JP3556900B2 - 高速ダイナミックラッチ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は高速ダイナミックラッチに係り、特に高速用アナログ/デジタル変換器に使用可能なダイナミックラッチに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般にラッチはアドレス、データ、または内部クロック信号を一定期間ラッチする時や特定モードを維持する時に用いられる。HDTV(High Definition Television)とPRML用アナログ/デジタル変換器において高速ラッチは必要不可欠である。
【0003】
図1は、従来のダイナミックラッチ回路を示す図である。
図1を参照すれば、ラッチ回路は、クロックCLKが”Low”のトラックモードとクロックCLKが”High”のラッチモードに区分されて動作する。即ち、トラックモードの場合、PMOSトランジスタP0及びP1、NMOSトランジスタN4及びN5はノードVA及びVBをプリチャージする。またPMOSトランジスタP2及びP3、NMOSトランジスタN0及びN1はインバータラッチを形成し、ラッチモードの場合二つの入力信号inn、inpを各々”High”と”Low”にラッチする。
【0004】
先ず、クロックCLKが”ロー”であればNMOSトランジスタN4及びN5はターンオフ状態であり、PMOSトランジスタP0及びP1及び入力端スイッチP5及びP6はターンオン状態を維持する。従ってノードVA及びVBは全て”ハイ”状態になり、インバータINV1及びINV2を経た最後の出力outn及びoutpは全て”ロー”を維持する。この時NMOSトランジスタN2及びN3のゲートにアナログ入力信号が印加される状態である。
【0005】
またクロックCLKが”ロー”から”ハイ”に遷移される瞬間PMOSトランジスタP0及びP1及び入力端スイッチP5及びP6がターンオフされ、NMOSトランジスタN4及びN5がターンオンされる。従ってノードVA及びVBの電荷は直列連結されたNMOSトランジスタN0、N2及びN1、N3を通じて各々ディスチャージされる。この時ノードNAの信号及びノードNBの信号、即ち、完全差動入力はNMOSトランジスタN2及びN3に流れる電流を相互差があるようにする。結局ノードVA及びVB間に電圧差が形成され、PMOSトランジスタP2及びP3及びNMOSトランジスタN0及びN1よりなされたインバータラッチにより完全差動出力outn、outpは各々”ハイ”と”ロー”にラッチされる。
【0006】
このように図1は、トラックモードから静電流の消耗を除去したラッチ回路である。しかし図1のラッチ回路は、NMOSトランジスタN0、N2及びN1、N3が直列で連結されているためにディスチャージ時間が延びる。
【0007】
図2Aは、図1の回路でクロックCLKによるノードNA及びNB間にアナログ入力の電圧差を示す図である。図2Aを参照すれば、クロックCLKの周波数が200MHz(クロック周期=5ns)の場合、完全差動入力信号、即ち、ノードNAの信号及びノードNBの信号間の電圧差がキック−バック効果により縮まっている。これはラッチが高速で動作する場合、次のクロック周期に影響を与えられる問題点がある。
【0008】
図2Bは、図1の回路で200MspsのクロックCLKによるノードVA及びVB電圧を示す図である。図2Bを参照すれば、NMOSトランジスタN2及びN3がラッチモードで全てリニア領域で動作し、NMOSトランジスタN2とNMOSトランジスタN0が直列で連結されており、NMOSトランジスタN3とNMOSトランジスタN1が直列で連結されているためにディスチャージするのにかかる時間が延びる。