JPH0541660A - 分周回路ic - Google Patents

分周回路ic

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JPH0541660A
JPH0541660A JP3218033A JP21803391A JPH0541660A JP H0541660 A JPH0541660 A JP H0541660A JP 3218033 A JP3218033 A JP 3218033A JP 21803391 A JP21803391 A JP 21803391A JP H0541660 A JPH0541660 A JP H0541660A
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JP
Japan
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frequency
fet
gate
gate length
gate width
Prior art date
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Pending
Application number
JP3218033A
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English (en)
Inventor
Masanobu Ohata
正信 大畑
Koichi Murata
浩一 村田
Masao Suzuki
正雄 鈴木
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.)
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPH0541660A publication Critical patent/JPH0541660A/ja
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 不必要な電流を流さない分周回路ICを提供
する。 【構成】 複数のT−FF10〜15が直列に接続され
て分周回路ICが構成される。この場合、入力端子側の
T−FF10のゲート長Lgに対し、それに続くT−F
F11のゲート長Lgを長くする。以下、順次T−FF
11よりT−FF12の方のゲート長Lgを長くするよ
うにして、不必要な電流を流さない構成としたことを特
徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、GaAsMESFET
などのFET(電界効果トランジスタ)を用いた分周回
路ICに関し、特に、その低電力化に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図1は本発明ならびに従来の分周回路の
構成例を示したもので、これにより従来の技術を説明す
る。図において、10〜15はT−FF(Tタイプープ
リップ・プロップ、T-Type Flip Flop)であり、16は
被分周信号の入力端子、17は分周された信号の出力端
子である。T−FF10〜15は入力された信号の周波
数を半分にして出力する機能を有している。従って、入
力端子16から周波数f0 の信号が入力すると、 T−FF10の出力信号周波数f1 はf0 /2、 T−FF11の出力信号周波数f2 はf0 /4 T−FF12の出力信号周波数f3 はf0 /8 T−FF13の出力信号周波数f4 はf0 /16 となり、図1の例では、出力端子17から出力される周
波数f6 はf0 /64となる。当然、T−FFを更に接
続することにより、f0 /128、f0 /256、……
と出力信号周波数を下げることができる。なお、各T−
FF10〜15の中に示すCとQはそれぞれ信号入力端
子と信号出力端子である。
【0003】図2はGaAsMESFETを用い、LS
CFL(Low power Source CoupledFET Logic)と呼ぶ回
路形式で構成したT−FFの回路図の例である。20は
電源端子VSS、21は電流源の電圧を設定する端子VCS
である。22と23はクロック信号入力端子、24と2
5はクロック補信号(上記クロック信号入力端子22と
23に入力するクロック信号の補信号、極性が反対の信
号)入力端子である。
【0004】一般的に、1つのT−FF中に用いられる
FETのゲート幅は、すべて同じに設定される。抵抗は
回路が誤ることなく動作する電圧が発生し、かつ高速動
作できるように小さめに設定される。例えばFETのゲ
ート幅Wgが10μmの時、抵抗は1KΩなどという値
が設定される。この組み合わせを基に、例えばゲート幅
が20μmの場合は抵抗は500Ω(なぜなら、ゲート
幅Wgが2倍になれば電流も2倍になるため、抵抗に同
じ電圧が発生するためには抵抗値を半分する)にすれば
良い。
【0005】次に、ゲート幅Wgの設定方法を述べる。
FETと抵抗等を組み合わせてT−FFを構成する場
合、それらの素子間を接続する信号配線には静電容量が
ある。配線の交差(信号配線間、信号と電源配線、信号
配線とグランド配線)もたくさんあり、これらの容量を
充電・放電して回路は動作する。同じ容量であれば、電
流をたくさん流すことのできるゲート幅Wgの大きいF
ETを用いた方が当然高速に動作させることができる。
ゲート幅Wgの小さいFETを用いた時に配線の容量を
小さくできればよいが、通常、配線の幅はICの製造プ
ロセスが許容する最小寸法で設定されている。また、ゲ
ート幅Wgを変えても配線の交差の数が変わるわけでも
