R3 5 8 8 R2
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0 . 2
↑ c ω
セ ル の 動 作 マ ー ジ ン に 影 響 さ れ な い と 言 う 利 点 を 持 つ 。
次 に 駆 動 回 路 に 入 力 信 号 11 n 1が 印 加 さ れ た 場 合 の 各 抵 抗 及 び 各 ゲ ー ト 回 路 に 流 れ る 電 流 の 様 子 を 図 5‑5に 示 す 。 上 か ら 抵 抗 R1， R 3、 ゲ ー ト 回 路 G3、
G4に 流 れ る 電 流 で あ る 。 特 徴 的 な こ と は 出 力 電 流 で あ る R 3に 流 れ る 電 流 よ り グ ー ト 回 路 G 4に 流 れ る 電 流 の ほ う が 大 き な 発 振 を 起 こ し て い る こ と で あ る 。 この原因としては、 G 4の と こ ろ で グ ラ ン ド に 終 端 さ れ て い る た め に 起 こ っ て い る 反 射 の 影 響 が 考 え ら れ る 。 発 振 の 周 期 は お よ そ Y L ; で (L : 負 荷 イ ン ダ ク タンス、 C:負 荷 容 量 〉 で あ る 。
試 作 プ ロ セ ス は 記 憶 セ ル の 試 作 プ ロ セ ス と 同 様 で あ り 、 第 3章 に 詳 し く 述 べ ら れ て い る の で こ こ で は 省 略 す る 。 周 辺 回 路 は 記 憶 セ ル 行 列 と 同 平 面 に 配 置 さ れ る の で 当 然 の こ と で は あ る が 、 記 憶 セ ル の 試 作 プ ロ セ ス と 同 様 の プ ロ セ ス で な け れ ば な ら な い 。 N bを 超 伝 導 配 線 に 用 い て 、 平 坦 化 技 術 を 採 用 し て い る 。
図5‑8に 本 駆 動 回 路 の 測 定 結 果 を 示 す 。 準 静 的 な パ ル ス 入 力 に よ る フ ァ ン ク シ ョ ン テ ス ト の 結 果 で あ る 。 パ ル ス 列 の 上 よ り 、 ゲ ー ト 電 流 1& 1、 1& 2、 入 力 信 号 11 n 1、 11 n 2、 負 荷 抵 抗 R l，R 2， R 3の 両 端 の 電 圧 で あ る 。 入 力 電 流11 n 1が 印 加 さ れ た と き に は 、 ゲ ー ト 回 路 G 1， G 3が ス イ ッ チ し て 負 荷 抵 抗 R 1， R 3に 電 流 が 流 れ て い る こ と が 示 さ れ て い る 。 反 対 に 入 力 電 流 11 n 2が 印 加 さ れ た と き に は 、 ゲ ー ト 回 路G 2， G 4が ス イ ッ チ し て 負 荷 抵 抗 R 2， R 3 に 電 流 が 流 れ て い る 。 図 に 示 す よ う に 入 力 信 号 に よ り 極 性 が 反 転 し た 出 力 電 流 が 負 荷 抵 抗R 3に あ ら わ れ て お り 、 正 常 に 動 作 し て い る こ と が 示 さ れ て い る 。 続 い て 、 本 回 路 の 動 作 マ ー ジ ン を 図 5‑7に 示 す 。 通 常 、 記 憶 回 路 に お い て 駆 動 回 路 の 入 力 信 号 は デ コ ー ダ 回 路 の 出 力 信 号 が 印 加 さ れ 、 ゲ ー ト 電 流 と は 独 立 で あ る 。 従 っ て 、 図 に 示 す 様 に グ ー ト 電 流 の 動 作 マ ー ジ ン は 1& 1、 1& 2と も に 約:t4 3 %となる。
5. 1. 2 デ コ ー ダ 回 路
ア ド レ ス 信 号 を 発 生 す る デ コ ー ダ 回 路 は 論 理 回 路 で あ り 、 加 算 器 、 乗 算 器 な
ー 134‑
(psec) (d
E}
︿F
江 ) 一 {d E} (の 江 ) 一
( psec)
ゲ ー ト に 流 れ る 電 流 波 形 (psec)
(psec) 500
極 性 切 換 型 駆 動 回 路 の 各 抵 抗 、 図 5‑5.
