JP2853359B2 - 半導体集積回路 - Google Patents
半導体集積回路Info
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- Logic Circuits (AREA)
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に関し、
特に砒化ガリウム基板上に形成されたショットキー接合
型電界効果トランジスタを含む論理回路を有する半導体
集積回路に関する。
特に砒化ガリウム基板上に形成されたショットキー接合
型電界効果トランジスタを含む論理回路を有する半導体
集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体基板上に電界効果トランジスタ
(以下、FETと略す)及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は、入力論理レベル変換回路の
出力電圧が常にこの回路に接続される内部論理回路の入
力論理しきい値と等しくなるようにする事によって、外
部入力信号レベルと内部論理回路の論理レベルの整合を
行い、電源電圧変動及び温度変動に対して常に良く保持
している。
(以下、FETと略す)及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は、入力論理レベル変換回路の
出力電圧が常にこの回路に接続される内部論理回路の入
力論理しきい値と等しくなるようにする事によって、外
部入力信号レベルと内部論理回路の論理レベルの整合を
行い、電源電圧変動及び温度変動に対して常に良く保持
している。
【0003】従来この種の半導体集積回路(以下、Ga
As ICという)においては、回路の簡単さ及び高い
電圧利得により回路マージンが比較的確保し易い等の理
由によりシングルエンド型論理回路が広く用いられる。
As ICという)においては、回路の簡単さ及び高い
電圧利得により回路マージンが比較的確保し易い等の理
由によりシングルエンド型論理回路が広く用いられる。
【0004】それらの代表的な回路を図5(a)及び
(b)に示す。図5(a)の内部論理回路9はDCFL
と略称され、ディプレション型負荷FETのQ1aのエ
ンハンスメント型駆動FETのQ2aとから成る。ま
た、図5(b)の内部論理回路9bはBFLと呼ばれ、
全て同一しきい値電圧を有するディプレション型FET
Q1b,Q2a,Q3a,Q4a及びレベルシフトダイ
オードD2から成る。
(b)に示す。図5(a)の内部論理回路9はDCFL
と略称され、ディプレション型負荷FETのQ1aのエ
ンハンスメント型駆動FETのQ2aとから成る。ま
た、図5(b)の内部論理回路9bはBFLと呼ばれ、
全て同一しきい値電圧を有するディプレション型FET
Q1b,Q2a,Q3a,Q4a及びレベルシフトダイ
オードD2から成る。
【0005】通常、GaAs IC内部の論理レベルと
外部論理レベルとは一致しないので入力論理レベル変換
回路10aが付与されている。一般には、高速ディジタ
ル信号処理システムにおいてはECLレベルが用いられ
る場合が多い。このため本回路においては電源電圧VD
Dを接地電圧としてソース電源電圧はVSS1=−2
V,VSS2=−5.2Vとしている。
外部論理レベルとは一致しないので入力論理レベル変換
回路10aが付与されている。一般には、高速ディジタ
ル信号処理システムにおいてはECLレベルが用いられ
る場合が多い。このため本回路においては電源電圧VD
Dを接地電圧としてソース電源電圧はVSS1=−2
V,VSS2=−5.2Vとしている。
【0006】外部論理レベルとのレベル整合は、GaA
s ICの超高速性を実現する上で必須のものである。
特にECLレベルにおいては、その論理振幅のピーク間
は0.7〜0.8Vである。従って、上記のレベル整合
誤差は±100〜200mV程度の範囲内に抑える必要
がある。換言すれば入力論理レベル変換回路は、電源電
圧変動或いは温度によるデバイスパラメータ変動等に対
して、論理レベル整合を保持するために何らかの調整機
能を有する必要がある。
s ICの超高速性を実現する上で必須のものである。
特にECLレベルにおいては、その論理振幅のピーク間
は0.7〜0.8Vである。従って、上記のレベル整合
誤差は±100〜200mV程度の範囲内に抑える必要
がある。換言すれば入力論理レベル変換回路は、電源電
圧変動或いは温度によるデバイスパラメータ変動等に対
して、論理レベル整合を保持するために何らかの調整機
能を有する必要がある。
【0007】しかし図5(a),(b)の入力論理レベ
ル変換回路10aはその機能を有せず、例えば第1のソ
ース電源電圧VSS1の変動許容範囲は±(100〜1
50)mV以下、更にレベルシフトダイオードD1のレ
ベルシフト量Vfの温度依存性(約−1mV/℃)によ
