JPS62274924A - 集積注入論理出力回路 - Google Patents

集積注入論理出力回路

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JPS62274924A
JPS62274924A JP62097674A JP9767487A JPS62274924A JP S62274924 A JPS62274924 A JP S62274924A JP 62097674 A JP62097674 A JP 62097674A JP 9767487 A JP9767487 A JP 9767487A JP S62274924 A JPS62274924 A JP S62274924A
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JP
Japan
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current
transistor
output
circuit
gate
Prior art date
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JP62097674A
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Inventor
エリック・ルイス・ニューマン
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International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
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Publication date
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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
    • H03K19/018Coupling arrangements; Interface arrangements using bipolar transistors only
    • H03K19/01806Interface arrangements
    • H03K19/01818Interface arrangements for integrated injection logic (I2L)
    • 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
    • H03K19/00376Modifications for compensating variations of temperature, supply voltage or other physical parameters in bipolar transistor circuits

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mathematical Physics (AREA)
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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】 3、発明の詳細な説明 A、産業上の利用分野 本発明は集積注入論理の出力回路に係る。
B、従来技術 集積注入論理(I”L)回路は、現在当分野で定着して
おり、技術文献に広く発表されている。
たとえば、IEEEジャーナル・オブ・ソリッド・ステ
ー1〜・サーキツツ、Vol、 SC−7、No、 5
.1972年10月、p、、34.0およびp、346
にに所載の論文が注目される。I2Lのコンセプトは、
本質的に反転単一コレクタ・トランジスタまたは反転複
数コレクタ・トランジスタに基づいている。これらの1
−ランジスタは、それらのエミッタ・ベース接合付近(
1拡散距離程度)の直接少数キャリア注入によって給電
される。このバイポーラ論理は、スイッチング時間が非
常に短がい。
さらに、この考え方は、極めて高度に集積された大規模
論理回路に適している。
第2A図に、大規模集積(LST)回路構造の一部の概
略図を示しである。この構造は、それぞれ分離領域2に
接している工2Lセル]−のアレイを含んでいる。第2
B図は線A、 −Aに沿った断面図である。1つのセル
の等価回路が第3図に示しである。手短かにいうと、高
度にドープされたN+型材料からなる層3がLSI構造
用の基板となる。
各セル1は、N+基板3上にエピタキシャル成長された
N−型材料のWjNlに形成される。P型材料の領域P
1とP2が、層N1に拡散され、数個の、この場合4つ
のN+型材料からなる領域N2゜1、N2.2、N2.
3、N2.4が、領域P2に拡散される。高度にドープ
されたN+型材料がセルの本体を突き抜けて下にある基
板3に拡散され、各セルを効果的に分離するはしご状の
分能構造2が形成される。
このセル構造は、横方向半導体列PL/Nu/P2と、
それに結合された縦方向半導体列N2/P2/Nlをも
たらす。二酸化ケイ素の保護層4がLSIの表面をおお
い、また複数の穴を備えている。これらの穴を通して、
P型拡散領域P1、P2と4つのN型拡散領域2.土、
2.2.2゜3.2.4が接続できる。
4出力のゲートとして働く基本セルの等価回路が、第3
図に示しである。この構成では、横方向注入PNP ト
ランジスタT1が、4コレクタの縦方向反転NPN多重
トランジスタT2に注入電流■Jを供給する。ゲー1〜
への入力は、P2領域に接続された入力導線5を介して
印加され、多重トランジスタ1゛2の4つのコレクタ電
極のいずれか1つあるいはすべてから、それぞれ2.1
.2゜2.2.3および2.4領域に接続された出力導
線6.1.6.2.6.3および6.4を介して出力が
取り出される。
