JPH04260225A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JPH04260225A
JPH04260225A JP3042847A JP4284791A JPH04260225A JP H04260225 A JPH04260225 A JP H04260225A JP 3042847 A JP3042847 A JP 3042847A JP 4284791 A JP4284791 A JP 4284791A JP H04260225 A JPH04260225 A JP H04260225A
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circuit
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constant current
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transmission
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Masao Mizukami
水上 雅雄
Yoichi Sato
陽一 佐藤
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、信号伝送技術さらには
電流駆動方式による差動伝送に適用して特に有効な技術
に関し、例えばプリント基板上におけるCMOS−LS
I間の信号伝送に利用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、LSI間で信号を伝送する方式と
しては、信号線の電位をハイレベルとロウレベルに振り
、受信側でしきい値電圧と比較することで信号レベルを
検出する電圧駆動方式が一般的であった。これに対し、
近年、例えばCMOS−LSIからなるATM交換機の
ような高速システムにおいて、図6に示すような回路を
用いて信号を電流駆動方式で差動信号として送出する方
式が提案されている(1989年電子情報通信学会秋季
全国大会  C−133「CMOS高速I/O回路の一
検討」P5−119)。
【0003】すなわち、図6の回路は、ソース共通接続
された一対の差動トランジスタMP2,MP3とその共
通ソース端子に接続された定電流用トランジスタMP1
およびドレイン端子に接続されたアクティブ負荷トラン
ジスタMN1,MN2とからなる差動増幅段により、出
力されるべき信号D,D’を増幅して上記負荷トランジ
スタMN1,MN2とカレントミラー接続された出力ト
ランジスタMN3,MN4を駆動し、差動電流信号Io
ut,Iout’を出力させるというものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の電流駆動方
式の送信回路においては、出力トランジスタMN3,M
N4のコンダクタンスが製造プロセスのバラツキに依存
するため、製造プロセスがばらつくと出力される電流信
号Iout,Iout’が大きく変動し、送信側LSI
の消費電力がばらつくとともに、伝送される信号の振幅
がばらついて信号が受信側のLSIに伝わらなかったり
、ノイズマージンが低下するという問題点があることが
、本発明者らによって明らかにされた。
【0005】本発明の目的は、CMOS−LSI間の信
号伝送を差動信号による電流駆動方式で行なうシステム
において、出力される差動電流信号の電流変動量を少な
くしこれによって伝送される信号の振幅を一定化できる
ような差動送信回路を提供することにある。この発明の
前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、
本明細書の記述および添附図面から明らかになるであろ
う。
【0006】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のと
おりである。すなわち、信号の送信回路をソース共通接
続された一対の差動トランジスタと差動トランジスタの
共通ソース端子に接続された定電流源とからなる差動回
路によって構成すると共に、上記定電流源を並列形態で
接続された一対のトランジスタによって構成し、これら
の定電流用トランジスタのゲート端子に回路の出力電圧
を、直接もしくは増幅回路を介してフィードバックさせ
るようにしたものである。
【0007】
【作用】差動電流駆動方式の信号伝送においては、伝送
線路の受端側に線路の特性インピーダンスに整合された
終端抵抗が接続される。この終端抵抗は通常±1%以下
の高精度の外付け抵抗で構成される。そのため、信号送
出回路の差動出力トランジスタのコンダクタンスのバラ
ツキにより駆動電流が変動すると、送信信号の振幅が変
化する。しかるに上記した手段によれば、信号送出回路
の出力電圧が定電流用トランジスタのゲート端子にフィ
ードバックされているため、差動出力トランジスタのコ
ンダクタンスのバラツキにより駆動電流が大きくなると
定電流源の電流が小さくなるように、また駆動電流が小
さくなると定電流源の電流が大きくなるように負帰還が
かかるため、伝送信号の振幅を一定化させるという上記
目的を達成することができる。また、駆動電流の変動量
が小さい場合にも増幅回路を介してフィードバックさせ
ることによって、より高い安定化を図ることができる。
