JPH0249574B2 - RONRIGEETOKAIRO - Google Patents

RONRIGEETOKAIRO

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JPH0249574B2
JPH0249574B2 JP3697581A JP3697581A JPH0249574B2 JP H0249574 B2 JPH0249574 B2 JP H0249574B2 JP 3697581 A JP3697581 A JP 3697581A JP 3697581 A JP3697581 A JP 3697581A JP H0249574 B2 JPH0249574 B2 JP H0249574B2
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JP
Japan
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circuit
transistor
diode
input
output
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JP3697581A
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Susumu Mori
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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    • 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
    • H03K19/00307Modifications for increasing the reliability for protection in bipolar transistor circuits

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は論理ゲート回路、とくにTTL(トラン
ジスタ・トランジスタ・ロジツク)に関する。 デイジタル論理回路において、第1図a,bで
示される論理ゲートがしばしば用いられる。これ
らの論理ゲートは、2つの入力端子と1つの出力
端子を有し、その第1の入力の否定信号と第2の
入力信号のNAND、または第1の入力信号と、
第2の入力の否定信号とのOR機能を有してい
る。すなわち、第1の入力端子1の論理をA、第
2の入力端子2の論理をB、出力端子3の論理を
Yとすると、論理式は、第1図aの場合Y=〓・
B、第1図bの場合Y=A+となる。また、こ
れらの論理ゲートの2つの入力に対する4通りの
論理状態は第1表に示す真理値表の通りとなる。 第1表 真理値表 入力1 入力2 出力3 H L H L L H H H H L H L 従来から、上記の機能を有すると共に、回路の
閾値電圧がPN接合2段分の電圧(約1.4V)であ
り、しかも入力が低レベルの時、入力端子へ流れ
出る電流(以下低レベル入力電流と略記)を少な
くするため入力段にPNPトランジスタを用いた
TTL回路として第2図に示す回路が良く知られ
ている。図において1は第1の入力端子、2は第
2の入力端子、3は出力端子、4は入力端子1を
入力とするインバータ回路10の出力部、5は電
源端子、6は接地端子、20は入力端子2および
前記インバータ回路10の出力4を入力とする
NAND回路を示す。また、Q1,Q2およびQ3は、
それぞれインバータ回路10の入力段トランジス
タ、中間段トランジスタおよび出力段トランジス
タであり、Q4,Q5,Q6,Q7,Q8およびQ9はそれ
ぞれ、NAND回路20の入力段トランジスタ、
位相分割段トランジスタおよびプルダウントラン
ジスタである。尚ここではトランジスタQ1,Q4
は前述の通り、低レベル入力電流を小さくするた
めにPNPトランジスタが使用されており、また
トランジスタQ1,Q4およびQ7を除くすべてのト
ランジスタには飽和防止のためベース−コレクタ
間をシヨツトキー・バリア・ダイオード(SBD)
でクランプしたNPNが使用されている。D1,D2
およびD3は、それぞれインバータ回路10のレ
ベルシフトダイオード、スピードアツプSBDお
よび出力レベルシフトダイオードを示し、D4
D5およびD6はそれぞれNAND回路20のレベル
シフトダイオード、スピードアツプSBDおよび
入力ゲートSBDを示す。R1〜R9は抵抗であり、
典型的な抵抗値を第2表に示す。 第2表 従来回路の抵抗値 抵抗名 抵抗値(kΩ) R1 6 R2 6 R3 4 R4 6 R5 4 R6 0.05 R7 5 R8 1.5 R9 3 この回路は、よく知られているように、入力2
が低レベル状態(以下“L”と略記)のときは、
入力段PNPトランジスタQ4およびSBDD5が導通
し位相分割段トランジスタQ5のベース駆動電流
がなく、トランジスタQ5、出力段トランジスタ
Q8が非導通状態、逆にオフバツフアトランジス
タQ6,Q7は能動状態にあり出力端子3は高レベ
ル状態(以下“H”と略記)となる。一方、入力
端子2が“H”のときは、トランジスタQ4
SBD D5は非導通状態にあり、位相分割段トラン
ジスタQの動作は入力端子1ひいてはインバータ
回路10の出力部4の状態で決まる。すなわち、
この場合入力端子1が“H”のときは、入力段
PNPトランジスタQ1およびSBD D2は非導通で
ありレベルシフトダイオードD1、中間段トラン
ジスタQ2および出力段トランジスタQ3は導通す
る。このため抵抗R4を流れる電流はダイオード
D4およびSBD D6を通りトランジスタQ3のコレ
クタへ流れ込む。従つて、入力端子2が“L”の
場合と同様にNAND回路20の位相分割段トラ
ンジスタQ5,出力段トランジスタQ8非導通であ
り出力端子3は“H”となる。逆に入力端子1が
“L”のときはPNPトランジスタQ1,SBD D2
導通し中間トランジスタQ2、出力段トランジス
タQ3非導通となるため、NAND回路20の抵抗
