JPS6266716A - Cmos論理レベルの差動入力の変換回路 - Google Patents

Cmos論理レベルの差動入力の変換回路

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JPS6266716A
JPS6266716A JP61219081A JP21908186A JPS6266716A JP S6266716 A JPS6266716 A JP S6266716A JP 61219081 A JP61219081 A JP 61219081A JP 21908186 A JP21908186 A JP 21908186A JP S6266716 A JPS6266716 A JP S6266716A
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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】 産業上の利用分野 本発明は、論理回路に関し、特に第1の論理ファミリー
に対応する入力信号をCM OS論理フリップフロップ
に適用できる論理信号へと変換するのに用いられる変換
回路に関する。
例えば、CMOS論理フリップフロップを、TTLタイ
プの論理から直接発生した論理信号により作動させる場
合には、TTL論理の論理レベルの幅が広いため、論理
レベルのハイとロウがCMO8論理を確実に動作させる
には不充分にしか区別されないことがありうる。数値の
例をあげると、CMOS論理回路は、しきい値電圧とし
て約1.5■必要であるのに対し、TTL論理回路はし
きい値電圧が1.4■である。TTL論理回路のこのし
きい値電圧はしかし、電源電圧のゆらぎ、温度変化など
の多様なパラメータの関数で、0.8〜2■の間で変化
する。
本発明が特に目的とするのは、例えば12Vという高レ
ベルの電圧において約10M1lzの周波数で高速動作
可能な変換回路を作成することである。このような変換
回路は、例えばプラズマディスプレイパネルを作動させ
る際に使用される。プラズマディスプレイパネルを作動
させる別の条件は、干渉すなわちノイズに対してすぐれ
た抵抗力を示す回路を作成することである。なぜなら、
CMOS論理を構成する集積回路チップと同一のチップ
上に、例えば0■から100V以上までの範囲で変化す
る可能性のある電圧をスイッチングするために、プラズ
マディスプレイパネル用スイッチング装置が配置される
からである。
第1のファミリーの論理信号とCM OSフリップフロ
ップ用の論理信号との間での変換を確実に行うための従
来の回路は、例えば以下のものがある。
(1)入力がPNP )ランジスタのベースに供給され
る回路。このような回路は、最大周波数が約1〜4 M
)lzの値に制限されるという、シリコン上のPNP)
ランジスタに内在する動作速度不足のため、本発明の目
的を達成するのに使用できない。
(2)不釣合に寸法が大きいCMOSインバータが入力
部に設けられた回路。この回路を用いても所望の動作速
度を達成することはできない。なぜならば、大型のMO
S)ランジスタを使用するということは、このトランジ
スタが寄生容量が大きく、従って、このトランジスタ動
作速度が低下することを意味するからである。
(3)バイポーラトランジスタを使用せずに全てCMO
8からなる回路。この回路では、CMOSフリップフロ
ップのための低い閾値電圧として十分に低い電圧レベル
を作り出すことに関連する難しさを解決することが本来
的に不可能である。
従って、上記の目的を達成し、且つ従来技術の回路の欠
点を克服するため、本発明は、エミッタが互いに接続さ
れ、それぞれのベースに差動入力信号が入力される2つ
のNPNタイプのバイポーラトランジスタで構成される
入力比較器と、 2つのNチャネルMOS)ランジスタと、それら2つの
NチャネルMOS)ランジスタに直列に接続されたPチ
ャネルMOS)ランシスタとて各々構成される2つの分
