JPH07142588A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

Semiconductor integrated circuit

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JPH07142588A
JPH07142588A JP5149446A JP14944693A JPH07142588A JP H07142588 A JPH07142588 A JP H07142588A JP 5149446 A JP5149446 A JP 5149446A JP 14944693 A JP14944693 A JP 14944693A JP H07142588 A JPH07142588 A JP H07142588A
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JP
Japan
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gate width
transistors
circuit
differential
source follower
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JP5149446A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiki Seshimo
下 敏 樹 瀬
Yoshiko Matsuo
尾 佳 子 松
Toshiyuki Terada
田 俊 幸 寺
Keiji Wakimoto
本 啓 嗣 脇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the frequency characteristics of the entire body of buffers by satisfying specified conditions for the relationship between the gate width of the differential pair transistors of the differential part of a buffer circuit and the gate width of a pair of transistors of a source follower part. CONSTITUTION:In a semiconductor integrated circuit, wherein buffer circuits are connected in a cascade pattern of N stages, the buffer circuits must drive larger loads when the number of the stages advances. Therefore, the gate width WDIF (i) of each of the pair transistors on the differential part of each buffer circuit is gradually increased from the first stage to the final stage. In the buffer circuit of each stage (i), the gate width WSF (i) of each of the pair transistors T4i and T5i constituting a source follower part is made larger than the gate width WDIF (i) of each of the part transistors T1i and T2i at of the differential part. The gate width WDIF (i+1) of each of the transistors T1i+1 and T2i+2 in the next stage i+1 is made smaller than the gate width WSF (i) of each of the transistors T4i and T5i.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、SCFL(Source Cou
pled FET Logic)を用いた半導体集積回路に関する。
The present invention relates to a SCFL (Source Cou
pled FET logic).

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
光通信システムなどの超高速通信システム用半導体集積
回路の開発が盛んである。これらの半導体集積回路は、
主に高速性に優れたGaAs半導体が用いられている。
2. Description of the Related Art In recent years,
Development of semiconductor integrated circuits for ultra-high-speed communication systems such as optical communication systems is active. These semiconductor integrated circuits
GaAs semiconductors are used mainly because of their high speed.

【0003】GaAs半導体を用いた集積回路は基本回
路は多種類存在するが、代表的なものとしては単相駆動
方式であるDCFL(Direct Couple FET Logic )と両
相駆動方式であるSCFL(Source Coupled FET Logi
c)が挙げられる。これらの基本回路のうち、SCFL
が超高速用に適している。その主な理由は論理能力が大
きく、超高速回路の主要な回路要素であるT型のフリッ
プフロップやD型のフリップフロップを2ゲートで構成
できるからである。
There are many types of basic circuits in integrated circuits using GaAs semiconductors. Typical examples are DCFL (Direct Couple FET Logic) which is a single phase drive system and SCFL (Source Coupled) which is a two phase drive system. FET Logi
c) is mentioned. Of these basic circuits, SCFL
Is suitable for ultra high speeds. The main reason is that the logic capability is large and the T-type flip-flop and the D-type flip-flop, which are the main circuit elements of the ultrahigh-speed circuit, can be configured with two gates.

