JP2001500326A - 伝送線路を駆動するための出力バッファ回路 - Google Patents
伝送線路を駆動するための出力バッファ回路Info
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Abstract
(57)【要約】
伝送線路(7)を駆動する出力バッファ回路はスイッチ段(1)を含み、スイッチ段(1)は、ディジタルデータ(din)に応じて、このスイッチ段の入力に、このスイッチ段の出力を接続するスイッチを含む。制御信号(sc1)に応じて調整可能である第1インピーダンス手段(Z1)は、前記スイッチ段に接続されている。さらに、モニタインピーダンス制御信号に応じて調整可能であるインピーダンスを有する、モニタインピーダンス手段が備えられている。第1インピーダンス手段は、そのインピーダンス制御入力に、モニタインピーダンス手段へ印加される制御信号から得られる制御信号を受けるように接続されている。モニタインピーダンス手段は、第1インピーダンス手段のレプリカを構成し、スイッチ段の出力インピーダンスを調整、すなわち制御しうるように、第1インピーダンス手段をモニタし、かつ制御することを可能にする。
Description
【発明の詳細な説明】
伝送線路を駆動するための出力バッファ回路
本発明は、伝送線路を駆動するための出力バッファ回路に関し、この出力バッ
ファ回路の出力インピーダンスは、この出力バッファに接続された伝送線路の特
性インピーダンスに整合するように調整可能である。
ディジタル回路の速度が常に増大して行くのに伴い、異なる回路にリンクする
インタフェースに対しての、データ伝送容量に関する要求も増大する。伝送線路
を経て送信されるべきビットレートが高くなるほど、その伝送線路により接続さ
れた送信側および受信側の双方がそれぞれ、その伝送線路の特性インピーダンス
に整合する信号源インピーダンスおよび入力インピーダンスを有することが重要
になる。そのようなインピーダンス整合は、伝送線路上における反射を避けるた
めには不可欠であり、インピーダンス整合を行わなければ、その反射は高いデー
タ速度のデータ伝送を妨害する。
米国特許第5,134,311号は、VDDに対するプルアップゲートのアレ
イと、接地に対するプルダウンゲートのアレイと、を有する自己調整形インピー
ダンス整合ドライバ回路を開示している。1つまたはそれ以上のそのようなゲー
トは、ドライバ回路の出力と、それが駆動するネットワークとの間の、インピー
ダンス整合をモニタする回路手段に応答して、選択的に使用可能にされる。この
目的のために、閉ループ出力インピーダンス制御が行われるように、比較器の入
力がドライバ回路の出力に接続され、該比較器の出力は、1つまたはそれ以上の
前記プルアップゲートを選択的に使用可能にするラッチと、1つまたはそれ以上
の前記プルダウンゲートを制御する他のラッチと、を制御する。
1993年IEEE国際固体回路協議会(IEEE Internation
al solid State Circuits Conference)、
セッション10、高速度通信およびインタフェース(High Speed C
ommunication and Interfaces)、論文10.7は
、CMOS出力バッファ回路と、外部接続された伝送線路との間の、自動インピ
ーダンス整合を行う回路を開示している。その提案によれば、ドライバ回路から
伝送線路へインパルスが出力され、伝送線路の終端からのありうる反射の到着前
の期間中に、バッファの出力電圧が供給電圧の半分に制御され、それはその時、
バッファの出力インピーダンスが伝送線路の特性インピーダンスに等しいことを
意味する。そのような制御は、CMOSドライバのプルアップゲートと、CMO
Sドライバのプルダウンゲートと、に対し無関係に行われ、これらのゲートのそ
れぞれは、インピーダンス制御レジスタにより選択的に使用可能にされるドライ
バトランジスタを含む。
従来技術のこれらのアプローチの双方は、ラインドライバ回路の出力インピー
ダンスを調整するための、ある種の制御ループを採用し、この制御ループは、実
際の出力インピーダンスの検出と、ドライバの実際の出力インピーダンスを決定
するインピーダンス手段の調整と、を行い、検出された出力インピーダンスを所
望の値に整合させる。
しかし、バッファの実際の出力インピーダンスを、行われるデータ伝送に妨害
を与えることなく連続的に検出することは、容易に可能ではない。この理由のた
めに、最初に述べたアプローチは、出力バッフアのセットアップをパワーアップ
に際して行い、その後は、もし駆動されるネットワークが実質的に変化せしめら
れた場合のみに行うことを示唆している。第2のアプローチには、伝送線路の終
端からのありうる反射がその始端へ到着する前に、出力インピーダンスの検出を
行わなければならないという事実による、極端なタイミング要求が存在する。
本発明は、データ伝送が行われている間に、かつ、部品の精度に関する、また
はインピーダンス調整回路のタイミングおよび速度に関する、厳しい要求なしに
、出力インピーダンスの制御を可能にする簡単な回路により所望のインピーダン
ス値に調整されうる出力インピーダンスを有する、出力バッファ回路を提供する
ことを目的とする。
本発明によれば、この目的は、独立クレームに定められているようにして達成
される。有利な実施例は、従属クレームに記載されている。
本発明によれば、出力バッファ回路の出力インピーダンスは、バッファの出力
インピーダンスを決定するバッファ回路部品の電気的特性に類似した電気的特性
を有するモニタインピーダンス手段のインピーダンスを制御することにより制御
される。バッファ出力インピーダンスを調整するためのインピーダンス制御信号
は、モニタインピーダンス手段のインピーダンスを調整または制御するモニタ制
御信号から得られる。
この文脈における「得られる」とは、得られる制御信号がモニタ制御信号の所
定の関数であることを意味する。最も簡単な好ましい場合においては、得られる
制御信号はモニタ制御信号と同じである。バッファ回路の実際の出力インピーダ
