JP2920246B2 - 結合モード論理回路用電圧調整器 - Google Patents

結合モード論理回路用電圧調整器

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JP2920246B2
JP2920246B2 JP7332554A JP33255495A JP2920246B2 JP 2920246 B2 JP2920246 B2 JP 2920246B2 JP 7332554 A JP7332554 A JP 7332554A JP 33255495 A JP33255495 A JP 33255495A JP 2920246 B2 JP2920246 B2 JP 2920246B2
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  • Amplifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、結合モード論理
(CML)回路の電流源を制御するための基準電圧源に
関する。より詳細には、低電圧の、3ボルト電源電圧に
おいて動作する電圧調整器の製造に関する。
【0002】
【従来の技術】結合モード論理回路には、主な2つの型
がある。バイポーラ・トランジスタから作成されるエミ
ッタ結合論理(ECL)回路およびMOSトランジスタ
から作成されるソース結合論理(SCL)回路である。
【0003】いかなる論理回路においても、エネルギー
消費を最小にするためにできるだけ低い電源電圧を提供
することが望ましい。しかし、電源電圧の最小値は、論
理ゲートの一定の入力または出力レベルの差を維持する
ために、電源電圧Vccまたは動作温度の変動にもかか
わらず論理回路の電流源に一定の基準電圧を供給するた
めに使用される回路による制限を受けている。ECL回
路においてはこの差は、論理ゲートの2つの相補出力間
の電圧差ΔVとして表すことができる。SCL回路にお
いては、この差は、論理ゲートの2つの相補入力間の電
圧差ΔVとして表すことができる。
【0004】ECLまたはSCLいずれかの回路内の、
論理ゲートの2つのレベルの差ΔVは、たとえば0.4
ボルトである。
【0005】論理回路のバイポーラまたはMOS技術の
選択は、主として回路の用途に依存している。たとえ
ば、回路が高い切換え速度を必要としている場合は、論
理ゲートは一般にECL技術にしたがって作成される。
【0006】同一のチップ上でバイポーラおよびCMO
S両方の技術を使用するBICMOS回路においては、
2つの型の論理回路を実装することができる。この場
合、電流源を制御する電圧調整器がそれぞれ、ECL回
路についてはバイポーラ・トランジスタにより、SCL
回路についてはMOSトランジスタによって作成され
る。さらに、バイポーラ・トランジスタを使用する従来
の調整器は、電源電圧を約3ボルトに減少させることは
できない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、約3
ボルトの低電源電圧を使用しながら、ECLまたはSC
L回路の電流源用に設計することができるBICMOS
電圧調整器を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の実施例において、少なくとも1つの結合モ
ード論理ゲートの少なくとも1つの電流源を制御する電
圧調整器が提供される。電圧調整器は、アースと第1の
抵抗の間に接続されたバイポーラ型の第1の電流源を含
んでいる。第1の抵抗は電源電圧にも接続されている。
第1の電流源は、MOS型の第2の電流源によってもた
らされた電流が給送する第2の抵抗の両端の電圧により
制御される。第2の電流源の電流値が、第2の電流源に
ミラー接続された第3の電流源上の電流を複製すること
によって調整器の出力端子の電圧を決定する。
【0009】本発明の他の実施例によれば、第2の電流
源は、電流源が電源電圧に接続され、ゲートがドレイン
と第3の電流源を構成するPチャネルMOSトランジス
タのゲートに接続されたPチャネルMOSトランジスタ
を含んでいる。第3の電流源のMOSトランジスタのド
レインは、調整器の出力端子を構成している。
【0010】本発明の他の実施例によれば、調整器は、
第1の電流源の電圧を第2の抵抗に送る反対極性の第2
の電圧源に、直列に接続されたバイポーラ型の第1の電
