JPH01147916A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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Publication number
JPH01147916A
JPH01147916A JP62306315A JP30631587A JPH01147916A JP H01147916 A JPH01147916 A JP H01147916A JP 62306315 A JP62306315 A JP 62306315A JP 30631587 A JP30631587 A JP 30631587A JP H01147916 A JPH01147916 A JP H01147916A
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JP
Japan
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fet
threshold voltage
current source
circuit
current
Prior art date
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Pending
Application number
JP62306315A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroyuki Sakai
啓之 酒井
Katsuya Hasegawa
克也 長谷川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP62306315A priority Critical patent/JPH01147916A/ja
Publication of JPH01147916A publication Critical patent/JPH01147916A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/094Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
    • H03K19/09432Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors with coupled sources or source coupled logic
    • H03K19/09436Source coupled field-effect logic [SCFL]

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はソース結合FETロジック(SCFL)を用い
た半導体集積回路に関する。
従来の技術 ソース結合FETロジック(SCFL)は、バイポーラ
トランジスタにおけるECL同様の差動形増幅回路を用
いた高速論理回路であり、FETのしきい値電圧に対す
る余裕度が大きいことから、プロセス技術の未熟なGa
AsIC等に採用され、様々な論理集積回路が試作・実
用されている。
第5図に、5CFLを用いたインバータ回路の例を示す
。図において、Ql、Q2は差動スイッチングFET、
Q3は電流源FETである。また、RLI、RL2は負
荷抵抗、R5S 1は電流源FETのソース電圧を調節
するための抵抗である。
回路を流れる電流はQ3.R95Iからなる電流源回路
によってほぼ決定し、この電流をQl、Q2の差動対か
らなるスイッチング回路で切り替えることで論理動作を
行なう。従って論理信号のハイレベル・ローレベルがF
ETのしきい値電圧によらないため、しきい値電圧に対
する余裕が太きい。
負荷駆動能力向上のために、第5図の回路にソースフォ
ロアを付加した構成もよく用いられる。
第6図にその例を示す。Q4.Q5がソースフォロア用
スイッチングFET、Q6.Q7は電流源FET% D
I〜D4は電圧レベルシフト用ダイオードである。
電流源回路の構成としては、第5図に示したような電流
源FETのゲート電圧(Vcs)を外部から供給する構
成の他に、第4図(a)に示したように抵抗分割回路に
よって内部発生するもの、あるいは同図(b)に示した
ようにゲート端子をソースに結合された抵抗(RSSI
)の他端に接続した構成のものがよく知られている。こ
れらの電流源回路は、集積回路を構成した際電圧供給端
子が少なくてすむという特長がある。しかし、 (a)
の回路の場合、抵抗分割回路の抵抗値の変動がそのまま
5CFLの電流値の変動に効いてくるので、電源電圧変
動、温度特性など実用レベルでの安定性に問題がある。
これに比べて(b)の回路はゲート電圧が常に電源ある
いは接地に固定されるために外部擾乱に対して安定なも
のとなっている。
このような5CFLによる論理回路を高速で動作させる
ためには、スイッチングFETの電流駆動能力を大きく
とることが大切である。即ち、なるべくに値の大きなF
ETを用いることが4望ましい。一般にGaAsのME
SFET等のに値はおおよそゲート幅に比例しゲート長
に反比例して大きくなる。ゲート長の方は加工精度の問
題からあまりに短くするのは難しく、ゲート幅を大きく
する方が簡単である。しかしながら、ゲート幅をむやみ
に大きくすることはゲート容量の増加を招くため、集積
回路の高速化として見たときにに値増加の効果をうまく
発揮できないことになる。
また一方、K値の大きさはFETのしきい値電圧に依存
