JPH07321639A - 半導体集積回路 - Google Patents
半導体集積回路Info
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- JPH07321639A JPH07321639A JP6117239A JP11723994A JPH07321639A JP H07321639 A JPH07321639 A JP H07321639A JP 6117239 A JP6117239 A JP 6117239A JP 11723994 A JP11723994 A JP 11723994A JP H07321639 A JPH07321639 A JP H07321639A
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Abstract
行う。 【構成】低速動作部22と高速動作部21とを有する。
低速動作部22は、負荷FET回路12Aとエンハンス
メント型FET11とが直列接続された論理ゲート10
Aを含み、負荷FET回路12Aは、デプレッション型
FET121と122とが直列接続され、各デプレッシ
ョン型FETのゲートが、該直列結合の一端かつソース
に短絡されている。高速動作部21は、1個のデプレッ
ション型FET12のゲートとソースとが結合された負
荷とエンハンスメント型FETとが直列接続された論理
ゲート10を含む。
Description
速動作部と高速動作部とを有し、かつ、両部で負荷FE
Tを用いた半導体集積回路に関する。
理ゲート10を示す。この論理ゲート10は、nチャン
ネルMESFETで構成されており、E(エンハンスメ
ント型)−FET11のソースが低電位側の電源配線V
ssに接続され、ドレインがD(デプレッション型)−F
ET12を介して高電位側の電源配線Vddに接続されて
いる。D−FET12は、ゲートとソースとが短絡され
て負荷FETを構成しており、抵抗素子を用いるよりも
占有面積を狭くすることができる。
のとき、E−FET11がオンになって出力端OUTが
低レベルとなり、入力端INが低レベルのとき、E−F
ET11がオフになって出力端OUTが高レベルとなっ
て、インバータとして動作する。分周器等のような高速
動作部と低速動作部とを有する半導体集積回路に論理ゲ
ート10を使用する場合、高速動作部では、高速動作の
ためにD−FET12のドレイン電流Idsを大きくする
必要があるが、低速動作部では、D−FET12のドレ
イン電流Idsを小さくして消費電流を低減させた方が好
ましい。
dsなる飽和領域において、次式、 Ids=αW/L(Vth−Vgs)2 で表される。ここに、Vgsはゲート・ソース間電圧、V
thは閾値電圧、Vdsはドレイン・ソース間電圧、αはチ
ャンネル中のキャリア移動度等による定数である。
電流Idsを小さくするには、D−FET12について以
下のようにすればよい。 (1)ゲート電圧Vgsを0Vに近づける。 (2)チャンネル幅Wを小さくする。 (3)チャンネル長Lを大きくする。
る。
合、閾値電圧Vthにプロセス上のばらつきがあるため、
Vth>0となってD−FET12に電流が流れなくなり
負荷素子として機能しなくなるものがでるので、歩留り
が低下する。(2)の場合、チャンネル幅Wを小さくし
過ぎると、プロセス時のマスク位置合わせ精度等に起因
する不確定な電流成分のドレイン電流Idsに対する割合
が増加し、電圧・電流特性を設計で定めることが困難と
なるので、歩留りが低下する。現在のところ、チャンネ
ル幅Wは3μm程度が下限である。
は、チャンネル幅Wを大きくする必要があるが、他の場
合に比し、同一消費電流に対する論理ゲート10のスイ
ッチング速度が低下する。また、高速動作部と低速動作
部とで(1)、(3)又は(4)の値を変えると、プロ
セスで制御しなければならない項目が増大し、制御可能
なパラメータのマージンが小さくなるので、歩留りが低
下する。
み、歩留りを低下させることなく、低消費電力化を行う
ことができる半導体集積回路を提供することにある。
る半導体集積回路を、実施例図中の対応する構成要素の
符号を引用して説明する。第1発明の半導体集積回路で
は、例えば図2に示す如く、複数個のデプレッション型
FET121、122が直列結合され、各デプレッショ
ン型FETのゲートが該直列結合の一端かつソースに結
合されている負荷FET回路12Aを含む低速動作部2
2と、1個のデプレッション型FET12のゲートとソ
ースとが結合された負荷を含み、該低速動作部より動作
速度が大きい高速動作部21と、を有する。
3において、第1ゲートとソースとが結合されたデプレ
ッション型FET121、122が複数個直列結合され
ている負荷FET回路12Cを含む低速動作部と、1個
のデプレッション型FETのゲートとソースとが結合さ
れた負荷を含み、該低速動作部より動作速度が大きい高
速動作部と、を有する。
ても、低速動作部の負荷FET回路の端子間電圧が複数
のデプレッション型FETで分圧されるため、低速動作
部の消費電流を高速動作部のそれよりも小さくすること
ができ、また、半導体集積回路の製造プロセスにおい
て、高速動作部及び低速動作部のデプレッション型FE
Tを、互いに同一条件で製造可能となるので、歩留りの
低下が防止される。
Aは、ソース側一端の電位が各デプレッション型FET
のゲートへ直接伝達するので、第1発明に用いられる負
荷FET回路12Aの方が第2発明に用いられる負荷F
ET回路12Cよりも動作速度が速いという効果を奏す
る。第1発明又は第2発明の第1態様では、例えば図2
に示す如く、低速動作部22は、ドレイン側一端が第1
