JP4505653B2 - 両方向出力バッファ - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はディジタル通信システムに関し、詳細にはI/Oデバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
電気通信システムを設計する時に通常考慮される問題の1つが、伝送線路でのリンギングまたは反射の問題である。さまざまな終端技法が、伝送線路で発生する可能性があるリンギングおよびその結果の信号ひずみを減らすために使用される。たとえば、ドライバの実効出力インピーダンスを伝送線路の特性インピーダンスによりよく一致させるために、1つまたは複数の電気抵抗要素(たとえば抵抗)をドライバと伝送線路の端の間に挿入することができる。同様に、レシーバの実効入力インピーダンスを伝送線路の特性インピーダンスによりよく一致させるために、1つまたは複数の電気抵抗要素を伝送線路のレシーバ側の端に結合する。
【0003】
図1Aに、終端を使用するドライバおよびレシーバの例を示す。図示の例では、出力バッファ(ドライバ)に、出力信号124を駆動するように構成されたトランジスタ180と182が含まれる。レシーバに、入力電圧187および基準電圧Vrefを受け取るように結合されたコンパレータ190が含まれる。伝送線路内の信号反射およびひずみを減らすために、直列抵抗186が伝送線路183に追加される。直列抵抗186は、たとえば、伝送線路の特性インピーダンスに等しい値を有する。やはり伝送線路183の特性インピーダンスに等しい値を有する第2終端抵抗184が、オペ・アンプ190の第1入力端子と電力供給電圧レベルVTTの間に接続される。
【0004】
図1Aに示された両端の終端によって信号反射が減るが、受信信号の振幅が半分になる。第1終端抵抗186および第2終端抵抗184が、信号反射およびひずみを減らすために伝送線路183の両端に結合される時に、これらの終端抵抗は、ドライバからレシーバへ信号を伝えるのに使用することができる電圧レベルの範囲を制限する分圧器網を形成する。その結果、より敏感なレシーバが必要になる。
【0005】
図1Bに、通常の両方向出力バッファ100の一例を示す。図示の例では、バッファ100が、バス197を介してメモリ・モジュール194Aおよび194Bに結合される。バッファ100は、Output Enable(出力イネーブル)102、Data Out(データ出)104、およびData In(データ入)106を受け取るように構成される。バッファ100には、NANDゲート130、インバータ132、およびNORゲート134が含まれる。この図からわかるように、トランジスタ120は、Output Enable102とData Out104の両方がアサートされる時にターン・オンし、出力信号124がI/Oパッド160を介して駆動される。Output Enable102とData Out104の両方がロウの場合に、トランジスタ122がターン・オンし、対応する信号124がI/Oパッド160を介して駆動される。バス197には、終端抵抗191および192が含まれる。
【0006】
バッファ100は、信号の駆動と信号の受取の両方を行うように構成される。たとえば、バッファ100は、メモリ・モジュール194にデータを書き込むことと、メモリ・モジュール194からデータを読み取ることの両方を行うことができる。一般的に言って、Output Enable102は、I/Oパッド160を介してデータを受け取る時にネゲートされる。Output Enable102がネゲートされる時には、トランジスタ120および122の両方がターン・オフする。メモリ・モジュール194のそれぞれに、特定の出力インピーダンスが含まれる。一般に、バッファ100の出力インピーダンスは、メモリ・モジュール194の出力インピーダンスと等しくない。その結果、直列抵抗191を使用してバス197の特性インピーダンスに一致するバッファ100の出力インピーダンスを作ることは、バッファ100が駆動している時には適当であるが、モジュール194が駆動し、バッファ100が受け取っている時に適当な値ではない場合がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
改良されたパフォーマンス特性を有する両方向バッファが望まれる。
【0008】
【課題を解決するための手段】
