KR19990029445A - Emitter-coupled logic circuit operating at high speed - Google Patents
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Abstract
이미터결합논리(ECL) 회로의 출력부하는 트랜지스터와, 이 트랜지스터의 각 베이스와 전원에 접속된 저항을 이용하여 형성된다.The output load of the emitter coupled logic (ECL) circuit is formed using a transistor and a resistor connected to each base and power supply of the transistor.
Description
본 발명은 이미터결합논리 (이하, ECL이라 한다) 회로에 관한 것으로, 더 구체적으로, 고속에서 동작가능한 ECL 회로를 위한 개선에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to emitter coupling logic (hereinafter referred to as ECL) circuits, and more particularly to improvements for ECL circuits that can operate at high speeds.
동작속도의 관점에서 전형적인 ECL 회로의 실행은 ECL 회로를 형성하는 트랜지스터의 스위칭 응답과, 출력저항과 이 출력저항에 접속된 전(全) 부하용량간의 시정수에 의존한다. 전 정전용량은 출력저항에 접속된 부하용량과, 와이어 및 저항과 연관된 기생용량의 합이다. 따라서 ECL 회로의 속도를 증가시키려면 트랜지스터의 크기를 줄여 트랜지스터의 스위칭 속도를 개선하고, 출력부하 저항값을 줄이도록 전류와 이득값을 최적화하고, 그리고 기생용량을 줄이도록 레이아웃 설계를 고려하여야 한다.The implementation of a typical ECL circuit in terms of operating speed depends on the switching response of the transistors forming the ECL circuit and the time constant between the output resistance and the total load capacity connected to this output resistance. The total capacitance is the sum of the load capacitance connected to the output resistance and the parasitic capacitance associated with the wire and the resistance. Therefore, to increase the speed of the ECL circuit, it is necessary to consider the layout design to reduce the size of the transistor to improve the switching speed of the transistor, optimize the current and gain values to reduce the output load resistance, and reduce the parasitic capacitance.
트랜지스터의 스위칭 속도는 주로 세 요인, 즉, 트랜지스터의 스위칭 응답시간, 베이스 응답시간 및 컬렉터 응답시간의 영향을 받는다. 종래의 ECL 회로에서 트랜지스터의 스위칭 응답시간과 베이스 응답시간은 줄일 수 있지만, 컬렉터 응답시간을 줄이기는 힘들다.The switching speed of a transistor is mainly influenced by three factors: switching response time, base response time and collector response time of the transistor. In the conventional ECL circuit, the switching response time and the base response time of the transistor can be reduced, but it is difficult to reduce the collector response time.
따라서, 본 발명의 일목적은 베이스 응답시간뿐 아니라 컬렉터 응답시간을 줄임으로써 고속에서 동작가능한 ECL 회로를 제공하는 것이다.Accordingly, one object of the present invention is to provide an ECL circuit that can operate at high speed by reducing collector response time as well as base response time.
본 발명의 다른 목적은, 회로이득을 줄이지 않고 출력 진폭레벨을 실용상 관점에서 문제가 생기지 않을 정도의 레벨로 증가시킬 수 있는 ECL 회로를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an ECL circuit which can increase the output amplitude level to a level that does not cause problems in practical terms without reducing the circuit gain.
