JP5115211B2 - インピーダンス調整回路およびインピーダンス調整方法 - Google Patents

インピーダンス調整回路およびインピーダンス調整方法 Download PDF

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本発明は、インピーダンス調整回路およびインピーダンス調整方法に係り、特に、インピーダンス調整が可能な出力バッファのインピーダンスあるいは終端抵抗等の抵抗値が所望の値となるように調整するインピーダンス調整回路及びその調整方法に係る。
半導体装置で高速な信号伝送を行う際には、信号の反射を軽減するため、信号線のインピーダンスと出力バッファのインピーダンスやLSI内蔵の終端抵抗値とを一致させる必要がある。この場合、半導体装置のプロセスや温度、電圧などによりバラツキが生じるため、所望のインピーダンスに調整をする必要がある。さらに、調整する際にも調整による誤差が大きいと高速な信号伝送がうまく行えない場合がある。
そこで、伝送線路のインピーダンスに整合するように設定された外部のクランプ回路にインピーダンス調整用出力バッファを接続して、インピーダンスを整合させる技術が提案されている(たとえば特許文献1参照)。
図4は、特許文献1のインピーダンス調整回路の概要を表わしたものである。インピーダンス調整回路100のLSI(Large Scale Integration)ケース101あるいはPWB(printed wiring board)に収容された半導体装置としてのLSI102の内部には、インピーダンス調整用出力バッファ103が配置されている。インピーダンス調整用出力バッファ103は、図示しない複数のトランジスタのオンオフ動作によって実現する可変抵抗器104を内蔵しており、制御回路105がこの可変抵抗器104の抵抗値を制御するようになっている。
インピーダンス調整用出力バッファ103は、LSIパッケージ101の外側のクランプ抵抗106に接続されている。このクランプ抵抗106はインピーダンス調整用出力バッファ103によるインピーダンスの調整の基準となる抵抗である。インピーダンス調整用出力バッファ103とクランプ抵抗106の間を結ぶ線路には、所定の寄生抵抗分107が存在している。
LSIパッケージ101の外部には、クランプ抵抗106の他に、一端を定電圧の電源ライン108に接続した第1の参照電圧生成抵抗111と、この第1の参照電圧生成抵抗111の他端に一端を接続し、その他端を接地した第2の参照電圧生成抵抗112が配置されている。第1の参照電圧生成抵抗111と第2の参照電圧生成抵抗112の接続点は、所定の寄生抵抗分113を介してLSI102内のコンパレータ114に入力され、インピーダンス調整用出力バッファ103の出力側の電位と比較されるようになっている。制御回路105は、コンパレータ114の比較結果に応じて可変抵抗器104の抵抗値を制御することで、インピーダンスの整合を行うようになっている。
今、寄生抵抗分107、113を無視したとする。この場合には、コンパレータ114のプラス側の入力端子に加わる電位とマイナス側の入力端子に加わる電位が等しくなるように制御回路105が可変抵抗器104の抵抗値を制御する。そして、コンパレータ114のこれら2つの入力端子に加わる電位が等しくなったとき、インピーダンス調整用出力バッファ103側のインピーダンスの整合がとれたものとしている。
特開2005−229177号公報
以下の分析は本発明において与えられる。