り温度変動にも弱いという問題があり、特に数Gbps
以上の超高速領域にあっては、GaAs ICの最大動
作速度は入力論理レベル変換部のレベル整合性により定
まる場合が多く問題であった。また、一般的に大規模集
積回路においては低消費電力化及び高速化とを同時に実
現するため、FET性能の向上及び論理振幅の低減を図
る方向にある。この場合、上記レベル整合の問題は特に
顕著となりGaAs IC実用化の上での大きな障壁と
なっている。
ル変換回路10aはその機能を有せず、例えば第1のソ
ース電源電圧VSS1の変動許容範囲は±(100〜1
50)mV以下、更にレベルシフトダイオードD1のレ
ベルシフト量Vfの温度依存性(約−1mV/℃)によ
り温度変動にも弱いという問題があり、特に数Gbps
以上の超高速領域にあっては、GaAs ICの最大動
作速度は入力論理レベル変換部のレベル整合性により定
まる場合が多く問題であった。また、一般的に大規模集
積回路においては低消費電力化及び高速化とを同時に実
現するため、FET性能の向上及び論理振幅の低減を図
る方向にある。この場合、上記レベル整合の問題は特に
顕著となりGaAs IC実用化の上での大きな障壁と
なっている。
【0008】一方、図5(b)に示されるBFL回路に
おいてFET Q1bとQ2aとのゲート幅としきい値
電圧等が等しい場合、BFLインバータの論理しきい値
は第1のソース電圧VSS1に等しい。この場合、論理
しきい値の温度変動は除去されるが、レベルシフトダイ
オードD1の温度依存性により前述のレベル整合の問題
点は解決されない。この場合につき上記ダイオードVf
の温度特性及び第1のソース電源電圧VSS1変動に関
する調整機能を有する入力論理レベル変換回路が特願平
1−167922に提案されている。
おいてFET Q1bとQ2aとのゲート幅としきい値
電圧等が等しい場合、BFLインバータの論理しきい値
は第1のソース電圧VSS1に等しい。この場合、論理
しきい値の温度変動は除去されるが、レベルシフトダイ
オードD1の温度依存性により前述のレベル整合の問題
点は解決されない。この場合につき上記ダイオードVf
の温度特性及び第1のソース電源電圧VSS1変動に関
する調整機能を有する入力論理レベル変換回路が特願平
1−167922に提案されている。
【0009】この変換回路を図6に示す。各ダイオード
群の個数間に次の(1)式の条件を課す事により内部出
力端子電圧V3は(2)式となる。
群の個数間に次の(1)式の条件を課す事により内部出
力端子電圧V3は(2)式となる。
【0010】 n1+(N2−n2)−(N3−n3)=0 …………(1) V3=VSS1+(VIN−Vref) …………(2) ここで、入力信号VINが参照信号電圧Vrefに等し
い時にV3はVSS1と等しくなる。FET Q1bと
Q2aとのゲート幅を等しく置いた場合のBFLである
内部論理回路を9bを接続する事により、第1のソース
電源電圧VSS1の変動及び温度変動による入力論理レ
ベル整合のずれを完全に補償・調整する事が可能とな
り、GaAs ICの最高動作速度向上,使用温度範囲
拡大,電源変動許容範囲の拡大が可能となる。
い時にV3はVSS1と等しくなる。FET Q1bと
Q2aとのゲート幅を等しく置いた場合のBFLである
内部論理回路を9bを接続する事により、第1のソース
電源電圧VSS1の変動及び温度変動による入力論理レ
ベル整合のずれを完全に補償・調整する事が可能とな
り、GaAs ICの最高動作速度向上,使用温度範囲
拡大,電源変動許容範囲の拡大が可能となる。
【0011】しかるにこの図6の入力論理レベル変換回
路10によってもDCFL或いはFET Q1bとQ2
aのゲート幅が等しくないようなより一般なBFLな
ど、その入力論理しきい値が第1のソース電圧VSS1
に等しくない回路に対しては、上記の補償機能は不十分
であり、レベル整合の電源変動許容範囲及び温度依存性
は依然として調整し得ないため問題であった。
路10によってもDCFL或いはFET Q1bとQ2
aのゲート幅が等しくないようなより一般なBFLな
ど、その入力論理しきい値が第1のソース電圧VSS1
に等しくない回路に対しては、上記の補償機能は不十分
であり、レベル整合の電源変動許容範囲及び温度依存性
は依然として調整し得ないため問題であった。
【0012】従って高集積・高速性を実現するために、
シングルエンド型論理回路から構成されるGaAs I
Cの入力回路においては内部論理回路の型式に拘らず、
電源電圧(VSS1)変動や温度変動或いは製造ばらつ
き等によるデバイスパラメータ変動という変動要因に対
し、外部論理レベルと内部論理回路論理レベルとのレベ
ル整合を常に良好に保持するための補償・調整機能を有
する事が必要である。
シングルエンド型論理回路から構成されるGaAs I
Cの入力回路においては内部論理回路の型式に拘らず、
電源電圧(VSS1)変動や温度変動或いは製造ばらつ
