JPH0774556A - 差動形cmos論理回路 - Google Patents
差動形cmos論理回路Info
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- JPH0774556A JPH0774556A JP5240741A JP24074193A JPH0774556A JP H0774556 A JPH0774556 A JP H0774556A JP 5240741 A JP5240741 A JP 5240741A JP 24074193 A JP24074193 A JP 24074193A JP H0774556 A JPH0774556 A JP H0774556A
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- differential
- circuit
- logic circuit
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 負荷容量が大きくなったときにおける遅延時
間を短縮することができ、しかも差動形CMOS論理回
路を2つ縦列接続したときに、その後段の差動形CMO
S論理回路が確実に小振幅論理動作を行うことができる
差動形CMOS論理回路を提供することを目的とするも
のである。 【構成】 CMOS差動増幅回路において、高電位電源
と駆動トランジスタの共通ソースとの間にダイオードを
接続するか、または、差動入力信号を印加する第1、2
の駆動トランジスタのゲート・ソース間にそれぞれ第
1、2のダイオードを接続するものである。
間を短縮することができ、しかも差動形CMOS論理回
路を2つ縦列接続したときに、その後段の差動形CMO
S論理回路が確実に小振幅論理動作を行うことができる
差動形CMOS論理回路を提供することを目的とするも
のである。 【構成】 CMOS差動増幅回路において、高電位電源
と駆動トランジスタの共通ソースとの間にダイオードを
接続するか、または、差動入力信号を印加する第1、2
の駆動トランジスタのゲート・ソース間にそれぞれ第
1、2のダイオードを接続するものである。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、CMOS論理回路の構
成法に係り、特に、小振幅信号で論理をとることができ
る差動形CMOS論理回路に関するものである。
成法に係り、特に、小振幅信号で論理をとることができ
る差動形CMOS論理回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図10は、MOSFETを用いたCMO
S論理回路構成としてのCMOSインバータ回路の従来
例を示す図である。この従来例は、香山著「超高速MO
Sデバイス」、pp207、1986年に記載されてい
る。
S論理回路構成としてのCMOSインバータ回路の従来
例を示す図である。この従来例は、香山著「超高速MO
Sデバイス」、pp207、1986年に記載されてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この従来のインバータ
回路は、nMOSFET11とpMOSFET12とを
接続し、両ゲートを入力端子とし、各ドレインを出力端
子にすることによって、反転動作を実現している。ま
た、このインバータ回路は、大振幅信号で動作する(0
Vと電源電圧との間を振幅として動作する)ので、特
に、負荷容量が大きくなると、遅延時間が増大するとい
う問題がある。
回路は、nMOSFET11とpMOSFET12とを
接続し、両ゲートを入力端子とし、各ドレインを出力端
子にすることによって、反転動作を実現している。ま
た、このインバータ回路は、大振幅信号で動作する(0
Vと電源電圧との間を振幅として動作する)ので、特
に、負荷容量が大きくなると、遅延時間が増大するとい
う問題がある。
【0004】この問題を解決するには、つまり、負荷容
量が大きくなったときにおける遅延時間を短縮するに
は、図11(1)に示す差動増幅回路を使用すればよ
い。この従来の差動増幅回路は、nMOSFET13の
ドレインと高電位電源(GND)との間に負荷Zを接続
し、nMOSFET13のソースに定電流源PSを接続
し、nMOSFET14のドレインと高電位電源(GN
D)との間に負荷Zを接続し、nMOSFET14のソ
ースに定電流源PSを接続し、nMOSFET13、1
4の各ゲートにそれぞれ差動入力信号を印加し、nMO
SFET13、14の各ドレインから出力信号を取り出
すものである。
量が大きくなったときにおける遅延時間を短縮するに
は、図11(1)に示す差動増幅回路を使用すればよ
い。この従来の差動増幅回路は、nMOSFET13の
ドレインと高電位電源(GND)との間に負荷Zを接続
し、nMOSFET13のソースに定電流源PSを接続
し、nMOSFET14のドレインと高電位電源(GN
D)との間に負荷Zを接続し、nMOSFET14のソ
ースに定電流源PSを接続し、nMOSFET13、1
4の各ゲートにそれぞれ差動入力信号を印加し、nMO
SFET13、14の各ドレインから出力信号を取り出
すものである。
【0005】図11(1)に示す差動増幅回路を使用す
ることによって、出力信号を小振幅化することができ、
負荷容量が大きくなったときでも遅延時間を短縮するこ
とができる。なお、出力信号を小振幅化するとは、EC
Lレベル(高レベルを−0.8Vとし、低レベルを−
1.6Vとするレベル)で論理をとることである。