しかしながら、この従来のインピーダンス調整回路100では、LSIパッケージ101の外側のクランプ抵抗106と内側のLSI102との間にこれらを接続するための線路が存在する。第1の参照電圧生成抵抗111と第2の参照電圧生成抵抗112の接続点が同様にLSIパッケージ101の外側にあるので、この接続点とLSI102との間にもこれらを接続するための線路が存在する。これらの線路には、それぞれ寄生抵抗分107、113が存在しており、これらの部分で電位差が発生することになる。このため、コンパレータ114はその2つの入力端子で、クランプ抵抗106による電位と、第1の参照電圧生成抵抗111と第2の参照電圧生成抵抗112の接続点の電位を正確に比較することができない。この結果として、制御回路105が制御する可変抵抗器104の値に誤差が発生してしまう。これにより、インピーダンス調整用出力バッファ103の補正が不完全に行われることになって、インピーダンスの整合を十分な精度で行うことができない。
従来から、このような問題に対しては、寄生抵抗分に対応させて所定の抵抗値の抵抗を回路上で付加することで誤差の補正を行うことが提案されている。これにより、インピーダンスの整合の精度を高めることができる。ところが、外部に一般に付加する抵抗は、値「1」から値「10」までを等比級数で分割した標準数としての「E系列」に従っている。たとえばE12系ではこの範囲を12分割し、E24系ではこの範囲を24分割する。したがって、寄生抵抗のような小さな抵抗値をLSIパッケージ101の外部で補正しようとすると、これらの系列で段階的に変化する抵抗値のいずれかを採用することになって、補正の誤差を十分低減させることができないという問題が発生する。
そこで、図4に示したインピーダンス調整回路では、調整用回路の抵抗を調整すべき回路のN(Nは任意の整数)倍にすることで誤差を1/Nにし、これにより補正誤差を低減するようにしている。しかしながら、前述のように半導体装置の動作速度の向上は目覚しく、インピーダンスの整合に要する精度がますます要求されている。したがって、従来のこのような技術で半導体装置側のインピーダンスを十分な精度で調整することは困難であった。
そこで本発明の目的は、インピーダンスを十分な精度で調整することのできるインピーダンス調整回路およびインピーダンス調整方法を提供することにある。
本発明の1つのアスペクト(側面)に係るインピーダンス調整回路は、一端に第1の基準電圧が与えられる第1および第2の外部抵抗のそれぞれの他端をそれぞれ接続する第1および第2の端子と、第1および第2のスイッチ素子と、一端を第1のスイッチ素子を介して第1の端子に接続し、他端に第2の基準電圧が与えられる第1の可変抵抗素子と、一端を第2のスイッチ素子を介して第2の端子に接続し、他端を第1の可変抵抗素子の一端に接続する第2の可変抵抗素子と、第1のスイッチ素子をオンとし、第2のスイッチ素子をオフとし、第1の可変抵抗素子の一端の電圧が第1および第2の基準電圧の間の電圧である第3の基準電圧となるように第1の可変抵抗素子の抵抗値を調整し、調整された第1の可変抵抗素子の抵抗値を維持して、第1のスイッチ素子をオフとし、第2のスイッチ素子をオンとし、第2の可変抵抗素子の一端の電圧が第3の基準電圧となるように第2の可変抵抗素子の抵抗値を調整する調整部と、を備える。
本発明のインピーダンス調整回路において、調整部は、第1の入力端子を第1の可変抵抗素子の一端に接続し、第2の入力端子に第3の基準電圧を与える第1の比較器と、第1の入力端子を第2の可変抵抗素子の一端に接続し、第2の入力端子に第3の基準電圧を与える第2の比較器と、第1の比較器の比較結果に応じて第1の可変抵抗素子の抵抗値を制御する第1の抵抗制御回路と、第2の比較器の比較結果に応じて第2の可変抵抗素子の抵抗値を制御する第2の抵抗制御回路と、を備え、第1および第2のスイッチ素子のオンオフタイミングと、第1および第2の抵抗制御回路の活性化タイミングとを制御することが好ましい。
