JP3600103B2 - Buffer circuit and driver including buffer circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はバッファ回路及びそれを備えるドライバに関し、詳しくは、出力段にCMOSインバータを備えたバッファ回路の消費電流を低下させる技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
図7に、従来のバッファ回路の構成を示す。同図に示されるように、このバッファ回路は、入力インバータ回路3、及びPチャネル型MOSトランジスタTRpとNチャネル型MOSトランジスタTRnとを直列接続した出力段CMOSインバータ回路10等を備えて構成される。ここでPチャネル型MOSトランジスタTRpのソースSは電源VDDに接続され、Nチャネル型MOSトランジスタTRnのソースSはGND(接地)に接続されている。
【0003】
このようなバッファ回路においては通常、上記入力インバータ回路3及び出力段CMOSインバータ回路10での動作遅延に伴い、入力端子1に入力された入力信号INは、所定時間遅延されて出力端子2から出力される。なお、同バッファ回路が各種回路の出力バッファとして用いられる場合には、出力端子2に接続される負荷に応じて、上記出力段CMOSインバータ回路10を構成するトランジスタTRp,TRnの大きさ(電流容量)等が適宜設計される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記出力段にCMOSインバータ回路10を備えたバッファ回路においては、簡単な回路構成にて信号の遅延や任意負荷の駆動を行うことができるものの、同CMOSインバータ回路10における上記トランジスタTRp,TRnのスイッチングの際には、それらトランジスタに流れる貫通電流が無視できないものとなっている。
【0005】
特に、負荷の駆動を行うバッファ回路にあっては、その出力段CMOSインバータ回路も単にロジック反転等に使用されるCMOSインバータ回路に比べてその貫通電流は大きな値となる。そのため、このような出力段CMOSインバータ回路を備えたバッファ回路を多数使用するドライバ等にあっては、上記貫通電流に伴なう電力の浪費や信頼性の低下も避け得ないものとなっている。
【0006】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、出力段にCMOSインバータ回路を備えながらもその貫通電流を好適に防止することの可能なバッファ回路、及び同バッファ回路を備えるドライバを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載の発明は、出力段にPチャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトランジスタが直列接続されたCMOSインバータ回路を備えるバッファ回路において、前記Pチャネル型MOSトランジスタ及び前記Nチャネル型MOSトランジスタが同時にオンすることのないように、入力信号のそれらトランジスタのゲートへの印加タイミングを調整するタイミング調整回路を備えることをその要旨とする。
【0008】
同構成によれば、上記タイミング調整回路によって、CMOSインバータ回路を構成するPチャネル型MOSトランジスタ及びNチャネル型MOSトランジスタは同時にオンすることはない。そのため、それらトランジスタに大きな貫通電流の流れることが好適に防止され、同トランジスタの信頼性を向上させるとともに、当該バッファ回路としての消費電力を低下させることができるようになる。
【0009】
請求項2に記載の発明においては、請求項1記載のバッファ回路において、前記タイミング調整回路は、前記Pチャネル型MOSトランジスタ及び前記Nチャネル型MOSトランジスタのゲートに対して互いに一方のトランジスタのオフ期間内において他方のトランジスタをオンさせるスイッチング信号を印加する論理回路を備えて構成されることをその要旨とする。
【0010】
同構成によれば、上記タイミング調整回路を構成する論理回路により構成されるとともに、Pチャネル型MOSトランジスタ及びNチャネル型MOSトランジスタは各々他方がオフしている間にのみオンされる。そのため、それらトランジスタが同時にオンすることは確実に防止されるようになる。
【0011】
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のバッファ回路において、前記タイミング調整回路は、入力信号をそれぞれ一方入力端に入力し、互いに他方の出力信号をそれぞれ他方入力端に入力するAND回路及びOR回路の並列回路を備えて構成され、前記AND回路の出力信号を前記NチャネルMOSトランジスタのゲートに印加するとともに、前記OR回路の出力信号を前記PチャネルMOSトランジスタのゲートに印加することをその要旨とする。
【0012】
同構成によれば、論理回路にて構成されるタイミング調整回路を簡易且つ好適に形成することができる。
請求項4に記載の発明は、請求項1記載のバッファ回路において、前記タイミング調整回路は、前記Pチャネル型MOSトランジスタのオンタイミングを遅延してそのオン期間を前記Nチャネル型MOSトランジスタのオフ期間よりも短くする第1の遅延回路と、前記Nチャネル型MOSトランジスタのオンタイミングを遅延してそのオン期間を前記Pチャネル型MOSトランジスタのオフ期間よりも短くする第2の遅延回路とを備えて構成されることをその要旨とする。
【0013】
同構成によれば、各ゲートスイッチング信号の長い立ち上がり時間または長い立ち下がり時間の差を利用して、Pチャネル型MOSトランジスタがオンする前にNチャネル型MOSトランジスタをオンさせるとともに、Nチャネル型MOSトランジスタがオンする前にPチャネル型MOSトランジスタをオンさせることができる。そのため、それらトランジスタが同時にオンすることは好適に防止されるようになる。
【0014】
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載のバッファ回路において、前記第1の遅延回路は、信号反転時の立ち下がり時定数が大きく設定されたインバータ回路であり、前記第2の遅延回路は、信号反転時の立ち上がり時定数が大きく設定されたインバータ回路であることをその要旨とする。
【0015】
同構成によれば、上記第1の遅延回路及び第2の遅延回路を極めて簡素な構成により形成することができる。そのため、従来のバッファ回路にわずかな回路構成を追加するのみで本バッファ回路を形成することができ、その追加コストを少なく抑えることができる。
【0016】