ンスを決定する部品の対応する設計パラメータに関連する、モニタ部品の設計パ
ラメータに依存して、他の機能上の関係、例えば、モニタ制御信号と出力インピ
ーダンス制御信号との間の比例関係は適切なものとなりうる。
実際の出力インピーダンスを決定する部品と、モニタインピーダンス手段とは
、それらが同様の動態を示すように、かつ、温度およびそれらの製造中のプロセ
ス変動のような外部影響が、双方に対して同様の影響を及ぼすように、設計され
る。これは、例えば、双方の部品を同じ半導体チップ上に、かつそれ自体公知の
同じ工程によって製造することにより、行われうる。好ましくは、モニタ部品の
電気回路環境は、バッファの出力インピーダンスを決定する部品の電気回路環境
と同様であるようにに設計される。
従って、モニタ部品を所望のインピーダンス値へ調整すると、出力インピーダ
ンスを決定する部品へ、対応する所望のインピーダンス値を与える結果となる。
モニタインピーダンス手段は、実際の出力インピーダンスを決定する部品と、
データ信号の伝送に関係する部品とから、機能的かつ構造的に分離されうる。
本発明の実施例によれば、出力バッファ回路および入力バッファ回路は、同じ
チップ上に備えられ、かつ、複数の信号チャネルのための複数のバッファ回路の
、出力インピーダンス手段および入力終端インピーダンス手段の双方に対する、
または、出力インピーダンス手段および入力インピーダンス手段のそれぞれに対
する、調整信号を得るために、同じインピーダンス制御モニタインピーダンス手
段を使用しうる。
実施例によれば、本発明の出力バッファ回路の出力段は、電圧源に接続された
入力ポートと、伝送線路に接続された出力ポートと、の間のスイッチングを、
送信されるべきデータに応じて行う第1機能層と、この電圧源のソースインピー
ダンスを決定するための第2機能層と、を有する構造を含む。
第1機能層は、対称伝送線路を駆動するための4つのスイッチ、または非対称
伝送線路を駆動するための1対のスイッチを含むブリッジ回路から構成されうる
。
第2層は、好ましくは、第1層に直列に接続され、かつバッファへ動作電力を
供給する電源端子間に接続された、制御可能インピーダンス手段を含む。このイ
ンピーダンス手段は、電界効果トランジスタ、好ましくはMOSFET、として
具体化されうる。
実施例によれば、モニタインピーダンス手段は、出力インピーダンスを決定す
るための第2機能層内に含まれたMOSFETのレプリカである。
「素子のレプリカ」という用語は、特にその素子のコピーを意味し、このコピ
ーは、実質的に同じ(幅、高さ、深さのような)物理的寸法と、同じプロセスに
より製造された実質的に同じ(不純物の濃度、タイプ、ドーピング方法、などの
ような)パラメータとを有し、従って、実質的に同じ電気的特性を有する。さら
に一般的な意味においては、この用語はまた、全ての寸法およびパラメータにお
いて同じではないが、前記素子と所定の関係にある電気的特性を有する素子をも
意味する。例えば、もし前記素子およびそのレプリカの幾何学的寸法が、互いに
異なるように選択されれば、その場合となる。
好ましくは、モニタインピーダンス手段はさらに、バッファ回路の出力インピ
ーダンスに寄与するスイッチのレプリカを含む。モニタインピーダンス手段の制
御可能部品は、その全体的インピーダンスが所望値をとり、従って、スイッチの
インピーダンスおよび第2層のインピーダンスを含む出力バッファ回路のインピ
ーダンスもまた所望値をとるように、制御される。
前記第2機能層内のそれぞれのインピーダンス手段は、その独立したインピー
ダンス調整手段を有することができ、それぞれのインピーダンス調整手段は、基
準素子、例えば外部に接続された抵抗、により所望インピーダンスをとるように
制御されるモニタインピーダンス手段を含む。もし第2機能層の全てのインピー
ダンスを、単一の基準抵抗により同じインピーダンス値に調整することが所望さ
れるならば、さらなるモニタインピーダンス手段を所望インピーダンス値へ制御
するための内部基準インピーダンスとして、前記基準素子を含むマスタ制御ルー
プにより制御されるモニタインピーダンスのレプリカを用いる、スレーブ制御ル
ープを備えうる。
もう1つの実施例によれば、第2機能層は、同じインピーダンス制御電圧を受
ける1対のインピーダンス手段を含む。双方のインピーダンス手段は、同じ導電
形ではあるが異なるチャネルの幾何学構造、すなわちチャネルの幅および/また
は長さ、を有するMOSFETを含み、与えられたチャネルインピーダンスに対
し上部MOSFETは下部MOSFETよりも低いゲートソース電圧を必要とす
るようにされる。このようにすれば、上部インピーダンス手段および下部インピ
ーダンス手段の双方を、ほぼ同じインピーダンスに調整するためには、単一制御
信号で十分である。
以下においては、添付図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。添付図面
において、
図1は、本発明の実施例の機能ブロック図を示し、
図2は、マスタ制御ループおよびスレーブ制御ループを有する出力バッファ回
路の実施例を示し、
図3は、対称的に配置された2つの結合した制御ループを有する出力バッファ
回路の実施例を示し、
図4は、上部出力インピーダンス手段および下部出力インピーダンス手段の双
方を制御するための単一制御ループを有する出力バッファ回路の実施例を示し、
図5aは、図2または図3による出力バッファの出力段の別の実施例を示し、
図5bは、図4による出力バッファの出力段の別の実施例を示し、
図6は、マスタ制御ループおよびスレーブ制御ループを有する出力バッファ回
路の実施例を示し、この出力バッファ回路は、伝送線路を浮動的に駆動するよう
にされる。
図1は、本発明の実施例の機能ブロック図を示す。この図において、参照番
号1は、入力ポート2および出力ポート3を有するスイッチ段を示す。電力は、
入力ポート2からスイッチ段1を経、さらに出力ポート3を経て、出力ポート3
に接続された伝送線路7内へ流入する。スイッチ段には、信号ポート4へ印加さ
れるデータ信号DINに応じて、入力ポート2と出力ポート3とを異なる様式で
