通って流れ、信号端12は第1スイッチ
7によってVCCと短絡するので、ハイレベルなり、出
力端15にはECLのハイレベルが出力される。このよ
うにして、CMOSレベルがECLレベルに変換されて
出力される。なお、この回路では、第3スイッチ9が設
けられているため、第2スイッチ8がオフの場合でも電
流源14の電流はバイポーラトランジスタ1のコレクタ
に供給されるので、バイポーラトランジスタ1が飽和を
起こすことはない。
によって第2スイッチ8がオンの時、電流源14の電流
は負荷10を流れ、信号端12はロウレベルになり、出
力端15にはECLのロウレベルが出力される。第2ス
イッチ8がオフの時には、第1および第3スイッチ7,
9がオンされるため、電流源14の電流はVCCから第
3スイッチ9を通って流れ、信号端12は第1スイッチ
7によってVCCと短絡するので、ハイレベルなり、出
力端15にはECLのハイレベルが出力される。このよ
うにして、CMOSレベルがECLレベルに変換されて
出力される。なお、この回路では、第3スイッチ9が設
けられているため、第2スイッチ8がオフの場合でも電
流源14の電流はバイポーラトランジスタ1のコレクタ
に供給されるので、バイポーラトランジスタ1が飽和を
起こすことはない。
【0014】このように、本発明の第1の実施形態で
は、電流源14がバイポーラトランジスタと抵抗で構成
されるため、従来例のMOSトランジスタからなるカレ
ントミラーや演算増幅器を用いた回路構成に比べて著し
く簡単な構成にでき、その面積を低減することが可能と
なる。また、製造ばらつきが特性に大きく影響するMO
Sトランジスタを用いていないため、製造ばらつきによ
る出力変動の影響も低減することが可能となる。
は、電流源14がバイポーラトランジスタと抵抗で構成
されるため、従来例のMOSトランジスタからなるカレ
ントミラーや演算増幅器を用いた回路構成に比べて著し
く簡単な構成にでき、その面積を低減することが可能と
なる。また、製造ばらつきが特性に大きく影響するMO
Sトランジスタを用いていないため、製造ばらつきによ
る出力変動の影響も低減することが可能となる。
【0015】次に、本発明の第2の実施形態を図2を用
いて説明する。この第2の実施形態は、図1に示した第
1の実施形態の出力回路に対して、第3スイッチ9とV
CCの間に第2負荷23が加えられ、さらにこの第2負
荷23のVCCでない側の端子と前記負荷10(以下、
第1負荷と称する)のVCCでない側の端子の間に第3
負荷24が接続されて構成されたものである。ここで、
第3負荷24の電流電圧特性には温度依存があり、温度
によって第3負荷24を流れる電流が変化するように構
成される。
いて説明する。この第2の実施形態は、図1に示した第
1の実施形態の出力回路に対して、第3スイッチ9とV
CCの間に第2負荷23が加えられ、さらにこの第2負
荷23のVCCでない側の端子と前記負荷10(以下、
第1負荷と称する)のVCCでない側の端子の間に第3
負荷24が接続されて構成されたものである。ここで、
第3負荷24の電流電圧特性には温度依存があり、温度
によって第3負荷24を流れる電流が変化するように構
成される。
【0016】この第2の実施形態においても、第1の実
施形態と同様に、電流源14がバイポーラトランジスタ
1と抵抗2とで構成されていることにより、面積の低減
と出力変動の低減が実現できる。また、第3負荷24を
備えることにより、その出力特性を信号端12の電位の
温度依存を第3負荷24がない場合と変えることができ
る。すなわち、出力端15の出力電位の温度特性を変え
ることができ、例えば、ECL100Kと呼ばれる温度
依存のないECLレベルを出力することが可能となる。
施形態と同様に、電流源14がバイポーラトランジスタ
1と抵抗2とで構成されていることにより、面積の低減
と出力変動の低減が実現できる。また、第3負荷24を
備えることにより、その出力特性を信号端12の電位の
温度依存を第3負荷24がない場合と変えることができ
る。すなわち、出力端15の出力電位の温度特性を変え
ることができ、例えば、ECL100Kと呼ばれる温度
依存のないECLレベルを出力することが可能となる。
【0017】
【実施例】図3は本発明の第1の実施形態に対応した本
発明の第1の実施例である。本実施例はPMOSとNM
OSとで構成されるCMOSインバータ16と、その出
力22をゲートに接続する第1および第3のスイッチと
してのPMOS17,19と、同じく第2のスイッチと
してのNMOS18と、前記PMOS17とNMOS1
8のドレインに接続し、他端をVCCに接続する第1負
