JPH0774556A - Differential cmos logic circuit - Google Patents

Differential cmos logic circuit

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JPH0774556A
JPH0774556A JP5240741A JP24074193A JPH0774556A JP H0774556 A JPH0774556 A JP H0774556A JP 5240741 A JP5240741 A JP 5240741A JP 24074193 A JP24074193 A JP 24074193A JP H0774556 A JPH0774556 A JP H0774556A
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JP
Japan
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differential
circuit
logic circuit
source
cmos logic
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JP5240741A
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Japanese (ja)
Inventor
Takakuni Douseki
隆国 道関
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To shorten delay time when a load capacity becomes large by connecting diodes between the high potential power source of a differential amplifier circuit and the common source of plural driving transistors. CONSTITUTION:Input signals Vin are provided with the amplitude of -0.8-1.6V and when the built-in voltage of the diodes D1 and D2 is set at 1.6V, the voltage of the connection point of the common source of nMOSFETs 21 and 22 and a constant current circuit PS is fixed at 1.6V. In this case, when the value of a load element Z is adjusted and the threshold value of the FET 21 is set at 0.8V, it becomes the same as the voltage of the signals Vin, a current is not made flow to the FET 21 and the signals of the bar of the output signals Vout become '0'. Also, when the signals Vin are -1.6V, the signals of the bar of the signals Vout become -0.8V and the high level of the output signals of the differential amplifier circuit coincides with a high potential level. Then, logic can be surely attained in a short time with a small amplitude logical operation.

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、CMOS論理回路の構
成法に係り、特に、小振幅信号で論理をとることができ
る差動形CMOS論理回路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of constructing a CMOS logic circuit, and more particularly to a differential type CMOS logic circuit capable of taking a logic with a small amplitude signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】図10は、MOSFETを用いたCMO
S論理回路構成としてのCMOSインバータ回路の従来
例を示す図である。この従来例は、香山著「超高速MO
Sデバイス」、pp207、1986年に記載されてい
る。
2. Description of the Related Art FIG. 10 shows a CMO using a MOSFET.
It is a figure which shows the prior art example of the CMOS inverter circuit as S logic circuit structure. This conventional example is described by Kayama in "Ultra High Speed MO.
S device ", pp 207, 1986.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】この従来のインバータ
回路は、nMOSFET11とpMOSFET12とを
接続し、両ゲートを入力端子とし、各ドレインを出力端
子にすることによって、反転動作を実現している。ま
た、このインバータ回路は、大振幅信号で動作する(0
Vと電源電圧との間を振幅として動作する)ので、特
に、負荷容量が大きくなると、遅延時間が増大するとい
う問題がある。
This conventional inverter circuit realizes the inverting operation by connecting the nMOSFET 11 and the pMOSFET 12 and using both gates as input terminals and each drain as an output terminal. Further, this inverter circuit operates with a large amplitude signal (0
Since it operates with an amplitude between V and the power supply voltage), there is a problem that the delay time increases especially when the load capacitance increases.

【0004】この問題を解決するには、つまり、負荷容
量が大きくなったときにおける遅延時間を短縮するに
は、図11(1)に示す差動増幅回路を使用すればよ
い。この従来の差動増幅回路は、nMOSFET13の
ドレインと高電位電源(GND)との間に負荷Zを接続
し、nMOSFET13のソースに定電流源PSを接続
し、nMOSFET14のドレインと高電位電源(GN
D)との間に負荷Zを接続し、nMOSFET14のソ
ースに定電流源PSを接続し、nMOSFET13、1
4の各ゲートにそれぞれ差動入力信号を印加し、nMO
SFET13、14の各ドレインから出力信号を取り出
すものである。
To solve this problem, that is, in order to shorten the delay time when the load capacitance becomes large, the differential amplifier circuit shown in FIG. 11 (1) may be used. In this conventional differential amplifier circuit, a load Z is connected between the drain of the nMOSFET 13 and a high potential power source (GND), a constant current source PS is connected to the source of the nMOSFET 13, and a drain of the nMOSFET 14 and a high potential power source (GND).
D) is connected to the load Z, a constant current source PS is connected to the source of the nMOSFET 14, and nMOSFETs 13 and 1 are connected.
The differential input signal is applied to each gate of
An output signal is taken out from each drain of the SFETs 13 and 14.

【0005】図11(1)に示す差動増幅回路を使用す
ることによって、出力信号を小振幅化することができ、
負荷容量が大きくなったときでも遅延時間を短縮するこ
とができる。なお、出力信号を小振幅化するとは、EC
Lレベル(高レベルを−0.8Vとし、低レベルを−
1.6Vとするレベル)で論理をとることである。
By using the differential amplifier circuit shown in FIG. 11A, the output signal can be reduced in amplitude.
Even if the load capacity becomes large, the delay time can be shortened. Note that reducing the amplitude of the output signal means EC
L level (High level is -0.8V, low level is -0.8V
It is to take logic at a level of 1.6V).

