(57)【要約】      （修正有）【課題】  従来技術である共鳴トンネルダイオードを用いた４ＲＴＤ論理回路では、その出力端子に接続した負荷抵抗に流れる電流信号として論理演算結果が得られるが、この演算結果を次段の論理回路に伝達することが困難であるという問題点があった。本発明の課題は、当該４ＲＴＤ論理回路と、新たに別の回路を組み合わせることで、演算結果を次段の論理回路に正しく伝達できる共鳴トンネル論理ゲートを実現することにある。【解決手段】  論理演算結果を次段の論理回路に正しく伝達する目的で、従来の共鳴トンネルダイオードを用いた４ＲＴＤ回路の次段にカレントミラー回路を接続する。また、従来の共鳴トンネルダイオードを用いた４ＲＴＤ回路の次段にカレントミラー回路と電流源を接続する。さらに、カレントミラー回路と電流源を、超高速論理動作に適した高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）またはヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）で実現する。【選択図】  図４
2006270905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２のバイアス端子と、入力端子、出力端子、第１、第２、第３、第４の共鳴トンネルダイオードからなり、第１の共鳴トンネルダイオードの一方の端子が第１のバイアス端子と出力端子に接続され、他の端子が第２の共鳴トンネルダイオードの一方の端子と入力端子に接続され、第２の共鳴トンネルダイオードの他の端子が第２のバイアス端子に接続され、第３の共鳴トンネルダイオードの一方の端子が第１のバイアス端子と出力端子に接続され、他の端子が第４の共鳴トンネルダイオードの一方の端子に接続され、更に、第４の共鳴トンネルダイオードの他の端子が第２のバイアス端子に接続されていることを特徴とする共鳴トンネル論理回路と、カレントミラー回路からなり、当該共鳴トンネル論理回路の出力端子と当該カレントミラー回路の入力端子が接続されていることを特徴とする共鳴トンネルダイオード論理ゲート。
【請求項２】
第１、第２のバイアス端子と、入力端子、出力端子、第１、第２、第３、第４の共鳴トンネルダイオードからなり、第１の共鳴トンネルダイオードの一方の端子が第１のバイアス端子と出力端子に接続され、他の端子が第２の共鳴トンネルダイオードの一方の端子と入力端子に接続され、第２の共鳴トンネルダイオードの他の端子が第２のバイアス端子に接続され、第３の共鳴トンネルダイオードの一方の端子が第１のバイアス端子と出力端子に接続され、他の端子が第４の共鳴トンネルダイオードの一方の端子に接続され、更に、第４の共鳴トンネルダイオードの他の端子が第２のバイアス端子に接続されていることを特徴とする共鳴トンネル論理回路と、カレントミラー回路と、電流源からなり、当該共鳴トンネル論理回路の出力端子と当該カレントミラー回路の入力端子が接続されていること、また、当該カレントミラーの出力端子の少なくとも１つが当該電流源と接続されていることを特徴とする共鳴トンネルダイオード論理ゲート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】    本発明は、超広帯域光ファイバ通信システム、超広帯域無線通信システム、および、超高速計測システムなどの実現に必要な超高速論理回路に関する。特に、半導体素子として最も高速動作可能な素子として知られている共鳴トンネルダイオードを用いた論理ゲートに関する。
【背景技術】
【０００２】    従来の共鳴トンネルダイオードを用いた超高速論理回路としては、共鳴トンネルダイオードに特有な負性微分特性を利用した４ＲＴＤ論理回路が提案されている（非特許文献１参照）。以下、図２により従来の共鳴トンネルダイオードを用いた４ＲＴＤ回路について説明する。図２において、１０１、１０２、１０３、１０４は第１、第２、第３、第４の共鳴トンネルダイオード、１０６、１０７はそれぞれ第１、第２のバイアス端子、１０８、１０９はそれぞれ入力端子、出力端子である。図２に示されたように、第１の共鳴トンネルダイオード１０１の一方の端子が第１のバイアス端子１０６と出力端子１０９に接続され、他の端子が第２の共鳴トンネルダイオード１０２の一方の端子と入力端子１０８に接続され、第２の共鳴トンネルダイオード１０２の他の端子が第２のバイアス端子１０７に接続され、第３の共鳴トンネルダイオード１０３の一方の端子が第１のバイアス端子１０６と出力端子１０９に接続され、他の端子が第４の共鳴トンネルダイオード１０４の一方の端子に接続され、更に、第４の共鳴トンネルダイオード１０４の他の端子が第２のバイアス端子１０７に接続されている。
【非特許文献１】山田英明、和保孝夫著、「新しい４ＲＴＤ論理回路」、電子情報通信学会技術報告、１０４巻１５３号（ＥＤ２００４−７４）７頁から１１頁、２００４年７月１日発行。