請求項6に記載の発明は、動作頻度や扱う電圧の異なる複数の機能回路と、それら各回路にあって各々所定の緩衝動作を行うバッファ回路とが1チップの半導体集積回路装置として混載されてなるバッファ回路を備えるドライバであって、前記機能回路のうち、動作頻度の高い機能回路は、前記バッファ回路として、Pチャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトランジスタとが直列接続されたCMOSインバータ回路からなる出力段と、前記Nチャネル型MOSトランジスタがオフとなっている期間内に前記Pチャネル型MOSトランジスタをオンさせるスイッチング信号を入力信号に基づいて生成する第1のタイミング調整回路とを有するバッファ回路を備え、前記機能回路のうち、動作頻度の低い、若しくは扱う電圧の高い機能回路は、前記バッファ回路として、Pチャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトランジスタとが直列接続されたCMOSインバータ回路からなる出力段と、前記Pチャネル型MOSトランジスタのオンタイミングを遅延してそのオン期間を前記Nチャネル型MOSトランジスタのオフ期間よりも短くするとともに前記Nチャネル型MOSトランジスタのオンタイミングを遅延してそのオン期間を前記Pチャネル型MOSトランジスタのオフ期間よりも短くするスイッチング信号を入力信号に基づいて生成する第2のタイミング調整回路とを有するバッファ回路を備えることをその要旨とする。
【0017】
同構成によれば、ドライバ内の動作頻度や扱う電圧の異なる複数の機能回路に備えられるバッファ回路は、それら機能回路の動作頻度等に応じて、前記第1のタイミング調整回路を有するバッファ回路と前記第2のタイミング調整回路を有するバッファ回路とによって適宜使い分けして備えられる。すなわち、動作頻度の高い機能回路には、動作の確実な第1のタイミング調整回路を有するバッファ回路が備えられ、一方、動作頻度の低い、若しくは扱う電圧の高い機能回路には、回路規模の小さい第2のタイミング調整回路を有するバッファ回路が備えられている。そのため、同ドライバ内の回路の消費電力を低減しつつ、その確実な動作を得ること、あるいは回路規模の増大を最小限に抑えることができるようになる。
【0018】
請求項7に記載の発明は、請求項6記載のバッファ回路を備えるドライバにおいて、前記第1のタイミング調整回路は、前記入力信号をそれぞれ一方入力端に入力し、互いに他方の出力信号をそれぞれ他方入力端に入力するAND回路及びOR回路の並列回路を備えて構成されて、前記AND回路の出力信号を対応するCMOSインバータ回路の前記Nチャネル型MOSトランジスタのゲートに印加するとともに、前記OR回路の出力信号を同CMOSインバータ回路の前記Pチャネル型MOSトランジスタのゲートに印加するものであり、前記第2のタイミング調整回路は、前記Pチャネル型MOSトランジスタのオンタイミングを遅延すべく信号反転時の立ち下がり時定数が大きく設定された第1のインバータ回路と、前記Nチャネル型MOSトランジスタのオンタイミングを遅延すべく信号反転時の立ち上がり時定数が大きく設定された第2のインバータ回路とを備えて構成されることをその要旨とする。
【0019】
同構成によれば、前記第1のタイミング調整回路及び第2のタイミング調整回路を、好適且つ簡易に構成することができる。
請求項8に記載の発明は、請求項6または7記載のバッファ回路を備えるドライバにおいて、当該ドライバは、CCDイメージセンサを駆動する装置であり、前記動作頻度の高い機能回路は、前記CCDの電荷転送動作に用いられるパルスのパルス電圧を昇圧生成する第1のチャージポンプであるとともに、このチャージポンプに用いられるバッファ回路は、当該チャージポンプのポンピングコンデンサに入力されるポンピングクロックを遅延する回路であり、前記動作頻度の低い、若しくは扱う電圧の高い機能回路は、前記CCDの前記電荷転送動作に用いられるパルスを生成出力する回路、若しくは前記CCDのバイアス電圧を昇圧生成する第2のチャージポンプであるとともに、前記電荷転送動作に用いられるパルスを生成出力する回路に用いられるバッファ回路は、別途印加されるタイミングクロックを前記第1のチャージポンプの出力電圧に基づいてレベル変換する回路であり、前記第2のチャージポンプに用いられるバッファ回路は、当該チャージポンプのポンピングコンデンサに入力されるポンピングクロックを遅延する回路であることをその要旨とする。
【0020】
同構成によれば、CCDドライバ内の動作頻度や扱う電圧の異なる複数の機能回路(チャージポンプ、ドライブ回路等)に備えられるバッファ回路は、それら機能回路の動作頻度等に応じて、前記第1のタイミング調整回路を有するバッファ回路と前記第2のタイミング調整回路を有するバッファ回路とによって適宜使い分けして備えられている。そのため、同CCDドライバ内の機能回路の消費電力を低減しつつ、その確実な動作を得ること、あるいは回路規模の増大を最小限に抑えることができるようになる。
【0021】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
以下、本発明にかかるバッファ回路の第1の実施の形態について、図1及び図2を参照して説明する。
【0022】
図1は、本実施の形態にかかるバッファ回路の構成を示す回路図である。
同図1に示すように、この回路は、その基本的には先に示した従来のバッファ回路と同様に、入力インバータ回路3、及びPチャネル型MOSトランジスタTRpとNチャネル型MOSトランジスタTRnとの直列回路からなる出力段CMOSインバータ回路10等を備えて構成される。
【0023】
これらバッファ回路としての基本構成に加え、本実施の形態のバッファ回路はさらに、OR回路21及びAND回路22の並列回路からなるタイミング調整回路20を備えている。
【0024】
ここで、上記OR回路21の一方の入力端には前記入力インバータ回路3の出力が、その他方の入力端には上記AND回路22の出力が入力される。また、同OR回路21の出力は上記AND回路22及び前記Pチャネル型MOSトランジスタTRpのゲートにスイッチング信号Pinとして入力される。
【0025】
また、上記AND回路22の一方の入力端には前記入力インバータ回路3の出力が、その他方の入力端には上記OR回路21の出力が入力される。また、同AND回路22の出力は上記OR回路21及び前記Nチャネル型MOSトランジスタTRnのゲートにスイッチング信号Ninとして入力される。
【0026】
次に、このように構成される本実施の形態のバッファ回路の動作を図2のタイミングチャートを参照して説明する。
同図2に示す時刻t1において入力信号INが論理「H(ハイ)」レベル(VDD)に変化すると(図2(a)参照)、入力インバータ回路3の出力は論理「L(ロー)」レベル(0ボルト)となる。そして、その所定時間後の時刻t2においては、まずAND回路22の出力である上記スイッチング信号Ninが論理「L」レベルとなり(図2(c)参照)、これに伴なってNチャネル型MOSトランジスタTRnはオフとなる。
【0027】
また、このAND回路22の論理「L」レベルの出力がOR回路21に入力されて所定時間後の時刻t3においては、同OR回路21の出力である上記スイッチング信号Pinが論理「L」レベルとなる(図2(b)参照)。これに伴なってPチャネル型MOSトランジスタTRnはオンとなり、バッファ回路の出力信号OUTは論理「H」レベルとなる(図2(d)参照)。
【0028】
