JPH0746511B2 - 高い出力利得を得るデータ出力ドライバー - Google Patents

高い出力利得を得るデータ出力ドライバー

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JPH0746511B2
JPH0746511B2 JP3244105A JP24410591A JPH0746511B2 JP H0746511 B2 JPH0746511 B2 JP H0746511B2 JP 3244105 A JP3244105 A JP 3244105A JP 24410591 A JP24410591 A JP 24410591A JP H0746511 B2 JPH0746511 B2 JP H0746511B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体メモリー装置にお
けるデータ出力ドライバーに関するもので、特に高い出
力利得を得るデータ出力ドライバーに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】データ出力ドライバーというのは、半導
体素子の内部の信号を半導体素子の外部に出力させる装
置である。このデータ出力ドライバーは、通常、n型絶
縁ゲート電界効果トランジスタ(以下、“NMOSトラ
ンジスタ”と称する)で構成される。その理由は、p型
絶縁ゲート電界効果トランジスタに比べてNMOSトラ
ンジスタはその活性キャリアーである電子の移動度がp
型電界効果絶縁ゲートトランジスタの活性キャリアーで
ある正孔より大きく、またレイアウト面積もより小さく
て済むからである。
【0003】図4は従来のデータ出力ドライバーの回路
図である。全体的な回路構成をみると、このデータ出力
ドライバーは二つのNMOSトランジスタを備えてい
る。その一つのプルアップ用第1NMOSトランジスタ
1は、ゲートがデータ出力バッファー(図示せず)から
出力されるデータに接続され、ドレインが電源電圧端に
接続されている。また、他の一つのプルダウン用第2N
MOSトランジスタ2は、ゲートがデータ出力バッファ
ーから出力されるデータの反転信号に接続され、ソース
が接地電圧端に接続されている。そして、第1NMOS
トランジスタ1の出力用であるソースと、第2NMOS
トランジスタ2の出力用であるドレインとが出力ノード
3に共通に接続され、さらに第1NMOSトランジスタ
1及び第2NMOSトランジスタ2の各バルクには接地
電圧端が接続されている。
【0004】図4の動作を説明すると以下の通りであ
る。接地電圧(Vss)レベルである論理“ロウ”状態の
データが印加されると、第1NMOSトランジスタ1が
“ターンオフ”となる一方で、第2NMOSトランジス
タ2が“ターンオン”となり、データ出力ドライバーの
出力は論理“ロウ”になる。他方、電源電圧(Vcc)レ
ベルである論理“ハイ”状態のデータが印加されると、
NMOSトランジスタ1が“ターンオン”となる一方
で、NMOSトランジスタ2は“ターンオフ”となり、
データ出力ドライバーの出力は論理“ハイ”になる。こ
こで、論理“ロウ”は、通常、TTLレベル例えば0.
8V以下である状態であり、論理“ハイ”は、通常、T
TLレベル例えば2.4V以上の状態であることはこの
分野に公知の事実である。
【0005】論理“ハイ”出力時に電源電圧(Vcc)と
しきい電圧(threshold Voltage) の差であるVcc−Vth
の電圧が出力ノード3に蓄積される。しかしながら実際
的には、第1NMOSトランジスタ1のソースに掛かる
電圧と第1NMOSトランジスタ1のバルクに印加され
る接地電圧との間に電圧差が発生することにより、Vcc
−Vthレベルよりも小さい電圧が出力ノード3に蓄積さ
れることになる。
【0006】その理由は、第1NMOSトランジスタの
バルクにVssが印加され、第1NMOSトランジスタが
ターンオンされた時に、バルクとソースの間に電圧差が
形成されることに起因してしきい電圧が本来の電圧より
高くなる現象、つまり基板バイアス効果(body effect)
によるものである。
【0007】図5に基板バイアス効果により変化したし
きい電圧についてのグラフを示した。この図5から基板
バイアス効果により発生したVBS(VSUBSTRATE -
VSOURCE) 分だけしきい電圧が上昇することを知り得
る。
【0008】ここで、VBSに対して簡単に説明する。N
MOSトランジスタのソースに電圧が印加されると、そ
のソースの周辺には空乏層が印加電圧に比例して拡大す
る。そうすると、NMOSトランジスタは、本来のしき
い電圧にソースの空乏層の拡大に応じた電圧を加算した
電圧を加えた場合にのみ、そのドレインとソースとの間
に反転層を発生し、導通状態となる。換言すれば、ソー