接続するスイッチが備えられている。
Z1は、スイッチ段1の入力ポート2と、動作電圧VBを発生する電源6の電
源端子BH、BLと、の間に接続されたインピーダンス手段を示す。インピーダ
ンスZ1は、インピーダンス制御信号CS1により調整可能なインピーダンス値
を生じる。
参照番号Z2は第2インピーダンス手段を示し、そのインピーダンスは、第2
インピーダンス制御信号CS2に応じて調整可能である。参照番号5は、基準信
号REFと、第2インピーダンス手段Z2の実際のインピーダンスを示すインピ
ーダンス値検出信号DS1と、に依存して第2制御信号CS2を出力する制御増
幅器を示す。
このブロック図から、出力バッファは、ポート3における出力信号のスイッチ
ングを行う第1機能層と、出力ポート3の出力インピーダンスの調整を可能にす
る第2機能層と、を含むことは明らかである。さらに、第2インピーダンス手段
Z2が備えられ、そのインピーダンスは、インピーダンス検出信号DS1に基づ
いて容易にモニタされうる。
図1から明らかなように、第1インピーダンス手段Z1は、制御増幅器5から
第2インピーダンス手段Z2へ供給される制御信号CS2から得られる制御信号
を受ける。もし第2インピーダンス手段Z2が、インピーダンスZ1の電気的特
性の第1制御信号CS1への依存に類似した、対応した電気的特性の制御信号C
S2への依存を示せば、第1インピーダンス手段Z1および第2インピーダンス
手段の双方を、制御信号CS2により調整することができ、また、第2インピー
ダンス手段Z2のインピーダンス値のみでなく、第1インピーダンス手段Z1の
インピーダンス値をも、検出信号DS1によりモニタすることができる。
好ましくは、第2インピーダンス手段Z2は、第1インピーダンス手段Z1と
実質的に同じ電気的特性を有する、第1インピーダンス手段Z1のレプリカで
あり、第1インピーダンス手段および第2インピーダンス手段の双方は、同じ制
御信号CS2を受けるものとする。
制御増幅器5は、第2インピーダンス手段Z2の検出されるインピーダンス値
が、基準値REFに追従するように、制御信号CS2を出力する。
図2は、マスタ制御ループおよびスレーブ制御ループを有する出力バッファ回
路の実施例を示す。
この図の出力バッファ回路は、ブリッジとして接続された4つのスイッチング
トランジスタ11ないし14を含むスイッチ段1を含む。このスイッチング段は
、上部供給電位VBHを供給する供給線路と、ブリッジ回路の上部供給ノード2
uと、の間に接続された、上部MOSFET Z1uを含み、さらに、む第1イ
ンピーダンス手段Z1を経て電力を受け、さらに、下部供給電位を供給する下部
供給線路VBLと、ブリッジ回路1の下部供給ノード21と、の間に接続された
下部MOSFET Z1lを含む、第1インピーダンス手段Z1を経て電力を受
ける。
ブリッジ回路の出力は、ブリッジの出力ポート3に接続された2つのワイヤO
PおよびONを有する対称伝送線路に接続されている。図2から明らかなように
、ブリッジ回路1は、ブリッジ1の入力ポートを構成する上部供給ノード2uお
よび下部供給ノード21の接続を有し、出力ポート3は、データ入力ポート4へ
印加される入力データDINに従う。もしDINが高電位にあれば、ONはノー
ド21に接続され、OPはノード2uに接続されるが、もしDINが低電位にあ
れば、ONは供給ノード2uに接続され、OPは供給ノード21に接続される。
このようにして、ポート3における出力電圧の極性は、入カデータDINに依存
する。
上部MOSFET Z1uのインピーダンスは、MOSFET Z1uのゲー
トへ印加されるインピーダンス制御信号CS1uにより制御されうる。同様にし
て、下部MOSFET Z1lのインピーダンスは、MOSFET Z1lのゲ
ートへ印加される制御信号CS1lにより制御されうる。
Z2は、MOSFET Z1uと同じ電源線路VBHに接続された、MOSF
ET Z1uのレプリカであるMOSFETにより構成された、第2インピー
ダンス手段を示す。MOSFET Z1uおよびMOSFET Z2の双方は、
同じチャネル幅WZHを有する。ここで説明するこの実施例および他の全ての実施
例において、トランジスタは同じチャネル長を有する。
参照番号SR1は、スイッチトランジスタ11または12のレプリカを示す。
トランジスタSR1は、MOSFET Z2と直列に接続されている。MOSF
ET SR1のゲートは、スイッチングトランジスタ11または12へこれをス
イッチオンするために出力される電位と同じ電位である、電位VDDに接続され
ている。
MOSFET Z2のゲートは、MOSFET Z1uが受ける制御信号CS
1uと同じ制御信号CS2を受ける。
Rrefは、端子TrefおよびBLを経て、トランジスタZ2およびSR1
と直列に接続されて分圧器を構成する外部基準抵抗を示す。Rrefの既知抵抗
に基づき、この分圧器の出力信号DS1は、トランジスタZ2およびSR1の直
列接続のインピーダンスを示す。この直列接続は、トランジスタZ2と同じ制御
信号を受けるトランジスタZ1uと、SR1と同じゲート電位を受けるスイッチ
ングトランジスタ11および12の導電状態にある一方と、の直列接続のレプリ
カであるので、トランジスタZ1uと、スイッチングトランジスタ11および1
2の導電状態にある一方と、の直列接続は、トランジスタZ2およびSR1の直
列接続と同じインピーダンスを有する。さらに、これらの直列接続のそれぞれの
インピーダンス値は、制御信号CS1uに対応する制御信号CS2により調整可
能である。
参照番号51は、制御増幅器として働き、インピーダンス検出信号DS1を受
けるように接続された反転入力を有する演算増幅器を示す。さらに、増幅器51
は、基準電圧を受けるように接続された非反転入力を有する。制御増幅器51の
出力は、トランジスタZ2へ制御信号CS2を、またトランジスタZ1uへ制御
信号CS1uを供給するように接続されている。RuおよびR1は、基準電圧V
refを発生させるために供給線路VBHとVBLとの間に接続された分圧器の
抵抗を示す。
