JP2003069414A - 半導体装置の出力回路 - Google Patents

半導体装置の出力回路

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JP2003069414A
JP2003069414A JP2001253793A JP2001253793A JP2003069414A JP 2003069414 A JP2003069414 A JP 2003069414A JP 2001253793 A JP2001253793 A JP 2001253793A JP 2001253793 A JP2001253793 A JP 2001253793A JP 2003069414 A JP2003069414 A JP 2003069414A
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transistor
conductive
level
channel mos
transistors
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JP2001253793A
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Takashi Kubo
貴志 久保
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 出力信号の立上がり速度および立下がり速度
を調整することが可能な半導体装置の出力回路を提供す
る。 【解決手段】 送信側半導体集積回路装置1の出力回路
3において、最終段の前段のインバータ4は、1つのP
チャネルMOSトランジスタP1と、互いに異なるしき
い値電圧Vtn,Vtn′(Vtn′<Vtn)を有す
る2つのNチャネルMOSトランジスタQ1a,Q1b
とを含む。NチャネルMOSトランジスタQ1a,Q1
bのしきい値電圧Vtn,Vtn′を調整することによ
り、出力回路3の出力信号の立上がり速度を調整するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体装置の出力
回路に関し、特に、出力端子を介して内部信号を外部に
出力するための半導体装置の出力回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図10は、半導体集積回路装置に含まれ
る従来の出力回路50の構成を示す回路図である。図1
0において、この出力回路50は、直列接続された2段
のインバータ51,52を備え、インバータ51はPチ
ャネルMOSトランジスタP1およびNチャネルMOS
トランジスタQ1を含む。PチャネルMOSトランジス
タP1およびNチャネルMOSトランジスタQ1は、電
源電位Vddのラインと接地電位Vssのラインとの間
に直列接続され、それらのゲートはともに半導体集積回
路装置内で生成されたデータ信号φDを受ける。
【0003】データ信号φDが「L」レベルの場合は、
PチャネルMOSトランジスタP1が導通するとともに
NチャネルMOSトランジスタQ1が非導通となり、イ
ンバータ51の出力信号φ51は「H」レベルになる。
データ信号φDが「H」レベルの場合は、PチャネルM
OSトランジスタP1が非導通になるとともにNチャネ
ルMOSトランジスタQ1が導通し、インバータ51の
出力信号φ51は「L」レベルになる。
【0004】インバータ52は、インバータ51の出力
信号φ51を反転させて半導体集積回路装置の出力ピン
53に与える。出力ピン53は、信号伝達線SLを介し
て受信側半導体集積回路装置(図示せず)に接続され
る。信号伝達線SLは、抵抗素子54を介して終端電位
Vttのラインに接続される。受信側半導体集積回路装
置では、信号伝達線SLの電位変化に基づいてデータ信
号φDを再生し、所定の動作を行なう。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、半導体
集積回路装置間のインターフェイスはますます高速化
し、それに伴って信号の確実な伝送が非常に困難になっ
てきている。その大きな原因として、信号の立上がり速
度の高速化が挙げられる。すなわち、数百MHzの信号
であっても、その信号の立上がりエッジが急峻であった
場合、その立上がりエッジは数GHzのオーダの周波数
成分を含む。たとえば、200MHzのクロック信号が
5倍の高調波までを含む方形波である場合は、そのクロ
ック信号の立上がりエッジは1GHzの周波数成分を持
つ。しかしながら、あまりにも速い立上がりエッジを有
する信号は、立上がりエッジに含まれる周波数成分が非
常に高周波にわたるゆえに、不要な反射・リンギングが
発生し、信号の完全性を多いに損なうこととなる。
【0006】それゆえに、この発明の主たる目的は、出
力信号の立上がりまたは立下がり速度を調整することが
可能な半導体装置の出力回路を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置の出力回路は、出力端子を介して内部信号を外部に出
