JPH02123822A - 論理回路とその制御方法 - Google Patents

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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は論理回路ネットワーク、より詳細に言えば、電
源装置の電圧変動、回路のパラメータ及び環境のパラメ
ータの著しい変動（ｆ　１ｕｃｔｕａｔｉｏｎ　）を補
償する装置及び方法に関する。本発明をより具体的に言
えば、本発明は、動的に、即ちダイナミックに制御可能
な抵抗及び電流源を含み、関連する制御回路を有する電
流スイッチ・エミッタ・フォロワ（Ｃｕｒｒｅｎｔ　５
ｗ１ｔｃｈ　Ｅｍｉｔｔｅｒ　Ｆｏｌｌｏｗｅｒ−Ｃ３
ＥＦ）回路に関する。これらの制御可能な抵抗及び電流
源は、Ｃ３ＥＦ回路の出力論理信号レベルを独立して調
節するために、２つの独立した可変制御信号によって夫
々制御される。本発明のネットワークは、電源装置の電
圧や、回路の温度や、デバイス・パラメータが大きく変
動したとしても、殆ど電力を消費することなく、しかも
低電圧の電源装置を使用して、論理回路出力の論理的高
位レベル及び低位レベルが、基準電圧の上下でほぼ一定
に維持されるように制御される０本発明によって、高位
レベル及び低位レベルを安定に保つことにより、極めて
小さな論理信号レベルを使用することが出来るので、回
路のスイッチング速度、即ち回路の動作速度を高速度に
することが出来、しかも回路の電力消費量を小さくする
ことが出来る。

Ｂ、従来の技術 電流スイッチ・エミッタ・フォロワ論理回路、即ちＣ８
Ｅ　Ｆ回路は公知である。代表的な従来のＣ３ＥＦ回路
は、米国特許第４５７５６４７号の第１図、米国特許第
４７０９１６９号（第１欄）及び米国特許第３５０１６
４７号の第１図及び第２図に示されている。

代表的なＣ３ＥＦ論理回路の動作は、本発明を理解する
ために必要なので、以下に説明する。先ず、論理信号の
入力端子及び出力端子、電源装置の電源電圧入力端子及
び補助的な制御信号の入力端子を持つ単純化した論理回
路１を示した第３図を参照する。論理回路１は、ＯＲ（
オア）、Ｎ。

Ｒ（ノア）、ＮＡＮＤ（ナンド）等のような１個、また
はそれ以上の論理機能を遂行する標準的なＣ３ＥＦ回路
（エミッタ接続のロジック−ｅｍｉｔｔｅｒｃｏｕｐｌ
ｅｄ　ｌｏｇｉｃ−とも言われる）を含んでいる。この
回路は通常、１個または、それ以上の論理信号入力と、
１個、または２個の論理信号出力とを持っている。２個
の出力の場合、一方の出力は通常、他方の出力の論理的
補数である。また、能動デバイスである標準的なＣ３Ｅ
Ｆ回路は、動作用の１個、またはそれ以上の電圧供給源
を必要とし、その電圧供給源は、第３図において、■Ｃ
Ｃ及びｖＥＥで共通に示されている電源装置からの正電
圧及び負電圧によって供給されている。また、基準電圧
と呼ばれる他の電圧■１及びｖＲＥＦは、同じ電源装置
から供給される。ｖＲＥＦは接地電位であってよい。

第３図に示した従来の論理回路１の入力、出力及び電圧
付与端子の詳細が、第４図に示されている。ｎ個の入力
のＯＲ／ＮＯＲゲートを示す第４図の回路において、人
力トランジスタ１２．１４及び１６が、１個、またはそ
れ以上の論理信号人力を受け取るために並列構成で与え
られている。

３個の入力トランジスタが示されているけれども、より
少ない入力トランジスタ、または、より多い人力トラン
ジスタを使用することが出来る。トランジスタ１２．１
４及び１６のベースは、高位しベル、または低位レベル
で表される入力論理信号を受け取るために、入力端子Ｉ
Ｎ　　　ＩＮ２．、。

１ゝ ＩＮ　に接続されている。

トランジスター２．１４及び１６のコレクタは、共通に
接続されており、正電圧の電源装置の電圧■ｏｏから電
圧を供給されている抵抗２６に接続されている。トラン
ジスター２．１４及び１６は、第４のトランジスタ１８
と共に差動増幅器回路構成になるように接続されており
、第４のトランジスタ１８のコレクタは、抵抗２８を介
して電圧■ｃｃの端子に接続されている。トランジスタ
１８のベースは、第１の論理レベルの基準電圧”　ＲＥ
Ｆ　”接続されている。第１の論理レベルの基準電圧ｖ
ＲＥＦは、ここでは接地電位にされているが、他の電位
を用いてもよい、これらの４個のトランジスタ１２．１
４．１６及び１８のエミッタは、第５のトランジスタ２
２のコレクタに共通に接続されており、この第５のトラ
ンジスタ２２は、差動増幅器回路用の定電流源として動
作する。トランジスタ２２のエミッタは、抵抗３２を介
して、電源装置の負電圧ｖＥＥｆ印加されている第２の
端子に接続されている。第２の論理レベルの基準電圧、
即ち制御信号■ＣＳが、トランジスタ２２のベースに印
加される。従来の回路において、信号ｖｃ８は、出力信
号の低位レベルに対して成る程度の制御を与えるのに使
用される。

第４図の従来の回路において、エミッタ・フォロワ構成
に接続されている２＠の出力トランジスタ１０及び２０
が与えられており、これらのトランジスタのエミッタは
、夫々抵抗２４及び３０の一端に接続され、これらの抵
抗２４及び３０の他端は、電源装置の第２の電圧端子Ｖ
、に接続されている。トランジスタ１０のベースへの入
力端子は、トランジスタ１２．１４及び１６の共通に接
続されたコレクタから供給されているが、トランジスタ
２０のベースの入力端子は、トランジスタ１８のコレク
タから供給されている。トランジスタ１０及び２０のエ
ミッタは、夫々出力端子０ＵＴ１及び０ＵＴ２に接続さ
れている。

