JP2000151384A - デジタル制御出力ドライバ及びインピ―ダンス整合方法 - Google Patents
デジタル制御出力ドライバ及びインピ―ダンス整合方法Info
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- H03K19/00384—Modifications for compensating variations of temperature, supply voltage or other physical parameters in field effect transistor circuits
Abstract
に、出力インヒ゜ータ゛ンスを有効に変化させることが可能な、
改良された出力駆動段を提供すること。 【解決手段】本発明は、一般に半導体素子の信号ハ゜ット゛
(241)を介して信号を駆動するためのPVT補償形可変インヒ゜
ータ゛ンス出力ト゛ライハ゛(200)を目指している。本発明の1つの
態様によれば、出力ト゛ライハ゛には電気的に並列に接続され
た複数のpチャネル電解効果トランシ゛スタ(PFET)(210)が含まれ
る。更にト゛ライハ゛には電気的に接続された複数のnチャネル電
界効果トランシ゛スタ(NFET)(220)も含まれる。複数のPFET(211
-219)の第1のPFET(211)はフ゜ルアッフ゜フ゜リト゛ライハ゛回路(232)の
出力によって駆動されるケ゛ートノート゛を備えており、複数の
NFET(221-229)の第1のNFET(221)はフ゜ルタ゛ウンフ゜リト゛ライハ゛回
路(234)の出力によって駆動されるケ゛ートノート゛を備えてい
る。
Description
体素子のためのドライバ回路に関するものであり、とり
わけ、可変出力インピーダンスを備える高速半導体素子
のためのドライバ回路に関するものである。
をとるようになっている。チップ内の集積回路は、信号
パッドとして知られるチップの外側のメタライズ層を介
して、チップの外界と通信を行う。チップ内から外界へ
の通信の場合、「ドライバ回路」は、チップの外部の信
号パッドを介して信号またはデータを駆動する。各種チ
ップの信号パッドは、信号ラインによって互いに接続さ
れ、これによって、異なるチップ間の通信が可能にな
る。
パッケージに接続され、そのパッケージは、さらに、別
の集積回路チップまたは他の同様のデバイスまで延びる
プリント回路基板の信号トレースに接続される。信号パ
ッドからチップのパッケージを介して伝送ラインに至る
電気的接続には、信号パッドからの信号の伝送を妨害す
る寄生抵抗、インダクタンス、及びキャパシタンスが含
まれる。プリント回路基板の信号トレース自体にも、や
はり、信号パッドからの信号送信機の質をそこなう抵
抗、キャパシタンス、及びインダクタンスを含む、伝送
ライン特性が含まれる。以上の全てが、ドライバ回路に
よって駆動されなければならない負荷に追加されること
になる。
抗、インダクタンス、及びキャパシタンスのため、それ
らの信号相互接続を駆動するドライバ回路は、スイッチ
ングが生じる場合(とりわけ、高速または低電力I/O
の場合)、過剰な電圧の変動を回避するように設計する
ことが望ましい。過剰な電圧の変動は、リンギング(ri
nging)として知られている。リンギングは、回避しな
ければならないが、それにもかかわらず、最近の集積回
路の高速要件を満たすため、スイッチングは、できるだ
け速くしなければならない。
(及び/またはPMOS)FETを利用し、信号パッド
をドライバの入力に対するクロック動作入力または静的
入力に基づく電圧レベルまで駆動した。駆動NMOS
FETは、駆動される伝送ラインの状態に関係なく、チ
ップ内からの入力に基づいてオン/オフされ、その状態
に留まった。
ロセス変動により、同じ機能の実施を意図した異なる集
積回路を、「低速」、「公称」、または「高速」と分類
することができる。集積回路の製造プロセス中に、いく
つかのパラメータに変動が生じる。例えば、ドーピング
レベル、FETのチャネル長、トランジスタのゲート酸
化物の厚さ、拡散抵抗、及び集積回路の他の特性が、製
造プロセス中に変動する。換言すれば、2つの同一であ
ると想定される集積回路は、それらの特性の全てにおい
て変化する可能性がある。それらの特性が高速の場合に
近づくにつれて、チップ内の多くの構成要素の抵抗は小
さくなる。正反対の場合、それらの特性が、理想の場合
からますます逸脱するにつれて、チップの性能が劣化
し、とりわけ、チップ内の多くの構成要素の抵抗が増大
することになるが、その状況は、低速の場合と呼ばれ
る。
チップが高速または低速であるかのような挙動を生じる
可能性がある。例えば、集積回路の温度がその最高動作
温度に近づくと、集積回路におけるFETの抵抗が増大
する。集積回路が高速であるか、低速であるかに関係な
く、有効に動作し、さらに、過剰な電圧の変動を回避す
ることが可能な単一のドライバ回路を備えること望まし
い。
