JPH02233012A - 高周波数ecl電圧制御リングオシレータ - Google Patents

高周波数ecl電圧制御リングオシレータ

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JPH02233012A
JPH02233012A JP2011970A JP1197090A JPH02233012A JP H02233012 A JPH02233012 A JP H02233012A JP 2011970 A JP2011970 A JP 2011970A JP 1197090 A JP1197090 A JP 1197090A JP H02233012 A JPH02233012 A JP H02233012A
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JP
Japan
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transistor
collector
emitter
supply voltage
input
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Application number
JP2011970A
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English (en)
Inventor
Craig M Davis
グレイグ ムーア デイビス
Richard R Rasmussen
リチャード ロバート ラスムッセン
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National Semiconductor Corp
Original Assignee
National Semiconductor Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/027Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of logic circuits, with internal or external positive feedback
    • H03K3/03Astable circuits
    • H03K3/0315Ring oscillators
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/13Arrangements having a single output and transforming input signals into pulses delivered at desired time intervals
    • H03K5/133Arrangements having a single output and transforming input signals into pulses delivered at desired time intervals using a chain of active delay devices
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08Details of the phase-locked loop
    • H03L7/099Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop
    • H03L7/0995Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop the oscillator comprising a ring oscillator
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K2005/00013Delay, i.e. output pulse is delayed after input pulse and pulse length of output pulse is dependent on pulse length of input pulse
    • H03K2005/0015Layout of the delay element
    • H03K2005/00195Layout of the delay element using FET's
    • H03K2005/00208Layout of the delay element using FET's using differential stages

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

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】 皮血豆1 本発明はクロツク発生器に関するものであって、更に詳
細には、伝撤遅れを.制1卸する為にバイアス電流を変
化させることを可能とするエミッタ結合論理(ECL)
ゲート構成に関するものである.本発明のECLゲート
構成は、特に.電圧制{卸型リング才シレー夕において
適用することが可能である. 風土ユ呈 電圧制御オシレータ(VCO)は,周期的な信号を発生