力するための半導体装置の出力回路であって、出力端子
と第1の電源電位のラインとの間に接続された第1のト
ランジスタと、互いに異なるしきい値電圧を有し、第1
のトランジスタの入力電極と第2の電源電位のラインと
の間に並列接続され、内部信号が第1のレベルから第2
のレベルに変化したことに応じて導通し、第1のトラン
ジスタを導通状態または非導通状態にさせる複数の第2
のトランジスタとを備えたものである。
【0008】好ましくは、複数の第2のトランジスタ
は、互いに異なる基板不純物濃度を有する。
【0009】また好ましくは、複数の第2のトランジス
タは、互いに異なる基板電位を受けている。
【0010】また好ましくは、さらに、第2のトランジ
スタの導電形式と異なる導電形式を有し、第1のトラン
ジスタの入力電極と第1の電源電位のラインとの間に接
続され、内部信号が第2のレベルから第1のレベルに変
化したことに応じて導通し、第1のトランジスタを非導
通状態または導通状態にさせる第3のトランジスタが設
けられる。
【0011】また好ましくは、さらに、第1のトランジ
スタと異なる導電形式を有し、出力端子と第2の電源電
位のラインとの間に接続され、その入力電極が第1のト
ランジスタの入力電極に接続された第3のトランジスタ
と、第2のトランジスタの導電形式と異なる導電形式を
有し、第1および第3のトランジスタの入力電極と第1
の電源電位のラインとの間に接続され、内部信号が第2
のレベルから第1のレベルに変化したことに応じて導通
し、第3のトランジスタを導通状態または非導通状態に
させる第4のトランジスタが設けられる。
【0012】また好ましくは、さらに、第1のトランジ
スタと異なる導電形式を有し、出力端子と第2の電源電
位のラインとの間に接続され、その入力電極が第1のト
ランジスタの入力電極に接続された第3のトランジスタ
と、第2のトランジスタと異なる導電形式を有するとと
もに互いに異なるしきい値電圧を有し、第1および第3
のトランジスタの入力電極と第1の電源電位のラインと
の間に並列接続され、内部信号が第2のレベルから第1
のレベルに変化したことに応じて導通し、第3のトラン
ジスタを導通状態または非導通状態にさせる複数の第4
のトランジスタとが設けられる。
【0013】また好ましくは、さらに、第1のトランジ
スタと同じ導電形式を有し、出力端子と第2の電源電位
のラインとの間に接続された第3のトランジスタと、第
2のトランジスタと異なる導電形式を有するとともに互
いに異なるしきい値電圧を有し、第3のトランジスタの
入力電極と第1の電源電位のラインとの間に並列接続さ
れ、内部信号が第2のレベルから第1のレベルに変化し
たことに応じて導通し、第3のトランジスタを導通状態
または非導通状態にさせる複数の第4のトランジスタと
が設けられる。
【0014】また好ましくは、複数の第4のトランジス
タは、互いに異なる基板不純物濃度を有する。
【0015】また好ましくは、複数の第4のトランジス
タは、互いに異なる基板電位を受けている。
【0016】
【発明の実施の形態】[実施の形態1]図1は、この発
明の実施の形態1による送受信システムの構成を示す回
路ブロック図である。図1において、この送受信システ
ムは、送信側半導体集積回路装置1および受信側半導体
集積回路装置8を備える。送信側半導体集積回路装置1
と受信側半導体集積回路装置8の間は信号伝達線SLで
接続され、信号伝達線SLは抵抗素子7を介して終端電
位Vttのラインに接続されている。
【0017】送信側半導体集積回路装置1は、内部回路
2、出力回路3、および出力ピン6を含む。内部回路2
は、送信すべきデータ信号φDを生成する。出力ピン6
は、信号伝達線SLを介して受信側半導体集積回路装置
8に接続されている。出力回路3は、内部回路2で生成
されたデータ信号φDに従って出力ピン6を駆動する。
出力ピン6の電位変化は、信号伝達線SLを介して受信
側半導体集積回路装置8に伝達される。受信側半導体集
積回路装置8は、信号伝達線SLの他方端の電位変化に
基づいてデータ信号φDを再生し、再生したデータ信号
φDに従って所定の動作を行なう。
【0018】以下、この送受信システムの特徴となる出
力回路3について詳細に説明する。出力回路3は、直列
接続された2段のインバータ4,5を含む。前段のイン
バータ4は、1つのPチャネルMOSトランジスタP1
と2つのNチャネルMOSトランジスタQ1a,Q1b
を含む。PチャネルMOSトランジスタP1は、電源電
位Vddのラインとインバータ4の出力ノードN4との
間に接続され、そのゲートがデータ信号φDを受ける。
NチャネルMOSトランジスタQ1a,Q1bは、出力
ノードN4と接地電位Vssのラインとの間に並列接続
され、それらのゲートはともにデータ信号φDを受け
る。
【0019】データ信号φDが「L」の場合は、Pチャ
ネルMOSトランジスタP1が導通するとともにNチャ
ネルMOSトランジスタQ1a,Q1bが非導通とな
り、出力ノードN4は「H」レベルにされる。データ信
号φDが「H」レベルの場合は、PチャネルMOSトラ
