JPH02248115A - 集積回路 - Google Patents
集積回路Info
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- JPH02248115A JPH02248115A JP1069623A JP6962389A JPH02248115A JP H02248115 A JPH02248115 A JP H02248115A JP 1069623 A JP1069623 A JP 1069623A JP 6962389 A JP6962389 A JP 6962389A JP H02248115 A JPH02248115 A JP H02248115A
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- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 8
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 3
- 102100031854 60S ribosomal protein L14 Human genes 0.000 description 1
- 101000704267 Homo sapiens 60S ribosomal protein L14 Proteins 0.000 description 1
- 101100195396 Human cytomegalovirus (strain Merlin) RL11 gene Proteins 0.000 description 1
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Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Logic Circuits (AREA)
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。
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
本発明は電界効果トランジスタを用いた化合物半導体集
積回路に関する。
積回路に関する。
従来の技術
5iICに代わる次世代の高速ICとして、化合物半導
体を用いたディジタルICの開発が各所で精力的に行わ
れている。なかでも、G a A s ME S F
E T (MEtal Sem1conductor
Field EffectTranslstor)を用
いたディジタルICは近年著しい進歩を遂げ、SSI・
MSIクラスのものは既に実用化のレベルに達している
。
体を用いたディジタルICの開発が各所で精力的に行わ
れている。なかでも、G a A s ME S F
E T (MEtal Sem1conductor
Field EffectTranslstor)を用
いたディジタルICは近年著しい進歩を遂げ、SSI・
MSIクラスのものは既に実用化のレベルに達している
。
GaAsディジタルICを構成する基本論理ゲートには
様々なものがあるが、現在、ダイレクトカップルドFE
Tロジック(DCFL)とソースカップルドFETロジ
ック(SCFL)がよく用いられている。
様々なものがあるが、現在、ダイレクトカップルドFE
Tロジック(DCFL)とソースカップルドFETロジ
ック(SCFL)がよく用いられている。
第2図にDCFLインバータの回路図を示す。
デプレッション型FETQEからなる負荷FETと、エ
ンハンスメント型FETQDからなるスイッチングFE
Tから構成されている。負荷としては抵抗が用いられる
こともある。DCFLの特長は、単一電源で動作するこ
と、低消費電力であること、構成が単純であるために素
子面積が小さくできること等、高集積化に向いているこ
とであり、現在GaAsICとしては最も集積度の高い
分野であるメモリIC等に採用されている。しかしなが
ら、DCFLが取り得る論理としては第2図に示したイ
ンバータの他にはNORがあるだけで、ANDやフリッ
プフロップ等の論理を構成するためには多数のゲートを
要し、論理あたりの遅延が大きくなるという欠点もある
。
ンハンスメント型FETQDからなるスイッチングFE
Tから構成されている。負荷としては抵抗が用いられる
こともある。DCFLの特長は、単一電源で動作するこ
と、低消費電力であること、構成が単純であるために素
子面積が小さくできること等、高集積化に向いているこ
とであり、現在GaAsICとしては最も集積度の高い
