JPH08130450A - 可変遅延回路 - Google Patents

可変遅延回路

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JPH08130450A
JPH08130450A JP6288635A JP28863594A JPH08130450A JP H08130450 A JPH08130450 A JP H08130450A JP 6288635 A JP6288635 A JP 6288635A JP 28863594 A JP28863594 A JP 28863594A JP H08130450 A JPH08130450 A JP H08130450A
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JP6288635A
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Taiichi Otsuji
泰一 尾辻
Satoshi Yamaguchi
山口  聡
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小規模単純な回路構成で且つ素子特性バラツ
キの影響を受けずに微小な遅延量を安定に制御する。 【構成】 遅延設定データ入力信号D0 〜Dn に応じ
て出力信号のレベルを変化させる可変レベルシフト回路
10と、該可変レベルシフト回路の出力信号を入力して
該入力した信号に対応した論理信号を一定のレベルで出
力するバッファ回路20とからなり、可変レベルシフト
回路10の出力信号レベルに応じて入出力端子間の伝搬
遅延時間が変化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、外部から与えられる遅
延設定データに応じて入力信号を遅延して出力する可変
遅延回路に係り、特に素子特性のバラツキの影響を受け
難く、微小な遅延量を安定に制御できるようにした可変
遅延回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路技術の進展により、情
報、通信、計測の広範な分野において信号伝送処理速度
の向上が図られている。交換、伝送を主体とする情報通
信システムでは、クロック信号・データ信号間の位相余
裕が動作ビットレート向上の鍵となる。
【0003】一般的に、タイミング制御を行なうための
回路の最小遅延分解能は、信号処理を行なう回路の論理
ゲート1段の信号伝搬遅延時間の1/10以下である。
例えば、10Gビット/sクラスの光伝送システムで
は、クロック周期が100psと短く、信号多重化回路
や分配回路においては、10psオーダーでの信号間タ
イミング制御が必要となる。したがって、構成要素とな
る半導体素子の速度性能を最大限に発揮するためには、
それら信号処理系において極めて高精度・高分解能な信
号遅延が必須となる。
【0004】このような信号遅延制御を実現するため
に、半導体集積回路技術による各種の可変遅延回路が実
現されている。これらの可変遅延回路は、基本的には、
遅延量に応じて数種類の遅延方式を組み合せて広範な遅
延範囲を高分解能で制御できる構成となっている。クロ
ック信号周期よりも長い遅延制御には、例えば第1の従
来例として図8に示す特開昭63−189011で開示
された回路で比較的容易に実現できる。
【0005】図8に示した可変遅延回路は、複数ビット
のレジスタ31と、それに対応するビット数を持つカン
ウタ32によって構成される。データ入力端子群33に
所定の遅延量をセット[この例では「2」、つまり図8
に示すデータ入力端子33群内の端子bを論理ハイレベ
ル(”1”)、それ以外を論理ローレベル(”0”)と
する。]し、ロード端子34に入力するロード信号によ
って、その遅延量をレジスタ31に設定する。次に周期
クロック端子35に入力する周期クロック信号でレジス
タ31の内容をカウンタ32に設定する。このカウンタ
32は、カウンタクロック端子36に入力するクロック
信号の到来の度に上記設定された設定値「2」から順次
減数(−1)してゆき、その内容が0になった時点で遅
延出力端子37に遅延信号(桁下がり信号)を発生する
よう動作する。
【0006】図8の可変遅延回路の動作のタイミングを
図9のタイムチャートに示した。図8の可変遅延回路で
得られる遅延量は「遅延設定値+1」にカウントクロッ
ク端子36の信号の周期をかけた時間となり、この時間
は図9の周期クロック端子35の信号から遅延出力端子
37の信号の時間差tに相当する。
【0007】クロック信号周期以下の時間の遅延制御を
行なうための可変遅延回路の構成例を第2の従来例とし
て図10に示す。この可変遅延回路は、遅延回路41を
通過する遅延パス42と通過しない基本パス43をセレ
