JPS60183816A - Signal amplitude converting circuit - Google Patents

Signal amplitude converting circuit

Info

Publication number
JPS60183816A
JPS60183816A JP59040055A JP4005584A JPS60183816A JP S60183816 A JPS60183816 A JP S60183816A JP 59040055 A JP59040055 A JP 59040055A JP 4005584 A JP4005584 A JP 4005584A JP S60183816 A JPS60183816 A JP S60183816A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate
collector
circuit
amplitude
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP59040055A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Goro Kitsukawa
橘川 五郎
Hisayuki Higuchi
樋口 久幸
Makoto Suzuki
誠 鈴木
Noriyuki Honma
本間 紀之
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP59040055A priority Critical patent/JPS60183816A/en
Publication of JPS60183816A publication Critical patent/JPS60183816A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Logic Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To attain high performance LSI by adding a level shift diode between a collector of a bipolar transistor (TR) and a gate of an n-MOS FET so as to obtain a large output amplitude. CONSTITUTION:The basic building block is improved; a diode D3 is provided between a collector of a bipolar TRQ3 and a gate of an n-MOS FET Q2 and an R3 is added. When an input VIN is at a low level, both the Q3, D3 are turned off, 0V is applied to the gate voltage of the Q2 via the R3 and the Q2 is turned on. When the VIN goes to a high level, the TRQ3 is turned on and the collector current flows not only to the R1 but also to the R3 and D3. A voltage higher than a Vout 2 by a VBE is applied to the gate of the Q2, the ON-resistance of the Q2 is increased by the voltage so as to prevent the saturation of the Q3. As a result, the low level of the Vout 2 is as expressed in equation and a 3.6V output amplitude is obtained. An amplitude larger than the Vout by 0.8V is obtained in this way.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体装置に関するものであり、詳しくは高速
のディジタルLSI(論理LSIまたはメモIJ L 
8 I )の回路構設に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a semiconductor device, and more specifically, a high-speed digital LSI (logic LSI or memory IJL).
8 I) relates to the circuit configuration.

〔従来技術〕[Prior art]

従来高速性能の要求されるLSIではECL(Emit
ter Cowpled Logic )と呼ばれる回
路形式が用いられている。この回路の信号振幅は約0.
8Vである。一方最近では0M08回路が用いられるよ
うになっており、特にメモIJ L S Iでは低消費
電力の特長を生かし広く用いられる様になっている。こ
の様な0MO8形のメモIJ L 8 Iを高速ECL
系のシステムに組込む場合メモIJ L S Iの入・
出力信号をECLコンパチブルにする必要がある。この
ため入力回路においてHCL信号の小さな振幅を、0M
08回路を動作させるために約5Vの大きな信号振幅に
変換する必要がある。
Conventionally, in LSIs that require high-speed performance, ECL (Emit
A circuit format called ter Cowpled Logic is used. The signal amplitude of this circuit is approximately 0.
It is 8V. On the other hand, recently, the 0M08 circuit has come into use, and in particular, it has become widely used in memo IJLSI, taking advantage of its low power consumption feature. 0MO8 type memo IJ L 8 I like this is high-speed ECL
When incorporating into a similar system, enter the memo IJLSI.
It is necessary to make the output signal ECL compatible. Therefore, in the input circuit, the small amplitude of the HCL signal is
In order to operate the 08 circuit, it is necessary to convert the signal amplitude to a large signal amplitude of about 5V.

通常この入力回路にはMOS形の差動アンプを用いるが
、遅延時間が5nS以上と大きくメモリLSI全体の高
速性能達成を阻む大きな要因となっている。となってい
る。−万ノくイポーラ形の差動アンプで大きな出力信号
振幅を得ようとするとバイポーラトランジスタが飽和し
遅延時間が増大するという欠点を持っている。
Normally, a MOS type differential amplifier is used for this input circuit, but the delay time is 5 ns or more, which is a major factor that prevents the achievement of high-speed performance of the entire memory LSI. It becomes. -If you try to obtain a large output signal amplitude with an ipolar differential amplifier, it has the disadvantage that the bipolar transistor will become saturated and the delay time will increase.