ンジスタP1が非導通になるとともにNチャネルMOS
トランジスタQ1a,Q1bが導通し、出力ノードN4
は「L」レベルにされる。
【0020】ここで、NチャネルMOSトランジスタQ
1bのしきい値電圧Vtn′は、図10のNチャネルM
OSトランジスタQ1のしきい値電圧と同じ値に設定さ
れる。またNチャネルMOSトランジスタQ1bのチャ
ネル幅W′は、図10のNチャネルMOSトランジスタ
Q1のチャネル幅の1/2に設定される。
【0021】一方、NチャネルMOSトランジスタQ1
aのしきい値電圧Vtnは、NチャネルMOSトランジ
スタQ1bのしきい値電圧Vtn′よりも大きい値に設
定される(Vtn>Vtn′)。また、NチャネルMO
SトランジスタQ1aのチャネル幅Wは、NチャネルM
OSトランジスタQ1bのチャネル幅W′よりも小さな
値に設定される(W<W′)。
【0022】ただし、NチャネルMOSトランジスタQ
1aのしきい値電圧Vtnおよびチャネル幅WとNチャ
ネルMOSトランジスタQ1bのしきい値電圧Vtn′
およびチャネル幅W′とは、NチャネルMOSトランジ
スタQ1a,Q1bのゲート電圧Vgが電源電圧Vdd
のときに、ドレイン電圧Vdがともに「L」レベル(V
il)になり、かつドレイン電流Id,Id′が同じに
なるように設定される。
【0023】Vd−Vtn>Vdの線形領域では、Nチ
ャネルMOSトランジスタQ1a,Q1bのドレイン電
流Id,Id′が等しくなり、次式(1)が成り立つ。
【0024】 B(Vdd−Vtn)Vil=B′(Vdd−Vtn′)Vil…(1) ただし、B,B′は、NチャネルMOSトランジスタQ
1a,Q1bの導電係数である。導電係数B,B′は、
それぞれNチャネルMOSトランジスタQ1a,Q1b
のチャネル幅W,W′に比例する値である。式(1)を
変形すると次式(2)が得られる。
【0025】 B=B′(Vdd−Vtn′)/(Vdd−Vtn)…(2) 線形領域でVd<Vddの範囲では、ドレイン電流I
d′,Idの差Id′−Idは次式(3)で表わされ
る。
【0026】 Id′−Id=B′(Vg−Vtn′)Vd−B(Vg−Vtn)Vd…(3 ) また、NチャネルMOSトランジスタQ1a,Q1bの
しきい値電圧Vtn,Vtn′の間には次式(4)が成
り立つ。
【0027】Vtn′=(1−Δv)Vtn…(4) 式(3)を式(2)(4)を用いて変形すると次式
(5)が得られる。
【0028】 Id′−Id=B′ΔvVtnVd(Vdd−Vg)/(Vdd−Vtn)… (5) ここで、Vdd>VgかつVdd>Vtnであるから、
式(5)は常に正の値になる。また、Vg>Vtnの飽
和領域では、ドレイン電流Id′,Idの差Id′−I
dは次式(6)で表わされる。
【0029】
【数1】
【0030】式(6)を式(2)(4)を用いて変形す
ると次式(7)が得られる。
【0031】
【数2】
【0032】ここで、Vdd>Vg>Vtnであるか
ら、式(7)も常に正の値になる。式(5)(7)が常
に正の値になるということは、Vg=Vdd,Vg<V
tn′のときを除き、NチャネルMOSトランジスタQ
1bのドレイン電流Id′は常にNチャネルMOSトラ
ンジスタQ1aのドレイン電流Idよりも大きくなるこ
とを意味している。Vg=Vdd,Vg<Vtn′のと
きはId=Id′となる。このようなNチャネルMOS
トランジスタQ1a,Q1bを並列に配置することで、
出力波形の過渡特性を調整することが可能となる。
【0033】図2は、インバータ4およびその比較例に
おけるゲート電圧Vgと出力電圧Voutの関係を示す
図である。インバータ4の2つのNチャネルMOSトラ
ンジスタQ1a,Q1bを2つのNチャネルMOSトラ
ンジスタQ1b,Q1bで置換した場合(2Q1b)
は、ゲート電圧Vgがしきい値電圧Vtn′よりも高く
なるとNチャネルMOSトランジスタQ1b,Q1bが
導通して出力電圧Voutが低下し始める。VgがVt
n′からVd+Vtn′の間ではNチャネルMOSトラ
ンジスタQ1b,Q1bは飽和状態で動作し、VgがV
d+Vtn′を超えるとNチャネルMOSトランジスタ
Q1b,Q1bは非飽和状態になってVoutはほぼ0
Vとなる。この特性は、図10のインバータ51の特性
と同じである。
【0034】また、インバータ4の2つのNチャネルM
OSトランジスタQ1a,Q1bを2つのNチャネルM
OSトランジスタQ1a,Q1aで置換した場合(2Q
1a)は、ゲート電圧Vgがしきい値電圧Vtn(>V
tn′)よりも高くなるとNチャネルMOSトランジス
タQ1a,Q1aが導通して出力電圧Voutが低下し
始める。VgがVtnからVd+Vtnの間ではNチャ
ネルMOSトランジスタQ1a,Q1aは飽和状態で動
作し、VgがVd+Vtnを超えるとNチャネルMOS
トランジスタQ1a,Q1aは非飽和状態になってVo
utはほぼ0Vとなる。したがって、NチャネルMOS
トランジスタQ1a,Q1aを使用したインバータ4
(2Q1a)の出力電圧Voutの立下がり速度は、N
チャネルMOSトランジスタQ1b,Q1bを使用した
