JP2003179480A - 出力バッファ回路及びこれを備える半導体装置 - Google Patents

出力バッファ回路及びこれを備える半導体装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 PVT変化と出力端子の負荷キャパシタンス
の変化に起因するスルー率変化を低減する出力バッファ
回路及びこれを備える半導体装置を提供する。 【解決手段】 第1スルー率制御回路が第1制御信号に
応答してプルアップ信号の電圧レベルを多段階下降さ
せ、第2スルー率制御回路が第2制御信号に応答してプ
ルダウン信号の電圧レベルを多段階上昇させる。プルア
ップドライバーは多段階下降する前記プルアップ信号に
応答して出力端をプルアップさせ、プルダウンドライバ
ーは多段階上昇する前記プルダウン信号に応答して出力
端をプルダウンさせる。また、前記第1スルー率制御回
路及び第2スルー率制御回路は位相同期ループ回路から
提供され、PVT変化に対して補償されるバイアス電圧
により制御される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に係り、
より詳細には、PVT変化と出力端子の負荷キャパシタ
ンスの変化に起因するスルー率変化を低減する出力バッ
ファ回路及びこれを備える半導体装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】半導体装置において、出力バッファ回路
は、内部データを出力端子すなわち出力パッドを通じて
出力しようとする時に使われる。一般的な従来の出力バ
ッファ回路は、図1に示されたように、プルアップPM
OSトランジスタP11とプルダウンNMOSトランジ
スタN11とより構成される出力ドライバー11、出力
データDATAを反転させてプルアップPMOSトラン
ジスタP11のゲートに印加して出力ドライバー11の
プルアップスルー率を調節する反転手段13、及び、出
力データDATAを反転させてプルダウンNMOSトラ
ンジスタN11のゲートに印加して出力ドライバー11
のプルダウンスルー率を調節する反転手段15、を具備
する。
【0003】図1に示されたような従来の出力バッファ
回路では、出力ドライバー11のスルー率は、プルアッ
プPMOSトランジスタP11を通じて出力端子17の
負荷キャパシタンスCを充電させる電流の量、及び、プ
ルダウンNMOSトランジスタN11を通じて出力端子
17の負荷キャパシタンスCから放電される電流の量、
により決定される。ところが、この電流量は工程(Proc
ess)、電源電圧(Voltage)、及び温度(Temperatur
e)(以下、PVTと定義する)、によって非常に大き
く変化し、これにより出力ドライバー11のスルー率は
PVT変化によって非常に大きく変化する。
【0004】また、出力ドライバー11のスルー率は、
出力端子17の負荷キャパシタンスCの大きさによって
も変化するが、出力端子17の負荷キャパシタンスが2
倍に増加すれば、スルー率も約2倍変化する。したがっ
て、図1に示されたような一般的な従来の出力バッファ
回路は、PVTと出力端子17の負荷キャパシタンスが
変わる環境では、非常に厳しい範囲のスルー率仕様を満
足させ難いという短所がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する技術的課題は、PVT変化と出力端子の負荷キャパ
シタンスの変化に起因するスルー率変化を低減する出力
バッファ回路を提供することである。また、本発明が解
決しようとする他の技術的課題は、PVT変化と出力端
子の負荷キャパシタンスの変化に起因するスルー率変化
を低減する出力バッファ回路を具備する半導体装置を提
供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記技術的課題を達成す
るために、本発明による出力バッファ回路は、プルアッ
プ信号に応答して出力端をプルアップさせるプルアップ
ドライバー、プルダウン信号に応答して前記出力端をプ
ルダウンさせるプルダウンドライバー、第1制御信号に
応答して前記プルアップ信号の電圧レベルを多段階下降