R4を流れる電流はダイオードD4を通り位相分割
段トランジスタQ5のベース駆動電流となる。従
つて、トランジスタQ8は導通し出力端子3は
“L”となる。 しかしながら、第2図に示す従来のTTL回路
は、入力端子2が“H”のとき、入力端子1のレ
ベルの変化に伴ないNAND回路20の位相分割
段トランジスタQ5のベースのレベルが変化しよ
うとするに、入力端子1の信号は、インバータ回
路10のPNPトランジスタQ1、ダイオードD1
ランジスタQ2,Q3およびNAND回路20の入力
ゲートSBD D6と数多くの素子を経て位相分割段
トランジスタQ5のベース迄伝播される必要があ
り、入力端子1からトランジスタQ5のベースひ
いては出力端子3迄の伝播遅延時間(以下tpdと
略記)を増大させてしまう。例えば第2表に示す
ような抵抗値を有する第2図の従来回路の場合、
入力端子2から出力端子3までのターンオン時間
(以下tpHLと略記)が7ns,ターンオフ時間(以
下tpLHと略記)が8nsと比較的小さな値となつて
いるのに対し、入力端子1から出力端子3までの
tpHLが11ns,tpLHが14nsと大きく、回路のスイ
ツチングに対し従来回路は不向きであつた。 また、第2図の従来回路は上記の通り入力端子
1からNAND回路20の位相分割段トランジス
タQ5のベース迄のtpdが、入力端子2からトラン
ジスタQ5のベース迄のtPdに比較し大きいため、
入力端子1,2が共に“L”→“H”へ変化した
とき、本来出力端子3が“H”を維持すべきもの
が、インバータ回路10の出力部4が入力端子1
の“L”→“H”への変化に応じ“H”→“L”
へ変化するまでの間、位相分割段トランジスタ
Q5のベースは“H”となり、トランジスタQ5
いては出力段トランジスタQ8がターンオンして
しまいその間“L”になつてしまう。 すなわち、第2図の従来回路の入力端子1,2
が共に“L”→“H”へ変化したとき、入力端子
1からトランジスタQ5のベースまでのtpd
〔tpdHL(1−Q5B)と略記〕は7ns、入力端子2
からトランジスタQ5のベースまでのtpd〔tpdLH
(2−Q5B)と略記〕は2nsである。このとき
tpdHL(1−Q5B)とtpdLH(2−Q5B)の差は
5nsとなり、この時間だけQ5のベースに“L”→
“H”→“L”のパルスが生じ、これがトランジ
スタQ5のベースから出力端子3までの回路の応
答最小パルス幅(3ns)を起えてしまい出力端子
3には“H”→“L”→“H”の異常パルスが発
生してしまう。 更に従来のTTL回路は、入力端子1の反転信
号をNAND回路20の位相分割段トランジスタ
Q5のベース伝えるために抵抗3個、ダイオード
4個、トランジスタ3個計10個と多数の回路素子
を必要とし、しかも自ずと回路の消費電力も大き
い。 以上説明した通り、第1図a,bと同様の機能
を有すると共に、回路の閾値電圧がPN接合2段
分の電圧であり、しかも入力段にPNPトランジ
スタを用いた第2図に示されるような従来の
TTL回路は、最長経路のtpdが大きく、2つの入
力からのtpdの差に起因する誤動作が生じ易い上
回路素子数が多くしかも消費電力が大きいという
多くの欠点を有していた。 本発明はこのような事情に鑑みてなされたもの
であり、回路のtpd、2つの入力端子からの伝播
遅延時間の差、回路素子数および消費電力が改善
され、且つ低レベル入力電流の少ない論理ゲート
回路を提供することを目的とする。 本発明によれば、第1入力端子にベースが、接
地端子にコレクタが接続されると共に第1抵抗を
介し電源端子にエミツタが接続された第1PNPト
ランジスタを含む第1入力ゲート回路と、該第1
入力ゲート回路の出力にベースが接続された第
1NPNトランジスタを含む第1出力回路からなる
インバータ回路と、第2入力にベースが、接地端
子にコレクタが接続されると共に第2抵抗を介し
電源端子にエミツタが接続された第2PNPトラン
ジスタを含む第2入力ゲート回路と、出力端子に
コレクタが、接地端子にエミツタが接続された第
2NPNトランジスタを含む第2出力回路と、前記
第2NPNトランジスタのベースにエミツタが、コ
レクタが第3抵抗を介して電源端子に接続される
と共に、ベースが前記第2入力ゲート回路の出力
と前記インバータ回路の出力に接続された第
3NPNトランジスタを含む位相分割段回路からな
るNAND回路より構成される論理ゲート回路に
おいて、前記第1入力端子が高レベル、且つ前記
第2入力端子が低レベルのとき、該第2入力端子
へ流れ出る電流を減少させるため、前記インバー
タ回路の第1PNPトランジスタのエミツタに陽極
が、前記NAND回路の第2PNPトランジスタの
エミツタに陰極が接続されたダイオードを付加し
たことを特徴とする論理ゲート回路が得られる。 以下本発明回路について図面を用い詳細に説明
する。 第3図は本発明回路の一実施例を示す回路接続
図であり、第2図に示す従来回路と異なるところ
は、従来回路のインバータ回路10の出力レベル
シフトダイオードD3、出力段トランジスタQ3
中間段トランジスタQ2のコレクタ部のプルアツ
プ抵抗R2,トランジスタQ3のベース電荷引出し
用抵抗R3およびNAND回路20の入力ゲート
SBD D6を除去するかわりに、インバータ回路1
0の出力段トランジスタQ2のエミツタと接地端
子6の間にPN接合ダイオードD7を、また第1入
力端子にベースが接続されたPNPトランジスタ
Q1のエミツタと第2入力端子にベースが接続さ
れたPNPトランジスタQ2のエミツタとの間にダ
イオードD6をそれぞれ挿入したことにある。ダ
イオードD7はインバータ回路10の閾値電圧を
PN接合順方向電圧2段分の電圧に保つためのレ
ベルシフトダイオードであり、またダイオード
D8は、入力端子1が“H”、入力端子2が“L”
のときインバータ回路10の抵抗R1を流れる電
流が、ダイオードD1、トランジスタQ2のベース
−コレクタ接合クランプSBD、およびNAND回
路20のSBD D5を通つて入力端子2へ流れ出る
のを阻止するためのダイオードであることは以下
の説明から明らかになるであろう。尚第3図にお
いて従来回路と同等に機能する素子については、
