JP2953014B2 - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体集積回路に関し、特にバイポーラトラ
ンジスタとMOSトランジスタを同一チップ上に集積したB
iMOS半導体集積回路に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a semiconductor integrated circuit in which a bipolar transistor and a MOS transistor are integrated on the same chip.
The present invention relates to an iMOS semiconductor integrated circuit.
バイポーラトランジスタを非飽和で高速動作させるEC
L(エミッタ・カップルド・ロジック)出力回路をBiMOS
回路によって構成する場合、第3図に示す様な回路によ
って実現させるのが一般的である。すなわち、BiMOSの
内部回路の論理振幅をECLの論理振幅に変換するレベル
変換回路,電源発生回路VCS及びVR,定電流発生回路さら
に電源スイッチ回路から成るものである。EC for fast operation of unsaturated bipolar transistor
BiMOS for L (emitter coupled logic) output circuit
When it is constituted by a circuit, it is generally realized by a circuit as shown in FIG. That is, those comprising a logic amplitude of an internal circuit of BiMOS level conversion circuit for converting the logical amplitude of the ECL, power generation circuit V CS and V R, from the constant current generating circuit further power switching circuit.
この回路構成は、高速動作を実現する一方、バイポー
ラトランジスタのベース電位の振幅が、電源電圧,製造
バラツキに依らず一定であること等の特徴を有してい
る。This circuit configuration has features such as realizing high-speed operation, while maintaining the amplitude of the base potential of the bipolar transistor constant regardless of the power supply voltage and manufacturing variations.
又、第4図に示す様に正電位電源と接地電位間に同様
の回路を設置した、所謂オフセットECL出力回路として
高速性を保ちつつ、レベル変換回路を介してTTL回路あ
るいはCMOS回路と接続して使用する方法も取られてい
る。As shown in FIG. 4, a similar circuit is installed between the positive potential power supply and the ground potential. The so-called offset ECL output circuit is connected to a TTL circuit or a CMOS circuit via a level conversion circuit while maintaining high speed. The method used is also taken.
特に、正電位電源と接地電位間で構成されるオフセッ
トECL出力回路は、高速グラフィックやコンピュータ周
辺装置での需要が多く、BiMOS回路の高速化に伴ない、
そのチップ内への取り込みが叫ばれている。In particular, the offset ECL output circuit configured between the positive potential power supply and the ground potential is in high demand for high-speed graphics and computer peripheral devices.
The incorporation into the chip is shouted.
このBiMOS回路によるECL出力回路には以下の様な問題
があった。まず、第1に消費電力の増大と電源発生回路
等による回路設計の困難さ、という点である。The ECL output circuit using the BiMOS circuit has the following problems. First, there is an increase in power consumption and difficulty in circuit design using a power supply generation circuit and the like.
例えば、BiMOS回路では通常消費電力はCMOS並である
ため、数百mWと小さく、熱抵抗は高いものの安価なモー
ルドパッケージへの搭載が可能であった。しかし、従来
のECL出力回路を導入すると数Wとなってしまうため、
一般のECLデバイスと同様、冷却についての考慮が必要
となり、高価なパッケージや送風条件等コストのみなら
ずシステム設計にも影響をあたえるものであった。又、
回路設計上も定電流回路や電流スイッチ回路用の電源発
生回路を構成する必要があり、その設計には高度の熟練
と時間を要するのが常であった。For example, the power consumption of a BiMOS circuit is normally about the same as that of a CMOS, so it is as small as several hundred mW, and although it has a high thermal resistance, it can be mounted in an inexpensive mold package. However, if a conventional ECL output circuit is introduced, it will be several watts,
As with general ECL devices, cooling considerations were required, affecting not only the cost of expensive packages and airflow conditions, but also the system design. or,
In terms of circuit design, it is necessary to configure a power supply generating circuit for a constant current circuit or a current switch circuit, and the design usually requires a high degree of skill and time.
第2には、従来のBiMOS回路によるECL出力回路では、
レベル変換回路が必要であるため、本来のECL出力回路
の高速性を十分に生かし切れていないという欠点があ
る。Second, in the ECL output circuit using the conventional BiMOS circuit,
Since the level conversion circuit is required, there is a disadvantage that the high speed of the original ECL output circuit cannot be fully utilized.