これは高速動作が要求されるシステムで使用できないという短所がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的課題は、既存ラッチで発生するキック−バック効果を除去し低速の充放電による短所を補完した高速ダイナミックラッチを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の技術的課題を達成するために本発明は、第1出力ノードと、第2出力ノードと、クロック信号、前記第1出力ノードの信号及び前記第2出力ノードの信号に応答して前記第1出力ノード及び前記第2出力ノードをプリチャージするプリチャージ部と、差動入力信号中で一つと前記第2出力ノードの信号に応答して並列で前記第1出力ノードをディスチャージし、前記差動入力信号中で他の一つと前記第1出力ノードの信号に応答して並列で前記第2出力ノードをディスチャージするディスチャージ部と、前記クロック信号に応答して前記ディスチャージ部から電流をシンキングする電流源とを具備することを特徴とする高速ダイナミックラッチを提供する。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例を説明する。
【0012】
図3は、本発明に係るダイナミックラッチ回路を示す図である。
図3を参照すれば、前記ダイナミックラッチ回路は、プリチャージ部310、ディスチャージ部340、電流源360、第1及び第2入力部320、330、第1及び第2出力部370、380を具備する。
【0013】
前記プリチャージ部310は、クロック信号CLK、第1出力ノードVAの信号及び第2出力ノードVBの信号に応答して第1出力ノードVA及び第2出力ノードVBをプリチャージする。
【0014】
前記ディスチャージ部340は差動入力信号中で一つ、即ち、ノードNAの信号と第2出力ノードVBの信号に応答して並列で第1出力ノードVAをディスチャージし、差動入力信号中で他の一つ、即ち、ノードNBの信号と第1出力ノードVAの信号に応答して並列で第2出力ノードVBをディスチャージする。
【0015】
前記電流源360は、クロック信号CLKに応答してディスチャージ部340から電流をシンキングする。
【0016】
前記第1入力部320は、クロック信号CLKに応答して第1入力信号innをノードNAに伝送する。
【0017】
前記第2入力部330は、クロック信号CLKに応答して第2入力信号inpをノードNBに伝送する。
【0018】
前記第1及び第2入力信号inn、inpは差動入力信号であり、従ってノードNAの信号及びノードNBの信号も差動入力信号である。
【0019】
前記第1出力部370は、第1出力ノードVAの信号を反転バッファリングしてその結果を第1出力信号outnとして出力する。
【0020】
前記第2出力部380は、第2出力ノードVBの信号を反転バッファリングしてその結果を第2出力信号outpとして出力する。
【0021】
より詳細には、前記プリチャージ部310は、第1及び第2プリチャージ部310a、310bに区分される。第1プリチャージ部310aは第1基準電圧ノード、即ち、電源電圧ノードVDDにソースが接続され、クロック信号CLKにゲートが接続され、第1出力ノードVAにドレインが接続されるPMOSトランジスタP1、第1基準電圧ノードVDDにソースが接続され、第2出力ノードVBにゲートが接続され、第1出力ノードVAにドレインが接続されるPMOSトランジスタP3を具備する。第2プリチャージ部310bは、第1基準電圧ノードVDDにソースが接続され、クロック信号CLKにゲートが接続され、第2出力ノードVBにドレインが接続されるPMOSトランジスタP0、第1基準電圧ノードVDDにソースが接続され、第1出力ノードVAにゲートが接続され、第2出力ノードVBにドレインが接続されるPMOSトランジスタP2を具備する。
【0022】
前記ディスチャージ部340は、第1及び第2ディスチャージ部340a、340bに区分される。第1ディスチャージ部340aは、第1出力ノードVAにドレインが接続され、差動入力信号中で一つ、即ち、ノードNAの信号にゲートが接続され、ノードNCにソースが接続されるNMOSトランジスタN2、第1出力ノードVAにドレインが接続され、第2出力ノードVBにゲートが接続され、ノードNCにソースが接続されるNMOSトランジスタN0を具備する。前記第2ディスチャージ部340bは、第2出力ノードVBにドレインが接続され、差動入力信号中で他の一つ、即ち、ノードNBの信号にゲートが接続され、第3出力ノードにソースが接続されるNMOSトランジスタN3、第2出力ノードVBにドレインが接続され、第1出力モードVAにゲートが接続され、ノードNCにソースが接続されるNMOSトランジスタN1を具備する。
