JP5369472B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関し、より詳細には、インピーダンス整合回路を有する半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having an impedance matching circuit.

近年、電子機器で使用される信号の高周波化が図られ、電子機器の制御や情報処理の能力が高まっている。さらに、電子機器の小型化や高機能化のために、より多くの回路が集積回路で実現されている。   In recent years, the frequency of signals used in electronic devices has been increased, and the ability of electronic devices to control and process information has increased. Furthermore, in order to reduce the size and increase the functionality of electronic devices, more circuits are realized as integrated circuits.

使用する信号の高周波化や、回路の集積化によって、従来にも増して、信号の反射、ダンピング時間などを減少させるために、インピーダンス整合が重要になってきている。集積回路内にダンピング抵抗を設け外部負荷とのインピーダンス整合を実現するものとして、図1に従来例を示す。外付け抵抗Routは、抵抗の変動が少なく、終端インピーダンスの変動が小さい。また、特許文献1に開示された発明では、ダンピング抵抗を可変とするために、複数のいずれかのダンピング抵抗を選択できる様に構成したものである。
特開2006−191417号公報
Impedance matching has become important in order to reduce signal reflection, damping time, etc., as compared with the prior art, by increasing the frequency of signals used and circuit integration. FIG. 1 shows a conventional example in which a damping resistor is provided in an integrated circuit to realize impedance matching with an external load. The external resistor Rout has a small variation in resistance and a small variation in termination impedance. The invention disclosed in Patent Document 1 is configured such that any one of a plurality of damping resistors can be selected in order to make the damping resistor variable.
JP 2006-191417 A

上記の従来例では、外付け抵抗と、半導体装置内のトランジスタのオン抵抗とで、終端抵抗を構成するが、このトランジスタのオン抵抗の変動に基づく終端インピーダンスの不整合に関しては、考慮されていない。また特許文献1に記載の発明は、選択的にダンピング抵抗を使用できるものの、その抵抗の製造バラツキや使用環境に基づく抵抗値の変動に対応できるものではなかった。本発明は、半導体装置内の回路を製造する際にインピーダンス整合用の終端インピーダンス(終端抵抗)を同時に製造し、かつ、この終端インピーダンスを含む半導体装置の環境変化に応じて変化する抵抗値の変化に適応して、インピーダンス整合を図ることが可能な終端インピーダンス制御回路を有した半導体装置を提供することを課題とする。   In the above conventional example, a termination resistor is configured by the external resistor and the on-resistance of the transistor in the semiconductor device. However, the mismatch of the termination impedance based on the variation of the on-resistance of the transistor is not considered. . Further, although the invention described in Patent Document 1 can selectively use a damping resistor, it cannot cope with variations in the resistance value based on the manufacturing variation of the resistor and the use environment. According to the present invention, when a circuit in a semiconductor device is manufactured, a terminal impedance (terminal resistor) for impedance matching is manufactured at the same time, and a change in resistance value that changes according to a change in the environment of the semiconductor device including the terminal impedance It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a termination impedance control circuit that can be adapted to impedance matching.

本発明は終端抵抗と同時に形成される半導体素子の特性は、ドレイン−ソース間電圧の所定電圧領域では、このドレイン−ソース間電圧とドレイン電流の関係が線形であり、この所定の電圧領域では、トランジスタのオン抵抗が一定であること、このオン抵抗はゲート電圧によって変わることに着目し、なされたものである。   In the present invention, the characteristics of the semiconductor element formed simultaneously with the termination resistor are such that the relationship between the drain-source voltage and the drain current is linear in a predetermined voltage region of the drain-source voltage, and in this predetermined voltage region, This was done by paying attention to the fact that the on-resistance of the transistor is constant and that the on-resistance varies depending on the gate voltage.

本発明の実施例の1側面によれば、基板と、前記基板に形成された第1、第2のトランジスタと、前記第1のトランジスタのドレイン−ソース間電圧を制御する制御回路とを有し、前記制御回路の出力信号が前記第2のトランジスタのゲートに入力され、前記第2のトランジスタのドレインが出力端に接続されたことを特徴とする半導体装置が提供される。
なお、前記制御回路は、基準電圧と前記第1のトランジスタの前記ドレイン−ソース間電圧とが入力信号である帰還回路であっても良く、さらに、前記第1と第2のトランジスタの組み合わせを2対有し、第1の対は、P型MOSトランジスタで構成され、第1の対はN型MOSトランジスタで構成しても良い。また、前記半導体装置は、ハイとローの2つの値を有する入力信号を受信可能であり、前記入力信号がハイの値の場合に、前記入力信号は前記2対の組み合わせの一方の前記第2のゲートに入力され、前記入力信号がローの値の場合は、前記入力信号は前記2対の組み合わせの他方の前記第2のゲートに入力されるように構成しても良い。
According to one aspect of the embodiment of the present invention, the apparatus includes a substrate, first and second transistors formed on the substrate, and a control circuit that controls a drain-source voltage of the first transistor. An output signal of the control circuit is input to the gate of the second transistor, and a drain of the second transistor is connected to an output terminal.
The control circuit may be a feedback circuit in which a reference voltage and the drain-source voltage of the first transistor are input signals, and the combination of the first and second transistors is 2 The first pair may be composed of a P-type MOS transistor, and the first pair may be composed of an N-type MOS transistor. The semiconductor device can receive an input signal having two values of high and low, and when the input signal has a high value, the input signal is one of the two pairs of the second combinations. When the input signal is a low value, the input signal may be input to the other second gate of the two pairs of combinations.

