JP2715979B2 - 出力バッファ回路 - Google Patents

出力バッファ回路

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JP2715979B2
JP2715979B2 JP7095304A JP9530495A JP2715979B2 JP 2715979 B2 JP2715979 B2 JP 2715979B2 JP 7095304 A JP7095304 A JP 7095304A JP 9530495 A JP9530495 A JP 9530495A JP 2715979 B2 JP2715979 B2 JP 2715979B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は出力バッファ回路に関
し、特にプロセス変動や外部条件に対して駆動能力を一
定に保持するように補正する駆動能力可変型のASIC
などに用いられる出力バッファ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】微細化および高集積度化の技術進歩に伴
ない、CMOSトランジスタを用いたASICにおいて
もゲート数1Mゲート、クロック周波数100MHz以
上のものが用いられるようになってきている。しかし、
この種のASICではプロセス条件の変化から、MOS
トランジスタのチャネル抵抗などの電気的特性の変動が
生じがちであり、出力素子として用いた場合、駆動能力
の変化により出力波形のスルーレートが変化し遅延量が
変化するという問題点がある。また、電源電圧や周囲温
度などの環境変化によっても同様に駆動能力が変化し遅
延量が変化する。このような、プロセス変動や外部条件
による遅延量変動の対策として、駆動能力を一定に保持
するように補正する駆動能力可変型のバッファ回路が提
案されている。
【0003】従来、この種の出力バッファ回路は、例え
ば、アイイーイーイー1993年カストム・インテグレ
ーテッドサーキット・コンフアレンス(IEEE 19
93Custum Integlated Circu
its Conference)予稿集第29.1.1
〜4頁所載の論文アウトプットバッファ・ウイズ・オン
チップ・コンペンセーションサーキット(Output
Buffer with On−Chip Comp
ensationCircuit)(文献1)記載され
ているように、補償信号発生回路とこの補償信号でバッ
ファの駆動能力をディジタル的に制御する制御回路付の
バッファ回路とを備え、外部条件やプロセス変動などに
起因する出力トランジスタの駆動能力の変動により、立
上りによる出力変化を抑圧していた。
【0004】文献1記載の従来の出力バッファ回路をブ
ロックで示す図3を参照すると、この従来の出力バッフ
ァ回路は、プロセス変動に起因するMOSトランジスタ
のチャネル抵抗の電圧降下測定によりNおよびPチャネ
ルの各々のトランジスタ用の補償信号CP,CNを発生
する補償信号発生回路5と、補償信号CP,CNの供給
に応答して駆動能力が制御されるバッファ回路6とを備
える。
【0005】補償信号発生回路5はそれぞれディジタル
バイナリ数の補償信号AP,ANで駆動され信号PI,
NIをそれぞれの負荷抵抗RLP,RLNに発生する可
変チャネル幅のP,NチャネルトランジスタP51,N
51と、信号PI,PNの各々と基準電圧VRP,VR
Nとを比較しディジタルの比較信号PC,NCをそれぞ
れ発生する比較回路51,52と、比較信号PC,NC
の供給に応答してディジタルの補償信号CP,CNおよ
び補償信号AP,BPを発生する制御回路53とを備え
る。
【0006】バッファ回路6は補償信号CP,CNの各
々の供給に応答してディジタル補償信号BP,BNをそ
れぞれ発生する制御回路61,62と、信号BP,BN
の供給に応答して出力信号Oを出力する可変チャネル幅
のトランジスタP61,N61とから成る出力回路63
とを備える。
【0007】トランジスタP51,N51およびトラン
ジスタP61,N61は4種類のチャネル幅のゲートの
1つをそれぞれ備える4個のトランジスタから成り、こ
れら4個のトランジスタのオン/オフ制御により8段階
のチャネル幅制御を可能とするものである。
【0008】次に、図3を参照して、従来の出力バッフ
ァ回路の動作について説明すると、まず、比較回路5
1,52は信号PI,NIの各々と基準電圧VRP,V
RNの各々とを比較し、それぞれディジタルのL,H各
レベル信号から成る比較信号PC,NCをそれぞれ発生
する。ここで基準電圧VRP,VRNは、例えば、出力
回路63の正常条件の時の出力電圧に設定される。次
に、制御回路53は、比較信号PC,NCの各々をクロ
ックの供給毎にサンプリングし、カウンタ回路等から成
るレジスタに蓄積するとともに、過去の蓄積データであ
る履歴と平均化してバイナリ数の信号CP,CNを発生
する。同時に信号AP,ANとしてトランジスタP5
1,N51の各々にフイードバックし、チャネル幅を制