能動終端を含む両方向出力バッファが企図される。バッファは、駆動モードおよび受取モードを含む少なくとも2つの動作モードを有する。高インピーダンス・モードも含めることができる。駆動モードで動作する時に、このバッファは、指定された強さの出力インピーダンスを有するように構成される。受取モードで動作する時に、このバッファは、能動終端として、別の指定されたインピーダンスに構成される。異なる駆動インピーダンスおよび受取インピーダンスを提供するほかに、このバッファは、抵抗構成要素が駆動モードと受取モードの間で共有されるように構成することもできる。
【0009】
本発明の他の目的および長所は、以下の詳細な説明を読み、添付図面を参照する時に明白になる。
【0010】
本発明は、さまざまな修正形態および代替形態が可能であるが、本発明の特定の実施形態を、例として図に示し、本明細書で詳細に説明する。しかし、図面およびそれに対する詳細な説明が、本発明を開示される特定の形態に制限することを意図しておらず、逆に、その意図は、特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨および範囲に含まれるすべての修正形態、同等物、および代替形態を含むことであることを理解されたい。
【0011】
【発明の実施の形態】
図2に移ると、両方向バッファ200の一実施形態のブロック図が示されている。バッファ200には、ドライバ210とレシーバ212が含まれる。バッファ200は、Term_En信号220、Drv_En信号224、およびData Out信号226を受け取るように構成される。ドライバ210には、抵抗要素202および204が含まれる。要素202はVCCに結合され、要素204はグラウンドに結合される。ドライバ210には、要素202または要素204を交互に出力信号230に結合するように構成されたスイッチ208も含まれる。バッファ200は、I/Oパッド240を介して信号を受け取るようにも構成され、その信号は、コンパレータ212に伝えられる。コンパレータ212は、Term_En信号220にも結合される。
【0012】
一般的に言って、図示の実施形態では、バッファ200が、少なくとも2つのモードすなわち駆動モードと受取モードで動作するように構成される。さらに、バッファ200を第3の高インピーダンス・モードで動作するように構成することができる。Term_En信号220は、終端イネーブル信号として動作するように構成される。アクティブの時に、Term_Enは、バッファ200を受取モードで終端とするように構成される。Drv_En224は、ドライバ・イネーブル信号として働くように構成される。Data Out226は、バッファ200で駆動されるデータをバッファ200に供給する。図2の例からわかるように、Term_En220は、反転イネーブル入力を介してコンパレータ212にも結合される。その結果、Term_En220がアクティブの時に、ドライバ210が受取終端となるように構成され、コンパレータ212が、I/Oパッド240を介してデータを受け取るように構成され、このデータが、Data In228として伝えられる。
【0013】
上で述べたように、バッファ200は、受取モードの時に能動終端となるように構成される。バッファ200によって提供される能動終端インピーダンスは、バッファ200の出力インピーダンスと異なるものとすることができる。さらに、下で説明するように、バッファ200は、駆動モードと受取モードの両方の間で構成要素を共有することによって、必要な構成要素の数を減らすように構成される。
【0014】
図3に、バッファ200の一実施形態を示す。図3の実施形態では、バッファ200に、pチャンネル・トランジスタRu1 302、Ru2 306と、nチャンネル・トランジスタRd1 304、Rd2 308が含まれる。さらに、Term_En220、Data Out226、Ru1 302のゲート、およびRd1 304のゲートに結合される回路310Aも含まれる。回路310Bが、Data Out226、Drv_En224、Ru2 306のゲート、およびRd2 308のゲートに結合される。回路310は、各トランジスタをターン・オンまたはターン・オフするためにトランジスタ302−308のゲートに選択された値を適用するように構成され、Term_En220は、反転入力を介して受取回路229にも結合される。
【0015】