本発明の実施例の他の側面によれば、基板と、前記基板に形成された参照用抵抗を有する抵抗特性変動検出部と、前記基板に形成された参照用トランジスタを有するトランジスタ特性変動検出部と、前記基板に形成された終端抵抗と該終端抵抗と直列に接続される終端トランジスタとを有する終端部とを有し、前記抵抗特性変動検出部は、増幅回路と、該増幅回路に入力され基準電圧を生成する基準電圧発生回路とを有し、前記基準電圧と前記参照用抵抗素子に定電流を流して発生する電圧とが前記増幅回路に各々入力され、該増幅回路の出力信号が前記トランジスタ特性変動検出部に送信され、前記トランジスタ特性変動検出部は、帰還回路を有し、該帰還回路に前記増幅回路の出力信号が入力され、前記帰還回路の出力信号が前記参照用トランジスタのゲートおよび前記終端部の終端トランジスタのゲートに入力される構成を有する半導体装置が提供される。   According to another aspect of the embodiment of the present invention, a substrate, a resistance characteristic variation detector having a reference resistor formed on the substrate, and a transistor property variation detector having a reference transistor formed on the substrate. And a termination unit having a termination resistor formed on the substrate and a termination transistor connected in series with the termination resistor, the resistance characteristic variation detection unit being input to the amplification circuit and the amplification circuit A reference voltage generating circuit for generating a reference voltage, and the reference voltage and a voltage generated by passing a constant current through the reference resistance element are respectively input to the amplifier circuit, and an output signal of the amplifier circuit is The transistor characteristic fluctuation detection unit has a feedback circuit, and the output signal of the amplifier circuit is input to the feedback circuit, and the output signal of the feedback circuit is used for the reference. The semiconductor device having a structure that is input to the gate of the end transistors of the gate and the end portion of the transistor is provided.

なお、前記半導体装置は、さらに前記抵抗特性変動検出部は第1の抵抗特性変動検出部と第2の抵抗特性変動検出部とを有し、前記トランジスタ特性変動検出部は第1のトランジスタ特性変動検出部と第2のトランジスタ特性変動検出部とを有し、前記第1の抵抗特性変動検出部の前記基準電圧と前記参照用抵抗素子に定電流を流して発生する電圧とは、 前記増幅回路の反転入力端子と非反転入力端子とに各々入力され、前記増幅回路の出力は、前記第1のトランジスタ特性変動検出部の帰還回路に入力され、前記第1のトランジスタ特性変動検出部の前記参照用トランジスタと前記終端トランジスタとは、P型MOSトランジスタであり、前記帰還回路の出力は前記P型MOSトランジスタの終端トランジスタのゲートに入力され、前記第2の抵抗特性変動検出部の前記基準電圧と前記参照用抵抗素子に定電流を流して発生する電圧とは、前記増幅回路の非反転入力端子と反転入力端子とに各々入力され、前記増幅回路の出力は、前記第2のトランジスタ特性変動検出部の帰還回路に入力され、前記第2のトランジスタ特性変動検出部の前記参照用トランジスタと前記終端トランジスタとは、N型MOSトランジスタであり、前記帰還回路の出力は前記N型MOSトランジスタの終端トランジスタのゲートに入力される構成を有しても良い。
さらに、前記半導体装置は、ハイとローの2つの値を有する入力信号を受信可能であり、前記信号がハイの値またはローの値に応じて、前記入力信号は、第1の抵抗特性変動検出部と第1のトランジスタ特性変動検出部と前記P型MOSトランジスタである前記終端トランジスタとの組み合わせで構成される対、または、第2の抵抗特性変動検出部と第2のトランジスタ特性変動検出部と前記N型MOSトランジスタである前記終端トランジスタとの組み合わせで構成される対に入力される様に構成されても良い。
In the semiconductor device, the resistance characteristic variation detection unit further includes a first resistance characteristic variation detection unit and a second resistance characteristic variation detection unit, and the transistor characteristic variation detection unit is a first transistor characteristic variation detection unit. The amplification circuit includes a detection unit and a second transistor characteristic variation detection unit, the reference voltage of the first resistance characteristic variation detection unit and a voltage generated by passing a constant current through the reference resistance element. And the output of the amplifier circuit is input to a feedback circuit of the first transistor characteristic variation detector, and the reference of the first transistor characteristic variation detector The transistor for termination and the termination transistor are P-type MOS transistors, and the output of the feedback circuit is input to the gate of the termination transistor of the P-type MOS transistor. The reference voltage of the resistance characteristic variation detector 2 and the voltage generated by passing a constant current through the reference resistance element are respectively input to a non-inverting input terminal and an inverting input terminal of the amplifier circuit, and the amplifier circuit Is input to a feedback circuit of the second transistor characteristic variation detector, and the reference transistor and the termination transistor of the second transistor characteristic variation detector are N-type MOS transistors, and the feedback The output of the circuit may be input to the gate of the termination transistor of the N-type MOS transistor.
Further, the semiconductor device can receive an input signal having two values of high and low, and the input signal is subjected to first resistance characteristic variation detection according to the signal having a high value or a low value. Or a pair of the first transistor characteristic variation detection unit and the termination transistor which is the P-type MOS transistor, or a second resistance characteristic variation detection unit and a second transistor characteristic variation detection unit, The signal may be input to a pair formed by a combination with the termination transistor which is the N-type MOS transistor.

