JPH0332112A - 半導体集積回路 - Google Patents
半導体集積回路Info
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- JPH0332112A JPH0332112A JP1167922A JP16792289A JPH0332112A JP H0332112 A JPH0332112 A JP H0332112A JP 1167922 A JP1167922 A JP 1167922A JP 16792289 A JP16792289 A JP 16792289A JP H0332112 A JPH0332112 A JP H0332112A
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- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 52
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
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- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
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- Logic Circuits (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (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。
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〕
本発明は半導体集積回路に利用され、特に、砒化ガリウ
ム基板上に形成され、ショットキー接合型電界効果トラ
ンジスタ(以下、FETという。)を含む論理回路によ
り構成される半導体集積回路に関する。
ム基板上に形成され、ショットキー接合型電界効果トラ
ンジスタ(以下、FETという。)を含む論理回路によ
り構成される半導体集積回路に関する。
本発明は、半導体基板上に電界効果トランジスタおよび
ダイオードを含んで形成された入力論理レベル変換回路
を有する入力回路を備えた半導体集積回路において、 前記入力論理レベル変換回路の出力電位が常に特定の電
源電圧と等しくなるようにした電源変動抑制手段を設け
ることにより、 外部入力信号レベルとこの回路に接続されるノイッファ
ード論理回路の入力レベルとの論理レベル整合が、電源
電圧の変動および温度変動に対して常によく保持できる
ようにしたものである。
ダイオードを含んで形成された入力論理レベル変換回路
を有する入力回路を備えた半導体集積回路において、 前記入力論理レベル変換回路の出力電位が常に特定の電
源電圧と等しくなるようにした電源変動抑制手段を設け
ることにより、 外部入力信号レベルとこの回路に接続されるノイッファ
ード論理回路の入力レベルとの論理レベル整合が、電源
電圧の変動および温度変動に対して常によく保持できる
ようにしたものである。
従来この種の半導体集積回路(以下、GaAs I C
という。〉においては、製造プロセス起因のFETしき
い値電圧ばらつき等の影響を抑制するため、全てデイプ
レッション型のFETを使用する論理回路が主として使
用されてきた。このタイプの論理回路では大別して、差
動型論理回路と後述するバッフアートFETロジック回
路(以下、BFL回路という。)との二種が広べ用いら
れている。
という。〉においては、製造プロセス起因のFETしき
い値電圧ばらつき等の影響を抑制するため、全てデイプ
レッション型のFETを使用する論理回路が主として使
用されてきた。このタイプの論理回路では大別して、差
動型論理回路と後述するバッフアートFETロジック回
路(以下、BFL回路という。)との二種が広べ用いら
れている。
差動型回路およびBFL回路ともに、FETLきい値の
ばらつきに対する許容度が他回路と比して広く、実用的
GaAs I Cとしては好適である。しかし、差動型
回路には以下に示す欠点がある。
ばらつきに対する許容度が他回路と比して広く、実用的
GaAs I Cとしては好適である。しかし、差動型
回路には以下に示す欠点がある。
■ 単位ゲートを構成する要素素子数が多く、従って要
素ゲート面積も大きいため、高集積回路の要素回路とし
ては適さない。
素ゲート面積も大きいため、高集積回路の要素回路とし
ては適さない。
■ 高速度を得るためには、回路の電圧利得が高く設定
できず設計に際しては専門的知識が必要である。
できず設計に際しては専門的知識が必要である。
従って、主としてゲートアレイ等ロジックICの基本回
路としては、比較的小型で、設計の容易なりFL開回路
用いられる例が多い。
路としては、比較的小型で、設計の容易なりFL開回路
用いられる例が多い。
しかるに、従来使用されているBFL回路においても以
下に示す欠点が存在する。以下図面を用いて従来技術の
欠点につき説明する。
下に示す欠点が存在する。以下図面を用いて従来技術の
欠点につき説明する。
第4図は従来のBFL回路およびIC外部とのインピー
ダンスをとる入力回路の等価回路図である。BFL回路
9は電源(VDD)端子11電源(VSSI)端子2お
よび電源<vss2)端子3に接続される。電源電圧は
、特に、ECL互換性を実現するため、 VDD=OV VSSI=−2V VSSI=−4,5Vまたは−5,2vに設定される場
合がほとんどである。
ダンスをとる入力回路の等価回路図である。BFL回路
9は電源(VDD)端子11電源(VSSI)端子2お
よび電源<vss2)端子3に接続される。電源電圧は
、特に、ECL互換性を実現するため、 VDD=OV VSSI=−2V VSSI=−4,5Vまたは−5,2vに設定される場
合がほとんどである。
負荷用のFETQIはゲートおよびソースとが内部出力
端子6に接続され、ドライバ用のFETQ4はドレイン
が内部出力端子6に接続され、ソースは電源(VSSI
)端子2に接続される。FETQ5、レベルシフト用の
ダイオードD1および電流源用のFETQ6からなる回
路は入力論理レベル変換回路、10を構成する。ECL
レベルを例にとると、入力論理レベルしきい値は−1,
3Vである。ダイオードD1の順方向電圧(以下、Vt
という。)を0.7Vに設定することにより、変換出力
端子5に生ずる信号レベルのしきい値は、−1,3−0
,7=−2V とされ、VSSIと一致している。
端子6に接続され、ドライバ用のFETQ4はドレイン
が内部出力端子6に接続され、ソースは電源(VSSI
)端子2に接続される。FETQ5、レベルシフト用の
ダイオードD1および電流源用のFETQ6からなる回
路は入力論理レベル変換回路、10を構成する。ECL
レベルを例にとると、入力論理レベルしきい値は−1,
3Vである。ダイオードD1の順方向電圧(以下、Vt
という。)を0.7Vに設定することにより、変換出力
端子5に生ずる信号レベルのしきい値は、−1,3−0
,7=−2V とされ、VSSIと一致している。
通常FETQlおよびQ2のしきい値電圧およびゲート
幅は等しく設定される。FETQIおよびQ4とからな
るBFL回路9のインバータ部分のしきい値はVSSI
であるため、入力論理レベル変換回路10により、外部
から入力端子4に入力されるECLレベル信号との論理
レベル整合力(とられたこととなる。さらに、FETQ
2、レベルシフト用のダイオードD2および電流源用F
ETQ3からなる論理レベル変換回路は、内部出力端子
6の出力電位を次段の図外のBFL回路の入力論理しき
い値(VSSI)に整合させるためのものである。
幅は等しく設定される。FETQIおよびQ4とからな
るBFL回路9のインバータ部分のしきい値はVSSI
であるため、入力論理レベル変換回路10により、外部
から入力端子4に入力されるECLレベル信号との論理
レベル整合力(とられたこととなる。さらに、FETQ
2、レベルシフト用のダイオードD2および電流源用F
ETQ3からなる論理レベル変換回路は、内部出力端子
6の出力電位を次段の図外のBFL回路の入力論理しき
い値(VSSI)に整合させるためのものである。
第4図のBFL回路9において、FETQI、Q2、Q
3およびQ4の能動層は全て同一条件で形成されるため
、BFL回路9内部FETのしきい値電圧(以下、Vt
という。〉のばらつきに強く、入出力伝達特性は各FE
Tのゲート幅比でほぼ定まる。特に、負荷用のFETQ
Iとドライバ用のFETQ4とのゲート幅を等しく設定
した場合、論理しきい値はvssliご等しく、温度依
存性も除去さる。
3およびQ4の能動層は全て同一条件で形成されるため
、BFL回路9内部FETのしきい値電圧(以下、Vt
という。〉のばらつきに強く、入出力伝達特性は各FE
Tのゲート幅比でほぼ定まる。特に、負荷用のFETQ
Iとドライバ用のFETQ4とのゲート幅を等しく設定
した場合、論理しきい値はvssliご等しく、温度依
存性も除去さる。
以上のように、安定なりFL回路9においても、特に前
述の入力論理レベル変換回路10において以下に説明す
る欠点が有り問題であった。
述の入力論理レベル変換回路10において以下に説明す
る欠点が有り問題であった。
■BFLN路入力論理しきい値はvssiにほぼ等しい
。従って、電源VSSIの変動により直接変動を受ける
が、外部入力信号のレベル変換後出力電位はVSSIに
ほぼ無関係である。ゆえに、従来技術のBFL回路9は
電源vss iの変動に弱く、実際上は士(100〜1
50)mV程度であった。
。従って、電源VSSIの変動により直接変動を受ける
が、外部入力信号のレベル変換後出力電位はVSSIに
ほぼ無関係である。ゆえに、従来技術のBFL回路9は
電源vss iの変動に弱く、実際上は士(100〜1
50)mV程度であった。
■ 先に説明したように、BFL回路9の入力論理しき
い値はVSSlに等しく設定され、この場合、温度変動
も極めて少ない。しかるに、入力論理レベル変換回路の
レベル変換量はvfで示される。ダイオードのV、は−
1mV/’ C程度の温度保存性を有するため±50℃
の温度変動に対し、Vtは±50rnV程度の変動を生
ずる。従って、従来技術のBFL回路9では、特に、外
部とのレベル整合において温度変動に弱く問題であった
。
い値はVSSlに等しく設定され、この場合、温度変動
も極めて少ない。しかるに、入力論理レベル変換回路の
レベル変換量はvfで示される。ダイオードのV、は−
1mV/’ C程度の温度保存性を有するため±50℃
の温度変動に対し、Vtは±50rnV程度の変動を生
ずる。従って、従来技術のBFL回路9では、特に、外
部とのレベル整合において温度変動に弱く問題であった
。
従って、前記の二つの問題点を同時に改善する方法が必
要とされてきた。
要とされてきた。
本発明の目的は、前記の問題点を解消することにより、
外部入力信号レベルとBFL回路の論理レベル整合が、
電源電圧の変動および温度変動に対してよく保持できる
ところの入力回路を有する半導体集積回路を提供するこ
とにある。
外部入力信号レベルとBFL回路の論理レベル整合が、
