JPH07177022A - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device

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JPH07177022A
JPH07177022A JP5318595A JP31859593A JPH07177022A JP H07177022 A JPH07177022 A JP H07177022A JP 5318595 A JP5318595 A JP 5318595A JP 31859593 A JP31859593 A JP 31859593A JP H07177022 A JPH07177022 A JP H07177022A
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JP
Japan
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signal
differential pair
input
potential
fet
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5318595A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Onodera
裕幸 小野寺
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP5318595A priority Critical patent/JPH07177022A/en
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Abstract

PURPOSE:To reduce the required number of wiring for every different potential by setting the threshold voltage of a differential pair of transistors on a high potential side lower than the threshold voltage of a differential pair of transistors on a low potential side. CONSTITUTION:Since this circuit is a two-input AND/NAND circuit, a signal A and a signal, the inverse of A are inputted to a differential pair S1, and a signal B and a signal, the inverse of B to a differential pair S2. In such a case, since the threshold voltage VTH1 is set smaller by a value equivalent to VDS (voltage between drain and source) required for FETs 7, 8 which form the differential pair S2 compared with the threshold voltage VTH2, no potential difference for the potential of the signals A, B (or the signals, the inverse of A, B) is required, and the input signal of same potential can be inputted. Consequently, when plural logic circuits are connected, it is not required to output signals with two kinds of potential as an output signal.

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、半導体集積回路装置に
関し、より詳細には、高速動作が可能な縦積み型論理ゲ
ートを有する半導体集積回路装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a semiconductor integrated circuit device having a vertically stacked logic gate capable of high speed operation.

【0002】近年、半導体製作技術の高度化による集積
度の向上に伴い、従来のSi−ICに比べて格段の高速性
及び低消費電力性を備えた化合物半導体が注目されてい
る。そして、この化合物半導体を用いて製作された電界
効果型トランジスタ(以下、FET(Field-Effect Tra
nsistor )という。)を用いた集積回路が数多く開発さ
れている。
[0002] In recent years, as semiconductor fabrication technology has advanced and the degree of integration has improved, compound semiconductors having significantly higher speed and lower power consumption than conventional Si-ICs have been receiving attention. Then, a field-effect transistor (hereinafter referred to as FET (Field-Effect Transistor) manufactured by using this compound semiconductor.
nsistor). ) Has been developed in many integrated circuits.

【0003】[0003]

【従来の技術】化合物半導体FETで構成された集積回
路で用いられる基本回路の一つにSCFL(Souce Coup
led FET Logic )回路がある。
2. Description of the Related Art One of basic circuits used in integrated circuits composed of compound semiconductor FETs is SCFL (Source Coupling).
led FET Logic) circuit.

【0004】SCFL回路は、Siバイポーラトランジス
タを用いた論理回路の中の代表的な回路であるECL
(Emmiter Coupled Logic )回路と同様の構成を持つ論
理回路であり、電流切り替え型回路である。
The SCFL circuit is an ECL which is a typical circuit among logic circuits using Si bipolar transistors.
(Emmiter Coupled Logic) This is a logic circuit with the same configuration as the circuit, and is a current switching type circuit.

【0005】SCFL回路の特徴としては、単位ゲート
当たりの素子種及び素子数が多く、その結果、消費電力
が大きくなるという短所を持つが、反面、高速であり、
OR−NORなどの相補的出力が得られ、論理回路とし
ての融通性が増すという長所を有している。さらに、フ
リップフロップ回路を構成した場合にその動作周波数が
高いという特長を有しており、低消費電力化のための処
置をしたのちに、高速性が特に要求される小、中規模の
IC(例えば、プリスケーラや、マルチプレクサ、デマ
ルチプレクサ等)において広く活用されている。
The characteristic of the SCFL circuit is that it has a large number of elements and the number of elements per unit gate, resulting in a large power consumption, but on the other hand, it has a high speed.
Since complementary outputs such as OR-NOR are obtained, the flexibility of the logic circuit is increased. Further, when a flip-flop circuit is configured, it has a feature that its operating frequency is high, and after taking measures for lowering power consumption, small and medium-sized ICs (especially high speed) are required. For example, it is widely used in prescalers, multiplexers, demultiplexers, etc.).

【0006】さらに、SCFL回路の他の特徴として、
縦積み型論理ゲートを構成することが可能であり、これ
によって、各種論理回路を構築することができるという
点が挙げられる。縦積み型論理ゲートを利用した論理回
路の例として、図3に2段の縦積み型論理ゲートを用い
て従来技術のSCFL回路により構成した2入力AND
/NAND回路を示す。
Further, as another feature of the SCFL circuit,
It is possible to construct a vertically stacked logic gate, which makes it possible to construct various logic circuits. As an example of a logic circuit using a vertically stacked logic gate, a two-input AND configured by a conventional SCFL circuit using two stages of vertically stacked logic gates is shown in FIG.
/ NAND circuit is shown.

