DE102007040380A1

DE102007040380A1 - Ausgangsschaltung einer Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102007040380A1
Application number: DE102007040380A
Authority: DE
Inventors: Hiroto Kinoshita; Hiroki Fujisawa
Original assignee: Elpida Memory Inc
Current assignee: Micron Memory Japan Ltd
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2007-08-27
Publication date: 2008-04-10
Also published as: JP4199789B2; US8085061B2; JP2008060679A; US20080054937A1; CN101136238A

Abstract

Eine Ausgangsschaltung eines Halbleiters hat Einheitspuffer, jeder Einheitspuffer hat Transistoren und Widerstände, die zwischen einen Stromquellenanschluss VDDQ und einen Ausgangsanschluss DQ geschaltet ist, und Transistoren und Widerstände, die zwiusgangsanschluss DQ geschaltet sind. Die Ein-Widerstandswerte der in den Einheitspuffern enthaltenen Transistoren sind einander im Wesentlichen gleich und die Widerstandswerte der in den Einheitspuffern enthaltenen Widerstände sind zueinander unterschiedlich. Eine Abweichung der Impedanzen als Eigenschaft eines Stromquellenwiderstands kann basierend auf einer Differenz zwischen den Widerstandswerten der Widerstände ausgeglichen werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgangsschaltung einer Halbleitervorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Ausgangsschaltung, die eine Ausgangsimpedanz umschalten kann. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Datenverarbeitungssystem, das eine Halbleiterspeichervorrichtung mit einer Ausgangsschaltung aufweist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In den vergangenen Jahren ist für die Datenübertragung zwischen Halbleitervorrichtungen (beispielsweise zwischen CPUs und Speichern) eine signifikant hohe Datenübertragungsrate erforderlich geworden. Um eine hohe Datenübertragungsrate zu bewerkstelligen, wird die Amplitude der Eingangs/Ausgangssignale zunehmend reduziert. Wenn die Eingangs/Ausgangssignale reduzierte Amplituden haben, wird die gewünschte Genauigkeit der Impedanzen der Ausgangspuffer schwierig.
Die Impedanz des Ausgangspuffers variiert in Abhängigkeit von den Prozessbedingungen während der Herstellung. Auch während ihrer tatsächlichen Benutzung wird die Impedanz des Ausgangspuffers durch Änderungen der Umgebungstemperatur und der Stromquellenspannung beeinflusst. Wenn eine hohe Impedanzgenauigkeit für den Ausgangspuffer erforderlich ist, werden Ausgangspuffer verwendet, die ihre Impedanz einstellen können ( japanische offengelegte Patentanmeldungen Nr. 2002-152032 , 2004-32070 , 2006-203405 und 2005-159702 ). Die Impedanz eines derartigen Ausgangspuf fers wird durch Schaltungen eingestellt, die im Allgemeinen als "Kalibrierschaltungen" bezeichnet werden.
Wie in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen Nr. 2006-203405 und 2005-159702 offenbart, hat die Kalibrierschaltung einen Replik-Puffer mit der gleichen Konfiguration wie der Ausgangspuffer. Wenn eine Kalibrieroperation durchgeführt wird, wobei ein externer Widerstand an einen Kalibrieranschluss angeschlossen ist, wird die Spannung des Kalibrieranschlusses mit der Referenzspannung verglichen und die Impedanz des Replik-Puffers wird entsprechend eingestellt. Das Ergebnis der Einstellung des Replik-Puffers wird dann in den Ausgangspuffer reflektiert und die Impedanz des Ausgangspuffers wird so auf den gewünschten Wert gesetzt.
Andererseits soll in einer Halbleitervorrichtung, wie beispielsweise einem DRAM (dynamischer Direktzugriffsspeicher) die Impedanz der Ausgangsschaltung veränderbar sind. Um diese Anforderung zu erfüllen, ist es als geeignet betrachtet worden, mehrere Ausgangspuffer mit unterschiedlichen Impedanzen vorzusehen. Gemäß diesem Verfahren wird jedoch der Schaltungsumfang der Gesamtausgangsschaltung sehr groß und die Kalibrierschaltung muss für jeden Ausgangspuffer vorgesehen werden.
Um die vorstehenden Probleme zu lösen, werden nicht mehrere Ausgangspuffer mit unterschiedlichen Impedanzen bereitgestellt, sondern es werden mehrere Einheitspuffer, die jeweils die gleiche Konfiguration haben, bereitgestellt und die Anzahl der parallel verwendeten Einheitspuffer kann in Übereinstimmung mit den spezifizierten Impedanzen geändert werden. Gemäß diesem Verfahren kann, wenn die Impedanz eines Einheitspuffers gleich X ist, die Ausgangsimpedanz auf X/Y unter Verwendung von Y parallelen Ausgangspuffern gesetzt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Als Ergebnis der Nachforschungen, die die vorliegenden Erfinder bezüglich des Verfahrens zur Verwendung von Einheitspuffern parallel zueinander durchgeführt haben, ist es jedoch klar geworden, dass der Fehler der Ausgangsimpedanz zusammen mit dem Ansteigen der Anzahl von parallel verwendeten Einheitspuffern groß wird.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Impedanzgenauigkeit einer Ausgangsschaltung, deren Ausgangsimpedanz unter Verwendung von parallelen Einheitspuffern veränderbar ist, zu erhöhen.
Die vorliegenden Erfinder haben Nachforschungen bezüglich der Ursachen für die Erhöhung der Fehler in den Ausgangsimpedanzen zusammen mit dem Ansteigen der Anzahl der parallel verwendeten Einheitspuffer durchgeführt. Als Ergebnis haben die vorliegenden Erfinder herausgefunden, dass ein zwischen dem Stromquellenanschluss und der Ausgangsschaltung vorhandener Stromquellenwiderstand eine Hauptursache für die Erhöhung der Fehler ist. Die vorliegende Erfindung wurde basierend auf diesem technischen Wissen erzielt.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung können durch eine Ausgangsschaltung einer Halbleitervorrichtung gelöst werden, die eine Anzahl von parallel geschalteten Einheitspuffern aufweist, wobei jeder Einheitspuffer Transistor und Widerstand in Reihe zwischen einem Stromquellenanschluss und einem Ausgangsanschluss geschaltet hat, wobei
die EIN-Widerstandswerte der Transistoren, die in der Anzahl von Einheitspuffern enthalten sind, einander im Wesentlichen gleich sind, und aus der Anzahl von Einheitspuffern die Widerstandswerte der Widerstände, die in mindestens zwei Einheitspuffern enthalten sind, zueinander unterschiedlich sind.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung können auch durch eine Ausgangsschaltung einer Halbleitervorrichtung gelöst werden, mit:
einem ersten Ausgangspuffer mit einem Einheitspuffer mit einer Reihenschaltung aus Transistor und Widerstand;
einem zweiten Ausgangspuffer mit m Einheitspuffern, die parallel geschaltet sind, wobei jeder Einheitspuffer eine Reihenschaltung aus Transistor und Widerstand hat; und
einem dritten Ausgangspuffer mit n Einheitspuffern, die parallel geschaltet sind, wobei jeder Einheitspuffer eine Reihenschaltung aus Transistor und Widerstand hat, wobei
die EIN-Widerstandswerte der Transistoren, die in den ersten bis dritten Ausgangspuffern enthalten sind, im Wesentlichen einander gleich sind,
die Widerstandswerte der in dem zweiten Ausgangspuffer enthaltenen Widerstände im Wesentlichen einander gleich sind,
die Widerstandswerte der in dem dritten Ausgangspuffer enthaltenen Widerstände im Wesentlichen einander gleich sind, und
die Widerstandswerte von mindestens den zwei Widerständen, die in den ersten bis dritten Ausgangspuffern enthalten sind, zueinander unterschiedlich sind.
Die Widerstandswerte der Widerstände, die in dem ersten Ausgangspuffer enthalten sind, können sich von den Widerstandswerten der Widerstände, die in dem dritten Ausgangspuffer enthalten sind, unterscheiden. Die Widerstandswerte der Widerstände, die in dem zweiten Ausgangspuffer enthalten sind, können sich von den Widerstandswerten der Widerstände, die in dem dritten Ausgangspuffer enthalten sind, unterscheiden. Vorzugsweise sind die Widerstandswerte der Widerstände im dritten Ausgangspuffer niedriger als mindestens einer der Widerstandswerte der Widerstände, die in den ersten und zweiten Ausgangspuffern enthalten sind.
