JP3175989B2 - 出力バッファ回路 - Google Patents

出力バッファ回路

Info

Publication number
JP3175989B2
JP3175989B2 JP04002193A JP4002193A JP3175989B2 JP 3175989 B2 JP3175989 B2 JP 3175989B2 JP 04002193 A JP04002193 A JP 04002193A JP 4002193 A JP4002193 A JP 4002193A JP 3175989 B2 JP3175989 B2 JP 3175989B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
output buffer
circuit
voltage
output
transistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP04002193A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH06252724A (ja
Inventor
仁史 近藤
眞生 貝塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP04002193A priority Critical patent/JP3175989B2/ja
Publication of JPH06252724A publication Critical patent/JPH06252724A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3175989B2 publication Critical patent/JP3175989B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は特に半導体集積回路内
で大電流供給を必要とする出力回路の制御に使用される
出力バッファ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、CMOS LSIの出力バッファ
回路には、図6、図7に示すような回路構成が用いられ
ている。各図で、入力信号Aが反転ゲートを介して入力
される。図6(a)は、ソースがGND(接地電圧)に
接続され、ドレインが出力線Zに接続されたNチャネル
MOSトランジスタN1 によるシンク・オープンドレイ
ン出力バッファ回路である。図6(b)は、ソースがV
DD(電源電圧)に出力され、ドレインが出力線Zに接
続されたPチャネルMOSトランジスタP1 によるソー
ス・オープンドレイン出力バッファ回路である。図6
(c)は、上記(a)及び(b)の出力線Zを相互に接
続したCMOSインバータ構造すなわちインバータIV
1 のトーテムポール出力バッファ回路である。
【0003】図7(a),(b),(c)はそれぞれ上
記図6(a),(b),(c)に対応し、入力信号Aが
反転ゲートを介して直接入力されるN1 ,P1 またはイ
ンバータIV1 の出力と、入力信号がAが遅延回路DL
を経て入力されるN2 ,P2またはインバータIV2 の
出力が出力線Zを共通とするように接続されている。
【0004】近年の半導体製造技術の進歩により素子の
微細化は、金属層などで形成される配線幅を細くし、L
SIの高集積化、高密度化を可能にしている。しかしな
がら、配線幅を細くすることは配線の誘導性負荷すなわ
ちインダクタンスを増大させることにつながる。
【0005】一方、出力バッファ回路が大電流供給を必
要とする場合、あるいは高速動作を必要とする場合、出
力用トランジスタのチャネル幅を大きくしてオン抵抗を
下げ、電流供給能力を高めることになる。
【0006】上記に起因する従来技術の問題点を図8を
参照して説明する。図8(a)は前記図6(a)が構成
する出力バッファ回路の等価回路である。図中R1 はト
ランジスタN1 のオン抵抗、R2 は出力線Zの負荷抵
抗、L1 はGND線の寄生インダクタンス、L2 は出力
線Zの寄生インダクタンス、Cは出力線Zの負荷容量を
表す。
【0007】スイッチS1 のオン/オフはN1 のオン/
オフに対応する。この等価回路は直列共振回路を構成し
ており、初期条件をV(t)=VDDとして回路方程式
を解くことにより、
【0008】の条件下で図8(b)に示されるような電
圧振動が生じる。図6(b),(c)の場合も同様の結
果が得られる。すなわち、出力バッファのオン抵抗が小
さくなるか、回路の寄生インダクタンスが大きくなる
か、あるいはその両方が起こると出力バッファ駆動時に
出力線Z、VDD/GND電源線にリンギング・ノイズ
が生じる。その結果、出力線Zを入力とする論理回路の
誤動作や、電源線を共有する他の回路の誤動作、また、
ラッチアップ現象を誘発するという問題がある。
【0009】また、図7の出力バッファ回路は負荷を2
段階に分けて駆動するので図6の回路に比べてリンギン
グ・ノイズは緩和されるが、出力線Zの出力状態遷移が
分割されるため、図6の回路に比べて信号の伝搬遅延時
間が大きくなり、高速動作が要求される回路としては不
適当である。
【0010】さらに、図7(c)では遅延回路DLの存
在により、IV1 の出力状態遷移時にトランジスタP1
−N2 あるいはP2 −N1 の組が同時にオン状態にな
り、電源のVDDとGNDの間に貫通電流が流れてしま
う。この貫通電流は電源電圧を変動させるため他の論理
回路の誤動作やラッチアップ現象を誘発する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来では
出力バッファ回路の電流供給能力を大きくすると寄生イ
ンダクタンスにより電源に誤動作の原因となるリンギン
グ・ノイズを発生してしまい、伝搬遅延時間を大きくし
てこれに対処するしかないという欠点がある。
【0012】この発明は上記のような事情を考慮してな
されたものであり、その目的は、出力バッファ回路の電
流供給能力と伝搬遅延時間を悪化させることなく、出力
状態遷移時のリンギング・ノイズおよび貫通電流に伴う
電源電圧変動に起因する誤動作等をなくす出力バッファ
回路を提供することにある。
【0013】この発明の出力バッファ回路は、ゲート入
力に応じて外部に出力電流を供給するMOSトランジス
タと、入力電圧の第1の論理レベルに応じてオンとされ
る第1のスイッチトランジスタを介してオンすべき前記
MOSトランジスタのゲートに一定の電流を供給する定
電流回路と、前記入力電圧の第2の論理レベルに応じて
オンとされる第2のスイッチトランジスタを介してオフ
すべき前記MOSトランジスタのゲート電圧を、この
OSトランジスタのしきい値電圧より絶対値的に低い電
圧に設定する定電圧回路とを具備することを特徴とす
