JP2011188013A - 出力バッファ - Google Patents
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Abstract
【課題】出力バッファの出力信号の振幅を確保することを可能としつつ、低消費電力化を図る。
【解決手段】Pチャンネル電界効果トランジスタM1とNチャンネル電界効果トランジスタM2との間にクランプトランジスタM3を直列に挿入し、Pチャンネル電界効果トランジスタM1のソースに供給される高電位とNチャンネル電界効果トランジスタM2のソースに供給される低電位との間の中間レベルをクランプトランジスタM3のゲートに入力することで、Nチャンネル電界効果トランジスタM2のドレイン電位をクランプする。
【選択図】 図3
【解決手段】Pチャンネル電界効果トランジスタM1とNチャンネル電界効果トランジスタM2との間にクランプトランジスタM3を直列に挿入し、Pチャンネル電界効果トランジスタM1のソースに供給される高電位とNチャンネル電界効果トランジスタM2のソースに供給される低電位との間の中間レベルをクランプトランジスタM3のゲートに入力することで、Nチャンネル電界効果トランジスタM2のドレイン電位をクランプする。
【選択図】 図3
Description
本発明は出力バッファに関し、特に、出力バッファの低消費電力化を図る方法に適用して好適なものである。
半導体チップ間などでのデータ通信に用いられる出力バッファとして、省電力化の観点からCMOSバッファが用いられることがある。このCMOSバッファからの出力は、低電源電位と高電源電位との間をフル振幅で遷移される。
また、例えば、特許文献1には、CMOSバッファの低消費電力化を図るため、CMOSインバータ回路を構成するNチャネルMOSトランジスタのソースをPチャネルMOSトランジスタを介して低電位側電源に接続し、PチャネルMOSトランジスタのゲートには高電位側電源と低電位側電源との中間レベルを供給する方法が開示されている。
また、例えば、特許文献1には、CMOSバッファの低消費電力化を図るため、CMOSインバータ回路を構成するNチャネルMOSトランジスタのソースをPチャネルMOSトランジスタを介して低電位側電源に接続し、PチャネルMOSトランジスタのゲートには高電位側電源と低電位側電源との中間レベルを供給する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示された方法では、出力バッファの出力信号の振幅が小さくなり、駆動能力が低下する。このため、出力バッファにかかる負荷容量が大きくなると、十分に立ち上がる前に立ち下がるような信号波形の劣化が発生するという問題があった。
また、特許文献1に開示された方法では、出力バッファごとにパッド電極を設ける必要があり、出力バッファと入力バッファとでパッド電極を共有することができないため、パッド電極の個数が多くなるという問題があった。
また、特許文献1に開示された方法では、出力バッファごとにパッド電極を設ける必要があり、出力バッファと入力バッファとでパッド電極を共有することができないため、パッド電極の個数が多くなるという問題があった。
本発明の目的は、出力信号の振幅を確保することを可能としつつ、低消費電力化を図ることが可能な出力バッファを提供することである。
本発明の一態様によれば、Pチャンネル電界効果トランジスタとNチャンネル電界効果トランジスタとの間にクランプ用電界効果トランジスタが直列に挿入され、前記Pチャンネル電界効果トランジスタのソースに供給される高電位と前記Nチャンネル電界効果トランジスタのソースに供給される低電位との間の中間レベルを前記クランプ用電界効果トランジスタのゲートに入力することで、前記Pチャンネル電界効果トランジスタのドレイン電位または前記Nチャンネル電界効果トランジスタのドレイン電位をクランプするクランプ出力段と、前記クランプ出力段の前段に接続され、イネーブル信号に基づいて前記Pチャンネル電界効果トランジスタのゲートと前記Nチャンネル電界効果トランジスタのゲートにデータ信号を入力するデータ入力部とを備えることを特徴とする出力バッファを提供する。
本発明の一態様によれば、第1のPチャンネル電界効果トランジスタと第1のNチャンネル電界効果トランジスタとの間に第1のクランプ用電界効果トランジスタが直列に挿入され、前記第1のPチャンネル電界効果トランジスタのソースに供給される高電位と前記第1のNチャンネル電界効果トランジスタのソースに供給される低電位との間の中間レベルが前記第1のクランプ用電界効果トランジスタのゲートに入力され、データ信号が前記第1のPチャンネル電界効果トランジスタのゲートと前記第1のNチャンネル電界効果トランジスタのゲートに入力される第1のクランプ出力部と、第2のPチャンネル電界効果トランジスタと第2のNチャンネル電界効果トランジスタとの間に第2のクランプ用電界効果トランジスタが直列に挿入され、前記第2のPチャンネル電界効果トランジスタのソースに供給される高電位と前記第2のNチャンネル電界効果トランジスタのソースに供給される低電位との間の中間レベルが前記第2のクランプ用電界効果トランジスタのゲートに入力され、前記データ信号を反転させたデータ反転信号が前記第2のPチャンネル電界効果トランジスタのゲートと前記第2のNチャンネル電界効果トランジスタのゲートに入力される第2のクランプ出力部とを備えることを特徴とする出力バッファを提供する。
本発明の一態様によれば、第1のPチャンネル電界効果トランジスタと第1のNチャンネル電界効果トランジスタとの間に第1のクランプ用電界効果トランジスタが直列に挿入され、前記第1のPチャンネル電界効果トランジスタのソースに供給される高電位と前記第1のNチャンネル電界効果トランジスタのソースに供給される低電位との間の中間レベルを前記第1のクランプ用電界効果トランジスタのゲートに入力することで、前記第1のPチャンネル電界効果トランジスタのドレイン電位または前記第1のNチャンネル電界効果トランジスタのドレイン電位をクランプする第1のクランプ出力部と、第2のPチャンネル電界効果トランジスタと第2のNチャンネル電界効果トランジスタとの間に第2のクランプ用電界効果トランジスタが直列に挿入され、前記第2のPチャンネル電界効果トランジスタのソースに供給される高電位と前記第2のNチャンネル電界効果トランジスタのソースに供給される低電位との間の中間レベルを前記第2のクランプ用電界効果トランジスタのゲートに入力することで、前記第2のPチャンネル電界効果トランジスタのドレイン電位または前記第2のNチャンネル電界効果トランジスタのドレイン電位をクランプする第2のクランプ出力部と、前記第1のクランプ出力部の前段に接続され、イネーブル信号に基づいて前記第1のPチャンネル電界効果トランジスタのゲートと前記第1のNチャンネル電界効果トランジスタのゲートにデータ信号を入力する第1のデータ入力部と、前記第2のクランプ出力部の前段に接続され、前記イネーブル信号に基づいて前記第2のPチャンネル電界効果トランジスタのゲートと前記第2のNチャンネル電界効果トランジスタのゲートに前記データ信号を反転させたデータ反転信号を入力する第2のデータ入力部とを備えることを特徴とする出力バッファを提供する。
本発明の一態様によれば、第1のCMOSインバータと、第2のCMOSインバータと、前記第1のCMOSインバータの前段に接続され、イネーブル信号に基づいて前記第1のCMOSインバータにデータ信号を入力する第1のデータ入力部と、前記第2のCMOSインバータの前段に接続され、イネーブル信号に基づいて前記第2のCMOSインバータに前記データ信号を反転させたデータ反転信号を入力する第2のデータ入力部と、前記データ信号が変化した時だけ前記第1のCMOSインバータに前記データ信号が入力されるのを許容するとともに、前記第2のCMOSインバータに前記データ反転信号が入力されるのを許容する入力データ判別部とを備えることを特徴とする出力バッファを提供する。
本発明の一態様によれば、第1のCMOSインバータと、第2のCMOSインバータと、前記第1のCMOSインバータの前段に接続され、イネーブル信号に基づいて前記第1のCMOSインバータにデータ信号を入力する第1のデータ入力部と、前記第2のCMOSインバータの前段に接続され、イネーブル信号に基づいて前記第2のCMOSインバータに前記データ信号を反転させたデータ反転信号を入力する第2のデータ入力部と、クロック信号に同期して前記第1のCMOSインバータの出力レベルと前記第2のCMOSインバータの出力レベルとを平均化する出力等化回路とを備えることを特徴とする出力バッファを提供する。
本発明によれば、出力バッファの出力信号の振幅を確保することを可能としつつ、低消費電力化を図ることが可能となる。
以下、本発明の実施形態に係る出力バッファについて図面を参照しながら説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る出力バッファが適用される半導体記憶装置の概略構成を示すブロック図である。
図1において、この半導体記憶装置には、n(nは2以上の整数)個のNANDメモリ3−1〜3−nが設けられるとともに、NANDメモリ3−1〜3−nのドライブ制御を行うコントローラ1が設けられている。なお、NANDメモリ3−1〜3−nのドライブ制御としては、例えば、NANDメモリ3−1〜3−nの読み書き制御、ブロック選択、誤り訂正、ウェアレベリングなどを挙げることができる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る出力バッファが適用される半導体記憶装置の概略構成を示すブロック図である。