以上に説明した図2の回路部品は、以下のように動作する。制御増幅器51
は差動増幅により、トランジスタZ2およびSR1の直列接続が、RrefにR
u/R1を乗じたものに等しいインピーダンスを持つように、制御信号CS2を
出力する。従って、トランジスタZ2およびSR1の直列インピーダンスは、所
望値を有する基準抵抗Rrefの接続により、所望値に調整されうる。同時に、
供給線路VBHに接続された出力ポート3の上部枝路のインピーダンスは、トラ
ンジスタZ2およびSR1がそれぞれ、トランジスタZ1uおよびスイッチング
トランジスタ11および12のレプリカであるために、同じ値をとる。スイッチ
ングトランジスタ11および12は、同じチャネル幅WSHを有する相互に同じも
のであり、一方スイッチングトランジスタ13および14は、同じチャネル幅WSL
を有する相互に同じものである。
もしスイッチングトランジスタ11ないし14が、ポート3における所望の出
力インピーダンス範囲と比較して、低いオン状態インピーダンスを有するように
設計されていれば、これらのデバイスのレプリカSR1は省略されうる。しかし
、チップ表面上のスペースを節約するためには、スイッチングトランジスタ11
および12を、それらのオン状態インピーダンスが、電源線路VBHと出力ポー
ト3との間の全インピーダンスに重要な寄与を行うように設計し、トランジスタ
Z1uを、トランジスタ11および12のインピーダンス変動を補償するために
、またインピーダンス調整範囲を与えるために用いることが、より好ましい。こ
の場合、レプリカSR1の配設は、インピーダンスの調整精度を顕著に改善する
。好ましくは、前記オン状態インピーダンスは、電源線路VBHと出力ポート3
との間の所望の全インピーダンスの30%ないし70%の範囲内にあるようにす
る。
また、たとえもしスイッチングトランジスタが、出力インピーダンスに対して
重要な寄与を行っていても、もしトランジスタZ1uのレプリカのチャネルの幾
何学構造が、Z1uよりも高いインピーダンスの方へ変更されれば、スイッチン
グトランジスタのレプリカを省略することができる。結果として得られるインピ
ーダンスの精度はやや低下するが、多くの応用のためには十分である。
以上に説明した回路は、図1に関連してもっと一般的に説明した、上部供給線
路VBHと出力ポート3との間のインピーダンスを制御するための全ての素子
を含む。図2には示されていないが、上述の回路と同様の回路が、下部供給線路
VBLと出力ポート3との間のインピーダンスを制御するために用いられうる。
この場合には、VBHと、トランジスタ13または14およびZ1lのレプリカ
トランジスタの直列接続と、の間に接続された第2基準抵抗が必要となり、この
直列接続の端部はVBLに接続される。図2に示されていないこの構成は、VB
Hと出力ポート3との間の上部枝路と、VBLと出力ポート3との間の下部枝路
と、の独立したインピーダンス制御を行うための、2つの独立した基準抵抗を有
する2つの独立した制御ループを含む。
図2は、上部枝路のインピーダンス、すなわち、トランジスタZ1uとトラン
ジスタ11または12との直列接続のインピーダンス、の制御を可能にし、か一
つ同時に、下部枝路のインピーダンス、すなわち、トランジスタZ1lとトラン
ジスタ13、14との直列接続のインピーダンス、の制御をも可能にする回路構
成を示している。これは、以下に説明するように、図2に関連して上述された制
御ループをマスタ制御ループとして用いることにより、かつ、スレーブとして、
すなわち、第1制御ループすなわちマスタ制御ループに依存して、働く第2制御
ループを備えることにより、実現される。
参照番号Z4は、トランジスタZ2のレプリカであるMOSFETを示す。同
様にして、参照番号SR2は、トランジスタSR1のレプリカであるMOSFE
Tを示す。両トランジスタは、直列に接続されている。さらに、トランジスタZ
4は供給線路VBHに接続され、そのゲートは、トランジスタZ2と同じ制御信
号CS2を受ける。トランジスタSR2のゲートは、トランジスタSR1のゲー
トと同じ電位を受ける。このようにして、トランジスタZ4およびSR2の直列
接続のインピーダンスは、トランジスタZ2およびSR1のインピーダンスと同
じになり、このインピーダンスは、上述のように基準抵抗体Rrefの抵抗に応
じて増幅器51により制御される。
参照番号SR3は、スイッチングトランジスタ13または14のレプリカであ
るMOSFETを示す。参照番号Z3は、トランジスタZ1lのレプリカであり
、Z1lと同じ電源線路VBLに接続されたMOSFETを示す。トランジスタ
Z3およびZ1lは、第2制御増幅器52により、これらのゲートに同じ制御
信号CS3を受ける。この制御増幅器の非反転入力は、上部インピーダンスとし
でのトランジスタZ4およびSR2の直列接続と、下部インピーダンスとしての
トランジスタSR3およびZ3の直列接続と、により構成された分圧器に接続さ
れている。トランジスタZ4およびSR2は、トランジスタZ2およびSR1の
レプリカであり、それぞれそれらのゲートに同じ制御信号を受けるために、Z4
およびSR2の直列接続は、Rrefに依存して決定されるインピーダンス値を
有する基準インピーダンスを与える。制御増幅器51の動作と同様に、制御増幅
器52は、分圧器RuおよびRlから発生する基準電圧Vrefを反転入力に受
け、トランジスタSR3およびZ3の直列接続のインピーダンスが、トランジス
タZ4およびSR2の直列接続のインピーダンスにRl/Ruを乗じたものに等
しくなるように、制御信号CS3を出力する。トランジスタZ4およびSR2が
それぞれ、トランジスタZ2およびSR1のレプリカであることにより、かつ、
制御増幅器51を含むマスタ制御ループと、制御増幅器52を含むスレーブ制御
ループと、の働きにより、トランジスタSR3およびZ3の直列インピーダンス
は、外部に接続された基準抵抗体Rrefの抵抗に等しくなる。トランジスタS
R3およびZ3はそれぞれ、スイッチングトランジスタ13、14、およひZ1
1のレプリカであり、かつ同じゲート電圧を受けるために、出力ポート3と供給
