JP3805817B2 - 集積回路用のデジタル駆動回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路（ＩＣ）、特にアナログおよびデジタルの両方の部分的回路が半導体の基板上に配置されるＩＣのためのデジタル駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
そのような駆動回路は、容量性の負荷を示す後続する構成要素を駆動するために使用される。負荷容量は、それを再充電するのに必要とされる電流を決定する。容量が大きく、再充電の時間が固定されているために、高電流が必要とされる。回路内に存在するインダクタンスおよび抵抗のために、高い再充電電流が干渉電圧を発生し、内部電源電圧の雑音および入力信号の雑音にそれぞれ対応する電源電圧のディップを生じる。加えて、雑音は再充電処理数および再充電速度と共に増加する。高データ速度のための多数のデジタル出力を備えたＩＣの場合、発生された入力信号の雑音によって生じる干渉は特に強力である。加えて、駆動回路によって駆動される構成要素の負荷容量は各応用、即ち各顧客に依存している。駆動回路は、異なる負荷容量での使用に適するように設計されなければならない。これは、次の回路への電流を最適に整合し、駆動回路の出力電力を正確に予め決定することを困難にする。
【０００３】
駆動回路は、“最悪の場合”に対して設計されるのが普通である。これは、例えば高データ率の場合において顧客によって使用可能な最大負荷容量および負荷容量を再充電するために要求される最短時間である。その場合、高電流が要求され、入力信号の雑音が比較的に高くなる。この設計に関して、駆動回路は全ての応用に対して使用可能であるが、最悪の場合よりもより好ましい場合において、電流が不必要に高くなり、その結果不必要な雑音が生じるであろう。最良の場合に要求される電流は、例えば４つの要因によって、最悪の場合に要求される電流と異なる。
【０００４】
ドイツ特許公報DE 42 33 850号明細書（ITT 整理番号 C-DIT-1449 ）は、駆動回路の出力段の電流を設定する方法を提案する。適切な電流および電圧制御によって、時間遅延が達成されて、電流の上昇が一層緩やかになる。この方法において、非常に高い電流のピークを回避することができる。しかしながら、非常に高いデータ率では、電流信号のこの遅延に対する時間がないので、この方法を使用することはできない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、集積回路が大多数のデジタル出力を有し、高データ率であっても、各応用に適応する異なる駆動電流を導出する集積回路用のデジタル駆動回路を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的は、本発明の集積回路用デジタル駆動回路によって達成される。本発明は、出力トランジスタを含む複数の並列に接続されたプッシュプル出力分岐を有する出力段と、この出力段を制御するための制御手段と、数値的測定値Ｍを入力するための入力装置と、数値的測定値Ｍによって特定の出力分岐に割当てられる設定量Ｓを決定するための設定手段と、特定の出力分岐を動作可能にするためのスイッチング手段と、電気量を測定して設定量Ｓを補正する補正量Ｋを決定するセンサを具備している集積回路用のデジタル駆動回路おいて、センサは、補正量Ｋを決定するために、１以上の測定トランジスタの固定ゲート・ソース電圧における飽和電流を測定するように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明による駆動回路は、顧客自身によって特定の応用に適応させることができる。応用の型式、即ち駆動回路によって駆動される負荷容量およびデータ率
（駆動回路の情報変更の最短時間）に応じて、顧客は適切な数値的測定値を入力装置に入力しなければならない。数値的測定値は、作動する出力分岐数の時間的尺度である応用に依存する量である。設定手段によって、対応する数に関係付ける対応する設定量が決定され、その結果これらの出力分岐のみが作動するであろう。従って、負荷容量およびデータ率に応じて、出力回路の予め決められた数の出力分岐だけが、負荷容量を駆動するために使用される。この方法において、最悪の場合に該当しない応用において不必要に高い電流による不必要な雑音は回避される。駆動回路の出力電力は、各応用に適応可能である。
【０００８】
出力分岐は、異なって加重されると有効である。これは、例えば、特に異なるｗ／ｌ比を選択することによって、各出力トランジスタの異なる設計によって実行できる。出力分岐の適切な付勢によって、駆動電力の変化性が一層増大する。出力分岐はプッシュプル段として設計されることができる。
【０００９】