路を備え、それぞれの分路の第2のNチャネルMOS)
ランジスタのゲートは、導通状態のときこれらの分路内
に電流を通ずように接続され、それぞれの分路の第1の
NチアネルMOSのゲートは他方の分路のPチャネルト
ランジスタのドレイン及び出力端子に接続されている、
CMOSフリップフロップと、 を具備する、CMOS論理レベルの差動入力の変換回路
を提供する。
この本発明による変換回路においては、入力比較器の第
2の分路が、PチャネルM OSトランジスタにより構
成される負荷を介して電源電圧(VCC)に接続され、
さらにCMOSフリップ70ツブの第1の分路のPチャ
ネルMOS)ランジスタのゲートにも接続されており、
CM OSフリップフロップの第2の分路が、NPNバ
イポーラトランジスタを介して電源電圧に接続されてお
り、当該NPNバイポーラトランジスタのベースが、入
力の状態に従って2つの値の内のいずれか一方をとる第
1の電位を供給する手段に接続され、しかも入力比較器
の第2の分路にも接続されており、 0MOsフリップフロップの第2の分路のPチャネルト
ランジスタのゲートが、前記第1の電位に関係して決定
される第2の電位を供給して該Pチャネルトランジスタ
を導通あるいは遮断し、その結果、CMOSフリップフ
ロップの状態を制御する手段に接続されている。
本変換回路の一実施態様によれば、 前記第1及び第2の電位を供給する手段は、Pチャネル
MOS)ランジスタと、ダイオードを構成する接続の2
つのNPNタイプのバイポーラトランジスタと、1つの
電流源とが直列に接続される第1の直列回路と、Pチャ
ネルMOSトランジスタとダイオードを構成するNチャ
ネルMOSトランジスタが直列に接続される第2の直列
回路とを備え、 前記第1及び第2の直列回路のPチャネルMOSトラン
ジスタのゲートは、相互に接続されて、前記入力比較器
の第2の分路のPチアネルトランジスタのゲートに接続
され、更に、前記第1及び第2の直列回路のPチャネル
MOSトランジスタのゲートは、前記第1の直列回路の
Pチャネル〜A○Sトランジスタのドレインまたは該ド
レインの電圧よりも低い電圧の点に接続されており、前
記第1の直列回路のPチャネルトランジスタのドレイン
が、NPNタイプのバイポーラトランジスタのベースに
接続されており、該バイポーラトランジスタは、そのエ
ミッタが前記CMOSフリップフロップの第2の分路の
バイポーラトランジスタのベースに接続され且つコレク
タが電源電圧に接続されており、 前記第1の直列回路のPチャネルMOSトランジスタの
ドレイン電圧よりも2 VB2低い電圧を有する第1の
直列回路内の1点が、前記CMOSフリップフロップの
第2の分路のPチャネルトランジスタのゲートに接続さ
れている。
本変換回路の一実施態様によれば、第1及び第2の直列
回路がCMOSフリップフロップを1藤える多数の変換
回路に共通に使用可能である。
上記の本発明の目的、特徴および利点その他は、添付の
図面を参照した以下の実施例の説明からさらに詳細に明
らかになるであろう。
第1図は本発明に基づく回路を示す。電力は、Vcc(
コレクタ供給電圧)入力端子とグラウンドとの間に供給
される。
この回路は、入力比較器10と、CMOSフリップフロ
ップ20と、該入力比較器及び該フリップフロップに対
し適格に電力を供給し且つ命令し且つ制御する回路とに
より構成される。
前記入力比較器10はNPNタイプのバイポーラトラン
ジスタである。上述のように、NPNタイプのトランジ
スタを選択したのは偶然ではなく、必要とされる動作速
度に到達するのに必要だからである。特に、入力比較器
は、エミッタが相互接続され、さらにそれらエミッタが
電流源工にも接続される第1のNPN )ランジスタQ
1と第2のNPN )ランジスタQ2により構成される
。トランジスタQ1のベースは変換されるべき論理信号
が入力される入力端子EIに接続される。また、トラン
ジスタQ2のベースは、入力端子Elにおいて可能な、