することもよく知られている。第3図はよく知られてい
るWSiゲートセルファラインプロセスを用いて作製さ
れたG a A s M E S F E T(ゲート
長1μm、ゲート幅10μm)のしきい値電圧とに値の
関係を示しているが、しきい値電圧の浅いFETはとに
値が大きくなっているのがわかる。それで、当初は専ら
しきい値電圧の浅いFET、即ちエンハンスメント(ノ
ーマリオフ)型FETがよく用いられた。
しかし、MESFETの場合、ゲート電圧が大きくなる
とゲートのショットキー接合に順方向電流が流れる問題
がある。従ってしきい値の浅いエンハンスメント型FE
Tで5CFLを組んだ場合、少し大きな振幅の信号がゲ
ートに加えられただけでゲート電流が流入する事になり
、電圧レベルのマージンが小さく、設計が容易でない。
また、5CFLによる論理回路の性能は、回路を流れる
電流値にも大きく依存する。従って電流源回路には電流
供給能力が大きく安定な回路を用いることが重要である
。しかし、エンハンスメント型FETの場合、電流を流
すためにはゲート・ソース電圧を正にする必要があ゛す
、第4図(b)のような電流源回路が使えないため安定
な電流源回路を実現するのが難しい。
デプレッション型FETを用いて5CFLを組んだ場合
には、ゲート電流の問題が緩和される他、第4図(b)
のような安定な電流源が使えるメリットがある。しかし
ながら、浅いしきい値電圧のデプレッション型FETを
用いた場合、電流[FETのゲート幅が大きくなる欠点
がある。第3図は、第4図(b)の回路において電流源
FET (ゲート長Lg:1μm)のしきい値電圧vt
hを変えたときの電流源回路の電流値の変化をゲート幅
Wgをパラメータに示した例である。同じ電流値を得る
のに、しきい値電圧が浅い場合には大きなゲート幅が必
要であることがわかる。またゲート幅Wgが大きい場合
には、しきい値電圧vthの変化に対する電流値の変動
が大きく、安定性の面からも好ましくない。深いしきい
値電圧のデプレッション型FETで5CFLを組んだ場
合には、この問題は解決されるが、はじめに述べたよう
に、スイッチングFETのに値が小さくなるために、負
荷駆動能力が落ち、スピードの面からも好ましくない。
発明が解決しようとする問題点 上記したようにエンハンスメント型FETで5CFLを
構成した時にはゲート電流流入の問題や電流源不安定の
問題が生じ、浅いしきい値電圧のデプレッション型FE
Tで構成した場合には電流源FETのゲート幅が大きく
なる問題が生じ、深いデプレッション型FETを用いた
場合はスイッチングFET0K値が大きくとれないとい
う問題が生じる。
本発明はかかる点に鑑み、小さなゲート幅で安定に大電
流供給を実現する電流源回路を備え、かつ高い電ffl
駆動能力をもったスイッチングFETをもつSCFL回
路を提供することを目的とする。
問題点を解決するための手段 本発明は、浅いしきい値電圧のデプレッション型FET
によって構成されたスイッチングFETと、前記FET
よりも深いしきい値電圧のデプレッション型FETから
なる電流源回路を備えたソース結合FETロジック(S
CFL)回路である。
作用 本発明は前記した構成により、デプレッション型FET
を用いることでゲート電流流入の問題を緩和し、スイッ
チングFETには浅いしきい値電圧のデプレッション型
FETを用いて高いに値を得、電流源には深いしきい値
電圧のFETを用いることで電流源FETのゲート幅を
小さくしかつ安定な電流源回路を実現する。これにより
高速でかつ安定な5CFL論理集積回路が実現できる。
実施例 第1図は本発明の実施例における5CFLインバ一タ回
路の回路図である。図において、Ql。
Q2は差動スイッチングFET、Q4.Q5がソースフ
ォロア用スイッチングFET、Q3.QB。
Qlは電流源FETである。また、RLI、RL2は負
荷抵抗、R55I〜R553は電流源FETのソース電
圧を調節するための抵抗、DI−D4は電圧レベルシフ
ト用ダイオードである。
ここで差動スイッチングFETQI、Q2及びソースフ
ォロア用スイッチングFETQ4.Q5のしきい値電圧
は比較的浅く、例えば0.0〜−〇、8v程度とし、電
流源FETQ3.Q6.Q7のしきい値電圧は−L  
O〜−2,OVと深く選ぶ。なぜなら、第2図から明ら
かなように、例えばゲー・ト長1μmのFETを用いた
電流源回路で2mAの電流を供給しようとした場合、電
流源FET (Q3.QB、Ql)のしきい値電圧を−
1,8V程度にまで深くしておけば僅か10μmゲート
幅で十分なのに対し、しきい値電圧−0゜5V程度の浅
いFETではゲート幅80μm近くの巨大なFETが必
要となる。さらに、ゲート幅が大きくなるとしきい値電
圧の変動に対する電流値の変化が大きくなるという問題
も生じる。第2図に示されるように、ゲート幅10μm
(しきい値電圧−L  8V)のFETを用いた場合し
きい値電圧0.IVの変動に対する電流値の変化は僅か
0.1mA程度であるが、ゲート幅80μm(しきい値
電圧−〇、5V)のFETを用いた場合その変化は0.
5mAにも及ぶ。
一方、スイッチングFET (Ql、Q2.Q4゜Q5
)のに値を考えると、第3図に示したようにゲート長1
1mゲート@lOμmのFETで、しきい値電圧−〇、
5vでは2mA/V2以上ものに値になるのに対し、し
きい値電圧−1,8Vではに値は1mA/V2程度と約
半分に減ってしまう。
また、しきい値電圧を更に浅くしてエンハンスメント型
FETとすれば3 m A / V 2近いに値が得ら
れることになるが、実際の論理回路の電圧ti@が0.