【0004】SCFLの一構成例を図2に示す。このS
CFLはバッファとして用いられるものであって、差動
部とソースフォロア部とから構成される。この差動部は
レベルシフト用抵抗R1と、負荷抵抗R2およびMES
(Metal semiconductor )電界効果トランジスタ(以
下、単にトランジスタという)T1からなる第1の直列
回路と、抵抗R3およびトランジスタT2からなる第2
の直列回路と、トランジスタT3及び抵抗R4からなる
定電流源とを有し、第1直列回路と第2の直列回路は差
動対をなしている。又、ソースフォロア部は直列に接続
されたトランジスタT4、ダイオードD1、トランジス
タT6、および抵抗R5からなるソースフォロア回路
と、直列に接続されたトランジスタT5、ダイオードD
2、トランジスタT7、および抵抗R6からなるソース
フォロア回路とを有している。そして、トランジスタT
4のゲートに差動部の一対の出力のうちの一方が入力さ
れ、トランジスタT5のゲートには差動部の一対の出力
のうちの他方が入力され、ダイオードD1の出力端から
SCFL回路の出力のうちの一方の出力OUTが取出さ
れ、ダイオードD2の出力端から他方の出力バーOUT
が取出される。
An example of the structure of the SCFL is shown in FIG. This S
The CFL is used as a buffer and is composed of a differential section and a source follower section. This differential portion includes a level shift resistor R1, a load resistor R2 and a MES.
(Metal semiconductor) A first series circuit including a field effect transistor (hereinafter, simply referred to as a transistor) T1 and a second series circuit including a resistor R3 and a transistor T2.
And a constant current source composed of a transistor T3 and a resistor R4, and the first series circuit and the second series circuit form a differential pair. Further, the source follower unit includes a source follower circuit including a transistor T4, a diode D1, a transistor T6, and a resistor R5 connected in series, and a transistor T5 and a diode D connected in series.
2, a source follower circuit including a transistor T7 and a resistor R6. And the transistor T
One of the pair of outputs of the differential section is input to the gate of the transistor 4, the other of the pair of outputs of the differential section is input to the gate of the transistor T5, and the output of the SCFL circuit is output from the output terminal of the diode D1. One of the output OUT is taken out from the output end of the diode D2 to the other output bar OUT.
Is taken out.

【0005】このSCFL回路の周波数特性を図3を参
照して説明する。図3において、グラフg1 はSCFL
回路の差動部の周波数特性を示し、グラフg2 はソース
フォロア部の周波数特性を示し、グラフg3 はSCFL
回路の周波数特性を示す。グラフg1 ,g2 から分かる
ように、ソースフォロア部は原理的にゲインは0dB以
下であり、ゲインを作り出すのは差動部である。又、ソ
ースフォロア部の方が差動部に対して周波数の低い領域
で減衰が始まっていることが分かる。したがって、差動
部およびソースフォロア部の各特の周波数特性の和であ
るSCFL回路の周波数特性に悪影響を与えているのは
ソースフォロア部の周波数特性である。
The frequency characteristic of this SCFL circuit will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the graph g 1 is SCFL
The frequency characteristic of the differential portion of the circuit is shown, the graph g 2 shows the frequency characteristic of the source follower portion, and the graph g 3 shows the SCFL.
The frequency characteristic of a circuit is shown. As can be seen from the graphs g 1 and g 2 , the gain of the source follower unit is 0 dB or less in principle, and the differential unit produces the gain. Further, it can be seen that the source follower section starts to attenuate in a region where the frequency is lower than that of the differential section. Therefore, it is the frequency characteristic of the source follower section that adversely affects the frequency characteristic of the SCFL circuit, which is the sum of the specific frequency characteristics of the differential section and the source follower section.

【0006】さて、超高速通信システム用ICとして代
表的なものとして、複数ビットのデータ信号を時間多重
しビット・レートの大きな1ビットのデータ信号に変換
するマルチプレクサ、或いは、その逆変換を行うデマル
チプレクサなどが挙げられる。これらのICの内部には
周波数の異なる数種類のクロック信号を発生するタイミ
ング発生回路、及びそこで生成したクロック信号をコア
回路に適当な遅延時間を与えて分配する為に必要なクロ
ックバッファ回路が存在する。
As a typical IC for ultra-high-speed communication systems, a multiplexer for time-multiplexing a data signal of a plurality of bits into a 1-bit data signal having a large bit rate, or a de-conversion device for performing the inverse conversion. Examples include multiplexers. Inside these ICs, there are a timing generation circuit for generating several kinds of clock signals having different frequencies, and a clock buffer circuit necessary for giving the appropriate delay time to the core circuit and distributing the generated clock signal to the core circuit. .

