JP3196020B2 - 半導体メモリ装置の可変遅延回路 - Google Patents

半導体メモリ装置の可変遅延回路

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JP3196020B2 JP21186597A JP21186597A JP3196020B2 JP 3196020 B2 JP3196020 B2 JP 3196020B2 JP 21186597 A JP21186597 A JP 21186597A JP 21186597 A JP21186597 A JP 21186597A JP 3196020 B2 JP3196020 B2 JP 3196020B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体メモリ装置の
可変遅延回路(variable delay circuit)に関し、特にOT
A-C フィルタ(Operational Transconductor Amplifier-
Capacitor Filter) を利用して入力信号の遅延時間を調
整するようにした半導体メモリ装置の可変遅延回路に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体メモリ装置の遅延回路にお
いては、例えば、図4に示すように、N個の遅延素子1
〜N を直列に接続して構成されていた。それらN個の各
遅延素子は、図5に示すように、入力信号IN1 を反転し
て出力するインバータ10と、該インバータ10の出力が抵
抗15を介してドレイン端子に接続され、入力信号IN1 が
ゲート端子に印加され、ソース端子が接地されたNMOSト
ランジスタ20と、該NMOSトランジスタ20のドレイン端子
がゲート端子に接続され、ドレイン端子及びソース端子
に電源電圧Vcc が印加されるPMOSトランジスタ25と、NM
OSトランジスタ20のドレイン端子から出力される信号と
リセット信号RST との否定論理積を演算して出力信号OT
1 を発生するNANDゲート30と、入力信号IN1 をスイッチ
ングして直接出力信号OT1 として出力するスイッチSW1
と、を備えていた。
【0003】このように構成された従来の回路の動作を
図6を用いて説明する。まず、図6(A) に示すように、
入力信号IN1 のレベルが上昇してローレベルからハイレ
ベルに遷移すると、インバータ10は入力信号IN1 を反転
し、ハイレベルからローレベルに遷移する信号を出力す
る。これと同時に、入力信号IN1 がNMOSトランジスタ20
のゲート端子に印加して該NMOSトランジスタ20がターン
オンされ、PMOSトランジスタ25に既に充電されていた以
前のデータ、即ち、電源電圧Vccが、NMOSトランジスタ2
0を通って接地電圧Vss に放電される。従って、ノードN
1はローレベルになり、NANDゲート30はノードN1の信号
によりハイレベルの出力信号OT1 を発生する。このよう
に入力信号IN1 の上昇時には、図6(B) に示すように、
PMOSトランジスタ25の放電がNMOSトランジスタ20を介し
て行われるため、その放電に要する所定の遅延時間D1だ
け入力信号IN1 が遅延される。
【0004】一方、入力信号IN1 のレベルが下降してハ
イレベルからローレベルに遷移すると、前述した上昇時
とは逆に、NMOSトランジスタ20はローレベルに遷移した
入力信号IN1 によりターンオフされ、インバータ10はロ
ーレベルからハイレベルに遷移する信号を出力する。こ
の場合、入力信号IN1 の遷移過程で、PMOSトランジスタ
25は、ノードN1の電圧がハイレベルになるまで充電す
る。そして、入力信号IN1 の遷移が終わってノードN1が
ハイレベルになると、NANDゲート30は、ノードN1のハイ
レベル信号とリセット端子から入力するハイレベルのリ
セット信号RST との否定論理績を演算してローレベルの
出力信号OT1 を発生する。このように、入力信号IN1 の
下降時には、出力信号OT1 のレベルが抵抗15及びPMOSト
ランジスタ25の2つの素子により左右されるようにな
り、図6(B) に示したように、遅延時間D2だけ入力信号
IN1 が遅延される。この入力信号IN1 の下降時の遅延時
間D2は、上昇時の遅延時間D1よりも長くなる。
【0005】なお、入力信号IN1 の遅延を要しない場合