【0023】
前記電流源360は、ディスチャージ部340のノードNCと第2基準電圧ノード、即ち、接地電圧ノードGNDとの間に接続され、ゲートにクロック信号CLKが印加されるNMOSトランジスタN5を具備する。
【0024】
図3を参照して詳細な回路動作を説明する。
先ず、クロック信号CLKが”ロー”のトラックモードでNMOSトランジスタN5はターンオフ状態であり、プリチャージ部310のPMOSトランジスタP1及びP0及び第1、第2入力部320、330の伝送ゲートG1、G2がターンオン状態を維持する。これにより第1、第2出力ノードVA及びVBは全て”ハイ”状態であり、第1及び第2出力部370、380のインバータINV1及びINV2を通した最後の出力信号outn、outpは全て”ロー”を維持する。この時第1入力部320及び第2入力部330の伝送ゲートG1、G2にアナログ差動入力信号inn、inpが印加される状態である。
【0025】
クロック信号CLKが”ロー”から”ハイ”に遷移されるラッチモードで、PMOSトランジスタP1及びP0及び第1、第2入力部320、330の伝送ゲートG1、G2がターンオフされ、NMOSトランジスタN5はターンオンされる。これにより第1、第2出力ノードVA及びVBの電荷は、第1、第2ディスチャージ部340a、340b内で各々並列で対で連結されたNMOSトランジスタN0とN2及びN1とN3を通じてディスチャージされ始める。この時ノードNAの信号及びノードNBの信号、即ち、完全差動入力はNMOSトランジスタN2、N3に流れる電流を相互差があるようにする。従ってノードVA及びVB間に電圧差が形成されてPMOSトランジスタP2及びP3及びNMOSトランジスタN0、N1よりなされたインバータラッチによりインバータINV1及びINV2を通じた完全差動出力outn、outpは各々”ハイ”と”ロー”にラッチされる。
【0026】
そしてノードVA、VBのプリチャージ及びディスチャージを制御する役割をするNMOSトランジスタN5がディスチャージ部340内のNMOSトランジスタN0、N2、N1、N3のソースに共通で連結されることによってキック−バック効果による高速動作の制限を解決できる。
【0027】
図4は、図3に示したダイナミックラッチ回路のキック−バック効果に対するシミュレーション結果を示すグラフである。(a)は200MspsのクロックCLK信号であり、(b)は完全差動入力信号、即ち、ノードNAの信号及びノードNBの信号間の電圧差を示す図である。図4に示したようにキック−バック効果によりアナログ入力信号inn、inpがクロックCLKにより影響されるが、既存のラッチ(図1参照)とは違って完全差動入力信号、即ち、ノードNAの信号及びノードNBの信号間の電圧差が縮まらない。従って高速動作時次のクロック周期でアナログ入力信号の電圧差は縮まらない。
【0028】
またノードVA及びVBのディスチャージ時間が高速動作に大きな影響を及ぼす。即ち、二つのノードのフォーリング及びライジング時間が動作周波数パルス幅の1/2以下であるべきである。ところが図3に示したダイナミックラッチ回路では、NMOSトランジスタN0、N1が既存のようにNMOSトランジスタN2、N3に各々直列で連結されずに並列で連結されているためにノードVA及びVBのディスチャージ時間が速まる。図5は、図3の回路でノードVA及びVBのディスチャージ時間に対するシミュレーション結果を示すグラフであり、(a)は200MHzのクロックCLK信号であり、(b)はノードVA及びVBの電圧波形を示す図である。図5に示したようにノードVA及びVBのディスチャージ時間が約1ns以下であるので500MHz以上の動作速度を得られる。この時図5のシミュレーションでは0.6um CMOS工程モデルパラメータを使用した。
【0029】
【発明の効果】
前述したように本発明によれば、既存ラッチで発生するキック−バック効果を除去し低速の充放電による短所を補完して動作速度を改善でき、500MHz以上の高速アナログ/デジタル変換器に使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のダイナミックラッチ回路を示す図である。