荷としての抵抗21と、これにベースを接続する出力用
のバイポーラトランジスタ11と、前記PMOS11の
ドレインに接続する抵抗20と、これに接続するバイポ
ーラトランジスタ1と抵抗2で構成された電流源14か
ら構成される。
発明の第1の実施例である。本実施例はPMOSとNM
OSとで構成されるCMOSインバータ16と、その出
力22をゲートに接続する第1および第3のスイッチと
してのPMOS17,19と、同じく第2のスイッチと
してのNMOS18と、前記PMOS17とNMOS1
8のドレインに接続し、他端をVCCに接続する第1負
荷としての抵抗21と、これにベースを接続する出力用
のバイポーラトランジスタ11と、前記PMOS11の
ドレインに接続する抵抗20と、これに接続するバイポ
ーラトランジスタ1と抵抗2で構成された電流源14か
ら構成される。
【0018】いま、VCC=0V、VSS=−5V、V
S=VSS+1.3V=−3.7Vとし、バイポーラト
ランジスタ1はレイアウト上、エミッタ面積が1μm×
10μm=10μm2 のバイポーラトランジスタ2つが
並列接続されて構成されているとし、抵抗2は250
Ω、第1負荷としての抵抗21は500Ωとする。入力
としての信号線22にはCMOSインバータ16による
CMOSレベル(ハイレベルは0V、ロウレベルは−5
V)が現れる。ハイレベルの時は、CMOS18が導通
(オン)になり、PMOS17,19は非導通(オフ)
になる。電流源14は、バイポーラトランジスタ1の順
方向電圧VBE1が0.8Vであるとして、抵抗2には
VS−VSS−VBE1=0.5Vの電圧がかかるの
で、0.5V/250Ω=2mAの電流を引く。この電
流が、NMOS18を通って抵抗21を流れるので、信
号端12の電位はロウレベル−2mA×500Ω=−1
Vとなり、バイポーラトランジスタ11の順方向電圧が
およそ0.76Vであるとして、出力15には−1.7
6VのECLのロウレベルが出力される。
S=VSS+1.3V=−3.7Vとし、バイポーラト
ランジスタ1はレイアウト上、エミッタ面積が1μm×
10μm=10μm2 のバイポーラトランジスタ2つが
並列接続されて構成されているとし、抵抗2は250
Ω、第1負荷としての抵抗21は500Ωとする。入力
としての信号線22にはCMOSインバータ16による
CMOSレベル(ハイレベルは0V、ロウレベルは−5
V)が現れる。ハイレベルの時は、CMOS18が導通
(オン)になり、PMOS17,19は非導通(オフ)
になる。電流源14は、バイポーラトランジスタ1の順
方向電圧VBE1が0.8Vであるとして、抵抗2には
VS−VSS−VBE1=0.5Vの電圧がかかるの
で、0.5V/250Ω=2mAの電流を引く。この電
流が、NMOS18を通って抵抗21を流れるので、信
号端12の電位はロウレベル−2mA×500Ω=−1
Vとなり、バイポーラトランジスタ11の順方向電圧が
およそ0.76Vであるとして、出力15には−1.7
6VのECLのロウレベルが出力される。
【0019】一方、入力としての信号線22のCMOS
レベルがロウレベルの時は、NMOS18がオフにな
り、PMOS17,19はオンになる。この結果、電流
源14の引く電流2mAはPMOS19を通って流れ、
信号端12の電位はハイレベルになるが、後に見るよう
にバイポーラトランジスタ11は約20mAの電流を流
すので、電流利得が100として約0.2mAのベース
電流が流れ、この電流による抵抗21の電位降下のた
め、信号端12の電位はおよそ−100mVになる。ま
た、バイポーラトランジスタ11の順方向電圧は先のロ
ウレベルを出力した時の4〜5倍の電流が流れることか
ら、若干大きくなり、具体的には0.8V程度になる。
その結果、出力端15には−0.9VのECLハイレベ
ルが出力される。この場合、バイポーラトランジスタ1
1は約20mAの電流を流すことは明らかである。な
お、出力回路がECLロウレベルを出力する時のバイポ
ーラトランジスタ11のベース電流による電位降下は、
20mV程度と小さいので無視した。
レベルがロウレベルの時は、NMOS18がオフにな
り、PMOS17,19はオンになる。この結果、電流
源14の引く電流2mAはPMOS19を通って流れ、
信号端12の電位はハイレベルになるが、後に見るよう
にバイポーラトランジスタ11は約20mAの電流を流
すので、電流利得が100として約0.2mAのベース
電流が流れ、この電流による抵抗21の電位降下のた
め、信号端12の電位はおよそ−100mVになる。ま
た、バイポーラトランジスタ11の順方向電圧は先のロ
ウレベルを出力した時の4〜5倍の電流が流れることか
