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JPS6156648B2 - - Google Patents
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JPS6156648B2 - - Google Patents

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JPS6156648B2
JPS6156648B2 JP52072351A JP7235177A JPS6156648B2 JP S6156648 B2 JPS6156648 B2 JP S6156648B2 JP 52072351 A JP52072351 A JP 52072351A JP 7235177 A JP7235177 A JP 7235177A JP S6156648 B2 JPS6156648 B2 JP S6156648B2
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JP
Japan
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normally
effect transistor
field effect
circuit
input
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JP52072351A
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Inventor
Junichi Nishizawa
Tadahiro Oomi
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電界効果トランジスタを有する低電
力、高速度で動作する半導体集積回路に関する。
接合型、シヨツトキ型電界効果トランジスタ(以
後FETと呼ぶ)で論理回路を構成する場合に
も、通常は、回路構成が簡単になるnormally off
(ノーマリ オフ)型のトランジスタが使用され
る。しかし、零ゲートバイアス時、チヤンネルが
完全にピンチオフして遮断状態にあるFETのゲ
ートに順方向電圧を印加して導通状態に変える動
作では、電極間容量が大きくなり易く、またゲー
トに過電流を流さずに加えられる論理電圧振幅が
小さいなどの欠点を有している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor integrated circuit having a field effect transistor and operating at low power and high speed.
When configuring a logic circuit using junction type or short field effect transistors (hereinafter referred to as FETs), normally off type field effect transistors (hereinafter referred to as FETs) are usually used to simplify the circuit configuration.
(normally off) type transistors are used. However, when applying a forward voltage to the gate of an FET that is in a cut-off state due to the channel being completely pinched off at zero gate bias to turn it into a conductive state, the capacitance between the electrodes tends to increase, and overcurrent is applied to the gate. It has drawbacks such as a small logic voltage amplitude that can be applied without flowing.

本発明の目的は、ノーマリ・オン型のFETの
ゲートに逆方向電圧が加わるようになし、スイツ
チング時の過剰少数キヤリアの中和の必要がな
く、かつ論理電圧振幅を大きくし得る、高速度半
導体集積回路を提供することである。
An object of the present invention is to apply a reverse voltage to the gate of a normally-on FET, eliminate the need to neutralize excess minority carriers during switching, and increase the logic voltage amplitude in a high-speed semiconductor device. The purpose is to provide integrated circuits.

以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。 The present invention will be explained in detail below using the drawings.

第1図に、FETのゲートが逆方向電圧で動作
し、次段と直結できる基本回路構成例を示す。
Figure 1 shows an example of a basic circuit configuration in which the FET gate operates with a reverse voltage and can be directly connected to the next stage.