図1において、この半導体記憶装置には、n(nは2以上の整数)個のNANDメモリ3−1〜3−nが設けられるとともに、NANDメモリ3−1〜3−nのドライブ制御を行うコントローラ1が設けられている。なお、NANDメモリ3−1〜3−nのドライブ制御としては、例えば、NANDメモリ3−1〜3−nの読み書き制御、ブロック選択、誤り訂正、ウェアレベリングなどを挙げることができる。
また、NANDメモリ3−1〜3−nはチャネル2を介して互いに並列にコントローラ1に接続されている。ここで、例えば、NANDメモリ3−1には、m(mは2以上の整数)個の半導体チップCP1〜CPmが設けられ、半導体チップCP1〜CPmには、パッド電極PD1〜PDmがそれぞれ形成されている。
そして、例えば、半導体チップCP1には、入力バッファ11、出力バッファ12およびNANDフラッシュメモリ13が搭載されている。なお、NANDフラッシュメモリ13には、例えば、ユニットセルアレイ、デコーダ、センスアンプ、チャージポンプ回路およびページバッファなどを設けることができる。
入力バッファ11は、コントローラ1から送られた書き込みデータやアドレスなどの制御信号をNANDフラッシュメモリ13などに受け渡すことができる。出力バッファ12は、NANDフラッシュメモリ13などから読み出された読み出しデータをコントローラ1に受け渡すことができる。なお、出力バッファ12は、例えば、シングルエンドタイプのインターフェースとして用いることができ、電源-グランドレベル間でフル振幅で遷移される信号を用いることができる。あるいは、電源-グランドレベル間でフル振幅で遷移される信号をクランプさせた信号を用いるようにしてもよい。なお、半導体チップCP1以外の半導体チップCP2〜CPmについても同様である。
そして、m個の半導体チップCP1〜CPmは、1個の半導体パッケージPK1上に実装され、この半導体パッケージPK1の外部端子TMは、m個の半導体チップCP1〜CPmのパッド電極PD1〜PDmにて共有されている。なお、半導体チップCP1〜CPmを半導体パッケージPK1上に実装する方法としては、半導体チップCP1〜CPmを積層させる方法でもよいし、半導体チップCP1〜CPmを同一平面上に配列する方法でもよい。また、半導体チップCP1〜CPmは、フェースダウン実装でもよいし、フェースアップ実装でもよい。また、m個のパッド電極PD1〜PDmにて1個の外部端子TMを共有させる方法としては、m個のパッド電極PD1〜PDmと1個の外部端子TMとをボンディングワイヤBWにて接続することができる。あるいは、半導体チップCP1〜CPmをフリップ実装し、パッド電極PD1〜PDmに形成されたバンプ電極を介してパッド電極PD1〜PDmと外部端子TMとを互いに接続するようにしてもよい。あるいは、半導体チップCP1〜CPmに貫通電極を形成し、この貫通電極を介してパッド電極PD1〜PDmと外部端子TMとを互いに接続するようにしてもよい。なお、NANDメモリ3−1以外のNANDメモリ3−2〜3−nについても同様である。また、この半導体記憶装置は、メモリカードやSSDなどのストレージデバイスとして用いることができる。
図2は、図1のNANDメモリ3−1の概略構成の一例を示す斜視図である。
図2において、半導体チップCP1〜CP4には、パッド電極PD1〜PD4がそれぞれ形成されている。なお、パッド電極PD1〜PD4は、例えば、アドレス端子、リード/ライト端子、チップセレクト端子またはデータ端子として用いることができる。また、半導体パッケージPK1には、外部端子TM1〜TM17が形成されている。そして、4個分の半導体チップCP1〜CP4を積層させて半導体パッケージPK1上に実装する場合、パッド電極PD1〜PD4が露出するように半導体チップCP1〜CP4をずらして積層させることができる。そして、ボンディングワイヤBWを介して、例えば、パッド電極PD1〜PD4を外部端子TM1に共通に接続することで、4個分の半導体チップCP1〜CP4のパッド電極PD1〜PD4にて1個の外部端子TM1を共有させることができる。
図2において、半導体チップCP1〜CP4には、パッド電極PD1〜PD4がそれぞれ形成されている。なお、パッド電極PD1〜PD4は、例えば、アドレス端子、リード/ライト端子、チップセレクト端子またはデータ端子として用いることができる。また、半導体パッケージPK1には、外部端子TM1〜TM17が形成されている。そして、4個分の半導体チップCP1〜CP4を積層させて半導体パッケージPK1上に実装する場合、パッド電極PD1〜PD4が露出するように半導体チップCP1〜CP4をずらして積層させることができる。そして、ボンディングワイヤBWを介して、例えば、パッド電極PD1〜PD4を外部端子TM1に共通に接続することで、4個分の半導体チップCP1〜CP4のパッド電極PD1〜PD4にて1個の外部端子TM1を共有させることができる。
図3は、図1の出力バッファの概略構成の一例を示す回路図である。
図3において、この出力バッファには、クランプ出力部V1、データ入力部R1およびインバータI1が設けられている。データ入力部R1はクランプ出力部V1の前段に接続されている。
図3において、この出力バッファには、クランプ出力部V1、データ入力部R1およびインバータI1が設けられている。データ入力部R1はクランプ出力部V1の前段に接続されている。
ここで、クランプ出力部V1には、Pチャンネル電界効果トランジスタM1、Nチャンネル電界効果トランジスタM2およびクランプトランジスタM3が設けられている。ここでは、クランプトランジスタM3としてNチャンネル電界効果トランジスタを用いた。そして、Pチャンネル電界効果トランジスタM1とNチャンネル電界効果トランジスタM2との間にクランプトランジスタM3が直列に挿入されている。また、Pチャンネル電界効果トランジスタM1のソースには高電位VCCが供給され、Nチャンネル電界効果トランジスタM2のソースには低電位VSSが供給される。なお、低電位VSSはグランド電位であってもよい。また、クランプトランジスタM3のゲートにはクランプ信号Vpが入力され、クランプ出力部V1の出力信号OUTとしてNチャンネル電界効果トランジスタM2のドレイン電位を取り出すことができる。なお、クランプ信号Vpは、高電位VCCと低電位VSSとの間の中間レベルに設定することができる。
データ入力部R1には、NAND回路N1およびNOR回路N2が設けられている。ここで、NAND回路N1の出力端子はPチャンネル電界効果トランジスタM1のゲートに接続され、NOR回路N2の出力端子はNチャンネル電界効果トランジスタM2のゲートに接続されている。また、NAND回路N1の一方の入力端子にはデータ信号DAが入力され、NAND回路N1の他方の入力端子にはイネーブル信号ENが入力される。また、NOR回路N2の一方の入力端子にはデータ信号DAが入力され、NOR回路N2の他方の入力端子にはイネーブル信号ENを反転させたイネーブル反転信号ENbが入力される。ここで、イネーブル反転信号ENbは、イネーブル信号ENをインバータI1にて反転させることで生成される。
そして、データ信号DAとイネーブル信号ENとの否定論理積がNAND回路N1にて演算され、その演算結果がPチャンネル電界効果トランジスタM1のゲートに入力される。また、データ信号DAとイネーブル反転信号ENbとの否定論理和がNOR回路N2にて演算され、その演算結果がNチャンネル電界効果トランジスタM2のゲートに入力される。
これにより、イネーブル信号ENがハイレベルになると、データ信号DAに応じてPチャンネル電界効果トランジスタM1およびNチャンネル電界効果トランジスタM2のいずれか一方のみをオンさせることが可能となるとともに、イネーブル信号ENがロウレベルになると、データ信号DAにかかわらずPチャンネル電界効果トランジスタM1およびNチャンネル電界効果トランジスタM2の双方をオフさせることができる。
このため、イネーブル信号ENに応じてクランプ出力部V1の出力信号OUTを浮遊状態にしたり、所定の電位に固定させたりすることができ、図1に示すように、入力バッファ11と出力バッファ12とでパッド電極PD1が共有されている場合においても、入力バッファ11の入力信号と出力バッファ12の出力信号とが互いに干渉するのを防止することが可能となることから、半導体チップCP1のパッド電極PD1の個数を削減することができる。
また、クランプ信号VpがクランプトランジスタM3のゲートに入力されている状態でPチャンネル電界効果トランジスタM1がオンすると、クランプ出力部V1の出力信号OUTは、クランプ信号Vpの電位からクランプトランジスタM3のしきい値電圧分を引いた値(高電位VCCと低電位VSSとの間の中間レベルVM)にクランプされる。このため、クランプ出力部V1の電源電圧として高電位VCCと低電位VSSとが供給される場合においても、中間レベルVMと低電位VSSとの間で出力信号OUTを遷移させることができ、出力信号OUTの振幅を小さくすることが可能となることから、出力バッファの低消費電力化を図ることが可能となる。
すなわち、出力バッファの消費電力Pは、以下の(1)式で与えることができる。
P=f×c×V2 ・・・(1)
ただし、fは動作周波数、cは出力バッファの寄生容量、Vは出力信号OUTの振幅である。従って、出力バッファの消費電力Pは、出力信号OUTの振幅Vの2乗に比例するため、出力信号OUTの振幅Vを小さくすることで、出力バッファの消費電力Pを減少させることができる。
P=f×c×V2 ・・・(1)