インバータ(2Q1b)の出力電圧Voutの立下がり
速度よりも遅くなる。
【0035】図1のインバータ4ではNチャネルMOS
トランジスタQ1a,Q1bを使用したので(Q1a+
Q1b)、インバータ4の出力電圧Voutの低下速度
はインバータ(2Q1a)の出力電圧Voutの低下速
度とインバータ(2Q1b)の出力電圧Voutの低下
速度との平均値となる。
【0036】図1に戻って、後段のインバータ5は、P
チャネルMOSトランジスタP2およびNチャネルMO
SトランジスタQ2を含む。PチャネルMOSトランジ
スタP2は、電源電位Vddのラインと出力ピン6との
間に接続され、そのゲートが前段のインバータ4の出力
ノードN4に接続される。NチャネルMOSトランジス
タQ2は、出力ピン6と接地電位Vssとのラインとの
間に接続され、そのゲートは前段のインバータ4の出力
ノードN4に接続される。
【0037】ノードN4が「L」レベルの場合は、Pチ
ャネルMOSトランジスタP2が導通するとともにNチ
ャネルMOSトランジスタQ2が非導通になり、出力ピ
ン6が「H」レベルにされる。ノードN4が「H」レベ
ルの場合は、PチャネルMOSトランジスタP2は非導
通になるとともにNチャネルMOSトランジスタQ2が
導通し、出力ピン6は「L」レベルにされる。
【0038】図3は、後段のインバータ5およびその比
較例のゲート電圧Vgと出力電圧Voutとの関係を示
す図である。ただし、3つの直線の中心値が一致するよ
うにゲート電圧Vgにはオフセットがかけられている。
図2で示したように、前段のインバータをしきい値の低
い2つのNチャネルMOSトランジスタQ1bを用いて
構成した場合(図2Q1b)は、前段のインバータの出
力電圧Voutの立下がり速度が最も速くなるので、そ
の後段のインバータ5の出力電圧Voutの上昇速度は
最も速くなる。また、前段のインバータをしきい値電圧
の高い2つのNチャネルMOSトランジスタQ1を用い
て構成した場合(2Q1a)は、前段のインバータの出
力電圧Voutの立下がり速度が最も遅くなるので、そ
の後段のインバータ5の出力電圧Voutの上昇速度は
最も遅くなる。したがって、図1の出力回路3では前段
のインバータ4をNチャネルMOSトランジスタQ1
a,Q1bを用いて構成したので(Q1a+Q1b)、
後段のインバータの出力電圧Voutの上昇速度は上下
2つの場合(2Q1b,2Q1a)の平均値となる。し
たがって、この実施の形態1によれば、送信信号の立上
がり速度を調整して信号の立上がりエッジに含まれる不
要な高周波成分を除去することができ、不要な反射およ
びリンギングの発生を防止することができる。
【0039】以下、この実施の形態1の種々の変更例に
ついて説明する。図4の出力回路10は、2段のインバ
ータ11,5を含む。インバータ11が図1のインバー
タ4と異なる点は、PチャネルMOSトランジスタP1
が2つのPチャネルMOSトランジスタP1a,P1b
に分割されている点である。PチャネルMOSトランジ
スタP1a,P1bは、電源電位Vddのラインとイン
バータ11の出力ノードN11との間に並列接続され、
それらのゲートがともにデータ信号φDを受ける。ここ
で、PチャネルMOSトランジスタP1bのしきい値電
圧Vtp′は、図10のPチャネルMOSトランジスタ
P1のしきい値電圧と同じ値に設定される。また、Pチ
ャネルMOSトランジスタP1bのチャネル幅W′は、
図10のPチャネルMOSトランジスタP1のチャネル
幅の1/2に設定される。
【0040】一方、PチャネルMOSトランジスタP1
aのしきい値電圧Vtpの絶対値|Vtp|は、Pチャ
ネルMOSトランジスタP1bのしきい値電圧Vtp′
の絶対値よりも大きな値に設定される(|Vtp|>|
Vtp′|)。また、PチャネルMOSトランジスタP
1aのチャネル幅Wは、PチャネルMOSトランジスタ
P1bのチャネル幅W′よりも大きな値に設定される
(W>W′)。
【0041】ただし、PチャネルMOSトランジスタP
1aのしきい値電圧Vtpおよびチャネル幅WとPチャ
ネルMOSトランジスタP1bのしきい値電圧Vtp′
およびチャネル幅W′とは、PチャネルMOSトランジ
スタP1a,P1bのゲート電圧Vgが接地電圧Vss
のときに、ドレイン電圧Vdがともに「H」レベルVi
hになり、かつドレイン電流Id,Id′が同じになる
ように設定される。この変更例では、インバータ11,
5の出力信号の立上がり速度および立下がり速度の両方
が調整される。
【0042】図5の出力回路15は、2つのインバータ
16,17とドライバ18とを含む。インバータ16
は、図1のインバータ4と同じ構成であり、1つのPチ
ャネルMOSトランジスタP1と2つのNチャネルMO
SトランジスタQ1a,Q1bとを含む。ただし、イン
バータ16は、データ信号φDの代わりに、データ信号
φDの反転信号/φDを受ける。インバータ17は、2
つのPチャネルMOSトランジスタP1a,P1bと1
つのNチャネルMOSトランジスタQ1とを含む。Pチ
ャネルMOSトランジスタP1a,P1bのしきい値電
