JPH077407A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPH077407A
JPH077407A JP5020166A JP2016693A JPH077407A JP H077407 A JPH077407 A JP H077407A JP 5020166 A JP5020166 A JP 5020166A JP 2016693 A JP2016693 A JP 2016693A JP H077407 A JPH077407 A JP H077407A
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level
semiconductor integrated
ground
integrated circuit
circuit device
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JP5020166A
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Toshiyuki Koreeda
俊幸 是枝
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Kyushu Fujitsu Electronics Ltd
Fujitsu Ltd
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Kyushu Fujitsu Electronics Ltd
Fujitsu Ltd
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    • H03K19/017509Interface arrangements
    • H03K19/017518Interface arrangements using a combination of bipolar and field effect transistors [BIFET]
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 PECLレベルの信号をTTLレベルの信号
に変換する半導体集積回路装置に関し、グランドレベル
におけるノイズの影響を低減し、誤動作を生じさせるこ
とのない半導体集積回路装置の提供を目的とする。 【構成】 第1の回路1が接続され、ノイズによりレベ
ルが変動し得る第1のグランドGND1と、該第1の回路に
出力N1 が供給される第2の回路2が接続され、レベル
が安定している第2のグランドGND2とを具備する半導体
集積回路装置であって、前記第2のグランドGND2のレベ
ルを基準として前記第1のグランドGND1におけるレベル
変動を検出するレベル変動検出手段3と、該レベル変動
検出手段3により検出されたレベル変動値を打ち消すよ
うに前記第2の回路の出力N1 のレベルを制御するレベ
ル制御手段4とを具備するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路装置に関
し、特に、PECL(Pseudo Emitter Coupled Logic)レ
ベルの信号をTTLレベルの信号に変換する半導体集積
回路装置に関する。近年、ECL回路として、同一電源
を使用してECL(PECL)レベルの信号をTTLレベルに
変換することができるPECL回路(疑似ECL回路)
が利用されて来ている。そして、PECLレベルの信号
をTTLレベルの信号に変換する半導体集積回路装置に
おいて、グランドレベルのゆらぎ(ノイズ)により、変
換されたTTLレベルの出力信号が変化して、次段の回
路等が誤動作することがあった。そこで、グランドレベ
ルにおけるノイズの影響を低減し、誤動作を生じさせる
ことのない半導体集積回路装置の提供が要望されてい
る。
【0002】
【従来の技術】図8は従来の半導体集積回路装置の一例
を示す回路図である。同図において、参照符号101 はT
TLレベル出力回路を示し、102 はPECL差動回路を
示している。さらに、参照符号P1,P2,P3,P4,P5
は、ICパッケージ(半導体集積回路装置)におけるパ
ッドを示し、また、L1,L2,L3,L4,L5 は、各パッド
P1 〜P5 においてパッケージのリードフレームおよび
ボンディングワイヤ等が有するインダクタンス成分を示
している。ここで、参照符号GND1はTTLレベル出力回
路101 におけるグランドを示し、また、GND2はPECL
