JPS6235714A - 論理回路 - Google Patents

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】 ［技術分野］ この発明は、半導体回路技術さらには電流切換型の論理
回路に適用して特に有効な技術に関する。

［背景技術］ ＥＣＬ（エミッタ・カップルド・ロジック）回路と呼ば
れる電流切換型の論理回路において、大振幅の入力信号
から入力側および参照電圧側のトランジスタを保護する
ため、第２図に示すようなりランプ用トランジスタＱ３
−Ｑ４を接続してなるＥＣＬ回路が提案されている（特
開昭５８−２０７７２３号） 上記ＥＣＬ回路は、入力端子にＶｃｃのような高レベル
の入力信号Ｖｉｎが入って来た場合には、トランジスタ
Ｑ４がオン状態になって、入力トランジスタＱ１のベー
ス電位を、トランジスタＱ４のベース・エミッタ間の順
方向電圧ＶＢＥ４により、Ｖｒｅｆ＋ＶｏＥ４にクラン
プする。また、入力端子にＶやのような低いレベルの入
力信号Ｖｉｎが入って来た場合には、トランジスタＱ３
がオン状態になって、入力トランジスタＱ２のベース電
位を、トランジスタＱ３のベース・エミッタ間の順方向
電圧ＶＢＥ３によりＶｒｅｆ−ＶＩＣＥ３にクランプす
るというものである。

これによって、トランジスタＱ１とＱ２のベース・エミ
ッタ間が逆方向にバイアスされないようにして、ベース
・エミッタ間接合の破壊を防止することができる。

しかしながら、上記先願発明においては、特に高レベル
の入力信号Ｖｉｎが入って来てクランプ用トランジスタ
Ｑ４がオンされたときに、そのベース電流のｈＦＥ倍（
ｈＦＥは直流電流増幅率）のコレクタ電流が、基準電圧
（参照電圧）Ｖ　ｒ　ｅ　ｆを発生する基準電圧発生回
路内に流れ込んでしまう。そのため、このような大きな
電流が流れ込む）と１発生される基準電圧Ｖ　ｒ　ｅ　
ｆが変動され、基準電圧発生回路を共通にする複数のＥ
ＣＬ回路における動作マージンが低下してしまうという
問題点があることが本発明者によって明らかにされた。

［発明の目的］ この発明の目的は、電流切換型の論理回路において、大
振幅の入力から各トランジスタを保護し。

しかも基準電圧の変動を抑えて回路の動作マージンの低
下を防止できるようにすることにある。

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては、本明細書の記述および添附図面から明かにな
るであろう。

・［発明の概要］ 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、電流切換型の論理回路を構成する入　　。

力側トランジスタのベースに、コレクタが回路の第１と
第２の電源電圧に各々接続されたクランプ用のＰＮＰト
ランジスタとＮＰＮ）−ランジスタのエミッタを共通に
接続するとともに、それらのトランジスタのベースには
参照電位となる基準電圧を共通に供給させるようにする
ことによって、基準電圧発生回路の側にはクランプ用ト
ランジスタのベース電流のみしか流れ込んだり流れ出し
たりしないようにして、大振幅の入力から各トランジス
タを保護し、しかも基準電圧の変動を抑えて回路の動作
マージンの低下を防止できるようにするという上記目的
を達成するものである。

［実施例］ 第１図は本発明をＥＣＬ回路に適用した場合の一実施例
を示す。

第１図において、互いにエミッタが共通に接続された一
対の差動形態のトランジス、りＱｌ、Ｑ２と、そのエミ
ッタ側に接続された定電流源工。およびコレクタ側に接
続された抵抗Ｒｃ１　、Ｒｃ２とによって電流スイッチ
回路が構成されている。