【0007】図3に示されるSCFL2入力AND/N
AND回路は、2組の差動対により入力信号に応じて論
理信号を生成する差動対部40と、差動対部40からの
出力信号のレベルをシフトさせ、出力信号に必要な電位
を与えるためのレベルシフト部50で構成されている。
SCFL 2-input AND / N shown in FIG.
The AND circuit shifts the level of the output signal from the differential pair section 40 that generates a logical signal according to the input signal by the two differential pairs and the potential required for the output signal. It is composed of a level shift unit 50 for giving.

【0008】差動対部40は、差動対部40から出力さ
れる論理ハイレベル信号(以下、H信号という。)がレ
ベルシフト部50中のFET51又は52において減衰
することを防止するためのダイオード41と、差動対部
40から出力されるH信号と論理ローレベル信号(以
下、L信号という。)の振幅を決定するための負荷抵抗
42及び43と、差動対S3を形成するFET44及び
45と、差動対S4を形成するFET46及び47と、
定電流源を構成する定電流源用FET48と、定電流源
の出力電流値を安定化するための帰還抵抗49と、で構
成されている。
The differential pair section 40 prevents the logic high level signal (hereinafter referred to as H signal) output from the differential pair section 40 from being attenuated in the FET 51 or 52 in the level shift section 50. The diode 41, the load resistors 42 and 43 for determining the amplitudes of the H signal and the logical low level signal (hereinafter referred to as the L signal) output from the differential pair section 40, and the FET 44 forming the differential pair S3. And 45 and FETs 46 and 47 forming a differential pair S4,
It comprises a constant current source FET 48 constituting a constant current source and a feedback resistor 49 for stabilizing the output current value of the constant current source.

【0009】ここで、FET44、45、46及び47
は、全て同一のしきい値電圧(以下、VTHという。)を
持つFETで構成されている。レベルシフト部50は、
差動対部40から出力されるH信号及びL信号の電流を
増幅し負荷駆動能力を与えるためのFET51及び52
と、差動対部40から出力されるH信号及びL信号のレ
ベルをシフトさせるためのダイオード53、54、55
及び56と、定電流源を構成する定電流源用FET57
及び59と、定電流源の出力電流値を安定化するための
帰還抵抗58及び60と、で構成されている。
Here, the FETs 44, 45, 46 and 47
Are all FETs having the same threshold voltage (hereinafter referred to as V TH ). The level shift unit 50
FETs 51 and 52 for amplifying the currents of the H signal and the L signal output from the differential pair section 40 and providing load driving capability
And diodes 53, 54, 55 for shifting the levels of the H and L signals output from the differential pair section 40.
And 56, and a constant current source FET 57 that constitutes a constant current source
And 59, and feedback resistors 58 and 60 for stabilizing the output current value of the constant current source.

【0010】次に、図3を用いて動作を説明する。本回
路は、2入力AND/NAND回路であるため、入力信
号として、図3(a)に示すように、A信号及び/A信
号が差動対S3に入力され、B信号及び/B信号が差動
対S4に入力される。また、出力信号としては、X信号
及び/X信号と、X信号又は/X信号とは異なった電位
を持つY信号及び/Y信号とが出力される。
Next, the operation will be described with reference to FIG. Since this circuit is a 2-input AND / NAND circuit, as shown in FIG. 3A, the A signal and the / A signal are input to the differential pair S3, and the B signal and the / B signal are input as input signals. It is input to the differential pair S4. Further, as the output signals, the X signal and the / X signal, and the Y signal and the / Y signal having a potential different from that of the X signal or the / X signal are output.

【0011】この出力信号は、図3(a)に示す論理回
路を複数個接続する場合に、次段の論理回路において、
異なった電位を持つ入力信号が必要であるので、別々の
電位を持つ2種類の出力信号が必要となる。
This output signal is output in the next-stage logic circuit when a plurality of logic circuits shown in FIG. 3A are connected.
Since input signals having different potentials are required, two kinds of output signals having different potentials are required.

【0012】図3(a)に示す論理回路には、電源電圧
として、予めVDD及びVEEが印加されている。まず、例
として、図3(b)の真理値表に示す入力信号のうち、
A信号及びB信号として共にH信号が入力した場合の動
作を説明する。なお、A信号及びB信号として共にH信
号が入力しているので、/A及び/B信号としては、L
信号が共に入力される。
V DD and V EE are previously applied as power supply voltages to the logic circuit shown in FIG. First, as an example, among the input signals shown in the truth table of FIG.
The operation when the H signal is input as both the A signal and the B signal will be described. Since the H signal is input as both the A signal and the B signal, the / A and / B signals are L
Signals are input together.

