JPH0127610B2 - - Google Patents

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JPH0127610B2
JPH0127610B2 JP55009062A JP906280A JPH0127610B2 JP H0127610 B2 JPH0127610 B2 JP H0127610B2 JP 55009062 A JP55009062 A JP 55009062A JP 906280 A JP906280 A JP 906280A JP H0127610 B2 JPH0127610 B2 JP H0127610B2
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JP
Japan
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transistor
transistors
input
potential
emitter
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Application number
JP55009062A
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Japanese (ja)
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JPS56106426A (en
Inventor
Hiroyuki Misawa
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS56106426A publication Critical patent/JPS56106426A/en
Publication of JPH0127610B2 publication Critical patent/JPH0127610B2/ja
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    • 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
    • H03K19/082Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using bipolar transistors
    • H03K19/086Emitter coupled logic

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

この発明は半導体装置、特にカレントスイツチ
型論理回路を有する集積回路装置に関するもので
ある。 従来、カレントスイツチ型論理回路を構成する
場合、総てのトランジスタのエミツタ面積を揃え
ていたが、カレントスイツチを構成するトランジ
スタ群が、比較基準電位が供給された一個のトラ
ンジスタと入力電位が供給された複数のトランジ
スタから構成される多入力論理回路である場合、
入力側トランジスタを総てオフし、入力側トラン
ジスタのコレクタ電流を切ることにより高レベル
電位を設設定しようとする際に、入力側トランジ
スタが充分オフせず、漏れ電流により出力高レベ
ル電位が降下し、また逆相の出力低レベル電位が
上昇してしまうという欠点があつた。 集積回路装置が大型化し、論理振幅が縮小化さ
れる傾向になり、該欠点は一層問題となる。 本発明の目的は、該欠点による影響を最少限に
留め、半導体装置の電気的特性を改善し、製造歩
留りを向上させることにある。 本発明はこの目的を達成するための手段として
トランジスタのエミツタを定電流源に共通接続し
たカレントスイツチを構成するトランジスタ群の
うち、比較基準電位が供給されているトランジス
タの総エミツタ面積を、入力電位が供給されてい
る複数個のトランジスタのエミツタ面積の総和
と、該複数個のトランジスタの内での最小エミツ
タ面積との積の平方根値に等しく設定するととも
に比較基準電位が供給されるトランジスタと入力
電位が供給されるトランジスタのコレクタには同
じ抵抗値を持つ負荷抵抗が接続されることを特徴
としている。 本発明の原理を、N個の入力電位を有するカレ
ントスイツチ型論理回路で、共通エミツタは定電
流源に接続した回路で説明する。 入力側のトランジスタの内、最小のエミツタ面
積をS、入力側トランジスタのエミツタ面積の総
和をA、比較基準電位側のトランジスタのエミツ
タ面積をBとし、定電流値をI、入力電位側トラ
ンジスタを流れる電流をIA、比較基準電位側トラ
ンジスタを流れる電流をIBとし、IAとIBとからそ
れぞれ決定される論理回路出力の高レベル電位の
電位降下を、総ての入力電位条件において揃えて
最小とする。A、B、Sの関係式を求める。また
入力電位は高レベルでO(v)、低レベルで−Vl
(v)、比較基準電位は−1/2Vl(v)とし、エミ ツタ面積Sのトランジスタのトランジスタ内部に
持つエミツタ付加抵抗値をREとする。整流方程
式により、電流密度Jと、印加電圧Vとの関係
は、 で表わされ、
The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to an integrated circuit device having a current switch type logic circuit. Conventionally, when configuring a current switch type logic circuit, all the transistors had the same emitter area. In the case of a multi-input logic circuit consisting of multiple transistors,
When attempting to set a high-level potential by turning off all input-side transistors and cutting off the collector current of the input-side transistors, the input-side transistors do not turn off sufficiently, causing the output high-level potential to drop due to leakage current. Also, there was a drawback that the output low level potential of the opposite phase increased. As integrated circuit devices become larger and the logic amplitude tends to be reduced, this drawback becomes even more problematic. An object of the present invention is to minimize the influence of these defects, improve the electrical characteristics of a semiconductor device, and improve manufacturing yield. As a means for achieving this object, the present invention calculates the total emitter area of the transistors that are supplied with a comparison reference potential among a group of transistors that constitute a current switch in which the emitters of the transistors are commonly connected to a constant current source. is set equal to the square root of the product of the sum of the emitter areas of a plurality of transistors to which is supplied and the minimum emitter area of the plurality of transistors, and the transistor to which a comparison reference potential is supplied and the input potential. A load resistor having the same resistance value is connected to the collector of the transistor to which the transistor is supplied. The principle of the present invention will be explained using a current switch type logic circuit having N input potentials, the common emitter of which is connected to a constant current source. Among the transistors on the input side, the smallest emitter area is S, the sum of the emitter areas of the input transistors is A, the emitter area of the transistors on the comparison reference potential side is B, and the constant current value is I, flowing through the transistor on the input potential side. Let I A be the current, I B be the current flowing through the comparison reference potential side transistor, and make the potential drop of the high level potential of the logic circuit output determined from I A and I B the same under all input potential conditions. Minimum. Find the relational expression between A, B, and S. Also, the input potential is O(v) at high level and -Vl at low level.
