JPH01202024A - 論理回路 - Google Patents

論理回路

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JPH01202024A
JPH01202024A JP63025581A JP2558188A JPH01202024A JP H01202024 A JPH01202024 A JP H01202024A JP 63025581 A JP63025581 A JP 63025581A JP 2558188 A JP2558188 A JP 2558188A JP H01202024 A JPH01202024 A JP H01202024A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
depletion type
threshold voltage
current
circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP63025581A
Other languages
English (en)
Inventor
Yu Watanabe
祐 渡邊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP63025581A priority Critical patent/JPH01202024A/ja
Publication of JPH01202024A publication Critical patent/JPH01202024A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H03K19/00384Modifications for compensating variations of temperature, supply voltage or other physical parameters in field effect transistor circuits

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

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】 〔概 要〕 DCFL (デイレクト カップルド FETロジック
)型式の論理回路の改良に関し、 負荷素子として用いられるディプリーション型FETの
しきい値電圧変動に対して安定で、制御性、均一性、再
現性にすぐれた論理回路をうろことを目的とし、 負荷素子としてドレイン−ゲート間を短絡したディプリ
ーション型FETを用い、該FETをそのドレイン−ソ
ース間の電圧が充分小さい線形領域で動作させるように
構成される。
〔産業上の利用分野〕
本発明はDCFL型式の論理回路、特にCaAs−ME
S・FETやHEMTなどの化合物半導体のFETを用
いたDCFL型式の論理回路の改良に関する。
〔従来の技術〕
一般に論理回路は集積回路内で用いられる必要性から、
その伝達特性として均一かつ安定で、制御性、再現性の
高いものが求められる。また同時に簡単で消費電力が小
さく、レイアウトした時に占有面積の小さいものが必要
である。
このため従来より、LSIに利用される論理回路型式、
特にGaAs−MES−FETや)IEMTなどの化合
物半導体のFETを用いた論理回路型式としては、消費
電力の低いことや占有面積の小さいことなどがら、第2
図(a)又は(b)に示されるようなDCFL (デイ
レクト カップルド FET ロジック)がしばしば用
いられる。なお第2図には、従来のDCFLとしてイン
バータが例示されており、該第2図中、Q5は、スイッ
チング素子としてのエンハンスメント型FET 、 R
は負荷素子としての抵抗であり、またQ4は、負荷素子
としてのゲート−ソース間が短絡されたディプリーショ
ン型FITである。
この場合、第2図(a)に示されるように、負荷素子と
してゲート−ソース間を短絡したディプリーション型F
ETを用いると、該ディプリーション型FETの電流電
圧特性が第4図に示されるように飽和特性(すなわち定
電流特性)を有することから制御性の良いインバータを
構成することができ、このため従来より上記第2図(a
)に示されるようなディプリーション型FETQ4およ
びエンハンスメント型FETQ5を用いたDCFLが一
般的に用いられている。なお第2図中、Vinは入力端
の電圧、voutは出力側の電圧、voは負側の電源端
子(例えば−2V)を示す。また第4図中、Vt1Sは
FETQ4のドレイン−ソース間電圧、■ゎは該FET
Q4を流れる電流を示す。
〔発明が解決しようとする課題] かかる従来のDCFLの伝達特性、特に論理しきい値を
決定する主な素子パラメータは、該エンハンスメント型
FETQ5のしきい値電圧と、負荷素子(この場合ディ
プリーション型FETQ4)の電流値である。したがっ
て当然これらの素子特性のばらつきは論理回路特性に大