第2図と同等の記号をつけてある。但しインバー
タ回路10のトランジスタQ2については第2図
の従来回路では中間段トランジスタとして働いて
いるが、第3図の本発明回路ではトランジスタ
Q2のコレクタが、インバータ回路10の出力部
となるため、第3図の場合トランジスタQ2は出
力段トランジスタとよぶ。また各抵抗の典型的な
値を第3表に示す。 第3表 本発明回路の抵抗値 抵抗名 抵抗値(kΩ) R1 6 R4 6 R5 4 R6 0.05 R7 5 R8 1.5 R9 3 以下、このような本発明回路の動作について述
べる。 まず、入力端子2が、“L”のときは、入力
PNPトランジスタQ4およびSBD D5は導通し位
相分割段トランジスタQ5のベース電位VBQ5は、
入力端子1の状態に無関係で VBQ5=VIL2+VFD5 …(1) となる。但しVIL2,VFD5は、それぞれ入力端子2
の低レベル入力電圧、SBD D5順方向電圧を示
す。通常VFD5は0.45V程度であり、0.8V以下の
VIL2に対してはVBQ5は約1.25V以下となり、位相
分割段トランジスタQ5、出力段トランジスタQ8
を導通させるに必要な電圧(約1.4V)以下の電
圧であり、トランジスタQ5,Q8は非導通となり
出力端子3は“H”となる。 次に入力端子2が“H”の場合について述べ
る。この場合入力PNPトランジスタQ4,SBD
D5非導通であり、位相分割段トランジスタQ5
動作は、入力端子1ひいてはインバータ回路10
の出力部の状態で決まる。すなわち、入力端子1
が“H”のときはPNPトランジスタQ1および
SBD D2非導通となり、ダイオードD1、中間段ト
ランジスタQ2は導通する。このときインバータ
回路10のレベルシフトダイオードD7の順方向
電圧をVFD7,トランジスタQ2の導通状態におけ
るコレクタ−エミツタ間電圧をVCEQ2とすると、
トランジスタQ2のコレクタ電位VCQ2ひいては
NAND回路20の位相分割段トランジスタQ5
ベース電位VBQ5は VBQ5(VCQ2)=VFD7+VCEQ2 …(2) となる。通常VFD7,VCEQ2はそれぞれ約0.7V,
0.3Vであるのでこの値を(2)式へ代入するとVBQ5
は約1.0Vとなり、トランジスタQ5,Q8は非導通
となり出力端子3は“H”となる。 更に入力端子1が“L”、入力端子2が“H”
のときは、インバータ回路10の入力PNPトラ
ンジスタQ1,SBD D2が導通し、逆にトランジス
タQ2は非導通となるため、NAND回路20の抵
抗R4、ダイオードD4を流れる電流は位相分割段
トランジスタQ5のベースを駆動し、トランジス
タQ5、出力段トランジスタQ8は導通状態となる。
よつて、この場合出力端子3は“L”となる。 以上の説明から、本発明回路は入力端子1,2
全ての組合せに対し第1表に示す論理動作を行う
ことがわかる。 次に本発明回路の特徴であるダイオードD8
動作を説明する。 一般に低レベル入力電流を少なくし前段に接続
されるフアンアウトを多くとれるようにするため
入力段にPNPトランジスタが用いられる。しか
しながら第3図の回路においてダイオードD8
接続されていない場合は、入力端子1が“H”、
入力端子2が“L”のとき入力端子2へ流出する
低レベル入力電流IIL2は IIL2=VCC−VFD1−VFSBDQ2−VFD5−VIL2/R1
+VCC−VBEQ4−VIL2/(1+βQ4)・R4…(3) となる、但しここで上式の各信号の意味および典
型的な値を以下に示す。
The present invention relates to logic gate circuits, particularly TTL (transistor-transistor logic). In digital logic circuits, logic gates shown in FIGS. 1a and 1b are often used. These logic gates have two input terminals and one output terminal, and NAND the negation signal of their first input and the second input signal, or the first input signal.
It has an OR function with the negative signal of the second input. That is, if the logic of the first input terminal 1 is A, the logic of the second input terminal 2 is B, and the logic of the output terminal 3 is Y, then the logical formula is Y=〓・
B. In the case of FIG. 1b, Y=A+. Furthermore, the four logic states for the two inputs of these logic gates are as shown in the truth table shown in Table 1. Table 1 Truth Table Input 1 Input 2 Output 3 H L H L L H H H H H L H L Conventionally, the circuit has the above function and the threshold voltage of the circuit is the voltage of two PN junctions (approximately 1.4V ), and a PNP transistor is used in the input stage to reduce the current flowing to the input terminal (hereinafter abbreviated as low-level input current) when the input is at a low level.