る。
【0014】
【作用】この発明では、出力状態遷移時のリンギング・
ノイズを低減するために出力バッファのゲートを最適化
された定電流で駆動し、かつ、伝搬遅延時間を小さくす
るために出力バッファがオフのときのゲート電圧を出力
バッファ素子のしきい値電圧よりわずかに低いオフセッ
ト定電圧とする。
【0015】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明を実施例によ
り説明する。
【0016】図1はこの発明に係る第1実施例の構成を
示す回路図であり、前記図6(a)に対応する。Iref
はスイッチトランジスタPOを介して出力バッファであ
るNチャネルMOSトランジスタN1 のゲートを駆動す
る定電流源、Bias はスイッチトランジスタNOを介し
て上記N1 のオフ時のゲート電圧を供給する定電圧源で
ある。
【0017】この発明の骨子は次の2点である。 (i) 出力状態遷移時のリンギング・ノイズを低減するた
めに出力バッファのゲートを最適化された定電流で駆動
する。 (ii)伝搬遅延時間を小さくするために出力バッファがオ
フのときのゲート電圧を出力バッファ素子のしきい値電
圧よりわずかに低いオフセット定電圧とする。
【0018】上記事項(i) について図2(a),(b)
を参照して説明する。前記従来例の図6(a)のように
出力バッファのゲートを通常のインバータで駆動する場
合、CMOSインバータの入出力特性からゲート電圧V
g はステップ的に変化する。図8(b)に示す出力電圧
振動は図6(a)の等価回路でスイッチS1 が瞬時に閉
じた場合、すなわち、Vg がステップ的に変化した場合
の回路方程式の解を図示したものである。
【0019】一方、出力バッファのゲートを定電流ig
で駆動する場合(MOSトランジスタを使用した出力バ
ッファでは、そのゲートはMOSキャパシタで一定の容
量値Cgを持つとみなしてよいから)、dV/Dt=i
g/Cg=一定の関係によりVgは傾斜的に変化する。
【0020】Vgを(ステップ的変化から)傾斜的に変
化させるということは、出力バッファの電流供給能力を
(瞬時に最大能力まで引き上げるのではなく)徐々に最
大能力まで引き上げるということである。出力バッファ
の電流供給能力の増大とリンギング・ノイズは相反的な
関係にあるので、igを適当に選ぶことによりリンギン
グ・ノイズを許容範囲以内におさめることが可能であ
る。
【0021】上記事項(ii)について図3(a),(b)
を参照して説明する。上記(i) を採用した場合、Vgを
0Vから立ち上げても出力バッファ素子のしきい値電圧
Vthを越えるまでは出力電圧には変化が現れない。すな
わち、このムダ時間は伝搬遅延時間のオフセットになっ
てしまう(図3(a))。
【0022】このオフセット時間を短縮するために、出
力バッファがオフしているときのVgをVthよりわずか
に低いVth−αに設定する。通常MOSトランジスタの
電流供給能力はしきい値電圧の近傍では指数関数的に変
化するので、αの値をさほど大きくとらなくても出力バ
ッファの電流供給能力を許容範囲以下に落とすことが可
能である(図3(b))。
【0023】従って、この発明を前記図6(c)のよう
なトーテムポール出力バッファに適用しても電源のVD
DとGNDの間の貫通電流を許容範囲以下にすることが
可能である。上記実施例はシンク・オープンドレイン出
力バッファに本発明を適用した場合を示しているが、同
様に図4に示されるようにソース・オープンドレイン出
力バッファや図5に示されるようにトーテムポール出力
バッファに適用することが可能である。
【0024】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
電流供給能力と伝搬遅延時間の両方面で所望の構成がで
き、かつ出力状態遷移時のリンギング・ノイズ及び貫通
電流に伴う電源電圧変動に起因する誤動作を防止するこ
とができる出力バッファ回路が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例による構成の回路図。
【図2】この発明の第1の骨子を従来と比較して説明す
る各部の電圧変化を示す特性曲線図。
【図3】この発明の第2の骨子を従来と比較して説明す
る各部の電圧変化を示す特性曲線図。
【図4】この発明の第2の実施例による構成の回路図。
【図5】この発明の第3の実施例による構成の回路図。
【図6】従来の出力バッファ回路の各構成を示す第1の
回路図。
【図7】従来の出力バッファ回路の各構成を示す第2の
回路図。
【図8】(a)は従来の出力バッファ回路の1例を示す
等価回路図、(b)はリンギング・ノイズを説明するた
めの波形図。
【符号の説明】
N1 ,NO…NチャネルMOSトランジスタ、P1 ,P
O…PチャネルMOSトランジスタ、、Iref …定電流
源、Bias …定電圧源、Z…出力線。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 17/00 - 17/70 H03K 19/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゲート入力に応じて外部に出力電流を供
    給するMOSトランジスタと、入力電圧の第1の論理レベルに応じてオンとされる第1
    のスイッチトランジスタを介してオンすべき前記MOS
    トランジスタ のゲートに一定の電流を供給する定電流回
    路と、前記入力電圧の第2の論理レベルに応じてオンとされる
    第2のスイッチトランジスタを介してオフすべき前記M
    OSトランジスタのゲート電圧を、この MOSトランジ
    スタのしきい値電圧より絶対値的に低い電圧に設定する
    定電圧回路 を具備することを特徴とする出力バッファ
    回路。
JP04002193A 1993-03-01 1993-03-01 出力バッファ回路 Expired - Fee Related JP3175989B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04002193A JP3175989B2 (ja) 1993-03-01 1993-03-01 出力バッファ回路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04002193A JP3175989B2 (ja) 1993-03-01 1993-03-01 出力バッファ回路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06252724A JPH06252724A (ja) 1994-09-09
JP3175989B2 true JP3175989B2 (ja) 2001-06-11

