JPH0837456A - Ecl−cmosレベル変換器 - Google Patents
Ecl−cmosレベル変換器Info
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Abstract
目的とする。 【構成】 バイポーラ出力トランジスタ(74,75)
はプッシュプル接続で、入力は差動アンプを有する入力
ステージ(1)の出力電流により直接駆動される。その
制御は2つの出力トランジスタ(74,75)の電流駆
動により行われる。従来の技術に比べ電力消費が増えな
い利点を有する。ECL回路とCMOS回路の間のレベ
ル変換に応用される。
Description
ッタ結合論理の小さな論理スイングのディジタル信号
を、一般にCMOS論理と呼ばれる大きなレベルスイン
グに増幅する回路に関する。
CLゲートとCMOSゲートの組合せがあるときのレベ
ル変換器として必要とされる。よく知られるように、こ
の技術は高速ECL論理による時間に敏感な信号路の実
現を可能とする。CMOSは回路の低速部分に用いられ
てチップの表面積とパワーを節約する。2つの回路技術
は異なる信号レベルで動作するので、両者をふくむ設計
の場合には高速レベルコンバータが必要である。この場
合の問題点はECLの小信号をCMOSレベルに増幅す
ることである。RAM記憶素子を実現する場合には時間
軸の問題もある。
トランジスタによる差動アンプが入力段で電圧増幅を行
ない、出力段の入力部でレベル変換を行ない、出力段は
CMOS構成である。遅延時間、つまり入出力のH
(高)レベルとL(低)レベルの間のスイッチングに要
する時間は静止した電流消費に影響され、ほぼ電力消費
に反比例する。電力消費及び信号遅延の主要部は最終段
つまり出力段で、大きな静止トランスバース電流が高レ
ベルで流れる。
変換器の遅延時間を減少することにある。
CMOSレベル変換器として働く増幅器の出力ステージ
に相補バイポーラトランジスタを使用することにあり、
出力ステージはプッシュプル増幅ステージである。これ
らのトランジスタはスイッチオーバの後飽和する。その
結果ターンオン時間は減少しターンオフ時間は増加す
る。
ポーラ出力トランジスタへの入力信号は、差動アンプに
よる入力ステージの出力電流により直接制御される。制
御は2つの出力トランジスタの電流駆動により行なわれ
る。
す。図3は従来のディジタルレベル変換器で、入力増幅
ステージ1と、PチャネルMOSトランジスタ16とN
チャネルMOSトランジスタ15のプッシュプル増幅器
による出力ステージ2を有する。トランジスタ16のソ
ースは正電源+UB に接続され、トランジスタ15のソ
ースは正電源+UB に対する基準電位(アース)に接続
される。2つのトランジスタ15,16のドレインは結
合してレベル変換器の出力60となる。
結合トランジスタ21,22の増幅器を有し、これらは
アースに接続する定電流源5に直列接続される。2つの
トランジスタ21,22の各ベースはレベル変換器の入
力31,32として働く。2つのトランジスタ21,2
2の各コレクタは、抵抗41,42を介して、正電源+
UB に接続し、2つの抵抗41,42は差動アンプの負
荷抵抗を構成する。
方の入力を基準電位にして駆動される。差動アンプが入
力端子31,32の低レベルECL信号に対し飽和せず
に増幅するように、前段の直列接続エミッタフォロワ
(図示なし)の2個のダイオード(各々約0.8V)に
より通常のECLに比べレベルを低下させる。
入力の駆動はエミッタフォロワにより行われる。このエ
ミッタフォロワはバイポーラトランジスタ6,9を有
し、そのコレクタは正電源+UB に接続され、エミッタ
は、ダイオードとして接続されるトランジスタ7,10
と定電流源8,11の直列接続を介して接地される。定
電流源8,11はNチャネルMOSトランジスタにより
構成され、そのソースは接地される。出力トランジスタ
15のゲートへの信号供給はトランジスタ11のドレイ
ンの接続点から直接行なわれる。別の出力トランジスタ