【0007】ここで、我々が実際に設計した20Gbps
で動作する8ビットのマルチプレクサを例にとると、内
部に15段接続されたバッファチェーンがあり、そこを
10GHzのクロック信号が伝送される。コア回路に適
切なタイミングでクロック信号を与える為にバッファを
15段接続する必要があった。このように、超高速IC
でしばしば、高周波信号が多段接続されたバッファ回路
を伝送されることになる。
Here, the 20 Gbps that we actually designed
In the case of an 8-bit multiplexer operating in, for example, there is a 15-stage connected buffer chain inside which a 10 GHz clock signal is transmitted. It was necessary to connect 15 stages of buffers in order to apply a clock signal to the core circuit at an appropriate timing. In this way, ultra-high speed IC
Therefore, high frequency signals are often transmitted through buffer circuits connected in multiple stages.

【0008】ここで、このようなカスケード接続された
バッファ回路を設計するときの留意点を述べる。個々の
バッファ回路は入力波形に対してゲインを与え、かつ、
自分よりも大きい入力容量を持つ次段にバッファ信号を
送り出す必要がある。また、個々のバッファの周波数特
性におけるカットオフ周波数(ゲインが0dBとなる周
波数)は伝送される信号の周波数に対して充分にマージ
ンを持っているべきである。そしてここで注意しなけれ
ばならない点はカスケード接続される段数が大きくなる
程、このマージンを大きくする必要があるという点であ
る。その理由は、実際には素子特性にばらつきが存在す
ることによるが、以下に補足説明を加える。
Here, points to be noted when designing such a cascade-connected buffer circuit will be described. Each buffer circuit gives a gain to the input waveform, and
It is necessary to send the buffer signal to the next stage that has a larger input capacity than myself. Further, the cutoff frequency (frequency at which the gain becomes 0 dB) in the frequency characteristic of each buffer should have a sufficient margin with respect to the frequency of the signal to be transmitted. The point to be noted here is that this margin needs to be increased as the number of stages connected in cascade increases. The reason for this is that there are actually variations in device characteristics, but a supplementary explanation will be added below.

【0009】伝送される信号の周波数がバッファのカッ
トオフ周波数に近付くと、その出力波形はもはや矩形波
とはならず正弦波となる。それは、フーリエ展開した時
の高次の周波数成分に対するゲインがなくなるからであ
る。さて、実際には素子特性にはばらつきがあり、これ
により両相信号の振幅中心レベルが互いにずれることが
ある。そして、波形はすでに正弦波となっているので、
デューティー比(1周期においてハイレベルである時間
の割合)は理想値の50%からずれることとなる。デュ
ーティー比が50%からずれた波形は高次の周波数成分
を持つことになり、次段のバッファがこの波形にゲイン
を与えて出力することが困難となる。すなわち、振幅の
減衰をもたらす。
When the frequency of the transmitted signal approaches the cutoff frequency of the buffer, its output waveform is no longer a square wave but a sine wave. This is because there is no gain for higher-order frequency components when Fourier expansion is performed. Actually, there are variations in element characteristics, which may cause the amplitude center levels of the two-phase signals to deviate from each other. And since the waveform is already a sine wave,
The duty ratio (the ratio of the high level time in one cycle) deviates from 50% of the ideal value. A waveform whose duty ratio deviates from 50% has a high-order frequency component, and it becomes difficult for the buffer at the next stage to give a gain to this waveform and output it. That is, the amplitude is attenuated.

