JP3475214B2 - 半導体集積回路装置並びに信号伝送方法および信号伝送システム - Google Patents

半導体集積回路装置並びに信号伝送方法および信号伝送システム

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JP3475214B2
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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、半導体集積回路装
置(IC)間の信号伝送技術さらにはGTLレベル(ガ
ンニング・トランシーバ・ロジック・レベル:Gunning
transceiverlogic level)のような低振幅の信号の伝達
に適した半導体集積回路装置の入出力回路に適用して有
効な技術に関し、例えば、母基板(いわゆるマザーボー
ド)上に複数の子基板(ベビーボード)あるいは娘基板
(ドータボード)が搭載されてなるデータ処理システム
において、信号伝送線としてのバスを利用する半導体集
積回路装置間の信号伝送に利用して有効な技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路装置間で信号を伝送する
方式として、振幅約0.8V(ハイレベルが1.2Vで、ロー
レベルが0.4V)の信号を送受信するGTL(ガンニン
グ・トランシーバ・ロジック)と呼ばれるインタフェー
ス方式が提案されている(日経エレクトロニクス,19
92年6月8日号,第133頁〜第141頁参照)。
【0003】図8は、本発明前に本発明者によって検討
しされたGTLによる半導体集積回路装置間の信号伝送
方式を示す回路図である。
【0004】図8に示されるように、送信側の半導体集
積回路装置IC1の出力回路は、出力MOSFET(Me
tal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)
Q1のドレイン端子Dを直接出力ピン(外部出力端子)
OUTに接続したオープンドレイン形式とされ、受信側
の半導体集積回路装置IC2の入力回路IBFは、入力
ピン(外部入力端子)INに結合されたCMOS差動回
路(CMOS:Complementary-Metal-Oxide-Semiconduc
tor Field Effect Transistor)とされる。信号伝送路
としてのバス線(BUS line)は、上記出力ピンOUTと
上記入力ピンINとの間に設けられ、終端抵抗Rtが終
端電圧Vttが供給されるノードN1と上記バス線との
間に結合される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図9は、本発明者によ
って検討されたデータ処理システムを示している。
【0006】すなわち、データ処理システムは、図9に
示すように、母基板(いわゆるマザーボード)101
と、上記母基板(いわゆるマザーボード)101上に設
けられた複数のコネクタ103と、上記複数のコネクタ
103にそれぞれ直立に挿入された子基板(いわゆるベ
ビーボード)102とを含む。各子基板102間は、母
基板101上に設けられたプリント配線等からなるバス
線により結合される。
【0007】本発明者は、図9に示すデータ処理システ
ムにおいて、異なる子基板102間の信号伝送に、図8
に示されるオープンドレイン形式の出力回路を使用した
伝送方式を適用することを検討した。なお、上記各子基
板102上には、図11に示すようなマイクロプロッセ
サ(MPU)、メモリ(MEM)、インタフェース用周
辺回路(ITF)等の半導体集積回路装置104からな
るデータ処理システムが搭載されている。また、図9に
おいて、105は、バス線を構成する各信号線の端部と
終端電圧Vttとの間に接続された終端抵抗Rtを示し
ている。
【0008】しかしながら、本発明者は、次の事項を見
い出した。
【0009】図10は、図9における母基板101上の
バス線を表わす主伝送線路L0と複数の子基板102と
の信号伝達経路の等価回路を示している。主伝送線路L
0は、終端電圧Vtt間に、終端抵抗Rtを介して結合
されており、インピーダンス成分l1ないしl6を有す
る。さらに、主伝送線路L0には、タップオフと呼ばれ
る部分TPを介して複数の子基板102が接続される。
図10において、信号伝送側の半導体集積回路装置をA
とし、信号受信側の半導体集積回路装置をBとし、半導
体集積回路装置Aの出力回路が図8に示される上記オー
プンドレイン形式の出力回路で構成され、半導体集積回
路装置Bの入力回路が図8に示される上記CMOS差動
回路で構成される場合を考える。
【0010】この場合、半導体集積回路装置Aの出力回
路から信号を出力すると、インピーダンスの不整合のた
め、タップオフTPの入口Xと出口Yで信号の反射が生
じ、信号のリンギングが生じる。一方、信号が、点線V
で示されるように、送信側の半導体集積回路装置Bの入
