JPS59117328A - 論理回路 - Google Patents

論理回路

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JPS59117328A
JPS59117328A JP57226130A JP22613082A JPS59117328A JP S59117328 A JPS59117328 A JP S59117328A JP 57226130 A JP57226130 A JP 57226130A JP 22613082 A JP22613082 A JP 22613082A JP S59117328 A JPS59117328 A JP S59117328A
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JP
Japan
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normally
circuit
input
output
type
Prior art date
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Pending
Application number
JP57226130A
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English (en)
Inventor
Hiroki Yamashita
寛樹 山下
Takehisa Hayashi
剛久 林
Hironori Tanaka
田中 広紀
Akira Masaki
亮 正木
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/0175Coupling arrangements; Interface arrangements
    • H03K19/0185Coupling arrangements; Interface arrangements using field effect transistors only
    • H03K19/018507Interface arrangements

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
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  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、論理回路に関し、特に重い負荷を高速駆動す
ることが可能な半導体集積回路におけるGaAs論理回
路に関するものである。
〔従来技術〕
従来、GaA3論理回路として、ノーマリオン型ショッ
トキー接合型電界効果トランジスタ(以下、ショットキ
ー接合型電界効果トランジスタ1FETと記す)、ある
いはノーマリオフ型FET’に用いた論理回路が、数多
く考えられている。これらのうち、重い負荷を駆動する
ためには、大電流を流すことのできるノーマリオン型F
’ETk用いた回路が適しており、その代表的な回路と
して第1図に示す回路が挙げられる。
第1図の回路は、入力端子101に入力される信号を高
速にレベル・シフトし、大田力レベルを一致させるため
のショットキー・ダイオード102゜103と、容量1
04と、抵抗106と、第1の電源端子110と、第2
の電源端子111と、スイッチするノーマリオン型FE
T108 と、ノーマリオン型FET107 と、出力
端子109から構成される。
ノーマリオン型F’ETの閾値電圧VTを−i、o(v
)トL 、’! 7’Cteaレベルのノ・イレペルヲ
0(v)、ローレベルを−2(v)とする。
いま、入力端子101にローレベル(電源電圧ysン2
(V) )電圧が印加されると、ショットキー・ダイオ
ード1個で0.6(V)程度の電圧降下が生じるように
、抵抗」06が設定されているため、ショットキー・ダ
イオード102,103によシ入力電圧Vlが約−1,
2(Vlレベル・シフトされて、接点105の電位は一
362M程度となり、ノーマリオン型FET108 が
オフする。この結果、出力端子109の電圧vOはノー
マリオン型PET107 によ、1(V)程度まで引き
上げられ、ハイレベルが出力される。逆に、入力端子1
01にハイレベル0■の電圧Vlが印加されると、ショ
ットキー・ダイオード102,103により上記と同じ
ように、入力電圧Vlが約−1,2(7)だけレベル・
シフトされ、接点105の電位は約−1,2(V)とな
る。これにより、ノーマリオン型FET108がオンす
るので、出力端子10 ’l)’に圧V CI約VS=
−2,0(V) トnル。
したがって、この回路では、入出力信号振幅VAは約2
.0(V)となり、比較的大きな入力信号が必要である
次に、第1図の回路において、負荷を駆動する場合の過
渡動作と、その問題点を述べる。
先ず、出力の立上り時を考えると、第1図の回路は第2
図に示す等価回路により表わすことができる。第2図に
示す201は第1図の負荷であるノーマリオン型FET
107に対応する。この場合、負荷容量C6による遅れ
TPd、つまり容量を充電する時間’I’paは、次の
式で表わされる。
ここで、VAは出力振幅、■はF’ET201 から流
れる負荷部#l電流?示す。
出力立下り時の遅れについても、上記の立上りの場合と
同じことが云える。
上記f1)式から、負荷を駆動する場合の遅延時間は、