ただし、fは動作周波数、cは出力バッファの寄生容量、Vは出力信号OUTの振幅である。従って、出力バッファの消費電力Pは、出力信号OUTの振幅Vの2乗に比例するため、出力信号OUTの振幅Vを小さくすることで、出力バッファの消費電力Pを減少させることができる。
(第2実施形態)
図4は、本発明の第2実施形態に係る出力バッファが適用される半導体記憶装置の概略構成を示すブロック図である。
図4において、この半導体記憶装置には、n個のNANDメモリ13−1〜13−nが設けられるとともに、NANDメモリ13−1〜13−nのドライブ制御を行うコントローラ111が設けられている。また、NANDメモリ13−1〜13−nは差動伝送路112を介して互いに並列にコントローラ11に接続されている。
図4は、本発明の第2実施形態に係る出力バッファが適用される半導体記憶装置の概略構成を示すブロック図である。
図4において、この半導体記憶装置には、n個のNANDメモリ13−1〜13−nが設けられるとともに、NANDメモリ13−1〜13−nのドライブ制御を行うコントローラ111が設けられている。また、NANDメモリ13−1〜13−nは差動伝送路112を介して互いに並列にコントローラ11に接続されている。
コントローラ111には出力バッファTX0および入力バッファRX0が設けられている。NANDメモリ13−1〜13−nには出力バッファTX1〜TXnおよび入力バッファRX1〜RXnがそれぞれ設けられている。ここで、出力バッファTX0〜TXnは、出力信号として差動信号を用いることができ、入力バッファRX1〜RXnは、入力信号として差動信号を用いることができる。
そして、コントローラ111からのデータ信号は出力バッファTX0にて差動化され、差動伝送路12を介して入力バッファRX1〜RXnに入力されることで、NANDメモリ13−1〜13−nに送られる。また、NANDメモリ13−1〜13−nからのデータ信号は出力バッファTX1〜TXnにてそれぞれ差動化され、差動伝送路112を介して入力バッファRX0に入力されることで、コントローラ111に送られる。
ここで、コントローラ111とNANDメモリ13−1〜13−nとの間でやり取りされるデータ信号を差動化することにより、ノイズ耐性を確保しつつ、出力バッファTX0〜TXnの出力信号の振幅を小さくすることができ、出力バッファの省電力化を図ることができる。
図5は、図4の出力バッファの概略構成の一例を示す回路図、図6は、図5の出力バッファの差動出力信号の波形を示す図である。
図5において、この出力バッファには、図3の出力バッファの構成に加え、クランプ出力部V2、データ入力部R2およびインバータI2が設けられている。データ入力部R2はクランプ出力部V2の前段に接続されている。
図5において、この出力バッファには、図3の出力バッファの構成に加え、クランプ出力部V2、データ入力部R2およびインバータI2が設けられている。データ入力部R2はクランプ出力部V2の前段に接続されている。
ここで、クランプ出力部V2には、Pチャンネル電界効果トランジスタM4、Nチャンネル電界効果トランジスタM5およびクランプトランジスタM6が設けられている。ここでは、クランプトランジスタM6としてNチャンネル電界効果トランジスタを用いた。そして、Pチャンネル電界効果トランジスタM4とNチャンネル電界効果トランジスタM5との間にクランプトランジスタM6が直列に挿入されている。また、Pチャンネル電界効果トランジスタM4のソースには高電位VCCが供給され、Nチャンネル電界効果トランジスタM5のソースには低電位VSSが供給される。また、クランプトランジスタM6のゲートにはクランプ信号Vpが入力される。ここで、クランプ出力部V1の出力信号TX+としてNチャンネル電界効果トランジスタM2のドレイン電位を取り出すことができ、クランプ出力部V2の出力信号TX−としてNチャンネル電界効果トランジスタM5のドレイン電位を取り出すことができる。なお、出力信号TX+、TX−は互いに相補的な関係にあり、差動出力信号を構成することができる。
データ入力部R2には、NAND回路N4およびNOR回路N5が設けられている。ここで、NAND回路N4の出力端子はPチャンネル電界効果トランジスタM4のゲートに接続され、NOR回路N5の出力端子はNチャンネル電界効果トランジスタM5のゲートに接続されている。また、NAND回路N4の一方の入力端子にはデータ信号DAを反転させたデータ反転信号DAbが入力され、NAND回路N4の他方の入力端子にはイネーブル信号ENが入力される。また、NOR回路N5の一方の入力端子にはデータ反転信号DAbが入力され、NOR回路N5の他方の入力端子にはイネーブル信号ENを反転させたイネーブル反転信号ENbが入力される。ここで、データ反転信号DAbは、データ信号DAをインバータI2にて反転させることで生成される。
そして、データ信号DAとイネーブル信号ENとの否定論理積がNAND回路N1にて演算され、その演算結果がPチャンネル電界効果トランジスタM1のゲートに入力される。また、データ信号DAとイネーブル反転信号ENbとの否定論理和がNOR回路N2にて演算され、その演算結果がNチャンネル電界効果トランジスタM2のゲートに入力される。
また、データ反転信号DAbとイネーブル信号ENとの否定論理積がNAND回路N4にて演算され、その演算結果がPチャンネル電界効果トランジスタM4のゲートに入力される。また、データ反転信号DAbとイネーブル反転信号ENbとの否定論理和がNOR回路N5にて演算され、その演算結果がNチャンネル電界効果トランジスタM5のゲートに入力される。
ここで、データ信号DAがデータ入力部R1に入力され、データ反転信号DAbがデータ入力部R2に入力されるようにしたので、Pチャンネル電界効果トランジスタM1がオンした時にはNチャンネル電界効果トランジスタM5がオンし、Nチャンネル電界効果トランジスタM2がオンした時にはPチャンネル電界効果トランジスタM4がオンする。このため、クランプ出力部V1、V2は互いに相補的に動作し、出力信号TX+、TX−が差動化される。
そして、クランプ信号VpがクランプトランジスタM3のゲートに入力されている状態でPチャンネル電界効果トランジスタM1がオンすると、クランプ出力部V1の出力信号TX+は、図6に示すように、クランプ信号Vpの電位VclampからクランプトランジスタM3のしきい値電圧分Vthを引いた値(高電位VCCと低電位VSSとの間の中間レベルVM)にクランプされる。また、クランプ信号VpがクランプトランジスタM6のゲートに入力されている状態でPチャンネル電界効果トランジスタM4がオンすると、クランプ出力部V2の出力信号TX−は、クランプ信号Vpの電位VclampからクランプトランジスタM6のしきい値電圧分Vthを引いた値(高電位VCCと低電位VSSとの間の中間レベルVM)にクランプされる。
このため、クランプ出力部V1、V2の電源電圧として高電位VCCと低電位VSSとが供給される場合においても、出力信号TX+、TX−を差動化させつつ、中間レベルVMと低電位VSSとの間で出力信号TX+、TX−を遷移させることができ、ノイズ耐性を確保しつつ、出力バッファの低消費電力化を図ることが可能となる。
なお、差動化された出力信号TX+、TX−を生成する場合、図3の構成の2倍の回路規模になるため、その分だけ消費電力が増大するが、出力信号TX+、TX−を差動化した分だけ出力信号TX+、TX−の振幅を小さくすることができる。そして、寄生容量は回路規模に比例し、(1)式に示すように、消費電力は振幅の2乗と寄生容量とに比例することから、回路規模の増大による消費電力の増大分よりも振幅の減少による消費電力の減少分を大きくすることができ、全体的には消費電力を減少させることができる。
図7は、図4の入力バッファの概略構成の一例を示す回路図である。
図7において、この入力バッファには、Pチャンネル電界効果トランジスタM11〜M13およびNチャンネル電界効果トランジスタM14、M15が設けられている。そして、Pチャンネル電界効果トランジスタM12とNチャンネル電界効果トランジスタM14とは互いに直列に接続され、Pチャンネル電界効果トランジスタM13とNチャンネル電界効果トランジスタM15とは互いに直列に接続されている。Pチャンネル電界効果トランジスタM12のソースとPチャンネル電界効果トランジスタM13のソースはPチャンネル電界効果トランジスタM11のドレインに接続され、Nチャンネル電界効果トランジスタM14のゲートとNチャンネル電界効果トランジスタM15のゲートはPチャンネル電界効果トランジスタM12のドレインに接続されている。
図7において、この入力バッファには、Pチャンネル電界効果トランジスタM11〜M13およびNチャンネル電界効果トランジスタM14、M15が設けられている。そして、Pチャンネル電界効果トランジスタM12とNチャンネル電界効果トランジスタM14とは互いに直列に接続され、Pチャンネル電界効果トランジスタM13とNチャンネル電界効果トランジスタM15とは互いに直列に接続されている。Pチャンネル電界効果トランジスタM12のソースとPチャンネル電界効果トランジスタM13のソースはPチャンネル電界効果トランジスタM11のドレインに接続され、Nチャンネル電界効果トランジスタM14のゲートとNチャンネル電界効果トランジスタM15のゲートはPチャンネル電界効果トランジスタM12のドレインに接続されている。
そして、Pチャンネル電界効果トランジスタM11のゲートにはバイアス電圧Vbが入力される。そして、Pチャンネル電界効果トランジスタM12のゲートに入力信号RX+が入力され、Pチャンネル電界効果トランジスタM13のゲートに入力信号RX−が入力されることで、Pチャンネル電界効果トランジスタM13のドレインから出力信号ROが出力される。なお、入力信号RX+、RX−としては、図5の出力信号TX+、TX−をそれぞれ用いることができる。