電源供給線Vddに結合された上記負荷FET回路12B
と、1個又は結合された複数個のFETであり、一端が
負荷FET回路12Bのソース側他端に結合され、他端
が、第1電源供給線Vddより電位が低い第2電源供給線
Vssに結合された論理部11と、を有する論理ゲートを
含む。
えば図4において、上記低速動作部は、スイッチング用
FET32と、被駆動回路40、41とスイッチング用
FET32との間に結合された上記負荷FET回路12
Xと、を有する。この第2態様によれば、スイッチング
用FET32がオフのときに、スイッチング用FET3
2に流れるリーク電流を低減又は阻止することができ、
かつ、スイッチング用FET32の端子間電圧がその耐
圧以上になるのを防止することができる。
えば図2において、低速動作部22の負荷FET回路1
2Aのデプレッション型FET121、122のチャン
ネル長及びソースとドレインの間隔はそれぞれ、高速動
作部21のデプレッション型FET11のチャンネル長
及びソースとドレインの間隔に略等しい。この第3態様
によれば、第1又は第2の発明の効果が確実となる。
する。 [第1実施例]図1は、第1実施例の、負荷FET回路
を用いた論理ゲートを示す。この論理ゲートは、nチャ
ンネルMESFET、例えばGaAsFETで構成され
ている。
−FET11のソースが低電位側の電源配線Vssに接続
され、ドレインが負荷FET回路12Aを介して高電位
側の電源配線Vddに接続されている。負荷FET回路1
2Aは、D−FET121とD−FET122とが直列
接続され、D−FET121及びD−FET122の各
ゲートがD−FET122のソースに短絡されている。
OUTはそれぞれ、E−FET11のゲート及びドレイ
ンとなっている。出力端OUTは、次段の論理ゲートの
E−FET13のゲートに接続されている。電源配線V
ddとVssとの間の電圧は、高速動作のため通常、1〜
1.5Vの範囲内の値にされる。
6Vのとき、E−FET11がオンになって負荷FET
回路12AからE−FET11へ電流が流れ、出力端O
UTが電源配線Vss付近の低レベルとなり、E−FET
13がオフとなる。入力端INが低レベル、例えば電位
Vssのとき、E−FET11がオフになって出力端OU
Tが高レベルとなる。このとき、E−FET13がオン
になってそのゲートとソース間が順方向ショットキーダ
イオードとして機能するので、出力端OUTがVss+
0.6Vとなり、負荷FET回路12Aに電流が流れ
る。
化に対する電流の変化が小さく、定電流源としても機能
する。このため、入力端INが高レベルのときと低レベ
ルのときとで、負荷FET回路12Aに流れる電流は略
一定となり、入力端INが高レベルから低レベルに遷移
するときに負荷FET回路12Aに流れる電流が小さく
なってE−FET13をオンにする動作が遅くなり過ぎ
るのを防止することができる。
がD−FET121及びD−FET122で分圧される
ため、図5の場合よりも電流を小さくすることができ
る。負荷FET回路12Aに流す所望の電流値は、D−
FET121及びD−FET122の各チャンネル幅W
を、上述の問題が無視できる下限値以上、例えば3μm
以上の値のパラメータとして、シミュレーションにより
決定することができる。負荷FET回路12Aの電流下
限値は、論理ゲート10Aの必要な動作速度で定められ
る。
いた論理ゲート10Bを示す。この負荷FET回路12
Bは、n個のD−FET121〜12nが直列接続さ
れ、D−FET121〜12nの各ゲートがD−FET
12nのソースに短絡されている。nが3以上の場合の
動作は、n=2の上述の場合と同様である。nの値を2
以上とすることにより、設計上の自由度が増す。
分周回路のように、高速動作部21と、低速動作部22
とを有している。高速動作部21の論理ゲート10に
は、1個のD−FET12を用いた負荷が用いられてお
り、低速動作部22には、図1(A)に示す論理ゲート
10Aが用いられている。高速動作部21のD−FET
12のチャンネル幅、チャンネル長及びソースとドレイ
ンの間隔は、高速動作部21の要求仕様に基づいて定め
られる。低速動作部22のD−FET121及びD−F
ET122のチャンネル長及びソースとドレインの間隔
は、高速動作部21のD−FET12のそれらに等しく
される。低速動作部22のD−FET121及びD−F
ET122のチャンネル幅は、高速動作部21のD−F
ET12のチャンネル幅と独立に、低速動作部22の要
求仕様に基づいて定められる。
20の製造プロセスにおいて、高速動作部21のD−F
ET12、低速動作部22のD−FET121及びD−
FET122を、互いに同一条件で製造することができ
る。したがって、製造プロセスで制御しなければならな
い項目の増大を避けることができ、歩留りの低下が防止
される。また、低速動作部22で負荷FET回路12A
を用いているので、半導体集積回路20の低消費電流化
を図ることができる。
ために、論理ゲートがインバータの場合のみ示している
が、E−FET11を複数個並列接続すればノアゲート
となり、E−FET11を複数個直列接続すればナンド
ゲートとなる(DCFL:ダイレクト・カップルド・F
ETロジック)。この点は、後述する図3についても同
様である。
荷FET回路を用いた論理ゲート10C及び10Dを示
す。論理ゲート10C又は10Dは、図2に示す半導体
集積回路の低速動作部22に用いられる。論理ゲート1
0Cは、図1(A)の負荷FET回路12Aの代わり
に、負荷FET回路12Cを用いている。負荷FET回
路12Cは、D−FET121とD−FET122とが
直列接続され、D−FET121及びD−FET122
の各々について、ゲートとソースとが短絡されている。
ト電位が図1のD−FET121の場合よりも高いの
で、図1のD−FET121の場合よりも大きい。した
がって、負荷FET回路12Aと負荷FET回路12C
とで同一サイズのD−FET121及びD−FET12
2を用いた場合には、負荷FET回路12Cの方が消費
電流が小さくなる。しかし、負荷FET回路12Aは出
力端OUTの電位がD−FET121のゲートへ直接伝
達するので、負荷FET回路12Aの方が12Cよりも
動作速度が速いという利点を有する。
いた論理ゲート10Dを示す。負荷FET回路12D
は、n個のD−FET121〜12nが直列接続され、
D−FET121〜12nの各々について、ゲートとソ
ースとが短絡されている。nが3以上の場合の動作は、
n=2の上述の場合と同様である。nの値を2以上とす
ることにより、設計上のパラメータが増えるので、より
消費電流を低減することが可能となる。
T回路を用いた第3実施例の駆動回路30を示す。この
駆動回路30は、例えば、レーザダイオード40に抵抗
41が並列接続された被駆動回路を駆動するためのもの
である。駆動回路30は半導体集積回路の出力段かつ低
速動作部であり、この半導体集積回路には不図示の、図
2と同様の高速動作部を有する。レーザダイオード40
及び抵抗41は、この半導体集積回路に対する外付け回
路である。
幅回路であり、一対のD−FET31とD−FET32
の各ソースが共に、定電流源としてのD−FET33を
介して電源配線Vssに接続されている。D−FET33
のゲートには定電圧Vccが印加される。この回路の電源
配線VddとVssとの間の電圧は、例えば5.2Vであ
り、D−FET31の端子間電圧が耐圧以上になるのを
防止するために、D−FET31のドレインが、順方向
に直列接続されたレベルシフトダイオード34及び35
を介して電源配線Vddに接続されている。
第1又は第2実施例の論理ゲート10A〜10Dのいず
れか1つである負荷FET回路12Xを介して、レーザ
ダイオード40のカソードに接続されている。レーザダ
イオード40のアノードは、電源配線Vddに接続されて
いる。駆動回路30の一対の相補的な入力端IN及び−
INはそれぞれ、D−FET32及びのゲートである。
レベルの場合には、D−FET32がオン、D−FET
31がオフとなってレーザダイオード40が発光し、逆
の場合には、D−FET32がオフ、D−FET31が
オンとなってレーザダイオード40が消灯する。本第4
実施例では、レーザダイオード40とD−FET32と
の間に負荷FET回路12Xを接続しているので、D−
FET32がオフのときにD−FET32に流れるリー
ク電流を低減又は阻止することができ、かつ、D−FE
T32の端子間電圧がD−FET32の耐圧以上になる
のを防止することができる。
ド40の出力が低くなり過ぎないように、かつ、上記効
果が得られるように、D−FETの接続個数及びチャン
ネル幅が選定される。なお、本発明には外にも種々の変
形例が含まれる。例えば、上記実施例ではFETがME
S型の場合を説明したが、MIS型であってもよい。
明のいずれの半導体集積回路によっても、低速動作部の
負荷FET回路の端子間電圧が複数のデプレッション型
FETで分圧されるため、低速動作部の消費電流を高速
動作部のそれよりも小さくすることができ、また、半導
体集積回路の製造プロセスにおいて、高速動作部及び低
速動作部のデプレッション型FETを、互いに同一条件
で製造可能となるので、歩留りの低下が防止されるとい
う効果を奏し、半導体集積回路の低消費電流化及び製造
コスト低減に寄与するところが大きい。
路は、ソース側一端の電位が各デプレッション型FET
のゲートへ直接伝達するので、第1発明に用いられる負
荷FET回路の方が第2発明に用いられる負荷FET回
路よりも動作速度が速いという効果を奏する。本第1又
は第2の発明の第2態様によれば、スイッチング用FE
Tがオフのときに、スイッチング用FETに流れるリー
ク電流を低減又は阻止することができ、かつ、スイッチ
ング用FETの端子間電圧がその耐圧以上になるのを防
止することができるという効果を奏する。
ば、第1又は第2の発明の効果が確実となる。
た論理ゲートを示す回路図である。
回路の概略図である。
た論理ゲートを示す回路図である。
駆動回路図である。
回路図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 複数個のデプレッション型FET(12
1〜12n)が直列結合され、各デプレッション型FE
Tのゲートが該直列結合の一端かつソースに結合されて
いる負荷FET回路を含む低速動作部(22)と、 1個のデプレッション型FET(12)のゲートとソー
スとが結合された負荷を含み、該低速動作部より動作速
度が大きい高速動作部(21)と、 を有することを特徴とする半導体集積回路。 - 【請求項2】 ゲートとソースとが結合されたデプレッ
ション型FET(121〜12n)が複数個直列結合さ
れている負荷FET回路を含む低速動作部(22)と、 1個のデプレッション型FET(12)のゲートとソー
スとが結合された負荷を含み、該低速動作部より動作速
度が大きい高速動作部(21)と、 を有することを特徴とする半導体集積回路。 - 【請求項3】 前記低速動作部(22)は、 ドレイン側一端が第1電源供給線(Vdd)に結合された
前記負荷FET回路(12B)と、 1個又は結合された複数個のFETであり、一端が該負
荷FET回路のソース側他端に結合され、他端が、該第