させる第1スルー率制御回路、第2制御信号に応答して
前記プルダウン信号の電圧レベルを多段階上昇させる第
2スルー率制御回路を具備することを特徴とし、PVT
変化と出力端子の負荷キャパシタンスの変化に起因する
スルー率変化を低減する出力バッファ回路を提供するこ
とができる。
【0007】望ましくは、前記第1スルー率制御回路
は、第1及び第2バイアス電圧に応答して前記第1制御
信号を遅延させる第1遅延回路と、第1段階で前記第1
制御信号及び前記第2バイアス電圧に応答して前記プル
アップ信号を下降させ、第2段階で前記第1制御信号及
び前記第1遅延回路の出力信号に応答して前記プルアッ
プ信号を再び下降させる第1制御回路とを具備する。
【0008】望ましくは、前記第2スルー率制御回路
は、前記第1及び第2バイアス電圧に応答して前記第2
制御信号を遅延させる第2遅延回路と、第1段階で前記
第2制御信号及び前記第1バイアス電圧に応答して前記
プルダウン信号を上昇させ、第2段階で前記第2制御信
号及び前記第2遅延回路の出力信号に応答して前記プル
ダウン信号を再び上昇させる第2制御回路とを具備す
る。望ましくは、前記第1及び第2バイアス電圧は位相
同期ループ回路から提供される。
【0009】前記他の技術的課題を達成するために、本
発明による半導体装置は、第1及び第2バイアス電圧を
出力する電圧制御発振器を具備する位相同期ループ回路
と、前記第1及び第2バイアス電圧により制御され、第
1制御信号に応答してプルアップ信号の電圧レベルを多
段階下降させ、第2制御信号に応答してプルダウン信号
の電圧レベルを多段階上昇させるスルー率制御回路と、
前記プルアップ信号に応答して出力端をプルアップさ
せ、前記プルダウン信号に応答して前記出力端をプルダ
ウンさせる出力ドライバーとを具備することを特徴と
し、PVT変化と出力端子の負荷キャパシタンスの変化
に起因するスルー率変化を低減する出力バッファ回路を
具備する半導体装置を提供することができる。
【0010】前記スルー率制御回路は、前記第1及び第
2バイアス電圧により制御され、前記第1制御信号に応
答して前記プルアップ信号の電圧レベルを多段階下降さ
せる第1スルー率制御回路と、前記第1及び第2バイア
ス電圧により制御され、前記第2制御信号に応答して前
記プルダウン信号の電圧レベルを多段階上昇させる第2
スルー率制御回路とを具備する。
【0011】望ましくは、前記第1スルー率制御回路
は、前記第1及び第2バイアス電圧に応答して前記第1
制御信号を遅延させる第1遅延回路と、第1段階で前記
第1制御信号及び前記第2バイアス電圧に応答して前記
プルアップ信号を下降させ、第2段階で前記第1制御信
号及び前記第1遅延回路の出力信号に応答して前記プル
アップ信号を再び下降させる第1制御回路とを具備す
る。
【0012】望ましくは、第2スルー率制御回路は、前
記第1及び第2バイアス電圧に応答して前記第2制御信
号を遅延させる第2遅延回路と、第1段階で前記第2制
御信号及び前記第1バイアス電圧に応答して前記プルダ
ウン信号を上昇させ、第2段階で前記第2制御信号及び
前記第2遅延回路の出力信号に応答して前記プルダウン
信号を再び上昇させる第2制御回路とを具備する。望ま
しくは、前記第1遅延回路及び前記第2遅延回路は前記
位相同期ループ回路の前記電圧制御発振器内の単位遅延
器より構成される。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明と本発明の動作上の利点、
及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解
するためには、本発明の望ましい実施例を例示する添付
図面及び添付図面に記載された内容を参照せねばならな
い。以下、添付した図面を参照しながら本発明の望まし
い実施例を説明することによって、本発明を詳細に説明
する。各図面に提示された同じ参照符号は、同じか均等
な部材を示す。
【0014】図2は、本発明による半導体装置を示すブ
ロック図である。この図2を参照すれば、本発明による
半導体装置は、位相同期ループ回路100(PLL回
路:Phase locked loop Circuit)、及び、この位相同期
