JP2001308694A - ローノイズバッファ回路 - Google Patents

ローノイズバッファ回路

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Abstract

(57)【要約】 【課題】CMOS回路の切り換わりにおいて、電流変動
を少なくし、低ノイズ化することにある。 【解決手段】CMOS回路2と電源91,グランド92
との間にそれぞれMOS31,32からなる定電流源を
接続し、その接続点間にCMOS回路2と並列に抵抗素
子3を接続する。この抵抗素子3により、定電流源で流
すべき電流をバイパスさせている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はローノイズバッファ
回路に関し、特に出力される電圧や電流を安定化させる
ローノイズバッファ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、かかるローノイズバッファ回路と
しては、伝送路インピーダンスのマッチングをとるため
の出力バッファや、高抵抗として機能させるトランジス
タをインバータに接続したCMOS回路などが知られて
いる。これらのバッファ回路は、共にピーク電流(入力
が変化した際の最大値電流)を抑制するために設けられ
ており、CMOS回路などに貫通電流を流すタイプと、
貫通電流を無くしたタイプがある。
【0003】例えば、前者のタイプには、終端抵抗を用
いたもの、または特開平4−30389号公報にあるよ
うに、半導体メモリのセンスアンプ駆動回路において、
駆動トラジスタのゲートをしきい値電圧以下にして徐々
にオンさせるもの、あるいは特開平1−165225号
公報にあるように、出力ドライバ回路において、高抵抗
又は微少電流源として機能させるトランジスタをインバ
ータに接続したものがある。
【0004】一方、後者のタイプには、特開平1−34
016号公報にあるように、出力ドライバ回路におい
て、オンからオフに変化するトランジスタを先に動作さ
せることにより貫通電流を全く発生させないものや充放
電するトランジスタの動作タイミングをずらせることに
よりピーク電流を低減させて貫通電流を無くしたもの、
あるいは特開平2−220294号公報にあるように、
出力信号のレベルに応じた信号によってプリチャージ回
路を制御し、貫通電流の発生を防止して高速読出しやピ
ーク電流を低減したもの、あるいは特開平1−1850
22号公報にあるように、異なる論理スレッショルドの
インバータにより動作タイミングを制御して貫通電流を
無くしたものがある。
【0005】いずれにしても、従来のバッファ回路にお
いては、ピーク電流を抑制するにあたり、貫通電流を流
したり、貫通電流を無くしたりしているが、CMOSイ
ンバータのように、動作の切換えによるノイズを低減し
たいときには、消費電流を多少犠牲にしても貫通電流を
流し、またノイズよりも消費電流を低減させたいときに
は、伝送路のインピーダンス不整合によるノイズや、切
換えノイズが発生しても貫通電流をゼロにするような対
策が施されている。
【0006】図5は従来の一例を説明するための出力側
を終端したバッファ回路図である。図5に示すように、
このバッファ回路は、入力端子11にそれぞれのゲート
を接続したPMOSトランジスタ21,NMOSトラン
ジスタ22からなるCMOSインバータ回路2を有し、
PMOSトランジスタ21のソースを電源VDDに、ま
たNMOSトランジスタ22のソースをGNDにそれぞ
れ接続し、双方のドレインを出力端子12に接続すると
ともに、出力端子12は伝送路5および終端抵抗Rを介
し、所定の電圧VDD/2を供給するようにしている。
【0007】この場合は、CMOS回路2のPMOSト
ランジスタ21もしくはNMOSトランジスタ22を介
し、伝送路5,終端抵抗Rに定常的に電流を流す方式で
あり、かかる定常的な電流を犠牲にして、伝送路インピ
ーダンスのマッチングをとることにより、反射ノイズを
抑制している。
【0008】図6は図5に示すCMOS回路の入出力電
圧と電流の各レベルを表わすAC動作特性図である。図
6に示すように、これらのレベル特性において、VIN
は入力端子11に印加される入力電圧、VOUTは入力
電圧VINが印加されたときの出力端子12に表われる
出力電圧、IVは電源VDDからPMOSトランジスタ
21を介し出力端子12およびNMOSトランジスタ2
2を介しGNDに流れる電流、IGは出力端子12から
NMOSトランジスタ22を介しおよび電源VDDから
PMOSトランジスタ21を介しGNDに流れる電流を
レベル的に表現したものである。
【0009】したがって、横軸に時間をとったとする
と、電源投入時(時間0.0nS)およびCMOS回路
2の反転時(ほぼ22.0nS)に電流IV,IGにひ
げ状の揺らぎが発生する。また、終端抵抗を有する出力
バッファの場合、最大電流変動(p−p)は17.5m
Aであり、出力波形のスルーレートは1.0V/nSで
ある。
【0010】このようなインバータ反転時のノイズおよ