【0010】また、前述したように、SCFL回路の出
力段であるソースフォロア部は原理的にゲインは0dB
以下であり、高周波領域ではかなりの減衰が生じること
となる。両相駆動方式であるのでSCFL回路1つあた
りソースフォロア回路は2つ存在し、この1対のソース
フォロア回路は互いに独立である。さてここで、デュー
ティー比のずれた波形が差動部を経てソースフォロア回
路に入力されたと想定しよう。差動部自体に素子ばらつ
きがなければその両相の出力はデューティーがずれてい
てもそのハイレベルとロウレベルはずれない。しかし、
その1次の項である基本波は、それぞれ振幅中心レベル
の異なる両相の正弦波となる。今、バッファのカットオ
フ周波数付近の周波数を想定しているので、ソースフォ
ロア回路は高次の周波数成分にゲインを与えることが出
来ない。よって、1対のソースフォロアには振幅中心レ
ベルのずれた両相の正弦波信号が入力されているのと等
価となる。さて、それぞれの振幅中心レベルのずれた両
相の正弦波が1対のソースフォロア回路にそれぞれ入力
されると、それぞれずれた振幅中心レベルを基準として
その振幅を減衰させることとなる。これはデューティー
比のずれを更に大きくする現象となる。
Further, as described above, the source follower section, which is the output stage of the SCFL circuit, has a gain of 0 dB in principle.
It is below, and considerable attenuation occurs in the high frequency region. Since it is a two-phase drive system, there are two source follower circuits per SCFL circuit, and the pair of source follower circuits are independent from each other. Now, let's assume that a waveform with a different duty ratio is input to the source follower circuit through the differential section. If there is no element variation in the differential unit itself, the outputs of both phases will not deviate from the high level and the low level even if the duty is deviated. But,
The fundamental wave, which is the first-order term, is a two-phase sine wave having different amplitude center levels. Now, since the frequency near the cutoff frequency of the buffer is assumed, the source follower circuit cannot give a gain to a high-order frequency component. Therefore, it is equivalent to inputting the sine wave signals of both phases whose amplitude center levels are deviated to the pair of source followers. Now, when the sine waves of both phases having different amplitude center levels are respectively input to the pair of source follower circuits, the amplitudes are attenuated with the respective amplitude center levels being the reference. This is a phenomenon in which the deviation of the duty ratio is further increased.

【0011】以上説明したように、素子ばらつきにより
デューティーにずれが生じることとなり、また一度デュ
ーティー比にずれが生じると、SCFL回路の出力段を
構成するソースフォロア回路本来の特性を原因として、
信号がバッファを通過する毎にそのデューティー比のず
れが増幅されるという現象が生じてしまう。これによ
り、バッファの接続段数が大きくなる程、波形の劣化は
大きくなるのである。
As described above, the duty is deviated due to the element variation, and once the duty ratio is deviated, the original characteristic of the source follower circuit constituting the output stage of the SCFL circuit is caused.
Each time the signal passes through the buffer, the deviation of the duty ratio is amplified. As a result, the larger the number of connected buffer stages, the greater the deterioration of the waveform.

【0012】このような現象を避けるためには、個々の
バッファ回路のカットオフ周波数が伝送される信号の周
波数に対して十分大きくなければならない。
In order to avoid such a phenomenon, the cutoff frequency of each buffer circuit must be sufficiently higher than the frequency of the signal to be transmitted.

【0013】このように、8ビットあるいはそれ以上の
多ビットのマルチプレクサ或いはデマルチプレクサなど
を設計しようとすると、高周波信号が通る多段接続され
たバッファ回路が必要となるが、この際、個々のバッフ
ァの周波数特性に対するスペックはかなり厳しいものと
なることがわかる。そして、個々のバッファの周波数特
性が回路全体の性能の決定要因となることがしばしばあ
る。即ち、マルチプレクサやデマルチプレクサの主要構
成要素であるD型フリップフロップは動作可能な周波数
であっても、多段接続されたクロックバッファ回路で波
形劣化が生じ、回路が動作しないといったことが生じ
る。
When an 8-bit or more multi-bit multiplexer or demultiplexer is designed in this way, a multistage connected buffer circuit through which a high frequency signal passes is required. It can be seen that the specifications for frequency characteristics are quite strict. The frequency characteristic of each buffer often becomes the deciding factor of the performance of the entire circuit. That is, even if the frequency of the D-type flip-flop, which is a main component of the multiplexer and the demultiplexer, is operable, waveform deterioration occurs in the clock buffer circuits connected in multiple stages, and the circuits do not operate.