第４図の回路の動作は、公知である。端子ＩＮ１、ＩＮ
　　、、ＩＮ　に印加された入力信号の少なく２°　　
　　ｎ とも１つが、高位（正）レベルにある時、対応するトラ
ンジスタ１２．１４または１６は、オンに転じ、これに
より、定電流源トランジスタ２２を通って流れる電流の
大部分を、関連するトランジスタ１２．１４または１６
と、抵抗２６とを通って流させる。従って、トランジス
タ１８はオフになり、トランジスタ２０はオンになるの
で、端子０ＵＴ２の出力信号を高位レベルにさせる。ト
ランジスタ１０のベース電圧は、トランジスタ２０のベ
ース電圧よりも低いので、端子０ＵＴ１は低位レベルに
ある。このようにして、入力端子ＩＮ１、ＩＮ　　０．
ＩＮ上の信号の論理ＯＲが端子０ＵＴ２２°　　　　　
　　ｎ に発生され、そして、これらの信号の論理ＮＯＲが端子
０ＵＴ１上に発生される。

従来の代表的なＣ３ＥＦ論理ネツトワークにおいて、第
４図に示したような多くの回路が１個の集積回路チップ
に含まれている。チップへの電力は、チップ上にはない
外部の電源装置から供給される０通常同じ電源装置から
取出される電源電圧■　　■　、■及び■ＲＥＦは、一
定に維持されるＣＣ’　　　ＥＥ　　　　Ｔ ように意図されているが、実際上では、これらの電源装
置の電圧は多数の論理回路に大きな可変電流を供給する
ので、ある程度の変動が発生する。

名目上＋１．４ボルトの電圧値■。０の代表的な電圧変
動は、±８５ミリボルトである。■ｃｃ’　または■Ｆ
、Ｅの変動は、論理回路の出力レベルに変動（ノイズ）
を与えることになり、これは回路の性能に悪影響を与え
る。

この変動のために、従来の回路のトランジスタ１０及び
２０の相対的な高位出力レベル及び低位出力レベルは、
チップ上の回路の間の良好なコミニュケーションを補償
するため、信号のノイズに結び付いて、電源装置のノイ
ズを無くすように、±３５０ミリボルト程度やや高く保
たねばならない、その結果、回路素子に対して、より大
きな信号電圧の振れと、より長いターン・オフ時間及び
ターン・オフ時間とを必要とするので、この高い電圧は
、回路のスイッチング速度を制限することになる。また
、例えば温度のような環境的な因子による変動や、例え
ば抵抗とかトランジスタ利得のような回路素子のパラメ
ータの変動は、この種の変動に基づくノイズを克服する
ために、信号の振れを大きくしなければならないので、
回路の性能に悪影響を与える。

主電源装置の電圧■　、または■Ｅ−変動を安Ｃ 定化し、または補償するするために、あるいは、温度の
変動や、デバイス・パラメータの変動を安定化、または
補償するために、従来、他の幾つかの方法が提案されて
きた。これらの方法は、電流源制御装置か、または、分
圧器、あるいはショットキ・バリア・ダイオードのクラ
ンプ回路の何れかを使用している。黙しながら、これら
の従来の回路は、Ｖｏ、電圧、または他の電圧の変化に
正確に追従出来ないものか、または基準レベルの中心だ
けに追従するものか、または２つの論理出力レベルの内
の一方のレベルだけしか調節出来ないものか、または温
度及びデバイス・パラメータの変化の補償を正確に達成
することが出来ないものか、または比較的に高い電圧の
電源装置を使用しなければならないものかの何れかなの
で、一部の補償しか行わないか、または、他の欠点を導
入するものであった。

米国特許第４５７５６４７号において、制御信号■。８
は、電流源トランジスタ（第４図に示した従来の回路中
のトランジスタ２２のようなトランジスタ）のベースへ
の入力として発生される。夫々逆向きに接続されたショ
ットキ・バリア・ダイオードと協働して、この信号は、
基準電圧の中心の上下において、高位出力レベルと、低
位出力レベルを対称的に維持させる。然しながら、この
解決方法の弱点は、ただ１つの制御点しか与えられてい
ないことである。単にＶ。８だけを変化しても、独立し
た追従と、各出力レベルの制御とを行うことは出来ない
、また、対称的な出力は、常に利益があるわけではなく
、そして、単一の制御信号の使用は、ｖｃｏの変動や、
温度、またはデバイス・パラメータの変動に対して完全
な補償を与えるものではない、加えて、出力信号は、こ
の特許に示されたダイオード４４の順方向の電圧降下以
下に減少させることは出来ない。

米国特許第４７０９１６９号は、Ｃ３ＥＦ回路の出力レ
ベルを制御するための上述とは異なった回路及び方法を
開示している。この特許の第３図の抵抗２６、または３
０（第２図の抵抗２６及び２８と類似する）を介して、
必要な付加的な電流が取出されている。また、この回路
には、ショットキ・バリア・ダイオードが用いられてい
る。この回路の弱点は、第３図の重要な出力ノード１０
及び１２（本明細書の図面の第４図のトランジスタ１０
及び２０のベース端子と類似する）に、余分な電気容量
が増加することである。この回路を駆動するのに余分な
電力を必要とすることもこの回路の弱点である。

他の出力レベル制御装置が米国特許第３７７８６４６号
と、１９７５年１２月の１８Ｍテクニカル・ディスクロ
ージャ・ブレティン、第１５巻第７号の２１７８頁乃至
２１７９頁の「エミッタ接続の論理回路Ｊ　（Ｅｍｉｔ
ｔｅｒ−Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｌｏｇｉｃ　ｃｌｒｃｕｉｔ
　）と題する文献に記載されている。然しながら、これ
らの装置は、ｖｏｏ供給電圧の変動に対して充分な補償
を与えないこと、あるいは、高位レベル及び低位レベル
の両方を独立して制御することが出来ないことなどの弱
点を持っている。

