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DE20122241U1 - Current controlled CMOS circuits with inductive broadbanding, has two n channel MOSFETs having their source terminals coupled to first node, gate terminals coupled to receive two differential logic signals, respectively - Google Patents

Current controlled CMOS circuits with inductive broadbanding, has two n channel MOSFETs having their source terminals coupled to first node, gate terminals coupled to receive two differential logic signals, respectively Download PDF

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DE20122241U1
DE20122241U1 DE20122241U DE20122241U DE20122241U1 DE 20122241 U1 DE20122241 U1 DE 20122241U1 DE 20122241 U DE20122241 U DE 20122241U DE 20122241 U DE20122241 U DE 20122241U DE 20122241 U1 DE20122241 U1 DE 20122241U1
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Abstract

The MOSFET has two n channel MOSFETs having their source terminals coupled to a first node, their gate terminals coupled to receive two differential logic signals, respectively and their drain terminals coupled respectively to two output nodes. Two series RL circuits are coupled between the two nodes and a logic high level. Two capacitive loads are coupled to the output nodes. A current source n channel MOSFET is coupled between the source terminal of the two select n channel MOSFETs and a logic low level. An independent claim is included for a metal oxide semiconductor field effect transistor circuit fabricated on a silicon substrate.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates to a circuit according to the preamble of claim 1.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Hochgeschwindigkeitslogikschaltungen und insbesondere stromgesteuerte CMOS (oder C3MOS®)-Logikschaltungen mit induktiver Bandbreitenerweiterung.The present invention relates generally to high speed logic circuits and more particularly current-controlled CMOS (or C3MOS ®) logic circuits with inductive broadbanding.

Aus mehreren Gründen ist CMOS die Logikfamilie der Wahl bei heutigen VLSI-Einrichtungen. Aufgrund der komplementären Natur dessen Betriebs verbraucht die CMOS-Logik keine statische Leistung. Weiterhin wird CMOS ebenso einfach mit der Technologie skaliert. Diese zwei Merkmale sind äußerst wünschenswert bei dem drastischen Wachstum bei der Nachfrage für elektronische Vorrichtungen, die eine geringe Leistung benötigen und tragbar sind. Weiterhin wurden mit der Fokussierung der Industrie für computergestütztes Design (CAD) auf die Entwicklung von automatisierten Designwerkzeugen für CMOS-basierte Technologien die Entwicklungszeit und die Kosten von CMOS-VLSI-Vorrichtungen wesentlich verringert.Out several reasons CMOS is the logic family of choice for today's VLSI devices. by virtue of the complementary one The nature of its operation, the CMOS logic consumes no static power. Furthermore, CMOS scales just as easily with the technology. These two features are highly desirable with the dramatic growth in demand for electronic devices, which require a low power and are portable. Furthermore, with the focus of the industry for computer aided design (CAD) on the development of automated design tools for CMOS-based Technologies significantly reduce the development time and cost of CMOS VLSI devices reduced.

Der eine Nachteil der CMOS-Logikfamilie jedoch bleibt deren begrenzte Geschwindigkeit. D. h., dass herkömmliche CMOS-Logik nicht die höchsten erreichbaren Schaltgeschwindigkeiten erreicht hat, die von modernen Sub-Mikron-CMOS-Technologien möglich gemacht werden. Als ein Ergebnis der Geschwindigkeitsbegrenzungen von herkömmlicher CMOS-Logik mussten integrierte Schaltungsanwendungen im Gigahertz Frequenzbereich nach alternativen Technologien suchen, wie beispielsweise bipolare Ultrahochgeschwindigkeitsschaltungen und Gallium-Arsenid (GaAs). Diese alternativen Technologien jedoch besitzen ihre eigenen Nachteile, die sie mehr zu einem speziellen Feld mit be grenzten Anwendungen im Vergleich zu dem Silizium-MOSFET gemacht haben, der eine weit verbreitete Benutzung und Unterstützung von der Industrie hat. Insbesondere sind zusammengesetzte Halbleiter, wie beispielsweise GaAs empfänglicher für Defekte, die die Leistung der Vorrichtung verschlechtern und besitzen den Nachteil eines erhöhten Gate-Leckstroms und verringerter Rauschspielräume. Weiterhin konnten bis jetzt Versuche der zuverlässigen Herstellung einer Oxidschicht mit hoher Qualität unter Verwendung von GaAs nicht mit Erfolg durchgeführt werden. Dies hat es schwierig gemacht, GaAs-FETs herzustellen, wobei die GaAs-Technologie auf Junction-Feldeffekttransistoren (JFETs) oder Schottky-Barrieren-Metallhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MESFETs) begrenzt ist. Ein hauptsächlicher Nachteil der bipolaren Technologie ist u. a. der höhere Leistungsverbrauch auch wenn die Schaltungen bei geringen Frequenzen betrieben werden.Of the however, one drawback of the CMOS logic family remains limited Speed. That is, conventional CMOS logic is not the highest achievable Has reached switching speeds made possible by modern sub-micron CMOS technologies become. As a result of the speed limitations of conventional CMOS logic had integrated circuit applications in the gigahertz frequency range looking for alternative technologies, such as bipolar Ultra-high speed circuits and gallium arsenide (GaAs). However, these alternative technologies have their own disadvantages, make them more of a special field with limited applications Compared to the silicon MOSFET have made a far has widespread use and support from the industry. In particular, compound semiconductors such as GaAs more receptive for defects, which degrade the performance of the device and have that Disadvantage of an increased Gate leakage current and reduced noise margins. Furthermore, could until now attempts of the reliable Preparation of high quality oxide layer using GaAs not done successfully become. This has made it difficult to produce GaAs FETs using the GaAs technology Junction Field Effect Transistors (JFETs) or Schottky Barrier Metal Semiconductor Field Effect Transistors (MESFETs) is limited. A major disadvantage of bipolar technology is u. a. the higher one Power consumption even when the circuits at low frequencies operate.

Die US-A-5,196,895 betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The US-A-5,196,895 relates to a device having the features of the preamble of claim 1.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die die Begrenzungen bei der Betriebsgeschwindigkeit von herkömmlichen CMOS-Schaltungen überwindet.It It is an object of the present invention to provide a circuit according to the preamble of claim 1, which defines the operating speed limits overcomes by conventional CMOS circuits.

Die Aufgabe wird durch eine Schaltung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.The The object is achieved by a circuit according to claim 1. advantageous embodiments are in the dependent claims Are defined.

Eine wesentliche Verbesserung bei der Betriebsgeschwindigkeit von CMOS-Schaltungen wurde durch eine Familie der CMOS-Logik erreicht, die auf einen stromgesteuerten Mechanismus gegründet ist. Die stromgesteuerte CMOS (oder C3MOS)-Logik wird detaillierter in der gemeinsam übertragenen Patentanmeldung mit der Nummer 09/484,856 (anwaltliches Zeichen 019717-000310) mit dem Titel „stromgesteuerte CMOS-Logikfamilie" von Hairapetian beschrieben, die hiermit in ihre Gesamtheit für alle Zwecke hier eingefügt ist. Der grundsätzliche Aufbaublock der C3MOS-Logikfamilie verwendet ein Paar von herkömmlichen MOSFETs, die der Strom zwischen einem Paar von Lasteinrichtungen in Abhängigkeit einer Differenz zwischen einem Paar von Eingangssignalen steuern. So verbraucht die C3MOS-Logik statischen Strom im Gegensatz zu der herkömmlichen CMOS-Logik, aber arbeitet bei wesentlich höheren Geschwindigkeiten.A significant improvement in the operating speed of CMOS circuits has been achieved by a family of CMOS logic based on a current-controlled mechanism. The current-gated CMOS (or C 3 MOS) logic is described in greater detail in co-pending application Serial No. 09 / 484,856 (Attorney Docket No. 019717-000310) entitled "Current-Controlled CMOS Logic Family" by Hairapetian, which is incorporated herein by reference in its entirety is inserted all purposes herein. the basic building block of the C 3 MOS logic family employs a pair of conventional MOSFETs, which control the current between a pair of load devices in response to a difference between a pair of input signals. Thus consumes the C 3 MOS logic static Power unlike traditional CMOS logic, but operates at much higher speeds.

Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung führt die vorliegende Erfindung induktive Elemente in die C3MOS-Schaltungen ein, um die Betriebsgeschwindigkeit der in CMOS-Technologie implementierten Schaltungen weiter zu erhöhen. In einem besonderen Ausführungsbeispiel ist eine Spuleninduktivität in Serie mit den Lasteinrichtungen ausgewählter C3MOS-Strukturen eingefügt, die Datensignale mit einer hohen Bandbreite verarbeiten. Die entstehende serielle Kombination einer Induktivität und eines Widerstandselements (beispielsweise eines Polysilizium-Widerstands), die parallel zu einer existierenden kapazitiven Last ist, schafft eine hohe Impedanz bei einer höheren Bandbreite, als sie ohne das Vorhandensein der Induktivität möglich sein würde. Optimierte Werte für die Induktivitäten stellt die geeignete Wahl der Eigenfrequenzen der Schaltung in der komplexen Ebene sicher, um schnelle Anstiegs- und Abstiegszeiten mit geeignetem Überschwingen und Unterschwingen zu erreichen. Die vorliegende Erfindung kombiniert die Verwendung dieser Art von Shunt-Peaking bzw. Shunt-Erhöhung mit C3MOS-Schaltungen, die differenzielle und breitbandige Bilevel- Signale verarbeiten (d. h. digital im Gegensatz zu analog). Die Kombination dieser Merkmale erlaubt die Verbesserung der Intersymbolinterferenz des Ausgangssignals ohne jegliche Erhöhung des Leistungsverbrauchs.According to one aspect of the invention, the present invention introduces inductive elements into the C 3 MOS circuits in order to further increase the operating speed of the circuits implemented in CMOS technology. In a particular embodiment, a coil inductor is inserted in series with the load devices of selected C 3 MOS structures that process high bandwidth data signals. The resulting serial combination of an inductor and a resistive element (eg, a polysilicon resistor) that is in parallel with an existing capacitive load provides high impedance at a higher bandwidth than would be possible without the presence of the inductor. Optimized values for the inductors ensure the proper choice of circuit intrinsic frequencies in the complex plane to achieve fast rise and fall times with appropriate overshoot and undershoot. The present invention combines the use of this type of shunt peaking with C 3 MOS circuits that provide differential and broadband process digital bilevel signals (ie digital as opposed to analog). The combination of these features allows the improvement of the intersymbol interference of the output signal without any increase in power consumption.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung beinhaltet eine Multiplexer-Schaltung einen C3MOS mit induktiver Bandbreitenerweiterung zur Ermöglichung eines Betriebs bei ultrahohen Frequenzen.According to a further aspect of the invention a multiplexer circuit includes a C 3 MOS with inductive broadbanding to enable operation at ultra high frequencies.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Flip-Flop implementiert, das C3MOS mit induktiver Bandbreitenerweiterung verwendet, um bei ultrahohen Frequenzen zu arbeiten.According to another aspect of the invention, a flip-flop is implemented, the C 3 MOS with inductive broadbanding used to operate at ultra high frequencies.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung kombiniert ein komplementärer Metalloxidhalbleiter-(CMOS)-Logikschaltkreis auf dem gleichen Siliziumsubstrat eine stromgesteuerte MOSFET-Schaltung des oben genannten Typs zur Hochgeschwindigkeitssignalverarbeitung mit herkömmlicher CMOS-Logik, die keinen statischen Strom verbraucht. Beispiele solcher kombinierter Schaltungen beinhalten Parallel/Seriell-Wandler, Seriell/Parallel-Wandlerschaltungen, die bei seriellen Hochgeschwindigkeitsverbindungen verwendet werden, Hochgeschwindigkeits-PLL-Teiler und Ähnliches.According to one Another aspect of the invention combines a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) logic circuit on the same silicon substrate, a current-controlled MOSFET circuit of the above type for high-speed signal processing with conventional CMOS logic that consumes no static power. Examples of such combined circuits include parallel / serial converters, serial / parallel conversion circuits, used in high-speed serial connections, High-speed PLL divider and the like.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden angesichts der folgenden detaillierten Beschreibung und beigefügten Zeichnungen deutlich.Other Features and advantages of the invention will become apparent in light of the following detailed description and attached drawings clearly.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSHORT DESCRIPTION THE DRAWINGS

1 ist ein schematisches Diagramm eines differenziellen Paars mit induktiver Bandbreitenverbreiterung, die in CMOS-Technologie implementiert ist; 1 Fig. 10 is a schematic diagram of a differential pair with inductive bandwidth broadening implemented in CMOS technology;

2(a) ist ein schematisches Diagramm der Schaltung von 1 ohne die Shunt-Induktivität. 2 (a) is a schematic diagram of the circuit of 1 without the shunt inductance.

2(b) ist ein vereinfachtes Diagramm, das das Übergangsverhalten der Schaltung von 2(a) zeigt; 2 B) is a simplified diagram showing the transient behavior of the circuit 2 (a) shows;

2(c) ist eine Kurve, die den Unterschied zwischen einer idealen und der C3MOS-Sprungantwort zeigt; 2 (c) is a graph showing the difference between an ideal and the C 3 MOS step response;

3 ist eine Kurve, die die Sprungantwort der Schaltung von 1 für vier Werte von Serieninduktivitäten zeigt; 3 is a curve representing the step response of the circuit of 1 for four values of series inductances;

4(a) ist eine Kurve, die die Intersymbolinterferenz (ISI) über der Eingangspulsweite für fünf Werte der Serieninduktivität zeigt; 4 (a) Fig. 10 is a graph showing intersymbol interference (ISI) versus input pulse width for five values of series inductance;

4(b) ist eine Kurve, die das Ausgangssignal der Schaltung von 1 mit und ohne Induktivität zeigt; 4 (b) is a curve representing the output of the circuit of 1 with and without inductance shows;

5 zeigt ein Blockdiagramm für eine Schaltung, die eine C3MOS- mit induktiver Bandbreitenerweiterung, C3MOS- und herkömmliche CMOS-Logik auf einem einzigen Siliziumsubstrat kombiniert, um den optimalen Kompromiß zwischen Geschwindigkeit und Leistungsverbrauch zu erzielen. 5 Figure 12 shows a block diagram for a circuit that combines a C 3 MOS with Inductive Bandwidth Expansion, C 3 MOS, and conventional CMOS logic on a single silicon substrate to achieve the optimum compromise between speed and power consumption.

6(a) ist ein schematisches Diagramm einer Parallel/Seriell-Wandlerschaltung unter Verwendung der Merkmale der Erfindung; 6 (a) Fig. 10 is a schematic diagram of a parallel / serial converter circuit using the features of the invention;

6(b) ist eine detaillierte Abbildung des in 6(a) dargestellten 2:1 - Multiplexers; 6 (b) is a detailed illustration of the in 6 (a) illustrated 2: 1 multiplexer;

7 ist ein Schaltungsdiagramm eines Multiplexers, der die Merkmale der vorliegenden Erfindung verwendet; 7 Fig. 10 is a circuit diagram of a multiplexer employing the features of the present invention;

8 ist ein Schaltungsdiagramm eines Flip-Flops, das die Merkmale der Erfindung verwendet; 8th Fig. 12 is a circuit diagram of a flip-flop employing the features of the invention;

9 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Transceiver-Systems, das eine Logik gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, die C3MOS mit induktiver Bandbreitenerweiterung, C3MOS und CMOS kombiniert, um die Zwischenverbindung von optischen Hochgeschwindigkeitsfaserverbindungskanälen zu erleichtern. 9 FIG. 10 is a simplified block diagram of a transceiver system using logic according to the present invention that combines C 3 MOS with Inductive Bandwidth Expansion, C 3 MOS and CMOS to facilitate interconnection of high speed optical fiber link channels.