力回路に到達する。上記図8から分かるように、上記C
MOS差動回路の入力トランジスタQ31のゲートは高
インピーダンスなので、入力トランジスタQ31のゲー
トでも信号の反射が起こる。入力トランジスタQ31の
ゲートで反射された信号は、インピーダンスの不整合の
ため、タップオフTPの出口Zで反射され、それによっ
て、出口Zと入口Wとの間で、信号のリンギングが生じ
る。そのため、図5に点線CSWで示すように、入力信
号波形に大きなリンギングが発生するという問題点があ
ることが明らかになった。
【0011】特に、送信側の半導体集積回路装置Aの出
力回路の出力MOSFET Q1がオフされ、ハイレベ
ルの信号が出力される時には、出力MOSFET Q1
のドレイン端子Dがオープン状態となるので、送信側の
半導体集積回路装置Aの出力回路の出力インピーダンス
が非常に高くなってしまう。そのため、伝送線路のイン
ピーダンスとの整合がとれず、伝送信号がローレベルか
らハイレベルに変化した直後に半導体集積回路装置Bの
入力回路のしきい値電圧(Vref)を越えてしまうよ
うなリンギングが生じる。たとえば、図5において、斜
線で示された部分Mの様なリンギングが発生すると、半
導体集積回路装置Bの入力回路が誤動作するおそれがあ
る。
【0012】この発明の目的は、バスによる信号伝送に
おいて、入力信号波形のリンギングを低減し得るような
入出力回路を有する半導体集積回路装置を提供すること
にある。
【0013】この発明の他の目的は、ノイズの発生を抑
えつつ高速な信号伝送を可能にする信号伝送方式を実現
可能にする半導体集積回路装置を提供することにある。
【0014】この発明のさらに他の目的は、ノイズの発
生を抑えつつ高速な信号伝送を可能にする信号伝送方式
を提供することにある。
【0015】この発明の前記ならびにそのほかの目的と
新規な特徴については、本明細書の記述および添附図面
から明らかになるであろう。
【0016】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記の通
りである。
【0017】すなわち、本発明に従う第1の半導体集積
回路装置は、入出力端子(I/O)と、上記入出力端子
(I/O)と第1電源端子(GND)との間に結合され
たソースドレイン経路を有する第1出力MOSFET
(Q1)と、上記入出力端子(I/O)と第2電源端子
(Vtt)との間に結合されたソースドレイン経路を有
する第2出力MOSFET(Q2)と、上記第1出力M
OSFET(Q1)のゲートに結合され、送信すべきデ
ータに応答して、上記第1出力MOSFET(Q1)の
ゲートへ駆動信号を選択的に発生する第1ゲート駆動信
号発生回路(GDV)と、上記入出力端子(I/O)に
そのゲートが結合された入力MOSFET(Q32)を
有する入力回路(IBF)と、上記第2出力MOSFE
T(Q2)のゲートに結合された第2ゲート駆動信号発
生回路(DPG)とを含む。
【0018】上記第2ゲート駆動信号発生回路(DP
G)は、データの送信時、送信すべきデータに応答し
て、上記第2出力MOSFET(Q2)のゲートへ駆動
信号を選択的に発生する。その結果、上記第1出力MO
SFET(Q1)と上記第2出力MOSFET(Q2)
とが相補的に動作するように、上記第2出力MOSFE
T(Q2)の動作が上記第2ゲート駆動信号発生回路
(DPG)によって制御される。
【0019】一方、上記第2ゲート駆動信号発生回路
(DPG)は、データの受信時、上記入出力端子(I/
O)に供給されたハイレベルの入力信号に応答して上記
入力回路から出力される入力信号に基づき、上記第2出
力MOSFET(Q2)を一時的にオンさせるための制
御信号(制御パルス)を形成する。
【0020】望ましくは、上記第1出力MOSFET
(Q1)が複数設けられ、上記第1ゲート駆動信号発生
回路(GDV)には、データの送信時、上記複数の第1
出力MOSFETを時間的にずらしてオンさせるよう
に、各第1出力MOSFET(Q1)へのゲート電圧を
制御する機能を設ける。その結果、出力信号のスルーレ
ートすなわち出力信号の立ち上がりおよび立ち下がり速
度を制御可能なスルーレート制御機能を持つように構成
される。
【0021】本発明に従う第2の半導体集積回路装置
は、入力端子(I/O)と、上記入力端子(I/O)と第
2電源端子(Vtt)との間に結合されたソースドレイ
ン経路を有する出力MOSFET(Q2)と、上記入力
端子(I/O)に、そのゲートが結合された入力MOS
FET(Q32)を有する入力回路(IBF)と、上記
第2出力MOSFET(Q2)のゲートに結合された駆
動信号発生回路(DPG)とを含む。
【0022】上記ゲート駆動信号発生回路(DPG)
は、上記入力端子(I/O)に供給されたハイレベルの
入力信号に応答して、上記入力回路から出力される入力
信号に基づき、上記出力MOSFET(Q2)を一時的
にオンさせるための制御パルスを形成する。
【0023】上記した手段によれば、ハイレベルのデー