差動回路102 におけるグランドを示している。そして、
これらのグランドGND1およびGND2は、ICチップ内部に
おいて電気的に分離されており、インダクタンスL3,L
4 およびパッドP3,P4 を介して該ICチップ外部にお
いて共通のグランドGND に接続されている。同様に、参
照符号Vcc1 はTTLレベル出力回路101 における電源
を示し、また、Vcc2 はPECL差動回路102 における
電源を示している。そして、これらの電源Vcc1 および
Vcc2 は、ICチップ内部において電気的に分割されて
おり、インダクタンスL1,L2 およびパッドP1,P2 を
介して該ICチップ外部において共通の電源Vccに接続
されている。
【0003】TTLレベル出力回路101 は、ショットキ
ーバリアダイオード(SBD)付きNPN型バイポーラ
トランジスタQ111,Q112,Q113,Q114 および抵抗R111,R11
2,R113を備え、また、PECL差動回路102 は、NPN
型バイポーラトランジスタQ121,Q122,Q123,Q124 および
抵抗R121,R122 を備えている。ここで、PECL差動回
路102 において、トランジスタQ121およびQ122のベース
は、PECLレベルの差動信号が入力される差動入力端
子IN101 およびIN102 を構成しており、また、トランジ
スタQ123およびQ124は、カレントミラー回路を構成して
いる。
【0004】図9は図8の半導体集積回路装置における
各点の波形を示す図である。PECL差動回路102 は、
差動入力端子IN101 およびIN102 に供給されたPECL
レベルの信号を一旦電流に変換し、該変換された電流お
よび抵抗R122による電圧降下でノードN101 のレベルを
決定する。さらに、ノードN101 のレベルは、TTLレ
ベル出力回路101 のトランジスタQ111を駆動し、出力OU
T から出力されるTTLレベルの信号を制御するように
なっている。具体的に、トランジスタQ111のベース−エ
ミッタ間電圧をVBE111 とし、トランジスタQ114のベー
ス−エミッタ間電圧をVBE114 として、ノードN101 の
電位V101 が、V101 >VBE111 +VBE114 を満足すれ
ば、出力OUT は低レベル“L(VOL)"となり、逆に、V10
1 <VBE111 +VBE114 を満足すれば、出力OUT は高レ
ベル“H(VOH)"となる。ここで、入力端子IN101 および
IN102 に印加される信号は、PECLレベルの電圧(VI
H, VIL)となっており、また、出力OUT から出力される
信号はTTLレベルの電圧(VOH, VOL)となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図10は図8の回路を
複数搭載した半導体集積回路装置の一例を示す回路図で
ある。図10に示す半導体集積回路装置は前述した図8
に示す回路を2組設けて構成したものであり、参照符号
201 および301 は図8におけるTTLレベル出力回路10
1 に対応し、また、202 および302 は図8におけるPE
CL差動回路102 に対応している。すなわち、図10に
おける入力端子IN201,IN202; IN301,302、トランジスタ
Q211〜Q214; Q311〜Q314並びにQ221〜Q224; Q321〜Q32
4、および、抵抗R211〜R213; R311〜R313並びにR221,R2
22; R321,R322は、それぞれ図8における入力端子IN10
1,IN102 、トランジスタQ111〜Q114並びにQ121〜Q124、
および、抵抗R111〜R113並びにR111,R112 に対応してい
る。ここで、図10に示す半導体集積回路装置(ICパ
ッケージ)は、図8に示す回路を2組設けて構成されて
いるが、実際の半導体集積回路装置は、より多くの回路
により構成されているのはいうまでもない。
【0006】図11は図10の半導体集積回路装置にお
ける問題点を説明するための波形図である。同図に示さ
れるように、上述した半導体集積回路装置において、例
えば、パッドP15を介して出力される第1の出力OUT1が
高レベル“H”を保持している状態において、パッドP
16を介して出力される第2の出力OUT2が高レベル“H”
から低レベル“L”に変化する場合、第1の出力OUT1に
ひげが生じるという問題がある。すなわち、第2の出力
OUT2が高レベル“H”から低レベル“L”に変化する場
合、TTLレベル出力回路301 のグランド(第1のグラ