。 。
( q E } ( の ︒
﹀ 一 ( q E }
( 寸
O)
一
G4に 流 れ る 電 流 を ( 計 算 機 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ る 〉
ゲ ー ト 回 路 G 3、 R 2、
上 よ り 抵 抗 R 1、
示す。
135 ‑
I g 1 I g 2 l i n 1 l i n 2 V(R 1 ) V(R2) V(R3)
I g 1 ， lg2:0.2mA/ d i v . l i n 1 ， lin2:0.5mA/ d i v . V:2mV / d i v .
図5‑ 8. 極 性 切 換 型 駆 動 回 路 の 測 定 結 果
出 力 電 圧 は 各 抵 抗 の 両 端 を 差 動 増 幅 器 を 用 い て 測 定 し た も の で ある。
‑136 ‑
0.3
0 . 1
( ︽ ε ) { ω J O H }
を ω υ ω と コ
↑ 0
0
0 . 5 0 . 4
0 . 3 O . 1 0.2
。
A m
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'E A
極 性 切 換 型 駆 動 回 路 の 動 作 マ ー ジ ン 斜 線 部 分 が 動 作 領 域 を 示 す 。
図 5‑7.
‑137 ‑
ど の 論 理 集 積 回 路 と 同 様 の 設 計 思 想 で 高 速 化 を 図 る こ と が で き る 。 こ こ で はR
CJL
フ ァ ミ リ ー13)を 基 本 ゲ ー ト と し 、AC
駆 動 、 デ ュ ア ル レ ー ル 方 式 ( 真 、 補 の 信 号 を 同 時 に 発 生 し な が ら 信 号 が 伝 搬 し て い く 方 式 〉 を 採 用 し 、 デ コ ー ダ 回 路 を 設 計 す る 。 す で に 同 様 に R C J Lゲ ー ト 回 路 を 用 い て 1K b i t記 憶 回 路 用 の デ コ ー ダ 回 路 は 設 計 さ れ て い る 85)0 4 K b i t記 憶 回 路 用 の デ コ ー ダ 回 路はAから Fま で の 6入 力 に よ り 84ビ ッ ト の 出 力 を 発 生 す る 。 さ ら に 読 み 出し 、 書 き 込 み の 記 憶 動 作 を 制 御 す る R / W信 号 を 加 え る と 、 7入 力 一 1 2 8出 力 の デ コ ー ダ 回 路 と な る 。 す な わ ち
O u t l = A・B・C ・D . E . F・(R/W) O u t 2 = A・B・C ・D . E . F・(R/W)
O u t 1 2 8 = A・B・C・D ・E ・ F ・ (R/W)
で あ る 。 こ の よ う に 基 本 的 に は 各 入 力 信 号 の 真 、 補 の 信 号 の A N D論 理 の 繰 り 返 し で 構 成 さ れ る 。 基 本 ゲ ー ト と し て は A N Dゲ ー ト 回 路 の ほ か 、 入 出 力 分 離
を図る O Rグ ー ト 回 路 、 多 フ ァ ン ア ウ ト に 対 応 す る た め に 出 力 電 流 を 増 幅 す る ための B U Fゲ ー ト 回 路 が あ る 。
ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 は 基 本 的 に は 2端 子 素 子 で あ る の で ト ラ ン ジ ス タ の よ う な ゲ ー ト 回 路 と し て 働 く 機 能 は な い 。 そ こ で RCJLゲ ー ト 回 路 の よ う に ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 を 複 数 個 組 み 合 わ せ て ゲ ー ト 回 路 を 構 成 す る 。 ゲ ー ト 回 路 と し て 必 要 な 要 素 は 入 出 力 の 分 離 機 能 と 入 力 の 増 幅 作 用 に あ る 。 ひ と つ の ゲ ー ト 回 路 に は 複 数 の フ ァ ン イ ン と フ ァ ン ア ウ ト が 存 在 す る た め 、 入 出 力 信 号 の 分 離 機 能 が 不 十 分 で あ る と 、 ひ と つ の ゲ ー ト 回 路 の ス イ ッ チ が そ の ゲ ー ト 回 路 に つ な が る 他 の ゲ ー ト 回 路 に 影 響 を 及 ぼ し 、 誤 動 作 の 原 因 と な る 。 こ こ で 用 い る R C J L
ゲ ー ト 回 路 の 場 合 に はA N D回 路 に は 入 出 力 分 離 の 機 能 は な く O R回 路 に 入 出 力 分 離 の 機 能 が あ る 。 従 っ て 、 回 路 構 成 と し て 基 本 的 な 形 は A N D ‑ O R型 か OR‑AND型となる。 B U F回 路 に も 入 出 力 分 離 の 機 能 は 備 え ら れ て い な い が、 B U F回 路 は A N D回 路 の 後 段 に の み 用 い ら れ 、 信 号 の 増 幅 作 用 を 果 た す ものであるため、 A N D ‑ O Rゲ ー ト 回 路 も し く は O R ‑ A N Dゲ ー ト 回 路 に
‑138 ‑
入 出 力 分 離 の 機 能 が あ れ ば 問 題 は な い 。
さて A N D ‑ O Rゲ ー ト 回 路 と O R ‑ A N Dゲ ー ト 回 路 と の 違 い に つ い て 検 討してみる。 A N D ‑ O Rゲ ー ト 回 路 は A N D回 路 の 出 力 の 後 に 1個 の O R回 路 を 設 け る も の で A N D回 路 の 2個 の 入 力 線 の そ れ ぞ れ に O R回 路 を 設 け る O R ‑ A N Dゲ ー ト 回 路 に 比 べ O R回 路 の 個 数 を 少 な く で き る た め 、 小 型 化 、 歩 留 ま り の 点 で 有 利 で あ る 。 従 来 検 討 さ れ た 1K b i t記 憶 回 路 用 の デ コ ー ダ 回 路ではA N Dー O R型 の ゲ ー ト 回 路 を 基 本 と し て 設 計 さ れ た 86)。 し か し な が ら 、 本 デ コ ー ダ 回 路 で は 次 の 理 由 に よ り O R ‑ A N Dゲ ー ト 回 路 を 基 本 ゲ ー ト と し て 採 用 す る 。 す な わ ち 、 図 5 ‑ 8に 示 す よ う な A N D ‑ O Rゲ ー ト 回 路 を 考 え る。この時、 A N D 1に2つ の 入 力 が 印 加 さ れ 、 A N D 1が ス イ ッ チ し た と す る と 、 そ れ に よ り O R 1から A N D 1へ の 入 力 ラ イ ン の 負 荷 抵 抗 が 増 加 す る 。 従って、
o
R 1から A N D 2ヘ 印 加 さ れ て い た 電 流 が 増 加 し 、 A N D 2が 誤 動 作 す る 可 能 性 が あ る 。 例 え ば 、o
R 1とA N D 1、 2の 負 荷 抵 抗 を 同 じ rに、また O R 2の 出 力 電 流 値 を 10 u tと仮定すると、 A N D 2へ の 入 力 電 流 は I o u t / 2であるが、 A N D 1が ス イ ッ チ す る と A N D 1側 の O R 1の 負 荷 抵 抗は 2rとなり、 A N D 2へ の 入 力 電 流 は (2/3) Ioutへ と 変 化 す る 。 すなわち、 A N D 2へ の 入 力 電 流 はA N D 1が ス イ ッ チ す る 前 の 約 3 0 %ほど 増 加 す る こ と と な り 、 A N D 2の 動 作 マ ー ジ ン を 著 し く 狭 め る 結 果 と な る 。 こ の こ と を 防 ぐ た め に は O R 1を 定 電 圧 領 域 す な わ ち ギ ャ ッ プ 電 圧 領 域 で 動 作 さ せ る こ と と O R ‑ A N D型 の 回 路 構 成 に す る こ と が 考 え ら れ る 。 前 者 の 方 法 は
o
R 1の 出 力 電 圧 が 定 電 圧 で あ れ ばO R 1から A N D 2へ の 入 力 電 流 は A N D lの オ ン オ フ に 関 わ ら ず 一 定 と な る 。 し か し な が ら 、 こ の 方 法 は O R 1の 負 荷 抵 抗 を 大 き く し 、 回 路 の 高 速 性 を 損 な う ば か り で な く 、o
R 1で の バ イ ア ス 電 流 の リ ー ク も 大 き く な る 。 こ の た め 、 こ こ で は A N D ‑ O R型ではなく、 O R‑ A N D裂 の 回 路 構 成 を 基 本 と す る 。
デ コ ー ダ 回 路 を 高 速 化 す る た め に は 各 ゲ ー ト 回 路 を 高 速 動 作 可 能 な よ う に 設 計 す る と と も に 、 全 体 の 段 数 を で き る だ け 少 な く す る こ と が 重 要 で あ る 。 例 え ば 、 出 力
o
u t 1を 得 る た め に はo
u t 1= ( (
(A . B) ・(C・D)) ・ ((E ・ F) ・(R/W) ) の よ う に 最 小 3段 で 構 成 す る こ と が で き る 。 図 5‑9に7 ‑ 1 2 8デ コ ー ダ 回‑139 ‑