き等によるデバイスパラメータ変動という変動要因に対
し、外部論理レベルと内部論理回路論理レベルとのレベ
ル整合を常に良好に保持するための補償・調整機能を有
する事が必要である。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかるに従来の半導体
集積回路ではあらゆる種類の内部論理回路との組み合わ
せに対し前述の補償・調整機能を有する入力回路は存在
せず、レベル整合の変動耐性を改善・向上させる回路が
無かった。
集積回路ではあらゆる種類の内部論理回路との組み合わ
せに対し前述の補償・調整機能を有する入力回路は存在
せず、レベル整合の変動耐性を改善・向上させる回路が
無かった。
【0014】本発明の目的は、外部入力信号レベルと内
部論理回路との論理レベル整合があらゆる種類の内部論
理回路に関しても電源電圧の変動及び温度変動に対して
良く保持できる入力回路を有し、かつ論理振幅の低い半
導体集積回路を提供することにある。
部論理回路との論理レベル整合があらゆる種類の内部論
理回路に関しても電源電圧の変動及び温度変動に対して
良く保持できる入力回路を有し、かつ論理振幅の低い半
導体集積回路を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】 本発明の半導体集積回
路は、内部論理回路と、外部入力信号を所定の基準電圧
に変換して内部論理回路に入力する入力論理レベル変換
回路と、所定の電圧を発生して入力論理レベル変換回路
に基準電圧として与える基準電圧発生回路を有し、入力
論理レベル変換回路は、ドレイン電源にドレインが接続
された第1、第2及び第3の上段電界効果トランジスタ
と、該第1、第2及び第3の上段電界効果トランジスタ
のソースに接続された第1、第2及び第3のダイオード
群と、前記第1、第2及び第3の上段電界効果トランジ
スタからそれぞれ第1、第2、第3のダイオード群を介
してドレインに接続された上段電界効果トランジスタと
同一構成の第1、第2及び第3の下段電界効果トランジ
スタと、一端が第2及び第3の下段電界効果トランジス
タのソースに他端が第2のソース電源に接続された第
4、第5のダイオード群とを有し、第1、第2、第3の
ダイオード群は上段電界効果トランジスタから下段電界
効果トランジスタに向けてそれぞれn1個、n2個、n
3個の順方向ダイオードが直列接続されてなり、第4、
第5のダイオード群はそれぞれ下段電界効果トランジス
タからソース電源に向けてそれぞれN2個、N3個の順
方向ダイオードが直列接続されてなり、第1〜第5のダ
イオード群に含まれるダイオードはいずれも同一の電気
特性を有しかつその個数は前記(1)式の関係を満た
し、第1の下段電界効果トランジスタはゲート及びソー
スが第2のソース電源に接続されかつドレインは第2の
下段電界効果トランジスタのゲートに接続され、第2の
下段電界効果トランジスタのドレインは第3の下段電界
効果トランジスタに接続され、第1、第2、及び第3の
上段電界効果トランジスタのゲートにはそれぞれ基準電
圧発生回路から基準電圧、参照信号、及び外部信号が入
力され、前記第3の下段電界効果トランジスタのドレイ
ンから論理レベル変換された信号が出力されるものであ
り、内部論理回路と基準電圧発生回路はそれぞれ少なく
とも1個の電界効果トランジスタを有し、かつ内部論理
回路と基準電圧発生回路とに共通して含まれる回路素子
は同一の電気特性を有し、基準電圧発生回路が出力する
基準電圧は内部論理回路における論理しきい値と等しい
電位であることを特徴とする。
路は、内部論理回路と、外部入力信号を所定の基準電圧
に変換して内部論理回路に入力する入力論理レベル変換
回路と、所定の電圧を発生して入力論理レベル変換回路
に基準電圧として与える基準電圧発生回路を有し、入力
論理レベル変換回路は、ドレイン電源にドレインが接続
された第1、第2及び第3の上段電界効果トランジスタ
と、該第1、第2及び第3の上段電界効果トランジスタ
のソースに接続された第1、第2及び第3のダイオード
群と、前記第1、第2及び第3の上段電界効果トランジ
スタからそれぞれ第1、第2、第3のダイオード群を介
してドレインに接続された上段電界効果トランジスタと
同一構成の第1、第2及び第3の下段電界効果トランジ
スタと、一端が第2及び第3の下段電界効果トランジス
タのソースに他端が第2のソース電源に接続された第
4、第5のダイオード群とを有し、第1、第2、第3の
ダイオード群は上段電界効果トランジスタから下段電界
効果トランジスタに向けてそれぞれn1個、n2個、n
3個の順方向ダイオードが直列接続されてなり、第4、
第5のダイオード群はそれぞれ下段電界効果トランジス
タからソース電源に向けてそれぞれN2個、N3個の順
方向ダイオードが直列接続されてなり、第1〜第5のダ
イオード群に含まれるダイオードはいずれも同一の電気
特性を有しかつその個数は前記(1)式の関係を満た
し、第1の下段電界効果トランジスタはゲート及びソー
スが第2のソース電源に接続されかつドレインは第2の
下段電界効果トランジスタのゲートに接続され、第2の
下段電界効果トランジスタのドレインは第3の下段電界
効果トランジスタに接続され、第1、第2、及び第3の
上段電界効果トランジスタのゲートにはそれぞれ基準電
圧発生回路から基準電圧、参照信号、及び外部信号が入
力され、前記第3の下段電界効果トランジスタのドレイ
ンから論理レベル変換された信号が出力されるものであ
り、内部論理回路と基準電圧発生回路はそれぞれ少なく
とも1個の電界効果トランジスタを有し、かつ内部論理
回路と基準電圧発生回路とに共通して含まれる回路素子
は同一の電気特性を有し、基準電圧発生回路が出力する
基準電圧は内部論理回路における論理しきい値と等しい
電位であることを特徴とする。
【0016】
【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図1は本発明の第1の実施例の回路図であ
る。入力論理レベル変換回路10の電界効果トランジス
タQ11とQ12,Q13とQ14ならびにFET Q
15とQ16の上・下段3組の対FETはそれぞれ同一
のゲート長とゲート幅とを有し、かつ同一の能動層で形
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1〜第5のダイオード群n1〜n3とN
2,N3を構成する各ダイオード素子は全く同一の順方
向電圧Vfを示すように設定される。通常ダイオードの
能動層及び各FETの能動層は同一プロセスで形成され
るので、前述のペア性の実現は容易である。さらに各ダ
イオードの個数は前述の(1)式を満足するように設定
される。
説明する。図1は本発明の第1の実施例の回路図であ
る。入力論理レベル変換回路10の電界効果トランジス
タQ11とQ12,Q13とQ14ならびにFET Q
15とQ16の上・下段3組の対FETはそれぞれ同一
のゲート長とゲート幅とを有し、かつ同一の能動層で形
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1〜第5のダイオード群n1〜n3とN
2,N3を構成する各ダイオード素子は全く同一の順方
向電圧Vfを示すように設定される。通常ダイオードの
能動層及び各FETの能動層は同一プロセスで形成され
るので、前述のペア性の実現は容易である。さらに各ダ
イオードの個数は前述の(1)式を満足するように設定
される。
【0017】次に本発明の動作について説明する。ここ
で各記号を次のように設定する。V1は内部出力端子1
4の電圧,V2は内部出力端子15の電圧,V3は内部
出力端子16の電圧(内部論理回路入力電圧),Vre
fは参照信号電圧,VINは入力信号電圧,VSは基準
電圧、また電源VDDを接地電圧(0V)とした時の電
位差の負方向を正ととるものとする。この場合、Q1
1,Q12,Q13,Q14,Q15,Q16の全ての
FETは常に飽和領域にあるように設定される時に、
(3)式〜(5)式の関係が成立し、前述の(1)式の
設定条件から(6)式を得る。
で各記号を次のように設定する。V1は内部出力端子1
4の電圧,V2は内部出力端子15の電圧,V3は内部
出力端子16の電圧(内部論理回路入力電圧),Vre
fは参照信号電圧,VINは入力信号電圧,VSは基準
電圧、また電源VDDを接地電圧(0V)とした時の電
位差の負方向を正ととるものとする。この場合、Q1
1,Q12,Q13,Q14,Q15,Q16の全ての
FETは常に飽和領域にあるように設定される時に、
(3)式〜(5)式の関係が成立し、前述の(1)式の
設定条件から(6)式を得る。
【0018】 V1=VS+n1Vf …(3) V2=Vref+(VSS2−V1)−(N2−n2)Vf …(4) V3=VIN−Vref+(N2−n2)Vf+V1−(N3−n3)Vf =VS+(VIN−Vref) +[n1+(N2−n2)−(N3−n3)]Vf …(5) V3=VS+(VIN−Vref) …(6) ここで入力信号が論理しきい値にある場合は、VINと
Vrefが等しいからV3とVSも等しくなる。
Vrefが等しいからV3とVSも等しくなる。
【0019】以上示したようにIC内部の内部論理回路
9に入力される出力端子16の出力電圧V3は、全ての
FET Q11〜Q16が飽和領域にあり定電流特性を
示す限り基準電圧VSに等しく、他の要素は含まれな
い。従って、基準電圧VSが内部論理回路の論理しきい
値VLthに等しい電位のVS=VLthである場合、
従来技術の2つの問題点を全ての型式の内部論理回路に
対して同時に改善する事ができる。具体的には第1に、
内部論理回路入力電位は常にその入力論理しきい値に等
しく電源電圧変動に対する耐性が向上する。第2には、
ダイオード順方向電圧をはじめとする、デバイスパラメ
ータの温度変動及び製造ばらつきに対する耐性が向上す
る。
9に入力される出力端子16の出力電圧V3は、全ての
FET Q11〜Q16が飽和領域にあり定電流特性を
示す限り基準電圧VSに等しく、他の要素は含まれな
い。従って、基準電圧VSが内部論理回路の論理しきい
値VLthに等しい電位のVS=VLthである場合、
従来技術の2つの問題点を全ての型式の内部論理回路に
対して同時に改善する事ができる。具体的には第1に、
内部論理回路入力電位は常にその入力論理しきい値に等
しく電源電圧変動に対する耐性が向上する。第2には、
ダイオード順方向電圧をはじめとする、デバイスパラメ
ータの温度変動及び製造ばらつきに対する耐性が向上す
る。
【0020】従来と同じ入力論理レベル変換回路10の
基準電圧端子20に基準電圧VSを供給する基準電圧発
生回路19は、ディプレションFET Q1及びエンハ
ンスメント型FET Q2及び直列負帰還抵抗Rf及び
並列容量Cfとからなる。FET Q1とQ2とは内部
論理回路9(E/D構成DCFL回路と呼ばれる)を構
成する負荷FET Q1a及び駆動FET Q2aと同
一構造及び性能を有する様に設定されている。初段のF
ET Q2のゲートは直列負帰還抵抗Rf及び発振防止
用の並列容量Cfから成る帰還回路を経てQ1のソース
電極に接続されている。
基準電圧端子20に基準電圧VSを供給する基準電圧発
生回路19は、ディプレションFET Q1及びエンハ
ンスメント型FET Q2及び直列負帰還抵抗Rf及び
並列容量Cfとからなる。FET Q1とQ2とは内部
論理回路9(E/D構成DCFL回路と呼ばれる)を構
成する負荷FET Q1a及び駆動FET Q2aと同
一構造及び性能を有する様に設定されている。初段のF
ET Q2のゲートは直列負帰還抵抗Rf及び発振防止
用の並列容量Cfから成る帰還回路を経てQ1のソース
電極に接続されている。
【0021】基準電圧端子20の出力電位VSはこの場
合図2の(b)に示す動作点Pから求められる。Q1と
Q2とは内部論理回路9内のQ1a及びQ2aと各々全
く同一のFETに設定されているので、動作点Pに対す
る出力電位VSは常に内部論理回路の論理しきい値VL
thに等しい。又、基準電圧発生回路19は負帰還回路
を形成しているが、直列負帰還抵抗Rf,及び並列容量
Cfの種分回路により高周波域での利得を減衰させてい
るためにリング発振動作は示さず安定に基準電圧VSを
発生する。
合図2の(b)に示す動作点Pから求められる。Q1と
Q2とは内部論理回路9内のQ1a及びQ2aと各々全
く同一のFETに設定されているので、動作点Pに対す
る出力電位VSは常に内部論理回路の論理しきい値VL
thに等しい。又、基準電圧発生回路19は負帰還回路
を形成しているが、直列負帰還抵抗Rf,及び並列容量
Cfの種分回路により高周波域での利得を減衰させてい
るためにリング発振動作は示さず安定に基準電圧VSを
発生する。
【0022】この場合基準電圧VSはVSS1或いはデ
バイスパラメータ変動に拘らず、自動的にVLthと等
しくなる。従って図1の説明で述べたとおり本実施例に
よれば、内部論理回路19がE/D構成DCFL回路で
形成される半導体集積回路の入力論理レベル整合が、電
源電圧変動或いは温度変動等に拘らず常に良好に保持さ
れる。
バイスパラメータ変動に拘らず、自動的にVLthと等
しくなる。従って図1の説明で述べたとおり本実施例に
よれば、内部論理回路19がE/D構成DCFL回路で
形成される半導体集積回路の入力論理レベル整合が、電
源電圧変動或いは温度変動等に拘らず常に良好に保持さ
れる。
【0023】図3は本発明の第2の実施例の回路図であ
る。基準電圧発生回路19aの抵抗RLと初段駆動トラ
ンジスタQ2とは、内部論理回路9aの内部の抵抗RL
及びFET Q2aと同一電気特性が得られるよう同一
製造プロセスで形成されている。抵抗RLとFET Q
2aからなるER構成DCFLインバータの出力端は直
列抵抗Rf,並列容量Cfとから成る帰還回路を経てイ
ンバータ入力であるFET Q2のゲートに接続されて
いる。従って、この場合の基準電圧端子出力電圧VSa
は、基本的には図3の回路動作で説明したように(ER
構成DCFL)の内部論理回路9aにおける論理しきい
値VLthと等しくなる。従って本実施例によれば、E
R構成DCFL回路から成る半導体集積回路における入
力論理レベル整合が、電源電圧変動,或いは温度変動・
製造ばらつき等に拘らず常に良好に保持し得る。
る。基準電圧発生回路19aの抵抗RLと初段駆動トラ
ンジスタQ2とは、内部論理回路9aの内部の抵抗RL
及びFET Q2aと同一電気特性が得られるよう同一
製造プロセスで形成されている。抵抗RLとFET Q
2aからなるER構成DCFLインバータの出力端は直
列抵抗Rf,並列容量Cfとから成る帰還回路を経てイ
ンバータ入力であるFET Q2のゲートに接続されて
いる。従って、この場合の基準電圧端子出力電圧VSa