タ(信号)が出力されるとき、上記第1出力MOSFE
T(Q1)は上記第1ゲート駆動信号発生回路(GD
V)によってオフ状態にされ、上記第2出力MOSFE
T(Q2)が上記第2ゲート駆動信号発生回路(DP
G)によってオン状態にされる。その結果、上記入出力
端子(I/O)が、ハイレベルのデータ(信号)の出力
期間、ハイインピーダンス状態に維持され続けるのを回
避することができる。
【0024】一方、ローレベルのデータ(信号)を出力
するとき、上記第1出力MOSFET(Q1)は上記第
1ゲート駆動信号発生回路(GDV)によってオン状態
にされ、上記第2出力MOSFET(Q2)を上記第2
ゲート駆動信号発生回路(DPG)によってオフ状態に
されるので、上記入出力端子(I/O)が、ローレベル
のデータ(信号)の出力期間、ハイインピーダンス状態
に維持され続けるのを回避することができる。
【0025】さらに、データ(信号)の受信時、ハイレ
ベルのデータ(信号)の受信直後に、上記第2出力MO
SFET(Q2)が上記第2ゲート駆動信号発生回路
(DPG)によって一時的にオンされるため、上記入出
力端子(I/O)がハイインピーダンス状態に維持され
続けるのを回避することができるので、上記入出力端子
(I/O)上での信号の反射が抑制される。その結果、
入力回路(IBF)が、上記入出力端子(I/O)に結
合されたゲートを有する入力MOSFET(Q32)を
含む場合であっても、入力信号波形のリンギングが大幅
に低減される。
【0026】また、第1ゲート駆動信号発生回路(GD
V)にスルーレート制御機能を持たせることにより、出
力信号の立ち上がりおよび立ち下がり速度を制御するこ
とができ、これによって信号立ち上がりが速すぎること
による出力信号上におけるノイズの発生を防止しつつ信
号伝達速度の向上を図ることができる。
【0027】さらに、上記回路形式によれば、半導体集
積回路装置の入出力端子に終端抵抗を接続することによ
り、GTLレベルのような低振幅の信号の入出力を行な
うことができるため、高速な信号伝送が可能となる。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例を図
面に基づいて説明する。
【0029】図1は、本発明を適用した半導体集積回路
装置(例えば、CMOS論理半導体集積回路装置)の入
出力回路(IOC)の一実施例を示している。
【0030】この入出力回路IOCは、振幅約0.8V
(ハイレベルが1.2Vで、ローレベルが0.4V)のような
GTLレベル(ガンニング・トランシーバ・ロジック・
レベル:Gunning transceiver logic level)の信号を
送受信する入出力回路とされる。
【0031】上記半導体集積回路装置は、たとえば、シ
リコンのような単結晶半導体基板上に、公知のCMOS
製造方法に基づいて形成されている。特に制限されない
が、この実施例の半導体集積回路装置の内部回路は、周
知のCMOS論理ゲート回路により構成される。
【0032】図1に示されているように、この実施例の
入出力回路IOCは、プッシュプル型の出力回路OBF
と差動回路からなる入力回路IBFとにより構成され、
出力回路OBFと入力回路IBFとが共通の入出力端子
(入出力ピン)I/Oに接続されている。
【0033】上記出力回路OBFは、プルダウン出力ト
ランジスタとしての出力MOSFET(第1出力MOS
FET)Q1と、プルアップ出力トランジスタとしての
出力MOSFET(第2出力MOSFET)Q2とを含
む。
【0034】出力MOSFET Q1は、上記入出力端
子I/Oに接続されたドレイン端子Dと、0ボルトのよ
うな接地電位GNDが供給される第1電源電圧端子に接
続されたソース端子Sとを含む。一方、出力MOSFE
T Q2は、1.2Vのような電源電圧(終端電圧)Vtt
が供給される第2電源電圧端子に結合されたドレイン端
子Dと、上記入出力端子I/Oに接続されたソース端子
Sとを含む。上記出力MOSFET Q1とQ2の導電
型は、特に制限されないが、ともにNチャネル型とされ
る。出力MOSFET Q2と出力MOSFET Q1の
駆動力のバランスを最適化するため、出力MOSFET
Q2とQ1の素子サイズ(ゲート幅)の比が1:2〜
3になるように、それぞれのゲート幅が決定されてい
る。
【0035】すなわち、後述されるように、上記出力M
OSFET Q1とQ2は相補的に動作するので、出力
MOSFET Q2と出力MOSFET Q1の駆動力の
バランスを適切に設定しないと、出力信号のローレベル
およびハイレベルがGTLレベルとならないことに注意
する必要がある。その為、本発明では、出力MOSFE
T Q2とQ1の素子サイズ(ゲート幅)の比が1:2
〜3になるように設定される。
【0036】上記プルダウン用の出力MOSFET Q
1を駆動するため、出力すべきデータDTおよび出力モ
ードか入力モードかを示す出力イネーブル信号/ENと
に基づいて、上記出力MOSFET Q1のゲート電極