圧源を含んでいる。
【0011】本発明の他の実施例によれば、調整器はさ
らに、使用しない時にエネルギーの消費を防ぐためのス
イッチを含んでいる。
【0012】本発明の他の実施例によれば、第1の電流
源は、第1および第2のミラー接続されたNPNバイポ
ーラ・トランジスタを含んでいる。第1のトランジスタ
のエミッタは、直列に接続された2つの抵抗を経てアー
スに接続されており、第2のトランジスタのエミッタ
は、2つの抵抗間の接続部に接続されている。第1およ
び第2のNPNトランジスタのベースは、電流源の制御
端子を構成し、第2のNPNトランジスタのコレクタは
第1の電圧源に接続された出力端子を構成している。
【0013】本発明の他の実施例によれば、第1の電圧
源は、アースに接続されたコレクタを有するPNPバイ
ポーラ・トランジスタと、第1の電流源の第2のNPN
トランジスタに接続されたベースと、第2の電圧源のN
チャネルMOSトランジスタのゲートに接続されたエミ
ッタから構成されている。第2の電圧源のMOSトラン
ジスタのソースは、アースに接続され、ドレインは第2
の電流源のMOSトランジスタのドレインに接続されて
いる。
【0014】本発明の他の実施例により、第1の抵抗
は、第1のスイッチを通じて電源電圧に接続されたソー
ス、開始装置に接続されたゲートおよびドレインを有す
る、第1、第2、および第3のPチャネルMOSトラン
ジスタを含む。第1および第2のPチャネルMOSトラ
ンジスタのドレインはそれぞれ、第1の電流源の第1お
よび第2のNPNトランジスタのコレクタに接続されて
いる。第3の電流源のドレインは、第1の電圧源を構成
するトランジスタのエミッタに接続されている。
【0015】本発明の他の実施例によれば、前の実施例
の電圧調整器は、ゲートとドレインが相互接続され電圧
調整器の出力端子に接続されたNチャネルMOSトラン
ジスタを含む論理ゲートの電流源と組み合わされてい
る。NチャネルMOSトランジスタのソースは、アース
に接続されている。
【0016】本発明の他の実施例によれば、電圧調整器
は、電圧調整器の出力端子とアースの間に接続された電
圧/電流変換器を含んでいる。変換器は、抵抗を経てア
ースに接続されたエミッタと、電圧調整器の出力端子に
接続されたコレクタを有するNPNバイポーラ・トラン
ジスタを含んでいる。電圧調整器は、抵抗を経てアース
に接続されたエミッタを有するNPNバイポーラ・トラ
ンジスタを含む論理ゲートの電流源と組み合わされてい
る。電流源のNPNバイポーラ・トランジスタは、電流
/電圧変換器のNPNバイポーラ・トランジスタにミラ
ー接続されている。
【0017】本発明のさらに他の実施例によれば、電圧
調整器はさらに、電圧調整器に接続された論理ゲートの
電流源のベース電流を補償するNPNバイポーラ補償ト
ランジスタを含んでいる。補償トランジスタのベース
は、調整器の出力端子に接続されている。補償トランジ
スタは、電源電圧に接続されたコレクタおよび電流/電
圧変換器のトランジスタのベースに接続されたエミッタ
を有する。
【0018】本発明の上記およびその他の目的、特徴、
態様および利点は、添付の図を参照して以下の詳細な説
明から明らかとなろう。
【0019】
【発明の実施の形態】図1に表わされるように、本発明
の一実施例による電圧調整器は、アースと回路のノード
C間に配置された抵抗R21の両端の電圧によって制御
される第1の電流源11を含んでいる。バイポーラ技術
により作成された電流源11は、アースと抵抗R22を
介して電源電圧に接続されている第1の電圧源12との
間に配置されている。抵抗R22および電圧源12の間
の接続点は、第2の電圧源13を経てノードCに接続さ
れている。ノードCは、MOS技術により作成された第
2の電流源14を経て電源電圧Vccに接続されてい
る。MOS技術により作成された第3の電流源15は、
第2の電流源14にミラー結合され、調整器の出力端子
Sに接続されている。端子Sの出力電圧Vcsは、抵抗
21の値によって、また電流源14によって供給され電
流源15上にミラーされた電流Iの値によって固定され
る。
【0020】出力端子Sの電圧は、電流Iと抵抗R21
の積に対応するノードCの電圧に等しい。ノードCの電
圧は、電流源11によって温度調節されている。さら
に、ノードCの電圧は、電流源11によってアースを基