終端抵抗のインピーダンス変動に応じて、変動を打ち消す方向に終端トランジスタのオン抵抗を変化させるために、終端トランジスタのゲート電圧を制御するので、これにより終端抵抗値の変動幅を抑えることができ、本発明の半導体装置に接続される伝送路等の特性インピーダンスとの不整合を少なくすることができ、反射による波形の劣化を抑えることができる。   Since the gate voltage of the termination transistor is controlled in order to change the on-resistance of the termination transistor in a direction that cancels the variation according to the impedance variation of the termination resistance, this can suppress the fluctuation range of the termination resistance value. The mismatch with the characteristic impedance of the transmission line or the like connected to the semiconductor device of the invention can be reduced, and the deterioration of the waveform due to reflection can be suppressed.

本発明に先立って、MOSトランジスタの立ち上がり特性の時間特性と、このMOSトランジスタのオン抵抗との関係を説明する。MOSトランジスタは製造時のウェハ、ロットにおいて特性がばらつき、トランジスタの立ち上り特性の遅いものほど、オン抵抗値は大きく、トランジスタを使用する環境温度が高いほど、オン抵抗値も大きくなる。また同様に、トランジスタと同時に同一基板に形成される抵抗素子の値も公称値の±10%程度はばらつく。したがって、このMOSトランジスタや抵抗素子を使用して、インピーダンス整合を図る場合には、製造時の抵抗素子の値やMOSトランジスタのオン抵抗(ON抵抗とも表記する。)のバラツキおよび、温度変化などによる抵抗値の変化に応じた補正が必要になる。   Prior to the present invention, the relationship between the time characteristic of the rise characteristic of the MOS transistor and the on-resistance of the MOS transistor will be described. The characteristics of MOS transistors vary in wafers and lots at the time of manufacture, and the on-resistance value increases as the transistor rises more slowly, and the on-resistance value increases as the ambient temperature in which the transistor is used is higher. Similarly, the value of the resistance element formed on the same substrate simultaneously with the transistor varies by about ± 10% of the nominal value. Therefore, when impedance matching is performed using this MOS transistor or resistance element, it depends on the resistance element value at the time of manufacture, the variation of the ON resistance (also referred to as ON resistance) of the MOS transistor, and the temperature change. Correction according to the change in resistance value is required.

図2には、MOSトランジスタのゲートに入力する電圧値を変え、各々の電圧値に対するドレイン−ソース間電圧(Vds)と電流(ドレイン電流Id)とをグラフにして示したものである。MOSトランジスタの動作領域には、図2に示す様に、線形領域と飽和領域の2種類があり、MOSトランジスタのドレイン−ソース間電圧(Vds)、ゲート−ソース間電圧をVgs、MOSトランジスタのしきい値電圧をVthとした場合に、線形領域では、Vds≦Vgs−Vthが成立し、飽和領域では、Vds>Vgs−Vthが成立している。ここで注目すべきは、一般的に、トランジスタのVds−Id特性は、線形領域でVdsが小さな範囲Aでは、グラフの傾きが一定になっており、この傾きは、ゲート電圧を変化させると変わる点である。このグラフの傾きは、トランジスタのオン抵抗を表し、線形領域の傾きが直線のところでは、オン抵抗がVdsによらず一定になっている。本発明は、このゲート電圧によって、オン抵抗が変わる特性を利用している。   FIG. 2 is a graph showing the drain-source voltage (Vds) and the current (drain current Id) with respect to each voltage value by changing the voltage value input to the gate of the MOS transistor. As shown in FIG. 2, there are two types of operation regions of the MOS transistor, a linear region and a saturation region. The drain-source voltage (Vds) of the MOS transistor, the gate-source voltage are set to Vgs, and the MOS transistor is operated. When the threshold voltage is Vth, Vds ≦ Vgs−Vth is established in the linear region, and Vds> Vgs−Vth is established in the saturation region. It should be noted here that, generally, the Vds-Id characteristic of a transistor has a constant slope of the graph in a linear region where Vds is small, and this slope changes when the gate voltage is changed. Is a point. The slope of this graph represents the on-resistance of the transistor. When the slope of the linear region is a straight line, the on-resistance is constant regardless of Vds. The present invention utilizes the characteristic that the on-resistance changes depending on the gate voltage.

