JPS6066506A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPS6066506A
JPS6066506A JP58174095A JP17409583A JPS6066506A JP S6066506 A JPS6066506 A JP S6066506A JP 58174095 A JP58174095 A JP 58174095A JP 17409583 A JP17409583 A JP 17409583A JP S6066506 A JPS6066506 A JP S6066506A
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JP
Japan
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differential amplifier
input terminal
fet
amplifier circuit
circuit
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JP58174095A
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English (en)
Inventor
Shinichi Katsu
勝 新一
Shutaro Nanbu
修太郎 南部
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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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】 (産業上の利用分封) 本発明は、高速信号処mに用いられる半導体集積回路装
置に閏するものでらる。
(従来例の構成とその問題点) 半導体集積回路装置は、最近ますまず高速化される傾向
にあり、そのために電子移動度がシリコンより以倍人き
いある棟の化合物半導体を用いて超高速半q体集積回路
装置の開発が進められてい以下に、従来の半導体集積回
路Q(ipに一:) I:)−を第1図とともに説明す
る。第1図におい−L 、 8::、i −1” 1は
接地端子、端子2は電諒端づ′、シ1:i−r°、3d
IIIシ゛を効果12ンジスタ(jメトFETという)
Qlのゲ−1・で、人力信号を印加する。ψjli −
/’ 4はFET C2のケートで、参照電圧を印加す
る。FETQI、 C2のノースは共通に接続し、電流
源5を経−C1電佇りi旨f2に接続する。抵抗素イR
1,R2rよ、そねぞ11FF、TQl、C2のドレイ
ンと接地端−f1との間しこ挿入する。FET C3,
C4はドレインを接地A^;子1vc接&rLし、それ
ぞれのゲートを1−TQl、C2のルインに接続し、そ
れぞれのノースをターイオード旧。
D2のアノードに接続する。抵抗素−/Iり3 、旧は
それぞれダイオードD1のカッ−1・と?lL源<+i
 Ii、 2との間、ダイオードD2のカッ−1゛と電
源端イ2との間に接続する。出力端子6 、 7 tj
子’ tlぞね、ダイオードDi、D20カノートで、
そtI)Cれ入力端子3の逆相、正相出力である。FE
TQI −Ql+は全て等しい第14造および1法を持
つ。
上記のような構成((おいて、捷ず人力C’:fj /
”の電圧が参照電圧端子4の電圧より高い時は、FET
QI、Q2は差動増幅回路を構成しているので、それぞ
れオン、メツとなシFET Q3. Q4のゲートには
、そJ]ぞJ′1「1ノ」、「I(」の電圧が生じる。
FETQ3. CMはノース・フォロワ接続による出力
バッファで、ダイオードDI、D2でレベル/フトを行
なう。従って、出力路シ子6,7には、それぞれr L
 J、r H’Jの出力が発生する。
つぎに、入力端子3の電圧が参照電圧端子4の電圧より
低い時は、FETQI、 Q2はそれぞれオフ、オンと
なり、出力端子6,7にはそれぞれrr■」。
「I7」の出力が発生ずる。従って、この半導体、集積
回路装置は、イ7ハータの動作をする。
しかしながら」二記の例では、FET Ql〜Q4の構
造およびVj法が等しいので、FET Ql、 Q2で
構成でれる差動増幅回路と、FET Q3. Q4のソ
ース・ツメロワ回路の動作速度が、どちらも最大状態に
あるとはいえず、数GIly、以」二の高周波信号に対
し、電子移動度の高い半導体を使用しても十分な高速動
作が困!ltであった。
(発明の目的) 本発明は、上記従来の問題点を解消するもので、高速動
作を、消費電力を増すことなく ’nJ能なら1〜める
半導体集積回路装置を提供することを目的とする。
(発明の構成) 本発明は、FETを用いた差動増幅回路と、ノースフォ
ロワ回路より成る半導体集積回路装置であり、差動増幅
回路を構成するFETのゲート幅をノースフォロワを構