御して信号PI,PNすなわち出力信号Oと基準電圧V
RP,VRNとの差が縮小するようにする。
【0009】一方、制御回路61,62の各々は、信号
CP,CNをそれぞれ信号AP,ANに対応するバイナ
リ補償信号BP,BNに変換し出力回路63を駆動して
出力信号Oを出力する。
【0010】このようにして外部条件やプロセス変動に
もかかわらず出力バッファの駆動能力を一定に保ち、遅
延量を一定に保つことができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の出力バ
ッファ回路は、ディジタル回路により出力トランジスタ
のチャネル幅を制御することにより駆動能力の補償制御
を行うので出力バッファの駆動能力はディジタル的すな
わち離散的にしか変化できず、目標の駆動能力に一致さ
せることが困難であるため、遅延補償も離散的にしか行
えないという欠点があった。
【0012】また、ディジタル回路であるため、これら
回路の動作に起因するジッタやノイズの発生が多くこれ
らの抑圧が困難であるという欠点があった。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の出力バッフア回
路は、電源電圧および周囲温度および製造プロセスに起
因するチャネル抵抗を含む外部条件の変化に対応して変
化するトランジスタの電流駆動能力を補償して一定の駆
動能力に保持するため基準電圧と前記電流駆動能力を示
す駆動能力検出信号とを比較して比較信号を発生しこの
比較信号をアナログ的に処理して前記電流駆動能力を補
償する補償信号を発生する補償信号発生回路と、前記補
償信号の供給に応答して前記電流駆動能力が制御される
トランジスタを含むバッファ増幅回路とを有する駆動能
力補償回路を備える半導体集積回路の出力バッファ回路
において、前記補償信号発生回路が、前記基準電圧と前
記駆動能力検出信号とを比較して比較信号を発生する比
較回路と、前記比較信号を一時保持しクロックの供給に
応答してこの比較信号対応の保持信号を出力するラッチ
回路と、前記クロックの供給に応答して前記保持信号の
第1,第2のレベルにそれぞれ対応する第1,第2のパ
ルス信号のいずれか一方を出力するパルス発生ロジック
と、前記第1または第2のパルス信号の供給に応答して
それぞれ第1または第2のレベルの直流電圧信号を生成
するパルス電圧変換回路と、前記直流電圧信号を平滑し
て前記補償信号を発生するローパスフィルタと、電源に
負荷抵抗を経由してドレインを接続した第1のトランジ
スタとこの第1のトランジスタのソースにドレインを接
続しゲートに前記補償信号の供給を受ける第2のトラン
ジスタを備え前記負荷抵抗に前記駆動能力検出信号を発
生する第1のバッファ回路とを備えて構成されている。
【0014】
【実施例】次に、本発明の実施例をブロックで示す図1
を参照すると、この図に示す本実施例の出力バッファ回
路は、プロセス変動に起因するMOSトランジスタのチ
ャネル抵抗の電圧降下測定により出力回路のトランジス
タ用の補償信号SCを発生する補償信号発生回路1と、
補償信号SCの供給に応答して駆動能力が制御されるバ
ッファ回路2とを備える。
【0015】補償信号発生回路1は、基準電圧VRと補
償入力信号Eとを比較し比較信号Aを発生する比較回路
11と、比較信号Aを一時保持しクロックCKの供給に
応答して信号Bを出力するラッチ回路12と、信号Bの
L,Hの各レベルに応答してクロックCKに同期したダ
ウン/アップパルス信号CD/CUをそれぞれ発生する
パルス発生ロジック13と、パルス信号CD/CUをア
ナログ信号Dに変換するチャージポンプ回路14と、信
号Dの高域成分を除去し平滑して補償信号SCを出力す
るローパスフィルタ(LPF)15と、直列接続されそ
れぞれのゲートに電源電圧VD,信号SCが供給され負
荷抵抗RLに信号Eを発生するNチャネルトランジスタ
N11,N12から成る出力回路16とを備える。
【0016】バッファ回路2は、入力信号Fを反転し信
号バーFを出力するインバータI21と、直列接続され
オープンドレインバッファ回路を構成しそれぞれのゲー
トに信号バーF,信号SCが供給されトランジスタN1
1,N12と同様な特性のNチャネルトランジスタN2
1,N22から成る出力回路21とを備える。
【0017】次に、図1および動作タイムチャートを示
す図2を参照して本実施例の動作について説明すると、
比較回路11は、従来と同様に、出力回路16のプルア
ップ抵抗RLに生じた補償入力信号Eと基準電圧VRと
を比較し比較信号Aを発生する。信号Eが信号VRより
大きい場合には信号AがHレベルとなる。ラッチ12は
信号AをラッチしクロックCK毎に信号Aのレべル対応
のレベル、この例ではHレベルの信号Bとして出力す
る。パルス発生ロジック13はクロックCKの供給毎に
信号Bのレベルに対応し一定幅のパルス信号CUあるい
はCDのいずれか、この例ではアップパルス信号CUを
出力する。チャージポンプ回路14は、図示のように、
信号CUを反転するインバータI41と直列接続された
PチャネルトランジスタP41とNチャネルトランジス