본 발명의 일양상에 따르면, 각각 서로 다른 입력신호를 수신하는 베이스를 구비한 차동 바이폴라 트랜지스터, 차동 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터에 각각 접속된 부하 트랜지스터, 그리고 부하 트랜지스터의 각 베이스와 전원에 접속된 저항을 포함하는 이미터결합 논리회로가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a differential bipolar transistor having a base for receiving a different input signal, a load transistor respectively connected to a collector of the differential bipolar transistor, and a resistor connected to each base of the load transistor and a power supply. An emitter combining logic circuit is provided.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 제 1 입력신호를 수신하도록 적용된 베이스와 출력신호가 생성되는 컬렉터를 구비한 제 1 트랜지스터와, 기준전압이 인가되는 베이스를 구비한 제 2 트랜지스터를 포함하는 차동 바이폴라 트랜지스터 회로; 제 1 트랜지스터의 이미터와 컬렉터에 공통 접속된 이미터와 컬렉터, 그리고 제 2 입력신호를 수신하도록 적용된 베이스를 구비한 제 3 트랜지스터; 제 1 및 제 2 트랜지스터의 컬렉터에 각각 접속된 부하 트랜지스터; 그리고 부하 트랜지스터의 각 베이스와 전원에 접속된 저항을 포함하는 이미터결합 논리회로가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a differential bipolar transistor comprising a first transistor having a base adapted to receive a first input signal, a collector having an output signal generated therein, and a second transistor having a base to which a reference voltage is applied. Circuit; A third transistor having an emitter and a collector commonly connected to the emitter and the collector of the first transistor, and a base adapted to receive a second input signal; Load transistors connected to collectors of the first and second transistors, respectively; An emitter coupled logic circuit is provided that includes a resistor connected to each base of the load transistor and a power supply.
도 1 은 저항 부하형의 종래의 이미터결합논리(ECL) OR 회로를 도시하는 회로도이다.1 is a circuit diagram showing a conventional emitter coupling logic (ECL) OR circuit of a resistive load type.
도 2 는 캐스케이드 접속을 구비한 종래의 ECL OR 회로를 도시하는 회로도이다.2 is a circuit diagram showing a conventional ECL OR circuit with cascade connection.
도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 ECL 회로를 도시하는 회로도이다.3 is a circuit diagram showing an ECL circuit according to the first embodiment of the present invention.
도 4 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 ECL 회로를 도시하는 회로도이다.4 is a circuit diagram showing an ECL circuit according to a second embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10, 11, 100 : OR 회로10, 11, 100: OR circuit
20 : 후단회로20: back end circuit
30 : 마스터 플립플롭30: master flip flop
40 : 슬레이브 플립플롭40: slave flip-flop
도 1 을 참조하여, 본 발명의 이해를 쉽게 할 목적으로 종래의 ECL 회로가 먼저 기술된다. 도 1 에서, OR 회로 (10)는 종래의 ECL 회로로 형성된다. 후단 (20)은 OR 회로 (10)에 접속된다. OR 회로 (10)는 입력 트랜지스터 (Q1 및 Q2)를 포함한다. 입력 트랜지스터 (Q1 및 Q2)의 베이스는 입력단자 (In1 및 In2)에 각각 접속된다. ECL 회로 (10)는 추가의 입력단자 (In3)에 접속된 베이스를 구비한 추가의 입력 트랜지스터 (Q3)도 포함한다. 트랜지스터 (Q1, Q2 및 Q3)의 이미터는 공통 정전류원 (CIS1)에 접속된다. 따라서, 차동 증폭기는 추가의 입력 트랜지스터 (Q3)와 조합한 입력 트랜지스터 (Q1 및 Q2)로 형성된다. 입력 트랜지스터 (Q1 및 Q2)의 컬렉터는 출력부하인 부하저항 (R1)에 접속되고, 추가의 입력 트랜지스터 (Q3)의 컬렉터는 출력부하인 부하저항 (R2)에 접속된다. 입력 트랜지스터 (Q1 및 Q2)의 컬렉터는 반전출력단자 (
OR 회로 (10)에서, 기준전위가 추가의 입력단자 (In3)에 인가되고 ECL 레벨의 입력신호가 입력단자 (In1 및 In2)에 공급될 때, 입력신호의 논리합 (OR)이 출력단자 (Out1) 및 반전출력단자 (
동작속도의 관점에서 전형적인 ECL 회로와 도 1 의 OR 회로 (10)의 실행은 ECL 회로를 형성하는 트랜지스터의 스위칭 응답과, 출력저항과 이 출력저항에 접속된 전 부하용량간의 시정수에 의존한다. 전 정전용량은 출력저항에 접속된 부하용량과, 배선과 저항에 연관된 기생용량의 합이다. 따라서, ECL 회로의 속도를 증가시키려면 트랜지스터의 크기를 줄여 트랜지스터의 스위칭 속도를 개선하고, 출력부하 저항값을 줄이도록 전류와 이득값을 최적화하고, 그리고 기생용량을 줄이도록 레이아웃 설계를 고려하였다.In terms of operating speed, the implementation of a typical ECL circuit and the OR circuit 10 of FIG. 1 depends on the switching response of the transistors forming the ECL circuit and the time constant between the output resistance and the total load capacitance connected to this output resistance. The total capacitance is the sum of the load capacitance connected to the output resistance and the parasitic capacitance associated with the wiring and the resistance. Therefore, to increase the speed of the ECL circuit, the layout design is considered to reduce the size of the transistor to improve the switching speed of the transistor, optimize the current and gain values to reduce the output load resistance, and reduce the parasitic capacitance.
