JPH0653807A - ラッチを組込んだcmos−ecl変換器 - Google Patents

ラッチを組込んだcmos−ecl変換器

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JPH0653807A
JPH0653807A JP5105378A JP10537893A JPH0653807A JP H0653807 A JPH0653807 A JP H0653807A JP 5105378 A JP5105378 A JP 5105378A JP 10537893 A JP10537893 A JP 10537893A JP H0653807 A JPH0653807 A JP H0653807A
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JP
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voltage
ecl
signal
latch circuit
cmos
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JP5105378A
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Thai M Nguyen
エム. ニューエン サイ
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National Semiconductor Corp
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National Semiconductor Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/26Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback
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    • H03K3/356017Bistable circuits using additional transistors in the input circuit
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 ラッチを組込んだCMOS−ECL変換器を
部品点数を少なく、遷移時間を短かく、且つ電力消費を
少なくして提供する。 【構成】 SET信号及びRESET信号の両方が低状
態であると、SET入力へ瞬間的に印加される高論理レ
ベルが、高論理レベルのラッチ出力をパッド106に出
力する。パッド108の出力はパッド106の信号の補
元である。SET及びRESET信号は、CMOS論理
レベルであり、パッド106,108のECL OUT
及び/ECL OUTはECL電圧レベルである。RE
SET入力へ高論理レベルを印加すると、ECL OU
T信号は低状態となり、SET信号が高論理レベルで印
加されない限り、RESET信号がゼロへ復帰した後で
あっても、低状態を維持する。NMOSトランジスタ1
30及び126をバイポーラトランジスタに置換するこ
ともできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、大略、電気回路に関す
るものであって、更に詳細には、相補的金属酸化物(C
MOS)レベル信号をエミッタ結合論理(ECL)レベ
ル信号へ変換するための電気的変換回路に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】CMOS及びECLは現在使用されてい
る二つのロジックファミリを表わしている。各ロジック
ファミリは、トランジスタ又は特定のロジックファミリ
のその他のコンポーネントを組込んだ集積回路装置を製
造するためにシリコンチップの製造業者により使用され
ている。しかしながら、CMOS及びECLロジックフ
ァミリは異なった電気的特性を有するものであるから、
それらは容易に互いに接続することはできないものであ
る。
【0003】例えば、CMOSロジックファミリを組込
んだ装置は、通常、0の零入力電力散逸及び3Vと12
Vとの間の広い供給電圧範囲とを有している。CMOS
ロジックファミリの出力はレールからレールの間でスイ
ングし、且つその入力はほとんど電流を消費するもので
はない。CMOS装置は、又、スイッチング速度が遅く
且つ低周波数で動作するという特性を有している。一
方、ECL回路は高速で動作し且つ約−0.9Vから−
1.75Vの幅の狭い電圧レベルのスイングを有する負
の電源を使用する。各々のロジックファミリの特性の利
点を得るために単一の回路内において両方のファミリを
結合させることが望まれる場合がある。しかしながら、
それらの信号特性が異なっているために、ECL装置を
CMOS装置へ直接的に接続させることはできない。
【0004】従来技術では、CMOS装置がECL装置
を駆動することが所望される場合には、CMOS−EC
L変換器を設けることによりこの問題を解消している。
又、ECL−CMOS変換器は、CMOS装置を駆動す
るためにECL装置が必要とされる場合に使用される。
これらの変換器は、一方のロジックファミリの電流及び
電圧特性を他方のものとマッチさせるために有用であ
る。しかしながら、これらの変換器の設計では、個別的
な回路へ付加されるか又はその回路を実現するシリコン
チップ上に組込むかしてエキストラなコンポーネントを
必要としている。このことは、コスト、寸法、電力条件
