JPS61142820A - コンデンサダイオ−ドfet論理回路 - Google Patents

コンデンサダイオ−ドfet論理回路

Info

Publication number
JPS61142820A
JPS61142820A JP60235090A JP23509085A JPS61142820A JP S61142820 A JPS61142820 A JP S61142820A JP 60235090 A JP60235090 A JP 60235090A JP 23509085 A JP23509085 A JP 23509085A JP S61142820 A JPS61142820 A JP S61142820A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diode
output
capacitive
circuit
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
JP60235090A
Other languages
English (en)
Inventor
リチヤード・シー・イードン
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.)
JIGABITSUTO ROJITSUKU Inc
Original Assignee
JIGABITSUTO ROJITSUKU Inc
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 JIGABITSUTO ROJITSUKU Inc filed Critical JIGABITSUTO ROJITSUKU Inc
Publication of JPS61142820A publication Critical patent/JPS61142820A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/003Modifications for increasing the reliability for protection
    • H03K19/00369Modifications for compensating variations of temperature, supply voltage or other physical parameters
    • H03K19/00384Modifications for compensating variations of temperature, supply voltage or other physical parameters in field effect transistor circuits
    • 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
    • H03K19/018535Interface arrangements of Schottky barrier type [MESFET]
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/094Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
    • H03K19/0952Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using Schottky type FET MESFET

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Power Engineering (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】 本発明の背景 従来、空乏形5JESFET GaAs集積回:洛没計
において悩まされる間illよ、これらrJ−チャ7・
ツノD−MESFETの動作に必要な正のドレンε圧と
、r山)D −MFiSFgTのターンオフに必要な負
のダート電圧との間で要求さ丸るレベルシフテングイQ
aを実現することであつ九。これに対し、単純な直結形
FET論理(DCFL)では、エンハンスメント形FE
Tr−)入力が直接にドレン出力に接続されている。
従って代表的な容It注負荷を電動するに用い得る遷移
’/”−)出力II! !litは、ソーシングの中で
は、直i洪給′、!L流て等しいグルアッグ能・助負荷
庖流に実質的に等しく、t&シンキングの中ではこれの
数倍であろう。一般的に、単純な14合は別として、D
−ME8FET回路のアプローチで、これまで発表され
たDCFLの手法\効率(負荷a流駆動比能と供給成力
の比(ratio of 1oad current 
drlvecapablltty to the 5u
pply current)と定義する)において接近
したものはない。これに対し他方では、  GaAsに
没立つエンハンスメント形FIT(g−ME8FEjT
 、 E−1FETおよびE−HEM:○は、製造に当
って深刻な問題に悩んでおり、それは主として限定され
たr−トスイングのあたりと、(ΔvLはE−Mli;
5FET DCFL IFill¥Sでは大体500 
mVに等しい)またr−)Lきい値、4圧の制?llK
吋随するもののあたりで弓っている(LSIのVLS 
I回路へのよい歩いてに−M18FETでは25mVで
ある)o D−MESFET技術は更に大きな論理心圧
スイングを用い(代表的にはD−MESFET !理回
路ではΔV、は大体1〜2ゲルト)、それであるから要
求される均一性は、1つのチツ!の上でのVは大体50
〜100 mVで等しく、その値は現行のGaAs I
C製造技術で製造中に全く容易に実現されている。
既成の製作能力やD−避5FET GaAs ICのよ
シ高速性はそれらを非常に魅力的なものにしたが、発表
済みのD−ME8FET回路のアプローチの多くの場合
での電圧シック機能の実現は、性能や・譬ワー効率の中
で重要な妥協点を導いた。最初のH@wl@tt−Pa
ekard(HP)バッファーFF、T@理アゾローチ
(BFL、 R,L、VanTuyl、 C,A、Li
eahti、 R,E。
Les、and E、Gowsn、IEIJ JSSC
,5C−12,pp。
485.1977 参照)では、シフテングが分離ソー
スーホロア出カスを一ノD中で処唯されているが、それ
は4兵=a +! +Iiの1勺60悌だけの】&大ノ
ンキングトa 、ia−wに一ヒら亡ることをi)る一
方、出力ステーゾ・15瓜のため若干のスピードロスを
がまんする拮゛1となった。その凌のHPの仕゛トでは
、少1七−負荀のr−)では、11′夏情的な3−ダイ
オードチェーンをゾルダウンすることを評価して、ソー
スホロアを削t、=hしている(デルアソft1e・助
4′i荷の約半分の【扁)。この[−!崎なしJ PE
T’iq(BLFL、A。
Barna and C,人、ら1eehti、 [ナ
ノ秒以下の伝播1櫃を有するG&λs Mg5FET倫
理f−)の最適化]”Optimlzation of
 GaAs MESFET Logic Gates+
vith 5ubnanoseeond Propag
ation Delays、”IEEE Journa
l of 5olid−8tate C1rcaits
5C−14,入u+rust 1979 、 滲m )
 fi、低いファンアウトで改、1された昂延を辱えた
が、しかしIJliか大体50俤の4 +<効“私を与
え(出力は供給電流の約50優のノース圭たJ、i /
:yりを行なうことが出来た)、更にBFLのよ5Iに
の大きな電流はV(BFLの接池)でなく−voへ行く
ので、より低い・譬ワー効率を取得した。またこの「緩
衝なし」FET論理は、カレントデフアレンジフグ(c
urrentdiffer@nclng)のような別の
間1も起こした。
利用し得る負荷1tfiは、大きなグルアラf鑞流と大
きなゾルダウン電流の間の差額でちり、それであるから
、もしこれら「イ流間の変化の比が小になれば(例えば
、統計的なノラメタの変動またはパックr−テング(b
ackgatlng)により)、利用し得る負荷電流は
よくない条件に耐えねばならない。
この問題は7ヨツトキダイオードFET論理においてよ
り深刻で(5DFL、参照、U、S、Patent N
o。
4.300,064 and Ref@rence 3
. FL、C,gd*n、B。
M、Waleh、 R,Zueea and S、1.