ない。すなわち、ゲート幅Wgを変えてもFET外部に
付く容量は基本的に同じである。従って、上述のように
して決められたFETのゲート幅Wgと抵抗値の積を一
定にしながらゲート幅Wgを変えると、ゲート幅Wgが
大きい方が高速動作する。図3中の実線は、ゲート長
0.5μmのFETを用いた場合のT−FFのゲート幅
Wgと、そのときの最高動作周波数の関係を示した例で
ある。ゲート幅Wgが大きくなるに従って、最高動作周
波数も高くなっている。そのため、従来の分周回路で
は、各々のT−FFに要求される動作周波数に応じてF
ETのゲート幅Wgを変えた設定をしていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ICを設計する場合に
要求されることに低消費電力化がある。その理由は、低
消費電力であれば冷却が簡単で、電源に電池を用いた携
帯機器などでは使用時間を長くできる等である。そこ
で、これまでは上記のように分周回路を構成する各T−
FFのゲート幅Wgを調整し、低電力化を図っていた。
しかし、ゲート幅Wgの縮小化にもIC製造上からの限
界があり、実用上、その限界は1μm程度である。これ
を具体例で説明する。入力周波数f0 が2GHzとす
る。簡単のため動作余裕を無視すると、初段のT−FF
10に必要なゲート幅Wgは、図3から5μmである。
第2段目のT−FF11の動作周波数f1 は1GHzで
あり、必要なゲート幅は3μmである。第3段目のT−
FF12の動作周波数f2 は0.5GHzで、必要なゲ
ート幅は2μmである。このようにして、第4段目のT
−FF13の動作周波数f3 は0.25GHzで、必要
なゲート幅Wgは1μmとなり、製造限界になってしま
う。従って、第5段目のT−FF14以降のゲート幅W
gはいずれも1μmで不必要に大きな値となる。
【0007】このように、従来のFETを用いた分周回
路ICでは、全てのFETのゲート長が同じであった。
そのため、低周波動作のFETのゲート幅は製造限界で
決定され、その大きさは不必要に大きく、不要な電流を
流していた。従って、ICに要求される低電力化が困難
で、携帯機器等において使用時間を長くすることを妨げ
ていた。
【0008】本発明の目的は、従来の分周回路ICにお
いて不必要な電流を流さないように分周回路ICを提供
することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる分周回路
ICは、入力端子側のT−FFを構成するFETよりも
ゲート長が長いゲート長のFETで前記入力端子側のF
ETに続くT−FFを構成したものである。また、本発
明は被分周信号の入力端子部分に可変分周部を具備した
ものである。
【0010】
【作用】FETのゲート長を長くすると、同じ電圧条件
で流れる電流が低下する。従って、低速動作部分のT−
FFに長いゲート長のFETを用いることにより、分周
回路ICの低消費電力化を実現できる。また、可変分周
回路を具備した場合にも同様に低消費電力化が図れる。
【0011】
【実施例】本発明による分周回路ICの第1の構成例を
図1を用いて説明する。従来例と同様に入力周波数f0
が2GHzとする。第4段目のT−FF13までは従来
の分周回路と同じである。第5段目のT−FF14以降
のゲート長を2倍の1μmにする。FETにあるバイア
スを与えた場合に流れる電流ION(以下、オン電流と呼
ぶ)と、トランジスタの高速性能を示す遮断周波数fT
は、ゲート長Lgと以下の関係がある。
【0012】ION∝(1/Lg)・(Vgs−V th2T ∝1/Lg ゲート長Lgが長くなると、しきい値電圧Vthは大きく
なるため、オン電流IONはその影響で低下する。しか
し、ここではしきい値電圧Vthの影響を無視する。なぜ
なら、ここで説明するゲート長Lg=0.5μm〜1μ
mの領域では、ゲート長Lgの影響の方がはるかに大き
く、かつここの説明はその影響を考慮することが本質的
でないためである。従って、ここでは、オン電流ION
トランジスタの高速性能を示す遮断周波数fT は、ゲー
ト長Lgにのみ反比例するとして説明する。図3中、破
線はゲート長Lgが1μmのFETを用いた場合のT−
FFのゲート幅と、その時の最高動作周波数の関係例で
ある。第5段目のT−FF14の動作周波数f4は0.
125GHzであり、このT−FF14に1μmのゲー
ト長LgのFETを用いれば、図3の破線より必要なゲ
ート幅Wgは1.5μmである。この時、従来のゲート
長Lgが0.5μmのFETを用いた場合に比べて電流
は小さい。すなわち、従来のゲート長Lgが0.5μm
で、ゲート幅Wgが1μmのFETを用いた場合に比べ
て、電流は25%(1:(1.5÷2))削減できる。
第6段目のT−FF15の動作周波数f5 は0.062
5GHzで、1μmのゲート長LgのFETを用いれば
必要なゲート幅Wgは1μmと製造限界になる。この
時、従来回路のように0.5μmのゲート長LgのFE
Tを用いた場合に比べて、電流は半分である。ここで示
した例では、分周回路全体として削減した電流は約6%
(12.25/13)とわずかである。しかし、初段の
T−FF10がなく、入力周波数が1GHzで分周数が
32の分周回路の場合、削減できる電流は約10%
(7.25/8)と大きくなる。さらに、分周回路の分
周数を大きくするためにT−FFを追加し、それらにゲ
ート長Lgのより長いFETを用いれば、より削減でき
る電流の割合を大きくすることができる。
【0013】以上は分周数が固定の分周回路について述
べたが、分周数を変えられる可変分周回路に本発明を用
いても、本発明の効果が有効であることは変わりがな
い。図4に可変分周回路の構成例を示す。これは分周数