ることによって、出力信号を小振幅化することができ、
負荷容量が大きくなったときでも遅延時間を短縮するこ
とができる。なお、出力信号を小振幅化するとは、EC
Lレベル(高レベルを−0.8Vとし、低レベルを−
1.6Vとするレベル)で論理をとることである。
【0006】しかし、この場合、高レベルの入力信号に
対して完全な電流切り換えを行なうことができず、つま
り、図11(2)に示すように、出力信号のレベルが低
レベル側にシフトしてしまう。このために、図11
(1)に示す従来の差動増幅回路と同一の回路を、図1
1(1)に示す従来の差動増幅回路の後段に接続すると
(すなわち、図11(1)に示す従来の差動増幅回路を
2つ縦列接続すると)、後段回路から見た入力信号のレ
ベルが低過ぎるので、上記後段回路の入力信号に対応し
た信号を上記後段回路が出力できず、つまり、上記後段
回路が小振幅論理動作を実行することができないという
問題がある。
対して完全な電流切り換えを行なうことができず、つま
り、図11(2)に示すように、出力信号のレベルが低
レベル側にシフトしてしまう。このために、図11
(1)に示す従来の差動増幅回路と同一の回路を、図1
1(1)に示す従来の差動増幅回路の後段に接続すると
(すなわち、図11(1)に示す従来の差動増幅回路を
2つ縦列接続すると)、後段回路から見た入力信号のレ
ベルが低過ぎるので、上記後段回路の入力信号に対応し
た信号を上記後段回路が出力できず、つまり、上記後段
回路が小振幅論理動作を実行することができないという
問題がある。
【0007】本発明は、負荷容量が大きくなったときに
おける遅延時間を短縮することができ、しかも差動形C
MOS論理回路を2つ縦列接続したときに、その後段の
差動形CMOS論理回路が確実に小振幅論理動作を行う
ことができる差動形CMOS論理回路を提供することを
目的とするものである。
おける遅延時間を短縮することができ、しかも差動形C
MOS論理回路を2つ縦列接続したときに、その後段の
差動形CMOS論理回路が確実に小振幅論理動作を行う
ことができる差動形CMOS論理回路を提供することを
目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、CMOS差動
増幅回路において、高電位電源と駆動トランジスタの共
通ソースとの間にダイオードを接続するか、または、差
動入力信号を印加する第1、2の駆動トランジスタのゲ
ート・ソース間にそれぞれ第1、2のダイオードを接続
するものである。
増幅回路において、高電位電源と駆動トランジスタの共
通ソースとの間にダイオードを接続するか、または、差
動入力信号を印加する第1、2の駆動トランジスタのゲ
ート・ソース間にそれぞれ第1、2のダイオードを接続
するものである。
【0009】
【作用】本発明は、CMOS差動増幅回路において、高
電位電源と駆動トランジスタの共通ソースとの間にダイ
オードを接続するか、または、差動入力信号を印加する
第1、2の駆動トランジスタのゲート・ソース間にそれ
ぞれ第1、2のダイオードを接続するので、負荷容量が
大きくなったときにおける遅延時間を短縮することがで
き、しかも差動形CMOS論理回路を2つ縦列接続した
ときに、その後段の差動形CMOS論理回路が確実に小
振幅論理動作を行うことができる。
電位電源と駆動トランジスタの共通ソースとの間にダイ
オードを接続するか、または、差動入力信号を印加する
第1、2の駆動トランジスタのゲート・ソース間にそれ
ぞれ第1、2のダイオードを接続するので、負荷容量が
大きくなったときにおける遅延時間を短縮することがで
き、しかも差動形CMOS論理回路を2つ縦列接続した
ときに、その後段の差動形CMOS論理回路が確実に小
振幅論理動作を行うことができる。
【0010】
【実施例】図1は、本発明の第1実施例である差動形C
MOS論理回路L1を示す回路図である。
MOS論理回路L1を示す回路図である。
【0011】この差動形CMOS論理回路L1は、駆動
トランジスタであるnMOSFET21、22と負荷素
子Zと定電流源PSとを有するCMOS差動増幅回路
と、ショットキー・ダイオードD1、D2とで構成され
ている。
トランジスタであるnMOSFET21、22と負荷素
子Zと定電流源PSとを有するCMOS差動増幅回路
と、ショットキー・ダイオードD1、D2とで構成され
ている。
【0012】nMOSFET21のドレインが負荷素子
Zを介して高電位源(GND)に接続され、nMOSF
ET21のソースが定電流源PSに接続され、nMOS
FET21のゲートに入力信号Vinが供給され、nMO
SFET21のドレインに入力信号Vinの反転信号(V
out にバーを付して示した信号)が出力される。また、
nMOSFET22のドレインが負荷素子Zを介して高
電位源(GND)に接続され、nMOSFET22のソ
ースが定電流源PSに接続され、nMOSFET22の
ゲートに入力信号Vinの反転信号が供給され、nMOS
FET22のドレインに入力信号Vinと同じ信号(V
out で示した信号)が出力される。
Zを介して高電位源(GND)に接続され、nMOSF
ET21のソースが定電流源PSに接続され、nMOS
FET21のゲートに入力信号Vinが供給され、nMO
SFET21のドレインに入力信号Vinの反転信号(V
out にバーを付して示した信号)が出力される。また、
nMOSFET22のドレインが負荷素子Zを介して高
電位源(GND)に接続され、nMOSFET22のソ
ースが定電流源PSに接続され、nMOSFET22の
ゲートに入力信号Vinの反転信号が供給され、nMOS