(第3実施形態)
図8は、本発明の第3実施形態に係る出力バッファの概略構成の一例を示す回路図、図9は、図8の出力バッファの差動出力信号の波形を示す図である。
図8において、この出力バッファには、図5の出力バッファのクランプ出力部V1、V2の代わりにクランプ出力部V1´、V2´が設けられている。
図8は、本発明の第3実施形態に係る出力バッファの概略構成の一例を示す回路図、図9は、図8の出力バッファの差動出力信号の波形を示す図である。
図8において、この出力バッファには、図5の出力バッファのクランプ出力部V1、V2の代わりにクランプ出力部V1´、V2´が設けられている。
ここで、クランプ出力部V1´には、Pチャンネル電界効果トランジスタM21、Nチャンネル電界効果トランジスタM22およびクランプトランジスタM23が設けられている。そして、Pチャンネル電界効果トランジスタM21とNチャンネル電界効果トランジスタM22との間にクランプトランジスタM23が直列に挿入されている。また、Pチャンネル電界効果トランジスタM21のソースには高電位VCCが供給され、Nチャンネル電界効果トランジスタM22のソースには低電位VSSが供給される。また、クランプトランジスタM23のゲートにはクランプ信号Vpが入力される。
また、クランプ出力部V2´には、Pチャンネル電界効果トランジスタM24、Nチャンネル電界効果トランジスタM25およびクランプトランジスタM26が設けられている。そして、Pチャンネル電界効果トランジスタM24とNチャンネル電界効果トランジスタM25との間にクランプトランジスタM26が直列に挿入されている。また、Pチャンネル電界効果トランジスタM24のソースには高電位VCCが供給され、Nチャンネル電界効果トランジスタM25のソースには低電位VSSが供給される。また、クランプトランジスタM26のゲートにはクランプ信号Vpが入力される。
なお、この第3実施形態では、クランプトランジスタM23、M26としてPチャンネル電界効果トランジスタを用いた。
ここで、クランプ出力部V1´の出力信号TX´+としてPチャンネル電界効果トランジスタM21のドレイン電位を取り出すことができ、クランプ出力部V2´の出力信号TX´−としてPチャンネル電界効果トランジスタM24のドレイン電位を取り出すことができる。
そして、データ信号DAとイネーブル信号ENとの否定論理積がNAND回路N1にて演算され、その演算結果がPチャンネル電界効果トランジスタM21のゲートに入力される。また、データ信号DAとイネーブル反転信号ENbとの否定論理和がNOR回路N2にて演算され、その演算結果がNチャンネル電界効果トランジスタM22のゲートに入力される。
また、データ反転信号DAbとイネーブル信号ENとの否定論理積がNAND回路N4にて演算され、その演算結果がPチャンネル電界効果トランジスタM24のゲートに入力される。また、データ反転信号DAbとイネーブル反転信号ENbとの否定論理和がNOR回路N5にて演算され、その演算結果がNチャンネル電界効果トランジスタM25のゲートに入力される。
ここで、データ信号DAがデータ入力部R1に入力され、データ反転信号DAbがデータ入力部R2に入力されるようにしたので、Pチャンネル電界効果トランジスタM21がオンした時にはNチャンネル電界効果トランジスタM25がオンし、Nチャンネル電界効果トランジスタM22がオンした時にはPチャンネル電界効果トランジスタM24がオンする。このため、クランプ出力部V1´、V2´は互いに相補的に動作し、出力信号TX´+、TX´−が差動化される。
そして、クランプ信号VpがクランプトランジスタM23のゲートに入力されている状態でNチャンネル電界効果トランジスタM22がオンすると、クランプ出力部V1´の出力信号TX´+は、図9に示すように、クランプ信号Vpの電位VclampからクランプトランジスタM23のしきい値電圧分Vthを引いた値(高電位VCCと低電位VSSとの間の中間レベルVM)にクランプされる。また、クランプ信号VpがクランプトランジスタM26のゲートに入力されている状態でNチャンネル電界効果トランジスタM25がオンすると、クランプ出力部V2´の出力信号TX´−は、クランプ信号Vpの電位VclampからクランプトランジスタM26のしきい値電圧分Vthを引いた値(高電位VCCと低電位VSSとの間の中間レベルVM)にクランプされる。
このため、クランプ出力部V1´、V2´の電源電圧として高電位VCCと低電位VSSとが供給される場合においても、出力信号TX´+、TX´−を差動化させつつ、高電位VCCと中間レベルVMとの間で出力信号TX´+、TX´−を遷移させることができ、ノイズ耐性を確保しつつ、出力バッファの低消費電力化を図ることが可能となる。
(第4実施形態)
図10は、本発明の第4実施形態に係る出力バッファの概略構成の一例を示す回路図である。
図10において、この出力バッファには、クランプ出力部V1、V2およびインバータI2が設けられている。そして、Pチャンネル電界効果トランジスタM1のゲートおよびNチャンネル電界効果トランジスタM2のゲートにはデータ信号DAが入力され、Pチャンネル電界効果トランジスタM4のゲートおよびNチャンネル電界効果トランジスタM5のゲートにはデータ反転信号DAbが入力される。
図10は、本発明の第4実施形態に係る出力バッファの概略構成の一例を示す回路図である。
図10において、この出力バッファには、クランプ出力部V1、V2およびインバータI2が設けられている。そして、Pチャンネル電界効果トランジスタM1のゲートおよびNチャンネル電界効果トランジスタM2のゲートにはデータ信号DAが入力され、Pチャンネル電界効果トランジスタM4のゲートおよびNチャンネル電界効果トランジスタM5のゲートにはデータ反転信号DAbが入力される。
ここで、データ信号DAがPチャンネル電界効果トランジスタM1のゲートおよびNチャンネル電界効果トランジスタM2のゲートに入力され、データ反転信号DAbがPチャンネル電界効果トランジスタM4のゲートおよびNチャンネル電界効果トランジスタM5のゲートに入力されるようにしたので、Pチャンネル電界効果トランジスタM1がオンした時にはNチャンネル電界効果トランジスタM5がオンし、Nチャンネル電界効果トランジスタM2がオンした時にはPチャンネル電界効果トランジスタM4がオンする。このため、クランプ出力部V1、V2は互いに相補的に動作し、出力信号TX+、TX−が差動化される。
そして、クランプ信号VpがクランプトランジスタM3のゲートに入力されている状態でPチャンネル電界効果トランジスタM1がオンすると、クランプ出力部V1の出力信号TX+は、図6に示すように、クランプ信号Vpの電位VclampからクランプトランジスタM3のしきい値電圧分Vthを引いた値(高電位VCCと低電位VSSとの間の中間レベルVM)にクランプされる。また、クランプ信号VpがクランプトランジスタM6のゲートに入力されている状態でPチャンネル電界効果トランジスタM4がオンすると、クランプ出力部V2の出力信号TX−は、クランプ信号Vpの電位VclampからクランプトランジスタM6のしきい値電圧分Vthを引いた値(高電位VCCと低電位VSSとの間の中間レベルVM)にクランプされる。
このため、クランプ出力部V1、V2の電源電圧として高電位VCCと低電位VSSとが供給される場合においても、出力信号TX+、TX−を差動化させつつ、中間レベルVMと低電位VSSとの間で出力信号TX+、TX−を遷移させることができ、ノイズ耐性を確保しつつ、出力バッファの低消費電力化を図ることが可能となる。
また、図10の構成では、図5の構成からデータ入力部R1、R2を省略することができ、回路規模を削減することが可能となることから、出力バッファの面積を縮小することができる。
なお、図10の実施形態では、図5の構成からデータ入力部R1、R2を省略する方法について説明したが、図8の構成からデータ入力部R1、R2を省略するようにしてもよい。
(第5実施形態)
図11は、本発明の第5実施形態に係る出力バッファの概略構成の一例を示す回路図である。
図11において、この出力バッファには、図5の出力バッファの構成に加え入力データ判別部Q1が設けられるとともに、図5のインバータI1の代わりにインバータI3が設けられている。なお、入力データ判別部Q1は、データ信号DAが変化した時だけクランプ出力部V1にデータ信号DAが入力されるのを許容するとともに、クランプ出力部V2にデータ反転信号DAbが入力されるのを許容することができ、イネーブル信号EN´を生成することができる。
図11は、本発明の第5実施形態に係る出力バッファの概略構成の一例を示す回路図である。
図11において、この出力バッファには、図5の出力バッファの構成に加え入力データ判別部Q1が設けられるとともに、図5のインバータI1の代わりにインバータI3が設けられている。なお、入力データ判別部Q1は、データ信号DAが変化した時だけクランプ出力部V1にデータ信号DAが入力されるのを許容するとともに、クランプ出力部V2にデータ反転信号DAbが入力されるのを許容することができ、イネーブル信号EN´を生成することができる。
ここで、入力データ判別部Q1には、フリップフロップF1、F2および排他的論理和回路N6が設けられている。そして、フリップフロップF1の後段にはフリップフロップF2が接続され、フリップフロップF1の出力端子は排他的論理和回路N6の一方の入力端子に接続され、フリップフロップF2の出力端子は排他的論理和回路N6の他方の入力端子に接続されている。