論理レベル値のハイとロウの間で明確に中間であるよう
に選択された参照信号が入力される入力端子E2に接続
される。トランジスタQ1のコレクタは電源電圧VCC
に接続される。トランジスタQ2のコレクタは、Pチャ
ネルMOSトランジスタP1により構成される負荷を介
して該電源電圧■。0に接続される。
CMOSフリップフロップ2oは2つの分路を備える。
第1の分路は、直列に接続されたPチャネルMOSトラ
ンジスタP3と、NチャネルMOSトランジスタN1と
、NチャネルMOS)ランジスタN3とにより構成され
る。第2の分路は、PチャネルトランジスタP4と、N
チャネルMOSトランジスタN2と、NチャネルMOS
)ランジスタN4とで構成される。以下に説明するよう
に、トランジスタN2とN4は実質的には電流源であり
、スイッチングの間、フリップフロップ内に電流が流れ
るのを確実にするために設けられている。
事実、スイッチングが迅速に行われるためには大きな電
流が流れていることが必要である。第1の分路のトラン
ジスタN1のゲートは第2の分路のトランジスタP4の
ドレインと接続され、さらにトランジスタN2のゲート
はトランジスタP3のドレインに接続される。これらの
接続はフリップフロップの非反転出力Sとそれと相補的
な関係にある反転出力S′を構成する。トランジスタP
3のソースは電源電圧■Ccに接続され、トランジスタ
P4のソースはトランジスタQ4を介して電源電圧■。
0に接続される。トランジスタP3のゲートは、トラン
ジスタQ2のコレクタの端子上の入力比較器10の出力
を受ける。
さらに、トランジスタQ4のベースは、トランジスタQ
3を介して電源電圧VCCに接続され、更に、トランジ
スタQ2のコレクタに接続されている。
電力供給兼命令兼制御回路は、直列に接続されたPチャ
ネルMOSトランジスタP2と、ダイオードを構成する
接続の2つのNPNタイプのバイポーラトランジスタQ
5及びQ6と、電流源l1tpとからなる第1の直列回
路を備える。この第1の直列回路は電源電圧■Ccとグ
ラウンドの間に接続される。電源電圧■。0とグラウン
ドの間に接続された第2の直列回路は、PチャネルMO
S)ランジスタP5と、ドレイン及びゲートが互いに接
続されているNチャネルMOS)ランジスタN5とによ
り構成される。トランジスタP2及びP5のゲートは 
相互接続され、更に、トランジスタP1のゲートと、ダ
イオードを構成する2つのトランジスタQ5とQ6との
間の接続点とに接続される。トランジスタP2のドレイ
ンはトランジスタQ3のベースに接続される。ダイオー
ドを構成する第2のトランジスタQ6及び電流源I R
EF間の接続点は、トランジスタP4のゲートに接続さ
れる。トランジスタN5のゲートはトランジスタN3及
びN4のゲートに接続される。
入力信号がハイレベルの場合の回路の動作第2図は端子
E1の入力信号力(ハイレベルである場合、即ち端子E
1における電圧がE2における電圧よりも高い場合にお
ける回路の動作を詳細に示すものである。この場合、ト
ランジスタQ1は導通状態になり、トランジスタQ2は
遮断される。トランジスタP1は通常は導通状態にある
ため、トランジスタQ2のコレクタ端子11における電
位は電源電圧■。0の値にまで増大する。その結果、ゲ
ートがソースと同電位にあるトランジスタP3は遮断さ
れ、トランジスタP4のソース電位は■。cVae()
ランジスタQ4におけるベース−エミッタ間電圧降下)
となり、一方、トランジスタP4のゲートは、トランジ
スタP2、Q5、Q6からなる第1の直列回路内に電流
が流れることにより電位vcc  VIISP2 2 
VBHになる(Vos=ドレイン−ソース間電圧)。従
って、トランジスタP4は導通状態にされる。エミッタ
及びコレクタが同一電位にあり且つベースが低電位にあ
るトランジスタQ3は遮断される。
トランジスタP4は導通状態であるので、そのドレイン
はソースと実質的に同一電位、即ち■。0VBHに到達