きく影響する。
この場合、従来のDCFLでは、負荷素子の電流特性は
、上記第4図に示されるように定電流特性に近いものか
えられるものの、その電流値は該ディプリーション型F
ETQ4のしきい値電圧vthにより決定され、該しき
い値電圧vthの変動は電流値に大きく影響する。ここ
で上記第4図には、該ディプリーション型PETのしき
い値電圧vthが一300mVから一800mVまで変
動した場合の該ディプリーション型FETの電流電圧特
性の変化を示す。
このため製造プロセスにおいて、上記エンハンスメント
型およびディプリーション型の2種のFETの特性につ
いて高い制御性と均一性とが要求される。この場合、製
造プロセス上、2種の素子の制御は1種の場合に比べは
るかに難しいため(すなわちスイッチング素子としての
エンハンスメント型FETのしきい値電圧を決めたとし
ても、同時に負荷素子としてのディプリーション型FE
Tの特性を所定の特性となるように制御することが困難
となる)、設計上、素子のばらつきを考慮することが必
要であり、特に論理振巾の小さいGaAS・MES −
FETやl(EMT (これらの化合物半導体を用いた
FETではショットキー接合をそのゲートに使うためそ
の論理振巾は約0.8■となる)を用いた論理回路では
、充分なノイズマージンをうるため、高速性をある程度
犠牲にする(例えば電流値を減少させる)必要がある。
本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、
負荷素子(すなわち上記ディプリーション型FET)の
電流を、そのしきい値電圧に対して安定化するために、
上記第4図に示されるようなしきい値電圧によって大き
く電流値が変動する飽和領域ではなく、負荷素子の電流
電圧特性がそのしきい値電圧に対して変動が少なくなる
ような領域で使えるような回路を用いることによって、
該しきい値電圧変動に対して安定で、制御性、均一性、
および再現性にすぐれた論理回路をうるようにしたもの
である。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するために本発明においては、負荷素子
としてドレイン−ゲート間を短絡したディプリーション
型FETを用い、該pETをそのドレイン−ソース間の
電圧が充分小さい線形領域で動作させるようにした論理
回路が提供される。
〔作 用〕
上記構成によれば、該負荷素子の電流電圧特性が第5図
に示されるようにそのしきい値電圧の変動に対して安定
化し、その結果、該ディプリーション型FETの制御精
度は緩くなり、製造プロセスが楽になる上に、回路の安
定性も増す。
(実施例〕 第1図は本発明の1実施例としての論理回路を示す回路
図であって、第2図に示す従来回路と相違する点は、負
荷素子としてドレイン−ゲート間を短絡したディプリー
ション型FETQI乃至Q3を用いた点である。
第5図はかかるドレイン−ゲート間を短絡したディプリ
ーション型FETの電流電圧特性を示すもので、該第5
図に示されるように線型領域(抵抗に近い特性)で動作
するようになり、この場合、そのしきい値電圧vthの
変動に対しその電流値が安定し殆んど変動しなくなる。
(なお第5図には、該vthが上記第4図と同様に一3
00mVから一800mVまで変化した場合の特性変化
が示されている。)このようにドレイン−ゲート間を短
絡したディプリーション型FETは線型領域で動作し抵
抗に近い特性を示すようになるが、該論理回路に印加さ
れる電源電圧(第1図の回路ではVEEに相当)を適当
な値(例えば−2V)に設定することにより、該FET
を、上記飽和特性を有するディプリーション型FET(
すなわちゲート−ソース間を短絡したディプリーション
型FET)とほぼ同等の素子として使用することができ
る。
第3図は上記した点を具体的に示、すもので、曲線Aは
スイッチング素子としての)’ETQ5がオン状態のと
きの第1図の回路の電流電圧曲線を示し、曲線Bは該F
arqirがオフ状態のときの第1図の回路の電流電圧
曲線を示す。なお第3図の■、は負荷素子としてのFE
TであるQl乃至Q3を流れる電流を示しており、該電
流Iflには、オン状態のFETQ5側へ流れる電流の
ほかに、その出力側(VOLIT側)から次段の回路(
例えば次段のインバータの入力側)に流れる電流も含ま
れる。したがって次段のインバータの入力側を構成する
スイッチング素子としてのFETのゲートがショットキ
ー接合で形成されている場合には、藏ショットキー接合
を通して流れる電流が急増することにより、該曲線Aお
よびBは、横軸(V out  V Eう)が約0.8
■に達した点で急に立ち上るようになる。また曲線Ls
は、負荷素子としてゲート−ソース間を短絡した(飽和
特性を有する)ディプリーション型FETの負荷曲線を
示し、また直線LRは、負荷素子として上記ドレイン−
ゲート間を短絡した(抵抗特性を有する)ディプリーシ
ョン型FETの負荷曲線を示し、■、を一2■に設定す
るものとする。したがって該曲線A、Bと直線LRとの