本発明の別の有効な観点によると、電気量を測定するためのセンサが、設定量を補正する補正量を決定するために設けられる。補正量は、可変の処理パラメータを考慮に入れる際に役立つ。そのようなパラメータは、例えば酸化物の厚さ、温度、電源電圧、等である。補正量に基いて、駆動電力を選択することができ、その結果各応用において、信号の最低のスイッチング速度、即ち信号の昇降時間は、駆動回路が正確に動作することを確実にするのにちょうど十分である。補正量によって、予め決められた数値的測定値によって決定される設定量が補正される。数値的測定値は各応用に対して予め設定することができ、それは測定によって決定される補正量に基いて各処理パラメータに適応させられる。
【００１０】
電気量は予め決められた測定率で効果的に測定される。これは処理パラメータを規則的に監視し、対応して設定量を適応させることができるようにする。実際の構成のために、一定の測定率を選択することが有効である。測定率は、データが転送される出力データ率と比較して小さいことが好ましい。
【００１１】
駆動回路からの出力信号の昇降時間に相当する電気量が効果的に測定される。これはプッシュプル段に関して特に有効である。なぜならば、その場合、信号の昇降時間は負荷容量、電源電圧、温度、および処理状態の関数であるからである。
【００１２】
補正量を決定するために、１つ以上の測定トランジスタの飽和電流を測定することができる。実際に使用される出力トランジスタに関して、信号の昇降時間、および電流のスイッチング速度は良好な近似され、ＭＯＳトランジスタの飽和電流に反比例する。飽和電流を決定するために、Ａ／Ｄ変換器が使用されることができる。
【００１３】
本発明の別の有効な実施形態によると、Ａ／Ｄ変換器は、数値的測定値および補正量から設定量を決定するためにカウンタを具備することができる。従って、電流強度は所定の時間中でカウントすることによって決定できる。カウンタの初期カウントは数値的測定値によって決定される。
【００１４】
本発明のさらに別の実施形態では、プロセッサが数値的測定値および補正量から設定値を決定するために、設けられる。その場合は、任意のＡ／Ｄ変換器が使用できる。プロセッサは、数値的測定値および補正量から設定値を計算する。計算は、プログラム内に含まれ、対応する処理パラメータの相互依存を含む表に基いている。各応用において要求される正確度に応じて、正確な計算を実行することも可能である。
別々の電力電源を出力段に設けることができる。出力段は、独立した電源電圧で動作することができる。
以下、本発明は、添付の図面を参照して更に詳細に説明される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図面に示されるデジタル駆動回路１は、駆動回路１により駆動される構成要素の負荷容量２に接続される。駆動回路１は、半導体基板（図示されていない）、例えばシリコンチップ上の別のアナログデジタル部分的回路と関連している。駆動回路１はこのＩＣの出力段を形成する。
【００１６】
デジタル駆動回路１は、４個の並列に接続された出力分岐３を備えた出力段10を有する。各出力分岐３は、ｐチャンネルＭＯＳトランジスタとｎチャンネルＭＯＳトランジスタとを具備し、プッシュプル段を形成する。更に各出力分岐３は、用途に応じて、１つの導電型の１つのＭＯＳトランジスタのみで構成することもできる。用途に応じて、任意の数の出力分岐３を使用することができる。並列に接続された出力分岐３は、集積出力手段４によって作動することができる。出力分岐３は、特定の出力分岐３を使用可能にすることができるスイッチング手段５に接続される。スイッチング手段５と出力分岐３の各々との間には、それぞれ前置増幅器11或いは前置駆動装置が具備される。何れの出力分岐３が使用可能にされるかは、設定手段６によって決定され、スイッチング手段５へ送られる設定量Ｓに応じる。設定手段６は入力装置７に接続され、使用者はそこに数値的測定値Ｍを入力することができる。この数値的測定値Ｍに基いて、設定量Ｓは設定手段６において計算されることができる。数値的測定値Ｍは、応用に基いて使用者によって選択され、特に駆動される負荷容量２を決定する。測定装置８も具備され、設定手段６に接続されている。測定装置８は、補正量Ｋを決定できる電気量を測定するための測定トランジスタ９を具備する。補正量Ｋは、測定装置８から設定手段６へ転送される。設定手段６では、数値的測定値Ｍによって計算される設定量を補正できる。
【００１７】
測定装置８は、補正量Ｋを決定するための測定トランジスタ９の飽和電流を測定する。この補正量Ｋは、例えば酸化物の厚さのような処理パラメータ、或いは処理において誘導される変化、電源電圧Ｖ_DD、温度、等を示す他のパラメータの量を許容する。測定トランジスタ９は、出力分岐３の出力トランジスタの電流を決定する状況に実質的に対応する状況のもとでトランジスタの電流が測定されるように、配置され設計されなければならない。この目的のために２つ以上の測定トランジスタを具備することもできる。それ故に測定トランジスタ９の導電型およびｗ／ｌ比、位置、電源電圧、等が対応して選択されなければならない。測定トランジスタ９は２つ以上のトランジスタを具備することができる。測定装置内の電流は、平滑化のような通常の方法で処理される。