一方、同図2に示す時刻t4において入力信号INが論理「L」レベルに変化すると、入力インバータ回路3の出力は論理「H」レベルとなる。そして、その所定時間後の時刻t5においては、まずOR回路21の出力Pinが論理「H」レベルとなり、これに伴なってPチャネル型MOSトランジスタTRnはオフとなる。
【0029】
また、このOR回路21の論理「H」レベルの出力がAND回路22に入力されて所定時間後の時刻t6においては、同AND回路22の出力Ninが論理「H」レベルとなる(図2(c)参照)。これに伴なってNチャネル型MOSトランジスタTRnはオンとなり、バッファ回路の出力信号OUTは論理「L」レベルとなる(図2(d)参照)。以後、入力信号INのレベル変化に応じて同様の動作を繰り返す。
【0030】
すなわち、本実施の形態においては、同図2に示されるように、Pチャネル型MOSトランジスタTRpのオフ期間τpoff内においてNチャネル型MOSトランジスタTRnのオン期間τnonが形成されるとともに、Nチャネル型MOSトランジスタTRnのオフ期間τnoff内においてPチャネル型MOSトランジスタTRpのオン期間τponが形成される。そのため、これらトランジスタTRp,TRnのスイッチングに際して、同トランジスタTRp,TRnが同時にオンすることはなく、同トランジスタTRp,TRnに貫通電流が流れることも好適に防止されるようになる。
【0031】
以上説明したように、本実施の形態のバッファ回路によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)タイミング調整回路20によって、トランジスタTRp,TRnが同時にオンすることのないスイッチング信号Pin,Ninが形成される。そのため、同トランジスタTRp,TRnに大きな貫通電流の流れることが好適に防止され、同トランジスタTRp,TRnの信頼性を向上させるとともに、当該バッファ回路としての消費電力を低下させることができるようになる。
【0032】
(2)タイミング調整回路20は上記OR回路21及びAND回路22の論理回路により構成されるため、これら論理回路により形成される上記スイッチング信号Pin,Ninは確実で信頼性の高いものとなる。
【0033】
なお、上記実施の形態は以下のようにその構成を変更して実施することもできる。
・タイミング調整回路20の論理回路の構成は、先の図1に示した構成に限られない。要は、トランジスタTRp,TRnが同時にオンすることのないスイッチング信号Pin,Ninを形成することのできる回路であればよい。
【0034】
・Nチャネル型MOSトランジスタTRnのソースSをグランド電位GND(0ボルト)とする例を示したが、同ソースSを負電位とする回路についても同様に適用することができる。
【0035】
(第2の実施の形態)
次に、本発明にかかるバッファ回路の第2の実施の形態を、前記第1の実施の形態との相違点を中心に図3及び図4を参照して説明する。なお、図3において図1に示した第1の実施の形態の回路と同様の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示しており、それら要素についての重複する説明は割愛する。
【0036】
図3に示されるように、この第2の実施の形態のバッファ回路においては、タイミング調整回路の構成が前記第1の実施の形態のタイミング調整回路20の構成と相違する。また、本実施の形態においては、前記入力インバータ回路3は備えられていない。
【0037】
本実施の形態のタイミング調整回路30は、信号反転時の立ち下がり時定数、すなわちその出力の立ち下がり時間tf1が以下に説明する第2のインバータ回路32の立ち下がり時間tf2より長く(大きく)設定された第1のインバータ回路31、及び信号反転時の立ち上がり時定数、すなわちその出力の立ち上がり時間tr2が同第1のインバータ回路31の立ち上がり時間tr1より長く(大きく)設定された第2のインバータ回路32からなる。そして、これら両インバータ回路31,32には入力信号INが入力され、前記第1のインバータ回路31の出力は前記PチャネルMOSトランジスタのスイッチング信号Pinとしてそのゲートに入力され、一方、前記第2のインバータ回路32の出力は前記NチャネルMOSトランジスタのスイッチング信号Ninとしてそのゲートに入力される。
【0038】
次に、このように構成される本実施の形態のバッファ回路の動作を図4のタイミングチャートを参照して説明する。
同図4に示す時刻t1において入力信号INが論理「H」レベルに変化すると(図4(a)参照)、上記第2のインバータ回路32の出力である上記スイッチング信号Ninは論理「L」レベルとなり(図4(c)参照)、これに伴なって同Nチャネル型MOSトランジスタTRnはオフとなる。また、上記入力信号INの論理「H」レベルへの変化に伴って、上記第1のインバータ回路31の出力である上記スイッチング信号Pinのレベルが徐々に低下する(図4(b)参照)。そして、その所定時間後の時刻t2において、同信号Pinのレベルが論理「L」レベル近傍まで低下すると、Pチャネル型MOSトランジスタTRpはオンし、バッファ回路の出力信号OUTは論理「H」レベルとなる(図4(d)参照)。
【0039】
一方、同図4に示す時刻t3において入力信号INが論理「L」レベルに変化すると、それに伴って第1のインバータ回路31の出力Pinが論理「H」レベルとなる(図4(b)参照)。すなわちPチャネル型MOSトランジスタTRpがオフとなる。また、上記入力信号INの論理「L」レベルへの変化に伴って、上記インバータ回路32の出力Ninのレベルが徐々に上昇する(図4(c)参照)。そして、時刻t4においてスイッチング信号Ninのレベルが所定レベルまで上昇すると、Nチャネル型MOSトランジスタTRnがオンとなり、バッファ回路の出力信号OUTは論理「L」レベルとなる(図4(d)参照)。
【0040】
すなわち、本実施の形態においては、上述したように、図4に示す時刻t1にNチャネル型MOSトランジスタTRnがオフしてから所定時間後の、同図4に示す時刻t2においてPチャネル型MOSトランジスタTRpがオンとなる。また、図4に示す時刻t3にPチャネル型MOSトランジスタTRpがオフしてから所定時間後の、同図4に示す時刻t4にNチャネル型MOSトランジスタTRnがオンとなる。
【0041】
そのため、これらトランジスタTRp,TRnのスイッチングに際して、同トランジスタTRp,TRnが同時にオンすることはなく、この場合も、同トランジスタTRp,TRnに貫通電流が流れることが好適に防止されるようになる。
【0042】
以上説明したように、本実施の形態のバッファ回路によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)タイミング調整回路30によって、トランジスタTRp,TRnが同時にオンすることのないスイッチング信号Pin,Ninが形成される。そのため、同トランジスタTRp,TRnに大きな貫通電流の流れることが好適に防止され、同トランジスタTRp,TRnの信頼性を向上させるとともに、当該バッファ回路としての消費電力を低下させることができるようになる。
【0043】