し、それは方形波出力へ変換され、その出力は種々の論
裡回路においてタイミングパルスを与^る為に使用する
ことが可能である.VCOの出力周波数は、その入力制
御電圧の関数である. vCOは、通常、フエーズロツクルーブ(PLL)回路
において使用される.第1図に示した如く、汎用PLL
IOは,典型的に,位相比較器l2、ある利得を具備す
るローパスフィルタ14、VCOl6を有している.位
相比較器12は、入力信号の周波数及び位相をVCO 
1 6のそれと比較し、且つ正又は負のエラー電圧V.
を発生し、それをフィルタし且つV,としてVCO 1
 6へ付与する.入力信号がPLLIOの捕獲範囲内に
あると、VCO l eは、入力周波32 f−にロッ
クし且つ小さな固定の位相差を有するf8として同一の
周波数の出力信号を発生する。VCOl 6が入力信号
にロックされると、その出力周波数f0は、入力周波数
f.が変化するに従い、ロック範囲に亘り変化する. VCOは、従来,リングオシレータ構成においてトラン
ジスタートランジスタロジック(TTL)を使用して構
成されていた。この目的の為に使用される従来のTTL
論理ゲート回路を第2図に示してある.それは,ショッ
トキークランプ型NPNトランジスタTl,T2,1’
3及び対応ずる負荷抵抗Rl,R2,R3を有する3個
の直列接続したTTLゲートを有している.第2図に示
している如く、このTTLゲート構成の出力は、負荷抵
抗Rl,R2,R3へ印加される供給電圧V ceを調
節することによって制1卸することが可能である. TTL技術は、速度とパワーとの間の妥協を表している
.この技術の速度とパワーの積はほぼ直線的である。即
ち、ゲートの最大速度限界に到達する点に至るまで、速
度を増加させると電力散逸が増加し、且つその逆も又真
である. 更に、公知の如く、トランジスタが飽和すると、それが
飽和から抜出すまでにある量の時間が必要である.従っ
て、デジタル論理ゲートにおいては,飽和があるという
ことは、速度を制限する要因となる,TTL回路は、飽
和モードにおけるトランジスタを使用する.従って、上
述した如く、TTL回路はその電力散逸は比較的低いも
のであるが,ある適用において必要とされる速度特性を
有するものではない. エミッタ結合論理(ECL)技術は、トランジスタが飽
和することを許容するものではない.従って、ECLゲ
ートの速度を最大とさせることが可能である. 第3図は、従来の非飽和型ECLゲート構成を示してい
る。それは、2個の差動NPN入力トランジスタE1及
びE2を有しており、且つそれらと対応する負荷抵抗R
l及びR2がそれぞれの装置E1及びE2のコレククと
供給電圧V ccとの間に接続されている.抵抗Rsと
共に、2個のダイオードD1及びD2が、NPNiJ流
源トランジスタE3のベースを2個のダイ才一ドレペル
へバイアスし、従って電流源抵抗R3を横断して1個の
ダイオード電圧降下を与えている。このことは、抵抗R
1及びR2の電圧の振れが1個のダイオードに対応する
ことを確保している.なぜならば、装置E1及びE2の
エミッタ電流及びコレクタ電流が等しいからである.入
力装置E1及びE2は、エミッタ結合対として構成され
ている.第3図に示したECLゲートの論理の振れは、
2個の負荷抵抗Rl及びR2及び電流源抵抗R3がマッ
チしているという事実によって制御される.このゲート
の伝搬遅れは,負荷抵抗Rl及びR2によって設定され
るパワーレベルによって決定される.従って、第3図に
示したECLゲートは、基本的に、入力トランジスタE
l又はE2の一方のみがrオン」する様に差動増幅器が
完全にスイッチされる場合においても、対応する入力ト
ランジスタEl及びE2が飽和しないことを確俣する為
に十分小さな値に維持される負荷抵抗Rl及びR2を具
備する差動増幅器である.しかしながら、負荷抵抗R1
及びR2の固定した値は.VCO適用において必要とさ
れる制御を阻止する.なぜならば、装置E1及びE2の
コレクタにおいて付与される入力制御電圧は一定のまま
であるからである。
従って、1個の入力装置の抵抗負荷が変化する場合に,
全ての入力装置の抵抗負荷が一貫したものである様に変
化されることを確保する一方、ECL入力装置の抵抗負
荷を変化可能であることを可能とする技術を提供するこ
とが極めて望ましい. 1一剪 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上述
した如き従来技術の欠点を解消し、伝搬遅れを制御する
為にバイアス電流を変化させることを可能としたエミッ
タ結合論理回路を提供することを目的とする。
匪一滅 本発明は、伝搬遅れを制御する為にバイアス電流を変化
させることを可能とするエミッタ結合論理(ECL)ゲ
ート構成を提供している.このECL回路は、従来の対
応における共通結合したエミッタを持った複数個の入力
トランジスタを有している.各入力トランジスタのコレ
クタは制御電圧を受取るべく接続されている。共通結合
したエミッタと接地との間に接続して電流源が設けられ
ている.好適には可変抵抗である回路が、入力トランジ
スタと供給電圧との間に接続されている.バイアス電圧
が、ECL入力トランジスタのコレククヘ供給される充
電用電流を制御する.本発明の好適実施例においては、
エミッタ結合論理ゲートが、共通結合したエミッタを持
った第一及び第二NPN入力トランジスタを有しでいる
.第一入力トランジスタのベースは、第一入力信号を受