FET22のドレインに入力信号Vinと同じ信号(V
out で示した信号)が出力される。
【0013】ショットキー・ダイオードD1、D2は、
互いに直列接続され、高電位電源(GND)と、nMO
SFET21、22の共通ソースとの間に接続され、ダ
イオードD1のアノードが高電位電源(GND)に接続
され、ダイオードD1のカソードとダイオードD2のア
ノードとが接続され、ダイオードD2のカソードが上記
共通ソースに接続されている。
互いに直列接続され、高電位電源(GND)と、nMO
SFET21、22の共通ソースとの間に接続され、ダ
イオードD1のアノードが高電位電源(GND)に接続
され、ダイオードD1のカソードとダイオードD2のア
ノードとが接続され、ダイオードD2のカソードが上記
共通ソースに接続されている。
【0014】次に、上記差動形CMOS論理回路L1の
動作について説明する。
動作について説明する。
【0015】図2は、上記差動形CMOS論理回路L1
における入力信号波形と出力信号波形との関係を示す図
である。
における入力信号波形と出力信号波形との関係を示す図
である。
【0016】入力信号Vinに着目すると、この入力信号
Vinは−0.8V〜−1.6Vの振幅を有している。ま
た、ダイオードD1、D2のビルトイン電圧を1.6V
に設定してあり、このために、nMOSFET21、2
2の共通ソースと定電流回路PSとの接続点の電圧が−
1.6Vに固定され、負荷素子Z等の値を調整すること
によってnMOSFET21の閾値を0.8Vに設定し
てあったとする。
Vinは−0.8V〜−1.6Vの振幅を有している。ま
た、ダイオードD1、D2のビルトイン電圧を1.6V
に設定してあり、このために、nMOSFET21、2
2の共通ソースと定電流回路PSとの接続点の電圧が−
1.6Vに固定され、負荷素子Z等の値を調整すること
によってnMOSFET21の閾値を0.8Vに設定し
てあったとする。
【0017】ここで、入力信号Vinが−0.8Vである
場合には、入力信号Vinの値と閾値の値とが同じである
ので、nMOSFET21に電流が流れず、その出力信
号Vout のバーの信号が図2に示すように0V(GN
D)になり、一方、入力信号Vinが−1.6Vである場
合には、入力信号Vinの値が閾値の値よりも大きいの
で、nMOSFET21に電流が流れ、その出力信号V
out のバーの信号が図2に示すように−0.8になる。
これらの動作は、nMOSFET22についても同様で
ある。
場合には、入力信号Vinの値と閾値の値とが同じである
ので、nMOSFET21に電流が流れず、その出力信
号Vout のバーの信号が図2に示すように0V(GN
D)になり、一方、入力信号Vinが−1.6Vである場
合には、入力信号Vinの値が閾値の値よりも大きいの
で、nMOSFET21に電流が流れ、その出力信号V
out のバーの信号が図2に示すように−0.8になる。
これらの動作は、nMOSFET22についても同様で
ある。
【0018】上記差動形CMOS論理回路L1におい
て、差動増幅回路の出力信号の高レベルが高電位電源レ
ベルと一致するので、動形CMOS論理回路L1が小振
幅論理動作(ECLレベル(高レベルを−0.8Vと
し、低レベルを−1.6Vとするレベル)で論理をとる
動作)を実行できるので、差動形CMOS論理回路L1
を2つ縦列接続したときに、その後段の差動形CMOS
論理回路L1が確実に小振幅論理動作を行うことができ
る。また、上記差動形CMOS論理回路L1が小振幅論
理動作を実行するので、負荷容量が大きくなったときで
も遅延時間を短縮することができる。
て、差動増幅回路の出力信号の高レベルが高電位電源レ
ベルと一致するので、動形CMOS論理回路L1が小振
幅論理動作(ECLレベル(高レベルを−0.8Vと
し、低レベルを−1.6Vとするレベル)で論理をとる
動作)を実行できるので、差動形CMOS論理回路L1
を2つ縦列接続したときに、その後段の差動形CMOS
論理回路L1が確実に小振幅論理動作を行うことができ
る。また、上記差動形CMOS論理回路L1が小振幅論
理動作を実行するので、負荷容量が大きくなったときで
も遅延時間を短縮することができる。
【0019】なお、差動形CMOS論理回路L1におい
て、ショットキー・ダイオードが2つ(D1、D2)設
けられているが、ショットキー・ダイオードD1または
D2のビルトイン電圧を調整することによって、ショッ
トキー・ダイオードD1とD2との代わりに、ショット
キー・ダイオードD1のみを設けるようにしてもよい。
つまり、上記実施例は、MOSFETで構成した差動増
幅回路において、差動増幅回路の高電位電源と、差動入
力信号を印加する第1、第2の駆動トランジスタの共通
ソースとの間に、ダイオードを接続したものであるが、
このダイオードを1つのみ設けてもよくまた2つ以上設
けるようにしてもよい。
て、ショットキー・ダイオードが2つ(D1、D2)設
けられているが、ショットキー・ダイオードD1または
D2のビルトイン電圧を調整することによって、ショッ
トキー・ダイオードD1とD2との代わりに、ショット
キー・ダイオードD1のみを設けるようにしてもよい。
つまり、上記実施例は、MOSFETで構成した差動増
幅回路において、差動増幅回路の高電位電源と、差動入
力信号を印加する第1、第2の駆動トランジスタの共通
ソースとの間に、ダイオードを接続したものであるが、
このダイオードを1つのみ設けてもよくまた2つ以上設
けるようにしてもよい。
【0020】なお、nMOSFET21、22の閾値
は、ダイオードD1、D2のビルトイン電圧の値よりも