は、基本的には図3の回路動作で説明したように(ER
構成DCFL)の内部論理回路9aにおける論理しきい
値VLthと等しくなる。従って本実施例によれば、E
R構成DCFL回路から成る半導体集積回路における入
力論理レベル整合が、電源電圧変動,或いは温度変動・
製造ばらつき等に拘らず常に良好に保持し得る。
【0024】図4は内部論理回路9bがBFLで構成さ
れる場合に対する本発明の具体的実施例の回路図であ
る。基準電圧発生回路19bにおけるFET Q1,Q
2,Q3,Q4及びダイオードD2は、内部論理回路9
bを構成するFETQ1b,Q2a,Q3a,Q4a及
びダイオードD2aと各々その電気特性が同一となるよ
うに同一製造プロセスで形成されている。従ってFET
Q1〜Q4及びダイオードD2から成る基準電圧発生
回路19bは、内部論理回路9bを成すBFLインバー
タと同一のBFLインバータとして機能し、その出力端
20は直列抵抗RLと並列容量Cfとから成る負帰還回
路を経てインバータ入力である初段のFETQ2のゲー
トに接続されている。
れる場合に対する本発明の具体的実施例の回路図であ
る。基準電圧発生回路19bにおけるFET Q1,Q
2,Q3,Q4及びダイオードD2は、内部論理回路9
bを構成するFETQ1b,Q2a,Q3a,Q4a及
びダイオードD2aと各々その電気特性が同一となるよ
うに同一製造プロセスで形成されている。従ってFET
Q1〜Q4及びダイオードD2から成る基準電圧発生
回路19bは、内部論理回路9bを成すBFLインバー
タと同一のBFLインバータとして機能し、その出力端
20は直列抵抗RLと並列容量Cfとから成る負帰還回
路を経てインバータ入力である初段のFETQ2のゲー
トに接続されている。
【0025】この場合の基準電圧VSbも図2で説明し
たように内部論理回路9bにおける論理しきい値VLt
hと等しくなる。従って、本実施例によればBFL回路
により構成される半導体集積回路における入力論理レベ
ル整合が電源電圧或いは温度変動等に拘らず常に良好に
保持し得る。
たように内部論理回路9bにおける論理しきい値VLt
hと等しくなる。従って、本実施例によればBFL回路
により構成される半導体集積回路における入力論理レベ
ル整合が電源電圧或いは温度変動等に拘らず常に良好に
保持し得る。
【0026】本発明はシングルエンド型以外のあらゆる
型式の内部論理回路に対して有効である。また、レベル
整合マージンの改善により、内部論理振幅のさらなる低
減を可能とする。それ故、本発明はGaAs ICの低
消費電力化,高速化に対し極めて有効である。
型式の内部論理回路に対して有効である。また、レベル
整合マージンの改善により、内部論理振幅のさらなる低
減を可能とする。それ故、本発明はGaAs ICの低
消費電力化,高速化に対し極めて有効である。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、FETと
ダイオード群とから構成される入力レベル変換回路にお
いて、ダイオード群のダイオード数に特定の制約を加え
る事によりレベル変換における温度変動等に起因するデ
バイスパラメータばらつきを完全に補償・相殺する機能
を持たせ、かつ内部論理しきい値を自動発生する基準電
圧発生回路の出力を前記入力レベル変換回路の一つの参
照入力とする事により以下の効果を生ずる。
ダイオード群とから構成される入力レベル変換回路にお
いて、ダイオード群のダイオード数に特定の制約を加え
る事によりレベル変換における温度変動等に起因するデ
バイスパラメータばらつきを完全に補償・相殺する機能
を持たせ、かつ内部論理しきい値を自動発生する基準電
圧発生回路の出力を前記入力レベル変換回路の一つの参
照入力とする事により以下の効果を生ずる。
【0028】その結果第1に外部入力信号レベルと内部
論理回路の論理レベル整合における電源変動許容幅を改
善できる。第2に前記レベル整合に対して温度変動或い
は製造ばらつき等に起因するデバイスパラメータ変動の
影響を完全に除去できる。第3にあらゆる型式の内部論
理回路に対し第1および第2の改善が同時に実現でき
る。
論理回路の論理レベル整合における電源変動許容幅を改
善できる。第2に前記レベル整合に対して温度変動或い
は製造ばらつき等に起因するデバイスパラメータ変動の
影響を完全に除去できる。第3にあらゆる型式の内部論
理回路に対し第1および第2の改善が同時に実現でき
る。
【図1】本発明の第1の実施例の回路図である。
【図2】図1の基準電圧発生回路の動作を説明するため
の入・出力特性図である。
の入・出力特性図である。
【図3】本発明の第2の実施例の回路図である。
【図4】本発明の第3の実施例の回路図である。
【図5】(a),(b)はそれぞれ従来の半導体集積回
路の二つの例の回路図である。
路の二つの例の回路図である。
【図6】従来の入力論理レベル変換回路の一例の回路図
である。
である。