取るべく接続されている.第二入力トランジスタのベー
スは第二入力信号を受取るべく接続されている.第一P
MOShランジスタ及び第一ショットキーダイ才−ドが
,供給電圧V ecと第一入力トランジスタのコレクク
との間に並列接続されている.第二PMOSトランジス
タ及び第二ショットキーダイオードが、V ceと第二
入力トランジスタのコレクタとの間に並列接続されてい
る.第一NPN電流源トランジスタは,そのエミッタを
接地接続させている.第三PMOSトランジスタは、第
一電流源トランジスタの共通ベース/コレクタ端子とV
 Ceとの間に接続されている.第二NPN電流源トラ
ンジスタは、第一及び第二トランジスタの共通結合した
エミッタと接地との間に接続されている.第二電流源ト
ランジスタのベースは、第一電流源トランジスタの共通
ベース/コレクタ端子へ接続されている.第二電流源ト
ランジスタは、第一電流源トランジスタの電流ソース(
湧出し)能力の2倍の能力を持っている.ゲートバイア
ス電圧が,3例のPMOSトランジスタの各々のゲート
へ印加され、該ゲートの伝搬遅れを制御する. 1皿舅 以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
について詳細に説明する. 第4図に示した如く、本発明は.ECLゲート構成10
0を提供しており、それは、ゲート100へ印加される
バイアス電流が変化することを可能としている.このこ
とは,ゲート100の伝搬遅れを、入力制御電圧によっ
て変化させることを可能としている。この様にして伝撤
遅れを制御することにより、以下に詳細に説明する如く
、電圧制御オシレー夕の適用においてECLゲート10
0を使用することを可能としている. 第4図に示した如<.ECLゲート1ooの構成は、従
来のECLゲートコレクタ負荷抵抗の各々がショットキ
ーダイオード104と並列しているPMOS装置102
によって置換されているということを除いて、標準のE
CL論理ゲートと同様である.この構成は、ゲートの実
効的論理スイッチング電流及び伝撤遅れを変化させるこ
とを可能とする.なぜならば、P M O−S装置10
2のゲートバイアスは、調節可能な負荷抵抗を模倣する
為に変化させることが可能だがらである.ショットキー
タイ才一ド102が,低レベルの論理の振れを制限する
為に存在している。
ゲート100に対してのNPN装置IX及び2Xを有す
るプルダウン電流源は、同一にバイアスされているPM
OS制御トランジスタ106によって制御される.装f
i2Xは、装置1xの電流ソース(湧出し)能力の2倍
の能カを持っている.従って、装置106の電流は、上
部PMOSソース即ち要素102及び104のものの2
倍までスケールアップされ,従って、遷移期間中、入力
トランジスタ108,110のコレクタにおける充電用
電流はマッチされる. 「オフ」である共通エミッタ差動対NPN}ランジスタ
、即ち装置108又は装置110の何れかのコレククは
、IX電流湧出し大きさにおいてPMOS装置102の
1つによって論理「高」レベルに維持される.「オン」
である差動対NPNトランジスタ(108,110)の
コレクタは、プルダウン電流源装置2xによってV c
eよりも1ショットキーダイオード電圧降下低い「低」
レベルに保持される.「低」レベルコレクタに対する2
x電流は、適宜のPMOS装置102によって供給され
る1x及び対応するショットキーグイ才−ド104によ
って供給される1xを有している. スイッチング過渡期間中、正味の正の充電用電流はIX
である.正味の負の充電用電流も、論理状態とは独立的
に常に「オン」であるPMOS装置102により要求さ
れるIXDCii流の結果として、IXである. 第4図に示したECLゲート100の実施例には、電流
源I REF及びPMOS装置PREFを有する電流対
電圧変換器が設けられており、それは線形な電流を供給
し,従ってPMOS装置102及び108の非線形Vg
t電圧属性を除去している. 第5図は、上述したタイプの3個のECLゲートl00
を使用する3段電圧制御リング才シレー夕を示している
.第4図及び第5図における同様の参照符号は同様の対
応する回路要素を表hしている. 第5図に示したリングオシレー夕において、電流源装置
IX及び2Xを有する第4図に示した単純なカレントミ
ラーを修正して、より一般的な複合電流ミラー構成を与
えている。NPN装置l12及び114をエミッタホロ
ワ120用の電流源として加えてある.デジェネレーシ
ョン抵抗116も加えてある.更に,2個の半値エミッ
タデジェネレーション抵抗118が、接地と装置2Xの
各々との間に加えてある. 更に、抵抗121,122及びコンデンサ124を有す
る従来の補償回路を加えてある.更に、装置102のソ
ース/ドレインにおける如く、装置106のソース/ド
レイン電圧を拘束する為に,カスコード接続したPMO
S装置126を加えてある. 以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるされるべ
きものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することな
しに種々の変形が可能であることは勿論である。例えば
、第4図及び第5図に示したPMOS装置のソース/ゲ
ート/ドレイン端子は.PNPエミッタ/ベース/コレ
クタ端子へ直接的にマップさせることが可能である.