本発明のインピーダンス調整回路において、第1の期間において、第1のスイッチがオン状態とされ、第2のスイッチ素子がオフ状態とされ、第1の比較器の第1および第2の入力端子の電圧が等しくなるように第1の可変抵抗素子の抵抗値が第1の抵抗制御回路によって制御され、第1の期間に引き続く第2の期間において、第1の可変抵抗素子の抵抗値がそのまま維持され、第1のスイッチがオフ状態とされ、第2のスイッチ素子がオン状態とされ、第2の比較器の第1および第2の入力端子の電圧が等しくなるように第2の可変抵抗素子の抵抗値が第2の抵抗制御回路によって制御されることが好ましい。
本発明のインピーダンス調整回路において、第3の基準電圧は、第1および第2の基準電圧の中間値であることが好ましい。
本発明の半導体集積回路装置は、上記のインピーダンス調整回路を備えることが好ましい。
本発明の他のアスペクト(側面)に係るインピーダンス調整方法は、一端に第1の基準電圧が与えられる第1および第2の外部抵抗のそれぞれの他端をそれぞれ接続する第1および第2の端子と、第1および第2のスイッチ素子と、一端を第1のスイッチ素子を介して第1の端子に接続し、他端に第2の基準電圧が与えられる第1の可変抵抗素子と、一端を第2のスイッチ素子を介して第2の端子に接続し、他端を第1の可変抵抗素子の一端に接続する第2の可変抵抗素子と、を備えるインピーダンス調整回路における調整方法であって、第1のスイッチをオン状態とし、第2のスイッチ素子をオフ状態とするステップと、第1の可変抵抗素子の一端の電圧が第1および第2の基準電圧の間の電圧である第3の基準電圧となるように第1の可変抵抗素子の抵抗値を調整するステップと、調整された第1の可変抵抗素子の抵抗値をそのまま維持し、第1のスイッチをオフ状態とし、第2のスイッチ素子をオン状態とするステップと、第2の可変抵抗素子の一端の電圧が第3の基準電圧となるように第2の可変抵抗素子の抵抗値を調整するステップと、を含む。
本発明によれば、調整すべき抵抗値に2つの外部抵抗の抵抗値の差分を用いることで、配線に係る寄生抵抗がキャンセルされて十分な精度で調整することが可能となる。
本発明の実施形態に係るインピーダンス調整回路は、一端に第1の基準電圧(図1のVdd)が与えられる第1および第2の外部抵抗(図1の11、12)のそれぞれの他端をそれぞれ接続する第1および第2の端子(図1の13、14)と、第1および第2のスイッチ素子(図1の17、18)と、一端を第1のスイッチ素子を介して第1の端子に接続し、他端に第2の基準電圧(図1のGND)が与えられる第1の可変抵抗素子(図1の19)と、一端を第2のスイッチ素子を介して第2の端子に接続し、他端を第1の可変抵抗素子の一端に接続する第2の可変抵抗素子(図1の20)と、調整部(図1の21、22、23、24、25相当)と、を備える。調整部は、第1のスイッチ素子をオンとし、第2のスイッチ素子をオフとし、第1の可変抵抗素子の一端の電圧が第1および第2の基準電圧の間の電圧である第3の基準電圧となるように第1の可変抵抗素子の抵抗値を調整し、調整された第1の可変抵抗素子の抵抗値を維持して、第1のスイッチ素子をオフとし、第2のスイッチ素子をオンとし、第2の可変抵抗素子の一端の電圧が第3の基準電圧となるように第2の可変抵抗素子の抵抗値を調整する調整部(図1の21、22、23、24、25相当)と、を備える。
本発明のインピーダンス調整回路によれば、調整回路の2つの経路にそれぞれスイッチ素子を設け、2個の調整用の外部抵抗に係る2系統の調整を個別に行いその差分をとって、寄生の抵抗成分をキャンセルさせることで補正誤差を低減している。すなわち、外部抵抗によって出力バッファや内部プルアップ/ダウンの抵抗(インピーダンス)を所望の値に調整する際に誤差要因となる寄生抵抗成分(図1の15、16)を二種類の調整抵抗の差分をとることで補正して調整誤差を小さくすることができる。
また、一般的な抵抗系列の抵抗値でも柔軟な値に調整可能である。すなわち、外部抵抗(図1の11、12)は、E12系列あるいはE24系列などが一般的であり、所望する値が存在しない場合があるが、本発明のインピーダンス調整回路は、二種類の抵抗値の差分を用いることで幅広い値に対応が可能となる。
