JP2924465B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JP2924465B2
JP2924465B2 JP4173925A JP17392592A JP2924465B2 JP 2924465 B2 JP2924465 B2 JP 2924465B2 JP 4173925 A JP4173925 A JP 4173925A JP 17392592 A JP17392592 A JP 17392592A JP 2924465 B2 JP2924465 B2 JP 2924465B2
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明 傅田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路に関し、
特に、MOSトランジスタとバイポーラトランジスタと
を同一基板上に集積したBi−MOS論理回路を備え、
所謂ECLレベルとTTLレベルとを混在させた半導体
集積回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】Bi−MOS論理回路の高速化により、
その動作速度は従来ECL論理回路が利用されていた領
域に達している。これに伴い、これまでECL論理回路
を利用していた部分を消費電力の低いBi−MOS論理
回路でおきかえるという手法が、多く用いられている。
その場合、システム内に存在する他のECL論理回路と
の接続を実現させるために、Bi−MOS論理回路にお
けるECLレベルへの適合が必要となる。Bi−MOS
論理回路はチップ上にバイパーラトランジスタや抵抗を
有しているので、ECL論理回路と同等な手法により基
準電圧発生回路や定電流発生回路を容易に構成すること
が可能である。
【0003】しかし、ECLレベルとTTLレベルとを
同一チップ上に混在させた場合、TTL出力回路の同時
動作に起因するノイズの、ECL入出力回路への影響と
いう問題がある。すなわち、通常3V程度の論理振幅を
持つTTL出力回路が同時動作した場合、以下に示すノ
イズが電源電位や接地電位に発生する。
【0004】 ΔV = ΣL×N×(di/dt) [V] ここで、ΣLはチップ内電源系配線,ボンディングワイ
ヤおよびLSIパッケージ内配線のインダクタンス成分
の和、NはTTL出力回路の同時動作数、di/dtは
TTL出力回路1個の微小時間における電流変化を表わ
す。例えば、8mA/nsecの駆動能力をもつTTL
出力回路が16本同時動作し、インダクタンス成分の和
が10nHとすると、 ΔV = 10×10-9×16×8×109 H・mA/sec = 1.28V というノイズが発生することになる。一般的に、ECL
論理回路の論理振幅は0.7〜0.8Vであるので、上
記の様なノイズが発生した場合、ECL入力回路の誤動
作やECL出力回路のレベル変動による他のECL論理
回路の誤動作を引き起こす可能性が高くなる。
【0005】図3に、一般的なECL入力回路として、
カレントスイッチ回路1と基準電圧発生回路2とを組み
合せた例を示す。又、図4にTTL出力回路の出力立ち
下がり波形,TTL出力回路の電流波形および接地電位
波形を示す。いま、TTL出力回路の出力立ち下がり同
時動作の場合、図4の最下段に示す様なノイズが、図3
中の接地線(電位GND)3にのるので、バイポーラト
ランジスタQ1 ,Q2よって構成されたカレントスイッ
チ回路1の基準電位、すなわちバイポーラトランジスタ
2 のベース電位VB2が変動する。このため入力端子4
への入力信号IN1 によって決まるバイポーラトランジ
スタQ1 のベース電位VB1との間で論理の反転が引き起
こされることがある。特に、高速化されたBi−MOS
論理回路に使用されているバイポーラトランジスタの遮
断周波数fT は8〜10GHzと高いので、上記のdi
/dtが大きくなり、その結果、TTL出力回路の同時
動作によって発生するノイズの影響が極めて大きくな
る。
【0006】これに対する対策としては、従来、TTL
出力回路とECL入力回路とをある程度離して配置する
ことが行われている。或いは、チップの上下辺をECL
