JP2894278B2 - データ転送補償出力バッファ - Google Patents

データ転送補償出力バッファ

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JP2894278B2
JP2894278B2 JP8142248A JP14224896A JP2894278B2 JP 2894278 B2 JP2894278 B2 JP 2894278B2 JP 8142248 A JP8142248 A JP 8142248A JP 14224896 A JP14224896 A JP 14224896A JP 2894278 B2 JP2894278 B2 JP 2894278B2
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mos transistor
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光昭 田岸
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Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、出力バッファに関
し、特に、CMOS回路における信号を伝送路にインタ
ーフェースする出力バッファにおいて、環境条件、及び
プロセス条件によらずに、一定のデータ転送を実現する
出力バッファに関する。
【0002】
【従来の技術】デジタルコンピュータ等では、複数のL
SI回路を含んでなり、その回路間は低インピーダンス
(約50〜70Ω)の、1対1又は1対多数に伝送路で
相互接続され、データ転送を行っている。図9に、伝送
路の構成を示す。図9において、1は終端電圧、2終端
抵抗、3は伝送路、4は出力バッファ、5は入力バッフ
ァを示している。
【0003】このような伝送路に、高速で低消費電力に
データ伝送を行う場合、図10(A)に示すようなNチ
ャネルオープンドレインバッファが用いられる。
【0004】図10(A)を参照して、従来の出力バッ
ファは、ソースを接地しドレインを信号出力端子に接続
したオープンドレイン型NチャネルMOSトランジスタ
6と、NチャネルMOSトランジスタ6のゲート(節点
B)と内部回路の出力(節点A)との間に接続されたイ
ンバータ回路9と、信号出力端子(節点C)と節点B間
に直列に接続されたフィードバック用のNチャネルMO
Sトランジスタ10、11と、トランジスタ11のゲー
ト(節点D)と節点Aとの間に接続されたインバータ回
路8(ディレイ回路)と、から構成されている。
【0005】低インピーダンスの伝送路に高速でデータ
伝送する場合、一番問題になるのは、伝送路上のオーバ
ーシュート又はグラウンドバウンズである。これを抑制
するために、図10(A)に示した出力バッファは、非
常に広いNチャネルオープンドレイン構造をもち、伝送
路にマッチングするような終端抵抗2を介して、ある終
端電圧1で終端する(図9参照)。
【0006】データは、その振幅が終端電圧1と低電位
レベルの間にて転送される。
【0007】また、図10(A)において、インバータ
8からなるディレイ回路は、フィードバック時間を決定
し、立ち上がり時の波形鈍りを決定する。
【0008】図10(B)は、図10(A)の各節点の
信号波形を示した波形図である。入力信号の電位(節点
Aの電位)がローレベルからハイレベルに遷移する際
(図中Aで示す)、オープンドレイン型NチャネルMO
Sトランジスタ6のゲート電位(節点B)はインバータ
9の遅延時間で定まる時間後にローレベルとなり、Nチ
ャネルMOSトランジスタ6がオフし、出力端子(終端
抵抗で終端電位にプルアップされる)の電圧が立ち上が
る。その際、入力信号電圧の遷移からインバータ回路8
で定まる時間後に節点Dがハイレベルからローレベルに
変化しNチャネルMOSトランジスタ11はオン状態か
らオフ状態となり、信号出力端子Cの出力信号波形は、
図10(B)に波形Cで示すようなスルーレートを有す
る。
【0009】このように、出力バッファが低振幅で立ち
上がり時に、立ち上がり波形を鈍らせ(スルーレートを
小さくする)ことにより、この出力バッファは、高速、
低消費電力でオーバーシュート又はグラウンドバウンズ
の少ないデータ転送を実現できる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、データ転送速
度や伝送路の分岐の本数はユーザ個々に違う。
【0011】伝送路が1対多数の場合、スルーレート時
間とフィードバック時間は大きくとり、伝送路上のオー
バーシュート又はグラウンドバウンズを抑制する。
【0012】伝送路が1対1の場合スルーレート時間と
フィードバック時間はそれほど大きくとる必要はなく、
その分高い転送速度で転送できる。