つぎに、図3を参照して本発明の要部を説明する。図3は半導体装置10の内の本発明の要部を示す模式図である。この半導体装置10には、ハイおよびローの2値の値をとるデータが信号として入力され、本実施例では、2個のインバータ16、17を介してプロセス変動検出回路12、14に入力される。このプロセス変動検出回路12、14は、後述するが、信号のハイおよびローの2値の値に応じて、切り換えて使用し、各プロセス変動検出回路12、14の出力信号は、終端抵抗Rout22に直列に接続されたP型MOSトランジスタ18、N型MOSトランジスタ20のゲートに入力される。このプロセス変動検出回路12、14には、P型、N型MOSトランジスタ18、20のオン抵抗値および、終端抵抗Rout22の変動に対応した変動を検出するための参照用のMOSトランジスタおよび参照用の抵抗素子が設けられている。この参照用のMOSトランジスタのオン抵抗値および参照用の抵抗素子の抵抗値の変動に応じて、P型MOSトランジスタ18、N型MOSトランジスタ20のゲート電圧に入力する信号が、各プロセス変動検出回路12、14によって各々生成され、各ゲートに入力され、MOSトランジスタ18または20のオン抵抗と終端抵抗Rout22との抵抗値の和が一定となる様にP型、N型MOSトランジスタ18、20のオン抵抗値が制御される。   Next, the main part of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic view showing a main part of the present invention in the semiconductor device 10. In the semiconductor device 10, data having a binary value of high and low is input as a signal. In this embodiment, the data is input to the process variation detection circuits 12 and 14 via the two inverters 16 and 17. . As will be described later, the process variation detection circuits 12 and 14 are switched and used in accordance with binary values of high and low signals. The output signals of the process variation detection circuits 12 and 14 are sent to the termination resistor Rout22. The signals are input to the gates of the P-type MOS transistor 18 and the N-type MOS transistor 20 connected in series. The process fluctuation detection circuits 12 and 14 include reference MOS transistors for detecting fluctuations corresponding to fluctuations in the ON resistance values of the P-type and N-type MOS transistors 18 and 20 and the termination resistance Rout22, and reference reference transistors. A resistance element is provided. Signals input to the gate voltages of the P-type MOS transistor 18 and the N-type MOS transistor 20 in accordance with the fluctuations in the on-resistance value of the reference MOS transistor and the resistance value of the reference resistance element are each process fluctuation detection circuit. 12 and 14, respectively, and input to each gate. The P-type and N-type MOS transistors 18 and 20 are turned on so that the sum of the resistance values of the MOS transistor 18 or 20 and the termination resistance Rout22 is constant. The resistance value is controlled.

次に、図4を参照して、本発明の1実施例を説明する。半導体装置100には、プロセス変動検出回路110とスイッチ部150と終端部140とが構成され、プロセス変動検出回路110はさらに抵抗特性変動検出部120とトランジスタ特性変動検出部130とが含まれている。   Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The semiconductor device 100 includes a process variation detection circuit 110, a switch unit 150, and a termination unit 140. The process variation detection circuit 110 further includes a resistance characteristic variation detection unit 120 and a transistor characteristic variation detection unit 130. .

この半導体装置100には、データとして、ハイ(high)とロー(low)の2値の信号(例えば1にハイ信号が、0にロー信号が対応する。)が入力される。   The semiconductor device 100 receives binary signals of high and low (for example, a high signal corresponds to 1 and a low signal corresponds to 0) as data.

抵抗特性変動検出部120、トランジスタ特性変動検出部130、終端部140の各々は、この入力される2値信号のハイ、ロー信号に応じて、P型MOSトランジスタまたは、N型MOSトランジスタを使用した各検出部と終端部が設けられている。図4では、入力されるデータがロー信号の場合、このロー信号はアナログスイッチ151を介してN−ch側の回路に入力され、N型MOSトランジスタ260のオン抵抗が制御される。ハイ信号の場合、このハイ信号はアナログスイッチ152を介してP−ch側の回路に入力され、P型MOSトランジスタ262のオン抵抗が制御される。   Each of the resistance characteristic fluctuation detection unit 120, the transistor characteristic fluctuation detection unit 130, and the termination unit 140 uses a P-type MOS transistor or an N-type MOS transistor according to the high and low signals of the input binary signal. Each detection part and termination | terminus part are provided. In FIG. 4, when the input data is a low signal, this low signal is input to the N-ch side circuit via the analog switch 151, and the on-resistance of the N-type MOS transistor 260 is controlled. In the case of a high signal, this high signal is input to the P-ch side circuit via the analog switch 152, and the on-resistance of the P-type MOS transistor 262 is controlled.

このN−ch側およびP−ch側の動作は、基本的に同様に構成されており、以下においては、N−ch側の説明を主に行う。また、P−ch側、N−ch側の対応する機能の各構成部品等には同じ符号を付し、特に区別する場合には、別符号を付す。また、回路素子について周知の表示記号を使用し、周知の機能を果たすものについては、符号を付さず説明を省略したものがある。   The operations on the N-ch side and the P-ch side are basically configured in the same manner, and the description on the N-ch side will be mainly described below. In addition, the same reference numerals are given to the component parts and the like corresponding to the functions on the P-ch side and the N-ch side. Some of the circuit elements that use a well-known display symbol and that perform a well-known function are not denoted by a reference numeral and a description thereof is omitted.