The circuit shown in FIG. 2 is well known as a TTL circuit. In the figure, 1 is the first input terminal, 2 is the second input terminal, 3 is the output terminal, 4 is the output part of the inverter circuit 10 which inputs the input terminal 1, 5 is the power supply terminal, 6 is the ground terminal, 20 takes the input terminal 2 and the output 4 of the inverter circuit 10 as inputs.
A NAND circuit is shown. Also, Q 1 , Q 2 and Q 3 are
Q 4 , Q 5 , Q 6 , Q 7 , Q 8 and Q 9 are input stage transistors, intermediate stage transistors and output stage transistors of the inverter circuit 10, respectively.
These are phase-dividing stage transistors and pull-down transistors. Note that here the transistors Q 1 and Q 4
As mentioned above, PNP transistors are used to reduce the low-level input current, and all transistors except transistors Q 1 , Q 4 and Q 7 are short-keyed between the base and collector to prevent saturation. Barrier diode (SBD)
NPN clamped at is used. D1 , D2
and D 3 indicate the level shift diode, speed-up SBD, and output level shift diode of the inverter circuit 10, respectively, and D 4 ,
D 5 and D 6 respectively represent a level shift diode, speed up SBD, and input gate SBD of the NAND circuit 20. R 1 to R 9 are resistances,
Typical resistance values are shown in Table 2. Table 2 Resistance values of conventional circuits Resistor name Resistance value (kΩ) R 1 6 R 2 6 R 3 4 R 4 6 R 5 4 R 6 0.05 R 7 5 R 8 1.5 R 9 3 This circuit is well known. Input 2
When is in a low level state (hereinafter abbreviated as “L”),
Input stage PNP transistors Q 4 and SBDD 5 conduct and there is no base drive current for phase-dividing stage transistor Q 5 and transistor Q 5 , output stage transistor
Q8 is in a non-conducting state, on the other hand, off-buffer transistors Q6 and Q7 are in an active state, and the output terminal 3 is in a high level state (hereinafter abbreviated as "H"). On the other hand, when input terminal 2 is "H", transistors Q 4 ,
SBD D 5 is in a non-conducting state, and the operation of the phase-dividing stage transistor Q is determined by the state of the input terminal 1 and thus of the output 4 of the inverter circuit 10. That is,
In this case, when input terminal 1 is “H”, the input stage
PNP transistor Q 1 and SBD D 2 are non-conductive, and level shift diode D 1 , intermediate stage transistor Q 2 and output stage transistor Q 3 are conductive. Therefore, the current flowing through resistor R4 is diode
D 4 and SBD D 6 into the collector of transistor Q 3 . Therefore, as in the case where the input terminal 2 is "L", the phase division stage transistor Q 5 and the output stage transistor Q 8 of the NAND circuit 20 are non-conductive, and the output terminal 3 becomes "H". Conversely, when the input terminal 1 is "L", the PNP transistor Q 1 and SBD D 2 are conductive, and the intermediate transistor Q 2 and the output stage transistor Q 3 are non-conductive, so that the resistance of the NAND circuit 20
The current flowing through R 4 passes through diode D 4 and becomes the base drive current of phase-dividing stage transistor Q 5 . Therefore, the transistor Q8 becomes conductive and the output terminal 3 becomes "L". However, in the conventional TTL circuit shown in FIG. 2, when input terminal 2 is "H", the level of the base of phase division stage transistor Q 5 of NAND circuit 20 changes as the level of input terminal 1 changes. Then, the signal at the input terminal 1 passes through the PNP transistor Q 1 of the inverter circuit 10, the diode D 1 transistors Q 2 and Q 3 , and the input gate SBD D 6 of the NAND circuit 20, and a number of other elements to the phase division stage transistor Q. 5 , which increases the propagation delay time (hereinafter abbreviated as tpd) from input terminal 1 to the base of transistor Q 5 and eventually to output terminal 3. For example, in the case of the conventional circuit shown in FIG. 2 having resistance values as shown in Table 2,
The turn-on time (hereinafter abbreviated as tpHL) from input terminal 2 to output terminal 3 is 7 ns, and the turn-off time (hereinafter abbreviated as tpLH) is a relatively small value of 8 ns. For up to
Conventional circuits were unsuitable for circuit switching because tpHL was 11ns and tpLH was 14ns. Furthermore, in the conventional circuit shown in FIG. 2, as mentioned above, the tpd from input terminal 1 to the base of phase division stage transistor Q5 of the NAND circuit 20 is larger than the tPd from input terminal 2 to the base of transistor Q5 . ,
When input terminals 1 and 2 both change from "L" to "H", output terminal 3 should originally maintain "H", but output section 4 of inverter circuit 10 changes from input terminal 1 to "H".
“H” → “L” according to the change from “L” to “H”
The phase division stage transistor
The base of Q 5 becomes "H", and the transistor Q 5 and eventually the output stage transistor Q 8 are turned on and become "L" during that time. In other words, input terminals 1 and 2 of the conventional circuit shown in FIG.