を増加させ且つ回路の複雑性を増加させる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した如
き従来技術の欠点を解消し、ラッチを組込んだCMOS
−ECL変換器を提供することを目的とする。本発明の
別の目的とするところは、部品点数が少なく且つ遷移時
間が短く且つ電力消費の少ない改良したCMOS−EC
L変換器を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、単一の基板上
に金属酸化物半導体トランジスタとバイポーラトランジ
スタとを使用することにより単一チップ上にラッチを組
込んだCMOS−ECL変換器を提供している。基板上
のデバイス即ち装置の数を最小とすることにより、本発
明は、伝搬遅延時間を減少させており且つ機能性を維持
しながら電力消費を最小としている。本発明は、集積回
路の単一基板上にラッチとCMOS−ECL変換器の両
方を結合させている。
【0007】
【実施例】図1は従来の変換器回路の基本的概念を示し
た概略図である。図1において、入力されるCMOS信
号は、最初に、CMOSラッチ10によりラッチされ
る。ラッチ出力、即ちCMOSレベル信号12がCMO
Sレベル入力13において変換器回路14内へ入力さ
れ、該変換器回路はそのCMOSレベル信号をECL電
圧レベルへ変換させる。従って、従来の装置においては
二つの個別的な回路コンポーネントが必要である。
【0008】図2A及び図2Bは従来のデジタルCMO
Sラッチを示した概略図である。図2Aの装置におい
て、図示した如くに交差結合したNANDゲート16及
び17を使用してラッチが構成されている。図2Bのラ
ッチにおいては、このラッチは、NORゲート18及び
19を使用して構成されている。
【0009】図2Bのラッチを構成する一つの回路を図
3に示してある。図3は抵抗トランジスタ論理(RT
L)回路を示している。この回路においては、SET信
号がトランジスタ30へ印加される。図4は従来の変換
器回路の概略図である。図4において、図1のCMOS
レベル入力13に対応して、CMOS入力がパッド20
へ印加される。図4において、出力22及び24は、そ
れぞれ、図1のCMOS−ECL変換器14の出力26
及び28に対応している。
【0010】図5において、本発明の好適実施例に基づ
いて構成された回路の概略図が示されている。図5の回
路は、図2A又は図2Bのラッチの機能及び図1のCM
OS−ECL変換器の機能の両方を組込んでいる。図5
の回路100は単一のシリコン基板上に製造されてい
る。
【0011】図5において、SET信号が回路100の
パッド102へ印加され且つRESET信号がパッド1
04へ印加される。SET信号及びRESET信号は図
2BのSET信号及びRESET信号に対応している。
これらの信号は、従来のSET/RESET又は「S
R」タイプのラッチに対してよく知られた入力である。
SRラッチの動作は公知である。即ち、SET信号及び
RESET信号の両方が低状態であると、SET入力へ
瞬間的に印加される高論理レベル(「1」)が図2Bの
ラッチの出力(「Q」)の出力をして高論理レベルを出
力させる(図5のパッド106に対応している)。一
方、RESET信号が論理高であると、該ラッチの出力
は低状態となる。該ラッチの第二出力、即ち図5のパッ
ド108(即ち、図2Bにおける「/Q」)はパッド1
06における信号の補元であり、従ってパッド106に
おける出力が高状態であると、パッド108における出
力は低状態である。又、パッド106における出力が低
状態であると、パッド108における出力は高状態であ
る。SET及びRESET信号はCMOS論理レベル信
号であり、一方それぞれECL_OUT及び/ECL_O
UTとして示したパッド106及び108における出力
信号はECL電圧レベル信号である。
【0012】次に、図5の回路の動作について詳細に説
明する。図5において、入力パッド110、トランジス
タ112及び抵抗114はノード115へ接続された定
電流源を構成している。パッド110における信号VB
は一定の基準電圧である。トランジスタ112及び抵抗
114は、以下に説明する如き回路の説明に従って定電
流源を維持するような値を有している。特に、この定電
流源は、以下に説明する如く、抵抗116及び118の
各々を横断して電流が約800mVの電圧降下を発生す
るように構成されている。
【0013】前述した如く、信号SET及びRESET
はCMOSレベル電圧信号である。好適実施例において
は、CMOS論理レベルは、0Vの論理低状態から5V
の論理高状態へ変化する。従って、回路100の接地レ
ベル電圧120は基準電圧0Vであり、一方電圧源VDD
122は5V基準乃至は供給電圧である。RESET入
力が低状態にある間にSET入力へ高論理レベルを印加
すると、出力信号ECL_OUT106を高状態とさせ
る。ECL_OUTは、そのSET信号が低状態へ復帰
した場合にも高状態を維持する。同様に、RESET入
力へ高論理レベルを印加すると、ECL_OUT信号は
低状態となる。従って、ECL_OUT信号は、SET
信号が高論理レベルで印加されない限り、RESET信
号がゼロへ復帰した後であっても、低状態を維持する。
前述した如く、/ECL_OUTはECL_OUT信号の
補元即ち反転したものであり、即ちECL_OUT信号
が低状態である場合には/ECL_OUTは高状態であ
り、且つECL_OUT信号が高状態である場合には/
ECL_OUT信号は低状態である。回路100の好適
実施例においては、ECL論理信号は800mVだけス
イングし、即ち高及び低ECL電圧の間の電圧差は0.