スの空乏層が拡大された時のしきい電圧とソースの空乏
層が拡大される前のしきい電圧との差がすなわちVBS
で、これはαで表示される。
【0009】したがって、出力ノード3にはVcc−(V
th+α)の電圧が蓄積される。これは出力利得(VOH)
の減少を招来するが、特に電源電圧の電位が低い場合に
は出力利得(VOH)の減少が顕著である。それ故、従来
のデータ出力ドライバーは、要求される高い出力利得機
能を十分に満足させることができなかった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は基板バイアス効果により発生するしきい電圧の上
昇を抑制して高い出力利得を得ることのできるデータ出
力ドライバー回路を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、電源電圧端と接地電圧端との間に直
列接続され、一対の相補信号を制御入力としてゲートに
受ける2つの出力トランジスタを備えたデータ出力ドラ
イバーについて、電源電圧端と接地電圧端との間に直列
接続され、電源電圧側の出力トランジスタの制御入力に
より制御される2つのトランジスタを有する定電圧手段
を備え、該定電圧手段の2つのトランジスタ間における
電圧を電源電圧側の出力トランジスタのバルクに印加す
る構成とすることを特徴としている。
【0012】
【作用】このような定電圧手段を設けることにより、デ
ータ出力ドライバーに論理“ハイ”状態のデータが入っ
てくるときに、プルアップ用である電源電圧側の出力ト
ランジスタのバルクにはそのソース端子と同じ電圧レベ
ルの電圧が印加される。その結果、バルクとソースが常
に同じ電圧レベルを維持することになり、基板バイアス
効果の影響を回避できるようになる。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照して本発明によるデータ出
力ドライバーの実施例を詳細に説明する。先ず、全体的
な構成を説明する。図1に示されるのは、相互に相補的
な論理レベルを有する一対の信号を制御入力として各々
のゲートに受ける第1及び第2出力トランジスタ1、2
を有するデータ出力ドライバーであり、第1出力トラン
ジスタ1のゲートに接続された入力ライン4と、入力ラ
イン4にゲートが接続され、電源電圧端と第1出力トラ
ンジスタ1のバルクとの間にチャネルが接続されたプル
アップトランジスタ5と、入力ライン4にインバーター
6を介してゲートが接続され、前記バルクと接地電圧端
との間にチャネルが接続されたプルダウントランジスタ
7と、入力ライン4と接地電圧端との間に接続され、入
力ライン4の電位が所定レベル以下である場合に所定の
バイアス電圧を入力ライン4に供給するバイアス手段9
と、を備えた出力ドライバーである。
【0014】本発明においては、好ましい実施例とし
て、プルアップ及びプルダウントランジスタ5、7を図
示のようにNMOSトランジスタで構成し、プルダウン
トランジスタ7には、入力ライン4の電位がインバータ
ー6を通じて受け入れられるようにしている。また、バ
イアス手段9もNMOSトランジスタで構成した。
【0015】図中の点線ブロックが本発明における定電
圧手段100であり、プルアップ及びプルダウントラン
ジスタ5、7のチャンネルから第1出力トランジスタ1
のバルクに接続するラインが出力ライン8とされてい
る。ここで、インバーター6の出力端子から出た信号を
aとし、出力ライン8に載せられる信号をbとする。
【0016】以下、図1の回路の動作を説明する。先
ず、データが接地電圧レベルの論理“ロウ”状態である
場合をみる。出力用第1NMOSトランジスタ1は、
“ターンオフ”され、出力用第2NMOSトランジスタ
2は、“ターンオン”される。そして、出力ノード3
は、論理“ロウ”状態となる。ここで、定電圧手段10
0の内部をみると、入力ライン4の電位が論理“ロウ”
であるため、プルアップトランジスタ5は“ターンオ
フ”となり、またプルダウントランジスタ7はインバー
ター6から論理“ハイ”状態のa信号を受けて“ターン
オン”となる。この結果、出力ライン8が論理“ロウ”
状態となり、b信号が論理“ロウ”信号を出力用第1N
MOSトランジスタ1のバルクに印加する。
【0017】次に、データが電源電圧レベルの論理“ハ
イ”状態に印加される場合をみる。出力用第1NMOS
トランジスタ1は“ターンオン”され、出力用第2NM
OSトランジスタ2は“ターンオフ”される。したがっ
て出力ノード3には“ハイ”状態の電位が蓄積される。
この時、定電圧手段100の入力ライン4の電位が論理
“ハイ”であるから、プルアップトランジスタ5は、
“ターンオン”となり、プルアップトランジスタ7は、
インバーター6から論理“ロウ”状態のa信号を受けて
