JPH01235416A - Fet論理回路 - Google Patents

Fet論理回路

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小寺 信夫
Yasushi Hatta
八田 康
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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〕 本発明は通信機や計算機などにおけるディジタル信号処
理用のFET論理回路に係り、特に[iaAsMESF
ETデバイス技術の適用によるIC化に好適なFET論
理回路に関する。
〔従来の技術〕
近年、通信機や計算機、計測器等におけるディジタル信
号処理の高速化に伴い、Si論理ICに代わるものとし
て金属とGaAs系半導体とを接触させた時に生じるシ
ョットキー障壁を利用した所11MEs形電界効果トラ
ンジスタ(以下、MESFETと称する)で構成される
超高速論理ICの開発が活発に進められてきた。一部の
論理ICが既に市販されているが、GaAsMESFE
TとSiバイポーラトランジスタの動作原理が異なるこ
と、MESFETの製造偏差が非常に大きいことなどの
原因によって既存のSiバイポーラ論理ICとの互換性
を実現することが回連であった。第2図は文献[信学技
報5SD86−46.pp、40〜41」に記載のGa
AsMESFETを用いた論理回路の基本構成を示した
ものである。この回路は、通常、SCFL(Sours
e Coupled Logic)と呼ばれているが、
ダイオード6と抵抗7〜9を図の如く接続することによ
り出力)1nghレベルを既存のE CL (Enci
tterCoupled Logic)の人出カインタ
フェース条件に合わせている。この回路では端子5に生
じる出力HighレベルVORは、ダイオード6の両端
の電圧をVl 、抵抗7,8の値を夫’J Rs y 
R2# F E T13の国電圧をV i h、相互コ
ンダクタンス係数をKo 、出力電流をlo)Iとすれ
ば となり、■いの一価関数となる。
〔発明が解決しようとする課題〕
式(1)から明らかなように出力High レベルはF
ET13のVthの一価関数であり、V t h偏差に
比例して出力Highレベルが変換することが分る。
GaAsMESFETでは、このVthの製造偏差が最
も大きいため、上記従来技術では、ECLとの互換性を
実現することは極めて難しいと云う欠点があった。
本発明の目的は上記従来技術の欠点に鑑みFETの国電
圧の製造偏差を消去することによりECLとの互換性を
実現でき、且つ、IC化に好適なFET論理回路を提供
することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記、本発明の目的はFETを用いた論理回路において
出力インタフェイス回路を複数段のソースポロア回路に
て構成し、信号伝達用FETとこのFETに電流を供給
する定電流源用FETとのゲート幅比を出力信号レベル
がFETの国電圧に依存しないよう設定するこ泊により
達成される。
〔作用〕
第1図に、本発明の基本構成を示す出力インタフェイス
回路102はn段のソースポロア回路で構成されている
。同図で31.32,3nが信号伝達用のFETであり
、41,42.4nが定電流源用のFETである。FE
T31と41.32と42.3nと4nが夫々単位ソー
スポロア回路を構成している。
端子3より入力される第1の信号レベルが端子4より入
力される第2の信号レベルより高い場合にはFETII
は導通、逆に低い場合には遮断状態となる。従って、出
力信号の“High”及び“l L ow 7ルベルを
夫々VOH,VOLとすると次式で与えられる。
ここで、K 4ny KsnはFET4n及び3nの相
互コンダクタンス係数、nはソースポロア回路の段数、
RLは抵抗22.23の値、Isは定電流源21の出力
電流、Iou+ l0LI KOは夫々出力段FET1
3のg Hx gh #l 、 41 L owu レ
ベルニ対応する出力電流及び相互コンダクタンス係数で
ある。
式(2) (3)から分るように、VOR,VOL共n
+1=Σ枦Iπ7訂π  ・・・(4)n=1 となるようにF E T 31〜3 n及びFET41
〜4nの相互コンダクタンス係数とソースポロア回路の
段数を選べば、FETの国電圧の影響を除去することが
できる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第3図により説明する。同図
はソースポロア2段、即ち、式(4)においてn=2の
場合の実施例を示したのである。基本動作は第1図で述
べたが、ここでは更に詳細に説明する。第1の入力信号
レベル(端子3)が”High”、第2の入力信号レベ
ル(端子4)が“Low”の時、定電流源21より供給
される電流Ioは全てFETIIに流れるためソースポ
ロア回路102の入力、即ち、FET31のゲート電位
はダイオード6のカソード電位−Vxになる。
第1及び第2の入力信号レベルが逆の場合には電流Io
が全てFET12に流れるため、FET31のゲート電
位は(Vz  RLIO)となる。これらの電位はFE