抵抗特性変動検出部120の目的は、抵抗値のばらつき、および温度変化による抵抗値の変動をモニタするための参照用抵抗素子202とそれに定電流を流すための定電流源204、基準電圧Vref2を生成するための、分圧用抵抗206、207と増幅回路220より構成される。   The purpose of the resistance characteristic fluctuation detecting unit 120 is to provide a reference resistance element 202 for monitoring resistance value fluctuations and resistance value fluctuations due to temperature changes, a constant current source 204 for supplying a constant current thereto, and a reference voltage Vref2. The voltage dividing resistors 206 and 207 and the amplifier circuit 220 are used for generation.

参照用抵抗素子202に定電流源204から定電流を流し、電圧を降下(電圧ドロップ)させる。この参照抵抗素子202の両端間の電圧をドロップ電圧と称する。この参照用抵抗素子202の抵抗値が大きい場合のドロップ電圧をVr+、小さい場合のドロップ電圧をVr−とする。増幅回路220の出力電圧は、ドロップ電圧がVr+の場合はVo1+とし、Vr−の場合はVo1−とすると、増幅回路220への入力電圧が大きいほうが出力電圧は小さくなるので、Vo1+<Vo1−となり、参照抵抗素子202の抵抗値が大きいほうが増幅回路220の出力電圧は小さくなる。(なお、増幅回路220の非反転入力端子にverf2が入力され、反転入力端子に抵抗素子を介してドロップ電圧が入力される反転増幅回路が構成されている。)
次に、N−ch側のトランジスタ特性変動検出部130の動作を説明する。トランジスタ特性変動検出部130は、トランジスタのオン抵抗のばらつきや変動をモニタするための参照用トランジスタ250と、それに定電流を流すための定電流源252と帰還回路254で構成され、参照用トランジスタ250のドレイン電圧が、増幅回路220の出力電圧と同じ電圧になるようにゲート電圧を制御する帰還回路が構成されている。参照用トランジスタ250のオン抵抗をRon、この参照用トランジスタ250に流れる電流をIとすると、参照用トランジスタ250のドレイン電圧Vdsはオームの法則より、Vds=I×Ronが成立する。電流Iは一定であるので、したがって、ドレイン電圧を高くするためにはRonを大きくしなければならないので、ゲート電圧は低くなる。
A constant current is passed from the constant current source 204 to the reference resistance element 202 to drop the voltage (voltage drop). The voltage across the reference resistance element 202 is referred to as a drop voltage. The drop voltage when the resistance value of the reference resistance element 202 is large is Vr +, and the drop voltage when the resistance value is small is Vr−. The output voltage of the amplifier circuit 220 is Vo1 + when the drop voltage is Vr +, and is Vo1 + when it is Vr−. Since the output voltage becomes smaller as the input voltage to the amplifier circuit 220 is larger, Vo1 + <Vo1−. The output voltage of the amplifier circuit 220 decreases as the resistance value of the reference resistance element 202 increases. (An inverting amplifier circuit is configured in which verf2 is input to the non-inverting input terminal of the amplifier circuit 220 and a drop voltage is input to the inverting input terminal via a resistor element.)
Next, the operation of the N-ch side transistor characteristic variation detector 130 will be described. The transistor characteristic variation detection unit 130 includes a reference transistor 250 for monitoring variations and variations in the on-resistance of the transistor, a constant current source 252 for supplying a constant current thereto, and a feedback circuit 254. The reference transistor 250 The feedback circuit is configured to control the gate voltage so that the drain voltage of the transistor becomes the same voltage as the output voltage of the amplifier circuit 220. When the on-resistance of the reference transistor 250 is Ron and the current flowing through the reference transistor 250 is I, the drain voltage Vds of the reference transistor 250 satisfies Vds = I × Ron according to Ohm's law. Since the current I is constant, therefore, in order to increase the drain voltage, Ron must be increased, so the gate voltage decreases.

逆にドレイン電圧を低くするためにはRonを小さくしなければならないので、ゲート電圧は高くなる。上記したVo1+<Vo1−の関係により、Vo1+よりVo1−のほうが、電圧が高いので、参照用トランジスタ250のオン抵抗を、入力電圧がVo1+の場合にはRon+、Vo1−の場合には、Ron−とすれば、Ron+<Ron−となる。   Conversely, in order to lower the drain voltage, Ron must be reduced, so the gate voltage increases. Due to the relationship of Vo1 + <Vo1-, the voltage of Vo1- is higher than that of Vo1 +. Therefore, the on-resistance of the reference transistor 250 is Ron + when the input voltage is Vo1 +, and Ron- when Vo1-. Then, Ron + <Ron−.

よって、参照用抵抗素子202の抵抗値の変動と逆方向に参照用トランジスタ250のオン抵抗を制御することができる。   Therefore, the on-resistance of the reference transistor 250 can be controlled in the direction opposite to the fluctuation of the resistance value of the reference resistance element 202.