準に決まるので、電源電圧Vccから独立している。
【0021】電圧源12は、ノードC上のソース11の
両端の電圧を複製する電圧フォロワを構成する電圧源1
3によって引きおこされた電圧降下を補償する。
【0022】温度変化が抵抗R21の値に変動をもたら
す。この変動は、電流源11を介してノードCにおける
電圧変動によって補償される。したがって、負荷Qの端
子に供給される出力端子Sの電圧Vcsは、温度および
電源電圧Vccから独立している。
【0023】本発明による調整器の最小電源電圧は、以
下の各実施例で述べられるように、低くすることができ
る。
【0024】従来技術に比べ優れた本発明の利点は、こ
のような調整器をバイポーラ型またはMOS型いずれの
電流源を制御するために使用することができることであ
る。
【0025】MOS技術が論理回路の電流源に使用され
る場合、図1に表されたような負荷Qは、こうした電流
源によって直接構成される。図2は、この適用例を示し
ている。
【0026】バイポーラ技術を論理回路の電流源に使用
する場合、本発明はMOS技術による電流源15からの
電流制御を可能にするように装置出力を適応させる。図
3は、この適用例を示すものである。
【0027】図2は、MOSトランジスタで作成された
論理回路の電流源を制御するための、図1に示された調
整器の回路図である。
【0028】電流源11は、既定の面積比を有し、相互
接続され抵抗R21の第1端子に接続されたベースを有
する2つのNPNバイポーラ・トランジスタT11とT
12により構成されている。抵抗R21の他の端子は、
アースに接続されている。トランジスタT11のエミッ
タは、直列に接続された2つの抵抗R23とR24を経
てアースに接続されている。抵抗R23とR24の接続
点は、トランジスタT12のエミッタに接続されてい
る。トランジスタT11とT12のコレクタはそれぞ
れ、2つのPチャネルMOSトランジスタMP11とM
P12のドレインに接続されている。トランジスタMP
11とMP12のゲートは共に、トランジスタMP11
のドレインに接続されている。トランジスタMP11と
MP12のソースは共に、機能が以下に記述される第1
のスイッチ16を経て、電源電圧Vccに接続されてい
る。
【0029】電流源11の出力を構成するトランジスタ
T12のコレクタは、電圧源12を形成するPNPバイ
ポーラ・トランジスタT13のベースに接続されてい
る。トランジスタT13のコレクタは、アースに接続さ
れ、そのエミッタは、PチャネルMOSトランジスタM
P13のドレインおよびNチャネルMOSトランジスタ
MN13のゲートに接続されている。トランジスタMP
11、MP12、およびMP13は、図1に示された抵
抗R22に対応している。トランジスタMP13のゲー
トは、トランジスタMP11のドレインに接続され、調
整器の開始補助装置に接続するためのSTARTで示さ
れる入力端子を構成する。回路の電源投入時に、開始補
助装置が使用され、トランジスタMP11、MP12お
よびMP13のゲートの電圧を、オンにされた時スイッ
チ16の内部抵抗によって起こされる電圧降下分、電源
電圧Vccを下回るように減少させる。開始補助装置
は、従来の装置である(図示せず)。入力端子STAR
Tは、トランジスタT11のエミッタに対応する。
【0030】トランジスタMN13は、図1に示された
回路の電圧源13を構成する。トランジスタMN13の
ソースは、抵抗R21を経てアースに接続され、そのド
レインは、PチャネルMOSトランジスタMP14のド
レインに接続されている。トランジスタMP14は、図
1の電流源14を構成する。トランジスタMP14のソ
ースは電源電圧Vccに接続され、そのゲートは、自身
のドレインおよびPチャネルMOSトランジスタMP1
5のゲートに接続されている。トランジスタMP15
は、電流源15を構成している。トランジスタMP15
は、電源電圧Vccに接続されたソース、および調整器
の出力端子Sを構成するドレインを有している。
【0031】調整器はさらに、2つの追加スイッチ17
および18を含んでいる。スイッチ17は、ソースがア
ースに接続され、ドレインがトランジスタMN13のゲ
ートに接続されたNチャネルMOSトランジスタMN1
4によって構成されている。トランジスタMN14のゲ
ートは、制御端子PWDに接続されている。スイッチ1
8は、ソースがアースに接続され、ドレインが調整器の
