JPH02241115A - Semiconductor logic circuit - Google Patents

Semiconductor logic circuit

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JPH02241115A
JPH02241115A JP1061686A JP6168689A JPH02241115A JP H02241115 A JPH02241115 A JP H02241115A JP 1061686 A JP1061686 A JP 1061686A JP 6168689 A JP6168689 A JP 6168689A JP H02241115 A JPH02241115 A JP H02241115A
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JP
Japan
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stage
logic circuit
circuit
signal level
current switching
Prior art date
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Pending
Application number
JP1061686A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Hirakata
宣行 平方
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To reduce power consumption by stacking plural logic circuits compris ing a current changeover circuit longitudinally to a constant current source. CONSTITUTION:A lower-stage logic circuit 125 and an upper stage logic circuit 126 are formed, sources of drive transistors(TRs) 101, 102 of the lower stage logic circuit 125 are connected together and connected to a power terminal 127 of a voltage VSS via a constant current source 113 and a drain of a signal level adjustment TR 105 connects to one load element 111 of the upper stage logic circuit 126. Then the signal of the lower stage logic circuit 126 is sent to the upper stage logic circuit 126 whose logic signal level differs not through a level shift means. That is, when a complementary input signal is given to gates of a couple of drive TR of the current switching circuit of each stage, a level in response to an input signal supplied to the driving TR of the stage and the drive TR of the current switching circuit placed lower than the stage appears at the load element terminal of the current switching circuit of each stage as the output signal of the stage. Thus, the circuit is operated with low power consumption.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体論理回路、特に、ショットキゲート電
界効果トランジスタ(MESFET)を用いた半導体論
理回路に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to semiconductor logic circuits, and particularly to semiconductor logic circuits using Schottky gate field effect transistors (MESFETs).

〔従来の技術〕[Conventional technology]

情報化社会の発展にともない、より高速の情報処理を行
う装置に対する需要が高まり、これを構成する半導体装
置にもより高速の動作が求められている。ガリウムひ累
乗積回路(GaAslC)は、GaAs自身の持つ高電
子移動度、半絶縁性基板などの特徴からこれらの分野で
の貢献が期待されている。
2. Description of the Related Art With the development of an information society, the demand for devices that process information at higher speeds has increased, and the semiconductor devices that make up these devices are also required to operate at higher speeds. Gallium power product circuits (GaAslC) are expected to contribute to these fields due to the characteristics of GaAs itself, such as its high electron mobility and semi-insulating substrate.

第2図は、GaAs1Cに多く用いられるSCF L 
(Source Coupled PET Logic
)回路によるインバータ回路を示すものである。同図に
おいて、符号21.22は負荷素子、符号23.24は
駆動用トランジスタ、符号25.27はソースホロワト
ランジスタ、符号26.28はレベルシフト用素子、符
号29.30.31は定電流源、符号32.33は電源
用端子、符号34.35は入力端子、符号36〜39は
出力端子をそれぞれ示している。入力信号は、入力端子
34.35に相補的に与えられ、基本の出力信号は出力
端子36.37から得ることができる。
Figure 2 shows SCF L, which is often used for GaAs1C.
(Source Coupled PET Logic
) circuit. In the figure, 21.22 is a load element, 23.24 is a driving transistor, 25.27 is a source follower transistor, 26.28 is a level shift element, and 29.30.31 is a constant current. 32 and 33 are power supply terminals, 34 and 35 are input terminals, and 36 to 39 are output terminals, respectively. The input signals are provided complementary to the input terminals 34.35, and the fundamental output signal can be obtained from the output terminals 36.37.

5CFL回路では、一般にトランジスタにデイプリージ
ョン型が用いられており、次段の論理回路との整合性か
ら、出力信号の電位を駆動用トランジスタのドレイン端
子よりも低くする必要があるためにソースホロワ回路4
0が付加されている。
In a 5CFL circuit, a depletion type transistor is generally used for the transistor, and for consistency with the next stage logic circuit, the potential of the output signal needs to be lower than the drain terminal of the driving transistor, so a source follower circuit is used. 4
0 is added.

