JP2006054756A - Output drive circuit and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はレシーバ回路の出力ドライブ回路及び出力ドライブ回路の制御方法に係わり、特に、電源電圧より低耐圧のスイッチングトランジスタを用いることでドライブ回路の最大動作周波数を改善し、スイッチングトランジスタの低耐圧電圧以上の電圧が加わらないように成した出力ドライブ回路及び出力ドライブ回路の制御方法に関する。 The present invention relates to an output drive circuit of a receiver circuit and a control method of the output drive circuit, and particularly improves the maximum operating frequency of the drive circuit by using a switching transistor having a withstand voltage lower than the power supply voltage, and more than the low withstand voltage of the switching transistor. The present invention relates to an output drive circuit configured to prevent the voltage from being applied and a method for controlling the output drive circuit.
従来から、レベルシフト回路を備えた電圧出力回路として、出力段のMOS型トランジスタの耐圧を下げることができる回路構が特許文献1に開示されている。この電圧出力回路は、入力端子に入力された2つの入力信号に基づいて、出力HレベルVCC、出力LレベルVEE及び中間レベルVMの3種類の電圧のうちの1つを出力信号として出力端子に出力する様になしたもので、図6は特許文献1に開示されている回路構成を示すものである。
Conventionally,
図6に於いて、2つの入力端子1,2に入力された入力信号S1,S2はインバータ21,NANDゲート回路22及びNORゲート回路23からなるデコード回路によって2つのデコード信号となる。そのうちの一方は第1のレベルシフト回路24に与えられ、他方は第2のレベルシフト回路25に与えられる。入力信号S1,S2は共に論理LレベルGND(0V)と論理HレベルVDD(5V)との間で変化する信号である。インバータ回路21,NANDゲート回路22及びNORゲート回路23はGND(0V)とVDD(5V)との間で動作する。
In FIG. 6,
第1のレベルレベルシフト回路24は入力されたGND(0V)レベル又はVDD(5V)レベルの信号をGND(0V)レベル又は出力HレベルVCC(40V)の信号に変換してH側(Pch)出力トランジスタ28のゲートに与える。一方、第2のレベルレベルシフト回路25は入力されたGND(0V)レベル又はVDD(5V)レベルの信号を出力LレベルVEE(−40V)又はVDD(5V)の信号に変換してL側(Nch)出力トランジスタ29のゲートに与える。
The first level
H側出力トランジスタ28のソースは出力Hレベルの電源電圧VCCに接続され、L側出力トランジスタ29のソースは出力Lレベルの電源電圧VEEに接続されている。そして、H側出力トランジスタ28のドレインとL側出力トランジスタ29のドレインとが接続され、この接続点が出力端子3に接続されている。この出力端子3から出力信号S3が出力される。
The source of the H-
更に、中間レベルVM(2.5V)と出力端子3との間に別のPch及びNchトランジスタ26,27を直列接続したスイッチ回路が接続されている。Pchトランジスタ26のゲートはL側出力トランジスタ29のゲートに接続され、Nchトランジスタ27のゲートはH側出力トランジスタ28のゲートに接続されている。
Further, a switch circuit in which another Pch and
上記のような回路構成によれば、2つの入力信号S1,S2のH又はLレベルの組合せによって、出力端子3に得られる出力信号S3がVCC,VEE及びVMの3つのうちのいずれかの電位になる。
According to the circuit configuration as described above, the output signal S3 obtained at the
例えば、図6に示すように、第1の入力信号S1がLレベルであれば、第2の入力信号S2に関係なく、第1のレベルシフト回路24の入力信号がHレベルになり、第2のレベルシフト回路25の入力信号がLレベルになる。この結果、H側出力トランジスタ28及びL側出力トランジスタ29が共にオフになる。一方、Lレベル信号がゲートに入力されるPchトランジスタ26及びHレベル信号がゲートに入力されるNchトランジスタ27は共にオンになる。したがって、このときの出力信号S3の電位は中間電位VMとなる。
For example, as shown in FIG. 6, if the first input signal S1 is L level, the input signal of the first
第1の入力信号S1がHレベルの場合は、第2の入力信号S2に応じて、第1のレベルシフト回路24の入力信号及び第2のレベルシフト回路25の入力信号が共にHレベル又はLレベルになる。つまり、第2の入力信号S2がHレベルであれば、第1及び第2のレベルシフト回路24,25の入力信号が共にLレベルとなり、第2の入力信号S2がLレベルであれば、第1及び第2のレベルシフト回路24,25の入力信号が共にHレベルとなる。前者の場合はH側出力トランジスタ28がオン、L側出力トランジスタ29がオフとなるので、このときの出力信号S3の電位はVCCとなる。後者の場合は、H側出力トランジスタ28がオフ、L側出力トランジスタ29がオンとなるので、このときの出力信号S3の電位はVEEとなる。また、いずれの場合も、Pchトランジスタ26及びNchトランジスタ27のいずれか一方がオフになるので、中間電位VMと出力端子3とは遮断されている。
When the first input signal S1 is at the H level, the input signal of the first
上記のような動作によれば、H側出力トランジスタ28のゲートに印加される電圧の範囲はGND(0V)からVCC(40V)であり、従来(−40Vから40V)の半分となる。同様に、L側出力トランジスタ29のゲートに印加される電圧の範囲はVEE(−40V)からVDD(5V)であり、従来(−40Vから40V)の半分近くの電圧となる。したがって、両トランジスタ28,29の耐圧を大幅に下げることができ、これに伴って集積回路のチップ面積及び消費電力を低減することができることが開示されている。
According to the operation as described above, the range of the voltage applied to the gate of the H-