【0014】このように、SCFLバッファの周波数特
性を改善することが重要であり、その為には前述したよ
うにソースフォロア部の周波数特性の改善が必要とな
る。
As described above, it is important to improve the frequency characteristics of the SCFL buffer, and for that purpose, it is necessary to improve the frequency characteristics of the source follower section as described above.

【0015】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
であって、周波数特性の良好な多段接続されたクロック
バッファを有する半導体集積回路を提供することを目的
とする。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit having clock buffers connected in multiple stages with good frequency characteristics.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明による半導体集積
回路は、一対の差動対トランジスタを有する差動部と、
この差動部の出力を受ける一対のトランジスタを有する
ソースフォロア部とを備えているSCFLで構成された
バッファ回路がN段カスケード接続された半導体集積回
路であって、i(1≦i≦N)段目のバッファ回路の差
動部の差動対トランジスタのゲート幅をWDIF (i)と
し、i段目のバッファ回路のソースフォロア部の一対の
トランジスタのゲート幅をWSF(i)とした場合、下記
の条件 (a) i=1,…N−1に対して WDIF (i)<
DIF (i+1) (b) i=1,…Nに対して WDIF (i)<
SF (i) (c) i=1,…N−1に対して WSF (i)>
DIF (i+1) を満足することを特徴とする。
A semiconductor integrated circuit according to the present invention includes a differential section having a pair of differential pair transistors.
A semiconductor integrated circuit in which a buffer circuit composed of an SCFL including a source follower unit having a pair of transistors for receiving the output of the differential unit is cascade-connected in N stages, i (1 ≦ i ≦ N) The gate width of the differential pair transistor of the differential part of the buffer circuit of the first stage is W DIF (i), and the gate width of the pair of transistors of the source follower part of the buffer circuit of the i stage is W SF (i). In this case, the following condition (a) for i = 1, ... N−1: W DIF (i) <
W DIF (i + 1) (b) For i = 1, ... N W DIF (i) <
W SF (i) (c) For i = 1, ... N-1, W SF (i)>
It is characterized by satisfying W DIF (i + 1).

【0017】[0017]

【作用】このように構成された本発明の半導体集積回路
を回路シミュレーションすることにより、従来のものに
比べて良好な周波数特性を得ることが可能となることが
分かる。
By performing a circuit simulation of the semiconductor integrated circuit of the present invention having the above-described structure, it can be seen that it is possible to obtain better frequency characteristics than the conventional one.

【0018】[0018]

【実施例】本発明による半導体集積回路の一実施例の構
成を図1に示す。この実施例の半導体集積回路は、図2
に示すSCFL回路からなるバッファ回路がN段カスケ
ード接続されたものであって、かつi(1≦i≦N)段
目のSCFL回路の差動部の一対のトランジスタT
i 、T2i のゲート幅をWDIT (i)とし、i段目の
SCFL回路のソースフォロア部のトランジスタT
i 、T5i のゲート幅をWSF(i)とした場合、下記
の条件 (a) i=1,…N−1に対して WDIF (i)<
DIF (i+1) (b) i=1,…Nに対して WDIF (i)<
SF (i) (c) i=1,…N−1に対して WSF (i)>
DIF (i+1) を満足するものである。すなわち、条件(a)は、段数
がすすむにつれてバッファ回路は大きな負担を駆動する
必要があるため、各バッファ回路の差動部のペアトラン
ジスタのゲート幅WDIF (i)が1段目から最終段に向
けて徐々に大きくなっていることを示している。
FIG. 1 shows the configuration of an embodiment of a semiconductor integrated circuit according to the present invention. The semiconductor integrated circuit of this embodiment is shown in FIG.
A pair of transistors T in the differential section of the i (1 ≦ i ≦ N) -th stage SCFL circuit in which the buffer circuits including the SCFL circuit shown in FIG.
When the gate widths of 1 i and T2 i are W DIT (i), the transistor T of the source follower section of the i-th stage SCFL circuit is
When the gate widths of 4 i and T5 i are W SF (i), W DIF (i) <for the following condition (a) i = 1, ...
W DIF (i + 1) (b) For i = 1, ... N W DIF (i) <
W SF (i) (c) For i = 1, ... N-1, W SF (i)>
It satisfies W DIF (i + 1). That is, the condition (a) is that the buffer circuit needs to drive a large load as the number of stages progresses, so that the gate width W DIF (i) of the pair transistors of the differential section of each buffer circuit is from the first stage to the final stage. It shows that it is gradually increasing toward.