タN41とから成り、入力信号がこの例のように信号C
Uの場合はI41で反転してトランジスタP41のゲー
トに供給する。するとトランジスタP41が導通するの
で出力信号DはHレベルとなる。反対に入力信号が信号
CDの場合にはそのままトランジスタN41のゲートに
供給され、このトランジスタN41が導通するので出力
信号DはLレベルとなる。
【0018】LPF15はこの信号Dを平滑し補償信号
SCを生成する。この信号SCはLPFを構成するCR
回路の時定数に対応してゆっくりと変化し、ノイズ成分
やジッタ成分が効果的に除去される。補償信号SCは出
力回路16のトランジスタN12のゲートおよび出力回
路21のトランジスタN22のゲートにそれぞれ供給さ
れる。バッファ回路2のトランジスタN22は補償信号
SCのレベルに対応して電流駆動能力が変化し、直列接
続された入力用トランジスタN21の電流駆動能力を変
化させる。同様に、トランジスタN12は信号SCによ
り直列接続されたトランジスタN11の電流駆動能力を
変化させ信号Eの変化として信号Eと基準電圧VRとが
一致するように比較回路にフイードバックされ、プロセ
スや外部条件の変化を打ち消すように動作する。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の出力バッ
ファ回路は、駆動能力補償回路がアナログ補償信号発生
回路と、この補償信号により電流駆動能力が制御される
トランジスタを含むバッファ増幅回路とを備えるアナロ
グフイードバックループ技術を用いているので、本質的
に連続制御であり、バッファ駆動能力を常に目標値に一
致させることができるため、遅延時間もほぼ一定に保持
できるという効果がある。
【0020】また、LPFの時定数を変えることによっ
て、最適な駆動能力の追従速度を設定するとともにジッ
タやノイズの除去能力を大きくすることができるという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の出力バッファ回路の一実施例を示すブ
ロック図である。
【図2】本実施例の出力バッファ回路における動作の一
例を示すタイムチャートである。
【図3】従来の出力バッファ回路の一例を示すブロック
図である。
【符号の説明】
1,5 補償信号発生回路 2,6 バッファ回路 11,51,52 比較回路 12 ラッチ回路 13 パルス発生ロジック 14 チャージポンプ回路 15 LPF 16,21,63 出力回路 61,62 制御回路 I21,I41 インバータ N11,N12,N21,N22,N41,N51,N
61,P41,P51,P61 トランジスタ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源電圧および周囲温度および製造プロ
    セスに起因するチャネル抵抗を含む外部条件の変化に対
    応して変化するトランジスタの電流駆動能力を補償して
    一定の駆動能力に保持するため基準電圧と前記電流駆動
    能力を示す駆動能力検出信号とを比較して比較信号を発
    生しこの比較信号をアナログ的に処理して前記電流駆動
    能力を補償する補償信号を発生する補償信号発生回路
    と、前記補償信号の供給に応答して前記電流駆動能力が
    制御されるトランジスタを含むバッファ増幅回路とを
    する駆動能力補償回路を備える半導体集積回路の出力バ
    ッファ回路において、 前記補償信号発生回路が、前記基準電圧と前記駆動能力
    検出信号とを比較して比較信号を発生する比較回路と、 前記比較信号を一時保持しクロックの供給に応答してこ
    の比較信号対応の保持信号を出力するラッチ回路と、 前記クロックの供給に応答して前記保持信号の第1,第
    2のレベルにそれぞれ対応する第1,第2のパルス信号
    のいずれか一方を出力するパルス発生ロジックと、 前記第1または第2のパルス信号の供給に応答してそれ
    ぞれ第1または第2のレベルの直流電圧信号を生成する
    パルス電圧変換回路と、 前記直流電圧信号を平滑して前記補償信号を発生するロ
    ーパスフィルタと、 電源に負荷抵抗を経由してドレインを接続した第1のト
    ランジスタとこの第1のトランジスタのソースにドレイ
    ンを接続しゲートに前記補償信号の供給を受ける第2の
    トランジスタを備え前記負荷抵抗に前記駆動能力検出信
    号を発生する第1のバッファ回路 とを備えることを特徴
    とする出力バッファ回路。
  2. 【請求項2】記バッファ増幅回路が、ゲートに入力
    信号の供給を受けドレインに出力信号を出力する第3の
    トランジスタとこの第3のトランジスタのソースにドレ
    インを接続しゲートに前記補償信号の供給を受ける第4
    のトランジスタとを含む第2のバッファ回路を備えるこ
    とを特徴とする請求項1記載の出力バッフア回路。
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