また、参照用抵抗素子202の抵抗値が一定で、増幅回路220の出力電圧が一定のときに、N−ch側のトランジスタのプロセス変動を考えると、ドレイン電圧が一定でP型、N型MOSトランジスタの両方の立ち上がり特性が遅い場合と、両方の立ち上がり特性が遅い場合とでは、両方のトランジスタの立ち上がり特性が遅い場合の方が、オン抵抗が大きいので、オン抵抗を小さくするために、ゲート電圧は高くなる。よって、帰還回路254の出力電圧はP型、N型MOSトランジスタの両方の立ち上がり特性が遅い場合の方が、P型、N型MOSトランジスタの両方の立ち上がり特性が早い場合の帰還回路254の出力電圧より高くなる。   When the resistance value of the reference resistance element 202 is constant and the output voltage of the amplifier circuit 220 is constant, considering the process variation of the N-ch side transistor, the drain voltage is constant and the P-type and N-type MOS transistors are constant. In order to reduce the on-resistance, the gate voltage is lower when both transistors have slower rise characteristics and when both rise characteristics are slower. Becomes higher. Therefore, the output voltage of the feedback circuit 254 is the output voltage of the feedback circuit 254 when the rise characteristics of both the P-type and N-type MOS transistors are faster when the rise characteristics of both the P-type and N-type MOS transistors are slower. Get higher.

この帰還回路254の出力電圧をN−ch側の終端部140のN型MOSトランジスタ260のゲートに接続することで、このN型MOSトランジスタ260のオン抵抗を終端抵抗280の抵抗値が大きくなった場合には小さく、小さくなった場合には大きくすることができる。また、トランジスタの立ち上がり特性が、P型、N型MOSトランジスタとも遅い場合にはN型MOSトランジスタ260のオン抵抗を小さく、早い場合にはオン抵抗を大きくすることが可能になり、終端インピーダンスを制御することができる。   By connecting the output voltage of the feedback circuit 254 to the gate of the N-type MOS transistor 260 of the N-ch side termination unit 140, the on-resistance of the N-type MOS transistor 260 is increased in resistance value of the termination resistor 280. In some cases, it is small, and when it is small, it can be enlarged. Further, when the rise characteristics of the transistors are slow for both the P-type and N-type MOS transistors, the on-resistance of the N-type MOS transistor 260 can be reduced, and when it is early, the on-resistance can be increased to control the terminal impedance. can do.

上記した説明の要部をより詳しく説明すると、図4で、トランジスタ特性変動検出部130のN−ch側の参照用トランジスタ250のオン抵抗をRon1、並列に接続した個数をmとするとトランジスタ1個当たりのオン抵抗は、Ron1×mとなる。   The main part of the above description will be described in more detail. In FIG. 4, when the on-resistance of the reference transistor 250 on the N-ch side of the transistor characteristic variation detector 130 is Ron1, and the number of transistors connected in parallel is m, one transistor. The hit on-resistance is Ron1 × m.

また、終端部140のN−ch側のN型MOSトランジスタ260のオン抵抗をRon2、並列に接続した個数をnとするとトランジスタ1個当たりのオン抵抗は、Ron2×nとなる。   Further, when the on-resistance of the N-channel MOS transistor 260 on the N-ch side of the termination unit 140 is Ron2, and the number of the N-type MOS transistors 260 connected in parallel is n, the on-resistance per transistor is Ron2 × n.

これらの参照用N型MOSトランジスタ250、N型MOSトランジス260のサイズがほぼ、同じでどちらも線形領域にバイアスされているとすると、トランジスタ250、260の1個当たりのオン抵抗は、ほぼ等しいので、Ron1×m ≒ Ron2×n、Ron2≒Ron1×m/nとなる。   Assuming that these reference N-type MOS transistor 250 and N-type MOS transistor 260 are substantially the same size and both are biased in the linear region, the on-resistance per transistor 250 and 260 is substantially equal. Ron1 × m≈Ron2 × n, Ron2≈Ron1 × m / n.

よって、参照用トランジスタ250のオン抵抗を制御できれば、N型MOSトランジスタ260のオン抵抗も制御できるので、終端抵抗素子280の抵抗変動と逆方向に参照用トランジスタ250のオン抵抗を制御することで、終端インピーダンスを制御することができる。   Therefore, if the on-resistance of the reference transistor 250 can be controlled, the on-resistance of the N-type MOS transistor 260 can also be controlled. Therefore, by controlling the on-resistance of the reference transistor 250 in the direction opposite to the resistance variation of the termination resistance element 280, The termination impedance can be controlled.

また、P−ch側のトランジスタの制御方法は、プロセス変動検出回路110の(反転)増幅回路が正転増幅回路になり、抵抗値が大きいほうが正転増幅回路の出力電圧が大きくなり、P型MOSトランジスタで構成される参照用トランジスタ255のVdsは低くなるので、オン抵抗を下げるためにゲート電圧は高くなり、参照用抵抗素子222の抵抗値の変動方向と逆方向に、参照用トランジスタ255のオン抵抗を制御することができる。   Also, the P-ch side transistor control method is such that the (inversion) amplifier circuit of the process variation detection circuit 110 becomes a normal amplifier circuit, and the output voltage of the normal amplifier circuit increases as the resistance value increases. Since Vds of the reference transistor 255 formed of a MOS transistor is low, the gate voltage is high to reduce the on-resistance, and the reference transistor 255 has a reverse direction to the direction of change in the resistance value of the reference resistor 222. The on-resistance can be controlled.

また、P−ch側のトランジスタ特性変動検出部130動作については、N−ch側のトランジスタ特性変動検出部130の動作と基本的に同様である。   The operation of the P-ch side transistor characteristic variation detector 130 is basically the same as the operation of the N-ch side transistor characteristic variation detector 130.