ら、若干大きくなり、具体的には0.8V程度になる。
その結果、出力端15には−0.9VのECLハイレベ
ルが出力される。この場合、バイポーラトランジスタ1
1は約20mAの電流を流すことは明らかである。な
お、出力回路がECLロウレベルを出力する時のバイポ
ーラトランジスタ11のベース電流による電位降下は、
20mV程度と小さいので無視した。
【0020】このように本発明の出力回路はCMOSレ
ベルをECLレベルに変換して出力する。この場合、例
えばECL10Kと呼ばれる温度が高くなると、出力電
位の高くなるECLレベルを出力することができる。な
お、抵抗20は適当な値を選ぶことで、バイポーラトラ
ンジスタ1のコレクタの電位がNMOS18がオンの時
とPMOS19がオンの時とで、ほぼ同じになるように
できる。こうすることで、コレクタ電位が大きく変動す
ることで生じる様々なノイズ、例えばコレクタとベース
間の容量で生じるベース電位へのノイズを抑えることが
できる。
ベルをECLレベルに変換して出力する。この場合、例
えばECL10Kと呼ばれる温度が高くなると、出力電
位の高くなるECLレベルを出力することができる。な
お、抵抗20は適当な値を選ぶことで、バイポーラトラ
ンジスタ1のコレクタの電位がNMOS18がオンの時
とPMOS19がオンの時とで、ほぼ同じになるように
できる。こうすることで、コレクタ電位が大きく変動す
ることで生じる様々なノイズ、例えばコレクタとベース
間の容量で生じるベース電位へのノイズを抑えることが
できる。
【0021】次に、電流源14の面積であるが、本実施
例ではエミッタ面積が10μm2 のバイポーラトランジ
スタ2つと抵抗値250Ωの抵抗1つだけで構成されて
いるので、従来例の演算増幅器とMOSトランジスタ5
つと抵抗で構成された電流源よりずっと小さく数分の1
以下になることは明らかである。また、負荷としての抵
抗21の両端電圧への製造ばらつきの影響であるが、従
来例で述べたゲート幅のばらつきの標準偏差が0.05
μmと仮定したこの値がバイポーラトランジスタ1のエ
ミッタの寸法に対しても当てはまるとすると、エミッタ
面積は標準偏差で5%程の変化となることがわかる。こ
れはバイポーラトランジスタの順方向電圧の変化に換算
すると、VT ・1n(1.05)=26mV×0.05
=1.3mVである(ここでVT は熱電圧である)。こ
れの2倍が抵抗21の両端電圧に現れる変動であるの
で、その値は2.6mVと従来例の約20mVの8分の
1と非常に小さいことがわかる。
例ではエミッタ面積が10μm2 のバイポーラトランジ
スタ2つと抵抗値250Ωの抵抗1つだけで構成されて
いるので、従来例の演算増幅器とMOSトランジスタ5
つと抵抗で構成された電流源よりずっと小さく数分の1
以下になることは明らかである。また、負荷としての抵
抗21の両端電圧への製造ばらつきの影響であるが、従
来例で述べたゲート幅のばらつきの標準偏差が0.05
μmと仮定したこの値がバイポーラトランジスタ1のエ
ミッタの寸法に対しても当てはまるとすると、エミッタ
面積は標準偏差で5%程の変化となることがわかる。こ
れはバイポーラトランジスタの順方向電圧の変化に換算
すると、VT ・1n(1.05)=26mV×0.05
=1.3mVである(ここでVT は熱電圧である)。こ
れの2倍が抵抗21の両端電圧に現れる変動であるの
で、その値は2.6mVと従来例の約20mVの8分の
1と非常に小さいことがわかる。
【0022】図4は本発明の第1の実施形態に対応して
おり、本発明の第2の実施例である。この第2の実施例
は第1の実施例の構成に対し、電流源14のバイポーラ
トランジスタ1のコレクタとVSSの間にコンデンサ2
5を接続したものである。このコンデンサ25はMOS
18,19のスイッチング時にバイポーラトランジスタ
1のコレクタ電位の揺れを抑える働きをし、これによっ
てベース・コレクタ間の容量結合によるベース電位への
ノイズを抑えることができる。もし、ベース電位にノイ
ズがのると、コレクタ電流が変動し出力レベルにノイズ
がのることになり、好ましくないのであるが、コンデン
サ25を加えたことでこのノイズを抑えることができ
る。
おり、本発明の第2の実施例である。この第2の実施例
は第1の実施例の構成に対し、電流源14のバイポーラ
トランジスタ1のコレクタとVSSの間にコンデンサ2
5を接続したものである。このコンデンサ25はMOS
18,19のスイッチング時にバイポーラトランジスタ
1のコレクタ電位の揺れを抑える働きをし、これによっ
てベース・コレクタ間の容量結合によるベース電位への
ノイズを抑えることができる。もし、ベース電位にノイ
