JP2004531909A - 低待ち時間多重レベル通信インタフェース - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、米国仮特許出願番号60/158,189「低待ち時間で高速信号を受信する方法及び装置」の優先権を請求し、これは全ての目的のために引用により本明細書に組み込まれている。
【0002】
(技術分野)
本発明は、一般に、高周波デジタル信号バスに関し、更に詳細には、バスのデータ転送速度を上げるために多重レベル信号方式を使用するデータ信号バスに関する。
【0003】
(背景技術)
効率的な高速信号方式では、うまく制御された波形の使用が必要とされる。例えば、クロックサイクル時間が約1又は2ナノ秒に範囲にある高速信号方式においては、電圧振れの振幅、立ち上がり下がり時間、及び信号波形の負荷サイクルは、十分に定義された限界値内にあるべきである。「電圧振れ」という用語は、最小所定電圧と最大所定電圧との間の差分を言う。例えば、一般的な限界値として、約1ボルトの振れ、約50%の負荷サイクル、及び約100ピコ秒(ps)の立ち上がり下がり時間を挙げることができる。特定の方式において、CMOS信号の電圧振れは、低値ゼロボルトから高値5ボルトまでの範囲にある。他の方式において、CMOS信号の電圧振れは、低値ゼロボルトから高値2.5ボルトまでの範囲にある。
【0004】
高速低振れ波形を受信してCMOS信号に変換する受信システムでは、特に、複数の高速波形を同時に受信する場合、及びノイズが重要な要因である場合には、慎重な設計が必要とされる。
【0005】
信号には、以下の命名規則を使用できる。例えば、「システムクロック」という名称は、1つの信号を呼ぶが、その信号の補集合は、「システムクロックB」又は「システムクロックb」と呼ぶことができる。つまり、信号の補集合には、その名称の後に大文字又は小文字のbをもつことになる。
【0006】
図1に示すように、従来技術によるサンプリング受信器100は、センスアンプ102及びラッチ104を有する。センスアンプ102は、基準電圧VREFに対して入力信号Data Inの小さい変化を受信、センス、及び増幅して、差動信号A及びA_bを出力する。ラッチ104は、差動信号A及びA_bを増幅、記憶、及び所定の低値及び高値に変換する。
【0007】
また、図2のタイミング図を参照すると、システムクロック及びその補集合のシステムクロック_bは、サンプリング受信器100の作動を制御する。システムクロック_bが低値に変化すると、センスアンプ102は無効化される。2つの線形ロード/プリチャージ・トランジスタ112、114が有効となり、ノードNA及びNA_Bbにて信号A及びA_bを高い電圧レベルに引き上げる。
【0008】
システムクロック_bが高値に変化すると、センスアンプ102が有効となり、データ入力信号Data Inの電圧をセンスする。2つの線形ロード・トランジスタ112、114が非アクティブになる。入力トランジスタ116のゲートのデータ入力信号Data Inの電圧がトランジスタ118のゲートでの基準電圧VREFを超えると、入力トランジスタ116はアクティブになり、電流シンク120によって出力信号A_bを低い電圧レベルに引き下げる。データ入力信号が基準電圧VREF以下の場合、入力トランジスタ116は非アクティブになっており(即ち、少なくともトランジスタ118よりも導電性がない)、出力信号A_bは高いままである。
【0009】
交差結合トランジスタ対122、124は、信号A及びA_bの状態を記憶する。最初に、システムクロック_bが低い場合、トランジスタ112及び114は有効化され、差動対116、118に対する線形ロード素子の機能を果たす。システムクロック_bが高値に変化すると、トランジスタ112、114は非アクティブとなり、交差結合トランジスタ対122、124が有効化されて入力信号Data Inの変動をセンスし増幅する。入力信号Data Inの電圧が基準電圧VREFを下回ると、トランジスタ118はアクティブになり、ノードNAの信号Aの電圧を接地電位に引き下げるので、信号A_bの電圧は高値に変化する。入力信号Data Inの電圧が基準電圧VREFを越えると、トランジスタ116がアクティブになり、ノードNA_bの信号A_bを低値に引き下げる。更に、トランジスタ118が非アクティブとなり、ノードNA_bの信号A_bが高値に引き上げられる。交差結合トランジスタ対122、124は、基準電圧VREFに対する入力信号Data In電圧の小さな変動に関する増幅器の機能を果たす。
【0010】
システムクロック_bが低値に変化すると、センスアンプ102が無効化され、センスアンプ102からの相補出力信号A及びA_bがラッチ104に記憶される。ラッチ104は、システムクロックにより有効化される。
【0011】
ラッチ104において、システムクロックが低値に変化すると、イコライジング・トランジスタ126がアクティブになり、出力信号Out及びOut_bを同一電圧レベルにする。システムクロックが高値に変化すると、イコライジング・トランジスタ126は非アクティブになり、且つラッチ有効化トランジスタ128.130がアクティブになり、センスアンプ102からの差動出力信号A及びA_bに応答する場合にプルダウン回路の機能を果たすラッチデータ入力トランジスタ132、134を有効化する。特に、システムクロックが高値の場合、ラッチデータ入力トランジスタ132、134は、増幅信号A及びA_bに応答する。4つのトランジスタのラッチ回路136は、信号A及びA_bの関連状態をラッチして、ラッチ出力信号Out142及びOut_b144を生成する。4トランジスタラッチ回路136は、トランジスタ152、154、156、及び158を含む。
【0012】
システムクロックが低値に変化すると、ラッチ有効化トランジスタ128、130は非アクティブになり、その結果、ラッチ104は信号A及びA_bに応答しなくなる。このような方法で、ラッチ104は、システムクロックの高値から低値への変化時にA及びA_bの状態を捕捉する。ノイズにより引き起こされるエラー率を低減するためには、システムクロックの高値から低値への変化のタイミングは、A及びA_b間の差動振幅が最大の時に起こる必要がある。更に、システムが複数の同時に作動する受信器及びドライバを有する場合、VREF上のノイズの注入可能性、結果的にエラーの可能性が高くなる。
【0013】
図2の回路は、システムクロックの立下りエッジに応答して偶数データ値D0及びD2をセンスし、システムクロックの立ち上がりエッジに応答して偶数データ値をラッチする。図2の回路と類似の他の回路は、反対側のクロックエッジで作動し、奇数データ値をセンスしてラッチする(例えば、システムクロックの立ち上がりエッジに応答してセンスし、システムクロックの立下りエッジに応答してラッチする)。
【0014】
従来技術による積分受信器
図3Aにおいて、積分受信器180は、ノイズ環境における性能を改善する。積分受信器180は、一種の整合フィルタである。積分受信器180において、積分器182、サンプル・ホールド(S/H)回路184、増幅器186、及びラッチ188は、直列に接続されており、差動信号を受信して出力する。積分受信器180は、積分期間という任意の時間にわたる差動入力信号VIN+及びVIN−間の差分に基づいて、バイアス電流IBISAIを積分する。積分期間開始前に、積分器182の出力値は最初にゼロボルトに等しくなるように設定される。積分が完了した後で付加的な処理において、ラッチ188は積分結果を記憶する。
【0015】
また、図3Bを参照すると、積分受信器180は、積分フェーズ(フェーズI)、保持フェーズ(フェーズII)及びラッチフェーズ(フェーズIII)という3つのフェーズに応じて作動する。第1のタイミング信号φ192及び第2のタイミング信号Ψ_b194は、各々のフェーズを定義し、積分受信器180の作動を制御する。第1のタイミング信号φは、積分期間又はフェーズを定義し、システムクロック周波数で作動するクロックである。第2のタイミング信号Ψ_bは、第1のタイミング信号φがもはや積分フェーズにない場合に保持フェーズ及びラッチフェーズを定義する。特定の実施において、第1のタイミング信号φは、システムクロックに対して位相シフトされる。
【0016】
フェーズIの積分期間において、第1のタイミング信号φが高値の場合、積分器182は、差動入力信号VIN+196及びVIN−198を受信する。積分器182は、データ入力信号VIN+196及びVIN−198の極性に基づいて所定量の電流を積分し、差動積分信号を生成する。サンプル・ホールド回路184は、積分器182から出力された差動積分信号を受信し、ラッチ188はリセット状態に保持される。
【0017】
フェーズIIにおいて、第1のタイミング信号φ及び第2のタイミング信号Ψ_bが低値の場合、サンプル・ホールド回路184は、積分器182から差動出力信号の状態をサンプリングして保持する。また、増幅器186は、サンプル・ホールド回路184を増幅して増幅信号を生成する。
【0018】
フェーズIIIにおいて、第2のタイミング信号Ψ_bが高値で第1のタイミング信号φが低値の場合、増幅信号はラッチ188に捕捉される。積分器182及びサンプル・ホールド回路184は、次の差動データビットを受信するようにリセットされる。
【0019】
積分受信器の1つの重要な測定基準は、全体的な遅延、即ち、待ち時間であり、本明細書では入出力待ち時間と呼ぶ。入出力待ち時間は、データ入力信号VIN+196及びVIN−198が積分器入力に有効に存在する時間から捕捉信号がラッチ188の出力に有効に存在する時間まで測定される。高速信号方式、特にメモリシステムにおいて、入出力待ち時間はできる限り短いことが必要である。
【0020】
図4において、図3の積分器182及びサンプル・ホールド回路184が更に詳細に示されている。積分はノードNINTA202及びNINTB204において行われ、これらのノードの静電容量は、それらに接続されているトランシーバの固有静電容量により決定される。積分器182において、第1の電流ステアリング回路210は、電流ソース212からバイアス電流IBIASを受け取り、差動入力信号VIN+及びVIN−に基づいてバイアス電流を積分ノードNINTA202又はNINTB204のいずれかに方向づける。電流ソース212は、トランジスタ214のゲートに印加されているバイアス電流VBIASに応答して、バイアス電流IBIASを供給するPMOSトランジスタM3214を含む。第1の電流ステアリング回路210において、第1の差動入力対であるトランジスタM1206及びM2208は、それぞれ差動入力信号VIN+及びVIN−を受信する。VIN−が低い電圧レベルの場合、トランジスM1206は、バイアス電流IBIASをノードNINTA202に方向づけ、その結果、ノードNINTAが充電され、ノードNINTAの電圧VINT+が高くなる。VIN+が低い電圧レベルの場合、トランジスタM2208は、バイアス電流IBIASをノードNINTBに方向づけ、その結果、ノードNINTBが充電され、ノードNINTBの電圧VINT−が高くなる。
【0021】
補正積分回路222は、主としてゲートがトランジスタM1206及びM2208の静電容量をドレインすることで引き起こされる積分器182のエラー源を除去する。補正積分回路222において、第2の差動入力対であるトランジスタMC1224及びMC2226は、差動入力信号VIN+206及びVIN−208を受信し、補正バイアス電流IBIASCを積分ノードNINTA及びNINTBへ方向づける電流ステアリング回路として機能する。補正電流ソースであるPMOSトランジスタMC3228は、補正バイアス電流IBIASCを供給する。また、補正電流ソースにより供給される電流IBIASCの量は、バイアス電流VBIASにより決定される。トランジスタMC4230は、ノードテールC(tailC)の電圧を電源電圧VDDに引き上げる。
【0022】
積分器リセット回路240は、積分の前に積分ノードNINTA及びNINTBから電荷を取り除くことにより積分器182をリセットする。積分器182は、フェーズIIIの間にφ_b及びΨ_bが高値の場合にリセットされる。
【0023】
この積分器182の1つの欠点は、入力共通モード範囲が限定されていることである。差動信号VIN+及びVIN−の共通モードは、2つの信号の平均値である。入力共通モード範囲は、第1の電流ステアリング回路210が積分電流IBIASを完全に方向づけし、十分に高いコンダクタンスで作動してPMOS電流ソーストランジスタM3214を飽和状態に維持できるように狭くなっている。狭い入力共通モード範囲により、使用できるドライバ及び端末ネットワークが限定される。従って、入力共通モード範囲が拡大された積分器182が望ましい。
【0024】
他の欠点は、積分器182が、差動対のトランジスタ206又は208のいずれかが電流IBIASを積分ノードNINTA及びNINTBのいずれかに完全に方向づけしない場合に低電圧利得をもつことである。積分器182の低電圧利得AVは、以下の関係により決定される。
AV=((VINT+)−(VINT−))/((VIN+)−(VIN−)) (1)
低電圧利得AVが原因で、積分器182は、大きな入力電圧振れが電流ソース214からの電流IBIASを完全に方向づけすることを必要とする場合もある。従って、入力電圧の小さい変動を十分に方向づけする積分器182が望ましい。
【0025】
サンプル・ホールド回路
サンプル・ホールド回路184(図4)は、サンプル出力電圧VO+及びVO−として、差動積分電圧VINT+及びVINT−を積分器182からセンスアンプ及びラッチに供給する。サンプル・ホールド回路184において、トランジスタS1 250及びS2 252は、それぞれ積分ノードNINTA及びNINTBに直列に接続されている。第1のタイミング信号φは、それぞれトランジスタS1 250及びS2 252に供給される。フェーズIの間に、第1のタイミング信号φが高値の場合、積分ノードNINTA及びNINTBにおいて、差動電圧VINT+及びVINT−は、VO+及びVO−としてサンプル・ホールド回路184から出力される。フェーズIIにおいて、φが低値の場合、トランジスタS1 250及びS2 252は非アクティブであり、サンプリング電圧VO+及びVO−は、サンプル・ホールド回路184の固有静電容量が原因で、それぞれサンプリングノードNSAMPA260及びNSAMPB262上に存続する。フェーズIIIにおいて、リセット回路254は、それぞれノードNSAMPA260及びNSAMPB262においてVO+及びVO−を回路接地させてサンプル・ホールド回路184をリセットする。
【0026】
増幅器及びラッチ
図5は、図3の増幅器186及びラッチ188の回路図である。増幅器186は、フェーズII及びIIIの間に、サンプル・ホールド回路の差動出力VO+及びVO−を増幅して、それぞれ増幅信号VA+及びVA−を生成する。増幅器電流ソース270であるPMOSトランジスタ272は、バイアス電流VBIASに応答して、増幅器バイアス電流IBIASAを差動PMOS対のトランジスタ274及び276に供給する。バイアス電流VBIASは、供給電圧に対して十分に低く、飽和領域でPMOSトランジスタ272を作動させる。
【0027】
増幅器のイコライジング・トランジスタ278は、フェーズIの間に、第1のタイミング信号φが高値の場合にアクティブになり、増幅器186が差動電圧を出力しないように増幅器186の出力VA+及びVA−を等化する。フェーズI及びIIIの間に、第1のタイミング信号φが低値の場合、イコライジング・トランジスタ278は非アクティブである。
【0028】
増幅器負荷回路280は、入力電圧VO+又はVO−の一方が、PMOSトランジスタ276又は274のいずれかをアクティブにする程十分に低い場合に、増幅器出力VA+及びVA−の一方を接地電位に引き下げる。増幅器負荷回路280において、NMOSトランジスタ対282、284は、それぞれ増幅器差動対274及び276のトランジスタに接続されている。NMOSトランジスタ対282、284は、例えば、増幅器出力電圧VA+が高値の場合に、NMOSトランジスタ対284が非アクティブであり、NMOSトランジスタ対282がアクティブでありVA−を引き下げるように交差結合されている。各々のNMOSトランジスタ対282、284は、それぞれ並列に接続されている2つのNMOSトランジスタ286及び288、及び、292及び294を含む。
【0029】
PMOSトランジスタ272を電流ソースとして作動させると、ラッチ188に高い利得帯域幅をもたらし、伝播遅延が小さくなる。しかし、この方法で増幅器バイアス電流IBIASを供給すると、増幅器186は静的直流を消費するので、静的電力を消費する。静的電力は、モード又はデータに関係なく回路により絶えず消費される電力である。増幅器186は相当量の静的電力を消費するので、増幅器186は、多数の受信器を使用する装置での使用には不適切な場合もある。従って、静的電力消費量を低減する受信器で使用するのに適する増幅器が望ましい。
【0030】
ラッチ188は、フェーズI及びIIの間にリセットされ、フェーズIIIの間に増幅器186の出力を記憶する。フェーズI及びIIの間に、Ψ_bが低値の場合、PMOSトランジスタ302及び304を含むラッチ負荷回路は、供給電圧まで差動ラッチ出力VL+及びVL−をプリチャージする。また、フェーズI及びIIの間に、ラッチ出力イコライジング・トランジスタ306がアクティブになり、差動ラッチ出力VL+及びVL−信号を同一にする。
【0031】
フェーズIIIの間に、Ψ_bが高値の場合、ラッチ負荷回路及びラッチ出力イコライジング・トランジスタ306は非アクティブになる。ラッチ入力対であるNMOSトランジスタ308及び310は、増幅器186の差動出力を受信する。第1の交差結合対であるトランジスタ312、314は、増幅器出力信号VA+及びVA−の状態をラッチする。パス・トランジスタ316、318はアクティブであり、第1の交差結合対312、314の出力を差動ラッチ出力信号VL+及びVL−として供給する。第2の交差結合対であるトランジスタ320、322は、差動ラッチ出力信号VL+及びVL−の状態をラッチしてラッチ利得を高める。
【0032】
ラッチ188の出力、結果的に積分受信器180の出力は、フェーズIII開始後は有効である。積分受信器180の入出力待ち時間は、フェーズIの持続時間+フェーズIIの持続時間+フェーズIIIの開始からのラッチ出力遅延の持続時間に等しい。従って、入出力待ち時間は、システムクロック期間のかなりの部分を費す。特に、入出力待ち時間は、高速信号方式については、約2つのナノ秒(ns)の一般的なクロックサイクル時間に関して相当の時間を費し、積分受信器を使用するシステムの性能を潜在的に制限する。従って、入出力待ち時間が短い積分受信器が望ましい。
【0033】
コンピュータシステムにおいて、所定のクロックサイクルで転送されるデータ量を増やすために、データバスのデータ線の数は多くなっている。チップ上で、データバスの各々のデータ線は、外部接続用のピンを使用する。しかし、チップからのピン数は制限されている。従って、出力ピン数を増やすことなく単一のクロックサイクルの間に転送されるデータ量を増やす装置及び方法が望ましい。
【0034】
(発明の開示)
メモリシステムは、複数のパルス振幅変調(マルチPAM)出力ドライバ及び受信器を使用して、マルチPAM信号を送受信する。マルチPAM信号は、3つ以上の電圧レベルを有し、各々のデータ間隔では、1つの有効電圧レベルで「シンボル」を送信する。1つの実施形態において、シンボルは、2つ又はそれ以上のビットを表す。マルチPAM出力ドライバは、出力シンボルを信号線上に出力させる。出力シンボルは、最上位ビット(MSB)と最下位ビット(LSB)とを含む少なくとも2つのビットを表す。マルチPAM受信器は、出力シンボルを信号線から受信してMSB及びLSBを決定する。
【0035】
特に、マルチPAM受信器において、第1のドライブブロックは、MSBを表すMSBシンボル成分を生成する。第2のドライブブロックは、LSB成分を表すLSBシンボル成分を生成する。LSBシンボル成分は、MSBシンボル成分と組み合わされて出力シンボルをもたらす。
【0036】
マルチPAM受信器において、2つ又はそれ以上のビットを表す入力シンボルが受信される。各々のビットは、1組の閾値電圧の少なくとも1つの閾値電圧に関連する。少なくとも1つの積分器は、1組の閾値電圧の1つ又はそれ以上の閾値電圧に基づいて、入力シンボルに関連する電圧を積分することにより、積分ノード上に積分電圧を生成する。少なくとも1つのセンスアンプは、少なくとも1つの積分器の積分電圧を受信して、入力シンボルと、1組の閾値電圧の1つ又はそれ以上の閾値電圧によって定義されている電圧範囲との関係を表す、少なくとも1つの論理信号を生成する。
【0037】
本発明の別の態様において、受信器において、積分器は、入力シンボルに基づいて積分信号を生成し、センスアンプは、積分信号をサンプリングして論理信号に変換する。積分器とセンスアンプの組み合わせにより、入力信号が有効な時間からセンスアンプの出力が有効な時間までの入出力待ち時間が短縮される。この受信器は、低い静的電力消費量及び広い入力共通モード範囲を有する。
【0038】
特に、受信器は電荷を累積して、積分時間間隔の間にデータ入力信号に基づいて出力電圧を生成し、出力電圧のサンプリングを行い、論理信号がデータ入力信号の極性を表すようにサンプリング電圧を論理信号に変換する。入出力待ち時間は、データ入力信号が有効なときから論理信号が有効なときまでの時間として定義される。この入出力待ち時間は、積分時間+サンプリング電圧の変換時間にほぼ等しい。入出力待ち時間は、前述の従来技術による受信器の入出力待ち時間よりも短いので、システムの性能が改善される。
【0039】
本発明の別の態様において、プリアンプは、入力信号を調整し、調整済み入力信号を積分器へ供給する。
【0040】
本発明の別の態様において、積分器を使用するのではなく、プリアンプが積分機能を組み込んだセンスアンプに接続される。
【0041】
複数の受信器を有するシステムにおいて、各々の受信器は、調整済みタイミング信号を受信して、受信信号のずれを補正する。別の実施形態において、受信器は、シンボル間の干渉を補正する等化回路を有する。本発明の別の態様において、オフセットキャンセル回路は、受信器の不適切な装置から、製造に起因する電圧オフセットを取り除く。本発明の更に別の態様において、多相受信システムは、バス速度を上げるために複数の受信器を使用する。
【0042】
メモリ装置には、本発明の積分受信器が組み込まれている。
【0043】
本発明の前述及び他の特長、態様、及び利点は、以下の説明、特許請求の範囲、及び添付図面を参照すると更に良く理解できる。
【0044】
(発明を実施するための最良の形態)
図6において、バス320は、メモリ制御装置321とメモリ322とを相互接続する。バス320は、アドレス、データ、及び制御信号を送信する信号線320−1、320−2で形成されている。物理的には、各々の集積回路321、322において、アドレス、データ、及び制御信号は、ピンと呼ばれる外部接続部に供給されて外部接続部から出力され、バス320は、それぞれのピンに相互接続される。バス320は、プリント基板上の経路、電線、ケーブル、及びコネクタとして実施することができる。これらの集積回路321、322の各々は、バス320にインタフェース接続して信号を他の集積回路へ送信するためにピンに接続されるバス出力ドライバ回路323を有する。特に、メモリ制御装置321及びメモリ322内のバス出力ドライバ323は、データをバス320上で送信する。各々のバス出力ドライバ323は、バス320の単一の信号線を駆動する。例えば、メモリ制御装置321内のバス出力ドライバ323−1は、バス線320−1を駆動する。バス320は、システムクロック速度、バスの長さ、出力ドライバが駆動できる電流の量、供給電圧、バス320を構成する電線又は経路の間隔及び幅、バス自身の物理的配置、及び各々のバスに取り付けられている終端抵抗器Z0の抵抗等の、多数の要因の関数である特性をもつ信号をサポートする。
【0045】
信号線の少なくとも1つのサブセットは、終端電圧VTERMに接続したプルアップ抵抗器Z0に接続する。特定のシステムにおいて、全ての信号線は、終端電圧VTERMに接続したプルアップ抵抗器Z0に接続される。終端電圧VTERMは、供給電圧VDDと異なっていてもよい。1つの実施形態において、供給電圧VDDは、2.5ボルトに等しく、終端電圧VTERMは1.8ボルトに等しく、低レベルVOLにおける信号のバス電圧は1.0ボルトに等しく、及び電圧振れは0.8ボルトである。終端抵抗器Z0の抵抗は28オームである。
【0046】
出力ドライバ323は、所定の電流量でバス320を駆動するように設計されており、バス受信器324は、バス320上でバス出力ドライバ回路323からの信号を受信するように設計されている。装置においては、各々のバス受信器324は、バス320の1つの信号線から信号を受信する。バス受信器324は、本発明による積分受信器である。
【0047】
1つの実施形態において、メモリは、ランダムアクセスメモリ(RAM)である。別の実施形態において、メモリは、読み出し専用メモリ(ROM)である。もしくは、本発明のバス出力ドライバ323及びバス受信器324は、マイクロプロセッサ及びディスク制御装置等の各種の集積回路を相互接続するためにバスを使用する他の半導体素子において実施される。
【0048】