成するFETのグー1幅より小をくすることにより、差
動増幅回路の人力溶聞を低減し、高速動作を、消費電力
を増すことなく、可能ならしめるものである。
(実施例の説明) 第2図は、本発明の第1の丈施例における2141.1
)体集積回路装置を示すものである。偏“1子1〜71
゜6.7、抵抗素子R1〜R4、ダイオードI)] 、
 I)2および電流源5は第1図の構成と同様なもので
ある。第1図の構成と異なるのは、差動増幅回路を構成
するFET Qll、 Ql2のゲート幅をノースフォ
ロワ回路のJi’ET Ql3 、Ql4のゲート幅よ
り小きくした点である。
Jメートのように構成された第1の実施例について見、
[その動作を説明する。
第2図の半導体集積回路装置の最高動作速度は、差動増
幅回路の入力容量の充放電時間と、ノースフォロワ回路
の人力容量の充放電時間によって決まる。従って、この
集積回路装置の動作速度を高めるためには、使用するF
ETの入力容量を低減すること、および相互コンダクタ
ンスを増大することが、一般に有効である。集積回路装
置の動作速度に対するFETの緒特性の影響は、差動増
幅回路を構成するF E Tと、ノースフォロワ回路の
FETとに分けて、唱算磯ノミュレー7ヨンにより解析
が可能である。第3図(a)、 (b)はそれぞれ差動
増幅回路を構成するFETの入力容量と、ノースフォロ
ワ回路のFETの人力容量を独立に変化させた時の集積
回路装置の伝搬遅延時間の変化を7ミユレーシヨンによ
り調べたものである。差動増幅回路およrI:ソースフ
罎ロワ旧1路八を人す1宛帯のイB−嬉イk H遅延時
間の改善に有効であるか、差動型111i、’冒111
路の入力容量を低減する方が、より効果的である。−ヰ
だ第4図(a)、 (bJけそれぞれ差動増幅回路とノ
ースフォロワ回路のFETの相互コンダクタンスgmの
影響をノミュレーションにより調べたものである。
ノースフォロワ回路のFETのgrIlは遅延時間(l
こ強く影響し、遅延時間を改善するには、gmの増大が
必要である。これに対し、差動増幅回路のgmの遅延時
間に対する影響は、ノースフォロワ回路の場合に比べ小
きい。これらの結果から、差動増幅回路に用いるFET
は、〕−スフメロワ回路のFETに比べて、gmの低−
七を〃」し5ても、人力芥;11を低減する方がこの集
積回路装置の晶速化にイを利であることがわかる。
本実施例では差動増幅回路の人力谷;五を減らすのに、
FETのゲート幅をノースフォロワ回路のFETより小
さくすることにより実現している。
第5図(a)、 (b)はそれぞれ差動増幅回路と、ノ
ースフォロワ回路のFETのゲート幅を変化させ/ξI
I当の遅延時間の影響を/ミュレー /−Jンにより調
べだ結果である。差動増幅回路のFETはゲート幅が小
でい+5と人力容量が減少し、動作が高速になる。これ
Vこ対17、ノースツメロワ回路では、FETのgmは
遅延1177間に強く影響するだめ、ゲート幅はある程
度り上必要となり、遅延時間は、特定のゲート幅の範囲
で最小になる。従って、差動増幅回路のFETのグー1
幅は、ノースフォロワ回路の1i E Tのゲート幅よ
り小さく設定することで遅延時間を人]IQ、’冒C減
らずことが出来る。
v上のように本実施例(でょカば、差動増幅回路のFE
Tのゲート幅をノースツメロワ回路のFETのゲート幅
より小さくすることにより、信号の伝搬遅延時間を、何
ら/l!i費電流全電流することなく、減少させること
ができる。
第6図は、本発明の第2の実施例のりセット・セット 
フリップ・フロップ回路を示しだものである。同図にお
いて、端イ]、2はそれぞれ接地端r1電鯨端子であシ
、端子3,4はそれぞれクロック人力9↑1ト1“、参
照電圧入力端子でちる。FETQll、Q10はノース
を共通接続し、電流源5を経て、電源端子2に接続する
。抵抗素−」“R1,R2filFET Qll、 Q
10の負荷抵抗である。F)εT Q10. Qllは
それぞれのドレインを抵抗素ナト、R2に接Hしし、そ
れぞれのドレインを接地端子1(、・こ接続し、ノース
・ツメロワ接続とする。埒らにFET Q目。
Q14のドレインは、それぞれレベル・/)夕月]クイ
オー トDI、D2を経て、m 埠素−f−R4、R3
K w続する。抵抗素子R3,R4の他方の端子は、ど
ちらも電源端子2に接続する。さらに出力端子6゜7は
それぞれダイオードD1と抵抗素子R4の共通接続点、
およびダイオ−1−’D2と抵抗素子R;3の共通接続
点に接続する。FETQII、 Q10のグーI・幅は
、FETQI3. Q10のゲート幅よりも小さく設定
埒れている。
以上は、第2図の構成と同様なものである。第2図と異
なるのは、FET Q13. Q10のグー1幅より小
さいゲート幅を持つFET Q5とQ6. Q7とQ8
より成る2個の差動増幅回路が、FETQIIとQ10
より成る差動増幅回路の上に縦に接続芒れている点であ
る。つ捷りFET Q5とQ6のノースを共通接URし
て、FET Q10のトレインに接続[〜、かつ、それ