そこで第】図に示す様な基本発明がなされた。Therefore, a basic invention as shown in Figure 1 was made.

(特願昭58−180242号) これは上記の高速の
信号振幅変換の目的を達成するため、電圧感度の良いバ
イポーラトランジスタで電圧増幅を行ない、このバイポ
ーラトランジスタの飽和防止のためベース入力部にn−
MOS−FETを挿入し出力電圧でFETのゲートを制
御したものである。
(Japanese Patent Application No. 58-180242) In order to achieve the above-mentioned purpose of high-speed signal amplitude conversion, voltage amplification is performed using a bipolar transistor with good voltage sensitivity. −
A MOS-FET is inserted and the gate of the FET is controlled by the output voltage.

この回路の動作を第1図の回路図と第2図の電位、電流
の過渡応答解析波形を用いて詳しく説明する。
The operation of this circuit will be explained in detail using the circuit diagram shown in FIG. 1 and the potential and current transient response analysis waveforms shown in FIG.

E CL入力信号VIN(0−9V% 1.7 V )
ヲQl 。
E CL input signal VIN (0-9V% 1.7V)
Wow Ql.

DI HD2 + ” l で構成するレベルシフト回
路で3VB□レベルシフトする。(Vegはバイポーラ
トランジスタのベース・エミッタ間電圧で(約O,SV
)、このレベルシフト後の信号■D2はHighが約−
3,3■、Lowが約−4,IVである。このVO2を
n−MOS−FETのドレインに入力し、FETのソー
スを出力用npn )ランジスタQ3のベースに接続す
る。Qaのエミッタには基準電圧Vref(約−4,8
V )を印加する。Qaのコレクタはアースとの間に負
荷抵抗R1を接続すると共にs Q2のゲートと接続す
る。なおVBBは電源電圧(−5,2v)である。イマ
人力vINカLOW(■0□もLow)の時、npnト
ランジスタQ3はオフであり、VoutlはHi g 
hレベル(OV)になる。このVout2をn−MOS
−PET(Q2)のゲートに印加しているため% Q2
もオンしている。つぎにVINがHtgh (VO2(
) Htgh ) ic 切替るとQ2を介してQaに
ベース電流が注入されQaをオンにする。
The level shift circuit consisting of DI HD2 + "1 performs a 3VB□ level shift. (Veg is the base-emitter voltage of the bipolar transistor (approximately O, SV
), the signal D2 after this level shift has a High level of approximately -
3.3■, Low is approximately -4.IV. This VO2 is input to the drain of an n-MOS-FET, and the source of the FET is connected to the base of an output npn transistor Q3. A reference voltage Vref (approximately -4,8
V) is applied. A load resistor R1 is connected between the collector of Qa and the ground, and also connected to the gate of sQ2. Note that VBB is a power supply voltage (-5, 2v). When the current VIN power is low (■0□ is also low), the npn transistor Q3 is off and Voutl is high.
h level (OV). This Vout2 is n-MOS
-% Q2 because it is applied to the gate of PET (Q2)
is also on. Next, VIN is Htgh (VO2(
) Htgh ) ic When switched, base current is injected into Qa via Q2, turning Qa on.

Voutlは急速にLowレベルに向かうが、この電圧
をQ2のゲートに印加しQ2のオン抵抗を増加させベー
ス電流を減少させるのでQaは飽和しない。Qaのベー
ス電位VB3とベース電流IB3は第2図の様に変化し
Qaが飽和しないことがわかる。この結果Voutlの
LowレベルはVref +78g (Qa ) VO
2(Q2 );−4,8+0.8−1.2=−2,8V
が得られる。ここでVO2は、n−MOS−FETのゲ
ート・ソース間電圧でありドレイン電流が数μへ〜数l
OμA流れている場合に1.2vとして計算している。
Although Voutl quickly goes to Low level, Qa is not saturated because this voltage is applied to the gate of Q2 to increase the on-resistance of Q2 and reduce the base current. It can be seen that the base potential VB3 and base current IB3 of Qa change as shown in FIG. 2, and Qa is not saturated. As a result, the low level of Voutl is Vref +78g (Qa) VO
2(Q2);-4,8+0.8-1.2=-2,8V
is obtained. Here, VO2 is the gate-source voltage of the n-MOS-FET, and the drain current is from several μ to several l.
Calculations are made assuming 1.2V when OμA is flowing.