タによって、NMOS FET自体のインピーダンスが
最小になり、相互接続インピーダンスが最大になる場
合、過剰な電圧のオーバシュート及びアンダーシュート
を最小限に抑えるため、信号の相互接続を駆動するFE
Tのサイズは、制限された。しかし、このアプローチで
は、プロセスのパラメータの変動によって、これらのイ
ンピーダンスが正反対の場合に移行した際、スイッチン
グ速度が制限された。
ングにさらなる問題が生じた。それによって、スイッチ
ングの遷移の時間的位置の不確実性が増大した。このた
め、システムの周波数が制限され、性能の劣化が生じ
た。
のアプローチの1つは、CMOS出力ドライバに設定可
能な出力駆動段を設けることである。図1には、こうし
た回路の1つが例示されている。この図には、設定可能
な電流源21(FET12及び13のインピーダンスを
制御する働きをする)と、2つの出力駆動段22が示さ
れている。CMOS出力段(出力駆動段)22は、容量
的に終端された伝送ライン17を駆動する。伝送ライン
は、Zoの特性インピーダンスを備えている。設定可能
な電流源21によって、CMOS出力駆動段の合成信号
源インピーダンスが決まる。その合成信号源インピーダ
ンスは、値Rsc(充電中の信号源抵抗)と値Rsd
(放電中の信号源抵抗)に分割することが可能である。
概して言えば、Rsc及びRsdが、互いに異なり、及
び伝送ライン17の特性インピーダンスZoと異なるこ
とが必要な特殊な状況が存在すると想像できるが、Rs
c及びRsdが互いに等しく、伝送ライン17の特性イ
ンピーダンスZoと等しいことが望ましい。
容量性負荷18に留意されたい。システムは、伝送ライ
ン17の終端における無効(及び無電力損失)不連続部
(容量性負荷18)からの反射電力を利用して、出力電
圧を2倍にする周知の技法を用いることが可能である。
完全に2倍にすることが望ましいが、ただし、出力駆動
段22及び23の信号源インピーダンスに関して余分な
関心を引くことになる、オーバシュートの付加(低すぎ
るZoにプラスして多重反射の害)または過剰な立ち上
がり時間(高すぎるZo及び付随する多重反射)を伴わ
なければという条件がつく。負荷がリアクタンスをもつ
場合、Rscを介した充電によって放出される電力が、
Zoを介して送り出され、反射されて(及び、負荷にお
ける電圧が2倍になり)、Zoを介して戻され、さら
に、依然としてオンのRscによる放電によって、再反
射を生じることなく、吸収されるという点に留意された
い。同様のシーケンスの事象が、Rsdが関与する放電
の場合にも生じる。(もちろん、全て、Rsc=Zo=
Rsdと仮定した場合である)。反射を伴わない、負荷
に対する真の電力伝達を予測した終端抵抗が存在する状
況であっても、出力駆動段の信号源インピーダンスの制
御は、やはり重要である。
図示のように接続された4つのCMOSデバイス12、
13、14、及び15を含む出力駆動段22について考
察する。デバイス14及び15は、そのZoがRsc
(プルアップ中)及びRsd(プルダウン中)によって
整合させられる、伝送ライン17を駆動する出力端子1
6において、それぞれ、プルアップ(DVDDまで充電)
及びプルダウン(DGndまで放電)するためのスイッ
チの働きをする。もちろん、スイッチングデバイス(C
MOSデバイス)14及び15は、所望の出力波形に従
って、適切な交番でオン/オフに駆動され、デバイス1
4及び15の両方をトライステート出力端子16に対し
てオフにすることができるが、両方のデバイスが同時に
オンになることはない。これに関して、ドライバ回路3
2及び34は、スイッチングデバイス14及び15をO
N/OFFするために設けられている。一般に、既知の
ように、一方のドライバ回路32は、出力信号を低値か
ら高値に駆動するように、FET14を制御する働きを
し、もう一方のドライバ回路34は、出力信号を高値か
ら低値に駆動するように、FET15を制御する働きを
する。
いオン抵抗との組み合わせによって、Rscを生じる設
定可能な値の抵抗の働きをする。同様に、デバイス12
は、デバイス15の比較的低いオン抵抗との組み合わせ
によって、Rsdを生じる設定可能な値の抵抗の働きを
する。デバイス13の抵抗は、電圧PGate20の値
によって制御され、同様に、デバイス12の抵抗は、電
圧NGate19の値によって決まる。次に、P形デバ
イス13及びN形デバイス12が、ほぼ等しい相互コン
ダクタンスを備えているものと仮定すると、信号NGa
te19及びPGate20は、(1)外部から変化さ
せて、プロセス変動にもかかわらず、Zoの適正な広い
範囲にわたってRsc及びRsdを調整できるように、
(2)共に変化して、NGateがDGndからDVDD
へと上昇するにつれて、PGAETが、相応じて、DV
DDからDGndへと低下するように、(3)自動調整
で、温度の影響を補償するように制御される。本発明の
譲受人に譲渡された米国特許第5,581,197号に
