JPH07109980B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JPH07109980B2
JPH07109980B2 JP63120515A JP12051588A JPH07109980B2 JP H07109980 B2 JPH07109980 B2 JP H07109980B2 JP 63120515 A JP63120515 A JP 63120515A JP 12051588 A JP12051588 A JP 12051588A JP H07109980 B2 JPH07109980 B2 JP H07109980B2
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transistor
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node
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Fujitsu Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体集積回路、特に、たとえばECL信号振幅をMOS信号
振幅に変換するレベル変換回路(データ保持回路として
も作用する)に関し、高速且つスキューの小さいレベル
変換回路(データ保持回路(フリップフロップ))を提
供することを目的とし、 第1のチャネル(Pチャネル)型のトランジスタよりな
り、第1、第2の入力信号に応じて第1、第2のノード
の電位をプルアップする第1のプルアップ回路と、第1
のチャネル型のトランジスタよりなり、第2、第1の入
力信号に応じて第1、第2のノードの電位をプルダウン
する第1のプルダウン回路と、バイポーラトランジスタ
よりなり、第1、第2のノードの電位に応じて第3、第
4のノードの電位をプルアップする第2のプルアップ回
路と、バイボーラトランジスタよりなり、第2、第1の
入力信号に応じて第3、第4のノードの電位をプルダウ
ンする第2のプルダウン回路と、第2のチャネル(Nチ
ャネル型)のトランジスタよりなり、第3、第4のノー
ドの電位に応じて動作するフリップフロップとを具備
し、第1、第2の入力信号を前記第3、第4のノードの
電位に変換するように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体集積回路、特に、たとえばECL信号振幅
をMOS信号振幅に変換するレベル変換回路(データ保持
回路としても作用する)に関する。
〔従来の技術〕
一般に、レベル変換回路(データ保持回路)におけるフ
リップフロップはナンド回路、ノア回路のゲートを組込
んで構成される。しかし、このような回路の遅延時間は
ゲート単位の遅延時間より小さくなることはない。そこ
で、素子レベルで構成された高速のレベル変換回路(デ
ータ保持回路)が必要とされる。
〔発明が解決しようとする課題〕
素子レベルで構成されたレベル変換回路の例は既に第5
図、第6図に示すごとく提案されている。なお、第5
図、第6図はECL信号振幅をMOS信号振幅に変換するレベ
ル変換回路を示し、VCC,VEEはたとえば0V,−5.2Vであ
る。
第4図において、1は入力信号Vininに応じて動作
する第1のプルアップ回路であって、Pチャネルトラン
ジスタQp1,Qp2により構成される。すなわち、入力信号V
inの電位がローレベルのときには、トランジスタQp1
ノードN1を充電してその電位をハイレベルとし、他方、
入力信号inの電位がローレベルのときには、トランジ
スタQp2がノードN2を充電してその電位をハイレベルと
する。2は入力信号Vininに応じて動作する第1の
プルダウン回路であって、PチャネルトランジスタQp3,
Qp4により構成される。すなわち、入力信号inの電位
がローレベルのときには、トランジスタQp3がノードN1
を放電してその電位をローレベルとし、他方、入力信号
Vinの電位がローレベルのときには、トランジスタQp4
ノードN2を放電してその電位をローレベルとする。3は
NチャネルトランジスタQn1,Qn2により構成されるフリ
ップフロップであって、ノードN1,N2のハイレベル、ロ
ーレベルによって書込まれる。従って、入力信号Vin
inの信号振幅はフリップフロップ3の出力信号Vout
out(N1,N2)の振幅に変換される。なお、第4図の回
路において、入力信号Vininを共にハイレベルにし
てPチャネルトランジスタQp1,Qp2を共にオフにする
と、第4図の回路はデータ保持回路として作用する。
第5図の回路では、ゲートを用いずCMOS素子レベルで構
成しているので、動作は高速であるが、負荷依存特性が
悪く不充分である。
第6図の回路においては、第2のプルアップ回路4とし
てのバイポーラトランジスタT1,T2およびNチャネルト
ランジスタQn3,Qn4が第4図の回路に付加されている。
