KR100642211B1 - 엔알지 모드 출력을 갖는 모바일 기반의 디형 플립플롭 - Google Patents

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KR100642211B1
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Abstract

본 발명은 NRZ-mode 출력을 갖는 MOBILE(Monostable to Bistable transition Logic Element) 기반의 D형 플립플롭(Delayed flip-flop)에 관한 것으로, 보다 자세하게는 RTD(resonant-tunneling-diode:공명터널링다이오드)와 데이터 입력 단자로 사용되는 HEMT(high-electron-mobility-transistor:고이동도트랜지스터)의 병렬연결 구조 및 RTD와 클럭 입력 단자로 사용되는 HEMT의 직렬연결 구조를 포함하여 구성되는 NRZ(Non Return to Zero)-mode 출력을 갖는 MOBILE 기반의 D형 플립플롭에 관한 것이다.
본 발명의 NRZ-mode 출력을 갖는 MOBILE 기반의 D형 플립플롭은 MOBILE 기반의 D형 플립플롭에 있어서, 데이터 신호를 제어신호로 입력받기 위한 제1 고이동도 트랜지스터; 상기 제1 고이동도 트랜지스터에 병렬연결되는 제1 공명 터널링 다이오드; 클럭 신호를 제어신호로 입력받고, 상기 제1 고이동도 트랜지스터의 일측과 일측이 연결되는 제2 고이동도 트랜지스터; 및 상기 제2 고이동도 트랜지스터의 타측과 접지측 사이에 직렬연결되는 제2 공명 터널링 다이오드로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.
MOBILE, RTD, HEMT, NRZ-mode, Delayed Flip-Flop

Description

엔알지 모드 출력을 갖는 모바일 기반의 디형 플립플롭{MOBILE-based delayed flip-flop circuit with NRZ-mode output}
도 1은 일본 NTT사의 RTD/HEMT 기반 MOBILE D-플립플롭,
도 2는 KAIST의 MOBILE 회로와 SR Latch를 이용한 NRZ-mode 출력 회로,
도 3은 본 발명에 따른 D-플립플롭을 나타내는 회로도,
도 4는 본 발명에 따른 RTD/HEMT 직렬부 및 RTD/HEMT 병렬부에 대한 I-V 특성 곡선,
도 5는 본 발명에 따른 D-플립플롭의 데이터 및 클럭에 따른 출력 특성 곡선이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
300: 시스템 입력부 301: 데이터입력부 302: 클럭입력부
310: 코어부 311: RTD/HEMT 병렬부 312: RTD/HEMT 직렬부
320: 시스템 출력부 321: 출력부 HEMT 322: 출력부 로드
본 발명은 NRZ-mode 출력을 갖는 MOBILE(Monostable to Bistable transition Logic Element) 기반의 D형 플립플롭(Delayed flip-flop)에 관한 것으로, 보다 자세하게는 RTD(resonant-tunneling-diode:공명 터널링 다이오드)와 데이터 입력 단자로 사용되는 HEMT(high-electron-mobility-transistor:고이동도 트랜지스터)의 병렬연결 구조 및 RTD와 클럭 입력 단자로 사용되는 HEMT의 직렬연결 구조를 포함하여 구성되는 NRZ(Non Return to Zero)-mode 출력을 갖는 MOBILE 기반의 D형 플립플롭에 관한 것이다.
종래에는 도 1과 같은 회로구성을 갖는 D-플립플롭으로 1998년 일본 NTT사에서 RTD와 HEMT를 이용하여 MOBILE 기반의 D-플립플롭을 구현하였다. 그러나 이는 RZ(Return to Zero)-mode로 동작하기 때문에 기존의 다른 회로들과 같이 시스템을 구현하기가 어렵다는 단점이 있었다.