【0006】しかし、この場合、高レベルの入力信号に
対して完全な電流切り換えを行なうことができず、つま
り、図11(2)に示すように、出力信号のレベルが低
レベル側にシフトしてしまう。このために、図11
(1)に示す従来の差動増幅回路と同一の回路を、図1
1(1)に示す従来の差動増幅回路の後段に接続すると
(すなわち、図11(1)に示す従来の差動増幅回路を
2つ縦列接続すると)、後段回路から見た入力信号のレ
ベルが低過ぎるので、上記後段回路の入力信号に対応し
た信号を上記後段回路が出力できず、つまり、上記後段
回路が小振幅論理動作を実行することができないという
問題がある。
However, in this case, complete current switching cannot be performed for the high level input signal, that is, the level of the output signal shifts to the low level side as shown in FIG. 11 (2). Will end up. To this end, FIG.
The same circuit as the conventional differential amplifier circuit shown in (1) is shown in FIG.
When connected to the latter stage of the conventional differential amplifier circuit shown in FIG. 1 (1) (that is, when two conventional differential amplifier circuits shown in FIG. 11 (1) are connected in cascade), the level of the input signal seen from the latter stage circuit. Is too low, the latter circuit cannot output a signal corresponding to the input signal of the latter circuit, that is, the latter circuit cannot execute a small amplitude logic operation.

【0007】本発明は、負荷容量が大きくなったときに
おける遅延時間を短縮することができ、しかも差動形C
MOS論理回路を2つ縦列接続したときに、その後段の
差動形CMOS論理回路が確実に小振幅論理動作を行う
ことができる差動形CMOS論理回路を提供することを
目的とするものである。
The present invention can reduce the delay time when the load capacitance becomes large, and further, the differential type C
An object of the present invention is to provide a differential CMOS logic circuit in which, when two MOS logic circuits are connected in cascade, the differential CMOS logic circuit in the subsequent stage can surely perform a small amplitude logical operation. .

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、CMOS差動
増幅回路において、高電位電源と駆動トランジスタの共
通ソースとの間にダイオードを接続するか、または、差
動入力信号を印加する第1、2の駆動トランジスタのゲ
ート・ソース間にそれぞれ第1、2のダイオードを接続
するものである。
According to a first aspect of the present invention, in a CMOS differential amplifier circuit, a diode is connected between a high potential power source and a common source of a driving transistor or a differential input signal is applied. The first and second diodes are respectively connected between the gate and the source of the second drive transistor.

【0009】[0009]

【作用】本発明は、CMOS差動増幅回路において、高
電位電源と駆動トランジスタの共通ソースとの間にダイ
オードを接続するか、または、差動入力信号を印加する
第1、2の駆動トランジスタのゲート・ソース間にそれ
ぞれ第1、2のダイオードを接続するので、負荷容量が
大きくなったときにおける遅延時間を短縮することがで
き、しかも差動形CMOS論理回路を2つ縦列接続した
ときに、その後段の差動形CMOS論理回路が確実に小
振幅論理動作を行うことができる。
According to the present invention, in a CMOS differential amplifier circuit, a diode is connected between a high potential power source and a common source of a driving transistor, or a first and a second driving transistor for applying a differential input signal. Since the first and second diodes are connected between the gate and source, respectively, the delay time when the load capacitance becomes large can be shortened, and when two differential CMOS logic circuits are connected in cascade, The differential CMOS logic circuit in the subsequent stage can surely perform the small amplitude logic operation.

【0010】[0010]

【実施例】図1は、本発明の第1実施例である差動形C
MOS論理回路L1を示す回路図である。
1 is a differential type C which is a first embodiment of the present invention.
It is a circuit diagram which shows MOS logic circuit L1.

【0011】この差動形CMOS論理回路L1は、駆動
トランジスタであるnMOSFET21、22と負荷素
子Zと定電流源PSとを有するCMOS差動増幅回路
と、ショットキー・ダイオードD1、D2とで構成され
ている。
The differential CMOS logic circuit L1 is composed of a CMOS differential amplifier circuit having nMOSFETs 21 and 22 which are drive transistors, a load element Z and a constant current source PS, and Schottky diodes D1 and D2. ing.

【0012】nMOSFET21のドレインが負荷素子
Zを介して高電位源(GND)に接続され、nMOSF
ET21のソースが定電流源PSに接続され、nMOS
FET21のゲートに入力信号Vinが供給され、nMO
SFET21のドレインに入力信号Vinの反転信号(V
out にバーを付して示した信号)が出力される。また、
nMOSFET22のドレインが負荷素子Zを介して高
電位源(GND)に接続され、nMOSFET22のソ
ースが定電流源PSに接続され、nMOSFET22の
ゲートに入力信号Vinの反転信号が供給され、nMOS
FET22のドレインに入力信号Vinと同じ信号(V
out で示した信号)が出力される。
The drain of the nMOSFET 21 is connected to the high potential source (GND) via the load element Z, and the nMOSF
The source of ET21 is connected to the constant current source PS,
The input signal V in is supplied to the gate of the FET 21, and nMO
An inverted signal of the input signal V in (V
The signal shown by adding a bar to out ) is output. Also,
The drain of the nMOSFET 22 is connected to the high potential source (GND) through the load element Z, the source of the nMOSFET 22 is connected to the constant current source PS, the inverted signal of the input signal V in is supplied to the gate of the nMOSFET 22, and the nMOS 22 is supplied.
The same signal as the input signal V in (V
The signal indicated by out ) is output.