【0019】条件(b)は、各段iのバッファ回路にお
いて、差動部のペアトランジスタT1i 、T2i のゲー
ト幅WDIF (i)よりもソースフォロア部を構成するト
ランジスタT4i 、T5i のゲート幅WSF(i)を大き
くすることを示す。
The condition (b) is that in the buffer circuit of each stage i, the transistors T4 i and T5 i forming the source follower portion are more than the gate width W DIF (i) of the pair transistors T1 i and T2 i of the differential portion. It is shown that the gate width W SF (i) of is increased.

【0020】又、条件(c)は、ある段iのバッファの
ソースフォロア部を構成するトランジスタT4i 、T5
i のゲート幅WSF(i)よりも次段i+1の差動部のペ
アのトランジスタT1i+1 、T2i+1 のゲート幅WDIF
(i+1)を小さく設定することを示している。
Further, the condition (c) is that the transistors T4 i and T5 which form the source follower section of the buffer of a certain stage i.
i of the gate width W SF (i) the next stage i + 1 of the transistors of the differential section of the pair T1 than i + 1, T2 i + 1 of the gate width W DIF
This indicates that (i + 1) is set small.

【0021】上述の条件(a)、(b)、(c)となる
ように設定したのは以下の理由による。
The above conditions (a), (b) and (c) are set for the following reason.

【0022】ソースフォロア部の入力容量は同じゲート
幅のトランジスタで構成した差動部のそれに比べて1/
3程度と小さい。しかし、駆動能力はゲート幅に見合っ
ただけの大きさを持っている。そして、我々は、次に述
べる特性を見出した。
The input capacitance of the source follower section is 1 / th that of the differential section composed of transistors having the same gate width.
It is as small as 3. However, the driving capability is large enough to match the gate width. Then, we have found the following characteristics.

【0023】即ち、ある負荷を駆動する1つのバッファ
を構成するに当たって、差動部よりもソースフォロア部
のゲート幅を2倍程度大きくした方が周波数特性は改善
される。このことは、式(c)で示したように、大きく
設定したソースフォロア部のゲート幅が次段の差動部の
それよりも大きくなるような場合であっても成り立つ。
ソースフォロアのゲート幅を次段の差動部のそれを上回
る程に大きくすることによって、ソースフォロア部の前
段の差動部の負荷は大きくなり、それに伴って差動部の
周波数特性は劣化するであろう。しかし、ソースフォロ
ア部の単位ゲート幅当たりの入力容量は小さいのでその
劣化はさほど大きくはない。一方、ソースフォロア部に
とっては次段の負荷が軽減されたことになりその周波数
特性は改善される。即ち、もともとソースフォロア部よ
りも優れていた差動部の周波数特性を多少劣化させ、そ
の代わりソースフォロア部の周波数特性を改善すること
によりSCFLバッファ全体の周波数特性が改善され
る。
That is, in constructing one buffer for driving a certain load, the frequency characteristics are improved by making the gate width of the source follower section about twice larger than that of the differential section. This is true even when the gate width of the source follower section that is set to a large value is larger than that of the differential section of the next stage, as shown in equation (c).
By making the gate width of the source follower larger than that of the differential section at the next stage, the load on the differential section at the preceding stage of the source follower section becomes large and the frequency characteristic of the differential section deteriorates accordingly. Will. However, since the input capacitance per unit gate width of the source follower portion is small, the deterioration is not so large. On the other hand, for the source follower unit, the load on the next stage is reduced, and its frequency characteristic is improved. That is, the frequency characteristic of the differential section, which was originally superior to the source follower section, is slightly deteriorated, and instead, the frequency characteristic of the source follower section is improved, thereby improving the frequency characteristic of the entire SCFL buffer.