【０００３】    図２の４ＲＴＤ論理回路を利用した論理ゲートの例を図３に示す。２０１、２０２はそれぞれ入力抵抗、負荷抵抗である。２０３はバイアス電流源で、図３に示されたようにクロック電流Ｉｃｋが供給される。２０４と２０５は、入力端子１０８に接続された２つの入力端子で、それぞれ入力電流Ｉｉｎ１、Ｉｉｎ２が入力される。この回路の動作は［非特許文献１］に詳細が説明されているが、上記の４つの共鳴トンネルダイオードと抵抗２０１、２０２の素子パラメタを調整することで、２つの入力のＡＮＤ／ＯＲ、ＮＡＮＤ／ＮＯＲに対応する出力が出力端子１０９から負荷抵抗２０２を流れる出力電流Ｉｏｕｔとして得られることが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】    前述の共鳴トンネルダイオードを用いた４ＲＴＤ論理回路は、図３に示したように負荷抵抗に流れる電流信号として論理演算結果が得られるが、この演算結果を次段の論理回路に伝達することは困難であるという問題点があった。例えば、直接次段に接続すると次段の回路動作状態変化に起因する電圧変化が出力端子１０９に反映され、論理動作異常の原因となった。また、次段が２個以上の論理回路である場合には、電流信号が分流される結果、電流信号レベルが低下し、論理演算結果を正しく伝達することができなかった。本発明の課題は、共鳴トンネルダイオードを用いた４ＲＴＤ論理回路と、新たに別の回路を組み合わせることで、論理演算結果を次段の論理回路に正しく伝達できる共鳴トンネル論理ゲートを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】    論理演算結果を次段の論理回路に正しく伝達する目的で、従来の共鳴トンネルダイオードを用いた４ＲＴＤ論理回路の次段にカレントミラー回路を接続する。また、従来の共鳴トンネルダイオードを用いた４ＲＴＤ回路の次段にカレントミラー回路と電流源を接続する。さらに、カレントミラー回路と電流源を、超高速論理動作の実現に適した高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）またはヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）で実現する。
【発明の効果】
【０００６】    従来の共鳴トンネルダイオードを用いた４ＲＴＤ論理回路では、その演算結果を次段の論理回路に接続することが困難であったのに対して、本発明においては、例えば、直接次段に接続しても次段の回路動作状態変化に起因する電圧変化が出力端子１０９に反映されず、また、次段として２個以上の論理回路を接続する場合でも電流信号レベルが低下することなく、論理演算結果を正しく伝達することができるという優れた特徴を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【０００７】    図１は本発明の第１の実施例を示した回路図である。１０１、１０２、１０３、１０４は第１、第２、第３、第４の共鳴トンネルダイオード、１０６、１０７は第１、第２のバイアス端子、１０８、１０９はそれぞれ入力端子、出力端子である。また、１０５はカレントミラー回路、１１０は次段接続端子である。図１に示されたように、第１の共鳴トンネルダイオード１０１の一方の端子が第１のバイアス端子１０６と出力端子１０９に接続され、他の端子が第２の共鳴トンネルダイオード１０２の一方の端子と入力端子１０８に接続され、第２の共鳴トンネルダイオード１０２の他の端子が第２のバイアス端子１０７に接続され、第３の共鳴トンネルダイオード１０３の一方の端子が第１のバイアス端子１０６と出力端子１０９に接続され、他の端子が第４の共鳴トンネルダイオード１０４の一方の端子に接続され、更に、第４の共鳴トンネルダイオード１０４の他の端子が第２のバイアス端子１０７に接続されている。また、上記出力端子１０９にカレントミラー回路１０５の入力端子が接続され、カレントミラー回路の出力には次段接続端子１１０が接続されている。【０００８】    カレントミラー回路１０５は［非特許文献２］で説明されているように、その出力の電圧変化が入力に反映されず、また、出力が２個以上の場合でも電流信号レベルが低下することがない、という特徴を有する。このため、本実施例において、例えば、次段接続端子１１０の電圧が変化したとしても出力端子１０９にはその変化が反映されず、また、電流信号レベルが低下することなく複数の次段接続端子１１０が取り出せ、論理演算結果を正しく次段論理回路に伝達することができる。
【非特許文献２】ディー・ジョンズ、ケイ・マーティン、「アナログ・インテグレーテッド・サーキット・デザイン」、１２５頁および２５６頁、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ、１９９７年発行。