以下、実施例に即し、図面を参照し、詳しく説明する。
図1は、本発明の第1の実施例に係るインピーダンス調整回路の回路図である。図1において、インピーダンス調整回路は、LSIパッケージ41内のインピーダンス調整回路部分と外部の調整用抵抗群から構成される。LSIパッケージ41内のインピーダンス調整回路は、外部端子13、14、33と、LSIチップ42内の回路とからなる。LSIチップ42は、スイッチ素子17、18と、調整用の可変抵抗素子19、20、調整時の電圧と参照電圧を比較するコンパレータ21、22と、コンパレータ21、22の比較結果を可変抵抗素子19、20にそれぞれ反映する抵抗制御回路23、24と、スイッチ素子17、18および抵抗制御回路23、24を制御する制御回路25と、被調整対象となる可変抵抗素子27と、を備える。また、インピーダンス調整回路が実装されるLSIパッケージ41内には配線に係る抵抗成分である寄生抵抗15、16、34が存在する。なお、LSIパッケージ41は、代わりにLSIチップ42を搭載するプリント配線基板などであってもよい。
LSIパッケージ41の外部の調整用抵抗群は、参照電圧生成用の抵抗31、32と、外部クランプ用の抵抗11、12で構成される。
抵抗11は、抵抗値がRa1であって、一端を電源Vddに接続し、他端を外部端子13に接続する。また、抵抗12は、抵抗値がRa2であって、一端を電源Vddに接続し、他端を外部端子14に接続する。抵抗11、12は、一般に「E系列」の抵抗素子が用いられる。
抵抗31は、抵抗値がRb1であって、一端を電源Vddに接続し、他端を外部端子33に接続する。また、抵抗32は、抵抗値がRb2であって、一端を接地し、他端を外部端子33に接続する。外部端子33は、寄生抵抗34を通り、コンパレータ21、22のそれぞれの−端子に接続される。ここでは、Rb1=Rb2とし、寄生抵抗34には電流が流れないので、コンパレータ21、22の−端子は、電源Vddと接地の中間値の電位を有する。
外部端子13は、抵抗値がR1である寄生抵抗15を通り、スイッチ素子17を介して、他端が接地された可変抵抗素子19の一端、コンパレータ21の+端子、および可変抵抗素子20の他端に接続される。スイッチ素子17は、MOSFET等で構成され、制御回路25によってオンオフ制御される。
外部端子14は、抵抗値がR2である寄生抵抗16を通り、スイッチ素子18を介して、コンパレータ22の+端子、および可変抵抗素子20の一端に接続される。スイッチ素子18は、MOSFET等で構成され、制御回路25によってオンオフ制御される。
抵抗制御回路23は、コンパレータ21の比較結果に応じて可変抵抗素子19の抵抗値を可変させる。また、抵抗制御回路24は、コンパレータ22の比較結果に応じて可変抵抗素子20および可変抵抗素子27の抵抗値を可変させる。
可変抵抗素子19、20、27は、接続がオンオフされる複数の抵抗素子から構成され、抵抗制御回路23あるいは24によって、オンオフする抵抗素子数あるいは接続形態が可変とされる。また、可変抵抗素子27は、出力バッファや内部プルアップ/ダウンの抵抗を表している。
次に、制御回路25によってなされるインピーダンス調整回路の調整方法について説明する。図2は、本発明の第1の実施例に係るインピーダンス調整回路における調整方法を示すフローチャートである。
ステップS11において、スイッチ素子17をオン(オン抵抗をr1とする)、スイッチ素子18をオフとする。
ステップS12において、抵抗制御回路23は、可変抵抗素子19の抵抗値Rc1を調整する。例えば、可変抵抗素子19の抵抗値の下限から上限に向けて増加させる。
ステップS13において、コンパレータ21の+端子が、電源Vddと接地の中間値の電位となったか否かを判断し、一致した場合(ステップS13のYes)、コンパレータ21の+端子における電源Vdd側の抵抗値と接地側の抵抗値が等しくなる。したがって、Rc1は、式(1)に示すように調整されることとなる。