【0024】例えば、本実施例において、ある段iのバ
ッファ回路の差動部のトランジスタT1i 、T2i 、T
i のゲート幅WDIF (i)を28μm、ソースフォロ
ア部のトランジスタT4i 、T5i 、T6i 、T7i
のゲート幅WSF(i)を60μm、次段のバッファ回路
の差動部のトランジスタT1i+1 、T2i+1 、T3i+ 1
のゲート幅WDIF (i+1)を42μm、ソースフォロ
ア部のトランジスタT4i+1 、T5i+1 、T6i+1 、T
i+1 のゲート幅WSF(i+1)を90μmとする。す
なわち、i段目とi+1段目の差動部のトランジスタの
ゲート幅比を1:1.5とし、i段目とi+1段目のソ
ースフォロア部のトランジスタのゲート幅比も1:1.
5とする。これに対して従来の各段のバッファ回路にお
いては差動部およびソースフォロア部のトランジスタT
i 、T2i 、T3i 、T4i 、T5i 、T6i 、T7
i のゲート幅は同一である。今、本実施例の差動部と同
様に従来のある段のバッファ回路のトランジスタのゲー
ト幅を28μmとし、次段のトランジスタのゲート幅を
42μm(次段のトランジスタのゲート幅を42μm
(=28×1.5))とした場合の、バッファ回路のカ
ットオフ周波数を回路シミュレーションで調べると、従
来のバッファ回路は11.1GHzであったのに対し
て、本実施例のほうは、20%向上し、13.3GHz
であった。
For example, in this embodiment, the transistors T1 i , T2 i , T of the differential section of the buffer circuit at a certain stage i are used.
3 i has a gate width W DIF (i) of 28 μm, and the source follower transistors T4 i , T5 i , T6 i , T7 i ,
Has a gate width W SF (i) of 60 μm and transistors T1 i + 1 , T2 i + 1 , T3 i + 1 of the differential section of the buffer circuit of the next stage.
Has a gate width W DIF (i + 1) of 42 μm, and the source follower transistors T4 i + 1 , T5 i + 1 , T6 i + 1 , T
The gate width W SF (i + 1) of 7 i + 1 is 90 μm. That is, the gate width ratio of the transistors in the i-th stage and the i + 1-th stage differential part is set to 1: 1.5, and the gate width ratio of the transistors in the i-th stage and the i + 1-th stage source follower part is also set to 1: 1.
Set to 5. On the other hand, in the conventional buffer circuit of each stage, the transistor T of the differential portion and the source follower portion is
1 i , T2 i , T3 i , T4 i , T5 i , T6 i , T7
The gate width of i is the same. Now, as in the differential section of the present embodiment, the gate width of the transistor of the conventional buffer circuit of one stage is 28 μm, and the gate width of the transistor of the next stage is 42 μm (the gate width of the transistor of the next stage is 42 μm.
When the cutoff frequency of the buffer circuit in the case of (= 28 × 1.5) is examined by circuit simulation, the conventional buffer circuit has 11.1 GHz, whereas the present embodiment shows that 20% improvement, 13.3 GHz
Met.

【0025】以上説明したように、本実施例によれば、
FETの製造プロセスを変更することなしに、多段接続
されたクロックバッファの周波数特性を20%向上する
ことができる。
As described above, according to this embodiment,
The frequency characteristics of the clock buffers connected in multiple stages can be improved by 20% without changing the FET manufacturing process.

【0026】尚、シミュレーションのFETモデルは次
に示すMESFETを測定してモデル抽出を行ったもの
である。
The simulation FET model is obtained by measuring the following MESFET and extracting the model.

