JPH09167957A - 出力バッファ回路 - Google Patents

出力バッファ回路

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JPH09167957A
JPH09167957A JP7326692A JP32669295A JPH09167957A JP H09167957 A JPH09167957 A JP H09167957A JP 7326692 A JP7326692 A JP 7326692A JP 32669295 A JP32669295 A JP 32669295A JP H09167957 A JPH09167957 A JP H09167957A
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Abstract

(57)【要約】 【課 題】 全体の遅延時間を必要以上に増大させるこ
となくdI/dtノイズの発生を抑制できる出力バッフ
ァ回路を提供する。 【解決手段】 プリドライバ3が、出力トランジスタ2
とは逆導電型の副トランジスタ30と、この出力トランジ
スタに対応するインバータ3Pを含み出力トランジスタ
のオン動作に際し、ゲート電極の電位が変化し始めてか
ら出力トランジスタがオンするまでの間だけ副トランジ
スタをオンさせる制御手段3Cとを有し、前記インバー
タの出力及び副トランジスタのドレイン出力により、オ
ン動作する側の出力トランジスタのゲート電極を、出力
トランジスタがオンするまでは急速に、オン後は緩やか
にコントロールする機構を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、LSI等に広く用
いられる出力バッファ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】出力バッファ回路はLSI等の半導体チ
ップに搭載され半導体チップの内部で生成した信号を外
部に伝達する役割をもつ。そのため一般に図5の用途説
明図に示すように、図示しない内部回路からの出力信号
を入力ノードINで受けこれを増幅して出力ノードOU
Tに出力する出力バッファ回路1の出力ノードOUTは
外部負荷Cに接続され、外部負荷Cの充放電に供され
る。
【0003】この充放電は出力バッファ回路内の出力ト
ランジスタを通して行われるが、そのときパッケージの
電源/GNDピン(電源ピン及び/又はグラウンドピン
の意、以下同じ)に寄生するインダクタンスにより、電
源/GNDにこの充放電に必要な電流変化に応じた大き
さの、dI/dtノイズと呼ばれるノイズが発生する。
このdI/dtノイズは半導体チップ内の電源/GND
ラインに影響するため内部回路の誤動作の原因となる場
合がある。
【0004】出力バッファ回路においては、このdI/
dtノイズの発生を抑制するために従来様々な対策が講
じられてきた。その対策とは結局dI/dt即ち外部負
荷Cの充放電の際の電流の時間変化量を小さくすること
であり、これは、出力トランジスタのオン動作を緩やか
にすることで実現できる。図6はかかる対策が施された
従来の出力バッファ回路の一例を示す回路図である。図
6において、2は出力トランジスタ、2P,2Nは出力
トランジスタのうちPチャンネル型,Nチャンネル型の
もの、3はプリドライバ、3P,3Nはプリドライバ3
を構成し夫々出力トランジスタ2P,2Nのゲート電極
をコントロールするインバータ、4は駆動手段、41,42
は駆動手段4を構成するインバータである。尚前掲図5
と同一部材には同一符号を付し説明を省略する。
【0005】図6に示すように、この出力バッファ回路
は、互いに相補的な導電型の出力トランジスタ2(2
P,2N)と、該出力トランジスタ2のゲート電極をコ
ントロールするプリドライバ3と、該プリドライバ3を
駆動する例えばインバータ41、42を直列接続した駆動手
段4とからなり、前記出力トランジスタ2のドレインを
出力ノードOUTとし、前記駆動手段4の入力を入力ノ
ードINとして構成されている。尚プリドライバ3は、
Pチャンネル型の出力トランジスタ2Pのゲート電極を
コントロールするインバータ3Pと、Nチャンネル型の
出力トランジスタ2Nのゲート電極をコントロールする
インバータ3Nとからなる。
【0006】そして、出力トランジスタ2のオン動作を
緩やかにするために、そのゲート電極をコントロールす
るインバータ(3P,3N)の出力の反転速度を遅くす
るように、夫々のインバータ(3P,3N)を構成する
トランジスタのサイズが調整されている。即ち、入力信
号の立ち下がりでオンする出力トランジスタ2Pのゲー
ト電極をコントロールするインバータ3Pでは、出力の
立ち下がり速度が遅くなるように、それを構成するNチ
ャンネルトランジスタのサイズ(トランジスタ幅)を小
さくし、逆に入力信号の立ち上がりでオンする出力トラ
ンジスタ2Nのゲート電極をコントロールするインバー
タ3Nでは、出力の立ち上がり速度が遅くなるように、
それを構成するPチャンネルトランジスタのサイズを小
さくすることによって、出力トランジスタ2のオン動作
に関してのプリドライバ3の駆動能力を低下させてい
る。
【0007】かかる対策により、出力トランジスタ2
(2P,2N)は夫々のオン動作の際にそのゲート電極
が緩やかにコントロールされる運びとなり、出力トラン
ジスタ2の等価的な抵抗値の低下も緩やかとなり、外部
負荷Cの充放電電流の急激な変化が抑制され、従って問
題のdI/dtノイズの発生が抑制される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
単純に出力トランジスタ2のゲート電極の電位変化を緩
やかにして所望の効果を得ようとすると、同時に出力バ
ッファ回路における信号遅延時間が必要以上に増大して