Long、 IEEETrans、 Eleetron
 Devices、εD−26,No、4゜pp、29
9−317(1979)or 5C−14,No、2.
 pp。
221−239(1979))、ここでは、ダイオード
論F′gを用いるためにゾルダウン負荷が■く、ま九事
実ファンアウトや負荷ダート上の他のr−)の論理状A
などに依存して変化し易い。電流効率の立場からは、キ
ヤ・やシターカグルドFIT論理(CCFL。
参照人、W、Llvingstone and P、J
、T、viellor。
[QaAs空乏形FETのキャノぐシタカップリング」
″Capaa口or  Coupling  of  
GaAs  DepletionMode FET’s
”1980 GmAs IC8ympomiurn A
bs−tracts、 Paper No、10)は優
れてお夛(DCFLと同程度に)、単1−供給の動作を
許容するが、しかしCCFL7” −ト1idelc対
して・噴す作せず、それは、′、拘埋回路の中で;ま通
常受入れられない。更に既発表のCCFL回路は、倍合
キャノ#7タのためにFgTチャネルn−1(i上に組
立てた逆バイアス・ショットキダイオードを用いている
。これらダイオードコンデ/すの11!!常の逆バイア
ス動作では、このn−1得はピンチオフされ、それゆえ
キャパシタ(河・1は非常に痕雑でありまた「ri (
n 、h非動−11であろう dcまで伸ばし九幾分同
様な、lIh作が、フィードフォーワードコンデンサを
BFL’r”−)構造に加えることにより得られたが(
FF−BF’L、 *照M、R,Namordl an
dW、A、White、 IEIJ gl@ctron
 Device L*ttsrs。
V、EDL−3,No、9. S@pt、1982. 
pp、264−267)、ソースホロア出力ステージの
ために″1tfi効率や複雑さという実質的な不利なも
のである。
本発明の要約 本発明はGaAs D−ME8FET @理回路にコン
デンサダイオード結合の#l理r−)手法を用いること
に係り、これにより代表的には90チから97チの′べ
i効率と共I/c(CDFI、ダートは供給電流の大体
90チ〜97チでソースをこれの故倍で7ンクを行なう
ことが出来る)、daで非常に高速な動作を得ようとす
るものである。匣に本手法は、各々のP−)の上にノー
スーホロア出力ステージの複雑化を持込まぬものである
。CDFLの設計アグローチは、FET 、! +’l
 ’t”はNiF2を流は本6的に容・(性であるとい
う・3識に〜づいて′^る。このことはI&もよい、工
圧ノフタ甥−琵l・1% Fgry、脚1ノードとr−
)出力において、tツノとのD−MESFETドレン間
で集積さFL&−#ツテリでちることを意味する。純粋
の容吸性の負荷の場合には、そのようなバッテリから要
求される実質のdc−ぞシーはなく、また事実上、出力
圧接碗されているMg5FETの?−)がたまたま順屯
導になると、そのに’Aバッテリは放、にせず充電され
る。集積回路には現在そのようなパラブリ装置庁は用い
ることが出来ないので、9小の/IPワーまたは最小の
ff7fflさを要求しながら適当な代替品が望まれて
いる。従って本発明の目的は、GaA@集積回路のため
一定1に圧シフテング回路を提供することであシ、該回
路は目立った信号遅延を起こすことなく負荷i!流駆惰
効率を増加せしめ、かつ許容Ffr徒なサイズ(例えば
、集積回路のデート密度を過度には減らすことはない)
を有するものである。更に本発明の目的は、シー3ツト
キノイオード「高」 ドレンクランピングおよび飽和ダ
イオード「低」 ドレンクランピング等を倉むD−ME
SFET論理f−)のための多数の荷殊な回路技術を通
供することであり、該手段はなお論理4I瓜時間または
遷移速度を1足遵することが可能である。更に本発明の
目的!a、  CDFLシフテングと゛冶金させた、1
和しノスタ(SATR)−ショットキダイオードクラン
を技術を用いる入力回路を提供することにあり、該回路
は全体的表164理入力信号の過大駆動や入力しきいち
1圧(Mg8FETの一ンチオフ電圧は製造過糧の変化
によ)g4なるが)の厳格な制御などに伴なうパーンア
クト(burnoat)から保1するもので、従って通
常のシリコン/Jイポーラ・エミッタ請合論理(ECL
)との信号両立性が達成可能である。またもう一つの本
発明の目的は、ソースホロア出力装置つf−)人力にお
いてショットキダイオード「高」り2ンピングと飽和ダ
イオード「低」クランピングの#徴を引出した出力回路
技術を示すもので、該技術は、負荷砥抗と終端適圧の粗
合わせの広い範囲において、有1−OR能力の保持なら
びに制御されたECL出力信号の両立性の保持を可能て
するものである。
本発明の目的と珊旨は、以下の記述ならびに添付図面に
従ってより十分に理解されよう。
第1図T/cおいては、コンデンサダイオードFET論
理(CDFL)が、本発明の要約に述べられた理想的な
バッテリの合理的で周到な代替物として開−のシフタ構
造(5hlfter 5tructure)を用いてい
る。
この回路は、三つの小さいショットキダイオード12.
14および16の並びを・川って流れる非常に小さい電
流により実質的に一定なITL圧、vfilllF?に
荷1にされ保持されたコンデンサ(DCAP) 10か
ら成ることを示す。小さいバイアス1■流が、負の供給
v0に連結した非、竹に小さいグルグラ/屯流シンクP
D18によって供給される(vIffiは約1?ルトま
たは大抵の負の出力論理スイング(wing )よプも
もつと負で大きい値が必要でちり、ピンチオフ1電圧カ
Vp=+ 1.Ovであれば、D−MESFETがP0
18に用いられる。)。’! タIpdはFLt”! 