【0013】ショットキー・ダイオードD1、D2は、
互いに直列接続され、高電位電源(GND)と、nMO
SFET21、22の共通ソースとの間に接続され、ダ
イオードD1のアノードが高電位電源(GND)に接続
され、ダイオードD1のカソードとダイオードD2のア
ノードとが接続され、ダイオードD2のカソードが上記
共通ソースに接続されている。
The Schottky diodes D1 and D2 are
High-potential power supply (GND) and nMO connected in series with each other
It is connected between the common sources of the SFETs 21 and 22, the anode of the diode D1 is connected to the high potential power source (GND), the cathode of the diode D1 and the anode of the diode D2 are connected, and the cathode of the diode D2 is the common source. It is connected to the.

【0014】次に、上記差動形CMOS論理回路L1の
動作について説明する。
Next, the operation of the differential CMOS logic circuit L1 will be described.

【0015】図2は、上記差動形CMOS論理回路L1
における入力信号波形と出力信号波形との関係を示す図
である。
FIG. 2 shows the differential CMOS logic circuit L1.
5 is a diagram showing a relationship between an input signal waveform and an output signal waveform in FIG.

【0016】入力信号Vinに着目すると、この入力信号
inは−0.8V〜−1.6Vの振幅を有している。ま
た、ダイオードD1、D2のビルトイン電圧を1.6V
に設定してあり、このために、nMOSFET21、2
2の共通ソースと定電流回路PSとの接続点の電圧が−
1.6Vに固定され、負荷素子Z等の値を調整すること
によってnMOSFET21の閾値を0.8Vに設定し
てあったとする。
[0016] When attention is paid to the input signal V in, the input signal V in has an amplitude of -0.8V~-1.6V. In addition, the built-in voltage of the diodes D1 and D2 is 1.6V.
Is set to the
The voltage at the connection point between the common source of 2 and the constant current circuit PS is −
It is assumed that the threshold value of the nMOSFET 21 is set to 0.8V by fixing the value of the load element Z and the like at a fixed value of 1.6V.

【0017】ここで、入力信号Vinが−0.8Vである
場合には、入力信号Vinの値と閾値の値とが同じである
ので、nMOSFET21に電流が流れず、その出力信
号Vout のバーの信号が図2に示すように0V(GN
D)になり、一方、入力信号Vinが−1.6Vである場
合には、入力信号Vinの値が閾値の値よりも大きいの
で、nMOSFET21に電流が流れ、その出力信号V
out のバーの信号が図2に示すように−0.8になる。
これらの動作は、nMOSFET22についても同様で
ある。
Here, when the input signal V in is −0.8 V, the value of the input signal V in and the value of the threshold value are the same, so that no current flows in the nMOSFET 21 and its output signal V out. The signal of the bar of 0V (GN
On the other hand, when the input signal V in is −1.6 V, the value of the input signal V in is larger than the threshold value, so that a current flows through the nMOSFET 21 and its output signal V in
The out bar signal becomes -0.8 as shown in FIG.
These operations are the same for the nMOSFET 22.

【0018】上記差動形CMOS論理回路L1におい
て、差動増幅回路の出力信号の高レベルが高電位電源レ
ベルと一致するので、動形CMOS論理回路L1が小振
幅論理動作(ECLレベル(高レベルを−0.8Vと
し、低レベルを−1.6Vとするレベル)で論理をとる
動作)を実行できるので、差動形CMOS論理回路L1
を2つ縦列接続したときに、その後段の差動形CMOS
論理回路L1が確実に小振幅論理動作を行うことができ
る。また、上記差動形CMOS論理回路L1が小振幅論
理動作を実行するので、負荷容量が大きくなったときで
も遅延時間を短縮することができる。
In the differential CMOS logic circuit L1, since the high level of the output signal of the differential amplifier circuit coincides with the high potential power supply level, the dynamic CMOS logic circuit L1 has a small amplitude logic operation (ECL level (high level). Is set to -0.8V and a low level is set to -1.6V). Therefore, the differential CMOS logic circuit L1 can be executed.
When two are connected in cascade, the differential CMOS of the subsequent stage
The logic circuit L1 can surely perform the small-amplitude logic operation. Further, since the differential CMOS logic circuit L1 executes the small-amplitude logic operation, the delay time can be shortened even when the load capacitance becomes large.

【0019】なお、差動形CMOS論理回路L1におい
て、ショットキー・ダイオードが2つ(D1、D2)設
けられているが、ショットキー・ダイオードD1または
D2のビルトイン電圧を調整することによって、ショッ
トキー・ダイオードD1とD2との代わりに、ショット
キー・ダイオードD1のみを設けるようにしてもよい。
つまり、上記実施例は、MOSFETで構成した差動増
幅回路において、差動増幅回路の高電位電源と、差動入
力信号を印加する第1、第2の駆動トランジスタの共通
ソースとの間に、ダイオードを接続したものであるが、
このダイオードを1つのみ設けてもよくまた2つ以上設
けるようにしてもよい。
Although two Schottky diodes (D1, D2) are provided in the differential CMOS logic circuit L1, the Schottky diode D1 or D2 is adjusted to adjust the built-in voltage. -Instead of the diodes D1 and D2, only the Schottky diode D1 may be provided.
That is, in the above-described embodiment, in the differential amplifier circuit configured by the MOSFET, between the high potential power source of the differential amplifier circuit and the common source of the first and second drive transistors to which the differential input signal is applied, It has a diode connected,
Only one diode may be provided, or two or more diodes may be provided.

【0020】なお、nMOSFET21、22の閾値
は、ダイオードD1、D2のビルトイン電圧の値よりも
小さければ、任意の値を採用することができる。
The threshold values of the nMOSFETs 21 and 22 can be set to arbitrary values as long as they are smaller than the built-in voltage values of the diodes D1 and D2.

