JPS61128627A - 出力ゲ−ト回路 - Google Patents

出力ゲ−ト回路

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JPS61128627A
JPS61128627A JP59249565A JP24956584A JPS61128627A JP S61128627 A JPS61128627 A JP S61128627A JP 59249565 A JP59249565 A JP 59249565A JP 24956584 A JP24956584 A JP 24956584A JP S61128627 A JPS61128627 A JP S61128627A
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JP
Japan
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circuit
output
emitter
transistor
emitter follower
Prior art date
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Pending
Application number
JP59249565A
Other languages
English (en)
Inventor
Masayoshi Yagyu
正義 柳生
Hiroyuki Itou
以頭 博之
Toshio Yamada
利夫 山田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明はディジタル論理回路に係り、特に大型電子計算
機等で使用される超高速高集積のLSIに用いて好適な
出力ゲート回路に関する。
〔発明の背景〕
従来、電子計算機等の情報処理装置において超高速の演
算能力を必要とする場合、その論理回路としてエミッタ
結合論理回路(Emitter CoupledLog
ic 、以下ECLと記す)が多く用いられる。
これは第1にECL回路が非飽和型論理回路であり、本
質的に高速動作が可能であること、第2に1つの回路で
OR,N0R1等の多くの論理動作が可能であることの
2点の理由による。
第2図はECL回路の回路図である。一般にECL回路
は論理動作を行なう差動トランジスタ回路ICと、レベ
ルシフト機能および高負荷駆動能力を有するエミッタフ
ォロア回路3′とから構成される。入力信号V□は差動
トランジスタ回路ICの入力トランジスタのベースへ加
えられ、エミッタフォロア回路3′を介して出力信号V
。at′が得られる。第2図では出力信号V。1+f′
 として入力信号V I 8間のNOR論理を取ったも
のを得る場合の回路を示しである。出力としてOR論理
を得ること、OR論理とNOR論理を同時に得ることな
どももちろん可能であるが、本発明の本質ではないので
ここでは省略する。
ECL回路を使ったLSIでは一般に、LSIの内部間
のみの信号送出を行う内部ゲート回路と、LSI外に信
号を送出する出力ゲート回路とを使い分けることが多く
、両回路ではその回路構成、電流値などを若干変えて設
計する場合が多い。第2図に示した回路は内部ゲート回
路として使用することが多く、出力ゲート回路は多少異
なった回路構成となる。
第3図はECL回路で構成した出力ゲート回路の一例で
ある。この例に示した出力ゲート回路は第2図に示した
ものと類似の構造を持っており、差動トランジスタ回路
IDと出カニミッタフォロアトランジスタ3とから成っ
ている。出力ゲート回路の場合、エミッタフォロアの終
端はLSI中では行なわず、出力パッド9、LSI外の
プリント板などの信号線10を介した後、外部の抵抗1
1を用いて負電源V?7′へ接続される。
一般にLSI外の信号線10はLSI内の信号配線に比
べて長くなり、回路にとっては重負荷となる。したがっ
て出カニミッタフォロアトランジスタ3は大電流容量と
なるように設計“する。この結果、第2図の3′で示し
たエミッタフォロア回路のトランジスタよりも第3図の
出カニミッタフォロアトランジスタ3の方がレイアウト
面積が大きくなり、寄生容量も増大する。また回路動作
時に流れるベース電流も大きな値を示す。
出力ゲート回路の回路速度は高速であることが望ましく
、上述のような状況下で第3図の回路を高速動作させる
ために通常は、差動トランジスタ回路ID、の動作電流
は、第2図のICで示した回路のそれよりも大電流に設
計する。
1方、ECLと同じ非飽和型論理回路であるが。
ECLよりもさらに高速な回路動作が可能なものとして
第4図に示すような非閾値型論理回路が提案されている
。(特開昭59−81921号、および特願昭58−1
98993号)。
この回路は、IAで示す帰還回路を有する差動トランジ
スタ回路と、3′で示すエミッタフォロア回路とで構成
される。帰還回路を有する差動トランジスタ回路IAは
コレクタおよびエミッタがそれぞれ共通に接続された1
個以上の正相入力トランジスタ(第4図の場合は107
,108゜109の3個のトランジスタ)と、正相入力
トランジスタのエミッタに接続されたエミッタを持つ反
転入力トランジスタ110と、正相入力トランジスタの
コレクタと反転入力トランジスタのコレクタにそれぞれ
接続され、他端を接地された抵抗100および101,
102と、上記共通接続エミッタにコレクタを接続し、
エミッタを抵抗104を介して負電源V−に接続し、ベ
ースにバイアス電圧V。を与えた定電流源トランジスタ
112とから成る通常の差動トランジスタ回路を有して
いる。帰還回路はトランジスタ111および113と、
抵抗103および105とから成る。トランジスタ11