小さければ、任意の値を採用することができる。
は、ダイオードD1、D2のビルトイン電圧の値よりも
小さければ、任意の値を採用することができる。
【0021】図3は、本発明の第2実施例であるシリー
ズ・ゲート形の差動論理回路L2の構成例を示す図であ
る。
ズ・ゲート形の差動論理回路L2の構成例を示す図であ
る。
【0022】シリーズ・ゲート形の差動論理回路L2
は、差動形CMOS論理回路L1と同様の回路を2つ設
け、1つ目の差動形CMOS論理回路L1における共通
ソースと定電流回路PSとの間にnMOSFET25が
設けられ、2つ目の差動形CMOS論理回路L1におけ
る共通ソースと定電流回路PSとの間にnMOSFET
28が設けられ、高電位電源(GND)と定電流回路P
Sとの間にショットキー・ダイオードD7、D8、D9
の直列回路が設けられている。
は、差動形CMOS論理回路L1と同様の回路を2つ設
け、1つ目の差動形CMOS論理回路L1における共通
ソースと定電流回路PSとの間にnMOSFET25が
設けられ、2つ目の差動形CMOS論理回路L1におけ
る共通ソースと定電流回路PSとの間にnMOSFET
28が設けられ、高電位電源(GND)と定電流回路P
Sとの間にショットキー・ダイオードD7、D8、D9
の直列回路が設けられている。
【0023】つまり、互いに直列接続されたショットキ
ー・ダイオードD3、D4を、高電位電源(GND)
と、1段目のゲートを構成する駆動トランジスタである
nMOSFET23、24の共通ソースとの間に接続
し、互いに直列接続されたショットキー・ダイオードD
5、D6を、高電位電源(GND)と、2段目のゲート
を構成する駆動トランジスタであるnMOSFET2
6、27の共通ソースとの間に接続してある。
ー・ダイオードD3、D4を、高電位電源(GND)
と、1段目のゲートを構成する駆動トランジスタである
nMOSFET23、24の共通ソースとの間に接続
し、互いに直列接続されたショットキー・ダイオードD
5、D6を、高電位電源(GND)と、2段目のゲート
を構成する駆動トランジスタであるnMOSFET2
6、27の共通ソースとの間に接続してある。
【0024】シリーズ・ゲート形の差動論理回路L2の
場合も、差動形CMOS論理回路L1の場合と同様に、
シリーズ・ゲート形の差動論理回路L2の出力信号の高
レベルが高電位電源レベルと一致するので、小振幅論理
動作を実行することができ、したがって、負荷容量が大
きくなったときでも遅延時間を短縮することができ、ま
た、シリーズ・ゲート形の差動論理回路L2を2つ縦列
接続したときに、その後段のシリーズ・ゲート形の差動
論理回路L2が確実に小振幅論理動作を行うことができ
る。
場合も、差動形CMOS論理回路L1の場合と同様に、
シリーズ・ゲート形の差動論理回路L2の出力信号の高
レベルが高電位電源レベルと一致するので、小振幅論理
動作を実行することができ、したがって、負荷容量が大
きくなったときでも遅延時間を短縮することができ、ま
た、シリーズ・ゲート形の差動論理回路L2を2つ縦列
接続したときに、その後段のシリーズ・ゲート形の差動
論理回路L2が確実に小振幅論理動作を行うことができ
る。
【0025】なお、シリーズ・ゲート形の差動論理回路
L2において、入力信号VinA 、VinB が「1、1」に
なったときに、出力信号Vout0のみが「1」になり、他
の出力信号Vout1、Vout2、Vout3が「0」になり、同
様に、入力信号VinA 、VinB が「1、0」、「0、
1」、「0、0」になったときに、出力信号Vout0、V
out1、Vout2、Vout3がそれぞれ「1」になり、「1」
になった出力信号以外の出力信号が「0」になる。
L2において、入力信号VinA 、VinB が「1、1」に
なったときに、出力信号Vout0のみが「1」になり、他
の出力信号Vout1、Vout2、Vout3が「0」になり、同
様に、入力信号VinA 、VinB が「1、0」、「0、
1」、「0、0」になったときに、出力信号Vout0、V
out1、Vout2、Vout3がそれぞれ「1」になり、「1」
になった出力信号以外の出力信号が「0」になる。
【0026】また、ショットキー・ダイオードD7、D
8、D9の代わりに、1つ、2つまたは4つ以上のショ
ットキー・ダイオードを使用してもよい。
8、D9の代わりに、1つ、2つまたは4つ以上のショ
ットキー・ダイオードを使用してもよい。
【0027】図4は、本発明の第3実施例である差動形
CMOS論理回路L3の構成を示す回路図である。
CMOS論理回路L3の構成を示す回路図である。
【0028】この差動形CMOS論理回路L3は、図1
に示すCMOS差動増幅回路L1の後段に、MOSFE
Tで構成したソース・フォロワ回路を付加することによ
って、出力の高負荷駆動を可能にしたものであり、上記
ソース・フォロワ回路は、nMOSFET29と定電流
源PS、nMOSFET30と定電流源PSで構成され
ている。
に示すCMOS差動増幅回路L1の後段に、MOSFE
Tで構成したソース・フォロワ回路を付加することによ
って、出力の高負荷駆動を可能にしたものであり、上記
ソース・フォロワ回路は、nMOSFET29と定電流
源PS、nMOSFET30と定電流源PSで構成され
ている。
【0029】また、上記ソース・フォロワ回路における
nMOSFET29、30に流す定電流値、またはnM
OSFET29、30の閾値電圧を調整することによっ
て、出力信号のレベルシフト量を任意に調整することが
できる。さらに、差動形CMOS論理回路L3の入出力
