JPH0567960A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

Semiconductor integrated circuit

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JPH0567960A
JPH0567960A JP3227401A JP22740191A JPH0567960A JP H0567960 A JPH0567960 A JP H0567960A JP 3227401 A JP3227401 A JP 3227401A JP 22740191 A JP22740191 A JP 22740191A JP H0567960 A JPH0567960 A JP H0567960A
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JP
Japan
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voltage
buffer
integrated circuit
circuit
output
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Pending
Application number
JP3227401A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryoji Takada
量司 高田
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
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Publication of JPH0567960A publication Critical patent/JPH0567960A/en
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Abstract

PURPOSE:To reduce the switching time by decreasing ground bounce noise in the logic semiconductor integrated circuit. CONSTITUTION:The integrated circuit is provided with a multi-stage voltage controlled pre-driver circuit 1, an internal logic circuit 30, a buffer MOSFET 10 and a load means 12. At first, a gate of the buffer MOSFET10 is driven by a pulse V1 whose voltage is lower than a power supply voltage and after an output voltage Vout changes, a higher voltage pulse V2 is fed to the gate of the buffer MOSFET10 through delay circuits 5,6.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、電子計算機や通信機
等に用いられる半導体メモリやゲートアレイ、標準ロジ
ック等の特に高速動作を必要とする半導体集積回路に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit such as a semiconductor memory, a gate array, a standard logic, etc., which is used in an electronic computer, a communication device or the like and which requires particularly high speed operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】図2に従来の半導体集積回路の回路図を
示す。ICチップ40内には、入力データや制御信号等
を受け、処理を行う内部ロジック部30と、大きな電流
駆動能力を持ちプルダウンを行うサイズの大きなバッフ
ァMOSFET10や比較的サイズの小さいサブバッフ
ァMOSFET11と、ハイレベルを負荷に出力するた
めの負荷手段12と、内部ロジック30の出力を受けバ
ッファMOSFET10とサブバッファMOSFET1
1を駆動するプリドライバ回路20等から構成される。
2. Description of the Related Art FIG. 2 shows a circuit diagram of a conventional semiconductor integrated circuit. In the IC chip 40, an internal logic unit 30 that receives input data, a control signal, and the like and performs processing, a large buffer MOSFET 10 that has a large current driving capability and that pulls down, and a subbuffer MOSFET 11 that has a relatively small size, A load means 12 for outputting a high level to a load, and a buffer MOSFET 10 and a sub-buffer MOSFET 1 that receive the output of the internal logic 30.
It is composed of a pre-driver circuit 20 for driving 1 and the like.

【0003】VIN1〜3は入力信号、VOUT は出力電圧
である。外部負荷として負荷容量50と負荷抵抗51が
接続されている。VCCおよびVSSの電源端子や、入出力
端子61〜64はボンディング線によりICチップ40
内のパッド電極に接続されており、等価的にリードイン
ダクタンス41〜46が存在する。これらの寄生インダ
クタンスの値Lは数〜十数nHあり、出力が“H”レベ
ルから“L”レベルに変化する際(dt)の電流変化
(di)によりグランドラインへのノイズを発生する。
このノイズはグランドバウンスと呼ばれ、通常L・di
/dtで表される。
V IN 1 to 3 are input signals, and V OUT is an output voltage. A load capacitance 50 and a load resistor 51 are connected as an external load. The power supply terminals for V CC and V SS and the input / output terminals 61 to 64 are connected to the IC chip 40 by bonding wires.
And lead inductances 41 to 46 are equivalently present. The value L of these parasitic inductances is several to ten and several nH, and when the output changes from the “H” level to the “L” level (dt), a current change (di) causes noise to the ground line.
This noise is called ground bounce and is usually L · di.
It is represented by / dt.

【0004】従来はこの出力電流の時間変化をうまく制
御するためにプルダウントランジスタをサイズの大きな
バッファMOSFET10と比較的サイズの小さなサブ
バッファMOSFET11に分割していた。そして、サ
ブバッファMOSFET11をまず先にターンオンさ
せ、次に抵抗22およびコンデンサ23による遅延回路
によりバッファMOSFET10を遅れてターンオンさ
せることによりdi/dtを小さく抑え、グランドバウ
ンスを低減させていた。
Conventionally, the pull-down transistor is divided into a buffer MOSFET 10 having a large size and a sub-buffer MOSFET 11 having a relatively small size in order to successfully control the time change of the output current. Then, the sub-buffer MOSFET 11 is first turned on, and then the buffer MOSFET 10 is turned on with a delay by the delay circuit including the resistor 22 and the capacitor 23, so that di / dt is suppressed to be small and ground bounce is reduced.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の駆動回
路では必ずしもグランドバウンスを十分に抑制すること
はできなかった。その理由は以下による。一般に半導体
集積回路はTTLレベルの入出力を採用している。Lレ
ベルは出力電流(IOL) は数十mAで、出力電圧
(VOL) は0.5V以下に規定されている。この出力レ
ベルを実現するため、バッファMOSFET10はトラ
ンジスタサイズが数百μm以上と大きく、通常はCMO
Sインバータ21によって構成されるプリドライバ回路
20によって駆動されるため、電源電圧VCCを直接バッ
ファMOSFET10のゲートに印加すると、かなりオ
ーバードライブとなる。このようなオーバードライブ状
態で高速のスイッチング動作を達成しようとすると、グ
ランドバウンスが大きくなる。
However, the conventional drive circuit cannot always sufficiently suppress the ground bounce. The reason is as follows. Generally, semiconductor integrated circuits employ TTL level input / output. The L level has an output current (I OL ) of several tens mA and an output voltage (V OL ) of 0.5 V or less. In order to realize this output level, the buffer MOSFET 10 has a large transistor size of several hundreds of μm or more, and is usually a CMO.
Since it is driven by the pre-driver circuit 20 constituted by the S inverter 21, if the power supply voltage V CC is directly applied to the gate of the buffer MOSFET 10, it will be considerably overdriven. Attempting to achieve high-speed switching operation in such an overdrive state results in large ground bounce.

【0006】また、従来はバッファMOSFET10と
サブバッファMOSFET11の2つを用いているた
め、2つの駆動ラインが必要となり、レイアウトも大き
な面積を必要としていた。そこで、この発明はバッファ
MOSFET10への駆動ラインを一本のままゲート電
極に最適なパルスを印加し、低グランドバウンスと高速
動作を同時に実現しようとするものである。
Further, conventionally, since two buffer MOSFETs 10 and sub-buffer MOSFETs 11 are used, two drive lines are required and the layout also requires a large area. Therefore, the present invention intends to realize a low ground bounce and a high-speed operation at the same time by applying an optimum pulse to the gate electrode while keeping one drive line to the buffer MOSFET 10.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】グランドバウンスを抑制
するためにはdi/dtを小さくする必要があるが、高
速動作のためにはバッファMOSFET10の引抜き電
流iそのものは、大きな値でなければならない。そこで
定電流駆動となるような低めのゲート電圧で高速に立上
がるパルスをまず印加し、スイッチングを行わせる。次
に出力端のスイッチングによるグランドバウンスがおさ
まった以後にIOLを十分に流すことができる高いゲート
電圧を印加する。すなわち、ピーク電圧値とタイミング
の異なるいくつかのパルスを発生できるような多段階電
圧制御プリドライバ回路を構成するものである。
In order to suppress the ground bounce, it is necessary to reduce di / dt, but the extraction current i itself of the buffer MOSFET 10 must have a large value for high speed operation. Therefore, a pulse that rises at a high speed with a low gate voltage for constant current driving is first applied to perform switching. Then, after the ground bounce due to the switching at the output end is subsided, a high gate voltage that allows sufficient I OL to flow is applied. That is, the multi-stage voltage control pre-driver circuit that can generate several pulses having different peak voltage values and different timings is configured.

