JP2002359548A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JP2002359548A
JP2002359548A JP2001164081A JP2001164081A JP2002359548A JP 2002359548 A JP2002359548 A JP 2002359548A JP 2001164081 A JP2001164081 A JP 2001164081A JP 2001164081 A JP2001164081 A JP 2001164081A JP 2002359548 A JP2002359548 A JP 2002359548A
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impedance adjustment
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JP2001164081A
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English (en)
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Hiroyuki Konno
啓之 今野
Shusaku Miyata
修作 宮田
Takemi Negishi
剛己 根岸
Yoichi Ito
洋一 伊藤
Shinji Nakazato
伸二 中里
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Hitachi Ltd
Hitachi Solutions Technology Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi ULSI Systems Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インピーダンス調整用の複数のMOSFET
の寄生容量に起因するインピーダンスミスマッチを低減
する。 【解決手段】 電源電圧VDDと出力ノードNoutと
の間に並列に接続されたインピーダンス調整用の複数の
PMOS MP1〜MP8と、電源電圧VSSと出力ノ
ードNoutとの間に並列に接続されたインピーダンス
調整用の複数のNMOS MN1〜MN8とを有し、イ
ンピーダンス調整用の制御信号UP0〜UP7,DN0
〜DN8により複数のPMOS MP0〜MP7と複数
のNMOSMN0〜MN7とのうち何れかが選択され、
これら選択されたMOSFETが出力動作を行うように
構成された出力回路において、出力ノードNoutにア
ルミ導電層からなる配線を所定長さに形成してなる抵抗
を接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、インピーダンス
調整機能を有する出力回路に適用して有用な技術に関
し、例えばキャッシュメモリなど高速駆動を要求される
半導体集積回路に利用して特に有用な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】例えばキャッシュメモリなどに使用され
るシンクロナスSRAM(Static Random Access Memor
y)など高速駆動が要求される集積回路においては、信
号波形の歪みがデータ転送時におけるビットエラーの一
つの要因となるため、信号波形の歪みを抑えるために出
力回路にインピーダンス調整を行う構成を備えたものが
開発されている。
【0003】従来のインピーダンス調整用の回路として
は、図3に示すように、第1電源電圧VDDと出力ノー
ドNoutとの間に並列に接続された複数のPチャネル
MOSFET MP21〜MP28(以下、単にPMO
Sと称する)と、第2電源電圧VSSと出力ノードNo
utとの間に並列に接続された複数のNチャネルMOS
FET MN21〜MN28(以下、単にNMOSと称
する)とを有するものがある。このような回路によれ
ば、インピーダンス調整用の制御信号UP0〜UP7,
DN0〜DN7により、インピーダンス調整用の複数の
PMOS MP21〜MP28および複数のNMOS
MN21〜MN28の何れかが選択され、これら選択さ
れたMOSが、出力動作を行う出力PMOS MP20
および出力NMOS MN20と同様に出力用の内部信
号INに応じてオンオフ動作することで、出力インピー
ダンスの調整がなされた上で出力信号が生成される。
【0004】この図3において、10〜17は内部信号
INと制御信号UP0〜UP7によりインピーダンス調
整用のPMOS MP21〜MP28のゲートを制御す
るNAND回路、20〜27は内部信号INと制御信号
DN0〜DN7によりインピーダンス調整用のNMOS
MN21〜MN28のゲートを制御するNOR回路、
40〜42は出力クロックDOCに同期させて内部信号
INを通過させるための論理回路である。
【0005】また、従来のインピーダンス調整用の回路
の他の例としては、図4に示すように、第1電源電圧V