出力端子Sに接続されたNチャネルMOSトランジスタ
MN15によって構成されている。トランジスタMN1
5のゲートは、制御端子PWDに接続されている。スイ
ッチ16は、ソースが電源電圧に接続され、ドレインが
トランジスタMP11、MP12およびMP13のソー
スに接続されたPチャネルMOSトランジスタMP16
によって構成されている。トランジスタMP16のゲー
トは、制御端子NPWDに接続されている。スイッチ1
6、17、および18は、制御信号PWDおよびその反
転信号NPWDの動作によって、使用中でない時の、調
整器の電流消費を防いでいる。調整器の動作中は、スイ
ッチ16がオンにされ(トランジスタMP16が導電性
となり)、スイッチ17と18がオフにされる(トラン
ジスタMP14とMP15はブロックされる)。
【0032】コンデンサCは、トランジスタT13のベ
ースとアースの間に配置され、トランジスタT13のベ
ースに交流アースをもたらしている。
【0033】この例において、負荷Qは、SCL回路の
1つまたは複数の電流源2から構成されている。電流源
は、ソースがアースに接続され、ドレインが自身のゲー
トおよびSCL回路のMOSトランジスタ(図示せず)
のソースに接続されたNチャネルMOSトランジスタM
N13を含んでいる。トランジスタMN3のゲートは、
電流源2の制御入力を構成している。
【0034】負荷Qの電圧Vcsは、R21*Iに等し
く、ここでIは電流源14の電流である。
【0035】このような調整器の最低作動電源電圧は、
ほぼ2.2ボルトであり、これはMOSトランジスタ
(トランジスタMP14とMN13)の2つの閾電圧、
および(トランジスタT12の)ベース・エミッタ電圧
に対応している。
【0036】たとえば、図2に示される、MOSトラン
ジスタの以下のような抵抗値およびゲート幅/長(W/
L)比で制作された調整器は、2.2ボルトから7ボル
トの電源電圧および0.4ボルトのVcs電圧の動作範
囲をもたらす。 R21=30kΩ; R23=10.8kΩ; R24=74.1kΩ; W/L(MP11,MP12)=40:5; W/L(MP13)=10:2; W/L(MP14)=100:3; W/L(MP15)=600:3; W/L(MP16,MN13)=100 :0.7; W/L(MN14,MN15)=3:1.
【0037】図3は、図1に示されるバイポーラ・トラ
ンジスタにより作成された論理回路の電流源を制御する
調整器の概略図である。
【0038】図3の調整器は、図2の調整器と同様であ
る。同等の構成要素は同等の参照番号で示されている。
【0039】図3において、負荷Qは、ECL論理ゲー
トの1つまたは複数の電流源1によって構成されてい
る。電流源は、エミッタが抵抗R3を経てアースに接続
され、コレクタがECL回路のバイポーラ・トランジス
タ(図示せず)のエミッタに接続されたNPNバイポー
ラ・トランジスタT3を含んでいる。トランジスタT3
のベースは、電流源1の制御入力を構成している。
【0040】トランジスタMP15のドレインは、調整
器の出力端子Sを直接には形成しないが、エミッタが抵
抗R25を経てアースに接続されているNPNバイポー
ラ・トランジスタT14のコレクタに接続されている。
トランジスタT14は、負荷Qのバイポーラ・トランジ
スタT3の電流を制御する電圧/電流変換器として動作
する。負荷QのトランジスタT3は、トランジスタT1
4にミラー接続されている。
【0041】バイポーラ技術により作成された電流源が
電流制御であるため、トランジスタT14が追加されて
いるが、MOS技術による場合は、電流源は電圧制御で
ある。
【0042】トランジスタT14および1つまたは複数
のトランジスタT3のベース電流を補償するために、N
PNバイポーラ・トランジスタT15はベースを経てト
ランジスタMP15のドレインに接続され、そのコレク
タは電源電圧Vccに接続され、そのエミッタはトラン
ジスタT14のベースに接続されている。トランジスタ
T15は、1つの調整器だけを備える多くの電流源1を
制御するために十分な電流をもたらす。
【0043】図3の調整器におけるスイッチ18は、抵
抗R21と並行に接続されている。スイッチ18は、ト
ランジスタT11およびT12のベースとして動作す
る。
【0044】図3の調整器において、調整器の電圧Vc
sは、R25*I+Vbe14に等しく、ここでVbe