本発明の目的は、消費電力を抑制し、高速性を備えて
いる半導体集積回路を提供することにある。An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit which suppresses power consumption and has high speed.
本発明の半導体集積回路は、接地電位と負電位電源間
に接続され、コレクタを接地電位に接続したバイポーラ
トランジスタを出力段に有する、所謂ECL(エミッタ・
カップルド・ロジック)出力回路において、前記バイポ
ーラトランジスタのベース・接地電位間に接続された駆
動抵抗と、ソースを負電位電源に、ゲートを前記ECL出
力回路の入力端子にそれぞれ接続した第1のNチャンネ
ルMOSトランジスタのドレインと、第1の抵抗を前記バ
イポーラトランジスタのベース・負電位電源間に接続し
た定電流発生回路、及びゲートとドレインを接続した第
2のNチャンネルMOSトランジスタのドレインと第2の
抵抗を、接地電位と前記定電流発生回路の第1のNチャ
ンネルMOSトランジスタのドレイン間に直列接続した温
度補償回路により、前記バイポーラトランジスタのベー
スに温度補償された論理振幅を有する、というものであ
る。The semiconductor integrated circuit according to the present invention has a so-called ECL (emitter / emitter) which has a bipolar transistor at an output stage connected between a ground potential and a negative potential power supply and having a collector connected to the ground potential.
In a coupled logic) output circuit, a driving resistor connected between a base and a ground potential of the bipolar transistor, a source connected to a negative potential power supply, and a gate connected to an input terminal of the ECL output circuit. A drain of a channel MOS transistor, a constant current generating circuit having a first resistor connected between the base and the negative potential power supply of the bipolar transistor, and a drain and a second of a second N-channel MOS transistor having a gate and a drain connected. A resistor has a logic amplitude temperature-compensated at the base of the bipolar transistor by a temperature compensation circuit connected in series between the ground potential and the drain of the first N-channel MOS transistor of the constant current generation circuit. .
又、接地電位を正電位電源へ、負電位電源を接地電位
へと変更すれば正電位電源と接地電位間で動作するオフ
セットECL出力回路としても使用できる。Further, if the ground potential is changed to the positive potential power source and the negative potential power source is changed to the ground potential, it can be used as an offset ECL output circuit that operates between the positive potential power source and the ground potential.
次に本発明による回路動作について具体的に説明す
る。第1図に本発明の実施例を示す。まず入力端子VIN
に内部回路より“L"レベル(〜VEE)が入力した場合に
ついてのべる。NチャンネルMOSトランジスタ1はオフ
するので、バイポーラトランジスタ3のベース電位VBは
ほぼ接地電位まで上昇し、出力端子VOは“H"レベルを出
力し、 となる。これは一般的なECL−10KH出力回路と同じであ
り、バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧
と同じ温度特性をもつ。Next, the circuit operation according to the present invention will be specifically described. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. First, the input terminal V IN
In the case where the “L” level (〜V EE ) is input from the internal circuit. Since N-channel MOS transistor 1 is turned off, the base potential V B of the bipolar transistor 3 rises to approximately ground potential, the output terminal V O outputs "H" level, Becomes This is the same as a general ECL-10KH output circuit, and has the same temperature characteristics as the base-emitter voltage of a bipolar transistor.
次に、入力端子VINに“H"レベル(〜0V)が入力した
場合、NチャンネルMOSトランジスタ1はオンし、電流I
0をひく。この時、NチャンネルMOSトランジスタ2の経
路と、バイポーラトランジスタ3が接続されている経路
の両方から電流をひく。この時、NチャンネルMOSトラ
ンジスタ1のドレイン電位VAはVEEまで下がらない様、
つまりNチャンネルMOSトランジスタ1が線形領域に入
らない様、R1〜R3の各抵抗値及びNチャンネルMOSトラ
ンジスタ2のディメンジョンを調整する。ここで、温度
依存性について考えると、温度上昇に伴ないNチャンネ
ルMOSトランジスタ1の電流駆動能力が低下(スレッシ
ュホルド電圧が増大)し、I0は減少するが、一方、Nチ
ャンネルMOSトランジスタ2の電流駆動能力も低下(ス
レッシュホルド電圧が増大)し、I3も減少するため結果
としてバイポーラトランジスタ3のベース電位VBは温度
に対して一定に保つことができる。Next, when an “H” level (〜0 V) is input to the input terminal V IN , the N-channel MOS transistor 1 is turned on, and the current I
Subtract zero . At this time, current is drawn from both the path of the N-channel MOS transistor 2 and the path to which the bipolar transistor 3 is connected. At this time, the drain potential VA of the N-channel MOS transistor 1 does not drop to VEE.