従って、電源電圧の従来の調整方法は、電源装置の電圧
変動や、温度、またはデバイス・パラメータの変動に対
して充分に補償しないから、回路によって発生される高
位電圧レベル及び低位電圧レベルは、論理信号の基準電
圧レベル（第４図の回路の場合、接地電位）に対して、
比較的に大きく維持しなければならない。勿論、このこ
とは、名目上のノイズ・マージン、即ち許容ノイズ幅に
対して良い影響を与えず、回路の動作速度に悪影響を及
ぼすので、勿論、好ましいことではない。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 本発明は、上述の問題点を解決する新規な電流スイッチ
論理回路を提供するものであり、本発明のこの回路は、
出力信号の振れは、最少限に小さくすることが出来、そ
して、高位の電圧レベル及び低位の電圧レベルは、電源
装置の電圧の変動や、接合の温度変化や、デバイスの絶
対的パラメータの変動に殆ど左右されず、これと同時に
、回路の動作速度を最大限に発揮させ、回路の電力消費
を最小限にすることが出来る。

本発明の目的は、出力信号の振れ（ｓｗｉｎｇ）を小さ
くするために、論理信号のレベルに対して精密な制御を
行うことにある。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明の装置は、少なくとも１つの入力信号に応答して
、調節可能な第１の論理レベルと、他の調節可能な第２
の論理レベルとを発生するための論理回路ネットワーク
を含んでおり、 少なくとも１つの入力端子、出力端子、補数出力端子、
電力を受取るための少なくとも１つの電源装置の端子、
デバイス・パラメータ及び第１の制御端子を持つ回路素
子とを有する論理回路と、その論理回路に接続され、且
つ第２の制御端子を持つ制御回路と、電源装置の電圧、
回路素子の温度及び論理回路のコンポーネント・パラメ
ータの変動に応答して、第１制御信号及び第２制御信号
を独立して発生するための手段と、電源装置の電圧の変
動、素子の温度変化及び論理回路素子のデバイス・パラ
メータの変化に拘らず、第１及び第２の制御端子を、所
定の異なった基準レベルに維持させるように、第１及び
第２の制御端子に夫々制御信号を印加するための手段と
を含んでいる。

本発明の実施例において、制御回路は、負荷抵抗と、抵
抗に跨がって接続され、１個、またはそれ以上の、一方
のタイプのトランジスタを含む制御可能なダイナミック
抵抗と、ダイナミック抵抗を制御するために接続され、
１個、またはそれ以上の、他方のタイプのトランジスタ
を含む制御可能な電流増幅器と、基準電圧に対して、論
理信号レベルを一定に維持するために、ダイナミック抵
抗を変化させる電流増幅器に信号を印加するための手段
とを含んでいる。

本発明の他の実施例において、論理回路は、エミッタ・
フォロワ出力トランジスタを駆動する差動増幅器構成に
接続された制御可能な電流源を持つ補償電流スイッチの
エミッタ・フォロワ回路を含んでいる。第１及び第２の
制御信号と、論理回路及び制御回路の人力は、フィード
バック回路中の論理レベル基準電圧発生装置及びサンプ
ル発生装置を用いた回路を含む制御信号発生装置によっ
て発生される。

更に、本発明は、少なくとも１つの入力信号に応答して
、調節可能な第１の論理レベルと、他の調節可能な第２
の論理レベルとを発生するための方法を含んでおり、こ
の方法は、 第１の制御信号及び第２の制御信号を発生するステップ
を含み、各ステップは、電源装置の少なくとも１つの電
源電圧値、回路デバイスの温度及びデバイス・パラメー
タの関数であることと、異なった所定の基準レベルで第
１及び第２の論理レベルを維持するように、夫々第１及
び第２の論理レベルによって、第１及び第２の論理レベ
ルを別々に制御することとを含んでいる。

フィードバック回路で制御される信号発生装置と、ダイ
ナミック抵抗とを使用することによって、電源装置の高
位出力論理レベル及び低位出力論理レベルが、電源装置
とは独立して維持され、環境条件の変化を大きな範囲に
わたって補償する。これは、最悪の場合の信号の振れを
減少することなく、名目上の出力信号の振れを減少させ
る。加えて、出力レベルは、どのような基準レベルに関
しても対称的である必要はなく、そして、相対的に低電
圧の電源装置を使用することが出来る０本発明の実施例
のシミュレーションの結果によると、減小された信号の
振れは、従来の標準的なＣ３ＥＦ回路よりも性能（速度
）が２０％増加した回路が容易に達成可能であることが
分っている。

Ｅ、実施例 第１図を参照すると、本発明の１実施例のブロック図が
示されている。然し、本発明はこの特定の実施例に限定
されるものではない。

第１図において、論理回路１は、第３図に示された回路
と同様に、１個、またはそれ以上の論理信号入力に応答
して、１個、またはそれ以上の出力信号を与える。この
論理回路の電力は、主電源装置の電圧■　　■　　■及
び■ＲＥＦによって供ＣＣ’　　　ＥＥ’　　　Ｔ 給される。この実施例では、ｖＲＥＦは接地電位である
。電圧■　及び■ＥＥとの差は、例えば３ボルトＣ 程度であり、■　及び■。どの差は、例えば２ポルＣ ト程度である。

本発明の特徴は、電源装置の制御回路４２を使用するこ
とにある。電源装置の制御回路４２は、論理回路１に電
力を供給するのに使用されるＶ。０及びＶＴと同じ電圧
によって電力を供給されるので、従って、嵩張った電源
装置、または別個の電源装置を必要としない。制御回路
４２は論理回路１に第５の入力電圧Ｖ。Ｒｔ−与える。

第２図に示される特定の実施例において、この第５の電
圧入力■。Ｒは、ノード６０から論理回路１の抵抗２６
及び２８に供給される。第２図と第４図とを比較するこ
とによって分るように、この回路配列は、抵抗２６及び
２８だけが主電源装置の標準電圧を受取り、同じ電圧■
Ｃｏが、出力抵抗１０及び２０のコレクタに供給される
と言う点で従来の回路配列とは異なっている。