Für den Fall, dass m gleich 2 ist und n gleich 3 ist, kann, wenn ein Einheitspuffer verwendet wird, der erste Ausgangspuffer gewählt werden, wenn zwei Einheitspuffer verwendet werden, der zweite Ausgangspuffer gewählt werden, wenn drei Einheitspuffer verwendet werden, können der erste und der zweite Ausgangspuffer gleichzeitig gewählt werden, wenn vier Einheitspuffer verwendet werden, können der erste und der dritte Ausgangspuffer gleichzeitig gewählt werden, wenn fünf Einheitspuffer verwendet werden, können der zweite und dritte Ausgangspuffer gleichzeitig gewählt werden und wenn sechs Einheitspuffer verwendet werden, können die ersten bis dritten Ausgangspuffer gleichzeitig gewählt werden.
Wie vorstehend erläutert, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Abweichung der Impedanzen, die dem Stromquellenwiderstand zuschreibbar ist, versetzt werden, weil die Widerstandswerte der in den Einheitspuffern enthaltenen Widerstände unterschiedlich sind. Selbst wenn die Anzahl der parallel verwendeten Einheitspuffer groß ist, kann daher die Impedanz der Ausgangsschaltung annähernd auf einen gewünschten Wert gesetzt werden.
Ferner kann durch Ausführen der exakten Kalibrieroperation die Datenübertragungsgeschwindigkeit am System erhöht werden und es kann ein System mit einer höheren Datenverarbeitungsgeschwindigkeit konfiguriert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen im Einzelnen hervor, in welchen zeigt:
1 ein Blockschaltbild einer Konfiguration einer Ausgangsschaltung (einer Eingangs- und Ausgangsschaltung) einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Schaltbild eines in der 1 gezeigten Einheitspuffers;
3 ein äquivalentes Schaltbild des in der 1 gezeigten Einheitspuffers;
4 ein Schaltbild einer in der 1 gezeigten Kalibrierschaltung;
5 ein Schaltbild einer in der 4 gezeigten Pull-up-Schaltung;
6 ein Schaltbild einer in der 4 gezeigten Pull-down-Schaltung;
7 ein äquivalentes Schaltbild der in der 5 gezeigten Pull-up-Schaltung;
8 ein Schaltbild der in der 1 gezeigten Vorstufenschaltung;
9 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Kalibrieroperation;
10 eine grafische Darstellung eines Beispiels der Änderung des Potentials an dem Kalibrieranschluss während der Kalibrieroperation;
11 eine grafische Darstellung eines weiteren Beispiels einer Potentialänderung an dem Kalibrieranschluss während der Kalibrieroperation;
12 ein Blockschaltbild einer Konfiguration einer Ausgangsschaltung (einer Eingangs- und Ausgangsschaltung) einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 ein äquivalentes Schaltbild des in der 12 gezeigten Ausgangspuffers;
14 eine Tabelle, die die Beziehung zwischen einer Zielausgangsimpedanz und einem zu betreibenden Ausgangspuffer zeigt;
15 ein Blockschaltbild einer Konfiguration eines Datenverarbeitungssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
16 ein modifiziertes äquivalentes Schaltbild der Einheitspuffer; und
17 ein Schaltbild, das ein Beispiel der wechselseitigen Verbindung der Einheitspuffer im Inneren der Schaltung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es werden nun bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen anhand der Zeichnungen erläutert.
1 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration einer Ausgangsschaltung (einer Eingangs- und Ausgangsschaltung) 100 einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in der 1 gezeigt, hat die Ausgangsschaltung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung n Einheitspuffer 111 bis 11n in und einen Eingangspuffer 120, die mit einem Aus gangsanschluss DQ verbunden sind, und eine Kalibrierschaltung 130, die mit einem Kalibrieranschluss ZQ verbunden ist. Der Eingangspuffer 120 wird zum Dateneingabezeitpunkt aktiviert. Da die Einzelheiten der Schaltungskonfiguration und des Dateneingabevorgangs in den Eingangspuffer 120 sich nicht direkt auf den Inhalt der vorliegenden Erfindung beziehen, wird deren Erläuterung in der vorliegenden Beschreibung weggelassen.
2 ist ein Schaltbild des Einheitspuffers 111.
Wie in der 2 gezeigt, hat der Einheitspuffer 111 mehrere (bei der vorliegenden Ausführungsform fünf) P-Kanal-MOS-Transistoren 211 bis 215, die parallel geschaltet sind, mehrere (fünf bei der vorliegenden Ausführungsform) N-Kanal-MOS-Transistoren 221 bis 225, die parallel geschaltet sind, und Widerstände R1 und R2, die zwischen den Transistoren 211 bis 215 und den Transistoren 221 bis 225 in Reihe geschaltet sind. Ein Kontaktpunkt zwischen dem Widerstand R1 und dem Widerstand R2 ist mit dem Datenanschluss DQ verbunden. Von dem Einheitspuffer 111 bildet ein Teil, der die P-Kanal-MOS-Transistoren 211 bis 215 und den Widerstand R1 umfasst, eine Pull-up-Schaltung PU. Ein Teil, der die N-Kanal-MOS-Transistoren 221 bis 225 und den Widerstand R2 umfasst, bildet eine Pull-down-Schaltung PD.
Den Gates der Transistoren 211 bis 215 werden fünf Betriebssignale 141P1 bis 141P5, die das Betriebssignal 141P bilden, zugeführt. Den Transistoren 221 bis 225 werden fünf Betriebssignale 141N1 bis 141N5, die das Betriebssignal 141N bilden, zugeführt. Basierend auf dieser Anordnung können die zehn Transistoren, welche in dem Einheitspuffer 111 auf der Basis von zehn Betriebssignalen, die die Betriebssignale 141P1 bis 141P5 und die Betriebssignale 141N1 bis 141N5 umfassen, individuell ein/aus gesteuert werden.
Die die Transistoren 211 bis 215 umfassende Parallelschaltung und die die Transistoren 221 bis 225 umfassende Parallelschaltung sind so gestaltet, dass sie während der Stromleitungszeit einen Widerstand r_mos haben.
Der EIN-Widerstand der Transistoren variiert jedoch in Abhängigkeit von den Herstellungsbedingungen und variiert auch in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und der Stromversorgungsspannung während des Betriebs. Daher wird nicht immer eine gewünschte Impedanz erzielt. Um r_mos auf die Impedanz zu setzen, muss die Anzahl der eingeschalteten Transistoren eingestellt werden. Zu diesem Zweck werden die Parallelschaltungen, welche mehrere Transistoren umfassen, verwendet.
Um die Impedanz fein und in einem weiten Bereich einzustellen, ist es vorzuziehen, ein W/L-Verhältnis (ein Verhältnis der Gate-Breite zur Gate-Länge) der Anzahl von Transistoren, welche die Parallelschaltung bilden, gegenseitig unterschiedlich zu gestalten. Vorzugsweise wird die Leistungsgröße von zwei verwendet. Wenn unter Berücksichtigung dieses Punktes gemäß der vorliegenden Ausführungsform das W/L-Verhältnis des Transistors 111 gleich "1" ist, werden die W/L-Verhältnisse der Transistoren 212 bis 215 auf "2", "4", "8" bzw. "16" gesetzt (Die Werte der W/L-Verhältnisse sind Relativwert und repräsentieren kein tatsächliches W/L-Verhältnis. Dies gilt ähnlich für die folgenden Erläuterungen). Durch geeignete Wahl der Transistoren, die basierend auf den Betriebssignalen 141P1 bis 141P5 und den Betriebssignalen 141N1 bis 141N5 eingeschaltet werden, kann der Ein-Widerstand der Parallelschaltung ungeachtet der Variation infolge der Herstellungsbedingungen und einer Temperaturänderung auf im Wesentlichen r_mos fixiert werden. Der Widerstand r_mos ist beispielsweise auf 120 Ω gesetzt.
Ein Widerstandswert des Widerstands R1 ist auf einen Wert annähernd gleich dem des Ein-Widerstands r_mos der Parallelschaltung, beispielsweise 120 Ω gesetzt. Wenn demgemäß wenigstens die Pull-up-Schaltung PU oder die Pull-down-Schaltung PD in den Ein-Zustand gelangt, wird die Impedanz des Einheitspuffers 111, vom Ausgangsanschluss DQ aus gesehen, 240 Ω. Als Widerstand R1 kann beispielsweise Wolfram (W) verwendet werden.
Jeder der anderen Einheitspuffer 112 bis 11n hat ebenfalls annähernd die gleiche Schaltungskonfiguration wie diejenige des in der 2 gezeigten Einheitspuffers 111.
Bezüglich der Betriebssignale werden entsprechende Betriebssignale 142P, 142N bis 14nP und 14nN anstatt der Betriebssignale 141P und 141N verwendet. Die Widerstände R2 bis Rn werden anstatt des Widerstands R1 verwendet.
3 ist eine Äquivalentschaltung der Einheitspuffer 111 bis 11n.