When both change from “L” to “H”, tpd from input terminal 1 to the base of transistor Q5
[abbreviated as tpdHL (1-Q5B)] is 7ns, input terminal 2
tpd [tpdLH
(2-Q5B)] is 2 ns. At this time
The difference between tpdHL (1-Q5B) and tpdLH (2-Q5B) is
5ns, and “L” is applied to the base of Q5 for this time →
A pulse from “H” to “L” is generated, which causes the minimum response pulse width (3 ns) of the circuit from the base of transistor Q5 to output terminal 3, and the output terminal 3 changes from “H” to “L” to “ An abnormal pulse of "H" is generated. Furthermore, in the conventional TTL circuit, the inverted signal of the input terminal 1 is passed through the phase division stage transistor of the NAND circuit 20.
In order to transmit the Q 5 's base, a large number of circuit elements are required: 3 resistors, 4 diodes, and 3 transistors (10 in total), and the power consumption of the circuit is also high. As explained above, it has the same functions as those in Figure 1 a and b, and the threshold voltage of the circuit is the voltage of two stages of PN junctions, and as shown in Figure 2, it uses a PNP transistor in the input stage. conventional
TTL circuits have many drawbacks, including a large tpd of the longest path, a tendency to malfunction due to a difference in tpd from two inputs, a large number of circuit elements, and high power consumption. The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a logic system that improves the TPD of the circuit, the difference in propagation delay time from two input terminals, the number of circuit elements, and power consumption, and that requires less low-level input current. The purpose is to provide gate circuits. According to the present invention, a first input gate circuit includes a first PNP transistor having a base connected to a first input terminal, a collector connected to a ground terminal, and an emitter connected to a power supply terminal via a first resistor; 1
The base is connected to the output of the input gate circuit.
an inverter circuit consisting of a first output circuit including a 1NPN transistor; and a second inverter circuit including a second PNP transistor having a base connected to a second input, a collector connected to a ground terminal, and an emitter connected to a power supply terminal via a second resistor. An input gate circuit with a collector connected to the output terminal and an emitter connected to the ground terminal.
a second output circuit including a 2NPN transistor, an emitter connected to the base of the second NPN transistor, a collector connected to a power supply terminal via a third resistor, and a base connected to the output of the second input gate circuit and the inverter circuit; the second connected to the output of
In a logic gate circuit composed of a NAND circuit consisting of a phase division stage circuit including a 3NPN transistor, when the first input terminal is at a high level and the second input terminal is at a low level, a current flows to the second input terminal. In order to reduce this, there is obtained a logic gate circuit characterized in that a diode is added whose anode is connected to the emitter of the first PNP transistor of the inverter circuit and whose cathode is connected to the emitter of the second PNP transistor of the NAND circuit. The circuit of the present invention will be explained in detail below with reference to the drawings. FIG. 3 is a circuit connection diagram showing an embodiment of the circuit of the present invention. The difference from the conventional circuit shown in FIG. 2 is the output level shift diode D 3 and the output stage transistor Q 3 of the inverter circuit 10 of the conventional circuit. ,
Pull-up resistor R 2 at the collector of intermediate stage transistor Q 2 , base charge extraction resistor R 3 of transistor Q 3 and input gate of NAND circuit 20
Instead of removing SBD D 6 , inverter circuit 1
A PN junction diode D7 is connected between the emitter of the output stage transistor Q2 and the ground terminal 6, and a PNP transistor whose base is connected to the first input terminal.
The reason is that a diode D6 is inserted between the emitter of Q1 and the emitter of PNP transistor Q2 whose base is connected to the second input terminal. Diode D 7 sets the threshold voltage of inverter circuit 10
It is a level shift diode to maintain the voltage of two stages of PN junction forward voltage, and also a diode.
For D8 , input terminal 1 is “H” and input terminal 2 is “L”
In order to prevent the current flowing through the resistor R 1 of the inverter circuit 10 from flowing out to the input terminal 2 through the diode D 1 , the base-collector junction clamp SBD of the transistor Q 2 , and the SBD D 5 of the NAND circuit 20 when It will become clear from the following description that this is a diode. In Fig. 3, the elements that function in the same way as the conventional circuit are as follows:
The same symbols as in Figure 2 are given. However, transistor Q2 of the inverter circuit 10 works as an intermediate stage transistor in the conventional circuit shown in FIG. 2, but in the circuit of the present invention shown in FIG.
Since the collector of Q 2 becomes the output section of the inverter circuit 10, the transistor Q 2 in FIG. 3 is called an output stage transistor. Further, typical values of each resistance are shown in Table 3. Table 3 Resistance values of the circuit of the present invention Resistance name Resistance value (kΩ) R 1 6 R 4 6 R 5 4 R 6 0.05 R 7 5 R 8 1.5 R 9 3 The operation of the circuit of the present invention will be described below. First, when input terminal 2 is “L”, the input
PNP transistor Q 4 and SBD D 5 conduct and the base potential of phase-dividing stage transistor Q 5 , V BQ5 , is
Regardless of the state of input terminal 1, V BQ5 = V IL2 + V FD5 (1). However, V IL2 and V FD5 are input terminal 2, respectively.
Low level input voltage, SBD D 5 indicates forward voltage. Normally V FD5 is around 0.45V, and below 0.8V
For V IL2 , V BQ5 is approximately 1.25V or less, and phase divider stage transistor Q 5 and output stage transistor Q 8
The voltage is lower than the voltage (approximately 1.4 V) required to make the transistors conductive, transistors Q 5 and Q 8 become non-conductive, and the output terminal 3 becomes "H". Next, the case where input terminal 2 is "H" will be described. In this case the input PNP transistor Q 4 , SBD
D 5 is non-conducting, and the operation of the phase-dividing stage transistor Q 5 is based on the input terminal 1 and hence the inverter circuit 10.