【0013】上記の場合において、A信号としてH信号
が入力されるのでFET44は導通状態(以下、オン状
態という。)となり、B信号としてH信号が入力される
のでFET46もオン状態となる。また、/A信号とし
てL信号が入力されるので、FET45は遮断状態(以
下、オフ状態という)、同様に、FET47もオフ状態
となる。
In the above case, since the H signal is inputted as the A signal, the FET 44 is brought into a conducting state (hereinafter referred to as an on state), and the H signal is inputted as the B signal, so that the FET 46 is also brought into the on state. Further, since the L signal is input as the / A signal, the FET 45 is in a cutoff state (hereinafter, referred to as an off state), and similarly, the FET 47 is also in an off state.

【0014】したがって、差動対S3及び差動対S4を
流れる電流は、ダイオード41、負荷抵抗42、FET
44、FET46を通って定電流源用FET48及び帰
還抵抗49へ流れることとなる。よって、図3中のウ点
の電位は図3中のエ点の電位より負荷抵抗42における
電圧降下の分だけ低い電位となる。すなわち、差動対部
40からレベルシフト部50への出力として、L信号が
レベルシフト部50中のFET51のゲート端子へ出力
され、H信号がFET52のゲート端子へ出力される。
Therefore, the currents flowing through the differential pair S3 and the differential pair S4 are the diode 41, the load resistor 42 and the FET.
44, the FET 46 and the feedback resistor 49. Therefore, the potential at point c in FIG. 3 is lower than the potential at point d in FIG. 3 by the amount of the voltage drop in the load resistor 42. That is, as the output from the differential pair section 40 to the level shift section 50, the L signal is output to the gate terminal of the FET 51 in the level shift section 50, and the H signal is output to the gate terminal of the FET 52.

【0015】FET52のゲート端子の入力電位が正方
向へ遷移すると、定電流源用FET59と帰還抵抗60
によって構成される定電流源の電流を保つべくFET5
2、ダイオード55、ダイオード56、定電流源用FE
T59及び帰還抵抗60を含む経路の各接続点の電位も
遷移し、X信号及びY信号としてダイオード1個分のレ
ベルのシフトにより電位の異なった2種類のH信号が出
力される。
When the input potential of the gate terminal of the FET 52 shifts in the positive direction, the FET 59 for the constant current source and the feedback resistor 60.
FET5 to keep the current of the constant current source composed of
2, diode 55, diode 56, FE for constant current source
The potential at each connection point of the path including the T59 and the feedback resistor 60 also transits, and two types of H signals having different potentials are output as the X signal and the Y signal by shifting the level of one diode.

【0016】これに対して、FET51は逆にゲート端
子の入力電位が負方向に遷移するので、FET51、ダ
イオード53、ダイオード54、定電流源用FET57
及び帰還抵抗58を含む経路の各接続点の電位も負方向
に遷移し、/X信号及び/Y信号としてダイオード1個
分のレベルのシフトにより電位の異なった2種類のL信
号が出力される。
On the other hand, in the FET 51, on the contrary, since the input potential of the gate terminal makes a negative transition, the FET 51, the diode 53, the diode 54, and the FET 57 for the constant current source.
The potential of each connection point of the path including the feedback resistor 58 also transits in the negative direction, and two types of L signals having different potentials are output as the / X signal and the / Y signal by shifting the level of one diode. .

【0017】入力として、図3(b)の真理値表に示す
他の信号が入力した場合にも、上記の例と同様の動作に
より、図3(b)の真理値表に示す出力信号が得られ、
本回路が2入力AND/NAND論理回路として動作す
る。
Even when another signal shown in the truth table of FIG. 3B is inputted as an input, the output signal shown in the truth table of FIG. 3B is obtained by the same operation as in the above example. Obtained,
This circuit operates as a 2-input AND / NAND logic circuit.

【0018】本例に示す2入力AND/NAND論理回
路の他にも、縦積み型論理ゲートを用いて各種の論理回
路の構築が可能であり、これらの論理回路を多数組み合
わせることにより大規模な集積回路を高速化することが
できる。また、今後は、さらに高集積化が要求されてい
るため、現在以上の高速化及び省電力化が望まれてい
る。
In addition to the 2-input AND / NAND logic circuit shown in this example, various logic circuits can be constructed by using vertically stacked logic gates, and a large scale can be obtained by combining these logic circuits. The integrated circuit can be speeded up. Further, since higher integration is required in the future, higher speed and lower power consumption than the present are desired.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】しかし、これまで説明
したような縦積み型論理ゲートを複数個接続した場合に
は、各差動対ごとに異なった電位の入力信号が必要なの
で、同じタイミングでH信号からL信号へ変化する(又
はその逆の変化をする)ような入力信号であっても、別
々の電位で入力させなければならない。したがって、入
力信号ごとに別個の配線を構成する必要があり、配線長
が増すことによる配線容量の増加に伴う配線負荷の増大
及び遅延時間の増加という問題点があった。
However, when a plurality of vertically stacked logic gates as described above are connected, an input signal having a different potential is required for each differential pair, so that the same timing is required. Even input signals that change from the H signal to the L signal (or vice versa) must be input at different potentials. Therefore, it is necessary to form a separate wiring for each input signal, and there is a problem that the wiring load increases and the delay time increases due to the increase in the wiring capacitance due to the increase in the wiring length.