この様に、本回路により0.8vの入力倍幅から2,8
vの出力振幅を得られる。またバイポーラトランジスタ
Q3は非飽和で動作するのでこの回路の遅延時間はVI
N ”out lの各々50%点でみてV。utlの立
トリ側で1.5ns前後、立下り側で0.8ns前後と
高速変換が可能である。
In this way, with this circuit, from 0.8V input double width to 2.8V
The output amplitude of v can be obtained. Also, since the bipolar transistor Q3 operates in a non-saturated state, the delay time of this circuit is VI
When looking at the 50% point of each of N''outl, high-speed conversion is possible at around 1.5 ns on the rising side of V.utl and around 0.8 ns on the falling side.

しかし出力振幅は2.8vであり後段のCMOSインバ
ータ等を駆動するには振幅が充分とはいえない。
However, the output amplitude is 2.8V, which is not sufficient to drive the CMOS inverter in the subsequent stage.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は上述の従来技術(第1図の回路形式)を
改良しさらに大きな出力振幅を得ようとするものである
An object of the present invention is to improve the above-mentioned prior art (circuit format shown in FIG. 1) and to obtain an even larger output amplitude.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

上記の目的を達成するため本発明では第1図の基本回路
形式を改良し、バイポーラトランジスタ(Qa)のコレ
クタとn−MOS−FET(Q2 )のゲートとの間に
レベルシフト用のダイオードを付加することにより、第
1図の回路の場合よりこのダイオードの順方向電圧(V
nBあるいはV。8)だけ大きな出力信号振幅を得よう
とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention improves the basic circuit format shown in Figure 1 and adds a level shift diode between the collector of the bipolar transistor (Qa) and the gate of the n-MOS-FET (Q2). By doing this, the forward voltage (V
nB or V. 8) is intended to obtain a larger output signal amplitude.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下本発明の実施例を第11図の基本回路形式を対比し
て示す。
Embodiments of the present invention will be described below in comparison with the basic circuit format shown in FIG.

第3図は本発明の一実施例である。第1図と比較すると
バイポーラトランジスタ(Qa)のコレクタ、:n−M
OS−FET(Q2)のゲートとの間にダイオード(D
3)を設け、またR3を追加したことが特長である。入
力VINがLowの時はQa、D3は共にオフであり%
Q2のゲート電圧にはR3を介してOVが加わりQ2は
オン状態である。次にvINがHighになるとQaが
オンとなるが、このコレクタ電流はR1だけでなく、R
3とD3を介しても流れる。QzのゲートにはV。ut
2よりV RBだけ高い電圧が印加されこの電圧でQz
のオン抵抗を増大させQzの飽和を防止する。この結果
V。ut2のLowレベルは Vref+Vng(Qz)+Vos(Qz) VBg(
D3):”l:Vref + VO2(Qz) =−4
,8+1.2 =−3,6Vが得られる。かくしてV。
FIG. 3 shows an embodiment of the present invention. Comparing with Figure 1, the collector of the bipolar transistor (Qa): n-M
A diode (D
3) and the addition of R3. When the input VIN is Low, Qa and D3 are both off and %
OV is added to the gate voltage of Q2 via R3, and Q2 is in the on state. Next, when vIN becomes High, Qa turns on, but this collector current not only flows through R1 but also through R
It also flows through 3 and D3. V at the gate of Qz. ut
A voltage higher than 2 by V RB is applied, and at this voltage Qz
This increases the on-resistance of Qz and prevents saturation of Qz. This result is V. The low level of ut2 is Vref + Vng (Qz) + Vos (Qz) VBg (
D3):”l:Vref + VO2(Qz) =-4
,8+1.2=-3.6V is obtained. Thus V.