すなわち、ノードN1,N2の電位に応じてバイポーラトラ
ンジスタT1,T2が動作してフリップフロップ3のノードN
3,N4を充電する。たとえば、ノードN1の電位がハイレベ
ルのときには、バイポーラトランジスタT1がノードN3
充電してその電位をハイレベルとし、他方、ノードN2
電位がハイレベルのときには、バイポーラトランジスタ
T2がノードN4を充電してその電位をハイレベルとする。
なお、NチャネルトランジスタQn3,Qn4は各バイポーラ
トランジスタT1,T2のオフの際に当該トランジスタT1,T2
のベースの電荷を引抜くためのものである。
このように、Bi・CMOS回路により構成することによりフ
リップフロップ3の立上がり特性は改善されるが、依然
としてフリップフロップ3の立下り特性は悪く、この結
果、信号経路による信号差すなわちスキューの原因とな
る。
従って、本発明の目的は、高速且つスキューの小さいレ
ベル変換回路を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上述の課題を解決するための手段は第1図に示される。
第1図において、第1のプルアップ回路1は第1、第2
の入力信号Vininに応じて第1、第2のノードN1,N2
の電位をプルアップし、第2のプルアップ回路2は、第
2、第1の入力信号Vininに応じて、第1、第2の
ノードN1,N2の電位をプルダウンする。第1のプルアッ
プ回路1および第2のプルアップ回路2はたとえばPチ
ャネル型トランジスタにより構成される。また、第2の
プルアップ回路4は第1、第2のノードN1,N2の電位に
応じて第3、第4のノードN3,N4の電位をプルアップ
し、第2のプルダウン回路5は第2、第1の入力信号V
ininに応じて第3、第4のノードN3,N4の電位をプ
ルダウンする。第2のプルアップ回路4および第2のプ
ルダウン回路5はバイポーラトランジスタにより構成さ
れる。フリップフロップ3はたとえばNチャネル型トラ
ンジスタにより構成され、第3、第4のノードN3,N4
電位により動作するものである。
〔作用〕
上述の手段によれば、ノードN3,N4の立上り特性はバイ
ポーラトランジスタによる第3のプルアップ回路4によ
り改善されると共に、ノードN3,N4の立下り特性はバイ
ポーラトランジスタによる第4のプルダウン回路5によ
り改善される。
〔実施例〕
第2図は本発明に係る半導体集積回路の一実施例を示す
回路図である。第2図においては、第5図の回路要素に
対して第2のプルダウン回路5が付加されている。第2
のプルダウン回路5は、ノードN3,N4の電位をローレベ
ルにするためのバイポーラトランジスタT3,T4、このバ
イポーラトランジスタT3,T4を入力信号in,Vinにより
動作させるためのPチャネルトランジスタQp5,Qp6、お
よびバイポーラトランジスタT3,T4をオフにさせる際に
そのベース電荷を引抜くためのNチャネルトランジスタ
Qn5,Qn6により構成されている。
第2図の回路動作を説明する。始めに、入力信号Vin
inが、それぞれ、ハイレベル、ローレベルにあり、出
力Voutoutが、それぞれ、ハイレベル、ローレベル
で安定している状態を考える。この状態では、Pチャネ
ルトランジスタQp1,Qp2はオフ、オンであり、Pチャネ
ルトランジスタQp3,Qp4は、オン、オフであり、バイポ
ーラトランジスタT1,T2はオフ、オンであり、バイポー
ラトランジスタT3,T4はオン、オフである。
上述の状態で、入力信号Vininが、それぞれ、ロー
レベル、ハイレベルに変化すると、Pチャネルトランジ
スタQp1,Qp2,Qp3,Qp4は、それぞれ、オン、オフ、オ
フ、オンとなる。この結果、ノードN1の電位は2つのト
ランジスタQp1,Qn3のオン抵抗比により中間電位よりや
ヽ高めとなり、ノードN4はトランジスタQp4により放電
される。なお、入力信号Vinin)のECL振幅は小さ
く、従って、そのローレベルは十分低くないので、Pチ
ャネルトランジスタQp1のオン抵抗を小さくするために
トランジスタQp1のサイズをトランジスタQn3よりかなり
大きくしてある。ノードN1の電位の上昇に従ってバイポ
ーラトランジスタT1がオンとなり、ノードN3の電位はト
ランジスタT1とトランジスタT3とのオン抵抗比により中
間電位より高くなり、NチャネルトランジスタQn2,Qn4
はオンとなる。さらに、入力信号Vinのローレベルによ
りPチャネルトランジスタQp6をオンにし、この結果、
バイポーラトランジスタT4のベースに電流が流れ、バイ
ポーラトランジスタT4がオンとなり、ノードN4の電位は
急速に立下る。
他方、ノードN4の低下によりNチャネルトランジスタQ
n1がオフとされ、バイポーラトランジスタT1がオンとな
るとき、PチャネルトランジスタQp5のオフによりバイ
ポーラトランジスタT3はオンし続けることができず、さ
らに、ノードN3の電位の上昇によりNチャネルトランジ