14はトランジスタT14のベース・エミッタ電圧であ
り、Iは電流源14上でミラーされた電流である。
【0045】図3に示された他のすべての構成要素は、
図2の対応する構成要素と同一である。
【0046】図3に示された調整器の最低作動電源電圧
は、約2.5ボルトであり、これはトランジスタMP1
5の閾電圧値および2つのベース・エミッタ電圧(トラ
ンジスタT14とT15の電圧)に対応している。電流
源1のトランジスタT3を制御するために供給すること
のできる電流の最大値は約1mAであり、これは約40
0の電流源1の制御に相応する。
【0047】例示により、図3に示される、MOSトラ
ンジスタの以下のような抵抗値およびゲート幅/長(W
/L)比で制作された調整器は、2.5ボルトから7ボ
ルトの電源電圧および0.4ボルトのVcs電圧の動作
範囲を提供する。 R21=30kΩ; R23=10.8kΩ; R24=74.1kΩ; R25=1kΩ; W/L(MP11,MP12)=40:10; W/L(MP13)=10: 5; W/L(MP14)=200:6; W/L(MP15)=2050:10; W/L(MP16,MN13)=100:0.7; W/L(MN14,MN 15)=3:1.
【0048】したがって、本発明により、バイポーラま
たはMOS型電流源の約3ボルトの低電源電圧の使用が
可能になる。さらに、調整器によってもたらされた電圧
Vcsは、温度ないし電源電圧に変動があっても、安定
している。
【0049】当業者には、明らかなように、上記に開示
された好ましい実施例に様々な変更を加えることが可能
である。特に、それぞれ記述の構成要素は、同等の機能
を備える1つまたは複数の構成要素に置き換えることが
できる。さらに、様々な構成要素(抵抗、MOSトラン
ジスタの幅/長比、バイポーラ・トランジスタの表面比
など)の大きさは、上記の動作指度の関数として、当業
者によって算出することができる。
【0050】以上、本発明の少なくとも1つの例示的実
施例を記述してきたが、当業者には、様々な変更、修正
および改良が可能であろう。このような変更、修正およ
び改良は、本発明の精神および範囲内において意図され
るものとする。したがって、上記は例示のためであり、
限定を意図したものではない。本発明は、冒頭の請求項
およびそれと同等の事項において規定されたようにのみ
限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一態様による電圧調整器の実施例を示
す概略図である。
【図2】MOS技術により作成された電流源における本
発明による調整器の実施例を示す詳細図である。
【図3】バイポーラ技術により作成された電流源におけ
る本発明による調整器の実施例を示す詳細図である。
【符号の説明】
11 第1の電流源 12 第1の電圧源 13 第2の電圧源 14 第2の電流源 15 第3の電流源 R21 抵抗 R22 抵抗 C ノード Vcc 電源電圧 Vcs 出力電圧 Q 負荷 S 端子

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源電圧(Vcc)に接続された第1の
    抵抗(R22)とアースの間に接続されるバイポーラ型
    の第1の電流源(11)をふくみ、少なくともひとつの
    結合モード論理ゲート(CML)の少なくともひとつの
    電流源(1、2)を制御する電圧調整器において、 前記第1の電流源(11)は、MOS型の第2の電流源
    (14)からの電流(I)を供給される第2の抵抗(R
    21)の両端の電圧により制御され、 前記第2の電流源(14)の電流値(I)は、該第2の
    電流源とミラー接続された第3の電流源(15)に前記
    電流値を複製することによって、電圧調整器の出力端子
    (S)の電圧を決定することを特徴とする、電圧調整
    器。
  2. 【請求項2】 前記第2の電流源(14)が、ソースが
    電源電圧(Vcc)に接続され、ゲートが自身のドレイ
    ンおよび第3の電流源(15)を構成するPチャネルM
    OSトランジスタ(MP15)のゲートに接続されたP
    チャネルMOSトランジスタ(MP14)によって構成
    され、第3の電流源の前記MOSトランジスタ(MP1
    5)のドレインが、調整器の出力端子(S)を構成する