【0021】図3は、本発明の第2実施例であるシリー
ズ・ゲート形の差動論理回路L2の構成例を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a series gate type differential logic circuit L2 according to the second embodiment of the present invention.

【0022】シリーズ・ゲート形の差動論理回路L2
は、差動形CMOS論理回路L1と同様の回路を2つ設
け、1つ目の差動形CMOS論理回路L1における共通
ソースと定電流回路PSとの間にnMOSFET25が
設けられ、2つ目の差動形CMOS論理回路L1におけ
る共通ソースと定電流回路PSとの間にnMOSFET
28が設けられ、高電位電源(GND)と定電流回路P
Sとの間にショットキー・ダイオードD7、D8、D9
の直列回路が設けられている。
Series gate type differential logic circuit L2
Is provided with two circuits similar to the differential CMOS logic circuit L1 and the nMOSFET 25 is provided between the common source and the constant current circuit PS in the first differential CMOS logic circuit L1. NMOSFET is provided between the common source and the constant current circuit PS in the differential CMOS logic circuit L1.
28 is provided, a high potential power source (GND) and a constant current circuit P
Schottky diodes D7, D8, D9 between S
A series circuit of is provided.

【0023】つまり、互いに直列接続されたショットキ
ー・ダイオードD3、D4を、高電位電源(GND)
と、1段目のゲートを構成する駆動トランジスタである
nMOSFET23、24の共通ソースとの間に接続
し、互いに直列接続されたショットキー・ダイオードD
5、D6を、高電位電源(GND)と、2段目のゲート
を構成する駆動トランジスタであるnMOSFET2
6、27の共通ソースとの間に接続してある。
That is, the Schottky diodes D3 and D4 connected in series are connected to the high potential power source (GND).
And a Schottky diode D connected in series with each other and connected in common to the common sources of the nMOSFETs 23 and 24 which are the driving transistors forming the first-stage gate.
5 and D6 are a high-potential power supply (GND) and an nMOSFET 2 which is a drive transistor forming a second-stage gate.
It is connected between the common source of 6 and 27.

【0024】シリーズ・ゲート形の差動論理回路L2の
場合も、差動形CMOS論理回路L1の場合と同様に、
シリーズ・ゲート形の差動論理回路L2の出力信号の高
レベルが高電位電源レベルと一致するので、小振幅論理
動作を実行することができ、したがって、負荷容量が大
きくなったときでも遅延時間を短縮することができ、ま
た、シリーズ・ゲート形の差動論理回路L2を2つ縦列
接続したときに、その後段のシリーズ・ゲート形の差動
論理回路L2が確実に小振幅論理動作を行うことができ
る。
Also in the case of the series gate type differential logic circuit L2, as in the case of the differential type CMOS logic circuit L1,
Since the high level of the output signal of the series gate type differential logic circuit L2 coincides with the high potential power supply level, it is possible to execute a small amplitude logic operation, so that the delay time is reduced even when the load capacitance becomes large. In addition, when two series gate type differential logic circuits L2 are connected in cascade, the series gate type differential logic circuit L2 in the subsequent stage can surely perform a small amplitude logic operation. You can

【0025】なお、シリーズ・ゲート形の差動論理回路
L2において、入力信号VinA 、VinB が「1、1」に
なったときに、出力信号Vout0のみが「1」になり、他
の出力信号Vout1、Vout2、Vout3が「0」になり、同
様に、入力信号VinA 、VinB が「1、0」、「0、
1」、「0、0」になったときに、出力信号Vout0、V
out1、Vout2、Vout3がそれぞれ「1」になり、「1」
になった出力信号以外の出力信号が「0」になる。
In the series gate type differential logic circuit L2, when the input signals V inA and V inB become "1, 1", only the output signal V out0 becomes "1" and the other signals. The output signals V out1 , V out2 , and V out3 are “0”, and similarly, the input signals V inA and V inB are “1, 0”, “0,
1 "," 0, 0 ", output signals V out0 , V
out1 , V out2 , and V out3 each become "1", and "1"
Output signals other than the output signal that has become "0" become "0".

【0026】また、ショットキー・ダイオードD7、D
8、D9の代わりに、1つ、2つまたは4つ以上のショ
ットキー・ダイオードを使用してもよい。
The Schottky diodes D7 and D
Instead of 8, D9, one, two or four or more Schottky diodes may be used.

【0027】図4は、本発明の第3実施例である差動形
CMOS論理回路L3の構成を示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of a differential CMOS logic circuit L3 according to the third embodiment of the present invention.

【0028】この差動形CMOS論理回路L3は、図1
に示すCMOS差動増幅回路L1の後段に、MOSFE
Tで構成したソース・フォロワ回路を付加することによ
って、出力の高負荷駆動を可能にしたものであり、上記
ソース・フォロワ回路は、nMOSFET29と定電流
源PS、nMOSFET30と定電流源PSで構成され
ている。
This differential type CMOS logic circuit L3 is shown in FIG.
After the CMOS differential amplifier circuit L1 shown in FIG.
By adding a source follower circuit composed of T, high load driving of output is enabled. The source follower circuit is composed of an nMOSFET 29 and a constant current source PS, and an nMOSFET 30 and a constant current source PS. ing.