にゲート駆動信号を形成する第1ゲート駆動信号形成回
路(第1ゲート駆動信号発生回路)GDVが設けられて
いる。また、上記出力MOSFET Q2を駆動するた
め、出力すべきデータDTおよび出力イネーブル信号/
ENと入力信号Dinとに基づいて上記出力MOSFE
T Q2のゲート電極にゲート駆動信号(パルス)を形
成する第2のゲート駆動信号形成回路(第2ゲート駆動
信号発生回路)としてのパルス形成回路DPGが設けら
れている。なお、上記出力イネーブル信号/ENやデー
タDTは内部回路によって形成されて供給されることは
言うまでもない。
【0037】上記ゲート駆動信号形成回路GDVおよび
パルス形成回路DPGは、後述するように、3.3Vの
ような電圧を電源電圧Vddと0Vのような接地電位G
NDとの間で動作するCMOS回路で構成される。これ
によって、出力MOSFETQ2がNチャネル型で構成
されていても、ハイレベルの出力信号の出力時にそのゲ
ートに充分に高い電圧(3.3V)が印加できるため、出
力信号の電圧レベルは終端電圧Vttからレベル落ちす
ることなく、1.2Vの終端電圧Vttのレベルがほぼ出
力される。また、出力MOSFET Q2がNチャネル
型で構成されているため、Pチャネル型で構成された場
合に比べて、動作速度が速くなるという利点がある。
【0038】一方、入力回路IBFは、反転入力端子
(−)が上記入出力ピン(I/O)に接続され、非反転
入力端子(+)に入力論理しきい値となる参照電圧Vr
ef(0.8V)が供給されたCMOS差動回路で構成さ
れている。従って、入力回路IBFは、入力信号Din
と参照電圧Vrefとを比較して入力信号Dinの電圧
レベルを判定し、インバータINV1,INV2を介し
て内部回路へ入力信号Dinのハイレベル”1”または
ローレベル”0”を伝える。
【0039】なお、図1の実施例においては、特に制限
されないが、静電破壊防止用のPチャネル型MOSFE
T Q3が、入出力端子I/Oと電源電圧端子Vddと
の間に接続される。このMOSFET Q3は、その基
板・ドレイン間の寄生容量を利用して、入出力端子I/
Oに印加された静電気などのサージから出力MOSFE
T Q1,Q2および入力回路IBFの入力トランジス
タ(後述される図6のMOSFET Q32)のゲート
絶縁膜を保護し、出力MOSFET Q1,Q2および
MOSFET Q32のゲート絶縁膜の絶縁破壊を防止
する。
【0040】図2は、図1の上記ゲート駆動信号形成回
路GDVおよびパルス形成回路DPGの具体的な回路構
成の一例を示している。ゲート駆動信号形成回路GDV
は、出力イネーブル信号/ENを反転するインバータI
NV3と、該インバータINV3の出力信号と出力すべ
きデータ信号DTとを入力信号とするNANDゲートG
1と、その出力信号を反転して上記出力MOSFET
Q1のゲートに供給するインバータINV4とから構成
されている。
【0041】また、上記パルス形成回路DPGは、デー
タ信号DTを反転するインバータINV5と、該インバ
ータINV5の出力信号と上記インバータINV3の出
力信号(出力イネーブル信号/ENの反転信号)とを入
力信号とするANDゲートG2と、その出力信号と入力
回路側のインバータINV1の出力信号を遅延するイン
バータ列INV6〜INV10の出力とを入力信号とす
るNORゲートG3と、その出力信号と上記インバータ
INV6の出力とを入力信号とするNORゲートG4と
からなり、該NORゲートG4の出力信号が上記出力M
OSFET Q2のゲートに供給されて上記MOSFE
T Q2が駆動される。
【0042】ここで、図2の入出力回路の動作が、図3
および図4のタイミングチャートを用いて説明される。
この実施例の入出力回路は、上記出力イネーブル信号/
ENがローレベルにされると出力モードとなり、出力イ
ネーブル信号/ENがハイレベルにされると入力モード
となる。
【0043】出力モードでは、NANDゲートG1の一
方の入力端子がハイレベルに固定されるため、他方の入
力端子に供給されるデータ信号DTが図3に示すように
変化すると、これに応じて出力MOSFET Q1のゲ
ート電圧Vaが同じように変化して、出力MOSFET
Q1がオン状態およびオフ状態にされる。
【0044】例えば、データ信号DTがハイレベルから
ローレベルに変化すると、少し遅れてゲート電圧Vaが
ハイレベルからローレベルに変化し、出力MOSFET
Q1がオン状態からオフ状態へ移行する。すると、図
示しない終端抵抗(図10のRt)を通して入出力端子
I/Oに流れ込んでいた電流が遮断されて電位Vbが上
昇し始める。そして、その電位が半導体集積回路装置の
入力回路IBFの論理しきい値とされる電圧Vrefを
越えると、入力回路IBFの出力が反転され、その出力
信号がインバータINV6とインバータ列INV7〜I
NV10で遅延されてN0RゲートG3,G4へ供給さ
れる。そのため、出力MOSFET Q2のゲート電圧
Vcが、図3に示すように、ゲート電圧Vaの変化より