は、これらの目的を実現するための1つの方法及び回路
についての記載があり、参照によって、そっくりそのま
ま本明細書に組み込まれている。上述の回路要素は、プ
ロセス及び温度の変動に対して、出力インピーダンスを
有効に変化させるが、回路の性能は、比較的わずかな量
のノイズによってさえ、かなりの(悪)影響を受ける可
能性のあることが明らかになった。
圧、及び温度(PVT)に対して出力駆動段の出力イン
ピーダンスを有効に変化させ、ノイズの悪影響をより受
けにくい、改良された出力駆動段を提供することが望ま
れる。とりわけ、その出力インピーダンスが、プロセ
ス、温度、及び電圧に対して変化する際、基板のトレー
スインピーダンスに正確に整合するように、前記出力イ
ンピーダンスを有効に変化させることが可能な、改良さ
れた出力駆動段を提供することが望まれる。
的、利点、及び新規な特徴については、後続の説明にお
いて部分的に記述されている。当該技術者であれば、下
記説明を検討することによって明らかになり、または本
発明を実施することによって知ることになるであろう。
本発明の目的及び利点は、特許請求の範囲に詳細に示さ
れた手段及び組み合わせによって実現し、得ることが可
能である。
本発明は、一般に、半導体素子の信号パッドを介して信
号を駆動するための可変インピーダンス出力ドライバを
目指している。本発明の態様の1つによれば、出力ドラ
イバには、電気的に並列に接続された複数のpチャネル
電界効果トランジスタ(PFET)が含まれる。複数の
PFETのそれぞれのソースノードは、電気的に互いに
接続され、複数のPFETのそれぞれのドレインノード
は、電気的に互いに接続される。ドライバには、さら
に、電気的に並列に接続された複数のnチャネル電界効
果トランジスタ(NFET)も含まれる。複数のNFE
Tのそれぞれのソースノードは、電気的に互いに接続さ
れ、複数のNFETのそれぞれのドレインノードは、電
気的に互いに接続される。さらに、複数のPFETのド
レインノードは、複数のNFETのそれぞれのソースノ
ードと電気的に接続され、さらに、信号パッドと(好適
には、ESD抵抗器を介して)電気的に結合される。複
数のPFETの第1のPFETは、プルアッププリドラ
イバ回路の出力によって駆動されるゲートノードを備え
ており、複数のNFETの第1のNFETは、プルダウ
ンプリドライバ回路の出力によって駆動されるゲートノ
ードを備える。しかし、残りのPFET及びNFETに
は、制御回路から出力される較正ワードによって制御さ
れるに従って、プルアッププリドライバ回路及びプルダ
ウンプリドライバ回路によって駆動されるゲートノード
を備える。
びNFETは、PFET及びNFETのうちの選択され
た互いに異なるそれぞれを選択的にオン/オフして、ド
ライバ回路の有効出力インピーダンスを制御可能に変化
させるように制御される。この機能を容易にするため、
複数のPFETのチャネル幅は、サイズが可変である。
チャネル幅のサイズは、幅寸法が漸進的に1/2に変化
するのが望ましい。好適には全部で8つのPFET及び
8つのNFETが設けられているので(他の数のPFE
T及びNFETを用いることも可能であるが)、単一の
デジタル制御バイトを用いて、回路の出力インピーダン
スを制御することが可能である。PFET及びNFET
は、出力インピーダンスが、広範囲のプロセス、電圧、
及び温度(PVT)条件にわたってほぼ一定になるよう
に制御されるのが望ましい。
素子の信号パッドを介して信号を駆動するため、可変イ
ンピーダンス出力ドライバが設けられる。ドライバに
は、信号パッドに対する出力信号を低状態から高状態に
駆動するように構成されたプルアッププリドライバ回路
と、信号パッドに対する出力信号を高状態から低状態に
駆動するように構成されたプルダウンプリドライバ回路
が含まれる。さらに、ドライバ回路には、信号パッド
と、プルアッププリドライバ回路及びプルダウンプリド
ライバ回路の両方との間に挿入された電界効果トランジ
スタ(FET)回路網も含まれる。最後に、ドライバ回
路には、FET回路網に入力される複数の出力信号を有
するインピーダンス制御回路が含まれ、それによってイ
ンピーダンス制御回路の出力信号が、出力ドライバの出
力インピーダンスを制御可能に変化させる働きをする。
半導体素子の信号パッドを介して信号を駆動するように
構成された出力ドライバ回路の出力インピーダンスを制
御可能に変化させるための方法が提供される。この態様
によれば、この方法には、プルアップFETの出力の両
端に電気的に並列に接続された複数のpチャネル電界効
果トランジスタ(PFET)を設けるステップと、プル
ダウンFETの出力の両端に電気的に並列に接続された
複数のnチャネル電界効果トランジスタ(NFET)を
設けるステップが含まれており、プルアップFETのド
レインノードは、プルダウンFETのソースノードに電
気的に接続され、プルダウンFETのソースノードは、
信号パッドに電気的に結合される。この方法には、さら
に、複数のPFET及びNFETのゲートノードに対し
て複数の電気信号を加えて、複数の電気信号の集合的状
態によって、出力ドライバの出力インピーダンスを制御
可能に変化させるステップも含まれる。
の主要な利点は、広いPVT範囲にわたって、ほぼ一定
した、正確な出力抵抗が提供されるという点にある。本
発明の他の特徴及び利点については、下記の図面及び詳
細な説明を検討すれば、当該技術者には明らかになるで
あろう。こうしたその他の特徴及び利点のすべては、本
発明の範囲内に含まれるものと意図されている。
次に、図面によって示されるような本発明の説明につい
て詳細に言及することにする。本発明の説明は、これら
の図面に関連して行われるが、それによって開示される
実施態様に制限することを意図したものではない。それ
どころか、特許請求の範囲によって定義されるように本
発明の思想及び範囲内に含まれる全ての代替案、修正
案、及び等価物を包含するように意図されている。
図2は制御可能な可変出力インピーダンスを備えたドラ
イバ回路を示すブロック図であり、図1に示す従来技術
によるものに改良を加えている。すなわち、ドライバ回
路には、プルアッププリドライバ回路132と、プルダ
ウンプリドライバ回路134が含まれる。既知のよう
に、プルアッププリドライバ回路要素は、出力値を低状
態から高状態に(例えば、論理0から論理1に)駆動す
る働きをし、プルダウンプリドライバ回路要素134
は、出力値を高状態から低状態に駆動する働きをする。
NFET114及び115は、それぞれ、プルアッププ
リドライバ回路132及びプルダウンプリドライバ回路
134の出力によって駆動される。ドライバ回路の出力
は、NFET114のドレインノードとNFET115
のソースノードとの間における電気的接続点である、ラ
イン102において認められる値である。図3に関連し
てさらに後述するように、FET回路網100は、信号
ライン102とドライバパッドの間に挿入される。FE
T回路網100によって、ドライバ回路の出力インピー
ダンスを変化させて、基板のトレースインピーダンスと
整合させる働きをする、制御可能な可変インピーダンス
が与えられる。FET回路網100によって与えられる
インピーダンスは、制御回路(制御ブロック)110に
よって制御される。FET回路網の出力は、導体104
を介してドライバパッドに経路指定される。
てさらに詳述するため、次に、この回路要素をより詳細
に示した図3を参照する。特に、FET回路網100
は、信号ライン102、104、及び制御回路110に
関連して示されている。FET回路網には、電気的に並
列に接続された複数のNFETデバイス111、11
2、113、114、115、及び116が含まれる。
NFET111〜116は、それぞれ、NFETデバイ
スのコンダクタンス(従って、抵抗)を決めるチャネル
幅によって形成される。オンになると、各NFETは、
ライン102からライン104に電圧を伝える。NFE
Tデバイス111〜116の2つ以上がオンになると、
抵抗器のような働きをして、並列に結合し、より小さい
抵抗を提供する。こうして、ドライバ回路の出力インピ
ーダンスが変化する。NFETデバイス111〜116
は、チャネル幅が漸減するように、とりわけ、チャネル
幅が1/2に減少するように設計されることが望まし
い。従って、例えば、NFET111のチャネル幅をあ
る値Xとし、NFET112のチャネル幅を約1/2X
とし、NFET113のチャネル幅を約1/4Xと
し、...以下同様にすることが可能である。従って、
制御ブロック110の集合的出力は、NFETデバイス
111〜116のうち選択されたデバイスをオンにする
ことにより、ドライバ回路の出力インピーダンスを正確
に制御するデジタル制御ワードの働きをすることが可能
である。制御ブロック110の回路要素または論理回路
が、プロセス、電圧、及び温度(PVT)によって決ま
るのは明らかであるが、ここで説明を行う必要はない。
FET回路網100は、少なくとも1つの経路が、必ず
オンになり、信号が、信号ライン102から信号ライン
104、従って、信号経路に通るのを可能にするように
設計されている。
バ回路の出力インピーダンスを制御可能に変化させるた
めの有効な手段が提供されるが、それにもかかわらず、
いくつかの欠点がある。第1に、回路要素の適正な動作
は、ドライバの供給電圧が、NFETのターンオン電圧
の少なくとも2倍になるものと想定している。そうでな
ければ、適正な動作は行われない。さらに、コア論理レ
ベルがドライバ供給電圧(DVDD)に等しい環境では、
ライン102(図2)における信号値は、実際には、F
ETデバイス114及び115の両端におけるターンオ
ン電圧の合計に等しい電圧降下のため、高の論理出力よ
り低くなる。従って、代替の解決策が所望される。
ロック図である図4を参照する。従来技術によるシステ
ムの回路と同様、本発明のドライバ回路は、プルアップ