【0008】[0008]

【作用】多段階電圧制御プリドライバ回路により、スイ
ッチング時にはオーバードライブにならない定電流駆動
で出力端から電流を引き抜けるためグランドバウンスが
低く、DC的なIOLも十分に駆動できるようなきめ細や
かなバッファMOSFETのゲート電圧制御を行うこと
ができる。
By the action] multistage voltage control pre-driver circuit, ground bounce for pulled out a current from the output end driven at a constant current as not to overdrive when switching low, DC specific granular buffer such as I OL can be sufficiently driven The gate voltage of the MOSFET can be controlled.

【0009】[0009]

【実施例】図1に本発明の半導体集積回路の回路図を示
す。V1 およびV2 は電源電圧VCCより低い電圧を発生
する第1および第2降圧回路2,3の出力電圧であり、
1 ≦V2 ≦VCCの関係がある。ロジック回路30の出
力はCMOSインバータ4に入り電圧V1 をバッファM
OSFET10のゲートに与える。さらにCMOSイン
バータ4の出力は、CMOSインバータ5に伝わりコン
デンサ6で遅延される。第2降圧回路3はCMOSイン
バータ7に電圧V2 を与えている。CMOSインバータ
7により遅延された出力がバッファMOSFET10の
ゲートに与えられる。
1 is a circuit diagram of a semiconductor integrated circuit according to the present invention. V 1 and V 2 are output voltages of the first and second step-down circuits 2 and 3 which generate a voltage lower than the power supply voltage V CC ,
There is a relationship of V 1 ≤V 2 ≤V CC . The output of the logic circuit 30 enters the CMOS inverter 4 and buffers the voltage V 1 in the buffer M.
It is given to the gate of the OSFET 10. Further, the output of the CMOS inverter 4 is transmitted to the CMOS inverter 5 and delayed by the capacitor 6. The second step-down circuit 3 supplies the voltage V 2 to the CMOS inverter 7. The output delayed by the CMOS inverter 7 is applied to the gate of the buffer MOSFET 10.

【0010】図3は本発明の他の半導体集積回路の回路
図である。図1の第1降圧回路2を図3では飽和結線さ
れたn−chMOSFET8により実現している。さら
にV2 =VCCとし図1の第2降圧回路3を省略し、CM
OSインバータ7もp−chMOSFET9に簡単化し
ている。図4(a),(b)は図3および図4のタイミ
ングチャートである。図4(a)は横軸に時間を、縦軸
に入力信号電圧VIN1とプリドライバー1の出力電圧V
dr、バッファMOSFET10の出力電圧VOUT を示
す。図4(b)は縦軸にバッファMOSFET10の電
流iを示す。入力信号VIN1を受け、ロジック回路30
が動作し、その出力でプリドライバ1の出力電圧Vdr
1 の時に立上がる。この時はバッファMOSFET1
0のゲートは降圧された電圧V1 で駆動され、出力端か
ら定電流で電荷を引き抜き出力電圧VOUT が下がり始め
る。入力電圧VIN1および出力電圧VOUT が1.5Vを
横切る時間差が伝播遅延時間tdである。出力電圧V
OUT がHからLに選移し、波形が落ち着いた後の時刻t
2 にて電圧V1 より高い電圧V2 (あるいはVCC)によ
って駆動される。これにより十分な出力電流IOL(図4
(b)参照)を供給することができる。ここでは、二段
階の電圧パルスを示したが、グランドバウンスを抑え高
速にスイッチングするためにはより多くの段数の電圧パ
ルスを発生し、微妙なゲート電圧制御を行うとさらに良
い。
FIG. 3 is a circuit diagram of another semiconductor integrated circuit of the present invention. The first step-down circuit 2 of FIG. 1 is realized by an n-ch MOSFET 8 which is saturated in FIG. Further, set V 2 = V CC , omitting the second step-down circuit 3 in FIG.
The OS inverter 7 is also simplified to a p-ch MOSFET 9. 4A and 4B are timing charts of FIGS. 3 and 4. In FIG. 4A, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the input signal voltage V IN 1 and the output voltage V of the pre-driver 1.
dr shows the output voltage V OUT of the buffer MOSFET 10. FIG. 4B shows the current i of the buffer MOSFET 10 on the vertical axis. The logic circuit 30 receives the input signal V IN 1.
Operates and its output rises when the output voltage V dr of the pre-driver 1 is t 1 . At this time, buffer MOSFET 1
The gate of 0 is driven by the stepped down voltage V 1 , and electric charges are extracted from the output end by a constant current, and the output voltage V OUT starts to drop. The time difference between the input voltage V IN 1 and the output voltage V OUT crossing 1.5 V is the propagation delay time td. Output voltage V
Time t after OUT has changed from H to L and the waveform has settled down
It is driven by a voltage V 2 (or V CC ) higher than the voltage V 1 at 2 . As a result, a sufficient output current I OL (Fig. 4
(See (b)) can be supplied. Here, the voltage pulse is shown in two stages, but it is more preferable to generate a voltage pulse with a larger number of stages and perform delicate gate voltage control in order to suppress ground bounce and perform high-speed switching.