少し遅れて、ローレベルからハイレベルに変化する。そ
の結果、出力MOSFET Q2がオフ状態からオン状
態へ移行して、入出力端子I/Oの電位Vbが電源電圧
Vttのレベルに近づくようにされる。
【0045】一方、データ信号DTがローレベルからハ
イレベルに変化すると、まず、ゲート電圧Vcがハイレ
ベルからローレベルに変化し、続いてゲート電圧Vaが
ローレベルからハイレベルに変化する。これに応答し
て、まず出力MOSFET Q2がオン状態からオフ状
態へ移行し、Q1がオフ状態からオン状態へ移行する。
そして、入出力端子I/Oの電位Vbが接地電位(GN
D)に向かって変化する。
【0046】上記のように、この実施例では、ハイレベ
ルの信号を出力するとき、出力MOSFET Q2をオ
ンさせるため、Q1がオフして入出力端子がハイインピ
ーダンスになるのを回避することができる。したがっ
て、本発明の半導体集積回路装置を図10に示される子
基板102の半導体集積回路装置(たとえば、図11の
インターフェイス用周辺回路ITF)として利用し、図
10に示すようなタップオフTPを有するバス線を使用
したデータ処理システムを構成した場合、タップオフT
Pの両端で生じる出力信号の反射を低減することができ
る。その結果、バス線上での出力信号の反射によるリン
ギングを抑えることができる。
【0047】また、上記ゲート電圧VaとVcはそれぞ
れのハイレベルの期間が重ならないようにされているの
で、出力MOSFET Q1,Q2の同時のオン状態に
起因する貫通電流の発生を最小限に阻止することができ
る。
【0048】次に、出力イネーブル信号/ENがハイレ
ベルにされる入力モードでは、NANDゲートG1の一
方の入力端子がローレベルに固定されるため、NAND
ゲートG1の出力信号がハイレベルに固定される。その
ため、出力MOSFET Q1のゲート電圧Vaがロー
レベルを維持するので、出力MOSFET Q1がオフ
状態を維持する。一方、入力信号すなわち入出力端子I
/Oの電位Vbがローレベルからハイレベルに変化し、
電位Vbのレベルが入力回路IBFの入力論理しきい値
電圧Vrefを越えると、入力回路IBFの出力レベル
が反転して、入力回路IBFの出力信号がインバータI
NV6とインバータ列INV7〜INV10で遅延され
てN0RゲートG3,G4へ供給される。そのため、イ
ンバータ列INV7〜INV10の遅延時間で決まるよ
うな時間幅を有するパルス信号(図4のP1,P2)が
パルス形成回路DPGにより形成され、そのパルス信号
P1,P2が出力MOSFET Q2のゲートに供給さ
れる。その結果、入力信号がローレベルからハイレベル
に変化する時、出力MOSFET Q2が一時的にオン
状態にされるので、入出力端子I/Oのインピーダンス
が一時的に低インピーダンスとなる。そのため、入出力
端子I/Oにおける入力信号の反射が防止される。ま
た、電位Vbがほぼ電源電圧Vttのレベルにクランプ
されるので、入力信号の波形ISWは、図5に示すよう
に、リンギングが大幅に低減された波形となる。したが
って、本発明の半導体集積回路装置を図10に示される
子基板102の半導体集積回路装置(たとえば、図11
のインターフェイス用周辺回路ITF)として利用し、
図10に示すようなタップオフTPを有するバス線を使
用したデータ処理システムを構成した場合、入力回路I
BFの入力トランジスタの高インピーダンスによる入力
信号の反射やタップオフTPの両端で生じる入力信号の
反射を低減することができる。その結果、バス線上での
入力信号の反射によるリンギングを抑えることができ
る。
【0049】したがって、本発明の半導体集積回路装置
を図10に示されるすべての子基板102の半導体集積
回路装置(たとえば、図11のインターフェイス用周辺
回路ITF)として利用すれば、バス線上での伝送信号
のリンギングを効果的に抑えることができる。その結
果、GTLレベルのような低振幅の信号を利用して、バ
ス線と介する子基板102間の信号伝達を高速化しかつ
信頼度の高い信号伝送を実現することができる。
【0050】図6は、図2の実施例を素子レベルの回路
で示したより具体的な実施例を示している。図6より明
らかなように、インバータINV1〜INV6は一般的
な直列形態に接続された一対のPチャネルMOSFET
とNチャネルMOSFETとからなるCMOSインバー
タで構成されている。一方、インバータINV7〜IN
V10は2つのPチャネルMOSFETと2つのNチャ
ネルMOSFETとが直列形態に接続されたCMOSイ
ンバータで構成されている。これによって、比較的少な
い段数で比較的大きな遅延時間を有する遅延手段として
のインバータが構成され、所望のパルス幅を有するパル
スが得られるようになっている。レイアウトスペースに
応じて各段のインバータを構成するMOSFETの数を
変えるようにしてもよい。さらに、例えば、マスタスラ
イス法による配線の切り換え等により、使用するインバ
ータの数を変えて、遅延時間すなわちパルス幅を変えら