プリドライバ回路232及びプルダウンプリドライバ回
路234を備えたドライバ回路環境において動作する。
これらの回路は、ドライバに対して(または、トライス
テートに対して)それぞれ、出力信号を低状態から高状
態に、及び高状態から低状態に駆動する働きをする。回
路232及び234の出力204及び206は、本発明
に従って構成された出力FET回路網200に送られ
る。図4に示すように、出力FET回路網200の出力
209は、信号パッドに送られる。また、インピーダン
ス制御回路250は、較正ワードの形をとる制御信号2
08a及び208bを発生する。後述する態様におい
て、その制御信号208a及び208bを用いて、出力
FET回路網200の動作を制御する。
路の一般的な回路ブロックについて列挙したが、次に、
本発明に従って構成された出力FET回路網200の好
適な実施態様を詳細に例示した図5を参照する。要する
に、FET回路網200には、各PFETのソースノー
ドが他のソースノードと電気的に接続され、各PFET
のドレインノードが他のドレインノードと電気的に接続
されるように、電気的に並列に接続されたPFETのア
レイ210が含まれる。回路網200には、さらに、ソ
ースノードが、互いに電気的に接続され、さらにPFE
Tアレイ210のドレインノードと電気的に接続され、
ドレインノードが、互いに電気的に接続されるように、
電気的に接続されたNチャネル電界効果トランジスタ
(NFET)のアレイ220も含まれる。
210には、9つのPFETデバイス211、212、
213、214、215、216、217、218、及
び219が含まれる。これら各PFETデバイスのソー
スノードは、電位がDVDDの共通信号ライン201によ
って互いに電気的に接続される。同様に、NFETデバ
イスアレイ220には、9つのNFETデバイス22
1、222、223、224、225、226、22
7、228、及び229が含まれる。さらに、駆動され
ていない出力を軽くプルダウンして、浮動しないように
するため(CMOSデバイスにおいて、フローチング入
力は望ましくないので)、出力にNFETデバイス23
0を設けることが可能である。複数のNFETデバイス
のそれぞれのドレインノードは、電位がDGndのライ
ン203によって互いに電気的に接続される。
リドライバ回路232の出力204によって直接駆動さ
れる第1のPFET211が含まれる。同様に、NFE
Tアレイ220には、プルダウンプリドライバ回路23
4の出力206によって駆動される第1のNFETデバ
イス221が含まれる。2つのアレイにおけるPFET
及びNFETの残りは、ラベルPU[7:0]及びPD
[7:0]によって表示された、バス208a及び20
8bで供給される制御信号によって駆動される。図6に
関連して例示され、説明されるように、ライン208a
及びライン208bで供給される制御信号によって、ア
レイ210及び220の個々のPFET及びNFETデ
バイスを選択的にオン/オフして、ドライバ回路の出力
インピーダンスを有効に変化させるために用いられる、
デジタル制御ワードが生成される。
おけるPFET及びNFETのそれぞれのチャネル幅
は、その値の有効な2進数重み付けを提供するため、漸
進的に1/2に減少するように設計されている。従っ
て、例えば、PFET212のチャネル幅がXで、PF
ET212のコンダクタンスがGの場合、PFET21
3のチャネル幅が、1/2Xになると、PFET213
のコンダクタンスは0.5Gになる。
て、図5に例示されたそれぞれのトランジスタの物理的
サイズ(図示の通りの)を指定する表1が、以下で示さ
れている。しかし、当然明らかなように、本発明は表に
記載の値に制限されるものではなく、この表は、本発明
の望ましい実施態様を十分に開示するためだけに作成さ
れたものである。
さまざまな方法で制御回路要素250(図4)を実施す
ることが可能である。本発明の概念の目的にとって重要
なのは、制御回路250が、FETアレイ200内の個
々のPFET及びNFETの状態を制御して、ドライバ
回路の出力インピーダンスを変化させる。それにより出
力抵抗がプロセス、電圧、及び温度の全範囲にわたって
ほぼ一定に留まるようにすることである。この一般的な
目的を達成するため、さまざまな構成及び回路を実施す
ることが可能であるが、図6には、こうした回路が1つ
だけしか示されていない。
ンピーダンスのグループが外部抵抗と整合するように、
または外部抵抗のある倍数になるように設定するために
用いることが可能な、2組の制御信号(1つはプルアッ
プトランジスタ用で、1つはプルダウントランジスタ
用)が生じる。通常動作中、較正ドライバのPFETア
レイ210には、電流が流れる。PFETアレイ210
の各トランジスタは、公称では、デジタル式に制御され
る出力ドライバのプルアップPFETアレイにおける各
トランジスタのサイズに同等である。電流は、正の電源
DVDD(クリーンである、または汚れている可能性があ