この回路ではソースホロワトランジスタ25.27のゲ
ート−ソース間電圧により、信号レベルのシフトが行わ
れている。
In this circuit, the signal level is shifted by the voltage between the gate and source of the source follower transistors 25 and 27.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところで、5CFL回路に用いられているGaA s 
M E S F E Tはモノポーラデバイスであるた
め、シリコン(Si)のバイポーラトランジスタなどに
起こる少数キャリア蓄積効果がなく低電圧で動作可能で
ある。しかし、従来の論理回路システムとのコンパチビ
リティ−を重視して、GaA s M E S F E
 Tにとっては十分すぎる程の高い電源電圧で動作させ
ることが多い。したがって、低消費電力という本来の特
性を十分に生かしきれていなかった。
By the way, GaAs used in the 5CFL circuit
Since the MESFET is a monopolar device, it is free from the minority carrier accumulation effect that occurs in silicon (Si) bipolar transistors and can operate at low voltages. However, with emphasis on compatibility with conventional logic circuit systems, GaA s M E S F E
It is often operated at a high power supply voltage that is more than sufficient for T. Therefore, the original characteristic of low power consumption could not be fully utilized.

本発明の課題は、このような問題点を解消することにあ
り、高い電源電圧で動作させるシステムに適用したとき
に、実質的に低消費電力で動作させることができる半導
体論理回路を提供することにある。
An object of the present invention is to solve these problems, and to provide a semiconductor logic circuit that can operate with substantially low power consumption when applied to a system that operates at a high power supply voltage. It is in.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記課題を解決するために、本発明の半導体論理回路は
、一対の負荷素子と、ソースが互いに接続され一方のド
レインが前記負荷素子の一方に直接または間接的に接続
され他方のドレインが前記負荷素子の他方に直接または
間接的に接続されている1または2以上の駆動用電界効
果トランジスタ対とを有するn個(nは2以上の任意の
自然数)の電流切替回路が1つの定電流源に対して縦積
みされており、最下段を第1段目とし最上段を第n段目
とすると、任意の第9段目(1≦ρ≦n−1)の電流切
替回路の2つの負荷素子がそれぞれ信号レベル調整用電
界効果トランジスタを介して第(N+1)段目のいずれ
かの駆動用電界効果トランジスタ対のソースまたは負荷
素子に別々に接続されているものである。
In order to solve the above problems, a semiconductor logic circuit of the present invention includes a pair of load elements, the sources of which are connected to each other, the drain of one of which is directly or indirectly connected to one of the load elements, and the drain of the other connected to the load element. n (n is any natural number of 2 or more) current switching circuits each having one or more driving field-effect transistor pairs connected directly or indirectly to the other side of the element are connected to one constant current source. If the bottom stage is the first stage and the top stage is the nth stage, then the two load elements of the current switching circuit of any 9th stage (1≦ρ≦n-1) are separately connected to the source or load element of any pair of drive field effect transistors in the (N+1)th stage via signal level adjustment field effect transistors.

〔作用〕[Effect]

各段の電流切替回路の一対の駆動用トランジスタのゲー
トに相補的な入力信号が与えられると、各段の電流切替
回路の負荷素子端には、当該段の駆動用トランジスタお
よび当該段より下段に位置する電流切替回路の駆動用ト
ランジスタに与えられる入力信号に応じた電位が当該段
の出力信号として現れる。
When complementary input signals are applied to the gates of a pair of driving transistors in each stage of current switching circuit, the load element terminals of the current switching circuit in each stage are connected to the driving transistor in that stage and the driving transistor in the stage below. A potential corresponding to the input signal applied to the driving transistor of the current switching circuit located there appears as an output signal of the relevant stage.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の一実施例を示す回路図であり、2つの
論理回路および定電流源が電源に対して縦積みされてい
る。すなわち、図中の一点鎖線を境にして、下段論理回
路125と上段論理回路126が形成されている。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, in which two logic circuits and a constant current source are stacked vertically with respect to a power supply. That is, a lower stage logic circuit 125 and an upper stage logic circuit 126 are formed with the dashed-dotted line in the figure as a boundary.