クタ44で選択する単位回路45を複数個縦続接続した
ものである。この可変遅延回路では、各遅延回路41の
遅延時間を最小遅延時間T0 の2の累乗倍とすれば、各
単位回路45のセレクタ44で基本パス43または遅延
パス42を選択することにより、最小遅延時間T0 の整
数倍の遅延量を得ることができる。
【0008】単位回路45に長い遅延時間を設定させる
場合には、例えば遅延回路41を信号伝搬遅延時間を利
用した論理ゲートの多段縦続接続という構成にする。一
方、遅延時間が短く(論理ゲート1段の信号伝搬遅延時
間以下)微小時間の制御を要する場合には、例えば図1
1に示すような構成の単位回路46を使用する。
【0009】図11の単位回路46では、入力端子47
から分岐した2つのバッファ論理ゲート48、49の出
力段に、それぞれ異なる負荷容量C0 、C1 を接続す
る。この容量C0 、C1 の値をC1 >C0 としておく
と、論理ゲート48、49の伝搬遅延時間の負荷容量依
存性により、容量C1 を負荷とする方が信号伝搬時間が
長くなる。すなわち、容量C1 を負荷する方が遅延パス
42として、容量C0 を負荷とする方が基本パス43と
して機能する。両者のゲート伝搬遅延時間の差分が遅延
時間となる。50は出力端子である。
【0010】一方、遅延時間が短い他の構成例の単位回
路51を図12に示す。この単位回路51は、バッファ
論理ゲート52の出力端子53側に付加した可変容量素
子54のバイアス電位をD/A変換器55で制御して、
論理ゲート52の伝搬遅延時間の負荷容量依存性を利用
して微小に伝搬遅延量を制御するものである。この回路
構成では、セレクタの代わりに遅延設定データ入力端子
群56を設け、この端子群56の入力データを複数種類
から選択できるようにすることにより複数種類の遅延時
間選択が可能となる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】ことろが、図12に示
す回路は、構成要素としてD/A変換器55が必要とな
り、回路規模の著しい増大を招き、かつアナログ回路用
の高精度のプロセス技術を必要とすることから、可変遅
延回路を必要とする装置の小型化、低価格化を図る上で
大きな阻害要因となっていた。
【0012】一方、図11に示す回路は、集積規模は小
規模で実現できるものの、基本パス43と遅延パス42
に含まれるバッファ論理ゲート48、49が互いに独立
なため、半導体製造プロセスにおいて必然的に存在する
素子特性バラツキにより、それぞれのパスに付加した容
量C0 、C1 に正確に依存した遅延量が得られないとい
う問題があった。
【0013】すなわち、基本パス43のバッファ論理ゲ
ート48と遅延パス42のバッファ論理ゲート49との
間でそれらのゲートを構成しているトランジスタや抵抗
素子の特性にバラツキがあるため、本来等しくあるべき
無負荷状態での伝搬遅延時間が一致せず、よって基本パ
ス43に対する遅延パス42の遅延増加量が設計通りに
得られないという問題を有していた。
【0014】例えば、半導体集積回路の同一チップ内の
しかも近接した場所に配置された論理ゲートどうしであ
っても素子特性のバラツキによって、それらの伝搬遅延
時間には10%程度のバラツキが生じるため、無負荷時
の伝搬遅延時間が100psの論理ゲートを用いて該伝
搬遅延時間の5%に相当する5psの微小な遅延量を遅
延パスで発生するように設計した場合には、最悪状態に
は逆に基本パスの方が5ps余分な遅延量を発生してし
まう事態が生じるわけである。
【0015】以上のように、従来の技術では、小規模単
純な回路構成で素子特定のバラツキの影響を受けずに微
小な遅延量を安定に制御することは困難であった。
【0016】本発明は以上のような問題点に鑑みてなさ
れたものであって、その目的は、小規模で単純な回路構
成で実現でき、且つ素子特性のバラツキの影響を受ける
こともなく、しかも微小な遅延量を安定に制御できるよ
うにした可変遅延回路を提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、信号を入
力してから出力するまでの遅延時間を制御する可変遅延
回路において、遅延設定データ入力信号に応じて出力信
号レベルを一定量変更させる可変レベルシフト回路と、
該可変レベルシフト回路の出力信号を入力し、該入力し
た信号に対応した論理信号を一定のレベルで出力するバ
ッファ回路とを具備し、上記可変レベルシフト回路の出
力信号のレベルに応じて上記可変レベルシフト回路での
伝搬遅延時間が変化し入出力端子間の伝搬遅延時間が変
化するように構成した。
【0018】第2の発明は、上記可変レベルシフト回路
を、上記遅延設定データ入力信号に応じて複数の出力信
号レベルからいずれかを選択的に発生して出力するレベ
ル選択発生回路と、遅延させるべき信号の入力に応じて