図4を参照すると、図3に示されたバッファ200の実施形態の動作を説明する表400が示されている。表400には、9列と6行が含まれる。列401に、バッファ200の動作のモードが示され、表400の残りの列のそれぞれに、バッファ200の特定の信号または構成要素の値が示されている。動作の4つのモードが、行402−408のそれぞれによって記述されている。一実施形態では、Term_En220がアサートされ、Drv_En224もアサートされる動作のモードが、許可されないか未定義である。
【0016】
動作の第1のモード、Hi Z(高インピーダンス)が、行402に示されている。Term_En220およびDrv_En224の両方がネゲートされる時に、回路310は、すべてのトランジスタ302−308をターン・オフし、出力信号230を高インピーダンス状態にするように構成される。動作の第2モードでは、バッファ200が、論理ハイ信号を駆動または送出(TX)するように構成される。Term_En220がロウであり、Drv_En224がハイであることの検出に応答して、バッファ200は、Data Out226の値を出力信号230として駆動するように構成される。駆動中であり、Data Out226がロウ、この例では2進数「0」である時に、回路310は、トランジスタRu1 302およびRu2 306をターン・オフし、トランジスタRd1 304およびRd2 308をターン・オンするように構成される。その一方で、駆動中であり、Data Out226がハイである時には、回路310は、トランジスタRu1 302およびRu2 306をターン・オンし、トランジスタRd1 304およびRd2 308をターン・オフするように構成される。最後に、Term_En220がアサートされ、Drv_En224がネゲートされる時に、バッファ200は、受取(RX)モード408で動作するように構成される。受取モード408の時に、回路310は、トランジスタRu1 302およびRd1 304をターン・オンし、Ru2 306およびRd2 308をターン・オフするように構成される。
【0017】
一実施形態では、トランジスタRu1 302およびRd1 304が、それぞれトランジスタRu2 306およびRd2 308より弱い。上で説明したように、バッファ200が駆動中である時に、強いトランジスタと弱いトランジスタの両方がオンになる。この強いトランジスタと弱いトランジスタの組合せが、特定の駆動インピーダンスを有する。対照的に、バッファ200が受取モードである時には、弱いトランジスタRu1 302およびRd1 304が、ターン・オンされ、能動受取終端となる。さらに、トランジスタRu1 302およびRd1 304は、駆動中の時にオンであるトランジスタに対して相対的に弱い。その結果、トランジスタRu1 302およびRd1 304によって提供される能動終端は、駆動インピーダンスより低いインピーダンスを有することができる。この形で、改良されたインピーダンス整合を、単一のバッファの駆動モードと受取モードの両方で得ることができる。さらに、抵抗要素、この例ではトランジスタを、駆動モードと受取モードの間で共有することによって、バッファ200の構成に必要な要素を減らすことができる。
【0018】
図5に移ると、両方向バッファ590の代替実施形態のブロック図が示されている。図5のバッファ590は、バッファ590への特定の信号入力を除いて、図2のバッファ200に類似する。たとえば、バッファ590には、バッファ200のTerm_En信号220およびDrv_En信号224が含まれない。そうではなく、バッファ590には、Hi−z(高インピーダンス)信号560およびEnable(イネーブル)信号562が含まれる。
【0019】
図6に、バッファ590の一実施形態を示す。Enable信号562が、回路610および受取回路229に結合される。Hi−z信号560が、回路610に結合される。バッファ590の動作を、図7の表700によって示す。行702から708に、バッファ590の動作のさまざまなモードが示されている。動作の第1モード702では、Hi−z信号560がアサートされ、トランジスタ302、304、306、および308が、ターン・オフされ、出力230が、Hi−z状態にされる。動作の第2モード704では、バッファ590が、論理ロウ信号を送出する(Data Out226がロウになる)ように構成される。動作のこのモードでは、Enable信号562がアサートされ、Hi−z信号560がネゲートされ、トランジスタ302および306がオフになり、トランジスタ304および308がターン・オンされる。論理ロウ信号が、出力230で駆動される。論理ハイ信号を駆動する(Data Out226がハイである)時に、Enable562がアサートされ、Hi−z560がネゲートされ、トランジスタ302および306がターン・オンされ、トランジスタ304および308がターン・オフされる。最後に、受取/終端モード708で動作する時に、Enable562とHi−z560の両方がネゲートされ、トランジスタ302および304がターン・オンされ、トランジスタ306および308がターン・オフされる。