電源電圧の変動および温度変動に対してよく保持できる
ところの入力回路を有する半導体集積回路を提供するこ
とにある。
本発明は、半導体基板上に、電界効果トランジスタおよ
びダイオードを含んで形成された入力論理レベル変換回
路を有する入力回路を備えた半導体集積回路において、
前記入力論理レベル変換回路は、ドレインが第一の電源
端子に接続されゲートが第二の電源端子に接続された第
一の電界効果トランジスタと、ソースおよびゲートが第
三の電源端子に接続された第二の電界効果トランジスタ
と、前記第一の電界効果トランジスタのソースと前記第
二の電界効果トランジスタのドレインとの間に互いに順
方向に直列に接続されたn1個の第一のダイオードと、
ドレインが前記第一の電源端子に接続されゲートが参照
信号入力端子に接続された第三の電界効果トランジスタ
と、ゲートが前記第二の電界効果トランジスタのドレイ
ンに接続された第四の電界効果トランジスタと、前記第
三の電界効果トランジスタのソースと前、記第四の電界
効果トランジスタのドレインとの間に互いに順方向に直
列に接続されたn2個の第二のダイオードと、前記第四
の電界効果トランジスタのソースと前記第三の電源端子
との間に互いに順方向に直列に接続されたn3個の第三
のダイオードと、ドレインが前記第一の電源端子に接続
されゲートが外部信号入力端子に接続された第五の電界
効果トランジスタと、ゲートが前記第四の電界効果トラ
ンジスタのドレインに接続されドレインが内部出力端子
に接続された第六の電界効果トランジスタと、前記第五
の電界効果トランジスタのソースと前記第六の電界効果
トランジスタのドレインとの間に互いに順方向に直列に
接続されたn3個の第四のダイオードと、前記第六の電
界効果トランジスタのソースと前記第三の電源端子との
間に互いに順方向に直列に接続されたn;個の第五のダ
イオードとを含み、かつ、前記第一、第二、第三、第四
および第五のダイオードの個数の間に、n++(n’z
n2) (n’i n3)= 0なる関係が成
立することを特徴とする。
びダイオードを含んで形成された入力論理レベル変換回
路を有する入力回路を備えた半導体集積回路において、
前記入力論理レベル変換回路は、ドレインが第一の電源
端子に接続されゲートが第二の電源端子に接続された第
一の電界効果トランジスタと、ソースおよびゲートが第
三の電源端子に接続された第二の電界効果トランジスタ
と、前記第一の電界効果トランジスタのソースと前記第
二の電界効果トランジスタのドレインとの間に互いに順
方向に直列に接続されたn1個の第一のダイオードと、
ドレインが前記第一の電源端子に接続されゲートが参照
信号入力端子に接続された第三の電界効果トランジスタ
と、ゲートが前記第二の電界効果トランジスタのドレイ
ンに接続された第四の電界効果トランジスタと、前記第
三の電界効果トランジスタのソースと前、記第四の電界
効果トランジスタのドレインとの間に互いに順方向に直
列に接続されたn2個の第二のダイオードと、前記第四
の電界効果トランジスタのソースと前記第三の電源端子
との間に互いに順方向に直列に接続されたn3個の第三
のダイオードと、ドレインが前記第一の電源端子に接続
されゲートが外部信号入力端子に接続された第五の電界
効果トランジスタと、ゲートが前記第四の電界効果トラ
ンジスタのドレインに接続されドレインが内部出力端子
に接続された第六の電界効果トランジスタと、前記第五
の電界効果トランジスタのソースと前記第六の電界効果
トランジスタのドレインとの間に互いに順方向に直列に
接続されたn3個の第四のダイオードと、前記第六の電
界効果トランジスタのソースと前記第三の電源端子との
間に互いに順方向に直列に接続されたn;個の第五のダ
イオードとを含み、かつ、前記第一、第二、第三、第四
および第五のダイオードの個数の間に、n++(n’z
n2) (n’i n3)= 0なる関係が成
立することを特徴とする。
また本発明は、前記第一の電界効果トランジスタと前記
第二の電界効果トランジスタ、前記第三の電界効果トラ
ンジスタと前記第四の電界効果トランジスタ、ならびに
前記第五の電界効果トランジスタと前記第六の電界効果
トランジスタの三組の対をなす電界効果トランジスタは
、それぞれ互いに同一ゲート長および同一ゲート輻を有
し、かつ、同一しきい値電圧を有することが好ましい。
第二の電界効果トランジスタ、前記第三の電界効果トラ
ンジスタと前記第四の電界効果トランジスタ、ならびに
前記第五の電界効果トランジスタと前記第六の電界効果
トランジスタの三組の対をなす電界効果トランジスタは
、それぞれ互いに同一ゲート長および同一ゲート輻を有
し、かつ、同一しきい値電圧を有することが好ましい。
また本発明は、前記第一、第二および第三の電源端子に
おける電源電圧をそれぞれ0V、−2V。
おける電源電圧をそれぞれ0V、−2V。
−5,2Vと設定し、前記第一、第二、第三、第四およ
び第五のダイオードのダイオード個数をそれぞれn1=
4、n2=3、n2=1、nz=1およびn′、=3と
設定し、各ダイオードの順方向電圧を0.5V〜0.6
Vに設定することが好ましい。
び第五のダイオードのダイオード個数をそれぞれn1=
4、n2=3、n2=1、nz=1およびn′、=3と
設定し、各ダイオードの順方向電圧を0.5V〜0.6
Vに設定することが好ましい。
また本発明は、前記第一、第二および第三の電源端子に
おける電源電圧をそれぞれ0V、−2V、および−4,
5Vと設定し、前記第一、第二、第三、第四および第五
のダイオードのダイオード個数をそれぞれn1=3、n
2=3、n7. == 1、n、=1およびn′、=2
と設定し、各ダイオードの順方向電圧を0,5■〜0.