(2)また、タイミング調整回路30を2個のインバータ回路31,32という極めて簡素な構成により形成することができる。そのため、従来のバッファ回路にわずかな回路構成を追加するのみで本バッファ回路を形成することができ、その追加コストを少なく抑えることができる。
【0044】
なお、上記実施の形態は以下のようにその構成を変更して実施することもできる。
・タイミング調整回路30の回路構成は、先の図2に示した構成に限られない。要は、トランジスタTRp,TRnが同時にオンすることのないスイッチング信号Pin,Ninを形成することのできる回路であればよい。
【0045】
・Nチャネル型MOSトランジスタTRnのソースSをグランド電位GND(0ボルト)とする例を示したが、同ソースSを負電位とする回路についても同様に適用することができる。
【0046】
(第3の実施の形態)
以下、第3の実施の形態として、本発明にかかるバッファ回路を備えるドライバについて、その一実施の形態を図5を参照して説明する。なお、本実施の形態のドライバは、周知のフレームトランスファ型CCDイメージセンサを駆動するもので、詳しくは同CCDの撮像部に発生した電荷を蓄積部に一挙に転送する、いわゆる電荷の垂直転送駆動を実現する装置として、1チップのIC(集積回路装置)として形成される。
【0047】
同図5に示すように、本実施の形態のドライバは、昇圧制御回路41、低電圧発生用チャージポンプ42、高電圧発生用チャージポンプ43、垂直ドライブ回路44及び電子シャッタドライブ回路45等を備えて構成される。
【0048】
ここで、上記昇圧制御回路41は、CCD駆動用の各種クロック信号を発生するタイミング発生回路からの昇圧クロックに基づき、上記低電圧発生用チャージポンプ42及び高電圧発生用チャージポンプ43による昇圧態様を制御する回路である。
【0049】
また、低電圧発生用チャージポンプ42は、上記昇圧制御回路41の制御に基づき、システム電源電圧VDDを負電圧側に昇圧した例えば「−3VDD」の電圧を生成して、同電圧を上記高電圧発生用チャージポンプ43、垂直ドライブ回路44及び電子シャッタドライブ回路45に供給する回路である。
【0050】
なお、このチャージポンプ42は、図6に例示するように、基本構成として4個のスイッチングトランジスタTR1,TR2,TR3,TR4、3個のポンピングキャパシタC1,C2,C3、及び出力キャパシタCout等を備えて構成されている。また、印加されるクロック信号によってスイッチングトランジスタTR1,TR2,TR3,TR4が同時に導通状態となることのないよう、それらクロック信号のタイミングを調整するタイミング調整回路50、及び同トランジスタTR1,TR2,TR3,TR4のオフ状態を確実に維持するCMOSインバータ1,2,3,4を備えている。
【0051】
また、先の図1に示したタイプのバッファ回路(以下、AND/OR型バッファ回路という)B1を備えている。具体的には、同図6に示されるように、本CCDドライバに外付けされるポンピング用コンデンサC1,C2,C3に入力されるポンピングクロックのバッファ回路として備えられている。そのため、同低電圧発生用チャージポンプ42といった、動作頻度が高く、スイッチングに伴なう消費電力が多くなる回路にあっても、そのバッファ回路として確実な動作を保証しつつ、その貫通電流を防止し、ひいてはその消費電力を低減することができるようになる。
【0052】
また、高電圧発生用チャージポンプ43は、上記昇圧制御回路41の制御に基づき、システム電源電圧VDD及び上記低電圧発生用チャージポンプ42の出力電圧からCCDバイアス用の所定の高電圧(正電圧)を発生し、これをCCD負荷に供給する回路である。
【0053】
なお、このチャージポンプ43も、基本的には先の図6に例示するチャージポンプ回路を有して構成されるもので、スイッチングトランジスタ、ポンピングキャパシタ、出力キャパシタ、タイミング調整回路、及びCMOSインバータ等を備えて構成されている。なお、正電圧発生用にその構成の一部は異なるものとなっている。例えば、スイッチングトランジスタはPチャネル型MOSトランジスタにて構成されている。
【0054】
また、先の図3に示したタイプのバッファ回路(以下、tr/tf型バッファ回路という)B2を備えている。具体的には、上記低電圧発生用チャージポンプ42と同様に、本CCDドライバに外付けされるポンピング用キャパシタC1aに入力されるポンピングクロックのバッファ回路として備えられている。そのため、同高電圧発生用チャージポンプ43といった、高電圧を扱うためにその構成トランジスタそのものの規模が大きくなる回路にあっても、そのバッファ回路としてわずかな回路構成を追加するだけで、その貫通電流を好適に防止することができるようになる。
【0055】
また、垂直ドライブ回路44は、垂直ブランキング期間において、タイミング発生回路から入力されるCCD垂直転送用クロック信号を、システム電源電圧VDD及び上記低電圧発生用チャージポンプ42の出力電圧に基づき所定のレベル(負電圧を含む3値レベル)に変換し、これを垂直転送パルスとしてCCD負荷に供給する回路である。この垂直転送パルスの印加により、CCDの撮像部に発生した1画面分の電荷は同CCDの蓄積部に転送される。
【0056】
なお、この垂直ドライブ回路44は、上記tr/tf型バッファ回路B2をその出力バッファ回路として備えている。そのため、同垂直ドライブ回路44内といった、比較的動作頻度の低い回路のバッファ回路として、上述同様、わずかな回路構成を追加するだけでその貫通電流を好適に防止することができるようになる。
【0057】
また、電子シャッタドライブ回路45は、光蓄積期間において、タイミング発生回路から入力される電子シャッタ用クロック信号を、システム電源電圧VDD及び上記低電圧発生用チャージポンプ42の出力電圧に基づき所定のレベルに変換し、これを電子シャッタパルスとしてCCD負荷に供給する回路である。この電子シャッタパルスの印加により、CCD撮像部の電荷はドレインに排出され、いわゆる電子シャッタ動作が行なわれる。
【0058】
なお、この電子シャッタドライブ回路45も上記垂直ドライブ回路44と同様、上記tr/tf型バッファ回路B2をその出力バッファ回路として備えている。そのため、同電子シャッタドライブ回路45といった、これも動作頻度の低い回路のバッファ回路として、わずかな回路構成を追加するだけでその貫通電流を好適に防止することができるようになる。
【0059】
以上ように構成される本実施の形態のバッファ回路を備えるドライバによれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)ドライバ内の各構成回路に応じてそこに使用されるバッファ回路を、上記AND/OR型バッファ回路B1とtr/tf型バッファ回路B2とで使い分けしている。そのため、同ドライバ内の回路の消費電力を低減しつつ、その確実な動作を得ること、あるいは回路規模の増大を最小限に抑えることができるようになる。
【0060】
なお、上記実施の形態は以下のような形態で実施することもできる。