T31,32及び13を介して出力端子5に伝達される
。従って、出力電圧はFET31,32.13のゲート
・ソース間電圧を夫々V g s p V z 2 *
 V x aとすれば、VOH=−Vx−V寥z−Vg
t  VIJIM     −(5)VoL= −Vx
−RL I o−VIII−Vgz−Vl3L  …(
6)となる。ここで、Vgao* VgaLは出力信号
の11 High 11 、 +1 L ow tTレ
ベルに対応するFET13のゲート・ソース間電圧を示
す、又、V g 11V富z+”□sHt Vgatは
次式で表わされる。
ここで、Ix、IzはFET31,32に流れる電流で
、FET4]、42より供給されるからで与えられる。
よって、式(5)〜(8)から出力電圧は ・・・(9) となるので 3= JE〒777十 K hz/ K ax   ・
・・(10)となるようにに41/に31.に42/に
δ2を選べばFETの閾電圧偏差の影響を除去できる。
即ち、これは式(4)においてn=2と置いたのに等し
い。
次に、設計例を示す、ここではKa1/にδs=に4z
/に82となるように信号伝達用FETと定電流源FE
Tとのゲート幅比を選んだ場合について述べる0式(l
O)から Kis/Kss=に番z/にδx=2.25    ・
・・(11)が得られる。Ksi、 Kaz、 K41
1 KHzは夫々のFET31,32,41.42(7
)ゲート幅W a a z *Wgsxv Wgat*
 WII42に比例するから、結局、閾電圧の変動を除
去するにはゲート幅比を Ww4x/W*51=Wz+z/Wtsx=2.2 5
    −(11)’に選べばよいことになる。
ところで、実際のFETは短チヤネル効果のため、ドレ
イン・ソース間電圧の変動に伴いドレイン電流も変動す
る。従って、式(11)’の条件が満たされている場合
にもl1iIil電圧変動によって出力電圧が若干変化
する。第3図に示すFET41’ 。
41″’、41”及び42’ 、42’はこの短チヤネ
ル効果による影響を軽減するために挿入したものであり
、本来の論理動作には不要なものである。
しかし、これらのF E Tの挿入により、FET41
.42のドレイン・ソース間電圧は夫々約115.17
4になる。従って、変動もその分小さくなり国電圧変動
の影響を抑圧することができる。
以上、ゲート幅比がKa1/Kat=に42/Kazと
なる場合について述べたが、式(1o)が満たされれば
必ずしも両者が等しくなくてもよい。又、第3図におい
て、インターフェイス回路102と同じ回路をFETI
 1のドレインに接続することにより、0RNOHの面
出力信号が得られることは自明である。
更に、第4図の他の実施例に示すようにダイオード6を
短絡し、FET31、或いは、FET32にレベルシフ
ト用のダイオード6′を挿入しても同様の結果が得られ
る。102のタンターフエース回路のFET41’ 、
41’ 、41”、42’ 。
42′もダイオードに置き換えることができる。
一方、論理ゲートはFET差動対で構成する必要はない
、第5図(a) (b)はそれぞれ論理ゲート101を
FETインバータ501で構成した場合であり、負荷を
抵抗502やFET503で構成できる。又、レベルシ
フト用ダイオードは第3図や第4図の位置に挿入してよ
い。
〔発明の効果〕
以上、本発明によればFET論理回路において出力イン
タフェイス回路を複数段のソースポロア回路で構成し、
信号伝達用FETと定電流源用FETのゲート幅比を適
当に選ぶことにより閾電圧の変換を除去でき、その結果
、既存のECLとの互換性の実現することができる。特
に閾電圧の製造偏差が大きいGaAaMESFETを用
いた論理回路では、本発明による回路構成は必須であり
、実用化する上で大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本構成を示す接続図、第2図は従来
の代表的なFET論理回路構成図、第3図、第4図及び
第5図はそれぞれ本発明の一実施例を示す接続図である
。 3.4・・・入力端子、3n、4n、11,12゜13
.31,32,41.41’ 、41’ 、41” 。 42.42’ 、42’・・・FET、5・・・出力端
子、6.1.ダイオード、21・・・定電流源、22.
23・・・第 3 図 4ノ′〜4/′f FET 、i2’、42″ F E T

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、FET、ダイオード、抵抗等から成るFET論理回
    路において、基本論理ゲートと出力FETとを複数段の
    ソースポロア回路で接続し、且つ、該ソースポロア回路
    の信号伝達用FET及び定電流源用FETの各ゲート幅
    W_s_1_nとW_s_2_nの比を ▲数式、化学式、表等があります▼ の如く設定することを特徴とするFET論理回路。 2、上記信号伝達用FETと定電流源用FETとの間に
    複数個のFET又はダイオードを接続することを特徴と
    する請求項1記載のFET論理回路。
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