【0020】これについて、図3及び図4を用いて説明
する。すなわち、図3(a)の2入力AND/NAND
論理回路において、各差動対を構成するFETを飽和領
域で安定に動作させ、且つ差動対部40に必要な電流を
流すためには各差動対を構成するFETに十分なドレイ
ン−ソース間電圧(以下、VDSと表す。)を与える必要
がある。したがって、差動対S3を構成するFET44
及び45のソース電位は、差動対S4を構成するFET
46及び47のソース電位よりも、VDSだけ高い電位に
あることになる。よって、各FETのV THが全て同じで
あるので、差動対S3に入力する入力信号の持つ電位
(ゲート電位)は、差動対S4に入力する入力信号の電
位よりVDSだけ高くなければならない。
This will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
To do. That is, the 2-input AND / NAND of FIG.
In the logic circuit, saturate the FETs that make up each differential pair.
Stable operation in the range, and the current required for the differential pair section 40
In order to make it flow, the drain which is sufficient for the FETs forming each differential pair
Source-source voltage (hereinafter VDSExpress. ) Need to give
There is. Therefore, the FET 44 forming the differential pair S3
The source potentials of 45 and 45 are the FETs forming the differential pair S4.
V more than the source potential of 46 and 47DSTo a higher potential
There will be. Therefore, V of each FET THAre all the same
Therefore, the potential of the input signal input to the differential pair S3 is
(Gate potential) is the voltage of the input signal input to the differential pair S4.
V from rankDSShould only be high.

【0021】そこで、差動対S3に入力する入力信号の
持つ電位を、差動対S4に入力する入力信号の電位より
高く保つためには、たとえ同じタイミングでH信号から
L信号へ変化する(又はその逆の変化をする)ような入
力信号であっても、個別の配線を使用しなければならな
い。すると、図3に示す論理回路を複数接続する場合に
は、図4に示すように、それぞれの差動対に入力信号を
入力させるために差動対ごとに個別の配線を敷設する必
要がある。
Therefore, in order to keep the potential of the input signal input to the differential pair S3 higher than the potential of the input signal input to the differential pair S4, the H signal changes to the L signal at the same timing ( Or even vice versa), separate wiring must be used. Then, when a plurality of logic circuits shown in FIG. 3 are connected, as shown in FIG. 4, it is necessary to lay an individual wiring for each differential pair in order to input an input signal to each differential pair. .

【0022】したがって、全体の配線長が長くなるため
に、配線容量が増加し、配線負荷の増大及び遅延時間の
増加という問題点が生じるのである。ここで、全体の配
線長を短くする方法として、レベルシフト回路を使用す
る方法がある。すなわち、複数の論理回路を接続する場
合に、一の論理回路について異なった複数種の電位を持
つ入力信号が必要なときは、他の論理回路の1本の出力
信号の配線を途中から分岐し、当該異なった電位の入力
信号が必要な論理回路に入力する前にレベルシフト回路
を設けて電位を変換したのちに当該論理回路に入力する
という方法である。しかし、この方法によると、1種類
の出力信号から複数の種類の電位を持つ出力信号が得ら
れる反面、必要な電位の種類の数だけレベルシフト回路
が必要となるので、使用する素子種及び素子数が増加
し、消費電力が増大するという問題点が生じる。
Therefore, since the total wiring length becomes long, the wiring capacitance increases, and the wiring load and the delay time increase. Here, as a method of shortening the entire wiring length, there is a method of using a level shift circuit. That is, when a plurality of logic circuits are connected and an input signal having a plurality of different potentials for one logic circuit is required, one output signal wiring of another logic circuit is branched from the middle. In this method, a level shift circuit is provided before the input signals having the different potentials are input to a necessary logic circuit to convert the potentials and then the potentials are input to the logic circuit. However, according to this method, an output signal having a plurality of types of potentials can be obtained from one type of output signal, but on the other hand, level shift circuits are required for the number of types of required potentials. There is a problem that the number increases and power consumption increases.

【0023】そこで、本発明の目的は、縦積み型論理ゲ
ートを有する論理回路を複数接続する場合において、素
子種及び素子数を増加させることなく、全体の配線長を
短くして配線負荷及び遅延時間を低減し、高速化した論
理回路を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to shorten the overall wiring length and increase the wiring load and delay without increasing the number of elements and the number of elements when a plurality of logic circuits having vertically stacked logic gates are connected. It is to provide a logic circuit which has reduced time and increased speed.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、高電位側電源(VDD)と低電位側電源
(VEE)との間に複数対のトランジスタ差動対が直列に
接続されて形成される複数段の縦積み型論理ゲートを有
する半導体集積回路装置において、高電位側のトランジ
スタ差動対(5、6)のしきい値電圧(VTH1 )が、低
電位側のトランジスタ差動対(7、8)のしきい値電圧
(VTH2 )よりも低く(VTH<VTH2 )設定されている
ことを特徴として構成する。
In order to solve the above problems, the present invention provides a plurality of transistor differential pairs between a high potential side power supply (V DD ) and a low potential side power supply (V EE ). In a semiconductor integrated circuit device having a plurality of stages of vertically stacked logic gates formed by connecting in series, the threshold voltage (V TH1 ) of the transistor differential pair (5, 6) on the high potential side is low. It is characterized in that it is set lower than the threshold voltage (V TH2 ) of the transistor differential pair (7, 8) on the potential side (V TH <V TH2 ).

【0025】[0025]

【作用】本発明においては、高電位側のトランジスタ差
動対(5、6)のしきい値電圧(VTH1 )が、低電位側
のトランジスタ差動対(7、8)のしきい値電圧(VTH
2 )よりも低く(VTH1 <VTH2 )設定されているた
め、高電位側のトランジスタ差動対(5、6)はより低
いゲート電位で導通可能となり、したがって、入力信号
の電位が低電位側のトランジスタ差動対(7、8)と同
電位であっても、各トランジスタが正常に動作し、論理
演算機能を発揮し得ることとなる。
In the present invention, the threshold voltage (V TH1 ) of the high potential side transistor differential pair (5, 6) is the threshold voltage of the low potential side transistor differential pair (7, 8). (V TH
2 ) is set lower (V TH1 <V TH2 ), the transistor differential pair (5, 6) on the high potential side can conduct at a lower gate potential, and therefore the potential of the input signal is low. Even if the potential is the same as that of the transistor differential pair (7, 8) on the side, each transistor can operate normally and exhibit a logical operation function.

【0026】[0026]

【実施例】次に本発明の好適な実施例を図1及び図2を
用いて説明する。図1は、本発明の縦積み型論理ゲート
をSCFL2入力AND/NAND回路に応用した例を
示している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows an example in which the vertically stacked logic gate of the present invention is applied to a SCFL 2-input AND / NAND circuit.

【0027】図1に示すように、本実施例は、2組の差
動対により入力信号に応じて論理信号を生成する差動対
部1と、差動対部1からの出力信号のレベルをシフトさ
せ、出力信号に必要な電位を与えるためのレベルシフト
部20で構成されている。
As shown in FIG. 1, in this embodiment, a differential pair section 1 for generating a logic signal according to an input signal by two differential pairs, and a level of an output signal from the differential pair section 1. And a level shift unit 20 for applying a necessary potential to the output signal.

【0028】差動対部1は、差動対部1から出力される
H信号がレベルシフト部20中のFET21又は22に
おいて減衰することを防止するためのダイオード2と、
差動対部1から出力されるH信号とL信号の振幅を決定
するための負荷抵抗3及び4と、差動対S1を形成する
デプリーション型FET5及び6と、差動対S2を形成
するエンハンスメント型FET7及び8と、定電流源を
構成する定電流源用FET9と、定電流源の出力電流値
を安定化するための帰還抵抗10と、で構成されてい
る。
The differential pair section 1 includes a diode 2 for preventing the H signal output from the differential pair section 1 from being attenuated in the FET 21 or 22 in the level shift section 20,
Load resistors 3 and 4 for determining the amplitudes of the H signal and the L signal output from the differential pair section 1, depletion type FETs 5 and 6 forming the differential pair S1, and enhancement forming the differential pair S2. Type FETs 7 and 8, a constant current source FET 9 forming a constant current source, and a feedback resistor 10 for stabilizing the output current value of the constant current source.

【0029】ここで、差動対S1を形成するFET5及
び6のVTH(以下、VTH1 という。)は、差動対S2を
形成するFET7及び8のVTH(以下、VTH2 とい
う。)に比べて、差動対S2を形成するFET7及び8
に必要なVDSに相当する大きさだけ低く設定されてい
る。
Here, V TH (hereinafter, referred to as V TH1 ) of the FETs 5 and 6 forming the differential pair S1 is V TH (hereinafter, referred to as V TH2 ) of the FETs 7 and 8 forming the differential pair S2. FETs 7 and 8 forming a differential pair S2, as compared with
Is set lower by a magnitude corresponding to V DS required for the.

【0030】レベルシフト部20は、差動対部1から出
力されるH信号及びL信号が変化する際に負荷駆動能力
を与えるためのFET21及び22と、差動対部1から
出力されるH信号及びL信号のレベルをシフトさせるた
めのダイオード23、24、25及び26と、定電流源
を構成する定電流源用FET27及び29と、定電流源
の出力電流値を安定化するための帰還抵抗28及び30
と、で構成されている。
The level shift section 20 includes FETs 21 and 22 for providing load driving capability when the H signal and the L signal output from the differential pair section 1 change, and the H output from the differential pair section 1. Diodes 23, 24, 25 and 26 for shifting the levels of the signal and the L signal, constant current source FETs 27 and 29 forming a constant current source, and feedback for stabilizing the output current value of the constant current source. Resistors 28 and 30
It consists of and.