■bImsに等しい。
第1図のシック回路の適正な動作は、シックコンデンサ
DCAP 10の静電容量が負荷静電容量20よシもず
っと大きい場合(代表的にはC,、。ADの3倍から1
0倍)の場合に得られる。この条件の下では、入力交流
電流の実質上の咽てが負荷に入シ、そしてシックの高周
波交流電圧rイン、ΔvL/Δv4=CtlcAP/(
CLOAD ” C0CkP )は1(0,75以上0
.9より大)に近づく。しかるに他のコンデンサ構造体
(例えば高−gMIME金属・絶縁体・金鴫)コンデン
サ〕がDCAPを満たすべく用いられる場合は、当該回
路では、特別な高C/A(静電容量/[ff積)逆”(
7ス・ショットキダイオード構造体を使用する。この装
装置は相当濃厚にドーf (>2xlO17/ffl)
されたイングランデーンヨン材で、そのL17さが通常
の動作逆バイアス(3個のダイ第−Pシツク付きでv3
□□2−が約2.3テルト)ではピンチオフしないこと
を保証する十分なイン!ラント材上に組立てられる。D
CAP靜這容埼は、またチップ面積に快いて付加的な費
用をかけることなく増加させることが出来るが、それは
ダイオードのカソードに連結される付加的な12レベル
金m11F@を有するMIMI’に8辰を介したダイオ
ード静電容置の並列化により達唆され、またMIM#覗
容貴は薄い誘電体層で分離されているが7ヨツトキダイ
オード・アノードメタルの上に配置されている。
が可能で、入力/出力(110)回路、r−)入口、P
−)出口その他がある。CDFL出力レベルシックを用
いる簡拳な3−人力CDF’L N0RP−)構1青を
第21・4に示す、1CDFLンフタをライン・インタ
コネク7ヨン静覗容1翫がDCAP 29を通して駆動
される必要がないよう各々のP−)出力に等価に配置さ
せることも可能で、そうするとDCAP 290面積が
よシ小さくなり得るが、しかし代表的にはダート入力や
?−)出力の蚊の通常数倍もあるのでシック構造をもつ
と作らねばならない必要が生ずる。
第2図のNOR機能を達成するのに用いられた、3つの
ドレーン列(並列の) D−ME8FET 24 、2
6 。
28は、1つのCDFL r −)配置を示している。
一般的にD−MES1’ETの種々の直列−並列組合わ
せが、F’ET論理の他の形式と同様K crjvLに
おける異なった論理機能の実現く用いることが出来る。
FET論理P−)における異なった論理機能を達成すべ
く二重−?−)F’ETまたはFETの直列や並列の組
合わせを用いることは、当業者においては周知であり、
飽和レゾスタ、P−トレスFIT、レノスタまたはこれ
らとFETをグルアラf33及び/lたはゾルダウン3
5負荷(iたは第1図の18または!3図の56.58
または60)で拮合するようなものがこれに相応する。
この回路は、ECL−両立可能な動作(V□=−3,3
♂ルト供給を更に付加する標準的ECL供袷系としてv
DDL =接地、vgg=−5,2ボルト)のための通
、VのAtワー倶給(圧を加えて示される。もつと鐙通
のGaAs IC動作では、この東件はV。=接地、■
□=−1,9♂ルト(を念はよシマイナス)警よびVf
l、L= + 3.3ゲルト(またはよりグラス)でち
る。この回路は特定したFETディメンクヨンで示すと
、最大洪袷ル流は(”oss/W ) X 16.5マ
イクロメータ(W=l”−ト福)で、一方それは(Io
ll、/w ) x (16,5−1,5マイクロメー
タ)=15マイクロメータまでソースアップ(sour
ce up)が出来るので、従って電流効率(ソーンン
グ) rri15/1a5=91 %でちる。
シンキング(sinking)のj7. =l、; %
 *は、単lの入力からでも数百・e−セントが町、甫
(を逢大入カル圧だよっては)である。
#E2図+F) CDFL NORr −)構造は、必
要あれば、供給電圧の広い範I用(vDDL−v□=3
.3〜7ビルト)にわたDffi良の高速能力を維持す
るためにGaAs回路で開発された、別の技術をも提示
する。
通常のFET論理での方法において、論理の高いスイン
グは、ドレーン飽和の外に出るデルアラ!・アクティブ
ロードPUの[ソフト・リミティング」アクションを介
しての正の供給成田(vDDL −vfill)Kよっ
て制限される。vDDL −vl IIが増加するに従
がい、正の#I理スイングは上昇し、負荷のかかつてい
るMISFETの7ヨツトキ?−)が電導のむづかしく
なる点に達する。この段音の状態はMESFETを脱作
の極端な低f7領域(非常に高いf−)静電容ic、、
、また小さい相互コンダクタンスgm)K移行させ、過
剰な連理′ル圧スイング自体により起されるものより以
上に能力を低下させる(8隈負荷C2のスイッチング遷
移時間が、一定の負荷電流I L 、 j!jlスイン
グ4圧ΔvLのスイッチングでΔt=CLΔvL/IL
、である)。選択された論理フラング高ノヨットキ・ス
イッチングダイオード30DLCHをフランジ硫位vL
oに採用すると、vDDL、 −vsgの値にかかわら
ず正の論理スイングの限度を生じ4くし、供給4圧の変
化にともなう能力の低減な避けるようにする(例えばV
。OLの増加てともなうΔvLの増加)。vLc3&位
は、それが4[をvaIlに低下させるのみなので一臂
ツシゾな供給(例えばツェナダイオードだけ)から取得
され得る。
4圧@冶レギュレータ出力なシンクさせるオン・チツf
4*が、定格のvLCHり2ンノ′は位を供給するため
チップの上に送られる。
重量比rよ幾分少fk匹が、性能推進の可能性を含んで
いるものは、ai埋スイングをZVC制御するためにd
択的なりLCL入力32を用いることで、選択的なダイ
オード34を介して論理?低し・々ルにクランピングす
る方法である。これはΔvLを減少させて遅延を減らす
効果の池、fTが小さくかつ非常に低イvD8Ya域(
高イvIr、)の外部にMBS F’ETを保持する効
果を持つ。このクランプは能動の(パワー・ソーシンク
)供給を要求するが、そのためデート・ディスペーショ
ン(gatv asssipatzon)を増加する。
この事はもしそれを極めて単純に応用しようとすると、
vLcLの使用を非実用的なものにする。その理由は第
2図のr−ト中のイングツ) MISFET 24 、
26及び28の3つのすべてがV、、 =+O,aボル
トへ印加されると、その結果の全ドレイン電流はハード
・クランピングになると共に能動負荷プルアップ(PU