【0011】[0011]

【発明の効果】この発明は以上説明したように、高速ス
イッチング動作と低グランドバウンスノイズを実現でき
るものである。さらに出力ドライバーの配線が簡単であ
るため、チップ面積を縮小する効果もある。
As described above, the present invention can realize high-speed switching operation and low ground bounce noise. Furthermore, since the wiring of the output driver is simple, it also has the effect of reducing the chip area.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明集積回路の一実施例を示す回路図であ
る。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of an integrated circuit of the present invention.

【図2】従来の集積回路の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a conventional integrated circuit.

【図3】本発明集積回路の他の実施例を示す回路図であ
る。
FIG. 3 is a circuit diagram showing another embodiment of the integrated circuit of the present invention.

【図4】(a)は図1および図3における入力電圧VIN
1とプリドライバーの出力電圧Vdr、出力電圧VOUT
タイミングチャートである。(b)は図1および図3に
おけるバッファMOSFETの電流iのタイミングチャ
ートである。
FIG. 4 (a) is an input voltage V IN in FIG. 1 and FIG.
2 is a timing chart of the output voltage V dr and the output voltage V OUT of 1 and the pre-driver. (B) is a timing chart of the current i of the buffer MOSFET in FIGS. 1 and 3.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 多段階電圧制御型プリドライバー回路 2,3 第1および第2降圧回路 4,5,7CMOSインバータ 10 バッファMOSFET 12 負荷手段 30 内部ロジック回路 41〜46 リードインダクタンス 50 負荷容量 51 負荷抵抗 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multi-stage voltage control type pre-driver circuit 2,3 1st and 2nd step-down circuit 4,5,7 CMOS inverter 10 Buffer MOSFET 12 Load means 30 Internal logic circuit 41-46 Lead inductance 50 Load capacity 51 Load resistance

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04Q 3/52 A 9076−5K ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H04Q 3/52 A 9076-5K

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一つのデータ信号を受けて、電源電圧と
同じかそれ以下の電圧値でかつ異なるタイミングの複数
のパルスを発生させる多段階電圧制御型プリドライバ回
路1と、前記プリドライバ回路の出力にゲート電極が接
続されるバッファMOSトランジスタ10と、前記バッ
ファMOSトランジスタ10のゲート以外の電極の一つ
と電源電圧間に接続される負荷手段12を有するドライ
バ回路とからなる半導体集積回路。
1. A multi-stage voltage control type pre-driver circuit 1 for receiving a single data signal and generating a plurality of pulses having a voltage value equal to or lower than a power supply voltage and having different timings, and the pre-driver circuit. A semiconductor integrated circuit comprising a buffer MOS transistor 10 having a gate electrode connected to an output, and a driver circuit having a load means 12 connected between one of electrodes other than the gate of the buffer MOS transistor 10 and a power supply voltage.
JP3227401A 1991-09-06 1991-09-06 Semiconductor integrated circuit Pending JPH0567960A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011114484A (en) * 2009-11-25 2011-06-09 Panasonic Electric Works Co Ltd Semiconductor integrated circuit

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011114484A (en) * 2009-11-25 2011-06-09 Panasonic Electric Works Co Ltd Semiconductor integrated circuit

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