Family

ID=12569255

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP04002193A Expired - Fee Related JP3175989B2 (ja) 1993-03-01 1993-03-01 出力バッファ回路

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3175989B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10411638B2 (en) 2015-07-28 2019-09-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor integrated circuit

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0678983B1 (en) * 1994-04-22 1998-08-26 STMicroelectronics S.r.l. Output buffer current slew rate control integrated circuit
US5818260A (en) * 1996-04-24 1998-10-06 National Semiconductor Corporation Transmission line driver having controllable rise and fall times with variable output low and minimal on/off delay
JP4168668B2 (ja) 2002-05-31 2008-10-22 ソニー株式会社 アナログバッファ回路、表示装置および携帯端末
JP4664177B2 (ja) * 2005-10-03 2011-04-06 新日本無線株式会社 オープンドレイン出力回路

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10411638B2 (en) 2015-07-28 2019-09-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor integrated circuit

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06252724A (ja) 1994-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5017807A (en) Output buffer having capacitive drive shunt for reduced noise
US5568062A (en) Low noise tri-state output buffer
EP0608489B1 (en) Low-to-high voltage translator with latch-up immunity
EP0329285B1 (en) Output buffer
US4877980A (en) Time variant drive circuit for high speed bus driver to limit oscillations or ringing on a bus
US5231311A (en) Digital output buffer and method with slew rate control and reduced crowbar current
US5111075A (en) Reduced switching noise output buffer using diode for quick turn-off
US4740717A (en) Switching device with dynamic hysteresis
US5216293A (en) CMOS output buffer with pre-drive circuitry to control slew rate of main drive transistors
US20020149392A1 (en) Level adjustment circuit and data output circuit thereof
US6064230A (en) Process compensated output driver with slew rate control
JPH04229714A (ja) バッファを有する集積回路
JPH08162941A (ja) 出力回路装置
US5229659A (en) Low power complementary mosfet digital signal buffer circuit
JP2000183724A (ja) 電圧レベルトランスファ―
JPH0865135A (ja) 出力バッファ回路
JP3175989B2 (ja) 出力バッファ回路
JP2724331B2 (ja) Ttl出力ドライバゲート構成
US6563351B2 (en) Semiconductor integrated circuit having output buffer
JPH0438011A (ja) 出力回路装置
US6175598B1 (en) Output noise control scheme for multiple I/O's
US5969563A (en) Input and output circuit with wide voltage tolerance
JP2837670B2 (ja) 半導体集積回路装置
JPH05327465A (ja) 半導体集積回路
JP2618884B2 (ja) 半導体出力回路

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080406

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090406

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100406

Year of fee payment: 9

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees