JPS6091721A - 帰還回路付き差動トランジスタ回路 - Google Patents

帰還回路付き差動トランジスタ回路

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JPS6091721A
JPS6091721A JP58198993A JP19899383A JPS6091721A JP S6091721 A JPS6091721 A JP S6091721A JP 58198993 A JP58198993 A JP 58198993A JP 19899383 A JP19899383 A JP 19899383A JP S6091721 A JPS6091721 A JP S6091721A
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inverting input
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JP58198993A
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Masayoshi Yagyu
正義 柳生
Hiroyuki Itou
以頭 博之
Akira Masaki
亮 正木
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Hitachi Ltd
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    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/082Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using bipolar transistors
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    • HELECTRICITY
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ディジタル論理回路に係り、特に、大型B1
算機等に用いられる超高速LSIに用いて好適な高速論
理回路に関する。
〔発明の背景〕
大型計算機等の超高速処理装置で必要とされる超高速の
ディジタル論理回路としては、従来よりE CL (1
)nitter Coupled Logic ) 、
 NT L(Non Threshold l、ogi
c )等のバイポーラ非飽和型論理回路が主に使用され
ている。
本出願人は、先に、特許[57−19086号「高速論
理回路」にて、非閾値化されており、かつ論理能力が犬
きく、シかも電源電圧変動及び温度変動に対する補償を
容易にできる論理回路を提案した。この回路の一例を第
1図に示す。本回路は、差動トランジスタ回路と、該差
動トランジスタ回路の正相出力を負帰還させる帰還回路
とから構成されており、几COIおよびRcozの2つ
の抵抗値の比を調節することで回路伝達特性の非閾値化
の程度を制御し、ECLよりも高速な回路速度を実現す
るものである。帰還部ばトランジスタQ6.Q7、およ
び抵抗)Ll、RE2とから成る。
差動トランジスタ回路の正相出力はトランジスタQ6に
よって抵抗Rco+と几co2の間から取り出される。
抵抗几1はトランジスタQ6のエミッタに接続されてお
り、正相出力を反転入力トランジスタQ2のベースに負
帰還させる際、直流的なレベルを調節するために必要で
ある。トランジスタQ7および抵抗Rg2は定電流源回
路である。
一般に論理LSI中で用いられる回路は低消費電力であ
ることが要求される。したがって帰還部で消費する電力
も小さい方がよい。このためには帰還部を流れる電流金
小さくする必要があるが、反転入力トランジスタQ2の
ベース電位を直流設計値からずらさないために、帰還部
電流の減少に伴なって、抵抗■L、を大きくしなければ
ならない。
抵抗1も1を犬きくすると、反転入力トランジスタQ2
のベースのインピーダンスが高くなり、入力信号が切り
換わる時にその切換えノイズがQ2のベースに現われて
、回路の伝搬遅延時間が増大する。このことは、従来の
E CL回路においても同様であるが、従来のECL回
路では、トランジスタQ2のベースとグランドとの間に
大きな静電容量を付加してトランジスタQ2のベースの
インピーダンスを下げ、これにより、す撲えノイズによ
るペース電位の変動を防いでいる。
しかしながら、第1図の回路でばE C]、回路と異な
り、負帰還をかけて反転入力トランジスタQ2のベース
電位を動かす構造となっているので、単にQ2のベース
とクランドとの間に静電容量を付加すると、ベース電位
の応答時間が遅くなり、繰り返し周波数の高いパルスを