また、NAND回路N1の一方の入力端子には1クロック前のデータ信号DAが入力され、NAND回路N1の他方の入力端子にはイネーブル信号EN´を反転させたイネーブル反転信号ENb´が入力される。また、NOR回路N2の一方の入力端子には1クロック前のデータ信号DAが入力され、NOR回路N2の他方の入力端子にはイネーブル信号EN´が入力される。また、NAND回路N4の一方の入力端子には1クロック前のデータ信号DAを反転させたデータ反転信号DAbが入力され、NAND回路N4の他方の入力端子にはイネーブル反転信号ENb´が入力される。また、NOR回路N5の一方の入力端子にはデータ反転信号DAbが入力され、NOR回路N5の他方の入力端子にはイネーブル信号ENが入力される。ここで、イネーブル反転信号ENb´は、イネーブル信号EN´をインバータI3にて反転させることで生成される。
そして、データ信号DAはクロック信号CLKに従ってフリップフロップF1、F2にて順次保持されることで、フリップフロップF1からは1クロック前のデータ信号DAが出力され、フリップフロップF2からは2クロック前のデータ信号DAが出力される。そして、排他的論理和回路N6において、1クロック前のデータ信号DAと2クロック前のデータ信号DAが比較されることでデータ信号DAが変化したかどうかが判別され、その判別結果がイネーブル信号EN´として出力される。
そして、データ信号DAとイネーブル反転信号ENb´との否定論理積がNAND回路N1にて演算され、その演算結果がPチャンネル電界効果トランジスタM1のゲートに入力される。また、データ信号DAとイネーブル信号EN´との否定論理和がNOR回路N2にて演算され、その演算結果がNチャンネル電界効果トランジスタM2のゲートに入力される。
また、データ反転信号DAbとイネーブル反転信号ENb´との否定論理積がNAND回路N4にて演算され、その演算結果がPチャンネル電界効果トランジスタM4のゲートに入力される。また、データ反転信号DAbとイネーブル信号EN´との否定論理和がNOR回路N5にて演算され、その演算結果がNチャンネル電界効果トランジスタM5のゲートに入力される。
ここで、データ信号DAがデータ入力部R1に入力され、データ反転信号DAbがデータ入力部R2に入力されるようにしたので、Pチャンネル電界効果トランジスタM1がオンした時にはNチャンネル電界効果トランジスタM5がオンし、Nチャンネル電界効果トランジスタM2がオンした時にはPチャンネル電界効果トランジスタM4がオンする。このため、クランプ出力部V1、V2は互いに相補的に動作し、出力信号TX+、TX−が差動化される。
また、イネーブル信号EN´およびイネーブル反転信号ENb´を用いてデータ入力部R1、R2を動作させるようにしたので、データ信号DAが変化したときだけデータ信号DAおよびデータ反転信号DAbに従ってPチャンネル電界効果トランジスタM1、M4およびNチャンネル電界効果トランジスタM2、M5をオン/オフさせることができる。
そして、クランプ信号VpがクランプトランジスタM3のゲートに入力されている状態でPチャンネル電界効果トランジスタM1がオンすると、クランプ出力部V1の出力信号TX+は、図6に示すように、クランプ信号Vpの電位VclampからクランプトランジスタM3のしきい値電圧分Vthを引いた値(高電位VCCと低電位VSSとの間の中間レベルVM)にクランプされる。また、クランプ信号VpがクランプトランジスタM6のゲートに入力されている状態でPチャンネル電界効果トランジスタM4がオンすると、クランプ出力部V2の出力信号TX−は、クランプ信号Vpの電位VclampからクランプトランジスタM6のしきい値電圧分Vthを引いた値(高電位VCCと低電位VSSとの間の中間レベルVM)にクランプされる。
このため、クランプ出力部V1、V2の電源電圧として高電位VCCと低電位VSSとが供給される場合においても、出力信号TX+、TX−を差動化させつつ、中間レベルVMと低電位VSSとの間で出力信号TX+、TX−を遷移させることが可能となるとともに、データ信号DAが変化しない時には出力信号TX+、TX−を遷移させないようにすることができ、ノイズ耐性を確保しつつ、出力バッファの低消費電力化を図ることが可能となる。
なお、図11の実施形態では、図5の出力バッファの構成に入力データ判別部Q1を追加する方法について説明したが、図8の出力バッファの構成に入力データ判別部Q1を追加するようにしてもよい。
(第6実施形態)
図12は、本発明の第6実施形態に係る出力バッファの概略構成の一例を示す回路図である。
図12において、この出力バッファには、図11の出力バッファのクランプ出力部V1、V2の代わりにCMOSインバータV21、V22が設けられている。
図12は、本発明の第6実施形態に係る出力バッファの概略構成の一例を示す回路図である。
図12において、この出力バッファには、図11の出力バッファのクランプ出力部V1、V2の代わりにCMOSインバータV21、V22が設けられている。
ここで、CMOSインバータV21には、Pチャンネル電界効果トランジスタM21およびNチャンネル電界効果トランジスタM22が設けられている。そして、Pチャンネル電界効果トランジスタM21のソースには高電位VCCが供給され、Nチャンネル電界効果トランジスタM22のソースには低電位VSSが供給される。
CMOSインバータV22には、Pチャンネル電界効果トランジスタM24およびNチャンネル電界効果トランジスタM25が設けられている。そして、Pチャンネル電界効果トランジスタM24のソースには高電位VCCが供給され、Nチャンネル電界効果トランジスタM25のソースには低電位VSSが供給される。
なお、CMOSインバータV21の出力信号TXF+としてNチャンネル電界効果トランジスタM22のドレイン電位を取り出すことができ、CMOSインバータV22の出力信号TXF−としてNチャンネル電界効果トランジスタM25のドレイン電位を取り出すことができる。
また、NAND回路N1の出力端子はPチャンネル電界効果トランジスタM21のゲートに接続され、NOR回路N2の出力端子はNチャンネル電界効果トランジスタM22のゲートに接続されている。NAND回路N4の出力端子はPチャンネル電界効果トランジスタM24のゲートに接続され、NOR回路N5の出力端子はNチャンネル電界効果トランジスタM25のゲートに接続されている。
そして、データ信号DAとイネーブル反転信号ENb´との否定論理積がNAND回路N1にて演算され、その演算結果がPチャンネル電界効果トランジスタM21のゲートに入力される。また、データ信号DAとイネーブル信号EN´との否定論理和がNOR回路N2にて演算され、その演算結果がNチャンネル電界効果トランジスタM22のゲートに入力される。
また、データ反転信号DAbとイネーブル反転信号ENb´との否定論理積がNAND回路N4にて演算され、その演算結果がPチャンネル電界効果トランジスタM24のゲートに入力される。また、データ反転信号DAbとイネーブル信号EN´との否定論理和がNOR回路N5にて演算され、その演算結果がNチャンネル電界効果トランジスタM25のゲートに入力される。
ここで、データ信号DAがデータ入力部R1に入力され、データ反転信号DAbがデータ入力部R2に入力されるようにしたので、CMOSインバータV21、V22が互いに相補的に動作し、出力信号TXF+、TXF−が高電位VCCと低電位VSSとの間をフル振幅で遷移されつつ、出力信号TXF+、TXF−が差動化される。
また、イネーブル信号EN´およびイネーブル反転信号ENb´を用いてデータ入力部R1、R2を動作させるようにしたので、データ信号DAが変化したときだけデータ信号DAおよびデータ反転信号DAbに従ってCMOSインバータV21、V22を動作させることができる。
このため、出力信号TXF+、TXF−が高電位VCCと低電位VSSとの間をフル振幅で遷移される場合においても、出力信号TX+、TX−を差動化させつつ、データ信号DAが変化しない時には出力信号TX+、TX−を遷移させないようにすることができ、ノイズ耐性を確保しつつ、出力バッファの低消費電力化を図ることが可能となる。
(第7実施形態)
図13は、本発明の第7実施形態に係る出力バッファの概略構成の一例を示す回路図、図14は、図13の出力バッファの各部の信号波形を示す図である。
図13において、この出力バッファには、図5の出力バッファの構成に加え出力等化回路(イコライズ回路)S1が設けられている。この出力等化回路S1は、サイクルごとにクランプ出力部V1、V2の出力レベルを平均化することができる。
図13は、本発明の第7実施形態に係る出力バッファの概略構成の一例を示す回路図、図14は、図13の出力バッファの各部の信号波形を示す図である。
図13において、この出力バッファには、図5の出力バッファの構成に加え出力等化回路(イコライズ回路)S1が設けられている。この出力等化回路S1は、サイクルごとにクランプ出力部V1、V2の出力レベルを平均化することができる。
ここで、出力等化回路S1にはNチャンネル電界効果トランジスタM31〜M33が設けられている。そして、Nチャンネル電界効果トランジスタM31は、Nチャンネル電界効果トランジスタM2、M5のドレイン間に接続されている。Nチャンネル電界効果トランジスタM32、M33は互いに直列に接続され、Nチャンネル電界効果トランジスタM32、M33の直列回路は、Nチャンネル電界効果トランジスタM2、M5のドレイン間に接続されている。