다음으로, ECL 회로의 스위칭 속도에 영향을 미치는 요인들이 기술된다. 더 구체적으로, 스위칭 속도는 다음 세 요인에 의해 영향받을 수 있다:Next, the factors influencing the switching speed of the ECL circuit are described. More specifically, the switching speed can be influenced by three factors:
1) ECL 회로를 형성하는 트랜지스터의 스위칭 응답시간1) Switching response time of transistor forming ECL circuit
스위칭 응답시간은 순방향 전이시간 (τf)으로 표현될 수 있다. 순방향 전이시간 (τf)은 디바이스 크기의 축소로 크게 줄었다.The switching response time may be expressed as a forward transition time τf. The forward transition time (τf) has been greatly reduced by the reduction in device size.
2) 베이스 응답시간 (미러 응답시간)2) Base response time (mirror response time)
베이스 응답시간은 G0 × rbb × Cjc 로 표현될 수 있고, G0는 회로이득, rbb는 베이스 저항의 저항값, 그리고 Cjc는 베이스 컬렉터 접합 정전용량값이다. rbb와 Cjc 값은 디바이스 크기의 축소로 줄일 수 있다. 그러나, 회로이득 (G0)은 회로구조에 따라 결정되는 상수이다. 따라서, 베이스 응답시간을 줄이기 위해 회로이득 (G0)을 줄일 필요가 있다.The base response time can be expressed as G0 × rbb × Cjc, where G0 is the circuit gain, rbb is the resistance of the base resistor, and Cjc is the base collector junction capacitance. The rbb and Cjc values can be reduced by reducing the device size. However, the circuit gain G0 is a constant determined by the circuit structure. Therefore, it is necessary to reduce the circuit gain G0 in order to reduce the base response time.
3) 컬렉터 응답시간 (저항 부하응답시간)3) Collector response time (resistance load response time)
컬렉터 응답시간은 RL × Cjs + RL × CL로 표현될 수 있고, RL은 부하저항값, Cjs는 컬렉터 반도체기판 접합 정전용량값, 그리고 CL은 부하용량값이다. Cjs와 CL 값은 디바이스 크기의 축소로 줄여진다. 그러나, 부하저항값 (RL)은 요인 2)에 기술된 회로이득 (G0)처럼 회로구조에 따라 결정되는 상수이다. 부하저항값 (RL)을 줄여 컬렉터 응답시간을 줄일 수 있는 회로를 설계할 필요가 있다.The collector response time can be expressed as RL × Cjs + RL × CL, where RL is the load resistance value, Cjs is the collector semiconductor substrate junction capacitance value, and CL is the load capacity value. Cjs and CL values are reduced by reducing device size. However, the load resistance value RL is a constant determined by the circuit structure, such as the circuit gain G0 described in factor 2). It is necessary to design a circuit that reduces the load resistance (RL) to reduce the collector response time.