電源装置制御回路４２によって一定に維持されているノ
ード６０の入力電圧■ＣＲは、変動するｖｃｏ及びＶ。

Ｒに対して安定化された電圧である。

第１図の実施例において、この制御回路は、主電源装置
の電圧Ｖ　と、電源装置の第２の電圧Ｖ、と、Ｃ 第２の制御信号ｖＣＣＣとの３つの入力を持っている。

従って、電圧■　は、入力■。６、■１及び■。ｏｏの
Ｒ 間数である。

可変電圧である第２の制御信号Ｖ。ｏｏは、本発明の他
の特徴である制御信号発生装置４０（第１図参照）によ
って発生される。また、信号発生装置４０は、論理回路
１への入力に対して、可変電圧である第１の制御信号ｖ
ｃ８を発生する。信号発生装置４０への入力は、標準的
な電源装置の電圧ｖｖｖ及び■　である、信号Ｖ。ｃｃ
及びＣＣ’　　　ＥＥ’″　　Ｔ　　　　　ＲＥＦ■ｏ
８は、閉フィードバック・ループを形成するために、信
号発生装置４０にフィードバックされる。

制御信号Ｖ　及び■　は、電圧■。Ｃ”　ＥＥ、ｃｃｃ
　　　　　　ｃｓ ■、及びｖＲＥ−変動と、論理回路１を構成する素子の
温度変動及びデバイス・パラメータに生じる変動に応答
して変化する”　ｖｃｃｃの主目的は、ｖＲＥＦに対し
て論理回路１の論理出力の高位レベルを制御することに
あり、そして、■ｃ８の主目的はｖＲＥＦに対して論理
出力の低位レベルを制御することにある。従って、信号
レベル間の差異もまた制御される。各制御信号は、信号
発生装置４０のフィードバック回路の性質によって両方
のレベルに影響する。従って、制御信号■。、Ｃ及びｖ
Ｃ８と、制御回路４２及びその出力■。Ｒとは、前以っ
て選択されたこれらの理想的な基準レベルに極めて近接
して、論理回路１の出力レベルを維持するように、電圧
の変動、温度の変動及びデバイス・パラメータの変動を
安定化する本発明の機能を達成する。

通常、これらの「理想的な」レベルは、回路動作を高速
にするため、出来るだけ小さく選ばれる。

制御回路４２の回路配列の特定の実施例が第２図に示さ
れている。第２図において、破線で囲まれた回路部分は
、ノード６０における電圧ｖｃＲがｖｃｏの接続に置き
換わっていることを除けば、第２図に示した従来の代表
的なＣ３ＥＦと同じ回路を示している。既に述べたよう
に、本発明においては、電源装置の電圧■。Ｃの端子は
、従来の回路とは異なって、抵抗２６及び２８に接続さ
れていない。その代りに、負荷抵抗５０及び第１の制御
トランジスタ５２が、ｖ、Ｃの端子及びノード６０の間
の並列構成中に与えられており、ノード６０は抵抗２６
及び２８に接続されている。良好な実施例において、ト
ランジスタ５２はバイポーラ・トランジスタであり、論
理回路に使用されているトランジスタ（即ち、トランジ
スタ１０．１２．１４．１６．１８．２０及び２２）の
タイプとは反対のタイプのトランジスタであることが望
ましい、この実施例では、トランジスタ５２は、ＰＮＰ
タイプであり、トランジスタ１０．１２．１４．１６．
１８．２０及び２２はＮＰＮタイプのものである。トラ
ンジスタ５２のエミッタは、■ｃｏ端子に接続され、そ
のコレクタは、ノード６０に接続されており、加えて、
トランジスタ５２は、そのベースに印加された信号に応
答するダイナミック抵抗として動作するように構成され
ている。

第２の制御トランジスタ５４のコレクタは、トランジス
タ５２のベースに接続されている。トランジスタ５４の
エミッタは、抵抗５６に接続されており、抵抗５６の他
端は、電源装置の第２の電圧端子ｖ７の１つに接続され
る。トランジスタ５４のベースは、制御信号発生装置４
０からの第１の可変制御信号ＶＣｏＣを受け取る。

トランジスタ５４は、電流増幅器として動作し、そして
、ＶＣｃｏ信号に対して付加的な増幅を与えるが、若し
トランジスタ５２のベータ値（利得）が高ければ（即ち
６０以上）、回路を動作するために必ず必要とするもの
ではない、実際上において、そのような高いベータ値は
、集積されたＰＮＰトランジスタについて達成すること
は難しいが、若し達成出来るとすれば、制御信号ｖｃｃ
ｃは、反転して、トランジスタ５２のベースと直列接続
された抵抗に直接入力することが出来る。

電源装置の電圧Ｖ。０の範囲に対してトランジスタ５２
に要求された最大の抵抗値と同じ値の抵抗５０は、トラ
ンジスタ５２によって供給されるべき電流の負担を軽減
するために動作する。これは、トランジスタ５２の有効
ベータ値を増加し、加えて、必要とされるベース電流を
減少させる。結果として、制御回路４２に必要とされる
全体の電力を減少することになる。

本発明の他の実施例において、トランジスタ５２及び５
４と、抵抗５６とは、電界効果トランジスタ（ＰＦＥＴ
か、またはＮＦＥＴ）によって置き換えることが出来、
その電界効果トランジスタのソース−ドレインの電流路
は、■ｏｏ端子と、ノード■ｃＲとの闇に接続され、そ
して、そのゲート電極はＶ。ｃｃを受け取る。このよう
な場合、ｖｃｃｃの位相及び信号の振幅は、勿論、適当
に調節される必要がある。

制御信号発生装置４０からの第１の可変制御信号■、８
は、第２図に示した実施例の論理回路１中のトランジス
タ２２のベースへ入力される。制御信号■。８は、トラ
ンジスタ１２．１４．１６及び１８を通り、間接的にト
ランジスタ１０及び２０を通り、そしてトランジスタ２
２のコレクターエミッタの電流路を通る電流を変化させ
る。制御信号Ｖ。８がトランジスタ２２を制御し、且つ
ノード６０の電圧がｖｃｃｃによって一定レベルに維持
される限り、Ｃ３ＥＦ回路の出力の電圧及び電流は、所
定のレベルにほぼ一定に維持され、従って、ノイズが最
小限に減らされるので、出力信号の振幅は、最小限の振
れにすることが出来る。