扱う論理の中では、この回路を使うことができなくなる
という欠点があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記のような従来の欠点を解消するた
め、帰還部の電流を小さくしても切換ノイズが小さく、
シかも繰り返し周波数の高いパルスを扱う論理の中でも
使用可能な論理回路を提供することにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するため、本発明による高速論理回路は
、帰還部の一部に帰還のルートと並列に容量を有してお
り、インピーダンスは低く、シかも応答時間は小さいよ
うな帰還回路を持つことを特徴とする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第2図により説明する。第2
図に示す実施例においては、第1図に示した回路に、静
j1容量C1が伺加されているのが特徴である。反転入
力トランジスタQ2のエミッタは、入力トランジスタQ
IA、Ql 13.QICのエミッタと接続されており
、その共通エミッタから駆動されるような動作を示す。
静電容量C1はトランジスタQ2のベースと、Q2の負
荷抵抗Rco+ + li+ CO2の接続点の間に接
続されている。
入力信号の切換わりによるトランジスタQ2のコレクタ
の応答は、Q2のベースの切換ノイズによる応答よりも
遅れる。このため反転入力トランジスタがエミッタから
駆動されて電流が切換わるとき、静電容量C1のひとつ
の接続点であるRco+とRCO2の分割点は、最初は
応答せず、その電位は変動しない。このため、反転入力
l・ランジスタQ2のベース節点は静電容(11C1に
よってインピーダンスが下がり、切換ノイズがのりにく
くなる。
この結果、回路の伝搬遅延時間は静電容量C1が無い場
合よりも減少する。差動トランジスタ回路の電流が切換
わり、反転入力トランジスタQ2のコレクタが応答を始
めると、抵抗Rco+とReO2の接続点の電位も動き
始める。この変化は帰還回路を構成するトランジスタQ
6と抵抗几1を通じて反転入力トランジスタQ2のベー
スへ帰還される。この帰還が遅くなると、前述したよう
に繰返し周波数の高いパルスに対しては不向きな回路に
なってしまうが、本実施例のように静電容量C1をトラ
ンジスタQ2のベースとトランジスタQ6のベースの間
に接続すると、この2点間の電位差は、帰還動作中には
ほとんど変化しないため付加した容量を充放電する必要
がなく、静電容量C1を接続しない場合の応答に比べて
遅くVよならない。
ここで述べた、切換ノイズは減少するが、応答時間は増
大しないという現象は、反転入力トランジスタQ2のベ
ースのインピーダンスを下げる手段として、帰還ループ
自体のインピーダンスを下げるという方法を採ったこと
による効果である。
第3図は、回路の伝搬遅延時間の改善の程度を回路シミ
ュレーションを使ってめた結果である。
横軸には静電容量C1の大きさを、縦軸には回路伝搬遅
延時間をとっである。破線1は従来のECL回路の場合
で、!+り、CIについては無関係なので直線で表わし
である。実線2が第1図および第2図に示した回路の特
性である。第1図の回路の場合は、静電容量C1がOp
Fの点に相当し、回路を非閾値化しているにもかかわら
す、ECL回路に比べて約96%の遅延時間にしかなら
ない。これは、前述したように、帰還部の電流を小さく
したことにより、反転入力トランジスタQ2のベースに
切換ノイズが加わっただめである。第2図に示したよう
に静電容量C1を接続すると、C1の大きさと共に遅延
時間は実線2のように改善される。たとえばC1として
0.2 p Fを付けたとすると、その時の遅延時間は
ECL回路の場合の約70%に達する1、 第4図は、第2図に示した回路のシミュレーション波形
を示したものである。横軸は時間、縦軸は回路各部の電
位を示している。図中Aは回路への入力パルス波形であ
り、Bは出力パルス波形である。第4図においては、第
2図中のエミッタフォロアトランジスタQ5のエミッタ
から出力を取シ出す場合を示した。第4図中Cは、第2
図中の反転入力トランジスタQ2のベースの応答波形で
あり、静電容量C1を0.2 p F %帰還部を流れ
る電流を50μAに設計した場合である。実線Cは入力
パルス波形に対して約100psから200ps程度の
遅れで定常状態に達している。一点鎖線りは、反転入力
トランジスタQ2のベースとグランドとの間に静電容量
を付加した場合である、これは、前述したとおりECL
回路の場合の切換ノイズ対策には有効であるが、帰還型
非閾値回路に適用すると、定常状態に達するのに約3n
s程度を要してしまう。したがって、311S以下の時
間で繰り返されるパルスが入力されると、回路遅延時間
が増大してしまう。−力木実施例の回路では繰シ返し時
間が、たとえば300ps程度のパルスに対しても充分