図6の例示的なメモリシステムにおいて、メモリ制御装置321は、アドレスの1ビットを送信するための信号線320−1を使用して、メモリ322−1にアドレスを与える。簡素化のために、アドレスを送信する他の信号線は示されていない。メモリ322−1において、バス受信器324−3は、アドレスビットを受信し、受信アドレスをデコーダ325へ送る。全てのアドレスを受信するために、デコーダ325は、複数のバス受信器324からアドレスビットを受信する。デコーダ325は、メモリセルアレイ326の特定の横列及び縦列に記憶されたデータにアクセスするための信号を発生する。バス320及びデコーダ325からの他の制御信号に応答して、読み取り操作のために、メモリセルアレイ326は、出力ドライバ323−4を介してデータをバス320へ供給する入力/出力(I/O)バッファ327へ、所望のアドレスデータを供給する。データは、複数の信号線及び受信器で供給されるが、簡素化のために、データを供給する信号線1本のみが示されている。書き込み操作のために、メモリ制御装置321は、前述のようにデコーダ325を介してメモリセルアレイ326へ到達するアドレスを供給する。また、メモリ制御装置321は、出力ドライバ323−2を介してデータ信号をバス320へ供給する。メモリ322−1は、受信器324−4を介してデータ信号を受信し、I/Oバッファ327を介してメモリセルアレイ326へデータを供給して記憶する。
【0049】
電流モード信号を使用するバスを図6に関して説明したが、本発明の装置及び方法は、異なる電圧レベルを有する信号を区別することが望ましい任意の信号方式にも使用できる。
【0050】
図7Aは、本発明の1つの実施形態による積分受信器330を示す。積分受信器330は、広い共通モード範囲、大きな出力電圧振れ、及び短い入出力待ち時間を有する。積分受信器330において、プリアンプ332、積分器334、及び、センスアンプ及びラッチ336は、直列に接続されている。プリアンプ332は、差動入力信号VIN342及びVIN_B344を受信し、それぞれ2つの対の差動出力信号VPDATA及びVPDATA_B、VNDATA及びVNDATA_B、346及び348を生成する。入力信号VIN342及びVIN_B344は、積分受信器330を実装する装置に対して外部から供給される。特に、入力信号VIN342及びVIN_B344は、バスからのものであり、制御、アドレス、又はデータ信号であってもよい。
【0051】
積分器334は、プリアンプ332からの差動出力信号346、348に基づいて電流を積分して、それぞれノードA、B、C、及びDにて差動積分電圧VA、VB、VC、及びVDを生成する。特に、積分器334は、一方の差動入力電圧が他方の差動入力電圧よりも高いか否かに基づいて電流を積分する。差動入力電圧は、以下に説明するように対354、356になるが、それぞれVA及びVB、VC及びVDである。センス信号358に応答して、センスアンプ及びラッチ336は、差動入力電圧VA及びVB354、VC及びVD356の対をセンスし、積分電圧を回路の次のステージで使用するCMOS出力VOUT360、VOUT_B362へ変換する。
【0052】
1つの実施形態において、各々の入力信号VIN342及びVIN_B344は、例えば、完全差動信号方式のデータバスの個別の信号線上に供給される。しかし、これによりデータバスの信号線数は2倍になり、装置のピン数が2倍になる。別の実施形態において、単一の入力信号は、バスの信号線上に供給される。別の実施形態において、片側信号方式が使用され、この方法では、入力信号VIN342がデータバスの信号線から直接受信され、入力信号VIN_B344の補集合ではない所定の基準電圧がプリアンプに供給される。
【0053】
図7Bは、システムクロックの両相の間に積分を行うことによってデータ処理能力を更に高めた図6の積分受信器の別の実施形態を示す。図7Bは、2つの付加的な積分−センスアンプ−ラッチブロック333を示す点を除けば図7Aと同一である。また、図7Aの積分受信器は、図41を参照して以下に説明する。
【0054】
図2を参照して前述したように、図7Bの回路は、反対側の又は相補的なクロックエッジで作動して、奇数データ値及び偶数データ値をセンス及びラッチする。例えば、奇数データ値は、システムクロックの1組のエッジに応答してセンス及びラッチされ、偶数データ値は、システムクロックの1組の相補的なエッジに応答してセンス及びラッチされる。
【0055】
図8に示すように、積分受信器330のタイミングは、図3Aの受信器に比べて入出力待ち時間を短縮する。図8は、システムクロック364、入力信号VIN342、プリチャージ信号352、センス信号358、及び積分受信器出力電圧VOUTの関係を示す。また、VIN342及びVOUT360のタイミング図は、相補的信号VIN_B344及びVOUT_B362にも適用される。しかし、簡素化のために、VIN_B344及びVOUT_B362は示されていない。
【0056】
プリチャージ信号352は、積分器334の2つの作動フェーズ(activity phase)、積分372とプリチャージ374とを定義する。センス信号358は、センスアンプ及びラッチ336の2つの作動フェーズ、保持及びセンス376とプリチャージ378とを定義する。2つのタイミングイベントがこれらのフェーズの境界を定義する。第1のタイミングイベントは、プリチャージ解除380であり、これにより積分フェーズが始まり、この間に積分器334はプリアンプ332からの入力信号を積分する。第2のタイミングイベントは、センスアンプ336に関するセンス起動382であり、これによりセンスアンプ及びラッチ336は、積分器334からの差動積分電圧を決定してその結果を保持する。積分器334(図7)の積分フェーズ372は、センスアンプ336(図7)の保持及びセンスフェーズ376と重なり合い、安定した入力信号をセンスアンプ及びラッチ336(図7)に与える。保持及びセンスフェーズ376と積分フェーズ372とが重なり合うので、センスアンプ336(図7)の観点から、積分器334が依然として積分を行っていても、センスアンプ336(図7)がセンス信号358の立ち上がりエッジに応答して作動すると積分は終了する。センスアンプ及びラッチ336からの出力であるVOUT360及びVOUT_B362は、センス起動382の直後は有効であり、結果的に個別の保持フェーズを排除することによって積分受信器の入出力待ち時間384が短縮される。
【0057】
積分受信器のタイミングは、センス起動382の後にセンスデータの流れを制御するタイミングエッジがないので入出力待ち時間を短縮する。出力電圧であるVOUT360及びVOUT_B362は、センスアンプ及びラッチの伝播遅延(クロックQ遅延)後に利用可能であり、ここでは、クロックQ遅延は、センス起動382において始まる。このようにして、受信器の入出力待ち時間が短縮される。図8に示すように、入出力待ち時間384は、実質的にシステムクロック364の周期より短い。入出力待ち時間が短縮されるので、システムの性能を高めることができる。
【0058】
図9において、本発明の積分受信システム390の別の実施形態は、図7のプリアンプ332を取り除き、前述のように積分器334及びセンスアンプ336を使用する。積分器745は、プリアンプから入力信号を受信するのではなく、差動入力対346、348の両方の外部データバスから直接出力信号VIN342及びVIN_B344を受信する。換言すると、差動入力信号VNDATA及びVPDATA(図7)を受信する回線は、入力VIN342(図9)を受信し、差動入力信号VNDATA_B及びVNDATA_B(図7)を受信する回線は、VIN_B344を受信する。センスアンプ336は、その後の回路ステージで使用される積分受信器の出力である、VOUT360及びVOUT_B362を与える。また、図8のタイミング図は、図9のブロック図に適用される。
【0059】
プリアンプを取り除くことにより、積分器への入力は早期に有効になるのでデータサイクルにおいて早期にプリチャージの存在を示すことができるため、入出力待ち時間を更に短縮することができる。更に、積分受信器390は、図7の積分受信器よりも回路が単純になり、使用電力量が少なく、金型スペースが節約され、更に安価である。
【0060】
図7及び図9の各々のブロックを実行する回路を以下に説明する。
プリアンプ
図10は、本発明の1つの実施形態による図7のプリアンプを示す。プリアンプ332Aは、入力信号に基づいて条件信号を積分器に供給することにより入力電圧振れの非対称性に対する感度を低くすることにより、積分受信器の動作を改善する。積分入力電圧の非対称の振れは、出力電圧及びタイミングのエラーを引き起す場合がある。プリアンプ332Aは、プリアンプ332Aが所定の利得を与える際に、特定の積分電流及び積分静電容量を得るための積分器の飽和動作を維持しながら、入力信号の電圧振れを低減できる。更なる利点として、プリアンプ332Aは、積分器への入力が、積分器の電流ソース飽和と同様に飽和電流ステアリングを維持するのに十分な入力共通モード電圧を有することを保証できる。完全に飽和した電流ステアリングは、積分器の利得を改善する。
【0061】
片側信号方式においては、一方の入力は入力信号の補集合ではなく固定基準電圧であり、プリアンプ332Aは、出力信号が差動出力に見える「擬似差動」出力信号を与えるのでタイミングオフセットを低減する。前述のように、2つの信号の共通モードは、2つの信号の平均値である。擬似差動出力信号の共通モードは、片側信号方式では変化する。対照的に、VIN342及びVIN_B344を使用する差動信号方式の共通モードは、実質的に不変のままである。片側信号方式でプリアンプを使用すると、差動出力信号に非常によく似た出力信号が得られるので、結果的に共通モードの影響が低減される。
【0062】
図10において、プリアンプ332Aは、外部入力信号VIN及びVIN_B、342及び344を受信する。また、プリアンプ332Aは、2つの増幅器セクション、即ち、p−セクション402及びn−セクション404を有する。各々の増幅器セクション403、404は、それぞれ入力信号VIN及びVIN_B、342及び344を受信する。p−セクション402は、差動出力VPDATA346−1及びVPDATA_B346−2を出力する。n−セクション404は、差動出力VNDATA348−1及びVNDATA_B348−2を出力する。
【0063】
p−セクション402において、p−セクション増幅器406は、入力信号VIN342及びVIN_B344を差動的に受信する差動PMOS対を含む。差動PMOS対は、PMOSトランジスタ408及び410を含む。PMOS電流ソース412は、PMOS対406のトランジスタのソースと供給電圧VDDとの間に接続されている。PMOS電流ソース412は、PMOSバイアス電流IBIASPを決定するPMOSバイアス電圧VBIASPに応答するPMOSトランジスタ414である。
【0064】
NMOSロード・トランジスタ4l6及び418は、それぞれPMOS対408及び410のPMOSトランジスタのドレインと、接地との間に接続されている。各々のNMOSロード・トランジスタ416、418のゲートは、供給電圧VDDに接続されており、NMOSロード・トランジスタ416、418は、抵抗器として線形領域で作動する。もしくは、抵抗器を使用してもよい。p−セクション増幅器の差動出力VPDATA346−1及びVPDATA_B346−2は、PMOSトランジスタ408、410のトランジスタのドレインから供給される。p−セクション増幅器402作動中、入力信号VIN342、VIN_B344の共通モード電圧は、VDDよりも低いことが好ましく、例えば、接地電位とVDD/2との間の電圧である。
【0065】
n−セクション増幅器422において、NMOSトランジスタ424、426の差動NMOS対は、入力信号VIN342及びVIN_B344を差動的に受信する。NMOS電流ソース428は、NMOSトランジスタ424、426のソースと回路接地との間に接続されている。NMOS電流ソース428は、NMOSバイアス電流IBIASNを決定するNMOSバイアス電圧VBIASNに応答するNMOSトランジスタ430である。PMOSロード・トランジスタ432、434は、それぞれ差動NMOSトランジスタ424、426のNMOSトランジスタのドレインと接地との間に接続されており、線形領域で作動する。各々のPMOSロード・トランジスタ432、434のゲートは、接地に接続されている。n−セクション増幅器404の出力VNDATA348−1及びVNDATA_B348−2は、NMOSトランジスタ424、426のトランジスタのドレインから供給される。n−セクション増幅器404の作動中、入力信号VIN342、VIN_B344の共通モード電圧は、接地電位よりも高いことが好ましく、例えば、VDD/2とVDDとの間の電圧である。
【0066】
2つの増幅器セクション402、403を使用すると、結果的に、少なくとも供給電圧VDD及び接地電位との間の範囲に等しい広範囲の入力共通モード電圧を処理可能なプリアンプを得ることができる。バイアス電圧VBIASP及びVBIASNは、電流ソーストランジスタを飽和状態で作動させ、ゼロ(回路接地)電圧と供給電圧VDDとの間の共通モード範囲をもたらすように選択される。もしくは、入力電圧閾値を選択するために、一方の又は両方の電流ソーストランジスタを飽和状態にさせないようにバイアス電圧を選択することができる。別の実施形態において、バイアス電圧は、共通モード範囲を作動時に動的に変更するように調整される。
【0067】
積分器
図11Aに示すように、1つの実施形態において、本発明は、広い共通モード範囲及び大きな出力電圧振れを有する積分器334Aを提供する。積分器334Aは、入力電圧ではなく所定量の積分電流Iに比例する差動出力電圧VA、VB、VC、及びVDを生成する。入力信号VIN342の電圧に応答して、第1及び第2の電流ステアリング回路432、434は、背中合わせに接続されている容量性素子436、438の対を充電又は放電するように所定の積分電流を方向づける。特に、電流ステアリング回路432、434は、それぞれ第1及び第2の積分電流ソース439、440を介して、それぞれ容量性素子436、438のノード436A及び436B、438A及び438Bを充放電する。
【0068】
以下に説明するように、第1の電流ステアリング回路432はPMOSトランジスタを備え、第2の電流ステアリング回路434はNMOSトランジスタを備えるので、積分器334は、広い共通モード範囲を有し、結果的に広範囲の転送データに適用可能である。更に、容量性素子436、438の両側で積分を行うことにより、本発明は、大きな出力電圧振れ、つまり従来の構成での容量性素子436、438の片側が固定電圧に接続されている場合に得られる電圧利得よりも大きな電圧利得をもたらす。また、電流ステアリング回路432、434のいずれか一方は、背中合わせ容量性素子436、438を積分することができるので、積分器334は、入力信号VIN342の電圧が電流ステアリング回路の1つを作動させる範囲から外れている場合、入力信号の非対称性に対して感度が低くなる。
【0069】
次に図11B及び図11Cを参照して積分器334を説明し、その後、図12の回路図を参照して更に詳細に説明する。図11A及び図11Bの積分器334A及び334Bは、それぞれ図9の積分器334に対応する。
【0070】
図11Bにおいて、図11Aの積分器334Aが詳細に示されている。積分器334Bは、差動入力信号VIN342及びVIN_B344を直接受信し、2つの対の差動電圧VA及びVB、VC及びVDを出力する。第1の電流ステアリング回路432は、PMOSトランジスタ442、444の対を含み、第2の電流ステアリング回路434は、NMOSトランジスタ446、448の対を含む。電流ステアリング回路432、434は、入力信号VIN342及びVIN_B344を受信する。第1の積分電流ソース439は、PMOSトランジスタ442、444のソースと供給電圧VDDとの間に接続されており、電流IINT1を供給する。第2の積分電流ソース440は、NMOSトランジスタ446、448のソースと接地との間に接続されており、電流IINT2の量を流す。第1の積分電流ソース439からの電流IINT1の量は、第2の積分電流ソース440からの電流IINT2の量と同じであることが好ましい。第1の容量性素子C1436は、PMOSトランジスタ442のドレインと、NMOSトランジスタ446のドレインとの間に接続されている。PMOSトランジスタ442のドレインは、ノードA354−1であり、出力電圧VAを出力する。NMOSトランジスタ446のドレインは、ノードC356−1であり、出力電圧VCを出力する。第2の容量性素子C2438は、PMOSトランジスタ444のドレインと、NMOSトランジスタ448のドレインとの間に接続されている。PMOSトランジスタ444のドレインは、ノードB354−2であり、出力電圧VBを出力する。NMOSトランジスタ448のドレインは、ノードB356−2であり、出力電圧VDを出力する。
【0071】
図8のタイミング図は、この積分器334に適用される。前述のように、積分活動は2つのフェーズ、即ち、プリチャージ信号により定められる積分フェーズ及びプリチャージフェーズをもつ。
【0072】
プリチャージ回路460は、出力ノードA、B、C、及びDに接続されている。A−Bプリチャージ回路462において、NMOSトランジスタ464、466の対は、それぞれノードA及びBに接続されている。プリチャージ信号が高値の場合にノードA及びBをプリチャージするために、NMOSトランジスタ464.466は、出力ノードA及びBを接地電位に引き下げる。従って、電圧VA及びVBは、回路接地電位にプリチャージされることになる。C―Dプリチャージ回路470において、PMOSトランジスタ472、474の対は、それぞれノードC及びDに接続されている。プリチャージ信号の補集合であるプリチャージ_B476が低値の場合、PMOSトランジスタ472、474は、出力ノードC及びDを供給電圧VDDに引き上げ、結果的に電圧VC及びVDは、供給電圧VDDにプリチャージされることになる。
【0073】
電流ステアリング回路432、434において、入力トランジスタ442−448を完全に方向づけすると、積分器の出力電圧は、積分期間中に、差動入力電圧の振幅に正比例するのではなく、差動入力電圧の極性に確実に正比例することになる。作動時には各入力トランジスタを完全に方向づけることができず、入力電圧の共通モードは、各入力トランジスタの方向づけに影響を与える。入力電圧VIN及びVIN_Bは3つの共通モードを有し、各々の共通モード範囲は、積分器334に異なる影響を与える。共通モード範囲は、入力信号VINを参照して説明するが、相補入力信号VIN_Bにも適用される。入力信号VINに関して、共通モード電圧の第1の範囲は、PMOSトランジスタ442、444を作動させるが、NMOSトランジスタ446、448を適切に作動させる程は高くない、接地電位近傍の範囲である。共通モード電圧の第1の範囲において、第2の積分電流ソース440は、飽和領域では作動できず、僅かな電流を供給する。
【0074】
共通モード電圧の第2の範囲は、NMOSトランジスタ446を作動させるが、PMOSトランジスタ442を適切に作動させる程は低くない供給電圧近傍の範囲である。共通モード電圧の第2の範囲において、第1の積分電流ソース440は、積分電圧IINT1を供給できない。
【0075】
第3の電圧範囲は、NMOS及びPMOSトランジスタ446、442の両方を作動させ、それぞれ各々の電流ソース439、440がそれぞれの電流量を供給する中間範囲である。第3の範囲において、容量性素子436のそれぞれのノード436A及び436bは、電流IINT1で充電され、電流IINT2で放電される。
【0076】
積分器334の出力は、ノードAとノードBとの間の電圧差に、ノードCとDとの間の電圧差を加算したものである。換言すると、積分器334の出力は以下の関係により定義できる。
(VA−VB)+(VC−VD)
【0077】
本発明の積分器334は、少なくとも2組のノードの間の差動電圧を出力し、少なくとも2つの電流ソースを使用する。対照的に、図4を参照して説明した従来技術の積分器は、1組のノードの間の差動電圧を出力し、1つの電流ソースを使用する。また、本発明の積分器334Bは、共通モード電圧の任意の範囲でアクティブな、少なくとも1組のトランジスタを有する。積分器334Bは、積分器の利得を上げて電圧感度を高めるために、両電流ソースが容量性素子のそれぞれのノードを充放電する共通モード電圧の第3の範囲で作動することが好ましい。
【0078】
差動入力電圧振れの振幅、VDM=(VIN−VIN_B)は、積分器の作動において考慮される他の要因である。積分器334は、差動入力電圧の極性に基づいて作動し、差動入力電圧振れの振幅VDMは、積分器334の作動に影響を与えないことが理想的である。しかし、実際には、差動入力電圧振れの振幅VDMは、積分器334の作動に影響を与える。差動入力電圧振れの振幅VDMが十分に大きくない場合、入力トランジスタ対442、444、446、及び448は完全に方向づけできず、それぞれの積分ノードへの又はそれぞれの積分ノードからの電流全量を方向づけるための完全なスイッチの機能を果たすことができない。
【0079】
第1の容量性素子436をノードAとCとの間に配置し、第2の容量性素子438をノードBとDとの間に配置すると、第3の電圧範囲、即ち中間電圧範囲での有効電流利得が改善される。第1の容量性素子436は、静電容量C1を有し、第2の容量性素子438は、静電容量C2を有する。第1及び第2の容量性素子は同一の静電容量を有することが好ましい。
【0080】
積分器334Bの回路利得Gは、電流1/差動入力電圧VDM(即ちI/(VDM))として定義される。回路利得Gと積分静電容量Cとの比、即ち、G/C比は、積分作動において考慮される別のパラメータである。積分器334Bの出力電圧は、回路利得G及びG/C比に正比例する。回路利得及びG/Cが大きいほど、入力トランジスタ対を飽和状態に維持しながらセンスアンプに与えられる、特定の充電又は放電電流(IINT−1、IINT−2)及び静電容量(C1、C2)に対する出力電圧が大きくなる。入力対442及び444、446及び448が大きなΔVで切り換えられる場合、G/C比は、図11Aの回路では2I/Cに近づき、この場合、値Iにおいては、電流IINT1は電流IINT2に等しく、電流ソースからの電流Iは、常時、単一のキャパシタへ流れることになり、完全なスイッチングが行われる。
【0081】
図11Bの回路において、G/C比の値は、完全なスイッチングの値に近づくが、これは不完全なスイッチングの影響が実質的に低減されるためである。不完全なスイッチングの間に、意図された容量性素子に方向づけされていない一部の積分電流は、他の容量性素子を充電するのに使用される。例えば、Iではなく0.6Iの電流が、トランジスタ442及び容量性素子436を通って流れる場合、0.4Iがトランジスタ444を通って流れ、容量性素子438に至る。換言すると、容量性素子436へ流れない電流の一部は、容量性素子438を充電するのに使用される。同様に、0.6Iが容量性素子438からトランジスタ448を通って流れる場合、0.4Iが容量性素子436からトランジスタ446を通って流れる。換言すると、容量性素子438から流れない電流の一部は、容量性素子436を放電させるのに使用される。従って、各々の容量性素子の充電電流はIに近づき、G/C比を最大にする。
【0082】
ノードA、B、C、及びD上のキャパシタ482、484、486、及び488で表わされる寄生容量Cpは、それぞれ容量性素子を充電するように意図されている電流がノード上の寄生容量を充電又は放電するのに使用されるので、G/C比を理想値から下げる。
【0083】
図11Cに示す別の実施形態において、図11Bの積分器334Bは、図10のプリアンプと共の作動するように変更されている。図11Cの積分器334Cは、プリアンプと共に使用されるので、積分器334Cの共通モード範囲が改善される。積分器334Cは、2つの対の差動出力信号であるVPDATA及びVPDATA_B、VNDATA及びVNDATA_Bをプリアンプから受信する。PMOS入力トランジスタ442、444は、VPDATA及びVPDATA_Bを受信し、NMOS入力トランジスタ446、448は、VNDATA及びVNDATA_Bを受信する。
【0084】
図12において、積分器334Dの別の実施形態は、寄生容量の影響を補正する。積分器334Dは、2つの対の差動出力電圧VPDATA及びVPDATA_B、VNDATA及びVNDATA_Bをプリアンプから受信し、2つの対の差動電圧VA及びVB、VC及びVDを出力する。積分器334において、第1の電流ステアリング回路は、PMOSトランジスタ502及び504の第1の入力差動対を含み、第2の電流ステアリング回路は、NMOSトランジスタ506及び508を含む。PMOSトランジスタ502及び504への入力信号は、それぞれVPDATA及びVPDATA_Bである。NMOSトランジスタ506及び508への入力信号は、それぞれVNDATA及びVNDATA_Bである。第1及び第2の電流ステアリング回路は、前記に説明されている、それぞれPMOS及びNMOSトランジスタ、512及び514を備え、バイアス電圧VBIASP−1及びVBIASN−1である、第1及び第2の積分電流ソース439及び440の手段は、同様に前記に説明されている。
【0085】
入力トランジスタ502−508の静電容量(素子重なり静電容量)をドレインするためのゲートは、ゲートを越えて入力信号を入力トランジスタ502−508のドレインへ接続し、結果的にノードA及びB、C及びDに入る。静電容量をドレインするゲートの影響を補正するために、第1及び第2の補正電流ステアリング回路520、521がそれぞれ付加されており、適合するエラー電流をノードA及びB、C及びDに注入するようになっている。
【0086】
第1の補正電流ステアリング回路520は、PMOSトランジスタ522及び524の対を含み、第2の補正電流ステアリング回路521は、NMOSトランジスタ526及び528を含む。また、第1及び第2の補正電流ステアリング回路520、521は、それぞれ入力信号VPDATA及びVPDATA_B、VNDATA及びVNDATA_Bを受信する。PMOSトランジスタ522及び524は、第1の補正電流ソース530からの電流を方向づけ、NMOSトランジスタ526及び528は、第2の補正電流ソース532からの電流を方向づける。第1及び第2の補正電流ソース530及び532は、それぞれバイアス電圧VBIASP−1及びVBIASN−1によってバイアスがかけられているトランジスタ534及び536を含む。第1及び第2の補正電流ソース、530及び532の各々は、積分電流ソース439、440よりも非常に小さい量の電流ICを供給する。