DDと第2電源電圧VSSとの間に接続された一対の出
力PMOS MP30および出力NMOS MN30
と、第1電源電圧VDDと出力ノードNoutとの間に
並列に且つ上記出力PMOS MP30と直列に接続さ
れたインピーダンス調整用の複数のPMOS MP31
〜MP38と、第2電源電圧VSSと出力ノードNou
tとの間に並列に且つ上記出力NMOS MN30と直
列に接続されたインピーダンス調整用の複数のNMOS
MN31〜MN38とを有するものがある。このよう
な回路によれば、インピーダンス調整用の制御信号UP
0〜UP7,DN0〜DN7により、上記複数のPMO
S MP31〜MN38とNMOS MN31〜MN3
8の何れかが選択され、これら選択されたMOSが常時
オン状態にされ、非選択のMOSが常時オフ状態にされ
ることで、出力インピーダンスが調整なされた上で出力
信号が生成される。図4において、MP39とMN39
は、常時オン状態とされて最小の出力インピーダンスを
形成するMOSである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の出力回路においては、インピーダンス調整用のPM
OSおよびNMOSは、出力ノードと第1電源電圧およ
び出力ノードと第2電源電圧との間の抵抗値を所望の値
に調整するものであるが、これらPMOSやNMOSに
寄生する拡散容量による影響は余り考慮されておらず、
例えば、この寄生容量により信号の立上りや立下りなど
でインピーダンスがミスマッチとなり反射波が生じると
いう問題があることが明らかとなった。
【0007】しかも、これらの容量はインピーダンス調
整用のPMOSおよびNMOSに寄生するものであるた
め、これらPMOSおよびNMOSによる自らのインピ
ーダンス調整では容易に対処することが出来ないと云っ
た問題がある。すなわち、容量成分によるインピーダン
スを打ち消すために、インピーダンス調整用のMOSと
してゲート幅の大きなMOSを設ければ、このMOSに
より新たに大きな寄生容量が発生してしまう。また、寄
生容量を小さくするためにインピーダンス調整用のMO
Sを小サイズに形成すれば、プロセスばらつきや、動作
温度および電源電圧のばらつきに応じてインピーダンス
調整を行うのに十分な抵抗値が得られなくなるという問
題がある。
【0008】この発明の目的は、電源電圧と出力ノード
との間に並列接続されたインピーダンス調整用の複数の
MOSFETにより出力インピーダンスの調整が可能な
出力回路において、インピーダンス調整用のMOSFE
Tの寄生容量に起因する反射波の発生を抑えることので
きる出力回路を備えた半導体集積回路を提供することに
ある。
【0009】この発明の前記ならびにそのほかの目的と
新規な特徴については、本明細書の記述および添附図面
から明らかになるであろう。
【0010】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のと
おりである。
【0011】すなわち、第1電源電圧端子と出力ノード
との間に並列に接続されたインピーダンス調整用の複数
のPチャネルMOSFETと、第2電源電圧端子と出力
ノードとの間に並列に接続されたインピーダンス調整用
の複数のNチャネルMOSFETとを有し、インピーダ
ンス調整用の制御信号により上記複数のPチャネルMO
SFETと上記複数のNチャネルMOSFETとのうち
何れかが選択され、少なくとも出力ノードからハイレベ
ルの信号が出力されるときに上記選択されたPチャネル
MOSFETがオン状態に、少なくとも出力ノードから
ローレベルの信号が出力されるときに上記選択されたN
チャネルMOSFETがオン状態になるように構成され
た出力回路を備えている半導体集積回路において、上記
出力ノードにMOSFET以外の抵抗手段が接続されて
いる構成である。
【0012】また、第1電源電圧端子と出力ノードとの
間に並列に接続された複数のPチャネルMOSFET
と、該複数のPチャネルMOSFETのゲートをそれぞ
れ制御する複数の論理ゲートと、第2電源電圧端子と出
力ノードとの間に並列に接続された複数のNチャネルM
OSFETと、該複数のNチャネルMOSFETのゲー
トをそれぞれ制御する複数の論理ゲートとを備え、上記
複数の論理ゲートの2つの入力端子のうち一方の入力端
子にはそれぞれ共通にされた出力用の内部信号が入力さ
れ、他方の入力端子にはインピーダンス調整用の制御信
号が入力されるように構成された出力回路を備えた半導
体集積回路において、上記出力ノードにMOSFET以
外の抵抗手段が接続されている構成である。
【0013】このような手段によれば、インピーダンス
調整用に設けたPMOSおよびNMOSの寄生容量に起
因するインピーダンスのミスマッチを、上記出力ノード
に接続された抵抗手段により低減し、それにより、出力
信号の反射波を抑えて出力波形の歪みを低減することが
出来る。
【0014】また、インピーダンス調整用の複数のPM
OSおよびNMOSの各素子サイズや組み合わせを変え
て対処したのでは、最終的には、それらMOSFETの
寄生容量によるインピーダンスのミスマッチと、インピ