6Vに設定することを特徴とする。
おける電源電圧をそれぞれ0V、−2V、および−4,
5Vと設定し、前記第一、第二、第三、第四および第五
のダイオードのダイオード個数をそれぞれn1=3、n
2=3、n7. == 1、n、=1およびn′、=2
と設定し、各ダイオードの順方向電圧を0,5■〜0.
6Vに設定することを特徴とする。
入力論理レベル変換回路は、第一ないし第六の電界効果
トランジスタと、n、 % n2 、?”2 、n3お
よびn/、個の第一、第二、第三、第四および第五のダ
イオードとより三つの入力論理レベル変換回路が並列に
接続された構成となる。そして、ダイオードの個数は nt+(n’i n2)+(ns n3)=0を満
足するように設定される。
トランジスタと、n、 % n2 、?”2 、n3お
よびn/、個の第一、第二、第三、第四および第五のダ
イオードとより三つの入力論理レベル変換回路が並列に
接続された構成となる。そして、ダイオードの個数は nt+(n’i n2)+(ns n3)=0を満
足するように設定される。
これにより、各ダイオードの順方向電圧は相殺されて、
この回路の出力電位V、には影響しなくなり、出力電位
V、は、入力信号電圧をV I N、および参照信号電
圧をV r @ f として、v、 =V’S S
l +(Vtw−Vr−at )で与えられる。そして
、入力信号が論理しきい値にある場合V、fと等しくす
ることにより、v、=vssi となる。
この回路の出力電位V、には影響しなくなり、出力電位
V、は、入力信号電圧をV I N、および参照信号電
圧をV r @ f として、v、 =V’S S
l +(Vtw−Vr−at )で与えられる。そして
、入力信号が論理しきい値にある場合V、fと等しくす
ることにより、v、=vssi となる。
従って、■、すなわちBFL回路の入力信号レベルは常
にvssiとなり整合が保たれ、電源電圧の変動および
温度変動の影響を防止することが可能となる。
にvssiとなり整合が保たれ、電源電圧の変動および
温度変動の影響を防止することが可能となる。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。第1図は本発明の第一実施例を示す回路図で、本発明
の基本的な構成を示す。
。第1図は本発明の第一実施例を示す回路図で、本発明
の基本的な構成を示す。
本第一実施例は、半導体基板上に、電界効果トランジス
タおよびダイオードを含んで形成され、入力論理レベル
変換回路10aを有する入力回路を備えた半導体集積回
路において、 入力論理レベル変換回路10aは、 本発明の特徴とするところの、ドレインが第一の電源(
VDD)端子11に接続されゲートが第二の電源(VS
SI)端子12に接続された第一のFE T Qllと
、ソースおよびゲートが第三の電源(VSS2)端子に
接続された第二のFETQI2と、F E T Qll
のソースとF E T Q12のドレインとの間に互い
に順方向に直列に接続されたn8個の第一のダイオード
と、ドレインが電源(VDD)端子11に接続されゲー
トが参照信号入力端子く参照電圧Vr−t )17に接
続された第三のF E T Q13と、ゲートがFET
QI2のドレインに接続された第四のF E T Q1
4と、F E T Q13のソースとFETQI4のド
レインとの間に互いに順方向に直列に接続されたn2個
の第二のダイオードと、FETQI4のソースと電源(
VSS2)端子13との間に互いに順方向に直列′に接
続されたn+1個の第三のダイオードと、ドレインが電
源(VDD)端子11に接続されゲートが高周波信号(
電圧VIN)が外部信号入力端子18に接続された第五
のF E T Q15と、ゲートがFETQI4夕のド
レインに接続されドレインが内部出力端子16に接続さ
れた第六のFETQI6と、F E T Q15のソー
スとFETQI6のドレインとの間に互いに順方向に直
列に接続されたn3個の第四のダイオードと、FETQ
I6のソースと電源(VSS2)端子13との間に互い
に順方向に直列に接続されたn3個の第五のダイオード
とを含み、かつ、前記第一、第二、第三、第四および第
五のダイオードのダイオード個数の間に、n++(n’
z n2) (n’s n3)=0なる関係が成
立する。そして、内部出力端子16は従来のBFL回路
9の入力に接続される。
タおよびダイオードを含んで形成され、入力論理レベル
変換回路10aを有する入力回路を備えた半導体集積回
路において、 入力論理レベル変換回路10aは、 本発明の特徴とするところの、ドレインが第一の電源(
VDD)端子11に接続されゲートが第二の電源(VS
SI)端子12に接続された第一のFE T Qllと
、ソースおよびゲートが第三の電源(VSS2)端子に
接続された第二のFETQI2と、F E T Qll
のソースとF E T Q12のドレインとの間に互い
に順方向に直列に接続されたn8個の第一のダイオード
と、ドレインが電源(VDD)端子11に接続されゲー