)電流XDDの10倍に達する。この条件はDLCLに
おいては特殊な速度−飽和ショットキダイオード34の
使用で回避され、該DLCLは順−流がある袢定ノベル
を・越えた時に制御された電流制限の状態に入る。この
ことは、多くの並列の論理FITが同時に「オン」であ
る場合に過剰のvLcL踵流を妨害するが(例えば第2
図におけるFET 24 、26 、および28)、し
かしダート入力の幾つかが切られている時は、論理の低
レベルを適当なレベルに非常に早く戻して、なお最適の
論理動作を提供する。DLCL 34 (第3図のDD
CL 61の場合でもまた)に用いられる速度−飽和ダ
イオードは、!レナショットキダイオード構造であり、
ショットキ・スイッチング・クランプダイオード(例え
ば第2図の30.第3図の40.42、または62)の
ため用いられるものと同じn+イングランド(参考3の
中と同じ技術を用いる)を使用している。しかしこれら
飽和ダイた周辺を持って設計されておシ、また同様にこ
の飽和ダイオードは、この飽和順を流での金属接点の電
流が使用されている相互接続金属の金属移動限界を越え
ない(金においては5つ。はほぼ1×106λ/メに等
しい)よう設計されている。速度−飽和ダイオード34
または61の飽和順這流は、ダイオード(n+イングラ
ンドに効果的に接離しているショットキ接点の周辺)の
アノード周辺に実質的に比例するものであシ、その比例
常数は、GaAs ICショットキ・スイッチングダイ
オードに用いられる代表的な約450 ohm/Dn+
イ/グランドのアノード周辺の1マイクロメータ当シ飽
和順1流の約1鉱である。幾つかの応用においては、’
L、CL使用によって生ずる速度の適度の改善は、DL
CL 34を除去しようとか、たとえ含んでいてもvL
cLのv8.への連給を断つ目的の他のノ譬ワー・ソー
シングミ位入力や他の(それはかなり小さくとも)チッ
プ・デイスペーションの導入については、そのことから
生ずる付加的な複雑性を正当化してはおらない。
第2図で示されるCDFL N0Rr −)のような基
本的なデート構造は、回路の中で十分に溝足できる論理
に用い得るが、それを一般的にチップ入力および出力イ
ンター7エースに用いることは出来ない。Ga人−ディ
フタルIC出力は、標41CL信号レベルにおいて伝送
線インピーダンスな駆動すべくしばしば用いられるが、
一方入力はECL信号と両立し得るものであシ、同様に
全体的な信号過剰ドライfKよる障碍や静電放電などて
対しても耐性がある。第3図はCDFLの入力および出
力配置の両方を実施するインバータ構造を示している。
図示されたインバータ回路36は、テッグ入力回路とチ
ップ出力回路の両方が同じステージ上にある場合におい
て通常のものと異なる(大抵のチップは多数の倫理ステ
ージによシ分離されて匹る)が、そのI10回路理論は
同じものである。
信号入力は双方向電流制限器により保護され、5ATR
(砲和抵抗本またはグートレスロー匹5FIT )38
、クランプダイオードDICH(イン!ソトクラング・
ハイダイオード)40、およびDICL(イン!ットク
ラング・ロクダイオード)420組が、適正な回路動作
で損傷や干渉なしに、およそ40ゲルトp−p (+4
0 dBm)定常交流信号しくルな適用するように作動
する。5ATR装置38は(通常の)低い印加電圧では
30から40 ohmsの低抵抗を示すが、大体±1ゲ
ルトの上廻った印加電圧においては、該装置は!sat
で約±10mAの′tI5!制御の状態になる。前記5
ATR装置はD−MESFETの場合と同じ方法で大抵
のD−MKSFET GaAm ICCコロスにおいて
組立てられるが、しかしn+イングランドソースとドレ
イン領域の間のn″″″チヤネルに通常位置するショッ
トキダート電極を欠除している。
この[ダートレスFETJ双方向電流制限器は、GaA
m ICの文献中で論議されている。簡単な入力の保護
によれば、省略時のクランf電圧vtca =vDDL
=o、ov (接地)およびvXcL=v1.=−3,
3ゴルトが使用可能で、それは内部信号鑞圧を安全な(
しかし過剰、・Ijl動)+1から−4,5♂ルトの範
囲に制限する。このインプット構造は、調整されていな
い正弦波形の信号ソースから、調整された内部「正方形
波形」の信号t1圧をt生ずるのに都合よく用いること
が出来る。この「正方形化」は、通常vI(りII =
vfcL =−” 3ポルト(BCL信号のいき値)の
結合によってなされ、何らかの直流要素を除くために代
表的には入力信号ライン中にブロッキングコンデンサを
用いてなされ、それから3v  から20V   (+
13dBmから30dBm)p−p         
 p−p の正弦波入力を・1lrf!L、て、およそ2V(−0
,30′″p から−2,3?ルト)の内部「正方形波形」信号を与え
るようになされるう通常の−0,8から−1,8ぜルト
の入力信号レベルKThいては、前記8ATR38はそ
の低抵抗(代表的に:嘘【1・了5ps蔓蝙)のために
実べ的にその1卵の上に影プすること岐ない。
入力の立、鳴力為ら・艮妥な点は、gcl、信号両立可
能の動作のために入力しきい値11圧vt11を−1゜
3デルトの適正値に保持することで、この場合GaAs
IC工程で通常出会うD4化5FETぎンチオフ電圧の
範囲で行なわれるCV=−to±0.2&ルトの過剰に
おいて)。しきい@電圧を間両する要点は、vpの中の
短距離変化(vpの変化において約1n以内の距離のも
の)が、向い合ったクエハ同士の変化で最大である(隣
接クエへ間で見られる緩徐な変化)ものと同程度に小さ
いものである。プルアップ(PU) 60およびスイッ
チングFIT44が等しくないので、しきい値でのr−
)/を圧、v、vs。
2はゼロで雌な((v−v、IIはおよそvp(1−(
Wp、/W□、)碌に等しい〕、ここでFITピンチオ
フV、i)Eはtz−1+tPルトは、FET44、P
H10およびPD58でも等しいと推定される。幸わい
ても、しきい宜においてV、か、vPがより負に増して
いく(つれより負になるという傾向は、デルダウンバイ
アスFIT PD 58のIdllsの増加の丸めに■
Po中での相応する増加と関連している。77トダイオ
ードの連なり46.48および50のある有限の順低抗
を考察すると、バイアス電流(でおけるこの↓り加はシ
フト・” ” vahif t ” ”加させ乙だろう