圧Vtp,Vtp′およびチャネル幅W,W′は、図4
で説明したように設定されている。
【0043】PチャネルMOSトランジスタP1a,P
1bは電源電位Vddのラインとインバータ17の出力
ノードN17との間に並列接続され、NチャネルMOS
トランジスタQ1は出力ノードN17と接地電位Vss
のラインとの間に接続される。MOSトランジスタP1
a,P1b,Q1のゲートは、ともにデータ信号φDを
受ける。ドライバ18は、2つのNチャネルMOSトラ
ンジスタQ2,Q3を含む。NチャネルMOSトランジ
スタQ3は、電源電位Vddとのラインと出力ピン6と
の間に接続され、そのゲートはインバータ16の出力信
号を受ける。NチャネルMOSトランジスタQ2は、出
力ピン6と接地電位Vssのラインとの間に接続され、
そのゲートはインバータ17の出力信号を受ける。
【0044】データ信号φD,/φDがそれぞれ「L」
レベルおよび「H」レベルの場合は、インバータ16,
17の出力信号がそれぞれ「H」レベルおよび「L」レ
ベルになり、ドライバ18のNチャネルMOSトランジ
スタQ3が導通するとともにNチャネルMOSトランジ
スタQ2が非導通になって出力ピン6は「H」レベルに
される。
【0045】データ信号φD,/φDがそれぞれ「H」
レベルおよび「L」レベルの場合は、インバータ16,
17の出力信号はそれぞれ「L」レベルおよび「H」レ
ベルになり、ドライバ18のNチャネルMOSトランジ
スタQ2が導通するとともにNチャネルMOSトランジ
スタQ3が非導通になって出力ピン6は「L」レベルに
される。この実施の形態でも、出力回路15の出力信号
の立上がり速度および立下がり速度の両方が調整され
る。
【0046】図6の出力回路20は、インバータ21お
よびドライバ22を含む。インバータ21は、図5のイ
ンバータ17と同じ構成であり、2つのPチャネルMO
SトランジスタP1a,P1bと1つのNチャネルMO
SトランジスタQ1とを含む。ドライバ22は、Nチャ
ネルMOSトランジスタQ2を含む。NチャネルMOS
トランジスタQ2は、出力ピン6と接地電位Vssのラ
インとの間に接続され、そのゲートはインバータ21の
出力信号を受ける。
【0047】データ信号φDが「L」レベルの場合は、
インバータ21の出力信号が「H」レベルになってドラ
イバ22のNチャネルMOSトランジスタQ2が導通
し、出力ピン6は「L」レベルにされる。データ信号φ
Dが「H」レベルの場合は、インバータ21の出力信号
が「L」レベルになってドライバ22のNチャネルMO
SトランジスタQ2が非導通になり、出力ピン6は
「H」レベル(終端電位Vtt)にされる。この変更例
では、出力回路20の出力信号の立下がり速度が調整さ
れる。
【0048】図7の出力回路25は、インバータ26お
よびドライバ27を含む。インバータ26は、図1のイ
ンバータ4と同じであり、1つのPチャネルMOSトラ
ンジスタP1と2つのNチャネルMOSトランジスタQ
1a,Q1bとを含む。ドライバ27は、PチャネルM
OSトランジスタP2を含む。PチャネルMOSトラン
ジスタP2は、電源電位Vddのラインと出力ピン6と
の間に接続され、そのゲートはインバータ26の出力信
号を受ける。
【0049】データ信号φDが「L」レベルの場合は、
インバータ26の出力信号が「H」レベルになり、Pチ
ャネルMOSトランジスタP2が非導通になって出力ピ
ン6は「L」レベル(終端電位Vtt)にされる。デー
タ信号φDが「H」レベルの場合は、インバータ26の
出力信号が「L」レベルになり、PチャネルMOSトラ
ンジスタP2が導通して出力ピン6が「H」レベルにさ
れる。この変更例では、出力回路25の出力信号の立上
がり速度が調整される。
【0050】[実施の形態2]図8は、この発明の実施
の形態2による送受信システムに含まれる出力回路30
の構成を示す回路図である。図8において、この出力回
路30は、直列接続された2段のインバータ31,32
を含む。後段のインバータ32は、図1のインバータ5
と同じである。インバータ31が図1のインバータ4と
異なる点は、NチャネルMOSトランジスタQ1bがN
チャネルMOSトランジスタQ1b′で置換され、Nチ
ャネルMOSトランジスタQ1b′の基板に基板電位V
bbが与えられている点である。
【0051】基板電位Vbbが与えられたNチャネルM
OSトランジスタQ1b′のしきい値電圧Vtn′およ
び導電係数B′は、図1のNチャネルMOSトランジス
タQ1bのしきい値電圧Vtn′および導電係数B′と
同じ値になるように、NチャネルMOSトランジスタQ
1b′は製造されている。なお、NチャネルMOSトラ
ンジスタQ1bの基板には接地電位Vssが与えられ
る。
【0052】ここで、NチャネルMOSトランジスタの
基板電位Vbbとしきい値電圧Vtnとの関係について
説明する。NチャネルMOSトランジスタのしきい値電
圧Vtnは、基板電圧Vbbが0Vのときのしきい値電
圧Vtn0と、基板電圧Vbbに依存する部分ΔVtn
(Vbb)とに分けて次式(8)のように表わされる。