That is, the resistances of R 1 to R 3 and the dimensions of the N-channel MOS transistor 2 are adjusted so that the N-channel MOS transistor 1 does not enter the linear region. Here, considering the temperature dependency, the current drive capability of the N-channel MOS transistor 1 decreases (the threshold voltage increases) and I 0 decreases with the temperature rise, while the N-channel MOS transistor 2 current driving capability decreases (Suresshuhorudo voltage increases), the base potential V B of the bipolar transistor 3 as a result to reduce even I 3 can be kept constant with respect to temperature.
その回路定数の決定方法について以下に示す。まず節
点Aについて考えると、 I2+I3=I0→I2=I0−I3 ……(1) I1R1+I2R2=I3R3+VX(但しVX=|VC−VA|) ……(2) (2)へ(1)を代入して変形 I1R1=I3R3+VX−(I0−I3)R2 温度Tで微分すると I0,I3はすべてMOSのON電流を示しているので、 またR2,R3は同じ材料(不純物注入)で形成すれば 従って(3)式は ここでNチャンネルMOSトランジスタの電流は で表される。(W3,L3はNチャンネルMOSトランジスタ2
のゲート幅,ゲート長,μは移動度、COXはゲート酸化
膜による容量) これを温度Tで微分すると、 (5)を(4)へ代入すると すなわち(6)式で とするには (7)式はNチャンネルMOSトランジスタ1を基本とし
た場合、NチャンネルMOSトランジスタ2はその半分の
ゲート長にすればよい事を表す。またR3も(8)式によ
って決定することができる。( はあらかじめ素子特性から実測しておく。)さらに (9)式でVOLの設計中心を決定する事によりI1を求
め、これより (10)式によりR1を決定する。(VF3はバイポーラトラ
ンジスタ3のベース・エミッタ間電圧) 最後にR2は によって決定することができる。The method for determining the circuit constant will be described below. First, considering the node A, I 2 + I 3 = I 0 → I 2 = I 0 −I 3 (1) I 1 R 1 + I 2 R 2 = I 3 R 3 + V X (where V X = | V C −V A |) …… (2) Substituting (1) into (2) and deforming I 1 R 1 = I 3 R 3 + V X − (I 0 −I 3 ) R 2 Differentiation by temperature T Since I 0 and I 3 all indicate the ON current of the MOS, If R 2 and R 3 are made of the same material (impurity implantation) Therefore, equation (3) is Here, the current of the N-channel MOS transistor is It is represented by (W 3 and L 3 are N-channel MOS transistors 2
Is the mobility, C OX is the capacitance due to the gate oxide film. Substituting (5) into (4) That is, in equation (6) To make Equation (7) indicates that if the N-channel MOS transistor 1 is used as a basis, the gate length of the N-channel MOS transistor 2 should be half of that. R 3 can also be determined by equation (8). ( Is measured in advance from the element characteristics. )further (9) determine the I 1 by determining the design center of the V OL by the formula, from which (10) determining the R 1 by equation. (V F3 is the base-emitter voltage of the bipolar transistor 3) Finally R 2 is Can be determined by
以上のべた様に本発明は、BiMOS回路によって構成さ
れたECL出力回路において電源発生回路及び定電流回路
を使わないため、定常電流は“L"出力時のみであり、消
費電力は約1/2に抑制できるとともにNチャンネルMOSト
ランジスタも線形領域以外に動作点があること、及びレ
ベル変換回路を必要としないことにより高速性をもかね
備えているというものである。As described above, the present invention does not use the power generation circuit and the constant current circuit in the ECL output circuit constituted by the BiMOS circuit, so that the steady current is only at the time of "L" output, and the power consumption is about 1/2. In addition, the N-channel MOS transistor also has an operating point outside the linear region, and does not require a level conversion circuit, thereby having high speed.