上記レベル選択発生回路で選択されたレベルの出力信号
を出力する差動論理回路と、定電流源回路とから構成し
て、上記レベル選択発生回路、上記差動論理回路、およ
び上記定電流源回路が、電流パスを共有するようにし
た。
【0019】第3の発明は、上記レベル選択発生回路を
第1、第2の差動回路で構成し、該第1、第2の差動回
路間で対となり、上記遅延設定データ入力信号によって
1対が選択される複数の異なる電流パス対を形成し、該
複数の電流パス対のうちの第1の電流パス対を同一特性
に設計された電流スイッチ用トランジスタと同一特性に
設計された負荷抵抗とが直列接続されたパスの対で形成
し、第2又は第3以上の電流パス対を同一特性に設計さ
れた別の電流スイッチ用トランジスタと上記負荷抵抗と
段数が異なるダイオードとが直列接続されたパスの対で
形成する。上記差動論理回路を、上記遅延させるべき信
号を入力し且つ上記レベル選択発生回路で選択された電
流パス対を能動負荷とする第3の差動回路から構成す
る。
【0020】
【作用】第1の発明では、可変レベルシフト回路の出力
信号のレベルに応じて、その可変レベルシフト回路の入
出力端子間の伝搬遅延時間が微小に制御される。可変レ
ベルシフト回路においてレベルの変化した出力信号は、
バッファ回路によって一定のレベルの出力信号に正規化
される。
【0021】第2の発明では、可変レベルシフト回路の
電流パスが差動論理回路や定電流源回路で共通となるの
で、可変レベルシフト回路において設定した遅延量に拘
らず回路中の素子特性変動による遅延量のバラツキが除
去される。
【0022】第3の発明では、可変レベルシフト回路内
の設定遅延量の異なる電流パス対間においても、第1、
第2の差動回路のトランジスタやダイオート等の能動素
子のみが異なる素子で形成され負荷抵抗は共通化される
ので、この点でも遅延量のバラツキが除去されるように
なる。
【0023】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図1はそ
の可変遅延回路の原理構成を示すブロック図である。こ
の可変遅延回路は、可変レベルシフト回路10とバッフ
ァ回路20を縦続接続した構成によって実現される。図
2はこの可変遅延回路の各信号の動作波形を示すタイム
チャートである。
【0024】可変レベルシフト回路10は、クロック入
力信号CT 、クロック反転入力信号CC 、遅延設定デー
タ入力信号D0 〜Dn 、並びにクロック出力信号Q0T
クロック反転出力信号Q0Cの信号端子を有する。遅延設
定データ入力信号D0 〜Dnは、その内の1ケのみが論
理ハイレベルとなり、他は全て論理ローレベルとなるよ
う設定されるものであって、この遅延設定データ信号D
0 〜Dn のどの信号が論理ハイレベルになるかによって
可変レベルシフト回路10の出力レベルが決定される。
図2のタイムチャートでは、遅延設定データD0 〜Dn
による設定内容に応じて、論理ローレベル側のレベルが
一定量シフトすること、すなわち論理振幅が変化するこ
とを示している。
【0025】また、信号スルーレート、すなわち出力信
号の反転動作時の遷移速度は、微小な論理振幅の変動下
では一定にできるので、論理振幅の増大とともに、可変
レベルシフト回路10の入出力間の伝搬遅延時間をΔt
1 、Δt2 、又はΔt3 のように増大変化させることが
できる。
【0026】後段のバッファ回路20は、そこで得られ
るクロック出力信号Q1T、クロック反転出力信号Q1C
レベルを可変レベルシフト回路10の出力信号Q0T、Q
0Cのレベルにかかわらず一定のレベルに正規化する。
【0027】このバッファ回路20の伝搬遅延時間は一
定の時間ΔtB であるので、Δt1+ΔtB 、Δt2
ΔtB 、またはΔt3 +ΔtB が本発明の可変遅延回路
で得られる遅延時間となる。すなわち、相補クロック出
力信号Q1T、Q1Cは、相補クロック入力信号CT 、CC
に対して遅延設定データ入力信号D0 〜Dn による設定
に応じた微小な遅延時間差を有し、かつ一定の信号レベ
ルで、バッファ回路20から出力する。
【0028】上記した可変レベルシフト回路10の基本
構成を図3に示す。なお、この図3および後に示す他の
構成例では電界効果トランジスタ(FET)によって可
変レベルシフト回路やバッファ回路を構成しているが、
これに限定されることなく、バイポーラトランジスタで
も良い。またFETも本実施例で示すGaAsMESF
ETに限らず、例えばSiによるMOS型FET等でも
良い。図3に示した可変レベルシフト回路10は、レベ
ル選択発生回路11、差動論理回路12、および定電流
源13から構成されており、それらのレベル選択発生回
路11、差動論理回路12、および定電流源13は接地
と電源VSS間に直列的に接続され、電流パスを共有して
いる。
【0029】レベル選択発生回路11は遅延設定データ