線路VBLとの間の下部枝路インピーダンスもまた、Rrefと同じ抵抗となる
。従って、インピーダンス手段Z1の上部枝路インピーダンスおよび下部枝路イ
ンピーダンスの双方を、同じ基準抵抗Rrefにより調整することができる。も
し抵抗RuおよびRlが同じインピーダンス値を有すれば、インピーダンス手段
Z1の上部枝路インピーダンスおよび下部枝路インピーダンスの双方は、Rre
fに対応するインピーダンス値を有する。
トランジスタSR1と同様に、トランジスタSR2およびSR3もまた、前述
のように、もしスイッチングトランジスタ13および14が、トランジスタZ1
lのインピーダンスより著しく小さいオン状態インピーダンスを有するように設
計されれば、あるいは、もしチャネルの幾何学構造が変更されれば、省略されう
る。
図3は、対称構成の2つのインピーダンス制御ループを有する実施例を示す
。スイッチング段1と、上部トランジスタZ1uおよび下部トランジスタZ1l
を組み込んだ第1インピーダンス手段Z1と、に関しては、この回路は図2の回
路と同じである。図3の回路は、トランジスタZ1uのレプリカであり、かつ同
じ電源線路VBHに接続されたチャネルを有するMOSFET Z2uと、スイ
ッチングトランジスタ11、12のレプリカであるMOSFET SR4と、外
部に接続された基準抵抗Rrefと、スイッチングトランジスタ13、14のレ
プリカであるMOSFET SR5と、トランジスタZ1lのレプリカであり、
かつ同じ電源線路VBLに接続されたMOSFET Z2lと、の直列接続を含
む。これらのレプリカはそれぞれ、インピーダンス手段Z1内のそれらの対応ト
ランジスタと同じ、かつスイッチ段1内のオン状態におけるそれらの対応トラン
ジスタと同じ、ゲート電圧を受ける。
この回路はさらに、制御増幅器53の非反転入力が受ける第1基準電圧Vre
f1と、制御増幅器54の反転入力が受ける第2基準電圧Vref2と、を供給
するための2段分圧器として接続された抵抗Ru、Rc、およびRlの直列接続
を含む。制御増幅器53の反転入力は、トランジスタSR4に接続された基準抵
抗Rrefの端子に接続され、一方、制御増幅器54の非反転入力は、トランジ
スタSR5に接続された基準抵抗Rrefの端子に接続されている。
動作に際しては、制御増幅器53および54は、制御増幅器53および54の
それぞれの入力端子間の電圧差はゼロとなるように、トランジスタZ2uおよび
Z2lへ制御信号CS2uおよびCS2lをそれぞれ出力する。もしRuがRl
に等しく、RcがRuの2倍のインピーダンスを有するように選択されており、
もしトランジスタZ2uおよびSR4の直列接続のインピーダンスが、トランジ
スタZ2lおよびSR5の直列接続のインピーダンスに等しく、かつこれらのイ
ンピーダンスの和がRrefに等しければ、それらの電圧差はゼロにる。
これらのインピーダンスは、上述のように、第1インピーダンス手段Z1およ
びスイッチ段1の、対応するトランジスタのレプリカであるため、電源線路VB
Hと出力ポート3との間の上部枝路インピーダンスもまた、基準抵抗Rrefの
半分の値をとる。電源線路VBLと出力ポート3との間の下部枝路インピーダン
スもまた、基準抵抗Rrefの半分のインピーダンス値をとる。従って、ポー
ト3の全出力インピーダンスは、上部枝路インピーダンスと下部枝路インピーダ
ンスとの和、すなわちRrefとなる。
図2に関連して前述したように、スイッチングトランジスタ11、12、13
、14のレプリカSR4、SR5は、もしこれらのスイッチングトランジスタが
出力ポートインピーダンスへかなり寄与するのでなければ、省略されうる。
この実施例は、回路の対称性、上部および下部の枝路インピーダンスが、単一
の基準抵抗のみを用い高精度で同じインピーダンス値へ制御されうることにより
特に有利である。
図4は、本発明による出力バッフア回路の実施例を示し、この実施例は、電源
線路VBHと出力ポート3との間の第1インピーダンス手段Z1の上部枝路のイ
ンピーダンスと、電源線路VBLと出力ポート3との間の第1インピーダンス手
段Z1の下部枝路のインピーダンスと、の双方を調整するために単一制御ループ
を用いている。この図において、トランジスタZ1uおよびZ1lを含む第1イ
ンピーダンス手段Z1の構造と、スイッチ段1の構造とは、図2および図3に示
されている実施例と同様である。
図4の回路は、制御増幅器51と、この増幅器へ入力信号を供給する回路と、
の接続に関しては、図2に関連して説明した回路と同様である。図2に関連して
すでに説明したように、この回路は、トランジスタZ1uと、スイッチングトラ
ンジスタ11および12の導電状態の一方と、により構成される第1インピーダ
ンス手段Z1の上部枝路インピーダンスを、トランジスタZ2およびSR1の直
列接続のインピーダンスに応じて調整する。
この回路が、図2において説明した回路と異なる点は、トランジスタZ1lと
、スイッチングトランジスタ13および14の導電状態の一方と、の直列接続に
より構成される下部枝路インピーダンスのインピーダンスを調整するための第2
制御ループが備えられていない点である。むしろ、下部枝路の調整可能なインピ
ーダンス素子、すなわちトランジスタZ1lは、上部トランジスタZ1uと同じ
ゲート電圧を受ける。トランジスタZ1lのソースが下部供給線路VBLに接続
されていることにより、トランジスタZ1lのゲートソース電圧が、トランジス
タZ1uのゲートソース電圧より高くなる事実を考慮に入れるために、トラン
ジスタZ1lのチャネル幅WZLは、上部トランジスタZ1uのチャネル幅より小
さくされる。このようにして、トランジスタZ1uおよびZ1lのゲートソース
電圧は異なるにもかかわらず、これらのトランジスタのインピーダンスはほぼ等
しくなり、かつ増幅器51から出力される制御信号CS2の制御を受ける。
この回路は、単一の制御増幅器51のみを必要とする点で有利である。この回
路は、上部供給線路VBHと下部供給線路VBLとの間の供給電圧が低いとき、
例えば1ボルトに等しいか、または1ボルトより低いときに、特に適している。