【0031】次に、図1を用いて動作を説明する。図1
に示す論理回路には、電源電圧として、予めVDD及びV
EEが印加されているとする。
Next, the operation will be described with reference to FIG. Figure 1
The logic circuit shown in, as the power supply voltage, previously V DD and V
It is assumed that EE is applied.

【0032】本回路は、2入力AND/NAND回路で
あるため、入力信号として、図1に示すように、A信号
及び/A信号が差動対S1に入力され、B信号及び/B
信号が差動対S2に入力される。
Since this circuit is a 2-input AND / NAND circuit, as shown in FIG. 1, the A signal and the / A signal are input to the differential pair S1 as the input signals, and the B signal and the / B signal are input.
The signal is input to the differential pair S2.

【0033】ここで、VTH1 はVTH2 に比べて、差動対
S2を形成するFET7及び8に必要なVDSに相当する
大きさだけ低く設定されているので、A信号及びB信号
(又は/A信号及び/B信号)の電位は、従来技術のよ
うに電位差を設ける必要はなく、同じ電位の入力信号を
入力させることができる。これは、FETにおいては、
一般的に、一定の電流を流すために必要なゲート電位
(以下、VG という。)は、そのFETのVTHに依存し
て変化し、例えば、VTHが低いほどVG も低くなる。そ
こで、VTH1 とVTH2 との電位差を、差動対S2を形成
するFET7及び8に必要なVDSに相当する大きさに等
しい値とし、VTH1 をVTH2 より低く設定すれば、差動
対S1に一定の電流を流すために必要なFET5及び6
のVG は、FET7及び8に必要なVDSに相当する大き
さだけ低い電位でよいこととなる。従って、従来のよう
にVTH1 とVTH2 が同じ値のときには、A信号及びB信
号(又は/A信号及び/B信号)にFET7及び8に必
要なVDSに相当する電位差が必要であったが、本実施例
によれば、同じ電位で入力させることができる。
Since V TH1 is set lower than V TH2 by a magnitude corresponding to V DS required for the FETs 7 and 8 forming the differential pair S2, the A signal and the B signal (or The potentials of the / A signal and the / B signal do not need to have a potential difference as in the prior art, and an input signal having the same potential can be input. This is the FET
In general, the gate potential (hereinafter referred to as V G ) required to flow a constant current changes depending on V TH of the FET, and, for example, the lower V TH is, the lower V G is. Therefore, if the potential difference between V TH1 and V TH2 is set to a value equivalent to V DS required for the FETs 7 and 8 forming the differential pair S2, and V TH1 is set lower than V TH2 , the differential voltage is set. FETs 5 and 6 required to flow a constant current through the pair S1
V G in FIG. 2 may be as low as a potential corresponding to the V DS required for FETs 7 and 8. Therefore, when V TH1 and V TH2 have the same value as in the conventional case, a potential difference corresponding to V DS required for the FETs 7 and 8 is required for the A signal and the B signal (or / A signal and / B signal). However, according to the present embodiment, it is possible to input at the same potential.

【0034】その結果、本実施例に示す論理回路を複数
接続する場合には、出力信号として2種類の電位を持つ
信号を出力する必要はなく、1種類の電位を持つ出力信
号を途中で分岐して、それぞれを次の論理回路のA信号
及びB信号(又は、/A信号及び/B信号)として入力
すればよいことになる。よって、本実施例に示す回路に
おいては、出力信号として、従来例のようなX信号及び
/X信号は不必要であり、Y信号及び/Y信号のみが出
力される。
As a result, when a plurality of logic circuits shown in this embodiment are connected, it is not necessary to output a signal having two kinds of potentials as an output signal, and an output signal having one kind of potential is branched on the way. Then, each of them may be input as the A signal and the B signal (or the / A signal and the / B signal) of the next logic circuit. Therefore, in the circuit shown in this embodiment, the X signal and / X signal as in the conventional example are unnecessary as output signals, and only the Y signal and / Y signal are output.

【0035】なお、X信号及び/X信号でなくY信号及
び/Y信号を選択した理由は、本実施例においては、差
動対S1を正常に機能させるためにはFET5及び6に
必要なVDSを与える必要があるためである。
The reason why the Y signal and / Y signal are selected instead of the X signal and / X signal is that in the present embodiment, the V required for the FETs 5 and 6 is required for the differential pair S1 to function normally. This is because it is necessary to give DS .

【0036】今、例として、図1(b)の真理値表に示
す入力信号のうち、A信号及びB信号として、電位の等
しいH信号が共に入力した場合の動作を説明する。な
お、A信号及びB信号として共にH信号が入力している
ので、/A及び/B信号としては、同じ電位のL信号が
共に入力される。
Now, as an example, the operation when the H signals having the same potential are input as the A signal and the B signal among the input signals shown in the truth table of FIG. 1B will be described. Since the H signal is input as both the A signal and the B signal, the L signal having the same potential is also input as the / A and / B signals.