(v), the comparison reference potential is -1/2Vl (v), and the emitter added resistance value inside the transistor of the transistor with the emitter area S is R E. According to the rectification equation, the relationship between current density J and applied voltage V is It is expressed as

【式】の場合(1)式は、次式の ように簡略化される。 ここでJsは飽和電流密度を表わす。(2)式をVに
関して解けば、 V=kT/qlnJ/Js ……(3) となる。 N個の入力が総て低レベルである場合、N個の
入力側トランジスタに流れる電流の総和をIAL
したとき、比較基準側トランジスタを流れる電流
は(I−IAL)である。このとき入力側トランジ
スタの電流密度はIAL/A、比較基準側トランジ
スタの電流密度は、(I−IAL)/Bである。比較
基準側トランジスタがオンした状態で、比較基準
側トランジスタのベース・エミツタ間電圧をVB
としたとき、VBは(3)式を用いて、次式のように
表わせる。 VB=kT/qln{(I−IAL)/B・1/Js} ……(4) このとき、比較基準側トランジスタのエミツタ
付加抵抗REBにより、見かけ上、VBは V′B=kT/qln{(I−IAL)/B・1/Js}+REB・(
I−IAL) ……(5) となる。 ここでREBは、REとエミツタ面積に関し反比列
すると考えられ、 REB=S/BRE ……(6) と表わせ、(5)式、(6)式よりV′Bは、 V′B=kT/qln{(I−IAL)/B・1/Js}+S/BR
E・(I− IAL) ……(7) となる。 このとき、入力側トランジスタのベース・エミ
ツタ間にはV′B−Vl/2の電圧が印加され、入力側 のエミツタ付加抵抗REAを REA=S/ARE ……(8) とすれば、次式の関係式が成立する。 V′B−Vl/2=kT/qln{IAL/A・1/Js}+S
/ARE・IAL(9) (7)式および(9)式から、次式を得る。 Vl/2=kT/qln{(I−IAL)/IAL・A/B}+{S
/B(I−IAL)−S/AIAL}RE……(10) 次に比較基準電位側のトランジスタがオフする
場合を考える。比較基準側トランジスタのベー
ス・エミツタ間電圧が最大となる条件として、入
力側の最小エミツタ面積のトランジスタ1個だけ
に高レベル電位が印加されオンする場合を考え
る。 比較基準電位側トランジスタを流れる電流を
IBLとしたとき、高レベル電位入力の入力トラン
ジスタを流れる電流を(I−IBL)とし、他の低
レベル電位入力の入力トランジスタを流れる電流
は、極めて微小のため無視する。 入力側のオンしたトランジスタの電流密度は、
(I−IBL)/Sであり、比較基準側のトランジス
タの電流密度はIBL/Bである。 入力側のオンしたトランジスタのベース・エミ
ツタ間電圧をVAとしたとき、(3)式を用いて、VA
は VA=kT/qln{(I−IBL)/S・1/Js} ……(11) となり、入力側トランジスタのエミツタ付加抵抗
REにより、見かけ上VAは V′A=kT/qln{(I−IBL)/S・1/Js}+RE・(
I−IBL) ……(12) となる。 このとき、比較基準側トランジスタのベース・
エミツタ間には、V′A−Vl/2の電圧が印加され、 (6)式のREBをも加えて考え、次式が得られる。 V′A−Vl/2=kT/qln{IBL/B・1/Js}+S/
BRE・IBL ……(13) (12)式および(13)式から、次式を得る。 Vl/2=kT/qln{(I−IBL)/IBL・B/S} +{(I−IBL)−S/BIBL}RE ……(14) IAL、IBLは共に本来オフ側のトランジスタを流
れる漏れ電流であり、出力高レベル電位は、出力
抵抗値をRとしたとき、各々、IAL・R IBL・R
だけ電位が降下することになる。 この降下電位を揃えたいのであるから IAL=IBL ……(15) とする。(10)式および(14)式および(15)式か
ら、次式を得る。 kT/qlnAS/B2+RE{S/B(I−IAL)−S/AIAL
(I−IAL)+S/BIAL}=0……(16) 通常IAL・REの項は極めて微少であり、無視出
来るので、(16)式は(17)式のように簡略化される。 kT/qlnAS/B2+RE・I(S/B−1)=0……(17) 通常RE・Iは小さく、kT/qは常温にて約26mV であり、q/kT・RE・I(S/B−1)は極めて0に 近くなり、(17)式は簡略して(18)式となる。 B=√・ ……(18) (18)式は、比較基準電位が供給されるトラン
ジスタの総エミツタ面積を、入力電位が供給され
るトランジスタの総エミツタ面積と、入力電位が
供給されるトランジスタの内の最小エミツタ面積
との積の平方根値とすることにより、オフ側トラ