In der 3 sind in den Einheitspuffern 111 bis 11n in enthaltene parallele Transistoren äquivalent als ein Transistor ausgedrückt. Beispielsweise entspricht ein in der 3 gezeigter Transistor 111P den Transistoren 211 bis 215, die in dem Einheitspuffer 111 enthalten sind, und ein in der 3 gezeigter Transistor 111N entspricht den Transistoren 221 bis 225, die in dem Einheitspuffer 111 enthalten sind. Ähnlich entsprechen die Transistoren 112P und 112N zwei Parallelschaltungen, die in dem Einheitspuffer 112 enthalten sind, und die Transistoren 11nP und 11nN entsprechen den zwei Parallelschaltungen, die in dem Einheitspuffer 11n in enthalten sind.
Wie in der 3 gezeigt, sind die Einheitspuffer 111 bis 11n in jeweils zwischen einen Stromquellenanschluss VDDQ und einen Stromquellenanschluss (ein Masseanschluss) VSSQ geschaltet. Auf dem Chip ist jedoch zwischen dem Stromquellenanschluss VDDQ und den Einheitspuffern 111 bis 11n in und zwischen dem Stromquellenanschluss VSSQ und den Einheitspuffern 111 bis 11n in ein gewisser Abstand. Daher ist zwischen dem Stromquellenanschluss und den Einheitspuffern jeweils eine vorbestimmte Widerstandskomponente r_p (ein Stromquellenwiderstand) vorhanden. Zwischen den Einheitspuffern ist auch eine gewisse Widerstandskomponente vorhanden. Die Einheitspuffer 111 bis 11n sind jedoch gemeinsam an einer Position auf dem Chip angeordnet, das heißt, in der Nähe des Ausgangsanschlusses DQ. Daher kann die Widerstandskomponente zwischen den Einheitspuffern im Wesentlichen unberücksichtigt bleiben.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Widerstandswert der Widerstände R1 bis Rn, die in den Einheitspuffern 111 bis 11n in enthalten sind, jeweils auf R1 > R2 >, ... Rn gesetzt. Wie vorstehend beschrieben, ist der Widerstandswert des Widerstands R1 so gesetzt, dass er im Wesentlichen den gleichen Wert wie der Widerstand r_mos der Paral lelschaltung hat. Daher sind die Widerstandswerte der anderen Widerstände R2 bis Rn etwas niedriger als der Widerstandswert des Widerstands R1 gesetzt.
Im Einzelnen ist ein Wert Rj-R(j+1) (wobei j ganze Zahlen von 1 bis n-1 bezeichnet) vorzugsweise größer als der Widerstand eines Stromquellenwiderstands r_p und beträgt vorzugsweise ungefähr das Zweifache des Widerstands des Stromquellenwiderstands r_p. Anders ausgedrückt, gilt vorzugsweise die folgende Beziehung: R1 ≈ R2 + 2r_p ≈ R3 + 4r_p ≈ ... ≈ Rn + 2r_p (n-1). Obwohl die Wirkung dieser Beziehung später im Einzelnen erläutert wird, wird es dadurch möglich, die Abweichung der Impedanzen, die auftreten, wenn die Einheitspuffer 111 bis 11n in parallel betrieben werden, zu versetzen.
4 ist ein Schaltbild der Kalibrierschaltung 130.
Wie in der 3 gezeigt, hat die Kalibrierschaltung 130 die Pull-up-Schaltungen 131 und 132, eine Pull-down-Schaltung 133, einen Zähler 134, der den Betrieb der Pull-up-Schaltungen 131 und 132 steuert, einen Zähler 135, der den Betrieb der Pull-down-Schaltung 133 steuert, einen Vergleicher 136, der den Zähler 134 steuert, und einen Vergleicher 137, der den Zähler 135 steuert.
5 ist ein Schaltbild der Pull-up-Schaltung 131.
Wie in der 5 gezeigt, hat die Pull-up-Schaltung 131 eine Schaltungsstruktur, die im Wesentlichen die gleiche wie die der Pull-up-Schaltung PU ist, die in dem Einheitspuffer 111 enthalten ist. Im Einzelnen hat die Pull-up-Schaltung 131 fünf P-Kanal-MOS-Transistoren 311 bis 315, die parallel geschaltet sind, und einen Widerstand R1, dessen eines Ende mit den Drains dieser Transistoren verbunden ist. Das andere Ende des Widerstands R1 ist mit einem Kalibrieranschluss ZQ verbunden.
Die in der Pull-up-Schaltung 131 enthaltenen Transistoren 311 bis 315 entsprechen den in der 2 gezeigten Transistoren 211 bis 215 und haben jeweils die gleiche Impedanz. Daher sind wie die W/L-Verhältnisse der Transistoren 211 bis 215 die W/L-Ver hältnisse der Transistoren 311 bis 315 ebenfalls auf "1", "2", "4", "8" bzw. "16" gesetzt. So lange als die Impedanzen im Wesentlichen gleich sind, müssen die Transistorgrößen der Transistoren 311 bis 315, die in der Pull-up-Schaltung 131 enthalten sind, nicht die gleichen wie die Transistorgrößen der Transistoren 211 bis 215, wie in der 2 gezeigt, sein und es können auch Schrumpf-Transistoren verwendet werden.
Der Widerstand R1 entspricht auch dem in der 2 gezeigten Widerstand R1. Daher ist der Widerstand des in der Pull-up-Schaltung 131 enthaltenen Widerstands R1 ebenfalls auf r_mos, beispielsweise 120 Ω gesetzt.
Der Zähler 134 versorgt die Gates der Transistoren 311 bis 315 jeweils mit Impedanzsteuersignalen DRZQP1 bis DRZQP5, steuert dadurch den Betrieb der Pull-up-Schaltung 131. Die Impedanzsteuersignale DRZQP1 bis DRZQP5 entsprechen den Betriebssignalen 141P1 bis 141P5.
Die Pull-up-Schaltung 132 hat ebenfalls die gleiche Schaltungsstruktur wie die in der 5 gezeigte Pull-up-Schaltung 131. Die Impedanzsteuersignale DRZQP1 bis DRZQP5 werden ebenfalls an die Gates der in der Pull-up-Schaltung 132 enthaltenen fünf Transistoren angelegt.
6 ist ein Schaltbild der Pull-down-Schaltung 133.
Wie in der 6 gezeigt, hat die Pull-down-Schaltung 133 eine Schaltungsstruktur im Wesentlichen gleich der der in dem Einheitspuffer 111 enthaltenen Pull-down-Schaltung PD. Im Einzelnen hat die Pull-down-Schaltung 133 fünf N-Kanl-MOS-Transistoren 321 bis 325, die parallel geschaltet sind, und einen Widerstand R1, dessen eines Ende mit den Drains dieser Transistoren verbunden ist.
Die in der Pull-down-Schaltung 133 enthaltenen Transistoren 321 bis 325 entsprechen den in der 2 gezeigten Transistoren 221 bis 225 und haben jeweils die gleiche Impedanz. Die Konfiguration der Pull-down-Schaltung 133 ist in dieser Hinsicht ähnlich wie die der Pull-up-Schaltung 131. Der Widerstand R1 entspricht ebenfalls dem in der 2 gezeigten Widerstand R1. Daher ist der Widerstand des in der Pull-down-Schaltung 133 enthaltenen Widerstands R1 ebenfalls auf r_mos, beispielsweise 120 Ω, gesetzt.
Der Zähler 135 speist die Gates der Transistoren 321 bis 325 jeweils mit Impedanzsteuersignalen DRZQN1 bis DRZQN5, steuert dadurch den Betrieb der Pull-down-Schaltung 133. Die Impedanzsteuersignale DRZQN1 bis DRZQN5 entsprechen den Betriebssignalen 141N1 bis 141N5.
Wie vorstehend erläutert, haben die Pull-up-Schaltungen 131 und 132 im Wesentlichen die gleichen Schaltungsstrukturen wie die der in dem Einheitspuffer 111 enthaltene Pull-up-Schaltung PU. Die Pull-down-Schaltung 133 hat im Wesentlichen die gleiche Schaltungsstruktur wie die in dem Einheitspuffer 111 enthaltene Pull-down-Schaltung PD. Daher ist die Impedanz der Pull-up-Schaltungen 131 und 132 und der Pull-down-Schaltung 133 beispielsweise auf 240 Ω gesetzt.
Weil jedoch die Pull-up-Schaltung 131 zwischen den Stromquellenanschluss VDDQ und den Kalibrieranschluss ZQ geschaltet ist, ist zwischen dem Stromquellenanschluss VDDQ und dem Kalibrieranschluss ZQ wie in der 7 gezeigt, der Stromquellenwiderstand r_p vorhanden. Daher wird bei dem Kalibriervorgang unter Verwendung der Pull-up-Schaltung 131 die Impedanz eines Widerstands 131P in dem Zustand eingestellt, in dem der Stromquellenwiderstand r_p enthalten ist. Der Transistor 131P zeigt äquivalent die Parallelschaltung der in der 5 gezeigten Transistoren 311 bis 315.
