JPS59100626A - 電流切り換え型論理回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、負荷として電界効果型トランジスタを使用す
る電流切り換え型論理回路（ＣＭ　Ｌ　）の改良に関す
る。

従来技術と問題点 従来、ＣＭＬとして第１図に見られるものが知られてい
る。

図に於いて、１は入力用トランジスタ（駆動用トランジ
スタ）、２は基準用トランジスタ（駆動（１） 用トランジスタ）、３及び４は負荷用抵抗、５は電流源
用抵抗、６は入力端子、７は基準端子、８及び９は出力
端子、１０はドレイン側電源端子、１１はソース側電源
端子、ｖＤＤはドレイン側供給電圧、ＶＳＳはソース側
供給電圧をそれぞれ示している。

この回路は、バイポーラ・トランジスタを使用した差動
増幅回路を電界効果型トランジスタに置換したものであ
る。この回路では、負荷及び電流源として抵抗を使用し
ているので、電圧利得が小さく、また、トランジスタと
は別に抵抗も形成しなければならない。そこで、第２図
に見られるような改良された回路が現われた。

第２図に於いて、１２及び１３は負荷用トランジスタ、
１４は電流源用トランジスタをそれぞれ示し、第１図に
関して説明した部分と同部分は同記号で指示しである。

この回路では、負荷及び電流源がソース・ゲート間を接
続し定電流源型式とした電界効果型トランジスタで構成
されている為、電圧利得が高く、（２） また、抵抗を作成する必要がないから製造工程が簡単に
なる。

さて、ＣＭＬでは電流源からの電流を二つの負荷に振り
分けて流すので、負荷で回路電流が制限されないように
する必要がある。

従って、第２図の回路に於いて、負荷用トランジスタ１
２及び１３の飽和ドレイン電流を■し、電流源用トラン
ジスタ１４の飽和ドレイン電流を１０　とすると、 １０　＞　ＩＬ　＞’Ａ　１０ としなければならない。また、駆動用トランジスタ、即
ち、入力用トランジスタ１及び基準用トランジスタ２は
トランジスタ１２及び１３の飽和ドレイン電流ＩＬ以上
の電流を流すことができなければならない。

第２図の回路で使用したトランジスタは、具体的には、 ゲート長：１〔μｍ〕 ゲート幅：トランジスタ１２．１３が１０（μｍ）トラ
ンジスタ１，２．１４が１５　〔μ（３） ｍ〕 ピンチ・オフ電圧ニー１（Ｖ） である。

第２図の回路に於ける入出力伝達特性を第３図に線図と
して示しである。

第２図の回路が平衡状態にあると、トランジスタ１２及
び１３にはｚＩｏの電流が流れ、この時のトランジスタ
１２及び１３に於ける電圧降下は十分に小さい。尚、ト
ランジスタ１２及び１３にＩＬの電流が流れた時に出力
電圧が低下する。

従って、回路の入出力伝達特性は、第３図に見られるよ
うに対称性が極めて悪いものとなっている。そして、ト
ランジスタ１２及び１３のいずれか一方が完全に導通状
態になると（Ｉｏ　　　Ｉｔ、）なる電流がゲート・ダ
イオードを通り入力側から流入する。この電流は入力側
外部回路の電流供給能力に依存し、また、ゲートに大電
流を流すことになるので電極断線の原因になる。

発明の目的 本発明は、前記入出力伝達特性の対称性を改善（４） し、また、前記電極断線等の発生を防止する。

発明の実施例 第４図は本発明一実施例を表わす要部回路図であり、第
１図及び第２図に関して説明した部分と同部分は同記号
で指示しである。

図に於いて、１５及び１６はクランプ用ダイオードであ
る。

クランプ用ダイオード１５及び１６としては、それぞれ
２個のダイオードで構成されているが、これは、必要に
応じて個数を増減することができる。そして、ダイオー
ド接続個数に依り出力の電圧振幅が決定される。尚、ダ
イオード１個当りの電圧は約０．７　（Ｖ）である。