スタQn5がオンとなってバイポーラトランジスタT3のベ
ースの電荷を引き抜くため、バイポーラトランジスタT3
は完全にオフとなる。この結果、バイポーラトランジス
タT1は負荷容量を充電し、ノードN3の電位は急速に立上
る。同時に、NチャネルトランジスタQn4をオンにして
バイポーラトランジスタT2のベース電荷を引き抜き、こ
のトランジスタT2を完全にオフにする。
このような正帰還によりフリップフロップ3は急速に反
転する。
なお、上述の状態において、PチャネルトランジスタQ
p6がなければノードN4の立下りが遅く、従って、Nチャ
ネルトランジスタQn1はしばらくオンを維持する。この
結果、バイポーラトランジスタT1がオンとなったときに
バイポーラトランジスタT3のベースにはNチャネルトラ
ンジスタQn1を介して電流が供給され、トランジスタT3
はオン状態を保持する。このため、ノードN3の電位はト
ランジスタT1とトランジスタT3とのオン抵抗比により定
まる中間電位までしか上昇せず、フリップフロップ3の
反転は遅れる。さらに、この間には、2つのバイポーラ
トランジスタT1,T3には大きな貫通電流が流れ、消費電
力の点で好ましくない。
第2図の回路はECL信号振幅をMOS信号振幅に変換する場
合であるが、第3図に示すごとく、前段に入力信号の伝
達、プルアップを制御する回路6を付加してラッチ回路
として機能させることもできる。すなわち、第3図にお
いては、クロック信号Cがハイレベルのときには、トラ
ンジスタQn7,Qn8,Qp7,Qp8がオン状態となり、入力デー
タDininは入力信号Vininとして取込まれ、他
方、クロック信号Cがローレベルのときには、トランジ
スタQp9,Qp10がオン状態となり、入力信号Vinin
共にハイレベルとなり、従って、トランジスタQp1,Qp2,
Qp3,Qp4はすべてオフ状態となり、Vininは共にハイ
レベルとなり、従って、トランジスタQp1,Qp2,Qp3,Qp4,
Qp5,Qp6はすべてオフ状態となり、第2のプルアップ回
路、フリップフロップ、第2のプルダウン回路が独立
し、ノードN3,N4の電位をラッチする。
第4図は、エッジトリガ型レジスタの最終段に本回路を
使用した例を示す。この場合、レベル変換回路は行われ
ず、純粋に高速のフリップフロップとして使用してい
る。なお、第4図において、ナンド回路はCMOSもしくは
Bi・CMOS回路で構成される。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、フリップフロップ
の立下りを入力信号の正帰還により行うことにより早く
行うことができ、従って、スキューを小さくできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本構成を示すブロック回路図、 第2図、第3図、第4図は本発明に係る半導体集積回路
の実施例を示す回路図、 第5図、第6図は既に提案されたレベル変換回路を示す
回路図である。 1:第1のプルアップ回路、2:第1のプルダウン回路、3:
フリップフロップ、4:第2のプルアップ回路、5:第2の
プルダウン回路。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1のチャネル(Pチャネル)型のトラン
    ジスタ(Qp1,Qp2)よりなり、第1、第2の入力信号(V
    inin)に応じて第1、第2のノード(N1,N2)の電
    位をプルアップする第1のプルアップ回路(1)と、 第1のチャネル型のトランジスタ(QP3,QP4)よりな
    り、前記第2、第1の入力信号に応じて前記第1、第2
    のノードの電位をプルダウンする第1のプルダウン回路
    (2)と、 バイポーラトランジスタ(T1,T2)よりなり、前記第
    1、第2のノードの電位に応じて第3、第4のノードの
    電位をプルアップする第2のプルアップ回路(4)と、 バイポーラトランジスタ(T3,T4)よりなり、前記第
    2、第1の入力信号に応じて前記第3、第4のノードの
    電位をプルダウンする第2のプルダウン回路(5)と、 第2のチャネル(Nチャネル型)のトランジスタ(Qn1,
    Qn2)よりなり、第3、第4のノードの電位に応じて動
    作するフリップフロップ(3)と を具備し、 前記第1、第2の入力信号を前記第3、第4のノードの
    電位に変換するようにした半導体集積回路。
  2. 【請求項2】さらに、前記第1、第2の入力信号の伝
    達、プルアップを制御するラッチ回路(6)を具備する
    請求項1に記載の半導体集積回路。
JP63120515A 1988-05-19 1988-05-19 半導体集積回路 Expired - Lifetime JPH07109980B2 (ja)

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