16のゲートへの信号供給はトランジスタ8のドレイン
の結合点からNチャネルMOSトランジスタ13を介し
て行なわれる。後者のドレインは出力トランジスタ16
のゲートに接続され、又、PチャネルMOSトランジス
タ14を介して正電源+UB に接続される。トランジス
タ14のドレインとゲートはショートしている。トラン
ジスタ13のドレイン電流はトランジスタ14と16に
よるカレントミラーを介して出力60に提供される。
施例で、入力増幅ステージ1とプッシュプル構成の出力
ステージ2を有し、出力ステージ2は、エミッタを正電
源+UB に接続したバイポーラPNPトランジスタ75
と、エミッタを接地したバイポーラNPNトランジスタ
74を有する。2つのトランジスタ74,75のコレク
タは接続されてレベル変換器の出力60を構成する。
器と相違する点として、PNP出力トランジスタ75が
入力ステージ1の差動アンプのトランジスタ22の出力
電流により直接駆動され、高速のNPN出力トランジス
タ74がトランジスタ21の出力電力によるカレントミ
ラーにより駆動される。カレントミラーは、例えば、2
つのPチャネルMOSトランジスタ43,44により構
成され、MOSトランジスタ44のドレインは差動アン
プトランジスタ21のコレクタと正電源+UBの間に接
続され、2つのゲートは当該コレクタに接続される。
イポーラ出力トランジスタ74,75に並列接続され
る。これら2つのトランジスタ71,70はMOSトラ
ンジスタで、出力トランジスタ75に割当てられるトラ
ンジスタ71はPチャネルMOSトランジスタであり、
出力トランジスタ74に割当てられるトランジスタ72
はNチャネルMOSトランジスタである。2つのトラン
ジスタ70と71のゲートは接続されて、逆向きに並列
接続される2つのインバータ72,73を介して、変換
器の出力60に接続される。バイポーラ出力トランジス
タ74,75の待状態のベース−エミッタ電圧の発生の
ために、アースと正電源+UB の間に接続される抵抗6
1,62,63がもうけられる。
た電流は出力ステージの相補的バイポーラ出力トランジ
スタ70,75を制御する。PNP出力トランジスタ7
5は直接駆動され、技術的に高速のNPN出力トランジ
スタ74は電流ミラーを介して駆動される。これにより
出力信号60の上昇端と下降端でほぼ同じスイッチング
時間が達成される。大電流は、出力トランジスタ74,
75のベース電荷を高速で確立し、大コレクタ電流が高
速に流れるので、上述の駆動原理は出力60の高速スイ
ッチングを提供する。しかし、スイッチングの後、各出
力トランジスタ74,75は飽和状態である。そこで、
出力60のスイッチングの後、出力トランジスタ74,
75と並列接続のMOSトランジスタ70,71がバイ
ポーラ出力トランジスタ74,75の制御電流を吸収す
る。MOSトランジスタ70,71は又出力トランジス
タ74,75のベース−エミッタ接合をショートして、
該接合は信号端で簡単に飽和するようにする。バイポー
ラ出力トランジスタ74,75の完全な飽和により出力
60は供給電圧、つまり供給電圧+UB と接地電位に到
達する。
75のスイッチングが並列に接続された2つのMOSト
ランジスタ70,71との協力のもとに行なわれること
について更に詳細に説明する。始めに出力60はH電位
であるとする。トランジスタ70,71のゲートの接続
点80はインバータ73の作用によりL電位である。こ
の時、インバータ72は出力60に相補的に作用し、出
力トランジスタ74,75が信号端(エッジ)のみで動
作するので、論理信号レベルが比較的長時間保持される
ようにする。
NPN出力トランジスタ74はカレントミラーを介して
ベース電流を供給され、その結果、インバータ72から
の電流に比べて非常に大きなコレクタ電流が出力トラン
ジスタ74に流れ、これは、インバータ72がスイッチ
ングの間何の影響もせず、出力60は高から低に非常に
高速に変化することを意味する。従って、出力60に接
続される全ての容量(図示なし)はその電荷を高速に反