れるように構成することも可能である。
【0051】また、図2の実施例におけるANDゲート
G2とNORゲートG3は、図6ではMOSFET Q
11〜Q16からなる複合論理ゲートとして構成されて
いる。NORゲートG4は、4つのPチャネルMOSF
ET Q21,Q22,Q25,Q26と並列形態の2
つのNチャネルMOSFET Q23,Q24とにより
構成されるが、この実施例では2つのNチャネルMOS
FET Q23,Q24のゲート幅の比を適切に設定す
ることによって、論理しきい値がVdd/2よりも低く
なるようにしている。これによって、出力モード時にゲ
ート電圧Vaの立ち上がりタイミングよりもVcの立ち
下がりタイミングを早くして出力MOSFET Q1,
Q2に貫通電流が流れるのを防止することができる。
【0052】入力回路IBFは、共通ソース端子が電源
電圧端子Vddに接続された一対のPチャネル型の差動
入力MOSFET Q31,Q32と、これらのMOS
FETのドレイン端子に設けられた一対のカレントミラ
ー接続のNチャネル型の負荷MOSFET Q33,Q
34とにより構成されている。この入力回路IBFは、
上記構成に限定されず、図8に示されている回路と同様
に、差動入力MOSFET Q31,Q32と電源電圧
端子Vddとの間に、ゲートに入力信号を受けるPチャ
ネルMOSFET Q35を設けたものであっても良
い。
【0053】図7は、本発明の他の実施例を示す。
【0054】この実施例は、図2におけるプルダウン用
出力MOSFET Q1を複数個の出力MOSFET Q
1a,Q1b,Q1c,Q1dとし、上記ゲート駆動信
号形成回路GDVにはそれぞれのMOSFET Q1
a,Q1b,Q1c,Q1dを時間をずらしてオン、オ
フさせるために、図2におけるインバータINV4の代
わりに複数のインバータ回路INV41,INV42,
INV43,INV44を設けたものである。すなわ
ち、この実施例では、インバータ回路INV41,IN
V42,INV43,INV44を構成する素子の数お
よび接続の仕方をそれぞれ変えることにより、前段のN
ANDゲートG1から同時に信号が入ってきても出力信
号がそれぞれ異なるタイミングで変化するように構成さ
れている。
【0055】さらに、この実施例では、各出力MOSF
ET Q1a,Q1b,Q1c,Q1dの大きさを変
え、出力の立ち下がりの際には最も小さい出力MOSF
ET(Q1a)から最も大きいもの(Q1d)に向かっ
て順番にオンして行き、立ち上がりの際には最も大きい
出力MOSFET(Q1d)から最も小さいもの(Q1
a)に向かって順番にオフして行くように、つまり出力
のスルーレートをコントロールできるように、インバー
タ回路INV41,INV42,INV43,INV4
4の構成(素子数、ゲート幅および接続の仕方等)が工
夫されている。このような構成をとることによって出力
信号のスルーレートすなわち立ち上がり、立ち下がり速
度(図5における波形の傾き)を調節することができ、
これによって出力に現れるノイズを抑えつつ、信号伝送
速度の向上を図ることができる。
【0056】以上説明したように、上記実施例は、半導
体集積回路装置の入出力端子にプルダウン用の出力MO
SFETおよびプルアップ用の出力MOSFETを接続
し、送信時にこれら一対の出力MOSFETを送信すべ
きデータに応じて相補的にオンまたはオフ状態にさせる
ともに、受信時にはハイレベルの入力信号を受信した直
後に上記プルアップ用出力MOSFETを一時的にオン
させる制御パルスを形成して上記MOSFETのゲート
端子に供給する第2ゲート駆動信号発生回路を設けるよ
うにしたので、ハイレベルの信号を出力するときはプル
アップ用の出力MOSFETをオンさせることで入出力
端子がハイインピーダンスになるのを回避することがで
きる。さらに、信号受信側ではハイレベルの入力信号の
受信直後に上記プルアップ用出力MOSFETを一時的
にオンさせるようにしているため、信号の反射を抑える
ことができ、入力信号波形のリンギングを大幅に低減さ
せ、受信側の回路の誤動作を防止することができるとい
う効果がある。
【0057】また、上記第1ゲート駆動信号発生回路
は、送信時に、上記出力MOSFETのゲート電圧を制
御して出力信号のスルーレートすなわち立ち上がりおよ
び立ち下がり速度を制御する信号を形成可能なスルーレ
ート制御機能を持つように構成したので、出力信号の立
ち上がりおよび立ち下がり速度を制御することができ、
これによって信号立ち上がりが速すぎることによるノイ
ズの発生を防止しつつ信号伝達速度の向上を図ることが
できるという効果がある。
【0058】さらに、半導体集積回路装置は入力回路に
差動回路を使用し、入力端子に終端抵抗付けするように
したので、GTLレベルような低振幅の信号として出力
することができるため、高速な信号伝送が可能となると
いう効果がある。
【0059】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。例えば上記