8Vである。ECL電圧の特定の範囲は、800mVの
スイング即ち電圧の振れの上限と下限とを確立すること
により選択される。このことは、回路内において使用さ
れるトランジスタ、抵抗及び電圧に対し特定の特性を選
択することにより行なわれる。
【0014】図5を参照すると、高論理レベルがSET
入力信号へ印加されると、NMOSトランジスタ124
がターンオンされる。このことは、NMOSトランジス
タ124を導通状態とさせる。NMOSトランジスタが
導通状態にある場合のそれを横断しての電圧降下は小さ
いので、抵抗116を横断しての電圧降下は、ノード1
15を介しての電流と抵抗116の値とを乗算したもの
である。好適実施例においては、抵抗116の抵抗値は
5000Ωであり且つパッド110へ印加される基準電
圧VBと、トランジスタ112と、抵抗114とから構
成される電流源は0.16mAの電流をシンクする。こ
のことは、抵抗116を横断して0.8Vの電圧降下を
発生させる。従って、/ECL_OUTに対応するパッ
ド108における電圧は5V−0.8Vであって、それ
は4.2Vである。
【0015】NMOSトランジスタ124が導通状態に
あるので、NMOSトランジスタ126のゲート−ソー
ス電圧は約200mVであり、それはNMOSトランジ
スタのターンオン電圧よりも小さく且つトランジスタ1
26においてドレインからソースへ電流は流れることは
ない。従って、トランジスタ126はカットオフ状態に
ある。
【0016】SETが高状態であるとRESET信号1
04は低状態であり、従ってNMOSトランジスタ12
8もオフ状態にある。従って、バイポーラトランジスタ
130のベースは、VDDへ接続されている抵抗118を
介して高状態へ移行され、従ってトランジスタ130は
オン状態となる。従って、トランジスタ130はこれも
オン状態にあるNMOSトランジスタ124と並列な電
流経路を与えるに過ぎない。従って、トランジスタ13
0はこの時点において何ら特別の付加的な効果を有する
ものではない。トランジスタ130のゲートへの入力イ
ンピーダンスは非常に高いので、抵抗118を介して流
れる認識可能な程度の電流は存在しない。このことは、
パッド106における電圧、即ち信号ECL_OUT
が、基本的に、VDD即ち約5.0Vであることを意味し
ている。従って、RESETがCMOS論理低状態にあ
り且つSETがCMOS論理高状態にあると、信号EC
L_OUTは5.0Vにあり且つ信号/ECL_OUTは
4.2Vにある。
【0017】続いて図5を参照すると、SET信号10
2における電圧が論理低状態へ復帰すると(そのことは
SET及びRESETの両方が論理低状態にあることを
意味する)、回路100の動作は以下の如くになる。信
号SETが低状態であるので、NMOSトランジスタ1
24はオフ状態となる。従って、NMOSトランジスタ
130が上述した如くに、そのゲートの抵抗118を介
してのVDDへの接続を介して、ターンオンされている。
従って、トランジスタ130は導通状態となり、NMO
Sトランジスタ126のゲートは低状態即ち非導通状態
に維持される。このことは、トランジスタ126が継続
してオフ状態にあることを意味する。RESET信号1
04がいまだに低状態であるので、NMOSトランジス
タ128もオフ状態にある。パッド106におけるEC
L_OUT信号は従前の如くに高状態に維持される。前
に4.2Vであった/ECL_OUT信号は、トランジ
スタ130及び抵抗116を介して導通する電流源を介
していまだにほぼそのレベルに維持される。従って、R
ESET信号が低状態にある間に論理高状態が瞬間的に
SET信号へ印加され、次いでその後にその論理高状態
がSET信号から除去され且つSET信号が低状態に維
持される場合には、回路出力ECL_OUTは高電圧レ
ベルとされその状態に維持されることが理解される。
【0018】図5の概略図から容易に理解される如く、
トランジスタ124,130,126,128及び抵抗
116,118の構成に関して、RESET信号とSE
T信号とは並列的な関係にある。従って、SET信号
は、高電圧状態で印加された場合には、/ECL_OU
Tを5Vとさせ且つECL_OUTを4.2Vとさせ
る。なぜならば、その場合に、トランジスタ128及び
126はオン状態であり、一方トランジスタ124及び
130はオフ状態であるからである。RESET信号1
04が定電圧へ復帰すると、ECL_OUTはいまだに
低状態であり且つ/ECL_OUTはいまだに高状態で
ある。なぜならば、トランジスタ126はオン状態に維
持され一方トランジスタ130はオフ状態となるからで