Rc1=Ra1+R1+r1 ・・・式(1)
ステップS14において、Rc1を式(1)に示すように調整された状態で保持し、スイッチ素子17をオフ、スイッチ素子18をオン(オン抵抗をr2とする)とする。
ステップS15において、抵抗制御回路24は、可変抵抗素子20の抵抗値Rc2を調整する。例えば、可変抵抗素子20の抵抗値の下限から上限に向けて増加させる。
ステップS16において、コンパレータ22の+端子が、電源Vddと接地の中間値の電位となったか否かを判断し、一致した場合(ステップS16のYes)、コンパレータ22の+端子における電源Vdd側の抵抗値と接地側の抵抗値が等しくなる。したがって、Rc1+Rc2は、式(2)に示すように調整されることとなる。
Rc1+Rc2=Ra2+R2+r2 ・・・式(2)
ここで、R1とR2、r1とr2は、それぞれ同種の抵抗成分であるため、ほぼ等しく作りこむことが可能である。したがって、R1=R2、r1=r2と置くと、式(1)、式(2)から、下記の式(3)が得られる。Rc2は、式(3)に示すように寄生抵抗15、16に依存しない外部クランプ抵抗の差分値Ra2−Ra1に調整される。
Rc2=Ra2−Ra1 ・・・式(3)
また、可変抵抗素子27は、抵抗制御回路24によって可変抵抗素子20と同じように制御され、調整された抵抗値Rc2に相当する抵抗値に設定される。
なお、以上の説明において、制御回路25は、LSIチップ42内に存在するものとして説明したが、LSIチップ42外に設けられるCPU等であってもよい。
以上のようなインピーダンス調整回路によれば、外部の調整用の抵抗11、12によって出力バッファや内部プルアップ/ダウンの抵抗(インピーダンス)を所望の値に調整する際に、誤差要因となる寄生抵抗成分を二種類の調整抵抗の差分をとることで補正して調整誤差を小さくすることができる。
また、外部の調整用の抵抗11、12が一般的な抵抗系列の抵抗値であっても、可変抵抗素子を抵抗系列に限定されない値に調整可能である。すなわち、外部に調整用として付加する抵抗11、12は、E12系列あるいはE24系列などが一般的であり、所望する値が存在しない場合があるが、本発明のインピーダンス調整回路は、二種類の抵抗値の差分を用いることで幅広い値に対応が可能となる。
図3は、本発明の第2の実施例に係るインピーダンス調整回路の回路図である。図3に示すインピーダンス調整回路において、抵抗11、12の一端が接地され、可変抵抗素子19の他端が電源Vddに接続される点が図1と異なる。他の構成、動作および効果は、実施例1と同様であり、その説明を省略する。
なお、前述の特許文献等の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
本発明の第1の実施例に係るインピーダンス調整回路の回路図である。 本発明の第1の実施例に係るインピーダンス調整回路の調整時におけるフローチャートである。 本発明の第2の実施例に係るインピーダンス調整回路の回路図である。 従来のインピーダンス調整回路の回路図である。
符号の説明
11、12、31、32 抵抗
13、14、33 外部端子
15、16、34 寄生抵抗
17、18 スイッチ素子
19、20、27 可変抵抗素子
21、22 コンパレータ
23、24 抵抗制御回路
25 制御回路
41 LSIパッケージ
42 LSIチップ

Claims (7)

  1. 一端に第1の基準電圧が与えられる第1および第2の外部抵抗のそれぞれの他端をそれぞれ接続する第1および第2の端子と、
    第1および第2のスイッチ素子と、
    一端を前記第1のスイッチ素子を介して前記第1の端子に接続し、他端に第2の基準電圧が与えられる第1の可変抵抗素子と、
    一端を前記第2のスイッチ素子を介して前記第2の端子に接続し、他端を前記第1の可変抵抗素子の一端に接続する第2の可変抵抗素子と、