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のフエーズ口ツクループ回路を示した概略
ブロック図、第2図はPLLにおいて使用することが可
能なタイプの従来のトランジスタ/トランジスタロジッ
ク(TTL)ゲートを示した砥略図、第3図は従来のエ
ミッタ結合論理(ECL)ゲートを示した概略図、第4
図は本発明に基づいて構成されたECLゲート構成を示
した概略図,第5図は第4図に示したECLゲート構成
を使用する高周波数ECLt圧制御リング才シレー夕回
路を示した概略図、第EA図は第5図に示した回路に対
応する簡単な論理である.(符号の説明) 100;EcLゲート 102:PMOS装置 104:ショットキーダイオード 106:PMOS制御トランジスタ 108.110:入力トランジスタ 112,114:NPN装置 l20:エミッタホロワ Fエロトー1− F工〔コ−2一一 ■ヨエロシ.3ー 1Fエロ;−’1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、エミッタ結合論理回路において、 (a)共通結合したエミッタを有すると共に各々がコレ
    クタを持った複数個の入力トランジスタ、 (b)前記共通結合したエミッタと接地との間に接続さ
    れている電流源、 (c)前記入力トランジスタのコレクタと供給電圧との
    間に接続されており前記入力トランジスタのコレクタへ
    供給される充電用電流を制御する手段、 を有することを特徴とするエミッタ結合論理回路。 2、特許請求の範囲第1項において、前記充電用電流を
    制御する手段が可変抵抗手段を有することを特徴とする
    エミッタ結合論理回路。 3、エミッタ結合論理回路において、 (a)共通結合したエミッタを持っており且つ各々がコ
    レクタを持っている第一及び第二入力トランジスタ、 (b)前記第一入力トランジスタのコレクタと供給電圧
    との間に接続されている第一可変抵抗手段、 (c)前記第二入力トランジスタのコレクタと前記供給
    電圧との間に接続されている第二可変抵抗手段、 (d)前記共通結合したエミッタと接地との間に接続さ
    れている電流源可変抵抗手段、 (e)前記第一、第二及び電流源可変抵抗手段のそれぞ
    れのインピーダンスが実質的に等しい様に前記第一可変
    抵抗手段及び前記第二可変抵抗手段のインピーダンスを
    制御する手段、 を有することを特徴とするエミッタ結合論理回路。 4、特許請求の範囲第3項において、前記第一及び第二
    可変抵抗手段の各々がプルアップ負荷及び前記プルアッ
    プ負荷をクランプする手段を有することを特徴とするエ
    ミッタ結合論理回路。 5、特許請求の範囲第3項において、前記第一及び第二
    可変抵抗手段の各々が、 (a)ソースを前記供給電圧へ接続しておりドレインを
    対応する入力トランジスタのコレクタへ接続しており且
    つゲートをゲートバイアス電圧を受取るべく接続されて
    いるPMOSトランジスタ、 (b)前記供給電圧と前記PMOSトランジスタのドレ
    インとの間に接続されているショットキーダイオード、 を有することを特徴とするエミッタ結合論理回路。 6、エミッタ結合論理回路において、 (a)共通結合したエミッタを持った第一及び第二入力
    トランジスタ、 (b)ソースを供給電圧へ接続しておりドレインを前記
    第一入力トランジスタのコレクタへ接続しており且つゲ
    ートをゲートバイアス電圧を受取るべく接続している第
    一PMOSトランジスタを具備すると共に前記供給電圧
    と前記第一PMOSトランジスタのドレインとの間に接
    続されている第一ショットキーダイオードを具備する第
    一可変抵抗手段、 (c)ソースを前記供給電圧へ接続しておりドレインを
    前記第二入力トランジスタのコレクタへ接続しており且
    つゲートを前記ゲートバイヤス電圧を受取るべく接続し
    ている第二PMOSトランジスタを具備すると共に前記
    供給電圧と前記第二PMOSトランジスタのドレインと
    の間に接続されている第二ショットキーダイオードを具
    備する第二可変抵抗手段、 (d)前記共通接続したエミッタと接地との間に接続さ
    れている電流源手段、 を有することを特徴とするエミッタ結合論理回路。 7、特許請求の範囲第6項において、前記電流源手段が
    、 (a)エミッタを接地及び共通ベース/コレクタ端子へ
    結合している第一電流源トランジスタ、(b)ドレイン
    を前記第一電流源トランジスタの共通ベース/コレクタ
    端子へ接続しておりソースを前記供給電圧へ接続してお
    り且つゲートを前記ゲートバイアス電圧へ接続している
    第三PMOSトランジスタ、 (c)コレクタを前記共通接続したエミッタへ接続して
    おりエミッタを接地接続しており且つベースを前記第一
    電流源トランジスタの前記共通ベース/コレクタ端子へ
