JPH02246618A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、論理回路に係り、詳しくはＮＯＲゲートと呼
ばれる論理回路に関する。

全ての組合わせ論理回路はＮＡＮＤゲートのみ、または
ＮＯＲゲートのみで構成できるから、これらのゲートは
極めて多く使用されるが、近時のＬＳＩの高集積化、高
速化の要請に伴い素子数の少ないもので、ＮＯＲゲート
等を構成できることが要求されている。

〔従来の技術〕

従来のＮＯＲゲートとしては、例えばバイポーラトラン
ジスタを用いたものがあり、これはベース入力を直接入
れ、コレクタから出力を取り出すという回路構成になっ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来のＮＯＲゲートの回路構
成では、トランジスタのベースに“Ｈ”レベルを入れて
出力を”Ｌ”レベルにしたとき、この出力で次段のトラ
ンジスタをオフにするためには、コレクタの電位がベー
スの電位より下がる必要がある。すなわち、コレクタ・
エミッタ間の飽和電圧がベース・エミッタ間の立上がり
電圧より小さい必要がある。

ここで、ＮＯＲゲートの能動素子として通常のバイポー
ラトランジスタを用、いているのであれば、上記関係を
満たしているので問題はないが、例えば構成素子数低減
による高集積化および高速化の意図のもとに本出願人が
提案した共鳴トンネリング・ホットエレクトロトランジ
スタ（以下、ＲＨＥＴという）などの素子を用いた場合
には、上記の関係が必ずしも適切に満たされない。した
がって、このような素子を用いる場合、入出力のレベル
が合う回路を考える必要があるが、現状では未だ考えら
れておらず、高集積化等の要求に沿ったＮＯＲゲートが
できないという問題点があった。

なお、入力側と出力側の間に直流レベル差があると、回
路を直結することができなくなったり、レベル変換回路
を介在させる必要があったりして回路が複雑化する。

ここで、ＲＨＥＴの構造および原理については本発明の
出願人が既に提案し、開示している（特開昭６２−１８
１４６８号公報参照）。このＲＨＥＴは能動素子として
負性コンダクタンスを持ち高速機能素子として注目され
ているもので、第４図に電流・電圧特性を示す。そして
、第５図にＲＨＥＴの構造バンドダイヤグラムを示す。

ＲＨＥＴの構造は、例えばｎ″ＧａＡｓのコレクタＮｌ
ｏ、ＡｆＧａＡｓのコレクタバリヤ層２０．　ｎ”　Ｇ
ａＡＳのベース層３０．ＡｆＧａＡｓとＧａＡｓよりな
る超格子構造のエミッタバリヤ層４０及びｎ″ＧａＡｓ
よりなるエミツタ層５０からなる。このトランジスタは
、熱平衡状態では第５図（ａ）の如きバンドダイヤグラ
ムを有しているが、エミッタ、５ｏとコレクタ１０間に
電圧ＶＣｔを印加して（第５図（ｂ））、エミッタ５０
とベース３０間に所定の電圧■、を印加すると、第５図
（Ｃ）の如く、エミッタからベースに注入される電子の
数が多くなるという特性を持つ。そして、ベースに注入
された電子はホットエレクトロンとなりベース中を高速
で駆は抜けたのち、散乱でエネルギーを失った一部の電
子を除きコレクタに達する。さらに、ベースエミッタ間
の電圧をさらに高くすると、第５図（ｄ）の如くエミッ
タからの電子の注入はなくなり、コレクタ電流は減少す
る。そして、さらにペースエミッタ間電圧を上げると、
再びコレクタ電流は上昇する。

したがって、第４図に示すように共鳴トンネリング効果
による負性抵抗領域が存在し、複雑な特性となる。また
、ＲＨＥＴではバイポーラトランジスタと異なり第５図
（ａ）の如きバンド構造が相違し、かつコレクタ障壁（
バリア）２０が厚い。さらに、コレクタバリア内での散
乱、すなわちエミッタからベースに注入された電子は第
５図（ｃ）の如くコレクタバリア２０内で散乱を受ける
が、その散乱が無視できない状態なので、結局、コレク
タ・エミッタ間の飽和電圧■。が高くなっている。

そこで本発明は、ＲＨＥ　Ｔなどのようにコレクタ・エ
ミッタ間の飽和電圧が高い素子であっても、入出力レベ
ルの合うＮＯＲゲートを構成し、高集積化等を達成でき
る論理回路を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による論理回路は上記目的達成のため、２つのト
ランジスタのベースおよびエミッタを共通接続し、さら
に該ベースに一方のトランジスタのコレクタを接続する
ことにより、該一方のトランジスタをダイオード接続し
、一方のトランジスタのコレクタ側に入力抵抗を接続し
、該入力抵抗を介して入力信号を供給し、他方のトラン
ジスタのコレクタ側に負荷抵抗を接続し、該コレクタか
ら出力信号を取り出すようにするとともに、少なくとも
複数の入力信号の全てが高レベルで供給されたとき２つ
のトランジスタに流れるコレクタ電流がピーク電流より
も小さく、かつ負荷抵抗を入力抵抗より大きくするよう
に設定して入力と出力の間でＮＯＲ論理を形成するよう
にしている。