る)から、PFETアレイ210を通り、静電放電(E
SD)保護抵抗器242を通り、パッド241から出
て、外部抵抗器(不図示)を通り、アースに流れる。
器242のインピーダンスは、外部抵抗器と共に分圧器
を形成し、パッド241のノードにおける正の供給電圧
を分圧する。このノードは、アナログ比較器260の反
転端子に対する入力である。アナログ比較器260の非
反転入力は、抵抗器262及び264によって形成され
る分圧器に接続される。抵抗器262及び264は、オ
ンチップ抵抗器とすることが可能であり、正の電源と負
の電源の間に直列に接続される。正の電源と負の電源の
間にある中間のノードが、アナログ比較器260の非反
転入力に接続される。実施態様の1つでは、抵抗器26
2及び264が、同じ値であり、従って、アナログ比較
器260の非反転入力における電圧はVDD/2にな
る。アナログ比較器260の出力は、デジタルアップ/
ダウンカウンタ266のDIR入力に接続されて、アッ
プ/ダウンカウンタ266がカウントする方向を制御す
る。アップ/ダウンカウンタ266は、その最高出力か
らその最低出力に、及びその最低出力から最高出力にぐ
るりと一回転することがないように、飽和カウンタとす
ることが可能である。アップ/ダウンカウンタ266
は、クロック入力CLKのストローブ時に、DIRの状
態に従ってその出力の2進値をインクリメントまたはデ
クリメントする。アップ/ダウンカウンタ266の出力
は、信号PU[7:0]を発生し、そのそれぞれが、プ
リドライバ回路を制御し/イネーブルにして、PFET
アレイ210のトランジスタの1つのゲートを駆動する
ために用いられる。好適な実施態様の場合、前述のよう
に、PFETアレイ210における各トランジスタのサ
イズは、そのゲートに接続されたPU[7:0]のビッ
トの重要度に対応するようにスケーリングが施される。
例えば、P[N]が、コンダクタンスがGのFETを制
御する場合、P[N+1]は、コンダクタンスが2Gの
FETを制御することになる。
器260の非反転入力より高い場合、アップ/ダウンカ
ウンタ266は、カウントダウンする。これによって、
PFETアレイ210のトランジスタのより多くがオフ
になり、PFETアレイ210のインピーダンスが増大
する。比較器260の反転入力が、アナログ比較器26
0の非反転入力より低い場合、アップ/ダウンカウンタ
266は、カウントアップし、PFETアレイ210の
トランジスタのより多くがオンになり、PFETアレイ
210のインピーダンスが減少する。PFETアレイ2
10及びESD保護抵抗器242のインピーダンスが、
外部抵抗器の抵抗値にほぼ整合すると、このフィードバ
ックシステムは、安定化する。
較器260の入力と同様に発生する。アナログ比較器2
74の出力は、アップ/ダウンカウンタ286のDIR
入力に接続される。アップ/ダウンカウンタ286の出
力信号は、信号PD[7:0]に接続される。これらの
信号は、プリドライバ回路を制御し/イネーブルにし
て、NFETアレイ220のトランジスタのゲートを駆
動するために用いられる。比較器274の反転入力が、
アナログ比較器274の非反転入力より低い場合、アッ
プ/ダウンカウンタ286は、カウントダウンし、NF
ETアレイ220のトランジスタのより多くがオフにな
り、NFETアレイ220のインピーダンスが増大す
る。比較器274の反転入力が、アナログ比較器274
の非反転入力より高い場合、アップ/ダウンカウンタ2
86は、カウントアップし、NFETアレイ220のト
ランジスタのより多くがオンになり、NFETアレイ1
30のインピーダンスが減少する。
だ単に、FETアレイ200の制御入力をいかに発生す
ることが可能かを例証するものとして示されているだけ
である。これらの信号の特定の発生方法は、本発明に対
する制限をなすものではなく、従って、本明細書でこれ
以上詳述する必要はない。しかし、図6の回路によっ
て、該システムが、較正制御ワードを、従って、出力ド
ライバの出力インピーダンスを絶えず更新する(比較器
及びアップ/ダウンカウンタを介して)ことが可能にな
るのは明らかである。
外部精密抵抗器のインピーダンスまたはその倍数と整合
するために、全ての出力ドライバのPFETインピーダ
ンスを設定するように設計される。通常の動作中、デー
タまたはクロック出力ドライバと同等のサイズのPFE
Tアレイには、電流が流れる。電流は、基板上のI/O
パッド241を通って、GNDに接続された外部抵抗器
に流れる。この電流経路によって、分圧器が形成される
が、この場合、2つの抵抗はドライバの出力抵抗と外部
抵抗器である。パッドは、差動増幅器260の端子に対
する入力203の働きをする。増幅器260のもう一方
の端子は、VDD/2である。差動増幅器に対する入力電
圧間の差は、ドライバの出力抵抗と外部抵抗器の間で抵
抗の不整合として感知される。デルタ電圧によって、差