Determined by the state of the output section. That is, input terminal 1
When is “H”, PNP transistor Q1 and
SBD D 2 becomes non-conductive, and diode D 1 and intermediate stage transistor Q 2 become conductive. At this time, if the forward voltage of the level shift diode D7 of the inverter circuit 10 is V FD7 , and the collector-emitter voltage in the conductive state of the transistor Q2 is V CEQ2 , then
The collector potential of transistor Q 2 V CQ2 and hence
The base potential V BQ5 of the phase division stage transistor Q 5 of the NAND circuit 20 is V BQ5 (V CQ2 )=V FD7 +V CEQ2 (2). Normally V FD7 and V CEQ2 are approximately 0.7V, respectively.
Since it is 0.3V, substituting this value into equation (2) gives V BQ5
becomes about 1.0V, transistors Q 5 and Q 8 become non-conductive, and the output terminal 3 becomes "H". Furthermore, input terminal 1 is “L” and input terminal 2 is “H”
When , the input PNP transistors Q 1 and SBD D 2 of the inverter circuit 10 are conductive, and conversely, the transistor Q 2 is non-conductive, so the current flowing through the resistor R 4 and the diode D 4 of the NAND circuit 20 is phase-divided. The base of stage transistor Q 5 is driven, and transistor Q 5 and output stage transistor Q 8 become conductive.
Therefore, in this case, the output terminal 3 becomes "L". From the above explanation, the circuit of the present invention has input terminals 1 and 2.
It can be seen that the logical operations shown in Table 1 are performed for all combinations. Next, the operation of diode D8 , which is a feature of the circuit of the present invention, will be explained. Generally, a PNP transistor is used in the input stage to reduce the low-level input current and increase the fanout connected to the previous stage. However, in the circuit shown in Figure 3, if diode D8 is not connected, input terminal 1 is "H",
When input terminal 2 is “L”, the low level input current I IL2 flowing to input terminal 2 is I IL2 = V CC −V FD1 −V FSBDQ2 −V FD5 −V IL2 /R 1
+V CC -V BEQ4 -V IL2 /(1+βQ 4 )·R 4 (3) However, the meaning and typical values of each signal in the above equation are shown below.

【表】 流増幅率
上記の典型的な値を(3)式に代入すると、右辺第
1項は500μA,第2項は60μAとなり、IIL2はほと
んど右辺第1項で支配され、しかもIIL2は560μA
と一般的低電力シヨツトキーTTLの低レベル入
力電流の規格MAX400μAを大きく越えてしま
う。 しかしながら、ダイオードD8が接続された本
発明回路によれば、入力端子1が“H”、入力端
子2が“L”のときダイオードD8が導通するた
め抵抗R1を流れた電流はダイオードD8を通り導
通しているPNPトランジスタQ4のエミツタ−コ
レクタを通り接地端子6へ流れ、ほとんど入力端
子2へは流出しない。すなわち、この場合入力端
子2の低レベル入力電流IIL2は IIL2=VCC−VFD8−VBEQ4−VIL2/(1+βQ4
)・R1+VCC−VBEQ4−VIL2/(1+βQ4)・R4…(4)
となる。但しここでVFD8はダイオードD8の順方
向電圧であり、ダイオードD8がPN接合ダイオー
ドである場合は約0.7Vとなる。従つてこの値を
(4)式に代入すると右辺第1項は約50μA,第2項
は約60μAとなり、IIL2は110μA程度となる。 この値は、ダイオードD8が接続されていない
場合のIIL2(約560μA)に比較し約1/5に過ぎずダ
イオードD8の効果によりIIL2が大幅に減少してい
ことがわかる。 次に本発明回路の伝播遅延時間(tpd)につい
て述べる。入力端子2が“H”のときのみ、入力
端子1の信号がNAND回路20の位相分割段ト
ランジスタQ5のベースへ伝えられることは以前
にも説明したが、第2図に示す従来回路の場合、
入力端子1に加えられた入力信号は、NAND回
路20の位相分割段トランジスタQ5のベースま
での間に、インバータ回路10の入力PNPトラ
ンジスタQ1、レベルシフトダイオードD1、中間
段トランジスタQ2、出力段トランジスタQ3およ
びNAND回路20の入力ゲートSBD D6と計5
つの素子を信号が伝播する必要があり、入力端子
1から出力端子3までの伝播遅延時間はtpdLH
が14ns,tpdHLが11nsと大きな値となつていた。
但しtpdLHは出力端子3が“L”→“H”へ
tpdHLは“H”→“L”へ変化するときのtpdを
示す。これに対し本発明回路は、入力端子1から
位相分割段トランジスタQ5のベースまでの間に、
インバータ回路10の入力PNPトランジスタQ1
レベルシフトダイオードD1および出力段トラン
ジスタQ2のわずか3つの素子を経由するのみで
良く回路の高速化に有利となつている。すなわ
ち、第3表に示すような抵抗値を持つ第3図の本
発明回路の場合、入力端子1から出力端子3まで
の伝播遅延時間は、tpdLHが10ns,tpdHLが8ns
であり、従来回路の場合に比較しtpdが大きく改
善されている。また本発明回路の場合、入力端子
1からのtpdが小さくなつているため、入力端子
1からのtpdと入力端子2からのtpdの差がほとん
どなくなり、入力端子1,2が共に“L”→
“H”へ変化するとき、従来回路で生じていた出
力端子3の“H”→“L”→“H”と変化する異
常現象は全く生じない。 すなわち、本発明回路の入力端子1,2が共に
“L”→“H”へ変化したとき、入力端子1から
トランジスタQ5のベースまでのtpd〔tpdHL(1−
Q5B)と略記〕は3ns、入力端子2からトランジ
スタQ5のベースまでのtpd〔tpdLH(2−Q5B)と
略記〕は2nsである。このときtpdHL(1−Q5B)
とtpdLH(2−Q5B)の差はわずか1nsとなり、
トランジスタQ5のベースから出力端子3までの
回路の応答最小パルス幅(3ns)以下の値となる。
従つて、出力端子3には異常現象は全く生じな
い。 また本発明回路は、回路全体の平均消費電力が
従来回路に比較し約20%改善される。 以上の説明においては、入力PNPトランジス
タQ1,Q4およびオフバツフア後段トランジスタ
Q7を除く全てのトランジスタのベース−コレク
タ間がSBDクランプされたトランジスタの場合
について述べたが、金拡散を行うことにより、ベ
ース−コレクタ間をSBDクランプしていないト
ランジスタにより構成された回路にも本発明回路
が適用されることは言うまでもない。またダイオ