下段論理回路125の駆動用トランジスタ101.10
2の各ソースは互いに接続されており、定電流源113
を介して電圧v88の電源端子127に接続されている
。駆動用トランジスタ101.102の各ドレインには
、負荷素子103.104がそれぞれ接続され、負荷素
子103.104の他端はそれぞれ信号レベル調整用ト
ランジスタ105.106のソースに接続されている。
Driving transistor 101.10 of lower logic circuit 125
2 are connected to each other, and a constant current source 113
It is connected to the power supply terminal 127 of voltage v88 via. Load elements 103 and 104 are connected to the drains of the drive transistors 101 and 102, respectively, and the other ends of the load elements 103 and 104 are connected to the sources of signal level adjustment transistors 105 and 106, respectively.

信号レベル調整用トランジスタ105.106のゲート
は、共に固定電位vLSが与えられる端子116に接続
されている。駆動用トランジスタ101.102の各ゲ
ートは、入力信号A1Aの入力端子114.115にそ
れぞれ接続されている。
The gates of the signal level adjustment transistors 105 and 106 are both connected to a terminal 116 to which a fixed potential vLS is applied. Each gate of the driving transistors 101 and 102 is connected to an input terminal 114 and 115 of the input signal A1A, respectively.

信号レベル調整用トランジスタ105のドレインには、
上段論理回路126の一方の負荷素子111に接続され
ている。信号レベル調整用トランジスタ106のドレイ
ンには、上段論理回路126の第1組の駆動用トランジ
スタ107、108のソースが共通に接続されている。
At the drain of the signal level adjustment transistor 105,
It is connected to one load element 111 of the upper logic circuit 126. The sources of the first set of driving transistors 107 and 108 of the upper logic circuit 126 are commonly connected to the drain of the signal level adjustment transistor 106.

駆動用トランジスタ107のドレインには、負荷素子1
11が接続され、駆動用トランジスタ108のドレイン
には、上段論理回路126の第2組の駆動用トランジス
タ109.110のソースが共通に接続されている。第
2組の駆動用トランジスタ109.110の各ドレイン
は、それぞれ負荷素子111.112に接続されており
、負荷素子111.112の他端は、電源電圧v8.が
印加される電源端子128に共通に接続されている。第
1組の駆動用トランジスタ107.108の各ゲトは、
入力信号B、Bの入力端子117.118に、また、第
2組の駆動用トランジスタ109.110の各ゲートは
、入力信号C,Cの入力端子119.120にそれぞれ
接続されている。
The load element 1 is connected to the drain of the driving transistor 107.
11 is connected to the drive transistor 108, and the sources of the second set of drive transistors 109 and 110 of the upper logic circuit 126 are commonly connected to the drain of the drive transistor 108. Each drain of the second set of drive transistors 109.110 is connected to a load element 111.112, and the other end of the load element 111.112 is connected to a power supply voltage v8. are commonly connected to a power supply terminal 128 to which is applied. Each gate of the first set of driving transistors 107 and 108 is
The input terminals 117 and 118 for the input signals B and B are connected, and the gates of the second set of drive transistors 109 and 110 are connected to the input terminals 119 and 120 for the input signals C and C, respectively.

このように構成された本実施例の論理回路の下段論理回
路125はインバータである。また、上段論理回路12
6は2人カノア(NOR)回路であるが、後述するよう
に下段論理回路125と電流を介して論理接続している
ため、実質的に3人カノア回路を構成している。
The lower logic circuit 125 of the logic circuit of this embodiment configured as described above is an inverter. In addition, the upper logic circuit 12
6 is a two-person Kanoa (NOR) circuit, but as will be described later, it is logically connected to the lower logic circuit 125 via a current, so that it essentially constitutes a three-person Kanoa circuit.

