JPH02280413A - Basic logic circuit - Google Patents
Basic logic circuitInfo
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- JPH02280413A JPH02280413A JP1102971A JP10297189A JPH02280413A JP H02280413 A JPH02280413 A JP H02280413A JP 1102971 A JP1102971 A JP 1102971A JP 10297189 A JP10297189 A JP 10297189A JP H02280413 A JPH02280413 A JP H02280413A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明は化合物半導体FETを用いた基本論理回路に関
するものであり、特にゲートアレイに用いられるインバ
ータ回路に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Field of Industrial Application> The present invention relates to a basic logic circuit using a compound semiconductor FET, and particularly to an inverter circuit used in a gate array.
〈従来の技術〉
化合物半導体集積回路に応用される基本論理回路として
、電子通信学会研究報告lCD87−a’1r15Qゲ
ートGaAsゲートアレイ」に報告されている。バッフ
1−ドFETロジックC以下BFLと記す。)が知られ
ている。このBFLはGaAsを代表とする化合物半導
体FETにおいて木質的に製造しやすいデプレツ7ヨン
形FETによって構成される。またBFLは動作マージ
ンが大きく、かつ高速でスイッチングするという特徴が
あり、中規模集積回路(MSI)レベルの化合物半導体
集積回路の基本回路として最も早くから検討された回路
のひとつであり、BFLを用いて種々の高速集積回路が
実現されている。<Prior Art> A basic logic circuit applied to a compound semiconductor integrated circuit is reported in the Institute of Electronics and Communication Engineers Research Report 1CD87-a'1r15Q Gate GaAs Gate Array. Buffer 1-doped FET logic C is written as BFL. )It has been known. This BFL is composed of a compound semiconductor FET typically made of GaAs, which is a depression type FET that is easy to manufacture. In addition, BFLs have the characteristics of large operating margins and high-speed switching, and are one of the earliest circuits to be considered as basic circuits for compound semiconductor integrated circuits at the medium-scale integrated circuit (MSI) level. Various high speed integrated circuits have been realized.
第4図に従来例としてBFLを用いたインバータ回路を
示す。負荷F、E T 4とスイッチングFET6によ
って構成されるインバータ部は、スイッチングFET6
のゲー)(IN)に印加される入力信号の反転信号を生
成する。FET?、FET9及びダイオード8によって
構成されるバッファ部はインバータ部の出力信号を増幅
し、次段の回路を駆動する。ダイオード8はインバータ
部の出力信号の直流レベルとバッフ1部の入力信号レベ
ルとを合わせるためのレベルシフトダイオードであり、
この個数はインバータ部を構成するFETのしきい電圧
、電源電圧(Vdd及びVss)などに応じて最適化さ
れる。第4図に示した例のように低消費電力化のため1
つのレベルシフトダイオードで最適化された回路では大
規模集積回路(LSI)レベルでの集積化が可能であり
、ゲートアレイなどへの適用も試みられている。FIG. 4 shows an inverter circuit using a BFL as a conventional example. The inverter section composed of the loads F, E T 4 and the switching FET 6 includes the switching FET 6
generates an inverted signal of the input signal applied to the input signal (IN). FET? , FET 9, and diode 8 amplify the output signal of the inverter section and drive the next stage circuit. Diode 8 is a level shift diode for matching the DC level of the output signal of the inverter section and the input signal level of the buffer 1 section,
This number is optimized depending on the threshold voltage of the FET constituting the inverter section, the power supply voltage (Vdd and Vss), etc. 1 to reduce power consumption as in the example shown in Figure 4.
A circuit optimized using one level shift diode can be integrated at the large scale integrated circuit (LSI) level, and attempts are being made to apply it to gate arrays and the like.
その他、インバータ部がスイッチングFETと負荷素子
であるデプレッション形FETの直列接続によって構成
されるインバータ回路として、スイッチングFETによ
ってエンハンスメント形FETt用いることによって、
レベルシフト回路を省略したダイレクトカップルドFE
Tロジック(DCFL)やダイオードロジックを用いた
ショットキーダイオードFETロジック(SDFL)な
どの回路も化合物半導体集積回路において実用化されて
いる。In addition, as an inverter circuit in which the inverter section is configured by a series connection of a switching FET and a depletion type FET as a load element, by using an enhancement type FETt as a switching FET,
Direct coupled FE without level shift circuit
Circuits such as T logic (DCFL) and Schottky diode FET logic (SDFL) using diode logic have also been put into practical use in compound semiconductor integrated circuits.