ぞれのドレインを抵抗素子R3とR4に接続する。きら
にFET Q7とQ8のノースを共通接続して、FET
Qllのトレインに接続し、かつそれぞれのドレインを
抵抗素子R1とR2に接続し、それぞれのゲートをセッ
ト入力端r8、リセット入力端子9とする。
上記のようjC構成きれた第2の実施例の半導体集積回
路装置について、り下その動作を説明する。
1ずクロック入力端子3に加えられた電圧が参照電圧端
子4の電圧より低い時は、FET Q10がオンになり
、FET Q5とQ6よりなる差動増幅回路が働き、F
ET Q5. Q6. Q10. Q10は「H」、「
L」の2安定状bM ’c #41i 1”lするよう
になり、2神の出力が出力端子6,7より得られる。次
にクロック入力端子3に加えらi]た′1h圧が参照電
圧端子4の電圧より高い時は、FETQIIがオンにな
り、FET Q 7とQ8よりなる差動増幅回路が働き
、セット入力端子8、リセット入力端子9からの人力信
号が有効になり、出力端一1’6.7にはセット、リセ
ノ1゛入力に応じた出力が得られる。従って、この回1
’?+ i、1クロンク信号に同期したり七ノ1−・七
ノi フリップ・フロップの動作をする。。
す」二のように、本実施例によノ1ば、差動J′’LH
幅回路を構成するFET Q5〜Q8. Qll 、Q
 +2のグー1、幅が、ノースフォロワ回路のFET 
Q10 、Q l・1のゲート幅より小ざいので、第1
の実施例と同様、クロック入力端子:3、七ノド入力端
1′8、リセット入力端子9から見た人力容量が小さく
、同1υl J(、IIフリップ・フロップとして重速
動作が可能でbる。
この結果、フリップ゛・フロップの動負五出rcを、消
費電力を増やすことなく、高めることか出来る。
なお、第2〜5図で示した数値は本発明に: イ1’l
 ”)拘束するものではない。
(発明の効果) す」二のように、本発明は、差動増幅回路分構成するF
ETのゲート幅を、ノースツメロワ回路のFETのゲー
ト幅より小さくしたことに」:す、差動増幅回路の入力
容量を低減することが出来、シ/・−がって、半導体集
積回路装置の高速化が(・」か)jる3、さらに、ゲー
)・幅を短縮したことにより回路装置の占有面積を低減
することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の半導体集積回路装置の回路図、第2図
は、本発明の第1の実施例を示す回路図、第3図は、F
ET、の人力容量と遅延時間の関係を示す図、第4図は
、FETの相互コンダクタンスと遅延時間の関係を示す
図、第5図は、FETのゲート幅と遅延時間の関係を示
す図、第6図は、本発明の第2の実施例を示す回路図で
ある。 1 ・ ・・・接地端子、 2−・・・・・電源端子、
:う・・・・・・信号入力端子、 4 ・・・・・・・
参照電圧入力端イ、 5 ・・・・電流諒、 6,7 
・・・・・出力端子、8 ・・・・・・セット入力端子
、 9 ・・・ リセット入力端子、 Q1〜Q8. 
Qll〜Q14・−・・・・・FET 。 1)I、D2 ・−・・・ダイオード、R1−R4・・
・・・・抵抗素・−r−8 特γ[出願人 松下電器産業株式会社 代 理 人 星 野 恒 司 ゛・1 第3図 (a) (b) 第4図 (al (bl 第5図 (a) (b) ゲ−)! (、IJm) 17′−F丁書 (、am)
第6図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 第1、第2の電界効果1ジンジスタをノース7メロワ接
    続して出力回路とするとともに、mI記第1、第2の電
    界効果トランジスタよりもゲート幅を小さくした第;3
    、第4の電界効果トう7ジスタのノースを共通接続して
    なる差動増幅回路を入力回路と1.たことを特徴とする
    半導体集積回路装置1
JP58174095A 1983-09-22 1983-09-22 半導体集積回路装置 Pending JPS6066506A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS622715A (ja) * 1985-06-28 1987-01-08 Toshiba Corp 論理集積回路
JPH03268460A (ja) * 1990-03-19 1991-11-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体集積回路

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58145235A (ja) * 1982-02-22 1983-08-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体集積回路装置

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