【0053】 Vtn=Vtn0+ΔVtn(Vbb)…(8) また、Vtn0は一般に次式(9)のように表わされ
る。
【0054】
【数3】
【0055】ここで、VFBはフラットバンド電圧、εS
はシリコンの誘電率、qは電荷量、Nは基板不純物密
度、COXはゲート容量、kはポルツマン定数、niはシ
リコンの真性キャリア濃度である。式(9)のパラメー
タのうちの、同一チップ内で異なる値を形成しやすい基
板不純物密度Nのみを製造プロセスにおいて調整するも
のとすると、Vtn0はNのみの関数Vtn0(N)と
なり、式(8)は次式(10)で表わされる。
【0056】
【数4】
【0057】この式(10)より、NチャネルMOSト
ランジスタのしきい値電圧Vtnを基板不純物密度Nと
基板電位Vbbにより調整することが可能であることが
わかる。しかも、基板不純物密度Nの調整は製造プロセ
スにおける調整であり、基板電位Vbbの調整は回路動
作によるもので製造プロセスに依存しない。すなわち、
NチャネルMOSトランジスタQ1b′とQ1aの製造
工程は同一である。
【0058】図9は、基板電位Vbbを生成するための
基板電位発生回路40の構成を示す回路ブロック図であ
る。図9において、この基板電位発生回路40は、クロ
ック発生回路41およびチャージポンプ回路46を含
む。クロック発生回路41は、インバータ42〜45を
含む。インバータ42〜44は、リング状に接続されて
リングオシレータを構成する。インバータ42〜44で
生成されたクロック信号CLKは、インバータ45を介
してチャージポンプ回路46に与えられる。
【0059】チャージポンプ回路46は、キャパシタ4
7およびNチャネルMOSトランジスタ48,49を含
む。キャパシタ47は、インバータ45の出力ノードN
45とノードN49との間に接続される。NチャネルM
OSトランジスタ48は、ノードN48とN49の間に
接続され、そのゲートはノードN48に接続される。N
チャネルMOSトランジスタ49は、ノードN49と接
地電位Vssのラインとの間に接続され、そのゲートは
ノードN49に接続される。NチャネルMOSトランジ
スタ48,49の各々は、ダイオードを構成する。
【0060】ノードN45が「H」レベル(電源電位V
dd)の場合は、キャパシタ47がVdd−Vtnに充
電される。ノードN45が「H」レベルから「L」レベ
ル(接地電位Vss)に立下げられると、キャパシタ4
7を介してノードN49がVtn−Vddに立下げら
れ、ノードN48からノードN49に正電荷が排出され
る。したがって、ノードN48の電位Vbbは、最低で
2Vtn−Vddまで低下する。
【0061】この実施の形態2でも、実施の形態1と同
じ効果が得られる。今回開示された実施の形態はすべて
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特
許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の
意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意
図される。
【0062】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る半導体装
置の出力回路では、出力端子と第1の電源電位のライン
との間に接続された第1のトランジスタと、互いに異な
るしきい値電圧を有し、第1のトランジスタの入力電極
と第2の電源電位のラインとの間に並列接続され、内部
信号が第1のレベルから第2のレベルに変化したことに
応じて導通し、第1のトランジスタを導通状態または非
導通状態にさせる複数の第2のトランジスタとが設けら
れる。したがって、複数の第2のトランジスタの各々の
しきい値電圧を調整することにより出力信号の立上がり
または立下がり速度を調整することができ、出力信号の
不要な反射およびリンギングの発生を防止することがで
きる。
【0063】好ましくは、複数の第2のトランジスタ
は、互いに異なる基板不純物濃度を有する。この場合
は、各第2のトランジスタのしきい値電圧は基板不純物
濃度を調整することにより調整されている。
【0064】また好ましくは、複数の第2のトランジス
タは、互いに異なる基板電位を受けている。この場合
は、複数の第2のトランジスタは同じ製造プロセスで製
造され、各第2のトランジスタのしきい値電圧は基板電
位を調整することにより調整されている。
【0065】また好ましくは、さらに、第2のトランジ
スタの導電形式と異なる導電形式を有し、第1のトラン
ジスタの入力電極と第1の電源電位のラインとの間に接
続され、内部電位が第2のレベルから第1のレベルに変
化したことに応じて導通し、第1のトランジスタを非導
通状態または導通状態にさせる第3のトランジスタが設
けられる。この場合は、第1のトランジスタの導通/非
導通を確実に制御することができる。
【0066】また好ましくは、さらに、第1のトランジ
スタと異なる導電形式を有し、出力端子と第2の電源電
位のラインとの間に接続され、その入力電極が第1のト