ut2の出力振幅として3.6■が得られる。この様に
第1図のV。utlより0.8■大きな振幅が得られる
。この第3図の回路の過渡応答解析結果を第4図に示す
。vout2の振幅が大きい点が異なるが遅延時間は第
2図の解析結果とほぼ等しい。
3.6■ is obtained as the output amplitude of ut2. In this way, V in Figure 1. An amplitude 0.8■ larger than utl can be obtained. FIG. 4 shows the results of transient response analysis of the circuit shown in FIG. 3. Although the difference is that the amplitude of vout2 is large, the delay time is almost the same as the analysis result of FIG. 2.

第5図は本発明の他の実施例であり第3図ではl vn
gレベルシフトしたものをトランジスタと抵抗でVBI
Iの任意倍のレベルシフトを可能にしたものである。第
5図ではQzのゲート電圧とs Q34 のコレクタ電位とは(1+−)VBBだけ差を生5 じる。vout 3のLowレベルは が得られ、vout3の出力振幅は第1の実施例(第3
図に比して、さらにR4/Rs X Vngだけ大きな
振幅が得られる。この値はR4/Rsの値により自由に
設定できる。
FIG. 5 shows another embodiment of the present invention, and in FIG.
VBI of the g level shifted thing with a transistor and a resistor
This allows a level shift of an arbitrary multiple of I. In FIG. 5, the gate voltage of Qz and the collector potential of s Q34 differ by (1+-)VBB. The Low level of vout 3 is obtained, and the output amplitude of vout 3 is the same as that of the first embodiment (third example).
Compared to the figure, an amplitude larger by R4/Rs x Vng can be obtained. This value can be freely set by the value of R4/Rs.

本発明の第3の実施例を第6図に示す。これはn−MO
8−FET (Q、2 )のゲートと、バイポーラトラ
ンジスタ(Qz)のコレクタとの間のレベルシフトダイ
オードにn−MOS −F FAT (Qs)を用いた
ものである。この第6図では出力■。ut4のHigh
レベルはOvでありMiJの2つの実施例と等しい。−
力、vout4のLowレベルは次式で表わされる。
A third embodiment of the invention is shown in FIG. This is n-MO
An n-MOS-FFAT (Qs) is used as a level shift diode between the gate of the 8-FET (Q, 2) and the collector of the bipolar transistor (Qz). In this figure 6, the output ■. ut4 High
The level is Ov and is equal to the two examples of MiJ. −
The low level of the force, vout4, is expressed by the following equation.

Vref+VnB(Qz)+Vos(Qz) Vos(
Qs)zvref+Vam” 4.8+0.8=−4,
Ovこの結果h vout4の出力振幅は4vが得られ
る。
Vref+VnB(Qz)+Vos(Qz) Vos(
Qs) zvref+Vam” 4.8+0.8=-4,
OvAs a result, the output amplitude of hvout4 is 4v.