第５図は第１図に示した本発明の制御信号発生装置４０
を示し、この制御信号発生装置は、制御信号ＶＣｏｃと
ｖＣ８とを発生するのに使用される。第５図において、
高位レベル・サンプル発生装置７０と、高位レベル基準
電圧発生装ｆｉ７２とが設けられており、それらの装置
の出力は、第１の差動増幅器７４に供給される。また、
低位レベル・サンプル発生装置７６及び低位レベル基準
電圧発生装置７８が設けられており、夫々の出力は、第
２の差動増幅器８０に供給される。

高位レベル・サンプル発生装置７０は、代表的な動作環
境（例えば、中央処理ユニット中の半導体チップ内）に
おける代表的なＣ３ＥＦ回路によって発生される高位出
力信号の実際のレベルの論理的高位出力信号の電圧値を
発生するよう意図されている。高位レベル・サンプル発
生装置７０は、例えば、常に「オフ」にされた、即ち低
位レベルに固定された１つ、またはそれ以上の入力トラ
ンジスタを有する第２図の制御回路４２と協働する論理
回路１である。これらの入力は、低位レベル基準電圧発
生装置７８から取出すことが出来る。

１実施例において、高位レベル・サンプル発生装置７０
の高位レベルの出力は、フィードバック・ループが開で
ある時、＋３５０ミリボルト乃至−５０ミリボルトの範
囲である。フィードバック・ループが閉ざされた時、出
力電圧は基準電圧発生装置の出力と同じである。

第５図の高位レベル基準電圧発生装置７２は、標準的な
基準高位レベル論理信号（即ち、Ｃ３ＥＦ回路に対して
意図された特定の構成と環境に必要とされる「理想的な
」高位論理出力レベルの一定の高位レベルの電圧値を与
えるのに使用される。

基準電圧発生装置７２の出力における代表的な電圧は、
＋１５０ミリボルトの程度である。基準電圧発生装置７
２の特定の例は、例えば１９８８年３月の１８Ｍテクニ
カル・ディスクロージャ・ブレティン第３０巻第１０号
の２７頁の「電源電圧の変動に追従しない基準電圧発生
装置」（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　Ｉ
ｎ５ｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｔｏ　ＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙ
　Ｖａｒｆａｔｉｏｎｓ　）と題する文献に記載された
回路や、本明細書に添付した図面の第６図に示された回
路である。

高位レベル・サンプル発生装置７０及び高位レベル基準
電圧発生装置７２の出力を入力として受け取る差動増幅
器７４の出力は、第２の制御信号ＶｏＣＣである。差動
増幅器７４は、上述の文献に記載された回路、または第
７図に示された回路のようなバイポーラ差動増幅器でよ
い、差動増幅器７４に必要とされる利得は、Ｃ３ＥＦ回
路１のＤＣ出力論理レベルにおいて許容するよう選んだ
変化量によって決定される０本発明の実施例においては
、利得は１００で充分であることが見出されている。増
幅器７４の出力■ＣＣＣは、電源装置の制御回路４２（
第１図）への入力、より特定して言えば、トランジスタ
５４（第２図）のベースへの入力である。このＶｃｃｃ
信号は、Ｃ３ＥＦ論理回路の高位レベルの絶対値を制御
し、そしてまた、サンプル発生装置７０及び７６の両方
にフィードバックされて、制御信号■。ｏｃ及び■。８
の両方の制御を、より緊密にするために、閉ループを形
成し、その結果、論理回路の高位レベルと低位レベルと
の両方を別々に、より効果的に制御する。

本発明の実施例において、低位レベル・サンプル発生装
置７６、低位レベル基準電圧発生装置７８及び差動増幅
器８０に関して、同様の回路配列が設けられている６例
えば、低位レベル・サンプル発生装置７６は、第２図の
標準のＣ３ＥＦ論理回路ｌ（制御回路４２を持っている
）と、常に「オン」である、即ち高位レベルに固定され
ている１個、またはそれ以上の回路１の入力トランジス
タ！ある。これらの入力は、高位レベル基準電圧発生装
置７２から取出すことが出来る。このようにして、低位
レベル・サンプル発生装置７６は、特定の動作環境にお
ける代表的なＣ３ＥＦ論理回路によって発生された実際
の低位レベル出力信号の低位レベル出力信号の電圧値を
発生する０本発明の実施例において、この低位レベルの
出力は、−２００ミリボルト乃至−３００ミリボルトで
ある。

例えば上述の文献に示された回路、または第６図に示さ
れた回路のような低位レベルの基準電圧発生装置７８は
、Ｃ３ＥＦ論理回路の特定の構成及び環境に対する「理
想的な」低位レベルの標準的な基準論理低位レベルの電
圧値を発生する。本発明の特定の実施例において、低位
レベル信号は−２３０ミリボルト程度の電圧受ある。

低位レベル・サンプル発生装置７６及び基準電圧発生装
置７８の出力は、差動増幅器８０の入力に印加され、差
動増幅器８０は、例えば第７図に示された利得１００の
差動バイポーラ増幅器である。差動増幅器８０は、Ｃ３
ＥＦ論理回路１（第１図）への入力、より特定していえ
ばトランジスタ２２（第２図）のベースへの入力に対す
る第２の制御信号（ＶＣ８）である出力を持っている。

この■Ｃ８信号は、Ｃ３ｌＥＦ回路の高位レベル及び低
位レベルの間の差異を制御し、そしてまた、サンプル発
生装置７０及び７６の両方にフィードバックされて、■
　信号及びＶ。ｃｃ信号を、より緊密にＳ 制御するために、閉ループを形成し、これにより、論理
回路の高位出力レベル及び低位出力レベルを別々に、よ
り効果的に制御する。

従って、制御信号発生装置４０（第５図）のフィードバ
ック回路配列は、主電源装置の電圧Ｖ。ｏ１■。、及び
ｖＴの変動に対して補償を行うような態様で制御電圧■
。ｏｃ及びｖＣ３を変化させる手段を与える。また、こ
の制御回路配列は、サンプル発生装置を使用することに
よって、Ｃ３ＥＦ回路中の種々のデバイスの温度の変動
及びデバイス・パラメータの変動とを補償するのに役立
つ、従って、名目上の出力信号の振れは、最悪の場合の
信号の振れを減小することなく小さくすることが出来る
。高位レベル及び低位レベルの基準電圧発生装置は、電
圧■。Ｃ％ｖＥ−び■、の変動と、温度及びデバイス・
パラメータの変動には無関係であるが、ＶＲＥＦに直接
に正比例する高位レベル及び低位レベル基準を与える。