する。これはCM OSフリップフロップの直接出力端
子Sにおける電圧である。電流が、トランジスタP1、
トランジスタQ4のベース−エミッタ間接合及びトラン
ジスタP4をaって流れるので、トランジスタN1は導
通状態になる。このため、トランジスタN3により構成
される電流源は、(トランジスタP3が遮断されるので
)出力S′をグラウンドの電位に引き下げる。
このことにより、トランジスタN2は遮断され、出力S
のハイレベルが確保される効果が生ずる。
結論すると、入力E1がハイレベルにあるとき、達成さ
れる平衡状態は、 S”VCCVB2、  S′二〇 である。この平衡状態の間CMOSフリップフロップの
2つの分路における電流はゼロになる。
入力信号がロウレベルにある場合における回路の動作 この場合、第3図に示されるように、入力比較器のトラ
ンジスタQ1は遮断されるのに対し、トランジスタQ2
は導通状態である。従って、電流はトランジスタP1及
びトランジスタロ2内を流れる。トランジスタP1に電
流が流れるため、端子11での電圧は、vcc  VD
SPI (Vosp置まトランジスタP1のドレイン−
ソース間の電圧低下)に等しい。トランジスタQ3のエ
ミッタの電位は、コレクタの電位よりも低くなるのに対
し、ベースの電位は依然としてVcc  V。SF3で
ある。従って、このトランジスタQ3は導通し、電流が
このトランジスタQ3を通ってトランジスタQ2に流れ
る。
こうして、トランジスタQ2を流れる電流Iは、トラン
ジスタQ1を流れる電流11とトランジスタQ3を流れ
る電流I2との総和になる。CMOSフリップフロップ
20のトランジスタP3はゲートの電位がドレイ〉′の
電位よりも低くなるので導通し、CMOSフリップフロ
ップの出力端子S″上の電位をV。0にさせる。その結
果、トランジスタN2は導通状態となり、電流源として
働くトランジスタN4は出力Sの電位をOに低下させる
それによって、トランジスタP4のソースの電位を端子
11の電位(即ち■。CVDSPI)からベース−エミ
ッタ間の電圧降下分VBEQ4だけ減少した値まで低下
させる。なぜならば、直列に接続されたトランジスタQ
4、P4、N2、N4すべてはこのとき瞬間的に導通状
態になるからである。この導通状態は、一旦トランジス
タP4のゲート−ソース間電圧がこのトランジスタの閾
値電圧よりも低くなると、止まる。出力Sはこうしてト
ランジスタN2及びN4により電位0にされる。同時に
、出力Sにおいて電位がこのように低下することにより
、トランジスタN1が遮断されるため、端子S°の電位
がV。0へと確実に増大する。
従って、入力E1の電位が入力E2の電位よりも低いと
きに達成される平衡状態は、S=0及びs’ −v。。
であり、CMOSフリップフロップの2つの分路(トラ
ンジスタP3、N1、N3とQ4、P4、N2、N4)
における電流はゼロとなる。
このように、本発明に基づく回路は出力にわずかな非対
称性を示す。なぜならば、最初に説明した第一の状態に
おいては、出力SはV。C’lAag、出力S′は0で
あるのに対し、次に説明した第2の状態においては、出
力S′はV c C%出力Sは0となるからである。そ
れにも拘わらず、このことは、特に■。0が12Vの電
圧でありVBEが約0.7■の電圧であることを考えれ
ば、CMOSを制御する上で実際上欠点となることはな
い。
本発明には多数の変形が考えられるが、ひとつ重要な点
は以下のことである。CMOSフリップフロップがその
出力Sを0に、出力S′をハイレベルにしなければなら
ない状態において、M OSトランジスタP3のゲート
にかかる電圧(Vcc−Vosp+)と、MOS)ラン
ジスタP4のゲートにかかる電圧(VCCVDSP2 
2 Vap )とは、■。
に等しい値だけ相異する。すなわち、上述の実施例では
VDSP2はVDSPI  VBHに等しいという点で
ある。従って、例えば、トランジスタP1、P2、P5
の共通接続されているゲートは、ダイオードをなす2つ