【0008】
【実施例】図1には、本発明に係る伝送回路の一実施例
が示されている。この実施例の伝送回路は、プリント基
板上に搭載された2つのCMOS−LSI1,2間をプ
リント配線からなる伝送線路la,lbによって接続し
た構成として示されている。送信側のLSI1内に設け
られた送信回路は、ソース共通接続された一対のN−M
OSFETからなる差動トランジスタQ1,Q2と、こ
の差動トランジスタQ1,Q2の共通ソース端子に接続
された定電流源CCとからなる差動増幅回路によって構
成され、上記差動トランジスタQ1,Q2のドレイン端
子がLSIの信号出力端子Ta,Tbに接続されている
。この実施例では、上記定電流源CCが、互いに並列形
態で接続された一対のN−MOSFET  Q3,Q4
によって構成され、これらの定電流用トランジスタQ3
,Q4のゲート端子に、回路の出力信号a,bが直接フ
ィードバックされるように構成されている。また、上記
定電流用トランジスタQ3,Q4のソース端子と接地点
との間には、スイッチ用のMOSFET  Q5が接続
され、このMOSFET  Q5のゲート端子には送信
回路を活性化する選択信号φsが印加されている。
【0009】上記出力端子TA,Tbには、伝送線路l
a,lbを介して受信側LSIの入力端子Tc,Tdが
接続されている。また、伝送線路la,lb受端側は終
端抵抗R1,R2およびR3を介して電源電圧端子Vc
cに接続されている。終端抵抗R1,R2およびR3の
値は、伝送線路の特性インピーダンスに整合するように
決定される。なお、AMP1は受信側LSIに設けられ
た受信回路としての差動センスアンプである。送信信号
a,bのレベルは上記伝送線路la,lbの抵抗値と受
端側の終端抵抗R1,R2,R3の値および送信回路の
駆動電流とによって決まる。伝送線路la,lbの抵抗
値はプリント基板上の配線の場合、100Ω程度のかな
り低い値になる。この実施例では、受信側のLSIに高
感度のセンスアンプを用いることにより、送信信号の振
幅が300mV程度で済むように駆動電流が決定され、
その電流値が得られるように送信回路の各素子の定数が
設定されている。
【0010】次に、上記信号伝送回路の動作を図5のタ
イミングチャートを用いて説明する。この実施例では、
送信側のLSI1で送信データinが発生すると、イン
バータINVおよびノンインバータNIVによって相補
信号D’,Dが形成されて、出力回路の差動トランジス
タQ1,Q2のゲート端子に供給される。これとともに
、内部制御回路から供給される選択信号φsがハイレベ
ルに変化されると、送信回路が動作状態になり、図5(
C),(D)に示すような波形の信号a,bが、出力端
子Ta,Tbより伝送線路la,lb上に出力される。
【0011】この実施例では、上記送信信号a,bが送
信回路内の定電流用トランジスタQ3,Q4のゲート端
子にフィードバックされているため、送信信号のレベル
が予定していたレベルよりも高くなると、定電流用トラ
ンジスタQ3,Q4に流される電流が増加して差動トラ
ンジスタQ1,Q2のドレイン電圧が下がり、送信信号
のレベルが下がる。一方、送信信号a,bのレベルが予
定していたレベルよりも低くなると、定電流用トランジ
スタQ3,Q4に流される電流が減少して差動トランジ
スタQ1,Q2のドレイン電圧が上がり、送信信号a,
bのレベルが上がる。このようにして送信回路の入力側
に負帰還がかかることにより、伝送回線の駆動電流が一
定にされ、送信信号a,bの振幅が安定するようになる
。一方、送信回路内の駆動トランジスタQ1,Q2は伝
送線路la,lbや終端抵抗R1,R2,R3の抵抗値
に比べて高い抵抗値となる。従って、受信信号c,dは
電源電圧Vccに近いレベルを振幅の中心として揺動さ
れる。受信信号c,dが、選択信号φs’によって活性
化された受信側のセンスアンプAMP1に入力されると
、増幅されて図5(F)のような信号OUTが出力され
る。
【0012】図2には、本発明の他の実施例が示されて
いる。この実施例は、上記実施例における送信側LSI
1の出力端子Ta,Tbから定電流用トランジスタQ3
,Q4のゲート端子へのフィードバック経路の途中に増
幅器AMP2を挿入したものである。このように構成す
ることによって、駆動電流の変動量が小さい場合にもそ
の変動量を増幅してフィードバックさせることができる
ため、送信信号のレベルを一定にすることができる
【0
013】図3には、上記実施例における受信回路AMP
1の一構成例が示されている。この実施例の受信回路は
、MOSFET  Q6−Q12からなる差動増幅段S
A1とMOSFET  Q13−Q18からなる差動増
幅段SA2が2段接続されてなる。すなわち、前段の差
動増幅段SA1の出力信号が後段の差動増幅段SA2を
構成する差動トランジスタQ16,Q17のゲート端子
に印加され、前段の差動増幅段SA1でレベルシフトを
行なって後段の差動増幅段SA2での増幅率が最大とな
るようなバイアス点にシフトするように構成されている
。これによって、電源電圧Vccに近いバイアスレベル
にある入力信号c,dを効率良く増幅することができる
。また、前段の差動増幅段SA1でレベルシフトを行な
うようにしているため、伝送線路終端のプルアップ電圧
Vccとして受信側LSIの電源電圧と同じ電源電圧を
用いることができる。特に制限されないが、前段の差動
増幅段SA1ではレベルシフトとともに増幅も行なうよ