び貫通電流を抑制するために、前述した特開平1−16
5225号公報などでは、CMOS回路2と電源VD
D,GNDとの間に、高抵抗や微少電流源を接続してい
る。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のローノ
イズバッファ回路は、定常的に流れる電流を犠牲にして
反射ノイズを抑制したり、高抵抗や微少電流源を接続し
て切換え時のノイズを抑制している。
【0012】すなわち、終端を有する出力バッファに代
表される近年のインタフェース技術においては、その終
端抵抗による分圧で信号の低振幅化を進めている。その
ため、インタフェース部では分圧を想定した高い電源電
圧にしていた。要するに、かかるインタフェース部で
は、一度高い電圧に昇圧し、しかる後に降圧(低振幅
化)している。しかし、このような昇圧および降圧を繰
返すことは、回路的にも効率が悪くなる。また、近年の
インタフェース部を形成するバッファの高速化にあた
り、伝送路のインピーダンス不整合によるノイズを低減
する場合には、終端抵抗を有するものが多く、その場合
には、終端抵抗による大きい定常電流が生じ、しかもそ
の電流がスイッチング時に大きく変化する。
【0013】より具体的に言えば、近年のインタフェー
ス技術においては、バス幅が増大し、それによる同時動
作本数が増加するとともに、高速化に伴う同時動作タイ
ミングの更なる集中が進み、同時動作ノイズが増大して
いる。しかも、出力端子に接続される終端抵抗によって
生ずる大きい定常電流が、スイッチング動作の際に変化
し、その電流変動で生ずるノイズも増大していることに
起因している。
【0014】したがって、従来のバッファ回路におて
は、同時動作ノイズの増大や、同時動作ノイズによる遅
延変動の対策、あるいは終端抵抗を有する場合には、大
きい定常電流がスイッチング毎に変化し放射ノイズが増
大するという欠点がある。
【0015】本発明の目的は、上述したような各種のノ
イズを抑制することのできるローノイズバッファ回路を
提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明のローノイズバッ
ファ回路は、入力端子をそれぞれのゲートに接続し且つ
出力端子を双方のドレインに接続したPMOSトランジ
スタおよびNMOSトランジスタからなるCMOS回路
と、第1の電源および前記CMOS回路の前記PMOS
トランジスタのソース間に接続した第1の定電流源と、
第2の電源および前記CMOS回路の前記NMOSトラ
ンジスタのソース間に接続した第2の定電流源と、前記
第1,第2の定電流源間に前記CMOS回路と並列に接
続した抵抗素子とを有して構成される。
【0017】また、本発明のローノイズバッファ回路
は、入力端子をそれぞれのゲートに接続し且つ出力端子
を双方のドレインに接続した第1のPMOSトランジス
タおよび第1のNMOSトランジスタからなるCMOS
回路と、第1の電源および前記CMOS回路の前記第1
のPMOSトランジスタのソース間に接続した第1の定
電流源と、第2の電源および前記CMOS回路の前記第
1のNMOSトランジスタのソース間に接続した第2の
定電流源と、前記第1,第2の定電流源間に前記CMO
S回路と並列に接続し且つそれぞれのゲートに前記第1
および第2の電源を接続した第2のNMOSトランジス
タおよび第2のPMOSトランジスタとを有して構成さ
れる。
【0018】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図1(a),(b)はそれ
ぞれは本発明の第1の実施の形態を示すローノイズバッ
ファ回路図およびその等価回路図である。図1(a),
(b)に示すように、本実施の形態は、CMOS構造の
半導体集積回路において、CMOS回路2とVCCおよ
びグランドなどの電源側との間にそれぞれ定電流源を設
けるとともに、CMOS回路2と並列に抵抗素子3を設
けたものである。
【0019】すなわち、図1(a),(b)に示すよう
に、本実施の形態は、PMOS21とNMOS22から
なるCMOS回路2において、入力端子11がPMOS
21とNMOS22のゲートに、また出力端子12が双
方のドレインにそれぞれ接続される。しかも、このCM
OS回路2と電位供給源(例えば、VCC)91との間
には、ゲートを駆動端子13から制御された電流源とな
るPMOS31を接続し、同様にCMOS回路2と電位
供給源(例えば、グランド)92との間には、ゲートを
駆動端子14から制御され且つPchMOS31と同一
供給能力の電流源となるNMOS32を接続するととも
に、CMOS回路2と並列に抵抗素子3を接続する。こ
の抵抗素子3は、CMOS回路2がONしたときの抵抗
値と同等の抵抗値を有しており、CMOS回路2の抵抗
変動に応じ、電流源31および32で流すべく電流をバ
イパスする。
【0020】かかる抵抗素子3を設けたことにより、C
MOS回路2のスイッチングにおいて、入力電流および
出力電流の変動の無い動作を実現することができる。
【0021】しかるに、ここで通常のCMOS回路2と