BESCHREIBUNG DER SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION THE SPECIFIC EMBODIMENTS

Die vorliegende Erfindung schafft einen Ultrahighspeedlogikschaltkreis, der in komplementärer Siliziummetalloxidhalbleiter-(CMOS)-Prozesstechnologie implementiert ist. Es wird hierin ein Unterschied zwischen der Terminologie „CMOS-Prozesstechnologie" und „CMOS-Logik" gemacht. Die CMOS-Prozesstechnologie gemäß der Verwendung hier bezieht sich im allgemeinen auf eine Mehrzahl von gut eingeführten CMOS-Herstellungsprozessen, die einen Feldeffekttransistor über einem Siliziumsubstrat mit einem Gate-Anschluss ausbilden, der üblicherweise aus einem Polysilizium-Material gemacht ist, das oben auf einem Isoliermaterial wie beispielsweise Siliziumdioxid angeordnet ist. CMOS-Logik andererseits bezieht sich auf die Verwendung von komplementären CMOS-Transistoren (n-Kanal und p-Kanal), um zahlreiche Logik-Gatter und komplexe Logikschaltungen zu bilden, wobei kein statischer Strom verbraucht wird. Die vorliegende Erfindung verwendet stromgesteuerte Mechanismen mit induktiver Bandbreitenerweiterung, um eine Familie von sehr schneller stromgesteuerter CMOS-Logik (oder C3MOS®) mit induktiver Bandbreitenerweiterung zu schaffen, die unter Verwendung einer Mehrzahl von herkömmlichen CMOS-Prozesstechnologien hergestellt werden kann, aber im Gegensatz zu herkömmlicher CMOS-Logik statischen Strom verbraucht. C3MOS-Logik mit induktiver Bandbreitenerweiterung oder stromgesteuerte Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistorlogik (MOSFET) wird hierin austauschbar verwendet.The present invention provides an ultrahigh-speed logic circuit implemented in complementary silicon metal oxide semiconductor (CMOS) process technology. Here, a distinction is made between the terminology "CMOS process technology" and "CMOS logic". The CMOS process technology, as used herein, generally refers to a plurality of well-established CMOS fabrication processes that form a field effect transistor over a silicon substrate with a gate terminal, typically made of a polysilicon material, on top of an insulating material such as silica is arranged. CMOS logic, on the other hand, refers to the use of complementary CMOS transistors (n-channel and p-channel) to form numerous logic gates and complex logic circuits, where no static current is consumed. The present invention employs current-controlled inductive bandwidth extension mechanisms to provide a family of very fast current-controlled CMOS logic (or C 3 MOS ® ) with inductive bandwidth extension that can be fabricated using a variety of conventional CMOS process technologies but consumes static power unlike traditional CMOS logic. C 3 MOS inductive bandwidth expansion or current controlled metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) logic is used interchangeably herein.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, ist der grundsätzliche Aufbaublock dieser Logikfamilie ein NMOS-Differenzpaar mit seriell verbundenen induktiven und resistiven (LR) Lasten.In a preferred embodiment is the fundamental Building block of this logic family a NMOS differential pair with serial connected inductive and resistive (LR) loads.

Die 1 zeigt das differenzielle C3MOS-Basispaar 200 mit den Shunt-Induktivitäten L und den Lastkapazitäten CL. Ein Paar von n-Kanal-MOSFETs 202 und 204 empfangen differenzielle Logiksignale Vin+ und Vin- an deren jeweiligen Gateanschlüssen. Widerstandslasten 206 und 207 in Serie mit den Shunt-Induktivitäten 208 und 209 verbinden die Drainanschlüsse der MOSFETS 202 bzw. 204 mit der Versorgungsspannung VDD. Die Drainanschlüsse der MOSFETS 202 und 204 bilden die Ausgänge V out – bzw. V out + des Differenzpaars. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Shunt-Induktivitäten 208 und 209 Spuleninduktivitäten, die unter Verwendung von Standardtechniken mit dem Substrat gekoppelt werden. Widerstandslasten 206 und 207 können entweder aus p-Kanal-MOSFETs aufgebaut werden, die in deren linearem Bereich arbeiten, oder Widerstände sein, die beispielsweise aus Polysiliziummaterial aufgebaut sind. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Polysiliziumwiderstände verwendet, um die resistiven Lasten bzw. Widerstandslasten 206 und 207 zu implementieren, welches die Geschwindigkeit des Differenzpaars 200 maximiert. Die Source-Anschlüsse der n-Kanal-MOSFETs 202 und 204 sind miteinander an dem Knoten 210 angeschlossen. Ein n-Kanal-MOSFET 212 als Stromquelle verbindet den Knoten 210 gegen Masse (oder der negativen Stromversorgung). Eine Abgleichspannung VB steuert den Gate-Anschluss des Stromquellen-MOSFET 212 und stellt den Strom I ein, der durch das Differenzpaar 200 fließt. In Abhängigkeit des Differenzsignals an Vin+ und Vin- schaltet sich einer der zwei Eingangs-n-Kanal-MOSFETs 202 und 204 ein, wohingegen sich der andere ausschaltet. So fließt der gesamte Strom I in einem Zweig des Differenzpaars, wobei der den Drain-Anschluss (V out + oder V out -) des eingeschalteten Transistors auf logisch Null zieht, wohingegen die Drain des anderen (ausgeschalteten) Transistors nach logisch Ein gezogen wird. Eine Shunt-Erhöhung kann gemäß der vorliegenden Erfindung selektiv auf die Teile einer integrierten Schaltung angewendet werden, die die Bandbreitenerweiterung benötigen.The 1 shows the differential C3MOS base pair 200 with the shunt inductors L and the load capacitors C L. A pair of n-channel MOSFETs 202 and 204 receive differential logic signals V in + and V in - at their respective gate terminals. resistive loads 206 and 207 in series with the shunt inductors 208 and 209 connect the drain terminals of the mosfets 202 respectively. 204 with the supply voltage VDD. The drain connections of the MOSFETS 202 and 204 form the outputs V out - or V out + of the differential pair. In a preferred embodiment, the shunt inductors 208 and 209 Coil inductors coupled to the substrate using standard techniques. resistive loads 206 and 207 may be constructed of either p-channel MOSFETs operating in their linear region or resistors constructed of, for example, polysilicon material. In a preferred embodiment, polysilicon resistors are used to resist the resistive loads 206 and 207 to implement what the speed of the differential pair 200 maximized. The source terminals of the n-channel MOSFETs 202 and 204 are with each other at the node 210 connected. An n-channel MOSFET 212 as a power source connects the node 210 to ground (or the negative power supply). A tuning voltage VB controls the gate terminal of the current source MOSFET 212 and adjusts the current I passing through the differential pair 200 flows. Depending on the difference signal at V in + and V in - one of the two input n-channel MOSFETs switches 202 and 204 while the other turns off. Thus, the entire current I flows in one branch of the differential pair, which pulls the drain terminal (V out + or V out -) of the transistor turned on to logic zero, whereas the drain of the other (turned off) transistor is pulled to logic on. A shunt boost according to the present invention may be selectively applied to the parts of an integrated circuit that require the bandwidth expansion.

In 1 variieren die Eingangspegel Vin+ und Vin- symmetrisch in entgegengesetzte Richtungen, wenn ein Digitalsignal empfangen wird. Wenn beispielsweise Vin+ ins positive schwingt, dann würde Vin- ins negative schwingen. Die Spannungspegel an Vout- und Vout+ schwingen in die gleiche Richtung wie die jeweiligen Eingangssignalpegel. Aus nachstehend umfassender beschriebenen Gründen muss für Breitbandsignale, die Frequenzen in dem Bereich über fünf Gigahertz aufweisen, die Sprungantwort der Schaltung schnell sein.In 1 The input levels V in + and V in - vary symmetrically in opposite directions when a digital signal is received. For example, if V in + swings into positive, then V in - would swing into negative. The voltage levels on V out and V out + oscillate in the same direction as the respective input signal levels. For reasons broadly described below, for broadband signals having frequencies in the range above five gigahertz, the step response of the circuit must be fast.

Die 2(a) bzw. 2(b) zeigen die Schaltung von 1 mit entfernten Induktivitäten, welches zu einem C3MOS-Puffer führt, und eine einfache äquivalente Schaltung, die die Sprungantwort der Schaltung zeigt. In diesem Fall ist die Ausgangssprungkurvenform durch eine exponentielle Kurvenform mit einer Zeitkonstante RC charakterisiert. Diese Kurvenform ist in 2(c) mit der Bezeichnung „C3MOS" dargestellt und besitzt eine anfängliche Rampe von I/CL. Der Unterschied zwischen der idealen und der exponentiellen Sprungantwort ist ebenso in 2(c) dargestellt.The 2 (a) respectively. 2 B) show the circuit of 1 with removed inductors, resulting in a C 3 MOS buffer, and a simple equivalent circuit showing the step response of the circuit. In this case, the output hopping waveform is characterized by an exponential waveform with a time constant RC. This waveform is in 2 (c) with the designation "C 3 MOS" and has an initial ramp of I / C L. The difference between the ideal and the exponential step response is also in 2 (c) shown.