また、Nチャンネル電界効果トランジスタM31〜M33のゲートにはイネーブル反転信号ENbが入力され、Nチャンネル電界効果トランジスタM32のソースおよびNチャンネル電界効果トランジスタM32のドレインにはプリチャージ信号Vrが入力される。なお、プリチャージ信号Vrは、クランプ出力部V1、V2の出力レベルの中間の値に設定することができる。
そして、イネーブル信号ENがロウレベルの場合、クランプ出力部V1、V2へのデータ信号DAおよびデータ反転信号DAbの入力が禁止され、クランプ出力部V1、V2の動作が停止される。また、Nチャンネル電界効果トランジスタM31〜M33がオンし、Nチャンネル電界効果トランジスタM2、M5のドレイン間がショートされた状態でプリチャージ信号Vrが供給されることで、クランプ出力部V1、V2の出力レベルが平均化される。
そして、イネーブル信号ENがハイレベルになると、Nチャンネル電界効果トランジスタM31〜M33がオフし、クランプ出力部V1、V2は互いに相補的に動作することで、データ信号DAに従って差動化された出力信号TX+、TX−が出力される。
ここで、イネーブル信号ENがハイレベルになる前に、クランプ出力部V1、V2の出力レベルを平均化することで、クランプ出力部V1、V2の出力レベルの中間の値から出力信号TX+、TX−の遷移を開始させることができる。このため、出力信号TX+、TX−の振幅を小さくすることが可能となり、出力バッファの省電力化を図ることができる。
なお、図13の実施形態では、図5の出力バッファの構成に出力等化回路S1を追加する方法について説明したが、図8の出力バッファの構成に出力等化回路S1を追加するようにしてもよい。また、図13の実施形態では、出力バッファにデータ入力部R1、R2を設ける方法について説明したが、図10の構成と同様にデータ入力部R1、R2を省略するようにしてもよい。
(第8実施形態)
図15は、本発明の第8実施形態に係る出力バッファの概略構成の一例を示す回路図である。
図15において、この出力バッファには、図13の出力バッファのクランプ出力部V1、V2の代わりにCMOSインバータV21、V22が設けられている。
図15は、本発明の第8実施形態に係る出力バッファの概略構成の一例を示す回路図である。
図15において、この出力バッファには、図13の出力バッファのクランプ出力部V1、V2の代わりにCMOSインバータV21、V22が設けられている。
そして、イネーブル信号ENがロウレベルの場合、CMOSインバータV21、V22へのデータ信号DAおよびデータ反転信号DAbの入力が禁止され、CMOSインバータV21、V22の動作が停止される。また、Nチャンネル電界効果トランジスタM31〜M33がオンし、CMOSインバータV21、V22の出力間がショートされた状態でプリチャージ信号Vrが供給されることで、CMOSインバータV21、V22の出力レベルが平均化される。
そして、イネーブル信号ENがハイレベルになると、Nチャンネル電界効果トランジスタM31〜M33がオフし、CMOSインバータV21、V22は互いに相補的に動作することで、データ信号DAに従って差動化された出力信号TXF+、TXF−が出力される。
ここで、イネーブル信号ENがハイレベルになる前に、CMOSインバータV21、V22の出力レベルを平均化することで、CMOSインバータV21、V22の出力レベルの中間の値から出力信号TXF+、TXF−の遷移を開始させることができる。このため、出力信号TXF+、TXF−の振幅を小さくすることが可能となり、出力バッファの省電力化を図ることができる。
なお、図15の実施形態では、出力バッファにデータ入力部R1、R2を設ける方法について説明したが、データ入力部R1、R2を省略するようにしてもよい。
(第9実施形態)
図16は、本発明の第9実施形態に係る出力バッファの概略構成の一例を示す回路図、図17は、図16の出力バッファの各部の信号波形を示す図である。
図16において、この出力バッファには、図13の出力バッファの構成に加え入力データ判別部Q2が設けられている。なお、入力データ判別部Q2は、データ信号DAが変化した時だけクランプ出力部V1にデータ信号DAが入力されるのを許容するとともに、クランプ出力部V2にデータ反転信号DAbが入力されるのを許容することができ、イネーブル信号enを生成することができる。
図16は、本発明の第9実施形態に係る出力バッファの概略構成の一例を示す回路図、図17は、図16の出力バッファの各部の信号波形を示す図である。
図16において、この出力バッファには、図13の出力バッファの構成に加え入力データ判別部Q2が設けられている。なお、入力データ判別部Q2は、データ信号DAが変化した時だけクランプ出力部V1にデータ信号DAが入力されるのを許容するとともに、クランプ出力部V2にデータ反転信号DAbが入力されるのを許容することができ、イネーブル信号enを生成することができる。
ここで、入力データ判別部Q2には、フリップフロップF11、F12、排他的論理和回路N7、NAND回路N8およびインバータI4が設けられている。そして、フリップフロップF11の後段にはフリップフロップF12が接続され、フリップフロップF11の出力端子は排他的論理和回路N7の一方の入力端子に接続され、フリップフロップF12の出力端子は排他的論理和回路N7の他方の入力端子に接続されている。
また、NAND回路N8の一方の入力端子には排他的論理和回路N7の出力端子が接続され、NAND回路N8の他方の入力端子にはインバータI4の出力端子が接続されている。また、インバータI4にはイネーブル信号ENが入力される。
また、NAND回路N1の一方の入力端子には2クロック前のデータ信号DAが入力され、NAND回路N1の他方の入力端子にはイネーブル信号enが入力される。また、NOR回路N2の一方の入力端子には2クロック前のデータ信号DAが入力され、NOR回路N2の他方の入力端子にはイネーブル信号enを反転させたイネーブル反転信号enbが入力される。また、NAND回路N4の一方の入力端子には2クロック前のデータ信号DAを反転させたデータ反転信号DAbが入力され、NAND回路N4の他方の入力端子にはイネーブル信号enが入力される。また、NOR回路N5の一方の入力端子にはデータ反転信号DAbが入力され、NOR回路N5の他方の入力端子にはイネーブル反転信号enbが入力される。
そして、データ信号DAはクロック信号CLKに従ってフリップフロップF11、F12にて順次保持されることで、フリップフロップF11からは1クロック前のデータ信号DAが出力され、フリップフロップF12からは2クロック前のデータ信号DAが出力される。そして、排他的論理和回路N7において、1クロック前のデータ信号DAと2クロック前のデータ信号DAが比較されることでデータ信号DAが変化したかどうかが判別され、その判別結果がNAND回路N8の一方の入力端子に出力される。
また、イネーブル信号ENがインバータI4にて反転されることでイネーブル反転信号ENbが生成され、NAND回路N8の他方の入力端子に出力される。そして、NAND回路N8において、排他的論理和回路N7の出力とイネーブル反転信号ENbとの否定論理積が演算されることでイネーブル信号enが生成される。また、イネーブル信号enがインバータI1にて反転されることでイネーブル反転信号ENbが生成される。
そして、データ信号DAとイネーブル信号enとの否定論理積がNAND回路N1にて演算され、その演算結果がPチャンネル電界効果トランジスタM1のゲートに入力される。また、データ信号DAとイネーブル反転信号enbとの否定論理和がNOR回路N2にて演算され、その演算結果がNチャンネル電界効果トランジスタM2のゲートに入力される。
また、データ反転信号DAbとイネーブル信号enとの否定論理積がNAND回路N4にて演算され、その演算結果がPチャンネル電界効果トランジスタM4のゲートに入力される。また、データ反転信号DAbとイネーブル反転信号enbとの否定論理和がNOR回路N5にて演算され、その演算結果がNチャンネル電界効果トランジスタM5のゲートに入力される。
そして、イネーブル信号enがロウレベルの場合、クランプ出力部V1、V2へのデータ信号DAおよびデータ反転信号DAbの入力が禁止され、クランプ出力部V1、V2の動作が停止される。また、Nチャンネル電界効果トランジスタM31〜M33がオンし、Nチャンネル電界効果トランジスタM2、M5のドレイン間がショートされた状態でプリチャージ信号Vrが供給されることで、クランプ出力部V1、V2の出力レベルが平均化される。
そして、イネーブル信号enがハイレベルになると、Nチャンネル電界効果トランジスタM31〜M33がオフし、クランプ出力部V1、V2は互いに相補的に動作することで、データ信号DAに従って差動化された出力信号TX+、TX−が出力される。
ここで、イネーブル信号enがハイレベルになる前に、クランプ出力部V1、V2の出力レベルを平均化することで、クランプ出力部V1、V2の出力レベルの中間の値から出力信号TX+、TX−の遷移を開始させることができる。
また、イネーブル信号enおよびイネーブル反転信号enbを用いてデータ入力部R1、R2を動作させることにより、データ信号DAが変化したときだけデータ信号DAおよびデータ反転信号DAbに従ってPチャンネル電界効果トランジスタM1、M4およびNチャンネル電界効果トランジスタM2、M5をオン/オフさせることができる。
このため、クランプ出力部V1、V2の電源電圧として高電位VCCと低電位VSSとが供給される場合においても、出力信号TX+、TX−を差動化させつつ、出力信号TX+、TX−の振幅を小さくすることが可能となるとともに、データ信号DAが変化しない時には出力信号TX+、TX−を遷移させないようにすることができ、ノイズ耐性を確保しつつ、出力バッファの低消費電力化を図ることが可能となる。