ズがのると、コレクタ電流が変動し出力レベルにノイズ
がのることになり、好ましくないのであるが、コンデン
サ25を加えたことでこのノイズを抑えることができ
る。
【0023】図5は本発明の第2の実施形態に対応して
おり、本発明の第3の実施例である。この実施例は第2
の負荷としてPMOS19とVCCの間に抵抗23が加
えられ、その接点30と信号端12の間に、互いに逆方
向を向いたダイオード26,27と、これらにそれぞれ
直列に抵抗28と29が接続して構成された第3負荷2
4が接続されている。この第3の実施例では、その基本
的な動作は前記各実施例と同じである。いま、電圧源V
Sの発生電位VSの温度依存がないとした場合、例え
ば、電圧源VSがバンドギャップ基準電圧源の場合にお
いて、NMOS18とPMOS19は逆相でオン、オフ
すると、信号端12と接点30は逆相でハイレベル、ロ
ウレベルになる。ダイオードの順方向電圧は、温度が高
くなると小さくなるが、一方、信号端12と接点30の
ロウレベルは近似的に抵抗2の両端電位の抵抗比倍の値
であるが、バイポーラトランジスタ1の順方向電圧は温
度が高くなると小さくなるので、温度が高くなると抵抗
2の両端電位は大きくなる。この結果、信号端12と接
点30のロウレベルは温度が高くなると下がることにな
る。しかしながら、第3負荷24が存在していることに
より、第3負荷24の両端電位差の絶対値は信号端12
がハイレベルの時であれ、ロウベルの時であれ、大きく
なる。したがって、この第3負荷24には温度が高くな
る程大きな電流が流れることになり、抵抗23,28,
29の値とダイオード26,27の寸法を適当に選ぶこ
とで0℃〜120℃程度の範囲で出力端15の出力電位
の温度依存が殆どないようにできる。すなわち、ECL
100Kレベルの出力ができる。
おり、本発明の第3の実施例である。この実施例は第2
の負荷としてPMOS19とVCCの間に抵抗23が加
えられ、その接点30と信号端12の間に、互いに逆方
向を向いたダイオード26,27と、これらにそれぞれ
直列に抵抗28と29が接続して構成された第3負荷2
4が接続されている。この第3の実施例では、その基本
的な動作は前記各実施例と同じである。いま、電圧源V
Sの発生電位VSの温度依存がないとした場合、例え
ば、電圧源VSがバンドギャップ基準電圧源の場合にお
いて、NMOS18とPMOS19は逆相でオン、オフ
すると、信号端12と接点30は逆相でハイレベル、ロ
ウレベルになる。ダイオードの順方向電圧は、温度が高
くなると小さくなるが、一方、信号端12と接点30の
ロウレベルは近似的に抵抗2の両端電位の抵抗比倍の値
であるが、バイポーラトランジスタ1の順方向電圧は温
度が高くなると小さくなるので、温度が高くなると抵抗
2の両端電位は大きくなる。この結果、信号端12と接
点30のロウレベルは温度が高くなると下がることにな
る。しかしながら、第3負荷24が存在していることに
より、第3負荷24の両端電位差の絶対値は信号端12
がハイレベルの時であれ、ロウベルの時であれ、大きく
なる。したがって、この第3負荷24には温度が高くな
る程大きな電流が流れることになり、抵抗23,28,
29の値とダイオード26,27の寸法を適当に選ぶこ
とで0℃〜120℃程度の範囲で出力端15の出力電位
の温度依存が殆どないようにできる。すなわち、ECL
100Kレベルの出力ができる。
【0024】図6は本発明の第2の実施形態に対応して
おり、本発明の第4の実施例である。この実施例は前記
第3の実施例のPMOS19がNMOS19aに置き換
わり、ゲートが接点22ではなくCMOSインバータの
入力に接続して構成されている。この構成からNMOS
18とNMOS19aが逆相でオン、オフすることは明
らかである。一般にPMOSはNMOSより電流供給能
力が劣るので、同じ電流供給能力を得るため、ゲート幅
がNMOSの2倍のものが用いられる。本実施例ではN
MOSに置き換えたことで、出力回路の面積縮小が更に
促進される。
おり、本発明の第4の実施例である。この実施例は前記
第3の実施例のPMOS19がNMOS19aに置き換
わり、ゲートが接点22ではなくCMOSインバータの
入力に接続して構成されている。この構成からNMOS
18とNMOS19aが逆相でオン、オフすることは明
らかである。一般にPMOSはNMOSより電流供給能
力が劣るので、同じ電流供給能力を得るため、ゲート幅
がNMOSの2倍のものが用いられる。本実施例ではN
MOSに置き換えたことで、出力回路の面積縮小が更に
促進される。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、CMOS