도 2 를 참조하여, OR 회로 (11)는 요인 2)와 관련하여 기술된 개선된 베이스 응답시간과 함께 기술된다. 도 2 에서, 트랜지스터 (Q1, Q2 및 Q3)의 이미터는 도 1 에서처럼 공통 정전류원 (CIS1)에 접속된다. 차동 증폭기는 추가의 입력 트랜지스터 (Q3)와 조합한 입력 트랜지스터 (Q1 및 Q2)로 형성된다. 입력 트랜지스터 (Q1 및 Q2)의 컬렉터는 트랜지스터 (Q4)에 캐스케이드 접속된다. 마찬가지로, 추가의 입력 트랜지스터 (Q3)의 컬렉터는 트랜지스터 (Q5)에 캐스케이드 접속된다. 더 구체적으로, 입력 트랜지스터 (Q1 및 Q2)의 컬렉터는 트랜지스터 (Q4)의 이미터에 접속된다. 추가의 입력 트랜지스터 (Q3)의 컬렉터는 트랜지스터 (Q5)의 이미터에 접속된다. 트랜지스터 (Q4 및 Q5)의 컬렉터는 각각 부하저항 (R1 및 R2)에 접속된다. 트랜지스터 (Q4 및 Q5)의 베이스는 바이어스 단자 (In4)에 접속된다. 따라서 일정 바이어스는 트랜지스터 (Q4 및 Q5)의 베이스에 인가된다.Referring to FIG. 2, the OR circuit 11 is described with the improved base response time described with respect to factor 2). In FIG. 2, the emitters of transistors Q1, Q2 and Q3 are connected to a common constant current source CIS1 as in FIG. 1. The differential amplifier is formed of input transistors Q1 and Q2 in combination with an additional input transistor Q3. The collectors of input transistors Q1 and Q2 are cascaded to transistor Q4. Similarly, the collector of the additional input transistor Q3 is cascaded to the transistor Q5. More specifically, the collectors of input transistors Q1 and Q2 are connected to the emitter of transistor Q4. The collector of the further input transistor Q3 is connected to the emitter of transistor Q5. The collectors of transistors Q4 and Q5 are connected to load resistors R1 and R2, respectively. The bases of the transistors Q4 and Q5 are connected to the bias terminal In4. Thus a constant bias is applied to the bases of transistors Q4 and Q5.
OR 회로 (11)의 회로동작은 도 1 의 OR 회로 (10)의 회로동작과 유사하다. 입력신호의 논리합 (OR)은, 기준전위가 추가의 입력단자 (In3)에 인가되고 ECL 레벨의 입력신호가 입력단자 (In1 및 In2)에 공급될 때 출력단자 (Out2)와 반전출력단자 (
상기 종래의 ECL 회로는 캐스케이드 접속된 입력 차동 트랜지스터와 디바이스 크기의 축소로 베이스 응답시간과 트랜지스터의 스위칭 응답시간을 줄일 수 있다. 그러나, 종래의 ECL 회로는 컬렉터 응답시간을 줄이기가 어렵다. 더 구체적으로, 회로이득 (G0)을 확보하기 위해 부하저항값 (RL)을 어느 정도 이상으로 유지할 필요가 있다. 한편, 부하저항값 (RL)을 크게 하면 컬렉터 응답속도는 늦어진다.The conventional ECL circuit can reduce the base response time and the switching response time of the transistor by reducing the size of the cascaded input differential transistor and the device. However, the conventional ECL circuit is difficult to reduce the collector response time. More specifically, it is necessary to maintain the load resistance value RL to a certain degree or more in order to secure the circuit gain G0. On the other hand, when the load resistance value RL is increased, the collector response speed becomes slow.