実施例では、出力MOSFET Q1,Q2を共にNチ
ャネル型としているが、Q2をPチャネル型とすること
も可能である。
【0060】また、電源電圧も上記実施例ではVddを
3.3V、Vttを1.2Vとしているが、これに限定される
ものでなく、実施例におけるVddの代わりに+2Vあ
るいは+1.2Vの電源電圧を使用しVttの代わりに接
地電位(0V)、接地電位の代わりに−1.2Vのような
負電源を用いることも可能である。
【0061】さらに、本発明を母基板(いわゆるマザー
ボード)上に複数の子基板(いわゆるベビーボード)が
搭載されてなる図9に示すようなシステムに適用する場
合、終端抵抗105は母基板101のバスの両端近傍に
設けるのが望ましいが、子基板101上に設けることも
可能である。
【0062】少なくとも本発明は、GTLレベル出信号
の入出力をおこなう半導体集積回路装置の入出力回路に
利用することができる。半導体集積回路装置は、論理回
路、データ処理装置に限定されず、メモリ用半導体集積
回路装置にも利用できる。
【0063】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野である母基板
に複数の子基板が搭載されてなるシステムにおける子基
板間の信号伝送について説明したが、本発明はそれに限
定されるものでなく、半導体集積回路装置間の信号伝送
一般に利用することができる。
【0064】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
のとおりである。
【0065】すなわち、入力信号波形のリンギングを大
幅に低減させ、受信側の回路の誤動作を防止することが
できるとともに、ノイズの発生を防止しつつ信号伝達速
度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した半導体集積回路装置の入出力
回路部の一実施例を示す回路図を示す。
【図2】図1の実施例の具体例を示す回路図を示す。
【図3】本発明を適用した半導体集積回路装置の出力モ
ード時の各種信号の波形を示す波形図を示す。
【図4】本発明を適用した半導体集積回路装置の入力モ
ード時の各種信号の波形を示す波形図を示す。
【図5】本発明を適用した半導体集積回路装置と従来の
GTL回路における入力信号波形を示す波形図を示す。
【図6】図1の実施例の素子レベルの具体例を示す回路
図を示す。
【図7】図1の実施例におけるゲート駆動信号発生回路
の他の実施例を示す回路図を示す。
【図8】従来のGTL回路を適用した半導体集積回路装
置間の信号伝送方式の概略を示す回路図を示す。
【図9】本発明を適用して好適なシステムの一例として
の母基板と子基板とからなるシステムの一構成例を示す
側面図を示す。
【図10】図9のシステムの等価回路を示す等価回路図
を示す。
【図11】図9のシステムにおける子基板の構成例を示
すブロック図を示す。
【符号の説明】
IOC 入出力回路 I/O 入出力端子 OBF 出力回路 IBF 入力回路 GDV ゲート駆動信号形成回路 DPG パルス形成回路 Q1 プルダウン用出力トランジスタ Q2 プルアップ用出力トランジスタ 101 母基板(マザーボード) 102 子基板(ベビーボード) 103 コネクタ 104 LSI 105 Rt 終端抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−224733(JP,A) 特開 昭62−125712(JP,A) 特開 平1−253315(JP,A) 実開 昭62−34830(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 19/0175

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入出力端子と、 上記入出力端子第1電源端子との間に結合されたソー
    スドレイン経路を有する第1出力MOSFETと、 上記入出力端子第2電源端子との間に結合されたソー
    スドレイン経路を有する第2出力MOSFETと、 上記第1出力MOSFETのゲートに結合され、送信す
    べきデーターに応答して、上記第1出力MOSFET
    ゲートへ駆動信号を選択的に発生する第1ゲート駆動信
    号発生回路と、 上記入出力端子にそのゲートが結合された入力MOSF
    ETを有する入力回路と、 上記第2出力MOSFETのゲートに結合された上記
    2ゲート駆動信号発生回路とを含み、 上記第2ゲート駆動信号発生回路は、データの送信時、
    送信すべきデータに応答して、上記第2出力MOSFE
    のゲートへ駆動信号を選択的に発生し、上記第1出力
    MOSFETと上記第2出力MOSFETとが相補的に
    動作するように、上記第2出力MOSFETの動作を制
    御し、 上記第2ゲート駆動信号発生回路は、データの受信時、
    上記入出力端子に供給されたハイレベルの入力信号に応