のトランジスタQ5とQ6の間に接続する代わりに、ダ
イオードをなすトランジスタQ5とトランジスタP2の
ドレインの間に接続することが可能である。さらに、本
発明の回路は重要な点、即ち特にトランジスタP3及び
P4のゲートでの電圧差が同一である限りにおいて、ト
ランジスタを余分に付加して回路をより複雑にすること
が可能である。
第4図は、本発明に基づくより詳細な実施例を示すもの
で入力比較器10の端子E2にかかる参照電圧を供給す
る回路だけでなく、バイポーラ比較器内の電流源Iと、
第1の直列回路(P2、Q5、Q6、I+u:p)内の
電流源I REF とが示されている。
ここでは第1図に示した回路素子と異なる第4図の回路
素子についてだけ述べる。
第1図の電流源Iは、NPNバイポーラトランジスタQ
8と抵抗R1とを直列に接続して、バイポーラトランジ
スタQl、Q2のエミッタと、グラウンドとの間に接続
することにより得られる。
トランジスタQ8のベースは、トランジスタQ9とQI
Oのベースに接続されるが、そのことについては以下に
述べる。
トランジスタP2、Q5、Q6と電流源I REFから
なる直列回路における電流源I R[!Pは、NPNバ
イポーラトランジスタQ9と抵抗R2を直列に接続して
、ダイオードを構成するトランジスタQ6とグラウンド
との間に接続することによって構成される。トランジス
タQ9のベースハ、トランジスタQIOのベースに接続
される。このトランジスタQIOはエミッタが抵抗R3
を介してグラウンドに接続され、コレクタがPNP )
ランジスタQ’P 1を介して電源電圧に接続される。
このトランジスタQPIは、PNPタイプのトランジス
タQP2とで電流ミラーを構成する。トランジスタQP
2は、ベースとコレクタが接続され、且つエミッタが端
子VCCに接続され、且つコレクタが、直列に接続され
たPNPタイプ八イへ−ラトランジスタQ12及び抵抗
R4を介してグラウンドに接続される。トランジスタQ
12のベースの電位は、JFETタイプのトランジスタ
を用いて構成される電流源より電流を供給されるツェナ
ーダイオードZにより設定される。トランジスタQ9及
びQ10のベースは、NPNタイプのバイポーラトラン
ジスタQllを介して電源端子■。0に接続され、その
バイポーラトランジスタQllのベースはトランジスタ
QIOのコレクタに接続される。上記のように、トラン
ジスタQ9及びQIOのベースは、電流を入力比較器に
供給するように動作するトランジスタQ8のベースに接
続される。
比較器10の入力E2に供給される参照電圧は、NPN
タイプのバイポーラトランジスタQ7を介して該入力E
2を電源電圧端子VCCに接続することにより得られる
。入力E2はまた、JFETタイプのトランジスタを用
いて構成された電流源を介してグラウンドに接続される
。トランジスタQ7のベースは、多数の回路に共通して
使用することができる電圧参照回路に接続される。この
電圧参照回路は、電源■。0とグラウンドの間に接続さ
れており、PNPタイプのトランジスタQP3とJFE
T電流源を備える。電流源はV。。端子に接続され、且
つPNP )ランジスタQP3のコレク夕はグラウンド
に接続される。トランジスタQP3のベースのバイアス
は、抵抗分圧器R5、R6により与えられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に基づく回路の配線図であり、第2図
及び第3図は、各入力信号状態のときの電圧値と電流の
方向を第1図の回路上に示した図であり、 第4図は、本発明の実施例の詳細な図である。 (主な参照番号) 10・・入力比較器 20・・CMOSフリップフロップ N1〜N4・・NチャネルMOSトランジスタP1〜P
4・・PチャネルMOS)ランジスタQ1〜Q12・・
NPN )ランジスタQPI〜QP3・・PNP)ラン
ジスタR1〜R6・・抵抗 Z・・ツェナー ダイオード