入力信号D0 〜Dn が印加し、その信号D0 〜Dn のう
ちの1つを論理ハイレベルとし、他を論理ローレベルと
することにより、反転出力信号Q0Cのレベルが選択され
る。このレベル選択により相補クロック出力信号Q0T
0Cの論理振幅が選択されるので、図3のレベル選択発
生回路11を使用することによって、遅延時間を制御で
きる。
【0030】ここで、図3に示す可変レベルシフト回路
10を図1の可変遅延回路に適用した場合を、図11に
示した単位回路46を有する図10の可変遅延回路と比
較する。図11の回路においては設定された遅延時間に
よって異なったバッファ論理ゲート48又は49を通過
しているため、図10の可変遅延回路では素子特性のバ
ラツキに起因する遅延時間の変動を有する欠点があるの
に対し、図3の可変レベルシフト回路10を利用した図
1の可変遅延回路では、レベル選択の如何に拘らず同一
の差動論理回路12および定電流源13によって動作す
るので、素子特性のバラツキが問題とならず、したがっ
て遅延時間を微小に制御できる利点を有する。
【0031】図4に可変レベルシフト回路10の具体的
回路(第1の実施例)を示す。本実施例の可変レベルシ
フト回路10は単一の定電流源13で駆動される上段ゲ
ート(レベル選択発生回路11)、下段ゲート(差動論
理回路12)の2段シリーズゲートによって構成され
る。
【0032】図4において、上段ゲートを構成するレベ
ル選択発生回路11のトランジスタQ1 、Q2 をもつ第
1の差動回路、およびトランジスタQ3 、Q4 をもつ第
2の差動回路は、両差動回路間で対となるような2対の
電流パスをもつ。まず、1対の電流パスI0T、T0Cは、
同一特性に設計された電流スイッチ用のトランジスタQ
1 、Q3 と、同一特性に設計された負荷抵抗RL1、RL2
との直列接続回路で構成される。残る1対の電流パスI
1T、I1Cは、上記した負荷抵抗RL1、RL2と、上記トラ
ンジスタQ1 、Q3 と同一特性に設計された電流スイッ
チ用トランジスタQ2 、Q4 と、ダイオードD1 、D2
との直列接続回路で構成される。
【0033】このレベル選択発生回路11では、トラン
ジスタQ1 、Q3 のゲート端子に遅延設定データ入力信
号DT (D0 に相当する。)が入力され、トランジスタ
2、Q4 のゲート端子に遅延設定データ反転入力信号
C (D1 に相当する。)が入力することによって、そ
れら遅延設定データ入力信号DT 、DC の論理に応じ
て、電流パスI0TとI0Cの対、又はI1TとI1Cの対の一
方が導通状態に制御される。
【0034】下段ゲートを構成する差動論理回路12の
差動回路は同一特性に設計された電流スイッチ用トラン
ジスタQ5 、Q6 によって構成され、そのトランジスタ
5、Q6 のゲート端子に相補クロック入力信号CT
C がそれぞれ入力し、ドレイン端子から相補クロック
出力信号Q0T、Q0Cが出力している。すなわち、この差
動回路を構成するトランジスタQ5 、Q6 には、その能
動的負荷として、上記した電流パス対I0T、I0C、又は
1T、I1Cが選択的に接続される。
【0035】下段の差動論理回路12の差動接続のトラ
ンジスタQ5 、Q6 の共通ソース端子には、定電流源回
路13を構成するトランジスタQ7 が接続され、そのト
ランジスタQ7 のゲート・ソース間に一定のバイアス電
圧VCS 1 を供給することによって、このトランジスタQ
7 の電流電圧特性で決まる一定の電流ICS 1 が定常的に
トランジスタQ1 〜Q6 の電流経路から引き抜かれる。
【0036】遅延設定データ入力信号DT が論理ハイレ
ベル、遅延設定データ反転入力信号DC が論理ローレベ
ル状態の場合には、相補クロック入力信号CT 、CC
論理に応じて電流パス対I0T、I0Cの一方が導通状態と
なる。I0Tが導通状態になった場合について、相補クロ
ック出力信号Q0T、Q0Cの電位状態を考察する。
【0037】以下の説明では、簡単のためトランジスタ
のしきい値電圧は0Vと仮定する。電流パスI0Tが導通
状態となるのはクロック入力信号CT が論理ハイレベル
のときで、このとき、トランジスタQ1 が導通状態、ト
ランジスタQ3 が非導通状態にある。よって、トランジ
スタQ1 のソース電位(すなわち、クロック反転出力信
号Q0Cの電位)は、トランジスタQ1 のゲート電圧(す
なわち、遅延設定データ入力信号DT の論理ハイレベ
ル)からトランジスタQ1 の導通時のゲート・ソース間
電圧VGS 1 だけ低く、一方、トランジスタQ3 のソース
電位(すなわちクロック出力信号Q0Tの電位)はトラン
ジスタQ3 のゲート電位(すわなち、遅延設定データ入
力信号DT の論理ハイレベル)まで上昇する。
【0038】一方、クロック入力信号CC が論理ハイレ
ベルになると、電流パスI0Cが導通状態になり、トラン