レベルをバイポーラECL回路の入出力レベルに一致さ
せれば、ECLインタフェース(高レベル:−0.8
V、低レベル:−1.6V)が可能となる。
nMOSFET29、30に流す定電流値、またはnM
OSFET29、30の閾値電圧を調整することによっ
て、出力信号のレベルシフト量を任意に調整することが
できる。さらに、差動形CMOS論理回路L3の入出力
レベルをバイポーラECL回路の入出力レベルに一致さ
せれば、ECLインタフェース(高レベル:−0.8
V、低レベル:−1.6V)が可能となる。
【0030】図5は、上記各実施例において、差動形論
理回路L1、L2、L3の遅延時間に対する信号振幅の
関係を示す図である。
理回路L1、L2、L3の遅延時間に対する信号振幅の
関係を示す図である。
【0031】ここで、縦軸には、差動形論理回路L1、
L2、L3の遅延時間として、図10に示す従来のCM
OSインバータ回路の遅延時間で規格化した値を示し、
横軸には、信号振幅として、電源電圧で規格化した値を
示してある。
L2、L3の遅延時間として、図10に示す従来のCM
OSインバータ回路の遅延時間で規格化した値を示し、
横軸には、信号振幅として、電源電圧で規格化した値を
示してある。
【0032】図5において、「Cpd」は、上記各実施例
における遅延時間であり、「Cpd(CMOS)」は、図
10に示す従来のCMOSインバータ回路における遅延
時間である。なお、上記「遅延時間」は、たとえば入力
信号が「0」から「1」になる場合、入力信号が「0」
と「1」との間の1/2になってから、出力信号が
「1」と「0」との間の1/2になるまでの時間であ
る。
における遅延時間であり、「Cpd(CMOS)」は、図
10に示す従来のCMOSインバータ回路における遅延
時間である。なお、上記「遅延時間」は、たとえば入力
信号が「0」から「1」になる場合、入力信号が「0」
と「1」との間の1/2になってから、出力信号が
「1」と「0」との間の1/2になるまでの時間であ
る。
【0033】図5から、差動形CMOS論理回路L1、
L2、L3の信号振幅を小振幅化すればする程、差動形
CMOS論理回路L1、L2、L3の遅延時間が短縮さ
れ、高速動作が可能になることが理解される。たとえ
ば、信号振幅を電源電圧の1/4に設定した場合、図1
0に示す従来のCMOSインバータ回路に比べて、その
遅延時間を約1/2に短縮することができる。
L2、L3の信号振幅を小振幅化すればする程、差動形
CMOS論理回路L1、L2、L3の遅延時間が短縮さ
れ、高速動作が可能になることが理解される。たとえ
ば、信号振幅を電源電圧の1/4に設定した場合、図1
0に示す従来のCMOSインバータ回路に比べて、その
遅延時間を約1/2に短縮することができる。
【0034】図6は、本発明の第4実施例である差動形
CMOS論理回路L4の構成例を示す図である。
CMOS論理回路L4の構成例を示す図である。
【0035】差動形CMOS論理回路L4は、駆動トラ
ンジスタであるnMOSFET31、32と負荷素子Z
と定電流源PSとを有するCMOS差動増幅回路と、シ
ョットキー・ダイオードD10、D11とで構成されて
いる。
ンジスタであるnMOSFET31、32と負荷素子Z
と定電流源PSとを有するCMOS差動増幅回路と、シ
ョットキー・ダイオードD10、D11とで構成されて
いる。
【0036】nMOSFET31のドレインが負荷素子
Zを介して高電位源(GND)に接続され、nMOSF
ET31のソースが定電流源PSに接続され、nMOS
FET31のゲートに入力信号Vinが供給され、nMO
SFET31のドレインに入力信号Vinの反転信号(V
out にバーを付して示した信号)が出力される。また、
nMOSFET32のドレインが負荷素子Zを介して高
電位源(GND)に接続され、nMOSFET32のソ
ースが定電流源PSに接続され、nMOSFET32の
ゲートに入力信号Vinの反転信号が供給され、nMOS
FET32のドレインに入力信号Vinと同じ信号(V
out で示した信号)が出力される。
Zを介して高電位源(GND)に接続され、nMOSF
ET31のソースが定電流源PSに接続され、nMOS
FET31のゲートに入力信号Vinが供給され、nMO
SFET31のドレインに入力信号Vinの反転信号(V
out にバーを付して示した信号)が出力される。また、
nMOSFET32のドレインが負荷素子Zを介して高
電位源(GND)に接続され、nMOSFET32のソ
ースが定電流源PSに接続され、nMOSFET32の
ゲートに入力信号Vinの反転信号が供給され、nMOS
FET32のドレインに入力信号Vinと同じ信号(V
out で示した信号)が出力される。
【0037】ショットキー・ダイオードD1のアノード
がnMOSFET31のゲートに接続され、ショットキ
ー・ダイオードD1のカソードがnMOSFET31の
ソースに接続され、ショットキー・ダイオードD2のア
ノードがnMOSFET32のゲートに接続され、ショ
ットキー・ダイオードD2のカソードがnMOSFET
32のソースに接続されている。
がnMOSFET31のゲートに接続され、ショットキ
ー・ダイオードD1のカソードがnMOSFET31の
ソースに接続され、ショットキー・ダイオードD2のア
ノードがnMOSFET32のゲートに接続され、ショ
ットキー・ダイオードD2のカソードがnMOSFET
32のソースに接続されている。
【0038】次に、差動形CMOS論理回路L4の動作
について説明する。
について説明する。
【0039】この場合も、入力信号と出力信号との関係