特に本発明は、オフセットECL出力回路で用いると一
層効果的であり、比較的安価なモールドパッケージに搭
載することも可能とすることができる。In particular, the present invention is more effective when used in an offset ECL output circuit, and can be mounted on a relatively inexpensive mold package.
第1図は本発明の第1の実施例を示す図、第2図は本発
明の第2の実施例を示す図、第3図及び第4図は従来例
を示す図である。 1,2……NチャンネルMOSトランジスタ、3……バイポー
ラトランジスタ、4,5,6……抵抗。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 are diagrams showing a conventional example. 1,2 ... N-channel MOS transistor, 3 ... Bipolar transistor, 4,5,6 ... Resistance.
Claims (2)
イポーラトランジスタと、前記バイポーラトランジスタ
のベースと前記第1の電源間に接続された駆動抵抗と、
ソースが前記第2の電源にゲートが入力端子にそれぞれ
接続された第1のNチャンネルMOSトランジスタと、前
記第1のNチャンネルMOSトランジスタのドレインと第
1の抵抗を前記バイポーラトランジスタのベースと前記
第2の電源間に接続された定電流発生回路と、ゲートと
ドレインを接続した第2のNチャンネルMOSトランジス
タと、前記第2のNチャンネルMOSトランジスタのドレ
インと第2の抵抗を前記第1の電源と前記定電流発生回
路の第1のNチャンネルMOSトランジスタのドレイン間
に直列接続した温度補償回路とを有する事を特徴とする
半導体集積回路。A bipolar transistor connected between a first power supply and a second power supply; a driving resistor connected between a base of the bipolar transistor and the first power supply;
A first N-channel MOS transistor having a source connected to the second power supply and a gate connected to the input terminal; a drain and a first resistor of the first N-channel MOS transistor being connected to the base of the bipolar transistor and the second transistor; A constant current generating circuit connected between the two power supplies, a second N-channel MOS transistor having a gate and a drain connected thereto, and a drain and a second resistor of the second N-channel MOS transistor connected to the first power supply. And a temperature compensating circuit connected in series between the drains of the first N-channel MOS transistors of the constant current generating circuit.
イポーラと、前記バイポーラトランジスタのベースと前
記第2の電源間に接続された駆動抵抗と、ソースが前記
第1の電源にゲートが入力端子にそれぞれ接続された第
1のNチャンネルMOSトランジスタと、前記第1のNチ
ャンネルMOSトランジスタのドレインと第1の抵抗を前
記バイポーラトランジスタのベースと前記第1の電源に
接続された定電流発生回路と、ゲートとドレインを接続
した第2のNチャンネルMOSトランジスタのドレインと
第2の抵抗を前記第2の電源と前記定電流発生回路の第
1のNチャンネルMOSトランジスタのドレイン間に直列
接続した温度補償回路とを有する事を特徴とする半導体
集積回路。2. A bipolar transistor connected between a first power source and a second power source, a driving resistor connected between a base of the bipolar transistor and the second power source, and a source connected to the first power source. A first N-channel MOS transistor having a gate connected to the input terminal; a drain connected to the drain of the first N-channel MOS transistor and a first resistor connected to the base of the bipolar transistor and the first power supply; A current generating circuit, a drain of a second N-channel MOS transistor having a gate and a drain connected thereto, and a second resistor connected in series between the second power supply and a drain of the first N-channel MOS transistor of the constant current generating circuit; A semiconductor integrated circuit having a temperature compensation circuit connected thereto.
Priority Applications (1)
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| JP2264367A JP2953014B2 (en) | 1990-10-01 | 1990-10-01 | Semiconductor integrated circuit |
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| JP2264367A JP2953014B2 (en) | 1990-10-01 | 1990-10-01 | Semiconductor integrated circuit |
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| JPH04140917A JPH04140917A (en) | 1992-05-14 |
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