ジスタQ1 とQ3 の導通状態が上記の状態から反転す
る。トランジスタQ1 、Q3 の導通時のバイアス条件は
全く等しいから、トランジスタQ3 の導通時のゲート・
ソース間電位差VGS 3 は前記のVGS 1 に等しい。
【0039】そこで、VGS 1 =VGS 3 =VGS 1 3とする
と、結局、相補クロック出力信号Q0T、Q0Cとしては、
遅延設定データ入力信号DT が論理ハイレベルを論理ハ
イレベルとし、遅延設定データ入力信号DT の論理ハイ
レベルからトランジスタQ1 、Q3 のゲート・ソース間
電位差VGS 1 3だけ降下した電位を論理ローレベルとする
レベルの信号となる。
【0040】一方、データ反転入力信号DC の論理がハ
イレベル、データ入力信号DT の論理レベルがローレベ
ルの状態の場合には、相補クロック入力信号CT 、CC
に応じて電流パスI1TまたはI1Cが導通状態となる。こ
の場合は、トランジスタQ2またはQ4 が導通状態とな
り、上述した場合と全く同様な理由によって、相補クロ
ック出力信号Q0T、Q0Cとしては、遅延設定データ反転
入力信号DC が論理ハイレベルを論理ハイレベルとし、
遅延設定データ反転入力信号DC の論理ハイレベルから
トランジスタQ2 、Q4 のゲート・ソース間電位差VGS
2 4だけ降下した電位を論理ローレベルとする出力レベル
の信号となる。なお、VGS 2 4=VGS 2 =VGS 4 であり、
GS 2 はトランジスタQ2 の導通時のゲート・ソース間
電位差、VGS 4 はトランジスタQ4 の導通時のゲート・
ソース間電位差である。
【0041】ここで、上述した論理ローレベル状態時に
おけるトランジスタQ1 、Q3 のゲート・ソース間電位
差VGS 1 3とトランジスタQ2 、Q4 のゲート・ソース間
電位差VGS 2 4とには、以下の理由によって、VGS 1 3<V
GS 2 4なる関係が生じる。すなわち、遅延設定データ入力
信号DT が論理ハイレベルで電流パスI0T、又はI0C
導通状態の時のトランジスタQ1 、又はQ3 のドレイン
電位は、接地電位から「ICS 1 ×RL 」(但し、RL
L1=RL2)だけ降下した電位である。これに対し、遅
延設定データ反転入力端子DC が論理ハイレベルで電流
パスI1T、又はI1Cが導通状態の時のトランジスタQ
2 、又はQ4 のドレイン電位は、接地電位から「ICS 1
×RL 」の電圧に加え、さらにダイオードD1 、又はD
2 の障壁電位VBHだけ降下した電位にある。
【0042】FETのドレイン・ソース間電圧VDSに対
するドレイン・ソース間電流IDSの特性は、図7に示す
ように、一般にはドイレン・ソース間電流IDSが定電流
とみなされる領域であってもわずかのドレイン・ソース
間電圧VDS依存性(ドレインコンダクタンス)を有す
る。したがって、トランジスタQ7 で決まる一定の電流
CS 1 を流すためには、ドレイン・ソース間電圧VDS
応じてゲート・ソース間電圧VGSを変化させることにな
る。いま、トランジスタQ1 〜Q4 のゲート電位は相補
データ入力信号DT 、DC によって規定されているの
で、ドレイン電位が降下すればソース電位も降下するこ
とになる。従って、VGS 1 3<VGS 2 4なる関係が生じるの
である。
【0043】ここで、相補クロック出力信号Q0T、Q0C
のレベルに着目すると、遅延設定データ入力信号DT
論理ハイレベル時の場合に比べて、遅延設定データ反転
入力信号DC が論理ハイレベル時の方が、論理ローレベ
ル電位がVGS 2 4とVGS 1 3の差分(ΔVGS)だけ降下する
ことになる。一方、論理ハイレベルは上述のとおり、相
補データ入力信号DT 、DC に依存せず一定レベルを保
つから、その結果、遅延設定データ反転入力信号DC
論理ハイレベル時の方がΔVGSだけ大きい論理振幅が得
られることになる。
【0044】具体的な動作例として、トランジスタがG
aAsMESFETで構成され、ダイオードD1 、D2
の障壁電位VBH=0.6V、トランスコンダクタンスg
m=50mS/50μm、ドレインコンダクタンスgd
=5mS/50μm、トランジスタのゲート幅Wg=5
0μmと仮定すると、電流パス対I0T、I0Cが導通状態
の時のトランジスタQ1 、Q3 のドレイン電位よりも電
流パス対I1T、I1Cが導通状態のときのトランジスタQ
2 、Q4 のドレイン電位がVBH=0.6Vだけ降下して
いる。
【0045】このときのトランジスタQ2 、Q4 のゲー
ト・ソース間電位差VGS 2 4のトランジスタQ1 、Q3
ゲート・ソース間電位差VGS 1 3に対する増加分ΔVGS
求めてみる。トランジスタQ1 、Q3 に対するトランジ
スタQ2 、Q4 のドレイン・ソース間電圧VDSの変化分
ΔVDSは、 ΔVDS=−VBH+ΔVGS (1) で与えられる。