    ことを特徴とする、請求項1に記載の電圧調整器。
  3. 【請求項3】 バイポーラ型の第1の電圧源(12)と
    これと直列接続の第2の電圧源(13)が第11の電流
    源(11)と第2の抵抗(R21)の間に接続されて、
    第1の電流源の両端の電圧を第2の抵抗(R21)に転
    送し、第2の抵抗の両端の電圧を調整する請求項2に記
    載の電圧調整器。
  4. 【請求項4】 調整器が使用中でない時にエネルギー消
    費を防ぐスイッチ(16、17、18)をさらに含む、
    請求項2または3に記載の電圧調整器。
  5. 【請求項5】 前記第1の電流源(11)が2つのミラ
    ー接続されたNPNバイポーラ・トランジスタによって
    構成され、第1のトランジスタ(T11)のエミッタが
    直列に接続された2つの抵抗(R23、R24)を経て
    アースに接続され、第2のトランジスタ(T12)のエ
    ミッタが前記2つの抵抗(R23、R24)間の接続点
    に接続され、2つのトランジスタ(T11、T12)の
    ベースが電流源(11)の制御端子を構成するが、第2
    のトランジスタ(T12)のコレクタが第1の電圧源
    (12)に接続された電流源出力端子を構成することを
    特徴とする、請求項3または4に記載の電圧調整器。
  6. 【請求項6】 前記第1の電圧源(12)が、コレクタ
    がアースに接続され、ベースが第1の電流源(11)の
    第2のトランジスタ(T12)に接続され、エミッタが
    第2の電圧源(13)を構成するNチャネルMOSトラ
    ンジスタ(MN13)のゲートに接続されたPNPバイ
    ポーラ・トランジスタ(T13)によって構成され、第
    2の電圧源(13)の前記MOSトランジスタ(MN1
    3)のソースがアースに接続され、そのドレインが第2
    の電流源(14)のMOSトランジスタ(MP14)の
    ドレインに接続されることを特徴とする、請求項5に記
    載の電圧調整器。
  7. 【請求項7】 ソースが第1のスイッチ(16)を経て
    電源電圧(Vcc)に接続され、ゲートが開始補助装置
    に接続され、ドレインがそれぞれ第1の電流ソース(1
    1)のトランジスタ(T11、T12)のコレクタおよ
    び第1の電圧源(12)を構成するトランジスタ(T1
    3)のエミッタに接続された3つのPチャネルMOSト
    ランジスタ(MP11、MP12、MP13)をさらに
    含む、請求項6に記載の電圧調整器。
  8. 【請求項8】 論理ゲートの電流源(2)が、ゲートお
    よびドレインが相互接続され、前記トランジスタ(MN
    3)のドレインが調整器の出力端子(S)に接続され、
    ソースがアースに接続されたNチャネルMOSトランジ
    スタ(MN3)によって構成されることを特徴とする、
    請求項1ないし7のいずれか一項に記載の電圧調整器。
  9. 【請求項9】 調整器出力端子(S)およびアースの間
    に接続された電圧/電流変換器を含み、前記変換器が、
    エミッタを抵抗(R25)を経てアースに接続され、コ
    レクタを前記出力端子(S)に接続されたNPNバイポ
    ーラ・トランジスタ(T14)によって構成され、論理
    ゲートの電流源(1)が、エミッタを抵抗(R3)を経
    てアースに接続されたNPNバイポーラ・トランジスタ
    (T3)によって構成され、バイポーラ・トランジスタ
    が、前記電流/電圧変換器のトランジスタ(T14)に
    ミラー接続されることを特徴とする、請求項1ないし7
    のいずれか一項に記載の電圧調整器。
  10. 【請求項10】 論理ゲートの電流源(I)のベース電
    流を補償するNPNバイポーラ・トランジスタ(T1
    5)をさらに含み、前記補償トランジスタ(T15)の
    ベースが、調整器の出力端子(S)に接続され、そのコ
    レクタが、供給電圧(Vcc)に接続され、そのエミッ
    タが、前記電流/電圧変換器のトランジスタ(T14)
    のベースに接続されている、請求項9に記載の電圧調整
    器。
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