動増幅器の出力が、アップ/ダウンカウンタ266にそ
の出力をインクリメント/デクリメントするように設定
する。クロックエッジを受信すると、アップ/ダウンカ
ウンタは、新たな2進カウントPU[n:0](nビッ
トカウンタの場合)を駆動する。この較正ワードは、較
正回路要素のプルアップドライバによって利用され、他
のドライバに分配される。PU[n:0]における増分
2進変化によって、較正ドライバに増分の抵抗変化が生
じる。較正ドライバは、新たな較正ワードを備えている
ので、新たな出力抵抗を備えている。較正プロセスが継
続され、通常のチップ動作にとって透過的であるのは明
らかである。
抵抗器のインピーダンスまたはその倍数と整合するため
に全ての出力ドライバのNFETインピーダンスを、設
定するように設計される。通常の動作中、データまたは
クロック出力ドライバと同等のサイズのNFETアレイ
には、電流が流れる。電流は、基板上のI/Oパッド2
41を通って、VDDに接続された外部抵抗器に流れる。
この電流経路によって、ドライバの出力抵抗と外部抵抗
器の間に分圧器が形成される。パッドは、差動増幅器2
74の端子に対する入力201の働きをする。増幅器2
74のもう一方の端子は、VDD/2である。差動増幅器
に対する入力電圧間の差は、ドライバの出力抵抗と外部
抵抗器の間で抵抗の不整合として感知される。デルタ電
圧によって、差動増幅器の出力が、アップ/ダウンカウ
ンタ286にその出力をインクリメント/デクリメント
するように設定する。クロックエッジを受信すると、ア
ップ/ダウンカウンタは、新たな2進カウントPU
[n:0]を駆動する。この較正ワードは、較正回路要
素のプルダウンドライバによって利用され、他のドライ
バに分配される。PU[n:0]における増分2進変化
によって、較正ドライバに増分の抵抗変化が生じる。較
正ドライバは、新たな較正ワードを備えているので、新
たな出力抵抗を備えている。較正プロセスが継続され、
通常のチップ動作にとって透過的である。
提示されたものである。本発明を余すところなく説明し
ようとか、開示の形態そのままに制限しようとするもの
ではない。以上の教示に鑑みて、明白な修正または変更
が可能である。例えば、較正ワード208a及び208
b(本明細書では、8ビットワードとして例示されてい
る)は、さまざまなサイズが可能であり、8ビット未満
とすることも、または、8ビットを超えることも可能で
あることが理解されよう。
その実際の応用例の最良な例証を提示することによっ
て、当該技術者が、企図される特定の用途に適するよう
に、さまざまな実施態様において、さまざまな修正を施
して、本発明を利用できるようにするために、選択され
解説された。こうした全ての修正及び変更は、公正かつ
合法的に権利を与えられる範囲に従って解釈される場
合、特許請求の範囲によって決まる本発明の範囲内に含
まれる。
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。 1.半導体素子の信号パッド(241)を介して信号を駆
動する可変インピーダンス出力ドライバ(200)であっ
て、電気的に並列に接続された複数のpチャネル電界効
果トランジスタ(PFET)(210)であって、該複数
のPFET(211〜219)のそれぞれのソースノードが互
いに電気的に接続され、前記複数のPFET(211〜21
9)のそれぞれのドレインノードが互いに電気的に接続
される、前記複数のpチャネル電界効果トランジスタ
(PFET)(210)と、電気的に並列に接続された複
数のnチャネル電界効果トランジスタ(NFET)(22
0)であって、該複数のNFET(221〜229)のそれぞ
れのソースノードが互いに電気的に接続され、前記複数
のNFET(221〜229)のそれぞれのドレインノードが
電気的に接続されており、前記複数のPFET(211〜2
19)のそれぞれのドレインノードが、前記複数のNFE
T(221〜229)のそれぞれのソースノードに電気的に接
続されて、更に信号パッド(241)に電気的に接続され
ている、前記複数のnチャネル電界効果トランジスタ
(NFET)(220)とが含まれており、前記複数のP
FET(211〜219)の第1のPFET(211)が、プル
アッププリドライバ回路(232)の出力によって駆動さ
れるゲートノードを備えており、前記複数のNFET
(221〜229)の第1のNFET(221)が、プルダウン
プリドライバ回路(234)の出力によって駆動されるゲ
ートノードを備えており、残りのPFET及びNFET
が、それぞれ、制御回路(250)によって生成される較
正ワードによって制御されるに従って、前記プルアップ
及びプルダウンプリドライバ回路(232,234)によって
駆動されるゲートノードを備えている、ドライバ。 2.前記複数のPFET(211〜219)のサイズが可変で
ある、上記1のドライバ。 3.前記複数のPFET(211〜219)のサイズは、前記
第1のPFET(211)を除いて幅寸法が漸進的に小さ