【図2】図2A及び図2Bは、図1の回路のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図3】本発明に係るダイナミックラッチ回路を示す図である。
【図4】図3のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図5】図3のディスチャージ時間に対するシミュレーション結果を示すグラフである。
【符号の説明】
310 プリチャージ部
310a、310b 第1及び第2プリチャージ部
320、330 第1、第2入力部
340 ディスチャージ部
340a、340b 第1、第2ディスチャージ部
360 電流源
370、380 第1及び第2出力部
Claims (8)
- 第1の入力信号を入力する第1入力部と、
前記第1の入力信号との間に所定の電圧差を有する第2の入力信号を入力する第2入力部と、
第1出力ノードの信号を出力する第1出力部と、
第2出力ノードの信号を出力する第2出力部と、
クロック信号または前記第2出力ノードの信号に応答して前記第1出力ノードをプリチャージする第1プリチャージ部と、
クロック信号または前記第1出力ノードの信号に応答して前記第2出力ノードをプリチャージする第2プリチャージ部と、
前記第1の入力信号または前記第2出力ノードの信号に応答して並列で前記第1出力ノードをディスチャージする第1ディスチャージ部と、
前記第2の入力信号または前記第1出力ノードの信号に応答して並列で前記第2出力ノードをディスチャージする第2ディスチャージ部と、
前記クロック信号に応答して前記ディスチャージ部から電流をシンキングする電流源とを具備することを特徴とする高速ダイナミックラッチ。 - 前記第1入力部は、前記クロック信号に応答して、前記第1の入力信号を受信し、
前記第2入力部は、前記クロック信号に応答して、前記第2の入力信号を受信することを特徴とする請求項1に記載の高速ダイナミックラッチ。 - 前記第1出力部は、前記第1出力ノードの信号を反転バッファリングして出力し、
前記第2出力部は、前記第2出力ノードの信号を反転バッファリングして出力することを特徴とする請求項1に記載の高速ダイナミックラッチ。 - 前記第1プリチャージ部は、
第1基準電圧ノードにソースが接続され、前記クロック信号にゲートが接続され、前記第1出力ノードにドレインが接続される第1MOSトランジスタと、
前記第1基準電圧ノードにソースが接続され、前記第2出力ノードにゲートが接続され、前記第1出力ノードにドレインが接続される第2MOSトランジスタとを具備することを特徴とする請求項1に記載の高速ダイナミックラッチ。 - 前記第2プリチャージ部は、
第1基準電圧ノードにソースが接続され、前記クロック信号にゲートが接続され、前記第2出力ノードにドレインが接続される第1MOSトランジスタと、
前記第1基準電圧ノードにソースが接続され、前記第1出力ノードにゲートが接続され、前記第2出力ノードにドレインが接続される第2MOSトランジスタとを具備することを特徴とする請求項1に記載の高速ダイナミックラッチ。 - 前記第1ディスチャージ部は、
前記第1出力ノードにドレインが接続され、前記第1の入力信号にゲートが接続され、前記電流源にソースが接続される第1MOSトランジスタと、
前記第1出力ノードにドレインが接続され、前記第2出力ノードにゲートが接続され、前記電流源にソースが接続される第2MOSトランジスタとを具備することを特徴とする請求項1に記載の高速ダイナミックラッチ。 - 前記第2ディスチャージ部は、
前記第2出力ノードにドレインが接続され、前記第2の入力信号にゲートが接続され、前記電流源にソースが接続される第1MOSトランジスタと、
前記第2出力ノードにドレインが接続され、前記第1出力ノードにゲートが接続され、前記電流源にソースが接続される第2MOSトランジスタとを具備することを特徴とする請求項1に記載の高速ダイナミックラッチ。 - 前記電流源は、
前記ディスチャージ部と第2基準電圧ノードとの間に接続され、ゲートに前記クロック信号が印加されるMOSトランジスタを具備することを特徴とする請求項1に記載の高速ダイナミックラッチ。
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