トが参照信号入力端子く参照電圧Vr−t )17に接
続された第三のF E T Q13と、ゲートがFET
QI2のドレインに接続された第四のF E T Q1
4と、F E T Q13のソースとFETQI4のド
レインとの間に互いに順方向に直列に接続されたn2個
の第二のダイオードと、FETQI4のソースと電源(
VSS2)端子13との間に互いに順方向に直列′に接
続されたn+1個の第三のダイオードと、ドレインが電
源(VDD)端子11に接続されゲートが高周波信号(
電圧VIN)が外部信号入力端子18に接続された第五
のF E T Q15と、ゲートがFETQI4夕のド
レインに接続されドレインが内部出力端子16に接続さ
れた第六のFETQI6と、F E T Q15のソー
スとFETQI6のドレインとの間に互いに順方向に直
列に接続されたn3個の第四のダイオードと、FETQ
I6のソースと電源(VSS2)端子13との間に互い
に順方向に直列に接続されたn3個の第五のダイオード
とを含み、かつ、前記第一、第二、第三、第四および第
五のダイオードのダイオード個数の間に、n++(n’
z n2) (n’s n3)=0なる関係が成
立する。そして、内部出力端子16は従来のBFL回路
9の入力に接続される。
すなわち、本第−実施例は、FETQIIおよびQ12
と、n1個の第一のダイオードから構成される第一の論
理レベル変換回路と、FETQI3およびQ14と、n
2個の第二のダイオードと、n′2個の第三のダイオー
ドとから構成される第二の論理レヘル変換回路と、F
E T Q15およびQ16と、n3個の第四のダイオ
ードと、13個の第五のダイオードとから構成される第
三の論理レベル変換回路とが並列に接続されて、BFL
回路9に対する人力論理レベル変換回路tOaを構成し
ている。
と、n1個の第一のダイオードから構成される第一の論
理レベル変換回路と、FETQI3およびQ14と、n
2個の第二のダイオードと、n′2個の第三のダイオー
ドとから構成される第二の論理レヘル変換回路と、F
E T Q15およびQ16と、n3個の第四のダイオ
ードと、13個の第五のダイオードとから構成される第
三の論理レベル変換回路とが並列に接続されて、BFL
回路9に対する人力論理レベル変換回路tOaを構成し
ている。
第1図において、少なくともFETQIとQ2、FET
Q3とQ4、ならびにFETQ5と06の3組の対FE
Tは、それぞれ同一のゲート長と同一のゲート幅とを有
し、かつ、同一能動層で形成されており、全く同一の電
気特性を示すよう設定されている。
Q3とQ4、ならびにFETQ5と06の3組の対FE
Tは、それぞれ同一のゲート長と同一のゲート幅とを有
し、かつ、同一能動層で形成されており、全く同一の電
気特性を示すよう設定されている。
さらに、第一ないし第五のダイオードは全て同一の順方
向電圧V、を示すように設定される。
向電圧V、を示すように設定される。
通常ダイオードの能動層、各FETの能動層は同一プロ
セスで形成されるため、前述のペア性を実現することは
容易である。さらに各ダイオードの個数は以下のように
設定される。
セスで形成されるため、前述のペア性を実現することは
容易である。さらに各ダイオードの個数は以下のように
設定される。
nl+(n’a nz) (ns T1+) −
〇 (1)次に、本第−実施例の動作について説明す
る。
〇 (1)次に、本第−実施例の動作について説明す
る。
各記号を以下のように設定する。
■、・・・第一の論理レベル変換回路出力電位(内部出
力端子14の電位) v2・・・第二の論理レベル変換回路出力電位(内部出
力端子15の電位) V3・・・第三の論理レベル変換回路出力電位(内部出
力端子16の電位) V r e r・・・参照信号電圧 VIM ・・・人力信号電圧 また、電源VDDを基準電位(OV)としたときの電位
差の負方向を正ととるものとする。この場合、以下の関
数が成立する。
力端子14の電位) v2・・・第二の論理レベル変換回路出力電位(内部出
力端子15の電位) V3・・・第三の論理レベル変換回路出力電位(内部出
力端子16の電位) V r e r・・・参照信号電圧 VIM ・・・人力信号電圧 また、電源VDDを基準電位(OV)としたときの電位
差の負方向を正ととるものとする。この場合、以下の関
数が成立する。
V+=V S S 1 + n1Vt −’
−(2)V2=Vr@f+(VSS2−Vl)−4n2
Vr・・(3) Δn2=n2−n2 −・−(4)V3
= VII++(V S S 2− v2)−Δn 3
V r−(5)Δn 3 =n’s 13
〜(6)式(2)、(3)と(5)とから
V3は以下に示される。
−(2)V2=Vr@f+(VSS2−Vl)−4n2
Vr・・(3) Δn2=n2−n2 −・−(4)V3
= VII++(V S S 2− v2)−Δn 3
V r−(5)Δn 3 =n’s 13
〜(6)式(2)、(3)と(5)とから
V3は以下に示される。