1電源供給線より電位が低い第2電源供給線(Vss)に
結合された論理部(11)と、 を有する論理ゲートを含むことを特徴とする請求項1又
は2記載の半導体集積回路。 - 【請求項4】 前記低速動作部(22)は、 スイッチング用FET(32)と、 被駆動回路(40、41)と該スイッチング用FETと
の間に結合された前記負荷FET回路(12X)と、 を有することを特徴とする請求項1又は2記載の半導体
集積回路。 - 【請求項5】 前記低速動作部(22)の負荷FET回
路のデプレッション型FET(121、122)のチャ
ンネル長及びソースとドレインの間隔はそれぞれ、前記
高速動作部(21)のデプレッション型FETのチャン
ネル長及びソースとドレインの間隔に略等しいことを特
徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の半導体
集積回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11723994A JP3249293B2 (ja) | 1994-05-30 | 1994-05-30 | 半導体集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11723994A JP3249293B2 (ja) | 1994-05-30 | 1994-05-30 | 半導体集積回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07321639A true JPH07321639A (ja) | 1995-12-08 |
JP3249293B2 JP3249293B2 (ja) | 2002-01-21 |
Family
ID=14706835
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11723994A Expired - Lifetime JP3249293B2 (ja) | 1994-05-30 | 1994-05-30 | 半導体集積回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3249293B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0809362A2 (en) * | 1996-05-22 | 1997-11-26 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Logic circuit and its fabrication method |
JP2007180797A (ja) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | レベルシフト回路 |
WO2014026018A1 (en) * | 2012-08-09 | 2014-02-13 | Texas Instruments Incorporated | Iii-nitride enhancement mode transistors with tunable and high gate-source voltage rating |
-
1994
- 1994-05-30 JP JP11723994A patent/JP3249293B2/ja not_active Expired - Lifetime
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EP0809362A2 (en) * | 1996-05-22 | 1997-11-26 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Logic circuit and its fabrication method |
EP0809362A3 (en) * | 1996-05-22 | 1999-07-21 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Logic circuit and its fabrication method |
US6426261B1 (en) | 1996-05-22 | 2002-07-30 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Logic circuit and its fabrication method |
JP2007180797A (ja) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | レベルシフト回路 |
WO2014026018A1 (en) * | 2012-08-09 | 2014-02-13 | Texas Instruments Incorporated | Iii-nitride enhancement mode transistors with tunable and high gate-source voltage rating |
US8933461B2 (en) | 2012-08-09 | 2015-01-13 | Texas Instruments Incorporated | III-nitride enhancement mode transistors with tunable and high gate-source voltage rating |
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