〈発明が解決しようとする課題〉
一般に高速で動作させる回路は消費電力が大きく、高速
動作が要求されない回路では消費電力が小さくて済むの
で、目的の回路に要求される動作スピードに応じて各回
路の電力最適設計を行う必要がある。通常、各機能回路
は、その消費電力に応じて回路を構成する素子サイズを
調節することによ−て最適化される。従−て使用目的や
用途が初めから明確な集積回路を構成する場合には、各
回路の機能ごとにあらかじめ最適化を行って素子サイズ
を決めておくことができる。ところが、ゲートアレイの
ように回路を構成する素子を初めから組み込んでおいて
、配線によって目的の回路機能を実現させるような集積
回路の場合には、各機能回路ごとの最適化は望めないた
めに、消費電力の冗長性の高い回路で集積回路全体を構
成するかあるいは素子サイズが異な−た低消費電力用の
セルを部分的に組み込んでおく必要があった。このこと
は回路設計の自由度を制限し、セルの使用率を低下させ
ることになっていた。<Problems to be Solved by the Invention> In general, circuits that operate at high speed consume large amounts of power, while circuits that do not require high-speed operation consume less power. It is necessary to perform power optimization design. Usually, each functional circuit is optimized by adjusting the size of the elements constituting the circuit according to its power consumption. Therefore, when configuring an integrated circuit whose purpose and application are clear from the beginning, it is possible to optimize the function of each circuit in advance and determine the element size. However, in the case of integrated circuits, such as gate arrays, in which the elements that make up the circuit are built in from the beginning and the desired circuit function is achieved through wiring, it is not possible to optimize each functional circuit. However, it was necessary to configure the entire integrated circuit with circuits with high power consumption redundancy, or to partially incorporate low power consumption cells of different element sizes. This limits the degree of freedom in circuit design and reduces cell utilization.
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので低消費電
力型の基本論理回路、特にゲートアレイに好適に用いら
れる低消費電力型のインバータ回路を提供することによ
って、集積回路設計の自由度を向上し、セルの使用率の
向上を目的としたものである。The present invention has been made in view of the above problems, and provides a low power consumption type inverter circuit suitable for use in low power consumption basic logic circuits, especially gate arrays, thereby increasing flexibility in integrated circuit design. The purpose is to improve the cell utilization rate.
〈課題を解決するための手段〉
上記の目的を達成するため本発明による基本論理回路は
、スイッチングFETと、デプレッション形FETを用
いた負荷FETと、負荷電流制限用素子とを備え、前記
負荷FETのゲートとソースとの間に前記負荷電流制限
用素子を接続し、前記ゲートに前記スイッチングFET
を接続し、前記ソースを出力端子とすることを特徴とす
るものである。<Means for Solving the Problems> In order to achieve the above object, a basic logic circuit according to the present invention includes a switching FET, a load FET using a depletion type FET, and a load current limiting element. The load current limiting element is connected between the gate and source of the switching FET, and the switching FET is connected to the gate of the switching FET.
, and the source is used as an output terminal.
〈作 用〉
例えばインバータ回路においては、スイッチングFET
が低抵抗(ON状態)のとき高電位から低電位に電流が
流れる。このとき、本発明に係る基本論理回路において
は、負荷電流制限用素子による電圧降下のためて、負荷
素子として用いられているデプレノンヨン形FETのゲ
ート電位が引き下げられる。このために、当該負荷FE
Tが高抵抗状態とな−て消費電力が小さくなる。<Function> For example, in an inverter circuit, switching FET
When the resistance is low (ON state), current flows from high potential to low potential. At this time, in the basic logic circuit according to the present invention, the gate potential of the depletion type FET used as the load element is lowered due to the voltage drop caused by the load current limiting element. For this purpose, the load FE
Since T is in a high resistance state, power consumption is reduced.
〈実施例〉 第1図は本発明の基本論理回路の構成図である。<Example> FIG. 1 is a block diagram of a basic logic circuit of the present invention.
高電位Vddと低電位VSSO間にデプレッション形F
ETを用いた負荷FETIとスイッチングFET3が負
荷電流制限用素子2を介して接続されている。この負荷
電流制限用素子2は負荷FET1のゲートとソースの間
に接続されており、スイッチングFET8のゲートを入
力端子(IN)として、負荷FETIのソースを出力端
子(OUT)として用いる。負荷電流制限用素子2とし
ては抵抗器、ゲートとソース間を短絡したデプレッショ
ン形FET、ゲートとドレイン間を短絡したデプレッシ
ョン形FETあるいはダイオード等を用いることができ
る。Depletion type F between high potential Vdd and low potential VSSO
A load FET I using an ET and a switching FET 3 are connected via a load current limiting element 2. This load current limiting element 2 is connected between the gate and source of the load FET 1, and uses the gate of the switching FET 8 as an input terminal (IN) and the source of the load FETI as an output terminal (OUT). As the load current limiting element 2, a resistor, a depression type FET with its gate and source shorted, a depression type FET with its gate and drain shorted, or a diode can be used.