Q1、Q1a 負荷電界効果トランジスタ Q2、Q2a 駆動電界効果トランジスタ Q3、Q3a、Q4、Q4a 電界効果トランジスタ Q11、Q13、Q15 上段電界効果トランジスタ Q12、Q14、Q16 下段電界効果トランジスタ Rf 負帰還抵抗素子 Cf 容量素子 VS 基準電圧 V3 内部論理回路入力電圧 VIN 外部信号電圧 Vref 参照信号電圧 11、12、13 電源端子 14、15、16 内部出力端 17 参照信号入力端子 18 外部信号入力端子 19、19a 基準電圧発生回路 20 基準電圧端子
Claims (4)
- 【請求項1】 内部論理回路と、外部入力信号を所定の
基準電圧に変換して前記内部論理回路に入力する入力論
理レベル変換回路と、所定の電圧を発生して前記入力論
理レベル変換回路に基準電圧として与える基準電圧発生
回路を有し、 前記入力論理レベル変換回路は、ドレイン電源にドレイ
ンが接続された第1、第2及び第3の上段電界効果トラ
ンジスタと、該第1、第2及び第3の上段電界効果トラ
ンジスタのソースに接続された第1、第2及び第3のダ
イオード群と、前記第1、第2及び第3の上段電界効果
トランジスタからそれぞれ前記第1、第2、第3のダイ
オード群を介してドレインに接続された上段電界効果ト
ランジスタと同一構成の第1、第2及び第3の下段電界
効果トランジスタと、一端が前記第2及び第3の下段電
界効果トランジスタのソースに他端が第2のソース電源
に接続された第4、第5のダイオード群とを有し、前記
第1、第2、第3のダイオード群は上段電界効果トラン
ジスタから下段電界効果トランジスタに向けてそれぞれ
n1個、n2個、n3個の順方向ダイオードが直列接続
されてなり、前記第4、第5のダイオード群はそれぞれ
下段電界効果トランジスタからソース電源に向けてそれ
ぞれN2個、N3個の順方向ダイオードが直列接続され
てなり、前記第1〜第5のダイオード群に含まれるダイ
オードはいずれも同一の電気特性を有しかつその個数は n1+(N2−n2)−(N3−n3)=0 なる関係を満たし、前記第1の下段電界効果トランジス
タはゲート及びソースが前記第2のソース電源に接続さ
れかつドレインは前記第2の下段電界効果トランジスタ
のゲートに接続され、前記第2の下段電界効果トランジ
スタのドレインは前記第3の下段電界効果トランジスタ
に接続され、前記第1、第2、及び第3の上段電界効果
トランジスタのゲートにはそれぞれ前記基準電圧発生回
路から基準電圧、参照信号、及び外部信号が入力され、
前記第3の下段電界効果トランジスタのドレインから論
理レベル変換された信号が出力されるものであり、 前記内部論理回路と前記基準電圧発生回路はそれぞれ少
なくとも1個の電界効果トランジスタを有し、かつ前記
内部論理回路と前記基準電圧発生回路とに共通して含ま
れる回路素子は同一の電気特性を有し、 前記基準電圧発生回路が出力する前記基準電圧は前記内
部論理回路における論理しきい値と等しい電位であるこ
とを特徴とする半導体集積回路。 - 【請求項2】 前記内部論理回路は、ドレイン電源にド
レインが接続されかつゲートがソースと接続されたディ
プレション型負荷電界効果トランジスタと、該負荷電界
効果トランジスタのソースにドレインが接続されソース
が第1のソース電源に接続されたエンハンスメント型駆
動電界効果トランジスタを有し、前記駆動電界効果トラ
ンジスタのゲートに前記入力論理レベル変換回路からの
出力信号が入力され、前記駆動電界効果トランジスタの
ドレインから論理信号を出力するものであり、 前記基準電圧発生回路は、ドレイン電源にドレインが接
続されかつゲートがソースと接続されたディプレション
型負荷電界効果トランジスタと、該負荷電界効果のソー
スにドレインが接続されソースが第1のソース電源に接
続されたエンハンスメント型駆動電界効果トランジスタ
と、前記駆動電界効果トランジスタのドレインとゲート
とを接続する負帰還抵抗と、前記駆動電界効果トランジ
スタのゲートと前記ドレイン電源または前記第1のソー
ス電源との間に接続された並列容量素子とを有し、前記
駆動電界効果トランジスタのドレインから負帰還抵抗を
介して基準電圧を出力するものであり、 前記内部論理回路の駆動電界効果トランジスタと前記基
準電圧発生回路の駆動電界効果トランジスタ、および前
記内部論理回路の負荷電界効果トランジスタと前記基準
電圧発生回路の負荷電界効果トランジスタはそれぞれ同
一の電気特性を有するものであることを特徴とする請求
項1に記載の半導体集積回路。 - 【請求項3】 前記内部論理回路は、一端がドレイン電
源に接続された負荷抵抗と、該負荷抵抗の他端にドレイ
ンが接続されソースが第1のソース電源に接続されたエ
ンハンスメント型駆動電界効果トランジスタを有し、前
記駆動電界効果トランジスタのゲートに前記入力論理レ
ベル変換回路からの出力信号が入力され、前記駆動電界
効果トランジスタのドレインから論理信号を出力するも
のであり、 前記基準電圧発生回路は、一端がドレイン電源に接続さ