ンジスタの漏れ電流による高レベル電位出力の低
下を揃えることが出来ることを意味しており、通
常、(18)式で得られるエミツタ面積値を用いて
も、(17)式で求められるエミツタ面積値と同等
の効果が得られる。 本発明を用いることにより、カレントスイツチ
型多入力論理回路で、比較基準電位を供給された
トランジスタと、入力電位が供給された、複数個
のトランジスタを結合し、入力側トランジスタの
共通コレクタを流れる電流と、比較基準側トラン
ジスタのコレクタを流れる電流とにより、相補出
力を発生する場合、複数の入力の全ての組合せに
対し、出力の高レベル電位の降下を最少にするこ
とが出来、また、逆相の低レベル電位出力の上昇
も同時に最少にすることが出来るので、従来の装
置に比べて論理回路のノイズマージンが改善され
回路が安定化し、製造歩留も向上する。 以下本発明について図面を参照しながら詳細に
説明する。 第1図は本発明の好ましい第1の実施例であり
5入力の基本的カレントスイツチ型論理回路であ
る。R1およびR2は100Ωの出力抵抗であり、Q1
は、比較基準電位−200mVがベース端子1に供
給されたトランジスタを、Q2〜Q6は各々ベース
端子2〜6に高レベル電位0(mV)低レベル電
位−400(mV)の入力電位が供給されたトランジ
スタを示す。Q7はベース端子9に−1800mVの定
電圧電位を供給することにより100Ωの抵抗R3
決定される4mAの定電流を流すトランジスタで
ある。端子7はトランジスタQ1のコレクタ出力
端子を端子8はトランジスタQ2〜Q6の共通コレ
クタの出力端子を示し、端子10には最高電位の
0mVを端子11には最低電位の−3000mVを印加
している。また、各トランジスタの内部エミツタ
付加抵抗値は、60μ2の面積で5Ωである。 一般に用いられている方式を用いた場合、トラ
ンジスタQ1〜Q6のエミツタ面積は一律に60μ2
ある。 端子2〜6に総て低レベルを供給したとき、ト
ランジスタQ2〜Q6を流れる電流をIAL1としたとき
前式の(10)式から、次式の関係が得られる。 200(mV)=kT/qln{(4−IAL1)/IAL1・300/60}
+{60/60(4−IAL1)−60/300IAL1}・5……(19) 第2項のIAL1成分を無視して(19)式を簡略化
し、kT/qとして85℃の時の値31mVを代入すると 180(mV)=31(mV)・ln5(4−IAL1)/IAL1……(20
) となり、IAL1は5.93×10-2mAとなる。抵抗R2
値が100Ωであるから、端子8の高レベル電位は
5.93(mV)降下することになる。 本発明を用いた場合、(17)式に各々の数値を
代入する(kT/qには31mVを代入)と 31・ln300・60/B25・4・(60/B−1)=0…(21
) となり、トランジスタQ1のエミツタ面積Bは
115μ2となる。(18)式から求めれば、B=134μ2
となるが、この差は1・RE値が大きいための結
果である。トランジスタQ1のエミツタ面積を
115μ2として、再度漏れ電流を計算する。端子2
〜6に総て低レベルを供給したときトランジスタ
Q2〜Q6を流れる電流IAL2は、(10)式より 200(mV)=kT/qln{(4−IAL2)/IAL2・300/115
}+{60/115(4−IAL2)−60/300IAL2}5(22) となり、第2項のIAL2成分を無視して簡略化し、
kT/qに前回同様31(mV)を代入すると 189.6(mV)=31(mV)・ln{300/115・(4−IAL2
/IAL2} ……(23) となり、IAL2は2.29×10-2mAとなる。抵抗R2
値が100Ωであることから端子8の高レベル電位
は2.29(mV)降下することになるが、従来の方式
のものより約3.6(mV)高レベル電位降下が改善
される。 続いて、トランジスタQ1がオフする場合を計
算する。今、トランジスタQ2のみがオンしたと
き、トランジスタQ1を流れる電流IBL2は(14)式
から、 200(mV)=kT/qln{(4−IBL2)/IBL2・115/60}
+{(4−IBL2)−60/115IBL2}・5……(24) となり、第2項のIBL2成分を無視して簡略化し、
kT/qに前回同様31(mV)を代入することにより、 180(mV)=31(mV)ln{(4−IBL2)/IBL2・115/60
…(25) となり、IBL2は2.29×10-2mAとなる。抵抗R1の値
が100Ωであることから、端子7の高レベル電位
は、2.29(mV)降下することになり、端子7と端
子8の最悪入力条件時の高レベル電位降下を揃え
ることが出来た。 (17)式の代りに(18)式を用い、トランジス
タQ1のエミツタ面積を134μ2とした場合でも、端
子7の高レベル電位の降下は2.67(mV)、端子8
の高レベル電位の降下は1.88(mV)となり、高レ
ベル電位の降下は、(17)式を用いた結果と大差
なく改善される。 第2図は本発明の第2の実施例であり、本方式
の応用例としての二段積みカレントスイツチ型論
理回路を示す。トランジスタQ8,Q12のベース端