また、スイッチ部150の詳細は説明を省略しているが、N−ch側またはP−ch側のいずれの終端インピーダンスを制御するかは、半導体装置100に入力される信号に基づき、アナログスイッチ151を動作させることによって行う。   Although the details of the switch unit 150 are omitted, whether the termination impedance on the N-ch side or the P-ch side is controlled is determined based on the signal input to the semiconductor device 100 based on the analog switch 151. Do by operating.

本発明の他の実施例を、図5を参照して説明する。図中、図4に示すものと同様の素子には同じ符号を付してある。この図5に示す実施例は、半導体装置100内には、インピーダンス整合用の終端抵抗素子を設けない場合であり、この場合は、抵抗特性の変動を検出する必要はないので、図4に示す実施例から抵抗特性変動検出部120を削除した構成になっている。   Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, the same elements as those shown in FIG. The embodiment shown in FIG. 5 is a case where a terminal resistance element for impedance matching is not provided in the semiconductor device 100. In this case, it is not necessary to detect a change in resistance characteristics, and therefore, the embodiment shown in FIG. In this configuration, the resistance characteristic variation detection unit 120 is omitted from the embodiment.

終端部140のN型MOSトランジスタ260、およびP型MOSトランジスタ262のオン抵抗が所望の抵抗値になるようにVdsを求め、その電圧をトランジスタ特性変動検出部130の帰還回路254の−側入力にリファレンス電圧として与える。そうすることで、参照用トランジスタ250および255のオン抵抗値が一定になるので、終端部140のN型MOSトランジスタ260、およびP型MOSトランジスタ262のオン抵抗も一定に制御できる。   Vds is obtained so that the ON resistances of the N-type MOS transistor 260 and the P-type MOS transistor 262 of the termination unit 140 have desired resistance values, and the voltage is input to the negative side input of the feedback circuit 254 of the transistor characteristic variation detection unit 130. It is given as a reference voltage. By doing so, the on-resistance values of the reference transistors 250 and 255 become constant, so that the on-resistances of the N-type MOS transistor 260 and the P-type MOS transistor 262 of the termination unit 140 can also be controlled to be constant.

本発明の他の実施例を図6に示す。この実施例では、終端抵抗が、半導体装置100の外部にある場合に相当し、この場合も抵抗特性の変動を検出することは必要ないので、図5に示す回路構成と同様に、終端部140のトランジスタ260のオン抵抗を一定に制御できる。   Another embodiment of the present invention is shown in FIG. In this embodiment, this corresponds to the case where the termination resistor is outside the semiconductor device 100, and in this case as well, it is not necessary to detect the variation of the resistance characteristic, so that the termination unit 140 is similar to the circuit configuration shown in FIG. The on-resistance of the transistor 260 can be controlled to be constant.

終端抵抗のインピーダンス変動に応じて、変動を打ち消す方向に終端トランジスタのオン抵抗を変化させるために、終端トランジスタのゲート電圧を制御するので、これにより終端抵抗値の変動幅を抑えることができ、本発明に接続される伝送路等の特性インピーダンスとの不整合を少なくすることができ、反射による波形の劣化を抑えることができる。   Since the gate voltage of the termination transistor is controlled in order to change the on-resistance of the termination transistor in a direction that cancels the variation according to the impedance variation of the termination resistance, this can suppress the fluctuation range of the termination resistance value. The mismatch with the characteristic impedance of the transmission line or the like connected to the invention can be reduced, and the waveform deterioration due to reflection can be suppressed.

従来例を示す図。The figure which shows a prior art example. トランジスタのVds−Id特性を示す図The figure which shows the Vds-Id characteristic of a transistor 本発明の実施例を示す回路ブロック図Circuit block diagram showing an embodiment of the present invention 本発明の実施例を示す回路ブロック図Circuit block diagram showing an embodiment of the present invention 本発明の実施例を示す回路ブロック図Circuit block diagram showing an embodiment of the present invention 本発明の実施例を示す回路ブロック図Circuit block diagram showing an embodiment of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

100 半導体装置
120 抵抗特性変動検出部
130 トランジスタ特性変動検出部
140 終端部
150 スイッチ部
151、152 アナログスイッチ
202、222 参照用抵抗素子
250、255 参照用トランジスタ
260 N型MOSトランジスタ
262 P型MOSトランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Semiconductor device 120 Resistance characteristic fluctuation | variation detection part 130 Transistor characteristic fluctuation | variation detection part 140 Termination part 150 Switch part 151,152 Analog switch 202,222 Reference resistance element 250,255 Reference transistor 260 N-type MOS transistor 262 P-type MOS transistor

Claims (3)