さらに、図7に出力ドライブ回路としてLVDS(Low Voltage Defferential Signal)用の入出力ドライブ回路の構成が非特許文献2に開示されている。図7に従来から使用されている一般的なLVDSドライブ回路の回路構成を示すものである。LVDSはコンピュータなどの機器間に接続のための高速シリアルデータ伝送規格の一種でありその入出力回路は655Mbit/Sの信号を最長25mのツイストペア線を介して伝送が可能となる。この方式は差動信号形式の採用により電磁放射雑音や電子機器間のグランド電位差の影響を受けにくいことが特徴であり、出力は図7に示すように電流駆動形式でその振幅は約3.5mA(差動信号振幅は250〜450mV)と極めて小さく、機器の低消費電力化、低雑音化に適した構成と成されている。 Further, FIG. 7 discloses a configuration of an input / output drive circuit for LVDS (Low Voltage Differential Signal) as an output drive circuit. FIG. 7 shows a circuit configuration of a general LVDS drive circuit conventionally used. LVDS is a kind of high-speed serial data transmission standard for connection between devices such as computers, and its input / output circuit can transmit a 655 Mbit / S signal through a twisted pair wire of a maximum length of 25 m. This method is characterized in that it is less susceptible to electromagnetic radiation noise and ground potential difference between electronic devices by adopting a differential signal format, and its output is a current drive format as shown in FIG. 7 and its amplitude is about 3.5 mA. (The differential signal amplitude is 250 to 450 mV), which is extremely small, and has a configuration suitable for reducing the power consumption and noise of the device.
図7を具体的に説明すると、A,B,C,Dはスイッチング回路14を構成する出力段を示すPMOSトタンジスタ4,6とNMOSトランジスタ5,7のゲートに供給された入力端信号であり、対のCMOS構成のPMOSトランジスタ4,6とNMOSトランジスタ5,7は夫々PMOSトランジスタ4,6のドレインと夫々NMOSトランジスタ5,7のドレイン同士が直列接続され、PMOSトランジスタ4,6のソース同士、及びNMOSトランジスタ5,7のソース同士が互いに共通接続されてブリッジ構成と成されている。
Specifically, A, B, C, and D are input terminal signals supplied to the gates of the
PMOSトランジスタ4,7の共通接続されたソースと電源電圧VCC間には電流制御回路8が接続され、NMOSトランジスタ5,7の共通接続されたソースと接地電位VEE間には電流源回路9が接続されている。CMOSトランジスタ4,5及び6,7の共通接続されたドレインから取り出された出力はレシーバ回路17を構成する負荷13に供給されると共にCMOSトランジスタ4,5の共通接続されたドレインとCMOSトランジスタ6,7の共通接続されたドレイン間に接続した抵抗12の中点から取り出した出力の中点電圧を差動増幅回路10の一方の入力端子に供給する、差動増幅回路10の他方の入力端子には基準電圧源11から基準電圧VREFが供給されている。比較器を構成する差動増幅回路10の出力は電流源制御回路8の電流をコントロールし、スイッチング回路14の差動出力電圧の振幅が250〜450mV、駆動電流振幅が約3.5mAとなる様に制御している。
A
上述のように構成された、LVDSドライブ回路16に用いるスイッチング回路14の共通接続したドレイン間の出力電圧、即ち、コモン電圧(X間の電圧)は1.2V程度に選択されるが(規格が数種類あり、必ず1.2Vというわけではない)、スイッチング回路14,電流源回路9とIC化の際にMOSトランジスタを多段で積むために、電源電圧を1.2Vより高めに設定する必要がある。このことから、LVDSドライブ回路16には高耐圧のトランジスタを使用する必要が出てくる。このためスイッチング回路16に用いるPMOSトランジスタとNMOSトランジスタには高耐圧のトランジスタが用いられている。
The output voltage between the commonly connected drains of the switching
上述の特許文献1に示された構成の電圧出力回路は、入力端子に入力された2つの入力信号に基づいて2個のレベルシフタを用いて、出力HレベルVCC,出力LレベルVEE及び中間レベルVMの3種類の電圧のうちの1つを出力信号として出力端子3に出力する様になし、出力用の2つのトランジスタ28,29の耐圧を下げることができ、これに伴って集積回路のチップ面積及び消費電力を低減するとことができることが開示されているがH側出力トランジスタ28のゲートに印加される電圧の範囲はGND(0V)からVCC(40V)であり、従来の電圧−40Vから40Vに比べて半分といっても40Vと高耐圧用のMOSトランジスタが用いられている。
上記した図7に示す、LVDSドライブ回路の特徴は低振幅出力であり、出力電圧は電源電圧の範囲でフルスイングするわけではない。このことから、IC回路内部で使用しているトランジスタすべてに高耐圧のトランジスタを使用する必要は無い。一般に高耐圧のMOSトランジスタは低耐圧のMOSトランジスタと比較してスイッチングスピードが遅くなってしまう。LVDSドライブ回路16の最大動作周波数を規定しているのは、スイッチング回路14のPMOSおよびNMOSトランジスタ4,5,6,7であり、スイッチング回路14のPMOS及びNMOSトランジスタ4,5,6,7に高耐圧のトランジスタを使用していることが一般的なLVDSドライブ回路16の最大動作周波数が上がらない点が問題となっていた。
The feature of the LVDS drive circuit shown in FIG. 7 is a low-amplitude output, and the output voltage does not fully swing in the range of the power supply voltage. For this reason, it is not necessary to use a high breakdown voltage transistor for all transistors used in the IC circuit. Generally, a high breakdown voltage MOS transistor has a lower switching speed than a low breakdown voltage MOS transistor. The maximum operating frequency of the
本発明は、上述の課題を解決するために成されたもので、発明が解決しようとする課題はLVDSドライブ回路において、スイッチング回路のトランジスタに低耐圧トランジスタを用いることで、最大動作周波数を向上させることが出来る。この低耐圧のMOSトランジスタを用いることにより、高耐圧のMOSトランジスタと比較して最大動作周波数が改善される理由は、(1)MOSトランジスタのゲート面積が小さくなり、ゲート容量を減らすことができ、スイッチングスピードが上がる。(2)MOSトランジスタのgmが改善され、電流を流す能力が改善される。(3)MOSトランジスタのゲート電圧の変動幅が小さくなることで、スイッチングスピードが上がる等によるものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems. The problem to be solved by the present invention is to improve the maximum operating frequency by using a low breakdown voltage transistor as a transistor of a switching circuit in an LVDS drive circuit. I can do it. The reason why the maximum operating frequency is improved by using this low breakdown voltage MOS transistor as compared with the high breakdown voltage MOS transistor is that (1) the gate area of the MOS transistor is reduced, and the gate capacitance can be reduced. Increases switching speed. (2) The gm of the MOS transistor is improved, and the ability to flow current is improved. (3) This is because, for example, the switching speed is increased by reducing the fluctuation width of the gate voltage of the MOS transistor.