【0087】
第1の補正電流ステアリング回路520において、入力トランジスタ522及び524のドレインは、それぞれノードB及びAに接続されている。換言すると、トランジスタ522及び524のドレインは、それぞれ入力トランジスタ502及び504のドレインとは反対の態様で接続されている。第2の補正電流ステアリング回路521において、他方の入力トランジスタ526及び528の対のドレインは、それぞれノードD及びCに接続されている。換言すると、トランジスタ526及び528のドレインは、それぞれ入力トランジスタ506及び508のドレインとは反対の態様で接続されている。電流ステアリング回路とは反対の態様で、それぞれの補正電流ステアリング回路の入力トランジスタのドレインを接続すると、補正電流ステアリング回路は、ゲートを介して注入された電荷をキャンセルして、重なり静電容量をドレインすることができる。
【0088】
また、ノードnテール(ntail)及びpテール(ptail)上の寄生容量は、一方のノードに注入される誤った電荷を発生させることによりエラーを引き起す。また、補正電流ステアリング回路520、521は、反対側のノードを充電して、実質的にこの寄生容量からのエラーをキャンセルするのに十分な対応テール静電容量を与える。
【0089】
また、積分器334Dは、容量性素子436及び438を含む。容量性素子436、438は同一であり、容量性素子436の以下の説明は、同様に容量性素子438にも適用される。容量性素子436は、n−素子C2542に並列に接続されているp−素子C1540を含む。p−素子540は、ソース及びドレインが短絡されているPMOS素子である。n−素子542は、ソース及びドレインが短絡されているNMOS素子である。
【0090】
第1のプリチャージ回路560は、図8に関して説明したように、プリチャージ信号に応答してノードA、B、C、及びDをプリチャージする。第1のプリチャージ回路560において、それぞれのノードが同じ電位に確実にプリチャージされるように、イコライジング・トランジスタ562、564が使用される。プリチャージ・トランジスタ566−572は、図11Bに関して説明したように、ノードA、B、C、及びDをプリチャージする。
【0091】
また、図8のタイミング図は、図12の積分器334Dに適用される。プリチャージがアクティブな場合、プリチャージ回路560は、ノードA及びBを接地電位に、ノードC及びDを供給電圧VDDに設定する。積分期間中、プリチャージ回路560は非アクティブであり、容量性素子436及び438は適宜、充放電される。また、図12の積分器は、2つの差動出力電圧をもつ。第1の差動出力電圧VA−VBは、ノードA及びBから供給され、第2の差動出力電圧VC−VDは、ノードC及びDから供給される。第1及び第2の差動出力電圧を組み合わせると、以下の式に示すような積分器の全出力電圧が得られる。
(VA−VB)+(VC−VD)
【0092】
別の実施形態において、図12の積分器334Dは、プリアンプを使用することなく入力VIN及びVIN_Bを直接データバスから受信する。このようにして、電力を節約し、金型寸法を小さくし、入出力待ち時間を短縮するためプリアンプを取り除くことができる。そうするために、トランジスタ502、504では、VPDATA及びVNDATAではなくVINが受信され、トランジスタ504及び508では、VPDATA_B及びVPDATA_BではなくVIN_Bが受信される。別の実施形態において、相補入力信号VIN_Bではなく基準電圧が積分器334Dへ供給される。
【0093】
図13を参照すると、積分器334Eの別の実施形態は、差動データ信号VIN及びVIN_Bを受信し、差動信号の1つの対VA及びVBを出力する。図13の積分器334Eは、図9の積分器334の別の実施形態である。積分器334Eにおいて、電流ステアリング回路は、トランジスタ442.444、446、及び448を含む。図13の電流ステアリング回路は、図11Bの電流ステアリング回路と同じ態様で作動するので詳細な説明は省略する。積分電流ソース439、440は、積分電流Iを電流ステアリング回路へ供給する。図11Bの積分器334Bとは異なり、積分ノード対A及びC、B及びDは、それぞれ容量性素子の各々のノード436A及び438Aに接続され、積分ノードの1つの対A及びBをもたらす。各々の容量性素子436、438は、積分ノードと接地との間に接続されている。1つの実施形態において、容量性素子436、438は、キャパシタである。もしくは、容量性素子436、438は、図12のトランジスタで実現される。また、図8のタイミング図は、図13の積分器334Eにも適用される。
【0094】
イコライジング・プリチャージ・トランジスタ580は、積分ノードAとBとの間に接続されている。プリチャージ信号が高値の場合、イコライジング・プリチャージ・トランジスタ580はアクティブになり、出力電圧VA及びVBを理想的には供給電圧の半分VDD/2に等しくする。
【0095】
負の差動入力電圧VDMが受信された場合(VDMは、VIN−VIN_Bに等しく、第1及び第2の入力対442−444、446−448の電流を完全に方向づけるのに十分なものである)、容量性素子436は電流Iで充電され、容量性素子438は電流Iで放電される。差動出力電圧VA−VBは、以下の式で定義される。
VA−VB=(2I/C)・積分時間
差動入力電圧VDMが、飽和状態で入力トランジスタを作動して電流ソースからの電流Iを積分ノードA及びB(部分ステアリング)中へ完全に方向づける程には大きくない場合、差動入力電圧VA−VBは低減される、例えば、0.6Iに等しい電流量がトランジスタ442を通って流れ、0.4Iに等しい電流量がトランジスタ444を通って流れ、0.6Iに等しい電流量がトランジスタ448を通って流れ、0.4Iに等しい電流量がトランジスタ446を通って流れるような差動入力電圧VDMであり、全ての入力トランジスタが適合していると想定すると、差動出力電圧VA−VBは、以下の式で定義される。
VA−VB =((0.6−0.4)+(0.6−0.4))・(I/C)・積分時間
【0096】
図13の回路の差動出力電圧への部分ステアリングの影響は、図11A、図11B、11C、及び図12に比べて実質的に低減されている。更に、図13の積分器は、供給電圧VDDの1/2に等しい電圧に積分ノードA及びBをプリチャージするが、積分ノードを接地電位及び供給電圧にプリチャージすることによって得られる電圧レベルは許さない。
【0097】
別の実施形態において、図13の積分器334Eは、2つの対の差動出力信号であるVPDATA及びVPDATA_B、VNDATA及びVNDATA_Bを図10のプリアンプから受信するように変更されている。PMOS入力トランジスタ442及び444は、VPDATA及びVPDATA_Bを受信し、NMOS入力トランジスタ446及び448は、VNDATA及びVNDATA_Bを受信する。
【0098】
センスアンプ
図14Aにおいて、図7及び図9のセンスアンプ及びラッチ336の1つの実施形態において、静的電力を僅かに消費するセンスアンプ及びラッチ336Aを示す。センスアンプ及びラッチ336Aにおいて、センスアンプ600Aは、それぞれ、センス及びセンス_B、358及び602を使用して前述の図8のタイミング図に基づいて作動する。
【0099】
センス_B信号602が高値でありセンス信号358が低値の場合、NMOSパス・トランジスタ604及び606、及びPMOSパス・トランジスタ608及び610がアクティブになり、受信差動入力電圧VA、VB、VC、及びVDは、それぞれセンスアンプ回路600に流れ込むことができる。第1の差動入力対のPMOSトランジスタ612、614は、それぞれ差動入力電圧VA及びVBをNMOSパス・トランジスタ604、606から受信する。この第1のPMOS入力対のPMOSトランジスタ612及び614のソースは、供給電圧に接続されている。センス_Bが低値の場合、PMOSトランジスタ616、618は、第1のPMOSトランジスタ対612、614のドレインを供給電圧に充電できる。センス_Bが高値の場合、PMOSトランジスタ616、618は非アクティブである。
【0100】
交差結合対のPMOSトランジスタ620、622はラッチの機能を果たし、差動PMOS対612、614を、それぞれセンスアンプ出力ノード、sData_B及びsDataへ接続する。PMOSトランジスタ612のドレインは、PMOSトランジスタ620を介してセンスアンプ出力ノードsData_Bに接続されている。PMOSトランジスタ614のドレインは、PMOSトランジスタ622を介してセンスアンプsDataの別の出力ノードに接続されている。PMOSトランジスタ620のゲートは、出力ノードsDataに接続されており、PMOSトランジスタ622のゲートは出力ノードsData_Bに接続されている。センス信号が低値の場合に、出力ノードsData及びsData_Bは、それぞれPMOSトランジスタ624、626によって供給電圧にプリチャージされる。
【0101】
第2の差動入力対NMOSトランジスタ628、630は、それぞれ電圧VC及びVDをPMOSパス・トランジスタ608、610から受信する。第2の差動入力対のトランジスタ628、630のソースは、センス信号が高値の場合にソースの電圧を接地電位にする「テール(tail)」と呼ぶノードにおいて、NMOSトランジスタ362に接続されている。センス信号が低値の場合、NMOSトランジスタ632は非アクティブである。
【0102】
他の交差結合トランジスタ対634、636は、ラッチの機能を果たし、差動入力対628、630を、それぞれセンスアンプ出力ノードsData_B及びsDataに接続する。入力NMOSトランジスタ628のドレインは、NMOSトランジスタ634を介して出力ノードsData_Bに接続されており、入力NMOSトランジスタ630のドレインは、NMOSトランジスタ636を介して出力ノードsDataに接続されている。トランジスタ634のゲートは、出力ノードsDataに接続されており、パス・トランジスタ636のゲートは、出力ノードsData_Bに接続されている。
【0103】
センス信号358が高値の場合、NMOSトランジスタ638、640は、第2の入力対のトランジスタ628、630のドレインをそれぞれ放電できる。センス信号358が低値の場合、NMOSトランジスタ638及び640は非アクティブである。
【0104】
作動時にセンス信号358が低値の場合、第1及び第2の差動入力対612及び614、628及び630は、それぞれ電流を供給電圧から接地電位へ流す経路を与えない。この期間には、センスアンプ600は、第1及び第2の差動入力対、612及び614、628及び630への入力に供給される電圧VA、VB、VC、及びVDに従う。
【0105】
センス信号が高値に変化した場合、パス・トランジスタ604−610は非アクティブになる。NMOSトランジスタ362はアクティブになり、テールノードを接地電位に接続するので、電流は短時間だけセンスアンプ600Aを通って流れることができ、結果的にセンスアンプ600Aを起動する。この期間には、センスアンプ600Aは、センス信号358が高値に変化した時の入力電圧VA、VB、VC、及びVDに応じて、出力ノードsData及びsData_B上の出力電圧VS及びVS_Bを決定する。入力信号の共通モードが範囲外の場合、PMOSトランジスタ616、618は、第1の入力対612、614のドレインに電流を供給し、NMOSトランジスタ638、640は、第2の入力対N628、630のドレインから電流を引き出す。
【0106】
例えば、入力電圧VCが入力電圧VDよりも大きい場合、NMOS入力対628、630は、出力ノードsDataよりも多くの電流を出力ノードsData_Bから取り去り、結果的に、モードsData_Bの電圧VS_Bは、ノードsDataの電圧VSよりも早く接地電位に引き込まれる。入力電圧VAが入力電圧VBよりも大きい場合、PMOS入力対612、614は、出力ノードsData_Bよりも多くの電流を出力ノードsDataに供給する。これにより、ノードsDataの電圧VSは、ノードの電圧VS_Bよりも早く供給電圧の方に引き上げられる。電流が供給電圧からNMOSトランジスタ632を通って接地電位に流れると同時に、交差結合トランジスタ620、622、634、636は、ノードSData_Bの電圧VS_Bを接地電位に変化させ、ノードsDataの電圧VSを供給電圧に変化させることができる。ノードsDataの電圧VS_Bが下がると、PMOSトランジスタ622は電流の増加量を供給して、ノードsDataの電圧VSを上げる。ノードSDataの電圧VSが高くなると、NMOSトランジスタ634は、電流の増加量を流して、ノードsData_Bの電圧VS_Bを接地電位に引き込む。ノードsData及びsData_Bの電圧、VS及びVS_Bは急速に安定し、交差結合対620及び622、634及び636は、VS及びVS_Bの状態をラッチして供給電圧から接地電位までの回路を通る電流の流れを阻止する。従って、センスアンプ600Aは、少量の動的電力を消費し、静的電力を殆ど消費しない。入力トランジスタ612、614、628、630のゲートに印加される電圧VA、VB、VC、及びVDは、センスアンプ600の作動には影響されず、差動対612、614、628、630は、センスアンプ作動時に適切に作動可能である。
【0107】
他の実施形態において、センスアンプ600Aは、NMOSトランジスタ638及び640、及びPMOSトランジスタ616及び618を含まない。トランジスタ616、618、638、及び640は、それぞれ電流を供給電圧から接地へ流すための他の経路を形成するが、これは入力トランジスタ612及び614、628及び630が、このような経路を形成しない場合である。トランジスタの入力対612及び614、628及び630は、共通モード範囲外で作動する場合は電流を流すための経路を形成しない。
【0108】
ラッチ
図14Aにおいて、ラッチ回路650Aは、センスアンプ600Aの出力を受信して記憶する。第1の対のインバータ652、654は、センスアンプ600Aから、出力ノードsData及びsData_Bからの電圧VS及びVS_Bをそれぞれ受信する。差動入力対のNMOSトランジスタ656、658は、それぞれ第1の対のインバータ654、652の出力を受信する。NMOS入力対のトランジスタ656、658のソースは、回路接地に接続されており、ドレインは、センスアンプ600Aから電圧VS及びVS_Bの状態を記憶してラッチ出力を与えるラッチの機能を果たす、1対の交差結合トランジスタ660、662に接続されている。交差結合対を形成するために、PMOSトランジスタ660は、入力トランジスタ656のドレインと供給電圧との間に接続されており、PMOSトランジスタ662は、入力トランジスタ658のドレインと供給電圧との間に接続されている。PMOSトランジスタ660のゲートは、入力トランジスタ658のドレインに接続されており、PMOSトランジスタ662のゲートは、入力トランジスタ656のドレインに接続されている。インバータ664、666は、交差結合トランジスタ660、662の出力に接続されており、それぞれラッチ出力電圧、VOUT及びVOUT_Bを生成するようになっている。
【0109】
ラッチ回路650Aは、電圧VS及びVS_Bの一方が低値の場合、出力ノードsData及びsData_Bの電圧VS及びVS_Bの状態を記憶する。第1の対のインバータ652、654の一方のインバータが低値の論理信号を受信すると、そのインバータは、NMOS入力トランジスタのゲートを高値にして、前回のラッチの状態が現在のラッチの状態と反対である場合に、ラッチの状態を変化させる。例えば、ノードsDataのVSが高値で、ノードsData_BのVS_Bが低値の場合には、インバータ654は、NMOSトランジスタ656のゲートを高値にして、これによりノード1Data_Bを低値に変化させ、ラッチVOUTを高値に変化させる。ノード1Data_Bが低値の場合、PMOSトランジスタ662はアクティブであり、ノード1Dataは高値に引き上げられる。ラッチ回路650Aの作動は、センスアンプがプリチャージされている場合は影響を受けないが、これは、プリチャージ中には、センスアンプにより出力される電圧VS及びVS_Bが高値に引き上げられるからである。
【0110】
図10、図12、及び図14Aを参照して、図10のプリアンプ、図12の積分器、及び図14Aのセンスアンプ及びラッチを使用して、図7の積分受信システムの作動を以下に説明する。
【0111】
プリアンプ332Aは、外部入力信号VIN342及びVIN_B344を連続的に受信し、2つの対の差動出力電圧であるVPDATA346−1及びVPDATA_B346−2、及びVNDATA348−1及びVNDATA_B348−2を積分器334へ連続的に出力する。
【0112】
また、図8を参照すると、積分器334は、プリチャージ信号352に応じて、2つのフェーズ、即ち、積分フェーズ及びプリチャージフェーズで作動する。プリチャージフェーズの間に、積分器334は、それぞれ出力ノードA及びBの電圧VA及びVBを接地電位にプリチャージし、それぞれノードC及びDの電圧VC及びVDを供給電圧にプリチャージする。積分器出力ノードA及びBは、センスアンプ600のA及びB入力に接続されており、積分器出力ノードC及びDは、センスアンプ600のC及びD入力に接続されている。センスアンプ600Aは、図8のセンス信号358に応答して作動する。積分器334及びセンスアンプ600Aがそれぞれのプリチャージフェーズにある間に、センスアンプ600Aは、それぞれA及びBノードで接地電位にある電圧VA及びVBを受信し、それぞれC及びDノードで供給電圧にある電圧VC及びVDを受信する。センスアンプ600Aのパス・トランジスタ604−610は、電圧VA、VB、VC、及びVDをセンスアンプ600Aの差動入力トランジスタ612、614、628、630のゲートに接続するので、結果的にセンスアンプの内部ノードをプリチャージする。センスアンプ600Aの出力電圧VS及びVS_Bは、プリチャージ・トランジスタ624、626によって供給電圧に保持され、イコライジング・トランジスタ627によって等化される。プリチャージの間に、ラッチ650Aは、センスアンプ600Aの前回の状態出力を記憶し、出力電圧VOUT及びVOUT_Bは不変のままである。
【0113】
新しいサイクルの開始は、積分器334(図12)の積分フェーズを始めるプリチャージ解除から始まる。この期間中、積分ノードA、B、C、及びDは、プリチャージ電圧から解放され、プリアンプからの入力信号VPDATA、VPDATA_B、VNDATA、VNDATA_B、及び積分電流IINTの極性、及び積分器334の静電容量に基づいて充電又は放電が始まる。プリアンプVINへの入力電圧がVIN_B未満の場合、プリアンプVPDATAの出力は、VPDATA_Bよりも低い電圧をもち、VNDATAは、VNDATA_Bよりも低い電圧をもつ。電圧VPDATA、VPDATA_B、VNDATA、及びVNDATA_Bは、積分器334に供給され、ノードAの電圧VAをプリチャージ接地電位から引き上げ、ノードDの電圧VDをプリチャージ供給電圧から引き下げる。センス起動の前の積分フェーズ中に、センスアンプ600は、それぞれノードA、B、C、及びDのVA、VB、VC、及びVDに従う。所定の積分時間の後に、センス起動イベントが起こり、これによりセンスアンプ600が電圧VA、VB、VC、及びVDに従うことが阻止され、センスアンプ600Aは、センス起動イベント発生時のセンスアンプの入力トランジスタ対に存在する電圧の状態を表す、出力電圧VS及びVS_Bを生成する。例えば、ノードsDataの電圧VSは、論理「1」になり、ノードsData_Bの電圧VS_Bは論理「0」になる。センスアンプ600が出力の論理状態を決定した少し後で、ラッチ650は、必要であれば、状態を変更して論理「1」として電圧VOUTを、論理「0」としてVOUT_Bを出力させる。
【0114】
センス起動イベントの少し後で、積分ノードA、B、C、及びDは次のサイクルに向けてプリチャージされ、サイクル終了の少し前に、センスアンプ600Aは、サンプリング状態に戻り、次のサイクルに向けて準備する。また、この期間中に、センスアンプ600の差動入力対への入力は、それぞれのパスゲート・トランジスタを介してプリチャージされる。
【0115】
従って、ラッチ650は、センス起動イベントの直後に、出力信号VIN及びVIN_Bの極性の等価CMOSを表す電圧VOUT及びVOUT_Bを出力する。この積分受信器の入出力待ち時間384は、プリチャージ解除380とセンス起動382との間の時間に、センス起動からセンスアンプ及びラッチ出力383までの時間を加えた時間にほぼ等しい。
【0116】
センスアンプ及びラッチの別の実施形態
図7及び図9のセンスアンプ及びラッチ336の別の実施形態の図14Bにおいて、センスアンプ及びラッチ336Bは、図14Aのセンスアンプ及びラッチ336Aよりも非常に少ない静的電力を消費する。図14Bの回路は、図14Aの回路と類似のものであり、その差異を以下に説明する。センスアンプ600Bにおいて、PMOSトランジスタ616及び618(図14A)、及びNMOSトランジスタ638及び640(図14A)は使用されていない。また、プリチャージ・トランジスタ624及び626(図14A)は取り除かれている。プリチャージ・トランジスタを取り除くと、消費される静的電力量が更に少なくなる。また、イコライジング・トランジスタ627(図14A)も取り除かれている。センスアンプ600において、差動対のイコライジング・トランジスタ627a及び627bは、sDataノードとsData_Bノードとの間に配置されている。センス及びセンスb信号が非アクティブの場合、トランジスタ627a及び627bはアクティブであり、これによりsData及びsData_B信号は同じ電圧をもつ。センス及びセンス_b信号がアクティブになると、トランジスタ627a及び627bは非アクティブになり、これにより、それぞれsData及びsData_BノードのVS及びVS_B信号は、センス電圧に変化することができる。
【0117】
ラッチ650において、sData及びsData_BノードのVS及びVS_B信号が等化される場合にラッチ650は状態を変化させない。sData及びsData_BノードのVS及びVS_B信号が等化されない場合、ラッチ650はVS及びVS_B信号に応じて状態を変えることができる。例えば、VS信号とVS_B信号との間の電圧差がNMOS閾値電圧VTに等しい場合、それぞれVS及びVS_B信号は、高値と低値との間で変化する。NMOSトランジスタ653はアクティブになり、ラッチの機能を果たす交差結合インバータ655及び657に低電圧レベルを与え、NMOSトランジスタ659は非アクティブになる。VS_B信号の低電圧レベルに応答して、インバータ655は高電圧レベルを出力し、インバータ657は低電圧レベルを出力して、VS及びVS_B信号の状態をラッチする。ドライバインバータ664及び666は、それぞれ低電圧レベル及び高電圧レベルを出力する。
【0118】
別の実施形態:プリアンプ及び積分センスアンプ
積分受信器の別の実施形態の図15において、センスアンプ680は、容量性素子436及び438を組み込むことにより積分機能を果たす。本実施形態において、プリアンプ332Aは、図7を参照して前述した積分ステージではなく、センスアンプ680に接続されている。センスアンプ680は、それぞれ図14A及び図14Bのセンスアンプ600A及びセンスアンプ600Bを変更したものである。センスアンプ680のA及びBノードは、それぞれトランジスタ682−1及び682−2を介して、プリアンプ出力VPDATA346−1及びVPDATA_B346−2を受信する。センスアンプ680は、それぞれパス・トランジスタ384−1及び384−2を介して、ノードCでプリアンプ出力VNDATA348−1を、ノードDでVNDATA_B348−2を受信する。
【0119】
センスアンプ680において、容量性素子436、438は、それぞれノードAとCとの間、及びBとDとの間に接続されている。容量性素子436、438は、図12の積分器を参照して説明したように実施される。別の実施形態において、容量性素子436、438として他の容量性素子を使用してもよい。
【0120】
図12のプリチャージ回路は、ノードA、B、C、及びDに接続されている(図示せず)。
【0121】
パス・トランジスタ682、684は、ここではスイッチング機能を果たし、容量性素子436、438を充電又は放電する電流ソースの機能を果たす。パス・トランジスタ682、684は、プリチャージ信号が低値の場合、積分期間中にアクティブである。インバータ692はプリチャージ信号を受信し、NMOSパス・トランジスタ684を駆動する。インバータ692は、供給電圧ではなく、所定の電圧VGSATNに接続されており、インバータ692に電圧VGSATNに等しい論理「1」を出力させる。電圧VGSATNは、パス・トランジスタ684がアクティブ場合に飽和状態で作動できるように選択される。従って、それぞれの容量性素子436、438を通って流れる電流は、ドレインから実質的に独立しており、パス・トランジスタ684を通して電圧を供給する。
【0122】
パス・トランジスタ682は、積分期間中にプリチャージ_B信号が高値の場合にアクティブである。別のインバータ694は、プリチャージ_B信号を受信し、PMOSパス・トランジスタ682のゲートを駆動する。インバータ694は、接地電位又はVSSではなく、所定の電圧VGSATPに接続されており、インバータ694に電圧VGSATPに等しい論理「0」を出力させる。電圧VGSATPは、パス・トランジスタ682がアクティブな場合に飽和状態で作動できるように選択されるので、それぞれの容量性素子436、438を通って流れる電流は、ドレインから実質的に独立しており、パス・トランジスタ682を通して電圧を供給する。
【0123】