基板と、
前記基板に形成された第1、第2のトランジスタと、第3、第4のトランジスタと、
前記第1および第3のトランジスタそれぞれのドレイン−ソース間電圧を制御する第1および第2の制御回路とを有し、
前記第1および第2の制御回路の出力信号が前記第2および第4のトランジスタそれぞれのゲートに入力され、前記第2および第4のトランジスタそれぞれのドレインが出力端に接続される半導体装置であって、前記第1と第2のトランジスタがP型MOSトランジスタで構成された組と前記第3と第4のトランジスタがN型MOSトランジスタで構成された組とを有し、
前記半導体装置は、ハイとローの2つの値を有する入力信号を受信可能であり、前記入力信号がハイの値の場合に、前記入力信号は前記2対の組み合わせの前記第1と第2のトランジスタがP型MOSトランジスタで構成された組の前記第2のトランジスタのゲートに前記第1の制御回路の出力信号を入力させ、前記入力信号がローの値の場合は、前記入力信号は前記2対の組み合わせの前記第3と第4のトランジスタがN型MOSトランジスタで構成された組の前記第4のトランジスタのゲートに前記第2の制御回路の出力信号を入力させることを特徴とする半導体装置。
A substrate,
A first transistor, a second transistor, a third transistor, and a fourth transistor formed on the substrate;
First and second control circuits for controlling respective drain-source voltages of the first and third transistors,
In the semiconductor device, output signals of the first and second control circuits are input to gates of the second and fourth transistors, respectively, and drains of the second and fourth transistors are connected to an output terminal. The first and second transistors are composed of P-type MOS transistors, and the third and fourth transistors are composed of N-type MOS transistors.
The semiconductor device can receive an input signal having two values of high and low, and when the input signal has a high value, the input signal is the first and second of the two pairs of combinations. When the output signal of the first control circuit is input to the gates of the second transistors in a set of transistors that are P-type MOS transistors, and the input signal is a low value, the input signal is the 2 semiconductor, wherein Rukoto to input the output signal of the second control circuit and the third combination of pairs gate of the fourth set transistor is an N-type MOS transistor of the fourth transistor apparatus.
前記第1の制御回路は、基準電圧と前記第1のトランジスタのドレイン電圧とが入力信号であり、前記第2の制御回路は基準電圧と前記第3のトランジスタのドレイン電圧とが入力信号である帰還回路であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   In the first control circuit, the reference voltage and the drain voltage of the first transistor are input signals, and in the second control circuit, the reference voltage and the drain voltage of the third transistor are input signals. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a feedback circuit. 請求項1に記載の半導体装置であって、The semiconductor device according to claim 1,
前記第1の制御回路は、前記基板に形成された第1の参照用抵抗を有する第1の抵抗特性変動検出部と、前記第1のトランジスタを有する第1のトランジスタ特性変動検出部とを有し、The first control circuit includes a first resistance characteristic variation detection unit having a first reference resistor formed on the substrate and a first transistor characteristic variation detection unit having the first transistor. And
前記第1の抵抗特性変動検出部は第1の増幅回路と、該第1の増幅回路に入力される基準電圧を生成する基準電圧発生回路とを有し、前記基準電圧と前記第1の参照用抵抗素子に定電流を流して発生する電圧とが前記第1の増幅回路に入力され、該第1の増幅回路の出力が、前記第1のトランジスタ特性変動検出部に送信され、前記第1のトランジスタ特性変動検出部は第1の帰還回路を有し、該第1の帰還回路に前記第1の増幅回路の出力が入力され前記第1の帰還回路の出力信号を前記第1の制御信号の出力信号とし、The first resistance characteristic variation detection unit includes a first amplifier circuit and a reference voltage generation circuit that generates a reference voltage input to the first amplifier circuit, and the reference voltage and the first reference And a voltage generated by flowing a constant current through the resistance element is input to the first amplifier circuit, and an output of the first amplifier circuit is transmitted to the first transistor characteristic variation detection unit. The transistor characteristic fluctuation detection unit of the first embodiment includes a first feedback circuit, and an output of the first amplifier circuit is input to the first feedback circuit, and an output signal of the first feedback circuit is used as the first control signal. Output signal,
前記第2の制御回路は、前記基板に形成された第2の参照用抵抗を有する第2の抵抗特性変動検出部と、前記第3のトランジスタを有する第1のトランジスタ特性変動検出部とを有し、前記第2の抵抗特性変動検出部は第2の増幅回路と、該第2の増幅回路に入力される基準電圧を生成する基準電圧発生回路とを有し、前記基準電圧と前記第2の参照用抵抗素子に定電流を流して発生する電圧とが前記第2の増幅回路に入力され、該第2の増幅回路の出力が、前記第2のトランジスタ特性変動検出部に送信され、前記第2のトランジスタ特性変動検出部は第2の帰還回路を有し、該第2の帰還回路に前記第2の増幅回路の出力が入力され前記第2の帰還回路の出力信号を前記第2の制御信号の出力信号とすることThe second control circuit includes a second resistance characteristic fluctuation detecting unit having a second reference resistor formed on the substrate, and a first transistor characteristic fluctuation detecting unit having the third transistor. The second resistance characteristic variation detection unit includes a second amplifier circuit and a reference voltage generation circuit that generates a reference voltage input to the second amplifier circuit, and the reference voltage and the second And a voltage generated by flowing a constant current through the reference resistor element is input to the second amplifier circuit, and an output of the second amplifier circuit is transmitted to the second transistor characteristic variation detector, The second transistor characteristic variation detection unit has a second feedback circuit, and an output of the second amplifier circuit is input to the second feedback circuit, and an output signal of the second feedback circuit is input to the second feedback circuit. Control signal output signal
を特徴とする半導体装置。A semiconductor device characterized by the above.
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