In der Schaltung von 2(a) würde die Sprungantwort des Ausgangssignals von der Zeitkonstante RC gesteuert werden. Es wird aus 2(c) klar, dass die Anwesenheit des Lastwiderstands die Übergangssprungantwort wesentlich verlangsamt. Wenn daher ein Eingangssignal mit einer sehr schnellen Anstiegszeit empfangen wird, steigt der Strom schnell an, um die Lastkapazität zu laden oder zu entladen. Die Sprungantwort des Ausgangssignals wird jedoch von der RC Zeitkonstante gesteuert und kann eine längere Anstiegszeit als der Eingangsimpuls besitzen.In the circuit of 2 (a) For example, the step response of the output signal would be controlled by the time constant RC. It is going out 2 (c) it is clear that the presence of the load resistance substantially slows down the transient step response. Therefore, when an input signal having a very fast rise time is received, the current rapidly increases to charge or discharge the load capacity. However, the step response of the output signal is controlled by the RC time constant and may have a longer rise time than the input pulse.

Unter Betrachtung der in 1 offenbarten Schaltung mit Induktivitäten hemmt eine Induktivität eine Veränderung des Stroms, wie es im Stand der Technik wohl bekannt ist. Wenn nun in Abhängigkeit eines Eingangssignals sich der Drain-Strom ändert, drosselt die Induktivität den Stromfluss durch den Widerstand, sodass sich die Kapazität schnell entlädt, um ein Ausgangssignal mit einer kleinen Anstiegszeit zu erzeugen.Considering the in 1 An inductance inhibits a change in current as is well known in the art. Now, as the drain current changes in response to an input signal, the inductor throttles the current flow through the resistor, so that the capacitance quickly discharges to produce an output signal with a small rise time.

Je größer der Wert der Serieninduktivität ist, umso länger ist der volle Wert des Stroms verfügbar, um die Lastkapazitäten zu laden/entladen. Die 3 zeigt die Sprungantwort für vier verschiedene Werte der Serieninduktivität.The greater the value of the series inductance, the longer the full value of the current is available to charge / discharge the load capacitances. The 3 shows the step response for four different values of series inductance.

Aus 3 wird es klar, dass höhere Werte der Induktivität die Anstiegszeit verringern. Wenn jedoch der Induktivitätswert zu groß wird, tritt ein übermäßiger Überschwinger auf. Um den optimalen Wert der Induktivität zu bestimmen, wird die Impulsantwort für einen Satz von Eingangsimpulsen mit unterschiedlichen Pulsweiten beobachtet. Die Kurven in 4(a) zeigen den relativen Fehler zwischen den Ausgangspulsweiten und den Eingangspulsweiten (auf die als Intersymbolinterferenz oder ISI bezug genommen wird) für vier verschiedene Werte der Induktivität.Out 3 it becomes clear that higher values of the inductance reduce the rise time. However, if the inductance value becomes too large, excessive overshoot will occur. To determine the optimum value of the inductance, the impulse response for a set of input pulses is under observed different pulse widths. The curves in 4 (a) show the relative error between the output pulse widths and the input pulse widths (referred to as intersymbol interference or ISI) for four different values of inductance.

Aus den Kurven der 4(a) wird deutlich, dass bei gegebenen Werten R und CL der optimale Wert für die Induktivität gegeben ist durch: LS(opt) = (0.35)*CLR2 From the curves of 4 (a) it becomes clear that given values R and C L the optimal value for the inductance is given by: L S (opt) = (0.35) * C L R 2

Die 4(b) zeigt die Ausgangssignale für die Schaltung von 1 mit und ohne die Induktivitäten. Die Größe der Zeitintervalle zwischen den Nulldurchgängen des Ausgangssignals liefert eine wichtige Information zum Interpretieren des Eingangssignals. Wie in 4(b) dargestellt ist, wird der Anstieg der Nulldurchgänge der Kurvenform schärfer, wenn die Induktivitäten in die Schaltung aufgenommen werden, wobei sie auf diese Weise die Zeitintervalle zwischen den Nulldurchgängen präziser definieren und die Zwischensymbolinterferenz verringern.The 4 (b) shows the output signals for the circuit of 1 with and without the inductors. The magnitude of the time intervals between the zero crossings of the output signal provides important information for interpreting the input signal. As in 4 (b) As shown, the rise of the zero-crossings of the waveform becomes sharper as the inductors are taken into the circuit, thus more precisely defining the time intervals between the zero-crossings and reducing the inter-symbol interference.

In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung führt eine Transceiver-Schaltung entlang eines Faseroptikkanals eine Deseriellwandlung bzw. Seriell/Parallel-Wandlung auf einen Eingangsdatenstrom mit einer Bitrate von beispielsweise 10 Gb/s durch. Nach dem Verarbeiten der deseriell bzw. parallel/seriell gewandelten Daten mit der geringeren Frequenz werden die Daten seriell gewandelt, bevor sie zurück auf den Faserkanal gesendet werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Teile der Schaltung, die die Daten mit der höchsten Geschwindigkeit verarbeiten (beispielsweise der Eingang des Deseriellwandlers und der Ausgang des Seriellwandlers), mittels einer C3MOS-Schaltung mit induktiver Bandbreitenerweiterung implementiert.In one embodiment of the present invention, a transceiver circuit along a fiber optic channel performs a serial to parallel conversion on an input data stream at a bit rate of, for example, 10 Gb / s. After processing the lower-frequency deserialized data, the data is serially converted before being sent back to the fiber channel. According to the present invention, the parts of the circuit which process the highest speed data (e.g., the input of the deserial converter and the output of the serial converter) are implemented by means of a C 3 MOS inductive bandwidth extension circuit.

Die 5 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm, das diese beispielhafte Ausführungsform der Erfindung zeigt. Eine C3MOS-Eingangsschaltung 40 mit induktiver Bandbreitenerweiterung empfängt ein Hochfrequenzeingangssignal IN und gibt eine erste herunterdi vidierte Version des Signals IN/n aus. Ein C3MOS-MUX 42 empfängt dann diese erste herunterdividierte Version und teilt das empfangene Signal mittels eines anderen Faktors m herunter, um eine zweite herunterdividierte Version des Signals IN/(nxm) auszugeben. Das Signal IN/(nxm) mit geringerer Frequenz wird dann von der Kernschaltung 44 verarbeitet, die in herkömmlicher CMOS-Logik implementiert ist. Die Frequenz des Signals mit der geringen Frequenz der Kernlogik wird dann mittels des umgekehrten Prozesses erhöht, um ein Ausgangssignal bei der ursprünglichen hohen Eingangsfrequenz zu bilden.The 5 shows a simplified block diagram showing this exemplary embodiment of the invention. A C 3 MOS input circuit 40 with inductive bandwidth extension receives a high frequency input signal IN and outputs a first downdi vidierte version of the signal IN / n. A C 3 MOS MUX 42 then receives this first partitioned version and downscales the received signal by another factor m to output a second down-partitioned version of the IN / (nxm) signal. The lower frequency signal IN / (nxm) is then taken from the core circuit 44 processed in conventional CMOS logic. The frequency of the low frequency signal of the core logic is then increased by the reverse process to form an output signal at the original high input frequency.

Die 6(a) zeigt einen beispielhaften 16:1-Seriellwandler gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Seriellwandler beinhaltet einen 16:8-Multiplexer 50, der die Datenrate zu 1.25 Gb/s umwandelt, gefolgt von einem 8:4-Multiplexer 54, der die Datenrate zu 2.5 Gb/s ändert. Die Daten mit 2.5 Gb/s werden dann mittels eines 4:2-Multiplexers 56 zu Daten mit 5 Gb/s konvertiert und schließlich mittels eines 2:1-Multiplexers 58 zu Daten bei 10 Gb/s.The 6 (a) shows an exemplary 16: 1 serial converter according to the present invention. The serial converter includes a 16: 8 multiplexer 50 , which converts the data rate to 1.25 Gb / s, followed by an 8: 4 multiplexer 54 changing the data rate to 2.5 Gb / s. The data at 2.5 Gb / s are then using a 4: 2 multiplexer 56 converted to data at 5 Gb / s and finally using a 2: 1 multiplexer 58 to data at 10 Gb / s.

Ein Flip-Flop 60 am Ausgang resynchronisiert die 10 Gb/s-Daten um den letztendlichen Ausgangsdatenstrom zu erzeugen.A flip-flop 60 the output resynchronizes the 10 Gb / s data to produce the final output data stream.

Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung kann die Schaltung von 6(a) herkömmliche CMOS-Logik, die für die langsameren Multiplexer und die Kernverarbeitungsschaltung verwendet wird, mit C3MOS-Logik für die Multiplexer mit mittlerer Rate und C3MOS-Logik mit induktiver Bandbreitenerweiterung für die schnellsten Multiplexer (d. h. den 2:1-Multiplexer 58) sowie das das Ausgangssignal resynchronisierende Flip-Flop 60 kombinieren.According to this embodiment of the invention, the circuit of 6 (a) conventional CMOS logic, the slower the multiplexer and the core processing circuit is used, with C 3 MOS logic for the multiplexors with medium rate and C 3 MOS logic with inductive broadbanding for the fastest multiplexer (ie, the 2: 1 multiplexer 58 ) as well as the output resynchronizing flip-flop 60 combine.