【0046】ΔVDSとΔVGSによるドレイン・ソース間
電流IDSの変動分をΔIDSとすると、このΔIDSは、 ΔIDS=gd×ΔVDS+gm×ΔVGS =gd×(−VBH+ΔVGS)+gm×ΔVGS (2) で与えられる。
【0047】ところが、IDSはトランジスタQ7 によっ
て常に一定値ICS 1 に保たれているので、 ΔIDS=0 (3) より、式(1)のΔVGSは次式のようになる。 ΔVGS=[gd/(gd+gm)]×VBH=55mV (4) したがって、遅延設定データ反転入力信号DC が論理ハ
イレベルの時の方がデータ入力信号DT が論理ハイレベ
ルの時に比べて、出力信号Q0T、Q0Cの振幅が55mV
だけ大きくなる。
【0048】論理振幅の増大に伴って、図2に示すよう
に相補クロック出力信号Q0T、Q0Cの反転動作に要する
偏移時間が増大する。言い替えれば、相補クロック入力
信号CT 、CC が入力されてから相補クロック出力信号
0T、Q0Cが応答するまでの時間(伝搬遅延時間)が増
大する。
【0049】ところで、図4に示した本実施例の回路構
成の場合は高速GaAs論理回路として一般的なSCF
L(Source Coupled FET Logic )の構成に準じるもの
である。このSCFLの標準論理振幅を1Vと仮定する
と、先の例で示した55mVの増加分は正規の論理振幅
の5.5%に相当する。
【0050】相補クロック出力信号Q0T、Q0Cの電位の
遷移速度は、トランジスタの速度性能と負荷抵抗RL1
L2の抵抗値によって決まり、相補遅延設定データ入力
信号DT 、DC の論理状態にはほとんど依存せず、一定
であると近似できるから、相補クロック出力信号Q0T
0Cの反転動作に要する遷移時間の5.5%程度の時間
だけ、伝搬遅延時間が増大することになる。
【0051】相補クロック出力信号Q0T、Q0Cの遷移時
間は接続される配線の寄生容量と次段の回路の入力容量
とに依存するが、本実施例のようなファンアウト数が1
の場合には、通常入出力間の伝搬遅延時間と同程度のオ
ーダーとなる。このことは、本回路構成によって、入出
力間の伝搬遅延時間を数%だけ変更できることを意味す
るものである。
【0052】一例として、カットオフ周波数100GH
z、しきい値電圧0VのGaAsMESFETで図4の
回路を構成し、VSSとして−4.5Vを給電した場合、
相補遅延設定データ入力信号DT 、DC の切り換えによ
って、1ps以下の微小な電波遅延時間差を発生させる
ことができる。
【0053】さらに、厳密にはトランジスタQ5 、Q6
のゲート・ドレイン間電位差VGD 5 6に注目すると、ゲー
ト電位は相補クロック入力信号CT 、CC によって規定
されており、一方ドレイン電位は上述した通り、遅延設
定反転データ入力信号DC が論理ハイレベルの時の方が
GD 5 6はΔVGSだけ小さいことになる。トランジスタQ
5 、Q6 のゲート・ドレイン間容量CGDのバイアス依存
性にしたがってその容量CGDの変動分に応じた付加的な
遅延時間を得ることができる。この効果は、電源電圧V
SSの設定によって、その程度を調整できる。
【0054】すなわち、トランジスタQ5 、Q6 のゲー
ト・ドレイン間電位差VGD 5 6が常に逆バイアスされるよ
うに相補クロック入力信号CT 、CC の電位を十分に降
下できるように電源電圧VSSを負電圧としその絶対値を
大きく与えておけば、ゲート・ドレイン間容量CGDはΔ
GSのバイアス変動が生じても、ほぼ一定の小さい値と
なる。したがって、下段の差動対トランジスタQ5 、Q
6 のスイッチング速度が相補遅延設定データ入力信号D
T 、DC によって変化することは少ない。
【0055】上記と反対に、電源電圧VSSを負電圧でそ
の絶体値を小さくしておくと、ゲート・ドレイン間電位
差VGDが順バイアス方向に進むにつれてゲート・ドレイ
ン間容量CGDのバイアス依存性が顕著となり、その容量
が大きくなる。この領域ではバイアス変動ΔVGSがゲー
ト・ドレイン間容量CGDの変動を生ぜしめるので、下段
の差動対トランジスタQ5 、Q6 のスイッチング速度も
相補遅延設定データ入力信号DT 、DC によって変化す
ることになる。
【0056】バイアス変動ΔVGSが生じる遅延設定デー
タ反転入力信号DC が論理ハイレベル時の方がゲート・
ドレイン間容量CGDより大きな値をもつので、遅延時間
の増大を生じる。つまり、データ反転入力信号DC が論
理ハイレベルの時は、出力振幅の増大による遅延時間増
加分に、さらにこのゲート・ドイレン間容量CGDによる
遅延時間増大分も加えることも可能である。
【0057】本実施例の可変レベルシフト回路10は、
上述したように、設定すべき伝搬遅延時間の異なる信号
パス対間では、上段のレベル選択発生回路11の差動対
トランジスタQ1 〜Q4 やダイオードD1 、D2 等のみ