は、図2に示す場合と同じであるとする。つまり、入力
信号Vinに着目すると、この入力信号Vinは−0.8V
〜−1.6Vの振幅を有している。ただし、ダイオード
D10、D11のビルトイン電圧が0.8Vに設定さ
れ、負荷素子Z等の値を調整することによってnMOS
FET31、32の閾値が0Vに設定してあったとする
と、入力電圧が−0.8V〜−1.6Vである場合、入
力電圧の−0.8VとダイオードD10のビルトイン電
圧の−0.8Vとが加算されて−1.6Vになるので、
nMOSFET31、32の共通ソースと定電流回路P
Sとの接続点の電圧が−1.6Vに固定される。
は、図2に示す場合と同じであるとする。つまり、入力
信号Vinに着目すると、この入力信号Vinは−0.8V
〜−1.6Vの振幅を有している。ただし、ダイオード
D10、D11のビルトイン電圧が0.8Vに設定さ
れ、負荷素子Z等の値を調整することによってnMOS
FET31、32の閾値が0Vに設定してあったとする
と、入力電圧が−0.8V〜−1.6Vである場合、入
力電圧の−0.8VとダイオードD10のビルトイン電
圧の−0.8Vとが加算されて−1.6Vになるので、
nMOSFET31、32の共通ソースと定電流回路P
Sとの接続点の電圧が−1.6Vに固定される。
【0040】ここで、入力信号Vinが−0.8Vである
場合には、nMOSFET31のソースとゲートとの間
の電圧は0.8Vであり、閾値の値が0Vであるので、
nMOSFET21に電流が流れ、その出力信号が−
0.8Vになり、一方、入力信号Vinが−1.6Vであ
る場合には、nMOSFET31のソースとゲートとの
間の電圧は0Vであり、閾値の値0Vと同じになり、n
MOSFET31に電流が流れず、その出力信号が−0
V(GND)になる。これらの動作は、nMOSFET
32についても同様である。
場合には、nMOSFET31のソースとゲートとの間
の電圧は0.8Vであり、閾値の値が0Vであるので、
nMOSFET21に電流が流れ、その出力信号が−
0.8Vになり、一方、入力信号Vinが−1.6Vであ
る場合には、nMOSFET31のソースとゲートとの
間の電圧は0Vであり、閾値の値0Vと同じになり、n
MOSFET31に電流が流れず、その出力信号が−0
V(GND)になる。これらの動作は、nMOSFET
32についても同様である。
【0041】なお、nMOSFET31、32の閾値
は、ダイオードD10、D11のビルトイン電圧の値よ
りも小さければ、任意の値を採用することができる。
は、ダイオードD10、D11のビルトイン電圧の値よ
りも小さければ、任意の値を採用することができる。
【0042】上記差動形CMOS論理回路L4におい
て、差動増幅回路の出力信号の高レベルが高電位電源レ
ベルと一致するので、差動形CMOS論理回路L4が小
振幅論理動作(ECLレベル(高レベルを−0.8Vと
し、低レベルを−1.6Vとするレベル)で論理をとる
動作)を実行でき、したがって、負荷容量が大きくなっ
たときでも遅延時間を短縮することができ、また、差動
形CMOS論理回路L4を2つ縦列接続したときに、そ
の後段の差動形CMOS論理回路L4が確実に小振幅論
理動作を行うことができる。
て、差動増幅回路の出力信号の高レベルが高電位電源レ
ベルと一致するので、差動形CMOS論理回路L4が小
振幅論理動作(ECLレベル(高レベルを−0.8Vと
し、低レベルを−1.6Vとするレベル)で論理をとる
動作)を実行でき、したがって、負荷容量が大きくなっ
たときでも遅延時間を短縮することができ、また、差動
形CMOS論理回路L4を2つ縦列接続したときに、そ
の後段の差動形CMOS論理回路L4が確実に小振幅論
理動作を行うことができる。
【0043】なお、差動形CMOS論理回路L4におい
て、1つのnMOSFETについてショットキー・ダイ
オードが1つ設けられているが、たとえばショットキー
・ダイオードD10のビルトイン電圧を調整することに
よって、ショットキー・ダイオードD10の代わりに、
複数のショットキー・ダイオードを直列接続したものを
設けるようにしてもよい。
て、1つのnMOSFETについてショットキー・ダイ
オードが1つ設けられているが、たとえばショットキー
・ダイオードD10のビルトイン電圧を調整することに
よって、ショットキー・ダイオードD10の代わりに、
複数のショットキー・ダイオードを直列接続したものを
設けるようにしてもよい。
【0044】つまり、上記差動形CMOS論理回路L4
は、MOSFETで構成した差動増幅回路において、差
動増幅回路の差動入力信号の一方を印加する第1の駆動
トランジスタのゲート・ソース間に第1のダイオードを
接続し、差動入力信号の他方を印加する第2の駆動トラ
ンジスタのゲート・ソース間に第2のダイオードを接続
したものであるが、第1のダイオードまたは第2のダイ
オードとして、1つのみのダイオードを設けてもよく、
また2つ以上のダイオードを直列接続したものを設ける
ようにしてもよい。
は、MOSFETで構成した差動増幅回路において、差
動増幅回路の差動入力信号の一方を印加する第1の駆動
トランジスタのゲート・ソース間に第1のダイオードを
接続し、差動入力信号の他方を印加する第2の駆動トラ
ンジスタのゲート・ソース間に第2のダイオードを接続
したものであるが、第1のダイオードまたは第2のダイ
オードとして、1つのみのダイオードを設けてもよく、
また2つ以上のダイオードを直列接続したものを設ける
ようにしてもよい。
【0045】図7は、本発明の第5実施例である差動形
CMOS論理回路L5を示す図であり、図6に示すCM