ンド) GND1のレベルは、インダクタンス成分L14等の影
響により、本来の0ボルトに対して負方向にVn ボル
ト, 正方向にVp ボルト変動して、第1の出力OUT1にひ
げが生じることになる。ここで、PECL差動回路202,
302 のグランド(第2のグランド)GND2 は、ICチップ
内部では第1のグランドGND1と分離され、ICチップ外
部でグランドGND に共通接続されるようになっているた
め、図11に示されるように、該第2のグランドGND2の
レベルは安定しており、ノードN201(N301)の電位も安
定している。
【0007】具体的に、第1の出力OUT1が高レベル
“H" (TTLレベルの高レベル"VOH")となる条件は、トラ
ンジスタQ211のベース−エミッタ間電圧をVBE211 と
し、トランジスタQ214のベース−エミッタ間電圧をVBE
214 として、ノードN201 の電位V201 が、V201 <V
BE211 +VBE214 …… (1)である。これは、TTLレベ
ル出力回路201 のグランドGND1が0ボルトに安定してい
る場合であり、上述したように、第2の出力OUT2が高レ
ベル“H”から低レベル“L”に変化してTTLレベル
出力回路201 のグランドGND1と共通接続されているTT
Lレベル出力回路301のグランド(第1のグランド)GND1
が変動すると、上記の条件式(1) は、例えば、V201
<VBE211 +VBE214 +Vn …… (2)となり、負の変動
電圧Vn によっては、不等号が逆転して、V201 >VBE
211 +VBE214 +Vn …… (3)となることがある。この
ように、負の変動電圧Vn により不等式(3) が成立する
と、第1の出力OUT1に負方向のひげが生じることにな
る。
【0008】ここで、グランドGND1の変動電圧Vn(Vp)
は、TTL出力における負荷容量の値が大きいほど大き
くなり、また、同時に変化するTTL出力の数が多いほ
ど大きくなる。従って、例えば、次段に接続される回路
の入力容量および配線容量等が大きいほど、或いは、同
一のグランド(第1のグランド)GND1 に接続されるTT
Lレベル出力回路の数が多いほど、上述した誤動作の問
題が生じ易くなる。
【0009】本発明は、上述した従来の半導体集積回路
装置が有する課題に鑑み、グランドレベルにおけるノイ
ズの影響を低減し、誤動作を生じさせることのない半導
体集積回路装置の提供を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】図1は本発明に係る半導
体集積回路装置の原理を示すブロック回路図である。本
発明によれば、第1の回路1が接続され、ノイズにより
レベルが変動し得る第1のグランドGND1と、該第1の回
路に出力N1 が供給される第2の回路2が接続され、レ
ベルが安定している第2のグランドGND2とを具備する半
導体集積回路装置であって、前記第2のグランドGND2の
レベルを基準として前記第1のグランドGND1におけるレ
ベル変動を検出するレベル変動検出手段3と、該レベル
変動検出手段3により検出されたレベル変動値を打ち消
すように前記第2の回路の出力N1 のレベルを制御する
レベル制御手段4とを具備することを特徴とする半導体
集積回路装置が提供される。
【0011】
【作用】本発明の半導体集積回路装置によれば、レベル
変動検出手段3は、レベルが安定している第2のグラン
ドGND2のレベルを基準として、ノイズによりレベルが変
動し得る第1のグランドGND1におけるレベル変動を検出
し、また、レベル制御手段4は、レベル変動検出手段3
により検出されたレベル変動値を打ち消すように第2の
回路の出力N1 のレベルを制御するようになっている。
【0012】これによって、グランドレベルにおけるノ
イズの影響を低減し、誤動作を生じさせないようにする
ことができる。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る半導体集
積回路装置の実施例を説明する。図2は本発明の半導体
集積回路装置の一実施例を示す回路図である。同図にお
いて、参照符号1はTTLレベル出力回路を示し、2は
PECL差動回路を示している。さらに、参照符号GND1
はTTLレベル出力回路1におけるグランドを示し、ま
た、GND2はPECL差動回路2におけるグランドを示し
ている。そして、これらのグランドGND1およびGND2は、
図8を参照して説明したように、ICチップ内部におい
ては電気的に分離されており、インダクタンス(L3,L
4)およびパッド(P3,P4)を介して該ICチップ外部に