【0020】
図8に、上で説明した両方向バッファを組み込んだシステム500の一実施形態を示す。図8には、メモリ・モジュール194Aから194Dおよびクロック供給源520に結合されたメモリ・コントローラ502が含まれる。コントローラ502は、コマンド/アドレス・バス510Aを介して、メモリ・モジュール194Aおよび194Bに結合される。コントローラ502は、コマンド/アドレス・バス510Bを介して、メモリ・モジュール194Cおよび194Dに結合される。さらに、コントローラ502には、データ・バス530を介してメモリ・モジュール194のそれぞれに結合される両方向バッファ550が含まれる。バス510、530のそれぞれが、抵抗RTによって終端される。最後に、クロック供給源520も、メモリ・モジュール194のそれぞれに結合される。
【0021】
一実施形態では、システム500が、シンクロナスDRAM(SDRAM)システムである。しかし、多数の他の可能なメモリ構成および応用例が、可能であり、企図されている。上で説明した形で、バッファ550を、バス530を介してデータの駆動と受取の両方を行うように構成する。駆動する時に、バッファ550は、特定の負荷インピーダンスを考慮するが、信号の完全性を改善するために整合インピーダンスを与えるように構成することができる。しかし、既に述べたように、受け取る時に、バッファ550が駆動のために構成されるインピーダンスが、受取に適当でない場合がある。その結果、バッファ550を、駆動インピーダンスと異なるインピーダンスを有する能動終端となるように構成する。バッファ550は、能動終端となるように構成されるので、バス530上の直列抵抗は不要である。直列抵抗の必要をなくすことによって、プリント回路基板(PCB)上の受動構成要素(直列抵抗など)を減らすことができ、コントローラ502とメモリ・モジュール194の間のより多くのルーティング・チャネルを実現することができる。さらに、バッファ550は、駆動インピーダンスと受取インピーダンスの両方となる際に、構成要素を共有するように構成することができ、これによって、バッファ550のサイズおよび/またはその構成要素の数を減らすことができる。
【0022】
本発明実施形態は要約すると、ドライバ構成要素と、レシーバ構成要素と、第1状態の検出に応答して、第1抵抗率を含む動作の駆動モードを選択し、第2状態の検出に応答して、能動終端を提供する動作の受取モードを選択する回路とを含む両方向バッファである。
その能動終端は第1抵抗率より小さい第2抵抗率を含む。また、ドライバ構成要素は、第1トランジスタ、第2トランジスタ、第3トランジスタ、および第4トランジスタを含む4つのトランジスタを含み、能動終端がそのトランジスタの少なくとも2つを含む。
【0023】
前記回路は、駆動モードの検出およびハイ論理値を有するデータが駆動されていることの検出に応答して、第1トランジスタおよび第3トランジスタをターン・オンし、第2トランジスタおよび第4トランジスタをターン・オフする。
また、前記回路は、駆動モードの検出およびロウ論理値を有するデータが駆動されていることの検出に応答して、第2トランジスタおよび第4トランジスタをターン・オンし、第1トランジスタおよび第3トランジスタをターン・オフするようにしてよい。
さらに前記回路は、前記受取モードの検出に応答して、前記第1トランジスタおよび第2トランジスタをターン・オンし、第3トランジスタおよび第4トランジスタをターン・オフするように構成されてもよい。
【0024】
前記第1状態の検出が、ドライブ・イネーブル信号のアサートを検出することを含み、前記第2状態の検出が、終端イネーブル信号のアサートを検出することを含む。
前記回路が、さらに、動作の高インピーダンス・モードを提供するように構成されてもよい。
【0025】