이러한 단점을 보완하기 위해 2004년 KAIST에서 도 2와 같이 MOBILE 회로와 SR Latch를 사용하여 NRZ-mode 출력을 만들 수 있는 회로를 구현하였다. 그러나, 이 또한 회로가 복잡하여 전력소모가 많다는 단점이 있었다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 회로의 복잡도가 감소되고, 전력소모가 작으며, 고속동작특성을 갖게 하고, 기존의 NRZ회로 들과 연동이 가능한 NRZ-mode 출력을 갖는 MOBILE 기반의 D형 플립플롭을 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 MOBILE 기반의 D형 플립플롭에 있어서, 데이터 신호를 제어신호로 입력받기 위한 제1 고이동도 트랜지스터; 상기 제1 고이동도 트랜지스터에 병렬연결되는 제1 공명 터널링 다이오드; 클럭 신호를 제어신호로 입력받고, 상기 제1 고이동도 트랜지스터의 일측과 일측이 연결되는 제2 고이동도 트랜지스터; 및 상기 제2 고이동도 트랜지스터의 타측과 접지측 사이에 직렬연결되는 제2 공명 터널링 다이오드를 포함하는 NRZ-mode 출력을 갖는 MOBILE 기반의 D형 플립플롭에 의해 달성된다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기 로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 D-플립플롭을 나타내는 회로도이다. 도 3을 참조하면, D-플립플롭의 코어부(310)는 RTD와 HEMT의 병렬연결 구조(311)와 RTD와 HEMT의 직렬연결 구조(312)로 이루어지며, 상기 RTD/HEMT 병렬부(311)와 RTD/HEMT 직렬부(312)는 다시 직렬연결로 이루어진다.
시스템 입력부(300)의 데이터 입력부(301)는 RTD/HEMT 병렬부(311) HEMT의 게이트에 연결되고, 입력부(300)의 클럭 입력부(302)는 RTD/HEMT 직렬부(312) HEMT의 게이트에 연결된다.
상기 데이터 입력부(301)와 클럭 입력부(302)는 입력부(300) 앞단 시스템의 로드가 50Ω일 경우에 대해 RF매칭을 위해 같은 크기인 50Ω의 버퍼를 각각 포함한다.
시스템의 출력부(320)에는 출력부 HEMT(321)가 코어부(310)의 출력단(Q)과 연결되어, 본 발명의 D-플립플롭을 통해 입력된 데이터는 출력부 HEMT(321)의 드레인에 연결된 출력단(OUT)을 통해 출력된다.
또한, 출력부(320)는 100Ω의 로드(322)를 포함한다. 이는 하나의 정점에서 상반된 두 방향으로의 로드가 차이가 나면 signal reflection이나 ringing이 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
즉, 출력부(320) 뒷단 시스템의 로드가 50Ω일 경우에 대해 임피던스 매칭을 위해 A방향으로 바라본 로드를 50Ω에 가깝게 셋팅시켜야 하고, 이러한 이유로 출력부(320)는 출력부 HEMT(321)의 자체 저항을 고려하여 100Ω의 로드(322)를 구비 시킨다.
RTD/HEMT 병렬부(311)와 RTD/HEMT 직렬부(312) 및 출력부(320)는 RTD/HEMT 병렬부(311) HEMT의 소오스와 RTD/HEMT 직렬부(312) HEMT의 드레인 및 출력부(320) HEMT의 게이트가 정점 Q에서 서로 연결된 구조를 이룬다.
도 4는 본 발명에 따른 RTD/HEMT 직렬부 및 RTD/HEMT 병렬부에 대한 I-V 특성 곡선이다. 도 4를 참조하여, RTD/HEMT 직렬부에 대한 I-V 특성을 살펴보면, 클럭이 Low 상태일 때는 일반 FET의 동작 특성이 나타나고, 클럭이 High 상태일 때는 RTD의 동작 특성이 나타남을 알 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 RTD/HEMT 병렬부에 대한 I-V 특성을 살펴보면, 입력 데이터가 Low 상태일 때 HEMT에서 드레인 전류가 차단되어 RTD만의 전류 레벨 특성이 나타나고, 이로 인해 RTD/HEMT 병렬부는 Low 상태 레벨의 I-V 특성을 갖게 된다.