おいて共通のグランド(GND) に接続されている。同様
に、参照符号Vcc1 はTTLレベル出力回路1における
電源を示し、また、Vcc2 はPECL差動回路2におけ
る電源を示している。そして、これらの電源Vcc1 およ
びVcc2 は、ICチップ内部において電気的に分離され
ており、インダクタンス(L1,L2)およびパッド(P1,
P2)を介して該ICチップ外部において共通の電源(V
cc) に接続されている。
【0014】TTLレベル出力回路1は、ショットキー
バリアダイオード(SBD)付きNPN型バイポーラト
ランジスタQ11,Q11,Q13,Q14 および抵抗R11,R12,R13 を
備え、また、PECL差動回路2は、NPN型バイポー
ラトランジスタQ21,Q22,Q23,Q24 および抵抗R21,R22 を
備えている。ここで、PECL差動回路2において、ト
ランジスタQ21 およびQ22 のベースは、PECLレベル
の差動信号が入力される差動入力端子IN11およびIN12を
構成しており、また、トランジスタQ23 およびQ24 は、
カレントミラー回路を構成している。
【0015】以上、説明したTTLレベル出力回路1お
よびPECL差動回路2の構成および動作は、図8に示
す従来の半導体集積回路装置と同様である。図2に示さ
れるように、本実施例の半導体集積回路装置は、図8の
回路に対して、さらに、NPN型バイポーラトランジス
タQ5を設けるようになっている。NPN型バイポーラ
トランジスタQ5のエミッタEはTTLレベル出力回路
1のグランド(第1のグランド)GND1 に接続され、ベー
スBはPECL差動回路2のグランド(第2のグラン
ド)GND2 に接続され、そして、コレクタCはPECL差
動回路2の出力(ノードN1)に接続されている。ここ
で、第2のグランドGND2は、そのレベルが略0ボルトに
安定しているのに対して、第1のグランドGND1は、ノイ
ズ(ゆらぎ)によりレベルが変動し得る。
【0016】上述した図2に示す半導体集積回路装置に
おいて、例えば、出力OUT が高レベル“H"(VOH)を保持
している状態において、第1のグランドGND1が変動(V
n)して従来の回路では負方向にひげが生じるような場
合、具体的に、トランジスタQ11 のベース−エミッタ間
電圧をVBE11とし、トランジスタQ14 のベース−エミッ
タ間電圧をVBE14として、ノードN1 の電位V1 が、V
1 >VBE11+VBE14+Vn となるような場合、トランジ
スタQ5がスイッチ・オンしてノードN1 の電位を低下
させ、本来の不等式V1 <VBE11+VBE14+Vn が成立
するようにして、高レベル“H"(VOH)のTTL出力OUT
にひげが生じないようにされている。
【0017】すなわち、トランジスタQ5は、第2のグ
ランドGND2のレベルを基準として第1のグランドGND1に
おけるレベル変動(負方向の変動Vn)を検出する機能
と、検出されたレベル変動値を打ち消すようにノードN
1 の電位を制御する機能とを兼ね備えている。図3は図
2の半導体集積回路装置の一変形例を示す回路図であ
る。同図に示すように、本変形例においては、図2にお
けるNPN型バイポーラトランジスタQ5の代わりに、
大型のNチャネル型MOSトランジスタQ5'を使用した
ものである。すなわち、Nチャネル型MOSトランジス
タQ5'のソースSは第1のグランドGND1に接続され、ゲ
ートGは第2のグランドGND2に接続され、そして、ドレ
インDはノードN1 に接続されている。この図3に示す
変形例におけるMOSトランジスタQ5'の動作は、上述
した図2の半導体集積回路装置におけるバイポーラトラ
ンジスタQ5の動作と同様である。
【0018】図4は本発明の半導体集積回路装置の他の
実施例を示す回路図である。図4に示されるように、本
実施例の半導体集積回路装置は、図8の回路に対して、
さらに、NPN型バイポーラトランジスタQ6〜Q8,ダ
イオードD21〜D24および抵抗R23を設けるようになっ
ている。同図に示されるように、トランジスタQ8のコ
レクタCはPECL差動回路2の電源(第2の電源) V
cc2 に接続され、ベースBは入力端子IN11に接続され、
エミッタEは順方向に接続された4つのダイオードD21
〜D24および抵抗R23を介してPECL差動回路2のグ
ランド(第2のグランド)GND2 に接続されている。トラ
ンジスタQ6のコレクタCはPECL差動回路2の出力
(ノードN1)に接続され、ベースBはダイオードD24と
抵抗R23の接続個所に接続され、エミッタEはトランジ