1はコレクタが接地され、エミッタが抵抗103に接続
され、ベースが前記差動トランジスタ回路の抵抗101
および102の接続点に接続されて、前記差動トランジ
スタ回路の正相出力信号の一部を取り出す。抵抗103
の他端は前記差動トランジスタ回路の反転入力トランジ
スタ土10のベースへ接続されると共にトランジスタ1
13のコレクタへ接続される。トランジスタ113はエ
ミッタを抵抗105を介して負電源V□へ接続し、ベー
スにバイアス電圧V。、を与えて定電源回路を形成して
いる。
エミッタフォロア回路3′はトランジスタ114と抵抗
106から成る。トランジスタ114のコレクタは接地
され、エミッタは抵抗106を介して負電源v?1へ接
続される。トランジスタ114のベースは前記差動トラ
ンジスタ回路の正相出力または反転出力を受け(第4図
では反転出力を受ける場合を示しである)、エミッタ出
力信号VQU□が取り出される。
第4図に示した回路は、第2図に示したECL回路に比
べてその回路伝達特性が非閾値化されており、その結果
として回路速度が高速化されるという特徴を持っている
。第4図において、コンデンサ115はスピードアップ
容量であり、反転入力トランジスタ110のベースのイ
ンピーダンスを低くする働きを持っている。コンデンサ
115を付加することにより回路のパルス応答特性が改
善され、論理回路としての性能を向上することができる
第5図に示した回路は、第4図に示した非閾値型論理回
路を使って、出力ゲート回路を構成したものである。こ
の回路は第3図に示した出力ゲート回路と同様の構成を
しており、帰還回路を有する差動トランジスタ回路IB
と、出カニミッタフォロアトランジスタ3とから成る。
1Bで示した回路部は第4図のIAと同様の構成である
。エミッタフォロアトランジスタ3は第3図のそれと同
じものである。出カニミッタフォロアトランジスタ3は
回路部分IBからの正相出力信号または反転出力信号を
受け(第5図の場合は反転出力信号を受けている)、エ
ミッタから出力パッド9を介してLSI外へ信号を送り
出す。エミッタフォロアの終端はLSI外の信号mio
を介した後、外部の抵抗11および負電源vTT′ を
使って行なわれる。
第3図で述べたように、出カニミッタフォロアトランジ
スタ3は大電流容量にする必要があり、この結果、寄生
容量や回路動作時に流れるベース電流が増大する。した
がって、第5図のように差動トランジスタ回路の出力信
号を直接比カニミッタフォロアトランジスタ3で受ける
構成にするとIBで示した回路の動作電流を大きくする
ことが必要になる。このため、トランジスタ、抵抗など
の回路素子もその形状が増大し、回路のレイアウト面積
が大きくなる。また、差動トランジスタ回路は本質的に
重負荷の駆動には向いておらず、動作電流を大きくして
も回路速度の劣化はもぬがれない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、前述のような従来の問題を改善し、大
電流容量の出カニミッタフォロアトランジスタを用いて
も回路速度が充分高速である出力ゲート回路を提供する
ことにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するため1本発明による出力ゲート回路
は、非閾値型論理回路と、出カニミッタフォロアトラン
ジスタと、安定化電源回路を有するリニアインバータ回
路とから構成され、非閾値型論理回路の出力信号はリニ
アインバータを介して出カニミッタフォロアトランジス
タに伝達されることに特徴がある。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図を用いて説明する。
第1図の1は第4図に示したものと同じ非閾値型論理回
路である。3は出カニミッタフォロアトランジスタであ
る。2はリニアインバータ回路であり、4はリニアイン
バータ回路2の特性を補償するための安定化電源回路で
ある。
非閾値型論理回路1の構成は第4図の説明で述・べたの
で、ここでは省略する。
リニアインバータ回路2はトランジスタ5.抵抗6,7
、およびコンデンサ8がら構成される。
トランジスタ5のコレクタは抵抗6を介して接地され、
エミッタは抵抗7を介して安定化された電源v、′へ接
続される。1−ランジスタ5のベースはリニアインバー
タ回路2の入力端子であり、非閾値型論理回路の出力信
号を受ける。リニアインバータ回路2の出力信号はトラ
ンジスタ5のコレクタから取り出され、出カニミッタフ
ォロアトランジスタ3のベースへ送られる。コンデンサ
8はトランジスタ5のエミッタのインピーダンスを下げ
る目的で接続されており、リニアインバータ回路の回路
速度を高速にする働きがある。
出カニミッタフォロアトランジスタ3は大電流容量のト
ランジスタであり、ベースで受けた信号をエミッタから
LSI外へ伝達する。9は出力パッドであり、10はL
SI外の(yB号線、11は外部の終端抵抗、v??’
は負電源である。
安定化電源回路4はリニアインバータ2の回路伝達特性
をLSIチップの接合部温度の変動および電源電圧V。
の変動に対して補償するためにある。本実施例の場合は
接地電位(OV)と負電源電圧V□とから、安定化され
た電圧■、′を発生している。このような安定化電源回
路は、たとえばIEEE JOURNAL OF 5O
LID−3TATE CIRCUITS、 VOL。
SC−18、Na 5 (1983年)における5UZ
UKIらによる“A 5に−Gata Bipolar
 Masterslice LSI 1litha 5
00ps Loaded Gate Delay ”と
題する文献において紹介されている回路が利用できる。
非閾値型論理回路を使用した出力ゲート回路を第1図に
示したような構成にすることで、第5図に示した構成の