도 3 을 참조하여, OR 회로에서 실행되는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 ECL 회로가 기술된다. 도 3 에서, 도 1 의 것과 유사한 소자 및 부품이 도 1 에서와 동일한 부재번호와 기호로 도시된다. OR 회로 (100)는 입력 트랜지스터 (Q1 및 Q2)와 추가의 입력 트랜지스터 (Q3)를 포함한다. 트랜지스터 (Q1, Q2 및 Q3)의 이미터는 공통 정전류원 (CIS1)에 접속된다. 따라서, 차동 증폭기는 추가의 입력 트랜지스터 (Q3)와 조합한 입력 트랜지스터 (Q1 및 Q2)로 형성된다. 트랜지스터 (Q1, Q2 및 Q3)의 컬렉터는 출력부하에 접속된다. 출력부하는 트랜지스터 (Q6 및 Q7)와, 이 트랜지스터 (Q6 및 Q7)의 각 베이스와 전압 Vcc 를 갖는 전원간에 접속된 저항 (R3 및 R4)으로 구성된다. 저항 (R3 및 R4)은 박막저항과 폴리실리콘처럼 낮은 기생용량을 갖는 물질로 형성된다. 후단 (20)의 회로는 트랜지스터 (Q8 및 Q9)와 정전류원 (CIS2)을 포함한다. 도 1 과 관련하여 상술된대로, 정전용량 (C1 및 C2)은 OR 회로 (100)의 출력단자 (Out3)와 반전출력단자 (
다음에, OR 회로 (100)의 기본동작이 기술된다. 입력신호의 논리합 (OR)은, 기준전위가 추가의 입력단자 (In3)에 인가되고 ECL 레벨의 입력신호가 입력단자 (In1 및 In2)에 공급될 때 출력단자 (Out3)와 반전출력단자 (
출력단자 (Out3)에 걸리는 DC 레벨의 하이전위와 로우전위를 각각 Vout(H)와 Vout(L)로 하면, 전위는 다음 식으로 주어질 수 있다:If the high and low potentials of the DC level across the output terminal (Out3) are set to Vout (H) and Vout (L), respectively, the potential can be given by the following equation:
Vout(H) = Vcc - (kT/q) × ln(I2/Is) ... (1)Vout (H) = Vcc-(kT / q) × ln (I2 / Is) ... (1)
Vout(L) = Vcc - (kT/q) × ln(I1/Is) - R × I1/hFE... (2)Vout (L) = Vcc-(kT / q) × ln (I1 / Is)-R × I1 / h FE ... (2)
Vcc는 전원의 전압이고, k는 홀상수, T는 절대온도, q는 전자의 전하량, Is는 역포화전류, I1은 트랜지스터 (Q3)가 ON 상태인 동안에 트랜지스터 (Q7)를 지나는 이미터 전류, I2는 트랜지스터 (Q3)가 OFF 상태이고 트랜지스터 (Q9)가 ON 상태인 동안에 트랜지스터 (Q9)를 지나는 베이스 전류, R은 저항 (R3 및 R4)의 저항값, 그리고 hFE는 트랜지스터 (Q7)의 직류 증폭률이다.Vcc is the voltage of the power supply, k is the hole constant, T is the absolute temperature, q is the charge of the electron, Is is the reverse saturation current, I1 is the emitter current through transistor Q7 while transistor Q3 is ON, I2 is the base current through transistor Q9 while transistor Q3 is OFF and transistor Q9 is ON, R is the resistance value of resistors R3 and R4, and h FE is the direct current of transistor Q7. Amplification factor.
따라서, 식 (1) 및 (2)에 의거하여, 출력단자 (Out3)의 직류 출력 진폭 △Vout(Dc)는 다음으로 주어질 수 있다:Therefore, based on equations (1) and (2), the DC output amplitude ΔVout (Dc) of the output terminal Out3 can be given as:
△Vout(Dc) = Vout(H) - Vout(L)ΔVout (Dc) = Vout (H)-Vout (L)
= (kT/q) × ln(I1/I2) + R × I1/hFE = (kT / q) × ln (I1 / I2) + R × I1 / h FE
= (kT/q) × lnhFE+ R × Ic/hFE...... (3)= (kT / q) × lnh FE + R × Ic / h FE ... (3)
Ic는 정전류원을 지나는 전류이다. 직류 증폭률 (hFE)은 트랜지스터 (Q7 및 Q9) 사이에서 동일하고, I1 = Ic 및 I2 = I1/hFE인 관계가 사용된다고 가정된다.Ic is the current through the constant current source. The direct current amplification factor h FE is assumed to be the same between transistors Q7 and Q9, and a relationship in which I1 = Ic and I2 = I1 / h FE is used.