を128か、もしくは129のどちらかに設定できる回
路である(一例として、ELECTRONICS LETTERS 15th Aug
ust 1985 Vol.21 No.17,pp731-733 参照)。51,5
2,53はD−FF(Dタイプーフリップ・フロップ、
D-Type Flip Flop)、54,55,56,57,58は
T−FF、59はORゲート、60,61はNORゲー
トであり、62は被分周信号の入力端子、63は分周さ
れた信号の出力端子である。64は分周数設定端子であ
る。点線で囲んだD−FF51,52,53とNORゲ
ート60,61で分周数が4または5の可変分周部50
を構成する。可変分周部50の出力信号をT−FF54
に入力し、T−FF54,55,56,57,58で分
周数を大きくする。全てのT−FF54〜58の出力の
ORを取り、可変分周部50にフィードバックし、分周
数が128/129の可変分周回路を構成している。本
発明をT−FF54〜58に用いることで、無駄に流し
ていた電流を削減し、消費電力低減を実現できること
は、これまでの説明から明らかである。
【0014】また、以上はLSCFLを用いた場合につ
いて述べたが、DCFL(Direct Coupled FET Logic)な
ど他の回路構成の分周回路に本発明を用いても効果に変
わりがない。更に、これまでの説明ではGaAsMES
FETを用いた場合について述べたが、MOSFETな
ど他のFETを用いた場合においても本発明の効果は有
効である。これまでの説明では、1つのFF内の各FE
Tのゲート幅は同じとしたが、異なる場合に本発明を用
いても有効である。
【0015】
【発明の効果】本発明の分周回路ICは、入力端子側の
T−FFを構成するFETよりもゲート長が長いゲート
長のFETで前記入力端子側のFETに続くT−FFを
構成して、動作周波数によりFETのゲート長も変えて
いるため、不要な電流消費を削減でき、低電力化を確実
に実現できる大きな効果がある。その結果、これを携帯
機器等に使用した場合などに使用時間を長くすることが
できる効果を発生する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の分周回路ICの一実施例を示すブロッ
ク図である。
【図2】LSCFLによるT−FFの回路構成を示す図
である。
【図3】T−FFのゲート幅と動作周波数の関係例を示
す図である。
【図4】本発明の他の実施例である可変分周回路の構成
を示すブロック図である。
【符号の説明】 10 T−FF 11 T−FF 12 T−FF 13 T−FF 14 T−FF 15 T−FF 16 入力端子 17 出力端子 50 可変分周部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数のT−FFが直列にn個(nは2以上
    の整数)接続して構成される分周回路ICにおいて、2
    種類以上のゲート長を有し、入力端子側のT−FFを構
    成するFETよりもゲート長が長いゲート長のFETで
    前記入力端子側のFETに続くT−FFを構成したこと
    を特徴とする分周回路IC。
JP3218033A 1991-08-05 1991-08-05 分周回路ic Pending JPH0541660A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3218033A JPH0541660A (ja) 1991-08-05 1991-08-05 分周回路ic

Applications Claiming Priority (1)

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JP3218033A JPH0541660A (ja) 1991-08-05 1991-08-05 分周回路ic

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JPH0541660A true JPH0541660A (ja) 1993-02-19

Family

ID=16713591

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3218033A Pending JPH0541660A (ja) 1991-08-05 1991-08-05 分周回路ic

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JP (1) JPH0541660A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010103504A (ja) * 2008-09-23 2010-05-06 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置の作製方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010103504A (ja) * 2008-09-23 2010-05-06 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置の作製方法
JP2014197680A (ja) * 2008-09-23 2014-10-16 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法

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