ーダンス調整の可能な範囲との、トレードオフの関係に
なってしまい、十分な範囲でのインピーダンスの調整と
寄生容量に起因するインピーダンスミスマッチの抑制と
の両方を満たすことが出来ないが、上記の抵抗手段を用
いることで、両者をともに満足することが出来る。
【0015】具体的には、上記抵抗手段は3Ω以上とな
る長さに形成された導電層により構成することが出来
る。また、ポリシリコンにより構成することも出来る。
【0016】また、上記抵抗手段は、上記第1電源電圧
端子と上記第2電源電圧端子との間に設けられたPチャ
ネルMOSFETのドレイン端子とNチャネルMOSF
ETのドレイン端子との結合ノードと、出力回路の出力
端子との間に直列に接続すると良い。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例を図
1と図2の図面に基づいて説明する。
【0018】図1は、本発明を適用して好適なインピー
ダンス調整機能が付加された出力回路の実施例を示す回
路図である。
【0019】この図において、MP1〜MP8はインピ
ーダンス調整用のPMOS、MP9とMP10は出力用
の内部信号INに基づき出力動作を行う出力PMOS、
MP11は配線接続の変更により出力インピーダンスの
2段階の切替えが可能なように設けられたPMOS、M
N1〜MN8はインピーダンス調整用のNMOS、MN
9とMN10は出力用の内部信号INに基づき出力動作
を行う出力NMOS、MN11は結合ノードN1に現れ
るNMOS側の寄生容量の初期レベルをPMOS側に合
わせるためのNMOS、MN12は配線接続の変更によ
り出力インピーダンスの2段階の切替えが可能なように
設けられたNMOSである。
【0020】図1において、各MOSの近傍に記された
数値は上からゲート幅Wと、ゲート長Lとを示してい
る。インピーダンス調整用のPMOS MP1〜MP8
と、インピーダンス調整用のNMOS MN1〜MN8
とは、それぞれゲート長Lが等しく、ゲート幅Wが2倍
ずつ大きくなるように設定されている。このように設定
することで、出力インピーダンスを微小な範囲ずつ最も
多段に調整することが出来る。
【0021】また、10〜17はインピーダンス調整用
のPMOS MP1〜MP8のゲートを制御するNAN
Dゲート、18は出力PMOS MP9,MP10のゲ
ートを駆動するインバータ、20〜27はインピーダン
ス調整用のNMOS MN1〜MN8のゲートを制御す
るNORゲート、28は出力NMOS MN9,MN1
0のゲートを駆動するインバータ、40〜42は出力用
の内部信号INを出力クロックDOCに同期させて通過
させる論理回路である。
【0022】そして、この実施例の出力回路において
は、電源電圧VDDとVSSとの間に接続された出力P
MOS MP9,MP10と出力NMOS MN9,M
N10との結合ノードN1(或いは、インピーダンス調
整用のPMOS MP1〜MP8とNMOS MN1〜
MN8との結合ノードN1)と、出力端子Noutとの
間に抵抗Rが直列接続されている。
【0023】この抵抗Rは、アルミの導電層により構成
される配線の長を例えば5Ωの長さに形成したものであ
る。なお、抵抗Rとしては、その他、ポリシリコンなど
が使用できる。また、MOSFETのように寄生容量が
大きくなるもの以外であれば、種々の抵抗手段を適用す
ることが出来る。
【0024】このような出力回路を備えた実施例の半導
体集積回路においては、半導体のプロセスばらつき、動
作温度や電源電圧のばらつき量などに拘わらずに出力イ
ンピーダンスが一定になるように、これらのばらつき量
に応じたインピーダンス調整用の制御データが入力され
る。そして、この制御データがデコードされて、インピ
ーダンス調整用の制御信号UP0〜UP7,DN0〜D
N7が生成され、上記NANDゲート10〜17やNO
Rゲート20〜27に入力される。Pチャネル側の制御
信号UP0〜UP7とNチャネル側の制御信号DN0〜
DN7はそれぞれ逆相の信号である。そして、これらの
制御信号UP0〜UP7,DN0〜DN7のうちハイレ
ベルの制御信号が入力されたNANDゲートに対応する
PMOSと、ローレベルの制御信号が入力されたNOR
ゲートに対応するNMOSとがインピーダンス調整用に
選択される。
【0025】このような出力回路によれば、出力クロッ
クDOCがハイレベルのときに出力用の内部信号INが
通過して、インバータ18,28、NANDゲート10
〜17、および、NORゲート20〜27の入力端子に
それぞれ入力される。そして、インバータ18,28で
は、供給された内部信号INに基づき出力MOS MP
9,MP10,MN9,MN10のゲートを駆動する。
これと同時に、インピーダンス制御用のNANDゲート
10〜17やNORゲート20〜27のうち制御信号U
P0〜UP7,DN0〜DN7により選択されている論
理ゲートでは、対応するインピーダンス調整用のPMO
SやNMOSのゲートを内部信号INに基づいて駆動す
る。
【0026】そして、上記出力MOS MP9,MP1
0,MN9,MN10と、インピーダンス調整用のMO
S MP1〜MN8,MN1〜MN8のうち選択されて