して、最も単純なインバーター回路を例にあげると、そ
の構成はPMOSトランジスタとNMOSトランジスタ
で構成され、共にゲートが接続された入力端子と、共に
ドレインが接続された出力端子を有する。この場合の動
作イメージとしては、入力の電位により、PMOSトラ
ンジスタがONでNMOSトランジスタがOFFの状態
1と、共にONとなる状態2と、逆にPMOSトランジ
スタがOFFでNMOSトランジスタがONの状態3と
に別れる。この構成での電流変動において、状態1およ
び状態3では、PMOSトランジスタもしくはNMOS
トランジスタがOFFであるため、電源間に電流が流れ
ないのに対し、状態2では、共にON状態であるため電
源間に電流が流れる。つまり、状態1から状態2あるい
は状態2から状態3に入力電位によって変化する場合、
電流は大きく変動する。
【0022】一方、本実施の形態において、電流源とし
て用いるMOSトランジスタ31,32は、MOSトラ
ンジスタの飽和領域での状態を用いる。かかるMOSト
ランジスタの基本特性として、電流(Ids)vs電圧
(Vds)特性があるが、その飽和領域において、MO
SトランジスタはVdsの変動に依存せず、一定の電流
を流す特性がある。この飽和領域は、Vgsにより定電
流源となりうるVdsの範囲が異なり、本実施の形態に
おいては、電位供給源の電位差の1/2以上の範囲で定
電流源になることが重要となる。
【0023】このような電流源でCMOS回路2を挟ん
だ場合、すなわち電流変動のあるCMOS回路2を同一
の電流供給能力を持つ定電流源で挟んだ場合、前述の状
態2においては、一定の電流で動作するが、状態1およ
び状態3においては、イメージとして、CMOS回路2
の部分がオープンのような状態となり、電流量が低下し
てしまう。要するに、入力端子11における入力電位に
よって電位供給源間の電流量が変化してしまう。
【0024】そこで、本実施の形態においては、抵抗素
子3を並列に接続し、どの状態においても電位供給源間
の電流を一定にしている。すなわち、状態1および状態
3においては、CMOS回路2がオープンのような状態
であるため、電流源で制御された電流I0 は、抵抗素子
3を流れ、状態2においては、抵抗素子3とCMOS回
路2の並列接続となる回路に定電流I0 が流れる。つま
り、所定の抵抗素子3に流れる電流は、状態によってバ
イパスさせたい電流に対応する。
【0025】図2は図1におけるCMOS回路の入出力
特性図である。図2に示すように、VINは入力電圧、
VOUTは出力電圧を表わし、またIVは電源側の電
流、IGはGND側の電流を表わしている。このよう
に、本実施の形態によれば、入出力特性からも明らかな
ように、IV,IGにおいて、電流変動の無い特性を実
現することができる。
【0026】また、図3は図1に示すCMOS回路の入
出力電圧と電流の各レベルを表わすAC動作特性図であ
る。図3に示すように、これらのレベル特性において、
VINは入力端子11に印加される入力電圧、VOUT
は入力電圧VINが印加されたときの出力端子12に表
われる出力電圧、IVは電源VDDからPMOSトラン
ジスタ21を介し出力端子12およびNMOSトランジ
スタ22を介しGNDに流れる電流、IGは出力端子1
2からNMOSトランジスタ22を介しおよび電源VD
DからPMOSトランジスタ21を介しGNDに流れる
電流をレベル的に表現したものである。
【0027】したがって、横軸に時間をとったとする
と、電源投入時(時間0.0nS)およびCMOS回路
2の反転時(ほぼ22.0nS)に電流IV,IGに表
われるノイズを抑制することができる。
【0028】ここで、終端抵抗を有する出力バッファの
場合、最大電流変動(p−p)は3.7mA、出力波形
のスルーレートは0.35V/nSとなり、前述した従
来の図6と比較すると、最大電流変動で約80%の低減
となり、また出力波形のスルーレートで2.8倍の改善
となる。
【0029】図4は本発明の第2の実施の形態を示すロ
ーノイズバッファ回路図である。図4に示すように、本
実施の形態は、入力端子11をそれぞれのゲートに接続
し且つ出力端子12を双方のドレインに接続したPMO
Sトランジスタ21およびNMOSトランジスタ22か
らなるCMOS回路2と、電源VDDおよびCMOS回
路2のPMOSトランジスタ21のソース間に接続した
定電流源としてのPMOSトランジスタ31と、GND
およびCMOS回路2のNMOSトランジスタ22のソ
ース間に接続した定電流源としてのNMOSトランジス
タ32と、これらPMOSトランジスタ31およびNM
OSトランジスタ32間にCMOS回路2と並列に接続
し、それぞれのゲートにGND,電源VDDを接続した
PMOSトランジスタ41およびNMOSトランジスタ
42とを有している。
【0030】要するに、本実施の形態においては、前述
した第1の実施の形態における抵抗素子3をPMOSト
ランジスタ41とNMOSトランジスタ42で置換し、
それぞれのゲートにGND,電源VDDを供給するよう
にしたことにある。実際の適用にあたっては、半導体分