【0013】この相反する事実のため、その伝送路に合
ったバッファを複数用意しなければならない。
【0014】また、スルーレート時間とフィードバック
時間は、環境条件(周囲温度、電源電圧)やプロセス条
件などによって、変動するため、条件によって異なった
波形となる。
【0015】従って、本発明は、上記事情に鑑みてなさ
れたものであって、環境条件やプロセス条件が変動して
も一定のデータ転送を行い、ユーザ個々に異なる伝送路
に対しても対応できるバッファを提供することを目的と
する。
【0016】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の出力バッファは、出力信号の遷移を遅延さ
せるディレイ回路のディレイ値と、前記出力信号のスル
ーレートを定める回路のスルーレート値と、を可変に制
御する手段を備えたものである。より詳細には、本発明
は、ソースが接地されドレインが出力端子に接続されて
なるオープンドレイン構成の出力トランジスタのゲート
と、入力信号を入力し反転出力するインバータ回路の出
力との間に、前記入力信号のスルーレートを、制御回路
からの出力電圧に応じて可変させるスルーレート可変回
路を備え、前記入力信号を入力し前記制御回路からの前
記出力電圧に応じて遅延時間を可変して前記入力信号を
遅延出力するディレイ回路と、前記オープンドレイン構
成の出力トランジスタのドレインと、前記スルーレート
可変回路の入力端との間に、直列形態に接続され、ゲー
トに、前記入力信号、及び、前記入力信号を前記ディレ
イ回路を介して遅延させた信号を、それぞれ入力とする
少なくとも2つのトランジスタを備える。前記ディレイ
回路は、電源と接地間に直列形態に接続された第1のP
チャネルMOSトランジスタ、及び第1、第2のNチャ
ネルMOSトランジスタを備え、前記第1のPチャネル
MOSトランジスタ及び前記第1のNチャネルMOSト
ランジスタのゲートには前記入力信号が共通に入力さ
れ、前記第1のNチャネルMOSトランジスタと接地間
に接続された第2のNチャネルMOSトランジスタのゲ
ートには、前記制御回路からの前記出力電圧が入力さ
れ、前記第1のPチャネルMOSトランジスタと前記第
1のNチャネルMOSトランジスタとの接続点から出力
を取り出す、構成とされている。またこのスルーレート
可変回路は、PチャネルMOSトランジスタとNチャネ
ルMOSトランジスタからなるCMOSトランスファゲ
ートよりなり、該PチャネルMOSトランジスタのゲー
トは接地され、該NチャネルMOSトランジスタのゲー
トには前記制御回路からの前記出力電圧が入力される
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して以下に説明する。
【0018】図1は、本発明の実施の形態の構成を示す
図である。図1を参照して、入力信号を入力とするイン
バータ回路9と、ソースが接地されドレインが信号出力
端子に接続されたオープンドレイン構成のNチャネルM
OSトランジスタ6と、インバータ回路9とNチャネル
MOSトランジスタ6のゲートとの間に挿入されたCM
OS型トランスファゲート7と、インバータ回路9の出
力とNチャネルMOSトランジスタ6のドレインとの間
に直列に接続されたNチャネルMOSトランジスタ1
0、11と、PチャネルMOSトランジスタ8−1とN
チャネルMOSトランジスタ8−2、8−3からなり、
PチャネルMOSトランジスタ8−1とNチャネルMO
Sトランジスタ8−2はCMOSインバータを構成し、
入力信号をゲート入力とし出力をNチャネルMOSトラ
ンジスタ11のゲートに接続し、NチャネルMOSトラ
ンジスタ8−3のゲートには制御回路12の出力を入力
とするディレイ回路8と、から構成されている。CMO
S型トランスファゲート7のPチャネルMOSトランジ
スタのゲートは接地され、NチャネルMOSトランジス
タのゲートは制御回路12の出力に接続され、入力信号
のスルーレートを定める(「スルーレート回路」とい
う)。
【0019】制御回路12は、ディレイ回路8のディレ
イ値と、スルーレート回路7のスルーレート値を制御す
る。
【0020】例えば、ディレイ値とスルーレート値を大
きくとりたい場合、言い換えるとスピードを遅くしたい
場合や1対多数の伝送路でデータ転送する場合は、コン
トロール電圧を低く設定する。
【0021】また、ディレイ値とスルーレート値を小さ
くとりたい場合、言い換えるとスピードを速くしたい場
合や1対1の伝送路で高速にデータ転送する場合は、コ
ントロール電圧を高く設定すればよい。
【0022】次に、本発明の実施の形態を更に詳細に説
明すべく、本発明の実施例の回路構成と動作について説
明する。図2に、本発明の実施例に係るコントロール回
路12の構成例を示す。
【0023】このコントロール回路は、チップ内部のN