入出力回路用とし、左右辺をTTL入出力回路用として
チップの各辺毎に分離して配置することが行われてい
る。更には、同時動作の対象となるTTL出力回路の駆
動能力を低下させることなどが実施されてきた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来の半導体
集積回路におけるノイズ対策はいずれも、いくつかのデ
ィメリットを伴っている。以下にその説明を行う。
【0008】まず、TTL出力回路とECL入力回路と
をある程度離して配置する方法、あるいはチップの上下
辺をECL入出力回路用とし左右辺をTTL入出力回路
用としてチップの各辺毎に分離して配置する方法は、回
路設計あるいはボード設計に極めて厳しい制限を加える
ものである。例えば、同時動作の対象となるTTL出力
回路群は16ビットあるいは32ビットなどのデータバ
スに接続されている場合が多いので、ボード設計上も極
力近傍に配置することが望まれる。
【0009】また、同時動作の対象となるTTL出力回
路の駆動能力を低下させる方法では、同時に出力回路の
遅延時間が悪化するので、高速化されたBi−MOS論
理回路の利点を損なってしまう。
【0010】本発明は、上述のような従来の半導体集積
回路の問題点に鑑みてなされたものであって、TTL出
力回路の遅延時間やチップの回路設計あるいはレイアウ
ト設計の自由度を犠牲にすることなく、電源ノイズによ
るECL入力回路での誤動作の発生を抑制することので
きる半導体集積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】本発明の半導体集積回路
は、MOSトランジスタとバイポーラトランジスタとを
同一基板上に集積したBi−MOS構成で、ECLレベ
ルで動作する回路とTTLレベルで動作する回路とを混
在させた半導体集積回路において、集積回路の外部へ出
力すべき第1の信号を共通に入力して個別に同時に同一
方向へ状態を遷移させるTTL構成の複数の出力回路
と、前記第1の信号とは異なる第2の信号を入力して信
号処理を行う、前記出力回路とは信号系統の異なるEC
L構成の入力回路とを少なくとも有し前記出力回路へ
入力される第1の信号と各各の出力回路からの出力信号
のうちの一つの出力信号との排他的論理和により、前記
複数の出力回路が同時に状態遷移の過渡状態にあるか又
は定常状態にあるかを検出する手段と、前記入力回路の
スイッチ部を構成するバイパーラトランジスタの少なく
とも一方のバイポーラトランジスタに対して設けられ
て、そのトランジスタの遮断状態にあるときのベース電
位を、前記出力回路の状態を検出する手段からの排他的
論理和信号に基づいて、前記出力回路が定常状態にある
ときは所定の第1の電位に、前記出力回路が状態遷移の
過渡状態にあるときは前記第1の電位より低位の第2の
電位に切り替える手段とを備えている。
【0012】
【実施例】次に、本発明の好適な実施例について、図面
を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施例に
おけるTTL出力回路群およびECL入力回路部が集積
された部分の回路図である。本実施例では、同時動作T
TL出力回路5a,…,5eに対する入力信号IN
2 と、同時動作TTL出力回路群の内の1つのTTL出
力回路5eを双方向回路として構成することによりTT
L同時動作出力回路5a,…,5eの同時動作完了(ハ
イレベルからロウレベルへの遷移終了)を検知して内部
回路に取り込んだ同時動作終了信号C1 の排他的論理和
をとる。その排他的論理和信号EXと、対象となるEC
L入力回路6の出力信号OUTとを、ANDゲート7を
通して制御回路8の制御信号C2 として取り出す。
【0013】まず、同時動作TTL出力回路5a,…,
5eが非動作状態の場合、同時動作TTL出力回路5
a,…,5eに対する入力信号IN2 と同時動作終了信
号C1とは、共にハイレベル又は共にロウレベルである
ので、その排他的論理和はロウレベルとなっている。し
たがって、ANDゲート7は閉じており、ECL入力回
路6の出力信号OUTの如何にかかわらず制御信号C2
はロウレベルとなる。よって、NMOSトランジスタN