。入力しきい値、JFErより2(シきい値で)とvs
hiftの和として与えられるので、この店果はこれら
2つのターム間のある程度のキャノセレーンヨンでちる
ウ CDFL珊路に訃いて、PD(プルダウン)58の
サイズで央まろ/7トダイオー)”46.48および5
0の直列抵抗とバイアスレベルは、これらのタームの娼
1オーダの完全なキャンセレーションを与えるようIc
注な(突く設計されろことが出来、従って11欠針−ダ
でl徨yf−化するVに対して入力しきい値、1王岐・
−n変化となる( FET44 。
PH10およびPD 5 Bのためにvilが等しくな
るように短距’3 FB’i’リ−jtを再び仮定して
)。この瀉lオーダのキャンセレーションは次のような
仮定す1わち2曹ソリ(td、=に’SV(Vgl−v
、 )り暉T1ぜIE(ここでWはAE8FET”5で
、K′はMESFETI(訃けちプロセス案′2)とダ
イオードにおける直列抵抗とr14η対攻ダイ十−ドモ
デルの和(v2=i、I、+(nscr/q)ムge 
(b/Is )から暇得可能であり、更にここでは!、
は唄バイアス鑞流で、しきい値で(例えばFE!T44
とPH10の電流を同じくするために必!なV、−V、
、値上式な壜照)V、−V、、における変化とV、で等
式化するもので、ここのv Fiv  とシフタ(圧で
変化するものとはp 等しい(しかし反対に)ものである。全体のダイナンツ
ク抵!!1cRBは、N−ダイオードフッタ(好ましい
実施例ではN;3)ではR,=N (R,+ (nkT
/q)/X、)で、ここでnはダイオードの理想因子、
また?−300にでkT/q=0.02585&ルトで
ある。11オーダのキャンセレーションは、!PDRD
”−機(v、−v、、)で弓こるもので、ここで!FD
=”Fは定格シフトダイオ−トノ譬イアス1流であり、
ま憾 たVl−V、、 4Vp(1−(Wpa/%tt ) 
 )はしきい値に訃けるFgTP−ト’KE−t’6る
a平衡はFET K対するPHの寸法比を4択するとか
、シック(p。
58の”DI□)を通るバイアス重4(Ipo)を変更
するか、ま九はシフトダイオード46.48および50
の直列抵抗をそれらダイオ−Pのジェオメト’+(また
はそれらの列中への抵抗体の形成)の変化によって変更
すること等により実行される。PD58のノースとvo
の間に抵抗体を配置侵すれば、V、にともなうIpoの
変化が変ってくる点は注意すべきである。この変更され
た回路〈おいて、v?、IがV、に依存しない設計を生
み出そうとする同様な関係は、当業者なら導き出すこと
が出来る。
論理f−)への入力α流は、もし入力グルアッグ:V流
源56が用パされない場合は、シフトダイオード・バイ
アスレベル(代表的には約0.2mA)に等しくなるだ
ろう。このレベルはそう大き過ぎるものではないが、多
くの応用ではより小さい入力バイアス′、tt iがl
?!まれているために1.倫理回路において100マイ
クロアン(ア以下の実効入口バイアス・’C流を与える
べく、入力デルアッグ56がシフトダイオード・バイア
ス、T1流をゼロまたはキャンセルするために用いられ
得る。
D−ME8FETピンチオツ電圧変化に1男連するr−
ト入力しきい値電圧の第1オーダの独立性のための設計
は、ECL信号レベルと両立し得る回路の製作を可能く
する一方、少くともある種の応用では、そのしきい値電
圧を温度忙依存しないようにしたいとの期待がある。ダ
イオード化おいて一定電流に対する順電圧降下が、実質
的忙温度(直線的に減少する事実は(負の温度係数)、
−見するとCDELを温度忙ついての限界の選択と思わ
せる。
しかしGaA−中の電子1IJF#J度は、絶対温度に
対し逆に変化(μnocT)するので、インfラントさ
れ九〇aAs抵抗体のオーミック抵抗は温度に比例する
(正の温度係a)。そこで再び、注意深い装置と動作点
の設計によれは、V工iftの温度係数を最小にするた
め、・シャンク7目ン(−TO)と抵抗(+TC)の要
素間でキャンセレーションの実質的効果を得ること唸可
能である。勿揄、GaAs部品を適合さすべく考慮され
たECL技術の幾つかは、それ自体突貫的な温度係数を
有している。信号レベルの広いレンジの総てが、これら
様々の処理グループの温度係数を一様だすることは明ら
かに不可能であろう。ある限られた応用においてこの問
題を処理する方法1−j、第3図の回路へのv?lfl
、入力52によシ準備されている。この電圧、通常v0
に対して欠除されている電圧は、I、、(7フタバイア
ス電流)を変化し、それゆえにvahtftを正確にV
thK合わせるようにする。ICL Lきい値電圧(V
□)が与えられると、GaAs l” −ト1.きい値
がICL Lきい値(vl、l)の温度変化を追:博す
るべく必要& VT、□電位を起こすために、1つの単
純なop−amp回路を使用することが出来る。外部の
71m入力からこのT1□Mlt位を発生する九めのフ
ィードI4ツク回路が、このしき偽値追跡を達成する目
的でチップの上に用意することが可能である。この追跡
の原理はICLLきい値電圧に等しい電位vllを、同
じ人カク7り!ffi 侍と同じWPt+対W2゜7比
を持つ等価のCDELケ9−トの中へ入力することでち
り、そのためにその入力1!ELEは能M CDFLケ
°−ト入力と同一である。裏切、ちる増I!シ器が、信
号をその出力しきい値でとのケ′−トの出力を安定する
ようなやり方でVTRIMにフィードバックされる(こ
の負のフィー p z#ラック置は当、亥分野の人には
明らかであろう)。抵抗体をPD58のソースとV□の
間で用いるという上述の形式の用法は、on−chip
フィートノ々ツクにとってより:;1s合がよいもので
、そこではvt*tm jまその啜v0よシももつと負
にされる必梗はなく、V、z J−t1i常チップ上で
制用される最も負のi[立でちる。
CDFL出力回路における9計の:19−ルヘ(は、電
圧(VTT)配列をzcL−+0m立or +jl /
グナルL/ペルでイ冬らせている出力インピーダンス(
RL)の広い範囲を駆動させる0r鷹注を待つことでち
り、代表的には有fan −OR(source−do
tttng) 令F’M4作を、同じノード(node
)を3動する多重GaAsr−ト間で支持することでち
ろうここでの最大の問題は、ノリコンバイポー2805
回路が入力論理rh+ghJで過剰、嘔吻に敏感なこと
であり、それはV工〉−06または−0,5はルトで入