【0029】また、上記ソース・フォロワ回路における
nMOSFET29、30に流す定電流値、またはnM
OSFET29、30の閾値電圧を調整することによっ
て、出力信号のレベルシフト量を任意に調整することが
できる。さらに、差動形CMOS論理回路L3の入出力
レベルをバイポーラECL回路の入出力レベルに一致さ
せれば、ECLインタフェース(高レベル:−0.8
V、低レベル:−1.6V)が可能となる。
The constant current value flowing in the nMOSFETs 29, 30 in the source follower circuit, or nM.
By adjusting the threshold voltages of the OSFETs 29 and 30, the level shift amount of the output signal can be arbitrarily adjusted. Furthermore, if the input / output level of the differential CMOS logic circuit L3 is matched with the input / output level of the bipolar ECL circuit, the ECL interface (high level: -0.8
V, low level: -1.6 V) is possible.

【0030】図5は、上記各実施例において、差動形論
理回路L1、L2、L3の遅延時間に対する信号振幅の
関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the signal amplitude and the delay time of the differential logic circuits L1, L2 and L3 in each of the above embodiments.

【0031】ここで、縦軸には、差動形論理回路L1、
L2、L3の遅延時間として、図10に示す従来のCM
OSインバータ回路の遅延時間で規格化した値を示し、
横軸には、信号振幅として、電源電圧で規格化した値を
示してある。
Here, the vertical axis represents the differential logic circuit L1,
The conventional CM shown in FIG. 10 is used as the delay time of L2 and L3.
Indicates the value standardized by the delay time of the OS inverter circuit,
The horizontal axis shows the signal amplitude normalized by the power supply voltage.

【0032】図5において、「Cpd」は、上記各実施例
における遅延時間であり、「Cpd(CMOS)」は、図
10に示す従来のCMOSインバータ回路における遅延
時間である。なお、上記「遅延時間」は、たとえば入力
信号が「0」から「1」になる場合、入力信号が「0」
と「1」との間の1/2になってから、出力信号が
「1」と「0」との間の1/2になるまでの時間であ
る。
In FIG. 5, "C pd " is the delay time in each of the above-mentioned embodiments, and "C pd (CMOS)" is the delay time in the conventional CMOS inverter circuit shown in FIG. The above "delay time" means that when the input signal changes from "0" to "1", the input signal is "0".
It is the time until the output signal becomes 1/2 between "1" and "0" after becoming 1/2 between "1" and "1".

【0033】図5から、差動形CMOS論理回路L1、
L2、L3の信号振幅を小振幅化すればする程、差動形
CMOS論理回路L1、L2、L3の遅延時間が短縮さ
れ、高速動作が可能になることが理解される。たとえ
ば、信号振幅を電源電圧の1/4に設定した場合、図1
0に示す従来のCMOSインバータ回路に比べて、その
遅延時間を約1/2に短縮することができる。
From FIG. 5, the differential CMOS logic circuit L1,
It is understood that the smaller the signal amplitude of L2 and L3 is, the shorter the delay time of the differential CMOS logic circuits L1, L2 and L3 becomes, and the higher speed operation becomes possible. For example, when the signal amplitude is set to 1/4 of the power supply voltage,
Compared with the conventional CMOS inverter circuit shown in 0, the delay time can be reduced to about 1/2.

【0034】図6は、本発明の第4実施例である差動形
CMOS論理回路L4の構成例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a differential type CMOS logic circuit L4 which is a fourth embodiment of the present invention.

【0035】差動形CMOS論理回路L4は、駆動トラ
ンジスタであるnMOSFET31、32と負荷素子Z
と定電流源PSとを有するCMOS差動増幅回路と、シ
ョットキー・ダイオードD10、D11とで構成されて
いる。
The differential CMOS logic circuit L4 includes nMOSFETs 31 and 32 which are drive transistors and a load element Z.
And a CMOS differential amplifier circuit having a constant current source PS and Schottky diodes D10 and D11.

【0036】nMOSFET31のドレインが負荷素子
Zを介して高電位源(GND)に接続され、nMOSF
ET31のソースが定電流源PSに接続され、nMOS
FET31のゲートに入力信号Vinが供給され、nMO
SFET31のドレインに入力信号Vinの反転信号(V
out にバーを付して示した信号)が出力される。また、
nMOSFET32のドレインが負荷素子Zを介して高
電位源(GND)に接続され、nMOSFET32のソ
ースが定電流源PSに接続され、nMOSFET32の
ゲートに入力信号Vinの反転信号が供給され、nMOS
FET32のドレインに入力信号Vinと同じ信号(V
out で示した信号)が出力される。
The drain of the nMOSFET 31 is connected to the high potential source (GND) via the load element Z, and the nMOSF
The source of ET31 is connected to the constant current source PS,
The input signal V in is supplied to the gate of the FET 31 and
An inverted signal of the input signal V in (V
The signal shown by adding a bar to out ) is output. Also,
The drain of the nMOSFET 32 is connected to the high potential source (GND) via the load element Z, the source of the nMOSFET 32 is connected to the constant current source PS, the inverted signal of the input signal V in is supplied to the gate of the nMOSFET 32, and the nMOS 32 is supplied.
The same signal as the input signal V in (V
The signal indicated by out ) is output.