ここで使用しているトランジスタの寸法及び特性を例示
すると次の通りである。

ゲート長：　１　〔μｍ〕 ピンチ・オフ電圧＝１（Ｖ） ゲート幅： トランジスタ１及び２＝２０　Ｃμｍ〕μｍ〕ジスタ１
２及び１３＝１０Ｃμｍ〕（５） トランジスタ１４＝２０　（μｍ〕 この回路の負荷線は第５図に見られる通りである。第５
図では、縦軸にドレイン電流■。、横軸にドレイン・ソ
ース間電圧ＶＯＳを採ってあり、■■はトランジスタ１
及び２　（ドライバ・トランジスタ）の電流・電圧特性
、ＬＴはトランジスタ１２及び１３の負荷線、ＬＤはダ
イオード１５及び１６の負荷線、ＬＡは綜合負荷線をそ
れぞれ示している。

本実施例に於いては、ＩＬ−ｚＩｏ、即ち平衡状態で両
方の負荷にＩＬの電流が流れるので、入出力伝達特性は
第６図に見られる通り、上下の対称性は極めて良好であ
る。そして、トランジスタ１２及び１３のいずれか一方
のトランジスタが完全に導通になると、導通例の負荷用
トランジスタには電流■Ｌが流れ、残り（Ｉｏ　　　Ｉ
ｔ、）はダイオードを流れる。ダイオード１５或いは１
６は大電流を流す必要から負荷用トランジスタ１２或い
は１３等と同様にプレーナ形とする。

第７図は負荷部分（片方のみ）のパターンを表（６） わす要部平面図である。

図に於いて、ＴＬは負荷用トランジスタ、ＴＬＧは負荷
用トランジスタのゲート電極、Ｄはダイオード、Ｓｄは
ダイオードＤのショットキ電極、Ｏｄはオーミック電極
をそれぞれ示している。

第８図は他の実施例の要部回路図であり、第４図に関し
て説明した部分と同部分は同記号で指示しである。

本実施例では、ダイオード１５及び１６にドレイン側供
給電圧ｖｎｏＯ代りにクランプ電圧Ｖ。を印加するよう
にしたものである。このクランプ電圧■。は、 ｖｏ＝ＶＬ＋ｖ。

表わされ、■１は出力のロウ・レベル、ＶＤはダ示した
ダイオードの負荷線ＬＤを左右にずらすことができ、従
って、綜合負荷線も変わり、その結果、出力の電圧振幅
を任意に選択することができるものである。

（７） 発明の効果 本発明によれば、電界効果型駆動用トランジスタとソー
ス及びゲートを接続した電界効果型トランジスタからな
る負荷用トランジスタとの接続点にアノード側が電源に
接続されたクランプ用ダイオードのカソード側を接続し
た電流切り換え型論理回路が得られ、そして、該論理回
路では、クランプ用ダイオードの作用で出力の電圧振幅
を変えるようにし、入出力伝達特性を対称にすることを
可能にしている。また、駆動用トランジスタのゲートに
は大電流が流れないので、例えばゲート電極が断線する
等の膚もない。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来例の要部回路図、第３図は第２
図に見られる回路の入出力伝達特性を表わす線図、第４
図は本発明一実施例の要部回路図、第５図は第４図に見
られる実施例の負荷線を説明する為の線図、第６図は本
発明一実施例の入出力伝達特性を表わす線図、第７図は
本発明一実施例を具体的な装置とした場合に於ける負荷
部分の要（８） 部平面図、第８図は他の実施例の要部回路図である。 図に於いて、１は入力用トランジスタ、２は基準用トラ
ンジスタ、６は入力端子、７は基準端子、８及び９は出
力端子、１０はドレイン側電源端子、１１はソース側電
源端子、１２及び１３は負荷用トランジスタ、１４は電
流源用トランジスタ、１５及び１６はクランプ用ダイオ
ードである。 特許出願人　　　富士通株式会社 代理人弁理士　　工具　久五部 （外３名） （９） 第１図　　　　　第２図 Ｍ３図 入力電圧−一ゆ 第４図 第５図 ＶＤＤ　　　□　ＶＤＳ 第　７　図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電界効果型駆動用トランジスタとソース及びゲートを接
   続した電界効果型トランジスタからなる負荷用トランジ
   スタとの接続点にアノード側が電源に接続されたクラン
   プ用ダイオードのカソード側を接続してなることを特徴
   とする電流切り換え型論理回路。