が異なる素子で構成され、負荷抵抗RL1、RL2、スイッ
チング動作を行なう下段の論理差動回路12の差動対ト
ランジスタQ5 、Q6 、および動作電流を決める定電流
源回路13を共通化している。
【0058】したがって、上段のレベル選択発生回路1
1の差動対トランジスタのドレイン電位を決定する共通
部分、すなわち、電流ICS 1 による負荷抵抗RL1、RL2
の電位降下分が電流パスI0T、I1T間、およびI0C、I
1C間で変動しないことから、素子依存によるかなり大き
なバラツキが存在しても、信号パス間の遅延時間の大小
関係は保たれるし、信号パス間の相対的な遅延時間差も
その変動量を小さく抑えることができる。
【0059】ここで、図4の可変レベルシフト回路10
を図1の可変遅延回路に利用した場合を図10に示した
従来の可変遅延回路と比較する。図10の可変遅延回路
の構成では、図11の単位回路46を有するため、信号
パス間で全く独立に遅延回路を構成していることから、
ゲート電流、負荷抵抗をはじめとする全ての要素に相対
的な素子特性バラツキが生じる。
【0060】したがって、図10の可変遅延回路では、
論理ゲートの基本遅延時間の1/10といった微小な遅
延時間差を両信号パスで生じるように設計したとして
も、10%程度の素子特性バラツキによって、遅延時間
差が大きく変動するのみならず、両信号パス間での遅延
時間の大小関係すら保つことが困難である。
【0061】次に、図1におけるバッファ回路20につ
いて説明する。このバッファ回路20のトランジスタを
GaAsMESFETで構成する場合、先に述べたSC
FL型の一般的なバッファ回路を適用できるので、その
構成例を図5に示す。可変レベルシフト回路10の相補
クロック出力信号C0T、C0Cを入力する差動回路がトラ
ンジスタQ2 1、Q2 2、Q2 3、負荷抵抗RL3、RL4から構
成され、これにトランジスタQ2 4、Q2 5、ダイオードD
2 1、D2 2からなるソースホロワ回路、トランジスタ
2 6、Q2 7、ダイオードD2 3、D2 4からなるソースホロ
ワ回路が縦続接続されている。
【0062】ここで得られる相補クロック出力信号
1T、Q1Cの信号振幅は、相補遅延設定データ入力信号
T 、DC によらず、トランジスタQ2 3で決まる動作電
流と負荷抵抗RL3、RL4の積で一定の値に正規化され
る。なお、ソースホロワ回路を構成するダイオードD2 1
〜D2 4は、相補クロック出力信号Q1T、Q1Cのレベルを
可変レベルシフト回路10の相補クロック入力信号
T 、CC のレベルと一致させるためのレベルシフタと
して機能すのものである。
【0063】なお、図4の可変レベルシフト回路10で
は、出力論理振幅が2通りに設定されるものであった。
これに対して、出力論理振幅を3通り以上に設定可能と
する可変レベルシフト回路の例を図6に示す。
【0064】この図6では、電流パス対をI0TとI0C
1TとI1C、I2TとI2C、・・・・とし、電流パス対I
1T、I1Cにはダイオードが1段(D1 、D2 )、I2T
2Cにはダイオードが直列2段(D3 とD4 、D5 とD
6 )接続されている。同様にして、ダイオードが直列3
段以上通過する電流パスも設定可能である。遅延設定デ
ータD0 、D1 、D2 、・・・はそのうちの1つが論理
ハイレベル、他は論理ローレベルである。この遅延設定
データにより選択した電流パス対によって、出力信号C
0T、C0Cのレベルが決定される。図6の可変レベルシフ
ト回路では電流パスの数により、出力論理振幅を3通り
以上に設定できるので、この構成の可変レベルシフト回
路を利用することにより、遅延時間を3通り以上可変で
きる遅延可変回路を構成することが可能となる。
【0065】
【発明の効果】本発明によれば、可変レベルシフト回路
の出力信号のレベルに応じ入出力端子間の伝搬遅延時間
が変化し、かつ設定した遅延時間の値に拘らず動作する
素子が共通であるで、設定遅延時間によって別素子を動
作させる従来の回路と異なって、素子バラツキによる遅
延時間のずれが小さいという効果がある。すなわち、小
規模単純な回路構成で且つ素子特性バラツキの影響を受
けずに微小な遅延量を安定に制御する可変遅延回路を実
現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の可変遅延回路の構成を示すブロック
図である。
【図2】 図1に示した可変遅延回路の動作説明用のタ
イムチゃートである。
【図3】 本発明の可変遅延回路を構成する可変レベル
シフト回路の基本構成のブロック図である。
【図4】 第1の実施例の可変レベルシフト回路の回路
図である。
【図5】 本発明の可変遅延回路を構成するバッファ回
路の回路図である。
【図6】 第2の実施例の可変レベルシフト回路の回路
図である。