【0037】ショットキー・ダイオードD1のアノード
がnMOSFET31のゲートに接続され、ショットキ
ー・ダイオードD1のカソードがnMOSFET31の
ソースに接続され、ショットキー・ダイオードD2のア
ノードがnMOSFET32のゲートに接続され、ショ
ットキー・ダイオードD2のカソードがnMOSFET
32のソースに接続されている。
The anode of the Schottky diode D1 is connected to the gate of the nMOSFET 31, the cathode of the Schottky diode D1 is connected to the source of the nMOSFET 31, and the anode of the Schottky diode D2 is connected to the gate of the nMOSFET 32.・ The cathode of diode D2 is nMOSFET
Connected to 32 sources.

【0038】次に、差動形CMOS論理回路L4の動作
について説明する。
Next, the operation of the differential CMOS logic circuit L4 will be described.

【0039】この場合も、入力信号と出力信号との関係
は、図2に示す場合と同じであるとする。つまり、入力
信号Vinに着目すると、この入力信号Vinは−0.8V
〜−1.6Vの振幅を有している。ただし、ダイオード
D10、D11のビルトイン電圧が0.8Vに設定さ
れ、負荷素子Z等の値を調整することによってnMOS
FET31、32の閾値が0Vに設定してあったとする
と、入力電圧が−0.8V〜−1.6Vである場合、入
力電圧の−0.8VとダイオードD10のビルトイン電
圧の−0.8Vとが加算されて−1.6Vになるので、
nMOSFET31、32の共通ソースと定電流回路P
Sとの接続点の電圧が−1.6Vに固定される。
In this case as well, the relationship between the input signal and the output signal is assumed to be the same as that shown in FIG. In other words, when attention is paid to the input signal V in, the input signal V in is -0.8V
It has an amplitude of ~ -1.6V. However, the built-in voltage of the diodes D10 and D11 is set to 0.8 V, and the nMOS is adjusted by adjusting the values of the load element Z and the like.
Assuming that the thresholds of the FETs 31 and 32 are set to 0V, when the input voltage is -0.8V to -1.6V, the input voltage is -0.8V and the built-in voltage of the diode D10 is -0.8V. Is added to become -1.6V, so
Common source of nMOSFETs 31 and 32 and constant current circuit P
The voltage at the connection point with S is fixed at -1.6V.

【0040】ここで、入力信号Vinが−0.8Vである
場合には、nMOSFET31のソースとゲートとの間
の電圧は0.8Vであり、閾値の値が0Vであるので、
nMOSFET21に電流が流れ、その出力信号が−
0.8Vになり、一方、入力信号Vinが−1.6Vであ
る場合には、nMOSFET31のソースとゲートとの
間の電圧は0Vであり、閾値の値0Vと同じになり、n
MOSFET31に電流が流れず、その出力信号が−0
V(GND)になる。これらの動作は、nMOSFET
32についても同様である。
Here, when the input signal V in is −0.8V, the voltage between the source and the gate of the nMOSFET 31 is 0.8V, and the threshold value is 0V.
A current flows through the nMOSFET 21 and its output signal is −
When the input signal V in is −1.6 V, the voltage between the source and the gate of the nMOSFET 31 is 0 V, which is the same as the threshold value 0 V, and n
No current flows through MOSFET 31 and its output signal is -0
It becomes V (GND). These operations are nMOSFET
The same applies to 32.

【0041】なお、nMOSFET31、32の閾値
は、ダイオードD10、D11のビルトイン電圧の値よ
りも小さければ、任意の値を採用することができる。
Any threshold value can be adopted as the threshold value of the nMOSFETs 31 and 32 as long as it is smaller than the value of the built-in voltage of the diodes D10 and D11.

【0042】上記差動形CMOS論理回路L4におい
て、差動増幅回路の出力信号の高レベルが高電位電源レ
ベルと一致するので、差動形CMOS論理回路L4が小
振幅論理動作(ECLレベル(高レベルを−0.8Vと
し、低レベルを−1.6Vとするレベル)で論理をとる
動作)を実行でき、したがって、負荷容量が大きくなっ
たときでも遅延時間を短縮することができ、また、差動
形CMOS論理回路L4を2つ縦列接続したときに、そ
の後段の差動形CMOS論理回路L4が確実に小振幅論
理動作を行うことができる。
In the differential CMOS logic circuit L4, since the high level of the output signal of the differential amplifier circuit coincides with the high potential power supply level, the differential CMOS logic circuit L4 has a small amplitude logic operation (ECL level (high level). The operation of taking logic at a level of −0.8V and a low level of −1.6V) can be executed, and therefore, the delay time can be shortened even when the load capacitance becomes large, and When two differential CMOS logic circuits L4 are connected in cascade, the differential CMOS logic circuit L4 at the subsequent stage can surely perform a small amplitude logic operation.

【0043】なお、差動形CMOS論理回路L4におい
て、1つのnMOSFETについてショットキー・ダイ
オードが1つ設けられているが、たとえばショットキー
・ダイオードD10のビルトイン電圧を調整することに
よって、ショットキー・ダイオードD10の代わりに、
複数のショットキー・ダイオードを直列接続したものを
設けるようにしてもよい。
Although one Schottky diode is provided for one nMOSFET in the differential CMOS logic circuit L4, the Schottky diode is adjusted by adjusting the built-in voltage of the Schottky diode D10. Instead of D10
A plurality of Schottky diodes connected in series may be provided.