V 3 = V I M V r s t+Δn 2
V r + V r−Δn 3 V (=VSS 1
+(VIN Vr−r)+(n1+Δn2−Δn 3
) V r (’y)式(1)の設定条件から V3=VSSl+(Vlll−V、、t) −4
8)ここで、入力信号が論理しきい値にある場合はV
I )l = V r * f であるため、 V3=VSS1 となる。
V r + V r−Δn 3 V (=VSS 1
+(VIN Vr−r)+(n1+Δn2−Δn 3
) V r (’y)式(1)の設定条件から V3=VSSl+(Vlll−V、、t) −4
8)ここで、入力信号が論理しきい値にある場合はV
I )l = V r * f であるため、 V3=VSS1 となる。
以上示したように、IC内部のBFL回路9に入力され
る出力端子16の出力電位V、には、全てのF E T
Qll〜Q16が飽和領域にあり定電流特性を示す限
り、vSS1以外の要素は含まれない。
る出力端子16の出力電位V、には、全てのF E T
Qll〜Q16が飽和領域にあり定電流特性を示す限
り、vSS1以外の要素は含まれない。
従って、以下の効果が実現でき、従来技術の二つの問題
点を同時に改善することができる。
点を同時に改善することができる。
■ BFL入力電位は、BFL回路の人力論理しきい値
であるVSSIと完全に連動し、VSS1電源変動に対
する耐性が向上する。
であるVSSIと完全に連動し、VSS1電源変動に対
する耐性が向上する。
■ BFL入力電位はvsstに等しく、従って、ダイ
オードの順方向電圧の温度変動は除去される。
オードの順方向電圧の温度変動は除去される。
第2図は本発明の第二実施例を示す回路図で、第1図に
示す第一実施例のより具体的な一例として、ECLレベ
ル互換性を実現するための入力回路を示したものである
。
示す第一実施例のより具体的な一例として、ECLレベ
ル互換性を実現するための入力回路を示したものである
。
本第二実施例の入力論理レベル変換回路10bは、第1
図の第一実施例において、第一のダイオードをDll、
D12、D13およびD14のn+=4個とし、第二の
ダイオードをD21、D22およびD23のn2=3個
とし、第三のダイオードをD24のn′l=1個とし、
第四のダイオードをD31のn、=1個とし、第五のダ
イオードをD32、D33およびD34のnI、 =
3個と設定したものである。
図の第一実施例において、第一のダイオードをDll、
D12、D13およびD14のn+=4個とし、第二の
ダイオードをD21、D22およびD23のn2=3個
とし、第三のダイオードをD24のn′l=1個とし、
第四のダイオードをD31のn、=1個とし、第五のダ
イオードをD32、D33およびD34のnI、 =
3個と設定したものである。
この場合、電位差の負方向を正ととると、以下の条件が
設定される。
設定される。
VDD=O1VSSI=2V。
V S S 2 = 5.2VSVr−t = V!1
1= 1.3Vまた、各ダイオードのV、はQ、6Vに
設定されている。この場合、 n−=4 Δn2=n2 n2=1 3= 2 Δn3: n’*−n3= 3 1 = 2従って、式
(1)の条件が成立し、各電位が計算できる。
1= 1.3Vまた、各ダイオードのV、はQ、6Vに
設定されている。この場合、 n−=4 Δn2=n2 n2=1 3= 2 Δn3: n’*−n3= 3 1 = 2従って、式
(1)の条件が成立し、各電位が計算できる。
V、= 2 + 4 xo、6=4.4VV2=1.3
+(5,2−4,4)+ 2 Xo、6= 3.3VV
3=1.3+(5,2−3,3)−2xo、6= 2
V以上から、各電流源用のFETQI2、Q14および
Q16のゲート−ソース間電圧VGSおよびドレイン−
ソース間電圧VDSを計算すると以下のようになる。
+(5,2−4,4)+ 2 Xo、6= 3.3VV
3=1.3+(5,2−3,3)−2xo、6= 2
V以上から、各電流源用のFETQI2、Q14および
Q16のゲート−ソース間電圧VGSおよびドレイン−
ソース間電圧VDSを計算すると以下のようになる。
FETQI2:VGS=0V、VDS= 0.8VFE
TQ14 : VGS=0.2 V、VDS= 1.3
VFETQ15:VGS=0.I V、VDS= 1.
4VFETの飽和条件は、FETのしきい値電圧をVy
とすれば、 VDS ≧ (VGS−V丁)
−(9)で与えられる。通常BFL回路を構成するF
ETのしきい値電圧としては−0,4V〜−0,7vが
選択されるため、本第二実施例において全てのFETが
飽和領域で動作することが示される。式(9)の条件は
、F E T Qll、Q12、Q13、Q14、Q1
5およびQ16のしきい値電圧をIC内部のBFL回路
を構成するFETとは別個に、より大きく例えば−0,
1〜−〇JVに設定することでより拡大される。
TQ14 : VGS=0.2 V、VDS= 1.3
VFETQ15:VGS=0.I V、VDS= 1.