力/譬イポーラトランジスタが1和し、それが「htg
hJが除かれた時にターンオフ時間を著しく劣悪にする
ためである。
一方これと別に、もしMESF ET出力回路が、50
オーム阪送櫟(両方の端で終点となシ、従って実効的に
はRL=254−−ム)の中央点をIl!lK動できる
ように十分に徂状態であれば、必要な出力高(約−0,
8デルト)男l’lJJα流は50mAを1えるであろ
うが、しかるに高インピーダンス凛(例えば−2Vア、
に対して100オーム)であれば、このTI′を流の約
25%だけが心安(約12〜17 raA )となる。
y−トの限定され念イ/ピーダ/ス(約12.5オーム
)の理由で、低い=[流負荷の組合わせを用いた場合は
これが高出力レベルを駆動する傾向があり、それはEC
L回路の実施を認容不能なほど低下させる。
この問題を屏決するために用いられる出力配置を第3図
に示す。基本的な出力装置は1つの大きなソースホロア
(5oure* follover )で(y−ト幅W
は代表的には約600マイクロメータまたはそれよシ大
)あり、そのドレンは0.0キルト(または正)vDD
供給供給液続されておυ、vtlDはクロストーク障碍
を峨けるためvDOLから分離されている。ソースホロ
ア54へのP−ト駆動は、vol)L、に近い高い値か
らV。より僅か大きい低い値であり得、それは代表的に
は−2−pルト出力しペk (V、、 == −3,3
NkトとV、=l、□?’ルトME8FETを用いて)
&ておいて、ソースホロア54の中の実質的にはすべて
の出力1流をカットオフするのに十分なもので、有線−
OR出力操作を許容するものである。ノースホロア54
のサイズは、それをノースとして(vout、vDDo
およびVDOLに依存する7 80 mA1−1J二(
四”°::”370 mh)f<、’、γ容するもので
t)す、VDIIO” ■I)OL ”” 0c11 
” 0では高い出力が”oo□ = ONルトK r4
 j、てI”712.5十−Aにおいて現われる。これ
は1−れた出力0荷1雨の可能性を許容するが、しかし
高インーーダンス負荷では。
その出力へ・毘圧レベルV。、(!’:t、 FCLの
ための最良より高い(例t ’・f、RL、=10Qオ
ーム、v??==2はルトでは、vo111″tl・1
1τ−0,25ヒルトに等しい)だろうという別を、へ
味する。ドライバ・り2ング高1位vociけ、この間
1を除去するノースホロア54へ(ショットキダイオー
ドDDCT(62の順電導の開始を通して)正のゲート
ドライブの制限解瞼のために用い得る。この受動の(p
owerslnklng) v、c、l+袷は(代表的
にBV。。、=−1,75ビルトのオーダで)、使用さ
れる特定の負荷R,。
とvTT17)ために選択される。
v、cHアツt4クラングは位の使用がFC!、出力両
立性の保持のために必要であり得るが、それはvtlc
f。
低クランプ供給の九めの一般的なケースではなく、その
理由はシリコンバイポーラECL回路は負の信号過剰駆
1[vlL感ではないからでちる。選択のvDcL(ド
ライバクランプ、@)供給(速度飽和ダイオードDDC
L61の@1E導の開始を通して操作される)は、性能
の1a化を受容すべく、III!i!され、前に2i漬
した(嘆2 I’m ’) VLcI、i位と回吸なや
り方で、特に大きな亀のvTT値(例えばV、T+=−
3,3ぜルトまたは−5,2キルト)で用意される。v
LcLと共KvDcL、t#給の使用は、チツ!・譬ワ
ーのデシ(−ジョン(dla*1Pation)を僅か
増加するが、しかしDDCL 61 (第3図)で竹に
述べた特殊の速度−相和ショットキダイオード構造の使
用は、この効果を最小にする。
コンデノナダイオード−FET1Jt理回路へのアプロ
ーチは、エンハンスメント形回路の指向によるf)−M
gSF’ET 7”イジタル回路において負is流効率
を取得している。該アプローチは哨単で無理がなく、歩
留り中性「七〇′−1!n的な低下を生ずることなく、
優れた装jt+f・ぐラメタの融・i比をも町1逮にす
る。
必要とされるシフトコンデンサ(DCAP )面積は、
CDFLダートにλ真分子IS力口するものであるが、
そのlff1i積の不利は小さく1,1占未としての回
路面積は5DFLよシ大きいが、D−MIC8FET 
(例えばBFL )を嘲えた曲のFET:會岨回路の1
1ローチと同程度である。該CDFLア7’a−チはま
た、それ自身しきい11任−制御l10r’N遺の遂行
を逼供するもので、第3図と1シj連して11じたF、
CM、 I10回路のようなものである。
CDFL r −)で達成された性能は、入力、論理、
出力回路においてdaから3 GHl Qiの動作であ
る。
第3図のI10回路は、有限の50オームライ/入力か
ら十分にクランプされた入力を、出力論理遅延に与える
ことが出来るが、入力保護とジット回路を介し、論理ス
テージを介し、また50オームラインの中への出力ドラ
イバーを介−ノるもので、75ピコ秒のように小さいも
のである。標準の1マイクロメータの?−)長さを持つ
GaAs IC法で組立てた通常のNOR?−)−装備
エツジトリfD−FFは、デバイダ−(diマ1d@r
)配置でクロッ午ング周波数が30Hgまたはトグル周
波数が30HXであることを示した。変更された供給レ
ベルではあるがCDFL回路のアプローチが用いられた
が、この場合は多少特殊なツリッグフロツゾ配置(相補
性<1) −AND/NORオヨびOR/NAND −
r −)配列を達成させるべく二重f−)および直列−
並列論理1ば組合わせを用いている)を有しており、単
一の(相補性でない)クロック人カデ/4イ〆において
、定格の4 GK!最大トグル周波数を得ようとする目
的のものである。1GOr−)複合M8I回路の中で÷
2.÷41÷81÷16.÷32.÷64および÷12
8を有する高速度出力を備えるGaA−デバイダを考え
ると、3 GHIクロックレートまでの動作は約600
111WL、か放散せず(vT?およびRL、に依って
1代表的【は25かまたは40 mWのどちらかを用い
る負荷v、、t4ワーを除いて)、これらCDFL G
aAs rcが、最小のノ臂ワー需要と共に特別によい
性能を示すことが明らかである。
これまで本発明の好ましい実施例を説明し、かつ図示し
たが、種々の変更例が当業者にとっては明らかであろう
し、またそのような唸ての変更の類いは提出されたクレ