ードD8はPN接合ダイオードに限らずシヨツトキ
ー・バリア・ダイオードであつても同等の効果が
得られる。 以上述べたように、本発明によれば、回路の伝
播遅延時間、2つの入力端子からの伝播遅延時間
の差、および回路の消費電力が小さく、しかも回
路素子数の少ない論理ゲート回路を得ることがで
きる。
[Table] Current amplification factor
Substituting the above typical values into equation (3), the first term on the right side becomes 500 μA and the second term 60 μA, and I IL2 is almost dominated by the first term on the right side, and I IL2 is 560 μA.
This greatly exceeds the standard low-level input current of 400μA for general low-power shot key TTL. However, according to the circuit of the present invention in which the diode D8 is connected, when the input terminal 1 is "H" and the input terminal 2 is "L", the diode D8 conducts, so that the current flowing through the resistor R1 flows through the diode D. 8 and flows through the emitter-collector of the conductive PNP transistor Q 4 to the ground terminal 6, and hardly flows to the input terminal 2. That is, in this case, the low level input current I IL2 of input terminal 2 is I IL2 = V CC −V FD8 −V BEQ4 −V IL2 /(1+βQ 4
)・R 1 +V CC −V BEQ4 −V IL2 /(1+βQ 4 )・R 4 …(4)
becomes. However, here, V FD8 is the forward voltage of diode D 8 , and when diode D 8 is a PN junction diode, it is approximately 0.7V. Therefore, this value
Substituting into equation (4), the first term on the right side becomes approximately 50 μA, the second term approximately 60 μA, and IIL2 becomes approximately 110 μA. This value is only about 1/5 of I IL2 (approximately 560 μA) when diode D 8 is not connected, and it can be seen that I IL2 is significantly reduced due to the effect of diode D 8 . Next, the propagation delay time (tpd) of the circuit of the present invention will be described. As previously explained, the signal at input terminal 1 is transmitted to the base of phase division stage transistor Q5 of NAND circuit 20 only when input terminal 2 is "H", but in the case of the conventional circuit shown in FIG. ,
The input signal applied to the input terminal 1 passes through the input PNP transistor Q 1 of the inverter circuit 10 , the level shift diode D 1 , the intermediate stage transistor Q 2 , Output stage transistor Q 3 and input gate SBD D 6 of NAND circuit 20, total 5
The signal needs to propagate through two elements, and the propagation delay time from input terminal 1 to output terminal 3 is tpdLH
was 14ns, and tpdHL was 11ns, which were large values.
However, for tpdLH, output terminal 3 changes from “L” to “H”
tpdHL indicates tpd when changing from "H" to "L". On the other hand, in the circuit of the present invention, between the input terminal 1 and the base of the phase division stage transistor Q5 ,
Input PNP transistor Q 1 of the inverter circuit 10,
It requires only three elements, the level shift diode D1 and the output stage transistor Q2, and is advantageous for speeding up the circuit. In other words, in the case of the circuit of the present invention shown in FIG. 3 with resistance values as shown in Table 3, the propagation delay time from input terminal 1 to output terminal 3 is 10 ns for tpdLH and 8 ns for tpdHL.
, and the tpd is greatly improved compared to the conventional circuit. In addition, in the case of the circuit of the present invention, since tpd from input terminal 1 is small, there is almost no difference between tpd from input terminal 1 and tpd from input terminal 2, and input terminals 1 and 2 are both "L" →
When changing to "H", the abnormal phenomenon that occurs in the conventional circuit where the output terminal 3 changes from "H" to "L" to "H" does not occur at all. That is, when both input terminals 1 and 2 of the circuit of the present invention change from "L" to "H", tpd [tpdHL(1-
Q5B)] is 3 ns, and tpd (abbreviated as tpdLH (2-Q5B)) from input terminal 2 to the base of transistor Q5 is 2 ns. At this time, tpdHL(1−Q5B)
The difference between and tpdLH(2-Q5B) is only 1ns,
The value is less than the minimum response pulse width (3 ns) of the circuit from the base of transistor Q5 to output terminal 3.