出力ゲート回路よりも回路速度を高速にすることができ
るにれは以下に示す理由による。
(1)非閾値型論理回路1の差動トランジスタ回路には
第S図の場合と異なり、大きな負荷(出カニミッタフォ
ロアトランジスタ3)は接続されない。非閾値型論理回
路1の負荷であるリニアインバータ回路2は非閾値型論
理回路1中のエミッタフォロア回路により駆動される。
このため、非閾値型論理回路1の回路速度は劣化せず、
充分高速な動作が可能である。
(2)大電流容量である出カニミッタフォロアトランジ
スタ3はりこアインバータ回路2によって駆動される。
リニアインバータ回路は本来高速性を追求する回路であ
り、この動作電流を大きな値に設計することで出カニミ
ッタフォロアトランジスタ3が負荷として接続されてい
る場合でも高速動作を行なうことができる。第5図に示
した出力ゲート回路において、帰還回路を有する差動ト
ランジスタ回路IBの動作電流を大きくすることで出カ
ニミッタフォロアトランジスタ3を高速に駆動する方法
も考えられるが、これよりも(2)で述べたようにリニ
アインバータ回路2の動作電流を大きくして出カニミッ
タフォロアトランジスタ3を駆動する方が高速にできる
(3)また、動作電流を大きくするには、トランジスタ
、抵抗など回路を構成している素子もその形状を大きく
する必要がある。第1図のリニアインバータ回路2の方
が第5図の回路部分IBに比べて素子数が少ないので、
動作電流の増加による回路レイアウト面積の増大が少な
くなる。
以上述べた理由により、第1図に示す構成の出力ゲート
回路は大電流容量の出カニミッタフォロアトランジスタ
を有しているにもかかわらず、高速な動作が可能である
第1図の安定化電源回路4は必ずしも1つの出力ゲート
回路に1つ必要ではなく、複数個のリニアインバータ回
路に対して1つの安定化電源回路を持つ構成でもよいの
は明らかである。
〔発明の効果〕
以上説明したように1本発明によれば、非閾値型論理回
路の持つ高速性を失うことなく、大電流容量の出カニミ
ッタフォロアトランジスタを有しても充分高速な出力ゲ
ート回路を提供することができるので、高速なLSIを
実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す出力ゲート回路の構成図
、第2図はECL回路の回路図、第3図はECL回路を
用いた出力ゲート回路の構成図、第4図は非閾値型論理
回路の回路図、第5図は非閾値型論理回路を用いた出力
ゲート回路の構成図である。 1・・・非閾値型論理回路、2・・・リニアインバータ
回路、3・・・出カニミッタフォロアトランジスタ、4
篤4図 VEE 菖  5  図 E 手  続  補  正  書  (方式)事件の表示 昭和59年   特 許 願  第249565 号発
明の名称  出力ゲート回路 補正をする者 事件との関係   特 許 出 願 人名称(510)
    株式会社 日 立 製 作 所代  理  人 居所刊00    東京都千代田区丸の内−丁目5番1
号株式会社 日 立 製 作 所 内 型  話 東 京212−1111(大代表)補正命令
の日付   昭和60年3月26日補正の内容 ■1本願明細書第10頁第20行目から同第11頁第3
行目までを、「ばアイイイイ ジャーナル オブ ソリ
ッドステート サーキッツ、ボリューム、ニスシー18
.ナンバー510月1983年(I E E E Jo
urnal of 5olid−Sヒate  C1r
cuits、  Vol、  S  C−18+  N
o、5  rOctober 1983 )における“
75に一ゲート バイポーラ マスタースライス エル
ニスアイ ウィズ ア 500ps  ロープイツト 
ゲート ディレィ” (”A  5 K−Gate B
ipolarMasterslice  L  S  
I   wit、h  a  5 0 0  ps  
LoadedGate Delay” )と題する文献
にお」に訂正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、帰還回路を有する差動トランジスタ回路およびエミ
    ッタフォロア回路とから成る非閾値型論理回路と、電源
    および温度変化に対して回路伝達特性が補償されるよう
    な電圧を発生する安定化電源回路を有し上記非閾値型論
    理回路の出力信号を入力信号とするリニアインバータ回
    路と、該リニアインバータ回路の出力信号をベースに加
    え、エミッタから出力を取り出す出力エミッタフォロア
    トランジスタとから構成されることを特徴とする出力ゲ
    ート回路。
JP59249565A 1984-11-28 1984-11-28 出力ゲ−ト回路 Pending JPS61128627A (ja)

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JPS61128627A true JPS61128627A (ja) 1986-06-16

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ID=17194891

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6474808A (en) * 1987-09-17 1989-03-20 Mitsubishi Electric Corp Frequency multiplying circuit
JP2016082292A (ja) * 2014-10-10 2016-05-16 ローム株式会社 レベルシフト回路

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