子12,16には第1の比較基準電位が共通に供
給されており、この値はトランジスタQ9〜Q11
Q13〜Q15のベース端子13〜15、17〜19
に供給される高レベル電位と低レベル電位との平
均電位である。トランジスタQ16のベース端子2
0には第2の比較基準電位が供給されており、こ
の値はトランジスタQ17〜Q21のベース端子21
〜25に供給される高レベル電位と低レベル電位
との平均電位である。端子26に定電圧が供給さ
れ、トランジスタQ22と抵抗R6とにより、定電流
源を構成している。また、比較基準電位側のトラ
ンジスタQ8とQ12の共通コレクタが、抵抗R4に接
続した端子27を一方の出力端子とし、トランジ
スタQ9〜Q11、Q13〜Q15の共通コレクタが抵抗R5
に接続した端子28をもう一方の出力端子として
いる。端子29には最高電位電圧が、端子30に
は最低電位電圧が、それぞれ供給されている。ト
ランジスタQ8,Q12,Q16以外のトランジスタの
エミツタ面積を一律に60μ2としたとき、本方式を
用いてトランジスタQ8,Q12,Q16のエミツタ面
積を決定する。トランジスタQ8のカレントスイ
ツチの対象となるトランジスタはQ9,Q10,Q11
であるので、トランジスタQ8のエミツタ面積は
√60・3・60=104μ2となる。同様にトランジス
タQ12のエミツタ面積も104μ2となる。次にトラン
ジスタQ16のエミツタ面積を計算すると√60・
5・60=134μ2となる。エミツタ内部付加抵抗成
分RE並びに、パターン設計上の都合をも考慮し
て、各トランジスタのエミツタ面積を、トランジ
スタQ8,Q12は100μ2、トランジスタQ16は130μ2
その他のトランジスタを60μ2と設定することによ
り、出力高レベル電位の降下が改善される。 次に、エミツタ面積が既にトランジスタごとに
決定されているマスタースライス方式に本発明を
用いた実施例について説明する。この場合明らか
な様に、計算結果に最も近いトランジスタ構成を
配線系の接続により、構成することになる。今、
エミツタ面積がSであるトランジスタだけのトラ
ンジスタアレーを持つ基板により構成されたカレ
ントスイツチ型論理回路で、入力トランジスタ数
に対して比較基準側トランジスタとして並列接続
する最適トランジスタ数を本発明を用いて求めて
みると次の表のようになる。
In the case of [Equation], Equation (1) is simplified as shown below. Here, Js represents the saturation current density. Solving equation (2) for V gives V=kT/qlnJ/Js...(3). When all N inputs are at a low level, the current flowing through the comparison reference transistor is (I-I AL ), where I AL is the sum of the currents flowing through the N input transistors. At this time, the current density of the input side transistor is I AL /A, and the current density of the comparison reference side transistor is (I - I AL )/B. When the comparison reference side transistor is on, the voltage between the base and emitter of the comparison reference side transistor is V B
Then, V B can be expressed as follows using equation (3). V B = kT/qln {(I-I AL )/B・1/Js} ...(4) At this time, due to the emitter added resistance R EB of the transistor on the comparison reference side, V B appears to be V′ B = kT/qln {(I-I AL )/B・1/Js}+R EB・(
I-I AL ) ...(5) becomes. Here, R EB is considered to be inversely proportional to R E with respect to the emitter area, and can be expressed as R EB = S/BR E ...(6). From equations (5) and (6), V' B is V' B = kT/qln {(I-I AL )/B・1/Js}+S/BR