【0044】つまり、上記差動形CMOS論理回路L4
は、MOSFETで構成した差動増幅回路において、差
動増幅回路の差動入力信号の一方を印加する第1の駆動
トランジスタのゲート・ソース間に第1のダイオードを
接続し、差動入力信号の他方を印加する第2の駆動トラ
ンジスタのゲート・ソース間に第2のダイオードを接続
したものであるが、第1のダイオードまたは第2のダイ
オードとして、1つのみのダイオードを設けてもよく、
また2つ以上のダイオードを直列接続したものを設ける
ようにしてもよい。
That is, the differential CMOS logic circuit L4
Is a differential amplifier circuit composed of MOSFETs, in which a first diode is connected between the gate and source of a first drive transistor to which one of the differential input signals of the differential amplifier circuit is applied. Although the second diode is connected between the gate and the source of the second drive transistor for applying the other, only one diode may be provided as the first diode or the second diode,
Moreover, you may make it provide what connected two or more diodes in series.

【0045】図7は、本発明の第5実施例である差動形
CMOS論理回路L5を示す図であり、図6に示すCM
OS差動増幅回路L4の後段に、MOSFETで構成し
たソース・フォロワ回路を付加した構成を示す回路図で
ある。
FIG. 7 is a diagram showing a differential type CMOS logic circuit L5 which is a fifth embodiment of the present invention, and is a CM shown in FIG.
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration in which a source follower circuit made up of a MOSFET is added after the OS differential amplifier circuit L4.

【0046】差動形CMOS論理回路L5において、ソ
ース・フォロワ回路は、nMOSFET33と定電流源
PS、nMOSFET34と定電流源PSとで構成され
ており、MOSFETで構成したソース・フォロワ回路
を、CMOS差動増幅回路の後段に付加することによっ
て、出力の高負荷駆動が可能になる。
In the differential CMOS logic circuit L5, the source follower circuit is composed of an nMOSFET 33 and a constant current source PS, and an nMOSFET 34 and a constant current source PS. By adding it to the latter stage of the dynamic amplifier circuit, it becomes possible to drive the output under high load.

【0047】また、第5実施例の上記ソース・フォロワ
回路におけるnMOSFET33、34に流す定電流
値、またはnMOSFET33、34の閾値電圧を調整
することによって、出力信号のレベルシフト量を任意に
調整することができる。さらに、差動形CMOS論理回
路L5の入出力レベルをバイポーラECL回路の入出力
レベルに一致させれば、ECLインタフェース(高レベ
ル:−0.8V、低レベル:−1.6V)が可能とな
る。
Further, the level shift amount of the output signal can be arbitrarily adjusted by adjusting the constant current value flowing in the nMOSFETs 33 and 34 or the threshold voltage of the nMOSFETs 33 and 34 in the source follower circuit of the fifth embodiment. You can Further, if the input / output level of the differential CMOS logic circuit L5 is matched with the input / output level of the bipolar ECL circuit, an ECL interface (high level: -0.8V, low level: -1.6V) becomes possible. .

【0048】上記差動形CMOS論理回路L4、L5に
おいても、図5に示すように、差動形論理回路の信号振
幅を小振幅化すればする程、差動形論理回路の遅延時間
が短縮され、高速動作が可能になる。たとえば、信号振
幅を電源電圧の1/4に設定した場合、図10に示す従
来のCMOSインバータ回路に比べて、その遅延時間を
約1/2に短縮することができる。
In the differential CMOS logic circuits L4 and L5, as shown in FIG. 5, the delay time of the differential logic circuit is shortened as the signal amplitude of the differential logic circuit is reduced. Therefore, high speed operation becomes possible. For example, when the signal amplitude is set to 1/4 of the power supply voltage, the delay time can be reduced to about 1/2 of that of the conventional CMOS inverter circuit shown in FIG.

【0049】図8は、差動形CMOS論理回路L4にお
けるMOSFET31とショットキー・ダイオードD1
0とを、同一の絶縁基板上に形成した例を示す図であ
る。
FIG. 8 shows a MOSFET 31 and a Schottky diode D1 in the differential CMOS logic circuit L4.
It is a figure which shows the example which formed 0 and the same insulating substrate.

【0050】絶縁基板上では、従来のバルク基板と比較
すると、ショットキー・ダイオードを小面積で実現で
き、寄生容量を小さくすることができるので、論理動作
の高速化を図ることができる。
As compared with the conventional bulk substrate, the Schottky diode can be realized on the insulating substrate in a small area and the parasitic capacitance can be reduced, so that the logical operation can be speeded up.

【0051】図9は、MOSFET31とショットキー
・ダイオードD10とを、絶縁基板上の同一シリコン活
性層41に形成したものであり、図8に示す例のデバイ
ス構造と比較すると、小面積化を図ることができる。
FIG. 9 shows a MOSFET 31 and a Schottky diode D10 formed on the same silicon active layer 41 on an insulating substrate, which is smaller in area than the device structure of the example shown in FIG. be able to.

【0052】また、上記各実施例において、ショットキ
ー・ダイオードの代わりに、ショットキー・ダイオード
以外のダイオードを使用してもよい。
In each of the above embodiments, a diode other than the Schottky diode may be used instead of the Schottky diode.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明によれば、負荷容量が大きくなっ
たときにおける遅延時間を短縮することができ、しかも
差動形CMOS論理回路を2つ縦列接続したときに、そ
の後段の差動形CMOS論理回路が確実に小振幅論理動
作を行うことができるという効果を奏する。
According to the present invention, the delay time when the load capacitance becomes large can be shortened, and when two differential type CMOS logic circuits are connected in cascade, the differential type of the subsequent stage is connected. The CMOS logic circuit can reliably perform a small-amplitude logic operation.