チャネルMOSトランジスタ14と外付けの抵抗13と
から構成されており、一種の検出回路になっている。
【0024】次に、環境条件やプロセス条件が変動した
場合の動作について説明をする。もし、環境条件やプロ
セス条件がトランジスタの動作速度が速くなる方向に変
動した場合、図4のNチャネルMOSトランジスタ14
のオン抵抗(r)が小さくなる。E点の電位は、外付け
抵抗13(抵抗値R)とNチャネルMOSトランジスタ
14のオン抵抗(抵抗値r)の比で決まるため、この場
合、E点の電位は低くなる方向に変化する。
【0025】このE点の電位は、図1に示したディレイ
回路やスルーレート回路のコントロール信号として供給
されるため、環境条件やプロセス条件が、トランジスタ
の動作速度が速くなる方向に変化した場合には、この出
力バッファ自身で速度を遅くするように動作する。
【0026】逆に、トランジスタの動作速度が遅くなる
方向に条件が変動した場合、NチャネルMOSトランジ
スタ14のオン抵抗は大きくなり、E点での電位は高く
なる方向に変化する。このため、環境条件やプロセス条
件が、トランジスタの動作速度が遅くなる方向に変化し
た場合は、この出力バッファ自身で速度を速くするよう
に動作する。
【0027】本発明の実施例の回路について、回路シミ
ュレータSPICEにてシミュレーションを行って検証
した。
【0028】図4に、今回使用した伝送路のモデルを示
す。同図に示すように、10スロットの場合を想定し
た。信号波形はF点より入力し、G〜Oのポイントで観
測した。図5から図8は測定結果で、図5及び図6は従
来の出力バッファの結果を示し、図7及び図8は本発明
の実施例の出力バッファの結果を示す。条件はそれぞれ
ティピカル(typical)とベスト(best)の
場合で実行し比較した。
【0029】ここで、typical条件とは、電源電
圧3.3V、温度27度、プロセス典型(typica
l)で、best条件とは、電源電圧3.6V、温度−
40度、プロセス最良(best)の場合である。
【0030】図6に示す通り、従来の出力バッファは、
best条件になるとオーバーシュートは大きく現れ
る。
【0031】しかし、本発明の実施例の出力バッファ
は、図8からも明らかなように、best条件でもオー
バーシュートは小さく、条件によらず一定の波形を転送
できる。すなわち、typical(図7)及びbes
t条件(図8)下での出力波形の差異は従来の出力バッ
ファよりも少ない。
【0032】図3に、本発明の第2の実施例のコントロ
ール回路の構成例を示す。この回路は、電圧を抵抗で分
圧した電位をコントロール信号Eとするもので、外から
ディレイ回路やスルーレート回路のコントロール信号電
位を設定する仕組みになっており、一種のバイアス回路
になっている。
【0033】この回路は、図に示すように、E点の電
位を直接入力する方法や、図のコントロール回路の外
付け抵抗Rの値を変化させる方法もある。
【0034】次に、本実施例の動作を説明する。1対多
数の伝送路にデータ転送したい場合、伝送路の分岐の部
分で、マッチングがとれないため、ディレイ値とスルー
レート値を多めにとり、オーバーシュート又はグラウン
ドバウンズを抑制しなければならない。この場合コント
ロール信号の電位を低く設定し、ディレイ値をスルーレ
ート値を大きくとるように設定する。
【0035】逆に、1対1の伝送路に高速にデータ転送
したい場合、1対多数の場合のようにディレイ値とスル
ーレート値をそれほど大きくとる必要はなく、コントロ
ール信号の電位を高く設定すれば、ディレイ値とスルー
レートとは小さくなり、高速にデータ転送できる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
CMOS回路で伝送路にインターフェースするために、
環境条件やプロセス条件が変動しても、ディレイ時間と
スルーレートを可変に制御することにより、一定のデー
タ転送を行い、しかもそれぞれユーザ個々に異なる伝送
路に対しても対応できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の出力バッファの構成を示
す図である。
【図2】本発明の一実施例のコントロール回路の構成を
示す図である。
【図3】本発明の第2の実施例のコントロール回路の構
成を示す図である。
【図4】SPICE実行伝送路モデルを示す図である。
【図5】従来技術の出力バッファのtypical条件
におけるSPICEシミュレーション実行結果を示す図
である。
【図6】従来技術の出力バッファのbest条件におけ
るSPICEシミュレーション実行結果を示す図であ
る。
【図7】本発明の実施例の出力バッファのtypica
l条件におけるSPICEシミュレーション実行結果を
示す図である。
【図8】本発明の実施例の出力バッファのbest条件