    答して上記入力回路から出力される入力信号に基づき、
    上記第2出力MOSFETを一時的にオンさせるための
    制御信号を形成することを特徴とする半導体集積回路装
    置。
  2. 【請求項2】 上記第1のゲート駆動信号発生回路は、
    上記第1出力MOSFETのゲート電圧を制御して出力
    信号の立ち上がりおよび立ち下がりを所望のスルーレー
    トに従って行わせるゲート駆動信号を形成する手段を含
    むことを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路装
    置。
  3. 【請求項3】 上記入力回路は、CMOS差動型の回路
    であることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路
    装置。
  4. 【請求項4】 上記第1出力MOSFETおよび第2出
    力MOSFETは、Nチャネル型MOSFETであるこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置。
  5. 【請求項5】 上記入出力端子の電位は、GTLレベル
    とされることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回
    路装置。
  6. 【請求項6】 上記第2出力MOSFETのゲート幅
    は、上記第1出力MOSFETのゲート幅より小さいこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置。
  7. 【請求項7】 入力端子と、 上記入力端子第2電源端子との間に結合されたソース
    ドレイン経路を有する出力MOSFETと、 上記入力端子にそのゲートが結合された入力MOSFE
    を有する入力回路と、 上記第2出力MOSFETのゲートに結合された駆動信
    号発生回路とを含み、 上記ゲート駆動信号発生回路は、上記入力端子に供給さ
    れたハイレベルの入力信号に応答して、上記入力回路か
    ら出力される入力信号に基づき、上記出力MOSFET
    を一時的にオンさせるための制御パルスを形成する半導
    体集積回路装置。
  8. 【請求項8】上記入力回路は、MOS差動回路であるこ
    とを特徴とする請求項7記載の半導体集積回路装置。
  9. 【請求項9】 上記入力端子の電位は、GTLレベルと
    されることを特徴とする請求項7記載の半導体集積回路
    装置。
  10. 【請求項10】 第1半導体集積回路装置に設けられた
    プルダウン用出力MOSFETを送信すべき出力信号に
    応じてオン状態またはオフ状態に駆動する工程と、 上記出力信号を、終端抵抗に結合されたバス線を介し
    て、第2半導体集積回路へ供給する工程と、 上記第2半導体集積回路に設けられた差動回路によっ
    て、上記出力信号の信号レベルを判定する工程と、 上記判定工程において、上記出力信号がハイレベルの信
    号として判定されたとき、上記第2半導体集積回路に設
    けられたプルアップ用のMOSFETを一時的にオン状
    態にさせる工程とを含むことを特徴とする信号伝送方
    法。
  11. 【請求項11】 上記第1半導体集積回路に設けられた
    プルアップ用出力MOSFETを上記プルダウン用出力
    MOSFETと相補的にオン状態あるいはオフ状態させ
    る工程をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載
    の信号伝送方法。
  12. 【請求項12】 送信すべき出力信号に応じてオン状態
    またはオフ状態に駆動される駆動するプルダウン用出力
    MOSFETと有する第1半導体集積回路装置と、 終端抵抗と、 上記終端抵抗に結合され、上記第1半導体集積回路装置
    から出力信号を供給されるバス線と、 上記バス線に結合されたプルアップ用MOSFETと、
    上記バス線に結合されかつ上記出力信号の信号レベルを
    判定する差動入力回路を有する第2半導体集積回路を含
    み、 第2半導体集積回路は、上記出力信号がハイレベルの信
    号として判定されたとき、上記第2半導体集積回路に設
    けられた上記プルアップ用MOSFETを一時的にオン
    状態にさせる制御回路をさらに含むことを特徴とする信
    号伝送システム。
  13. 【請求項13】 上記第1半導体集積回路は、さらに、
    プルアップ用出力MOSFETと、上記プルアップ用出
    力MOSFETを上記プルダウン用出力MOSFETと
    相補的にオン状態あるいはオフ状態させる制御回路を含
    むことを特徴とする請求項12に記載の信号伝送システ
    ム。
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