식 (3)에서 분명하듯이, 교류를 수신하는 출력단자 (Out3)의 교류출력진폭 △Vout(Ac)는 다음 식 (4)로 주어질 수 있다:As evident in equation (3), the AC output amplitude ΔVout (Ac) of the output terminal Out3 receiving AC can be given by the following equation (4):
△Vout(AC) = (kT/q) × lnhre+ R × I1/hfc... (4)ΔVout (AC) = (kT / q) × lnh re + R × I1 / h fc ... (4)
hfc는 트랜지스터 (Q7)의 교류전류증폭률이다. 교류신호를 수신한 때의 실효부하저항 R(AC)은 다음 식 (5)로 주어질 수 있다:h fc is the AC current amplification factor of transistor Q7. The effective load resistance R (AC) at the time of receiving an AC signal can be given by the following equation (5):
R(AC) = α × (hfe/hFE) × {re(Ic/2) + R/hfe} ... (5)R (AC) = α × (h fe / h FE ) × {re (Ic / 2) + R / h fe } ... (5)
α는 상수, re(Ic/2)는 컬렉터 전류가 Ic/2일 때 트랜지스터 (Q7)의 이미터 저항값이다.α is a constant and re (Ic / 2) is the emitter resistance of transistor Q7 when the collector current is Ic / 2.
식 (4)에서 분명하듯이, 교류전류증폭률 (hfe)이 크면 교류출력진폭 △Vout(Ac)이 커진다. 또한, 식 (5)에서 분명하듯이, 교류출력진폭 △Vout(AC)에 대해 항 (hfe/hFE)만이 감소된다. 식 (5)의 제 2 항은 hfe로 나뉜다. 따라서, 실효치 R(AC)는 종래의 ECL 회로의 부하저항값 (RL)에 비해 크게 감소될 수 있다. 따라서, 부하저항의 실효치는 감소된다. 이것이 컬렉터 응답시간을 줄이고 속도관점에서 ECL 회로 전체로서의 실행을 개선시킨다. 이러한 구조로는, 스위칭 응답시에 회로이득이 비선형으로 되어, 출력신호가 왜곡될 수 있다. 그러나, 아날로그 동작이 아닌 논리동작으로서의 응용에서는, 출력신호를 차동으로 수신하도록 회로를 설계하면 이러한 문제를 제거할 수 있다.As is apparent from Equation (4), when the AC current amplification factor h fe is large, the AC output amplitude ΔVout (Ac) becomes large. Also, as is clear from equation (5), only the term (h fe / h FE ) is reduced for the AC output amplitude? Vout (AC). The second term of equation (5) is divided into h fe . Therefore, the effective value R (AC) can be greatly reduced compared to the load resistance value RL of the conventional ECL circuit. Thus, the effective value of the load resistance is reduced. This reduces collector response time and improves performance throughout the ECL circuit in terms of speed. With this structure, the circuit gain becomes nonlinear in the switching response, so that the output signal can be distorted. However, in an application as a logic operation rather than an analog operation, designing a circuit to receive the output signal differentially can eliminate this problem.
정전류원을 지나는 전류 (Ic)는 0.5 mA, 직류증폭률 (hFE)은 100, 교류전류증폭률 (hfe)은 20, 저항 (R3 및 R4)의 저항값 (R)은 30 ㏀, 그리고 이미터 저항 re (250 ㎂)은 104 ㏀으로 구체적인 예가 주어지면, 식 (3) 및 (5)는 다음 식 (3)' 및 (5)'로 각각 계산된다:Current through constant current source (Ic) is 0.5 mA, DC amplification factor (h FE ) is 100, AC current amplification factor (h fe ) is 20, resistance value (R) of resistors (R3 and R4) is 30 mA, and emitter Given that a concrete example is given by the resistance re (250 kV) of 104 kW, equations (3) and (5) are calculated by the following equations (3) 'and (5)', respectively:
△Vout(DC) = 26mV × ln(100) + 30 ㏀ × 0.5 mA/100ΔVout (DC) = 26 mV × ln (100) + 30 ㏀ × 0.5 mA / 100
= 270 mV ... (3)'= 270 mV ... (3) '
RL(AC) = 20/100 × (104 + 30 ㏀/20)RL (AC) = 20/100 × (104 + 30 ㏀ / 20)
= 320 Ω ... (5)'= 320 Ω ... (5) '
식 (5)에서 사용된 α는 경험상 1이다.Α used in equation (5) is 1 in experience.