ループ回路100により制御される出力バッファ回路2
00、を具備する。位相同期ループ回路100は通常的
なものであって、位相検出器21、電荷ポンプ回路2
2、低域通過フィルタ23、電圧制御発振器24、及び
周波数分割器25を具備する。
【0015】位相同期ループ回路100は、PVTが変
ってもある程度の時間が経った後にはロック状態とな
る。この位相同期ループ回路100がロックされれば、
電圧制御発振器24から出力される信号Foutの周波
数は、PVTに関係なく一定になる。この時、特に電圧
制御発振器24は、PVT変化に対する補償用電圧、す
なわち、第1バイアス電圧VPBIAS及び第2バイア
ス電圧VNBIASを発生させて、これらを出力バッフ
ァ回路200に提供する。
【0016】出力バッファ回路200は、制御回路2
6、スルー率制御回路27、及び出力ドライバー28を
具備する。制御回路26は、出力制御信号CNTに応答
して出力データDATAを受信して、第1制御信号PC
及び第2制御信号NCを発生させる。特に、スルー率制
御回路27は、第1及び第2バイアス電圧VPBIA
S、VNBIASにより制御され、第1制御信号PCに
応答してプルアップ信号PGの電圧レベルを多段階下降
させ、第2制御信号NCに応答してプルダウン信号NG
の電圧レベルを多段階上昇させる。出力ドライバー28
は、多段階下降するプルアップ信号PGに応答して出力
端29をプルアップさせ、多段階上昇するプルダウン信
号NGに応答して出力端29をプルダウンさせる。
【0017】したがって、本発明による半導体装置で
は、出力バッファ回路200が、PVT変化に対して補
償される第1及び第2バイアス電圧VPBIAS、VN
BIASにより制御されるので、出力バッファ回路20
0はPVTが変わってもスルー率変化が小さくなる。ま
た、出力ドライバー28を制御するプルアップ信号PG
が多段階下降して、プルダウン信号NGが多段階上昇す
るために、出力バッファ回路200は、出力端子の負荷
キャパシタンスがかなり変わっても、スルー率変化が小
さくなる。スルー率制御回路27及び出力ドライバー2
8の構成及び動作は、図4を参照して詳細に後述され
る。
【0018】図3は、図2に示された電圧制御発振器2
4を示す回路図である。この図3を参照すれば、電圧制
御発振器24は、多数の単位遅延器31、32を含み、
PVT変化に対して補償される補償用電圧、すなわち、
第1及び第2バイアス電圧VPBIAS、VNBIAS
を出力する。第1及び第2バイアス電圧VPBIAS、
VNBIASのレベルは、図2に示された低域通過フィ
ルタ23から出力される制御電圧VCONにより、決定
される。位相同期ループ回路100がロックされれば、
電圧制御発振器24から出力される信号Foutの周波
数は、PVTに関係なく一定の状態を維持し、この時、
電圧制御発振器24内の各単位遅延器31、32は、一
定の遅延時間を有する。
【0019】図4は、図2に示された本発明による出力
バッファ回路200を詳細に示す回路図である。この図
4を参照すれば、スルー率制御回路27は、第1スルー
率制御回路271及び第2スルー率制御回路272を具
備する。第1スルー率制御回路271は、第1及び第2
バイアス電圧VPBIAS、VNBIASにより制御さ
れ、第1制御信号PCに応答してプルアップ信号PGの
電圧レベルを多段階下降させる。第2スルー率制御回路
272は、第1及び第2バイアス電圧VPBIAS、V
NBIASにより制御され、第2制御信号NCに応答し
てプルダウン信号NGの電圧レベルを多段階上昇させ
る。
【0020】より詳細には、第1スルー率制御回路27
1は、第1遅延回路271a及び第1制御回路271b
を具備する。第1遅延回路271aは、第1及び第2バ
イアス電圧VPBIAS、VNBIASに応答して第1
制御信号PCを遅延させる。第1制御回路271bは、
第1段階で、第1制御信号PC及び第2バイアス電圧V
NBIASに応答してプルアップ信号PGを下降させ、
第2段階で、第1制御信号PC及び第1遅延回路271
aの出力信号に応答してプルアップ信号PGを再び下降
させる。
【0021】第2スルー率制御回路272は、第2遅延