〔作用］ 本発明では、２つのトランジスタがカレントミラー回路
を構成し、複数の入力が“Ｌ″′のときは双方のトラン
ジスタの電流が殆ど流れず、出力は“Ｈ”である。一方
、少なくとも一方の入力がＨ＋＋になると電流が流れる
が、一方の人力が“Ｈ”のときの電流より出力が飽和す
るようにすることにより、複数の人力が“Ｈ”の場合で
も出力が“Ｌ”になり、ＮＯＲ論理が実現する。

したがって、入力抵抗による電圧降下によりレベルがシ
フトするため、特にＲＨＥ　Ｔなどのようにコレクタ・
エミッタ間の飽和電圧が高い素子であっても、入出力レ
ベルの合うＮＯＲゲートを構成できる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

派１」【肌 最初に、本発明の詳細な説明する。第１図は本発明によ
るＮＯＲゲートの回路図であり、ＮＯＲゲート１は２つ
のＲＨＥＴ２．３、入力抵抗Ｒ１゜Ｒ２および負荷抵抗
Ｒ３により構成される。２つのＲＨＥＴ２．３のベース
およびエミッタは共通接続され、さらにＲＨＥＴ２のコ
レクタはベースに接続されている。したがって、ＲＨＥ
Ｔ２はダイオード接続されることとなり、ＲＨＥＴ２．
３はいわゆるカレントミラー回路を構成している。

なお、Ｖｃｃは高電位電源、ＧＮＤは低電位の接地電位
であり、ＲＨＥＴ２．３のエミッタは共に接地されてい
る。ＲＨＥＴ２．３の構造等は第５図に示したものと同
じである。

以上の構成において、カレントミラー回路を構成する２
つのＲＨＥＴ２．３に２つの入力抵抗Ｒ１１Ｒ２を通し
て入力信号Ａ、Ｂをそれぞれ供給し、負荷抵抗Ｒ１の付
いたＲＨＥＴ３のコレクタ側から出力信号Ｑを取り出す
場合、カレントミラー回路の性質より第２図に示すよう
にダイオード接続されたＲ　ＨＥ　Ｔ　２に電流■、を
流し込むと、その電流１１に応じてエミッタ・ベース間
の電圧が決まり、その電圧に応じた電流■２が他方のＲ
ＨＥＴ３に流れ、両者の関係は次式で表される。

Ｉ２　　　ｎ′Ｈｆ・ ＩｒＨｔｍ＋ｎ＋１ ：２つのトランジスタの面積比 Ｈｌｍ：電流増幅率 このとき、２つのＲＨＥＴ２．３のエミッタ・ベース間
の電圧は常に同じになるから、例えば同じチップ上に作
られた特性の揃った一同し面積のトランジスタであれば
、常に同じ電流が流れる。若し、電流増幅率Ｈｔ、が大
きくベース電流が無視できれば、ダイオード接続された
ＲＨＥＴ２に流しこむ電流■１と、他方のＲＨＥＴ３が
吸い込む電流Ｉ２は等しくなる。また、二つのＲＨＥＴ
２．３の面積を変えてやれば、その面積比ｎに応じた電
流が流れる。

したがって、ダイオード接続されたＲ　ｆ−Ｔ　Ｅ　Ｔ
　２に流れる電流■、はエミッタ・ベース間の特性に負
荷線を引いて求めることができる。この負荷線を例えば
先に示した第４図に引くと、同図に破線■〜■で示すよ
うになる。

いま、両方の入力信号Ａ、Ｂが°゛Ｌ°゛のときは電流
１．が殆ど流れない（負荷線■のとき）。したがって、
ＲＨＥＴ３のコレクタ電流■２も流れず出力信号Ｑは′
Ｈ゛である。また、一方に″。

Ｈ１１が入ったとき（負荷線■のとき）、および両方の
入力信号Ａ、Ｂに“Ｈ１１が入ったとき（負荷線■めと
き）には電流■１が流れ込み、このときカレントミラー
回路の性質より、当然にこれと同じ値の電流Ｉ２が負荷
抵抗Ｒ３に流れ出ようとする。ここで、少なくとも両方
の入力信号Ａ、Ｂが全て°“Ｈ”′で入ったときの電流
がピーク電流よりも小さくなるように入力抵抗Ｒ，，Ｒ
，を選定し、かつこの抵抗により大きくなるように負荷
抵抗Ｒ３の値を選定することにより、一方に“°Ｈ°′
力５入った場合でも出力信号Ｑは°゛Ｌ“″レベルにな
り、動作マージンを良好に保ちながらＮＯＲゲート１の
論理を実現できる。また、このとき電流は第４図に示す
ピーク電流を越えて負性領域にいくことはないので、負
性抵抗素子であってもＮＯＲ論理を決定するのに、全く
不都合はない。