【０００９】    図４は本発明の第２の実施例を示した回路図である。１０１、１０２、１０３、１０４は第１、第２、第３、第４の共鳴トンネルダイオード、１０６、１０７は第１、第２のバイアス端子、１０８、１０９はそれぞれ入力端子、出力端子である。また、１０５はカレントミラー回路、１１０は次段接続端子、１１１は電流源、１１２は電流源へのバイアス端子である。図４に示されたように、第１の共鳴トンネルダイオード１０１の一方の端子が第１のバイアス端子１０６と出力端子１０９に接続され、他の端子が第２の共鳴トンネルダイオード１０２の一方の端子と入力端子１０８に接続され、第２の共鳴トンネルダイオード１０２の他の端子が第２のバイアス端子１０７に接続され、第３の共鳴トンネルダイオード１０３の一方の端子が第１のバイアス端子１０６と出力端子１０９に接続され、他の端子が第４の共鳴トンネルダイオード１０４の一方の端子に接続され、更に、第４の共鳴トンネルダイオード１０４の他の端子が第２のバイアス端子１０７に接続されている。また、上記出力端子１０９にカレントミラー回路１０５の入力端子が接続され、カレントミラー回路の出力には次段接続端子１１０が接続されている。次段接続端子１１０の内の一つの端子には、電流源１１１が接続されている。【００１０】
【００１０】    カレントミラー回路１０５は［非特許文献２］で説明されているように、その出力の電圧変化が入力に反映されず、また、出力が２個以上の場合でも電流信号レベルが低下することがない、という特徴を有する。このため、本実施例において、例えば、次段接続端子１１０の電圧が変化したとしても出力端子１０９にはその変化が反映されず、また、電流信号レベルが低下することなく複数の次段接続端子１１０が取り出せ、論理演算結果を正しく次段論理回路に伝達することができる。次段接続端子１１０の内、電流源１１１と接続された端子においては、キルヒホッフ電流則に基づき加減算された電流が端子に現れる。このため、論理演算結果を、次段の論理回路が正常動作するために必要な任意の電流範囲内に調整することができる。【００１１】    図５は本発明の第３の実施例を示した回路図である。１０１、１０２、１０３、１０４は第１、第２、第３、第４の共鳴トンネルダイオード、１０６、１０７は第１、第２のバイアス端子、１０８、１０９はそれぞれ入力端子、出力端子である。また、１０５はカレントミラー回路、１１０は次段接続端子である。４０３は電流源として用いた高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）である。図５に示されたように、第１の共鳴トンネルダイオード１０１の一方の端子が第１のバイアス端子１０６と出力端子１０９に接続され、他の端子が第２の共鳴トンネルダイオード１０２の一方の端子と入力端子１０８に接続され、第２の共鳴トンネルダイオード１０２の他の端子が第２のバイアス端子１０７に接続され、第３の共鳴トンネルダイオード１０３の一方の端子が第１のバイアス端子１０６と出力端子１０９に接続され、他の端子が第４の共鳴トンネルダイオード１０４の一方の端子に接続され、更に、第４の共鳴トンネルダイオード１０４の他の端子が第２のバイアス端子１０７に接続されている。また、上記出力端子１０９にカレントミラー回路１０５の入力端子が接続され、カレントミラー回路の出力には次段接続端子１１０が接続されている。次段接続端子１１０の内の一つの端子には、電流源であるＨＥＭＴ４０３が接続されている。【００１２】    ２０１、２０２はそれぞれ入力抵抗、負荷抵抗である。２０３はバイアス電流源で、図５に示されたようにクロック電流Ｉｃｋが供給される。２０４と２０５は、入力端子１０８に接続された２つの入力端子で、それぞれ入力電流Ｉｉｎ１、Ｉｉｎ２が入力される。この回路の動作は［非特許文献１］に詳細が説明されているが、上記４つの共鳴トンネルダイオードと抵抗２０１、２０２の素子パラメタを調整することで、ＡＮＤ／ＯＲ、ＮＡＮＤ／ＮＯＲの出力が出力端子１０９からカレントミラー回路１０５へ流れる出力電流として得られる。【００１３】    カレントミラー回路１０５は３個の高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）４０１、４０２、４０４から構成されている。このカレントミラー回路においては、例えば、次段接続端子１１０の電圧が変化したとしても出力端子１０９にはその変化が反映されず、また、電流信号レベルが低下することなく複数の次段接続端子が取り出すことができ、論理演算結果を正しく伝達することができる。また、次段接続端子１１０の内、電流源��あるＨＥＭＴ４０３と接続された端子においては、キルヒホッフ電流則に基づき加減算された電流が端子に現れる。このため、論理演算結果を、次段の論理回路が正常動作するために必要な任意の電流範囲内に調整することができる。【００１４】    図６は本発明の第４の実施例を示した回路図である。１０１、１０２、１０３、１０４は第１、第２、第３、第４の共鳴トンネルダイオード、１０６、１０７は第１、第２のバイアス端子、１０８、１０９はそれぞれ入力端子、出力端子である。また、１０５はカレントミラー回路、１１０は次段接続端子である。４０３は電流源として用いた高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）である。