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)エミッタが互いに接続され、それぞれのベースに
    差動入力信号が入力される2つのNPNタイプのバイポ
    ーラトランジスタで構成される入力比較器と、 2つのNチャネルMOSトランジスタと、それら2つの
    NチャネルMOSトランジスタに直列に接続されたPチ
    ャネルMOSトランジスタとで各々構成される2つの分
    路を備え、それぞれの分路の第2のNチャネルMOSト
    ランジスタのゲートは、導通状態のときこれらの分路内
    に電流を通すように接続され、それぞれの分路の第1の
    NチャネルMOSのゲートは他方の分路のPチャネルト
    ランジスタのドレイン及び出力端子に接続されている、
    CMOSフリップフロップと、 を具備する、CMOS論理レベルの差動入力の変換回路
    において、 入力比較器の第2の分路が、PチャネルMOSトランジ
    スタにより構成される負荷を介して電源電圧に接続され
    、さらにCMOSフリップフロップの第1の分路のPチ
    ャネルMOSトランジスタのゲートにも接続されており
    、 CMOSフリップフロップの第2の分路が、NPNバイ
    ポーラトランジスタを介して電源電圧に接続されており
    、当該NPNバイポーラトランジスタのベースが、入力
    の状態に従って2つの値の内のいずれか一方をとる第1
    の電位を供給する手段に接続され、しかも入力比較器の
    第2の分路にも接続されており、 CMOSフリップフロップの第2の分路のPチャネルト
    ランジスタのゲートが、前記第1の電位に関係して決定
    される第2の電位を供給して該Pチャネルトランジスタ
    を導通あるいは遮断し、その結果、CMOSフリップフ
    ロップの状態を制御する手段に接続されている ことを特徴とする変換回路。
  2. (2)前記第1及び第2の電位を供給する手段は、Pチ
    ャネルMOSトランジスタと、ダイオードを構成する接
    続の2つのNPNタイプのバイポーラトランジスタと、
    1つの電流源とが直列に接続される第1の直列回路と、
    PチャネルMOSトランジスタとダイオードを構成する
    NチャネルMOSトランジスタが直列に接続される第2
    の直列回路とを備え、 前記第1及び第2の直列回路のPチャネルMOSトラン
    ジスタのゲートは、相互に接続されて、前記入力比較器
    の第2の分路のPチャネルトランジスタのゲートに接続
    され、更に、前記第1及び第2の直列回路のPチャネル
    MOSトランジスタのゲートは、前記第1の直列回路の
    PチャネルMOSトランジスタのドレインまたは該ドレ
    インの電圧よりも低い電圧の点に接続されており、前記
    第1の直列回路のPチャネルトランジスタのドレインが
    、NPNタイプのバイポーラトランジスタのベースに接
    続されており、該バイポーラトランジスタは、そのエミ
    ッタが前記CMOSフリップフロップの第2の分路のバ
    イポーラトランジスタのベースに接続され且つコレクタ
    が電源電圧に接続されており、 前記第1の直列回路のPチャネルMOSトランジスタの
    ドレイン電圧よりも2V_B_E低い電圧を有する第1
    の直列回路内の1点が、前記CMOSフリップフロップ
    の第2の分路のPチャネルトランジスタのゲートに接続
    されている、 ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の変換回路
  3. (3)第1及び第2の直列回路がCMOSフリップフロ
    ップを備える多数の変換回路に共通に使用可能であるこ
    とを特徴する特許請求の範囲第2項記載の変換回路。
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