E・(I− I AL ) ……(7) becomes. At this time, a voltage of V' B - Vl/2 is applied between the base and emitter of the input transistor, and if the emitter added resistance R EA on the input side is R EA = S/A R E ...(8) , the following relational expression holds true. V′ B −Vl/2=kT/qln {I AL /A・1/Js}+S
/AR E・I AL (9) From equations (7) and (9), the following equation is obtained. Vl/2=kT/qln {(I-I AL )/I AL・A/B}+{S
/B(I-I AL )-S/AI AL }R E (10) Next, consider the case where the transistor on the comparison reference potential side is turned off. As a condition for the base-emitter voltage of the transistor on the comparison reference side to be maximum, consider the case where a high level potential is applied to only one transistor on the input side with the minimum emitter area and the transistor is turned on. The current flowing through the comparison reference potential side transistor is
When I BL , the current flowing through the input transistor receiving the high-level potential input is (I-I BL ), and the current flowing through the other input transistors receiving the low-level potential input is ignored because it is extremely small. The current density of the turned-on transistor on the input side is
(I-I BL )/S, and the current density of the comparison reference transistor is I BL /B. When the voltage between the base and emitter of the turned-on transistor on the input side is V A , using equation (3), V A
is V A = kT/qln {(I-I BL )/S・1/Js} ...(11), and the emitter added resistance of the input transistor
Due to R E , the apparent V A is V′ A = kT/qln {(I-I BL )/S・1/Js}+R E・(
I-I BL ) ...(12) becomes. At this time, the base of the comparison reference side transistor
A voltage of V'A - Vl/2 is applied between the emitters, and by adding R EB in equation (6), the following equation is obtained. V′ A −Vl/2=kT/qln {I BL /B・1/Js}+S/
BR E・I BL ...(13) From equations (12) and (13), the following equation is obtained. Vl/2=kT/qln {(I-I BL )/I BL・B/S} + {(I-I BL )-S/BI BL }R E ……(14) I AL and I BL are both This is a leakage current that originally flows through the off-side transistor, and the output high-level potential is I AL・R I BL・R, respectively, where the output resistance value is R.