なお、図16の実施形態では、図5の出力バッファの構成に入力データ判別部Q2および出力等化回路S1を追加する方法について説明したが、図8の出力バッファの構成に入力データ判別部Q2および出力等化回路S1を追加するようにしてもよい。また、図16の実施形態では、出力バッファにデータ入力部R1、R2を設ける方法について説明したが、図10の構成と同様にデータ入力部R1、R2を省略するようにしてもよい。また、図16の実施形態では、出力バッファにクランプ出力部V1、V2を設ける方法について説明したが、図15に示すように、クランプ出力部V1、V2の代わりにCMOSインバータV21、V22を設けるようにしてもよい。
(第10実施形態)
図18は、本発明の第10実施形態に係る出力バッファの概略構成の一例を示す回路図、図19は、図18の出力バッファの各部の信号波形を示す図である。
図18において、この出力バッファには、図16の出力バッファの入力データ判別部Q2の代わりに入力データ判別部Q3が設けられている。なお、入力データ判別部Q3は、データ信号DAが変化した時の1サイクル期間だけクランプ出力部V1にデータ信号DAが入力されるのを許容するとともに、クランプ出力部V2にデータ反転信号DAbが入力されるのを許容することができ、イネーブル信号EN1、EN2を生成することができる。
図18は、本発明の第10実施形態に係る出力バッファの概略構成の一例を示す回路図、図19は、図18の出力バッファの各部の信号波形を示す図である。
図18において、この出力バッファには、図16の出力バッファの入力データ判別部Q2の代わりに入力データ判別部Q3が設けられている。なお、入力データ判別部Q3は、データ信号DAが変化した時の1サイクル期間だけクランプ出力部V1にデータ信号DAが入力されるのを許容するとともに、クランプ出力部V2にデータ反転信号DAbが入力されるのを許容することができ、イネーブル信号EN1、EN2を生成することができる。
ここで、入力データ判別部Q3には、フリップフロップF21〜F23、排他的論理和回路N9、論理積回路N10、N11およびインバータI5が設けられている。そして、フリップフロップF21の後段にはフリップフロップF22が接続され、フリップフロップF21の出力端子は排他的論理和回路N9の一方の入力端子に接続され、フリップフロップF22の出力端子は排他的論理和回路N9の他方の入力端子に接続され、排他的論理和回路N9の出力端子はフリップフロップF23の入力端子に接続されている。
また、論理積回路N10の一方の入力端子にはイネーブル反転信号ENbが入力され、論理積回路N10の他方の入力端子には排他的論理和回路N9の出力が入力される。論理積回路N11の一方の入力端子にはイネーブル信号ENが入力され、論理積回路N11の他方の入力端子にはフリップフロップF23の出力が入力される。また、インバータI5にはイネーブル信号ENが入力される。
また、NAND回路N1の一方の入力端子には2クロック前のデータ信号DAが入力され、NAND回路N1の他方の入力端子にはイネーブル信号EN1が入力される。また、NOR回路N2の一方の入力端子には2クロック前のデータ信号DAが入力され、NOR回路N2の他方の入力端子にはイネーブル信号EN1を反転させたイネーブル反転信号ENb1が入力される。また、NAND回路N4の一方の入力端子には2クロック前のデータ信号DAを反転させたデータ反転信号DAbが入力され、NAND回路N4の他方の入力端子にはイネーブル信号EN1が入力される。また、NOR回路N5の一方の入力端子にはデータ反転信号DAbが入力され、NOR回路N5の他方の入力端子にはイネーブル反転信号ENb1が入力される。
そして、データ信号DAはクロック信号CLKに従ってフリップフロップF21、F22にて順次保持されることで、フリップフロップF21からは1クロック前のデータ信号DAが出力され、フリップフロップF22からは2クロック前のデータ信号DAが出力される。そして、排他的論理和回路N9において、1クロック前のデータ信号DAと2クロック前のデータ信号DAが比較されることでデータ信号DAが変化したかどうかが判別され、その判別結果が論理積回路N10の一方の入力端子に出力されるとともに、フリップフロップF23の入力端子に出力される。
また、イネーブル信号ENがインバータI5にて反転されることでイネーブル反転信号ENbが生成され、論理積回路N10の他方の入力端子に出力される。そして、論理積回路N10において、排他的論理和回路N9の出力とイネーブル反転信号ENbとの論理積が演算されることでイネーブル信号EN2が生成される。
また、排他的論理和回路N9の出力はフリップフロップF23にて保持される。そして、論理積回路N11において、フリップフロップF23の出力とイネーブル信号ENとの論理積が演算されることでイネーブル信号EN1が生成される。また、イネーブル信号EN1がインバータI1にて反転されることでイネーブル反転信号EN1bが生成される。
そして、データ信号DAとイネーブル信号EN1との否定論理積がNAND回路N1にて演算され、その演算結果がPチャンネル電界効果トランジスタM1のゲートに入力される。また、データ信号DAとイネーブル反転信号ENb1との否定論理和がNOR回路N2にて演算され、その演算結果がNチャンネル電界効果トランジスタM2のゲートに入力される。
また、データ反転信号DAbとイネーブル信号EN1との否定論理積がNAND回路N4にて演算され、その演算結果がPチャンネル電界効果トランジスタM4のゲートに入力される。また、データ反転信号DAbとイネーブル反転信号ENb1との否定論理和がNOR回路N5にて演算され、その演算結果がNチャンネル電界効果トランジスタM5のゲートに入力される。
そして、イネーブル信号EN1がロウレベルの場合、クランプ出力部V1、V2へのデータ信号DAおよびデータ反転信号DAbの入力が禁止され、クランプ出力部V1、V2の動作が停止される。また、イネーブル信号EN2がハイレベルの場合、Nチャンネル電界効果トランジスタM31〜M33がオンし、Nチャンネル電界効果トランジスタM2、M5のドレイン間がショートされた状態でプリチャージ信号Vrが供給されることで、クランプ出力部V1、V2の出力レベルが平均化される。
そして、イネーブル信号EN2がロウレベルになると、Nチャンネル電界効果トランジスタM31〜M33がオフする。そして、今回のサイクルにおいてイネーブル信号EN1がハイレベルになると、クランプ出力部V1、V2は互いに相補的に動作し、データ信号DAに従って差動化された出力信号TX+、TX−が出力される。そして、次回のサイクルにおいてイネーブル信号EN1がロウレベルに遷移し、クランプ出力部V1、V2へのデータ信号DAおよびデータ反転信号DAbの入力が禁止されることで、出力信号TX+、TX−のレベルが一定に維持されたままになる。
ここで、データ信号DAが変化した時の1サイクル期間だけイネーブル信号EN1をハイレベルにすることにより、数サイクルに渡ってデータ信号DAが変化しない場合においてもデータ信号DAおよびデータ反転信号DAbがクランプ出力部V1、V2に入力され続けるのを防止することができる。このため、データ信号DAの変化に起因する出力信号TX+、TX−の振幅を小さくすることができ、出力バッファの低消費電力化を図ることが可能となる。
なお、図18の実施形態では、図5の出力バッファの構成に入力データ判別部Q3および出力等化回路S1を追加する方法について説明したが、図8の出力バッファの構成に入力データ判別部Q3および出力等化回路S1を追加するようにしてもよい。また、図18の実施形態では、出力バッファにデータ入力部R1、R2を設ける方法について説明したが、図10の構成と同様にデータ入力部R1、R2を省略するようにしてもよい。また、図18の実施形態では、出力バッファにクランプ出力部V1、V2を設ける方法について説明したが、図15に示すように、クランプ出力部V1、V2の代わりにCMOSインバータV21、V22を設けるようにしてもよい。
図20は、第8実施形態、第9実施形態および第10実施形態の消費電流をシングルエンド構成と比較して示す図である。
図20において、第7実施形態ではシングルエンド構成に対して消費電流を20%程度に低減することができ、第9実施形態ではシングルエンド構成に対して消費電流を15%程度に低減することができ、第10実施形態ではシングルエンド構成に対して消費電流を10%程度に低減することができた。
図20において、第7実施形態ではシングルエンド構成に対して消費電流を20%程度に低減することができ、第9実施形態ではシングルエンド構成に対して消費電流を15%程度に低減することができ、第10実施形態ではシングルエンド構成に対して消費電流を10%程度に低減することができた。
(第11実施形態)
図21は、本発明の第11実施形態に係る出力バッファの概略構成の一例を示す回路図、図22は、図21の出力バッファの各部の信号波形を示す図である。
図21において、この出力バッファには、図18の出力バッファの構成に加え基準電圧設定部U1が設けられている。この基準電圧設定部U1は、クランプ出力部V2の出力レベルを基準電圧Vfに固定することができる。
図21は、本発明の第11実施形態に係る出力バッファの概略構成の一例を示す回路図、図22は、図21の出力バッファの各部の信号波形を示す図である。
図21において、この出力バッファには、図18の出力バッファの構成に加え基準電圧設定部U1が設けられている。この基準電圧設定部U1は、クランプ出力部V2の出力レベルを基準電圧Vfに固定することができる。