Weil die Kalibrierschaltung 130 in der Nähe der Einheitspuffer 111 bis 11n in vorgesehen ist, stimmt der Wert des Stromquellenwiderstands r_p, der der Pull-up-Schaltung 131 addiert wird, annähernd mit dem Widerstand des Stromquellenwiderstands r_p, der den Einheitspuffern 111 bis 11n addiert wird, überein.
Wie in der 4 gezeigt, bilden die Pull-up-Schaltung 132 und die Pull-down-Schaltung 133 einen "Replik-Puffer", der im Wesentlichen die gleiche Schaltungskonfigura tion wie der Einheitspuffer 111 hat. Dass der Replik-Puffer "im Wesentlichen die gleiche" Schaltungsstruktur hat, bedeutet, dass die in den Replik-Puffern enthaltenen Transistoren als die gleichen betrachtet werden, wenn sie geschrumpft werden. Ein Kontakt A als Ausgangsende des Replik-Puffers ist mit dem nicht-invertierten Eingangsanschluss (+) des Vergleichers 137 verbunden, wie dies in der 4 gezeigt ist.
Der Zähler 134 zählt bei Aktivierung eines Steuersignals ACT1 aufwärts oder abwärts. Wenn ein Vergleichssignal COMP1 vom Vergleicher 136 auf einem hohen Pegel ausgegeben wird, setzt der Zähler 134 das Aufwärtszählen fort und wenn das Signal COMP1 auf einem niedrigen Pegel ist, setzt der Zähler 134 das Abwärtszählen fort. Ein nicht-invertierter Eingangsanschluss (+) des Vergleichers 136 ist mit dem Kalibrieranschluss ZQ verbunden und ein invertierter Eingangsanschluss (–) ist mit einem Zwischenpunkt zwischen den Widerständen 138 und 139 verbunden, der mit einem Stromversorgungspotential (VDD) und einem Massepotential (GND) verbunden ist.
Basierend auf dieser Struktur vergleicht der Vergleicher 136 das Potential des Kalibrieranschlusses ZQ mit der Zwischenspannung (VDD/2). Wenn ersteres Potential höher ist, ist das ausgegebene Vergleichssignal COMP1 auf einen hohen Pegel gesetzt. Wenn letzteres Potential höher ist, ist das Vergleichssignal COMP1 auf einen niedrigen Pegel gesetzt.
Andererseits zählt der Zähler 135 aufwärts oder abwärts, wenn ein Steuersignal ACT2 aktiviert ist. Wenn ein Vergleichssignal COMP2, das von dem Vergleicher 137 ausgegeben wird, auf einem hohen Pegel ist, setzt der Zähler 135 das Aufwärtszahlen fort und wenn das Signal COMP2 auf einem niedrigen Pegel ist, setzt der Zähler 135 das Abwärtszählen fort. Ein nicht-invertierter Eingangsanschluss (+) des Vergleichers 137 ist mit einem Kontaktpunkt A als dem Ausgangsende des Replik-Puffers verbunden und ein invertierter Eingangsanschluss (–) ist mit einem Anschlusspunkt zwischen den Widerständen 138 und 139 verbunden.
Basierend auf dieser Struktur vergleicht der Vergleicher 137 das Ausgangspotential des Replik-Puffers mit der Zwischenspannung (VDD/2). Wenn ersteres Potential höher ist, ist das ausgegebene Vergleichssignal COMP2 auf einen hohen Pegel gesetzt. Wenn letzteres Potential höher ist, ist das Vergleichssignal COMP2 auf einen niedrigen Pegel gesetzt.
Wenn die Steuersignale ACT1 und ACT2 inaktiviert sind, stoppen die Zähler 134 und 135 ihren Zählvorgang und halten den laufenden Zählwert. Wie vorstehend beschrieben, wird der Zählwert des Zählers 134 für das Impedanzsteuersignal DRZQP verwendet und der Zählwert des Zählers 135 für das Impedanzsteuersignal DRZQN verwendet. Das Sammelimpedanzsteuersignal DRZQ wird gemeinsam an die in der 1 gezeigten Vorstufenschaltungen 141 bis 14n angelegt.
8 ist ein Schaltbild der Vorstufenschaltung 141.
Wie in der 8 gezeigt, hat die Vorstufenschaltung 141 fünf ODER-Schaltungen 411 bis 415 und fünf UND-Schaltungen 421 bis 425. Eine in der 1 gezeigte Ausgangssteuerschaltung 150 legt ein Wählsignal 151P gemeinsam an die ODER-Schaltungen 411 bis 415 und die Kalibrierschaltung 130 leitet die Impedanzsteuersignale DRZQP1 bis DRZQP5 jeweils an die ODER-Schaltungen 411 bis 415. Andererseits leitet die Ausgangssteuerschaltung 150 das Wählsignal 151N gemeinsam an die UND-Schaltungen 421 bis 425 und die Kalibrierschaltung 130 leitet die Impedanzsteuersignale DRZQN1 bis DRZQN5 jeweils an die UND-Schaltungen 421 bis 425.
Die Betriebssignale 141P1 bis 141P5, welche das von den ODER-Schaltungen 411 bis 415 ausgegebene Betriebssignal 141P bilden, und die Betriebssignale 141N1 bis 141N5, die das von den UND-Schaltungen 421 bis 425 ausgegebene Betriebssignal 141N bilden, werden wie in den 1 und 2 gezeigt, dem Einheitspuffer 111 zugeleitet, wodurch die entsprechenden Transistoren gesteuert werden.
Die anderen Vorstufenschaltungen 142 bis 14n haben ebenfalls Schaltungskonfigurationen ähnlich wie diejenige der in der 8 gezeigten Vorstufenschaltung 141. In diesem Fall werden die Wählsignale 152P und 152N bis 15nP und 15nN von der Ausgangssteuerschaltung 150 an die ODER-Schaltungen und die UND-Schaltungen angelegt, die in den entsprechenden Vorstufenschaltungen 142 bis 14n enthalten sind.
Die Konfiguration der Ausgangsschaltung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist vorstehend erläutert worden. Der Betrieb der Ausgangsschaltung 100 gemäß dieser Ausführungsform wird als Nächstes in der Reihenfolge des Kalibriervorgangs und des Datenausgabevorgangs erläutert.
Zunächst wird der Kalibriervorgang nun erläutert.
Der Kalibriervorgang dient zum Einstellen der Impedanz der Einheitspuffer 111 bis 11n. Der Kalibriervorgang wird durchgeführt, um die Variationen der Impedanz infolge der Prozessbedingungen zum Herstellungszeitpunkt zu korrigieren und um die Änderungen der Impedanz infolge von Änderungen der Umgebungstemperatur und Schwankungen in der Stromversorgungsspannung zu korrigieren.
Wenn daher eine hohe Präzision erforderlich ist, ist es vorzuziehen, den Kalibriervorgang während des aktuellen Betriebs periodisch durchzuführen, anstatt dass der Kalibriervorgang nur einmal zum Zeitpunkt der Stromversorgung oder zum Zeitpunkt der Initialisierung wie beispielsweise dem Rücksetzzeitpunkt durchgeführt wird. Der Kalibriervorgang wird im Einzelnen im Folgenden erläutert.
Bei der Durchführung des Kalibriervorgangs muss zunächst der externe Widerstand Re mit dem Kalibrieranschluss ZQ verbunden werden (siehe 4). Der externe Widerstand Re muss eine Impedanz haben, die gleich der Impedanz (d. h. der Impedanz eines Replik-Puffers) ist, die für die Einheitspuffer 111 bis 11n in erforderlich ist. Wenn daher die Zielimpedanz der Einheitspuffer 111 bis 11n in 240 Ω ist, wird der externe Widerstand Re mit 240 Ω verwendet.
9 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Kalibriervorgangs.
Wenn der Kalibriervorgang durch einen externen Befehl befohlen ist (Schritt S11: JA), wird zunächst das Steuersignal ACT1 aktiviert und der in der Kalibrierschaltung 130 enthaltene Zähler 134 startet einen Zählvorgang (Schritt S12).
Wenn daher das vom Vergleicher 136 ausgegebene Vergleichssignal COMP1 auf einem niedrigen Pegel ist, setzt der Zähler 134 das Abwärtszählen synchron mit dem Steuersignal ACT1 fort. Der Ein/Aus-Zustand der in der 5 gezeigten Transistoren 311 bis 315 wird verbunden mit dem Abwärtszählen umgeschaltet. Weil im Einzelnen die W/L-Verhältnisse der Transistoren 311 bis 315 auf "1", "2", "4", "8" bzw. "16" gesetzt sind, wird das am wenigsten signifikante Bit (LSB) des Zählers 134 dem Impedanzsteuersignal DRZQP1 zugewiesen und das signifikanteste Bit (MSB) des Zählers 134 ist dem Impedanzsteuersignal DRZQP5 zugewiesen. Durch diese Anordnung kann die Impedanz der Pull-up-Schaltung 131 mit einem minimalen Abstand geändert werden.