OS差動増幅回路L4の後段に、MOSFETで構成し
たソース・フォロワ回路を付加した構成を示す回路図で
ある。
CMOS論理回路L5を示す図であり、図6に示すCM
OS差動増幅回路L4の後段に、MOSFETで構成し
たソース・フォロワ回路を付加した構成を示す回路図で
ある。
【0046】差動形CMOS論理回路L5において、ソ
ース・フォロワ回路は、nMOSFET33と定電流源
PS、nMOSFET34と定電流源PSとで構成され
ており、MOSFETで構成したソース・フォロワ回路
を、CMOS差動増幅回路の後段に付加することによっ
て、出力の高負荷駆動が可能になる。
ース・フォロワ回路は、nMOSFET33と定電流源
PS、nMOSFET34と定電流源PSとで構成され
ており、MOSFETで構成したソース・フォロワ回路
を、CMOS差動増幅回路の後段に付加することによっ
て、出力の高負荷駆動が可能になる。
【0047】また、第5実施例の上記ソース・フォロワ
回路におけるnMOSFET33、34に流す定電流
値、またはnMOSFET33、34の閾値電圧を調整
することによって、出力信号のレベルシフト量を任意に
調整することができる。さらに、差動形CMOS論理回
路L5の入出力レベルをバイポーラECL回路の入出力
レベルに一致させれば、ECLインタフェース(高レベ
ル:−0.8V、低レベル:−1.6V)が可能とな
る。
回路におけるnMOSFET33、34に流す定電流
値、またはnMOSFET33、34の閾値電圧を調整
することによって、出力信号のレベルシフト量を任意に
調整することができる。さらに、差動形CMOS論理回
路L5の入出力レベルをバイポーラECL回路の入出力
レベルに一致させれば、ECLインタフェース(高レベ
ル:−0.8V、低レベル:−1.6V)が可能とな
る。
【0048】上記差動形CMOS論理回路L4、L5に
おいても、図5に示すように、差動形論理回路の信号振
幅を小振幅化すればする程、差動形論理回路の遅延時間
が短縮され、高速動作が可能になる。たとえば、信号振
幅を電源電圧の1/4に設定した場合、図10に示す従
来のCMOSインバータ回路に比べて、その遅延時間を
約1/2に短縮することができる。
おいても、図5に示すように、差動形論理回路の信号振
幅を小振幅化すればする程、差動形論理回路の遅延時間
が短縮され、高速動作が可能になる。たとえば、信号振
幅を電源電圧の1/4に設定した場合、図10に示す従
来のCMOSインバータ回路に比べて、その遅延時間を
約1/2に短縮することができる。
【0049】図8は、差動形CMOS論理回路L4にお
けるMOSFET31とショットキー・ダイオードD1
0とを、同一の絶縁基板上に形成した例を示す図であ
る。
けるMOSFET31とショットキー・ダイオードD1
0とを、同一の絶縁基板上に形成した例を示す図であ
る。
【0050】絶縁基板上では、従来のバルク基板と比較
すると、ショットキー・ダイオードを小面積で実現で
き、寄生容量を小さくすることができるので、論理動作
の高速化を図ることができる。
すると、ショットキー・ダイオードを小面積で実現で
き、寄生容量を小さくすることができるので、論理動作
の高速化を図ることができる。
【0051】図9は、MOSFET31とショットキー
・ダイオードD10とを、絶縁基板上の同一シリコン活
性層41に形成したものであり、図8に示す例のデバイ
ス構造と比較すると、小面積化を図ることができる。
・ダイオードD10とを、絶縁基板上の同一シリコン活
性層41に形成したものであり、図8に示す例のデバイ
ス構造と比較すると、小面積化を図ることができる。
【0052】また、上記各実施例において、ショットキ
ー・ダイオードの代わりに、ショットキー・ダイオード
以外のダイオードを使用してもよい。
ー・ダイオードの代わりに、ショットキー・ダイオード
以外のダイオードを使用してもよい。
【0053】
【発明の効果】本発明によれば、負荷容量が大きくなっ
たときにおける遅延時間を短縮することができ、しかも
差動形CMOS論理回路を2つ縦列接続したときに、そ
の後段の差動形CMOS論理回路が確実に小振幅論理動
作を行うことができるという効果を奏する。
たときにおける遅延時間を短縮することができ、しかも
差動形CMOS論理回路を2つ縦列接続したときに、そ
の後段の差動形CMOS論理回路が確実に小振幅論理動
作を行うことができるという効果を奏する。
【図1】本発明の第1実施例である差動形CMOS論理
回路L1を示す回路図である。
回路L1を示す回路図である。
【図2】差動形CMOS論理回路L1における入力信号
波形と出力信号波形との関係を示す図である。
波形と出力信号波形との関係を示す図である。
【図3】本発明の第2実施例であるシリーズ・ゲート形
の差動論理回路L2の構成例を示す図である。
の差動論理回路L2の構成例を示す図である。
【図4】本発明の第3実施例である差動形CMOS論理
回路L3の構成を示す回路図である。
回路L3の構成を示す回路図である。
【図5】上記各実施例において、差動形論理回路L1、
L2、L3の遅延時間に対する信号振幅の関係を示す図
である。
L2、L3の遅延時間に対する信号振幅の関係を示す図
である。
【図6】本発明の第4実施例である差動形CMOS論理
回路L4の構成例を示す図である。
回路L4の構成例を示す図である。
【図7】本発明の第5実施例である差動形CMOS論理
回路L5を示す図である。
回路L5を示す図である。
【図8】差動形CMOS論理回路L4におけるMOSF
ET31とショットキー・ダイオードD10とを、同一
の絶縁基板上に形成した例を示す図である。