ームの内容の範囲に含まれるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
第1図はCDF’L i圧シック回路を、第2凶は出力
CDFLレベルシックを有する代表的なCDFLNOI
I”−)回路を、また第3図は、禽理インバータのため
のECL−両立可能CDFL入力/出力回路を示す。・ 10.20・・・コンデンサ(DCAP )、12,1
4゜16・・・ショットキダイオー−120・・・負荷
静電容・1.22・・・シフタ1倚、24,26.28
・・・D−MISF’ET、 33・・・グルアッグ負
荷、34・・・選択されるダイオード1.35・・・ゾ
ルダウン負荷、38・5ATR(飽和抵抗体またはD−
MESFET )、46゜48.50・・・シフトダイ
オード、58・・・PD160・・・PU。 出願人 シ゛カ゛ビット・ロシ゛ブ2イシゴー”6イテ
クト一代−人 11FFl−川 口 義 雄 手続補正書 昭和61年1月13日 特許庁長官 宇 賀 道 部 殿 1、事件の表示   昭和601[特許願第23509
0号2 発明の名称   コンデンサダイA−ドFET
論理回路3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 名 称    ジガビット・ロジック・インコーポレイ
アツド 4、代 埋 人   東京都新宿区新宿1丁目1番14
号 山田ビル(郵便?I号160)電話(03)  3
54−86235.71+正命令の日付   自 発 6、補正により増加する発明の教 7、補正の対雫   図面 8、補正の内容   正式図面を別紙の通り補充する。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)バイアス装置が並列に静電容量装置に接続されて
    おり、前記バイアス装置と前記静電容量装置の並列組合
    せが半導体集積回路の入力および出力の間において制御
    された電圧シフトを与えるべくシンキング装置に直列に
    接続されているAC信号電流の通過のための固定電気電
    位シフテング装置。
  2. (2)前記半導体集積回路がGaAs装置である特許請
    求の範囲第1項に記載の装置。
  3. (3)前記バイアス装置が少くとも1つのショットキダ
    イオードを含み、前記静電容量装置が単位面積当り大き
    な静電容量の逆バイアスされたショットキダイオードで
    ある特許請求の範囲第1項に記載の装置。
  4. (4)前記静電容量装置が単位面積当り大きな静電容量
    の逆バイアスされたショットキダイオードを含み、前記
    ダイオードは前記ダイオードへのショットキメタル接点
    と前記ダイオードのカソードへ接続する第2レベルメタ
    ル電極とから形成されるMIM静電容量装置と並列であ
    り、前記MIM静電容量装置が前記ショットキメタル接
    点の上であるが該接点からは薄い絶縁層で分離されて設
    けられている特許請求の範囲第1項に記載の装置。
  5. (5)前記シンキング装置がD−MESFETである特
    許請求の範囲第2項に記載の装置。
  6. (6)前記シンキング装置がそのソース導線に接続され
    た抵抗体を有するD−MESFETである特許請求の範
    囲第5項に記載の装置。
  7. (7)静電容量装置に並列に接続されたバイアス装置を
    含み、前記バイアス装置と前記静電容量の並列の組合わ
    せがシンキング装置に直列に接続されている固定電圧装
    置。
  8. (8)前記バイアス装置および前記静電容量装置が高い
    入力電圧スイングから論理回路を保護するために飽和抵
    抗体装置とクランピング装置とに接続されている特許請
    求の範囲第1項に記載の装置。
  9. (9)高い入力電圧スイングから論理回路を保護するた
    めに飽和抵抗体装置に接続されたクランピング装置から
    なる半導体入力を保護するための保護装置。
  10. (10)スイッチング装置が電導性の状態にある際に負
    の電位流出を減少するために電流ソース装置とスイッチ
    ング装置とに接続された飽和ダイオードからなる負電圧
    スイング制限装置。
  11. (11)スイッチング装置が非電導性の状態にある際に
    正の電位流出を減少するために電流ソース装置とスイッ
    チング装置とに接続されたショットキダイオードからな
    る正電圧スイング制限装置。
  12. (12)正の出力電圧レベルを制限するために、電流ソ
    ース装置、スイッチング装置及び出力駆動装置に接続さ
    れたショットキダイオードからなるGaAs出力電圧ス
    イング制限装置。
  13. (13)負の出力電圧レベルを制限するために、電流ソ
    ース装置、スイッチング装置ならびに出力駆動装置に接
    続された飽和ダイオードからなるGaAs出力電圧スイ
    ング制限装置。
JP60235090A 1984-10-22 1985-10-21 コンデンサダイオ−ドfet論理回路 Pending JPS61142820A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US66325384A 1984-10-22 1984-10-22
US663253 1984-10-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS61142820A true JPS61142820A (ja) 1986-06-30

Family

ID=24661044

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60235090A Pending JPS61142820A (ja) 1984-10-22 1985-10-21 コンデンサダイオ−ドfet論理回路

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JPS61142820A (ja)
DE (1) DE3537404A1 (ja)
FR (1) FR2572234A1 (ja)