図4に示されている回路の改変(図示せず)によれば、抵抗Ruが、トランジ
スタZ1uのレプリカと、スイッチングトランジスタ11、12のレプリカと、
のもう1つの直列接続により置換され、一方、抵抗Rlが、スイッチングトラン
ジスタ13または14のレプリカと、トランジスタZ1lのレプリカと、のさら
にもう1つの直列接続により置換される。スイッチングトランジスタのレプリカ
のゲートは、図2に関連して前述した電位VDDを受け、一方、トランジスタZ
1uおよびZ1lのレプリカは、増幅器51が出力する制御信号CS2を受ける
。トランジスタZ1uのレプリカは上部供給線路VBHに接続され、一方トラン
ジスタZ1lのレプリカは下部供給線路VBLに接続される。この改変は、下部
供給線路VBLと出力バッファ3との間の下部枝路インピーダンスのための、よ
り高いインピーダンス調整精度の実現を可能にする。
図5aは、非対称伝送線路7を駆動するスイッチ段1の改変を示す。この図か
ら明らかなように、スイッチ段1は、スイッチングトランジスタ12および14
の単一枝路のみを含む。インピーダンス手段Z1の上部トランジスタZ1uおよ
び下部トランジスタZ1lは、図2または図3に関連して前述したように、それ
ぞれ制御信号CS1uおよびCS1lを受ける。
図5bは、図4の回路に用いられるスイッチング段1の改変を示す。再び、ス
イッチング段1は、トランジスタ12および14の単一枝路のみを含む。インピ
ーダンス手段Z1の上部トランジスタZ1uおよび下部トランジスタZ1lは、
図4に関連して前述したように制御信号CS2を受ける。
図示されていない改変によれば、対称伝送線路を駆動するスイッチ段は、伝
送線路の導線のそれぞれに対して1つずつある2つの枝路を含み、それぞれの枝
路は、図5aまたは図5bに示されているように相互接続されたインピーダンス
素子およびスイッチ素子を含み、これらの枝路は、対称な信号伝送を実現するた
めに相補的にスイッチされる。
図6は、本発明の出力バッファ回路の実施例を示し、この実施例は、対称伝送
線路を浮動的に、すなわち、伝送線路上のコモンモード電位と、出力バッファ回
路の内部回路の電源電位VSSまたはVDDと、の間の電位差が適度な限度内に
おいて任意でありうるように、駆動するために特に設計されている。出力バッフ
ァ回路の浮動動作は、電源線路VBHおよびVBLの間の浮動電源電圧を出力段
1へ供給することにより実現される。
図6の回路は、図2に関連して前述された例に基づいており、図2の回路の全
ての機能素子を含む。図6の回路が図2の回路と異なる点は、MOSFETトラ
ンジスタによって図2に具体化されているそれぞれの機能素子が、図6の回路に
おいては、逆導電形を有する2つのMOSFETトランジスタの並列接続から成
る点である。増幅器51および52はそれぞれ、正および負の制御信号を発生す
る差動出力を備えており、正の制御信号は、制御信号を受ける機能素子のn形M
OSFETへ印加され、一方、負の出力は、それぞれの機能素子のp形トランジ
スタヘ印加される。スイッチ段1に関しては、それぞれのスイッチ素子11ない
し14は、相補形制御信号により駆動される逆導電形を有するMOSFETトラ
ンジスタの並列接続を含む。これらのスイッチ素子のレプリカSR1ないしSR
3は、スイッチ素子の動作条件と同様の電気的条件を確立するために、ゲートに
相補形信号を対応して受ける。すなわち、それぞれのレプリカにおいて、p形M
OSFETはゲートにVSS電位を受け、一方、n形MOSFETはゲートにV
DD電位を受ける。
図6に示されている回路の動作を説明するために、出力段1の供給線路VBH
およびVBLの間の供給電圧が、駆動回路のVDDおよびVSSの間の供給電圧
に対して浮動上昇するものと仮定する。これは最終的には、n形MOSFETの
ゲートへ供給される電位が、もはやこれらのn形トランジスタをターンオンする
ために十分でないという結果をもたらす。しかし、それぞれの機能素子のp形
トランジスタは、VBHおよびVBLの間の電圧が浮動上昇することによりn−
MOSデバイスがもはや動作不能となった時、その素子の機能を引き継ぐことが
できる。もし一方、供給線路VBHおよびVBLの間の供給電圧が、駆動回路の
供給線路VDDおよびVSSの間の電圧に対して浮動下降すれば、最終的にはp
形MOSFETはもはやターンオンしえなくなるが、n−MOSデバイスはなお
適正に動作しうる。このようにして、n−MOSトランジスタとp−MOSトラ
ンジスタとの並列接続の配設は、出力の電源線路VBHおよびVBLの間の電圧
が、ドライバ回路の供給電圧に対して浮動上昇および浮動下降しうる電圧範囲を
拡大する。
上部インピーダンス手段Z1uおよび下部インピーダンス手段Z1lのレプリ
カと、スイッチ11ないし14のレプリカとが、それぞれの前者の素子と同じ動
態を示すことを保証するために、これらのレプリカおよび基準抵抗Rrefもま
た浮動状態に保たれ、かつ出力バッファ回路の出力段の供給線路VBHおよびV
BLの間に接続される。
図3の出力バッファを、いま説明した意味で浮動的に動作しうるようにするた
めには、図2に対する図6の改変と同様の、図3の回路に対する改変を用いうる
。図6の回路においては、特定の機能素子のp−MOSデバイスのチャネル幅W
は、そのレプリカのp−MOSデバイスのチャネル幅に等しい。同じことは、そ
れぞれのn−MOSデバイスのチャネル幅Wについても言える。この図において
、Wに付けた第1インデックスはそれぞれの素子の機能を、すなわち、Sはスイ
ッチを、Zはインピーダンス手段を、を示す。第2インデックスは、その位置を
、すなわち、Lは下部枝路を、Uは上部枝路を、示す。第3インデックスは、そ
の導電形を、すなわち、NまたはPを示す。
スイッチ素子11ないし14のレプリカを用いている前述の実施例のそれぞれ
においては、電力を節約するために、もしさしあたって必要でなければ出力バッ
ファをスイッチオフするために、これらのレプリカを用いることができる。これ
は、例えば、スイッチ素子11ないし14のn−MOSレプリカのゲートを正の