The potential will drop by . Since we want to equalize this potential drop, we set I AL = I BL (15). From equations (10), (14), and (15), the following equation is obtained. kT/qlnAS/B 2 +R E {S/B(I-I AL )-S/AI AL-
(I-I AL )+S/BI AL }=0...(16) Normally, the term I AL・R E is extremely small and can be ignored, so equation (16) is simplified as equation (17). be done. kT/qlnAS/B 2 +R E・I (S/B−1)=0……(17) Normally R E・I is small, kT/q is about 26 mV at room temperature, and q/kT・R E - I(S/B-1) becomes extremely close to 0, and equation (17) can be simplified to equation (18). B=√・ ...(18) Equation (18) is the total emitter area of the transistors to which the comparison reference potential is supplied, the total emitter area of the transistors to which the input potential is supplied, and the total emitter area of the transistors to which the input potential is supplied. This means that the drop in high-level potential output due to leakage current of the off-side transistor can be balanced out by taking the square root of the product of Even if the emitter area value is used, the same effect as the emitter area value obtained by equation (17) can be obtained. By using the present invention, in a current switch type multi-input logic circuit, a transistor supplied with a comparison reference potential and a plurality of transistors supplied with an input potential are combined, and a current flows through a common collector of the input side transistors. When complementary outputs are generated by the current flowing through the collector of the transistor on the comparison reference side, the drop in the high level potential of the output can be minimized for all combinations of multiple inputs. Since the rise in the low-level potential output of the device can be minimized at the same time, the noise margin of the logic circuit is improved, the circuit is stabilized, and the manufacturing yield is improved compared to conventional devices. The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first preferred embodiment of the present invention, which is a basic current switch type logic circuit with five inputs. R 1 and R 2 are the 100Ω output resistances, and Q 1
Q 2 to Q 6 are transistors whose base terminals are supplied with a comparison reference potential of -200 mV, and input potentials of high level potential 0 (mV) and low level potential -400 (mV) are supplied to base terminals 2 to 6, respectively. Supplied transistors are shown. Q 7 is a transistor that supplies a constant voltage potential of −1800 mV to the base terminal 9 to flow a constant current of 4 mA determined by a resistor R 3 of 100 Ω. Terminal 7 shows the collector output terminal of transistor Q 1 , terminal 8 shows the output terminal of the common collector of transistors Q 2 to Q 6 , and terminal 10 shows the highest potential terminal.
0 mV and the lowest potential of -3000 mV is applied to the terminal 11. Further, the internal emitter added resistance value of each transistor is 5Ω with an area of 60 μ 2 . When a generally used method is used, the emitter area of transistors Q 1 to Q 6 is uniformly 60 μ 2 . When a low level is supplied to all the terminals 2 to 6, and the current flowing through the transistors Q 2 to Q 6 is I AL1 , the following relationship is obtained from the previous equation (10). 200 (mV) = kT/qln {(4-I AL1 )/I AL1・300/60}
+{60/60 (4-I AL1 )-60/300I AL1 }・5...(19) Simplify equation (19) by ignoring the I AL1 component of the second term, and calculate the temperature of 85℃ as kT/q. Substituting the value of 31mV at
), and I AL1 becomes 5.93×10 -2 mA. Since the value of resistor R 2 is 100Ω, the high level potential of terminal 8 is
This results in a drop of 5.93 (mV). When using the present invention, by substituting each numerical value into equation (17) (substituting 31mV for kT/q), 31・ln300・60/B 2 5・4・(60/B-1)=0 …(twenty one
), and the emitter area B of transistor Q1 is
It becomes 115μ2 . If calculated from equation (18), B=134μ 2
However, this difference is due to the large 1·R E value. The emitter area of transistor Q1 is
Calculate the leakage current again as 115μ2 . terminal 2
When low level is supplied to all ~6 transistors
The current I AL2 flowing through Q 2 to Q 6 is 200 (mV) = kT/qln {(4-I AL2 )/I AL2・300/115 from equation (10).