応答が完了しておシ、シたがって繰υ返し周波数が高い
論理においても使用可能である。
第5図は、本発明の他の実施例として、第2図の回路と
同様の目的を他の方法で実現するものである。第5図の
回路においては、静電容量c2が帰還部の抵抗几1の両
端に、R,と並列に接続されていることが特徴である。
高速化の効果は第2図の回路とほぼ同じであるっ 第2図および第5図に示す実施例では、帰還ルートに並
列に静電容量を付加する場合について述べたが、静電容
量の代わりに、たとえば逆バイアスされたダイオード等
による接合容量を使っても同様の効果が得られることは
明らかである。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、電流が小さくて
もインピーダンスが低く、シかも応答時間は遅くならな
いような、差動トランジスタ回路の正相出力帰還回路を
構成することができるため、消費電力は小さく、かつ切
換ノイズも小さく、シかも繰り返し周波数の高いパルス
を扱う論理の中でも使用可能な論理回路を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は帰還型非閾値回路を示す図、第2図は本発明の
実施例を示す図、第3図は第2図の実施例による効果を
示す図、第4図は本発明の実施例の回路の時間応答を示
す図、第5図は本発明の他の実施例を示す図である。 QIA 、QI B、QI C・・・入力用トランジス
タ、Q2・・反転入力トランジスタ、Q6・・・帰還用
トランジスタ、Q3.Q7・・・定電流源用トランジス
タ、Q4.Q5・・・エミッタフォロア用トランジスタ
、)(、cN−N OR側コレクタ抵抗、RcnI、I
もco2”’分割抵抗、REI 、 1%a2・・・定
電流源用抵抗、几1.N。 ■もLO・・・エミッタフォロア用抵抗、CI、C2・
・・静Y l 図 EE 第 2 霞 EE 頴 3 図 ′i′J 4 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、差動トランジスタ回路と、該差動トランジスタ回路
    の正相出力を負帰還させる帰還回路とからなり、該帰還
    回路は帰還ループのインピーダンスを下ける手段を有し
    ていることを特徴とする高速論理回路。 2、上記帰還回路は、上記差動トランジスタ回路の正相
    出力を入力とする第1のトランジスタと、このトランジ
    スタのエミッタに接続された抵抗とを有し、この抵抗は
    該差動トランジスタ回路内の反転入力トランジスタに接
    続されてな9、上記インピーダンスを下げる手段として
    、上記第1のトランジスタのベースと上記反転入力トラ
    ンジスタのベースとの間に接続された容量を用いること
    を特徴とする特許請求の範囲第】1項記載の高速論理回
    路、。 3、上記帰還回路は、上記差動トランジスタ回路の正相
    出力を入力とする第1のトランジスタと、このトランジ
    スタのエミッタに接続された抵抗とを有し、この抵抗は
    該差動トランジスタ回路内の反転入力トランジスタに接
    続されてなり、上記インピーダンスを下げる手段として
    、上記第1のトランジスタのエミッタと上記反転入力ト
    ランジスタのベースとの間に接続された容量を用いるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の高速論理回
    路。
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JPH0666677B2 JPH0666677B2 (ja) 1994-08-24

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5018000A (en) * 1988-06-24 1991-05-21 Hitachi, Ltd. Semiconductor device using MIS capacitor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5494269A (en) * 1978-01-09 1979-07-25 Hitachi Ltd Logic circuit
JPS55154830A (en) * 1979-05-18 1980-12-02 Ibm Reference electric energy level generator
JPS5883434A (ja) * 1981-11-13 1983-05-19 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置

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