本発明の対の実施形態はシステムであって、データ・バスと、そのデータ・バスに結合された記憶装置と、データ・バスに結合されたバッファを含むメモリ・コントローラとを含み、前記バッファが、第1抵抗率を含む動作の第1モードの検出に応答して、前記データ・バスにデータを駆動し、能動終端を提供する動作の第2モードの検出に応答して、前記データ・バスを介してデータを受け取るように構成されている。
【0026】
前記能動終端は、前記第1抵抗率より小さい第2抵抗率を含む。
前記バッファは、第1トランジスタ、第2トランジスタ、第3トランジスタ、および第4トランジスタを含む4つのトランジスタを含み、前記能動終端が、少なくとも2つの前記トランジスタを含む。
前記バッファは、前記動作の第1モードの検出およびハイ論理値を有するデータが駆動されていることの検出に応答して、前記第1トランジスタおよび第3トランジスタをターン・オンし、前記第2トランジスタおよび第4トランジスタをターン・オフするように構成される。
また、前記バッファは、前記動作の第1モードの検出およびロウ論理値を有するデータが駆動されていることの検出に応答して、第2トランジスタおよび第4トランジスタをターン・オンし、第1トランジスタおよび第3トランジスタをターン・オフするように構成されてもよい。
さらに、前記バッファは、受取モードの検出に応答して、第1トランジスタおよび第2トランジスタをターン・オンし、第3トランジスタおよび第4トランジスタをターン・オフするように構成されてもよい。
【0027】
前記動作の第1モードの検出が、駆動イネーブル信号のアサートを検出することを含み、前記動作の第2モードの検出が、終端イネーブル信号のアサートを検出する。
前記バッファは、さらに、動作の高インピーダンス・モードを提供するように構成されてもよい。
前記データ・バスが、前記第1抵抗率に実質的に等しいインピーダンスを含んでもよい。
【0028】
本発明実施形態の両方向通信は、第1状態の検出に応答して、第1抵抗率を含む動作の駆動モードを選択し、第2状態の検出に応答して、前記第1抵抗率と異なる抵抗率を有する能動終端を含む動作の受取モードを選択する。
前記第2抵抗率は、前記第1抵抗率より小さい。また第1抵抗率および第2抵抗率が、共有される構成要素を含む。
【0029】
特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、これらの実施形態が、例示的であることと、本発明の範囲が、これらの実施形態に制限されないことを理解されたい。たとえば、CMOS構成要素が上の例で使用されたが、他の構成要素およびスイッチング機構を使用することもできる。さらに、代替実施形態で、信号のアサートまたはネゲートに代替論理状態を使用できることを諒解されたい。説明した実施形態の多数の変形形態、修正形態、追加、および改善が可能である。これらの変形形態、修正形態、追加、および改善は、特許請求の範囲で詳細を示される本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図1A】従来技術の出力バッファを示す図である
【図1B】従来の両方向出力バッファを示す図である。
【図2】両方向バッファの一実施形態のブロック図である。
【図3】両方向バッファの一実施形態を示す図である。
【図4】図3のバッファの動作の一実施形態を説明する表である。
【図5】両方向バッファの一実施形態のブロック図である。
【図6】両方向バッファの一実施形態を示す図である。
【図7】図6のバッファの動作の一実施形態を説明する表である。
【図8】両方向バッファを含むシステムの実施形態を示す図である。
【符号の説明】
200 両方向バッファ
202、204 抵抗要素
208 スイッチ
210 ドライバ
212 コンパレータ
220 Term_En信号
224 Drv_En信号
226 Data Out信号
228 Data In

Claims (17)

  1. ドライバ構成要素と、
    レシーバ構成要素と、
    第1状態の検出に応答して、第1インピーダンスを選択する工程を有する駆動モードを選択し、かつ、第2状態の検出に応答して、第2インピーダンスを有する能動終端を提供する受取モードを選択するように構成された回路と
    から構成され、前記第2インピーダンスは前記第1インピーダンスとは異なることを特徴とする両方向バッファ。