いるものとがプッシュプルの出力動作を行って結合ノー
ドN1に出力用の信号生成する。そして、この信号が抵
抗Rを介して出力端子Noutから出力される。
【0027】すなわち、この実施例の出力回路によれ
ば、インピーダンス調整用のMOSMP1〜MN8,M
N1〜MN8の選択により出力インピーダンスの調整が
なされるとともに、インピーダンス調整用のMOS M
P1〜MN8,MN1〜MN8の選択又は非選択だけで
は調整不可能な、MOSの寄生容量に基づくインピーダ
ンスミスマッチが、結合ノードN1と出力端子Nout
との間に接続された抵抗Rにより低減され、それによ
り、出力信号の反射波を抑えて出力波形の歪みを低減す
ることが出来る。
【0028】図2には、図1の出力回路を備えたキャッ
シュメモリ用のシンクロナスSRAMの構成図を示す。
【0029】この図において、100はスタティックメ
モリセルがマトリックス配列されたメモリセル、102
はワード線を選択するロウデコーダ、101はデータ線
を選択するコラムデコーダ、103は選択された一対の
相補データ線の電圧を比較増幅するセンスアンプ、10
4は書き込み信号を印加するワードアンプ、105はイ
クスクルーシブオア113の出力に基づき読出しデータ
が入力データレジスタ110にあれば該レジスタ110
からなければメモリセル100からのデータを選択的に
出力するマルチプレクサ、106は出力データレジス
タ、108は信号出力を行う出力ブロック、109は出
力イネーブル信号/G等を受けて出力クロックDOCを
生成する出力クロック供給回路、110は入力データレ
ジスタ、111はメモリセルへのデータの読み書きを制
御するリードライトコントローラ、112はライトアド
レスとリードアドレスの何れかを同期ライトイネーブル
信号/SWEに基づき選択的に通過させるマルチプレク
サ、114はAND回路115の出力によりライトイネ
ーブル信号/SWEがローレベルのときにクロックに同
期してライトアドレスを取り込むライトアドレスレジス
タである。
【0030】また、116はクロックに同期してリード
アドレスを取り込むリードアドレスレジスタ、117は
同期チップセレクト信号/SSが格納されるレジスタ、
118は同期ライトイネーブル信号/SWEが格納され
るレジスタ、119はバイト単位の書込みを許す同期ラ
イトイネーブル信号/SWEXが格納されるレジスタ、
120は各制御ブロックやレジスタに動作クロックを供
給するクロック制御部、121は外部入力される出力イ
ンピーダンス制御データZQをデコードしてインピーダ
ンス調整用の制御信号UP0〜UP7,DN0〜DN7
を供給するインピーダンス制御ロジック、122〜13
0は各種テスト用の信号が格納されたテスト信号レジス
タ、131は各種テスト信号の入出力やテスト動作の制
御を行うテストコントローラである。なお、VREFは
信号入力時に使用される参照電圧、K,/Kは入力クロ
ックである。
【0031】このシンクロナスSRAMにおいては、上
記出力ブロック108の複数ビット分の出力回路とし
て、前記実施例のような構成の構成を有する出力回路が
用いられ、それにより出力波形の歪みが低減されたSR
AMが実現される。
【0032】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。
【0033】例えば、出力回路の出力ノードに接続され
る抵抗として、5Ωのアルミ配線を用いた例を示した
が、本発明には3Ω以上の長さに形成された配線が含ま
れるものである。また、抵抗の接続形態は、例えば、出
力PMOSのドレイン端子と出力NMOSのドレイン端
子との間に直列接続したり、或いは、PMOSとNMO
Sの結合ノードと第2電源電圧VSSとの間に直列接続
するようにも出来る。
【0034】また、インピーダンス調整用の回路構成
は、図1のタイプのものに限られず、例えば、図4に示
したように出力MOSとインピーダンス調整用のMOS
FETとが直列に接続されるタイプのものに対しても本
発明は適用可能である。
【0035】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるシンク
ロナスSRAMについて説明したがこの発明はそれに限
定されるものでなく、高速駆動が要求される半導体集積
回路に広く利用することができる。
【0036】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
のとおりである。
【0037】すなわち、本発明に従うと、インピーダン
ス調整用のPチャネルMOSFETおよびNチャネルM
OSFETの選択又は非選択の制御だけでは調整するこ
とのできない、これらMOSFETの寄生容量に起因す
るインピーダンスのミスマッチを低減することが出来る
という効果がある。
【0038】また、インピーダンス調整用のMOSFE
Tの素子サイズに制約を課すことなく、これらMOSF
ETの寄生容量に起因するインピーダンスミスマッチを
低減できるので、これらのMOSFETによるインピー
ダンス調整の範囲が狭められないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用して好適なインピーダンス調整機