FE’i流れる電流■に反比例し、負荷容量Ctと信号
振幅VAに比例することがわかる。ノーマリオン型F’
ETは、ノーマリオフ型FETよりも、同一素子寸法で
数倍の電流を流すことができるため、ノーマリオン型F
ETを用いた第1図の回路はノーマリオフ型FETe用
いたものに比べ、重負荷の駆動に適していると云える。
また、第1図において、電流工と負荷C1が一定とする
と、信号振幅VAを小さくすれば、さらに高速化が可能
であると云える。しかし、信号振幅VA1小さくするた
めには、ダイオード102,103の個数を減少させ、
FETの閾値電圧VTを浅くする必要がある。その場合
、FETを流れる電流■は、■−β(Vcs−VT)2
 T与、tられる。ココア、βは相互コンダクタンス、
VGSはF’ETのゲートとソース間の電圧である。し
たがって、閾値電圧VTを浅くすると、電流工は減少す
ることになる。
つまり、第1図の回路において、信号振幅の低下を計ろ
うとすると1.F E Tを流れる電流は、信号振幅の
2乗で減少するため、負荷容量Ctによる遅れ時間TP
dは逆に2倍遅くなってしまう。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、このような従来の問題を解消するため
、半導体集積回路において、ノーマリオン型FB’l’
を用いたGaAs論理回路を低信号振幅で動作させて、
重負荷を高速に駆動することが可能な論理回路を提供す
ることにある。
〔発明の概要〕
本発明の論理回路は、ゲートに入力信号が供給されるノ
ーマリオフ型F’ETおよびソースとゲートが接続され
たノーマリオン型FETからなるインバータと、該イン
バータの出力′電圧をレベルシフトするダイオードと抵
抗とを含む入力回路部、ならびに該入力回路部の出力電
圧をゲート入力とするノーマリオン型FETおよびソー
スとゲートが接続されたノーマリオン型F’ETからな
る出力回路部を有することに特徴がある。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を、図面により説明する。
第3図は、本発明の実施例を示す論理回路の構成図であ
る。
第3図の回路は、低入力信号振幅で動作し、ノーマリオ
ン型FETを駆動するために必要な信号振幅を出力する
入力回路部314と、負荷を駆動する出力回路部315
により構成される。入力回路部314は、入力信号v1
が供給されるインバータと、レベル・シフト回路を直列
接続した回路で構成される。
また、インバータは、ノーマリオフmFET303と、
ソースとゲートが接続されたノーマリオフaFE’r3
02からなっており、一方、レベルシフト回路は上記イ
ンバータの出力端子305に縦続接続されたダイオード
306,307.!:、(1−れに並列に接続された容
量304と、抵抗308によって構成される。出力回路
部315は、ゲートが入力回路部314の出力端子31
6に、ソースが電源端子317に、ドレインが出力端子
311に、それぞれ接続されたノーマリオン型F’ET
310と、ソースとゲートが接続され、かつこれらが出
力端子311に接続され、ドレインが接地さ′i″Lf
cノーマリオン型F’E’l’309 により構成され
ている。
このように、本発明のGaAs論理回路は、ノーマリオ
フ駿F’ET’e用いた入力回路部と、ノーマリオン型
FETk用いた出力回路部を組み合わせて、低信号振幅
で、高負荷を駆動するものである。
い′ま、第3図において、ノーマリオン型FETの閾値
電圧’i−1,0(V)、ノーマリオフ型FETの閾値
電圧を0.1(v)とし、各電源端子の電圧として電源
端子316の電圧VDを1.4(V)、電源端子317
の電圧ypと電源端子312の電圧VSをそれぞれ−0
,6(V)、電源端子313の′重圧VLを−1,2(
V)とする。入力端子301にロー・レベル(−0,6
(V))程度の電圧が印加されると、ノーマリオフ型F
ET303 がオフし、接続点305の電位はノーマリ
オン型FET302によって引き上げられ、はぼ電源電
圧VD=1.4(V)となる。このとき、入力回路部3
14の出力端子316の電圧は、ダイオード306,3
07によってレベルシフトされ、約0.2(V)となる
。この結果、出力回路部315のノーマリオン型FET
310がオンし、出力端子311の出力電圧VOはほぼ
′電源電圧VP=−0,6(V)となる。
逆に、入力端子301にハイレベル(0(財))程度の
電圧を印加すると、ノーマリオフ型FET303がオン
し、接続点305の電位は電源電圧VS=−0,6(V
)程度になる。このとき、入力回路部314の出力端子
316の電位は、ダイオード306 、307に、l約
−1,2(ロ)だけレベルシフトされ、はぼVSより1
.2(V)低い−1,8(V)となる。
この結果、出力回路部3150ノーマリオン型FET3
10がオフし、出力端子311の出力′電圧■0はノー
マリオン型F’ET 309 により約0(V)に引き
上げられる。ただし、電源電圧vPを低くした場合、出
力信号のハイレベルは、次段の入力となるノーマリオフ
型FETのショットキー・ゲートによシクラ二/プされ
、■Pより0.6(V)程度高い電圧となる。
したがって、第3図の回路は、入力回路部314により
入力信号振幅的0.6(V)を2(v)に増幅し、出力
回路部315′(il:動作させることにより、ノーマ
リオン型FETの閾値電圧Vlr−1,0(V)に保っ
たままで、入出力信号のハイレベルを約0(v)、ロー