한편, 종래의 ECL 회로의 실효부하저항값은 △Vout(Dc)/Ic로 계산될 수 있다. 식 (3)'에 의거하여, △Vout(DC)/Ic = 270 mV/0.5 mA = 540 Ω이다. 이 값을 식 (5)'의 결과와 비교하면, 본 발명에 따른 ECL 회로의 실효부하저항값 R(AC)이 종래의 ECL 회로의 실효부하저항값보다 40% 더 작다는 것이 분명하다.Meanwhile, the effective load resistance value of the conventional ECL circuit can be calculated as ΔVout (Dc) / Ic. Based on Formula (3) ', (DELTA) Vout (DC) / Ic = 270 mV / 0.5mA = 540 mA. Comparing this value with the result of equation (5) ', it is clear that the effective load resistance value R (AC) of the ECL circuit according to the present invention is 40% smaller than the effective load resistance value of the conventional ECL circuit.
본 발명에 따른 ECL 회로의 스위칭 응답은 상술된대로 상기 프로세스에 따른다. 그러나, 표준 프로세스의 전형적인 값인 τf = 10 pS, rbb = 1㏀, Cjc = 10 fF, Cjs = 50 fF, 그리고 CL = 100 fF 으로 가정하면, 트랜지스터의 스위칭 응답시간 (τf), 베이스 응답시간 (G0 × rbb × Cjc), 그리고 컬렉터 응답시간 (RL × Cjs + RL × CL)은 다음처럼 주어진다.The switching response of the ECL circuit according to the invention follows the process as described above. However, assuming that τf = 10 pS, rbb = 1㏀, Cjc = 10 fF, Cjs = 50 fF, and CL = 100 fF, typical values of the standard process, the transistor's switching response time (τf) and base response time (G0). × rbb × Cjc), and the collector response time (RL × Cjs + RL × CL) is given by
1) 트랜지스터의 스위칭 응답시간 (τf) : 10 pS1) Transistor Switching Response Time (τf): 10 pS
2) 베이스 응답시간 (G0 × rbb × Cjc) : 2.6 × 1 ㏀ × 10 fF = 26 Ps, 여기서 G0 = △Vout(DC)/(4kT/q) = 270 mV/(4×26mV) = 2.6 으로 계산된다.2) Base response time (G0 × rbb × Cjc): 2.6 × 1 ㏀ × 10 fF = 26 Ps, where G0 = ΔVout (DC) / (4kT / q) = 270 mV / (4 × 26mV) = 2.6 Is calculated.
3) 컬렉터 응답시간 (RL × Cjs + RL × CL) : 식 (5)'의 RL(AC)을 사용하여 계산하면, 320 Ω × (50fF + 100fF) = 48 pS 이다. 종래의 ECL 회로에서, 컬렉터 응답시간은 80 pS이다. 한편, 속도관점에서의 실행은, 종래의 ECL 회로에 비해, 실효부하저항값 R(AC)의 40% 감소와 관련하여 40% 개선된다.3) Collector response time (RL × Cjs + RL × CL): 320 Ω × (50fF + 100fF) = 48 pS, calculated using RL (AC) in equation (5) '. In a conventional ECL circuit, the collector response time is 80 pS. On the other hand, performance in terms of speed is improved by 40% in relation to the 40% reduction in the effective load resistance value R (AC), compared to the conventional ECL circuit.