第1図は2入力のNOR、ORゲートを同時に含
む回路構成例である。第1図aは、nチヤンネル
FETが3個(T1,T2,T3)、PチヤンネルFET
が2個(T4,T5)用いられ、正電圧電源VD1と負
電圧電源VD2が用いられている。他に抵抗が5個
(R1〜R5)組み込まれている。一方、第1図bで
は、nチヤンネルFET2個(T6,T7)、pチヤン
ネルFET (T8,T9)、抵抗4個(R6〜R9)、正
電圧電源VD1及び負電圧電源VD2が用いられてい
る。ここで使用されるFETは、すべてノーマ
リ・オン型のFETである。Vref発生回路は図示
されていないが、バイポーラトランジスタを用い
たECL(Emitter Coupled Logic)などに使われ
るような構成で容易に構成できる。第1図bを例
にとつて動作を説明する。たとえば、VD1=+
5V、VD2=−5Vとする。論理レベルの高レベル
Hをたとえば−2V、低レベルVLを−5Vとす
る。FET T6,T7に入力が入らない場合、すなわ
ち、A,BがいずれもレベルVLにある場合、
T6,T7はいずれも遮断状態にある。FET T8
ゲートは、接地点電位にあるから、T8は導通状
態にあり、T9のVrefはその遮断状態にあるよう
に設定する。T8は導通、T9は遮断であるから、
抵抗値を所望の値に設定して、NOR出力端子電
圧−2V、OR出力端子電圧−5Vとすることができ
る。A,Bいずれかもしくは両者に入力があると
(AまたはBもしくは両者がVH=−2Vになる)、
T6,T7のいずれかもしくは両者が導通し、T8
ゲートバイアスが正で深くなるから(逆バイアス
で深くなる)、T8は遮断される。このときT9が、
導通状態に変るようにVrefは設定されている。
このときNOR出力端子電圧は−5Vに、OR出力端
子電圧は−2Vに変化する。このように、入力、
出力の電圧値を一致させることができるから、こ
の基本回路構成のものは次段との直結が行え、こ
の例では論理電圧振幅が3V取れている。スイツ
チングに寄与するすべてのFETのゲートはすべ
て逆方向電圧でのスイツチングになつており、電
極間容量は小さくしかも少数キヤリア注入は全く
起らないから、スイツチング時の入・出力回路に
よる過剰少数キヤリアの中和の必要がなく、
FETの特性がそのまま動作に現われてきた、高
速度の動作を行う。第1図aの動作も殆んど同様
である。
FIG. 1 is an example of a circuit configuration that simultaneously includes two-input NOR and OR gates. Figure 1 a shows the n channel.
3 FETs (T 1 , T 2 , T 3 ), P channel FET
Two (T 4 , T 5 ) are used, and a positive voltage power supply V D1 and a negative voltage power supply V D2 are used. Five other resistors (R 1 to R 5 ) are incorporated. On the other hand, in Fig. 1b, two n-channel FETs (T 6 , T 7 ), p-channel FETs (T 8 , T 9 ), four resistors (R 6 to R 9 ), a positive voltage power supply V D1 and a negative voltage Power supply V D2 is used. All FETs used here are normally-on type FETs. Although the Vref generation circuit is not shown, it can be easily constructed using a configuration used in ECL (Emitter Coupled Logic) using bipolar transistors. The operation will be explained using FIG. 1b as an example. For example, V D1 =+
5V, V D2 = -5V. For example, the high level V H of the logic level is -2V, and the low level V L is -5V. When there is no input to FET T 6 and T 7 , that is, when A and B are both at level V L ,
Both T 6 and T 7 are in a blocked state. Since the gate of FET T 8 is at ground potential, T 8 is set to be in a conductive state and Vref of T 9 is set to be in its blocked state. Since T 8 is conduction and T 9 is interruption,
By setting the resistance value to a desired value, it is possible to set the NOR output terminal voltage to -2V and the OR output terminal voltage to -5V. When there is an input to either A or B or both (A or B or both become V H = -2V),
Since either or both of T 6 and T 7 conduct, and the gate bias of T 8 becomes positive and deep (reverse bias makes it deep), T 8 is cut off. At this time, T 9 is
Vref is set so that it changes to a conductive state.
At this time, the NOR output terminal voltage changes to -5V and the OR output terminal voltage changes to -2V. In this way, input,
Since the output voltage values can be matched, this basic circuit configuration can be directly connected to the next stage, and in this example, the logic voltage amplitude is 3V. The gates of all FETs that contribute to switching are switched with reverse voltage, and the interelectrode capacitance is small and no minority carrier injection occurs at all, so excessive minority carriers are prevented by input/output circuits during switching. No need for neutralization,
It performs high-speed operation, with the characteristics of FETs appearing as they are in operation. The operation in FIG. 1a is almost the same.

第1図は基本回路の中にNOR、ORゲートを同
時に含む回路形式になつているが、必ずしも両者
を含むことが常に必要なわけではない。NORゲ
ート、ORゲートだけの場合の2入力の場合の基
本回路構成例を第2図a,bに示す。T10,T11
のドレイン及びT12のソースが一定電位に保たれ
ている第2図aのNORゲートはとくに高速動作
に適している。第2図a,bの動作は第1図bに
関する前述したことから容易に類推できる。
T10,T11,T13,T14はnチヤンネルノーマリ・
オン型のFET、T12,T13はpチヤンネルノーマ
リ・オン型のFET、R10〜R14は抵抗、VD1は正電
圧電源、VD2は負電圧電源である。
Although FIG. 1 shows a basic circuit that includes NOR and OR gates at the same time, it is not always necessary to include both. An example of the basic circuit configuration in the case of two inputs using only NOR gates and OR gates is shown in FIGS. 2a and 2b. T10 , T11
The NOR gate of FIG. 2a, in which the drain of T 12 and the source of T 12 are held at a constant potential, is particularly suitable for high speed operation. The operations in FIGS. 2a and 2b can be easily inferred from what has been described above with respect to FIG. 1b.
T 10 , T 11 , T 13 , T 14 are n channel normal
On-type FETs T 12 and T 13 are p-channel normally on-type FETs, R 10 to R 14 are resistors, V D1 is a positive voltage power supply, and V D2 is a negative voltage power supply.

論理電圧レベルを正電圧にするには、たとえば
第3図のように入力側にpチヤンネルノーマリ・
オン型のFETを、出力側にnチヤンネルノーマ
リ・オン型のFETを配置すればよい。T16,T17
がpチヤンネルノーマリ・オン型のFET、T18
T19はnチヤンネルノーマリ・オン型のFET、
R15〜R18は抵抗である。電圧の正負が反転するが
動作は第1図bの場合と殆んど同様であり、たと
えばVD1=+5V、VD2=−5Vとすると、VH=+
5V、VL=+2Vというように電位設定できる。
To make the logic voltage level positive, for example, as shown in Figure 3, connect a p-channel normal voltage to the input side.
An on-type FET may be placed on the output side, and an n-channel normally on-type FET may be placed on the output side. T16 , T17
is a p-channel normally-on FET, T 18 ,
T19 is an n-channel normally on type FET,
R 15 to R 18 are resistances. Although the polarity of the voltage is reversed, the operation is almost the same as in the case shown in Fig. 1b. For example, if V D1 = +5V and V D2 = -5V, V H = +
The potential can be set as 5V, V L = +2V.

第1図乃至第3図に示した回路構成例でフア
ン・イン数が多くなると、出力側FETのゲート
電位が入力の数によつて変動し、出力レベルが変
動するという欠点を有する。フアン・イン数によ
らず出力レベルを一定に保つためには、出力側
FETのゲートに定電圧デバイスを接続すればよ
い。定電圧デバイスとしては、シヨツトキダイオ
ード及びゲート・ドレインを直結したSITなどが
ある。シヨツトキダイオードは一定に保つ電圧を
殆んど変えられないが、定電圧SITは構造により
大幅にその一定に保つ電圧を変えられる。定電圧
SITを挿入することによつて、フアン・イン数を
増した回路の構成例を第4図に示す。nチヤンネ
ルの定電圧SITがT8のゲート接地点間に挿入され
ている。もちろん、こうした入れ方に限るわけで
はない。また、負荷はすべて抵抗で示したが、
FETを用いてもよいことはもちろんであり、動
作速度、雑音余裕度等が改善される。
In the circuit configuration examples shown in FIGS. 1 to 3, when the number of fan-ins increases, the gate potential of the output side FET varies depending on the number of inputs, resulting in a disadvantage that the output level varies. In order to keep the output level constant regardless of the fan-in number, the output side
Just connect a constant voltage device to the gate of the FET. Constant voltage devices include Schottky diodes and SITs with gates and drains directly connected. A Schottky diode can hardly change the voltage it keeps constant, but a constant voltage SIT can greatly change the voltage it keeps constant depending on its structure. constant voltage
FIG. 4 shows an example of a circuit configuration in which the number of fan-ins is increased by inserting a SIT. An n-channel constant voltage SIT is inserted between the gate ground point of T8 . Of course, it is not limited to this method. Also, all loads are shown as resistance, but
It goes without saying that FETs may be used, and the operating speed, noise margin, etc. are improved.

本発明に使用されるFETの材料はSiに限ら
ず、Ge、GaAs、InP等他の材料を用いたFETで
も構わない。
The material of the FET used in the present invention is not limited to Si, and FETs using other materials such as Ge, GaAs, and InP may be used.

本発明の基本回路を組み合せることによりすべ
ての論理回路は構成できる。
All logic circuits can be constructed by combining the basic circuits of the present invention.

本発明のnチヤンネル及びpチヤンネルFET
を含む論理回路は、スイツチングに寄与する
FETのゲートは、すべての動作状態にわたつて
順方向電圧に振り込まれることがなく、論理電圧
振幅を任意に設定でき、各電極間容量が小さく
て、少数キヤリア蓄積効果が全く存在しないか
ら、入・出力回路による過剰少数キヤリアの中和
の必要がなく、しかも変換コンダクタンスが大き
くて高速の動作が行え、その工業的価値は高い。
N-channel and p-channel FETs of the present invention
Logic circuits containing contribute to switching
The gate of the FET is free from forward voltage over all operating conditions, the logic voltage amplitude can be set arbitrarily, the capacitance between each electrode is small, and there is no minority carrier accumulation effect, so the input - There is no need to neutralize excess minority carriers by the output circuit, and the conversion conductance is large, allowing high-speed operation, and its industrial value is high.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図乃至第4図は本発明の基本回路構成例で
ある。
1 to 4 are examples of basic circuit configurations of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 少なくともゲートに一方の極性の順バイアス
でない入力信号を印加する一方の導電型の第1の
ノーマリ・オン型電界効果トランジスタを含む入
力回路と、前記入力回路に電力を供給する他方の
極性の電源と、少なくとも他方の導電型の第2の
ノーマリ・オン型電界効果トランジスタを含む出
力回路と、前記出力回路に電力を供給する一方の
極性の電源とを有し、前記入力回路の他方の極性
の出力信号を前記出力回路に供給して信号伝達を
行ない、スイツチング時に過剰少数キヤリアの中
和を必要としないことを特徴とする半導体集積回
路。 2 前記入力回路と前記出力回路とが共通電位点
を有し、前記第1のノーマリ・オン型電界効果ト
ランジスタと前記第2のノーマリ・オン型電界効
果トランジスタとが前記共通電位点へ直接もしく
は他の素子を介して接続されたソースないしはド
レインを有することを特徴とする前記特許請求の
範囲第1項記載の半導体集積回路。 3 前記入力回路が、前記第1のノーマリ・オン
型電界効果トランジスタと前記共通電位点との間
に接続された定電圧素子を含むことを特徴とする
前記特許請求の範囲第2項記載の半導体集積回
路。 4 前記入力回路が、一方の導電型を有し前記第
1のノーマリ・オン型電界効果トランジスタと並
列に接続された少なくとも1個の他のノーマリ・
オン型電界効果トランジスタと、前記第1および
他のノーマリ・オン型電界効果トランジスタのゲ
ートに接続された複数の入力端子とを含むことを
特徴とする前記特許請求の範囲第1項乃至第3項
のいずれか1項に記載の半導体集積回路。
[Claims] 1. An input circuit including a first normally-on field effect transistor of one conductivity type to which a non-forward-biased input signal of one polarity is applied to at least the gate, and power is supplied to the input circuit. an output circuit including at least a second normally-on field effect transistor of the other conductivity type, and a power source of one polarity for supplying power to the output circuit; 1. A semiconductor integrated circuit characterized in that signal transmission is performed by supplying an output signal of the other polarity of the circuit to the output circuit, and neutralization of excess minority carriers is not required at the time of switching. 2. The input circuit and the output circuit have a common potential point, and the first normally-on field-effect transistor and the second normally-on field-effect transistor are directly or otherwise connected to the common potential point. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, characterized in that the semiconductor integrated circuit has a source or a drain connected through an element. 3. The semiconductor according to claim 2, wherein the input circuit includes a constant voltage element connected between the first normally-on field effect transistor and the common potential point. integrated circuit. 4. The input circuit has at least one other normally-on field effect transistor having one conductivity type and connected in parallel with the first normally-on field effect transistor.
Claims 1 to 3 include an on-type field effect transistor and a plurality of input terminals connected to the gates of the first and other normally on-type field effect transistors. The semiconductor integrated circuit according to any one of the above.
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JPS6159697A (en) * 1984-08-30 1986-03-27 Fujitsu Ltd Gate array
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