ある。このことは、SET信号に関する上述した説明と
類似している。従って、RESET信号は、高電圧状態
で印加されると、/ECL_OUTを高状態とさせ、一
方ECL_OUTは低状態へ移行する。RESET信号
が定電圧へ復帰すると、/ECL_OUT及びECL_O
UTはそれらの電圧状態を維持する。
【0019】図6は、実際の製品、即ちフェーズロック
ループ周波数合成器である集積回路装置LMX2315
に実際に実施化した場合の本発明の好適実施例を示した
概略図である。図6の回路と図5の回路との差は、トラ
ンジスタ202が電圧源VDDと抵抗116及び118と
の間に設けられており且つNMOSトランジスタ130
及び126がバイポーラトランジスタで置換されている
点である。注意すべきことであるが、図5及び6におけ
る同一の要素には同一の参照番号を付してある。図6の
トランジスタ202の目的は、VDDとECL_OUT及
び/ECL_OUT信号との間に一定の電圧降下を形成
することであり、従ってECL_OUT及び/ECL_O
UTは図5の回路におけるそれらの範囲よりも約0.8
V低い。図6において、トランジスタ202のVBE
は、通常、約0.7Vである。高ECL信号レベルはV
DD−VBEである。抵抗116又は118の何れかを介し
ての電流が同一であるので、これらの抵抗を横断しての
電圧降下も同一である。上述した説明に基づいて各抵抗
を横断しての電圧降下が0.8Vであると仮定すると、
高ECLレベルに対する電圧値は5.0V−0.7Vで
あって即ち4.3Vであり、且つ低ECL電圧レベルは
5.0V−0.7V−0.8V即ち3.5Vである。
【0020】従って、高から低へのECLロジックのス
イング即ち振れにおける電圧差は0.8Vのままである
が、電圧レベルは、約0.7Vだけ低いレベルにシフト
している。このことは、NMOSトランジスタ210及
び212のゲートにおいて必要とされるこれらのNMO
Sトランジスタをターンオンさせるのに必要な電圧を低
下させている。
【0021】注意すべきことであるが、ECL論理レベ
ルは図5においては5.0と4.2Vとの間のものとし
て説明しており、又図6においては4.3Vと3.5V
との間のものとして説明している。その他の範囲への変
換は、図5又は6の何れかの回路のECL_OUT及び
/ECL_OUT信号により駆動される簡単なレベルシ
フト回路により達成することが可能である。なぜなら
ば、ECL信号は、既に、正しいECL電圧差である
0.8Vを有しているからである。
【0022】注意すべきことであるが、その他の動作可
能な実施例を得るために図5の回路のコンポーネントの
値を効果的に変化させることも可能である。例えば、抵
抗116及び118の抵抗値及びパッド110、トラン
ジスタ112及び抵抗114における電圧基準信号によ
り発生される電流源の値を、抵抗116及び118の何
れかを横断しての電圧降下が0.8V以外の電圧差を有
する信号のスイング即ち振れを発生するようなものに変
化させることが可能である。一つの有用な変化態様とし
ては、0.4Vの電圧差スイングを発生させるものであ
り、それはいわゆる電流モードロジック(CML)スタ
ンダードである。図5の回路をCMLスタンダードに適
合させるために、その他の全てのものが同一であるとす
ると、抵抗値は半分となる。
【0023】本発明の技術的範囲を逸脱することなしに
その他の変形を行なうことは当業者にとって自明なもの
である。例えば、パッド110における電圧基準、抵抗
114及びトランジスタ112の電流源はその他の手段
によって実現することも可能である。図6を参照する
と、トランジスタ202は基本的にはダイオードであ
り、従って、ダイオード又は700mV/電流源値の値
を有する抵抗で置換することが可能である。SET及び
RESET信号電圧レベルに対する異なった入力信号条
件に適合すべくVDD電圧レベルを選択することも可能で
ある。又、その他のトランジスタタイプ、例えばバイポ
ーラ型のトランジスタを、例えばNMOSタイプの与え
られたトランジスタタイプのものと置換させることが可
能である。
【0024】上述した好適実施例では単一のシリコン基
板上に形成したものであるが、本発明は二つ又はそれ以
上の個別的な装置に実施化することも可能である。その
他の置換及び変形を本好適実施例に対してなすことも可
能である。
【0025】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のデジタルCMOSラッチ及び従来のC
MOS−ECL変換器を示した概略ブロック図。
【図2】 (A)はNANDゲートを使用した従来のラ