第1の本発明は、対のCMOSトランジスタをブリッジ構成とした4個のトランジスタに入力信号が供給され、負荷に対し逆方向の電流を出力するスイッチング回路と、スイッチング回路に電流を供給する電流源回路と、CMOSの中点から取り出して電流源回路の電流を制御するように成されたコモンモード回路から成る出力ドライブ回路において、スイッチング回路を構成する対のCMOSトランジスタの同極性のトランジスタに論理Lレベルと論理Hレベル間で変化する入力を供給するPMOS用レベルシフタ及びNMOS用レベルシフタと、スイッチング回路と負荷間に設けた出力をオン、オフ制御する出力スイッチング回路とを、具備して、スイッチング回路の4個のトランジスタを電流源の電圧より低い耐圧のトランジスタで構成したことを特徴とする出力ドライブ回路としたものである。 According to a first aspect of the present invention, a switching circuit that outputs current in a reverse direction to a load is supplied to four transistors having a pair of CMOS transistors as a bridge configuration, and a current source that supplies current to the switching circuit. In an output drive circuit comprising a circuit and a common mode circuit that is controlled from the midpoint of the CMOS and controls the current of the current source circuit, a logic L is applied to the same polarity transistor of the pair of CMOS transistors constituting the switching circuit. A PMOS level shifter and an NMOS level shifter for supplying an input changing between a level and a logic H level, and an output switching circuit for controlling on and off of an output provided between the switching circuit and the load. Four transistors are composed of transistors with a withstand voltage lower than the voltage of the current source. Is obtained by the output drive circuit, characterized in that the.
第2の本発明は、対のCMOSトランジスタをブリッジ構成とした4個のトランジスタに入力信号が供給され、負荷に対し逆方向の電流を出力するスイッチング回路と、スイッチング回路に電流を供給する電流源回路と、CMOSの中点から取り出して電流源回路の電流を制御するように成されたコモンモード回路から成る出力ドライブ回路の制御方法において、スイッチング回路を構成する対のCMOSトランジスタの同極性のトランジスタに論理Lレベルと論理Hレベル間で変化する入力を供給するPMOS用レベルシフタ及びNMOS用レベルシフタと、スイッチング回路と負荷間に設けた出力をオン、オフ制御する出力スイッチング回路と、を具備して、スイッチング回路の4個のトランジスタを電流源の電圧より低い耐圧のトランジスタで構成し、スイッチング回路の動作状態ではコモンモード回路及び出力スイッチング回路を動作状態と成す共にPMOS用レベルシフタ及びNMOS用レベルシフタから論理Lレベルから論理Hレベルまでを出力させて成ることを特徴とする出力ドライブ回路の制御方法としたものである。 According to a second aspect of the present invention, an input signal is supplied to four transistors having a pair of CMOS transistors as a bridge configuration, and a current that supplies current to the switching circuit is output. In a method for controlling an output drive circuit comprising a circuit and a common mode circuit that is controlled from the midpoint of the CMOS and controls the current of the current source circuit, transistors having the same polarity of the pair of CMOS transistors constituting the switching circuit A PMOS level shifter and an NMOS level shifter for supplying an input that changes between a logic L level and a logic H level, and an output switching circuit for controlling on and off of an output provided between the switching circuit and the load, The four transistors of the switching circuit are connected to a transistor with a breakdown voltage lower than the voltage of the current source In the operating state of the switching circuit, the common mode circuit and the output switching circuit are in the operating state, and the output from the logic L level to the logic H level is output from the PMOS level shifter and the NMOS level shifter. This is a method for controlling the output drive circuit.