野におけるノイズ低減を必要とする回路や高速動作を要
求される回路に使用することができる。
【0031】上述した実施の形態におけるCMOS回路
2はインバータを例にとって説明したが、かかるCMO
S回路2は、インバータだけでなく、NANDやNOR
などの他の論理を含め、抵抗値の変化する回路全てに適
用することができる。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のローノイ
ズバッファ回路は、CMOS回路と電源,GNDとの間
に定電流源を設けるとともに、このCMOS回路に並列
に抵抗素子を接続することにより、電位供給源間のスイ
ッチングによる電流変動を抑制し、ノイズを低減するこ
とができるという効果がある。
【0033】また、本発明は、かかる抵抗素子により、
同時に複数のバッファが動作する場合でも、自己発生ノ
イズによる遅延値変動を抑制することができるという効
果がある。
【0034】さらに、本発明は、高速動作を目的とした
出力バッファにおける低出力振幅化にあたり、前段回路
の昇圧回路を不要とし、前段バッファの高速化を実現す
るとともに、前段回路において、従来回路と同一遅延を
実現する場合、昇圧回路を不要にできるので、遅延の余
裕が生じ、その遅延の余裕を出力波形の低スルーレート
化に使用することができるという効果がある。しかも、
出力バッファで3ステート(L,H,High−Z)論
理を実現したい場合、前段回路おいて、3ステート論理
を遅延に影響しない定電流源部で実現出来、高速化を実
現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示すローノイズバ
ッファ回路およびその等価回路を表わす図である。
【図2】図1におけるCMOS回路の入出力特性図であ
る。
【図3】図1に示すCMOS回路の入出力電圧と電流の
各レベルを表わすAC動作特性図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態を示すローノイズバ
ッファ回路図である。
【図5】従来の一例を説明するための出力側を終端した
バッファ回路図である。
【図6】図5に示すCMOS回路の入出力電圧と電流の
各レベルを表わすAC動作特性図である。
【符号の説明】
2 CMOS回路 3 抵抗素子 11 入力端子 12 出力端子 13,14 駆動端子 21,31,41 PMOSトランジスタ 22,32,42 NMOSトランジスタ 91 電源 92 GND

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力端子をそれぞれのゲートに接続し且
    つ出力端子を双方のドレインに接続したPMOSトラン
    ジスタおよびNMOSトランジスタからなるCMOS回
    路と、第1の電源および前記CMOS回路の前記PMO
    Sトランジスタのソース間に接続した第1の定電流源
    と、第2の電源および前記CMOS回路の前記NMOS
    トランジスタのソース間に接続した第2の定電流源と、
    前記第1,第2の定電流源間に前記CMOS回路と並列
    に接続した抵抗素子とを有することを特徴とするローノ
    イズバッファ回路。
  2. 【請求項2】 前記抵抗素子は、前記CMOS回路がO
    Nしたときの抵抗値と同等の抵抗値を有する請求項1記
    載のローノイズバッファ回路。
  3. 【請求項3】 前記第1および第2の定電流源は、同一
    供給能力とする請求項1記載のローノイズバッファ回
    路。
  4. 【請求項4】 前記第1および第2の定電流源は、それ
    ぞれPMOSトランジスタおよびNMOSトランジスタ
    を用い、それぞれのゲート電圧を低く設定してトランジ
    スタの飽和領域を広く確保した請求項1記載のローノイ
    ズバッファ回路。
  5. 【請求項5】 前記第1および第2の定電流源を形成す
    る前記PMOSトランジスタおよびNMOSトランジス
    タは、ゲート駆動電圧を前記第1および第2の電源の電
    位差の1/2以上で駆動する請求項4記載のローノイズ
    バッファ回路。
  6. 【請求項6】 入力端子をそれぞれのゲートに接続し且
    つ出力端子を双方のドレインに接続した第1のPMOS
    トランジスタおよび第1のNMOSトランジスタからな
    るCMOS回路と、第1の電源および前記CMOS回路
    の前記第1のPMOSトランジスタのソース間に接続し
    た第1の定電流源と、第2の電源および前記CMOS回
    路の前記第1のNMOSトランジスタのソース間に接続
    した第2の定電流源と、前記第1,第2の定電流源間に
    前記CMOS回路と並列に接続し且つそれぞれのゲート
    に前記第1および第2の電源を接続した第2のNMOS
    トランジスタおよび第2のPMOSトランジスタとを有
    することを特徴とするローノイズバッファ回路。
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