レベルからECLレベルに変換する出力回路として、出
力バイポーラトランジスタのコレクタが接続された最高
電位と信号端との間に第1のスイッチ及び第1の負荷
を、前記信号端と電流源との間に第2のスイッチを、前
記最高電位と電流源との間に第3のスイッチをそれぞれ
接続し、かつ第1及び3のスイッチはCMOSレベルに
より同時にオン、オフし、第2のスイッチハこれとは逆
にオフ、オンし、かつ前記電流源を第2のバイポーラト
ランジスタと抵抗で構成し、ECL出力がハイの時とロ
ウの時で前記電流源が引く電流の経路を別々とする構成
としたことで、従来のようなMOSトランジスタによる
カレントミラーと演算増幅器で構成された電流源よりも
構成素子数を格段に少なくでき、小面積でしかも製造ば
らつきによるECL出力電位のばらつきが小さい出力回
路を得ることができる。また、温度依存性の負荷を接続
することで、ECL10KレベルまたはECL100K
レベルの出力が可能な出力回路を提供できる。さらに、
電流源に接続される第2のスイッチと第3のスイッチの
どちらか一方が必ずオンしているので、電流源を構成す
るバイポーラトランジスタが電流パスを失って飽和を起
こすことはなく、信頼性が向上できる。
レベルからECLレベルに変換する出力回路として、出
力バイポーラトランジスタのコレクタが接続された最高
電位と信号端との間に第1のスイッチ及び第1の負荷
を、前記信号端と電流源との間に第2のスイッチを、前
記最高電位と電流源との間に第3のスイッチをそれぞれ
接続し、かつ第1及び3のスイッチはCMOSレベルに
より同時にオン、オフし、第2のスイッチハこれとは逆
にオフ、オンし、かつ前記電流源を第2のバイポーラト
ランジスタと抵抗で構成し、ECL出力がハイの時とロ
ウの時で前記電流源が引く電流の経路を別々とする構成
としたことで、従来のようなMOSトランジスタによる
カレントミラーと演算増幅器で構成された電流源よりも
構成素子数を格段に少なくでき、小面積でしかも製造ば
らつきによるECL出力電位のばらつきが小さい出力回
路を得ることができる。また、温度依存性の負荷を接続
することで、ECL10KレベルまたはECL100K
レベルの出力が可能な出力回路を提供できる。さらに、
電流源に接続される第2のスイッチと第3のスイッチの
どちらか一方が必ずオンしているので、電流源を構成す
るバイポーラトランジスタが電流パスを失って飽和を起
こすことはなく、信頼性が向上できる。
【図1】本発明の第1の実施形態の回路図である。
【図2】本発明の第2の実施形態の回路図である。
【図3】本発明の第1の実施例の回路図である。
【図4】本発明の第2の実施例の回路図である。
【図5】本発明の第3の実施例の回路図である。
【図6】本発明の第4の実施例の回路図である。
【図7】従来の出力回路の一例の回路図である。
【図8】図7の回路における電流源の回路図である。
1 バイポーラトランジスタ 2 抵抗 3 電圧源 4〜6 入力端 7,17 第1スイッチ(PMOS) 8,18 第2スイッチ(NMOS) 9,19 第3スイッチ(PMOS) 19a 第3スイッチ(NMOS) 10 負荷(第1負荷) 11 出力トランジスタ 12 信号端 14 電流源 15 出力端 23 第2負荷 24 第3負荷 25 コンデンサ
Claims (6)
- 【請求項1】 最高電位と最低電位を発生する電圧源
と、コレクタが前記最高電位に接続されベースが信号端
に接続され、エミッタからECLレベルを出力する出力
バイポーラトランジスタと、前記電圧源によって駆動さ
れる電流源と、前記最高電位と前記出力バイポーラトラ
ンジスタの前記信号端との間にそれぞれ接続される第1
のスイッチ及び第1の負荷と、前記出力バイポーラトラ
ンジスタの前記信号端と前記電流源との間に接続される
第2のスイッチと、前記最高電位と前記電流源との間に
接続される第3のスイッチとを備え、前記第1ないし第
3のスイッチはそれぞれに入力されるCMOSレベルに
応じて前記第1及び第3のスイッチが同時にオン、オフ
され、第2のスイッチはこれとは逆に同時にオフ、オン
される構成とされ、かつ前記電流源は第2のバイポーラ
トランジスタと抵抗とによって構成されたことを特徴と
する出力回路。 - 【請求項2】 前記第1及び第3のスイッチは一導電チ
ャネル型のMOSトランジスタで構成され、前記第2の
スイッチは逆導電チャネル型のMOSトランジスタで構
成されてなる請求項1に記載の出力回路。 - 【請求項3】 前記電流源は、前記第2のバイポーラト
ランジスタのコレクタが前記第2のスイッチおよび第3
のスイッチに接続され、ベースが前記電圧源に接続さ