には、入力端子とNANDゲート30の出力端子間に連結され
たスイッチSW1 をオン状態にすることで、入力信号IN1
が上記の遅延経路を経ずに直接出力される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の半導体メモリ装置の遅延回路においては、電
源電圧Vcc の変化に敏感な抵抗15及びPMOSトランジスタ
25の作用により入力信号IN1 を遅延させるようになって
いるため、その遅延時間が不安定になるという欠点があ
る。特に、5ns以上の遅延時間を得る場合には、該遅延
時間が一層不正確になるという不都合な点があった。ま
た、より長い遅延時間を確保するためには、更に多くの
遅延素子を直列に接続しなければならず、本回路の高集
積化が難しくなるという問題点もあった。
【0007】本発明は上記の点に着目してなされたもの
で、調整可能な安定した遅延時間を実現すると共に、簡
略な構成により回路の高集積化を図ることのできる半導
体メモリ装置の可変遅延回路を提供することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】このような本発明の目的
を達成するため、請求項1に記載の発明は、アナログ信
号を反転して出力するCMOSインバータと、該CMOSインバ
ータの出力信号を遅延させる第1および第2トランスコ
ンダクターと、該第1および第2トランスコンダクター
の各出力端子にそれぞれ並列に接続された複数のキャパ
シタと、前記第1および第2トランスコンダクターによ
り遅延された信号を反転して出力する第1インバータ
と、を含んだ半導体メモリ装置の可変遅延回路におい
て、前記第1および第2トランスコンダクターに対して
制御電圧を共通に印加して相互コンダクタンスを変化さ
せることで前記アナログ信号の遅延時間を調整するよう
構成される。
【0009】かかる構成によれば、入力されるアナログ
信号がCMOSインバータで反転されて第1および第2トラ
ンスコンダクターに出力される。第1および第2トラン
スコンダクターでは、各々の相互コンダクタンスが制御
電圧に応じて制御されることでそれぞれの出力電流が変
化し、各トランスコンダクターからの出力電流に従って
各キャパシタによる遅延時間が定まる。このようにして
遅延された信号が第1インバータで反転されて出力され
るようになる。
【0010】また、請求項2に記載の発明では、請求項
1に記載の発明の具体的な構成として、前記第1および
第2トランスコンダクターは、互いに直列に接続され、
前段のトランスコンダクターの出力信号が後段のトラン
スコンダクターの非反転端子に入力され、後段のトラン
スコンダクターから前記第1インバータに入力される信
号が前段および後段のトランスコンダクターの各反転端
子に共通にフィードバックされるものとする。
【0011】
【0012】更に、請求項3に記載の発明では、請求項
に記載の発明において、前記第1トランスコンダクタ
ーと前記第2トランスコンダクターとの間のノードに並
列に接続された第3トランスコンダクターおよび第2イ
ンバータを備え、前記各キャパシタの寄生特性を低減す
るようにする。
【0013】かかる構成によれば、第3トランスコンダ
クター及び第2インバータによって、第1、2トランス
コンダクターの各出力ノードにおける静電容量の均衡が
とられるようになり、キャパシタの寄生特性が低減さ
れる。
【0014】
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を用いて説明する。図1は、第1の実施形態に係る
半導体メモリ装置の可変遅延回路の構成を示すブロック
である。図1において、本可変遅延回路は、ディジタル
入力信号をアナログ信号に変換してバッファーリングす
入力バッファー100と、該入力バッファー100から出力
したアナログ信号を所定の時間遅延させアナログ遅延
回路200と、該アナログ遅延回路200から出力したアナロ
グ信号をディジタル信号に変換してバッファーリングす
出力バッファー300と、から構成される。
【0016】アナログ遅延回路200は、図2に示すよう
に、電源電圧VDDが抵抗40を介してソース端子に印加さ
れ、入力バッファー100から出力したアナログ信号ADIが
ゲート端子に印加されるPMOSトランジスタ45、及びPMOS
トランジスタ45のドレイン端子がノードN2を経てドレイ