Wenn das Abwärtszählen fortgesetzt wird, sinkt die Impedanz der Pull-up-Schaltung 131 graduell und das Potential des Kalibrieranschlusses ZQ wird graduell erhöht, wie dies in der 10 gezeigt ist. Wenn die Impedanz der Pull-up-Schaltung 131 auf weniger als die Zielimpedanz, beispielsweise 240 Ω, sinkt, überschreitet das Potential des Kalibrieranschlusses ZQ die Zwischenspannung (VDD/2). Daher wird das vom Vergleicher 136 ausgegebene Vergleichssignal COMP1 auf einen hohen invertiert. In Antwort darauf setzt der Zähler 134 das Aufwärtszahlen fort, wodurch diesmal die Impedanz der Pull-up-Schaltung 131 erhöht wird.
Wenn andererseits das vom Vergleicher 136 ausgegebene Vergleichssignal COMP1 auf einem hohen Pegel ist, setzt der Zähler 134 sein Aufwärtszahlen synchron mit dem Steuersignal ACT1 fort. Der Ein/Aus-Zustand der in der 5 gezeigten Transistoren 311 bis 315 wird verbunden mit dem Aufwärtszahlen umgeschaltet. Wenn das Aufwärtszahlen fortgesetzt wird, steigt die Impedanz der Pull-up-Schaltung 131 graduell und das Potential des Kalibrieranschlusses ZQ wird wie in 11 gezeigt graduell gesenkt. Wenn die Impedanz der Pull-up-Schaltung 131 auf einen Wert höher als die Zielimpedanz Re, beispielsweise 240 Ω, steigt, überschreitet der Kalibrieranschluss ZQ die Zwischenspannung (VDD/2). Daher wird das vom Vergleicher 136 ausgegebene Vergleichssignal COMP1 auf einen niedrigen Pegel invertiert. In Antwort darauf setzt der Zähler 134 das Abwärtszählen fort, wodurch diesmal die Impedanz der Pull-up-Schaltung 131 gesenkt wird.
Durch Wiederholen dieses Vorgangs wird das Potential des Kalibrieranschlusses ZQ in der Nähe der Zwischenspannung (VDD/2) stabilisiert. Danach wird das Steuersignal ACT1 deaktiviert, wodurch der Zählvorgang des Zählers 134 stoppt (Schritt S13). Als Ergebnis wird der Zählwert des Zählers 134 fixiert und die Pegel der Impedanzsteuersignale DRZQP1 bis DRZQP5, welche die Impedanzsteuersignale DRZQP bilden, werden festgesetzt. Weil die Impedanzsteuersignale DRZQP auch der Pull-up-Schaltung 132 zugeleitet werden, haben die Pull-up-Schaltungen 131 und 132 die gleiche Impedanz.
Basierend auf dem vorstehenden Vorgang, sollte der EIN-Widerstand r_mos der in der Pull-up-Schaltung 131 enthaltenen Transistoren 311 bis 315 (der in der 7 gezeigte Transistor 131P) idealerweise gleich r_mos = Re – R1 werden. Wenn daher der Widerstand des externen Widerstands Re gleich 240 Ω ist und wenn der Widerstand des Widerstands R1 gleich 120 Ω ist, sollte der Ein-Widerstand r_mos 120 Ω werden.
Wie anhand der 7 erläutert, ist jedoch der Stromquellenwiderstand r_p zwischen dem Stromquellenanschluss VDDQ und der Pull-up-Schaltung 131 vorhanden. Daher wird der tatsächliche Ein-Widerstand r_mos des Transistors 131P nach dem Kalibriervorgang r_mos = Re – R1 – r_p. Wenn daher der externe Widerstand Re 240 Ω hat, der Widerstand R1 120 Ω hat und wenn der Stromquellenwiderstand r_p 1,4 Ω hat, wird der Widerstand r_mos 118,6 Ω. Anders ausgedrückt, die Impedanz der Pull-up-Schaltung 131 (= r_mos + R1) wird auf 238,6 Ω (= Re – r_p) statt dem Zielwert 240 Ω eingestellt.
Wenn der Pegel des Impedanzsteuersignals DRZQP auf diese Weise definiert ist, wird als Nächstes das Steuersignal ACT2 aktiviert (Schritt S14). Als Ergebnis wird der Zählvorgang des in der Kalibrierschaltung 130 enthaltenen Zählers 135 gestartet.
Daraus folgend wird die Impedanz der Pull-down-Schaltung 133 nahe an die Impedanz der Pull-up-Schaltung 132 gebracht. Danach wird das Steuersignal ACT2 deaktiviert und der Zählvorgang des Zählers 135 gestoppt (Schritt S14). Als Ergebnis wird der Zählwert des Zählers 135 fixiert und die Pegel der Impedanzsteuersignale DRZQN1 bis DRZQN5 (= DRZQN) sind definiert.
Basierend auf diesem Vorgang stimmt die Impedanz (= r_mos + R1) der Pull-down-Schaltung 133 annähernd mit der Impedanz (Re – r_p) der Pull-up-Schaltung 132 überein. Wenn daher wie in dem vorstehenden Beispiel beschrieben, die Impedanz der Pull-up-Schaltung 132 gleich 238,6 Ω anstatt 240 Ω als dem Zielwert ist, ist die Impedanz der Pull-down-Schaltung 133 ebenfalls auf 238,6 Ω anstatt 240 Ω als dem Zielwert, eingestellt.
Zurück zum Schritt S11 wird der Befehl des Kalibriervorgangs auf der Basis des externen Befehls erwartet. Wenn der Kalibriervorgang befohlen worden ist (Schritt S11: JA), wird die vorstehende Reihe von Vorgängen wieder durchgeführt.
Das Vorstehende erläutert den Kalibriervorgang. Das durch diesen Kalibriervorgang definierte Impedanzsteuersignal DRZQ wird gemeinsam den in der 1 gezeigten Vorstufenschaltungen 141 bis 14n zugeführt. Daher stimmt der Ein-Widerstand r_mos der Transistorparallelschaltung, die in den Einheitspuffern 111 bis 11n enthalten ist, mit dem Ein-Widerstand r_mos der Transistorparallelschaltung, die in den Pull-up-Schaltungen 131 und 132 oder der Pull-down-Schaltung 133 enthalten ist, überein.
Als Nächstes wird der Datenausgabevorgang erläutert.
Der Datenausgabevorgang muss wenigstens ein Mal durchgeführt werden, nachdem der vorstehende Kalibriervorgang durchgeführt worden ist. Demgemäß kann der Datenausgabevorgang in der exakten Impedanz ausgeführt werden.
Die Ausgabeschaltung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet i (wobei i eine ganze Zahl von 1 bis n bezeichnet) Einheitspuffer 111 bis 11i parallel zueinander. Ein Einheitspuffer mit einem höheren Widerstand sollte mit Priorität gewählt werden. Als Ergebnis kann die Ausgangsimpedanz auf X/i gesetzt werden, wenn die Impedanz des Einheitspuffers 111 einschließlich des Stromquellenwiderstands r_p gleich X, beispielsweise 240 Ω, ist.
Wenn im Einzelnen die geforderte Ausgangsimpedanz 240 Ω (i = 1) ist, sollte nur der Einheitspuffer 111 betrieben werden. Die Impedanz des Einheitspuffers 111 ist die gleiche wie die Impedanz (Re – r_mos = 238,6 Ω) des Replik-Puffers, der in der Kalibrierschaltung enthalten ist. Daher wird die Ausgangsimpedanz einschließlich des Widerstands des Stromquellenwiderstands r_p exakt 240 Ω.
Um die Ausgangsimpedanz auf 120 Ω (i = 2) zu setzen, sollten die Einheitspuffer 111 und 112 simultan betrieben werden. Wie vorstehend beschrieben, ist der Widerstand des im Einheitspuffer 112 enthaltenen Widerstands R2 niedriger als der des Widerstands R1, der im Einheitspuffer 111 enthalten ist und ist vorzugsweise R2 ≈ R1 – 2r_p. Wenn daher der Widerstand des Stromquellenwiderstands r_p gleich 1,4 Ω ist, wird die Impedanz des Einheitspuffers 112 235,8 Ω. In diesem Fall wird die Ausgangsimpedanz einschließlich des Widerstands des Stromquellenwiderstands r_p annähernd 120 Ω und stimmt annähernd mit dem Wert des Zielwerts X/2 überein.
Wenn andererseits die Konfigurationen des Einheitspuffers 111 und des Einheitspuffers 112 wie bei der herkömmlichen Ausgangsschaltung exakt gleich sind, wird die Ausgangsimpedanz einschließlich des Widerstands des Stromquellenwiderstands r_p 120,7 Ω und weicht leicht von dem Zielwert X/2 ab. Um diesen Fehler zu korrigieren, ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Widerstand des Widerstands R2 niedriger als der von R1 gesetzt.
Um ferner die Ausgangsimpedanz auf 80 Ω (i = 3) zu setzen, sollten die Einheitspuffer 111 bis 113 simultan betrieben werden. Der Widerstand des im Einheitspuffer 113 enthaltenen Widerstands R3 ist niedriger als der Widerstand des im Einheitspuffer 112 enthaltenen Widerstands R2 und vorzugsweise gilt R3 ≈ R2 – 2r_p. Wenn daher der Widerstand des Stromquellenwiderstands r_p gleich 1,4 Ω ist, wird die Impedanz des Einheitspuffers 113 233,0 Ω. In diesem Fall wird die Ausgangsimpedanz einschließlich des Widerstands des Stromquellenwiderstands r_p ungefähr 80 Ω und stimmt annähernd mit dem Zielwert X/3 überein.
Wenn in diesem Fall die Konfigurationen der Einheitspuffer 111 bis 113 wie bei der herkömmlichen Ausgangsschaltung exakt gleich sind, wird die Ausgangsimpedanz einschließlich des Widerstands des Stromquellenwiderstands r_p gleich 80,9 Ω und weicht leicht von dem Zielwert X/3 ab. Ein solcher Fehler wird größer, wenn die Anzahl (= i) der parallel verwendeten Einheitspuffer größer wird. Wenn i = 7 ist, erreicht die Fehlerrate 4,4 %.
Ähnlich kann bei Setzung der Ausgangsimpedanz auf X/i, wenn die i Einheitspuffer 111 bis 11i parallel verwendet werden, die Ausgangsimpedanz einschließlich des Widerstands des Stromquellenwiderstands r_p annähernd mit dem Zielwert X/i in Übereinstimmung gebracht werden.
Um die Einheitspuffer 111 bis 11n in tatsächlich zu betreiben, werden die Wählsignale 151P, 151N bis 15nP und 15nN, die von der Ausgangssteuerschaltung 150 ausgegeben werden, auf vorbestimmte logische Pegel gesetzt.
Um im Einzelnen das Hochpegelsignal an dem Ausgangsanschluss DQ auszugeben, sind die Wählsignale 151P, 151N bis 15nP und 15nN entsprechend den zu betreibenden Einheitspuffern 111 bis 11n in auf niedrigen Pegel gesetzt. Demgemäß wird die in den Einheitspuffern enthaltene Pull-up-Schaltung PU eingeschaltet und an dem Ausgangsanschluss DQ werden Hochpegelsignale ausgegeben. Um andererseits das Niedrigpegelsignal am Ausgangsanschluss DQ auszugeben, sind die Wählsignale 151P, 151N bis 15nP und 15nN entsprechend den zu betreibenden Einheitspuffern 111 bis 11n in auf den hohen Pegel gesetzt. Demgemäß wird die in den Einheitspuffern enthaltene Pull-down-Schaltung PD eingeschaltet und an dem Ausgangsanschluss DQ werden Niedrigpegelsignale ausgegeben.
Bezüglich der Einheitspuffer 111 bis 11n, die bei dem Datenausgabevorgang nicht betrieben werden, sind die entsprechenden Wählsignale 151P bis 15nP auf den hohen Pegel gesetzt und die entsprechenden Wählsignale 151N bis 15nN sind auf den niedrigen Pegel gesetzt. Demgemäß werden die Pull-up-Schaltung PU und die Pull-down-Schaltung PD, die in den Einheitspuffern enthalten sind, ausgeschaltet und der Einheitspuffer wird auf den Hochimpedanzzustand gesetzt.
Wenn die ODT-(On Die Termination)-Funktion, die den Ausgangsanschluss 100 als Endanschluss verwendet, verwendet wird, werden die Wählsignale 151P bis 15nP entsprechend den zu betreibenden Einheitspuffern 111 bis 11n auf den niedrigen Pegel gesetzt und die Wählsignale 151N bis 15nN werden entsprechend der angeforderten ODT-Impedanz auf den hohen Pegel gesetzt. Demgemäß werden die Pull-up-Schaltung PU und die Pull-down-Schaltung PD der Einheitspuffer eingeschaltet und die Ausgangsschaltung 100 funktioniert als der Anschlusswiderstand.
Wie vorstehend erläutert, hat die Ausgangsschaltung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterschiedliche Widerstandswerte der Widerstände R1 bis Rn, die in den Einheitspuffern 111 bis 11n enthalten sind, indem der Stromquellenwiderstand r_p berücksichtigt wird. Daher kann die Ausgangsimpedanz einschließlich des Widerstands des Stromquellenwiderstands r_p annähernd mit dem Zielwert (X/i) in Übereinstimmung gebracht werden.
In der Ausgangsschaltung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Widerstandswerte aller Widerstände R1 bis Rn, die in den Einheitspuffern 111 bis 11n enthalten sind, voneinander verschieden, wodurch eine exaktere Ausgangsimpedanz erzielt wird. In Abhängigkeit von der erforderlichen Präzision der Ausgangsimpedanz können die Widerstandswerte eines Teils der Widerstände R1 bis Rn, die in den Einheitspuffern 111 bis 11n enthalten sind, miteinander in Übereinstimmung gebracht werden. Ein Beispiel, bei dem die Widerstandswerte eines Teils der Widerstände der Einheitspuffer miteinander in Übereinstimmung gebracht sind, wird im Folgenden erläutert.
12 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration einer Ausgangsschaltung (einer Eingangs- und Ausgangsschaltung) 500 einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In der 12 sind Bestandteile der Ausgangsschaltung 500, die die gleichen Konfigurationen wie diejenigen der Ausgangsschaltung 100 gemäß 1 haben, mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und deren überflüssigen Erläuterungen werden weggelassen.
Wie in der 12 gezeigt, hat die Ausgangsschaltung 500 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sieben Einheitspuffer 510, 521, 522, 531 bis 533 und 540, die mit dem Ausgangsanschluss DQ verbunden sind. Die Konfigurationen dieser Einheitspuffer sind wie in der 2 gezeigt, mit Ausnahme dass die Eingangssignale und die eingesetzten Widerstände unterschiedlich sind.
Von den vorstehenden Einheitspuffern bilden die zwei Einheitspuffer 521 und 522 einen Ausgangspuffer 520 und die drei Einheitspuffer 531 bis 533 bilden einen Ausgangspuffer 530. Obwohl die Einheitspuffer 510 und 540 nicht gruppiert sind, werden die Einheitspuffer 510 und 540 in einigen Fällen auch als Ausgangspuffer 510 und 540 bezeichnet.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Vorstufenschaltungen 610, 620, 630 und 640 entsprechend den Ausgangspuffern 510, 520, 530 bzw. 540 vorgesehen. Daher steuert eine Vorstufenschaltung 620 gemeinsam die zwei Einheitspuffer 521 und 522 des Ausgangspuffers 520. Eine Vorstufenschaltung 630 steuert gemeinsam die drei Einheitspuffer 531 bis 533 des Ausgangspuffers 530. Die Vorstufenschaltungen 610, 620, 630 und 640 haben die gleiche Schaltungskonfiguration wie die in der 8 gezeigte Vorstufenschaltung 141 mit Ausnahme dass eine Ausgangssteuerschaltung 700 Wählsignale 701P, 701N bis 704P und 704N anstatt der Wählsignale 151P und 151N zuführt.
13 ist ein äquivalentes Schaltbild der Ausgangspuffer 510, 520, 530 und 540. 13 drückt in den Einheitspuffern enthaltene parallele Transistoren äquivalent als ein Transistor aus ähnlich wie in 3.
Wie in der 13 gezeigt, ist bei der vorliegenden Ausführungsform jeder der Einheitspuffer 510, 521 und 522 mit dem Widerstand R1 versehen. Die Einheitspuffer 531 bis 533 sind mit dem Widerstand R2 versehen. Der Einheitspuffer 540 ist mit dem Widerstand R3 versehen. Wenn der Widerstand des Stromquellenwiderstands r_p gleich 1,4 Ω ist, sind die Widerstandswerte der Widerstände R1 bis R3 wie folgt gesetzt: R1 = 120 Ω; R2 = 110 Ω; und R3 = 100 Ω. Der in den Einheitspuffern 510, 521 bzw. 522 vorgesehene Widerstand R1 hat den gleichen Widerstandswert, wie der in dem Replik-Puffer in der Kalibrierschaltung 130 vorgesehene Widerstand R1.