積分フェーズの終了時に、プリチャージ信号の起動により、パス・トランジスタ682、684は不作動になる。ノードA、B、C、及びDは、それぞれ積分電圧VA、VB、VC、及びVDを記憶する。
【0124】
センスアンプ680は、センス_B信号が低値の場合に差動入力PMOS対612及び614を供給電圧に接続するPMOSトランジスタ696を含む。センスアンプトランジスタの残りの構成部品632、612、614、620、622、634、及び636、及び出力電圧VS及びVS_Bは、図14を参照して説明した通りである。
【0125】
積分受信器の本実施形態は、別個の積分回路を使用しないので、使用する構成部品が少なく電流及び型面積が小さい。使用する構成部品が少ないので、この積分受信器は、寄生容量素子が少ない。従って、所定の積分電圧Iに関するセンスアンプへの入力電圧振れは大きい。
【0126】
システムの諸問題
図16に示すように、積分受信システムの別の問題は、名目上のデータウインドウのエッジ近傍のデータの信頼性が低い場合があることにある。理想的なデータウインドウ720は、システムクロック364の1つのフェーズに拡がっている信頼性の低いデータを積分器へ供給するのを回避するために、積分ウインドウは狭められており、システムクロックのジッター及びスキューに起因する不安定な又はデータを変化させる境界エリア722を回避するようになっている。境界エリア722は、アンチデータ領域722と呼ぶ。狭められた積分ウインドウは、「信頼性の高いデータウインドウ」724と呼ぶ。プリチャージ及びセンス信号352、358のタイミングは、それぞれ理想的なデータウインドウ720及び信頼性の高いデータウインドウ724を定義する。信頼性の高いデータウインドウを生成するために、図8のタイミング図は変更される。積分器のプリチャージ解除イベントは、理想的な位置380から信頼性の高い位置728へ遅延されており、センス起動イベントは、理想的な位置382から信頼性の高い位置732へ時間的に早められていつので、アンチデータ領域が回避される。
【0127】
別の実施形態の図17Aにおいて、「信頼性の高いデータウインドウ」724は、アンチデータ領域を回避するために再定義される。本実施形態において、信頼性の高いデータウインドウ724は、プリチャージ及びセンス信号352及び358により定義される。プリチャージ信号は、システムクロック364の前側エッジに対して所定量δだけ遅延されている。センス信号は遅延されず、システムクロック364の後側エッジでアクティブになる。
【0128】
図17Bは、図17Aのタイミング図を実行する回路の実施形態である。システムクロック364は、タイミング発生回路736に供給され、タイミング発生回路736は、それぞれ図16の理想的なデータウインドウのタイミングにおいて示したように、システムクロック364に同期したプリチャージ及びセンス信号352及び358を発生させる。図17Aのタイミングを実行するために、遅延素子738は、プリチャージ信号を所定量δだけ遅延させ、遅延したプリチャージ信号740を積分受信器へ与える。遅延素子738は、遅延線であってもよい。もしくは、遅延素子738は、以下に説明する図22の調整可能遅延素子であってもよい。センス信号は遅延されない。システムクロックの両フェーズ(偶数及び奇数)の期間にデータを受信するために、タイミング発生器736は、偶数データ及び奇数データのための別個のプリチャージ及びセンス信号を供給する。偶数データ及び奇数データのためのプリチャージ信号の各々は、それぞれの遅延素子738を有する。分相器740は、(たとえあるとしても)大幅な位相変化を与えることなく、各々の信号及びその補集合を同時に供給する。
【0129】
本発明の別の実施形態の図17Cにおいて、それぞれセンス及びプリチャージ信号、358及び352の別の実施タイミング図を示す。センス信号358はシステムクロックであり、プリチャージ信号352はセンス信号358に対して遅延される。
【0130】
図17Dにおいて、回路は、図17Cのタイミング図を実行する。センス信号358を遅延素子738に供給して、プリチャージ信号352を生成する。遅延素子738は、遅延線であってもよい。もしくは、遅延素子738は、以下に説明する図22の調整可能遅延素子であってもよい。センス信号358及びプリチャージ信号352の両方を分相器740に供給して、真の信号と相補信号とを生成する。更に、例えば、分相器740−5は、相補プリチャージ_b−偶数信号としても使用されるプリチャージ−奇数信号を生成する。同様に、分相器740−5は、相補プリチャージ_b−奇数信号としても使用されるプリチャージ−偶数信号を生成する。図17Dの回路は、図17Bから、クロック発生器736、遅延素子736−2、及び2つの分相器740−2及び740−4を取り除いたものである。
【0131】
図18において、例示的な装置742は、多重受信システムを有する。多重受信システムは、本発明のシステムクロック364及び多重積分受信器750を含む。各々の受信器750は、前述のように、データビット(Data<1>からData<n>)を受信する。クロック回復回路751は、受信器750に配信されるシステムクロック364を生成する。しかし、各々の受信器760に供給されているデータビットは、システムクロック364に対して位相を外れるか、又は、ずれている場合もある。受信器750は、少なくとも部分的に、クロック配線遅延又はデータ配線遅延のために、システムクロック364とデータビットとの間のずれに遭遇する。
【0132】
クロック周波数が高くなりビット時間が短くなると、システムクロックとデータビットとの間のずれは、システムタイミング収支全体の非常に重要な部分になる。
【0133】
特に、システムクロック364の配信の遅延752のために、各々の受信器750は、クロック回復ブロックにおけるシステムクロック信号に対して、及び他の受信器750におけるシステムクロック信号に対して、僅かに位相を外れた、又は、ずれたシステムクロック信号を受信する。また、データビット自体が、ボード又はパッケージの取り回しの差異に起因してずれる場合もある。その結果、データに対するシステムクロックの位相関係又は位置合わせは、各々の受信器770において異なる。
【0134】
また、図19を参照すると、タイミング図は、データが、データビット1(Data<1>)及びデータビットn(Data<n>)に関して有効である場合のタイミング、及びそれぞれの受信器750におけるシステムクロックを示す。信号「クロック1」は、受信器1750−1におけるシステムクロックを示し、信号「クロックn」は、受信器1750−nにおけるシステムクロックを示す。信号「クロック1」及び「クロックn」は、相互に位相がずれている。
【0135】
図20において、装置内のシステムクロックとデータビットとの間のずれを補正するために、ピン毎タイミングと呼ぶ各々の受信器のタイミングが、プリチャージ及びセンス信号を制御することによって調整される。積分ウインドウのタイミング調整と、ピン毎タイミングのタイミング調整とは同一の回路で行うので、結果的に「アンチデータ」及びクロック・スキューの影響が低減される。
【0136】
調整システム770は、プリチャージ信号352及びセンス信号358のタイミングを調整することにより、各々の受信器750のシステムクロックを、その受信器のデータに合わせる。受信器750は、前述の任意の受信器であってもよい。調整システム770は、1つの包括的セクション790及び多重受信器毎セクション792を有する。各々の受信器750は、受信器毎セクション792の各々に接続されている。各々の受信器毎セクション792は、関連する受信器750に関するプリチャージ解除及びセンス起動イベントの正確なタイミングを独立して調整する。包括的セクション790は、包括的タイミング制御ロジック794及び包括的クロック発生ブロック796を含む。受信器毎セクション792は、ピン毎タイミング制御ロジック798、受信器クロック発生ブロック802、及び2つの調整可能遅延ブロック(1つはプリチャージ信号804用、1つはセンス信号806用)を含む。包括的タイミング制御ロジック794は、それぞれピン毎タイミング制御ロジック798及び包括的クロック発生ブロック796に供給される制御信号808を生成する。包括的クロック発生ブロック796は、ゼロ(0)度及び90度のクロック入力をもつマルチプレクサ810、及び包括的タイミング制御ロジック794から位相選択信号812を受信する位相選択入力を備える。マルチプレクサ810は、選択されたクロックを受信器クロック発生ブロック802に供給する。ピン毎タイミング制御ロジック798及び受信器クロック発生ブロック802は、調整可能遅延素子804及び806に接続されており、受信器750−1のための特定のプリチャージ及びセンス信号を供給するようになっている。受信器750−1は、入力信号VIN及びVIN_Bを受信する。包括的クロック発生ブロック796は、理想的なプリチャージ及びセンス信号(図8を参照)を生成して遅延素子804、806へ供給する。ピン毎タイミング制御ロジック798は、調整可能遅延素子804、806の選択入力(+及び−)に接続されており、プリチャージ及びセンス信号の遅延を正確に調整するようになっている。また、ピン毎タイミング制御ロジック798は、受信器750−1の出力VOUTに接続されており、システムクロックに対する出力信号VOUTを監視して、必要であれば選択された遅延量を変更するようになっている。ピン毎タイミング制御ロジック798の結線は、積分受信器750−1に関する遅延ロック式ループをもたらす。
【0137】
このようにして、図20の回路は、ピン毎タイミングを与え、装置内のシステムクロックとデータビットとの間のずれを補正する。
【0138】
図20、図21、及び図12を参照して、調整システムのタイミングを以下に説明する。この説明では、図12の積分器を用いるが、調整システムは、前述の任意の積分器と共に作動する。システムクロック364は、プリチャージ解除イベント380及びセンス起動イベント382と共に示す。入力信号VIN342は、「0」及び「1」が交互に並ぶストリームであり、相補入力信号VIN_Bは、「1」及び「0」が交互に並ぶストリームである。また、システムクロック364及び入力信号VIN342に応答する、例示的な積分ノードVA814の電圧が示されている。
【0139】
遅延素子804、806から適切な遅延量を選択するため、包括的タイミング制御ロジック794は、最初に、包括的クロック発生ブロック796のマルチプレクサ810の適切な位相選択信号入力812を作動させることにより、90度クロック信号816を選択する。これにより、受信器クロック発生ブロック802は、名目上のプリチャージ解除380及びセンス起動382イベントを90度シフトさせて、プリチャージ解除イベントを理想的なデータウインドウの名目上の中心に置き、センス起動イベントを次の理想的なデータウインドウの中心に置く。「0」及び「1」が交互に並ぶストリームの入力信号を受信すると同時に、積分受信器は、プリチャージ信号がデータウインドウの中心818で解除されると積分フェーズを開始し、積分ノードの電圧VAは、波形822で示すようになる。センス起動イベントが次のデータウインドウの中心820で発生すると、積分器の出力電圧VAは「0」になる。実際には、センスアンプ出力の出力は、ほぼ同じ数の積分サイクルが「0」に等しいので、「1」に等しい。従って、受信器は、タイミングループが起動されてシステムクロックが90度シフトされる場合に位相検出器として機能する。システムクロックが90度シフトされて積分器の出力VAが「0」に等しい場合、ピン毎タイミング制御ロジック798は、特定の受信器750−1に関して遅延素子804及び806を既に適切に調整している。各々のピン毎タイミング制御ロジック798が関連の受信器750−1に対するタイミングを調整し終わると、包括的タイミング制御ロジック794は、マルチプレクサ810に、受信システムがデータを受信及び出力することができるように、0度クロックを受信器クロック発生ブロック802へ出力させる。
【0140】
要約すると、受信器を位相検出器として作動させて90度クロックの中心を積分又は信頼性の高いデータウインドウの中心に置くために、「1」及び「0」が交互に並ぶデータ入力ストリームを使用してシステムクロックを90度シフトさせることによって、遅延素子806、808からの遅延量は、各々の受信器に対して調整される。このようにして、包括的クロック発生ブロックが0度又はシフトされていないシステムクロックを供給する場合には、0度システムクロックの少なくとも1つのエッジは、信頼性の高いデータウインドウの中心に位置合わせされる。
【0141】
図22において、例示的な調整可能遅延素子804が示されている。遅延素子806は、遅延素子804と同一であり、遅延素子804のみを説明する。PMOSトランジスタ832、834のバイナリ加重セット830は、供給電圧と信号線836との間に接続されている。トランジスタのバイナリ加重グループ830は、入力クロック838及び1組の有効化信号EnbP<0:3>840を受信する。PMOSトランジスタ832、834の各々の対は、供給電圧と出力信号線836との間に直列に接続されている。トランジスタ832は、ゲートにて入力信号838を受信する。トランジスタ834は、ゲートにてそれぞれの有効化信号EnbP<0:3>840の1つを受信する。直列接続された対の両トランジスタがアクティブである場合、入力信号は、トランジスタのバイナリ加重に比例する量だけ遅延される。
【0142】
各々のPMOSトランジスタのバイナリ加重は、各々のトランジスタの隣に示されている。トランジスタ対832−1、834−1は「1」の加重を有し、トランジスタ対832−2、834−2は「2」の加重を有し、トランジスタ対832−3、834−3は「4」の加重を有し、トランジスタ対832−4、834−4は「8」の加重を有している。加重は、各々の受信器の幅:長さ(W/L)比により規定される。W/L比は、それぞれのトランジスタの抵抗を決定し、幅Wを大きくすると抵抗が小さくなるが、幅Wを小さくすると抵抗が大きくなる。抵抗、結果的にW/L比は、トランジスタがアクティブな場合にそのトランジスタが生じる遅延増分量を決定する。
【0143】
セット850のNMOSトランジスタ852及び854は、接地と出力信号線836との間に直列に接続されている。トランジスタ854のゲートは、有効化信号EnbN<0>840入力信号のそれぞれの1つを受信する。トランジスタ852のゲートは、入力信号838を受信する。それぞれの対のトランジスタ852及び854は、直列に接続されている。それぞれの対のトランジスタ852、584は、対応するPMOS直列接続対と同じバイナリ加重を有する。例えば、対852−1、854−1は「1」の加重を有し、対852−2、854−2は「2」の加重を有し、トランジスタ対852−3、854−3は「4」の加重を有し、トランジスタ対852−4、854−4は「8」の加重を有している。
【0144】
入力信号838が低値の場合、PMOSグループ830のトランジスタが有効化され、有効化信号EnbP<0:3>の状態に応じて、予め定義された抵抗で、従って予め定義された時間定数で出力信号を高値にする。入力信号838が高値の場合、NMOSグループ850のトランジスタが有効化され、有効化信号EnbN<0:3>の状態に応じて、予め定義された抵抗で、従って予め定義された時間定数で出力信号を低値にする。他のトランジスタに対して、出力信号を高い抵抗で高値にすると、入力信号838と出力信号836との間の遅延が大きくなる。低い抵抗で出力信号を高値にすると、入力信号838と出力信号836との間の遅延が小さくなる。出力信号を低値にする際の遅延量は、NMOSグループ850のトランジスタの抵抗により制御される。図22の実施形態において、16の異なる遅延調整が利用可能である。
【0145】
例えば、トランジスタ832、834、852、854の寸法は、EnbN<0:3>とEnbP<0:3>の値の各々の増分に関して125ピコ秒(ps)の増分遅延が得られるように決定することができる。別の実施形態において、バイナリステージ860を追加して、遅延値の高い精度及び/又は大きな範囲を得ることができる。他の実施形態において、任意の特定の予め定義された遅延が得られるように遅延回路804を構成することができる。
【0146】
別の実施形態の図23Aにおいて、調整回路は、入力信号を受信する1組のピンに関してプリチャージ及びセンス信号のタイミングを調整する。簡素化のために、例示的な入力信号をデータ信号と呼ぶ。本実施形態において、調整回路は、受信クロック変化とデータ信号変化とのタイミングの関係に基づいて、プリチャージ及びセンス信号のタイミングを調整する。受信クロックの相補的な偶数及び奇数フェーズの間に、偶数及び奇数ビットが受信される。受信クロックは、システムクロックであってもよい。奇数タイミング検出器560−1は、奇数フェーズに関するタイミング信号Vφ −ODDを出力し、偶数タイミング検出器560−2は、偶数フェーズに関するタイミング信号Vφ −EVENを出力する。偶数及び奇数タイミング検出器560は同じ態様で作動するので、奇数タイミング検出器560−1についてのみ説明する。図10のプリアンプ332A等のプリアンプ332は、入力信号VIN342を受信する。インバータ861は、プリアンプ332Aに相補入力信号VIN_B344を出力する。φ−センスアンプ862は、受信クロックに応答してプリアンプ出力を受信し、Vφ −ODD信号を出力する。φ−センスアンプ862及びデータセンスアンプ864は、図14のセンスアンプ回路600を用いて実施される。
【0147】
また、図23Bを参照すると、Vφ −ODD信号は、受信クロックの正のエッジ変化でのデータ信号のサンプリング状態を表す。一方では、積分器334は、プリアンプ332Aの出力に基づいて積分電圧を生成し、データセンスアンプ864は、受信クロックの後側エッジでの積分電圧の状態をサンプリングし、サンプル値データ信号VS−ODDを供給する。
【0148】
データ変化及びタイミング調整ロジック866は、それぞれセンスアンプ862、864からVφ −ODD及びVS−ODD信号を受信し、遅延調整ブロック868から遅延量を選択する選択信号を出力する。それぞれの遅延調整ブロック868は、選択された遅延量に応じて、それぞれプリチャージ及びセンス信号352、及び358を遅延させる。遅延調整ブロック868は、図22の回路を用いて実施してもよい。
【0149】
データ変化及びタイミング調整ロジック866は、入力信号VINと受信クロックとの間のタイミングの関係に基づいて、遅延量を選択する。本実施形態において、φ−センスアンプ862は、準安定点が本質的に積分器から90度のところにあるので相検出器の機能を果たす。
【0150】
例えば、入力信号VINの変化が受信クロックの立下りエッジに対して早い場合、φ−センスアンプ862は、データ信号VINの変化を検出できるが、積分器334及びデータセンスアンプ864は、積分時間が短くなるので入力データ信号VINの変化を検出できない。もしくは、入力信号VINの変化が受信クロックの立下りエッジに対して遅い場合、φ−センスアンプ862は、データ信号VINの変化を検出できないが、積分器334及びデータセンスアンプ864は、同様に積分時間が短くなるので入力データ信号VINの変化を検出できない。
【0151】
データ変化及びタイミング調整ロジック866は、例えば、排他的論理和ゲートを使用して、φ−センスアンプ862が出力した信号を受信クロックと比較する。入力信号VINの変化が受信クロックの負のエッジに対して遅い場合、φ−センスアンプ862は、データ信号VINの変位を検出できないが、データセンスアンプ864は、入力データ信号VINの変位を検出できる。Vφ及びVSの結果を監視して比較することにより、変化及びタイミングロジックブロックは、データ変化が発生したか否か、及び発生した場合は、データ変化が早いか遅いかを決定できる。
【0152】
多相受信器
受信器を多位相で作動させることにより、性能を上げることができる。ギガビット範囲のデータサイクル速度を実現する際には、複数の並列受信器を使えば、プロセスや手法を変更しなくとも、データビットを送信する時間、即ち「ビットタイム」を短縮することにより、データバスの速度を上げることができる。
【0153】
図24では、多相受信器システム870において、本発明の4つの受信器780が並列に接続され、4セットのタイミング信号Φ1、Φ2、Φ3、Φ4を使って同時に多位相で作動するようになっている。図25も併せて参照しながら、以下、図24の多相受信器システム870について説明する。データビットは、タイムライン880に示すようにバスの信号ラインから受信される。各データビットDiは、ビットタイム又はデータサイクル毎にバスに送られる。各受信器780に対し、1対のタイムライン882が示されている。1対のタイムライン882は、受信器780を制御するタイミング信号Φiを表している。1対のタイムライン882は、積分タイムライン884と、感知タイムライン886を含んでいる。例えば、積分タイムライン884−1は、積分間隔としての、データビット1に対するIl(372)とデータビット5に対するI5、及び積分プレチャージ間隔としての、データビット1に対するIP1(374)とデータビット5に対するIP5を有している。一般的には、積分間隔Iiは、受信器780が関連するデータビットDiのデータサイクルに対する積分位相で作動する時間である。感知タイムライン886−1ssは、感知間隔としての、データビット1に対するS1(376)とデータビット5に対するS5、及び感知プレチャージ間隔としての、データビット1に対するSP1(378)とデータビット5に対するSP5、に分割されている。例えば、データビット1、D1に対し、Φ1を規定しているタイミング信号は、積分間隔I1の開始からセンス増幅器プレチャージ間隔SP1の終了までに亘っている。積分及び感知タイミングは、図8に関連して先に説明している。各受信器780−2、780−3、780−4は、各データビットに対するタイミングが位相シフトされていることを除けば同一のタイミングを有している。
【0154】
2つのクロック信号、クロック1とクロック2は、データサイクルの境界線を画定している。クロック信号クロック2は、クロック1に対して90度位相シフトされている。別の実施例では、データサイクルの境界線は、クロック1の2倍の周波数で作動する単一の高速クロックによって画定される。
【0155】
例えば、データビット1、D1の1番目のデータサイクルの開始時に、受信器1、780−1の積分位相が開始される。データビット1、D1の1番目のデータサイクルの終了間際には、感知オペレーションが開始される。感知オペレーションは、積分位相からの蓄積電圧を保存し、積分器の出力を、所定の高及び低電圧レベルを有する論理信号に変換する。1番目のデータサイクルからのデータビット1を表す論理信号は、感知間隔S1の終了時に入手可能となる。積分位相の後、受信器1、780−1はプリチャージ位相IP1に入る。センス増幅器及びラッチが、それぞれ積分器の出力を変換し論理信号の状態を記憶した後、センス増幅器は、感知プレチャージ位相SP1を開始する。積分プレチャージ位相IP1はデータビット4、D4に対するデータサイクル中に終了するので、新しいデータビットをデータビット5、D5に対するデータサイクルで受信するのに、受信器1、780−1が使えるようになる。受信器1、780−1並びに他の受信器は、受信中のデータビットに対応するデータサイクルに続く3データサイクルの間は新しいデータビットを受信できないので、4器の受信器を使用する。こうして、毎秒少なくとも1ギガビット程度の非常に高いデータサイクル速度を実現している。
【0156】
記号間干渉を補償する等化器
高速信号発信の用途では、通信媒体には信号間干渉のような問題が起きる場合がある。等化回路と蓄電圧オフセット補正回路を利用して、記号間干渉を補償するために、積分器の積分ノードを使う。記号間干渉を補償するために、ドライバ又は受信器の何れかにフィルタを用いることもできる。積分器自体は、フィルタ(又は整合フィルタ)の形態をしているので、調整を加えることによって、記号間干渉に実質的に対応する等化器の形態を組み入れることができる。
【0157】
図26Aでは、等化回路900は、プレチャージサイクル中に積分ノードのプレチャージ量を調整して、前のデータビットに対して蓄えられた電荷の一部を新しいデータビットに適用することにより、記号間干渉を補償する。偶数及び奇数の受信器780は、1つの偶数サイクルと1つの奇数サイクルのような隣接する2つのサイクルからデータビットを受信する。偶数の受信器780−偶数は、クロックの一方の位相のデータを受信し、奇数の受信器780−奇数は、クロックの他方の位相のデータを受信する。等化回路900は、偶数受信器と奇数受信器との間に連結されている。
【0158】
等化回路900は、先に受信したビットの積分ノードに発生した積分電圧の一部を次のビットに対する積分ノードのプレチャージに適用することにより、データビットを受信するようにして、動的に記号間干渉を補償する。等化回路900は、第1NMOSトランジスタ904に直列に接続された第1演算増幅器902を含んでいる。演算増幅器902は、正入力(+)が積分器780−偶数の積分ノード(D)に接続された状態で、ユニティ利得構成に接続されている。第1NMOSトランジスタ904は、演算増幅器902の出力と隣接の受信器780−奇数の積分ノード(C)との間に接続されている。第1NMOSトランジスタ904のゲートは、プレチャージ信号の補数Precharge_Bを受信するインバータ906の出力により制御され、等化比率制御電圧908からパワーを受け取る。等化比率制御電圧908は、プレチャージ信号が起動するときに第1NMOSトランジスタ904の抵抗を制御することにより、プレチャージサイクルの間に積分ノードに供給される電荷量を決める。等化回路900は又、第2演算増幅器912と第2NMOSトランジスタ914を用いて、偶数積分器780−偶数のC出力を奇数積分器780−奇数のD出力に連結する。
【0159】