1 はオフしており、ECL入力回路6は通常の動作と同
じ動作をする。
【0014】次に、同時動作TTL出力回路5a,…,
5eに対する入力信号IN2 がハイレベルからロウレベ
ルに変化した場合、すなわち、同時動作TTL出力回路
5a,…,5eがハイレベルからロウレベルへ変化する
場合について考える。入力信号IN2 がロウレベルに変
化すると排他的論理和信号EXはロウレベルからハイレ
ベルへと変化しANDゲート7が開く。ここで、ECL
入力回路6の出力信号OUTがハイレベル(すなわちバ
イポーラトランジスタQ2 がオフ状態)の場合、制御信
号C2 はハイレベルとなり、NMOSトランジスタN1
がオンする。このNMOSトランジスタN1 のオン電流
によって、バイポーラトランジスタQ2のベース電位V
B2は通常よりも低いレベルにクランプされる。この時、
NMOSトランジスタN1 のオン電流は抵抗R1 により
制限されている。これにより、例えば接地線3の電位G
NDに同時動作TTL出力回路5a,…,5eの同時動
作によるノイズがのって、バイポーラトランジスタQ2
のベース電位VB2が変動したとしても、MOSトランジ
スタN1 により、予め定常状態よりも低い電位にクラン
プされているので論理の反転は起こらない。この後、同
時動作TTL出力回路5a,…,5eの遷移が終了する
と、同時動作終了信号C1 ロウレベルとなり排他的論
理和信号EXはロウレベルへと戻る。これによって、A
NDゲート7は閉じられて制御信号C2 はロウレベルと
なり、MOSトランジスタN1 はオフする。
【0015】次に本発明の第2の実施例について説明す
る。図2は、本発明の第2の実施例におけるTTL出力
回路群とECL入力回路部とを示す回路図である。本実
施例は、入力信号及び基準電位が、エミッタフォロワ接
続されたバイポーラトランジスタQ3 ,Q4 によってレ
ベルシフトされている場合に対して本発明を適用したも
のである。
【0016】同時動作TTL出力回路5a,…,5eに
対する入力信号IN2 と同時動作終了信号C2 との排他
的論理和信号EXが2つのANDゲート7及び9に入力
されている。ANDゲート7と制御回路8の作用は第1
の実施例と同じである。この例ではさらに、バイポーラ
トランジスタQ1 がオフしている場合、すなわちECL
入力回路6にロウレベルが入力されている場合にも、制
御回路10のNMOSトランジスタN2 をオンさせるこ
とにより、バイポーラトランジスタQ1 のベース電位V
B1を、通常よりも低くクランプしている。したがって、
第1の実施例と同様に、同時動作TTL出力回路5a,
…,5eの同時動作によるノイズにより、バイポーラト
ランジスタQ2 のベース電位VB2或はバイポーラトラン
ジスタQ1 のベース電位VB1が変動したとしても、NM
OSトランジスタN1 或はN2 により予め通常よりも低
い電位にクランプされているので、論理の反転は起こら
ない。
【0017】
【発明の効果】以上述べた様に、本発明は、半導体集積
回路のECL入力回路において、基準電圧発生回路によ
る基準電位を、混在した同時動作TTL出力回路群が状
態遷移中(ハイレベルからロウレベル又はロウレベルか
らハイレベルへの変化)にのみ、通常よりも低い値にす
ることで、ノイズによる基準電位の変動による誤動作を
回避できるという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例におけるTTL出力回路
群とECL入力回路の部分の構成を示す回路図である。
【図2】本発明の第2の実施例におけるTTL出力回路
群とECL入力回路の部分の構成を示す回路図である。
【図3】従来の半導体集積回路におけるTTL出力回路
群とECL入力回路の部分の構成を示す回路図である。
【図4】TTL出力回路同時動作時における、TTL出
力信号立ち上り波形,TTL出力回路電流波形および接
地電位ノイズをそれぞれ示す図である。
【符号の説明】
1 カレントスイッチ回路 2 基準電位発生回路 3 接地線 4 入力端子 5a,…,5e TTL出力回路 6 ECL入力回路 7,9 ANDゲート 8,10 制御回路