Therefore, no abnormal phenomenon occurs at the output terminal 3. Furthermore, the circuit of the present invention improves the average power consumption of the entire circuit by about 20% compared to the conventional circuit. In the above explanation, the input PNP transistors Q 1 and Q 4 and the off-buffer downstream transistor are
We have described the case of transistors in which the base-collector of all transistors except Q7 are SBD clamped, but by performing gold diffusion, it can also be applied to a circuit configured with transistors that do not have the base-collector clamped with SBD. It goes without saying that the circuit of the present invention is applicable. Further, the diode D8 is not limited to a PN junction diode, but the same effect can be obtained even if it is a Schottky barrier diode. As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a logic gate circuit with a small circuit propagation delay time, a small difference in propagation delay time from two input terminals, and a small circuit power consumption, and a small number of circuit elements. I can do it.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図a,bは本発明の対象となるデイジタル
論理ゲートのブロツク図、第2図は、従来の
TTLの一代表例を示す回路図、第3図は本発明
TTLの一代表例を示す回路接続図を示す。 符号の説明 R1〜R9……抵抗、Q1〜Q9……ト
ランジスタ、D1〜D8……ダイオード、1,2…
…入力端子、3……出力端子、4……インバータ
回路10の出力部、5……電源端子、6……接地
端子、10……インバータ回路、20……
NAND回路。
1a and 1b are block diagrams of a digital logic gate to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a block diagram of a conventional digital logic gate.
A circuit diagram showing a typical example of TTL, Figure 3 is the invention of the present invention.
A circuit connection diagram showing a typical example of TTL is shown. Explanation of symbols R 1 to R 9 ... Resistor, Q 1 to Q 9 ... Transistor, D 1 to D 8 ... Diode, 1, 2...
... Input terminal, 3 ... Output terminal, 4 ... Output part of inverter circuit 10, 5 ... Power supply terminal, 6 ... Ground terminal, 10 ... Inverter circuit, 20 ...
NAND circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 第1入力端子にベースが、接地端子にコレク
タが接続されると共に第1抵抗を介し電源端子に
エミツタが接続された第1PNPトランジスタを含
み該第1PNPトランジスタのエミツタを出力とす
る第1入力ゲート回路と、該第1入力ゲート回路
の出力に陽極が接続された第1ダイオードと、該
第1ダイオードの陰極にベースが接続されエミツ
タが第2のダイオードの陽極に接続された第
1NPNトランジスタを含み該第1NPNのトランジ
スタのコレクタを出力とし、該第2ダイオードの
陰極が接地端子に接続された第1出力回路からな
るインバータ回路と、第2入力端子にベースが、
接地端子にコレクタが接続されると共に第2抵抗
を介し電源端子にエミツタが接続された第2PNP
トランジスタを含み該第2PNPトランジスタのエ
ミツタを出力とする第2入力ゲート回路と、接地
端子にエミツタが接続された第2NPNトランジス
タを含む第2出力回路と、前記第2NPNトランジ
スタのベースにエミツタが、コレクタが第3抵抗
を介して電源端子に接続されると共に、ベースが
前記インバータ回路の出力および第3ダイオード
の陽極に接続された第3NPNトランジスタを含
み、該第3ダイオードの陰極が前記第2入力端子
に接続された位相分割段回路と、前記第2入力ゲ
ート回路の出力に陽極が、前記第3NPNトランジ
スタのベースに陰極が接続された第4ダイオード
からなるNAND回路より構成され、前記第
2NPNトランジスタのコレクタを出力端子とする
論理ゲート回路において、前記インバータ回路の
第1PNPトランジスタのエミツタに陽極が、前記
NAND回路の第2PNPトランジスタのエミツタ
に陰極が接続された第5ダイオードを有すること
を特徴とする論理ゲート回路。
1. A first input gate including a first PNP transistor whose base is connected to a first input terminal, whose collector is connected to a ground terminal, and whose emitter is connected to a power supply terminal via a first resistor, and whose output is the emitter of the first PNP transistor. a first diode having an anode connected to the output of the first input gate circuit; and a first diode having a base connected to the cathode of the first diode and an emitter connected to the anode of the second diode.
an inverter circuit consisting of a first output circuit including a 1NPN transistor, with the collector of the first NPN transistor as an output and the cathode of the second diode connected to a ground terminal; and a base connected to a second input terminal.
A second PNP whose collector is connected to the ground terminal and whose emitter is connected to the power supply terminal via a second resistor.
a second input gate circuit including a transistor and having an emitter of the second PNP transistor as an output; a second output circuit including a second NPN transistor having an emitter connected to a ground terminal; a base of the second NPN transistor having an emitter connected to the collector; is connected to the power supply terminal via a third resistor, and includes a third NPN transistor whose base is connected to the output of the inverter circuit and the anode of a third diode, and the cathode of the third diode is connected to the second input terminal. and a fourth diode, the anode of which is connected to the output of the second input gate circuit, and the cathode of which is connected to the base of the third NPN transistor.
In a logic gate circuit having a collector of a 2NPN transistor as an output terminal, an anode is connected to an emitter of a first PNP transistor of the inverter circuit;
A logic gate circuit comprising a fifth diode whose cathode is connected to the emitter of a second PNP transistor of a NAND circuit.
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