그리고, 입력 데이터가 High 상태로 될 때는 드레인 전류가 추가되어 RTD 전류에 드레인 전류가 더해져 전류레벨(IDATA)이 높아지고, 이로 인해 RTD/HEMT 병렬부는 High 상태 레벨의 I-V 특성을 갖게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 D-플립플롭의 데이터 및 클럭에 따른 출력 특성 곡선이다. 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 D-플립플롭의 클럭이 High 상태일 때는 출력을 결정하는 로드라인이 기존 MOBILE 회로 특성과 동일하여 기존 MOBILE 회로와 동일한 동작특성을 갖는다.
즉, 클럭이 High 상태일 때 데이터가 High 상태이면 그 데이터값을 읽어들이고, 데이터가 Low 상태이면 스테이블 포인트가 두 개 생성되어, RTD의 스위칭 특성에 의해 두 스테이블 포인트 중 하나가 선택되고, 선택된 하나의 스테이블 포인트로 출력이 결정된다.
따라서, 본 발명에 따른 D-플립플롭은 클럭이 High 상태일 때 입력 데이터에 따라 출력이 결정된다.
또한, 본 발명에 따른 D-플립플롭의 클럭이 Low 상태일 때는 FET 동작 특성을 갖는다.
즉, 데이터가 Low 상태일 때는 데이터를 읽어들이기 위한 스테이블 포인트가 도 5a의 A에서 B로 이동하고, 이러한 스테이블 포인트의 이동은 로직 레벨이 Low 상태 레벨에서 큰 변동없이 유지됨을 의미하고, 또한 데이터가 High 상태일 때는 스테이블 포인트가 도 5b의 C에서 D로 이동하고, 이러한 스테이블 포인트의 이동은 로직 레벨이 High 상태 레벨에서 큰 변동없이 유지됨을 의미한다.
따라서, 본 발명에 따른 D-플립플롭은 클럭이 Low 상태일 때 입력 데이터의 로직 레벨을 그대로 유지하여 출력시킨다.
결국, 본 발명에 따른 D-플립플롭은 클럭이 High 상태나 Low 상태에 상관없이 입력 데이터의 로직 레벨을 그대로 유지하여 출력시키는 NRZ-mode 회로로서 동작하게 된다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
따라서, 본 발명의 NRZ 출력을 갖는 MOBILE 기반의 D형 플립플롭은 RTD/HEMT 병렬부와 RTD/HEMT 직렬부를 포함하여 D-플립플롭을 구현하여 NRZ-mode 출력을 갖게 함으로써, 기존의 NRZ 회로들과 연동이 가능하며, 기존 NRZ 회로의 복잡도를 감소시켜 시스템의 전력소모를 줄이고, 고속동작특성을 갖게 하는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. MOBILE 기반의 D형 플립플롭에 있어서,
    데이터 신호를 제어신호로 입력받기 위한 제1 고이동도 트랜지스터;
    상기 제1 고이동도 트랜지스터에 병렬연결되는 제1 공명 터널링 다이오드;
    클럭 신호를 제어신호로 입력받고, 상기 제1 고이동도 트랜지스터의 일측과 일측이 연결되는 제2 고이동도 트랜지스터; 및
    상기 제2 고이동도 트랜지스터의 타측과 접지측 사이에 직렬연결되는 제2 공명 터널링 다이오드
    를 포함하는 NRZ-mode 출력을 갖는 MOBILE 기반의 D형 플립플롭.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 고이동도 트랜지스터의 일측에 인가되는 전압신호에 제어되어 출력신호를 출력하기 위한 출력부를 더 포함하는 NRZ-mode 출력을 갖는 MOBILE 기반의 D형 플립플롭.
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