くなるようになっている、上記2のドライバ。 4.前記複数のPFET(211〜219)のサイズは、前記
第1のPFET(211)を除いて幅寸法が漸進的に1/
2に変化する、上記2のドライバ。 5.前記複数のNFET(221〜229)のサイズが可変で
ある、上記1のドライバ。 6.前記複数のNFET(221〜229)のサイズは、前記
第1のNFET(221)を除いて幅寸法が漸進的に小さ
くなるようになっている、上記5のドライバ。 7.前記複数のNFET(221〜229)のサイズは、前記
第1のNFET(221)を除いて幅寸法が漸進的に1/
2に変化する、上記6のドライバ。 8.前記信号パッドと、前記複数のPFET(211〜21
9)のドレインノード及び前記複数のNFET(221〜22
9)のソースノードの共通接続部との間に、電気的に直
列に配置された抵抗器(242)を更に含む、上記1のド
ライバ。 9.半導体素子の信号パッド(241)を介して信号を駆
動する可変インピーダンス出力ドライバ(200)であっ
て、前記信号パッド(241)に対する出力信号を低状態
から高状態に駆動するように構成されたプルアッププリ
ドライバ回路(232)と、前記信号パッド(241)に対す
る出力信号を高状態から低状態に駆動するように構成さ
れたプルダウンプリドライバ回路(234)と、前記信号
パッド(241)と、前記プルアッププリドライバ回路(2
32)及び前記プルダウンプリドライバ回路(234)の両
方との間に挿入された電界効果トランジスタ(FET)
回路網と、前記FET回路網に入力される複数の出力信
号(208a,208b)を有するインピーダンス制御回路(25
0)とが含まれており、それによって前記インピーダン
ス制御回路の出力信号(208a,208b)が、前記出力ドラ
イバ(200)の出力インピーダンスを制御可能に変化さ
せる働きをする、ドライバ。 10.前記FET回路網に、電気的に並列に接続された
複数のpチャネル電界効果トランジスタ(FET)(21
0)が含まれており、前記複数のPFET(211〜219)
のそれぞれのソースノードが、互いに電気的に接続さ
れ、前記複数のPFET(211〜219)のそれぞれのドレ
インノードが、互いに電気的に接続されている、上記9
のドライバ。
度(PVT)に対して出力駆動段の出力インピーダンス
を有効に変化させ、ノイズの悪影響を受けにくい、改良
された出力駆動段が提供される。特に、その出力インピ
ーダンスが、プロセス、電圧、及び温度に対して変化す
る際、基板のトレースインピーダンスに正確に整合する
ように、前記出力インピーダンスを有効に変化させるこ
とが可能な、改良された出力駆動段が提供される。
スを備えたドライバ回路の概略図である。
スを備えたドライバ回路の実施態様の1つを例示するブ
ロック図である。
る。
される可変出力インピーダンスを備えたドライバ回路を
例示するブロック図である。
る概略図である。
ンピーダンス制御回路の一部に関する概略図である。
Claims (1)
- 【請求項1】半導体素子の信号パッド(241)を介して
信号を駆動する可変インピーダンス出力ドライバ(20
0)であって、 電気的に並列に接続された複数のpチャネル電界効果ト
ランジスタ(PFET)(210)であって、該複数のP
FET(211〜219)のそれぞれのソースノードが互いに
電気的に接続され、前記複数のPFET(211〜219)の
それぞれのドレインノードが互いに電気的に接続され
る、前記複数のpチャネル電界効果トランジスタ(PF
ET)(210)と、 電気的に並列に接続された複数のnチャネル電界効果ト
ランジスタ(NFET)(220)であって、該複数のN
FET(221〜229)のそれぞれのソースノードが互いに
電気的に接続され、前記複数のNFET(221〜229)の
それぞれのドレインノードが電気的に接続されており、
前記複数のPFET(211〜219)のそれぞれのドレイン
ノードが、前記複数のNFET(221〜229)のそれぞれ
のソースノードに電気的に接続されて、更に信号パッド
(241)に電気的に接続されている、前記複数のnチャ
ネル電界効果トランジスタ(NFET)(220)とが含
まれており、 前記複数のPFET(211〜219)の第1のPFET(21
1)が、プルアッププリドライバ回路(232)の出力によ
って駆動されるゲートノードを備えており、前記複数の
NFET(221〜229)の第1のNFET(221)が、プ
ルダウンプリドライバ回路(234)の出力によって駆動
されるゲートノードを備えており、残りのPFET及び
NFETが、それぞれ、制御回路(250)によって生成
される較正ワードによって制御されるに従って、前記プ
ルアップ及びプルダウンプリドライバ回路(232,234)
によって駆動されるゲートノードを備えている、 ドライバ。
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