    前記第1のスイッチ素子をオンとし、前記第2のスイッチ素子をオフとし、前記第1の可変抵抗素子の一端の電圧が前記第1および第2の基準電圧の間の電圧である第3の基準電圧となるように前記第1の可変抵抗素子の抵抗値を調整し、調整された前記第1の可変抵抗素子の抵抗値を維持して、前記第1のスイッチ素子をオフとし、前記第2のスイッチ素子をオンとし、前記第2の可変抵抗素子の一端の電圧が前記第3の基準電圧となるように前記第2の可変抵抗素子の抵抗値を調整する調整部と、
    を備えることを特徴とするインピーダンス調整回路。
  2. 前記調整部は、
    第1の入力端子を前記第1の可変抵抗素子の一端に接続し、第2の入力端子に前記第3の基準電圧を与える第1の比較器と、
    第1の入力端子を前記第2の可変抵抗素子の一端に接続し、第2の入力端子に前記第3の基準電圧を与える第2の比較器と、
    前記第1の比較器の比較結果に応じて前記第1の可変抵抗素子の抵抗値を制御する第1の抵抗制御回路と、
    前記第2の比較器の比較結果に応じて前記第2の可変抵抗素子の抵抗値を制御する第2の抵抗制御回路と、
    を備え、
    前記第1および第2のスイッチ素子のオンオフタイミングと、前記第1および第2の抵抗制御回路の活性化タイミングとを制御することを特徴とする請求項1記載のインピーダンス調整回路。
  3. 第1の期間において、前記第1のスイッチがオン状態とされ、前記第2のスイッチ素子がオフ状態とされ、前記第1の比較器の第1および第2の入力端子の電圧が等しくなるように前記第1の可変抵抗素子の抵抗値が前記第1の抵抗制御回路によって制御され、
    前記第1の期間に引き続く第2の期間において、前記第1の可変抵抗素子の抵抗値がそのまま維持され、前記第1のスイッチがオフ状態とされ、前記第2のスイッチ素子がオン状態とされ、前記第2の比較器の第1および第2の入力端子の電圧が等しくなるように前記第2の可変抵抗素子の抵抗値が前記第2の抵抗制御回路によって制御されることを特徴とする請求項2記載のインピーダンス調整回路。
  4. 前記第3の基準電圧は、前記第1および第2の基準電圧の中間値であることを特徴とする請求項1記載のインピーダンス調整回路。
  5. 請求項1乃至4のいずれか一に記載のインピーダンス調整回路を備える半導体集積回路装置。
  6. 一端に第1の基準電圧が与えられる第1および第2の外部抵抗のそれぞれの他端をそれぞれ接続する第1および第2の端子と、
    第1および第2のスイッチ素子と、
    一端を前記第1のスイッチ素子を介して前記第1の端子に接続し、他端に第2の基準電圧が与えられる第1の可変抵抗素子と、
    一端を前記第2のスイッチ素子を介して前記第2の端子に接続し、他端を前記第1の可変抵抗素子の一端に接続する第2の可変抵抗素子と、
    を備えるインピーダンス調整回路における調整方法であって、
    前記第1のスイッチをオン状態とし、前記第2のスイッチ素子をオフ状態とするステップと、
    前記第1の可変抵抗素子の一端の電圧が前記第1および第2の基準電圧の間の電圧である第3の基準電圧となるように前記第1の可変抵抗素子の抵抗値を調整するステップと、
    調整された前記第1の可変抵抗素子の抵抗値をそのまま維持し、前記第1のスイッチをオフ状態とし、前記第2のスイッチ素子をオン状態とするステップと、
    前記第2の可変抵抗素子の一端の電圧が前記第3の基準電圧となるように前記第2の可変抵抗素子の抵抗値を調整するステップと、
    を含むことを特徴とするインピーダンス調整方法。
  7. 前記第3の基準電圧は、前記第1および第2の基準電圧の中間値であることを特徴とする請求項6記載のインピーダンス調整方法。
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