レベルを約1−−0.6(V)にすることができ、信号
振幅を約0.6(V)に低振幅化することが可能である
。なお、第3図のノーマリオン型FET302および3
0’l、抵抗素子に置き換えても、同−効果が得られる
のは勿論である。
第4図は、本発明の回路における負荷容量と遅延時間の
関係を示す従来との比較図である。
第4図では、横軸に負荷容量を、縦軸に遅延時間をとり
、第1図の従来回路(401)と第3図の本発明による
回路(402)の性能を計算機シミュレーションにより
解析した結果を示している。
第4図から明らかなように、本発明の回路(402)で
は、従来の回路(401)に比べて、負荷が00以上に
なった場合に高速動作が可能になる。
さらに、負荷が大きくなればなるほど従来回路(401
)との差が大きくなシ、よシ高速性能が得られることが
わかる。
第5図は、本発明の他の実施例を示す論理回路の構成図
である。
第5図の回路では、第3図の回路に対して入力回路部5
01に入力と同相の出力を得るインバータ回路503が
付加されている。
第5図の入力端子509に入力電圧Vlが印加されると
、入力回路部501の接続端子511に、第3図の回路
と同じような入力信号Vlと逆相信号v1が現われ、ま
た接続端子512には、インバータ回路503によυ信
号v1と逆相つまシ入力電圧ytと同相の信号■2の電
圧が現われる。
この結果、出力回路部5020ノーマリオン型FET5
04,506のいずれか一方がオンし、出力端子510
に第5図に示すような出力電圧VOが現われる。
このとき、出力ハイレベルは、第3図の回路と同じよう
に、次段の入力となるノーマリオフ型FETによって、
屯源宵圧VSよシ0.6(V)程度高い′電圧にクラン
プされ、入出力信号振幅は、約0.6(V)になる。し
たがって、第5図の回路も低振幅で動作し、第3図の回
路と同じような回路動作が可能であシ、より低消費電力
で高負荷駆動を行うことができる。なお、第5図におい
て、インバータ回路soj内のノーマリオン型FET5
15を、ノーマリオフg F E T K置き換えても
、同一の効果が得られる。
また、第3図および第5図の回路におけるレベルシフト
回路の容fi304,513,514がない回路でも、
上述の実施例と同じ効果を得ることができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、論理回路を構成
するFET0閾値電圧(VT)を変えることなく、入出
力信号振幅を低振幅化°「ることかできるので、高負荷
を高速に駆動することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のノーマリオン型FET’に用いた論理回
路の構成図、第2図は第1図の回路の出方信号立上シ時
の等価回路図、第3図は本発明の実施例を示す論理回路
の構成図、第4図は本発明の回路における負荷容量と遅
延時間の関係を示す従来との比較図、第5図は本発明の
他の実施例を示す論理回路の構成図である。 303・・・ノーマリオフ型FET、310,506・
・・ノーマリオン型FET、306,307・・・ダイ
オード、304,513,514−・・容量、308・
・・抵抗へ 1幻1)  ノ  i:1) II)/ Vsfρ S 不 2 口 箭 3 図 拓 1i  図 Cθ 積荷容量 第 5 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ゲートに入力信号が供給される第1のノーマリオフ
    型電界効果トランジスタおよびソースとゲートが接続さ
    れた第2のノーマリオン型電界効果トランジスタからな
    るインバータと、該インバータの出力′電圧をレベルシ
    フトするダイオードと抵抗とを含む入力回路部、ならび
    に該入力回路部の出力電圧をゲート入力とする第3のノ
    ーマリオン型電界効果トランジスタおよびソースとゲー
    トが接続された第4のノーマリオン型′醒界効果トラン
    ジスタからなる出力回路m+有すること’に%徴とする
    論理回路。 2、前記第2および第4のノーマリオン型電界効果トラ
    ンジスタは、抵抗素子により置き換えられたことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の論理回路。 3、前記入力回路部は、さらに第5と第6のノーマリオ
    ン型電界効果トランジスタからなるインバータト該イン
    バータの出力電圧をレベルシフトするダイオード抵抗と
    を含むインバータ回崎路が付加され、該インバータ回路
    部の出力をゲート入力とするノーマリオフ型電界効果ト
    ランジスタと、前記入力回路部の出力をゲート入力とす
    るノーマリオン型電界効果トランジスタとで出力回路部
    ヲ、14成すること全特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の論理回路。 4、前記第5のノーマリオン型電界効果トランジスタは
    、ノーマリオフ型電界効果トランジスタに置き換えられ
    たことを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の論理回
    路。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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