ランジスタの入力電極に接続された第3のトランジスタ
と、第2のトランジスタの導電形式と異なる導電形式を
有し、第1および第3のトランジスタの入力電極と第1
の電源電位のラインとの間に接続され、内部信号が第2
のレベルから第1のレベルに変化したことに応じて導通
し、第3のトランジスタを導通状態または非導通状態に
させる第4のトランジスタとが設けられる。この場合
は、出力端子を「H」レベルおよび「L」レベルのうち
の所望のレベルに駆動することができる。
【0067】また好ましくは、さらに、第1のトランジ
スタと異なる導電形式を有し、出力端子と第2の電源電
位のラインとの間に接続され、その入力電極が第1のト
ランジスタの入力電極に接続された第3のトランジスタ
と、第2のトランジスタと異なる導電形式を有するとと
もに互いに異なるしきい値電圧を有し、第1および第3
のトランジスタの入力電極と第1の電源電位のラインと
の間に並列接続され、内部信号が第2のレベルから第1
のレベルに変化したことに応じて導通し、第3のトラン
ジスタを導通状態または非導通状態にさせる複数の第4
のトランジスタとが設けられる。この場合は、複数の第
2のトランジスタの各々のしきい値電圧と複数の第4の
トランジスタの各々のしきい値電圧とを調整することに
より、出力信号の立上がりおよび立下がり速度の両方を
調整することができる。
【0068】また好ましくは、さらに、第1のトランジ
スタと同じ導電形式を有し、出力端子と第2の電源電位
のラインとの間に接続された第3のトランジスタと、第
2のトランジスタと異なる導電形式を有するとともに互
いに異なるしきい値電圧を有し、第3のトランジスタの
入力電極と第2の電源電位のラインとの間に並列接続さ
れ、内部信号が第2のレベルから第1のレベルに変化し
たことに応じて導通し、第3のトランジスタを導通状態
または非導通状態にさせる複数の第4のトランジスタと
が設けられる。この場合にも、複数の第2のトランジス
タの各々のしきい値電圧と複数の第4のトランジスタの
各々のしきい値電圧とを調整することにより、出力信号
の立上がりおよび立下がり速度の両方を調整することが
できる。
【0069】また好ましくは、複数の第4のトランジス
タは、互いに異なる基板不純物濃度を有する。この場合
は、各第4のトランジスタのしきい値電圧は基板不純物
濃度を調整することにより調整されている。
【0070】また好ましくは、複数の第4のトランジス
タは、互いに異なる基板電位を受けている。この場合
は、複数の第4のトランジスタを同じ製造プロセスで製
造され、各第4のトランジスタのしきい値電圧は基板電
位を調整することにより調整されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による送受信システ
ムの構成を示す回路ブロック図である。
【図2】 図1に示した前段インバータ4の動作を説明
するための図である。
【図3】 図1に示した後段インバータ5の動作を説明
するための図である。
【図4】 実施の形態1の変更例を示す回路図である。
【図5】 実施の形態1の他の変更例を示す回路図であ
る。
【図6】 実施の形態1のさらに他の変更例を示す回路
図である。
【図7】 実施の形態1のさらに他の変更例を示す回路
図である。
【図8】 この発明の実施の形態2による送受信システ
ムの出力回路の構成を示す回路図である。
【図9】 図8に示した基板電位を生成するための基板
電位発生回路の構成を示す回路図である。
【図10】 従来の送受信システムの出力回路の構成を
示す回路図である。
【符号の説明】
1 送信側半導体集積回路装置、2 内部回路、3,1
0,15,20,25,30,50 出力回路、4,
5,11,16,17,21,26,31,32,42
〜45,51,52 インバータ、P1,P1a,P1
b,P2 PチャネルMOSトランジスタ、Q1,Q1
a,Q1b,Q2,Q3,48,49 NチャネルMO
Sトランジスタ、6,53 出力ピン、7,54 抵抗
素子、8受信側半導体集積回路装置、SL 信号伝達
線、18,22,27 ドライバ、40 クロック発生
回路、46 チャージポンプ回路、47 キャパシタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J055 AX22 AX37 AX61 BX17 CX26 DX22 EX07 EY01 EY10 EY21 EZ19 EZ28 EZ55 GX01 GX06 5J056 AA04 BB10 CC16 CC30 DD13 DD29 DD51 EE08 FF08 GG00 HH00 KK03

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 出力端子を介して内部信号を外部に出力
    するための半導体装置の出力回路であって、 前記出力端子と第1の電源電位のラインとの間に接続さ
    れた第1のトランジスタ、および互いに異なるしきい値
    電圧を有し、前記第1のトランジスタの入力電極と第2
    の電源電位のラインとの間に並列接続され、前記内部信