この実施例では、トランジスタＱ１のベースと入力端子
とのに抵抗Ｒｉ　ｎが、またトランジスタＱ２のベース
に基準電圧Ｖ　ｒ　ｅ　ｆが印加されている。

そして、上記電流スイッチ回路の第１の入力ノードすな
わち抵抗Ｒｉ　ｎとトランジスタＱ１のベース端子との
接続ノードｎ１には、ＮＰＮトランジスタＱ３とＰＮＰ
トランジスタＱｓのエミッタがそれぞれ共通に接続され
ている。このうち、ＮＰＮトランジスタＱ３のコレクタ
は電源電圧Ｖｃｃに、またＰＮＰトランジスタＱ５のコ
レクタは電源電圧Ｖゆに各々接続されている。さらに、
トランジスタＱ３とＱ５のベースは、電流スイッチ回路
の第２の入力ノードｎ２に共通に接続され、基準電圧Ｖ
　ｒ　ｅ　ｆが供給されるようにされている。

上記のごとき構成のＥＣＬ回路においては、入力側トラ
ンジスタＱ１のベースにＶゆのような低いレベルの入力
信号Ｖｉｎが入って来たときには。

第２図に示すＥＣＬ回路と同じように、トランジスタＱ
３がオン状態になって、トランジスタＱ１のベース電位
はトランジスタＱ３のベース・エミッタ間順方向電圧Ｖ
ＢＥ３によって、Ｖｒｅｆ−ＶＢＥ３にクランプされる
。このとき、トランジスタＱ１のエミッタ電圧は、参照
電圧側トランジスタＱ２のエミッタ電圧Ｖｒｅｆ−Ｖａ
Ｅ２であるため、低いレベルの入力信号Ｖｉｎが入って
来てもトランジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧はほ
ぼＯｖにされ、逆バイアスされることがない。

また、基準電圧Ｖ　ｒ　ｅ　ｆを供給する基準電圧発生
回路（図示省略）からは、トランジスタＱ３に対して非
常に小さなベース電流が流れ出すにすぎない。

一方、この実施例のＥＣＬ回路にＶｃｃのような高いレ
ベルの入力信号Ｖｉｎが入って来たときには、トランジ
スタＱ５がオン状態になって、トランジスタＱ１のベー
ス電位はトランジスタＱ５のベース・エミッタ間順方向
電圧ＶＢＥ６によってＶｒｅｆ＋ＶａＥｓにクランプさ
れる。そのため、トランジスタＱｌ、Ｑ２の共通エミッ
タの電圧はＶ　ｒ　ｅ　ｆ　Ｉｃされ、トランジスタＱ
２のベース・エミッタ間が逆バイアスされることがない
。しかも、このとき、基準電圧Ｖｒｅｆを供給する基準
電圧発生回路には、オンされているクランプ用トランジ
スタＱ５のベース電流が流れ込むすぎない。

つまり、第２図に示すような形式のＥＣＬ回路では、高
いレベルの入力信号Ｖｉｎが入って来たときに、トラン
ジスタＱ１のベース電位をクランプするトランジスタＱ
４のベース電流のｈＥ、倍の電流が基準電圧発生回路内
に流れ込んでいた。

これに対し、本実施例のＥＣＬ回路（第１図）では、高
いレベルの入力信号Ｖ　ｉ　ｎが入って来てもトランジ
スタＱ５に流される電流のうち大部分はコレクタ電流と
なって電源電圧ｖＥ、：の側へ流れ、基＄電圧発生回路
の側にはそのｂＰＥ分の１のベース電流が流れ込むにす
ぎない。

そのため、基準電圧発生回路において発生される基準電
圧Ｖ　ｒ　ｅ　ｆの変動が第２図の回路に比べて非常に
小さくなる。

このように、本実施例に従うと、大振幅の入力信号Ｖ　
ｉ　ｎが入って来ても電流スイッチ回路を構成する１ヘ
ランジスタＱ１とＱ２ベース・エミッタ間に過大な逆バ
イアス電圧が印加されるのが防止され、ベース・エミッ
タ間接合の破壊が防止される。しかも、大振幅の入力信
号Ｖｉｎが入って来たときに、クランプ用トランジスタ
Ｑ３＝Ｑｓを通して基準電圧発生回路から大きな電流が
流れ出したり、流れ込んだりすることがないので、基準
電圧Ｖ　ｒ　ｅ　ｆの変動が抑えられ、基準電圧発生回
路を共通にするＥＣＬ回路における動作マージンが低下
されるおそれもなくなる。