Wie von den zahlreichen C3MOS-Logikelementen mit induktiver Bandbreitenerweiterung, die nachstehend beschrieben sind, gezeigt wird, können alle Aufbaublöcke jeder beliebigen Logikschaltung unter Verwendung von C3MOS mit der Technik der induktiven Bandbreitenerweiterung der vorliegenden Erfindung konstruiert werden. Komplexere Logikschaltungen, wie beispielsweise Schieberegister, Zähler, Frequenzteiler usw. können in C3MOS mit induktiver Bandbreitenerweiterung unter Verwendung der oben beschriebenen grundsätzlichen Elemente konstruiert werden. Wie zuvor genannt, verbraucht jedoch sowohl Logik mit C3MOS als auch mit C3MOS mit induktiver Bandbreitenerweiterung statische Leistung. Zusätzlich ist die Herstellung von C3MOS-Logik mit induktiver Bandbrei tenerweiterung teurer als bei C3MOS oder CMOS aufgrund der Notwendigkeit, dem IC Induktivitäten hinzuzufügen.As shown by the numerous C 3 MOS logic elements with inductive bandwidth extension described below, all of the building blocks of any logic circuit can be constructed using C 3 MOS with the inductive bandwidth extension technique of the present invention. More complex logic circuits, such as shift registers, counters, frequency dividers, etc., can be constructed in C 3 MOS with Inductive Bandwidth Expansion using the basic elements described above. However, as noted above, both C 3 MOS and C 3 MOS inductive bandwidth expansion logic consumes static power. In addition, the fabrication of C 3 MOS logic with inductive bandwidth expansion is more expensive than with C 3 MOS or CMOS due to the need to add inductors to the IC.

Der Verbrauch von statischem Strom bei C3MOS und/oder C3MOS mit induktiver Bandbreitenerweiterung kann ein begrenzender Faktor bei bestimmten Anwendungen mit Schaltungen im großen Maßstab werden. In einer Ausführungsform, wie sie beispielsweise in den 5 und 6(a) dargestellt ist, kombiniert die vorliegende Erfindung C3MOS-Logik mit induktiver Bandbreitenerweiterung und C3MOS-Logik mit herkömmlicher CMOS-Logik, um einen optimalen Ausgleich zwischen Geschwindigkeit und Stromverbrauch zu erzielen. Gemäß dieser Ausführungsfonn der vorliegenden Erfindung verwendet eine integrierte Schaltung C3MOS-Logik mit induktiver Bandbreitenerweiterung für die Ultrahochgeschwindigkeitsteile (beispielsweise 10 Gb/s) der Schaltung, C3MOS für die Hochgeschwindigkeitsteile der Schaltung (beispielsweise 2,5–5 Gb/s), und herkömmliche CMOS-Logik für die Teile mit relativ geringer Geschwindigkeit. Beispielsweise ist die Eingangsschaltung und die Ausgangsschaltung, die eine Schnittstelle für Hochgeschwindigkeitssignale bildet und diese verarbeitet, unter Verwendung von C3MOS mit induktiver Bandbreitenerweiterung implementiert, um eine integrierte Schaltung in Ultrahochgeschwindigkeitsanwendungen verwenden zu können. Die Schaltung verwendet ebenso C3MOS, um die Frequenz der Signale herunterzuteilen, die bei einer ausreichend niedrigen Frequenz verarbeitet werden, bei der herkömmliche CMOS-Logik verwendet werden kann. Der Kern der Schaltung ist daher gemäß der vorliegenden Erfindung mittels herkömmlicher CMOS-Logik implementiert, die keinen statischen Strom verbraucht.The consumption of static current at C 3 MOS and / or C 3 MOS with inductive bandwidth expansion can become a limiting factor in certain large scale circuit applications. In an embodiment, as for example in the 5 and 6 (a) The present invention combines C 3 MOS inductive bandwidth expansion logic and C 3 MOS logic with conventional CMOS logic to achieve optimum balance between speed and power consumption. According to this embodiment of the present invention, an integrated circuit C 3 uses inductive bandwidth expansion MOS logic for the ultra-high speed portions (e.g., 10 Gb / s) of the circuit, C 3 MOS for the high speed portions of the circuit (e.g., 2.5-5 Gb / s). , and forth conventional CMOS logic for the relatively low speed parts. For example, the input circuit and the output circuit which forms an interface for high-speed signals and processes them, implemented using C 3 MOS with inductive broadbanding, in order to use an integrated circuit in ultra high speed applications. The circuit also uses C 3 MOS to divide down the frequency of the signals being processed at a sufficiently low frequency that conventional CMOS logic can be used. The core of the circuit is therefore implemented in accordance with the present invention using conventional CMOS logic that does not consume static power.

Die 6(b) zeigt eine Implementierung des 2:1-Multiplexers 58, bei dem die aktuelle Ausgangsmultiplexerschaltung 52 C3MOS mit induktiver Bandbreitenerweiterung verwendet, von der eine Implementierung in 7 dargestellt ist.The 6 (b) shows an implementation of the 2: 1 multiplexer 58 in which the current output multiplexer circuit 52 C 3 MOS with inductive bandwidth extension used by an implementation in 7 is shown.

Die 7 zeigt eine beispielhafte C3MOS Implementierung mit induktiver Bandbreitenerweiterung für einen 2:1-Multiplexer 62. Ähnlich zu den anderen C3MOS-Logik-Gattern, beinhaltet der Multiplexer 62 ein Differenzpaar für jeden Eingang. Der positive (linke) Eingangstransistor von jedem Differenzpaar ist mit VDD mittels eines ersten Transistors 206 gekoppelt, der in Reihe mit einer ersten Serieninduktivität 208 verbunden ist, und der negative (rechte) Eingangstransistor von jedem Differenzpaar ist mit VDD mittels eines zweiten Widerstands 207 gekoppelt, der in Serie mit einer zweiten Serieninduktivität 209 verbunden ist. Der Multiplexer 62 beinhaltet weiter Auswahltransistoren 502 und 504, die zwischen den gemeinsamen Source-Anschlüssen der Differenzpaare und dem Stromquellentransistor 506 eingefügt sind. Durch Ansteuern eines der Auswahleingangssignale SELA oder SELB wird der Einstellstrom zu dem Differenzpaar gesteuert, das dem Auswahltransistor zugeordnet ist. So steuert das Signal SELA den Einstellstrom zu dem Differenzpaar mit den Anschlüssen AP und AN und das Signal SELB steuert den Einstellstrom zu dem Differenzpaar mit den Eingängen BP und BN.The 7 FIG. 10 shows an exemplary C 3 MOS Inductive Bandwidth Extension implementation for a 2: 1 multiplexer 62 , Similar to the other C 3 MOS logic gates, the multiplexer includes 62 a differential pair for each input. The positive (left) input transistor of each differential pair is VDD by means of a first transistor 206 coupled in series with a first series inductance 208 and the negative (right) input transistor of each differential pair is connected to VDD by means of a second resistor 207 coupled in series with a second series inductance 209 connected is. The multiplexer 62 further includes selection transistors 502 and 504 between the common source terminals of the differential pairs and the current source transistor 506 are inserted. By driving one of the selection input signals SELA or SELB, the adjustment current is controlled to the differential pair associated with the selection transistor. Thus, the signal SELA controls the adjustment current to the differential pair with the terminals AP and ON, and the signal SELB controls the adjustment current to the differential pair with the inputs BP and BN.