・上記AND/OR型バッファ回路B1及びtr/tf型バッファ回路B2は、ドライバ内において、上記チャージポンプ42,42、ドライブ回路44,45以外の回路で使用されるものであってもよい。
【0061】
・上記AND/OR型バッファ回路B1及びtr/tf型バッファ回路B2をフレームトランスファ型CCDを駆動するドライバに適用する例を示したが、本発明にかかるバッファ回路を備えるドライバは、インターライン型CCDを駆動するドライバにも同様に適用することができる。
【0062】
・さらに、本発明にかかるバッファ回路を備えるドライバは、CCDイメージセンサを駆動するドライバに限らず、バッファ回路を備えるあらゆるICに適用することができる。すなわち、動作頻度や扱う電圧の異なる複数の機能回路と、それら各回路にあって各々所定の緩衝動作を行うバッファ回路とが1チップのICとして混載されてなるバッファ回路を備えるドライバに対し、それら機能回路の動作頻度やその扱う電圧等に応じて上記AND/OR型バッファ回路B1とtr/tf型バッファ回路B2とを使い分けることでも、上記実施の形態に準じた効果を得ることはできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるバッファ回路についてその第1の実施の形態を示す回路図。
【図2】同実施の形態の回路の動作を示すタイミングチャート。
【図3】本発明にかかるバッファ回路についてその第2の実施の形態を示す回路図。
【図4】同実施の形態の回路の動作を示すタイミングチャート。
【図5】第3の実施の形態として、本発明にかかるバッファ回路を備えるドライバの構成を概略的に示すブロック図。
【図6】同実施の形態のチャージポンプ回路についてその一例を示す回路図。
【図7】従来のバッファ回路についてその構成を示す回路図。
【符号の説明】
1…入力端子、2…出力端子、3…インバータ回路、10…出力段CMOSインバータ回路、20,30…タイミング調整回路、42…低電圧発生用チャージポンプ、43…高電圧発生用チャージポンプ、44…垂直ドライブ回路、45…電子シャッタドライブ回路、TRn…Nチャネル型MOSトランジスタ、TRp…Pチャネル型MOSトランジスタ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a buffer circuit and a driver including the same, and more particularly to a technique for reducing current consumption of a buffer circuit including a CMOS inverter in an output stage.
[0002]
[Prior art]
FIG. 7 shows a configuration of a conventional buffer circuit. As shown in the figure, the buffer circuit includes an
[0003]
In such a buffer circuit, the input signal IN input to the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the buffer circuit provided with the
[0005]
In particular, in a buffer circuit for driving a load, the through-current of the output-stage CMOS inverter circuit is larger than that of a CMOS inverter circuit simply used for logic inversion or the like. Therefore, in a driver or the like that uses a large number of buffer circuits including such an output-stage CMOS inverter circuit, it is unavoidable to waste power and reduce reliability due to the through current. .
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a buffer circuit capable of appropriately preventing a through current of a CMOS inverter circuit while having the CMOS inverter circuit in an output stage. It is to provide a driver having:
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Hereinafter, the means for achieving the above object and the effects thereof will be described.
The invention according to
[0008]
According to this configuration, the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor included in the CMOS inverter circuit are not simultaneously turned on by the timing adjustment circuit. Therefore, a large through current is prevented from flowing through the transistors, and the reliability of the transistors can be improved, and the power consumption of the buffer circuit can be reduced.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the buffer circuit according to the first aspect, the timing adjustment circuit is configured so that the gates of the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor have an off period of one of the transistors. The gist of the present invention is to provide a logic circuit for applying a switching signal for turning on the other transistor.