なお、前発明の実施例(第1図)および本発明の3つの
実施例(第3図、第5図、第6図)においては入力信号
のレベルシフト回路はエミッタフォロワ回路及び2ケの
ダイオードで3 VBBだけレベルシフトしているが、
ダイオードのかわりにエミッタフォロワ回路だけでレベ
ルシフトすることが可能である。またレベルシフト量も
基準電圧Vrefの設定の如何によっては別のレベルシ
フト量に設定することは可能である。また第1図、第:
3図、第5図、第6図においてR2はベース′亀荷の放
電用抵抗であるがこの一端をVref電位でなくVgB
屯源に接続してもよい。またこの抵抗を削除すると出力
の立上り応答がいくらか遅くなるが、目的によっ°Cは
この様にしても良い。また第1図、第3図、第5図、第
6図でR,、R3の抵抗をn−MO8−1i”ETで形
成することも可能である。
In the embodiment of the previous invention (FIG. 1) and the three embodiments of the present invention (FIGS. 3, 5, and 6), the input signal level shift circuit consists of an emitter follower circuit and two diodes. So the level is shifted by 3 VBB,
It is possible to perform level shifting using only an emitter follower circuit instead of a diode. Further, the level shift amount can also be set to a different level shift amount depending on the setting of the reference voltage Vref. Also, Figure 1, Section:
In Figures 3, 5, and 6, R2 is a resistor for discharging the base load, but one end of this is connected to VgB instead of Vref potential.
It may also be connected to Tunyuan. Also, if this resistor is removed, the rise response of the output will be delayed somewhat, but depending on the purpose, the temperature may be set in this way. It is also possible to form the resistors R, , R3 in FIGS. 1, 3, 5, and 6 with n-MO8-1i''ET.

第7図は本発明における基準電圧Vrefの発生方法を
示す回路図でありVre fとして−6VB。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a method of generating the reference voltage Vref in the present invention, and Vref is -6VB.

:;−4,8Vの一定電圧を電源電圧VBIIとほぼ無
関係に得ることかでさる。
:; It is possible to obtain a constant voltage of -4.8V almost independently of the power supply voltage VBII.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上に述べた様に本発明の回路により振幅0.8VのE
CL入力を4v程度の大きな振幅に変換することができ
、その変換に要する時間は約1.5nsと高速である。
As described above, the circuit of the present invention provides an E of 0.8 V amplitude.
The CL input can be converted to a large amplitude of about 4V, and the time required for the conversion is as fast as about 1.5ns.

抵抗几l、R2を最適化すればさらに高速化が可能であ
る。この出力信号を用いてCMOSインバータ等を駆動
することができる。
Even higher speeds can be achieved by optimizing the resistors L and R2. This output signal can be used to drive a CMOS inverter or the like.

そして入力信号がIDCLコンパチブルで内部が0M0
8回路のメモIJ L S Iや論理LSIを実現する
ことができ、これらのLSIの高性能化に寄与すること
ができる。
And the input signal is IDCL compatible and internal is 0M0
It is possible to realize a memory IJLSI or a logic LSI with eight circuits, and it can contribute to improving the performance of these LSIs.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は先願(11?願昭58−180242号)の発
明の実施例を示す図、第2図は第1図回路の過渡応答解
析結果を示す図、第3図、第5図、第6図は本発明の実
施例を示す図、第4図は第3図回路の過渡応答解析結果
を示す図、第7図は基準電圧Vref発生回路である。 符号の説明 QttQ3rQ4pQu・・・・・・npnバイボーラ
トランジスタQ2.Qs・・−・n−MOS−FETD
、 、 D2. D3. D、、%D、5・・・・・・
ダイオードR1、R2、R3、R4、几5. R11,
・・・・・・抵抗V I N・・・・・・入力信号 Vout ” r vOui 2+ Vout ” r
 Vout 4・・・・・・出力信号Vref・・・・
・・基準電圧 VBB・・・・・・電源電圧 児 3)9 隅f 晃2.)9 稍夕:’3(?ls) 稍ゑI+ (婦) 坑ぎつ 乍L 乙 1予Q 第71刀 vEll:
Fig. 1 is a diagram showing an embodiment of the invention of the earlier application (No. 11? Application No. 180242/1983), Fig. 2 is a diagram showing the transient response analysis results of the circuit shown in Fig. 1, Figs. 3, 5, FIG. 6 shows an embodiment of the present invention, FIG. 4 shows a transient response analysis result of the circuit shown in FIG. 3, and FIG. 7 shows a reference voltage Vref generation circuit. Explanation of symbols QttQ3rQ4pQu... npn bibolar transistor Q2. Qs...-n-MOS-FETD
, , D2. D3. D,,%D,5...
Diodes R1, R2, R3, R4, 5. R11,
...Resistance V I N ... Input signal Vout ” r vOui 2+ Vout ” r
Vout 4... Output signal Vref...
...Reference voltage VBB...Power supply voltage 3) 9 Corner f Akira 2. )9 Kenyu: '3 (?ls) Ken'e I+ (Female) Kengitsu 乍L Otsu 1st Q 71st sword vEl:

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] npn形バイポーラトランジスタによるエミッタフォロ
ワ回路またはダイオードを少なくとも複数個縦続接続し
てなる入力信号のレベルシフト回路と、ドレインが該レ
ベルシフト回路の出力と接続したn−MOS−FETと
、ベースが該1” E Tのソースと接続したnpn形
出力出力トランジスタし、該出力トランジスタのエミッ
タには所定の基準電圧を接続し、コレクタとアース間お
よび該FETのゲートとアース間に各々抵抗を接続し、
コレクタとゲート間には、ゲート側をアノード、コレク
タ側をカソードとするバイポーラ形ダイオードまたはM
O8形ダイオードを挿入し、該レベルシフト回路の初段
のベース端子への入力信号の振幅を増大し、該出力用ト
ランジスタのコレクタから出力信号を得る信号振幅変換
回路。
An emitter follower circuit using an npn type bipolar transistor or an input signal level shift circuit formed by cascading at least a plurality of diodes, an n-MOS-FET whose drain is connected to the output of the level shift circuit, and a base of the 1" an npn type output transistor connected to the source of the FET, a predetermined reference voltage connected to the emitter of the output transistor, and a resistor connected between the collector and ground and between the gate of the FET and ground,
Between the collector and the gate, connect a bipolar diode or M with the anode on the gate side and the cathode on the collector side.
A signal amplitude conversion circuit that inserts an O8 type diode to increase the amplitude of an input signal to the base terminal of the first stage of the level shift circuit, and obtains an output signal from the collector of the output transistor.
JP59040055A 1984-03-02 1984-03-02 Signal amplitude converting circuit Pending JPS60183816A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59040055A JPS60183816A (en) 1984-03-02 1984-03-02 Signal amplitude converting circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59040055A JPS60183816A (en) 1984-03-02 1984-03-02 Signal amplitude converting circuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS60183816A true JPS60183816A (en) 1985-09-19

Family

ID=12570229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59040055A Pending JPS60183816A (en) 1984-03-02 1984-03-02 Signal amplitude converting circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60183816A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS63282815A (en) Reference potential generating circuit
KR100336236B1 (en) Semiconductor integrated circuit device
JP2585599B2 (en) Output interface circuit
US5543748A (en) Flip-flop circuit with resonant tunneling diode
KR900008799B1 (en) Bimos logic circuitry
US5212440A (en) Quick response CMOS voltage reference circuit
EP1047193A1 (en) Multiplexer using a comparator
JPS62131A (en) Source follower current mode logical cell
JPS59139723A (en) Differential switch circuit
US4924116A (en) Feedback source coupled FET logic
JP2820980B2 (en) Logic circuit
JPS60183816A (en) Signal amplitude converting circuit
JPH09261038A (en) Logical circuit
JP3082336B2 (en) ECL-CMOS level conversion circuit
CN113114194A (en) Gate drive circuit of gallium nitride power device
JPH0666679B2 (en) ECL logic circuit
JPH04278719A (en) Source electrode coupled logic circuit
JPH0687537B2 (en) Level shift circuit
JPH0529847A (en) Active load circuit and differential amplifier circuit using the same
JPH01284114A (en) Bipolar cmos level conversion circuit
SU1104581A1 (en) Reading amplifier
JPS60233930A (en) Semiconductor integrated circuit
JPH05122033A (en) Selection circuit for analog input channel
JPS5923653B2 (en) inverter circuit
JPH01164119A (en) Level converting input circuit