ン端子に接続され、PMOSトランジスタ45のゲート端子と
同様に入力バッファー100から出力したアナログ信号ADI
がゲート端子に印加され、ソース端子が抵抗55を介して
接地されるNMOSトランジスタ50を備えたCMOSインバータ
400と、該CMOSインバータ400からの出力がノードN2を通
って非反転端子に入力され、制御電圧VCに応じて相互コ
ンダクタンスが制御される第1トランスコンダクター60
と、該第1トランスコンダクター60の出力信号がノード
N3を介して入力され、制御電圧VCに応じて相互コンダク
タンスが制御される第2トランスコンダクター65と、そ
れら第1、2トランスコンダクター60,65間のノードN3
に一端が接続され、他端が接地された第1キャパシタ70
と、第2トランスコンダクター65の出力信号がノードN4
を介して入力される第1インバータ80と、第2トランス
コンダクター65と第1インバータ80との間のノードN4に
一端が接続され、他端が接地された第2キャパシタ75
と、から構成される。
【0017】第1、2トランスコンダクター60,65 は、
それぞれ制御端子であるゲート端子に制御電圧VCが印加
され、該制御電圧VCに応じて後述する相互コンダクタン
スGmが制御されて、該相互コンダクタンスGm及び入力端
子間の電圧差に比例した電流を出力する。更に、第2ト
ランスコンダクター65の出力はノードN4を通った後、第
1、2トランスコンダクター60,65 の各反転端子にそれ
ぞれフィードバックされる。
【0018】次に、第1の実施形態の動作について説明
する。まず、ディジタル信号が外部から入力バッファー
100 に入力すると、入力されたディジタル信号は入力バ
ッファー100 によりアナログ信号に変換されバッファー
リングされてアナログ遅延回路200 に印加される。ここ
で、入力アッファー部100 でディジタル信号がアナログ
信号に変換されバッファーリングされるということは、
ディジタル信号の、例えば“0”から電源電圧Vcc レベ
ルまでのスウィング範囲が“0”から電源電圧Vcc レベ
ル間のアナログ信号のスウィングに変換されバッファー
リングされるということを意味する。
【0019】そして、アナログ遅延回路200 は、入力バ
ッファー100 で変換されバッフアーリングされたアナロ
グ信号ADI を、外部から印加される制御電圧VCに基づい
て所定時間遅延した後、該遅延された信号ADO を出力バ
ッファー部300 に出力する。出力バッファー部300 は、
アナログ遅延回路200 で遅延された信号ADO をディジタ
ル信号に変換しバッファーリングして出力する。
【0020】ここで、アナログ遅延回路200 の遅延動作
を詳しく説明する。図2に示したように、アナログ遅延
回路200 はOTA-C フィルタを構成する。このOTA-C フィ
ルタは2次ベッセルMFD ローパスフィルタ(2nd oder Be
ssel Maximally Flat Dealy Low Pass Filter)の特性を
有するように構成された回路であって、周波数に関係な
く一定の遅延時間を確保することができるものである。
この2次ベッセルMFD ローパスフィルタの特性は、以下
に示す式(1) 〜式(3) で表示される。
【0021】一般のn次ベッセル関数は次の式(1) にて
表示される。 Hn(S) =b0/(Sn +b n-1Sn-1 …+b1S +b0) …(1) ここで、本実施形態の可変遅延回路は2次ベッセルMFD
ローパスフィルタに構成されたものであるため、OTA ー
C フィルタの伝達関数H(S)は、2次伝達関数の一般式で
ある次の式(2) で示される。
【0022】 H(S)=W0 2 /{S2+(W0/Q0)S+W0} …(2) ただし、b0=W0であり、b1=W0/Q0 である。なお、W0
共振周波数とし、Q0をクォリティファクター(Quality f
actor)とする。ここで、各トランスコンダクター60,65
の相互コンダクタンスをGm、第1キャパシタ70の静電容
量をC1、第2キャパシタ75の静電容量をC2として、上記
の式(2) に共振周波数W0=Gm/(C1C2)1/2と、クォリティ
ファクターQ0=C1C2とを代入すると、次の式(3) のよう
になる。
【0023】 H(S)=(Gm2/C1C2)/{S2+(Gm/C2)S+(Gm2/C1C2)} …(3) この式(3) に示すように、本実施形態の伝達関数H(S)