5〜1.0V程度であり、ゲートのショットキー接合の
順方向立ち上がり電圧が0.7V程度しかないことを考
えると、エンハンスメント型FETを用いるのは電圧レ
ベルに余裕がなく、設計は困難と言えよう。
従ってスイッチングFET (Ql、Q2.Q4゜Q5
)のしきい値電圧としては0.0v〜−0゜8vと浅い
ものを選び、電流fiFET (Q3.QB、Ql)の
しきい値電圧としては−1,0〜−2、Ovあるいはそ
れ以下の深いものとするのが最も適当であると言える。
即ち、このようにスイッチングFETのしきい値電圧を
浅くすることで、小さなゲート幅で高いに値をかせぎ、
容量を減らして高速化が図れると同時に電流fiFET
のしきい値電圧を深くする事で第4図(b)のような安
定な電流源回路をもちいてかつ小さいゲート幅で大きな
電流供給が可能となる。さらに本回路ではすべてのFE
Tがデプレッション型であるためにゲート電流流入の問
題も少なく、DCレベルのマージンが大きくとれるので
設計が容易となり、また、温度変化等の外部擾乱に対し
ても安定な集積回路が実現できる。
なお、本実施例では電流源回路として第4図(b)に示
したような電流源FETのゲート端子をソースに結合さ
れた抵抗(RSS 1−R353)の他端に接続した構
成のものを用いたが、この抵抗はソース電圧を調節・安
定させるために用いたもので特になくてもよい。また、
本発明によれば、第4図(a)など他の電流源回路を用
いた場合にも、電流源FETに小さなゲート電圧を加え
るだけで大きな電流が供給できるという特長がある。
発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、小さなゲート幅で
高電流駆動の5CFL回路を提供する事ができ、高速か
つ安定な集積回路実現できるため、その実用的効果は極
めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例における5CFLインバ一タ回
路の回路図、第2図は第4図(b)の回路において電流
源FETのしきい値電圧V t bを変えたときの電流
源回路の駆動電流の変化をゲート幅Wgをパラメータに
示した図、第3図はWSiゲートセルファラインプロセ
スを用いて作製されたGaAsMESFET (ゲート
長171m、 ゲート幅lOμm)のしきい値電圧とに
値の関係図、第4図(a)、  (b)は5CFL回路
における電流源回路図、第5図及び第6図は5CFLを
用いたインバータ回路の回路図である。 Ql、Q2・・・・・・スイッチングFET、Q4゜Q
5・・・・・・ソースフォロア用スイッチングFET、
Q3.Q?、Q8・・・・・・電流源ET、  RLI
、  RL2・・・・・・負荷抵抗、RSS 1〜R9
53・・・・・・ソース電圧調節用抵抗、DI−D4・
・・・・・レベルシフト用ダイオード。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか1名第1図 第2図 −2,0−/、、!;  −/、0 −0.5 0.0
しさい4道宅及trL[VJ 第3図 17き、I イWeλ1 (v) 第4図 (α) (b) 第5図 DD rIc6図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  半導体基板上に形成されたソース結合FETロジック
    を用いた集積回路において、前記ソース結合FETロジ
    ックを構成するFETがデプレッション型であり、電流
    源FETのしきい値電圧がスイッチングFETのしきい
    値電圧よりも深いことを特徴とする半導体集積回路。
JP62306315A 1987-12-03 1987-12-03 半導体集積回路 Pending JPH01147916A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0334328U (ja) * 1989-08-09 1991-04-04
JPH0414314A (ja) * 1990-05-08 1992-01-20 Toshiba Corp ソース電極結合形論理回路
EP0523380A2 (en) * 1991-06-28 1993-01-20 Fuji Electric Co., Ltd. Comparator circuit including at least one differential amplifier
JPH0595277A (ja) * 1991-10-02 1993-04-16 Mitsubishi Electric Corp ソース結合型論理回路

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0334328U (ja) * 1989-08-09 1991-04-04
JPH0414314A (ja) * 1990-05-08 1992-01-20 Toshiba Corp ソース電極結合形論理回路
EP0523380A2 (en) * 1991-06-28 1993-01-20 Fuji Electric Co., Ltd. Comparator circuit including at least one differential amplifier
EP0523380A3 (en) * 1991-06-28 1994-05-11 Fuji Electric Co Ltd Comparator circuit including at least one differential amplifier
JPH0595277A (ja) * 1991-10-02 1993-04-16 Mitsubishi Electric Corp ソース結合型論理回路

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