下段論理回路125の信号レベルは、信号レベル調整用
トランジスタ105.106のゲートに与えられる電圧
■L8の値によって決まり、電圧V としては例えば電
源電圧vDDとv88の中間型S 位が選ばれる。したがって、下段論理回路125の平均
論理信号レベルは電圧vLsよりも低い。また、出力信
号Q1、Qlの平均信号レベルは入力信号A、Aの平均
信号レベルに対して高い。
The signal level of the lower logic circuit 125 is determined by the value of the voltage L8 applied to the gates of the signal level adjusting transistors 105 and 106, and the voltage V is selected to be, for example, an intermediate type S between the power supply voltages vDD and v88. Therefore, the average logic signal level of lower logic circuit 125 is lower than voltage vLs. Further, the average signal level of the output signals Q1 and Ql is higher than the average signal level of the input signals A and A.

なお、信号レベル調整用トランジスタ105.106に
は、そのゲート幅が、駆動用トランジスタ101.10
2のゲート幅よりも大きいものが用いられており、これ
によって、そのソース電位が安定している。
Note that the gate width of the signal level adjustment transistors 105 and 106 is the same as that of the driving transistors 101 and 106.
A gate width larger than the gate width of 2 is used, thereby stabilizing its source potential.

上段論理回路126の論理信号レベルは、信号レベル調
整用トランジスタ105のゲートに与えられる電圧vL
8よりも高い値が選択されており、また、入力信号C1
Cの平均信号レベルは、入力信号B、Bの平均信号レベ
ルよりも高くなるように選択されている。出力信号Q2
、Q2の平均信号レベルは入力信号C,Cの平均信号レ
ベルよりも高い。
The logic signal level of the upper logic circuit 126 is determined by the voltage vL applied to the gate of the signal level adjustment transistor 105.
A value higher than 8 is selected and the input signal C1
The average signal level of C is selected to be higher than the average signal level of input signals B and B. Output signal Q2
, Q2 is higher than the average signal level of input signals C and C.

上段論理回路126自身は、入力信号B、Cの2人カノ
ア回路であるが、下段論理回路125の電流切替状態が
、出力に影響を与えるので、出力端子124.125に
はぐ入力信号ASBSCの3人カノア回路としての出力
信号が現れる。つまり、入力信号A、B、Cのすべてが
ローレベルのときだけ出力信号Q2がハイレベル(Q2
がローレベル)となる。このように、下段論理回路12
5の信号が、論理信号レベルの異なる上段論理回路12
6にレベルシフト手段を介さずに伝達される。
The upper logic circuit 126 itself is a two-person circuit with input signals B and C, but since the current switching state of the lower logic circuit 125 affects the output, three of the input signals ASBSC are sent to the output terminals 124 and 125. An output signal appears as a human circuit. In other words, output signal Q2 is at high level (Q2
becomes low level). In this way, the lower logic circuit 12
The signals of 5 are connected to the upper logic circuit 12 with different logic signal levels.
6 without going through any level shift means.

なお、本実施例では、入力信号レベルと出力信号レベル
が不一致であるが、論理信号レベルを調整するために、
レベルシフト用のソースホロワ回路を付加してもよい。
Note that in this embodiment, the input signal level and the output signal level do not match, but in order to adjust the logic signal level,
A source follower circuit for level shifting may be added.