奇数積分器と偶数積分器のA及びBノードは、C及びDノードと同一の様式で接続されるが、簡潔さを期して図示を省略している。更に、電荷を、奇数積分器出力A−奇数から、D−奇数を介して、偶数出力A−偶数へ、D−偶数を介して移動させるために同一の演算増幅器回路(図示せず)が設けられている。
【0160】
図26Bに示すように、積分器のプレチャージ回路470のプレチャージトランジスタは等化回路と組み合わせられて図26Cに示すような電圧分割器920を形成するが、本図にあるように、R1はプレチャージトランジスタ474の等価抵抗であり、R2はトランジスタ904の可変抵抗である。奇数受信器780−奇数のプレチャージ位相の間に、奇数受信器内の積分器の積分ノード上の電圧は、偶数受信器の積分位相の間に蓄えられた電圧に基づくVPrechargeを使ってプレチャージされる。
【0161】
等化比率制御電圧908は、プレチャージサイクルの間に供給される電荷量を決定する。等化比率制御電圧908は、レジスタにロードされ、デジタル対アナログ変換器によりアナログ電圧として供給されることになる。
【0162】
入力電圧オフセットエラー補償器
入力電圧オフセットエラーには、前置増幅器、積分器、及びセンス増幅器に本来つきものの電圧オフセットが含まれる。前置増幅器、積分器、及びセンス増幅器の蓄積電圧オフセットを補償するために、各受信器の積分器の積分ノードのプレチャージ電圧レベルに調整が加えられる。
【0163】
図27Aでは、電圧オフセット補正回路930は、オフセットトランジスタNMOSトランジスタ932を含んでおり、このトランジスタは、上記の等化器回路の演算増幅器902及びトランジスタ904と並列に連結され、且つ接地されている。オフセット制御電圧934は、積分ノードDの電圧VDを調整するためにオフセットトランジスタ932のゲートに供給される。
【0164】
図27Bでは、回路図が各種構成要素の等価抵抗を示している。等価抵抗器R1及びR2は、先に図25Cに関連して説明済みである。電圧オフセット補正回路930は、等価可変抵抗器R3に対応している。電圧オフセット補正回路930については1つの積分ノードに関して説明したが、同一の回路930を各積分ノードに用いることが望ましい。
【0165】
オフセット制御電圧934は、レジスタに記憶され、デジタル対アナログ変換器により出力される。
積分受信器を使ってシステムクロックのタイミングを調整
以下、図28A、28B、28C及び28Dを参照しながら説明する実施例では、積分受信器は図18のクロック回復回路751の位相検波器として使用されている。
【0166】
図28では、システムクロック信号が積分器により積分される場合(例えば、積分器が遅延ロックループ(DLL)又は位相ロックループ(PLL)内で位相検波器として働く場合など)は、積分ノードと積分ノードの間に蓄積された出力電圧は、システムクロックの第1位相の間に増加し、システムクロックの第2位相の間に減少している。システムクロックの期間tcycleは2tと定義され、システムクロックの各位相は1間隔tに亘って広がっている。システムクロックの第2位相の終了時に、蓄積された出力電圧はゼロに等しくなる。電圧は、積分電流(i)割るキャパシタンス(C)に等しい速度で増加し、減少する。出力ノードと出力ノードの間の最大電圧は、第1位相が第2位相に移るときに発現し、この電圧は積分電流i割るキャパシタンスC掛ける時間t(即ち(i/C)・t)に等しい。
【0167】
図28Bでは、積分器334のある実施例において、静電流源940が、積分器334に、ノードB及びDにおいて容量要素436、438に接続することにより追加されている。使用可能状態になると、静電流源940は、同量の電流δを積分ノードから差し引いて生成する。各静電流源940は、使用可能左信号及び使用可能右信号で別々に使用可能とされる。別の実施例では、静電流源は、積分ノードA及びCのような積分ノードに供給される電流量を増加させる。電流δを積分ノードに対して加えたり引いたりすることにより、システムタイミングは、プロセス、電圧及び温度とは別に、極僅かのサイクルタイムずつ微調整できるようになる。
【0168】
図28Cでは、一例として、静電流が積分ノードに注入された場合の積分ノードAとCの間の電圧のグラフを示している。積分器出力電圧は、i/Cに等しい速度で増加し、積分電流iプラス静電流δ(i+δ)割るキャパシタンス(C)に等しい速度(即ち、v=(i+δ)/C)で減少する。システムクロック期間2tが終わるときには、積分された出力電圧は負の値を有する。従って、静電流δを加えることにより、システムクロックの第2位相の間に零交差が早期に発現する。この零交差と、システムクロックの第2位相終了との間のタイミング差をτとする。図18のクロック回復回路は、オンチップシステムクロックのタイミングを積分ノードで蓄積電圧積分の零交差に一致させるよう調整するので、タイミング又はタイミングオフセットのこの差τは、システムクロックの位相を所定量だけシフトするのに使用される。タイミングオフセットτは以下の関係式により定義され:
τ=(δ/(i+δ))・tcycle
ここに、tcycleはシステムクロックの期間であり2tに等しい。
【0169】
なお、タイミングオフセットτは、プロセス、電圧、温度とは無関係であり、追加電流の総電流に対する比に等しい。従って、タイミングオフセットτは、位相オフセットを与える単純且つ安価な方法を提供する。
【0170】
静電流源940は同じなので、説明は静電流源940−1についてだけに留める。2つのNMOSトランジスタ941及び942は、積分ノードと接地との間に直列に接続されている。使用可能信号によりNMOSトランジスタ941が起動され、静電流δが流れるようにする。トランジスタ942は電流源なので、トランジスタ942はバイアス電圧VBIASに接続される。バイアス電圧の大きさは所望のオフセット電流により設定される。代わりに、切替式の静電流源940−2を使って負のタイミングオフセット−τを作り出してもよい。
【0171】
図28Dでは、別の実施例は、積分ノードの容量要素の1つでデルタコンデンサ回路944を接続することにより、位相検波器を提供している。デルタコンデンサ回路は、積分器の一方の側のキャパシタンスを調整するので、出力電圧は図28Cに示すものとなる。使用可能信号が高ければ、インバータ945はデルタ容量要素946を使用可能にして電荷を蓄積する。
【0172】
多重PAM
図6に戻るが、これまで説明してきた本発明の実施例において、バスの各信号ラインで送信される信号は、2進値デジタル通信の2進値のゼロ又は1の何れかを表す電圧レベル有している。例えば、端末抵抗器Z0の一方の端において電圧源により設定された電圧レベルVTERMに等しい出力電圧は2進値のゼロを表し、一方VTERM−(I/Z0)に等しい出力電圧レベルは2進値の1を表し、ここに、出力ドライバ回路はIに等しい電流量を印加する。こうすれば、バスドライバ回路は、2進値の1を信号ラインに送り出す際に電流を印加する切替方式電流源として実装できることになる。データ受信時には。受信器回路は、信号ラインの電圧がVTERM−0.5(I/Z0)より上か下かを検知して、データが2進値のそれぞれゼロであるか1であるかを判定する。ある実施例では、データは、システムクロックの各エッジで送受信され、システムクロックの周波数の2倍に匹敵するデータビット速度を実現する。別の実施例では、データは、システムクロックのクロックサイクル毎に1度の割で送信される。
【0173】
本発明の多重PAM信号送信について電流モードバスに着目して説明してきたが、多重PAM信号送信は電圧モードバスにも使用できる。
【0174】
本発明の各種実施例では、バス上のデータ速度は、システムクロック周波数又は信号ライン数の何れをも増やすことなく高めることができる。多重パルス振幅変調(多重PAM)信号は、出力ドライバが生成して受信器が検知するが、その信号によって、多数(k個の)ビットが各クロックエッジで2kの可能な電圧又はデータ記号の1つとして送受信される。例えば、4−PAMシステムでは、2つのビットは、22即ち4つの電圧又は可能なデータ記号により表され、この2つのビットは前記4つの電圧のうちの該当する1電圧を転送することによりクロックエッジ毎に転送される。従って、4−PAMシステムのデータ速度は2進値即ち2−PAMシステムのデータ速度の2倍となる。
【0175】
多重PAMは、システム内の信号対ノイズ比が低く、2進値信号の信号対ノイズ比でさえ適切に扱えないほどなので、多重ドロップバスシステムには従来使用されていない。先行技術のメモリシステムは、2進システムとしてしか実装されてこなかった。具体的には、本発明では、信号対ノイズ比を許容可能レベルに高めるために、積分受信器を多重PAMシステムに採用している。
【0176】
図29では、4−PAM信号送信用電圧のある実施例をグラフで示している。この実施例では、多重PAMの電圧レベルに、00、01、10、11という連続した2進値又は記号が、電圧の低い方から順に高い方に割り当てられている。図29の実施例では、2進値は、グレイコーディングを使って電圧レベルに割り付けられている。グレイコーディングは、電圧レベル間の各遷移において2ビットの内の一方しか変化しないので、二重のビットエラーが起こる可能性を低減する。受信された4−PAM電圧記号が、隣接記号として誤訳された場合には、単一ビットエラーが起きることになる。
【0177】
y軸は、各記号に対する関係4―PAM出力電圧VOUTを示している。適当な電圧を与えて4−PAM記号を送信するには、出力ドライバは、その記号の所定の電流量を印加する。具体的にいうと、各記号には異なる電流量が対応付けられている。出力ドライバは「00」を送信する場合は、電圧を全く印加せず、信号ラインはVTERMに引き上げられる。バス出力ドライバは「01」を送信する場合は、所定電流量I01を印加して出力電圧VOUTをVTERM−(I−Z0)/3に等しくなるようにするが、ここに、I01はI/3に等しい。バス出力ドライバは「11」を送信する場合、所定電流量I11を印加して出力電圧VOUTをVTERM−2(I−Z0)/3に等しくなるようにするが、ここに、I11は2I/3に等しい。バス出力ドライバは「10」を送信する場合は、所定電流量Iを印加して出力電圧VOUTをVTERM−(I・Z0)に等しくなるようにする。
【0178】
ノイズ免疫性を向上させるために、4−PAM受信器は、受信した記号を当該記号に付帯する単数又は複数の電圧範囲に基づいて識別する。基準電圧VREFL0、VREFM、及びVREFL1のセットは、各4−PAM記号に付帯する電圧範囲を規定する閾値としての役目を果たす。基準電圧VREFL0、VREFM、及びVREFL1は、隣り合った記号の間の中間点電圧にセットされる。例えば、記号「00」はVREFL0からVTERMまでの電圧範囲に対応付けられている。記号「10」はVREFL1からVTERM―(I−Z0)までの電圧範囲に対応付けられている。記号「11」はVREFL1からVREFMまでの電圧範囲に対応付けられている。記号「01」はVREFMからVREFL0までの電圧範囲に対応付けられている。基準電圧VREFL0、VREFM、VREFL1は、多重PAMデータビットが隣接するビットのセット内のどれであるかを判定するための閾値電圧である。例えば、受信した記号の電圧がVREFL0とVREFMの間にある場合、そのビットは「01」を表していると判定される。
【0179】
4−PAM記号又は信号は、2−PAM即ち2進値信号送信方式と直接互換性がある。4−PAM方式で作動している時、受信されたデータビットは3つの基準電圧VREFL0、VREFM、及びVREFL1に比較され、4−PAM記号及び対応付けられた2つのビットが求められる。最上位ビット(MSB)は、受信されたデータビットをVREFMに比較することにより求められるので、多重PAMシステムは、最下位ビット(LSB)を無視し、MSBを採用することによって、2−PAMシステムとして使用できる。図29のグレイコードを使用して2−PAM記号を送信する場合、MSBが出力電圧を求めている間、LSBはゼロ(低)に等しく設定される。
【0180】
多重PAM信号送信では、入力/出力(I/O)ピンの数とシステムクロック周波数は2進値信号送信の場合と同じであるため、電量消費が少し増えるだけでデータ速度を上げることができる。CMOS回路の電力消費の主要因はCV2Fパワーであるが、これはシステムクロック周波数に直に依存している。従って、データ速度を上げようとシステムクロック周波数を上げると、電力消費の増加に直結する。多重PAMインターフェースの付加的回路にいくらか電力が余分に費やされるが、後に述べるように、この電力の増加は、データ速度を上げようとしてI/Oピンの数又はシステムクロック周波数を増やした場合の電力の増加に比べれば、遙かに小さい。
【0181】
多重PAM信号送信は、電磁インターフェース(EMI)を、対応して増やすことなく、データ速度を上げることもできる。I/Oピンの数増やすか又は周波数を上げることによりデータ速度を高めた場合には、EMIも比例して増える。多重PAM信号送信ではI/Oピンの数は増えないので、多重PAMのI/Oピンの総電圧振幅が2進値信号送信の場合に使用されるものと同じままであれば、EMIは増加しない。総電圧振幅は、より大きな電圧余裕を設けてシステムの信頼性を向上するために、上げることもできる。EMIが対応して増加しても、その増加は2進値信号送信でI/Oピン数を増やすことにより引き起こされる増加よりも小さいものである。
【0182】
以下に説明する回路は、4−PAM信号送信を採用しているが、8−PAM、16−PAM、及びそれ以上、一般的にはN−PAM信号送信を使うまでに拡大することができる。
【0183】
多重PAM出力ドライバ
図30では、4−PAM出力ドライバ950を電流制御ビット(CCtrl<6:0>)と共に使って、一連のオンチップ処理、電圧、及び温度(PVT)条件に亘って所望の出力電圧レベルを作り出している。出力ドライバ950では、第1ドライバ回路952及び第2ドライバ回路954が、I/Oピン956に接続されている。第1ドライバ回路952はLSBを駆動し、一方第2ドライバ回路954はMSBを駆動する。第1ドライバ回路952と第2ドライバ回路は、並列に接続された一連のドライバブロック958を有している。両ドライバブロックは同じ構成要素を有しているので、1つのドライバブロック958について説明する。各ドライバブロックは、2進値重みつきドライバトランジスタ960−0を有し、幅対長さ(W/L)比は図示の通りである。第1ドライバ回路952はLSBを駆動するのに対して第2ドライバ回路954はMSBを駆動するので、第2ドライバ回路954のドライバトランジスタ960は、第1ドライバ回路952のドライバトランジスタの2倍の大きさがある。換言すると、MSBはLSBの2倍の電流で駆動されるということになる。
【0184】
ドライバブロック958では、奇数及び偶数のデータビットが経路962とインバータ964を経由してドライバトランジスタ960上に多重化されている。奇数データは、クロックの立ち上がりエッジに送信され、他方偶数データはクロックの立下りエッジに送信される。NANDゲート966、968は、電流制御ビットゼロ<0>と、LSB奇数データビットと、LSB偶数データビットそれぞれに接続される。各電流制御ビットゼロ<0>が高い場合には、NANDゲート966、968は奇数及び偶数データに応答する。各電流制御ビットが低い場合には、NANDゲート966、968の出力が低く、ドライバブロック958はデータビットに応答しない。電流制御ビットは規定の電流量を提供し、PVT条件には関係なく所望の電圧の振れを発生させる。図28の回路は、7つの電流制御ビットを使用している。PVT条件に対応する電流制御ビットの設定を求める手法は、本発明の一部ではなく本発明の作動に関連するものなので、ここではこれ以上詳しく説明しない。
【0185】
パスゲート962は、2つのトランジスタ対を含んでおり、各対では、PMOSトランジスタ972、974とNMOSトランジスタ976、978が並列に接続されている。クロック及びclock_b信号は、反対に、トランジスタ対のトランジスタのゲートに接続されている。
【0186】
図30は、第1ドライバ回路952がLSBを駆動し第2ドライバ回路がMSB954を駆動することを示しているが、別の実施例では、第1ドライバ回路954がMSBを駆動し、第2ドライバ回路がLSBを駆動する。代わりに、組み合わせられたデータビットをドライバブロック958に送信する前に、データビットを組み合わせる組合せ論理を設定することにより、任意のコーディングスキームを作成することもできる。
【0187】
下の表1は、図28の出力ドライバ950を使って実行できる2つの4−PAMエンコーディングスキームを示している。
【0188】
【表1】
表1:エンコーディングスキーム
【0189】
図31に示す別の実施例では、4−PAM出力ドライバ980は、電流制御ビットを使用して規定量の電流を発生させ所望の出力電圧レベルを達成する。2進値重み付きトランジスタ982−986の2つのセット981−1と981−2は、電流制御ビットを4−PAM信号生成に組み合わせる。電流制御ビットは、それぞれ、データを受信するドライバトランジスタ982−1、984−1、986−1に直列に接続されている電流制御NMOSトランジスタ982−2、984−2、986−2を直接制御する。奇数データについては、各データビット及びクロック信号が高い時に、ドライバトランジスタ982−1、984−1、及び986−1は電流をI/Oピン956に流し、関連付けられた電流制御ビットが高くなってNMOSトランジスタ982−2、984−2、及び986−2が起動状態となる。
【0190】
偶数データの回路は示していないが、電流制御NMOSトランジスタの別セットが、各データビットの論理「AND」及び偶数データのクロック信号Clock_bの補数に応答するドライバトランジスタのセットに直列に接続されている。
【0191】
図30及び図31の回路の出力電圧はgds歪を有している。図32Aでは、グラフによりこのgds歪を示している。x軸はドレイン対ソース電圧を示し、y軸はドレイン電流を示している。図32Bは、グレイコードではないデータビットを示し、gds歪の出力電圧VOUTに与える影響を示している。図32Cは、データビットをグレイコードで示し、gds歪の出力電圧VOUTに与える影響を示している。出力電圧VOUTが下がるにつれ、隣接するビット対の間の増分電圧差は小さくなる。gds歪のために、4−PAM電圧の間の電圧増分は等しくない。
【0192】
図33Aでは、4−PAM出力ドライバ1000がgds歪を補正する。簡潔さを期して電流制御ビットは図示していない。gds歪は、トランジスタ1002、1004、1006の幅対長さ(W/L)比を、因数αとβによりβ>α>1となるように調整することによって排除され、隣接する4−PAMのレベルの間の増分電圧差は一定になる。トランジスタ1002、1004、1006は、それぞれ、幅対長さの比がW/L、α(W/L)及びβ(W/L)である。例えば、入力信号A、B、Cは、信号のMSB及びLSBから導出され、送信されて下の表2に示すような4−PAMレベルを作り出す。この出力ドライバは、組合せ論理1007を使って送信予定のデータビットに則したA、B、C入力を作成する。
【0193】
【表2】
表2:データビットのABC入力へのマッピング及びエンコーディングスキーム
【0194】
組合せ論理1007において、ORゲート1008は、LSBとMSBの間でORオペレーションを実行することによりA信号を生成する。B入力はMSBである。ANDゲート1009は、LSBとMSBの間でANDオペレーションを実行することによりC信号を生成する。
【0195】
図33Bでは、組合せ論理1007は、グレイコードを使ってLSBとMSBをエンコードする。図33Bの組合せ論理回路1007は、C信号と生成するに当たりANDゲート1009aがLSBではなくてLSBの補数を受信すること以外は、図33Aの組合せ論理回路1007と同じである。
【0196】
図30、31、及び32に示すオンチップシングルエンド型出力ドライバは、切替ノイズを生成する。例えば「00」記号を駆動する場合など電流を全く印加しない状態から、グレイコードの「10」記号を駆動する場合など最大電流を印加する状態へ出力ドライバが移行しているときのトランジスタでは、電流はI/Oピン956及び接地ピンを介して急上昇する。I/Oピン956と接地との間の経路には、電流サージに対抗するインダクタンスが本来備わっており、大きな切替ノイズ(即ち、グラウンドバウンス)を発生させる。多重PAM信号送信の電圧余裕は2進値信号送信の電圧余裕より小さいので、切替ノイズはエラーを発生させるば場合がある。
【0197】
切替ノイズに対する感度を低めるために、出力ドライバは、駆動中の出力電流とは無関係に、一定又は半一定の電流を接地に対して供給することができる。図34に示すように、図30及び図31の出力ドライバの各シングルエンド型トランジスタブランチ960(図30)及び986(図31)は、差分対に置き換えられる。
【0198】
出力ドライバがI/Oピン956からの出力電流を印加すると、電流はトランジスタN1、1012を通り接地に向かう。トランジスタN1、1012が起動状態でない場合、トランジスタN2、1014が起動し同じ又は実質的に同じ量の電流が接地に流れるようにする。このようにして、実質的に一定量の電流が継続的に接地に流れ、出力ドライバの切替ノイズの大部分を排除し、オンチップ接地はより静かになるので、4−PAM信号送信の性能が改善される。トランジスタN2、1014を制御する信号VRは、信号Vi、即ちトランジスタN1、1012を駆動する信号の補数である。或いは、トランジスタN2、1014を駆動する信号VRは、接地とViの間の基準電圧である。入力電圧VCntrlに応答して、電流源1016は所定量の電流I0を接地に印加する。
【0199】
図35は、多重PAM出力ドライバの別の実施例であり、gds歪を排除する図33Aの回路を図34の回路と組み合わせて、切替ノイズに対する感度を低下させる。
【0200】
図36には更に別のgds補償式4−PAM出力ドライバを示している。この4−PAM出力ドライバでは、A、B及びC信号は、幅Wを有する等寸法のNMOSトランジスタ1018、1020、1022を駆動する。本発明では、信号B及びCも又、幅がそれぞれWBとWCのNMOSトランジスタ1024、1026を駆動してgds歪を補償する。NMOSトランジスタ1024及び1026の幅WBとWCは、それぞれ、隣接するビットの出力レベルの間の差が実質的に同じ、例えば(I/Z0)/3となるように選定される。トランジスタ1018−1026の幅は次の関係式:
WB<WC<<W
を有する。
【0201】
図37Aでは、4−PAM出力ドライバは、gds歪を補正し、電流制御を行う。上記のように、信号A、B、及びCは、上記表2に示すグレイコード方式2進値信号送信に従って出力電圧又は記号を決定する。更に、3セットの電流制御校正ビット、CC、CCB、及びCCCは、それぞれ、A、B、及びCの各種組合せに対して出力ドライバにより供給される電流量を決定する。制御ビットの第1のセットCCは、1次的な電流制御を行い、電流制御ビットの第2及び第3のセットCCBとCCCは、それぞれ電流量を微調整する。電流制御ビットの第1のセットCCはNビットを有し、電流制御ビットの第2のセットCCBはn1ビットを有し、電流制御ビットの第3のセットCCCはn2ビットを有する。ある実施例では、電流制御ビットの数の間の関係は次のように:
n1=<n2<N
となる。
【0202】
別の実施例では、N、n1、n2の関係は異なるであろう。
【0203】
信号A、B、Cはそれぞれ、電流駆動ブロック1040に関係付けられ、記号に関係付けられた所定量の電流を駆動する。各電流駆動ブロック1040は、積層トランジスタ対1042を1セット又は数セット含んでおり、各セットは当該電流駆動ブロック1040の電流制御ビットの各セットに関係付けられている。例えば、A信号を駆動する電流駆動Bロック1040−1は、電流制御ビットCCを受信する。B信号を駆動する電流駆動ブロック1040−2は、電流制御ビットCCとCCBを受信する。電流駆動ブロック1040−2により供給される電流量は、CCBビットを使ってgds歪に関して調整される。C信号を駆動する電流駆動ブロック1040−3は、電流制御ビットCCとCCCを受信する。電流駆動ブロック1040−3により供給される電流量は、CCCビットを使ってgds歪に関して調整される。
【0204】
図37Bには、積層トランジスタ対1042のセットを示している。各積層トランジスタ対1042は、直列に連結された2つのNMOSトランジスタ1046、1048を含んでいる。下方のNMOSトランジスタ1046は、電流駆動ブロック1040に関係付けられたA、B、又はC信号の内の1つに接続されている。上方のNMOSトランジスタ1048は、電流制御ビットに接続されている。下方のNMOSトランジスタ1046は、上方のNMOSトランジスタ1048より幅の広いことが望ましい。N個のCCビットがあるので、N個の積層トランジスタ対がある。例えば、電流制御ブロック1040は、N個の積層トランジスタ対1042−1から1042−Nを有しており、各積層トランジスタ対は電流制御ビットCC<0>からCC<N−1>までの1つに接続されている。
【0205】
積層トランジスタ対のトランジスタは、上方トランジスタの最小幅W1及び下方トランジスタの最小幅W2に関し、2進値加重されている。幅W1とW2は、出力抵抗とキャパシタンスのような出力特性を決めるために選定される。一般的には、幅W1とW2は、W1がW2よりも小さくなるように選定される。
【0206】
図37Bの回路図は、CCB及びCCC電流制御ビットに関係付けられた積層トランジスタ対のセットにも適用される。
【0207】
図38に示すように、電流制御校正回路1050は、電流制御基準電圧VREFを選択して、電流制御基準電圧VREFを2つの校正出力電圧VOUT−1及びVOUT−2の中間点の電圧と比較することにより、電流制御ビットCC、CCB、及びCCCの設定を定める。電流制御校正回路1050は、各4−PAM出力電圧に対する電流制御ビットCC、CCB、及びCCCのセットそれぞれの設定を、VOUT−1及びVOUT−2が各隣接する電圧レベルの対を回路に提供するように確定する。