さらに、上記構成とすることにより、入力につないだ入
力抵抗Ｒｒ、Ｒｚにより入力信号Ａ、　Ｂがそれぞれ電
圧降下を受けてカレントミラー回路を構成するＲＨＥＴ
２，３に供給されるため、入力信号のレベルがシフトす
ることになる。なお、レベルシフトさせるのみであれば
カレントミラー回路でなく、単なる抵抗（例えば、ベー
ス抵抗の介挿）のみでも可能であるが、これでは動作マ
ージンが狭く、かつ安定さに欠けて実用的でない。

したがって、入力抵抗Ｒｒ、Ｒｚとカレントミラー回路
の組み合わせによって初めて実用に供し得るようなレベ
ルシフトを行うことができ、これにより入出力レベルを
複雑な回路を用いることなく容易かつ簡単に合わせるこ
とができる。その結果、特にＲＨＥＴなどのようにコレ
クタ・エミッタ間の飽和電圧が高い素子であっても、入
出力レベルの合うＮＯＲゲートを構成できる。

また、ＲＨＥＴなどのように入出力特性に負性コンダク
タンスがあるような複雑な特性の素子であっても、二つ
のトランジスタが同じように動作するため、設計が容易
である。すなわち、両方の入力に“Ｈ”が入ったときに
流れる電流はピーク電流より小さくする、負荷抵抗は入
力の抵抗より大きくする、という２点だけを注意すれば
ほぼ動作が保証される。したがって、高集積化・高速化
の要求に沿ったＮＯＲゲートを実現することができる。

スＪ１舛 次に、上記原理に基づく本発明によるＮＯＲゲートの好
適な一実施例について説明する。第３図は能動素子とし
てＲＨＥＴを用いて第１図の回路を実現した場合の回路
図であり、回路構成は同じであるため、能動素子には第
１図と同一符号を付し、抵抗Ｒ，−Ｒ，については同一
位置のものに対してわかりやすくするため、抵抗値で表
している。また、Ｖｃｃ＝２．５　Ｖ、ＧＮＤ＝ＯＶで
あり、さらにＲＨＥ　Ｔ　２．３の特性としては、立上
がり電圧が０．４　Ｖ、ピーク電圧が０．８　Ｖ、ピー
ク電流が１０ｍＡのものを使用している。この回路で前
述の如き動作をさせた場合、 “Ｈ”レベル＞２．ＯＶ Ｌ”レベル＜１．ＯＶ という結果が得られ、実用に供し得るＮＯＲゲートを実
現できた。

なお、上記実施例ではＲＨＥＴを用いて回路を構成して
いるが、通常のバイポーラトランジスタ、ペテロ接合バ
イポーラトランジスタ、ホットエレクトロントランジス
タでも同じように回路を構成できる。

〔発明の効果〕

本発明よれば、カレントミラー回路を用いることにより
、コレクタ・エミッタ間の飽和電圧が高く、また入出力
特性が複雑な特性の素子であっても、入出力レベルの合
うＮＯＲゲートを構成することができ、高集積化・高速
化の要求に沿った論理回路を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明の詳細な説明する図であり、第１図
はそのＮＯＲゲートの回路図、 第２図はそのカレントミラー回路を説明する図、第３図
は本発明に係る論理回路の一実施例を示すＮＯＲゲート
の回路図、 第４図はＲＨＥＴの特性を示す図、 第５図はＲＨＥＴの構造バンドダイヤグラムを示す図で
ある。 ■・・・・・・ＮＯＲゲート、 ２、３・・・・・・ＲＨＥＴ。 Ｒｒ、Ｒｚ・・・・・・入力抵抗、 Ｒ３・・・・・・負荷抵抗。 本発明のカレントミラー回路を説明する図第２図 一実施例のＮＯＲゲートの回路図 第３図 ＲＨＥＴの特性を示す図 第４図 く　　　く 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２つのトランジスタのベースおよびエミッタを共通接続
   し、 さらに該ベースに一方のトランジスタのコレクタを接続
   することにより、該一方のトランジスタをダイオード接
   続し、 一方のトランジスタのコレクタ側に入力抵抗を接続し、
   該入力抵抗を介して入力信号を供給し、他方のトランジ
   スタのコレクタ側に負荷抵抗を接続し、該コレクタから
   出力信号を取り出すようにするとともに、 少なくとも複数の入力信号の全てが高レベルで供給され
   たとき２つのトランジスタに流れるコレクタ電流がピー
   ク電流よりも小さく、かつ負荷抵抗を入力抵抗より大き
   くするように設定して入力と出力の間でＮＯＲ論理を形
   成するようにしたことを特徴とする論理回路。