スタQ7のコレクタCに接続されている。トランジスタ
Q7のベースBは第2のグランドGND2に接続され、エミ
ッタEはTTLレベル出力回路1のグランド(第1のグ
ランド)GND1 に接続されている。ここで、トランジスタ
Q7は、前述した図2におけるトランジスタQ5に対応
するものであり、その動作もトランジスタQ5と同様で
ある。また、トランジスタQ6は、第1のグランドGND1
における正方向のレベル変動Vp が生じた場合に該トラ
ンジスタQ6がスイッチ・オフして該レベル変動Vp の
影響を受けないように作用するようになっている。
【0019】前述した図2(図3)に示す回路では、第
1のグランドGND1における正方向のレベル変動Vp に起
因して発生するTTL出力の正方向のひげを打ち消すこ
とは困難であったが、図4に示す本実施例では、TTL
出力が低レベル“L”の時に正方向のひげが生じても該
正方向のひげを打ち消すことができるようになってい
る。すなわち、図4に示す回路において、ダイオードD
21〜D24は、入力IN11に供給される信号レベルをトラン
ジスタQ6のベースに印加する電圧レベルに適合する値
に設定するためのレベルシフト用ダイオードであり、ま
た、トランジスタQ8は、入力IN11に供給される信号レ
ベルではトランジスタQ6がオンしないように構成する
ためのトランジスタである。
【0020】図5は図4の半導体集積回路装置の一変形
例を示す回路図である。同図に示すように、本変形例に
おいては、図4におけるNPN型バイポーラトランジス
タQ6およびQ7の代わりに、大型のNチャネル型MO
SトランジスタQ6'およびQ7'を使用したものである。
すなわち、Nチャネル型MOSトランジスタQ6'のドレ
インDはノードN1に接続され、ゲートGはダイオード
D24と抵抗R23の接続個所に接続され、ソースSはトラ
ンジスタQ7'のドレインDに接続されている。トランジ
スタQ7'のゲートGは第2のグランドGND2に接続され、
ソースSは第1のグランドGND1に接続されている。この
図5に示す変形例におけるMOSトランジスタQ6'およ
びQ7'の動作は、上述した図4の半導体集積回路装置に
おけるバイポーラトランジスタQ6およびQ7の動作と
同様である。
【0021】図6は図4の半導体集積回路装置の他の変
形例を示す回路図であり、図5におけるTTLレベル出
力回路1をCMOSトランジスタQ15およびQ16より成
るインバータ構成したものである。図7は本発明および
従来の半導体集積回路装置における特性のシミュレーシ
ョン結果を示す図である。同図において、参照符号 (1)
〜(3) は、第1のグランドGND1にノイズを与えた場合の
各半導体集積回路装置におけるTTLレベル出力の高レ
ベル“H”の波形を示すもので、(1) は図8に示す従来
の半導体集積回路装置における波形を示し、また、 (2)
および(3) は図2および図4に示す半導体集積回路装置
の実施例における波形を示している。
【0022】すなわち、図7における特性曲線(1) に示
されるように、図8に示す従来の半導体集積回路装置で
は、例えば、TTL出力が供給される次段がトリガー型
のフリップフロップ(順序回路)だと、第1のグランド
GND1がゆらぐと、TTLレベル出力も変化し、例えば、
特性曲線(1) と次段のフリップフロップの動作直線LLと
の交点 EP1およびEP2 において、クロックが入力したと
して誤動作する危険があった。しかしながら、図7にお
ける特性曲線 (2)および(3) に示されるように、図2お
よび図4に示す本発明の半導体集積回路装置の実施例に
おいては、特性曲線 (2)および(3) は次段のフリップフ
ロップの動作直線LLと交差することがなく、誤動作する
危険がない。ここで、第1のグランドGND1における正方
向および負方向の両方のゆらぎ(ノイズ)を補償するこ
とができる図4に示す半導体集積回路装置の特性曲線
(3) は、負方向のゆらぎ(ノイズ)だけしか補償するこ
とができない図2に示す半導体集積回路装置の特性曲線
(2) よりも第1のグランドGND1におけるゆらぎの影響を
大きく受けることになるが、実際に次段が誤動作を生じ
るようなことはない。
【0023】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明の半導体
集積回路装置によれば、レベルが安定している第2のグ
ランドのレベルを基準として、ノイズによりレベルが変
動し得る第1のグランドにおけるレベル変動を検出し、
該検出されたレベル変動値を打ち消すように所定の信号