入力端子(IN)に論理レベルの低レベルが入力されて
いるときはスイッチングFET8は高抵抗になっており
負荷電流制限用素子2を通じて低電位Vssに流れる電
流はほぼゼロとな1ている。When a low logic level is input to the input terminal (IN), the switching FET 8 has a high resistance, and the current flowing to the low potential Vss through the load current limiting element 2 is almost zero.
従−て負荷電流制限用素子2による電圧降下はほぼゼロ
であり、このとき消費される電流は、ゲートとソース間
とを短絡したデプレッション形FETを負荷素子とする
従来回路と同程度となる。Therefore, the voltage drop caused by the load current limiting element 2 is almost zero, and the current consumed at this time is comparable to that of a conventional circuit in which the load element is a depletion type FET with its gate and source shorted.
入力端子INに論理レベルの高レベルが入力されている
ときは、スイッチングFET8が低抵抗となるため、高
電位Vddから低電位Vssに電流が流れる。従来回路
や場合も1本発明による回路の場合も静的な電力はほと
んどこのときに消費されるのであるが、本発明による回
路の場合には負荷電流制限用素子2による電圧降下が負
荷FET1のゲート電位を引き下げるため、当該負荷F
ET1は高抵抗となり回路の消費電流が小さくなる。When a high logic level is input to the input terminal IN, the switching FET 8 has a low resistance, so a current flows from the high potential Vdd to the low potential Vss. Most of the static power is consumed at this time in both the conventional circuit and the circuit according to the present invention, but in the case of the circuit according to the present invention, the voltage drop due to the load current limiting element 2 is caused by the voltage drop across the load FET 1. In order to lower the gate potential, the load F
ET1 has a high resistance and the current consumption of the circuit becomes small.
本発明の基本論理回路において負荷電流制限用素子とし
て2にΩの抵抗を用いたものを、BFLに適用した例を
第2図に示す。本実施例では、レベルシフトダイオード
の数を1として最適化したため、スイッチングFET6
と負荷FET4のしきい電圧はそれぞれ−0,2v及び
−0,5vとなっている。また電源電圧ばVdd=OV
、Vss=−1,5V、 Vpd −−2Vテある。コ
ノ回路ODC伝達特性とインバータ部の消費電流を第3
図に示す。図中81がインバータ部の消費電流を、また
32がDC伝達特性を示している。インバータ部の電流
は入力電圧が論理しきい値以下ではほとんど流れていな
いが、これを超えると流れ始めることが解る。FIG. 2 shows an example in which a resistor of Ω is used for 2 as a load current limiting element in the basic logic circuit of the present invention and applied to a BFL. In this example, the number of level shift diodes is optimized to 1, so switching FET6
The threshold voltages of the load FET 4 and the load FET 4 are -0, 2v and -0, 5v, respectively. Also, if the power supply voltage is Vdd=OV
, Vss=-1.5V, Vpd--2V. The third example is the cono circuit ODC transfer characteristics and the current consumption of the inverter section.
As shown in the figure. In the figure, 81 indicates the current consumption of the inverter section, and 32 indicates the DC transfer characteristic. It can be seen that the current in the inverter section hardly flows when the input voltage is below the logic threshold, but begins to flow when the input voltage exceeds this.
比較のために第4図に示した従来例のBFL回路の特性
を第5図に示す。図中51がインバータ部の消費電流廉
また52がDC伝達特性である。For comparison, the characteristics of the conventional BFL circuit shown in FIG. 4 are shown in FIG. In the figure, 51 is the current consumption of the inverter section, and 52 is the DC transfer characteristic.
なお1回路を構成する負荷電流制限用素子5以外の素子
定数及び電源電圧は、第2図に示す本発明の回路と同一
としである。第3図と第5図のインバータ部の消費電流
を示すalと51を比較すると、インバータ部が低レベ
ルを出力している期間の消費電流が約半分程度に減少し
ていることが解る。また両者のDC伝達特性32と52
を比較すると論理レベルにはほとんど差がなく、本発明
の回路と従来回路とが混在可能であることが解る。Note that the element constants and power supply voltage of the elements constituting one circuit other than the load current limiting element 5 are the same as those of the circuit of the present invention shown in FIG. Comparing 51 with al showing the current consumption of the inverter section in FIG. 3 and FIG. 5, it can be seen that the current consumption during the period when the inverter section outputs a low level is reduced to about half. Also, the DC transfer characteristics of both 32 and 52
A comparison shows that there is almost no difference in logic level, and it is possible for the circuit of the present invention and the conventional circuit to coexist.