れ、エミッタが前記最低電位に接続される請求項1また
は2に記載の出力回路。 - 【請求項4】 前記電流源と並列にコンデンサが接続さ
れてなる請求項3に記載の出力回路。 - 【請求項5】 前記第1の負荷と並列に第2の負荷が接
続され、これら第1の負荷と第2の負荷のそれぞれ前記
信号端に接続された側の間に温度依存性を有する第3の
負荷が接続されてなる請求項1ないし3のいずれかに記
載の出力回路。 - 【請求項6】 前記第3の負荷はダイオードと抵抗の直
列接続したものを互いに逆極性方向に並列接続した請求
項5に記載の出力回路。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8168947A JP2904128B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 出力回路 |
US08/883,874 US5945842A (en) | 1996-06-28 | 1997-06-27 | Output circuit for conversion from CMOS circuit level to ECL circuit level |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8168947A JP2904128B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 出力回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1022814A JPH1022814A (ja) | 1998-01-23 |
JP2904128B2 true JP2904128B2 (ja) | 1999-06-14 |
Family
ID=15877494
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8168947A Expired - Lifetime JP2904128B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 出力回路 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5945842A (ja) |
JP (1) | JP2904128B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101674071B (zh) * | 2008-09-11 | 2011-08-24 | 上海华虹Nec电子有限公司 | 物理层接口电路 |
JP5674687B2 (ja) * | 2012-01-17 | 2015-02-25 | 株式会社東芝 | スイッチ回路、および電力供給装置 |
US9929705B2 (en) * | 2016-05-24 | 2018-03-27 | Fluke Corporation | Transconductance amplifier having low distortion |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4912347A (en) * | 1987-08-25 | 1990-03-27 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | CMOS to ECL output buffer |
JPH0770983A (ja) * | 1993-08-30 | 1995-03-14 | Nippon Paper Ind Co Ltd | 防湿・防水紙用塗工基紙及びそれを用いた防湿・防水紙 |
JP2699823B2 (ja) * | 1993-09-24 | 1998-01-19 | 日本電気株式会社 | 半導体集積回路 |
-
1996
- 1996-06-28 JP JP8168947A patent/JP2904128B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-06-27 US US08/883,874 patent/US5945842A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5945842A (en) | 1999-08-31 |
JPH1022814A (ja) | 1998-01-23 |
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