【図7】 本発明の可変遅延回路を構成するトランジス
タの典型的な電流・電圧特性を示す特性図である。
【図8】 クロック信号周期よりも長い遅延時間制御を
行なう従来例の可変遅延回路の構成を示すブロック図で
ある。
【図9】 図8に示す可変遅延回路の動作説明用のタイ
ムチャートである。
【図10】 クロック信号周期よりも短い遅延時間制御
を行なう従来例の可変遅延回路の構成を示すブロック図
である。
【図11】 図10の可変遅延回路を構成する単位回路
のうち遅延時間が短く微小遅延時間制御を行なう場合の
回路図である。
【図12】 図10の可変遅延回路を構成する単位回路
のうち遅延時間が短く微小遅延時間制御を行なう場合の
別の例の回路図である。
【符号の説明】
10:可変レベルシフト回路、11:レベル選択発生回
路、12:差動論理回路、13:定電流源回路、20:
バッファ回路、31:レジスタ、32:カウンタ、3
3:遅延設定データ入力端子群、34:ロード端子、3
5:周期クロック端子、36:カウントクロック端子、
37:遅延出力端子、41:遅延回路、42:遅延パ
ス、43:基本パス、44:セレクタ、45、46:単
位回路、47:入力端子、48、49:バッファ論理ゲ
ート、50:出力端子、51:単位回路、52:バッフ
ァ論理ゲート、53:出力端子、54:可変容量素子、
55:D/A変換器、56:遅延設定データ入力端子
群、57:入力端子。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 信号を入力してから出力するまでの遅延
    時間を制御する可変遅延回路において、 遅延設定データ入力信号に応じて出力信号レベルを一定
    量変更させる可変レベルシフト回路と、該可変レベルシ
    フト回路の出力信号を入力し、該入力した信号に対応し
    た論理信号を一定のレベルで出力するバッファ回路とを
    具備し、 上記可変レベルシフト回路の出力信号のレベルに応じて
    上記可変レベルシフト回路での伝搬遅延時間が変化し入
    出力端子間の伝搬遅延時間が変化することを特徴とする
    可変遅延回路。
  2. 【請求項2】 上記可変レベルシフト回路が、上記遅延
    設定データ入力信号に応じて複数の出力信号レベルから
    いずれかを選択的に発生して出力するレベル選択発生回
    路と、遅延させるべき信号の入力に応じて上記レベル選
    択発生回路で選択されたレベルの出力信号を出力する差
    動論理回路と、定電流源回路とから構成され、 上記レベル選択発生回路、上記差動論理回路、および上
    記定電流源回路が、電流パスを共有することを特徴とす
    る請求項1に記載の可変遅延回路。
  3. 【請求項3】 上記レベル選択発生回路が第1、第2の
    差動回路で構成され、該第1、第2の差動回路間で対と
    なり、上記遅延設定データ入力信号によって1対が選択
    される複数の異なる電流パス対が形成され、該複数の電
    流パス対のうちの第1の電流パス対が同一特性に設計さ
    れた電流スイッチ用トランジスタと同一特性に設計され
    た負荷抵抗とが直列接続されたパスの対でなり、第2又
    は第3以上の電流パス対が同一特性に設計された別の電
    流スイッチ用トランジスタと上記負荷抵抗と段数が異な
    るダイオードとが直列接続されたパスの対でなり、 上記差動論理回路が、上記遅延させるべき信号を入力し
    且つ上記レベル選択発生回路で選択された電流パス対を
    能動負荷とする第3の差動回路からなることを特徴とす
    る請求項2に記載の可変遅延回路。
JP6288635A 1994-10-31 1994-10-31 可変遅延回路 Withdrawn JPH08130450A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010233180A (ja) * 2009-03-30 2010-10-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 可変遅延回路
JP2014082542A (ja) * 2012-10-12 2014-05-08 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ディジタル/アナログ変換器

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JP2010233180A (ja) * 2009-03-30 2010-10-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 可変遅延回路
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