【0208】
マルチプレクサ1052は、3つの4−PAM基準電圧、VREFL0、VREFM及びVREFL1を受信する。選択基準電圧信号SelRefは、基準電圧のうちの1つを選択された電流制御基準電圧VREFとして選択する。比較器1054は、選択された電流制御基準電圧VREFを、中間点電圧VXと比較して比較信号を生成する。
【0209】
中間点電圧VXを生成するに当たり、出力ドライバ1、1056は、第1量の電流を印加して第1出力電圧VOUT−1を提供し、出力ドライバ2、1058は、第2量の電流を印加して第2出力電圧VOUT−2を提供する。2つのパスゲート対は、電流制御に応答して使用可能状態となり、その相補信号は抵抗器分割器として働いて、第1出力電圧VOUT−1と第2出力電圧VOUT−2の間の中間点電圧VXを提供する。
【0210】
状態マシン1064は、それぞれ、第1、第2、及び第3の電流制御ビットのセットCC、CCB、及びCCCを提供する第1、第2、及び第3のカウンタ1066−1、1066−2、及び1066−3を含んでいる。比較信号が、中間点信号VXが基準電圧VREFよりも大きいことを示している場合、状態マシン1064は、関係付けられた電流制御ビットのセットを1だけ増分して、出力ドライバにより印加される電流量を増加し、これにより中間点電圧を下げる。中間点信号VXが電流制御基準電圧VREFより小さい場合、状態マシン1064は、関係付けられた電流制御ビットを1だけ減分して、これにより中間点電圧を上げる。
【0211】
ある実施例では、電流制御ビットは、パワーアップシーケンスの間に校正される。電流制御ビットの校正を行うためのオペレーションについての理論は、以下の通りである。電流制御ビットCCの第1セットは、各電流制御ブロック1040に対する基本的電流制御量を提供する。gds歪を補償するに当たり、CCB及びCCC電流制御ビットは、グレイコード型「11」及び「10」信号それぞれに関係付けられた電流量を微調整する。電流制御ビットは、以下の順序、即ちCC、CCB、それからCCCという順に校正される。
【0212】
別の実施例では、電流制御ビットは、パワーアップ後に、トリガ事象、例えば時間経過に応じて、又はエラー閾数に応じて校正される。
【0213】
図32に示すように、電流制御ビットの第1及び主要セットCCは、「00」記号と「01」記号の電圧差を使って設定されている。電流制御ビットCCの第1セットは、VREFL0が「00」記号の出力電圧と「01」記号の出力電圧の間の中間点になるように、「01」記号の出力電圧を提供するある量の電流を与えるように設定される。出力電圧VOUTの差は「00」記号と「01」記号の間で最大となるので、「01」記号と「11」記号の間の電圧差、並びに「11」記号と「01」記号の間の電圧差は、システム校正時に「00」記号と「01」記号の間の電圧差に等しく設定されることになる。
【0214】
図32Bに示すように、gds歪のため、補償が無ければ、「01」記号と「11」記号の間の電圧差は、「00」記号と「01」記号の間の電圧差よりも小さくなる。gds歪を補償するために、「11」記号の出力電圧は、出力ドライバにより印加される電流量を増やすことにより下げられる。電流制御ビットの第2セットCCBは、「01」の出力電圧と「11」の出力電圧の間の中間点電圧がVREFMに等しいとき、出力電圧が所望の電圧レベルと等しくなるように、出力ドライバにより印加される電流を増やすように設定される。
【0215】
最後に、電流制御ビットの第3セットCCCは、「11」記号に関係付けられた電圧と「01」記号に関係付けられた電圧の間のgds歪を補償するように調整される。
【0216】
図38、図39A、及び図39Bを参照しながら、以下、状態マシン1064を含む回路1050の動作について説明する。図39のフローチャートは、グレイコード型出力電圧を使っている。ステップ1070では、電流制御使用可能信号(ccen)及びその補数(ccenb)が、パスゲート対1060と1062を起動するように設定され、上記のように中間点電圧VXを出力する。
【0217】
ステップの主要3ブロック1072、1074、1076は、それぞれ、電流制御ビットCC、CCB、及びCCCを設定する。
【0218】
ブロック1072では、ステップ1078で、電流制御ビットの第1セットCCの設定を決めるための初期条件を設定する。状態マシン1064は、マルチプレクサ1054に基準電圧VREFL0を比較器1054に出力させる選択基準電圧信号(SelRef)を出力する。出力ドライバ1、1056には、多重PAMビット選択信号A1、B1、及びC1を値ゼロにして出力することにより「00」記号が供給される。出力ドライバ2、1058には、多重PAMビット選択信号A2を値1に、B2とC2を値ゼロにして出力することにより「01」記号が供給される。第1、第2、及び第3の電流制御ビットの初期状態は以下の通りとなる。
【0219】
CC ={100...0}
CCB={100...0}
CCC={100...0}
電流制御ビットは、最大電流を印加している積層トランジスタ対が起動するように初期設定されている。
【0220】
ステップ1080では、出力ドライバ1と2が、記号「00」と「01」に対応する電圧を出力し、中間点電圧VXが生成される。ステップ1082では、比較器1054が、中間点電圧VXを選択された基準電圧VREFL0と比較する。中間点電圧が基準電圧VREFL0の1つの最下位ビット内に在れば、電流制御ビットの第1セットは正しく設定されている。状態マシン1058は、電流制御ビットが2つの設定値の間で振動し始めると、中間点電圧VXが基準電圧VREFL0の1つの最下位ビット内に在ると判定する。換言すると、比較器の出力は、ゼロと1の間を交互することになる。
【0221】
ステップ1084では、中間点電圧VXが基準電圧VREFL0の1つの最下位ビット内にないときには、状態マシン1064は、比較結果に従って電流制御ビットの第1セットを増補する。この「増補」という用語は、電流制御ビットを増分するか、又は減分するかの何れかを指して使う。プロセスはステップ1080に進む。
【0222】
ステップ1082で、状態マシン1064が、中間点電圧VXは基準電圧の1つの最下位ビット内にあると判定した場合、プロセスは、ステップ1086に進み電流制御ビットの第2セットCCBを校正する。
【0223】
ステップ1086では、電流制御ビットの第2セットCCBを校正するための初期条件が設定される。状態マシン1064は、マルチプレクサ1054に基準電圧VREFMを比較器1054に出力させる選択基準電圧信号(SelRef)を出力する。出力ドライバ1、1056には、多重PAMビット選択信号A1を値1に、B1とC1を値ゼロにして出力することにより「01」記号が供給される。出力ドライバ2、1058には、多重PAMビット選択信号A2及びB2を値1に、C2を値ゼロにして出力することにより「11」記号が供給される。電流制御信号の第1セットCCは変更されずそのままである。電流制御ビットの第2及び第3セットCCBとCCCの初期状態は、以下の通りとなる。
【0224】
CCB={100...0}
CCC={100...0}
ステップ1088では、出力ドライバ1、1056と出力ドライバ2、1058が記号「01」と「11」に対応する電圧を出力し、パスゲート対1060、1062が中間点電圧VXを生成する。ステップ1090では、比較器1054が、中間点電圧VXを選択された基準電圧VREFMと比較する。中間点電圧が基準電圧VREFMの1つの最下位ビット内に無いときには、先にVREFL0について説明したように、ステップ1092で、状態マシン1064が電流制御ビットの第2セットCCBを1だけ増補して、ステップ1086のプロセスを繰り返す。
【0225】
中間点電圧が基準電圧VREFMの1つの最下位ビット内に在るときには、先にVREFL0について説明したように、電流制御ビットの第2セットCCBは正しく設定されていることになり、プロセスはステップ1094に進み、電流制御ビットの第3セットCCCを校正する。
【0226】
ステップ1094では、電流制御ビットの第3セットCCCを校正するための初期条件が設定される。状態マシン1064は、マルチプレクサ1054に基準電圧VREFL1を比較器1054に出力させる選択基準電圧信号(SelRef)を出力する。出力ドライバ1、1056には、多重PAMビット選択信号A1を値1に、B1とC1を値ゼロにして出力することにより「11」記号が供給される。出力ドライバ2、1058には、多重PAMビット選択信号A2及びB2を値1に、C2を値ゼロにして出力することにより「10」記号が供給される。電流制御信号の第1セットCCと第2セットCCBは、それぞれ、変更されずそのままである。電流制御ビットの第3セットCCCの初期状態は以下の通りとなる。
【0227】
CCC={100...0}
ステップ1096では、出力ドライバ1、1056と出力ドライバ2、1058が記号「11」と「10」に対応する電圧を出力し、パスゲート対1060、1062が中間点電圧VXを生成する。ステップ1098では、比較器1054が中間点電圧VXを選択された基準電圧VREFL1と比較する。中間点電圧が基準電圧VREFL1の1つの最下位ビット内に無いときには、先にVREFL0について説明したように、ステップ1100で、状態マシン1064が電流制御ビットの第3セットCCCを1だけ増補して、ステップ1094のプロセスを繰り返す。
【0228】
ステップ1098で、中間点電圧が基準電圧VREFL1の1つの最下位ビット内に在るときには、電流制御ビットの第1、第2及び第3セット、CC、CCB、及びCCCはそれぞれに正しく設定されていると判定され、校正は完了する。
【0229】
多重PAM受信器
図40では、多重PAM受信器1110は、入力電圧Vinを受信して、システムクロックの偶数及び奇数位相に対する4―PAM信号の最上位ビットを生成する最上位ビット(MSB)受信器ブロック1112を有している。4−PAM受信器1110は、入力電圧Vinを受信して、システムクロックの偶数及び奇数位相に対する4―PAM信号の最下位ビットを生成するLSB受信器ブロック1114も有している。受信器タイミング回路1116は、先に論じたタイミング線図と回路に従って、システムクロックの偶数及び奇数位相に対するプレチャージ信号と感知信号を生成する。受信器タイミング回路1116は、システムクロックを受信して、プレチャージ信号と感知信号を、MSB受信器1112とLSB受信器1114に供給する。バイアス発生器1118は、受信器タイミング回路1116、MSB受信器1112、及びLSB受信器1114により使用されるバイアス電圧を生成する。
【0230】
MSB受信器1112では、入力電圧VINが基準電圧VREFMと比較され、MSBが生成される。LSB受信器1114では、入力電圧VINが基準電圧VREFL0及びVREFL1と比較され、LSBが生成される。
【0231】
図41では、MSB受信器1112A及びLSB受信器1114Aの実施例をより詳しく示している。この例では、MSB受信器1112Aは、入力電圧VINを基準電圧VREFMと前置増幅器1120で比較する。MSB前置増幅器1120は、偶数及び奇数MSB積分器1121のクロック周期の各位相の間に、入力電圧VINを受信し、2対の差分出力電圧、VPDATAとVPDATAB及びVNDATAとVNDATABを提供する。
【0232】
MSB積分器1121は、2対の差分積分電圧をノードA、B、C、及びDに出力する。ある例では、MSB積分器1121は、図11Cの積分器を使用している。別の例では、MSB積分器1121は、図12の積分器を使用している。各MSB積分器1121は、積分電圧を対応する(偶数又は奇数)MSBセンス増幅器1122に供給する。ある例では、MSBセンス増幅器1122は、図14Aの増幅器を使用している。別の例では、MSBセンス増幅器1122は、図14Bの増幅器を使用している。
【0233】
LSB受信器1114Aでは、LSB前置増幅器1123は、積分に先立ち、入力電圧VINを基準電圧VREFL0及びVREFL1と比較する。LSB前置増幅器1123は、偶数及び奇数LSB積分器1124のクロック周期の各位相の間に、入力電圧VINを受信し、2対の差分出力電圧、VPDATAとVPDATAB及びVNDATAとVNDATABを提供する。LSB積分器1124とLSBセンス増幅器1125は、それぞれ上記のMSB積分器1121とMSBセンス増幅器1122に同じである。
【0234】
ある別の実施例では、MSB積分器1121とLSB積分器1124は、共に使用されず、図15のセンス増幅器が使用されている。換言すると、センス増幅器内で積分関数を実行する図15のセンス増幅器が、各積分器対センス増幅器の対に取って代わっている。
【0235】
図42に示すように、ある別の実施例では、図41のMSB前置増幅器1120とLSB前置増幅器1123は使用せず、積分器1126、1127が入力電圧VINを基準電圧と比較する。MSB基準電圧VREFMは、MSB積分器1126に供給される。LSB基準電圧VREFL0とVREFL1は、LSB積分器1127に直接供給される。MSB及びLSBセンス増幅器1128及び1129は、それぞれ図41のMSB及びLSBセンス増幅器と同じである。ある例では、MSB積分器1126は、図11Bの回路を使用している。また別の例では、MSB積分器1126は、図11Cの回路を使用している。
【0236】
LSB積分器1127の各種実施例を、以下に説明する。LSBセンス増幅器1129はMSBセンス増幅器と同じである。
【0237】
図43では、多重PAM受信器1130が、出力ドライバにより送信された多重PAM記号を受信する。具体的には、4−PAM受信器1130が、4−PAM入力信号VINを受信してデコードする。MSB受信器1112Cでは、ラッチング比較器1132が、受信した入力信号VINの電圧を基準電圧VREFMと比較して、受信クロック信号に応えて比較Bの結果の値をラッチする。LSB受信器1114Cでは、2つのラッチング比較器1134及び1136が、受信した入力信号VINの電圧値を基準電圧VREFL0及び基準電圧VREFL1と比較し、受信クロック信号に応えて、それぞれ比較A及びCの結果の値をラッチする。
【0238】
MSB受信器1112Cからの出力BはMSBを表している。LSBをデコードするために、比較器出力B、A、及びCからの信号はここで組合せ論理1138に通される。組合せ論理1138は、上記表2に示すようにグレイコード型信号をデコードする。4−PAM入力受信器には、組合せ論理1138による付加的なクロック対出力待ち時間が発生する。
【0239】
受信クロック信号のタイミングは、ラッチング比較器1132−1136が4−PAM信号遷移の間に入力データをサンプリングするようになっている。データは受信クロックの両エッジで送信されるので、2つの受信器回路1130は、1つは奇数データ用もう1つは偶数データ用として使用される。
【0240】
従来のラッチング比較器は、特に多重PAMシステムでは、ラッチング中にエラーを引き起こす高周波数ノイズスパイクの影響を受け易い。ラッチング比較器を上記のように積分受信器として実装すると、ビットサイクルの殆ど又は全てに亘って出力信号は入力信号VINの電圧の積分に依存するので、ノイズに対する出力信号の感度を下げることができる。
【0241】
CMOSでは、積分器が、積分電流を入力の相対電圧に従って導く。理想的な飽和積分器は、入力電圧間の差を積分せず、1つの入力が別の入力の電圧を超える電圧を有する期間に亘って所定の電流量を積分する。積分処理を向上させるために、前置増幅器は、入力信号VINを調整して、入力信号の相対極性によって決まる極性を備えた一定の差分電圧を提供する。従って、積分器は、2つの入力の間の実際の電圧差ではなく、2つの入力の内どちらの電圧が高いかに基づいて積分電流を積分するもので、例えば、時間に亘る振幅ではなくて時間に亘る積分極性に基づいて積分する。
【0242】
前置増幅器は、IRに等しい差分電圧+/−ΔVを出力に供給する抵抗器搭載型差分対として実装できる。先に図14に関連して説明したセンス増幅器とラッチは、多重PAM積分器と共に作動し、積分結果を、1又はゼロを表す全CMOS電圧レベルまで増幅し、全CMOS電圧レベルを保存する。
【0243】
図44では、組み合せ論理1138からの入力対出力待ち時間を低減するために、前置増幅器1150は、入力電圧VINと基準電圧の差を事前に増幅する機能と、4−PAM入力電圧をMSB及びLSBにデコードする機能とを組み合わせている。前置増幅器1150はLSBを求める比較回路内に使用され、一方単純な抵抗器搭載型差分対はMSBを求める回路内で前置増幅器として使用される。前置増幅器1150を使用すれば、図43の比較器は、1器をMSB用にもう1器をLSB用に、2器使用するだけでデータビットを受信できる。この回路はまた、入力対出力待ち時間を低減し、使用するチップ面積が小さくなるので電力消費を抑えることができる。
【0244】
グレイコード型4−PAMレベルからLSBを作成する際は、入力電圧VINがVREFL0とVREFL1の間にある場合は、差動トランジスタ対1157−1と1157−2は、供給電圧VDDに等しい出力電圧VLPを提供する。入力電圧VIN がVREFL0とVREFL1の間にない場合、差動トランジスタ対1157−1と1157−2は、供給電圧VDD引くバイアス電流i掛けるプルアップ抵抗Rに等しい出力電圧VLPを提供する。出力電圧VLPは、比較器回路又は積分受信器に供給される。別の実施例では、抵抗器Rが、接地ゲートPMOSトランジスタのような能動負荷に置き替えられている。更に別の実施例では、前置増幅器回路が、PMOS電流源とPMOS差分対をNMOS電流源とNMOS差分対に置き換えることにより「フリップ」されている。
【0245】
差分出力VLPとVLP_Bを提供するために、整合PMOS電流源1156が使用される。下記の表3は出力電圧を入力電圧VINの関数として示している。
【0246】
【表3】
表3
【0247】
図45A及び図45Bでは、図44のPMOS電流源1156は取り除かれている。NMOS電流源1158、1160(図44)と正確に整合するPMOS電流源1156(図44)を構築するのは難しい。NMOS増幅器とPMOS前置増幅器、1170と1200を組み合わせると、2対の差分出力電圧、VNDATAとVNDATA_B並びにVPDATAとVPDATA_BがLSB用に調えられる。下の表4は、前置増幅器回路からの出力電圧を入力信号VINの関数として示している。
【0248】
【表4】
表4
【0249】
図45Aは、供給電圧に近いコモンモード範囲を有する入力信号VIN用のNMOS前置増幅器1170を示している。2つの差分対1172、1174並びに1176、1178は、入力信号VINを2つの基準電圧VREFL0及びVREFL1それぞれと比較する。基準電圧、信号レベル、及び相対電圧レベルについては先に説明済みである。抵抗負荷として描かれている負荷トランジスタ1180、1184は、電流が供給電圧VDDから差分対のトランジスタを通って流れる経路を提供する。第1差分対1172、1174のトランジスタは、基準電圧VREFL0と入力信号VINをそれぞれのゲートで差動的に受け取る。第1差分対1172、1174のソースは、それぞれのゲートに印加される電圧VBiasNに応じて電流iを供給する電流源トランジスタ1175に接続されている。第1差分対のトランジスタ1172、1174のドレインは、出力VOUT、VOUT_Bを提供する。差分入力電圧間の差(VIN−VREFL0)が正であるとき、差分出力電圧(VNDATA−VNDATA_B)は正である。
【0250】
第2の差分対1176、1178のトランジスタは、入力信号VINと基準電圧VREFL1をそれぞれのゲートで受け取る。第2差分対1176、1178のソースは、トランジスタ1192のゲート上のバイアス電圧VBiasNに応じて第2差分対に電流iを供給する電流源トランジスタ1179に接続されている。抵抗負荷1180と1184は、供給電圧と第2差動トランジスタ対1176、1178の各ドレインとの間に接続されている。第2差分対1176、1178のドレインは、差分出力VNDATA、VNDATA_Bを提供する。差分入力電圧の差(VIN−VREFL0)が負であるとき、差分出力(VNDATA−VNDATA_B)は正である。
【0251】
総電流の振れを均衡するために、別の電流源トランジスタ1194が、トランジスタ1196を経由してVNDATA_Bに追加電流を供給する。トランジスタ1196は、トランジスタ1175と1179に対する電流整合を単に改善するためだけに加えられている。
【0252】
図45Aの回路は、入力信号VINがVREFL0よりも小さくVREFL1よりも大きいとき(即ちVREFL0 とVREFL1の間にあるとき)を求めるために、前置増幅器内で比較器の機能を果たす。入力信号VINがこの範囲内にあるときには、トランジスタ1172と1176は稼動し、トランジスタ1174と1178は稼動しない。この条件下では、抵抗器1180を流れる電流Iaは2Iに等しく、抵抗器1182を流れる電流IbはIに等しい。差分出力電圧(VNDATA−VNDATA_B)は、電流Iに抵抗Rを掛けた積の負の値(即ち−IR)に等しい。入力電圧VINが、VREFL0 とVREFL1により画定される範囲の外にあるとき、トランジスタ1172と1178又はトランジスタ1174と1176の何れかが稼動し、差分対内の他方のトランジスタは稼動しない。この条件下では、電流IaはIに等しく、Ibは2Iに等しく、差分出力電圧(VNDATA−VNDATA_B)は電流Iと抵抗Rの積(即ち+IR)に等しい。
【0253】
図45Bでは、前置増幅器1200は接地に近いコモンモード範囲を有する入力信号のために使用される。図45Bの回路は、図45Aの回路のPMOSの機能を果たす。第1の差分対1202、1204は、入力電圧VINと基準電圧VREFL0 をそれぞれのゲートで受け取り、出力電圧VPDATAとVPDATA_Bをドレイン上に生成する。差動入力(VIN−VREFL0)が正のとき、差分出力電圧の差(VPDATA−VPD ATA_B)の符号は正である。第1差分対1202、1204は、電流源トランジスタ1206から電流を供給される。電流源トランジスタ1206は、ゲート上でVBIASPによりバイアスを掛けられており、供給電圧VDDとトランジスタ1202、1204のソースとの間に接続される。抵抗Rを有する負荷抵抗器1208と1210の対は、それぞれ、トランジスタ1202、1204のドレインと接地との間に接続されている。第2差分対1212、1214は、入力電圧VINと基準電圧VREFL1をゲート上で受け取り、差分出力VPDATAとVPDATA_Bとを、差分入力電圧の差(VIN−VREFL1)の符号が負であるときは、差分出力電圧の差(VPDATA−VPDATA_B)の符号が正になるように生成する。抵抗Rを有する抵抗器1216と1218とは、第2差分対1212、1214のドレインそれぞれと接地との間に接続されている。電流源トランジスタ1120は、供給電圧VDDと第2差分対1212、1214のソースとの間に接続され、電流Iを供給する。別の電流源トランジスタ1222は、稼働状態ではVREFL1によりバイアスが掛けられているトランジスタ1224経由で、VPDATAに電流Iを供給する。電流源トランジスタ1206、1220、及び1222は、それぞれのゲートが、バイアス電圧VBiasPに接続されている。
【0254】
入力信号VINがVREFL0より小さくVREFL1より大きい(即ち、信号が2つの基準電圧間の範囲にある)とき、抵抗器1208及び1210を通って流れる電流はそれぞれ、IaはIに等しくIbは2Iに等しくなり、差分出力電圧(VPDATA−VPDATA_B)は電流Iと抵抗Rの負の積(−IR)に等しくなる。入力信号VINが、基準電圧VREFL0とVREFL1により画定される範囲の外にあるとき、抵抗器1108を流れる電流Iaは2Iに等しく、抵抗器1210を流れる電流IbはIに等しい。差分出力電圧(VPDATA−VPDATA_B)は、電流Iと抵抗Rの積(+IR)に等しい。前置増幅器1200は、図45Aの前置増幅器と同じく比較器と増幅器の機能を果たす。図45Aと図45Bの前置増幅器の両方を使用する場合、前置増幅器は1対の差分電圧出力を提供し、各前置増幅器は、積分器による使用に備えて異なるコモンモード電圧で作動する。
【0255】
図46では、MSB用の4−PAM前置増幅器は、入力信号VINを受け取り、入力信号を所定の電圧VRと比較して、MSBに2対の差分出力電圧VNDATAとVNDATA_B並びにVPDATAとVPDATA_Bを提供する。ある実施例では、所定電圧VRは、入力電圧VIN_Bの補数に等しい。別の実施例では、所定電圧VRは、VREFMに等しい。PMOS前置増幅器1252は、出力VPDATAとVPDATA_Bを提供する。NMOS前置増幅器1254は、出力VNDATAとVNDATA_Bを提供する。PMOS及びNMOS前置増幅器1252及び1254は、所定電圧VRを使用し負荷抵抗器Rがトランジスタで実装されている点を除けば、図45A及び図45BのPMOS及びNMOS前置増幅器1200及び1170と同じように作動する。
【0256】
受信器では、図46の前置増幅器1250は、図11C及び図12の積分器と共に使用できる。更に、前置増幅器1250は、図15のセンス増幅器と一緒に直接使用することができる。
【0257】
多重PAM積分器
図47では、LSB折り返し積分器1330が、基準電圧を比較する機能を積分プロセスとを組み合わせる。具体的には、積分器1330を使ってLSBを求める。PAM入力信号は、前置増幅器を通さずバスを経由して積分器1130に直接供給される。別のやり方では、上記の多重PAM前置増幅器は、受信した4−PAM入力信号を後に続く積分に備えて調整する。
【0258】
4−PAM信号のMSBを求めるには、図11A、図11B又は図13の積分器を、変更なしで、又は代わりに上記の中間基準電圧VREFMをVIN_B入力に供給することにより、使用することもできる。