    号が第1のレベルから第2のレベルに変化したことに応
    じて導通し、前記第1のトランジスタを導通状態または
    非導通状態にさせる複数の第2のトランジスタを備え
    る、半導体装置の出力回路。
  2. 【請求項2】 前記複数の第2のトランジスタは、互い
    に異なる基板不純物濃度を有する、請求項1に記載の半
    導体装置の出力回路。
  3. 【請求項3】 前記複数の第2のトランジスタは、互い
    に異なる基板電位を受けている、請求項1に記載の半導
    体装置の出力回路。
  4. 【請求項4】 さらに、前記第2のトランジスタの導電
    形式と異なる導電形式を有し、前記第1のトランジスタ
    の入力電極と前記第1の電源電位のラインとの間に接続
    され、前記内部信号が前記第2のレベルから前記第1の
    レベルに変化したことに応じて導通し、前記第1のトラ
    ンジスタを非導通状態または導通状態にさせる第3のト
    ランジスタを備える、請求項1から請求項3のいずれか
    に記載の半導体装置の出力回路。
  5. 【請求項5】 さらに、前記第1のトランジスタと異な
    る導電形式を有し、前記出力端子と前記第2の電源電位
    のラインとの間に接続され、その入力電極が前記第1の
    トランジスタの入力電極に接続された第3のトランジス
    タ、および前記第2のトランジスタの導電形式と異なる
    導電形式を有し、前記第1および第3のトランジスタの
    入力電極と前記第1の電源電位のラインとの間に接続さ
    れ、前記内部信号が前記第2のレベルから前記第1のレ
    ベルに変化したことに応じて導通し、前記第3のトラン
    ジスタを導通状態または非導通状態にさせる第4のトラ
    ンジスタを備える、請求項1から請求項3のいずれかに
    記載の半導体装置の出力回路。
  6. 【請求項6】 さらに、前記第1のトランジスタと異な
    る導電形式を有し、前記出力端子と前記第2の電源電位
    のラインとの間に接続され、その入力電極が前記第1の
    トランジスタの入力電極に接続された第3のトランジス
    タ、および前記第2のトランジスタと異なる導電形式を
    有するとともに互いに異なるしきい値電圧を有し、前記
    第1および第3のトランジスタの入力電極と前記第1の
    電源電位のラインとの間に並列接続され、前記内部信号
    が前記第2のレベルから前記第1のレベルに変化したこ
    とに応じて導通し、前記第3のトランジスタを導通状態
    または非導通状態にさせる複数の第4のトランジスタを
    備える、請求項1から請求項3のいずれかに記載の半導
    体装置の出力回路。
  7. 【請求項7】 さらに、前記第1のトランジスタと同じ
    導電形式を有し、前記出力端子と前記第2の電源電位の
    ラインとの間に接続された第3のトランジスタ、および
    前記第2のトランジスタと異なる導電形式を有するとと
    もに互いに異なるしきい値電圧を有し、前記第3のトラ
    ンジスタの入力電極と前記第1の電源電位のラインとの
    間に並列接続され、前記内部信号が前記第2のレベルか
    ら前記第1のレベルに変化したことに応じて導通し、前
    記第3のトランジスタを導通状態または非導通状態にさ
    せる複数の第4のトランジスタを備える、請求項1から
    請求項3のいずれかに記載の半導体装置の出力回路。
  8. 【請求項8】 前記複数の第4のトランジスタは、互い
    に異なる基板不純物濃度を有する、請求項6または請求
    項7に記載の半導体装置の出力回路。
  9. 【請求項9】 前記複数の第4のトランジスタは、互い
    に異なる基板電位を受けている、請求項6または請求項
    7に記載の半導体装置の出力回路。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8742822B2 (en) 2012-08-16 2014-06-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Level shift circuit
US8789926B2 (en) 2011-07-07 2014-07-29 Canon Kabushiki Kaisha Driving circuit, liquid discharge substrate, and inkjet printhead

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8789926B2 (en) 2011-07-07 2014-07-29 Canon Kabushiki Kaisha Driving circuit, liquid discharge substrate, and inkjet printhead
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