상기 계산결과는 84 pS (10 pS + 26 pS + 48 pS)의 총 스위칭시간을 제공한다. 한편, 종래의 ECL 회로에서 얻어진 총 스위칭시간은 116 pS (10 pS + 26 pS + 80 pS)이다. 따라서, 본 실시예는 종래의 ECL 회로에 비해, 총 스위칭시간을 28% (84/116 = 0.72) 개선시킨다. 디바이스 크기를 더욱 줄였기 때문에, 컬렉터 응답시간은 총 스위칭시간에 관해 더 높은 비율을 차지한다. 따라서, ECL 회로 전체로서의 동작은 빨라진다.The calculation results provide a total switching time of 84 pS (10 pS + 26 pS + 48 pS). On the other hand, the total switching time obtained in the conventional ECL circuit is 116 pS (10 pS + 26 pS + 80 pS). Thus, this embodiment improves the total switching time by 28% (84/116 = 0.72) compared to the conventional ECL circuit. As the device size is further reduced, collector response time accounts for a higher percentage of the total switching time. Therefore, the operation as a whole of the ECL circuit becomes faster.
도 4 를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 ECL 회로가 기술된다. 도 4 에서, ECL 회로는 마스터 플립플롭 (30)과 슬레이브 플립플롭 (40)을 포함한다. 마스터 플립플롭 (30)은 차동 트랜지스터 (Q10 및 Q11), 이 트랜지스터 (Q10 및 Q11)의 각 컬렉터와 전원 사이에 접속된 트랜지스터 (Q6 및 Q7), 트랜지스터 (Q6 및 Q7)의 각 베이스와 전원 사이에 접속된 저항 (R3 및 R4), 그리고 트랜지스터 (Q10 및 Q11)의 공통 이미터와 정전류원 (CIS) 사이에 접속된 트랜지스터 (Q12)를 포함한다. 클럭 입력단자 (In6)는 트랜지스터 (Q12)의 베이스에 접속된다. 차동 트랜지스터 (Q10 및 Q11)의 베이스는 데이터 입력단자 (In4) 및 반전 데이터 입력단자 (In5)에 각각 접속된다.Referring to Fig. 4, an ECL circuit according to a second embodiment of the present invention is described. In FIG. 4, the ECL circuit includes a master flip-flop 30 and a slave flip-flop 40. The master flip-flop 30 is provided between the differential transistors Q10 and Q11, the transistors Q6 and Q7 connected between the respective collectors of the transistors Q10 and Q11 and the power supply, and the respective bases and power supplies of the transistors Q6 and Q7. Resistors R3 and R4 connected to it, and a transistor Q12 connected between the common emitter of the transistors Q10 and Q11 and the constant current source CIS. The clock input terminal In6 is connected to the base of the transistor Q12. The bases of the differential transistors Q10 and Q11 are connected to the data input terminal In4 and the inverted data input terminal In5, respectively.
슬레이브 플립플롭 (40)은 차동 트랜지스터 (Q14 및 Q15), 이 트랜지스터 (Q14 및 Q15)의 공통 이미터와 정전류원 (CIS) 사이에 접속된 트랜지스터 (Q13)를 포함한다. 트랜지스터 (Q13)의 베이스는 반전 클럭 입력단자 (In7)에 접속된다. 차동 트랜지스터 (Q14 및 Q15)의 컬렉터는 출력단자 (Q) 및 반전출력단자 (
상술된대로, 본 발명의 ECL 회로는, 회로의 출력부하를 형성하는 트랜지스터 및 이 트랜지스터의 베이스와 전원에 각각 접속된 저항을 사용하여 실효부하저항값을 줄이고 ECL 회로 동작속도를 증가시킬 수 있다. 또한, 고주파신호로 스위칭하는 때에는, 속도관점에서 회로의 실행은 트랜지스터 교류전류증폭율 (hfe)을 줄여 이득보정을 하므로써 크게 개선될 수 있다.As described above, the ECL circuit of the present invention can reduce the effective load resistance value and increase the ECL circuit operation speed by using the transistors forming the output load of the circuit and the resistors connected to the base and the power supply of the transistor, respectively. Further, when switching to a high frequency signal, the execution of the circuit in terms of speed can be greatly improved by reducing the transistor alternating current amplification factor hfe and performing gain correction.
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