分野であるメモリIC等に採用されている。しかしなが
ら、DCFLが取り得る論理としては第2図に示したイ
ンバータの他にはNORがあるだけで、ANDやフリッ
プフロップ等の論理を構成するためには多数のゲートを
要し、論理あたりの遅延が大きくなるという欠点もある
。
一方、ソースカップルドFETロジック(SCFL)は
、バイポーラトランジスタにおけるECL(エミッタ
カプルド ロジック)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
度が大きいということから、様々な論理集積回路が試作
・実用されている。第3図に、5CFLインバ一タ回路
の例を示す。図において、RLl、RL2は負荷抵抗、
Ql、Q2は差動スイッチングFET1 Q3は電流源
FETである。回路を流れる電流はQ3からなる電流源
回路によってほぼ決定し、この電流をQLQ2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
FETのしきい値電圧によらないため、しきい値電圧に
対する余裕が大きいという特長がある。負荷駆動能力向
上のために、第3図の回路にソースフォロア回路を付加
した構成もよく用いられる。第4図にその例ヲ示ス。Q
4.Q5がソースフォロア用スイッチングFET、Q6
.Q7は電流源FET1 Di〜D4は電圧レベルシフ
ト用ダイオードである。このように単純なインバータ回
路を見た場合、5CFLはDCFLに比べて遥かに多く
の素子を要し、また消費電流も多い。しかしながら、5
CFLのもう一つの特長として縦積みゲート(シリーズ
・ゲート)論理が可能な点があげられる。第5図に5C
FLの縦積みゲートの例として、NOR組み込みフリッ
プフロップ回路の回路図を示す。図において、RL11
〜RL14は負荷抵抗、Q11〜Q26は差動スイッチ
ングFET1 Q27〜Q30はソースフォロア用スイ
ッチングFET、Q31〜Q36は電流源FET1 D
ll〜D18は電圧レベルシフト用ダイオードである。
、バイポーラトランジスタにおけるECL(エミッタ
カプルド ロジック)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
度が大きいということから、様々な論理集積回路が試作
・実用されている。第3図に、5CFLインバ一タ回路
の例を示す。図において、RLl、RL2は負荷抵抗、
Ql、Q2は差動スイッチングFET1 Q3は電流源
FETである。回路を流れる電流はQ3からなる電流源
回路によってほぼ決定し、この電流をQLQ2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
FETのしきい値電圧によらないため、しきい値電圧に
対する余裕が大きいという特長がある。負荷駆動能力向
上のために、第3図の回路にソースフォロア回路を付加
した構成もよく用いられる。第4図にその例ヲ示ス。Q
4.Q5がソースフォロア用スイッチングFET、Q6
.Q7は電流源FET1 Di〜D4は電圧レベルシフ
ト用ダイオードである。このように単純なインバータ回
路を見た場合、5CFLはDCFLに比べて遥かに多く
の素子を要し、また消費電流も多い。しかしながら、5
CFLのもう一つの特長として縦積みゲート(シリーズ
・ゲート)論理が可能な点があげられる。第5図に5C
FLの縦積みゲートの例として、NOR組み込みフリッ
プフロップ回路の回路図を示す。図において、RL11
〜RL14は負荷抵抗、Q11〜Q26は差動スイッチ
ングFET1 Q27〜Q30はソースフォロア用スイ
ッチングFET、Q31〜Q36は電流源FET1 D
ll〜D18は電圧レベルシフト用ダイオードである。
周知のように、複合ゲートやフリップフロップを含む集
積回路を構成する際、このようなシリーズ拳ゲートを用
いる事で高速化、低消費電力化が図れる。
積回路を構成する際、このようなシリーズ拳ゲートを用
いる事で高速化、低消費電力化が図れる。
現状ではそれぞれの論理ゲートの特長を活かして、例え
ばインバータやNORなどの組合せ論理ゲート回路を多
く含むメモリや乗算器などのICは主にDCFLで構成
し、分周器やシフトレジスタのようにフリップフロップ
を多く含むICは主に5CFLで構成するといった使わ
れ方をしている。
ばインバータやNORなどの組合せ論理ゲート回路を多
く含むメモリや乗算器などのICは主にDCFLで構成
し、分周器やシフトレジスタのようにフリップフロップ
を多く含むICは主に5CFLで構成するといった使わ
れ方をしている。