【0027】即ち、半絶縁性GaAs基板にSiの選択
イオン注入により活性層を形成し、ゲートにタングステ
ンを積層したタングステンナイトライドを用いて構成さ
れたMESFETであり、ゲート長が0.35μmのP
層埋め込みプロセスを用いて形成されたものである。
That is, this is a MESFET composed of a tungsten nitride in which an active layer is formed by selective ion implantation of Si on a semi-insulating GaAs substrate and tungsten is stacked on the gate, and a PES having a gate length of 0.35 μm.
It is formed using a layer embedding process.

【0028】また、主な回路パラメータは次の通りであ
る。SCFL回路を構成するスイッチングFETのオン
時のゲート・ソース間電圧は0.35Vであり、論理振
幅の設計値は0.9Vp-p である。
The main circuit parameters are as follows. The gate-source voltage when the switching FETs included in the SCFL circuit are on is 0.35V, and the design value of the logic amplitude is 0.9Vp-p.

【0029】電源電圧VSSは−5.2V、バイアス電
圧VBは−4.5Vである。
The power supply voltage VSS is -5.2V and the bias voltage VB is -4.5V.

【0030】以上、GaAsMESFETを用いたSC
FL回路を用いた実施例を示したが、同じ回路方式であ
るECL(Emitter Coupled Logic )に対しても本発明
は有効である。
As described above, the SC using the GaAs MESFET
Although the embodiment using the FL circuit is shown, the present invention is also effective for ECL (Emitter Coupled Logic) which is the same circuit system.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上延べたように、本発明によれば周波
数特性の良好な多段接続されたクロックバッファを有す
る半導体集積回路を得ることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a semiconductor integrated circuit having multistage connected clock buffers having good frequency characteristics.

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

【図1】本発明による半導体集積回路の一実施例の構成
を示す回路図。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an embodiment of a semiconductor integrated circuit according to the present invention.

【図2】SCFL回路の構成を示す回路図。FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of an SCFL circuit.

【図3】SCFL回路の周波数特性を示すグラフ。FIG. 3 is a graph showing frequency characteristics of the SCFL circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

T1i 、T2i 差動部のトランジスタ T4i 、T5i ソースフォロア部のトランジスタT1 i , T2 i differential section transistor T4 i , T5 i source follower section transistor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 脇 本 啓 嗣 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式会 社東芝研究開発センター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kei Wakimoto 1 Komukai Toshiba-cho, Kouki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Corporation R & D Center

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一対の差動対トランジスタを有する差動部
と、この差動部の出力を受ける一対のトランジスタを有
するソースフォロア部とを備えているSCFLで構成さ
れたバッファ回路がN段カスケード接続された半導体集
積回路であって、i(1≦i≦N)段目のバッファ回路
の差動部の差動対トランジスタのゲート幅をW
DIF (i)とし、i段目のバッファ回路のソースフォロ
ア部の一対のトランジスタのゲート幅をWSF(i)とし
た場合、下記の条件 (a) i=1,…N−1に対して WDIF (i)<
DIF (i+1) (b) i=1,…Nに対して WDIF (i)<
SF (i) (c) i=1,…N−1に対して WSF (i)>
DIF (i+1) を満足することを特徴とする半導体集積回路。
1. A N-stage cascaded buffer circuit composed of an SCFL including a differential section having a pair of differential pair transistors and a source follower section having a pair of transistors receiving an output of the differential section. In the connected semiconductor integrated circuit, the gate width of the differential pair transistor of the differential section of the buffer circuit of the i-th (1 ≦ i ≦ N) stage is W
When DIF (i) and the gate width of the pair of transistors in the source follower section of the i-th stage buffer circuit is W SF (i), the following condition (a): i = 1, ... W DIF (i) <
W DIF (i + 1) (b) For i = 1, ... N W DIF (i) <
W SF (i) (c) For i = 1, ... N-1, W SF (i)>
A semiconductor integrated circuit characterized by satisfying W DIF (i + 1).
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