【００１８】
測定トランジスタ９の飽和電流は、普通の状況のもとで上述のパラメータを考慮に入れた補正量Ｋを決定するための十分なものである。ＭＯＳトランジスタに対する普通の動作状況のもとで満たされる第１の近似値に対して、ゲート・ソースの電圧が電源電圧Ｖ_DDに等しいＭＯＳトランジスタの飽和電流は、回路が容量２によって負荷される時、出力トランジスタの出力信号の昇降時間に反比例する。従って昇降時間は、トランジスタの飽和電流から直接に決定することができる。昇降時間は、負荷容量２、電源電圧Ｖ_DD、温度、処理状態、等の関数である。簡単なプッシュプル段に対して、以下の関係が当てはまる。
【００１９】
【数１】

ここで、Ｖ_DD＝電源電圧、
Ｖ_T ＝閾値の電圧、
Ｖ_H ＝スイッチング電圧のスイング、
ｗ，｜＝トランジスタの外形、
β´＝トランスコンダクタンス、
Ｃ_L ＝負荷容量。
【００２０】
補正量Ｋは、測定トランジスタ９の飽和電流の測定から決定され、数値的測定値Ｍによって決定された設定量Ｓが補正されなければならない量の尺度である。この補正は設定手段６において行われる。測定トランジスタ９の電流は、所定の測定率で測定できる。測定率は一定になる可能性がある。大切なことは、測定率が、データが転送される出力段３の出力信号のデータ率と比較して小さいということである。
【００２１】
設定手段６は、Ａ／Ｄ変換器12を具備し、それは補正量Ｋをデジタルの値に変換する。Ａ／Ｄ変換器12の型式は、それによって発生される信号が処理される方法に基いて選択できる。Ａ／Ｄ変換器12はカウンタを具備することができる。その場合、数値的測定値Ｍは、Ａ／Ｄ変換器12或いはカウンタに直接に供給されなければならない。数値的測定値Ｍは、カウンタの初期値である。測定トランジスタ９の電流の大きさに応じて、カウンタの初期値は増加されたり減少されたりする。電流、従ってカウントの大きさは、設定値Ｓを直接に決定する。カウンタはリミッタを具備してもよく、その結果それは限定された制御範囲内で動作する。信号評価中のカウンタのオーバフローが考慮に入れられる。
【００２２】
設定手段６は、異なる種類のＡ／Ｄ変換器12も具備することができる。従って、プロセッサだけが、例えば設定手段６内に存在しなければならない。このプロセッサは、数値的測定値および補正量から処理パラメータに適応される設定量を決定する。設定量は、動作させられる出力分岐３の数に関する情報のみを含むことができるが、それは動作させられる出力分岐３に関する情報も含むことができる。各状態に適応した設定量Ｓがより正確に選択できるので、出力分岐３の情報は、出力分岐３が異なって加重される場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の駆動回路の実施例の概略図。

Claims (8)

1. 出力トランジスタを含む複数の並列に接続されたプッシュプル出力分岐(3) を有する出力段(10)と、この出力段(10)を制御するための制御手段(4) と、数値的測定値Ｍを入力するための入力装置 (7) と、数値的測定値Ｍによって特定の出力分岐(3) に割当てられる設定量Ｓを決定するための設定手段(6) と、特定の出力分岐(3) を動作可能にするためのスイッチング手段(5) と、電気量を測定して設定量Ｓを補正する補正量Ｋを決定するセンサを具備している集積回路用のデジタル駆動回路おいて、
   前記センサは、前記補正量Ｋを決定するために、１以上の測定トランジスタ (9) の固定ゲート・ソース電圧における飽和電流を測定するように構成されていることを特徴とする集積回路用のデジタル駆動回路。
2. 前記複数の出力分岐(3) は異なって加重されている請求項１記載のデジタル駆動回路。
3. 前記電気量は予め決められた測定率で測定される請求項１または２記載のデジタル駆動回路。
4. 前記測定率は、データが転送される出力データ率に比較して小さい請求項３記載のデジタル駆動回路。
5. Ａ／Ｄ変換器(12)が飽和電流を決定するために使用されている請求項１乃至４の何れか１項記載のデジタル駆動回路。
6. Ａ／Ｄ変換器(12)が、数値的測定値Ｍおよび補正量Ｋから設定量Ｓを決定するためのカウンタを具備している請求項５記載のデジタル駆動回路。
7. プロセッサが、数値的測定値Ｍおよび補正量Ｋから設定量Ｓを決定するために設けられている請求項１乃至６の何れか１項記載のデジタル駆動回路。
8. 別々の電力電源が、出力分岐(3) に対して設けられている請求項１乃至７の何れか１項記載のデジタル駆動回路。

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