}+{60/115 (4−I AL2 )−60/300I AL2 }5(22), which is simplified by ignoring the I AL2 component of the second term,
Substituting 31 (mV) for kT/q as before, 189.6 (mV) = 31 (mV)・ln{300/115・(4−I AL2 )
/I AL2 } ...(23) Therefore, I AL2 becomes 2.29×10 -2 mA. Since the value of the resistor R 2 is 100Ω, the high level potential at the terminal 8 will drop by 2.29 (mV), but the high level potential drop is improved by about 3.6 (mV) compared to the conventional system. Next, calculate the case where transistor Q1 is turned off. Now, when only transistor Q 2 is turned on, the current I BL2 flowing through transistor Q 1 is from equation (14): 200 (mV) = kT/qln {(4-I BL2 )/I BL2・115/60}
+{(4-I BL2 )-60/115I BL2 }・5...(24), which is simplified by ignoring the I BL2 component of the second term,
By substituting 31 (mV) for kT/q as before, 180 (mV) = 31 (mV) ln {(4-I BL2 )/I BL2・115/60
…(25) and I BL2 becomes 2.29×10 -2 mA. Since the value of resistor R 1 is 100Ω, the high level potential at terminal 7 will drop by 2.29 (mV), making it possible to equalize the high level potential drops at terminals 7 and 8 under the worst input conditions. Ta. Even if equation (18) is used instead of equation (17) and the emitter area of transistor Q 1 is set to 134μ 2 , the drop in the high level potential at terminal 7 is 2.67 (mV), and the drop in the high level potential at terminal 8 is 2.67 (mV).
The drop in high-level potential is 1.88 (mV), and the drop in high-level potential is improved without much difference from the result using equation (17). FIG. 2 is a second embodiment of the present invention, and shows a two-stage current switch type logic circuit as an application example of this method. A first comparison reference potential is commonly supplied to the base terminals 12 and 16 of the transistors Q 8 and Q 12 , and this value is the same as that of the transistors Q 9 to Q 11 ,
Base terminals 13 to 15, 17 to 19 of Q 13 to Q 15
This is the average potential of the high level potential and the low level potential supplied to the. Base terminal 2 of transistor Q 16
0 is supplied with a second comparison reference potential, and this value is the base terminal 21 of the transistors Q17 to Q21 .
It is the average potential of the high level potential and the low level potential supplied to ~25. A constant voltage is supplied to the terminal 26, and the transistor Q22 and the resistor R6 constitute a constant current source. In addition, the common collectors of transistors Q 8 and Q 12 on the comparison reference potential side use the terminal 27 connected to resistor R 4 as one output terminal, and the common collectors of transistors Q 9 to Q 11 and Q 13 to Q 15 connect to the resistor. R5
The terminal 28 connected to is used as the other output terminal. The highest potential voltage is supplied to the terminal 29, and the lowest potential voltage is supplied to the terminal 30. When the emitter areas of transistors other than transistors Q 8 , Q 12 , and Q 16 are uniformly set to 60 μ 2 , the emitter areas of transistors Q 8 , Q 12 , and Q 16 are determined using this method. The transistors targeted by the current switch of transistor Q 8 are Q 9 , Q 10 , and Q 11
Therefore, the emitter area of transistor Q8 is √60・3・60= 104μ2 . Similarly, the emitter area of transistor Q12 is also 104μ2 . Next, calculate the emitter area of transistor Q16 : √60・
5・60= 134μ2 . Considering the emitter internal additional resistance component R E and the convenience of pattern design, the emitter area of each transistor is 100 μ 2 for transistors Q 8 and Q 12 , 130 μ 2 for transistor Q 16 ,
By setting the other transistors to 60μ2 , the drop in output high level potential is improved. Next, an embodiment will be described in which the present invention is applied to a master slice method in which the emitter area is already determined for each transistor. In this case, as is clear, the transistor configuration closest to the calculation result is constructed by connecting the wiring system. now,
In a current switch type logic circuit configured with a substrate having a transistor array consisting only of transistors whose emitter area is S, the optimum number of transistors to be connected in parallel as comparison reference transistors for the number of input transistors is determined using the present invention. It will look like the following table.