この実施例では負荷電流制限用素子として抵抗を用いた
場合を示したがその他、ゲート、ソースを短絡したデプ
レッション形FETやゲート、ドレインを短絡したデプ
レッション形FETあるい處
はダイオードなどの素子る用いた場合も同様の動部
果が繰待できる。In this example, a resistor is used as the load current limiting element, but other devices such as a depletion type FET with the gate and source shorted, a depletion type FET with the gate and drain shorted, or a diode can also be used. Similar effects can be expected even if the movement occurs.
〈発明の効果〉
以上説明したように本発明によれば、スイッチングFE
TがON状態のとき負荷電流制限用素子による電圧降下
のために負荷FETのゲート電位が引き下げられて高抵
抗状態になるために消費電流が小さくなるので、低消費
電力型の基本論理回路を構成することができる。また、
素子サイズなどの素子パラメータを一切変えることなく
、負荷電流制限用素子を追加するだけで基本論理回路の
消費電力を低減できるので、回路設計の自由度が上がり
、セルの使用率も向上する。<Effects of the Invention> As explained above, according to the present invention, the switching FE
When T is in the ON state, the gate potential of the load FET is lowered due to the voltage drop caused by the load current limiting element and the load FET enters a high resistance state, reducing the current consumption, thus forming a low power consumption basic logic circuit. can do. Also,
The power consumption of the basic logic circuit can be reduced by simply adding a load current limiting element without changing any element parameters such as element size, increasing the degree of freedom in circuit design and improving cell utilization.
第1図は本発明の基本論理回路の回路図、第2図は本発
明の一実施例の回路図、第8図は本発明の実施例の特性
図、第4図は従来例の回路図、第5図は従来例の特性図
である。
1.4・・・負荷FET、2・・・負荷電流制限用素子
、8.6・・・スイ・ノチングFET、5・・・抵抗、
7.9・・・パリ77FET、8・・・レベルシフト
ダイオード、81・・・インバータ部消費電流、32・
・・DC伝み特性。
代理人 弁理士 杉 山 毅 至(他1名)dd
一/、(5’
一/、4
Vjn (V)
適3図
dd
dd
Pd
第4
図Figure 1 is a circuit diagram of the basic logic circuit of the present invention, Figure 2 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, Figure 8 is a characteristic diagram of the embodiment of the present invention, and Figure 4 is a circuit diagram of a conventional example. , FIG. 5 is a characteristic diagram of a conventional example. 1.4... Load FET, 2... Load current limiting element, 8.6... Switch notching FET, 5... Resistor,
7.9... Paris 77FET, 8... Level shift diode, 81... Inverter section current consumption, 32.
...DC transmission characteristics. Agent Patent attorney Takeshi Sugiyama (1 other person) dd 1/, (5' 1/, 4 Vjn (V) Suitable figure 3 dd dd Pd Fig. 4
Claims (1)
制限用素子を接続し、 前記ゲートに前記スイッチングFETを接続し、前記ソ
ースを出力端子とすることを特徴とする基本論理回路。[Claims] 1. A switching FET, a load FET using a depletion type FET, and a load current limiting element, the load current limiting element being connected between the gate and source of the load FET. A basic logic circuit characterized in that the switching FET is connected to the gate, and the source is used as an output terminal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1102971A JPH02280413A (en) | 1989-04-20 | 1989-04-20 | Basic logic circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1102971A JPH02280413A (en) | 1989-04-20 | 1989-04-20 | Basic logic circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02280413A true JPH02280413A (en) | 1990-11-16 |
Family
ID=14341644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1102971A Pending JPH02280413A (en) | 1989-04-20 | 1989-04-20 | Basic logic circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02280413A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5656956A (en) * | 1995-03-28 | 1997-08-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Logic gate circuit and digital integrated circuit |
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| JP2012085061A (en) * | 2010-10-08 | 2012-04-26 | Sony Corp | Level conversion circuit and display device, and electronic apparatus |
| JP2012530441A (en) * | 2009-06-17 | 2012-11-29 | エプコス アーゲー | Low current inverter circuit |
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| JP2013511868A (en) * | 2009-11-24 | 2013-04-04 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | Low current logic and driver circuits |
-
1989
- 1989-04-20 JP JP1102971A patent/JPH02280413A/en active Pending
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