動作の際には、たとえば、先行のゲートの低レベル出力
(0,1ボルト)から、入力導線5で有効な短絡が生じ
ると、注入電流1.Tが注入トランジスタを介して大地
に流れる。したがって、多電極反転1〜ランジスタT2
はオフの状態を維持し、出力導線は(それらの導線が適
切な負荷に接続されているものと仮定して)高電圧(後
続ゲートへの人力として接続される場合7ボルト)に維
持される。たとえば、先行のゲートの高いレベル出力、
(0,7ボルト)から、入力端子で有効な開路が生じる
と、注入電流IJは、注入トランジスタT1を介して反
転1〜ランジスタT2のベース領域に流れ、1〜ランジ
スタT2を導通させる。したがって、出力導線の電圧は
、低レベル(負荷が後続の同一ゲートによってもたらさ
れる場合0.1ボルト)に降下する。
これが、I2L装置の通常の動作であり、出力コレクタ
がある電圧、一般にデバイス電圧Vbe、から接地電圧
へあるいはその逆に引っ張られる。
こうしたゲートの組合せを相互接続すると、周知のよう
に出力ノードで論理機能がもたらされる。
I”L回路の問題点は、反転装置の破壊電圧が低いため
、比較的高電圧で動作する他の回路髪直接駆動させるの
に使用できないことである。したがって、出力ノードの
論理状態を示す出力信号を生成するために、I2L回路
の組合せの出力ノードに必要な電流を供給する働きをす
る出力回路が必要とされている。
(チップ上の)内部I2L信号レベルを、VTLなどの
外部信号レベルに変換する代表的な回路が、第4図に示
しである。この図には、数個の■2L論理ブロックが、
出力ノード8に接続された状態で示されている。I2L
の組合せの論理状態を調べるには、I2Lゲートの内部
注入電流1.に近い値をもつ電流IDを出力ノード8に
供給しなければならない。I2Lの組合せの論理状態に
応して、この電流■Dは、大地に流れるか、または1〜
ランジスタT3のベースに導びかれる。前者の場合、そ
のベースがノード8に接続されている出力トランジスタ
T3はオフのままに保たれるか、または、オンからオフ
に変わる。後者の場合、トランジスタT3はオンのまま
に保たれるか、またはオフからオンに変わる。出力トラ
ンジスタは実際のオンチップ・トランジスタであり、大
きいベータおよび高いコレクタ/ベース、コレクタ/エ
ミッタ破壊電圧を有する。出力端子9は、トランジスタ
T3のコレクタに接続されている。このトランジスタT
3は、VTLの場合5ボルトなど比較的高い供給電圧か
ら動作する。
この従来技術の回路には、第3図に関して前述した注入
]−ランジスタT4と多重コレクタ反転トランジスタT
5から成る■2Lゲート10が組み込まれている。ゲー
ト10は、このゲートが反転トランジスタT5のベース
をそのコレクタに短絡させる追加接続が設けられて改造
されている点で、標準型のものではない。
ゲートへの入力接続はない。このゲートは、改造の結果
、初歩的な電流ミラーとして機能し、注入トランジスタ
T4から供給される注入電流IJに近似するミラー電流
を反転1−ランジスタT5のコレクタ中に供給する。こ
の電流は、さらにトランジスタT6、T7、T8から成
る通常の電流ミラーによって再現されて、ノード8に質
問電流を供給する。
C0発明が解決しようとする問題点 実際には、第4図の回路にはいくつかの欠点があり、そ
のため電流工。は不完全にしか定義されない。まず第1
に、ミラー機能をもたらす、■2Lゲート中の反転組合
せを構成するNPN トランジスタは、整合特性が極め
て不十分である。工2Lゲートは、組合せNPNトラン
ジスタに、NPNベータに反比例する大きなベース駆動
電流を供給する。r’NP電流ミラーは、異なった電源
を使うので、それに応じてコレクタ電圧が異なる。すな
わち、トランジスタT6のVceは2Vbeであるが、
トランジスタT8のV c eはV −V b aであ
る。ただし、■は供給電圧である。通常の技術でのPN
Pトランジスタのコレゲタ傾斜抵抗は低く、かつ温度依
存性があるので、電流工、の定義精度が低下する。この
回路を実際に使うと、これら3つの欠点の累積効果によ
って、■、の値が注入電流1.Tの値より約30%下が
る。最後に、異なる電源を使うと、回路の耐雑音性が減
少する。
このことがもう一つの欠点である。
D0問題点を解決するための手段 本発明によれば、複数個のI2Lブロックの出力ノード
に質問電流を供給する働きをする変換回路は、入力端子
および出力端子を1つずつ有するI 2Lゲートを備え
ている。出力端子は制御入力として2つの実質的に同一
の電流〃Kに接続され、この電流源の1つから発生する
電流が入力とじて=7− 電流ミラーに印加され、電流ミラーの出力が、■2Lゲ
ートの入力端子に接続され、もう一方の電流源からの電
流は、前記の質問電流として前記出力ノードに供給され
る。
E、実施例 次に本発明の好ましい実施例を、添付図面の第1図に関
連して説明する。第1図において、出力変換回路は、上
記の場合と同様に論理回路7(7゜1.7.2.7.3
、・・・・)の出力ノード8に質問電流を供給しなけれ
ばならない。出力トランジスタT3は、第4図に関連し
て説明した従来技術の場合と同様に、出力ノード8に接
続されており、論理回路7の論理状態を表わす出力信号
を出力端子9に供給する働きをする。本発明の出力変換
回路で必要とされるのは、この回路が、従来技術の対応
する回路の質問電流IDよりもI”Lゲートの内部注入
電流IJに近い値の質問電流■。′を供給することであ
る。
第1図の変換回路は、上述のように横方向注入トランジ
スタT9と多重トランジスタ縦方向反転=8− トランジスタTIOから成る従来のI2Lゲート1−1
を含んでいる。ゲート11への入力は、導線12を介し
て共通の注入コレクタおよびインバータ・ベース領域(
第3図のP2に対応)に接続される。その出力は、多重
トランジスタT 1. Oのコレクタの1つに接続され
た導線13を介して取り出される。多重導体反転トラン
ジスタは必要不可欠なものではなく、また単一反転トラ
ンジスタに唯一のコレクタ出力を供給するように構成さ
れたI2Lゲートだけが必要なことを指摘しておく。
ただし、LSIレイアウト上の利用可能なゲートに多重