【表】 比接基準側トランジスタのエミツタ面積を入力
側の最少エミツタ面積と一致させない事に本発明
の意味があり、実際に本発明が有効となるのは、
マスタースライス方式においては入力数3以上の
領域と言える。 以上説明したように、本発明を用いることによ
り、カレントスイツチ型多入力論理回路で、比較
基準電圧を用いる回路形式である場合、出力の高
レベル電位の降下と、低レベル電位の上昇を、総
ての入力条件を通じて最少に設定することが出来
論理回路のノイズマージンは改善され、特に大規
模集積回路装置の電気的特性が向上し、製造歩留
の良い半導体集積回路装置が得られる。
[Table] The meaning of the present invention is that the emitter area of the relative reference side transistor does not match the minimum emitter area of the input side, and the present invention is actually effective because:
In the master slice method, this can be said to be an area where the number of inputs is 3 or more. As explained above, by using the present invention, in the case of a current switch type multi-input logic circuit that uses a comparison reference voltage, the drop in the high level potential of the output and the rise in the low level potential can be reduced in total. Since the noise margin of the logic circuit can be set to the minimum value under all input conditions, the noise margin of the logic circuit is improved, and in particular, the electrical characteristics of a large-scale integrated circuit device are improved, and a semiconductor integrated circuit device with a high manufacturing yield can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図および第2図はそれぞれ発明の実施例に
用いるカレントスイツチ型論理回路を示す図であ
る。 図中のQ1〜Q22……各々トランジスタ、R1〜R6
……抵抗である。1,12,16,20……比較
基準電位供給端子、2〜6,13〜15,17〜
19,21〜25……入力電位供給端子、7,
8,27,28……論理回路出力端子、9,26
……定電流発生用定電圧供給端子、10,29…
…最高電位電圧供給端子、11,30……最低電
位電圧供給端子。
1 and 2 are diagrams each showing a current switch type logic circuit used in an embodiment of the invention. Q 1 to Q 22 in the diagram are each transistor, R 1 to R 6
...It's resistance. 1, 12, 16, 20...Comparison reference potential supply terminal, 2-6, 13-15, 17-
19, 21-25...input potential supply terminal, 7,
8, 27, 28...Logic circuit output terminal, 9, 26
... Constant voltage supply terminal for constant current generation, 10, 29...
...highest potential voltage supply terminal, 11,30...lowest potential voltage supply terminal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 定電流源と、該定電流源にエミツタが接続さ
れ、ベースに比較基準電位を受ける少なくとも1
つの比較基準側トランジスタと、該比較基準側ト
ランジスタのコレクタに接続された第1の負荷抵
抗と、前記定電流源に各エミツタが接続され、ベ
ースにおのおの別々の入力信号を受ける少なくと
も2つの入力側トランジスタと、該入力側トラン
ジスタのコレクタに接続された前記第1の負荷抵
抗と同じ抵抗値をもつ第2の負荷抵抗とを有し、
前記比較基準側トランジスタの総エミツタ面積は
前記入力側トランジスタの総エミツタ面積とこれ
ら入力側トランジスタのうち最も小さいエミツタ
面積との積の平方根に等して設定されていること
を特徴とする半導体装置。
1 a constant current source, and at least one source whose emitter is connected to the constant current source and whose base receives a reference potential for comparison.
a first load resistor connected to the collector of the comparison reference side transistor; and at least two input sides each having an emitter connected to the constant current source and each receiving a separate input signal at its base. a transistor, and a second load resistor connected to the collector of the input transistor and having the same resistance value as the first load resistor,
A semiconductor device characterized in that the total emitter area of the comparison reference side transistors is set equal to the square root of the product of the total emitter area of the input side transistors and the smallest emitter area of these input side transistors.
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