Die 8 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines C3MOS-Flip-Flops mit induktiver Bandbreitenerweiterung zur Verwendung als resynchronisierendes Flip-Flop in dem Seriellwandler der 5. Ein C3MOS-Master-Slave-Flip-Flop 800 gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Kombination von zwei Latches 802 und 804 erzeugt werden. Ein erstes Latch 802 empfängt differenzielle Eingangssignale D und

Figure 00110001
und erzeugt differenzielle Ausgangssignale QI und
Figure 00110002
. Die differenziellen Ausgangssignale QI und
Figure 00110002
werden dann auf differenzielle Eingänge des zweiten Latches 804 geschaltet. Die differenziellen Ausgänge Q und
Figure 00110003
des zweiten Latches 804 liefern die Ausgänge des Flip-Flops 800. Die Eingangstransistoren von jedem Latch sind mit VDD mittels eines Widerstands und einer Shunt-Induktivität, die in Serie gekoppelt sind, verbunden.The 8th FIG. 12 shows an exemplary embodiment of a C 3 MOS Inductively Bandwidth Enhanced Flip-Flop for use as a resynchronizing flip-flop in the serial converter of FIG 5 , A C 3 MOS master-slave flip-flop 800 According to the present invention, by combining two latches 802 and 804 be generated. A first latch 802 receives differential input signals D and
Figure 00110001
and generates differential output signals QI and
Figure 00110002
, The differential output signals QI and
Figure 00110002
are then applied to differential inputs of the second latch 804 connected. The differential outputs Q and
Figure 00110003
of the second latches 804 deliver the outputs of the flip-flop 800 , The input transistors of each latch are connected to VDD by means of a resistor and a shunt inductor coupled in series.

Es soll verstanden werden, dass alle C3MOS-Logik-Elemente, von denen zahlreiche Beispiele in der oben angegebenen gemeinschaftlich zugeteilten Patentanmeldung beschrieben sind, die induktive Bandbreitenerweiterungstechnik gemäß der vorliegenden Erfindung anwenden können.It should be understood that all the C 3 MOS logic elements, of which numerous examples are described in the above referenced commonly assigned patent application, the inductive broadbanding technique can apply, according to the present invention.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Technik der Kombination aus C3MOS-Schaltung mit induktiver Bandbreitenerweiterung, der C3MOS-Schaltung und der CMOS-Schaltung in einem Transceiver der in 9 dargestellten Art angewendet. Der beispielhafte Transceiver aus 9 wird üblicherweise entlang von Faseroptikkanälen in Hochgeschwindigkeits-Telekommunikationsnetzwerken gefunden. Der Transceiver beinhaltet bei seinem Eingang einen Photodetektor und eine Treiberschaltung 1200, die das Eingangssignal von dem Faseroptikkanal empfängt. Die Schaltung 1200 konvertiert das Faseroptiksignal in Datenpakete und liefert es an eine Schaltung 1202 zur Taktrückgewinnung (CDR). Die CDR-Schaltung 1202 gewinnt den Takt und die Taktsignale zurück, die in einem Frequenzbereich von über 10 GHz oder höher sein können. Etablierte Telekommunikationsstandards erfordern es, dass der Transceiver verschiedene Funktionen durchführt, einschließlich der Datenbeobachtung und der Fehlerkorrektur. Diese Funktionen werden bei geringeren Frequenzen durchgeführt. Daher verwendet der Transceiver einen Demultiplexer 1204, der in den 5 und 6 dargestellt ist und den 10Gb/s Datenstrom in beispielsweise 16 parallele Signale deseriellwandelt, die eine Bitrate von ungefähr 622 Mb/s aufweisen. Ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC) 1206 führt dann die Funktionen der Beobachtung und Fehlerkorrektur bei der geringeren (622) Mb/s Bitrate durch. Eine Multiplexer- und Taktmultiplikationseinheit (CMU) 1208 wandelt die parallelen Signale zurück in einen einzelnen Bitstrom von 10Gb/s zurück. Dieses Signal wird dann auf den Faseroptikkanal mittels eines Lasertreibers 1212 zurückgesendet. Die kombinierte C3MOS mit induktiver Bandbreitenerweiterung/C3MOS/CMOS-Technik der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Herstellung des Demultiplexers 1204, des ASIC 1206 und des Multiplexers und CMU 1208 auf einem einzigen Siliziumchip. D. h., der Demultiplexer 1204 und der Multiplexer und die CMU 1208 werden in C3MOS mit induktiver Bandbreitenerweiterung/C3MOS implementiert, wobei der ASIC in herkömmlicher CMOS implementiert ist.According to an embodiment of the present invention, the technique of the combination of C 3 MOS inductive bandwidth expansion circuit, the C 3 MOS circuit and the CMOS circuit in a transceiver of FIG 9 shown used type. The exemplary transceiver off 9 is commonly found along fiber optic channels in high speed telecommunications networks. The transceiver includes at its input a photodetector and a driver circuit 1200 receiving the input signal from the fiber optic channel. The circuit 1200 converts the fiber optic signal into data packets and delivers it to a circuit 1202 for clock recovery (CDR). The CDR circuit 1202 recovers the clock and clock signals that may be in a frequency range above 10 GHz or higher. Established telecommunications standards require that the transceiver perform various functions, including data monitoring and error correction. These functions are performed at lower frequencies. Therefore, the transceiver uses a demultiplexer 1204 in the 5 and 6 and deserializes the 10Gb / s data stream into, for example, 16 parallel signals having a bit rate of approximately 622 Mb / s. An application specific integrated circuit (ASIC) 1206 then performs the functions of observation and error correction at the lower (622) Mb / s bitrate. A Multiplexer and Clock Multiplication Unit (CMU) 1208 converts the parallel signals back into a single bit stream of 10Gb / s. This signal is then applied to the fiber optic channel by means of a laser driver 1212 returned. The combined C 3 MOS Inductive Bandwidth Expansion / C3MOS / CMOS technique of the present invention enables the production of the demultiplexer 1204 , the ASIC 1206 and the multiplexer and CMU 1208 on a single silicon chip. That is, the demultiplexer 1204 and the multiplexer and the CMU 1208 are implemented in C 3 MOS with Inductive Bandwidth Expansion / C 3 MOS, where the ASIC is implemented in conventional CMOS.

Demzufolge schafft die vorliegende Erfindung verschiedene Schaltungstechniken zur Implementierung von Ultrahochgeschwindigkeitsschaltungen unter Verwendung von stromgesteuerter CMOS (C3MOS)-Logik und C3MOS-Logik mit induktiver Bandbreitenerweiterung, die in herkömmlicher CMOS-Prozesstechnik hergestellt sind. In einem Ausführungsbeispiel kombiniert die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise Hochgeschwindigkeits-C3MOS-Logik mit induktiver Bandbreitenerweiterung/C3MOS-Logik mit induktiver Bandbreitenerweiterung und C3MOS-Logik mit herkömmlicher CMOS-Logik mit geringer Leistung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel können Schaltungen wie beispielsweise Transceiver entlang von Faseroptikkanälen auf einem einzigen Chip hergestellt werden, wobei die Ultrahochgeschwindigkeitsteile der Schaltung C3MOS mit induktiver Bandbreitenerweiterung/C3MOS verwenden und die im Vergleich langsameren Teile der Schaltung herkömmliche CMOS-Logik verwenden.Accordingly, the present invention provides various circuit techniques for implementation ultrahigh-speed circuiting using current-controlled CMOS (C 3 MOS) logic and C 3 MOS inductive bandwidth expansion logic, fabricated using conventional CMOS process technology. In one embodiment, the present invention advantageously combines high speed C 3 MOS logic with inductive broadbanding / C 3 MOS logic with inductive broadbanding and C 3 MOS logic with conventional CMOS logic with low power. According to this embodiment, circuits such as transceivers can be fabricated along fiber optic channels on a single chip, with the ultrahigh speed portions of the circuit using C 3 MOSs with Inductive Bandwidth Expansion / C 3 MOS and the comparatively slower parts of the circuit using conventional CMOS logic.

Während das obige eine vollständige Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist, ist es möglich, zahlreiche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente zu verwenden. Beispielsweise können, auch wenn Spuleninduktivitäten und Polywiderstände in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet werden, andere Techniken verwendet werden, die Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt sind. Daher soll der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht mit Bezugnahme auf die obige Beschreibung bestimmt werden, sondern sollte stattdessen mit Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche zusammen mit deren voller Bandbreite an Äquivalenten bestimmt werden.While that above a complete Description of the preferred embodiment of the present invention Invention is, it is possible numerous alternatives, modifications and equivalents to use. For example can, even if coil inductances and poly resistors in the preferred embodiment Other techniques used by professionals can be used known in this field. Therefore, the scope of the present Invention is not determined with reference to the above description but should instead be related with reference to the appended claims with their full range of equivalents be determined.