は、トランスコンダクターの相互コンダクタンスGmと直
接に関連する。相互コンダクタンスGmは、抵抗の逆数で
あって、トランスコンダクターのゲインファクタ(gain
factor) β、ゲート電圧Vgs 、及びしきい電圧Vtを用い
て次の式(4) で示される。
【0024】Gm=β(Vgs−Vt) …(4) 式(4) に示すように、相互コンダクタンスGmは、ゲート
電圧Vgs としきい電圧Vtとの差に比例し、本実施形態に
おいては、ゲート電圧Vgs が制御電圧VCであるため、ト
ランスコンダクター60,65 の各相互コンダクタンスGmは
制御電圧VCに比例する。
【0025】また、各トランスコンダクター60,65 の出
力電流は、非反転端子への入力電圧をVin + とし、反転
端子への入力電圧をVin - として、次の式(5) で示され
る。 I0=Gm(Vin+ −Vin - ) …(5) 式(5) に示すように、各トランスコンダクター60,65 の
出力電流は相互コンダクタンスGmの値に比例する。した
がって、制御電圧VCが高く印加されるに連れて相互コン
ダクタンスGmの値が大きくなり、各トランスコンダクタ
ー60,65 の出力電流も多く流れるため、キャパシタ70,7
5 の充電時間が短くなって、その分だけ出力信号ADO の
遅延時間が短くなる。ここでは、入力電圧Vin + と入力
電圧Vin - との差が正(+) である場合には、電流は正方
向に流れ、その差が負(-) である場合には、電流は逆方
向に流れる。
【0026】このように第1の実施形態では、アナログ
遅延回路200 をOTA-C フィルタの構成としたことによっ
て、制御電圧VCに応じて遅延時間が制御されるようにな
るため、入力信号の遅延時間を安定して正確に調整する
ことができる。また、従来のように長い遅延時間を確保
するのに多くの遅延素子を接続するような必要がないた
め、小さな回路面積にて比較的広範囲な遅延時間を実現
する回路を提供できる。
【0027】ところで、第1の実施形態においては、ノ
ードN3に連結された第1キャパシタ70とノードN4に連結
された第2キャパシタ75の静電容量が不均衡になって寄
生特性が発生し、この寄生特性により遅延特性が不正確
になる可能性が考えられる。上記の寄生特性を数式的に
説明すると、第1キャパシタ70の静電容量C1、第2キャ
パシタ75の静電容量C2を用い、また、各トランスコンダ
クターの非反転入力端子の静電容量をCvin+ 、反転入力
端子の静電容量をCvin- 、出力端子ADO の静電容量をCo
ut、インバータ80の静電容量をCinvとするとき、ノード
N3から見た全体の静電容量C3は、次の式(6) に示したよ
うになり、ノードN4から見た全体の静電容量C4は、式
(7) に示すようになる。
【0028】C3=C1+1×Cvin01+1×Cout …(6) C4=C2+2×Cvin- +1×Cout+23inv …(7) ここで、Cvin+ 及び Cvin- はその値が同様であるため
Cvinで表すと、式(6) 及び式(7) は、それぞれ次の式
(8) 及び式(9) のようになり、ノードN3とノードN4間の
静電容量間の値が不均衡になることがわかる。
【0029】C3=C1+1×Cvin+1×Cout …(8) C4=C2+2×Cvin+1×Cout+23inv …(9) そこで、第2の実施形態は、上記の寄生特性を低減させ
た回路について説明する。図3は、第2の実施形態にお
けるアナログ遅延回路の一部分の構成を示す図である。
ただし、第1の実施形態の構成と同一の部分には同じ符
号を付して説明を省略する。なお、第2の実施形態に係
る回路全体の構成は、上記図1に示した第1の実施形態
の構成と同様であり、アナログ遅延回路200 に寄生特性
を低減させる対策を施したものである。
【0030】図3に示すように、第2の実施形態のアナ
ログ遅延回路は、上記図2に示した第1の実施形態のア
ナログ遅延回路200の構成に追加して、寄生特性を減ら
すため、第1キャパシタ70の一端がノードN3を介して非
反転端子に接続され、反転端子が接地され、ゲート端子
には制御電圧VCが印加され、出力端子が接地される第3
トランスコンダクター90と、前記ノードN3に入力端子が
接続され、出力端子が接地された第2インバータ85と、
が備えられる。なお、図3では、入力側のCMOSインバー