14 ist eine Tabelle, die die Beziehung zwischen einer Zielausgangsimpedanz und einem zu betreibenden Ausgangspuffer zeigt. 14 zeigt auch die tatsächlich erhaltene Ausgangsimpedanz und die herkömmliche Ausgangsimpedanz, wenn die in allen Einheitspuffern enthaltenen Widerstände auf den Widerstandswert des Widerstands R1 (= 120 Ω) gesetzt sind.
Die Ausgangsschaltung 500 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat sieben Einheitspuffer und kann daher auf eine der sieben Arten von Ausgangsimpedanzen gesetzt werden. Anders ausgedrückt, die Ausgangsschaltung 500 kann auf eine der sieben Arten Ausgangsimpedanzen gesetzt werden, die aufweisen 240 Ω, 120 Ω, 80 Ω, 60 Ω, 48 Ω, 40 Ω und 34 Ω.
Beim Setzen der Ausgangsimpedanz auf 240 Ω wird im Einzelnen nur der Ausgangspuffer 510 aktiviert, wie dies in der 14 gezeigt ist. Wie vorstehend beschrieben, hat der in dem Ausgangspuffer (dem Einheitspuffer) 510 enthaltene Widerstand R1 den gleichen Widerstandswert wie derjenige des Widerstands R1, der im Replik-Puffer gesetzt ist. Daher wird die tatsächlich erhaltene Ausgangsimpedanz ebenfalls 240 Ω.
Beim Setzen der Ausgangsimpedanz auf 120 Ω wird nur der Ausgangspuffer 520 aktiviert. Demgemäß wird die tatsächlich erzielte Ausgangsimpedanz 120,7 Ω. Obwohl diese Ausgangsimpedanz etwas von der Zielausgangsimpedanz abweicht, ist der Fehler nur klein.
Beim Setzen der Ausgangsimpedanz auf 80 Ω werden die Ausgangspuffer 510 und 520 simultan aktiviert. Demgemäß wird die tatsächlich erzielte Ausgangsimpedanz 80,9 Ω. Obwohl die Abweichung dieser Ausgangsimpedanz von der Zielausgangsimpedanz größer ist, ist der Fehler immer noch innerhalb von ungefähr 1 %.
Beim Setzen der Ausgangsimpedanz auf 60 Ω werden beide Ausgangspuffer 510 und 530 simultan aktiviert. Demgemäß wird die tatsächlich erzielte Ausgangsimpedanz 59,2 Ω. Wie in der 14 gezeigt, ist, wenn der in allen Einheitspuffern enthaltene Widerstand gleich R1 ist, die tatsächlich erzielte Ausgangsimpedanz 61,1 Ω und der Fehler ist in der vorliegenden Ausführungsform kleiner.
Beim Setzen der Ausgangsimpedanz auf 48 Ω werden beide Ausgangspuffer 520 und 530 simultan aktiviert. Demgemäß wird die tatsächlich erzielte Ausgangsimpedanz 47,9 Ω. Wenn der in allen Einheitspuffern enthaltene Widerstand gleich R1 ist, wird die tatsächlich erzielte Ausgangsimpedanz 49,1 Ω und der Fehler ist bei der vorliegenden Ausführungsform kleiner.
Beim Setzen der Ausgangsimpedanz auf 40 Ω werden die Ausgangspuffer 510 bis 530 simultan aktiviert. Demgemäß wird die tatsächlich erzielte Ausgangsimpedanz 40,3 Ω.
Wenn der in allen Einheitspuffern enthaltene Widerstand gleich R1 ist, wird die tatsächlich erzielte Ausgangsimpedanz 41,2 Ω und der Fehler ist bei der vorliegenden Ausführungsform kleiner.
Wenn die Ausgangsimpedanz auf 34 Ω gesetzt wird, werden alle Ausgangspuffer 510 bis 540 simultan aktiviert. Demgemäß wird die tatsächlich erzielte Ausgangsimpedanz 34,4 Ω. Wenn der in allen Einheitspuffern enthaltene Widerstand gleich R1 ist, wird die tatsächlich erzielte Ausgangsimpedanz 35,5 Ω und der Fehler ist bei der vorliegenden Ausführungsform kleiner.
Wie vorstehend erläutert, sind bei der vorliegenden Ausführungsform die Widerstandswerte eines Teils der in den Einheitspuffern 510, 521, 522, 531 bis 533 und 540 enthaltenen Widerstände in Übereinstimmung gebracht. Obwohl daher die Korrekturpräzision des Stromversorgungswiderstands r_p leicht vermindert wird, kann die Anzahl der Vorstufenschaltungen 610 bis 640 wesentlich gesenkt werden. Demgemäß kann unter Verhinderung der Vergrößerung des Schaltungsmaßstabs die Abweichung der Ausgangsimpedanz, die dem Stromquellenwiderstand r_p zuzuordnen ist, korrigiert werden. Daraus folgend kann die Ausgangsschaltung 500 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine große Wirkung der tatsächlichen Halbleitervorrichtung, deren Schaltungsmaßstab gesenkt werden muss, zeigen.
Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Halbleiterspeichervorrichtung, wie beispielsweise ein DRAM, sein. Eine Anzahl von DRAMs kann auf dem Speichermodul montiert sein. Die Halbleitervorrichtung ist jedoch nicht auf den auf dem Speichermodul montierten DRAM begrenzt. Der externe Widerstand Re kann eine getrennte Vorrichtung sein, die auf dem Speichermodul angeordnet ist und dergleichen. Ferner kann ein externer Widerstand Re einer Halbleiterspeichervorrichtung zugewiesen sein und es kann auch ein externer Widerstand Re von einer Anzahl von Halbleiterspeichervorrichtungen auf dem Speichermodul gemeinsam genutzt werden.
Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch direkt auf dem Datenverarbeitungssystem montiert. Die Konfiguration der Halbleitervorrichtung ist jedoch nicht darauf begrenzt. Eine Vorrichtung, die den externen Widerstand Re bildet, kann auf dem Systemsubstrat montiert sein und kann auch auf der Packung der Halbleitervorrichtung montiert sein. Ein Widerstandswert des externen Widerstands Re kann wahlweise durch das Datenverarbeitungssystem bestimmt sein.
15 ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration eines Datenverarbeitungssystems 1000 zeigt, welches eine Halbleiterspeichervorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet. Die Halbleiterspeichervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein DRAM.
Das in der 15 gezeigte Datenverarbeitungssystem 1000 hat einen Datenprozessor 1020 und eine Halbleiterspeichervorrichtung (DRAM) 1030 gemäß der vorliegenden Ausführungsform miteinander über einen Systembus 1010 verbunden. Der Datenprozessor 1020 hat beispielsweise einen Mikroprozessor (MPU) und einen digitalen Signalprozessor (DSP). Die Bestandselemente des Datenprozessors 1020 sind jedoch nicht hierauf begrenzt. Obwohl in der 15 zur Vereinfachung der Erläuterung der Datenprozessor 1010 und der DRAM 1030 miteinander über den Systembus 1010 verbunden sind, können der Datenprozessor 1020 und der DRAM 1030 auch über einen lokalen Bus ohne über den Systembus 1010 verbunden sein.
Obwohl nur ein Satz des Systembusses 1010 zur Vereinfachung der Erläuterung in der 15 gezeichnet ist, kann der Systembus über den Verbinder gemäß der Notwendigkeit in Reihe oder parallel gesetzt sein. In dem in der 15 gezeigten Datenverarbeitungssystem mit Speichersystem sind eine Speichervorrichtung 1040, eine I/O-Vorrichtung 1050 und ein ROM 1060 mit dem Systembus 1010 verbunden. Diese sind jedoch nicht notwendigerweise essenzielle Bestandselemente der Erfindung.
Die Speichervorrichtung 1040 hat ein Festplattenlaufwerk, ein optisches Plattenlaufwerk und einen Flash-Speicher. Die I/O-Vorrichtung 1050 hat eine Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige, und eine Eingabevorrichtung, wie beispielsweise eine Tastatur und eine Maus. Die I/O-Vorrichtung 1050 kann irgendeine Eingangsvorrichtung und Ausgangsvorrichtung sein. Obwohl jedes eine Bestandselement in der 15 gezeigt ist, um die Erläuterung zu vereinfachen, ist die Anzahl jedes Bestandselements ferner nicht auf Eins begrenzt und kann Eins, Zwei oder mehr sein.
Die vorliegende Erfindung ist auf keine Weise durch die vorstehenden Ausführungsformen begrenzt, statt dessen sind verschiedene Modifikationen innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie in den Ansprüchen beansprucht, möglich und natürlich sind diese Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung enthalten.
Beispielsweise sind in der ersten Ausführungsform, wie in der 3 gezeigt, die Widerstände R1 bis Rn zwischen die Transistoren 111P bis 11nP an der Pull-up-Seite und dem Ausgangsanschluss DQ und zwischen die Transistoren 111N bis 11nN an der Pull-down-Seite und dem Ausgangsanschluss DQ eingesetzt und die Widerstandswerte der Widerstände R1 bis Rn sind zueinander unterschiedlich. Die vorliegende Erfindung ist jedoch hierauf nicht begrenzt. Wie in der 16 gezeigt, können die Widerstände zwischen diesen Transistoren und dem Ausgangsanschluss DQ konsistent auf Rn gesetzt sein und es können separate Widerstände R11, R12, ... zwischen die Transistoren und den Stromquellenanschluss VDDQ und den Stromquellenanschluss VSSQ gesetzt sein.
Wenn in diesem Fall die Beziehung von Rn + R11 = R1, Rn + 12 = R2, ... erfüllt ist, indem die Widerstandswerte der Widerstände R11, R12, ... als R11 > R12 >, ..., gesetzt sind, kann der gleiche Effekt wie bei der ersten Ausführungsform erzielt werden. Gemäß diesem Verfahren können die Widerstände zwischen den Transistoren und dem Ausgangsanschluss DQ konsistent auf Rn gesetzt werden, wodurch das Schaltungsdesign vereinfacht wird.
In der zweiten Ausführungsform hat jeder der zwei Einheitspuffer 521 und 522, die den Ausgangspuffer 520 bilden, eine unabhängige Schaltung. Ähnlich hat jeder der drei Einheitspuffer 531 bis 533, die den Ausgangspuffer 530 bilden, ebenfalls eine unabhängige Schaltung. Diese Schaltungen müssen jedoch nicht vollständig unabhängig voneinander sein. So lange als individuelle Einheitspuffer wie der Replik-Puffer betrachtet werden können, können diese Einheitspuffer miteinander innerhalb des Ausgangspuffers verbunden sind, wie dies in der 17 gezeigt ist.
17 zeigt drei Einheitspuffer 531 bis 533, die den Ausgangspuffer 530 bilden und die miteinander im Inneren des Ausgangspuffers 530 verbunden sind. Bei diesem Beispiel sind die Kontakte des P-Kanal-MOS-Transistors, der in der Pull-up-Schaltung PU enthalten ist, und der Widerstand miteinander verbunden. Ähnlich sind die Kontakte des N-Kanal-MOS-Transistors, der in der Pull-down-Schaltung PD enthalten ist, und der Widerstand miteinander verbunden. In diesem Fall werden die einzelnen Einheitspuffer 531 bis 533 wie ein Replik-Puffer betrachtet. Daher umfasst in der vorliegenden Erfindung die "Parallelschaltung der Einheitspuffer" auch diesen Fall.

Claims

Ausgangsschaltung einer Halbleitervorrichtung mit einer Anzahl von Einheitspuffern, die parallel geschaltet sind, wobei jeder Einheitspuffer Transistor und Widerstand in Reihe zwischen einem Stromquellenanschluss und einem Ausgangsanschluss geschaltet hat, wobei die EIN-Widerstandswerte der in der Anzahl von Einheitspuffer enthaltenen Transistoren einander im Wesentlichen gleich sind, und aus der Anzahl von Einheitspuffer die Widerstandswerte der in wenigstens zwei Einheitspuffern enthaltenen Widerstände sich voneinander unterscheiden.
Ausgangsschaltung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Ausgangssteuerschaltung, die den zu verwendenden Einheitspuffer wählt, wobei die Ausgangssteuerschaltung mit Priorität einen Einheitspuffer wählt, in dem der Widerstandswert des Widerstands höher ist.
Ausgangsschaltung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Differenz zwischen den Widerstandswerten der in wenigstens zwei Einheitspuffern enthaltenen Widerstände größer als der Wert des Stromquellenwiderstands ist, der zwischen dem Stromquellenanschluss und der Ausgangsschaltung vorhanden ist.
Ausgangsschaltung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Differenz ungefähr das Zweifache des Stromquellenwiderstands beträgt.
Ausgangsschaltung einer Halbleitervorrichtung mit: einem ersten Ausgangspuffer mit einem Einheitspuffer mit einer Reihenschaltung aus Transistor und Widerstand; einem zweiten Ausgangspuffer mit m Einheitspuffern, die parallel geschaltet sind, wobei jeder Einheitspuffer eine Reihenschaltung aus Transistor und Widerstand hat; und einem dritten Ausgangspuffer mit n Einheitspuffern, die parallel geschaltet sind, wobei jeder Einheitspuffer eine Reihenschaltung aus Transistor und Widerstand hat, wobei die EIN-Widerstandswerte der in den ersten bis dritten Ausgangspuffern enthaltenen Transistoren einander im Wesentlichen gleich sind, die Widerstandswerte der in dem zweiten Ausgangspuffer enthaltenen Widerstände im Wesentlichen einander gleich sind, die Widerstandswerte der in dem dritten Ausgangspuffer enthaltenen Widerstände im Wesentlichen einander gleich sind und die Widerstandswerte von wenigstens zwei in den ersten bis dritten Ausgangspuffern enthaltenen Widerständen zueinander unterschiedlich sind.
Ausgangsschaltung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Widerstandswert des in dem ersten Ausgangspuffer enthaltenen Widerstands sich von den Widerstandswerten der in dem dritten Ausgangspuffer enthaltenen Widerstände unterscheidet.
Ausgangsschaltung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Widerstandswerte der in dem zweiten Ausgangspuffer enthaltenen Widerstände sich von den Widerstandswerten der in dem dritten Ausgangspuffer enthaltenen Widerstände unterscheiden.
Ausgangsschaltung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Widerstandswerte der in dem dritten Ausgangspuffer enthaltenen Widerstände niedriger als wenigstens einer der Widerstandswerte der Widerstände ist, die in den ersten und zweiten Ausgangspuffern enthalten sind.
Ausgangsschaltung einer Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Widerstandswerte der in dem ersten Ausgangspuffer enthaltenen Widerstände im Wesentlichen gleich den Widerstandswerten der in dem zweiten Ausgangspuffer enthaltenen Widerstände sind.
Ausgangsschaltung einer Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei m gleich 2 und n gleich 3 ist, wenn ein Einheitspuffer verwendet wird, der erste Ausgangspuffer gewählt wird, wenn zwei Einheitspuffer verwendet werden, der zweite Ausgangspuffer gewählt wird, wenn drei Einheitspuffer verwendet werden, die ersten und zweiten Ausgangspuffer simultan gewählt werden, wenn vier Einheitspuffer verwendet werden, die ersten und dritten Ausgangspuffer simultan gewählt werden, wenn fünf Einheitspuffer verwendet werden, die zweiten und dritten Ausgangspuffer simultan gewählt werden, und wenn sechs Einheitspuffer verwendet werden, die ersten bis dritten Ausgangspuffer simultan gewählt werden.
Ausgangsschaltung einer Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, weiterhin mit einem vierten Ausgangspuffer mit einem Einheitspuffer mit einer Reihenschaltung aus Transistor und Widerstand, wobei die EIN-Widerstandswerte der in den ersten bis vierte Ausgangspuffern enthaltenen Transistoren im Wesentlichen einander gleich sind, und die Widerstandswerte des Widerstands in dem vierten Ausgangspuffer sich von den Widerstandswerten der Widerstände in den ersten bis dritten Ausgangspuffern unterscheiden.
Ausgangsschaltung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Widerstandswerte der in dem vierten Ausgangspuffer enthaltenen Widerstände niedriger als die Widerstandswerte der in den ersten bis dritten Ausgangspuffern enthaltenen Widerstände sind.
Ausgangsschaltung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei bei Wahl von sieben Einheitspuffern die ersten bis vierten Ausgangspuffer simultan gewählt sind.
Ausgangsschaltung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Replik-Puffer, der mit einem Kalibrieranschluss verbunden ist und eine Konfiguration im Wesentlichen gleich derjenigen von wenigstens einem der Einheitspuffer hat.
Ausgangsschaltung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, weiterhin mit einer Steuerung, die die Impedanz des Replik-Puffers einstellt, wobei die Steuerung den Replik-Puffer gemeinsam mit den Einheitspuffern der Impedanzsteuerung unterzieht.
Datenverarbeitungssystem mit einem Datenprozessor und einer Halbleiterspeichervorrichtung, wobei die Halbleiterspeichervorrichtung eine Ausgangsschaltung aufweist, die eine Anzahl von Einheitspuffern hat, die parallel geschaltet sind, wobei jeder Einheitspuffer Transistor und Widerstand in Reihe zwischen einem Stromquellenanschluss und einem Ausgangsanschluss geschaltet hat, wobei die EIN-Widerstandswerte der in der Anzahl von Einheitspuffern enthaltenen Transistoren einander im Wesentlichen gleich sind, und aus der Anzahl von Einheitspuffern die Widerstandswerte von in wenigstens zwei Einheitspuffern enthaltenen Widerständen sich voneinander unterscheiden.