のレベルを制御することによって、グランドレベルにお
けるノイズの影響を低減し、誤動作を生じさせないよう
にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体集積回路装置の原理を示す
ブロック回路図である。
【図2】本発明の半導体集積回路装置の一実施例を示す
回路図である。
【図3】図2の半導体集積回路装置の一変形例を示す回
路図である。
【図4】本発明の半導体集積回路装置の他の実施例を示
す回路図である。
【図5】図4の半導体集積回路装置の一変形例を示す回
路図である。
【図6】図4の半導体集積回路装置の他の変形例を示す
回路図である。
【図7】本発明および従来の半導体集積回路装置におけ
る特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図8】従来の半導体集積回路装置の一例を示す回路図
である。
【図9】図8の半導体集積回路装置における各点の波形
を示す図である。
【図10】図8の回路を複数搭載した半導体集積回路装
置の一例を示す回路図である。
【図11】図10の半導体集積回路装置における問題点
を説明するための波形図である。
【符号の説明】
1…第1の回路(TTLレベル出力回路) 2…第2の回路(PECL差動回路) 3…レベル変動検出手段 4…レベル制御手段 GND1…第1の回路のグランド(第1のグランド) GND2…第2の回路のグランド(第2のグランド)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の回路(1)が接続され、ノイズに
    よりレベルが変動し得る第1のグランド(GND1)と、該第
    1の回路に出力(N1)が供給される第2の回路(2)が
    接続され、レベルが安定している第2のグランド(GND2)
    とを具備する半導体集積回路装置であって、 前記第2のグランド(GND2)のレベルを基準として前記第
    1のグランド(GND1)におけるレベル変動を検出するレベ
    ル変動検出手段(3)と、 該レベル変動検出手段(3)により検出されたレベル変
    動値を打ち消すように前記第2の回路の出力(N1)のレ
    ベルを制御するレベル制御手段(4)とを具備すること
    を特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 前記第2の回路(2)はPECLレベル
    の差動信号が供給されたPECL差動回路を構成し、前
    記第1の回路(1)は該PECL差動回路(2)の出力
    (N1)に応じてTTLレベルの信号(OUT) を出力するT
    TLレベル出力回路を構成することを特徴とする請求項
    1の半導体集積回路装置。
  3. 【請求項3】 前記TTLレベル出力回路(1)は、C
    MOSインバータ回路で構成されている請求項2の半導
    体集積回路装置。
  4. 【請求項4】 前記レベル変動検出手段(3)および前
    記レベル制御手段(4)を1つのレベル補償トランジス
    タ(Q5,Q5') により構成したことを特徴とする請求項
    1の半導体集積回路装置。
  5. 【請求項5】 前記レベル補償トランジスタ(Q5,Q
    5') は第1の電極(C,D),第2の電極(E,S) および制御電
    極(B,G) を備え、該第1の電極(C,D) を前記第2の回路
    (2)の出力(N1)に接続し、該第2の電極(E,S) を前記
    第1のグランド(GND1)に接続し、且つ、前記制御電極
    (B,G) を前記第2のグランド(GND2)に接続したことを特
    徴とする請求項4の半導体集積回路装置。
  6. 【請求項6】 前記レベル補償トランジスタを、NPN
    型バイポーラトランジスタ(Q5)で構成したことを特徴
    とする請求項5の半導体集積回路装置。
  7. 【請求項7】 前記レベル補償トランジスタを、Nチャ
    ネル型MISトランジスタ(Q5') で構成したことを特
    徴とする請求項5の半導体集積回路装置。
  8. 【請求項8】 前記レベル変動検出手段(3)および前
    記レベル制御手段(4)を2つのレベル補償トランジス
    タ(Q6,Q7; Q6',Q7') により構成し、TTLレベル出力
    における正方向および負方向のノイズを補償するように
    したことを特徴とする請求項1の半導体集積回路装置。
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