【0037】上記の場合において、A信号としてH信号
が入力されるのでFET5はオン状態となり、B信号と
してH信号が入力されるのでFET7もオン状態とな
る。また、/A信号としてL信号が入力されるので、F
ET6はオフ状態となり、同様に、FET8もオフ状態
となる。
In the above case, the FET 5 is turned on because the H signal is input as the A signal, and the FET 7 is also turned on because the H signal is input as the B signal. Also, since the L signal is input as the / A signal, F
The ET6 is turned off, and the FET8 is also turned off.

【0038】したがって、差動対S1及び差動対S2を
流れる電流の経路は、ダイオード2、負荷抵抗3、FE
T5、FET7を通って定電流源用FET9及び帰還抵
抗10へ流れることとなる。よって、図1中のア点の電
位は図1中のイ点の電位より負荷抵抗3における電圧降
下の分だけ低い電位となる。すなわち、差動対部1から
レベルシフト部20への出力として、L信号がレベルシ
フト部20中のFET21のゲート端子へ出力され、H
信号がFET22のゲート端子へ出力される。
Therefore, the paths of the currents flowing through the differential pair S1 and the differential pair S2 are the diode 2, the load resistor 3 and the FE.
The current flows through T5 and the FET 7 to the constant current source FET 9 and the feedback resistor 10. Therefore, the potential at point A in FIG. 1 is lower than the potential at point A in FIG. 1 by the amount of the voltage drop in the load resistor 3. That is, as the output from the differential pair section 1 to the level shift section 20, the L signal is output to the gate terminal of the FET 21 in the level shift section 20, and H signal is output.
The signal is output to the gate terminal of the FET 22.

【0039】FET22のみ入力電位が正方向へ遷移す
ると、FET22、ダイオード25、ダイオード26、
定電流源用FET29及び帰還抵抗30を含む回路で電
圧がレベルシフトされ、Y信号としてH信号が出力され
る。
When the input potential of only the FET 22 shifts in the positive direction, the FET 22, the diode 25, the diode 26,
The voltage is level-shifted in the circuit including the constant current source FET 29 and the feedback resistor 30, and the H signal is output as the Y signal.

【0040】これに対して、FET21のゲート入力は
負方向に遷移するので、FET21、ダイオード23、
ダイオード24、定電流源27及び負荷抵抗28を含む
回路によりレベルシフトされ、/Y信号としてL信号が
出力される。
On the other hand, since the gate input of the FET 21 makes a negative transition, the FET 21, the diode 23,
The level is shifted by a circuit including the diode 24, the constant current source 27, and the load resistor 28, and the L signal is output as the / Y signal.

【0041】また、入力として、図1(b)の真理値表
に示す他の信号が入力した場合にも、上記の例と同様の
動作により、図1(b)の真理値表に示す出力信号が得
られ、本回路が2入力AND/NAND論理回路として
動作する。
Further, even when another signal shown in the truth table of FIG. 1B is inputted as an input, the output shown in the truth table of FIG. 1B is obtained by the same operation as in the above example. A signal is obtained and the circuit operates as a 2-input AND / NAND logic circuit.

【0042】本実施例に示す2入力AND/NAND論
理回路を複数個接続する場合においては、出力信号がY
信号及び/Y信号のみであるので、図2に示すように、
従来技術の論理回路を用いたものに比して約半分の配線
長でよいため、配線負荷及び遅延時間を低減させ、論理
回路全体を高速化することができる。
When a plurality of 2-input AND / NAND logic circuits shown in this embodiment are connected, the output signal is Y.
Since there are only signals and / Y signals, as shown in FIG.
Since the wiring length is about half that of the conventional logic circuit, the wiring load and delay time can be reduced and the entire logic circuit can be sped up.

【0043】なお、本実施例においては、トランジスタ
差動対が2段の縦積み型論理ゲートを利用した論理回路
について説明したが、トランジスタ差動対が3段以上複
数段の場合においても同様である。
In this embodiment, the logic circuit using the vertically stacked logic gate having two transistor differential pairs has been described, but the same applies to the case where the transistor differential pair has three or more stages. is there.