[0010]
According to this configuration, while being constituted by the logic circuit constituting the timing adjustment circuit, the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor are turned on only while the other is off. Therefore, it is surely prevented that these transistors are turned on at the same time.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the buffer circuit according to the second aspect, the timing adjustment circuit inputs the input signal to one input terminal and inputs the other output signal to the other input terminal. A parallel circuit of a circuit and an OR circuit, wherein the output signal of the AND circuit is applied to the gate of the N-channel MOS transistor, and the output signal of the OR circuit is applied to the gate of the P-channel MOS transistor. Is the gist.
[0012]
According to the configuration, the timing adjustment circuit including the logic circuit can be easily and suitably formed.
According to a fourth aspect of the present invention, in the buffer circuit according to the first aspect, the timing adjustment circuit delays an on-timing of the P-channel MOS transistor to reduce an on-period of the N-channel MOS transistor. A first delay circuit for shortening the ON timing of the N-channel MOS transistor and a second delay circuit for delaying the ON period of the N-channel MOS transistor to be shorter than the OFF period of the P-channel MOS transistor. The gist is to be composed.
[0013]
According to this configuration, the N-channel MOS transistor is turned on before the P-channel MOS transistor is turned on by utilizing the difference between the long rise time or the long fall time of each gate switching signal, and the N-channel MOS transistor is turned on. The P-channel MOS transistor can be turned on before the transistor is turned on. Therefore, it is possible to preferably prevent the transistors from turning on at the same time.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the buffer circuit according to the fourth aspect, the first delay circuit is an inverter circuit having a large fall time constant at the time of signal inversion, and the second delay circuit The gist of the circuit is that the circuit is an inverter circuit in which a rising time constant at the time of signal inversion is set to be large.
[0015]
According to this configuration, the first delay circuit and the second delay circuit can be formed with an extremely simple configuration. Therefore, the present buffer circuit can be formed only by adding a small circuit configuration to the conventional buffer circuit, and the additional cost can be reduced.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, a plurality of functional circuits having different operation frequencies and different voltages to be handled, and a buffer circuit in each of the circuits performing a predetermined buffer operation are mixedly mounted as a one-chip semiconductor integrated circuit device. A driver circuit having a high frequency of operation among the functional circuits, wherein the buffer circuit comprises a CMOS inverter circuit in which a P-channel MOS transistor and an N-channel MOS transistor are connected in series. Circuit comprising: an output stage; and a first timing adjustment circuit for generating a switching signal for turning on the P-channel MOS transistor during a period in which the N-channel MOS transistor is turned off, based on an input signal. And among the functional circuits, the frequency of operation is low or the voltage handled is high. The functional circuit includes, as the buffer circuit, an output stage including a CMOS inverter circuit in which a P-channel MOS transistor and an N-channel MOS transistor are connected in series, and an on-stage by delaying the on-timing of the P-channel MOS transistor. A switching signal is input to make the period shorter than the off-period of the N-channel MOS transistor and delay the on-timing of the N-channel MOS transistor to make the on-period shorter than the off-period of the P-channel MOS transistor. The gist of the present invention is to provide a buffer circuit having a second timing adjustment circuit that generates a signal based on a signal.
[0017]
According to the configuration, the buffer circuits provided in a plurality of functional circuits having different operation frequencies and voltages handled in the driver are different from the buffer circuit having the first timing adjustment circuit in accordance with the operation frequency of the function circuits. A buffer circuit having the second timing adjustment circuit is used as appropriate. In other words, a function circuit with a high operation frequency is provided with a buffer circuit having a first timing adjustment circuit with a reliable operation, while a function circuit with a low operation frequency or a high voltage to be handled has a small circuit scale. A buffer circuit having a second timing adjustment circuit is provided. Therefore, it is possible to obtain a reliable operation or reduce an increase in the circuit scale while reducing power consumption of a circuit in the driver.
[0018]
According to a seventh aspect of the present invention, in the driver including the buffer circuit according to the sixth aspect, the first timing adjustment circuit inputs the input signal to one input terminal and outputs the other output signal to the other input terminal. A parallel circuit of an AND circuit and an OR circuit input to an input terminal of the CMOS inverter circuit for applying an output signal of the AND circuit to a gate of the N-channel MOS transistor of the corresponding CMOS inverter circuit; The output signal is applied to the gate of the P-channel MOS transistor of the CMOS inverter circuit, and the second timing adjustment circuit is configured to delay the on-timing of the P-channel MOS transistor during signal inversion to delay the on-timing of the P-channel MOS transistor. A first inverter circuit whose falling time constant is set to be large; As its gist to be configured and a second inverter circuit rise time constant is set large signal inversion time in order to delay the on-timing of the OS transistor.
[0019]
According to this configuration, the first timing adjustment circuit and the second timing adjustment circuit can be suitably and simply configured.
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a driver including the buffer circuit according to the sixth or seventh aspect, wherein the driver is a device for driving a CCD image sensor; A first charge pump for boosting and generating a pulse voltage of a pulse used for a transfer operation, and a buffer circuit used for the charge pump is a circuit for delaying a pumping clock input to a pumping capacitor of the charge pump. The functional circuit whose operation frequency is low or whose voltage is high is a circuit that generates and outputs a pulse used for the charge transfer operation of the CCD, or a second charge pump that boosts and generates a bias voltage of the CCD. At the same time as generating and outputting a pulse used for the charge transfer operation. Is a circuit that converts the level of a separately applied timing clock based on the output voltage of the first charge pump, and the buffer circuit used for the second charge pump is The gist of the present invention is to provide a circuit for delaying a pumping clock input to a pumping capacitor.