転させ、インバータ72の電流は無視されるほど小さ
い。
動くと、インバータ73がスイッチングし、その結果接
続線80の電位はHレベルの方向にシフトする。これ
は、NPN出力トランジスタ74と並列接続のトランジ
スタ70が導通してカレントミラーから供給される電流
をアースに放電する効果を有する。その結果NPN出力
トランジスタ74は飽和状態となりブロックする。イン
バータ72は次の信号端まで信号電位を保持する。PN
P出力トランジスタ75についても出力60が低から高
にスイッチングするとき同様となる。
路で2つのバイポーラ相補出力トランジスタ74,75
の駆動は、2つの並列接続相補差動アンプにより実現さ
れる入力アンプステージ1により行われる。各差動アン
プはエミッタ接続バイポーラトランジスタ対21,2
2;23,24により構成され、各々、出力トランジス
タ74,75の一方を駆動する。
チングの後はスイッチングをトリガーする差動アンプは
不要となる。つまり、出力60からインバータ73のフ
ィードバックを介し又エミッタ結合トランジスタ対2
1,22;23,24と直列接続の制御された電流源5
1;52を介して次のスイッチングが行なわれるまで差
動アンプは不要である。
の交互のスイッチングによりこの回路は図1の回路より
電力消費が少ない。その理由は低出力レベルの間そこを
流れるミラー電流はその回路を不要とするからである。
2つの電流源51,52は例えばMOSトランジスタに
より実現され、エミッタ結合トランジスタ対21,22
に割当てられるNチャネルMOSトランジスタ51とエ
ミッタ結合トランジスタ対23,24に割当てられるP
チャネルMOSトランジスタ52により実現される。
入力に並列接続されるMOSトランジスタ70,71
は、静的電流を流さないので、小型化することができ
る。従って、出力トランジスタ74,75のベースの浮
遊容量は小さくなり、ターンオンの間により多くの電流
がベースに流れる。さらに、ベース−エミッタの残留電
圧は非常に小さく、ターンオフされた出力トランジスタ
74,75はベース−コレクタ間寄生容量により出力6
0の端の短時間の間もはや導通ではない。従って回路は
図1の回路より高速である。
L回路からCMOS回路への変換に用いることができ
る。別の重要な応用はRAMチップの読出しにおけるデ
ィジタル増幅器である。
小さなECL−CMOSレベル変換器が得られる。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 エミッタ結合トランジスタ論理の小レベ
ルのディジタル信号をCMOS論理のような大レベルに
増幅する電子回路であって、少なくとも、小レベル信号
の印加される入力(31,32)を有する入力ステージ
(1)を有する少なくともひとつの差動アンプと、大レ
ベルに増幅されたディジタル信号をとり出す出力(6
0)をもつ出力ステージ(2)とを有する電子回路にお
いて、 出力ステージ(2)が相補バイポーラトランジスタ(7
4,75)を有し、少なくとも一方のトランジスタ(7
5)が入力差動アンプステージ(1)によりスイッチン
グされる電流により直接駆動されることを特徴とする電
子回路。 - 【請求項2】 入力差動アンプステージ(1)が2個の
相補バイポーラ差動アンプステージ(21,22;2
3,24)を有し、それらの入力(31,32)に入力
信号が印加され、出力ステージ(2)を構成するトラン
ジスタ(74,75)の駆動はこれらの差動アンプでス
イッチングされる電流により直接行なわれる請求項1記
載の電子回路。 - 【請求項3】 入力差動アンプステージ(21,22;
23,24)は電流源(51,52)による供給をう
け、有効な論理状態で使用されない入力差動アンプステ
ージ(21,22;23,24)の電流源(51,5
2)は、出力ステージ(2)の出力(60)からのフィ
ードバックによりターンオフされる請求項2記載の電子
回路。
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