“ターンオフ”となる。したがって、出力ライン8に
は、電源電圧からプルアップトランジスタ5のしきい電
圧程降下した電圧がのることになり、この電圧がb信号
として出力用第1NMOSトランジスタ1のバルクに印
加される。これは出力用第1NMOSトランジスタ1の
ソースの電位であるVcc−Vthと同等であり、したがっ
て図1の回路では基板バイアス効果が発生しない。そし
てこの結果、出力ノード3にはVcc−Vthの電位がその
ままに蓄積される。
【0018】バイアス手段9は、入力ライン4の電位
が、論理“ハイ”状態つまり電源電圧レベルとなる場合
以外で、接地電圧レベルの論理“ロウ”状態にならない
場合に入力ライン4の電位を論理“ロウ”に維持するた
めのものである。換言すれば、入力ライン4の電位が論
理“ハイ”にならない場合には出力ライン8の電位を論
理“ロウ”に維持させ、論理“ロウ”状態のb信号を出
力用第1NMOSトランジスタ1のバルクに印加するた
めのものである。このバイアス手段9は小さいサイズの
NMOSトランジスタで構成される。
【0019】図2は図1の回路の動作タイミング図であ
る。図2で理解することができるように、データが論理
“ハイ”に上昇すると同時に、出力用第1NMOSトラ
ンジスタ1のバルクに印される電圧であるb信号が論理
“ハイ”に上昇することが分かる。また、データが論理
“ロウ”である場合にはa信号が論理“ハイ”を維持
し、b信号が論理“ロウ”を維持することが容易に理解
できるであろう。したがって、高い出力利得のDOUT
得られる。
【0020】図3は本発明によるデータ出力ドライバー
の理解をより容易にするために示した断面図である。
尚、この図3ではバルク電圧の制御部分のみを図示し、
図1の定電圧手段100は図示していない。この図3よ
り、出力用第1NMOSトランジスタのバルクに不純物
注入による拡散法でP+層を形成し、このP+層を通じ
て出力用第1NMOSトランジスタ1のバルク電圧の制
御を行うようにしていることが理解できる。
【0021】図1の回路は本発明の思想を実現した一実
施例であり、本発明の技術的な範疇を外れない限り、定
電圧手段の各構成素子は変更されることができることを
この分野に通常の知識を有するものは容易に理解するこ
とができる。
【0022】
【発明の効果】本発明によるデータ出力ドライバーは、
出力用第1NMOSトランジスタのバルクに、この出力
用第1NMOSトランジスタのソースの電位と同様の電
位が常に印加されており、基板バイアス効果によるしき
い電圧の上昇を抑制できるので、高い出力利得が得られ
る。そして、このデータ出力ドライバーは、データ出力
ドライバーが使用される半導体素子のすべてに適用で
き、特に、低レベルの電源電圧に適用した場合に出力利
得の低下の問題を有効に解決できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるデータ出力ドライバーの回路図で
ある。
【図2】本発明によるデータ出力ドライバーのタイミン
グ図である。
【図3】本発明によるデータ出力ドライバーの部分断面
図である。
【図4】従来のデータ出力ドライバーの回路図である。
【図5】基板バイアス効果により変化したしきい電圧の
状態図である。
【符号の説明】
1 第1出力トランジスタ 2 第2出力トランジスタ 4 入力ライン 5 プルアップトランジスタ 7 プルダウントランジスタ 9 バイアス手段 100 定電圧手段

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源電圧端と接地電圧端との間に直列接
    続され、一対の相補信号を制御入力としてゲートに受け
    る2つの出力トランジスタを備えたデータ出力ドライバ
    ーにおいて、電源電圧端と接地電圧端との間に直列接続され、電源電
    圧側の出力トランジスタの制御入力により制御される2
    つのトランジスタを有する定電圧手段を備え、該定電圧
    手段の2つのトランジスタ間における電圧を電源電圧側
    の出力トランジスタのバルクに印加するようにした こと
    を特徴とするデータ出力ドライバー。
  2. 【請求項2】 電源電圧側の出力トランジスタの制御入
    力を定電圧手段のトランジスタのゲートへ伝送するため
    の入力ラインと接地電圧端との間に、サイズの小さいト
    ランジスタで構成されたバイアス手段を更に設けた請求
    項1記載のデータ出力ドライバー。
JP3244105A 1991-05-28 1991-08-30 高い出力利得を得るデータ出力ドライバー Expired - Fee Related JPH0746511B2 (ja)

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