うに各素子の定数を設定するのが良い。
【0014】なお、図3の受信回路においても、前段の
差動増幅段SA1の定電流源を並列形態のMOSFET
  Q10とQ11とで構成し、そのゲート端子に差動
MOSFET  Q8,Q9のドレイン電圧を印加させ
ることで、出力電圧のバラツキを防止するようにされて
いる。また、差動増幅段SA1および差動増幅段SA2
には、スイッチMOSFET  Q12,Q18をそれ
ぞれ設けて選択信号φs’によって活性化させるように
なっている。さらに、後段の差動増幅段SA2の負荷M
OSFET  Q14と並列にスイッチMOSFET 
 Q15を接続して、上記選択信号φs’によって非選
択時にオンさせることにより出力電圧OUTをハイレベ
ルに固定できるようにしてある。
【0015】図4には、図2に示されている実施例にお
けるフィードバック経路上の増幅器AMP2の回路例が
示されている。この増幅器AMP2の構成は、図3に示
されている受信回路AMP1内の前段の差動増幅器SA
1と同一であり、レベルシフトを行ないつつ信号を増幅
して出力できるように構成されている。
【0016】以上説明したように、上記実施例は、信号
の送信回路をソース共通接続された一対の差動トランジ
スタと差動トランジスタの共通ソース端子に接続された
定電流源とからなる差動回路によって構成すると共に、
上記定電流源を並列形態で接続された一対のトランジス
タによって構成し、これらの定電流用トランジスタのゲ
ート端子に回路の出力電圧を、直接もしくは増幅回路を
介してフィードバックさせるようにしたので、信号送出
回路の差動出力トランジスタのコンダクタンスのバラツ
キにより駆動電流が大きくなると定電流源の電流が小さ
くなるように、また差動出力トランジスタのコンダクタ
ンスのバラツキにより駆動電流が小さくなると定電流源
の電流が大きくなるように負帰還がかかるため、伝送信
号の振幅が一定化される。また、送信信号の振幅が小さ
いため、消費電力が低く押さえることができるので、信
号端子数の多いLSI間を高速結合させたい場合にも使
用することができるという効果がある。
【0017】また、上記実施例では、送信回路および受
信回路にスイッチMOSFETをそれぞれ設けて選択信
号φs,φs’によって活性化させるようにしているた
め、複数のLSIの送信回路と受信回路を一本の伝送線
路に接続してバス方式で信号を伝送するように構成する
ことができる。
【0018】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上
記実施例では、送信回路および受信回路がCMOS回路
で構成されている場合について説明したが、NMOS回
路で構成することも可能である。
【0019】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるプリン
ト基板上におけるLSI間の信号伝送に適用した場合に
ついて説明したが、この発明はそれに限定されるもので
なく、ツイステッドペア線によるLSI間の信号伝送に
利用することができる。
【0020】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
のとおりである。すなわち、CMOS−LSI間の信号
伝送を差動信号による電流駆動方式で行なうシステムに
おいて、出力される差動電流信号の電流変動量を少なく
し、これによって伝送される信号の振幅を一定化するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体集積回路を用いた信号伝送
回路の一実施例を示す回路図である。
【図2】信号伝送回路の他の実施例を示す回路図である
【図3】受信回路の具体的構成例を示す回路図である。
【図4】フィードバック経路上の増幅回路の具体的構成
例を示す回路図である。
【図5】信号伝送回路の動作タイミングを示すタイムチ
ャートである。
【図6】従来の電流駆動方式の信号送信回路の一例を示
す回路図である。
【符号の説明】
1  送信側LSI 2  受信側LSI la,lb  伝送線路 R1,R2,R3  終端抵抗 AMP1  受信回路 Q1,Q2  差動トランジスタ Q3,Q4  定電流用トランジスタ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  外部へ信号を送信する送信回路をソー
    ス共通接続された一対の差動トランジスタとこの差動ト
    ランジスタの共通端子に接続された定電流源とからなる
    差動回路によって構成すると共に、上記定電流源を並列
    形態で接続された一対のトランジスタによって構成し、
    これらの定電流用トランジスタの制御端子に回路の出力
    信号をフィードバックさせるようにしたことを特徴とす
    る半導体集積回路。
  2. 【請求項2】  上記定電流用トランジスタの制御端子
    への回路の出力信号のフィードバックを増幅回路を介し
    て行なうようにしたことを特徴とする請求項1記載の半
    導体集積回路。
  3. 【請求項3】  上記定電流用トランジスタと直列に選
    択用のスイッチ手段が接続されていることを特徴とする
    請求項1または2記載の半導体集積回路。
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