発明が解決しようとする課題
しかしながら上記のような構成では、GaAsICを用
いたシステムを構築する際、基本ゲートの異なるICを
用いるために多くの電源電圧・入出力レベル変換回路が
必要となる。また、今後さらにGaAsIC0高集積化
・高機能化が行われるにつれ、DCFL、5CFLどち
らの基本ゲートを採用してもそれぞれの欠点が問題にな
ってくる。単機能のICでは特長を活かせるゲートを採
用すればよいが、例えばMPU等の高機能なICを構成
しようとすると、5CFLで構成すればメモリ部分で多
くの面積と消費電力を要し高集積化が困難であるし、D
CFLで構成すれば、レジス夕やバッファ部でのゲート
数が多くなり、高速化が難しくなる。
いたシステムを構築する際、基本ゲートの異なるICを
用いるために多くの電源電圧・入出力レベル変換回路が
必要となる。また、今後さらにGaAsIC0高集積化
・高機能化が行われるにつれ、DCFL、5CFLどち
らの基本ゲートを採用してもそれぞれの欠点が問題にな
ってくる。単機能のICでは特長を活かせるゲートを採
用すればよいが、例えばMPU等の高機能なICを構成
しようとすると、5CFLで構成すればメモリ部分で多
くの面積と消費電力を要し高集積化が困難であるし、D
CFLで構成すれば、レジス夕やバッファ部でのゲート
数が多くなり、高速化が難しくなる。
本発明はかかる点に鑑み、化合物半導体の高速性・低消
費電力性を活かしたまま、ICの高集積化・高機能化を
可能にし、システム構築のしやすい化合物半導体集積回
路を提供することを目的とする。
費電力性を活かしたまま、ICの高集積化・高機能化を
可能にし、システム構築のしやすい化合物半導体集積回
路を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明は、電源電圧にECL電源(GND、 VTT
電源、VEE電源)を用い、インバータやNORなどの
組合せ論理ゲート回路を中心に構成されるブロックはV
TT電源に接続されたDCFLテ構成し、フリップフロ
ップなどの順序回路を中心に構成されるブロックは■E
E電源に接続された5CFLで構成した化合物半導体集
積回路である。
電源、VEE電源)を用い、インバータやNORなどの
組合せ論理ゲート回路を中心に構成されるブロックはV
TT電源に接続されたDCFLテ構成し、フリップフロ
ップなどの順序回路を中心に構成されるブロックは■E
E電源に接続された5CFLで構成した化合物半導体集
積回路である。
作用
本発明は前記した構成により、インバータやNOHなど
の組合せ論理ゲート回路を多く含むブロックはDCFL
の低消費電力、素子面積小の特長を活かして高集積が可
能となり、フリップフロップなどの順序回路を多く含む
ブロックは5CFLの高速性を活かして高速動作が可能
となり、高速・高機能・高集積なGaAsICが容易に
実現できる。また、5iECLと同じ電源電圧を用いる
ため、豊富な品種を持つ、5iICをシステム内で混在
させることができ、高速・高機能なシステムが容易に構
築できる。
の組合せ論理ゲート回路を多く含むブロックはDCFL
の低消費電力、素子面積小の特長を活かして高集積が可
能となり、フリップフロップなどの順序回路を多く含む
ブロックは5CFLの高速性を活かして高速動作が可能
となり、高速・高機能・高集積なGaAsICが容易に
実現できる。また、5iECLと同じ電源電圧を用いる
ため、豊富な品種を持つ、5iICをシステム内で混在
させることができ、高速・高機能なシステムが容易に構
築できる。
実施例
第1図は本発明の実施例におけるGaAsMESFET
で構成されたMPUのブロック図の一部である。図にお
いて、1はレジスタ・アレイの回路ブロック、2はマル
チプレクサの回路ブロック、3はALUの回路のブロッ
ク、4はアキュムレータの回路ブロック、5はシフタの
回路ブロック、6は入力インターフェイス回路、7は出
力インターフェイス回路である。順序回路を中心に構成
される1〜2.4〜5のブロックは主に5CFLで構成
され、VEE電源(−5,2Vあるいは−4゜5V)が
供給されている。VEE電源電圧は3〜4段の縦積みゲ
ートの5CFLを構成するのに十分な電圧であり、5C
FLに高速性を活かした設計が可能である。ALUブロ
ック2は主にDCFLで構成されVTT電源(−2,O
V)に接続されている。ALUはインバータやNORな
どの組合せ論理ゲート回路を中心に構成され、また多く
のゲートを高密度に集積する必要があり、素子面積が小
さく消費電力の小さなりCFLの特長が発揮される。ま