回路272a及び第2制御回路272bを具備する。第
2遅延回路272aは、第1及び第2バイアス電圧VP
BIAS、VNBIASに応答して、第2制御信号NC
を遅延させる。第2制御回路272bは、第1段階で、
第2制御信号NC及び第1バイアス電圧VPBIASに
応答して、プルダウン信号NGを上昇させ、第2段階
で、第2制御信号NC及び第2遅延回路272aの出力
信号に応答して、プルダウン信号NGを再び上昇させ
る。
【0022】ここでは、第1スルー率制御回路271
が、プルアップ信号PGを2段階下降させるように構成
されているが、必要に応じて3段階以上下降させるよう
に構成できる。また、第2スルー率制御回路272が、
プルダウン信号NGを2段階上昇させるように構成され
ているが、必要に応じて3段階以上上昇させるように構
成できる。
【0023】特に、第1遅延回路271a内の単位遅延
器(d1ないしd4)と、第2遅延回路272a内の単位
遅延器(d5ないしd8)は、図3の電圧制御発振器24
内の単位遅延器31、32と同じ形態に構成される。す
なわち、単位遅延器(d1ないしd4)と単位遅延器(d
5ないしd8)内のトランジスタの大きさは、単位遅延
器31、32内の対応されるトランジスタの大きさと同
一である。
【0024】出力ドライバー28は、PMOSプルアッ
プドライバーP6とNMOSプルダウンドライバーN6
とを具備する。PMOSプルアップドライバーP6は、
第1スルー率制御回路271により多段階下降するプル
アップ信号PGに応答して、出力端29をプルアップさ
せる。NMOSプルダウンドライバーN6は、第2スル
ー率制御回路272により多段階上昇するプルダウン信
号NGに応答して、出力端29をプルダウンさせる。
【0025】図5(A)ないし(C)は、図4に示され
た本発明による出力バッファ回路に関するシミュレーシ
ョン結果を示す図面である。図5(A)は、出力端29
の負荷キャパシタンスが15pFである場合を示し、図
5(B)は、出力端29の負荷キャパシタンスが27p
Fである場合を示し、図5(C)は、出力端29の負荷
キャパシタンスが40pFである場合を示す。
【0026】以下、図4及び図5を参照して、本発明に
よる出力バッファ回路の動作を、さらに説明する。ま
ず、第1制御信号PCと第2制御信号NCが全部論理
“ロー”である時は、第1制御回路271bのPMOS
トランジスタP1がターンオンされ、これによりプルア
ップ信号PGは論理“ハイ”になり、PMOSプルアッ
プドライバーP6がターンオフされる。
【0027】また、この時、第1バイアス電圧VPBI
ASは論理“ロー”状態であるために、第2制御回路2
72bのPMOSトランジスタP2、P3、P5がター
ンオンされ、これによりプルダウン信号NGの電圧レベ
ルは上昇する。次に所定時間後に、すなわち、第2遅延
回路272aの遅延時間T1後に、第2制御回路272
bのPMOSトランジスタP4がターンオンされ、これ
によりプルダウン信号NGの電圧レベルは再び上昇す
る。一方、PMOSトランジスタP4が大きい場合に
は、プルダウン信号NGが上昇する傾斜度は、図5のよ
うにT1を過ぎた後に急激に大きくなる。前記のように
2段階上昇するプルダウン信号NGに応答して、NMO
SプルダウンドライバーN6はターンオンされて、出力
端PAD29をプルダウンさせる。
【0028】第1制御信号PCと第2制御信号NCが全
部論理“ハイ”である時は、第2制御回路272bのN
MOSトランジスタN5がターンオンされ、これにより
プルダウン信号NGの電圧レベルは論理“ロー”にな
り、NMOSプルダウンドライバーN6がターンオフさ
れる。また、この時、第2バイアス電圧VNBIASは
論理“ハイ”状態であるために、第1制御回路271b
のNMOSトランジスタN1、N2、N3がターンオン
され、これによりプルアップ信号PGの電圧レベルは下
降する。次に、所定時間後、すなわち、第1遅延回路2
71aの遅延時間T2後に、第1制御回路271bのN
MOSトランジスタN4がターンオンされ、これによ
り、プルアップ信号PGの電圧レベルは再び下降する。
一方、NMOSトランジスタN4が大きい場合には、プ