ここで、基準電圧設定部U1には、Nチャンネル電界効果トランジスタM41およびコンデンサC1が設けられている。そして、コンデンサC1の一端はNチャンネル電界効果トランジスタM5のドレインに接続されている。Nチャンネル電界効果トランジスタM41のドレインはNチャンネル電界効果トランジスタM5のドレインに接続され、Nチャンネル電界効果トランジスタM41のゲートは論理積回路N10の出力端子に接続されている。また、Nチャンネル電界効果トランジスタM41のソースには基準電圧Vfが供給される。
そして、イネーブル信号EN2がハイレベルになると、Nチャンネル電界効果トランジスタM41がオンし、出力信号TX−は基準電圧Vfに固定され、出力信号TX+は基準電圧Vfを基準として定められる。
これにより、出力信号TX−を出力するための出力端子を不要とすることができ、出力端子の個数を減らすことができる。
なお、図21の実施形態では、出力信号TX−を基準電圧Vfに固定する方法について説明したが、出力信号TX+を基準電圧Vfに固定するようにしてもよい。また、図21の実施形態では、図5の出力バッファの構成に入力データ判別部Q3および出力等化回路S1を追加する方法について説明したが、図8の出力バッファの構成に入力データ判別部Q3および出力等化回路S1を追加するようにしてもよい。また、図21の実施形態では、出力バッファにデータ入力部R1、R2を設ける方法について説明したが、図10の構成と同様にデータ入力部R1、R2を省略するようにしてもよい。また、図21の実施形態では、出力バッファにクランプ出力部V1、V2を設ける方法について説明したが、図15に示すように、クランプ出力部V1、V2の代わりにCMOSインバータV21、V22を設けるようにしてもよい。また、図21の実施形態では、出力バッファに入力データ判別部Q3を設ける方法について説明したが、入力データ判別部Q3を省略するようにしてもよい。また、図21の実施形態では、出力バッファに出力等化回路S1を設ける方法について説明したが、出力等化回路S1を省略するようにしてもよい。
1、111 コントローラ、2 チャネル、112 差動伝送路、3−1〜3−n、13−1〜13−n NANDメモリ、PK1 半導体パッケージ、CP1〜CPm半導体チップ、TM、TM1〜TM17 外部端子、PD1〜PDm パッド電極、BW ボンディングワイヤ、11 入力バッファ、12 出力バッファ、13 NANDフラッシュメモリ、V1、V1´、V2 クランプ出力部、R1、R1´、R2 データ入力部、M1、M4、M11〜M13、M21、M24 Pチャンネル電界効果トランジスタ、M2、M5、M14、M15、M22、M25、M31〜M33、M41 Nチャンネル電界効果トランジスタ、M3、M6、M23、M26 クランプトランジスタN1、N4、N8 NAND回路、N2、N5 NOR回路、I1〜I5 インバータ、TX0〜TXn 出力バッファ、RX0〜RXn 入力バッファ、Q1〜Q3 入力データ判別部、F1、F2、F11、F12、F21〜F23 フリップフロップ、N6、N7、N9 排他的論理和回路、V21、V22 CMOSインバータ、S1 出力等化回路、N10、N11 論理積回路、U1 基準電圧設定部、C1 コンデンサ
Claims (9)
- Pチャンネル電界効果トランジスタとNチャンネル電界効果トランジスタとの間にクランプ用電界効果トランジスタが直列に挿入され、前記Pチャンネル電界効果トランジスタのソースに供給される高電位と前記Nチャンネル電界効果トランジスタのソースに供給される低電位との間の中間レベルを前記クランプ用電界効果トランジスタのゲートに入力することで、前記Pチャンネル電界効果トランジスタのドレイン電位または前記Nチャンネル電界効果トランジスタのドレイン電位をクランプするクランプ出力段と、
前記クランプ出力段の前段に接続され、イネーブル信号に基づいて前記Pチャンネル電界効果トランジスタのゲートと前記Nチャンネル電界効果トランジスタのゲートにデータ信号を入力するデータ入力部とを備えることを特徴とする出力バッファ。 - 第1のPチャンネル電界効果トランジスタと第1のNチャンネル電界効果トランジスタとの間に第1のクランプ用電界効果トランジスタが直列に挿入され、前記第1のPチャンネル電界効果トランジスタのソースに供給される高電位と前記第1のNチャンネル電界効果トランジスタのソースに供給される低電位との間の中間レベルが前記第1のクランプ用電界効果トランジスタのゲートに入力され、データ信号が前記第1のPチャンネル電界効果トランジスタのゲートと前記第1のNチャンネル電界効果トランジスタのゲートに入力される第1のクランプ出力部と、
第2のPチャンネル電界効果トランジスタと第2のNチャンネル電界効果トランジスタとの間に第2のクランプ用電界効果トランジスタが直列に挿入され、前記第2のPチャンネル電界効果トランジスタのソースに供給される高電位と前記第2のNチャンネル電界効果トランジスタのソースに供給される低電位との間の中間レベルが前記第2のクランプ用電界効果トランジスタのゲートに入力され、前記データ信号を反転させたデータ反転信号が前記第2のPチャンネル電界効果トランジスタのゲートと前記第2のNチャンネル電界効果トランジスタのゲートに入力される第2のクランプ出力部とを備えることを特徴とする出力バッファ。 - 第1のPチャンネル電界効果トランジスタと第1のNチャンネル電界効果トランジスタとの間に第1のクランプ用電界効果トランジスタが直列に挿入され、前記第1のPチャンネル電界効果トランジスタのソースに供給される高電位と前記第1のNチャンネル電界効果トランジスタのソースに供給される低電位との間の中間レベルを前記第1のクランプ用電界効果トランジスタのゲートに入力することで、前記第1のPチャンネル電界効果トランジスタのドレイン電位または前記第1のNチャンネル電界効果トランジスタのドレイン電位をクランプする第1のクランプ出力部と、
第2のPチャンネル電界効果トランジスタと第2のNチャンネル電界効果トランジスタとの間に第2のクランプ用電界効果トランジスタが直列に挿入され、前記第2のPチャンネル電界効果トランジスタのソースに供給される高電位と前記第2のNチャンネル電界効果トランジスタのソースに供給される低電位との間の中間レベルを前記第2のクランプ用電界効果トランジスタのゲートに入力することで、前記第2のPチャンネル電界効果トランジスタのドレイン電位または前記第2のNチャンネル電界効果トランジスタのドレイン電位をクランプする第2のクランプ出力部と、
前記第1のクランプ出力部の前段に接続され、イネーブル信号に基づいて前記第1のPチャンネル電界効果トランジスタのゲートと前記第1のNチャンネル電界効果トランジスタのゲートにデータ信号を入力する第1のデータ入力部と、
前記第2のクランプ出力部の前段に接続され、前記イネーブル信号に基づいて前記第2のPチャンネル電界効果トランジスタのゲートと前記第2のNチャンネル電界効果トランジスタのゲートに前記データ信号を反転させたデータ反転信号を入力する第2のデータ入力部とを備えることを特徴とする出力バッファ。 - 各データ出力サイクル内において、前記データ信号が変化した時だけ前記第1のクランプ出力部に前記データ信号が入力されるのを許容するとともに、前記第2のクランプ出力部に前記データ反転信号が入力されるのを許容する入力データ判別部を備えることを特徴とする請求項2または3に記載の出力バッファ。
- 前記入力データ判別部は、前記データ信号が変化した時の1サイクル期間だけ前記第1のクランプ出力部に前記データ信号が入力されるのを許容するとともに、前記第2のクランプ出力部に前記データ反転信号が入力されるのを許容することを特徴とする請求項4に記載の出力バッファ。
- サイクルごとに前記第1のクランプ出力部の出力レベルと前記第2のクランプ出力部の出力レベルとを平均化する出力等化回路を備えることを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載の出力バッファ。
- 前記第2のクランプ出力部の出力レベルを基準電圧に固定する基準電圧設定部を備えることを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載の出力バッファ。
- 第1のCMOSインバータと、
第2のCMOSインバータと、
前記第1のCMOSインバータの前段に接続され、イネーブル信号に基づいて前記第1のCMOSインバータにデータ信号を入力する第1のデータ入力部と、
前記第2のCMOSインバータの前段に接続され、イネーブル信号に基づいて前記第2のCMOSインバータに前記データ信号を反転させたデータ反転信号を入力する第2のデータ入力部と、
前記データ信号が変化した時だけ前記第1のCMOSインバータに前記データ信号が入力されるのを許容するとともに、前記第2のCMOSインバータに前記データ反転信号が入力されるのを許容する入力データ判別部とを備えることを特徴とする出力バッファ。 - 第1のCMOSインバータと、
第2のCMOSインバータと、
前記第1のCMOSインバータの前段に接続され、イネーブル信号に基づいて前記第1のCMOSインバータにデータ信号を入力する第1のデータ入力部と、
前記第2のCMOSインバータの前段に接続され、イネーブル信号に基づいて前記第2のCMOSインバータに前記データ信号を反転させたデータ反転信号を入力する第2のデータ入力部と、
クロック信号に同期して前記第1のCMOSインバータの出力レベルと前記第2のCMOSインバータの出力レベルとを平均化する出力等化回路とを備えることを特徴とする出力バッファ。
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