GB (1) GB2166312A (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4965863A (en) * 1987-10-02 1990-10-23 Cray Computer Corporation Gallium arsenide depletion made MESFIT logic cell
US4970413A (en) * 1987-10-28 1990-11-13 Gigabit Logic VBB-feedback threshold compensation
US5852367A (en) * 1992-09-01 1998-12-22 International Business Machines Corporation Speed enhanced level shifting circuit utilizing diode capacitance
JP3315178B2 (ja) * 1993-02-19 2002-08-19 三菱電機株式会社 レベルシフト回路
US6605974B2 (en) * 2001-07-31 2003-08-12 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson(Publ) Level shifter with gain

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB875785A (en) * 1959-05-04 1961-08-23 Foxboro Co Electrically operated apparatus for remote measuring
DE3003738C2 (de) * 1980-01-31 1984-01-19 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Elektronische Verbindungsschaltung
JPS57176837A (en) * 1981-04-24 1982-10-30 Hitachi Ltd Level shift circuit
JPS5819033A (ja) * 1981-07-27 1983-02-03 Nec Corp 基本論理回路
JPS5862939A (ja) * 1981-10-09 1983-04-14 Hitachi Ltd 論理回路
JPS5892140A (ja) * 1981-11-26 1983-06-01 Mitsubishi Electric Corp 半導体論理回路装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE3537404A1 (de) 1986-04-30
GB8525975D0 (en) 1985-11-27
GB2166312A (en) 1986-04-30
FR2572234A1 (fr) 1986-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9722609B2 (en) Integrated level shifter
US8878387B1 (en) Multi-level stack voltage system for integrated circuits
US4701642A (en) BICMOS binary logic circuits
TW202015316A (zh) 功率電晶體控制信號閘
JPH02292914A (ja) 非負荷形出力駆動回路と出力信号を供給する方法
US4844563A (en) Semiconductor integrated circuit compatible with compound standard logic signals
US20240014811A1 (en) Gated tri-state inverter, and method of operating same
US20200044648A1 (en) Level shifting in a gan half bridge circuit
US6066971A (en) Integrated circuit having buffering circuitry with slew rate control
JPS61142820A (ja) コンデンサダイオ−ドfet論理回路
US11916376B2 (en) Overdrive electrostatic discharge clamp
US5479116A (en) Level conversion circuits for converting a digital input signal varying between first and second voltage levels to a digital output signal varying between first and third voltage levels
US4496856A (en) GaAs to ECL level converter
US4912745A (en) Logic circuit connecting input and output signal lines
US4810905A (en) Capacitor coupled push pull logic circuit
US4978904A (en) Circuit for generating reference voltage and reference current
WO1991015060A1 (en) High speed logic and memory family using ring segment buffer
CN110120659A (zh) 静电放电保护装置
JPH03501918A (ja) 集積可能な同期整流器
US5173622A (en) Source coupled logic circuit with reduced power consumption
JP3547906B2 (ja) 半導体集積回路装置
JPS62257217A (ja) ドライバ回路を有する集積回路
US5087836A (en) Electronic circuit including a parallel combination of an E-FET and a D-FET
CN113783176B (zh) 一种浪涌保护电路以及芯片
JPH0720059B2 (ja) トランジスタ回路