第６図は、第５図の基準電圧発生装置７２及び７８に使
用することの出来る上述の文献に記載された回路の特定
の例である。第７図は、第５図の差動増幅器７４及び８
０として使用することの出来る上述の文献に示された特
定の例の回路を示している。

第６図において、電源装置の電圧ｖｃＣ及びｖＥＥは、
夫々端子８８及び９１に入力される。１実施例として、
これら２つの端子の間にある幾つかの回路は、直列接続
された下記の素子を持っている。

即ち、第１の通路は、抵抗８４と、トランジスタ８２の
コレクターエミッタ間の通路と、抵抗８３とを含んでい
る。第２の通路は、抵抗８４と、抵抗８５と、トランジ
スタ８６のコレクターエミッタ間の通路と、抵抗８７と
を含んでいる。第３の通路は、トランジスタ８９のコレ
クターエミッタ向の通路と、抵抗９０とを含ん↑いる。

第４の通路は、抵抗９２と、トランジスタ９３のコレク
ターエミッタ間の通路と、抵抗９４とを含んでいる。

第５の通路は、トランジスタ９５のコレクターエミッタ
間の通路と、抵抗９６とを含んでいる。トランジスタ８
２のベースは、接地電位である電源電圧ＶＲＥＦを受け
取る。トランジスタ８６及び９３のベースは５両方とも
トランジスタ８９のエミッタに接続されている。トラン
ジスタ８９及び９５のベースは、夫々、トランジスタ８
６及び９８のコレクタに接続されている。

最適な動作において、トランジスタ８２のｖＢＥは、ト
ランジスタ８９のｖＢＥと同じにされ、そしてトランジ
スタ９３のｖＢＥは、トランジスタ９５の■、と同じに
される。加えて、抵抗８３の抵抗値は、抵抗８４の抵抗
値と同じにされ、そして抵抗９２の値と抵抗９４の値と
の比は、抵抗８４．８５及び８７の抵抗値の和と、抵抗
８７の抵抗値との比と同じにされる。

トランジスタ９５のエミッタから取出された第６図の出
力端子は、第５図の増幅器７４への入力用の高位レベル
基準信号か、または第５図の増幅器８０への人力用の低
位レベル基準信号を供給する。これらの論理レベル基準
信号は、ｖＣＣ”　ＥＥ及び■１と、温度及びデバイス
・パラメータとは独立しているが、ＶＲＥＦに追従する
。

第７図は、第５図に示した差動増幅器７４か、または、
差動増幅器８０の何れかに用いられる差動増幅器を示し
ている７、第７図の回路の外観は、第６図の回路と類似
しているが、第７図の回路は、第６図の回路と全く異な
った機能を持っている。

電源装置の電圧■　及びＶ　Ｅ　Ｅ　Ｌｔ、夫々端子１
０６Ｃ 及び１０８へ印加される。第７図の実施例において、こ
れら２つの端子間に接続された幾つかの電流路は、 以下の通りである。即ち、第１の通路は、抵抗１１０と
、トランジスタ１１１のコレクターエミッタの通路と、
抵抗１１２とを含んでいる。第２の通路は、抵抗１１０
と、抵抗１１３と、トランジスタ１１４のコレクターエ
ミッタの通路と、抵抗１１５とを含んでいる。第３の通
路は、トランジスタ１１６のコレクターエミッタの通路
と、抵抗１１７とを含んでいる。第４の通路は、抵抗９
８と、トランジスタ９９のコレクターエミッタの通路と
、トランジスタ１１Ｂのコレクターエミッタの通路と、
抵抗１１９とを含んでいる。第５の通路は、抵抗１００
と、トランジスタ１０１のコレクターエミッタの通路と
、トランジスタ１１８のコレクターエミッタの通路と、
抵抗１１９とを含んでいる。第６の通路は、トランジス
タ１０２のコレクターエミッタの通路と、抵抗１０３と
を含んでいる。トランジスタ１１１のベースは、この実
施例では接地されている電源装置の電圧■ＲＥＦが印加
されている。トランジスタ１１４及び１１８のベースは
、両方とも、トランジスタ１１６のエミッタに接続され
ている。トランジスタ１１６及び１０２のベースは、ト
ランジスタ１１４及び１０１のコレクタに夫々接続され
ている。トランジスタ１１８は定電流源として動作する
。

補助的な動作のために、抵抗９８及び１００の抵抗値は
同じであり、抵抗１１０．１１２及び１１３の抵抗値も
等しくされている。加えて、抵抗９８（または抵抗１０
０）と抵抗１１９との比は、抵抗１１０の抵抗値に、抵
抗１１３の値及び抵抗１１５の値の２倍を加えた合計値
と、抵抗１１５の値との比と同じにされている。

第７図の回路が第５図の差動増幅器７４として動作する
時、高位レベル・サンプル発生装置７０からの入力「Ａ
」は、トランジスタ１０１のベースに印加され、そして
高位レベル基準電圧発生装置７４からの入力ｒＢＪは、
トランジスタ９９のベースに印加される。出力、即ち制
御信号Ｖｃｃｃは、トランジスタ１０２のエミッタから
取出される。

第７図の回路が第５図の差動増幅器８０として使用され
る時、同様な回路が動作されることになる。この場合、
低位レベル・サンプル発生装置７６からの入力「Ｃ」は
、トランジスタ９９のベースに印加され、低位レベル基
準電圧発生装置７８からの入力「Ｄ」は、トランジスタ
１０１のベースに印加される。この回路の出力は、トラ
ンジスタ１０２のエミッタから取出された制御信号ＶＣ
Ｓである。第７図の回路の左側の素子（即ち、トランジ
スタ１１１．１１４．１１６、及び１１８と、抵抗１１
０．１１２．１１３．１１５．１１７及び１１９）は、
安定な定電流源構成によって、外部からの変動の影響を
受けない出力を維持するのに動作する素子である。第７
図の回路の出力の電圧は、２つの入力における電圧の差
だけに比例して変動し、この回路は、■ｃｃ、ｖＥＥ、
■、の電圧と、回路の温度及びデバイス・パラメータと
の変動には無関係である。