4VFETの飽和条件は、FETのしきい値電圧をVy
とすれば、 VDS ≧ (VGS−V丁)
−(9)で与えられる。通常BFL回路を構成するF
ETのしきい値電圧としては−0,4V〜−0,7vが
選択されるため、本第二実施例において全てのFETが
飽和領域で動作することが示される。式(9)の条件は
、F E T Qll、Q12、Q13、Q14、Q1
5およびQ16のしきい値電圧をIC内部のBFL回路
を構成するFETとは別個に、より大きく例えば−0,
1〜−〇JVに設定することでより拡大される。
また、第一および第二の論理レベル変換回路は速度特性
は必要としないから、FETQI、Q2、Q3およびQ
4のゲート長をFETQ5およびQ6とは別個に(1〜
3)即程度に拡げると、短チヤネル効果を防止でき、よ
り定電流性が向上する。
は必要としないから、FETQI、Q2、Q3およびQ
4のゲート長をFETQ5およびQ6とは別個に(1〜
3)即程度に拡げると、短チヤネル効果を防止でき、よ
り定電流性が向上する。
本第二実施例ではFETQI〜Q6のしきい値電圧を−
0,2Vに設定している。
0,2Vに設定している。
この場合、従来技術のVSSI変動許容幅と比較し、さ
らに±150mV程度VSS 1変動許容幅を拡大でき
、結局、vssi変動に対しては±300mVと従来の
2倍程度に拡大することができる。また、既に説明した
通り温度特性は除去されている。
らに±150mV程度VSS 1変動許容幅を拡大でき
、結局、vssi変動に対しては±300mVと従来の
2倍程度に拡大することができる。また、既に説明した
通り温度特性は除去されている。
第3図は本発明の第三実施例を示す回路図で、第1図に
示した第一実施例のより具体的な他の一例を示す。
示した第一実施例のより具体的な他の一例を示す。
本第三実施例の入力論理レベル変換回路10Cは、第1
図の第一実施例において、第一のダイオードをDll、
D12およびD13のn、=3個とし、第二のダイオ
ードをD21、D22およびD23のn、=3個とし、
第三のダイオードをD24のn′、 = 1個とし、第
四のダイオードをD31のn3=1個とし、第五のダイ
オードをD32およびD33のn3=2個とし、電源電
圧がVDD=0V、、VSS1=2VおよびVSS2=
4.5Vの場合適用できるようにしたものである。本第
二実施例では、Vt =0.55V1およびFETQI
〜Q6のしきい値電圧は、−〇、2Vに設定している。
図の第一実施例において、第一のダイオードをDll、
D12およびD13のn、=3個とし、第二のダイオ
ードをD21、D22およびD23のn、=3個とし、
第三のダイオードをD24のn′、 = 1個とし、第
四のダイオードをD31のn3=1個とし、第五のダイ
オードをD32およびD33のn3=2個とし、電源電
圧がVDD=0V、、VSS1=2VおよびVSS2=
4.5Vの場合適用できるようにしたものである。本第
二実施例では、Vt =0.55V1およびFETQI
〜Q6のしきい値電圧は、−〇、2Vに設定している。
第一実施例に従って各パラメータを計算すると以下のよ
うに求まる。
うに求まる。
n1+Δn2−Δn、= 3 +(−2) −1= 0
V、= 2 + 3 Xo、55=3.65VL=1.
3+(4,5−3,65) + 2 xO,55=3.
25VV3=1.3+(4,5−3,25) −1Xo
、 55= 2 Vまた、各FETのゲート−ソース間
電圧VGSおよびドレイン−ソース間電圧VDSは以下
の通りである。
V、= 2 + 3 Xo、55=3.65VL=1.
3+(4,5−3,65) + 2 xO,55=3.
25VV3=1.3+(4,5−3,25) −1Xo
、 55= 2 Vまた、各FETのゲート−ソース間
電圧VGSおよびドレイン−ソース間電圧VDSは以下
の通りである。
FETQ2 ;VGS=O1VDS=0.85VFET
Q4 ; VGS=0.3VSVDS=0,7VFET
Q6 ;VGS=0.05V、VDS=1.4V第二の
実施例と同様第三実施例においても、VSSIの変動許
容幅を従来例からさらに±15(1mV程度以上拡大す
ることができる。従って、結局VSSlに対する変動許
容幅を±300mVと従来の2倍まで以上に拡大でき、
さらに温度変動も除去される。
Q4 ; VGS=0.3VSVDS=0,7VFET
Q6 ;VGS=0.05V、VDS=1.4V第二の
実施例と同様第三実施例においても、VSSIの変動許
容幅を従来例からさらに±15(1mV程度以上拡大す
ることができる。従って、結局VSSlに対する変動許
容幅を±300mVと従来の2倍まで以上に拡大でき、
さらに温度変動も除去される。
なお、以上の実施例においては、主としてECLレベル
互換条件下での説明を行ったけれども、本発明はより一
般的な条件下でも同様に適用することができる。
互換条件下での説明を行ったけれども、本発明はより一
般的な条件下でも同様に適用することができる。
以上説明したように、本発明は、内部にBFL回路を含
む半導体集積回路における入力回路において、FETと
ダイオード群とから構成される論理レベル変換回路に、
VSSI電源変動抑制手段を持たせ、かつ、ダイオード
群のダイオード数に特定の制御を加えることにより、以
下の効果が得られる。
む半導体集積回路における入力回路において、FETと
ダイオード群とから構成される論理レベル変換回路に、
VSSI電源変動抑制手段を持たせ、かつ、ダイオード
群のダイオード数に特定の制御を加えることにより、以
下の効果が得られる。
■ 外部入力信号レベルと内部BFL回路の論理レベル
整合における電源電圧許容幅を改善できる。
整合における電源電圧許容幅を改善できる。
■ ■と同時に前記レベル整合性に対し、温度変動を完
全に除去することができる。
全に除去することができる。
第1図は本発明の第一実施例を示す回路図。
第2図は本発明の第二実施例を示す回路図。
第3図は本発明の第三実施例を示す回路図。
第4図は従来例を示す回路図。
1.11・・・電! (VDD)端子、2.12・・・
電源(VSS 1)端子、3.13・・・電源(VSS
2)端子、4・・・入力端子、5・・・変換出力端子、
6.14.15.16・・・内部出力端子、7・・・出
力端子、9・・・BFL回路、10.10a 、10b
、 10c −=入力論理レベル変換回路、17・・
・参照信号入力端子、18・・・外部信号入力端子、D
11〜D14、D21〜D24、D31−D34・・・