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 MOSトランジスタとバイポーラトラン
    ジスタとを同一基板上に集積したBi−MOS構成で、
    ECLレベルで動作する回路とTTLレベルで動作する
    回路とを混在させた半導体集積回路において、集積回路の外部へ出力すべき第1の信号を共通に入力し
    て個別に同時に同一方向へ状態を遷移させるTTL構成
    の複数の出力回路と、前記第1の信号とは異なる第2の
    信号を入力して信号処理を行う、前記出力回路とは信号
    系統の異なるECL構成の入力回路とを少なくとも有
    前記出力回路へ入力される第1の信号と各各の出力回路
    からの出力信号のうちの一つの出力信号との排他的論理
    和により、前記複数の出力回路が同時に状態遷移の過渡
    状態にあるか又は定常状態にあるかを検出する手段と、 前記入力回路のスイッチ部を構成するバイパーラトラン
    ジスタの少なくとも一方のバイポーラトランジスタに対
    して設けられて、そのトランジスタの遮断状態にあると
    きのベース電位を、前記出力回路の状態を検出する手段
    からの排他的論理和信号に基づいて、前記出力回路が定
    常状態にあるときは所定の第1の電位に、前記出力回路
    が状態遷移の過渡状態にあるときは前記第1の電位より
    低位の第2の電位に切り替える手段 とを備えることを特
    徴とする半導体集積回路。
  2. 【請求項2】 MOSトランジスタとバイポーラトラン
    ジスタとを同一基板上に集積したBi−MOS構成で、
    ECLレベルで動作する回路とTTLレベルで動作する
    回路とを混在させた半導体集積回路において、 状態を同時に遷移する複数のTTL出力回路からなる出
    力回路群への入力信号と、前記出力回路群からの出力信
    号のうちの一つの出力信号とを入力とする排他的論理和
    回路と、 前記排他的論理和回路の出力信号と、ECL入力回路の
    非反転側出力レベルの信号とを入力とするANDゲート
    と、 前記ECL入力回路の基準電位入力側のバイポーラトラ
    ンジスタのベース電極とエミッタ側電源端子との間に直
    列に設けられた抵抗とMOS電界効果トランジスタとか
    らなり、前記MOS電界トランジスタのゲート電極に前
    記ANDゲートの出力信号が入力される構成の制御回路
    とを備えたことを特徴とする半導体集積回路。
  3. 【請求項3】 MOSトランジスタとバイポーラトラン
    ジスタとを同一基板上に集積したBi−MOS構成で、
    ECLレベルで動作する回路とTTLレベルで動作する
    回路とを混在させた半導体集積回路において、 状態を同時に遷移する複数のTTL出力回路からなる出
    力回路群への入力信号と、前記出力回路群からの出力信
    号のうちの一つの出力信号とを入力とする排他的論理和
    回路と、 前記排他的論理和回路の出力信号と、ECL入力回路の
    非反転側出力レベルの信号とを入力とする第1のAND
    ゲートと、 前記排他的論理和回路の出力信号と、前記非反転側出力
    レベルの反転信号とを入力とする第2のANDゲート
    と、 前記ECL入力回路の基準電位入力側のバイポーラトラ
    ンジスタのベース電極とエミッタ側電源端子との間に直
    列に設けられた第1の抵抗と第1のMOS電界効果トラ
    ンジスタとからなり、前記第1のMOS電界トランジス
    タのゲート電極に前記第1のANDゲートの出力信号が
    入力される構成の第1の制御回路と、 前記ECL入力回路の信号入力側のバイポーラトランジ
    スタのベース電極と前記エミッタ側電源端子との間に直
    列に設けられた第2の抵抗と第2のMOS電界効果トラ
    ンジスタとからなり、前記第2のMOS電界トランジス
    タのゲート電極に前記第2のANDゲートの出力信号が
    入力される構成の第2の制御回路とを備えたことを特徴
    とする半導体集積回路。
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