本発明の実施例の動作を以下に説明する。先ず、電源装
置の電圧■ｃｏを考えてみる。若し、過渡的な電圧降下
がこの電圧に発生したとすると、この電圧降下は、サン
プル発生装置７０とサンプル発生装置７６（第５図）の
出力を瞬間的に低位に変動させ、この変動は、差動増幅
器７４及び８０によって増幅される。基準電圧発生装置
７２．７８の出力は、■　及びｖＥＥの電圧の変動とは
無関係Ｃ なので、基準電圧発生装置７２．７８の出力は、上述の
変動には影響されない。その結果、増幅器７４の出力の
制御信号■　は、Ｖｏｏ及びｖＥＥの電ＣＣ 圧の変動の関数としての大きさだけ増加し、且つ、増幅
器８０の出力の制御信号Ｖ　は、ｖｏｏ及びＶＥ−電圧
の変動の関数としての大きさだけ減少される。

トランジスタ５４（第２図）のベースに印加された■。

ｏｏ信号は、トランジスタ５４を介してゲートされる電
流、転じて、トランジスタ５２のベースを通る電流に、
殆ど同時の変動を生じる。転じて、この変動は、トラン
ジスタ５２のエミッターコレクタ電流路の抵抗中に、殆
ど同時に発生する低位への変動を発生する０本発明の実
施例において、トランジスタ５２のダイナミック抵抗は
、電源電圧Ｖ　が、＋１．４ボルトの名目上の■ｃＣの
Ｃ 「中央値」の上側に２００ミリボルトの上昇値から、下
側に２００ミリボルト降下値まで変化したときに、０オ
ームから殆ど無限大まで変化する。

この変化は、回路の理想的な基準レベルに非常に近接し
た出力ＯＵＴ　及び０ＵＴ２に高位レベルを維持するの
に充分な大きさである”　■ｃｃがその名目上の値にあ
る時（即ち、電流が名目値に中心付けられた時）、トラ
ンジスタ５２のエミッターコレクタ間の抵抗は、抵抗５
０の抵抗にほぼ等しい。

若し、電圧■。０が上昇すると、トランジスタ５２は、
−層オフ収態になり（より小さな電流を流すこと）、ト
ランジスタ５２のエミッターコレクタ間の抵抗は増加し
て、これは、ＶｃｏとＶ。Ｒに跨がる電圧を降下させる
。

トランジスタ５２及び５４は、制御信号Ｖ。ｃｏの殆ど
同時の変化を反映させるのに充分に速い応答時間を持っ
ており、これは、転じて、電源電圧ｖｃｏ及び■、−変
化と殆ど同時に変化する。抵抗５６は、トランジスタ５
２のベースを制御し、且つ電流増幅を与えるためにトラ
ンジスタ５４と共に動作して、フィードバック・ループ
の利得の増加を援助する。その結果、論理回路の出力レ
ベルは、電圧■、の変化には殆ど無関係史ある。

加えて、ｖｏＳはＶＥ−変化と殆ど同時に変化する。例
えば若し、Ｖ　Ｅ　Ｅ　１！Ｆ−より正方向に増加すれ
ば、ｖｃｓは増加される。

本発明の他の特徴は、電圧調整回路（信号発生装置４０
及び制御回路４２）によって必要な全体の電力消費が小
さいことである。この実施例において、ＰＮＰタイプの
トランジスタを使用すると、制御回路４２により消費さ
れる電力を非常に小さくすることが出来るので、トラン
ジスタ５２（第２図）は、ＰＮＰトランジスタが用いら
れている。

１個当りのＣ３ＥＦ論理回路が必要とする電力は、以下
の数式で計算することが出来る。

（ｖＣＣ−ｖ、　）（１５，／２　　）（β　　）（α
ＮＰＮ　） ＮＰ 上式において、ｌ　はトランジスタ５２を通つ３ｗ て流れるスイッチ電流であり、βは、コレクタの電流利
得のためのトランジスタ５２のベース電流であり、そし
て、αはトランジスタ５４のコレクタ電流と、エミッタ
電流との比である。抵抗５０は、電流スイッチの電流の
半分を与えるので、ｌ　は、２で割られる。この回路配
列のために、３ｗ 制御信号発生装置４０は、この電源装置が多くの論理回
路に対して電流を配分しても、僅かな電力消費だけで済
む。また、他の論理回路に対して使用される同じ電源装
置について、同じサンプル発生装置、基準電圧発生装置
及び差動増幅器を使用することが出来る。

本発明を使用することによって、Ｃ３ＥＦｉｉ＆理回路
１（第２図）の出力における＋１５０ミリボルトと一２
２０ミリボルトの名目上の高位及び低位レベルは、ｖ　
　Ｖ　　または■、電圧が２０％ＣＧ’　　　ＥＥゝ まで変化したとしても、１％以下で変化させること、が
出来る。同様に、周囲の温度が４５℃から８５℃に変化
した時、これらの出力レベルは、１％以下の大きさで変
化し、そして、論理回路のデバイス・パラメータ（例え
ば、抵抗２６．２８及び３２、または、トランジスタ１
０，１２．１４．１６．１８．２０及び２２の■８．）
が、２０％の範囲で変動した時、サンプル発生装置７０
及び７６（第５図）の対応する素子は、その変動に応じ
て上述の率で変化する。これを換言すれば、本発明は、
デバイス・パラメータにおける代表的な半導体製造の全
てのバラツキを補償すると言うことである。上述の程度
の制御の大きさは、標準的なＣ８Ｅ　Ｆ論理回路に少な
くとも２０％の速度増加を与える大きさに、出力レベル
を減少させることが出来る。

信号発生装置４０（第５図）は、回路のデバイス・パラ
メータの変動を、より正確に追跡するように、Ｃ３ＥＦ
回路と同じチップに設けられる。

これは、複数個のＣ３ＥＦ論理回路に対して、２つの制
御信号Ｖ。ｏｏ及び■。Ｓを配分する。同じ発生装置か
ら、これらの信号を受取らせることの出来る論理回路の
数は４００以上であると予測されている。