能が付加された出力回路の実施例を示す回路図である。
【図2】図1の出力回路を備えたキャッシュメモリ用の
シンクロナスSRAMの全体構成を示すブロック図であ
る。
【図3】インピーダンス調整機能が付加された出力回路
の第1の従来例を示す回路図である。
【図4】インピーダンス調整機能が付加された出力回路
の第2の従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
10〜17 NANDゲート 20〜27 NORゲート 108 出力ブロック 109 出力クロック供給回路 121 インピーダンス制御ロジック IN 出力用の内部信号 DOC 出力クロック OUT 出力信号 MP1〜MP8 インピーダンス調整用のPチャネル
MOSFET MN1〜MN8 インピーダンス調整用のNチャネル
MOSFET N1 結合ノード Nout 出力端子 R 抵抗 DN0〜DN7 インピーダンス調整用の制御信号 UP0〜UP7 インピーダンス調整用の制御信号 VDD 第1電源電圧 VSS 第2電源電圧
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮田 修作 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 (72)発明者 根岸 剛己 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 (72)発明者 伊藤 洋一 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 (72)発明者 中里 伸二 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 Fターム(参考) 5B015 HH01 JJ11 JJ21 KB33 KB84 NN03 PP02 QQ01 QQ10 5J056 AA04 AA40 BB22 CC00 CC14 DD13 DD28 DD29 DD52 EE11 EE13 FF07 FF08 GG12 HH01 HH02

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1電源電圧端子と出力ノードとの間に
    並列に接続されたインピーダンス調整用の複数のPチャ
    ネルMOSFETと、第2電源電圧端子と出力ノードと
    の間に並列に接続されたインピーダンス調整用の複数の
    NチャネルMOSFETとを有し、インピーダンス調整
    用の制御信号により上記複数のPチャネルMOSFET
    と上記複数のNチャネルMOSFETとのうち何れかが
    選択され、少なくとも出力ノードからハイレベルの信号
    が出力されるときに上記選択されたPチャネルMOSF
    ETがオン状態に、少なくとも出力ノードからローレベ
    ルの信号が出力されるときに上記選択されたNチャネル
    MOSFETがオン状態になるように構成された出力回
    路を備えている半導体集積回路において、 上記出力ノードにMOSFET以外の抵抗手段が接続さ
    れていることを特徴とする半導体集積回路。
  2. 【請求項2】 第1電源電圧端子と出力ノードとの間に
    並列に接続された複数のPチャネルMOSFETと、該
    複数のPチャネルMOSFETのゲートをそれぞれ制御
    する複数の論理ゲートと、第2電源電圧端子と出力ノー
    ドとの間に並列に接続された複数のNチャネルMOSF
    ETと、該複数のNチャネルMOSFETのゲートをそ
    れぞれ制御する複数の論理ゲートとを備え、上記複数の
    論理ゲートの2つの入力端子のうち一方の入力端子には
    それぞれ共通にされた出力用の内部信号が入力され、他
    方の入力端子にはインピーダンス調整用の制御信号が入
    力されるように構成された出力回路を備えた半導体集積
    回路において、 上記出力ノードにMOSFET以外の抵抗手段が接続さ
    れていることを特徴とする半導体集積回路。
  3. 【請求項3】 上記抵抗手段は3Ω以上となる長さに形
    成された導電層により構成されていることを特徴とする
    請求項1又は2に記載の半導体集積回路。
  4. 【請求項4】 上記抵抗手段はポリシリコンにより構成
    されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半
    導体集積回路。
  5. 【請求項5】 上記抵抗手段は、上記第1電源電圧端子
    と上記第2電源電圧端子との間に設けられたPチャネル
    MOSFETのドレイン端子とNチャネルMOSFET
    のドレイン端子との結合ノードと、出力回路の出力端子
    との間に直列に接続されていることを特徴とする請求項
    1〜4の何れかに記載の半導体集積回路。
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