ET31とショットキー・ダイオードD10とを、同一
の絶縁基板上に形成した例を示す図である。
【図9】MOSFET31とショットキー・ダイオード
D10とを、絶縁基板上の同一シリコン活性層41に形
成したものの例を示す図である。
D10とを、絶縁基板上の同一シリコン活性層41に形
成したものの例を示す図である。
【図10】MOSFETを用いたCMOS論理回路構成
としてのCMOSインバータ回路の従来例を示す図であ
る。
としてのCMOSインバータ回路の従来例を示す図であ
る。
【図11】小振幅動作を行なう従来の差動増幅回路を示
す図と、その差動増幅回路における入力信号と出力信号
との関係を示す図である。
す図と、その差動増幅回路における入力信号と出力信号
との関係を示す図である。
L1〜L5…差動形CMOS論理回路、 D1〜D11…ショットキー・ダイオード、 21〜34…nCMOSFET、 41…シリコン活性層、 PS…定電流源、 Z…負荷素子。
Claims (4)
- 【請求項1】 MOSFETで構成した差動増幅回路に
おいて、 上記差動増幅回路の高電位電源と、差動入力信号を印加
する第1、第2の駆動トランジスタの共通ソースとの間
に、ダイオードを接続したことを特徴とする差動形CM
OS論理回路。 - 【請求項2】 MOSFETで構成した差動増幅回路に
おいて、 上記差動増幅回路の差動入力信号の一方を印加する第1
の駆動トランジスタのゲート・ソース間に第1のダイオ
ードを接続し、上記差動入力信号の他方を印加する第2
の駆動トランジスタのゲート・ソース間に第2のダイオ
ードを接続したことを特徴とする差動形CMOS論理回
路。 - 【請求項3】 請求項1または2において、 上記差動増幅回路の各出力端子に、MOSFETで構成
したソース・フォロワ回路を接続し、上記ソース・フォ
ロワ回路の出力信号を上記差動形CMOS論理回路の出
力信号とすることを特徴とする差動形CMOS論理回
路。 - 【請求項4】 請求項2または3において、 上記MOSFETと上記ダイオードとは、同一の絶縁基
板上または絶縁基板上の同一シリコン活性領域に形成さ
れていることを特徴とする差動形CMOS論理回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5240741A JPH0774556A (ja) | 1993-09-01 | 1993-09-01 | 差動形cmos論理回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5240741A JPH0774556A (ja) | 1993-09-01 | 1993-09-01 | 差動形cmos論理回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0774556A true JPH0774556A (ja) | 1995-03-17 |
Family
ID=17064014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5240741A Pending JPH0774556A (ja) | 1993-09-01 | 1993-09-01 | 差動形cmos論理回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0774556A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2385711A (en) * | 2001-11-01 | 2003-08-27 | Hewlett Packard Co | Differential CMOS logic with dynamic bias |
| CN101930976A (zh) * | 2009-06-19 | 2010-12-29 | 三洋电机株式会社 | 半导体装置 |
-
1993
- 1993-09-01 JP JP5240741A patent/JPH0774556A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2385711A (en) * | 2001-11-01 | 2003-08-27 | Hewlett Packard Co | Differential CMOS logic with dynamic bias |
| US6731136B2 (en) | 2001-11-01 | 2004-05-04 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Differential CMOS logic with dynamic bias |
| US6882179B2 (en) | 2001-11-01 | 2005-04-19 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Differential CMOS logic with dynamic bias |
| GB2385711B (en) * | 2001-11-01 | 2005-06-01 | Hewlett Packard Co | Differential CMOS logic with dynamic bias |
| CN101930976A (zh) * | 2009-06-19 | 2010-12-29 | 三洋电机株式会社 | 半导体装置 |
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