供給電位VDDに接続し、かつ、スイッチ素子11ないし14のレプリカのp−
MOSデバイスがもし存在すれば、それらのゲートを電位VSSに接続して、
出力バッファ回路を活動状態にし、また、レプリカのn−MOS素子のゲートを
VSS電位に接続し、一方レプリカのp−MOSデバイスのゲートをVDD電位
に接続して、出力バッファ回路を非活動状態にする、回路を配設することにより
可能である。
好ましくは、上述の全ての実施例において、それぞれの機能素子およびそのレ
プリカは同じ半導体チップ上に形成され、これは簡単な様式で、それぞれのレプ
リカの電気的特性が、その対応する機能素子の特性に厳密に対応することを保証
する。
もし出力バッファ回路を単一の半導体チップ上に集積するほかに、例えば、デ
ータの双方向通信を可能にするために、入力バッファ回路をも同じ半導体チップ
上に集積すれば、入力バッファ回路は特性ラインインピーダンスを終端する端末
回路網を有利に含み、この終端回路網は、上述のように調整されるインピーダン
ス値を有する出力バッファ回路のインピーダンス素子のレプリカを含む。入力バ
ッファの終端回路網内のレプリカは、出力バッファ回路網内の対応するインピー
ダンス手段が受ける制御信号から得られる制御信号を受ける。簡単な好ましい場
合には、これらの制御信号は同じである。この回路構成によれば、単一基準抵抗
のみにより、適正な信号源インピーダンス整合と、終端インピーダンスの整合と
、を保証することが可能である。
もちろん、以上の実施例においては基準抵抗Rrefを外部に接続される素子
として説明したが、この基準抵抗をチップ上に配設することも同様に可能である
。この基準抵抗は、必ずしも抵抗体により与えられなければならないわけではな
く、例えば、所望の抵抗性の動態を示すように接続されたトランジスタを用いて
も同様に与えられうる。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項
【提出日】平成10年10月2日(1998.10.2)
【補正内容】
請求の範囲
1.伝送されるべきデータに応じて伝送線路(7)を駆動する出力バッファ回
路において、該回路が、
入力ポート(2)と、伝送されるべきデータに応じてディジタル制御信号(D
IN)を受ける制御端子(4)と、前記伝送線路に接続される出力ポート(3)
と、を有するスイッチ段(1)を含み、
該スイッチ段(1)が、前記ディジタル制御信号(DIN)に応じて前記入力
ポート(2)に前記出力ポート(3)を接続するようにされたスイッチ(11、
12、13、14)を含み、前記回路がさらに、
一端を前記スイッチ段(1)の前記入力ポート(2)に接続され、他端を上部
電位(VBH)を供給するための電源線路に接続された、上部インピーダンス手
段(Z1u)と、一端を前記スイッチ段(1)の前記入力ポート(2)に接続さ
れ、他端を下部電位(VB1)を供給するための電源線路に接続された、下部イ
ンピーダンス手段(Z1l)と、を含む第1インピーダンス手段(Z1)であっ
て、前記上部インピーダンス手段(Z1u)と、前記下部インピーダンス手段(
Z1l)と、前記スイッチ段(1)の前記入力ポート(2)と、が直列に接続さ
れている、前記第1インピーダンス手段(Z1)を含み、
前記上部および下部インピーダンス手段(Z1u,,Z1l)が、それぞれの
制御信号(CS1u、CS1l)に応じてそれぞれ調整可能であり、前記回路が
さらに、
モニタインピーダンス制御入力を有するモニタインピーダンス手段(Z2)で
あって、該モニタインピーダンス手段のインピーダンスが、前記モニタインピー
ダンス制御入力に印加される制御信号(CS2)に応じて調整可能である、前記
モニタインピーダンス手段(Z2)と、
前記モニタインピーダンス制御入力ヘ制御信号(CS2)を出力することによ
り、前記モニタインピーダンス手段(Z2)のインピーダンスを、所定のターゲ
ット値に応じて調整するようにされた調整手段(5)であって、該調整手段が、
前記モニタインピーダンス手段(Z2)のインピーダンス値を検出し且つイン
ピーダンス値検出信号(DSI)を出力するための抵抗手段(Rref)と、前
記インピーダンス値検出信号(DS1)を基準信号(Vref)と比較し且つ前
記インピーダンス値検出信号(DS1)の前記基準信号(Vref)からの偏差
に応じて前記モニタインピーダンス制御信号(CS2)を出力する手段(51、
52)と、を含む、前記調整手段(5)と、を含み、
前記上部インピーダンス手段(Z1u)が前記第1インピーダンス制御入力に
、前記調整手段(5)が出力する前記モニタインピーダンス制御信号(CS2)
から得られる制御信号(CS1u)を受けるように接続されており、
前記回路がさらに、
第3インピーダンス制御信号(CS3)に応じて制御可能であるインピーダン
スを有する第3インピーダンス手段(Z3)と、
第4制御信号(Cs2)に応じて調整可能であるインピーダンスを有する第4
インピーダンス手段(Z4)と、を含み、
前記第3(Z3)および前記第4(Z4)インピーダンス手段が、分圧器を与
えるように直列に接続されており、
前記第4インピーダンス手段(Z4)が、前記第2制御信号(CS2)から得
られる前記第4インピーダンス制御信号を受けるように接続されており、前記回
路がさらに、
前記分圧器(Z3、Z4)の出力を基準信号(Vref)と比較し且つ前記分
圧器(Z3、Z4)の出力の前記基準信号(Vref)からの偏差に応じて前記
第3インピーダンス制御信号(CS3)を出力する手段(52)を含み、
前記第1インピーダンス手段の前記上部(Z1u)が、前記モニタインピーダ
ンス制御信号(CS2)から得られる前記第1インピーダンス制御信号(CS1
u)を受けるように接続されており、
前記第1インピーダンス手段の前記下部(Z1l)が、前記第3インピーダン
ス制御信号(CS3)から得られるインピーダンス制御信号(CS1l)を受け
るように接続されていること、
を特徴とする、前記出力バッファ回路。
2.前記モニタインピーダンス手段が、
上部電位を供給するための前記電源線路(VBH)に一端を接続された上部イ
ンピーダンス手段(Z2u)と、