また、本実施例では、下段論理回路をインバータ、上段
論理回路を2人カノア回路としているが、それぞれの段
の論理構成は本実施例に限定されず従来からの回路構成
を利用して種々の論理回路を組むことができる。また、
その段数は上下2段に限定されるものではなく、電源電
圧が許す限り3段以上何段であってもよい。
Further, in this embodiment, the lower stage logic circuit is an inverter and the upper stage logic circuit is a two-person Kanoa circuit, but the logic configuration of each stage is not limited to this embodiment, and various conventional circuit configurations can be used. You can build logic circuits. Also,
The number of stages is not limited to two, upper and lower, but may be three or more as long as the power supply voltage allows.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明の半導体論理回路によれば
、一つの定電流源に対して、電流切替回路で構成された
複数の論理回路が縦積みされているので、独立した論理
回路毎に定電流源を有する従来の半導体論理回路に比べ
ると消費電力を大幅に低くすることができる。しかも、
本発明の論理回路は、各段において、自身よりも下段に
位置する論理回路の出力信号が、電流の切替状態として
伝達されてくる。すなわち、下段の論理回路出力を論理
レベルの異なる上段の論理回路へ伝達したい場合でも、
消費電流の大きいレベルシフト手段が不要である。
As explained above, according to the semiconductor logic circuit of the present invention, a plurality of logic circuits each consisting of a current switching circuit are vertically stacked for one constant current source, so that each independent logic circuit Power consumption can be significantly reduced compared to conventional semiconductor logic circuits having constant current sources. Moreover,
In each stage of the logic circuit of the present invention, an output signal from a logic circuit located at a stage lower than itself is transmitted as a current switching state. In other words, even if you want to transmit the output of a lower logic circuit to an upper logic circuit with a different logic level,
Level shifting means with large current consumption is not required.

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

第1図は本発明の一実施例を示す回路図、第2図は従来
の5CFL回路によるインバータを示す回路図である。 101.102.107.108.109.110・・
・駆動用トランジスタ、103.104.111.11
2・・・負荷素子、113・・・定電流源、105.1
06・・・信号レベル調整用トランジスタ、125・・
・下段論理回路、126・・・上段論理回路、127・
・・電源V 端子、128・・・電源VDD端子。 S 特許出願人  住友電気工業株式会社
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram showing an inverter using a conventional 5CFL circuit. 101.102.107.108.109.110...
・Drive transistor, 103.104.111.11
2... Load element, 113... Constant current source, 105.1
06...Signal level adjustment transistor, 125...
・Lower logic circuit, 126...Upper logic circuit, 127・
...Power supply V terminal, 128...Power supply VDD terminal. S Patent applicant Sumitomo Electric Industries, Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 一対の負荷素子と、ソースが互いに接続され一方のドレ
インが前記負荷素子の一方に直接または間接的に接続さ
れ他方のドレインが前記負荷素子の他方に直接または間
接的に接続されている1または2以上の駆動用電界効果
トランジスタ対とを有するn個(nは2以上の任意の自
然数)の電流切替回路が1つの定電流源に対して縦積み
されており、 最下段を第1段目とし最上段を第n段目とすると、任意
の第l段目(1≦l≦n−1)の電流切替回路の2つの
負荷素子がそれぞれ信号レベル調整用電界効果トランジ
スタを介して第(l+1)段目のいずれかの駆動用電界
効果トランジスタ対のソースまたは負荷素子に別々に接
続されている半導体論理回路。
[Claims] A pair of load elements, the sources of which are connected to each other, the drain of one of which is connected directly or indirectly to one of the load elements, and the drain of the other connected directly or indirectly to the other of the load elements. n (n is any natural number of 2 or more) current switching circuits each having one or more driving field effect transistor pairs (n is any natural number greater than or equal to 2) are stacked vertically with respect to one constant current source. Assuming that the first stage is the first stage and the top stage is the nth stage, the two load elements of the current switching circuit of the arbitrary first stage (1≦l≦n-1) each have a field effect transistor for signal level adjustment. A semiconductor logic circuit that is separately connected to the source or load element of any pair of driving field effect transistors in the (l+1)th stage through the semiconductor logic circuit.
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