ルアップ信号PGが下降する傾斜度は、図5のようにT
2を過ぎた後に急激に大きくなる。前記のように、2段
階下降するプルアップ信号PGに応答して、PMOSプ
ルアップドライバーP6はターンオンされて、出力端P
AD29をプルアップさせる。
【0029】したがって、出力端29の負荷キャパシタ
ンスが小さな場合には、プルアップ信号PGの第1下降
区間とプルダウン信号NGの第1上昇区間中に、小さな
電流により出力端29が駆動される。出力端29の負荷
キャパシタンスが大きい場合には、プルアップ信号PG
の第2下降区間とプルダウン信号NGの第2上昇区間中
に、大きい電流により出力端29が駆動される。したが
って、出力端29の負荷キャパシタンスがかなり変わっ
ても、スルー率変化が小さくなる。
【0030】以上、図面と明細書において最適の実施例
が開示された。ここで特定の用語が使われたが、これは
単に本発明を説明するための目的で使われたものであっ
て、意味限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範
囲を制限するために使われたものではない。本技術分野
の当業者であれば、これにより多様な変形及び均等な他
実施例が可能であるという点を理解できる。したがっ
て、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の
技術的思想により決まらねばらない。
【0031】
【発明の効果】前述したように、本発明による出力バッ
ファ回路は、位相同期ループ回路で発生してPVT変化
に対して補償されるバイアス電圧により制御される。こ
れにより、本発明による出力バッファ回路はPVTが変
わってもスルー率変化が小さいという長所を有する。ま
た、本発明による出力バッファ回路では、PMOSプル
アップドライバーを制御するプルアップ信号が多段階下
降し、NMOSプルダウンドライバーを制御するプルダ
ウン信号が多段階上昇する。したがって、本発明による
出力バッファ回路は、出力端の負荷キャパシタンスがか
なり変わってもそのスルー率変化が小さいという長所を
有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的な従来の出力バッファ回路を示す回路図
である。
【図2】本発明による半導体装置を示すブロック図であ
る。
【図3】図2に示された電圧制御発振器を示す回路図で
ある。
【図4】図2に示された本発明による出力バッファ回路
を詳細に示す回路図である。
【図5】図5(A)ないし(C)は、図4に示された本
発明による出力バッファ回路に関するシミュレーション
結果を示す図面である。
【符号の説明】
28 出力ドライバー 271a 第1遅延回路 271b 第1制御回路 272 第2スルー率制御回路 272a 第2遅延回路 272b 第2制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5B015 HH01 JJ45 KB33 QQ10 5J055 AX10 BX16 CX24 DX22 DX57 DX72 DX73 DX83 EX02 EX07 EY21 EZ00 EZ07 EZ14 EZ22 EZ28 EZ50 EZ55 FX01 FX05 FX19 FX37 GX01 GX02 GX04 GX05 5J056 AA05 BB00 CC00 CC04 CC05 CC30 DD13 DD29 EE06 EE07 FF06 FF09 GG08 GG09 KK01

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プルアップ信号に応答して出力端をプル
    アップさせるプルアップドライバーと、 プルダウン信号に応答して前記出力端をプルダウンさせ
    るプルダウンドライバーと、 第1制御信号に応答して前記プルアップ信号の電圧レベ
    ルを多段階下降させる第1スルー率制御回路と、 第2制御信号に応答して前記プルダウン信号の電圧レベ
    ルを多段階上昇させる第2スルー率制御回路と、を具備
    する、 ことを特徴とする半導体装置の出力バッファ回路。