下部電位を供給するための前記電源線路(VBL)に一端を接続された下部イ
ンピーダンス手段(Z2l)と、を含み、
前記モニタインピーダンス手段の前記上部(Z2u)の他端と、前記モニタイ
ンピーダンス手段の前記下部(Z2l)の他端とが、前記抵抗(Rref)を経
て接続されており、
前記インピーダンス値検出信号を基準信号と比較するための前記手段が、
前記モニタインピーダンス手段の前記上部(Z2u)の前記他端における電圧
レベルを第1基準電圧(Vref1)と比較し、かつ、前記電圧レベルの第1基
準電圧(Vrefl)からの偏差に応じて、前記モニタインピーダンス手段の前
記上部(Z2u)へ上部インピーダンス制御信号(CS2u)を出力するための
第1手段(53)と、
前記モニタインピーダンス手段の前記下部(Z2l)の前記他端における電圧
レベルを第2基準電圧(Vref2)と比較し、かつ、前記電圧レベルの前記第
2基準電圧(Vref2)からの偏差に応じて、前記モニタインピーダンス手段
の前記下部(Z2l)へ、下部インピーダンス制御信号(CS2l)を出力する
ための第2手段(54)と、を含み、
前記第1インピーダンス手段(Z1)の前記上部および下部がそれぞれ、前記
モニタインピーダンス手段(Z2u、Z2l)のそれぞれの前記上部および前記
下部制御信号(CS2u、CS1l)から得られるインピーダンス制御信号(C
S1u、CS1l)をそれぞれ受けるように接続されていること、
を特徴とする、請求項1の条文に記載の出力バッファ回路。
3.前記上部インピーダンス手段(Z1u)が第1電界効果トランジスタであ
り、そのドレインは前記電源端子の第1のもの(BH)に接続され、そのソース
は前記スイッチ段(1)に接続され、そのゲートは前記調整手段(5)が出力す
る前記制御信号(CS2)から得られる前記第1インピーダンス制御信号(CS
1u)を受けるように接続されており、
前記下部インピーダンス手段(Z1l)が、前記第1電界効果トランジスタ
と同じ導電形を有する第2電界効果トランジスタであり、そのドレインは前記ス
イッチ段(1)に接続され、そのソースは前記第2電源端子(BL)に接続され
、そのゲートは前記調整手段(5)が出力する前記インピーダンス制御信号(C
S1u)を受けるように接続されており、
前記第1電界効果トランジスタ(Z1u)のチャネル幅対チャネル長の比が、
前記第2電界効果トランジスタ(Z1l)の前記比より大きいこと、
を特徴とする、請求項1の条文に記載の出力バッファ回路。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF
,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,
SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S
D,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG
,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT
,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,
CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,F
I,GB,GE,GH,HU,ID,IL,IS,JP
,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,
LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,M
W,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD
,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,
TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZW
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.伝送されるべきデータに応じて伝送線路(7)を駆動する出力バッファ回 路において、該回路が、 入力ポート(2)と、伝送されるべきデータに応じてディジタル制御信号(D IN)を受ける制御端子(4)と、前記伝送線路に接続される出力ポート(3) と、を有するスイッチ段(1)を含み、 該スイッチ段(1)が、前記ディジタル制御信号(DIN)に応じて前記入力 ポート(2)に前記出力ポート(3)を接続するようにされたスイッチ(11、 12、13、14)を含み、前記回路がさらに、 前記スイッチ段(1)に接続され且つ第1インピーダンス制御入力を有する第 1インピーダンス手段(Z1)であって、該第1インピーダンス手段(Z1)の インピーダンスが、前記第1インピーダンス制御入力に印加される制御信号(C S1)に応じて調整可能である、前記第1インピーダンス手段(Z1)と、 第2インピーダンス制御入力を有する第2インピーダンス手段(Z2)であっ て、該第2インピーダンス手段のインピーダンスが、前記第2インピーダンス制 御入力に印加される制御信号(CS2)に応じて調整可能である、前記第2イン ピーダンス手段(Z2)と、 前記スイッチ段(1)の前記出力ポート(3)の出力インピーダンスを調整す る手段(5)と、を含み、 該調整手段(5)が、制御信号(CS2)を前記第2インピーダンス制御入力 へ出力することにより、前記第2インピーダンス手段(Z2)の前記インピーダ ンスを、所定のターゲット値に応じて調整するようにされており、 前記第1インピーダンス手段(Z1)が、前記調整手段(5)により出力され る前記制御信号(CS2)から得られる制御信号(CS1)を前記第1インピー ダンス制御入力に受けるように接続されていること、 を特徴とする、前記出力バッファ回路。
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