タ400等の構成が省略されている。
【0031】このような回路構成とすることで、ノード
N3での全体の静電容量C3がノードN4での全体の静電容量
C4と同様になる。したがって、第2の実施形態によれ
ば、寄生特性による影響が低減されるため、本遅延回路
の信頼性の向上を図ることができる。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のうちの請
求項1または2に記載した半導体メモリ装置の可変遅延
回路は、CMOSインバータからの信号を第1および第2ト
ランスコンダクターで制御電圧に基づいて所定の時間遅
延させて、第1インバータを介して出力させる構成とし
たことによって、入力信号の遅延時間を安定して正確に
調整することができる。また、従来のように長い遅延時
間を確保するのに多くの遅延素子を接続するような必要
がないため、小さな回路面積にて比較的広範囲な遅延時
間を実現でき、回路の高集積化を図ることもできる。
【0033】また、請求項4又は5に記載の発明は、上
記の効果に加えて、アナログ遅延部に第3相互コンダク
タンス制御手段及び第2インバータを設けたことによっ
て、寄生特性の影響が低減されるため、本可変遅延回路
の信頼性の向上を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体メモリ装
置の可変遅延回路の構成を示すブロック図である。
【図2】同上第1の実施形態のアナログ遅延回路の構成
を示す図である。
【図3】本発明の第2の実施形態に係るアナログ遅延回
路の一部の構成を示す図である。
【図4】従来の半導体メモリ装置の遅延回路のブロック
図である。
【図5】従来の各遅延素子の詳細な回路図である。
【図6】従来の各遅延素子における入出力信号波形を示
す図で、(A) は入力信号波形図、(B) は出力信号波形図
である。
【符号の説明】
100 入力バッファー 200 アナログ遅延回路 300 出力バッファー 400 CMOS インバータ 60 第1トランスコンダクター 65 第2トランスコンダクター 70 第1キャパシタ 75 第2キャパシタ 80 第1インバータ 85 第2インバータ 90 第3トランスコンダクター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 5/13 G11C 27/00 101

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アナログ信号を反転して出力するCMOSイン
    バータと、 該CMOSインバータの出力信号を遅延させる第1および第
    2トランスコンダクターと、 該第1および第2トランスコンダクターの各出力端子に
    それぞれ並列に接続された複数のキャパシタと、 前記第1および第2トランスコンダクターにより遅延さ
    れた信号を反転して出力する第1インバータと、を含ん
    だ半導体メモリ装置の可変遅延回路において、 前記第1および第2トランスコンダクターに対して制御
    電圧を共通に印加して相互コンダクタンスを変化させる
    ことで前記アナログ信号の遅延時間を調整するように構
    成されたことを特徴とする半導体メモリ装置の可変遅延
    回路。
  2. 【請求項2】前記第1および第2トランスコンダクター
    は、互いに直列に接続され、前段のトランスコンダクタ
    ーの出力信号が後段のトランスコンダクターの非反転端
    子に入力され、後段のトランスコンダクターから前記第
    1インバータに入力される信号が前段および後段のトラ
    ンスコンダクターの各反転端子に共通にフィードバック
    されることを特徴とする請求項1記載の半導体メモリ装
    置の可変遅延回路。
  3. 【請求項3】前記第1トランスコンダクターと前記第2
    トランスコンダクターとの間のノードに並列に接続され
    た第3トランスコンダクターおよび第2インバータを備
    え、前記各キャパシタの寄生特性を低減するようにした
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体メモリ装置の可
    変遅延回路。
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