第3の本発明は、対のCMOSトランジスタをブリッジ構成とした4個のトランジスタに入力信号が供給され、負荷に対し逆方向の電流を出力するスイッチング回路と、スイッチング回路に電流を供給する電流源回路と、CMOSの中点から取り出して電流源回路の電流を制御するように成されたコモンモード回路から成る出力ドライブ回路の制御方法において、スイッチング回路を構成する対のCMOSトランジスタの同極性のトランジスタに論理Lレベルと論理Hレベル間で変化する入力を供給するPMOS用レベルシフタ及びNMOS用レベルシフタと、スイッチング回路と負荷間に設けた出力をオン、オフ制御する出力スイッチング回路と、を具備して、スイッチング回路の4個のトランジスタを電流源の電圧より低い耐圧のトランジスタで構成し、スイッチング回路の動作状態からスタンバイ状態、或いは電源投入時では電流源回路及びコモンモード回路並びに出力スイッチング回路を非動作状態と成す共にPMOS用レベルシフタから論理Lレベルを出力させ、NMOS用レベルシフタからから論理Hレベルを出力させて成ることを特徴とする出力ドライブ回路の制御方法としたものである。 According to a third aspect of the present invention, there are provided a switching circuit for supplying an input signal to four transistors having a pair of CMOS transistors in a bridge configuration and outputting a current in a reverse direction to a load, and a current source for supplying a current to the switching circuit. In a method for controlling an output drive circuit comprising a circuit and a common mode circuit that is controlled from the midpoint of the CMOS and controls the current of the current source circuit, transistors having the same polarity of the pair of CMOS transistors constituting the switching circuit A PMOS level shifter and an NMOS level shifter for supplying an input that changes between a logic L level and a logic H level, and an output switching circuit for controlling on and off of an output provided between the switching circuit and the load, The four transistors of the switching circuit are connected to a transistor with a breakdown voltage lower than the voltage of the current source It is composed of a star, and when the switching circuit is in the standby state, or when the power is turned on, the current source circuit, the common mode circuit and the output switching circuit are set to the non-operating state and the logic L level is output from the PMOS level shifter. The output drive circuit control method is characterized in that a logic H level is output from a level shifter.
本発明によれば、LVDSドライブ回路において、スイッチング回路のMOSトランジスタに低耐圧トランジスタを用いることで、スイッチング回路のMOSトランジスタのゲート面積が小さくなり、ゲート容量を減らすことができ、スイッチングスピードを上げることが出来る。更に、ゲート電圧の変動幅が小さくなることで、スイッチングスピードが上がることで、MOSのgmが改善され、電流を流す能力も改善されて最大動作周波数を向上させることが出来る効果を有する。 According to the present invention, in the LVDS drive circuit, by using a low breakdown voltage transistor as the MOS transistor of the switching circuit, the gate area of the MOS transistor of the switching circuit can be reduced, the gate capacitance can be reduced, and the switching speed can be increased. I can do it. In addition, since the gate voltage fluctuation width is reduced, the switching speed is increased, so that the gm of the MOS is improved, the current flowing capability is also improved, and the maximum operating frequency can be increased.
以下、本発明の出力ドライブ回路及び出力ドライブ回路の制御方法の構成を図1から図5によって説明する。図1は本発明の1形態例を示す出力ドライブ回路図、図2は本発明の動作状態からスタンバイ状態に遷移する場合の動作説明用の出力ドライブ回路図、図3は本発明のスタンバイ状態から動作状態に遷移する場合の動作説明用の出力ドライブ回路図、図4は本発明の電源投入時の動作説明用の出力ドライブ回路図、図5は本発明の動作状態を説明するためのフローチャートである。尚、以下、従来の図6および図7との対応部分には同一符号を付して説明をする。 The configuration of the output drive circuit and the output drive circuit control method of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is an output drive circuit diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an output drive circuit diagram for explaining the operation when transitioning from the operating state of the present invention to the standby state, and FIG. 3 is from the standby state of the present invention. FIG. 4 is an output drive circuit diagram for explaining the operation when the power is turned on according to the present invention, and FIG. 5 is a flowchart for explaining the operational state of the present invention. is there. In the following description, parts corresponding to those in FIGS. 6 and 7 are denoted by the same reference numerals.
先ず、図1に基づいて、本発明の出力ドライブ回路16としてレシーバ回路17に低振幅の電圧を供給するLVDSドライブ回路について説明する。図1に於いて、18は入力端子S3,S4よりデコーダ等を介して音声入力信号が供給されるPMOSトランジスタ用レベルシフタである。同様に19は入力端子S5,S6よりデコーダ等を介して音声入力信号が供給されるNMOSトランジスタ用レベルシフタである。PMOSトランジスタ用レベルシフタ18からは論理Hレベル出力A=2.5V、論理LレベルB=0.7Vを出力する。又、NMOSトランジスタ用レベルシフタ19からは論理Hレベル出力C=1.8V、論理LレベルB=0Vを出力する。これらPMOSトランジスタ用レベルシフタ18からの出力A,Bはスイッチング回路14を構成するPMOSトランジスタ4及び6の夫々のゲートGに供給される。同様にNMOSトランジスタ用レベルシフタ19からの出力C,Dはスイッチング回路14を構成するNMOSトランジスタ5及び7の夫々のゲートGに供給される。
First, an LVDS drive circuit that supplies a low-amplitude voltage to the
図1に於けるスイッチング回路を以下具体的に説明すると、A,B,C,Dはスイッチング回路14を構成する出力段を示すPMOSトタンジスタ4,6とNMOSトランジスタ5,7のゲートに供給される入力信号であり、対のCMOS構成のPMOSトランジスタ4及び6とNMOSトランジスタ5,7は夫々PMOSトランジスタ4,6のドレインと夫々NMOSトランジスタ5,7のドレイン同士が直列接続され、PMOSトランジスタ4,6のソース同士、及びNMOSトランジスタ5,7のソース同士が互いに共通接続されてブリッジ構成と成されている。
The switching circuit in FIG. 1 will be described in detail below. A, B, C, and D are supplied to the gates of
PMOSトランジスタ4,6の共通接続されたソースと電源電圧VCC間には電流制御回路8が接続され、NMOSトランジスタ5,7の共通接続されたソースと接地電位VEE間には電流源回路9が接続されている。CMOSトランジスタを構成するPMOSトランジスタ4,5及びNMOSトランジスタ6,7の共通接続されたドレインから取り出された出力は出力パスをスイッチングするスイッチングトランジスタ20Aと20Bを介してレシーバ回路17を構成する負荷13に供給されると共にPMOSトランジスタ4,5の共通接続されたドレインとNMOSトランジスタ6,7の共通接続されたドレイン間に接続した抵抗12の中点から取り出した出力の中点電圧を差動増幅回路10の一方の入力端子に供給する、差動増幅回路10の他方の入力端子には基準電圧源11から基準電圧VREFが供給されている。比較器を構成する差動増幅回路10の出力は電流源制御回路8の電流をコントロールし、X点間の電圧が1.2V、負荷13でのスイッチング回路14の差動出力電圧の振幅が350mVppとなる様に制御している。即ち、スイッチング回路14を利用したコモンモード回路15を構成している。
A
上述の構成に於いて、出力ドライブ回路16が動作状態では、コモンモード回路15が動作しているため、CMOS構成のスイッチング回路14の両ドレイン接続点間Xの電圧は1.2V±350mVppとなる。このため、低耐圧用のスイッチング回路14の各トランジスタ4,5,6,7のソースードレイン間に過電圧がかかることは無い。低耐圧用のスイッチング回路14の各トランジスタ4,5,6,7のゲートGには、対のCMOS構成の同極性のPMOSトランジスタ4,6と、同極性のNMOSトランジスタ5,7のゲートGに論理Lレベルから論理Hレベルまで変化する2個のPMOS用レベルシフタ回路18とNMOS用レベルシフタ回路19から出力された信号を入力する。
In the above-described configuration, when the
PMOS用およびNMOS用レベルシフタ回路18、19はPMOS用、NMOS用に2通り用意しておき、夫々のPMOS用レベルシフタ回路18とNMOS用レベルシフタ回路19に供給される音声入力信号をPMOS用レベルシフタ回路18は2.5Vから0.7Vの範囲で、NMOS用レベルシフタ回路19では0Vから1.8Vの範囲に変換する。これら第1および第2のレベルシフタ回路18,19により、低耐圧用のスイッチング回路の各トランジスタ4,5,6,7のゲート電圧に過電圧がかかることは無くなる。又、対のCMOSトランジスタ4,5及び6,7の出力端である各トランジスタのドレインと負荷(レシーバ回路)13間には出力スイッチング回路20となるNMOSトランジスタ20A,20Bのソース及びドレイン間が導通するように、即ち、「オン」状態と成されている。
Two types of PMOS and NMOS
次に図2及び図5(A)に基づいて出力ドライブ回路16が動作状態からスタンバイ状態に切り替えられる場合に動作を説明する。
Next, the operation when the
動作状態からスタンバイ状態に切り替える時は、第1ステップS1に示す様にゲート電圧にPMOSトランジスタ4,6の場合は0.7V、NMOSトランジスタ5,7の場合は1.8Vを印加すると第2ステップS2に示す様にスイッチング回路14の全てのスイッチング用トランジスタ4,5,6,7はONになされる。この状態にしておけば、低耐圧のスイッチング用トランジスタ4,5,6,7のゲートGに過電圧が掛かることは無い。
When switching from the operating state to the standby state, as shown in the first step S1, if the gate voltage is 0.7V in the case of the
次に、第3ステップS3の様にNMOSトランジスタ20A,20Bからなる出力スイッチング回路20をOFFにする。この状態にしておかないと、レシーバ回路17側に制約をつける必要があるため、出力ドライブ回路16とレシーバ回路17間のパスを遮断しておく。更に、第4ステップS4に示す様にコモンモード回路15をOFFにし、電源電圧VCC(2.5V)の供給される電流制御回路8から電流が流れないようにする。この状態にすれば、消費電力をゼロにでき、低電圧用スイッチングトランジスタ回路14の夫々のスイッチングトランジスタ4,5,6,7のソースSードレインD間に過電圧がかかることも無い。
Next, the output switching circuit 20 including the
スタンバイ状態から動作状態に遷移する場合を図3及び図5(B)で説明する。スタンバイ状態は、図2の動作時からスタンバイ時に示した通り、スイッチング回路14のスイッチング用トランジスタ4,5,6,7が全てONであり、出力スイッチング回路20のスイッチングトランジスタ20A,20BはOFFであり、且つ、コモンモード回路15がOFFであるため電流源回路9からは電流が流れていない。この状態から、はじめに第1ステップST1に示す様にコモンモード回路15をONし、電流源回路9からの電流を電流制御回路8で制御してスイッチング回路14に電流を流す。コモンモード回路15をはじめにONしておけば、出力点Xには1.2Vが印加されるため、低耐圧用のスイッチングトランジスタ14のソースードレイン間に過電圧がかかることは無い。
次に第2ステップST2に示す様に出力スイッチング回路20のNMOSトランジスタ20A,20BをONにする。次の第3ステップST3では低耐圧用の各スイッチングトランジスタ4,5,6,7のゲートGにPMOS用レベルシフタ18およびNMOS用レベルシフタ19を介して論理Lレベルから論理Hレベル(L:0.7V,H:2.5V)及び(L:0V,H:1.8V)の信号を送る。
The case of transition from the standby state to the operating state will be described with reference to FIGS. 3 and 5B. In the standby state, the switching
Next, as shown in the second step ST2, the
更に、電源投入する場合を図4及び図5(C)で説明する。電源電圧投入時には図5(C)の第1ステップSTE1に示す様に電源電圧VCCのみ電圧を与えず、ほかの制御信号を先に入力し、次の第2ステップSTE2では信号の状態は図2で説明したと同様にすべてスタンバイ状態にしておく。この状態はスタンバイ状態と限りなく等しく低耐圧スイッチングランジスタ4,5,6,7に過電圧がかかることは無い。次の第3ステップSTE2で次に電源VCCに電圧を与えるように成される
Further, the case where the power is turned on will be described with reference to FIGS. 4 and 5C. When the power supply voltage is turned on, as shown in the first step STE1 in FIG. 5C, only the power supply voltage VCC is not applied, and other control signals are input first. In the next second step STE2, the signal state is as shown in FIG. All are set in the standby state as described in the above. This state is infinitely equal to the standby state, and no overvoltage is applied to the low breakdown
上述のLVDSドライブ回路によると、スイッチングトランジスタに低耐圧トランジスタを用いることで、最大動作周波数が向上する。即ち、低耐圧のスイッチングトランジスタを用いることにより、高耐圧のトランジスタと比較して最大動作周波数が改善される理由には、
(イ)ゲート面積が小さくなり、ゲート容量を減らすことができ、スイッチングスピードが上がる。
(ロ)MOSのgmが改善され、電流を流す能力が改善される。
(ハ)ゲート電圧の変動幅が小さくなることで、スイッチングスピードが上がる。
ことが挙げられる。以下に上記で述べた3項目について、更に詳記する。
According to the LVDS drive circuit described above, the maximum operating frequency is improved by using a low breakdown voltage transistor as the switching transistor. That is, by using a low breakdown voltage switching transistor, the maximum operating frequency is improved compared to a high breakdown voltage transistor.
(A) The gate area is reduced, the gate capacitance can be reduced, and the switching speed is increased.
(B) The gm of the MOS is improved, and the ability to flow current is improved.
(C) The switching speed is increased by reducing the fluctuation range of the gate voltage.
Can be mentioned. The three items described above will be described in more detail below.