  2. 【請求項2】 前記第1スルー率制御回路は、 第1及び第2バイアス電圧に応答して前記第1制御信号
    を遅延させる第1遅延回路と、 第1段階で前記第1制御信号及び前記第2バイアス電圧
    に応答して前記プルアップ信号を下降させ、第2段階で
    前記第1制御信号及び前記第1遅延回路の出力信号に応
    答して前記プルアップ信号を再び下降させる第1制御回
    路と、を具備する、ことを特徴とする請求項1に記載の
    半導体装置の出力バッファ回路。
  3. 【請求項3】 前記第2スルー率制御回路は、 前記第1及び第2バイアス電圧に応答して前記第2制御
    信号を遅延させる第2遅延回路と、 第1段階で前記第2制御信号及び前記第1バイアス電圧
    に応答して前記プルダウン信号を上昇させ、第2段階で
    前記第2制御信号及び前記第2遅延回路の出力信号に応
    答して前記プルダウン信号を再び上昇させる第2制御回
    路と、を具備する、ことを特徴とする請求項2に記載の
    半導体装置の出力バッファ回路。
  4. 【請求項4】 前記第1及び第2バイアス電圧は、位相
    同期ループ回路から提供される、 ことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の出力バ
    ッファ回路。
  5. 【請求項5】 前記第1遅延回路及び前記第2遅延回路
    は、前記位相同期ループ回路の電圧制御発振器内の単位
    遅延器より構成される、ことを特徴とする請求項4に記
    載の半導体装置の出力バッファ回路。
  6. 【請求項6】 第1及び第2バイアス電圧を出力する電
    圧制御発振器を具備する位相同期ループ回路と、 前記第1及び第2バイアス電圧により制御され、第1制
    御信号に応答してプルアップ信号の電圧レベルを多段階
    下降させ、第2制御信号に応答してプルダウン信号の電
    圧レベルを多段階上昇させるスルー率制御回路と、 前記プルアップ信号に応答して出力端をプルアップさ
    せ、前記プルダウン信号に応答して前記出力端をプルダ
    ウンさせる出力ドライバーと、を具備する、ことを特徴
    とする半導体装置。
  7. 【請求項7】 前記スルー率制御回路は、 前記第1及び第2バイアス電圧により制御され、前記第
    1制御信号に応答して前記プルアップ信号の電圧レベル
    を多段階下降させる第1スルー率制御回路と、 前記第1及び第2バイアス電圧により制御され、前記第
    2制御信号に応答して前記プルダウン信号の電圧レベル
    を多段階上昇させる第2スルー率制御回路と、を具備す
    る、ことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
  8. 【請求項8】 前記第1スルー率制御回路は、 前記第1及び第2バイアス電圧に応答して前記第1制御
    信号を遅延させる第1遅延回路と、 第1段階で前記第1制御信号及び前記第2バイアス電圧
    に応答して前記プルアップ信号を下降させ、第2段階で
    前記第1制御信号及び前記第1遅延回路の出力信号に応
    答して前記プルアップ信号を再び下降させる第1制御回
    路と、を具備する、ことを特徴とする請求項7に記載の
    半導体装置。
  9. 【請求項9】 前記第2スルー率制御回路は、 前記第1及び第2バイアス電圧に応答して前記第2制御
    信号を遅延させる第2遅延回路と、 第1段階で前記第2制御信号及び前記第1バイアス電圧
    に応答して前記プルダウン信号を上昇させ、第2段階で
    前記第2制御信号及び前記第2遅延回路の出力信号に応
    答して前記プルダウン信号を再び上昇させる第2制御回
    路と、を具備する、ことを特徴とする請求項8に記載の
    半導体装置。
  10. 【請求項10】 前記第1遅延回路及び前記第2遅延回
    路は前記位相同期ループ回路の前記電圧制御発振器内の
    単位遅延器より構成される、ことを特徴とする請求項9
    に記載の半導体装置。
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