    接続している第二電流源トランジスタ、 を有することを特徴とするエミッタ結合論理回路。 8、特許請求の範囲第7項において、更に、条件付け回
    路を有しており、前記条件付け回路が、 (a)ソースを前記供給電圧へ接続しており共通接続し
    たドレイン/ゲート端子を前記ゲートバイアス電圧へ接
    続している第四PMOSトランジスタ、 (b)前記第四PMOSトランジスタの共通接続したド
    レイン/ゲート端子と接地との間に接続されている電流
    源、 を有することを特徴とするエミッタ結合論理回路。 9、エミッタ結合論理ゲートにおいて、 (a)共通結合したエミッタを具備しており且つ第一入
    力トランジスタのベースが第一入力信号を受取るべく接
    続されており且つ第二入力トランジスタのベースが第二
    入力信号を受取るべく接続されている第一及び第二NP
    N入力トランジスタ、 (b)供給電圧と前記第一入力トランジスタのコレクタ
    との間に並列接続されている第一PMOSトランジスタ
    及び第一ショットキーダイオード、 (c)前記供給電圧と前記第二入力トランジスタのコレ
    クタとの間に並列接続されている第二PMOSトランジ
    スタ及び第二ショットキーダイオード、 (d)エミッタを接地及び共通ベース/コレクタ端子へ
    結合している第一NPN電流源トランジスタ、 (e)前記第一電流源トランジスタの共通ベース/コレ
    クタ端子と前記供給電圧源との間に接続されている第三
    PMOSトランジスタ、 (f)前記第一及び第二入力トランジスタの共通結合し
    たエミッタと接地との間に接続されておりそのベースが
    前記第一電流源トランジスタの共通ベース/コレクタ端
    子へ接続されており且つ前記第一電流源トランジスタの
    電流ソース能力の2倍の能力を持っている第二NPN電
    流源トランジスタ、 (g)前記第一、第二及び第三PMOSトランジスタの
    各々のゲートへゲートバイアス電圧を供給する手段、 を有することを特徴とするエミッタ結合論理ゲート。 10、複数個の直列接続したエミッタ結合論理(ECL
    )ゲートを有する電圧制御オシレータ(VCO)におい
    て、各ECLゲートが、 (a)共通結合したエミッタを持っており且つ各々がコ
    レクタを持っている複数個の入力トランジスタ、 (b)前記共通結合したエミッタと接地との間に接続さ
    れている電流源、 (c)前記入力トランジスタのコレクタと供給電圧との
    間に接続されており前記入力トランジスタのコレクタへ
    供給される充電用電流を制御する手段、 を有することを特徴とする電圧制御オシレータ。 11、特許請求の範囲第10項において、前記充電用電
    流を制御する手段が可変抵抗手段を有することを特徴と
    する電圧制御オシレータ。 12、複数個の直列接続したエミッタ結合論理(ECL
    )ゲートを有する電圧制御オシレータ(VCO)におい
    て、各ECLゲートが、 (a)共通結合したエミッタを持っており且つ各々がコ
    レクタを持っている第一及び第二NPN入力トランジス
    タ、 (b)前記第一入力トランジスタのコレクタと供給電圧
    との間に接続されており前記第一入力トランジスタのコ
    レクタへ供給される充電用電流を制御する為の第一可変
    抵抗手段、 (c)前記第二入力トランジスタのコレクタと前記供給
    電圧との間に接続されており前記第二入力トランジスタ
    のコレクタへ供給される充電用電流を制御する為の第二
    可変抵抗手段、 (d)前記共通結合したエミッタと接地との間に接続さ
    れている電流源可変抵抗手段、 (e)前記第一、第二及び電流源可変抵抗手段のそれぞ
    れのインピーダンスが実質的に等しい様に前記第一可変
    抵抗手段及び第二可変抵抗手段のインピーダンスを制御
    する手段、 を有することを特徴とする電圧制御オシレータ。 13、特許請求の範囲第12項において、前記第一及び
    第二可変抵抗手段の各々が、 (a)ソースを前記供給電圧へ接続しておりドレインを
    対応する入力トランジスタのコレクタへ接続しておりゲ
    ートをゲートバイヤス電圧を受取るべく接続されている
    PMOSトランジスタ、(b)前記供給電圧と前記PM
    OSトランジスタのドレインとの間に接続されているシ
    ョットキーダイオード、 を有することを特徴とする電圧制御オシレータ。
JP2011970A 1989-01-23 1990-01-23 高周波数ecl電圧制御リングオシレータ Pending JPH02233012A (ja)

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US299,768 1989-01-23

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