たVTT電源電圧はDCFLにとって十分大きな電圧で
あり、雑音余裕の面でも問題ない。また、入力インター
フェイス回路6はECL入カシカレベルaAsIC内部
の5CFLやDCFLに最適なレベルに変換する回路で
あり、例えば第6図に示すようなレベルシフト回路で構
成される。図において、Q41はソースフォロアFET
、Q42は電流源FET、D41〜43はレベルシフト
ダイオードである。また出力インターフェイス回路7は
逆にGaAsIC内部の信号レベルをECLレベルに変
換する回路であり、50Ωの負荷が十分駆動できる用に
、例えば5CFLによる差動増幅回路を基本として構成
される。このようなECLとのインターフェイス回路を
有することで、電源電圧・入出力レベルともにECLコ
ンパチブルとなり、システムでの実用が容易となる。
で構成されたMPUのブロック図の一部である。図にお
いて、1はレジスタ・アレイの回路ブロック、2はマル
チプレクサの回路ブロック、3はALUの回路のブロッ
ク、4はアキュムレータの回路ブロック、5はシフタの
回路ブロック、6は入力インターフェイス回路、7は出
力インターフェイス回路である。順序回路を中心に構成
される1〜2.4〜5のブロックは主に5CFLで構成
され、VEE電源(−5,2Vあるいは−4゜5V)が
供給されている。VEE電源電圧は3〜4段の縦積みゲ
ートの5CFLを構成するのに十分な電圧であり、5C
FLに高速性を活かした設計が可能である。ALUブロ
ック2は主にDCFLで構成されVTT電源(−2,O
V)に接続されている。ALUはインバータやNORな
どの組合せ論理ゲート回路を中心に構成され、また多く
のゲートを高密度に集積する必要があり、素子面積が小
さく消費電力の小さなりCFLの特長が発揮される。ま
たVTT電源電圧はDCFLにとって十分大きな電圧で
あり、雑音余裕の面でも問題ない。また、入力インター
フェイス回路6はECL入カシカレベルaAsIC内部
の5CFLやDCFLに最適なレベルに変換する回路で
あり、例えば第6図に示すようなレベルシフト回路で構
成される。図において、Q41はソースフォロアFET
、Q42は電流源FET、D41〜43はレベルシフト
ダイオードである。また出力インターフェイス回路7は
逆にGaAsIC内部の信号レベルをECLレベルに変
換する回路であり、50Ωの負荷が十分駆動できる用に
、例えば5CFLによる差動増幅回路を基本として構成
される。このようなECLとのインターフェイス回路を
有することで、電源電圧・入出力レベルともにECLコ
ンパチブルとなり、システムでの実用が容易となる。
発明の詳細
な説明したように、本発明によれば、インバータやNO
Rなどの組合せ論理ゲート回路を多く含むブロックはD
CFLの低消費電力、素子面積小の特長を活かして高集
積が可能となり、フリップフロップのような順序回路を
多く含むブロックは5CFLの高速性を活かして高速動
作が可能となり、高速・高機能・高集積な化合物半導体
集積回路が容易に実現できる。また、5iECLと同じ
電源電圧を用いるので容易に5iECLコンパチブルな
ICが実現でき、豊富な品種を持つ5iICをシステム
内で混在させることが可能となり、高速Φ高機能なシス
テムが容易に構築できるため、その実用的効果は極めて
大きい。
Rなどの組合せ論理ゲート回路を多く含むブロックはD
CFLの低消費電力、素子面積小の特長を活かして高集
積が可能となり、フリップフロップのような順序回路を
多く含むブロックは5CFLの高速性を活かして高速動
作が可能となり、高速・高機能・高集積な化合物半導体
集積回路が容易に実現できる。また、5iECLと同じ
電源電圧を用いるので容易に5iECLコンパチブルな
ICが実現でき、豊富な品種を持つ5iICをシステム
内で混在させることが可能となり、高速Φ高機能なシス
テムが容易に構築できるため、その実用的効果は極めて
大きい。
第1図は本発明の実施例におけるGaAs’MESFE
Tで構成されたMPUの要部ブロック図、第2図はDC
FLインバータの回路図、第3図及び第4図は5CFL
を用いたインバータ回路の回路図、第6図は5CFL縦
積みゲート回路によるNOR組み込みフリップフロップ
回路の回路図、第6図はレベルシフト回路の回路図であ
る。 1・・・・・・レジスタ・アレイ回路ブロック、2・・
・・・・マルチプレクサ回路ブロック、3・・・・・・
ALU回路ブロック、4・・・・・・アキュムレータ回
路ブロック、5・・・・・・シフタ回路ブロック、6・
・・・・・入力インターフェイス回路、7・・・・・・
出力インターフェイス回路、D41〜43・・・・・・