ダイオード、Ql−Q6、Qll〜Q16・・・電界効
果トランジスタ。 汽−夷4a例 雷 1 図 昂 2 圓 昂二夷勿例 雷 3 図
電源(VSS 1)端子、3.13・・・電源(VSS
2)端子、4・・・入力端子、5・・・変換出力端子、
6.14.15.16・・・内部出力端子、7・・・出
力端子、9・・・BFL回路、10.10a 、10b
、 10c −=入力論理レベル変換回路、17・・
・参照信号入力端子、18・・・外部信号入力端子、D
11〜D14、D21〜D24、D31−D34・・・
ダイオード、Ql−Q6、Qll〜Q16・・・電界効
果トランジスタ。 汽−夷4a例 雷 1 図 昂 2 圓 昂二夷勿例 雷 3 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、半導体基板上に、電界効果トランジスタおよびダイ
オードを含んで形成された入力論理レベル変換回路を有
する入力回路を備えた半導体集積回路において、 前記入力論理レベル変換回路は、 ドレインが第一の電源端子に接続されゲートが第二の電
源端子に接続された第一の電界効果トランジスタと、ソ
ースおよびゲートが第三の電源端子に接続された第二の
電界効果トランジスタと、前記第一の電界効果トランジ
スタのソースと前記第二の電界効果トランジスタのドレ
インとの間に互いに順方向に直列に接続されたn_1個
の第一のダイオードと、ドレインが前記第一の電源端子
に接続されゲートが参照信号入力端子に接続された第三
の電界効果トランジスタと、ゲートが前記第二の電界効
果トランジスタのドレインに接続された第四の電界効果
トランジスタと、前記第三の電界効果トランジスタのソ
ースと前記第四の電界効果トランジスタのドレインとの
間に互いに順方向に直列に接続されたn_2個の第二の
ダイオードと、前記第四の電界効果トランジスタのソー
スと前記第三の電源端子との間に互いに順方向に直列に
接続されたn′_2個の第三のダイオードと、ドレイン
が前記第一の電源端子に接続されゲートが外部信号入力
端子に接続された第五の電界効果トランジスタと、ゲー
トが前記第四の電界効果トランジスタのドレインに接続
されドレインが内部出力端子に接続された第六の電界効
果トランジスタと、前記第五の電界効果トランジスタの
ソースと前記第六の電界効果トランジスタのドレインと
の間に互いに順方向に直列に接続されたn_3個の第四
のダイオードと、前記第六の電界効果トランジスタのソ
ースと前記第三の電源端子との間に互いに順方向に直列
に接続されたn′_3個の第五のダイオードとを含み、 かつ、前記第一、第二、第三、第四および第五のダイオ
ードの個数の間に、 n_1+(n′_2−n_2)−(n′_3−n_3)
=0なる関係が成立する ことを特徴とする半導体集積回路。 2、前記第一の電界効果トランジスタと前記第二の電界
効果トランジスタ、前記第三の電界効果トランジスタと
前記第四の電界効果トランジスタ、ならびに前記第五の
電界効果トランジスタと前記第六の電界効果トランジス
タの三組の対をなす電界効果トランジスタは、それぞれ
互いに同一ゲート長および同一ゲート幅を有し、かつ、
同一しきい値電圧を有する請求項1記載の半導体集積回
路。 3、前記第一、第二および第三の電源端子における電源
電圧をそれぞれ0V、−2V、−5.2Vと設定し、前
記第一、第二、第三、第四および第五のダイオードのダ
イオード個数をそれぞれn_1=4、n_2=3、n′
_2=1、n_3=1およびn′_3=3と設定し、各
ダイオードの順方向電圧を0.5V〜0.6Vに設定し
た請求項1記載の半導体集積回路。 4、前記第一、第二および第三の電源端子における電源
電圧をそれぞれ0V、−2V、および−4.5Vと設定
し、前記第一、第二、第三、第四および第五のダイオー
ドのダイオード個数をそれぞれn_1=3、n_2=3
、n′_2=1、n_3=1およびn′_3=2と設定
し、各ダイオードの順方向電圧を0.5V〜0.6Vに
設定した請求項1記載の半導体集積回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1167922A JP2751430B2 (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 半導体集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1167922A JP2751430B2 (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 半導体集積回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0332112A true JPH0332112A (ja) | 1991-02-12 |
| JP2751430B2 JP2751430B2 (ja) | 1998-05-18 |
Family
ID=15858546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1167922A Expired - Lifetime JP2751430B2 (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 半導体集積回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2751430B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007255172A (ja) * | 2006-02-25 | 2007-10-04 | Sekisui Jushi Co Ltd | 防音パネル及び防音壁 |
-
1989
- 1989-06-28 JP JP1167922A patent/JP2751430B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007255172A (ja) * | 2006-02-25 | 2007-10-04 | Sekisui Jushi Co Ltd | 防音パネル及び防音壁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2751430B2 (ja) | 1998-05-18 |
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