Claims (10)

Eine stromgesteuerte Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor-MOSFET-Schaltung (200), die auf einem Siliziumsubstrat hergestellt ist, mit: ersten und zweiten n-Kanal-MOSFETS (202, 204), wobei deren Source-Anschlüsse mit einem ersten Knoten verbunden sind, deren Gate-Anschlüsse zum Empfang eines ersten bzw. eines zweiten differenziellen Logiksignals gekoppelt sind und deren Drain-Anschlüsse mit ersten bzw. zweiten Ausgangsknoten gekoppelt sind; ersten bzw. zweiten RL-Schaltungen, die zwischen den ersten und zweiten Ausgangsknoten und einem logischen High-Pegel geschaltet sind; ersten bzw. zweiten kapazitiven Lasten (CL), die mit den Ausgangsknoten gekoppelt sind; wobei die Schaltung dadurch gekennzeichnet ist, dass: ein Stromquellen-n-Kanal-MOSFETs (212) zwischen die Source-Anschlüsse des ersten und zweiten Auswahl-n-Kanal-MOSFETs und einem logischen Low-Pegel gekoppelt ist.A Current Controlled Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor MOSFET Circuit ( 200 ) fabricated on a silicon substrate, comprising: first and second n-channel MOSFETs ( 202 . 204 with their source terminals connected to a first node, whose gate terminals are coupled to receive first and second differential logic signals, and whose drain terminals are coupled to first and second output nodes, respectively; first and second RL circuits connected between the first and second output nodes and a logic high level, respectively; first and second capacitive loads (C L ), respectively, coupled to the output nodes; the circuit being characterized in that: a current source n-channel MOSFETs ( 212 ) is coupled between the source terminals of the first and second select n-channel MOSFETs and a logic low level. Die Schaltung nach Anspruch 1, worin: Die Größe von CL, R und L ungefähr gleich der Werte sind, die durch die Beziehung L = (0.35)*CLR2 bestimmt werden.The circuit of claim 1, wherein: the magnitudes of C L , R and L are approximately equal to the values defined by the relationship L = (0.35) * C L R 2 be determined. Eine stromgesteuerte Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor-MOSFET-Schaltung (200), die auf einem Siliziumsubstrat hergestellt ist, mit: einer Multiplexer-Schaltung, die erste und zweite n-Kanal-MOSFETs beinhaltet, wobei deren erste und zweite Ausgangsknoten einen True-Ausgang bzw. einen komplementären Ausgang aufweist; mit weiterhin: dritten und vierten n-Kanal-MOSFETs, wobei deren Source-Anschlüsse mit einem zweiten Knoten gekoppelt sind, deren Gate-Anschlüsse zum Empfangen eines zweiten Paars von differenziellen Logiksignalen gekoppelt sind und deren Drain- Anschlüsse mit den True-Ausgängen bzw. einem komplementären Ausgang gekoppelt sind; erste und zweite RL-Serienschaltungen entweder mit dem True-Ausgang oder mit dem komplementären Ausgang mit einem logischen High Pegel gekoppelt sind; einem ersten Auswahl-n-Kanal-MOSFET, der einen mit dem ersten Knoten gekoppelten Drain-Anschluss, einen Gate-Anschluss, der zum Empfangen eines ersten Auswahllogiksignals gekoppelt ist, und einem Source-Anschluss aufweist; und einen zweiten Auswahl-n-Kanal-MOSFET, der einen mit dem zweiten Knoten gekoppelten Drain-Anschluss, einen Gate-Anschluss, der zum Empfangen eines zweiten Auswahllogiksignals gekoppelt ist, und einen Source-Anschluss aufweist.A Current Controlled Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor MOSFET Circuit ( 200 ) fabricated on a silicon substrate, comprising: a multiplexer circuit including first and second n-channel MOSFETs, the first and second output nodes of which have a true output and a complementary output, respectively; further comprising: third and fourth n-channel MOSFETs having their source terminals coupled to a second node whose gate terminals are coupled to receive a second pair of differential logic signals and whose drain terminals are connected to the true outputs; coupled to a complementary output; first and second RL series circuits are coupled to either the true output or to the complementary output having a logic high level; a first select n-channel MOSFET having a drain coupled to the first node, a gate coupled to receive a first select logic signal, and a source; and a second select n-channel MOSFET having a drain coupled to the second node, a gate coupled to receive a second select logic signal, and a source. Schaltung nach Anspruch 3, weiterhin umfassend: erste und zweite kapazitive Lasten CL, die mit dem True-Ausgang bzw. dem komplementären Ausgang gekoppelt sind, wobei die Größe von CL, R und L ungefähr gleich den Werten sind, die von der Beziehung L = (0.35)*CLR2 angegeben sind.The circuit of claim 3, further comprising: first and second capacitive loads C L coupled to the true output and the complementary output, respectively, wherein the sizes of C L , R and L are approximately equal to the values determined by the relationship L = (0.35) * C L R 2 are given. Eine stromgesteuerte Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor-MOSFET Schaltung (200), die auf einem Siliziumsubstrat hergestellt ist, mit einem Flip-Flip, das ein erstes und ein zweites getaktetes Latch (802, 804) aufweist; wobei das erste getaktete Latch weiterhin aufweist: ersten und zweiten n-Kanal-MOSFETs, deren Source-Anschlüsse miteinander gekoppelt sind und deren Gate-Anschlüsse jeweils zum Empfangen eines Paars der differenziellen Logiksignalen gekoppelt sind und deren Drain-Anschlüsse mit einem ersten Ausgang bzw. einem zweiten Ausgang verbunden sind; einen ersten getakteten n-Kanal-MOSFET, der einen Drain-Anschluss, der mit den Source-Anschlüssen des ersten und des zweiten n-Kanal-MOSFETs gekoppelt ist, einen zum Empfangen eines ersten Taktsignals CK gekoppelten Gate-Anschluss und einen Source-Anschluss aufweist; dritte und vierte n-Kanal-MOSFETs, deren Source-Anschlüsse miteinander gekoppelt sind und deren Gate-Anschlüsse bzw. Drain-Anschlüsse kreuzverbunden mit dem ersten Ausgang und dem zweiten Ausgang sind; einen zweiten getakteten n-Kanal-MOSFET, der einen Drain-Anschluss, der mit den Source-Anschlüssen der dritten und vierten n-Kanal-MOSFETs gekoppelt ist, einen zum Empfangen eines zweiten Taktsignals CKP gekoppelten Gate-Anschluss und einen Source-Anschluss aufweist; wobei das zweite getaktete Latch weiterhin aufweist: fünfte und sechste n-Kanal-MOSFETs, deren Source-Anschlüsse miteinander verbunden sind, deren Gate-Anschlüsse zum Empfangen jeweils eines Paars von differenziellen Logiksignalen gekoppelt sind und deren Drain-Anschlüsse mit einem dritten Ausgang bzw. einem vierten Ausgang verbunden sind; einen dritten getakteten n-Kanal-MOSFET, der einen Drain-Anschluss, der mit den Source-Anschlüssen der fünften und sechsten n-Kanal-MOSFETs gekoppelt ist, einen zum Empfangen eines zweiten Taktsignals CKB gekoppelten Gate-Anschluss und einen Source-Anschluss aufweist; siebte und achte n-Kanal-MOSFETs, deren Source-Anschlüsse miteinander verbunden sind und deren Gate-Anschlüsse bzw. Drain-Anschlüsse kreuzverbunden mit dem dritten Ausgang und dem vierten Ausgang sind; einen vierten getakteten n-Kanal-MOSFET, der einen Drain-Anschluss, der mit den Source-Anschlüssen der siebten und achten n-Kanal-MOSFETs gekoppelt ist, einen zum Empfangen eines ersten Taktsignals CK gekoppelten Gate-Anschluss und einen Source-Anschluss aufweist; dritte und vierte LR-Reihenschaltungen, die jeweils den dritten Ausgang und den vierten Ausgang auf einen logischen High-Pegel koppeln; wobei die Gate-Anschlüsse der fünften und sechsten n-Kanal-MOSFETs in dem zweiten getakteten Latch mit dem ersten Ausgang bzw. dem zweiten Ausgang des ersten getakteten Latches gekoppelt sind.A Current Controlled Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor MOSFET Circuit ( 200 ) fabricated on a silicon substrate with a flip-flip having a first and a second clocked latch (FIG. 802 . 