  2. 前記ドライバ構成要素が、第1トランジスタ、第2トランジスタ、第3トランジスタ、および第4トランジスタを含む4つのトランジスタを含み、前記能動終端が前記トランジスタの少なくとも2つを含む請求項1に記載のバッファ。
  3. 前記回路が、前記駆動モードの検出およびハイ論理値を有するデータが駆動されていることの検出に応答して、前記第1トランジスタおよび第3トランジスタをターン・オンし、前記第2トランジスタおよび第4トランジスタをターン・オフするように構成される請求項2に記載のバッファ。
  4. 前記回路が、前記駆動モードの検出およびロウ論理値を有するデータが駆動されていることの検出に応答して、前記第2トランジスタおよび第4トランジスタをターン・オンし、前記第1トランジスタおよび第3トランジスタをターン・オフするように構成される請求項2に記載のバッファ。
  5. 前記回路が、前記受取モードの検出に応答して、前記第1トランジスタおよび第2トランジスタをターン・オンし、前記第3トランジスタおよび第4トランジスタをターン・オフするように構成される請求項2に記載のバッファ。
  6. 前記第1状態の検出が、ドライブ・イネーブル信号のアサートを検出することを含み、前記第2状態の検出が、終端イネーブル信号のアサートを検出することを含む請求項1に記載のバッファ。
  7. 前記回路が、さらに、動作の高インピーダンス・モードを提供するように構成される請求項1に記載のバッファ。
  8. データ・バスと、
    前記データ・バスに結合された記憶装置と、
    前記データ・バスに結合されたバッファを含むメモリ・コントローラと
    を有するシステムであって、
    前記バッファは、前記データ・バスの対応する信号線路にデータ信号を送出する際、第1インピーダンスを提供する工程を有する動作の第1モードを検出したことに応答して前記データ・バスにデータを送出するとともに、
    前記データ・バスの対応する信号線路を介して受信されたデータ信号を能動終端させる動作の第2モードを検出したことに応答してデータを受け取るように構成され、前記能動終端は前記第1インピーダンスとは異なる第2インピーダンスを用いて行われることを特徴とするシステム。
  9. 前記バッファが、第1トランジスタ、第2トランジスタ、第3トランジスタ、および第4トランジスタを含む4つのトランジスタを含み、前記能動終端が、少なくとも2つの前記トランジスタを含む請求項8に記載のシステム。
  10. 前記バッファが、前記動作の第1モードの検出およびハイ論理値を有するデータが駆動されていることの検出に応答して、前記第1トランジスタおよび第3トランジスタをターン・オンし、前記第2トランジスタおよび第4トランジスタをターン・オフするように構成される請求項9に記載のシステム。
  11. 前記バッファが、前記動作の第1モードの検出およびロウ論理値を有するデータが駆動されていることの検出に応答して、前記第2トランジスタおよび第4トランジスタをターン・オンし、前記第1トランジスタおよび第3トランジスタをターン・オフするように構成される請求項10に記載のシステム。
  12. 前記バッファが、前記受取モードの検出に応答して、前記第1トランジスタおよび第2トランジスタをターン・オンし、前記第3トランジスタおよび第4トランジスタをターン・オフするように構成される請求項11に記載のシステム。
  13. 前記動作の第1モードの検出が、駆動イネーブル信号のアサートを検出することを含み、前記動作の第2モードの検出が、終端イネーブル信号のアサートを検出することを含む請求項8に記載のシステム。
  14. 前記バッファが、さらに、動作の高インピーダンス・モードを提供するように構成される請求項8に記載のシステム。
  15. 前記データ・バスが、前記第1抵抗率に実質的に等しいインピーダンスを含む請求項8に記載のシステム。
  16. 両方向通信の方法であって、
    第1状態の検出に応答して、第1インピーダンスを選択する工程を含む動作の駆動モードを選択するステップと、
    第2状態の検出に応答して、前記第1インピーダンスと異なる第2インピーダンスを有する能動終端を選択する工程を含む動作の受取モードを選択するステップと
    を有することを特徴とする方法。
  17. 前記第1インピーダンスおよび第2インピーダンスが、共有される構成要素を含む請求項16に記載の方法。
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