(イ)下記に示す(1)式から、ゲートの面積Sが小さくなれば、ゲートの容量Cが小さくなることがわかる。(実際は低耐圧化することにより、膜厚が薄くなるため、単純計算では求められないが、ゲートの容量Sの変化量>高さdの変化量と考えて問題ない。)更に、下記の(2)式から、ゲートの容量Cが小さくなればそのゲートの容量Cを充放電する時間も短くなり、スイッチングスピードが速くなることがわかる。 (A) From the equation (1) shown below, it can be seen that the gate capacitance C decreases as the gate area S decreases. (In actuality, since the film thickness is reduced by lowering the withstand voltage, it cannot be obtained by simple calculation, but there is no problem considering that the change amount of the gate capacitance S> the change amount of the height d.) From equation (2), it can be seen that if the gate capacitance C is reduced, the charge / discharge time of the gate capacitance C is shortened and the switching speed is increased.
C=ε×k×S/d・・・・(1)
T=C×V/I・・・・(2)
ここで、C:ゲートの容量、ε:真空の比誘電率、k:比誘電率、S:面積、d:高さである。
C = ε × k × S / d (1)
T = C × V / I (2)
Here, C: capacitance of gate, ε: relative permittivity of vacuum, k: relative permittivity, S: area, d: height.
(ロ)下記に示す(3)式から、トランスコンダクタンス(利得)gmが大きくなれば、ソースーソレノイド間電圧Idが大きくなることが解かり(この場合ゲート電圧Vgs、閾値電圧Vthが一定と考えて)、電流を流す能力が改善されることがわかる。 (B) From equation (3) below, it can be seen that the source-to-solenoid voltage Id increases as the transconductance (gain) gm increases (in this case, the gate voltage Vgs and the threshold voltage Vth are considered to be constant). It can be seen that the ability to flow current is improved.
gm=Id/Vgs−Vth・・・・(3)
ここで、gm:トランスコンダクタンス、Id:ソース−ドレイン間電流、Vgs:ゲート電圧、Vth:閾値電圧である。
gm = Id / Vgs−Vth (3)
Here, gm: transconductance, Id: source-drain current, Vgs: gate voltage, and Vth: threshold voltage.
(ハ)下記の(4),(5)式から、電源電圧VCCが小さいと、ライズタイムTf,フォールタイムTrが共に小さくなり、スイッチングスピードが速くなることがわかる。 (C) From the following equations (4) and (5), it can be seen that when the power supply voltage VCC is small, both the rise time Tf and the fall time Tr are small and the switching speed is high.
Tr=VCC/Rr・・・・(4)
Tf=VCC/Rf・・・・(5)
ここで、Tr:ライズタイム、Tf:フォールタイム、Rr:ライズタイムの傾き、Rf:フォールタイムの傾き、VCC:電源電圧である。
Tr = VCC / Rr (4)
Tf = VCC / Rf (5)
Here, Tr: rise time, Tf: fall time, Rr: rise time slope, Rf: fall time slope, VCC: power supply voltage.
上述の構成では、電源電圧VCC及び電流制御回路8並びに出力スイッチング回路制御する構成を示していないが、LVDSドライブ回路内に有するマイクロコンピュータ(CPU)のソフトウェア或いはMOS構成の切換え制御回路のハードウェアによって切換え制御を簡単に行なうことが可能である。
In the above configuration, the configuration for controlling the power supply voltage VCC and the
4,6・・・PMOSトランジスタ、 5,7・・・NMOSトランジスタ、 8・・・電流制御回路、9・・・電流源回路、10・・・差動増幅回路、11・・・基準源、12・・・抵抗、13・・・負荷、14・・・スイッチング回路、15・・・コモンモード回路、16・・・出力ドライブ回路、17・・・レシーバ回路、18・・・PMOS用レベルシフタ回路、19・・・NMOS用レベルシフタ回路
4, 6 ... PMOS transistors, 5, 7 ... NMOS transistors, 8 ... Current control circuit, 9 ... Current source circuit, 10 ... Differential amplifier circuit, 11 ... Reference source, DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記スイッチング回路を構成する上記対のCMOSトランジスタの同極性のトランジスタに論理Lレベルと論理Hレベル間で変化する入力を供給するPMOS用レベルシフタ及びNMOS用レベルシフタと、
上記スイッチング回路と上記負荷間に設けた出力をオン、オフ制御する出力スイッチング回路とを、
具備して、
上記スイッチング回路の上記4個のトランジスタを上記電流源の電圧より低い耐圧のトランジスタで構成したことを特徴とする出力ドライブ回路。 An input signal is supplied to four transistors having a pair of CMOS transistors as a bridge configuration, and outputs a current in the reverse direction to the load; a current source circuit that supplies current to the switching circuit; In an output drive circuit comprising a common mode circuit which is configured to take out from the middle point and control the current of the current source circuit,
A PMOS level shifter and an NMOS level shifter for supplying an input changing between a logic L level and a logic H level to the same polarity transistors of the pair of CMOS transistors constituting the switching circuit;
An output switching circuit for controlling on / off of an output provided between the switching circuit and the load;
Equipped
An output drive circuit characterized in that the four transistors of the switching circuit are composed of transistors having a breakdown voltage lower than the voltage of the current source.