804 ) having; wherein the first clocked latch further comprises: first and second n-channel MOSFETs whose source terminals are coupled together and whose gate terminals are respectively coupled to receive a pair of the differential logic signals and whose drain terminals are connected to a first output; connected to a second output; a first clocked n-channel MOSFET having a drain connected to the sources of the first and second n-channel MOSFETs ge has a gate coupled to receive a first clock signal CK and a source terminal; third and fourth n-channel MOSFETs whose source terminals are coupled together and whose gate terminals and drain terminals, respectively, are cross-connected to the first output and the second output; a second clocked n-channel MOSFET having a drain coupled to the sources of the third and fourth n-channel MOSFETs, a gate coupled to receive a second clock signal CKP, and a source ; wherein the second clocked latch further comprises fifth and sixth n-channel MOSFETs whose source terminals are connected together, whose gate terminals are coupled to receive a pair of differential logic signals respectively, and their drain terminals are connected to a third output and connected to a fourth output; a third clocked n-channel MOSFET having a drain terminal coupled to the sources of the fifth and sixth n-channel MOSFETs, a gate terminal coupled to receive a second clock signal CKB, and a source terminal ; seventh and eighth n-channel MOSFETs whose sources are connected together and whose gate and drain are cross-connected to the third output and the fourth output; a fourth clocked n-channel MOSFET having a drain coupled to the sources of the seventh and eighth n-channel MOSFETs, a gate coupled to receive a first clock signal CK, and a source ; third and fourth LR series circuits each coupling the third output and the fourth output to a logic high level; wherein the gate terminals of the fifth and sixth n-channel MOSFETs in the second clocked latch are coupled to the first output and the second output of the first clocked latch, respectively. Die Schaltung nach Anspruch 3, weiterhin aufweisend: erste und zweite kapazitive Lasten CL, die den True-Ausgang bzw. den komplementären Ausgang des zweiten Latches koppeln, wobei die Größe von CL, R und L wenigstens gleich der Werte sind, die durch die Beziehung L = (0.35)*CLR2 bestimmt werden.The circuit of claim 3, further comprising: first and second capacitive loads C L coupling the true output and the complementary output of the second latch, respectively, wherein the magnitudes of C L , R and L are at least equal to the values defined by the relationship L = (0.35) * C L R 2 can be determined. Eine stromgesteuerte Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor-MOSFET Schaltung (200), die auf einem Siliziumsubstrat hergestellt ist mit: einer ersten implementierte Schaltung (40) mit ersten und zweiten Ausgangsknoten und Stromversorgungsknoten, die eine stromgesteuerte komplementäre Metalloxidhalbleiter-C3MOS-Logik mit induktiver Bandbreitenerweiterung verwendet, worin Logikpegel durch Stromsteuerung in einer oder zwei oder mehr Zweigen in Abhängigkeit der differenziellen Eingangssignale angezeigt werden und wobei die erste bzw. zweite seriell verbundene RL-Schaltung den ersten und zweiten Ausgangsknoten mit dem ersten und dem zweiten Stromversorgungsknoten verbindet, wobei die erste Schaltung zum Empfangen eines Eingangssignals mit einer ersten Frequenz und zum Erzeugen eines ersten Ausgangssignals mit einer zweiten Frequenz, die geringer als die erste Frequenz ist, eingerichtet ist; eine zweite implementierte Schaltung (42), die eine stromgesteuerte komplementäre Metalloxidhalbleiter-C3MOS-Logik verwendet, wobei die Logikpegel durch Stromsteuern in einem oder zwei oder mehreren Zweigen in Abhängigkeit der differenziellen Eingangssignale angezeigt werden, wobei die zweite Schaltung zum Empfangen des ersten Ausgangssignals und zum Erzeugen eines zweiten Ausgangssignals mit einer dritten Frequenz, die geringer als die zweite Frequenz ist, eingerichtet ist; und eine dritte implementierte Schaltung (44), die herkömmliche komplementäre Metalloxidhalbleiter-CMOS-Logik verwendet, wobei im Wesentlichen kein statischer Strom verbraucht wird und die zweite Schaltung zum Empfangen und Verarbeiten des Ausgangssignals mit der dritten Frequenz konfiguriert ist.A Current Controlled Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor MOSFET Circuit ( 200 ) fabricated on a silicon substrate, comprising: a first implemented circuit ( 40 ) having first and second output nodes and power supply nodes using a current controlled complementary metal oxide semiconductor C 3 MOS inductive bandwidth extension logic, wherein logic levels are indicated by current control in one or two or more branches in response to the differential input signals, and wherein the first and second RL circuit connected in series connects the first and second output nodes to the first and second power supply nodes, the first circuit receiving an input signal having a first frequency and generating a first output signal having a second frequency less than the first frequency; is set up; a second implemented circuit ( 42 ) using a current controlled complementary metal oxide semiconductor C 3 MOS logic, wherein the logic levels are indicated by current controlling in one or two or more branches in response to the differential input signals, the second circuit receiving the first output signal and generating a second output signal having a third frequency less than the second frequency; and a third implemented circuit ( 44 ) using conventional complementary metal oxide semiconductor CMOS logic, wherein substantially no static current is consumed and the second circuit is configured to receive and process the output signal at the third frequency. Die MOSFET-Schaltung von Anspruch 4, wobei die erste Schaltung eine Eingangsschaltung aufweist, die unter Verwendung einer C3MOS-Logik mit induktiver Bandbreitenerweiterung implementiert ist und die zum Deseriellwandeln des Eingangssignals in eine Mehrzahl von Signalen mit geringerer Frequenz eingerichtet ist.The MOSFET circuit of claim 4, wherein the first circuit comprises an input circuit implemented using C 3 MOS inductive bandwidth extension logic and configured to deserialize the input signal into a plurality of lower frequency signals. Die MOSFET-Schaltung nach Anspruch 5, wobei die zweite Schaltung eine herkömmliche CMOS-Logik aufweist, die zum Verarbeiten der Mehrzahl von Signalen mit geringerer Frequenz zum Erzeugen einer Mehrzahl von verarbeiteten Signalen mit geringerer Frequenz eingerichtet ist.The MOSFET circuit of claim 5, wherein the second Circuit a conventional CMOS logic having for processing the plurality of signals with a lower Frequency for generating a plurality of processed signals with lower frequency is set up. MOSFET-Schaltung nach Anspruch 4, wobei die Schaltung einen Transceiver aufweist und der Transceiver aufweist: einen ersten Eingangs-Deseriell-Wandler, der mittels C3MOS-Logik mit induktiver Bandbreitenerweiterung implementiert ist und zum Empfangen des Eingangssignals mit der ersten Frequenz und zum Erzeugen einer Mehrzahl von parallelen ersten Signalen bei einer zweiten Frequenz eingerichtet ist; einen zweiten Eingangs-Deseriell-Wandler, der mittels C3MOS-Logik implementiert ist und zum Empfangen des ersten Ausgangssignals mit der zweiten Frequenz und zum Erzeugen einer Mehrzahl von parallelen dritten Signalen bei der dritten Frequenz eingerichtet ist; eine Kernschaltung, die mittels CMOS-Logik implementiert ist und mit dem Eingangs-Deseriell-Wandler gekoppelt ist, wobei die Kernschaltung zum Verarbeiten der Mehrzahl von parallelen Signalen bei der dritten Frequenz eingerichtet ist; einen ersten Ausgangs-Seriell-Wandler, der mittels C3MOS-Logik implementiert ist und mit der Kernschaltung gekoppelt ist, wobei der Seriell-Wandler zum Empfangen der Mehrzahl von parallelen Signalen und zum Erzeugen einer Mehrzahl von parallelen zweiten Ausgangssignalen bei der zweiten Frequenz eingerichtet ist; und einen zweiten Ausgangs-Seriell-Wandler, der mittels C3MOS-Logik mit induktiver Bandbreitenerweiterung implementiert ist und mit dem ersten Seriell-Wandler gekoppelt ist, wobei der zweite Seriell-Wandler zum Empfangen der Mehrzahl von parallelen zweiten Signalen und zum Erzeugen eines einzigen Ausgangssignals bei der ersten Frequenz eingerichtet ist.The MOSFET circuit of claim 4, wherein the circuit comprises a transceiver and the transceiver comprises: a first input-to-serial converter implemented by means of C 3 MOS inductive bandwidth extension logic and for receiving the input signal at the first frequency and for generating a plurality of parallel first signals at a second frequency is set up; a second input-to-serial converter implemented by means of C 3 MOS logic and for receiving the first output signal at the second frequency and generating a plurality of paral lelen third signals at the third frequency is set up; a core circuit implemented by CMOS logic and coupled to the input-to-serial converter, the core circuit being arranged to process the plurality of parallel signals at the third frequency; a first output-to-serial converter implemented by C 3 MOS logic and coupled to the core circuit, the serial converter configured to receive the plurality of parallel signals and generate a plurality of parallel second output signals at the second frequency is; and a second output-to-serial converter implemented by means of C 3 MOS inductive bandwidth extension logic and coupled to the first serial converter, the second serial converter for receiving the plurality of parallel second signals and generating a single one Output signal is set at the first frequency.
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