【0044】すなわち、例えばトランジスタ差動対が3
段の場合において、最も高電位側にあるトランジスタ差
動対のしきい値電圧をVTH3 、次に高電位側にあるトラ
ンジスタ差動対のしきい値電圧をVTH4 とし、最も低電
位側にあるトランジスタ差動対のしきい値電圧をVTH5
とすると、VTH3 <VTH4 <VTH5 又はVTH3 =VTH 4
<VTH5 あるいはVTH3 <VTH4 =VTH5 と設定するこ
とにより、各トランジスタ差動対に与える入力信号の電
位として3種類必要であったものを1種類あるいは2種
類ですませることができ、配線負荷及び遅延時間を低減
させ、論理回路全体を高速化することができる。
That is, for example, the transistor differential pair is 3
In the case of the stage, the threshold voltage of the transistor differential pair on the highest potential side is V TH3 , the threshold voltage of the transistor differential pair on the next highest potential side is V TH4, and the threshold voltage is set to the lowest potential side. The threshold voltage of a certain transistor differential pair is set to V TH5
Then, V TH3 <V TH4 <V TH5 or V TH3 = V TH 4
By setting <V TH5 or V TH3 <V TH4 = V TH5 , one type or two types can be used for the potential of the input signal given to each transistor differential pair. The load and delay time can be reduced, and the entire logic circuit can be speeded up.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数段の縦積み型論理ゲートを有する半導体集積回路装
置において、高電位側のトランジスタ差動対のしきい値
電圧V TH1 が、低電位側のトランジスタ差動対のしきい
値電圧VTH2 よりも低く(VTH 1 <VTH2 )設定されて
いるため、縦積み型論理ゲートの各トランジスタ差動対
に与える入力信号の電位を同一にすることができ、した
がって、従来異なった電位ごとに必要だった配線の数を
減少させることができる。
As described above, according to the present invention,
Semiconductor integrated circuit device having vertically stacked logic gates
The threshold of the transistor differential pair on the high potential side
Voltage V TH1However, the threshold of the transistor differential pair on the low potential side
Value voltage VTH2Lower than (VTH 1<VTH2) Set
Therefore, each transistor differential pair of the vertically stacked logic gate is
The potential of the input signal applied to
Therefore, the number of wires required for each different potential
Can be reduced.

【0046】その結果、論理回路相互間の配線長を短く
することができるので、配線負荷及び遅延時間を低減
し、回路全体を高速化することができる。
As a result, since the wiring length between the logic circuits can be shortened, the wiring load and delay time can be reduced and the speed of the entire circuit can be increased.

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

【図1】本発明を応用した論理回路の実施例を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a logic circuit to which the present invention is applied.

【図2】従来技術による論理回路間の配線長と、本発明
を応用した論理回路間の配線長の違いを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a difference in wiring length between logic circuits according to a conventional technique and wiring length between logic circuits to which the present invention is applied.

【図3】従来技術による論理回路を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a logic circuit according to a conventional technique.

【図4】従来技術の論理回路を複数個接続する場合の配
線構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a wiring configuration when a plurality of conventional logic circuits are connected.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…差動対部 2…ダイオード 3、4…負荷抵抗 5、6…FET 7、8…FET 9…定電流源用FET 10…帰還抵抗 20…レベルシフト部 21、22…FET 23〜26…レベルシフト用ダイオード 27、29…定電流源用FET 28、30…帰還抵抗 31〜34…従来技術を用いた論理回路 35〜38…本発明を用いた論理回路 40…差動対部 41…ダイオード 42、43…負荷抵抗 44〜47…FET 48…定電流源用FET 49…帰還抵抗 50…レベルシフト部 51、52…FET 53〜56…レベルシフト用ダイオード 57、59…定電流源用FET 58、60…帰還抵抗 61〜64…従来技術を用いた論理回路 1 ... Differential pair part 2 ... Diode 3,4 ... Load resistance 5,6 ... FET 7,8 ... FET 9 ... Constant current source FET 10 ... Feedback resistance 20 ... Level shift part 21,22 ... FET 23-26 ... Level shift diodes 27, 29 ... Constant current source FETs 28, 30 ... Feedback resistors 31-34 ... Conventional logic circuits 35-38 ... Logic circuit using the present invention 40 ... Differential pair section 41 ... Diodes 42, 43 ... Load resistance 44-47 ... FET 48 ... Constant current source FET 49 ... Feedback resistance 50 ... Level shift section 51, 52 ... FET 53-56 ... Level shift diode 57, 59 ... Constant current source FET 58 , 60 ... Feedback resistors 61-64 ... Logic circuits using conventional technology

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高電位側電源(VDD)と低電位側電源
(VEE)との間に複数対のトランジスタ差動対が直列に
接続されて形成される複数段の縦積み型論理ゲートを有
する半導体集積回路装置において、 高電位側のトランジスタ差動対(5、6)のしきい値電
圧(VTH1 )が、低電位側のトランジスタ差動対(7、
8)のしきい値電圧(VTH2 )よりも低く(V TH1 <V
TH2 )設定されていることを特徴とする半導体集積回路
装置。
1. A high potential side power source (VDD) And low-potential side power supply
(VEE) And multiple transistor differential pairs in series
Has a vertically stacked logic gate that is connected and formed
In the semiconductor integrated circuit device, the threshold voltage of the transistor differential pair (5, 6) on the high potential side is
Pressure (VTH1) Is a transistor differential pair (7,
8) threshold voltage (VTH2Lower than (V TH1<V
TH2) A semiconductor integrated circuit characterized by being set
apparatus.
JP5318595A 1993-12-17 1993-12-17 Semiconductor integrated circuit device Withdrawn JPH07177022A (en)

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