[0020]
According to the configuration, the buffer circuits provided in a plurality of functional circuits (charge pumps, drive circuits, and the like) having different operation frequencies in the CCD driver and different voltages to be handled are provided according to the operation frequencies of the functional circuits. And a buffer circuit having the second timing adjustment circuit. Therefore, it is possible to obtain the reliable operation or to minimize the increase in the circuit scale while reducing the power consumption of the functional circuit in the CCD driver.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(First Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a buffer circuit according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0022]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of the buffer circuit according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, this circuit basically includes an
[0023]
In addition to the basic configuration of these buffer circuits, the buffer circuit of the present embodiment further includes a
[0024]
Here, the output of the
[0025]
The output of the
[0026]
Next, the operation of the buffer circuit of the present embodiment thus configured will be described with reference to the timing chart of FIG.
When the input signal IN changes to the logic "H (high)" level (VDD) at time t1 shown in FIG. 2 (see FIG. 2A), the output of the
[0027]
At time t3, which is a predetermined time after the output of the AND
[0028]
On the other hand, when the input signal IN changes to the logic “L” level at time t4 shown in FIG. 2, the output of the
[0029]
Further, at time t6, which is a predetermined time after the output of the logical "H" level of the
[0030]
That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the on-period τnon of the N-channel MOS transistor TRn is formed within the off-period τpoff of the P-channel MOS transistor TRp, and the N-channel MOS An on-period τpon of the P-channel MOS transistor TRp is formed within the off-period τnoff of the transistor TRn. Therefore, when the transistors TRp and TRn are switched, the transistors TRp and TRn are not turned on at the same time, so that a through current flows through the transistors TRp and TRn.
[0031]
As described above, according to the buffer circuit of the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The switching signals Pin and Nin are formed by the
[0032]
(2) Since the
[0033]
The above embodiment can be implemented by changing its configuration as follows.
The configuration of the logic circuit of the
[0034]
Although the example in which the source S of the N-channel MOS transistor TRn is set to the ground potential GND (0 volt) has been described, the present invention can be similarly applied to a circuit in which the source S is set to a negative potential.
[0035]
(Second embodiment)
Next, a buffer circuit according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4, focusing on differences from the first embodiment. In FIG. 3, the same elements as those in the circuit of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
[0036]
As shown in FIG. 3, in the buffer circuit of the second embodiment, the configuration of the timing adjustment circuit is different from the configuration of the
[0037]
The
[0038]
Next, the operation of the buffer circuit of the present embodiment thus configured will be described with reference to the timing chart of FIG.
When the input signal IN changes to the logic "H" level at the time t1 shown in FIG. 4 (see FIG. 4A), the switching signal Nin output from the
[0039]
On the other hand, when the input signal IN changes to the logic “L” level at the time t3 shown in FIG. 4, the output Pin of the
[0040]
That is, in the present embodiment, as described above, the P-channel MOS transistor at time t2 shown in FIG. 4 a predetermined time after the N-channel MOS transistor TRn is turned off at time t1 shown in FIG. TRp turns on. In addition, the N-channel MOS transistor TRn is turned on at a time t4 shown in FIG. 4 a predetermined time after the P-channel MOS transistor TRp is turned off at a time t3 shown in FIG.
[0041]
Therefore, when switching these transistors TRp and TRn, the transistors TRp and TRn are not turned on at the same time, and in this case also, it is possible to preferably prevent a through current from flowing through the transistors TRp and TRn.
[0042]
As described above, according to the buffer circuit of the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The switching signals Pin and Nin are formed by the
[0043]
(2) Further, the
[0044]
The above embodiment can be implemented by changing its configuration as follows.
The circuit configuration of the
[0045]
Although the example in which the source S of the N-channel MOS transistor TRn is set to the ground potential GND (0 volt) has been described, the present invention can be similarly applied to a circuit in which the source S is set to a negative potential.
[0046]
(Third embodiment)
Hereinafter, as a third embodiment, a driver including a buffer circuit according to the present invention will be described with reference to FIG. The driver according to the present embodiment drives a well-known frame transfer type CCD image sensor. More specifically, the driver transfers charges generated in an image pickup unit of the CCD to a storage unit at once, so-called vertical transfer drive of charges. Is implemented as a one-chip IC (integrated circuit device).
[0047]
As shown in FIG. 5, the driver according to the present embodiment includes a
[0048]
Here, the
[0049]
Further, the low-voltage
[0050]
As illustrated in FIG. 6, the
[0051]
Further, a buffer circuit of the type shown in FIG. 1 (hereinafter referred to as an AND / OR type buffer circuit) B1 is provided. Specifically, as shown in FIG. 6, it is provided as a buffer circuit for a pumping clock input to pumping capacitors C1, C2, and C3 externally attached to the present CCD driver. Therefore, even in a circuit such as the low-voltage
[0052]
Further, the
[0053]
The
[0054]
Further, a buffer circuit of the type shown in FIG. 3 (hereinafter referred to as a tr / tf buffer circuit) B2 is provided. Specifically, like the low-voltage
[0055]
In the vertical blanking period, the
[0056]
The
[0057]
Further, the electronic
[0058]
The electronic
[0059]
According to the driver including the buffer circuit of the present embodiment configured as described above, the following effects can be obtained.
(1) A buffer circuit used for each of the constituent circuits in the driver is selectively used for the AND / OR buffer circuit B1 and the tr / tf buffer circuit B2. Therefore, it is possible to obtain a reliable operation or reduce an increase in the circuit scale while reducing power consumption of a circuit in the driver.
[0060]
The above embodiment can be implemented in the following modes.
The AND / OR buffer circuit B1 and the tr / tf buffer circuit B2 may be used in circuits other than the charge pumps 42 and 42 and the
[0061]
The example in which the AND / OR buffer circuit B1 and the tr / tf buffer circuit B2 are applied to a driver for driving a frame transfer CCD has been described. However, the driver including the buffer circuit according to the present invention is an interline CCD. Can be similarly applied to a driver for driving.