交点り、Hはそれぞれ、本発明のように負荷素子として
ドレイン−ゲート間を短絡したディプリーション型FE
Tを用いた場合のロウレベル出力点およびハイレベル出
力点を示すこととなる。そして上述したように■、を例
えば−2■に設定した場合には、これら2つの出力点間
の電流電圧特性(負荷素子として使用する領域)には多
少の傾きがあるものの、上記飽和特性(第3図における
曲線A。
Bと曲線Lsとの交点L’、H’はそれぞれ第2図(a
)の回路におけるロウレベル出力点およびハイレベル出
力点を示す)と比較してそれ程の差を生じない。この場
合、仮に該vFtの絶対値を減少させて例えば−0,8
V程度とした場合には、上記した本発明による負荷素子
を、上記飽和特性を有する負荷素子とほぼ同等の素子と
して使用することができなくなる。したがって本発明に
おいては、該電源電圧として所定の値(例えば正側電圧
をO■としたとき負側電圧■、を一2■とする)を設定
し、該負荷素子の使用領域が飽和特性に近い特性となる
ようにすることが必要である。
また上述したように負荷素子としてのFETにGaAs
−MES−FETやHEMTなどを′用いた場合、その
ゲートにショットキー接合が用いられているため、ゲー
ト−ソース間の電圧が例えば0.8vを超えるようにな
ると、ゲート−ソース電流が過大に流れるため、第1図
に示される回路では上記正側Ov1負側−2vの電源電
圧に対して、負荷素子を3個(すなわち上記FETQI
乃至Q3)直列に接続している。このように本発明では
、該ゲート−ソース電流が過大になるのを防ぐため、電
源電圧の値に応じて、所定数の負荷素子が直列に接続さ
れる。
すなわち本発明では、第5図に示される電流電圧特性の
うち、■。、(負荷素子のドレイン−ソース間電圧)が
約0.8v以下となる領域が使用されることになる。
第6図は、上記第2図(a)に示される従来回路の伝達
特性(Vinに対する■。U7の特性)を示し、一方策
7図は、上記第1図に示される本発明回路の伝達特性を
示している。該第6図に示されるように、上記第2図(
a)に示される従来のインバータ回路においては、その
論理しきい値が、該負荷素子としてのディプリーション
型FETのしきい値電圧vthの変動(例えば−300
mVから一800mVまでの変動)に応じて大きくばら
つくのに対し、第1図に示されるような本発明の回路に
おいては、上記第7図に示されるようにその論理シキい
値(vot+tがハイレベルからロウレベルに切換る際
のVinO値)が、該vthの変動に拘らずほぼ一定と
なり、安定した動作を行うことができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば負荷素子のしきい値電圧の変動に対して
安定な論理回路を容易にうろことができるため、製造プ
ロセスを簡単化し、設計上安定な特性を期待することが
でき、したがってその歩留りも向上させることができる
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の1実施例としての論理回路を示す図
、 第2図(a)、(b)は、従来技術としての論理回路を
例示する図、 第3図は、第1図の回路の使用領域を第2回(a)の回
路と比較して示す特性図、 第4図は、第2図(a)の回路に用いられる負荷素子の
電流電圧特性を示す図、 第5図は、第1図の回路に用いられる負荷素子の電流電
圧特性を示す図、 第6図は、第2図(a)の回路の伝達特性が負荷素子の
しきい値電圧に依存する状態を示す図、第7同は、第1
図の回路の伝達特性が負荷素子のしきい値電圧に依存す
る状態を示す図である。 (符号の説明) Q1〜Q4:ディプリーション型FET 。 Q5:エンハンスメント型FET 。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、負荷素子としてドレイン−ゲート間を短絡したディ
    プリーション型FETを用い、該FETをそのドレイン
    −ソース間の電圧が充分小さい線形領域で動作させるこ
    とを特徴とする論理回路。 2、該負荷素子としてのFETを、電源電圧に応じて複
    数個直列に接続してなる、請求項1に記載された論理回
    路。
JP63025581A 1988-02-08 1988-02-08 論理回路 Pending JPH01202024A (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6057724A (ja) * 1983-09-09 1985-04-03 Hitachi Ltd 半導体集積回路

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6057724A (ja) * 1983-09-09 1985-04-03 Hitachi Ltd 半導体集積回路

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