におけるSPICEシミュレーション実行結果を示す図
である。
【図9】伝送路の概略構成を示す図である。
【図10】従来の出力バッファの概略図である。
【符号の説明】
1 終端電圧 2 終端抵抗 3 伝送路 4 出力バッファ 5 入力バッファ 6 NチャネルMOSトランジスタ 7 スルーレート回路 8 ディレイインバータ回路 9 ディレイ回路 10、11 NチャネルMOSトランジスタ 12 コントロール回路 13 外付け抵抗 14 NチャネルMOSトランジスタ 15 バイアス回路

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ソースが接地されドレインが出力端子に接
    続されてなるオープンドレイン構成の出力トランジスタ
    のゲートと、入力信号を入力し反転出力するインバータ
    回路の出力との間に、前記入力信号のスルーレートを、
    制御回路からの出力電圧に応じて可変させるスルーレー
    ト可変回路を備え前記入力信号を入力し前記制御回路からの前記出力電圧
    に応じて遅延時間を可変して前記入力信号を遅延出力す
    ディレイ回路と 前記オープンドレイン構成の出力トランジスタのドレイ
    ンと、前記スルーレート可変回路の入力端との間に、直
    列形態に接続され、ゲートに、前記入力信号、及び、前
    記入力信号を前記ディレイ回路を介して遅延させた信号
    を、それぞれ入力とする少なくとも2つのトランジスタ
    と、 を備えたことを特徴とする出力バッファ。
  2. 【請求項2】前記ディレイ回路が、電源と接地間に直列
    形態に接続された第1のPチャネルMOSトランジス
    タ、及び第1、第2のNチャネルMOSトランジスタを
    備え、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ及び前
    記第1のNチャネルMOSトランジスタのゲートには前
    記入力信号が共通に入力され、前記第1のNチャネルM
    OSトランジスタと接地間に接続された第2のNチャネ
    ルMOSトランジスタのゲートには、前記制御回路から
    の前記出力電圧が入力され、前記第1のPチャネルMO
    Sトランジスタと前記第1のNチャネルMOSトランジ
    スタとの接続点から出力を取り出す、構成とされてい
    る、ことを特徴とする請求項1記載の出力バッファ。
  3. 【請求項3】前記スルーレート可変回路が、Pチャネル
    MOSトランジスタとNチャネルMOSトランジスタか
    らなるCMOS型トランスファゲートよりなり、該CM
    OS型トランスファゲートを構成する該PチャネルMO
    Sトランジスタのゲートは接地され、該NチャネルMO
    Sトランジスタのゲートには前記制御回路からの前記出
    力電圧が入力される、ことを特徴とする請求項1又は2
    記載の出力バッファ。
  4. 【請求項4】ソースが接地されドレインが信号出力端子
    に接続され出力回路を構成するオープンドレイン型の第
    1のNチャネルMOSトランジスタと入力信号を入力し反転出力するインバータ回路の出力と
    前記第1のNチャネルMOSトランジスタのゲートとの
    間に挿入されたCMOS型トランスファゲートと前記インバータ回路の出力と前記CMOS型トランスフ
    ァゲートとの共通接続点と、前記第1のNチャネルMO
    Sトランジスタのドレインとの間に直列に接続された第
    2、第3のNチャネルMOSトランジスタと電源と接地間に直列に接続された第1のPチャネルMO
    Sトランジスタと、第4、第5のNチャネルMOSトラ
    ンジスタと、を備え、前記第1のPチャネルMOSトラ
    ンジスタと前記第4のNチャネルMOSトランジスタが
    CMOSインバータを構成して前記入力信号をゲート入
    力とし出力を前記第2のNチャネルMOSトランジスタ
    のゲートに接続し、前記第5のNチャネルMOSトラン
    ジスタのゲートには制御回路の出力電圧を入力としてな
    るディレイ回路とを備え前記CMOS型トランスファゲートをなす第2のPチャ
    ネルMOSトランジスタのゲートは接地され、前記CM
    OS型トランスファゲートをなす第6のNチャネルMO
    Sトランジスタのゲートには前記制御回路の出力電圧が
    入力され、入力信号のスルーレートを定めるスルーレー
    ト回路を構成し前記制御回路から供給される電圧により、前記ディレイ
    回路のディレイ値と、前記スルーレート回路におけるス
    ルーレート値を制御する 、ことを特徴とする出力バッフ
    ァ回路。
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