[0062]
Further, the driver including the buffer circuit according to the present invention is not limited to the driver for driving the CCD image sensor, and can be applied to any IC including the buffer circuit. That is, a driver having a buffer circuit in which a plurality of functional circuits having different operation frequencies and handled voltages and a buffer circuit performing a predetermined buffer operation in each of the circuits is mounted as a one-chip IC. By using the AND / OR type buffer circuit B1 and the tr / tf type buffer circuit B2 properly according to the operation frequency of the functional circuit, the voltage handled by the functional circuit, and the like, it is possible to obtain the same effects as in the above embodiment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a buffer circuit according to the present invention.
FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the circuit of the embodiment.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a buffer circuit according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the circuit of the embodiment.
FIG. 5 is a block diagram schematically showing a configuration of a driver including a buffer circuit according to the present invention as a third embodiment.
FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of the charge pump circuit of the embodiment.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional buffer circuit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記機能回路のうち、動作頻度の高い機能回路は、前記バッファ回路として、Pチャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトランジスタとが直列接続されたCMOSインバータ回路からなる出力段と、前記Nチャネル型MOSトランジスタがオフとなっている期間内に前記Pチャネル型MOSトランジスタをオンさせるスイッチング信号を入力信号に基づいて生成する第1のタイミング調整回路とを有するバッファ回路を備え、
前記機能回路のうち、動作頻度の低い、若しくは扱う電圧の高い機能回路は、前記バッファ回路として、Pチャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトランジスタとが直列接続されたCMOSインバータ回路からなる出力段と、前記Pチャネル型MOSトランジスタのオンタイミングを遅延してそのオン期間を前記Nチャネル型MOSトランジスタのオフ期間よりも短くするとともに前記Nチャネル型MOSトランジスタのオンタイミングを遅延してそのオン期間を前記Pチャネル型MOSトランジスタのオフ期間よりも短くするスイッチング信号を入力信号に基づいて生成する第2のタイミング調整回路とを有するバッファ回路を備える
ことを特徴とするバッファ回路を備えるドライバ。A driver including a buffer circuit in which a plurality of functional circuits having different operation frequencies and voltages to be handled and a buffer circuit performing a predetermined buffer operation in each of the circuits are mounted as a one-chip semiconductor integrated circuit device. ,
Among the functional circuits, a functional circuit having a high operation frequency includes, as the buffer circuit, an output stage including a CMOS inverter circuit in which a P-channel MOS transistor and an N-channel MOS transistor are connected in series; A first timing adjustment circuit that generates a switching signal for turning on the P-channel MOS transistor based on the input signal during a period in which the transistor is off;
Among the functional circuits, a functional circuit whose operation frequency is low or whose voltage is high is an output stage including, as the buffer circuit, a CMOS inverter circuit in which a P-channel MOS transistor and an N-channel MOS transistor are connected in series. Delaying the on-timing of the P-channel MOS transistor to make its on-period shorter than the off-period of the N-channel MOS transistor, and delaying the on-timing of the N-channel MOS transistor to reduce its on-period; A driver having a buffer circuit, comprising: a buffer circuit having a second timing adjustment circuit that generates a switching signal shorter than an off period of a P-channel MOS transistor based on an input signal.
前記第2のタイミング調整回路は、前記Pチャネル型MOSトランジスタのオンタイミングを遅延すべく信号反転時の立ち下がり時定数が大きく設定された第1のインバータ回路と、前記Nチャネル型MOSトランジスタのオンタイミングを遅延すべく信号反転時の立ち上がり時定数が大きく設定された第2のインバータ回路とを備えて構成される
請求項1記載のバッファ回路を備えるドライバ。The first timing adjustment circuit is configured to include a parallel circuit of an AND circuit and an OR circuit that input the input signals to one input terminal and input the other output signals to the other input terminals, respectively. The output signal of the AND circuit is applied to the gate of the N-channel MOS transistor of the corresponding CMOS inverter circuit, and the output signal of the OR circuit is applied to the gate of the P-channel MOS transistor of the CMOS inverter circuit. Yes,
The second timing adjustment circuit includes a first inverter circuit having a large fall time constant at the time of signal inversion to delay the on-timing of the P-channel MOS transistor; driver comprising a buffer circuit according to claim 1 constituted by a second inverter circuit rise time constant at the time of signal inversion in order to delay the timing is set larger.
当該ドライバは、CCDイメージセンサを駆動する装置であり、
前記動作頻度の高い機能回路は、前記CCDの電荷転送動作に用いられるパルスのパルス電圧を昇圧生成する第1のチャージポンプであるとともに、このチャージポンプに用いられるバッファ回路は、当該チャージポンプのポンピングコンデンサに入力されるポンピングクロックを遅延する回路であり、
前記動作頻度の低い、若しくは扱う電圧の高い機能回路は、前記CCDの前記電荷転送動作に用いられるパルスを生成出力する回路、若しくは前記CCDのバイアス電圧を昇圧生成する第2のチャージポンプであるとともに、前記電荷転送動作に用いられるパルスを生成出力する回路に用いられるバッファ回路は、別途印加されるタイミングクロックを前記第1のチャージポンプの出力電圧に基づいてレベル変換する回路であり、前記第2のチャージポンプに用いられるバッファ回路は、当該チャージポンプのポンピングコンデンサに入力されるポンピングクロックを遅延する回路である
ことを特徴とするバッファ回路を備えるドライバ。A driver comprising the buffer circuit according to claim 1 or 2 ,
The driver is a device that drives a CCD image sensor,
The frequently operated functional circuit is a first charge pump that generates a pulse voltage of a pulse used for the charge transfer operation of the CCD, and a buffer circuit used for the charge pump is a pump circuit of the charge pump. A circuit that delays the pumping clock input to the capacitor,
The functional circuit whose operation frequency is low or whose voltage is high is a circuit that generates and outputs a pulse used for the charge transfer operation of the CCD, or a second charge pump that boosts and generates a bias voltage of the CCD. A buffer circuit used for a circuit for generating and outputting a pulse used for the charge transfer operation is a circuit for level-converting a separately applied timing clock based on an output voltage of the first charge pump; A buffer circuit used in the charge pump of (1), wherein the buffer circuit delays a pumping clock input to a pumping capacitor of the charge pump.
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