れた負荷抵抗と、該負荷抵抗の他端にドレインが接続さ
れソースが第1のソース電源に接続されたエンハンスメ
ント型駆動電界効果トランジスタと、前記駆動電界効果
トランジスタのドレインとゲートとを接続する負帰還抵
抗と、前記駆動電界効果トランジスタのゲートと前記ド
レイン電源または前記第1のソース電源との間に接続さ
れた並列容量素子とを有し、前記駆動電界効果トランジ
スタのドレインから基準電圧を出力するものであり、 前記内部論理回路の駆動電界効果トランジスタと前記基
準電圧発生回路の駆動電界効果トランジスタ、および前
記内部論理回路の負荷抵抗と前記基準電圧発生回路の負
荷抵抗はそれぞれ同一の電気特性を有するものであるこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。 - 【請求項4】前記内部論理回路は、ドレイン電源にドレ
インが接続されかつゲートがソースと接続された第1の
電界効果トランジスタと、該第1の電界効果トランジス
タのソースにドレインが接続されソースが第1のソース
電源に接続された第2の電界効果トランジスタと、ドレ
イン電源にドレインが接続されゲートが前記第2の電界
効果トランジスタのドレインに接続された第3の電界効
果トランジスタと、一端が前記第3の電界効果トランジ
スタのソースに接続され他端に向けて順方向のダイオー
ドと、該ダイオードの他端にドレインが接続されゲート
及びソースが第2のソース電源に接続された第4の電界
効果トランジスタを有し、前記第2の電界効果トランジ
スタのゲートに前記入力論理レベル変換回路からの出力
信号が入力され、前記第4の電界効果トランジスタのド
レインから論理信号を出力するものであり、 前記基準電圧発生回路は、ドレイン電源にドレインが接
続されかつゲートがソースと接続された第1の電界効果
トランジスタと、該第1の電界効果トランジスタのソー
スにドレインが接続されゲート及びソースが第1のソー
ス電源に接続された第2の電界効果トランジスタと、ド
レイン電源にドレインが接続されゲートが前記第2の電
界効果トランジスタのドレインに接続された第3の電界
効果トランジスタと、一端が前記第3の電界効果トラン
ジスタのソースに接続され他端に向けて順方向のダイオ
ードと、該ダイオードの他端にドレインが接続されゲー
ト及びソースが第2のソース電源に接続された第4の電
界効果トランジスタと、前記第2の電界効果トランジス
タのソースと前記第4の電界効果トランジスタのドレイ
ンとを接続する負帰還抵抗と、前記第2の電界効果トラ
ンジスタのゲートと前記ドレイン電源または前記第1の
ソース電源との間に接続された並列容量素子とを有し、
前記第4の電界効果トランジスタのドレインから基準電
圧を出力するものであり、 前記内部論理回路の第1、第2、第3、第4電界効果ト
ランジスタ及びダイオードと前記基準電圧発生回路の第
1、第2、第3、第4電界効果トランジスタ及びダイオ
ードとはそれぞれ同一の電気特性を有するものであるこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3072691A JP2853359B2 (ja) | 1991-04-05 | 1991-04-05 | 半導体集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3072691A JP2853359B2 (ja) | 1991-04-05 | 1991-04-05 | 半導体集積回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04307812A JPH04307812A (ja) | 1992-10-30 |
| JP2853359B2 true JP2853359B2 (ja) | 1999-02-03 |
Family
ID=13496646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3072691A Expired - Fee Related JP2853359B2 (ja) | 1991-04-05 | 1991-04-05 | 半導体集積回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2853359B2 (ja) |
-
1991
- 1991-04-05 JP JP3072691A patent/JP2853359B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04307812A (ja) | 1992-10-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19981020 |
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