コレクタ装置が組み込まれることはよくありそうなので
、この構造の方が、より現実を表わしているものと思わ
れる。I2Lゲートからの出力導線1:3は、2つの同
一な、あるいはほぼ同一なPNP トランジスタTll
とT12のベースに接続されている。この2つのトラン
ジスタのエミッタは、共通給電レールVに接続される。
トランジスタTllのコレクタは、NPNトランジスタ
T13と、T14から成る従来の電流ミラーの入力に接
続されている。この′電流ミラーの出力は、■2Lゲー
ト11の入力である導線12に直接接続されている。ト
ランジスタT12のコレクタは、論理出力ノード8に直
接接続されている。
この回路の動作を理解するには、すべての装置がオンに
なる過程にあるという状況を考えるとよい。すなわち、
注入トランジスタT9からの注入電流IJが増大すると
、反転トランジスタTIOは、オンになる。出力導線1
3の電圧降下によって、電流供給PNP l−ランジス
タTllとT12が等しくオンになり、それぞれのコレ
クタに電流ID′ を生じる。
コレクタ電流I、/がトランジスタTllからミラー人
力へ流れると、トランジスタT13とT14が等しくオ
ンになる。ミラー・トランジスタT14がオンになると
、電流ミラーへの入力電流■、′に等しい量だけ、I2
Lゲート11の反転トランジスタT10のベースから注
入電流IJが奪われることになる。したがって、この帰
還ループは、はぼすべての注入電流がミラー・トランジ
スタボ」−4に流れ、したがって、極めてわずかなベー
ス電流が反転トランジスタTIOに流れ込むとき安定す
る。PNPトランジスタT]−1とT12のベータ値を
10と仮定すると、それらの合成ベース電流と反転トラ
ンジスタのコレクタ電流は、2ID’/10である。又
、NPN反転トランジスタT 10のベータ値を6と仮
定すると、回路に維持するのに必要なベース電流は、わ
ずかID′/30である。したがって、安定状態のとき
、出力ノード8に流入する質問電流■D′の値は、注入
電流■、より約3%だけ小さくなる。このことは、注入
電流IJより約30%小さくなる。このことは、注入電
流1.Tより約30%小さくなる従来技術の対応する質
問電流の値に比べて、精度が大幅に向上したことを示す
。2つの電流供給トランジスタTllと、T12のコレ
クタ電圧はあらゆる点からみて同一であることに留意す
べきである。したがって、トランジスタT12のVce
は、Vbe(T1.3)であり、トランジスタT1□の
VceはV−Vbe(T3)である。PNPトランジス
タTllをとT12用のエミッタ抵抗を含め、かつダー
リントン出力を使用することによって、この回路が改良
できる。本発明による変換回路は能動装置を1個余分に
有しているが、実際には使用する技術に応じてNPN)
−ランジスタの2〜3倍の面積を占めるPNPトランジ
スタが1つ少ないので、それが占める空間は同じかより
狭い。最後に、本回路の注入電流は、その動作に影響を
与えることなく様々な応用例の必要に応じて最高20ま
でに変えることができる。
F0発明の効果 1、この回路は、注入電流値に依存しない。
2、この回路は、上記の従来技術の変換回路よりも多く
の駆動電流を供給する。
3、この回路は、従来技術の回路より小さい。
4、この回路は、従来技術の回路の約半分の電源電圧し
か必要としない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す回路図。 第2A図は、I2Lセルのプレイを含む従来の=12− LSI回路構造の一部分を示す平面図。 第2B図は第2A図の一点鎖線A−Aに沿った断面図。 第3図は従来のI ” Lセルの等価回路を示す回路図
。 第4図は従来の出力回路を示す回路図。 出願人  インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人  弁理士  頓  宮  孝  −(外1名)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 複数の集積注入論理ブロックの出力ノードに質問電流を
    供給する集積注入論理出力回路であつて、入力端子およ
    び出力端子を有する集積注入論理ゲートと、 前記出力端子上の信号により制御される第1および第2
    の電流源と、 前記第1の電流源からの電流を入力として受取り、出力
    を前記入力端子へ供給する電流ミラーとを具備し、 前記第2の電流源からの電流を前記質問電流として用い
    ることを特徴とする集積注入論理出力回路。
JP62097674A 1986-05-22 1987-04-22 集積注入論理出力回路 Pending JPS62274924A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP86303885A EP0246371B1 (en) 1986-05-22 1986-05-22 Integrated injection logic output circuit
EP86303885.7 1986-05-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS62274924A true JPS62274924A (ja) 1987-11-28

Family

ID=8196015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62097674A Pending JPS62274924A (ja) 1986-05-22 1987-04-22 集積注入論理出力回路

Country Status (4)

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US (1) US4740720A (ja)
EP (1) EP0246371B1 (ja)
JP (1) JPS62274924A (ja)
DE (1) DE3676816D1 (ja)

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