レベルシフト用ダイオード。 代理人の氏名 弁理士 粟計重孝 ほか1名第 図 第 図 V[)I)
Tで構成されたMPUの要部ブロック図、第2図はDC
FLインバータの回路図、第3図及び第4図は5CFL
を用いたインバータ回路の回路図、第6図は5CFL縦
積みゲート回路によるNOR組み込みフリップフロップ
回路の回路図、第6図はレベルシフト回路の回路図であ
る。 1・・・・・・レジスタ・アレイ回路ブロック、2・・
・・・・マルチプレクサ回路ブロック、3・・・・・・
ALU回路ブロック、4・・・・・・アキュムレータ回
路ブロック、5・・・・・・シフタ回路ブロック、6・
・・・・・入力インターフェイス回路、7・・・・・・
出力インターフェイス回路、D41〜43・・・・・・
レベルシフト用ダイオード。 代理人の氏名 弁理士 粟計重孝 ほか1名第 図 第 図 V[)I)
Claims (4)
- (1)電界効果トランジスタを用いた集積回路において
、前記集積回路がECL集積回路に用いられる電源電圧
(接地電圧:GND、内部回路電源電圧:VEE、出力
端子に負荷抵抗を介して供給される終端電源電圧:VT
T)のもとで動作し、前記集積回路の中で組合せ回路を
中心に構成される回路ブロックは前記VTT電源で動作
するダイレクトカップルドFETロジックを基本ゲート
に用いて構成され、順序回路を中心に構成される回路ブ
ロックは前記VEE電源で動作するソースカップルドF
ETロジックを基本ゲートに用いて構成されることを特
徴とする集積回路。 - (2)化合物半導体基板上に形成された電界効果トラン
ジスタを用いた集積回路において、前記集積回路がEC
L集積回路に用いられる電源電圧(接地電圧:GND、
内部回路電源電圧:VEE、出力端子に負荷抵抗を介し
て供給される終端電源電圧:VTT)のもとで動作し、
前記VTT電源で動作するダイレクトカップルドFET
ロジックを用いて構成された回路ブロックと、前記VE
E電源で動作するソースカップルドFETロジックを用
いて構成された回路ブロックが、同一チップ内に集積さ
れていることを特徴とする集積回路。 - (3)化合物半導体がGaAsを含むことを特徴とする
特許請求の範囲第2項記載の集積回路。 - (4)電界効果トランジスタがGaAsMESFETで
あることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の集積
回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1069623A JPH02248115A (ja) | 1989-03-22 | 1989-03-22 | 集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1069623A JPH02248115A (ja) | 1989-03-22 | 1989-03-22 | 集積回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02248115A true JPH02248115A (ja) | 1990-10-03 |
Family
ID=13408183
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1069623A Pending JPH02248115A (ja) | 1989-03-22 | 1989-03-22 | 集積回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02248115A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0685659A (ja) * | 1992-04-01 | 1994-03-25 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Bi−fetロジック回路 |
-
1989
- 1989-03-22 JP JP1069623A patent/JPH02248115A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0685659A (ja) * | 1992-04-01 | 1994-03-25 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Bi−fetロジック回路 |
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