ッチを示したゲートレベル概略図、(B)はNORゲー
トを使用した従来のラッチを示したゲートレベル概略
図。
【図3】 従来のラッチを示した概略図。
【図4】 従来のCMOS−ECL変換器を示した概略
図。
【図5】 本発明の第一実施例に基づいて構成されたラ
ッチ回路を組込んだCMOS−ECL変換器を示した概
略図。
【図6】 本発明の第二実施例に基づいて構成されたラ
ッチ回路を組込んだCMOS−ECL変換器を示した概
略図。
【符号の説明】
100 CMOS−ECL変換器 110 入力パッド 112 トランジスタ 114 抵抗 115 ノード 124,126,128,130 NMOSトランジス

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ラッチ回路において、 第一出力ノードへ結合された第一端子と、前記ラッチ回
    路に関しセット機能を実行するために第一ラッチ入力へ
    結合されたゲート端子と、第一ノードへ結合された第二
    端子とを具備する第一MOSトランジスタ、 第二出力ノードへ結合された第一端子と、前記ラッチ回
    路に関しリセット機能を実行するために第二ラッチ入力
    へ結合されたゲート端子と、前記第一ノードへ結合され
    た第二端子とを具備する第二MOSトランジスタ、 前記第一出力ノードへ結合した第一端子と、前記第一ノ
    ードへ結合した第二端子と、前記第二出力ノードへ結合
    したゲートとを具備する第三MOSトランジスタ、 前記第二出力ノードへ結合した第一端子と、前記第一ノ
    ードへ結合した第二端子と、前記第一出力ノードへ結合
    したゲートとを具備する第四MOSトランジスタ、 前記第一出力ノードへ結合した第一端子と第一電圧へ結
    合した第二端子とを具備する第一抵抗、 前記第二出力端子へ結合した第一端子と前記第一電圧へ
    結合した第二端子とを具備する第二抵抗、 前記第一ノードと第二電圧との間に結合した定電流源、 を有しており、前記第一及び第二回路入力が前記第一電
    圧範囲内において動作し且つ前記第一及び第二出力ノー
    ドが前記第二電圧範囲内において動作することを特徴と
    するラッチ回路。
  2. 【請求項2】 請求項1において、更に、前記第一電圧
    と前記抵抗の前記第二端子との間に定電圧降下を発生さ
    せるために前記第一電圧と第一及び第二抵抗との間に結
    合されている電圧降下手段を有することを特徴とするラ
    ッチ回路。
  3. 【請求項3】 請求項2において、前記電圧降下手段が
    約0.7Vの電圧降下を発生することを特徴とするラッ
    チ回路。
  4. 【請求項4】 請求項3において、前記電圧降下手段が
    ダイオード又はダイオードとして構成されたトランジス
    タの何れか一つであることを特徴とするラッチ回路。
  5. 【請求項5】 請求項1において、前記MOSトランジ
    スタが異なった導電型のものであることを特徴とするラ
    ッチ回路。
  6. 【請求項6】 請求項1において、前記バイポーラトラ
    ンジスタのうちの一つ又はそれ以上がMOSトランジス
    タであることを特徴とするラッチ回路。
  7. 【請求項7】 請求項1において、前記第一基準電圧が
    約5Vに等しいことを特徴とするラッチ回路。
  8. 【請求項8】 請求項1において、前記第二基準電圧が
    約0Vに等しいことを特徴とするラッチ回路。
  9. 【請求項9】 請求項1において、前記第二電圧範囲が
    約0.8Vの最大電圧から最小電圧の電圧差を有するこ
    とを特徴とするラッチ回路。
JP5105378A 1992-05-04 1993-05-06 ラッチを組込んだcmos−ecl変換器 Pending JPH0653807A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US878134 1992-05-04
US07/878,134 US5214317A (en) 1992-05-04 1992-05-04 CMOS to ECL translator with incorporated latch

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0653807A true JPH0653807A (ja) 1994-02-25

Family

ID=25371454

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