【0259】
積分器1330は、多重レベル入力信号VINを受け取り、その信号を2つの基準電圧レベルVREFL0及びVREFL1と比較して、積分器機能と組み合わせた比較器機能を実行する。図47の回路は、2つの電流操縦トランジスタ対及び2つの電流源が追加されている点を除けば、図11Bの回路と同じである。これら追加された電流操縦対と電流源は、ウィンドウ比較器として働き、多重レベル入力信号VINが所定の電圧範囲内にあるか否かを判定する。MSBを決める第2の積分器との組み合わせにより、VINの上記4条件のそれぞれがデコードされる。
【0260】
図48は、各種電圧基準レベルVREFL0、VREFM、及びVREFL1、4つの状態VIN<VREFL1、VREFL1<VIN<VREFM、VREFM<VIN<VREFL0、及びVIN>REFL0、並びに2つのビットMSBとLSBを示しており、これらのビットは入力信号VINを4状態の電圧レベルと比較することにより導き出されたものである。図47の積分器は、入力信号VINを上位及び下位基準電圧VREFL0及びVREFL1それぞれと比較して、4状態に対する最下位ビットLSBを求める。別の積分器は、VINを中間電圧VREFMに比較して、4状態に対する最上位ビットMSBを求める。上記積分器は何れも、VINと基準電圧VREFMを差分入力信号として供給することによりこの比較を行うように変更してもよい。
【0261】
図48は、各状態に対し図47の積分器の積分ノードを通って流れる電流iA、iB、iC、及びiDの値も示している。入力電圧VINがVREFL0とVREFL1の間にあるとき、電流iA、iB、iC、及びiDは、それぞれ2i、i、i、及び2iに等しい。入力電圧VINがVREFL0とVREFL1の間にないとき、電流iA、iB、iC、及びiDは、それぞれi、2i、2i、及びiに等しい。
【0262】
図47に戻るが、それぞれ、第1の電流操縦トランジスタ対1332、1334は、電流iが電流源1336から積分ノードA及びBに流れる経路を提供し、第2の電流操縦トランジスタ対1338、1340は、電流iが電流源1342から積分ノードA及びBに接続されている容量要素436、438に流れる経路を提供する。容量要素436、438は既に説明している。追加の電流源1344は、電流iを、電圧VREFL1分バイアスされているトランジスタ1346経由でノードBに提供する。図11Bに関連して先に説明したプレチャージ回路460は、積分ノードAとBを接地にプレチャージする。
【0263】
第3の電流操縦トランジスタ対1352、1354は、電流iが積分ノードCの容量要素436から電流源1356を通って接地まで流れる経路を提供する。4番目の電流操縦トランジスタ対1358、1360は、電流iが積分ノードDの容量要素438から電流源1362を通って接地まで流れる経路を提供する。追加の電流源1364は、積分ノードCからの電流を、基準電圧VREFL0により稼働状態にバイアスされているトランジスタ1366を経由して印加する。プレチャージ回路460は、積分ノードCとDを供給電圧VDDにプレチャージする。電流源1336、1342、1344、1356、1362、1364は、同量の電流iを供給又は印加する。
【0264】
図48に戻るが、積分器の状態は以下のように区別される。VINがVREFL0よりも大きいか、又はVREFL1よりも小さい場合、ノードAは電流iで充電され、ノードBは電流2iで充電され、ノードCは電流2iで放電され、ノードDは電流iで放電される。VINがVREFL0よりも小さくてVREFL1よりも大きい場合、ノードAは電流2iで充電され、ノードBは電流iで充電され、ノードCは電流iで放電され、ノードDは電流2iで放電される。VINがVREFL0とVREFL1の間にある場合には、関係式(VA−VB)+(VC−VD)で定義される積分器の出力電圧VOUTは、図14のセンス増幅器600のような次に配置されたセンス増幅器により論理1と解釈され、そうでない場合には論理ゼロと解釈され、ラッチ650(図14)に記憶される。
【0265】
別の実施例では、積分ノードAとCは容量要素436の一方の端に接続され、容量要素436の他方の端は接地されており、積分ノードBとDは容量要素438の一方の端に接続され、容量要素438の他方の端は接地されている。
【0266】
又別の実施例では、多重PAM積分器1330の積分ノードは、図26の等化回路900に連結され、記号間干渉を補償する。又更に別の実施例では、図27Aの電圧オフセット補正回路930は、多重PAM積分器1330の積分ノードに連結されている。更に又別の実施例では、静電流源940は、多重PAM積分器1330の積分ノードに連結されている。代わりに、図28Dのデルタコンデンサ回路944は、多重PAM積分器1330の積分ノードの1つに連結されている。
【0267】
多重PAM受信器システムは図8のタイミング線図に基づいて作動する。別の実施例では、多重PAM受信器システムは、図24の多位相構成内の受信器780として使用され、図25のタイミング線図に従って作動する。
【0268】
別の実施例では、図16のタイミング線図を多重PAM受信器システムに適用している。又別の実施例では、図17Bの「信頼できるデータウィンドウ」を生成する回路が、多重PAM受信器システムと共に使用される。更に別の実施例では、多重PAM積分受信器が、図18のクロック回復回路751の位相検知器として使用される。別のやり方では、図20の調整システムが、多重積分受信器を有するシステム内の各受信器のタイミングを設定する。又別の実施例では、図23の調整回路が、着信信号を受信するピンのセットに対するプレチャージ信号及び感知信号のタイミングを調整する。
【0269】
多重PAM基準電圧発生器
図49では、4−PAM基準電圧発生器1380が、多重PAM基準電圧VREFL0、VREFM、及びVREFL1を、入力ピン1382、1384に供給された外部電圧VTERM及びVREFから生成する。ユニティ利得増幅器1386、1388は、それぞれ、入力電圧VTERM及びVREFを受信して出力する。直列抵抗器R1、R2、及びR3を含む電圧分割器は、ユニティ利得増幅器1386と1388の出力の間に連結されている。最低電圧VREFは、パワードライバ1390を経由してVREFL1を駆動するために選択される。
【0270】
パワードライバ1392、1394は、抵抗器R3、R2、R1の間に連結され、それぞれ、基準電圧VREFL0及びVREFMを提供する。パワードライバ1390−1394は、ユニティ利得増幅器として接続されている。
【0271】
ある実施例では、抵抗器の値は、抵抗器R2とR3が抵抗器R1の2倍の抵抗を有するように選択され、外部より供給されるVREFは所望のVREDL1に等しい。
代表的多重PAM受信器タイミング回路
図50では、図40の受信器タイミング回路116を示している。受信器タイミング回路1116は、図17Cのタイミング線図に従って作動する。システムクロックは、分相器1402に入力され、位相整列された真のシステムクロック信号と相補システムクロック信号を生成する。受信器遅延発生器1404は、ウィンドウ制御信号に従って、真の信号と相補信号を遅延させる。分相器1406は、奇数及び偶数データに対して真のプレチャージ信号と相補プレチャージ信号を生成する。
【0272】
受信器遅延発生器は、規定の遅延に加えて固定又は「オーバーヘッド」遅延を提供するので、遅延要素1407は、同量の遅延を真のシステムクロック信号に与えてセンス信号を生成し、プレチャージ信号とセンス信号の間に所望の位相関係を提供する。センス信号を生成するために、遅延要素1407は、受信器遅延発生器1404と同じ量の時間、真のシステム信号を遅延させる。遅延要素1407のある例では、真のシステムクロックは4器のインバータ1408により遅延され、このインバータが遅延発生器ブロック1404の固定即ち固有遅延と同じ遅延を与える。2つの分相器1410は、真のセンス信号と相補センス信号を偶数及び奇数データに対して生成する。ある理想的な実施例では、受信器遅延発生器1404は、規定遅延に固定量の遅延を上乗せすることはせず、遅延要素1407は使用しない。
【0273】
図51では、受信器遅延発生器1404のある実施例の回路図を示している。3つのウィンドウ制御信号(ウィンドウ制御0、ウィンドウ制御1、及びウィンドウ制御2)は、入力信号の遅延量を決定する。入力信号は、マルチプレクサ1416に2つの経路を介して供給され、第1の経路は3器のインバータ1418の第1セットを含んでおり、第2の経路はインバータ1418の第2セットとインバータ1420の第1セットを含んでいる。ウィンドウ制御2は、第1経路又は第2経路の何れかを選択し、一方ウィンドウ制御0及びウィンドウ制御1は、インバータ1418−1と1418−2に見えるファンアウトを調整する。
【0274】
遅延量を増やすために、選択可能遅延要素1422が、インバータ1418の第1セットのインバータとインバータの間のノード1423−1、1423−2に接続されている。ウィンドウ制御1は、選択可能遅延要素1422−1と1422−2を制御する。ウィンドウ制御2は、選択可能遅延要素1422−3と1422−4を制御する。選択可能遅延要素の対は2進値重み付けされている。選択可能遅延要素1422−3と1422−4は、選択可能遅延要素1422−1と1422−2の2倍の遅延を加える。各選択可能遅延要素は、入力信号に対する遅延量を増加する。選択可能遅延要素は、2進値重み付け以外は互いに同じであるので、選択可能遅延要素1422−1の動作について説明する。ウィンドウ制御1が起動すると、パスゲート対1424が稼動し、遅延要素1426をインバータ1418の第1セットに連結する。遅延要素1426では、第1及び第2の遅延ブロック1428と1430が、それぞれ、供給電圧と接地の間に直列に接続されている。第1遅延ブロック1428は、PMOSトランジスタ1432を含んでおり、そのソースとドレインは共に供給電圧に接続されている。第2遅延ブロック1430は、NMOSトランジスタ1438を含んでおり、そのソースとドレインは共に接地されている。
【0275】
容量性負荷を入力信号経路に加えることにより、入力信号は遅延される。遅延量は、ノード1423−1と1423−2に加えられる容量性負荷に比例する。
代表的多重PAMシステム
図52Aでは、半導体デバイス1450は、本発明の多重PAM出力ドライバ及び受信器を使用している。制御経路1452は、制御入/出力(I/O)ピン1454から制御信号を受信する。制御信号は、システムクロックの奇数位相及び偶数位相の両方で受信される。奇数モード積分受信器1456は、奇数位相の制御信号を判定し、偶数モード積分受信器1458は、偶数位相中の制御信号を判定する。それぞれ異なる位相で稼動する点を除けば、偶数及び奇数モード積分受信器1456と1458は同じである。
【0276】
奇数モード積分受信器1456では、一連の構成要素1460が制御信号からMSBをデコードし、第2の一連の構成要素1462が制御信号からLSBをデコードする。これら各一連の構成要素は、これまで説明してきた多重PAM前置増幅器1464、多重PAM積分器1466、ラッチ1468を含んでいる。上記のように、LSBを求める第2の一連の構成要素1462では、前置増幅器1464−2に付加的論理1470が含まれている。デコードされた制御信号は、I/O制御装置1472に供給される。
【0277】
データ経路1455では、データ信号はデータI/Oピン1474で受信される。上記のように、偶数及び奇数データは、奇数モード積分受信器1476と偶数モード積分受信器1478により受信されデコードされる。データ経路1455は、多重PAM信号をデータバス1474に出力するために、奇数モード出力ドライバ1480と偶数モード出力ドライバ1482を含んでいる。システムクロックの異なる位相で稼動する点を除けば、奇数及び偶数モード出力ドライバ1480と1482は、同じである。
【0278】
奇数モード出力ドライバ1480では、上記の論理回路1484が、メモリ1486のような別の回路から奇数のLSBとMSBを受け取る。論理回路1484は、上記の多重PAMのA、B、及びC信号を生成し、これらの信号は多重PAMデコーダ1488に送られる。多重PAMデコーダ1488は、出力ドライバ1490に供給される3つの電圧レベルVA、VB、及びVCを出力する。
【0279】
I/O制御装置1472は、制御信号とデータ信号のタイミングを同期させるために、メモリ1486と通信する。
【0280】
図41に戻るが、別の実施例では、制御装置1452の偶数及び奇数モード積分受信器とデータ経路1455は、1つの前置増幅器を共有している。更に別の実施例では、図42に示すように前置増幅器を一切使用していない。
【0281】
図52Bは、本発明の多重PAM受信器システムの別の実施例を使用しているチップのブロック線図である。この実施例は、1つの出力ドライバ1490を使って偶数と奇数両方のモードデータを扱っている点以外は、図52Aと同じである。
【0282】
多重PAMモードの自動検知
図53では、パッケージ及び回路構成を使って、デバイスが2−PAMシステム又は4−PAMシステムの何れにインストールされているかを自動的に検知する。デバイスパッケージ1500の底部は、金属接点1502の「フットプリント」を有している。具体的には、2つの接点1504と1506を使って、パッケージが2−PAMシステム又は4−PAMシステムの何れにインストールされているかを判定する。2−PAMシステムでは、接点1504と1506は、それぞれ、基準電圧VREFL0及びVREFL1に接続されることはない。4−PAMシステムでは、接点1504と1506は、それぞれ、基準電圧VREFL0とVREFL1に接続されることになる。このデバイスでは、トランジスタ1508、1510は、プルアップライン1512とプルダウンライン1514、そして供給電圧と接地、それぞれに対する弱いトランジスタである。2−PAMシステムでは、基準電圧VREFL0及びVREFL1が供給されない場合、ライン1512と1514は、それぞれ接地及び供給電圧にあり、従って、比較器1516は、モード信号としてゼロを出力する。4−PAMシステムでは、基準電圧VREFL0及びVREFL1が供給される場合、ライン1512と1514は、それぞれ基準電圧VREFL0及びVREFL1にあり、従って、比較器1516は、モード信号として1を出力し、4−PAMモードが使用可能となる。
【0283】
多重PAMデバイス及びバス
図54Aでは、2−PAMの遺産的システムと4−PAMシステムの互換性があるようにするため、代表的なスレーブデバイス1518が、本発明の実施例により、2−PAM又は4−PAMの何れでも作動するようになっている。制御ブロック1519は、バスの制御信号ラインに制御信号を提供する。制御信号は2−PAMで作動する。データインターフェースブロック1520は、データバス上のデータ信号のサブセットを駆動し受信する。ある例では、データの各サブセットは1バイトである。各データインターフェースブロック1520は、2−PAM及び4−PAMの両方で作動する。ある実施例では、図53の回路は、スレーブデバイスが2−PAM又は4−PAMの何れで作動しているかを判定する。
【0284】
図54Bは、図54Aのデバイスを使って2−PAMで作動している代表的な遺産的データバスの線図である。マスターデバイス1521及びメモリデバイス1522は、2−PAMで作動する。
【0285】
図54Cは、図54Aのデバイスを使って4−PAMで作動している代表的なデータバスの線図である。マスターデバイス1524及びメモリデバイス1526は、4−PAMで作動する。
【0286】
2−PAM/4−PAMシステム内のデータ速度の制御
図55では、多重PAMバス320が、メモリ制御装置321をメモリ322に接続している。メモリ制御装置321では、バス出力ドライバ323及び受信器324は、2−PAM又は4−PAMモードの何れでも作動できる。ある実施例では、制御、アドレス、及びデータ信号は、同じ多重PAMモード、例えば4−PAMを使用する。しかしながら、4−PAMは2−PAMよりもノイズによるエラーに敏感なので、システムの信頼性を高めるため、別の実施例では、制御信号は2−PAMモードを使用している。
【0287】
更に、データは2−PAMモードと4−PAMモードを交互に使ってもよい。LSBをゼロに設定し、MSBを使ってデータを送信することにより、4−PAM信号送信は2−PAM信号送信に変換される。2−PAM信号送信は、データ速度を半分に下げるが、信号電圧余裕を引き上げる。
【0288】
データ速度を制御するため、システム作動開始時には、パターン発生器1530はメモリ322とデータを交換し、エラー率を求める。エラー率が所定の閾値より高ければ、2−PAM信号送信を使う。ある例では、パターン発生器は周期的にエラー率を求め、システムを2−PAMで作動させるか4−PAMで作動させるかを判定する。
【0289】
図56には、データバス320(図55)を2−PAMで作動させるか4−PAMで作動させるかを判定するための方法のフローチャートを示している。ステップ1550では、システム起動時、バス制御装置321(図55)が4−PAM信号送信に備えてシステムを構成する。ステップ1552では、バス制御装置321(図55)のパターン発生器1530が、データシーケンスをメモリ322(図55)に送信する。ステップ1554では、パターン発生器1530(図55)が、メモリ322(図55)からデータシーケンスを読み取る。ステップ1556では、仮にエラーがあればそのエラーの数とエラー率を求める。ステップ1558では、エラーの数が第1閾値未満であれば、バス制御装置321は4−PAM信号送信に合わせてシステムを構成し、そうでなければ、バス制御装置321は2−PAM信号送信に合わせてシステムを構成する。ステップ1560では、バス制御装置321は、所定の期間待機する。ステップ1562では、バス制御装置321は、4−PAM信号送信に合わせてシステムを構成し、次にステップ1552の処理を繰り返す。
【0290】
エラー補正
多重PAMシステムの送信エラーは、PAMモードを変更すること、及びバスの速度を変更することの両方で補正できる。
【0291】
図57には、図55の多重PAM内のエラーを補正するための方法を示す。ステップ1570では、システムは4−PAMで作動させる。ステップ1572では、エラーが発生すれば、LSBとMSBを切り替え、システムは引き続き4−PAMで作動させる。言い換えると、第1の2進数字がLSBとして割り当てられ、第2の2進数字がMSBとして割り当てられる。LSBとMSBを切り替えるために、送信器(出力ドライバ)と受信器の双方で、第1の2進数字がMSBとして割り当てられ、第2の2進数字がLSBとして割り当てられる。この様にして、送信データのシグネチャが変更され、エラーが補正される。ステップ1574では、別のエラーが発生すると、システムを今度は2−PAMで作動させ、標準的な2進値信号送信となる。ステップ1576で、更に別のエラーが発生すると、データバスの速度が落とされるが、システムは引き続いて2−PAMで作動させる。ステップ1578では、システムを作動させながら、エラーの発生しない時間を継続的に監視し、測定する。エラーの発生しない時間が第1の所定時間に等しくなれば、データバスの速度を上げ、システムは引き続いて2−PAMで作動させる。繰り返して、エラーの発生しない時間が第2の所定時間に等しくなれば、データバスの速度を上げ第2の所定時間を増分するが、システムは第2の所定時間がPAM閾値に等しくなるまでは引き続き2−PAMで作動させる。第2の所定時間がPAM閾値に等しくなると、システムは4−PAMで作動させる。
【0292】
別の実施例では、エラーが発生すると、バス速度を半分に下げて、4−PAMを使ってデータを再送信する。第1の再送信が失敗すると、システムは2−PAMモードに変わり、バス速度は下がったままに維持する。
【0293】
双方向同時送信
図58に示すある実施例では、多重PAM受信器を使用して双方向同時通信をサポートしており、ここでは、多数の出力ドライバが同じバスラインを同時に駆動する。バスの信号ライン320−1は、メモリ制御装置321とメモリ322に接続されている。メモリ制御装置321とメモリ322では、バス出力ドライバ323と受信器が信号ライン320−1に取り付けられている。出力ドライバ323は、2つ共、2−PAM信号を同時に送信する。2−PAM信号は、バス上に有効に加えられる。メモリ制御装置321とメモリ322は、どの信号をバスで何時送信したかを知っているので、受信信号から自身の信号を引き去ることができる。このようにして、信号ライン320−1の実効データ速度は2倍になる。
【0294】
双方向バスを実現するためには、バス上に3つの電圧レベルがなくてはならない。しかしながら、そうするとバス上の別のデバイスが信号「1」レベルを識別するのが難しくなる。バスの中間のデバイスは、他のどの構成要素がデータを送信中なのかを判定できなくなる。この問題は、4−PAMバスを使用して、一方のデバイスが全電圧振れの3分の2まで「1」を送信し、他方のデバイスは全電圧振れの3分の1まで「1」を送信するようにすれば、解決することができる。この様にして、バスの中間のデバイスは、電圧レベルから、他のどのデバイスが情報を送信中であるかを判断することができる。
【0295】
図59では、タイミング線図が、信号の重ね合わせを示している。多重PAM受信器を使用すると、重ね合わされたデータビットのシーケンスを求めることができる。
【0296】
メモリサブシステムの効率は、読み出しオペレーションの書き込みオペレーションに対する比により決まることが多い。通常のメモリシステムでは、読み出しオペレーションは、遅延無く直ちに書き込みオペレーションに続けて行うことができるが、読み出しオペレーションが後に続く書き込みオペレーションは、読み出しオペレーションの前にある所定時間待たねばならない。最低でも、この所定の時間は1クロックサイクルである。書き込みオペレーションから読み出しオペレーションへの切り替えの頻度が増すにつれ、実効バス効率は下がる。同時双方向送信を使用すれば、バスを(両方向に)50%データ速度で作動させるアプリケーションにより、バスを100%の効率で使用できるようになる。こうして、4−PAM送信から同時双方向送信に切り替えることによって、効率を上げることができる。
【0297】
別の実施例では、4−PAMエンコーディングは、2つの異なるメモリ位置からの2つの読み出し又は2つの書き込みが1データサイクルの間にバス上でエンコードされるような、2進値データの2つのストリームを表す。この様なメモリは、2つのデータポートを有している。ある実施例では、各ポートがメモリの半分からだけデータを検索するように、ポートはメモリの半分用となっている。システムにより設定される双方向モードビットは、システムが同時双方向モードで作動しているのか、或いはPAMモードの1つで作動しているのかを判定する。システムは、アプリケーション中の読み出しオペレーションと書き込みオペレーションの混ざり具合により効率を最大化するモードを選ぶ。読み出しと書き込みが同じパーセンテージのアプリケーションの場合は、同時双方向送信が選択される。書き込みよりも読み出しの方がはるかに多いアプリケーションについては、4−PAM送信が選ばれることになる。読み出しと書き込みが等しいパーセンテージのアプリケーションの例は、データバッファである。書き込みよりも読み出しの方がはるかに多いアプリケーションの例としては、ルックアップテーブルが挙げられる。
【0298】
多重PAM受信器試験方法
従来のデジタル試験には2−PAM信号の使用が関係しており、従って多重PAM信号を評価するための手段が考案されねばならない。2−PAM信号はその「アイ」線図により特徴づけられる。この「アイ」線図とは、データ送信が成功する送信電圧及び信号送信時間の範囲を表している。各「アイ」の幅は、理想的な中心時間と比較した信号遷移時間の範囲を表し、この範囲では依然としてデータ送信は成功を納める。各「アイ」の高さは、試験対象のデバイスが許容できる電圧エラーとノイズの量を表す。一般的には「アイ」が大きいほどデバイス特性は良好である。大きな「アイ」は、タイミングと電圧の余裕が広く、ノイズとタイミングスキューに対する許容差が大きいことを意味している。
【0299】
試験では、試験対象のデバイスがデータを首尾よく受信できる送信電圧及び信号遷移時間の範囲を求め、この領域を、そのシステムに適切なある電圧及びタイミング評価基準と比較する。受信器試験は、異なる送信電圧及び信号送信時間を使って、試験中のデバイスにデータを繰り返して送り、送信が成功した範囲を測定することにより行われる。図60Aに示すように、4−PAM信号は、6つの可能性のある別々の2−PAM遷移を有している。この遷移は、それぞれ固有の「アイ」パターンを有する。
【0300】
受信器試験は、6個のアイを個別に測定し、各々をタイミング及び電圧評価基準と比較することにより行われる。図60Bに示すように、各遷移について「アイ」を求めた後、対応するアイパターンが重ねられ(即ち、論理的にAND処理され)全体的なデバイス性能特性が生成される。
【0301】
以上、本発明を、特定の好適な実施形態に関して詳しく説明してきたが、この他の実施形態をとることもできる。従って、特許請求の範囲に述べる本発明の精神と範囲は、以上に述べた好適な実施形態の説明に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】
従来技術のサンプリング受信器の回路図である。
【図2】
図1のサンプリング受信器のタイミング図である。
【図3A】
従来技術の積分受信器のブロック図である。
【図3B】
図3Aの積分器により使用される制御信号のタイミング図である。
【図4】
図3Aの積分受信器において使用される積分器及びサンプル・ホールド回路の回路図である。
【図5】
図3Aの積分受信器の増幅器及びラッチの回路図である。
【図6】
本発明の積分受信器及びバス出力ドライバを使用するメモリ制御装置及びメモリのブロック図である。
【図7A】
本発明の1つの実施形態による図6の積分受信器のブロック図である。
【図7B】
本発明の別の実施形態によるクロック信号の交互エッジでデータを受信する図6の積分受信器のブロック図である。
【図8】
図7Aの積分受信器のタイミング図である。
【図9】
本発明の別の実施形態による図6の積分受信器のブロック図である。
【図10】
図7Aの本発明の実施形態によるプリアンプ回路図である。
【図11A】
図7A及び図9の本発明の実施形態による積分器のブロック図である。
【図11B】
図7A及び図9の本発明の実施形態による積分器の回路図である。
【図11C】
図7Aの積分器に基づいて、図10のプリアンプから2つの差動出力信号を受信するように変更された図11Bの積分器の回路図である。
【図12】
図7Aの積分器の別の実施形態による積分器の回路図である。
【図13】
本発明の別の実施形態による図7Aの積分器の回路図である。
【図14A】
図7A及び図9の本発明の実施形態によるセンスアンプ及びラッチの回路図である。
【図14B】
図7A及び図9の本発明の別の実施形態によるセンスアンプ及びラッチの回路図である。
【図15】
図10のプリアンプ及び本発明によるセンスアンプを含む積分受信器の別の実施形態の回路図である。
【図16】
図7Aの積分受信器に関する信頼性の高いデータウインドウを生成するための調整済みプリチャージ及びセンス信号のタイミング図である。
【図17A】
図16の積分に関する信頼性の高いデータウインドウの別の実施形態のタイミング図である。
【図17B】
図17Aの信頼性の高いデータウインドウを発生させるための回路のブロック図である。
【図17C】
積分に関する信頼性の高いデータウインドウを定義するための別の実施形態のタイミング図である。
【図17D】
図17Cのタイミング図を実施する回路である。
【図18】
複数の受信器を有するバスアーキテクチャにおけるシステムクロック分配のブロック図である。
【図19】
図18のバスアーキテクチャのシステムクロック及び例示的なデータ信号のタイミング図である。
【図20】
図18の積分受信器のプリチャージ及びセンス信号のタイミングを調整する調整システムのブロック図である。
【図21】
図20の調整システムに関するタイミング図である。
【図22】
図20の調整システムの調整可能な遅延素子の回路図である。
【図23A】
複数の積分受信器を有するシステムにおける各々の受信器のタイミングを設定するための調整システムの別の実施形態である。
【図23B】
図23の回路のタイミング図である。
【図24】
本発明の4つの積分受信器を使用する多相バスアーキテクチャのブロック図である。
【図25】
図24の多相バスアーキテクチャのタイミング図である。
【図26A】
図7Aの積分受信器の別の実施形態によるシンボル間の干渉を補正する等化回路の回路図である。
【図26B】
分圧器を形成する図26Aの構成部品を示す例示的な等価回路図である。
【図26C】
分圧器として図26Bの回路を表す例示的な等価回路図である。
【図27A】
図7Aの積分受信器の別の実施形態による積分受信器に関する電圧オフセットキャンセル回路の回路図である。
【図27B】
分圧器として図27Aの回路を表す例示的な等価回路図である。
【図28A】
50%負荷サイクルでシステムクロックを積分する場合の、本発明の積分器の積分ノード間の累積電圧のグラフである。
【図28B】
静的電流ソースを本発明の積分器に付加してシステムクロックの位相を決定するようになっている位相検出器の回路図である。
【図28C】
図28の回路の積分ノード間の電圧のグラフである。
【図28D】
本発明の積分器の容量素子の静電容量を高めてシステムクロックの位相を決定するようになっている位相検出器の回路図である。
【図29】
グレイコードを使用して2つのデータビットの電圧レベルを符号化するマルチPAMシステムにおける各データビット間の変化のグラフである。
【図30】
本発明の実施形態によるマルチPAM出力ドライバの回路図である。
【図31】
本発明の別の実施形態によるマルチPAM出力ドライバの回路図である。
【図32A】
gds歪みを示すグラフである。
【図32B】
グレイコードによるものではないデータビットと、出力ドライバの出力電圧に対するgds歪みの影響とを示す図である。
【図32C】
グレイコードによるデータビットと、出力ドライバの出力電圧に対するgds歪みの影響とを示す図である。
【図33A】
gds歪みを補正するマルチPAM出力ドライバの回路図である。
【図33B】
図33Aの組み合わせ論理回路の別の実施形態の回路図である。
【図34】
出力ピンにおけるスイッチングノイズを低減する回路の回路図である。
【図35】
図33Aに示すようにgds歪みを補正し、図34に示すようにスイッチングノイズを低減するマルチPAM出力ドライバの回路図である。
【図36】
gds歪みを補正するマルチPAM出力ドライバの別の実施形態の回路図である。
【図37A】
gds歪みを補正して電流制御を行うマルチPAM出力ドライバの回路図である。
【図37B】
図37Aの回路の1組のスタックトランジスタ対の回路図である。
【図38】
図37Aの電流制御ビットを設定する電流制御較正回路の回路図である。
【図39A】
図37Aの出力ドライバの図38の回路を使用して電流制御ビットを較正する方法のフローチャートである。
【図39B】
図37Aの出力ドライバの図38の回路を使用して電流制御ビットを較正する方法のフローチャートである。
【図40】
マルチPAM受信システムのブロック図である。
【図41】
プリアンプを使用して入力電圧を偶数及び奇数データに関する基準電圧と比較する図40のMSB及びLSB受信器のブロック図である。
【図42】
プリアンプを使用せずに、積分器において入力電圧を偶数及び奇数データに関する基準電圧と比較する図40のMSB及びLSB受信器の別の実施形態のブロック図である。
【図43】
本発明の実施形態による偶数データに関するマルチPAM受信器の回路図である。
【図44】
本発明の別の実施形態によるマルチPAM受信器に関するプリアンプの回路図である。
【図45A】
本発明の別の実施形態によるNMOSマルチPAMプリアンプの回路図である。
【図45B】
本発明の別の実施形態によるPMOSマルチPAMプリアンプの回路図である。
【図46】
最上位ビット用4−PAMプリアンプの回路図である。
【図47】
図41のLSB畳み込み積分器の実施形態によるマルチPAM積分器の回路図である。
【図48】
図47の積分器における入力信号電圧レベルと電流との間の対応を示す表である。
【図49】
オンチップマルチPAM基準電圧発生器の回路図である。
【図50】
図40の受信器のタイミング回路の回路図である。
【図51】
図50の受信器の遅延発生器の回路図である。
【図52A】
本発明のマルチPAM受信システムを使用するチップのブロック図である。
【図52B】
本発明のマルチPAM受信システムの変形実施形態を使用するチップのブロック図である。
【図53】
マルチPAMモードを自動的に検出する回路図である。
【図54A】
本発明の実施形態に基づいて2−PAM又は4−PAMのいずれかにおいて作動可能な例示的なスレーブ装置を示す。
【図54B】
図54Aの装置を使用して2−PAMにおいて作動するデータバスを示す。
【図54C】
図54Aの装置を使用して4−PAMにおいて作動するデータバスを示す。
【図55】
マルチPAMバスシステムのブロック図である。
【図56】
エラー率の関数としてマルチPAMモードを決定する方法のフローチャートである。
【図57】
マルチPAMシステムのエラー回復方法のフローチャートである。
【図58】
本発明のマルチPAM受信器を使用する、信号を両方向に同時に送信する双方向バスの信号線のブロック図である。
【図59】
図58の双方向バスにおける信号の重畳を示すタイミング図である。
【図60A】
動作限界値を決定するためにマルチPAM受信器を試験する際に生成される理想的なアイ・パターンを示す。
【図60B】
図60Aのアイ・パターンの組み合わせを示す。
Claims (40)
- 多重ドロップバス上で、最上位ビット(MSB)と最下位ビット(LSB)を含む少なくとも2つのビットを表す出力記号を駆動する出力ドライバにおいて、
MSBを表すMSB記号構成要素を生成するための第1の駆動ブロックと、
LSBを表すLSB記号構成要素を生成するための第2の駆動ブロックと、を備え、前記LSB記号構成要素は前記MSB記号構成要素と組み合わされて前記出力記号を提供することを特徴とする出力ドライバ。 - 前記第1駆動ブロックは、前記第2駆動ブロックと並列に接続されていることを特徴とする、請求項1に記載の出力ドライバ。
- 前記第1駆動ブロックは1つ又はそれ以上の第1駆動トランジスタを含んでおり、前記第2駆動ブロックは1つ又はそれ以上の第2駆動トランジスタを含んでおり、前記第1及び第2の駆動ブロックは同数の駆動トランジスタを有しているが、前記第1駆動ブロックの前記第1駆動トランジスタは、前記第2駆動ブロックの前記第2駆動トランジスタの2倍の電流を提供することを特徴とする、請求項1に記載の出力ドライバ。
- 前記第1駆動ブロックは、互いに関して2進値加重され前記MSBに応じて相当加重量の電流を提供する1つ又はそれ以上の前記第1駆動トランジスタを含んでおり、前記第2駆動ブロックは、互いに関して2進値加重され前記LSBに応じて相当加重量の電流を提供する1つ又はそれ以上の前記第2駆動トランジスタを含んでおり、前記第1及び第2の駆動ブロックは同数の駆動トランジスタを有していることを特徴とする、請求項1に記載の出力ドライバ。
- 電流制御信号のセットが、前記第1及び第2の駆動トランジスタのうち対応するものを、使用可能及び使用禁止とすることを特徴とする、請求項3に記載の出力ドライバ。
- 2進値信号送信は、前記LSB記号をゼロに等しく設定することにより使用されることを特徴とする、請求項1に記載の出力ドライバ。
- 前記駆動トランジスタはI/Oピンに接続されており、ノイズ免疫性を高めるために、前記I/Oピンに接続され前記I/Oピンを通る実質的に継続した電流の流れを提供する少なくとも1つの定電流トランジスタを更に備えていることを特徴とする、請求項3に記載の出力ドライバ。
- 最上位ビット(MSB)と最下位ビット(LSB)を含む2つ又はそれ以上のビットを表している出力記号を駆動するための出力ドライバにおいて、
前記MSB及び前記LSBの状態に基づいてトランジスタ使用可能信号のセットを生成する論理回路と、
各加重トランジスタが前記トランジスタ使用可能信号のセットの内の1つのトランジスタ使用可能信号に応答する、加重トランジスタのセットと、を備えていることを特徴とする出力ドライバ。 - 前記加重トランジスタのセットの加重トランジスタは、gds歪を補償するために加重されていることを特徴とする、請求項8に記載の出力ドライバ。
- 出力ドライバにより供給される電流量を調整するために、電流制御信号に応答する、前記加重トランジスタのセットに連結されている電流制御トランジスタのセットを更に備えていることを特徴とする、請求項8に記載の出力ドライバ。
- 各加重トランジスタは、ノイズ免疫性を高めるために、継続した電流の流れを提供するために使用可能にされる別の対応する加重トランジスタに、差動的に連結されていることを特徴とする、請求項8に記載の出力ドライバ。
- 最上位ビット(MSB)と最下位ビット(LSB)を含む2つ又はそれ以上のビットを表す出力記号を駆動するための出力ドライバにおいて、
前記MSB及び前記LSBの状態に従って、トランジスタ使用可能信号のセットを生成する論理回路と、
各駆動ブロックは前記トランジスタ使用可能信号の1つに応答し、前記各駆動ブロックは前記トランジスタ使用可能信号の内の1つに応答する駆動トランジスタを含んでおり、前記駆動ブロックの少なくともサブセットは前記トランジスタ使用可能信号の1つに応答するgds補償トランジスタを含んでおり、前記各gds補償トランジスタはgds歪を補償するための事前に定義されたジオメトリを有している、駆動ブロックのセットと、を備えていることを特徴とする出力ドライバ。 - 最上位ビット(MSB)と最下位ビット(LSB)を含む2つ又はそれ以上のビットを表す出力記号を駆動するための出力ドライバにおいて、
前記MSB及び前記LSBの状態に従って、トランジスタ使用可能信号のセットを生成する論理回路と、
各駆動ブロックは、電流制御信号のセットに応答する電流制御トランジスタのセットに直列に接続され、前記トランジスタ使用可能信号の1つに応答する、駆動トランジスタのセットを含んでおり、前記駆動ブロックの少なくともサブセットは、gds電流制御信号に応答するgds電流制御トランジスタのセットに直列に接続され、前記トランジスタ使用可能信号の1つに応答するgds補償トランジスタのセットを含んでいる、駆動ブロックのセットと、を備えていることを特徴とする出力ドライバ。 - 前記駆動ブロックの駆動トランジスタの各セットは、2進値加重されていることを特徴とする、請求項13に記載の出力ドライバ。
- 最上位ビット(MSB)と最下位ビット(LSB)とを含む2つ又はそれ以上のビットを表す入力記号を受信するためのバス受信器において、
前記入力記号をMSB閾電圧と比較して、前記MSBの状態を表す第1の2進値出力信号を生成するためのMSBラッチング比較器と、
前記入力記号を第1基準電圧と比較して、前記入力記号と前記第1基準電圧との関係を表す第2の2進値出力信号を生成するための第1LSBラッチング比較器と、
前記入力記号を第2基準電圧と比較して、前記入力記号と前記第2基準電圧との関係を表す第3の2進値出力信号を生成するための第2LSBラッチング比較器と、
前記第1、第2、及び第3の2進値出力信号に従って、前記LSBの状態を表す第4の2進値出力信号を生成するための論理ブロックと、を備えていることを特徴とするバス受信器。 - 前記第1、第2、及び第3のラッチング比較器は、クロック信号と同期しているそれぞれの2進値出力信号を生成することを特徴とする、請求項15に記載のバス受信器。
- それぞれが閾電圧のセットの内の少なくとも1つの閾電圧に関係付けられた2つ又はそれ以上のビットを表す入力記号を受信するためのバス受信器において、
前記入力記号を受信して、前記入力記号の最上位ビットを表すMSB論理信号を提供する最上位ビット(MSB)受信器と、
前記入力記号を受信して、前記入力記号の最下位ビットを表すLSB論理信号を提供する最下位ビット(LSB)受信器と、を備えていることを特徴とするバス受信器。 - 前記MSB受信器及びLSB受信器は、
前記入力記号に関係付けられた電圧と前記閾電圧のセットの内の1つ又はそれ以上の閾電圧に従って電荷を積分することにより、積分ノードに積分電圧を生成するための少なくとも1つの積分器と、
前記少なくとも1つの積分器の前記積分電圧を受信して、各受信器の前記論理信号を生成する少なくとも1つのセンス増幅器と、を含んでいることを特徴とする、請求項17に記載のバス受信器。 - 前記MSB受信器とLSB受信器は、
前記閾電圧のセットの電圧により画定された電圧範囲に対する未調整入力記号の関係に従って、前記未調整入力記号を調整することにより前記入力記号を生成するための少なくとも1つの前置増幅器と、
前記入力記号に関係付けられた電圧に従って電荷を積分することにより、積分ノードに積分電圧を生成するための少なくとも1つの積分器と、
前記少なくとも1つの積分器の前記積分電圧を受信し、前記閾電圧のセットの内の1つ又はそれ以上の閾電圧に対する前記入力記号の関係を表す少なくとも1つの論理信号を生成するための少なくとも1つのセンス増幅器と、を含んでいることを特徴とする、請求項17に記載のバス受信器。 - メモリにおいて、
メモリセルのアレイと、
アドレスデコーダと、
アドレスを受信し且つ入力記号も受信するための複数のバス受信器であって、前記各入力記号は所定数のビットを表し、前記各ビットは電圧レベルの範囲に関係付けられ、閾電圧のセットが前記電圧レベルの各範囲を画定している、複数のバス受信器と、
前記閾電圧のセットの第1閾電圧に従って、前記入力記号のMSBを求める最上位ビット(MSB)受信器と、
前記閾電圧のセットの第2及び第3の閾電圧に従って、前記入力記号のLSBを求める最下位ビット(LSB)受信器と、
前記入力記号のMSBと前記入力記号のLSBを前記メモリセルのアレイのメモリセルのサブセットに記憶するためのI/O回路と、を備えていることを特徴とするメモリ。 - 前記第1閾電圧は、前記第2閾電圧よりも低く、前記第3閾電圧よりも高いことを特徴とする、請求項20に記載のメモリ。
- 前記MSB受信器は、
前記第1閾電圧に関する入力記号の電圧に従って電荷を積分することにより、積分ノードに積分電圧を生成するための少なくとも1つのMSB積分器と、
前記少なくとも1つのMSB積分器の前記積分電圧を受信し、前記第1閾電圧に対する前記入力記号の関係を表す少なくとも1つのMSB論理信号を生成するための少なくとも1つのMSBセンス増幅器と、を含んでおり、
前記LSB受信器は、
前記第2及び第3の閾電圧に関する出力された前記入力記号の電圧に関係付けられた電荷を積分することにより積分ノードに積分電圧を生成するための少なくとも1つのLSB積分器と、
前記少なくとも1つのLSB積分器の前記積分電圧を受信し、前記第2及び第3の閾電圧に対する前記入力記号の関係を表す少なくとも1つのLSB論理信号を生成するための少なくとも1つのLSBセンス増幅器と、を含んでおり、
前記I/O回路は、前記MSB論理信号とLSB論理信号を表す信号を、前記アドレスによって指定された前記メモリアレイのメモリセルのサブセットに記憶することを特徴とする、請求項20に記載のメモリ。 - 前記MSB受信器は
前記閾電圧のセットの第1閾電圧に対する前記入力記号の関係に従って、MSB予増幅信号を生成するための少なくとも1つのMSB前置増幅器と、
積分タイミング開始事象と積分タイミング終了事象により画定される積分時間間隔の間に、前記MSB予増幅信号に従って、電荷を蓄積して出力電圧を発生させるための少なくとも1つのMSB積分器と、
前記MSB積分器からの前記出力電圧をサンプルして、前記入力信号のMSB状態を表すMSB論理信号に変換するための少なくとも1つのMSBセンス増幅器と、を含んでおり、
前記LSB受信器は、
前記閾電圧のセットの第2及び第3の閾電圧に対する入力記号の関係に従ってLSB予増幅信号を生成するための少なくとも1つのLSB前置増幅器と、
積分タイミング開始事象と積分タイミング終了事象により画定される積分時間間隔の間に、前記LSB予増幅信号に従って、電荷を蓄積して出力電圧を発生させるための少なくとも1つのLSB積分器と、
前記LSB積分器からの前記出力電圧をサンプルして、前記入力信号のLSB状態を表すLSB論理信号に変換するための少なくとも1つのLSBセンス増幅器と、を含んでおり、
前記I/O回路は、前記MSB論理信号と前記LSB論理信号を表す信号を、前記アドレスにより規定された前記メモリアレイのメモリセルのサブセットに記憶することを特徴とする、請求項20に記載のメモリ。 - 前記第1閾電圧は、前記第2閾電圧よりも低く、前記第3閾電圧よりも高いことを特徴とする請求項23に記載のメモリ。
- PAMモード信号を供給して、前記MSB受信器と前記LSB受信器を4―PAMモード又は2−PAMモードの何れかで作動させるためのモード検知回路を更に備えていることを特徴とする、請求項20に記載のメモリ。
- データバスを介して連結されている多重PAM出力ドライバと多重PAM受信器とを含んでいる多重パルス振幅変調型(PAM)システム内のエラーを補正する方法において、
多重PAMデータをバス上で交換するために、前記多重PAM出力ドライバと前記多重PAM受信器を4−PAMで作動させる段階と、
前記多重PAMデータにエラーが発生したか否かを判定する段階と、
2進値データを前記バス上で交換するために、前記多重PAM出力ドライバと前記多重PAM受信器を2−PAMで作動させる段階と、を備えていることを特徴とする方法。 - 前記多重PAM出力ドライバと前記PAM受信器は、第1データ速度で作動し、
エラーに応じて前記第1データ速度を下げる段階を更に備えていることを特徴とする、請求項26に記載の方法。 - エラーの発生しない時間を測定する段階と、
前記エラーの発生しない時間が所定値に等しくなったら、前記第1データ速度を上げる段階と、を更に備えていることを特徴とする請求項27に記載の方法。 - エラーの発生しない時間を測定する段階と、
前記エラーの発生しない時間が所定値に等しくなったら、前記多重PAM出力ドライバと前記多重PAM受信器を4−PAMで作動させる段階と、を更に備えていることを特徴とする、請求項27に記載の方法。 - 多重パルス振幅変調型(PAM)システム内のエラーを補正する方法において、
データをバス上で交換するために多重PAM出力ドライバと多重PAM受信器とを4−PAMで作動させる段階であって、前記多重PAM出力ドライバと前記多重PAM受信器は、最上位ビット(MSB)と最下位ビット(LSB)を有するエンコードされた多重PAM記号を送信及び受信する、作動させる段階と、
前記データ内にエラーが発生したときを判定する段階と、
エラーが発生したときに前記MSBとLSBを切り替える段階と、を備えていることを特徴とする方法。 - バスシステムにおいて、
信号ラインと、
第1データ信号を前記信号ラインで送信するための第1出力ドライバと、
第1データ信号と第2データ信号を重ね合わせて、同時送信されるデータ信号の組合せを表す複数の電圧レベルを有する重ね合わせデータ信号が前記信号ライン上に発生するように、前記第1データ信号と同時に第2データ信号を前記信号ラインで送信するための第2出力ドライバと、
前記重ね合わせ信号を受信し、前記重ね合わせデータ信号のデジタル表現を求め、前記重ね合わせデータ信号から前記第2出力ドライバにより送信されたデータ信号を識別する第1受信器と、
前記重ね合わせ信号を受信し、前記重ね合わせデータ信号のデジタル表現を求め、前記重ね合わせデータ信号から前記第1出力ドライバにより送信されたデータ信号を識別する第2受信器と、を備えていることを特徴とするバスシステム。 - メモリシステムにおいて、
複数の信号ラインを有するバスと、
最上位ビット(MSB)と最下位ビット(LSB)を含む所定数のビットを表す出力記号を、前記信号ラインの第1サブセット上で駆動するための複数の出力ドライバと、
それぞれがそれぞれの信号ラインから出力記号を入力記号として受信する複数の受信器であって、前記各入力記号は所定数のビットを表し、前記受信器は、前記入力記号の前記MSB及びLSBの状態を表す複数の論理信号を出力する、複数の受信器と、を備えていることを特徴とするメモリシステム。 - 前記メモリシステムは、前記出力記号がMSBとLSBを有するように、4−PAMシステムとして作動され、前記メモリシステムは、前記出力記号のLSBをゼロに設定して2−PAM記号を生成することにより、2−PAMシステムとして作動されることを特徴とする、請求項32に記載のメモリシステム。
- 前記信号ラインの第1セットは制御信号ラインとデータ信号ラインを含んでおり、前記制御信号ラインは2−PAMであり、前記データ信号ラインは4−PAMであることを特徴とする、請求項32に記載のシステム。
- 前記メモリシステムは、モード信号に応答して4−PAMと2−PAMの間で切り替えを行うことを特徴とする、請求項32に記載のメモリシステム。
- 前記モード信号は、ハードウェア設定により定められることを特徴とする、請求項35に記載のメモリシステム。
- 前記メモリシステムは、検知されたエラーに応じて4−PAMと2−PAMの間で切り替えられることを特徴とする、請求項32に記載のメモリシステム。
- メモリシステムにおいて、
複数の信号ラインを有するバスと、
複数の出力ドライバに連結されている前記信号ラインの第1サブセットであって、各出力ドライバは最上位ビット(MSB)と最下位ビット(LSB)を含む2つのビットを表す出力記号を信号ライン上で駆動し、各出力ドライバは、
MSBを表すMSB記号構成要素を生成する第1駆動ブロックと、
LSBを表すLSB記号構成要素を生成する第2駆動ブロックと、を含んでおり、前記LSB記号構成要素は前記MSB記号構成要素と組み合わされて出力記号を提供する、前記信号ラインの第1サブセットと、
前記信号ラインの第1サブセットを含み、アドレスと前記出力記号を受信するために複数のバス受信器に連結されている前記信号ラインの第2のサブセットであって、前記受信された出力記号は入力記号となり、各入力記号は所定数のビットを表し、前記各ビットは電圧レベルの個別範囲に関係付けられ、閾電圧のセットは前記電圧レベルの各個別範囲を画定しており、前記各バス受信器は、
前記閾電圧のセットの第1閾電圧に基づいて前記入力記号の前記MSBを求めるための最上位ビット(MSB)受信器と、
前記閾電圧のセットの第2及び第3閾電圧に基づいて前記入力記号のLSBを求める最下位ビット(LSB)受信器と、を含んでいる、前記信号ラインの第2のサブセットと、を備えていることを特徴とするメモリシステム。 - 多重レベル信号を使って多重ドロップバスを作動させる方法において、
最上位ビット(MSB)と最下位ビット(LSB)を含む少なくとも2つのビットを表す出力記号を送信する段階と、
受信されて入力記号となる出力記号を受信する段階と、
前記入力記号の状態に従って、少なくとも1つの積分ノードで電荷を積分することにより積分電圧を生成する段階と、
前記積分電圧に従って前記MSB及び前記LSBを求める段階と、を備えていることを特徴とする方法。 - 多重レベル信号を使って多重ドロップバスでデータを送信するための装置において、
最上位ビット(MSB)と最下位ビット(LSB)を含む少なくとも2つのビットを表す出力記号を送信するための手段と、
受信されて入力記号となる出力記号を受信するための手段と、
前記入力記号の状態に従って、少なくとも1つの積分ノードで電荷を積分することにより積分電圧を生成する手段と、
前記積分電圧に従って前記MSB及び前記LSBを求めるための手段と、を備えていることを特徴とする装置。
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