図６に示されたように、第１の共鳴トンネルダイオード１０１の一方の端子が第１のバイアス端子１０６と出力端子１０９に接続され、他の端子が第２の共鳴トンネルダイオード１０２の一方の端子と入力端子１０８に接続され、第２の共鳴トンネルダイオード１０２の他の端子が第２のバイアス端子１０７に接続され、第３の共鳴トンネルダイオード１０３の一方の端子が第１のバイアス端子１０６と出力端子１０９に接続され、他の端子が第４の共鳴トンネルダイオード１０４の一方の端子に接続され、更に、第４の共鳴トンネルダイオード１０４の他の端子が第２のバイアス端子１０７に接続されている。また、上記出力端子１０９にカレントミラー回路１０５の入力端子が接続され、カレントミラー回路の出力には次段接続端子１１０が接続されている。次段接続端子１１０の内の一つの端子には、電流源であるＨＥＭＴ４０３が接続されている。【００１５】    ２０１、２０２はそれぞれ入力抵抗、負荷抵抗である。２０３はバイアス電流源で、図５に示されたようにクロック電流Ｉｃｋが供給される。２０４と２０５は、入力端子１０８に接続された２つの入力端子で、それぞれ入力電流Ｉｉｎ１、Ｉｉｎ２が入力される。この回路の動作は［非特許文献１］に詳細が説明されているが、上記４つの共鳴トンネルダイオードの抵抗２０１、２０２の素子パラメタを調整することで、ＡＮＤ／ＯＲ、ＮＡＮＤ／ＮＯＲの出力が出力端子１０９からカレントミラー回路１０５へ流れる出力電流として得られる。【００１６】    カレントミラー回路１０５は５個の高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）４０１、４０２、４０４、５０１、５０２から構成されている。５０３、５０４はバイアス端子である。このカレントミラー回路においては、例えば、次段接続端子１１０の電圧が変化したとしても出力端子１０９にはその変化が反映されず、また、電流信号レベルが低下することなく複数の次段接続端子が取り出すことができ、論理演算結果を正しく伝達することができる。また、次段接続端子１１０の内、電流源であるＨＥＭＴ４０３と接続された端子においては、キルヒホッフ電流則に基づき加減算された電流が端子に現れる。このため、論理演算結果を、次段の論理回路が正常動作するために必要な任意の電流範囲内に調整することができる。【００１７】    以上の実施例では、ＨＥＭＴを例に挙げて説明したが、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）でカレントミラー回路を構成しても、全く同様の効果が得られる。その実施例を第５および第６の実施例として���７、図８に示す。６０１、６０２、６０３、６０４、７０１、７０２はいずれもＨＢＴである。また、６０５、７０３、７０４はバイアス端子である。【００１８】    更に、４個の共鳴トンネルダイオードのうちスイッチしない共鳴トンネルダイオード、例えば１０４を抵抗で置き換えても同様の効果が得られることは明らかである。図９は第７に実施例を示す。図中で８０１は共鳴トンネルダイオード１０４と置き換えた抵抗である。
【産業上の利用可能性】
【００１９】    共鳴トンネルダイオードを用いた回路は、すでに既存の技術で製造されており、産業上の利用可能性は自明である。超高速動作を活用した利用分野としては、次世代超高速光ファイバ通信システム、テラヘルツ計測機器、超高速アナログ／デジタル変換器、レーダー応用分野などを挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施例を示した回路図である。
【図２】従来技術に基づく回路図である。
【図３】従来技術に基づく回路の応用例である。
【図４】本発明の第２の実施例を示した回路図である。
【図５】本発明の第３の実施例を示した回路図である。
【図６】本発明の第４の実施例を示した回路図である。
【図７】本発明の第５の実施例を示した回路図である。
【図８】本発明の第６の実施例を示した回路図である。
【図９】本発明の第７の実施例を示した回路図である。
【符号の説明】
【００２１】１０１、１０２、１０３、１０４  共鳴トンネルダイオード
１０５  カレントミラー回路
１０６、１０７  バイアス端子
１０８  入力端子
１０９  出力端子
１１０  次段接続端子
１１１  電流源
１１２  電流源へのバイアス端子
２０１  入力抵抗
２０２  負荷抵抗
２０３  バイアス電流源
２０４、２０５  入力端子１０８に接続された２つの入力端子
４０１、４０２、４０３、４０４、５０１、５０２  高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）
５０３、５０４  バイアス端子
６０１、６０２、６０３、６０４、７０１、７０２  ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）
６０５、７０３、７０４  バイアス端子
８０１  共鳴トンネルダイオードと置き換えた抵抗
【図１】
2006270905.tif 000003
【図２】
2006270905.tif 000004
【図３】
2006270905.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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