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

【図1】本発明の第1実施例である差動形CMOS論理
回路L1を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a differential CMOS logic circuit L1 which is a first embodiment of the present invention.

【図2】差動形CMOS論理回路L1における入力信号
波形と出力信号波形との関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an input signal waveform and an output signal waveform in the differential CMOS logic circuit L1.

【図3】本発明の第2実施例であるシリーズ・ゲート形
の差動論理回路L2の構成例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a series gate type differential logic circuit L2 which is a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3実施例である差動形CMOS論理
回路L3の構成を示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a differential type CMOS logic circuit L3 which is a third embodiment of the present invention.

【図5】上記各実施例において、差動形論理回路L1、
L2、L3の遅延時間に対する信号振幅の関係を示す図
である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a differential logic circuit L1 in each of the above embodiments.
It is a figure which shows the relationship of the signal amplitude with respect to the delay time of L2 and L3.

【図6】本発明の第4実施例である差動形CMOS論理
回路L4の構成例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a differential CMOS logic circuit L4 which is a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第5実施例である差動形CMOS論理
回路L5を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a differential CMOS logic circuit L5 according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】差動形CMOS論理回路L4におけるMOSF
ET31とショットキー・ダイオードD10とを、同一
の絶縁基板上に形成した例を示す図である。
FIG. 8 is a MOSF in a differential CMOS logic circuit L4
It is a figure which shows the example which formed ET31 and Schottky diode D10 on the same insulating substrate.

【図9】MOSFET31とショットキー・ダイオード
D10とを、絶縁基板上の同一シリコン活性層41に形
成したものの例を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an example in which a MOSFET 31 and a Schottky diode D10 are formed in the same silicon active layer 41 on an insulating substrate.

【図10】MOSFETを用いたCMOS論理回路構成
としてのCMOSインバータ回路の従来例を示す図であ
る。
FIG. 10 is a diagram showing a conventional example of a CMOS inverter circuit as a CMOS logic circuit configuration using MOSFETs.

【図11】小振幅動作を行なう従来の差動増幅回路を示
す図と、その差動増幅回路における入力信号と出力信号
との関係を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a conventional differential amplifier circuit performing a small amplitude operation and a diagram showing a relationship between an input signal and an output signal in the differential amplifier circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

L1〜L5…差動形CMOS論理回路、 D1〜D11…ショットキー・ダイオード、 21〜34…nCMOSFET、 41…シリコン活性層、 PS…定電流源、 Z…負荷素子。 L1 to L5 ... Differential type CMOS logic circuit, D1 to D11 ... Schottky diode, 21 to 34 ... nCMOSFET, 41 ... Silicon active layer, PS ... Constant current source, Z ... Load element.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 MOSFETで構成した差動増幅回路に
おいて、 上記差動増幅回路の高電位電源と、差動入力信号を印加
する第1、第2の駆動トランジスタの共通ソースとの間
に、ダイオードを接続したことを特徴とする差動形CM
OS論理回路。
1. A differential amplifier circuit composed of MOSFETs, wherein a diode is provided between a high potential power source of the differential amplifier circuit and a common source of first and second drive transistors for applying a differential input signal. Differential type CM characterized by connecting
OS logic circuit.
【請求項2】 MOSFETで構成した差動増幅回路に
おいて、 上記差動増幅回路の差動入力信号の一方を印加する第1
の駆動トランジスタのゲート・ソース間に第1のダイオ
ードを接続し、上記差動入力信号の他方を印加する第2
の駆動トランジスタのゲート・ソース間に第2のダイオ
ードを接続したことを特徴とする差動形CMOS論理回
路。
2. A differential amplifier circuit composed of MOSFETs, wherein first one of differential input signals of the differential amplifier circuit is applied.
A first diode is connected between the gate and the source of the driving transistor of the second driving circuit, and the other of the differential input signals is applied to the second diode.
A differential CMOS logic circuit characterized in that a second diode is connected between the gate and the source of the driving transistor.
【請求項3】 請求項1または2において、 上記差動増幅回路の各出力端子に、MOSFETで構成
したソース・フォロワ回路を接続し、上記ソース・フォ
ロワ回路の出力信号を上記差動形CMOS論理回路の出
力信号とすることを特徴とする差動形CMOS論理回
路。
3. The differential follower circuit according to claim 1, wherein a source follower circuit composed of a MOSFET is connected to each output terminal of the differential amplifier circuit, and an output signal of the source follower circuit is connected to the differential CMOS logic. A differential CMOS logic circuit characterized by being used as an output signal of the circuit.
【請求項4】 請求項2または3において、 上記MOSFETと上記ダイオードとは、同一の絶縁基
板上または絶縁基板上の同一シリコン活性領域に形成さ
れていることを特徴とする差動形CMOS論理回路。
4. The differential CMOS logic circuit according to claim 2 or 3, wherein the MOSFET and the diode are formed on the same insulating substrate or on the same silicon active region on the insulating substrate. .
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2385711A (en) * 2001-11-01 2003-08-27 Hewlett Packard Co Differential CMOS logic with dynamic bias
CN101930976A (en) * 2009-06-19 2010-12-29 三洋电机株式会社 Semiconductor device

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US6731136B2 (en) 2001-11-01 2004-05-04 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Differential CMOS logic with dynamic bias
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