上記ブリッジ構成の上記PMOSトランジスタのソース同士の接続点とホット電源間に接続した電流制御回路と、
上記ブリッジ構成の上記NMOSトランジスタのソース同士の接続点と接地間に接続した前記電流源回路と、
上記対のCMOSトランジスタのドレイン同士を接続した接続点から取り出した出力を前記負荷に供給すると共に該出力の中点電圧と、基準電圧が比較される差動増幅回路とからなる前記コモンモード回路と、
を具備し、
上記コモンモード回路の上記差動増幅回路の比較出力によって上記電流源回路の上記電流制御回路の電流を制御して成ることを特徴とする請求項1記載の出力ドライブ回路。 The pair of CMOS transistors is constituted by a series circuit in which the drains of a PMOS transistor and an NMOS transistor are connected to each other, and the switching circuit having a bridge configuration in which the sources of the pair of PMOS transistors and the sources of the pair of NMOS transistors are connected to each other. ,
A current control circuit connected between a connection point between the sources of the PMOS transistors in the bridge configuration and a hot power supply;
The current source circuit connected between a connection point between the sources of the NMOS transistors in the bridge configuration and the ground;
The common mode circuit comprising: a differential amplifier circuit for supplying an output taken out from a connection point connecting drains of the pair of CMOS transistors to the load and comparing a midpoint voltage of the output with a reference voltage; ,
Comprising
2. The output drive circuit according to claim 1, wherein the current of the current control circuit of the current source circuit is controlled by a comparison output of the differential amplifier circuit of the common mode circuit.
上記スイッチング回路を構成する上記対のCMOSトランジスタの同極性のトランジスタに論理Lレベルと論理Hレベル間で変化する入力を供給するPMOS用レベルシフタ及びNMOS用レベルシフタと、
上記スイッチング回路と上記負荷間に設けた出力をオン、オフ制御する出力スイッチング回路と、
を具備して、
上記スイッチング回路の上記4個のトランジスタを上記電流源の電圧より低い耐圧のトランジスタで構成し、該スイッチング回路の動作状態では上記コモンモード回路及び上記出力スイッチング回路を動作状態と成す共に上記PMOS用レベルシフタ及び上記NMOS用レベルシフタから上記論理Lレベルから上記論理Hレベルまでを出力させて成ることを特徴とする出力ドライブ回路の制御方法。 An input signal is supplied to four transistors having a pair of CMOS transistors as a bridge configuration, and outputs a current in the reverse direction to the load; a current source circuit that supplies current to the switching circuit; In a control method of an output drive circuit comprising a common mode circuit which is configured to control a current of the current source circuit by taking out from a middle point,
A PMOS level shifter and an NMOS level shifter for supplying an input changing between a logic L level and a logic H level to the same polarity transistors of the pair of CMOS transistors constituting the switching circuit;
An output switching circuit that performs on / off control of an output provided between the switching circuit and the load;
Comprising
The four transistors of the switching circuit are composed of transistors having a withstand voltage lower than the voltage of the current source. In the operation state of the switching circuit, the common mode circuit and the output switching circuit are in the operation state and the PMOS level shifter And a method for controlling an output drive circuit, wherein the NMOS level shifter outputs the logic L level to the logic H level.
上記スイッチング回路を構成する上記対のCMOSトランジスタの同極性のトランジスタに論理Lレベルと論理Hレベル間で変化する入力を供給するPMOS用レベルシフタ及びNMOS用レベルシフタと、
上記スイッチング回路と上記負荷間に設けた出力をオン、オフ制御する出力スイッチング回路と、
を具備して、
上記スイッチング回路の上記4個のトランジスタを上記電流源の電圧より低い耐圧のトランジスタで構成し、該スイッチング回路の動作状態からスタンバイ状態、或いは電源投入時では上記電流源回路及び上記コモンモード回路並びに上記出力スイッチング回路を非動作状態と成す共に上記PMOS用レベルシフタから上記論理Lレベルを出力させ、上記NMOS用レベルシフタからから上記論理Hレベルを出力させて成ることを特徴とする出力ドライブ回路の制御方法。 An input signal is supplied to four transistors having a pair of CMOS transistors as a bridge configuration, and outputs a current in the reverse direction to the load; a current source circuit that supplies current to the switching circuit; In a control method of an output drive circuit comprising a common mode circuit which is configured to control a current of the current source circuit by taking out from a middle point,
A PMOS level shifter and an NMOS level shifter for supplying an input changing between a logic L level and a logic H level to the same polarity transistors of the pair of CMOS transistors constituting the switching circuit;
An output switching circuit that performs on / off control of an output provided between the switching circuit and the load;
Comprising
The four transistors of the switching circuit are composed of transistors having a withstand voltage lower than the voltage of the current source, and the current source circuit, the common mode circuit, and the power source are switched from the operation state of the switching circuit to the standby state or when the power is turned on. A control method for an output drive circuit, wherein the output switching circuit is set to a non-operating state, the logic L level is output from the PMOS level shifter, and the logic H level is output from the NMOS level shifter.
The logic level of the PMOS level shifter is set to 0.7V and the logic level of the NMOS level shifter is set to 1.8V from the operating state of the switching circuit to the standby state. 5. A method for controlling an output drive circuit according to 5.
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