また、大振幅の入力信号Ｖ　ｉ　ｎに対しトランジスタ
Ｑｚ　、Ｑ２のベース・エミッタ間接合の破壊が防止さ
れるため、ＴＴ、ＬレベルやＣＭＯＳレベルのような大
振幅の信号が入力可能になり、これによって、ＥＣＬ回
路およびＴＴＬ回路やＣＭＯ８回路等の混在したＬＳＩ
を構成できるようになる。

なお、現在のバイポーラプロセスの技術では、ＮＰＮト
ランジスタに比べてＰＮＰトランジスタの動作速度は遅
くなる。そのため・、上記実施例のようにＰＮＰトラン
ジスタをクランプ用トランジスタＱｓとして使用すると
、ＥＣＬ回路の論理動作速度が多少低下すると予想され
る。しかしながら、発明の初期の目的がＣＭＯ３やＴＴ
Ｌ等比較的低速度の論理入力に対してＥＣＬ回路を直接
適用することにある以上、ＥＣＬ回路本来の高速動作が
不要である。従って、電流制限用抵抗Ｒｉ　ｎによる論
理動作速度の低下と同様、ＰＮＰトランジスタの使用に
よる論理動作速度の低下はあまり問題とならない。

口効果］ Ｅ　ＣＬ回路を構成する入力側トランジスタのベースに
、コレクタが回路の第１と第２の電源電圧トこ各々接続
されたクランプ用のＰＮＰトランジスタとＮＰＮトラン
ジスタのエミッタを共通に接続するとともに、それらの
トランジスタのベースには参照電位となる基準電圧を共
通に供給させるようにしたので、基準電圧発生回路の側
にはクランプ用１−ランジスタのベース電流のみしか流
れ込んだり流れ出したりしないという作用により、大振
幅の入力から各トランジスタを保護し、しかも基準電圧
の変動を抑えて回路の動作マージンの低下を防止できる
という効果がある。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。例えば上記実施例では１
入力型ＥＣＬ回路に適用したものについて説明したが、
入力側トランジスタＱ１と並列に複数個のトランジスタ
が接続された多入力型ＥＣＬ回路にも適用することがで
きる。ただし、その場合には、各入力用トランジスタご
とに、上記実施例で示したような電流制限用抵抗Ｒｉｎ
とクランプ用のトランジスタＱ３＋Ｑ５とからなる振幅
制限回路を設けてやる必要がある。

［利用分野］ 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるＥＣＬ回路に適用し
たものについて説明したが、この発明はそれに限定され
るものでなく、ＳＴＬ　（セミ・スレッシゴールド・ロ
ジック）回路その低電流切換型論理回路一般に利用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をＥＣＬ回路に適用した場合の一実施例
を示す回路図。 第２図は従来の大振幅入力用ＥＣＬ回路の一例を示す回
路図である。 Ｑｌ・・・・入力側トランジスタ、Ｑｓ、Ｑｑ−Ｑｓ・
・・・クランプ用トランジスタ、Ｉｏ・・・・定電流源
。 Ｒ４ｎ・・・・電流制限用抵抗、Ｖｉｎ・・・・入力信
号、Ｖｒｅｆ・・・・基準電圧（参照電位）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、振幅制限されるべき入力信号が供給される第１入力
   ノードと基準電位が供給される第２入力ノードとを持つ
   電流スイッチ回路と、エミッタが上記入力ノードに共通
   接続されかつベースには上記基準電位が共通に供給され
   るＰＮＰトランジスタおよびＮＰＮトランジスタと、入
   力端子と上記第１入力ノードとの間に設けられた抵抗手
   段とからなることを特徴とする論理回路。