本発明によって与えられる制御は、低電圧動作で行うこ
とが出来、その結果、論理回路が同じ大きさの電流で動
作するとすれば、電力の消費は低くて済む、これは、性
能が改善されるということに加えて、同じタイプのデバ
イスを使用したＣ５ＥＦ論理回路に対して、より高速度
で動作する装置を与えることが出来る。

本発明の他の利点は、制御回路４２、サンプル発生装置
７０及び差動増幅器７４（第２図）が充分な高速動作を
するように設計されていれば、電源装置からの高い周波
数のスイッチング・ノイズ（ドライバで発生されるノイ
ズ、即ちΔｉノイズ）を濾過することが出来る。若し、
コンデンサが制御回路４２のノード６０に接続されてい
れば、付加的な濾過作用が得られる。

上述したように、高位及び低位レベルが電源装置の電圧
の変動や、ＰＮ接合の温度の変動や、絶対的デバイス・
パラメータの変動によって殆ど変化しないので、本発明
は、通常の電流スイッチ論理回路の出力信号の振れを最
小限の幅に小さくすることが出来る。従って、最大の速
度と、最小限の電力消費を、同時に達成することが出来
る。

従って、本発明は、高い性能を持つ論理回路の設計者が
直面する重要な問題を解決すること、即ち、上述したよ
うな環境により発生される電圧変動を効果的に補償する
ことが出来る。これは、小さい信号に対して、より良い
ノイズ・マージンを与えることが出来る。

Ｆ１発明の詳細 な説明したように、本発明は、電流スイッチ論理回路の
出力信号の振れを、最小限の大きさに減少することが出
来、そして、高位及び低位レベルが電源装置の電圧変動
や、ＰＮ接合の温度の変動や、デバイスの絶対的パラメ
ータの変動に殆ど無関係である電流スイッチ論理回路を
提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例のブロック図、第２図は第１
図の実施例の模式的な回路図、第３図は従来のＣ３ＥＦ
論理回路のブロック図、第４図は第３図の論理回路の模
式的な回路図、第５図は第１図及び第２図の回路の人力
として用いる制御信号Ｖ。ｃｏ及びＶ。Ｓを発生するの
に使用することが出来る本発明のフィードバック回路の
実施例のブロック図、第６図は第５図の基準電圧発生装
置７２及び７８の１例の模式的な回路図、第７図は第５
図の差動増幅器７４及び８０の１例の模式的な回路図で
ある。 １・・・・論理回路、４０・・・・制御信号発生装置、
４２・・・・電源装置の制御回路、７０・・・・高位レ
ベル・サンプル発生装置、７２・・・・高位レベル基準
電圧発生装置、７４．８０・・・・差動増幅器、７６・
・・・低位レベル・サンプル発生装置、７８・・・・低
位レベル基準電圧発生装置、■ｃｃ、ＶＥＥ、■７、■
　・・・・主電源装置の電圧、■ｏＲ・・・・第５の電
圧、ＥＦ ■　・・・・第１の制御信号、■　・・・・第２の制御
信ｃｓ　　　　　　　　　　　　ｃｃｃ 号。 出　願　人　　インターナショナル・ビジネス・マシー
ンズ・コーポレーション 代　理　人　　弁理士　　山　　本　　仁　　朗（外１
名） 第３０ 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１つの入力信号に応答して調節可能な
   第１の論理レベルと、調節可能で差動的な第２の論理レ
   ベルを発生するための論理回路であつて、 （ａ）少なくとも１つの入力端子と、少なくとも１つの
   出力端子と、電源を受け取るための少なくとも１つの電
   源端子と、所定のパラメータをもつ回路素子と、第１の
   制御端子を有する論理回路手段と、 （ｂ）上記論理回路手段に接続され、第２の制御端子を
   もつ制御回路と、 （ｃ）上記電源と、温度と、上記回路素子のパラメータ
   の変動に応答して第１の制御信号と第２の制御信号とを
   独立に発生するための手段と、（ｄ）上記電源と、温度
   と、上記回路素子のパラメータの変動に拘らず上記第１
   と第２の論理レベルを異なる予定の基準レベルに維持す
   るように上記第１及び第２の制御端子にそれぞれ上記第
   １の制御信号と第２の制御信号を供給するための手段と
   を具備する、 論理回路。
2. （２）少なくとも１つの入力信号に応答して調節可能な
   第１の論理レベルと、調節可能で差動的な第２の論理レ
   ベルを発生するための電流スイッチ・エミッタ・フォロ
   ワ論理回路であつて、 （ａ）少なくとも１つの入力端子と、少なくとも１つの
   出力端子と、電源を受け取るための少なくとも１つの電
   源端子と、所定のパラメータをもつ回路素子と、第１の
   制御端子を有する電流スイッチ・エミッタ・フォロワ論
   理回路手段と、 （ｂ）上記論理回路手段に接続され、第２の制御端子を
   もつ制御回路と、 （ｃ）上記電源と、温度と、上記回路素子のパラメータ
   の変動に応答して第１の制御信号と第２の制御信号とを
   独立に発生するための手段と、（ｄ）上記電源と、温度
   と、上記回路素子のパラメータの変動に拘らず上記第１
   と第２の論理レベルを異なる予定の基準レベルに維持す
   るように上記第１及び第２の制御端子にそれぞれ上記第
   １の制御信号と第２の制御信号を供給するための手段と
   を具備する、 電流スイッチ・エミッタ・フォロワ論理回路。
3. （３）少なくとも１つの入力信号に応答して調節可能な
   第１の論理レベルと、調節可能で差動的な第２の論理レ
   ベルを発生するための方法であつて、（ａ）それぞれが
   、電源電圧と、温度と、回路デバイスのパラメータの関
   数である第１の制御信号と第２の制御信号を発生する段
   階と、 （ｂ）上記第１と第２の論理レベルを異なる予定の基準
   レベルに維持するように上記第１の制御信号と第２の制
   御信号によつて上記第１及び第２の論理レベルを独立に
   制御する段階を有する、論理回路の制御方法。