しまうというデメリットを招く。このことを図7を用い
て以下に説明する。尚以下の説明は入出力信号が“L”
から“H”に反転する場合を例にとって行うが、逆の場
合も同様の問題が生じることは自明である。
【0009】図7は、従来の出力バッファ回路における
入出力信号の変化を示す模式図であり、(a)はインバ
ータ3Pの駆動能力が大きい場合、(b)は小さい場合
を夫々示す。図7において、Vddは電源電位、VIN,V
OUT は入力,出力ノード(IN,OUT)の電位(入
力,出力電位)、VG はゲート入力電位、VtpはPチャ
ンネルトランジスタ2Pのスレッショルド電圧、tは出
力バッファ回路の遅延時間、t1 ,t2 は夫々遅延時間
のうちの出力バッファ回路内信号伝播関与分,外部負荷
C充電関与分である。尚前掲図6と同一部材には同一符
号を付し説明を省略する。
【0010】図7は、入力電位VINの変化が駆動手段4
を経てインバータ3Pに伝えられ、それを受けてインバ
ータ3PがPチャンネルトランジスタ2Pのゲート入力
電位VG を“H”から“L”に変化させることを示すも
のである。又図7は、出力バッファ回路において入力電
位VINがVdd/2に達した時点から出力ノードOUTに
伝播して出力電位VOUT が同じレベルに達する時点まで
の時間をもって一般的に定義される遅延時間tが、出力
バッファ回路内信号伝播関与分t1 と、出力トランジス
タ2Pによる外部負荷C充電関与分t2 との合計である
ことを示している。
【0011】従って、図7(a),(b)を比較してわ
かるように、単純に出力トランジスタ2のゲート入力電
位VG の変化を緩やかにするという前記従来技術によれ
ば、外部負荷C充電関与分t2 のみならず出力バッファ
回路内信号伝播関与分t1 も随伴して増大することにな
るので、全体の遅延時間tが必要以上に増大するという
デメリットを招くのである。
【0012】そこで本発明は、全体の遅延時間を必要以
上に増大させることなくdI/dtノイズの発生を抑制
できる出力バッファ回路を提供することを課題とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、ドレイン
出力を出力ノードとする互いに相補的な導電型の出力ト
ランジスタと、夫々の出力トランジスタに対応しそのゲ
ート電極をコントロールするインバータを有するプリド
ライバと、入力信号を入力ノードで受けプリドライバを
駆動する駆動手段とからなる出力バッファ回路におい
て、プリドライバが、出力トランジスタのオン動作に際
しゲート電極を、出力トランジスタがオンするまでは急
速に、オン後は緩やかにコントロールする機構を備えた
ことを特徴とする。
【0014】第2の発明は、第1の発明において、プリ
ドライバが、出力トランジスタとは逆導電型の副トラン
ジスタと、この出力トランジスタに対応するインバータ
を含み出力トランジスタのオン動作に際し、ゲート電極
の電位が変化し始めてから出力トランジスタがオンする
までの間だけ副トランジスタをオンさせる制御手段とを
有し、前記インバータの出力及び副トランジスタのドレ
イン出力により出力トランジスタのゲート電極をコント
ロールすることを特徴とする。
【0015】第3の発明は、第2の発明において、制御
手段が、インバータ内にあり副トランジスタと同じ導電
型である対応トランジスタとそのソースとの間に抵抗を
接続してなり、対応トランジスタと抵抗との間のノード
を副トランジスタのゲート入力としたものであることを
特徴とする。第4の発明は、第2の発明において、制御
手段が更に、副トランジスタがNチャンネル型のときA
NDゲート、Pチャンネル型のときORゲートで構成さ
れインバータの入力及び出力を入力として演算し結果を
副トランジスタのゲート入力とする論理ゲートを含むこ
とを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
<第1の発明>第1の発明は、図6に例示されたドレイ
ン出力を出力ノードOUTとする互いに相補的な導電型
の出力トランジスタ2(2P,2N)と、夫々の出力ト
ランジスタ2(2P,2N)に対応しそのゲート電極を
コントロールするインバータ(3P,3N)を有するプ
リドライバ3と、入力信号を入力ノードINで受けプリ
ドライバ3を駆動する駆動手段4とからなる出力バッフ
ァ回路1において、プリドライバ3が、出力トランジス
タ2のオン動作に際しゲート電極を、出力トランジスタ
2がオンするまでは急速に、オン後は緩やかにコントロ
ールするという従来にない新規な機構を備えたことを特
徴とする。
【0017】図1は、第1の発明の出力バッファ回路に
おける入出力信号の変化を示す模式図である。尚前掲図
7と同一部材には同一符号を付し説明を省略する。図1
は、入力電位VINの変化が駆動手段4を経てプリドライ
バ3に伝えられ、それを受けてプリドライバ3がPチャ
ンネルトランジスタ2Pのゲート入力電位VG を“H”
から“L”に変化させる場合の例であるが、“L”から
“H”に変化させる場合には、図1の曲線を時間軸に対
して反転した形の曲線となる。
【0018】第1の発明に係るプリドライバ3は、出力
トランジスタ2のオン動作に関しゲート電極を、出力ト
ランジスタ2がオンするまでは急速に、オン後は緩やか
にコントロールする機構を備えたから、図1と図7とを
比較してわかるように、出力バッファ回路内信号伝播関
与分t1 を徒に増大させることなく出力トランジスタ2
Pによる外部負荷C充電(VG を“L”から“H”に変
化させる場合は放電)関与分t2 を延長できる。従って
第1の発明によれば、全体の遅延時間tを必要以上に増
大させることなくdI/dtノイズの発生を抑制するこ
とができる。
【0019】尚プリドライバ3に備える前記機構は、互
いに相補的な導電型の出力トランジスタ2(2P,2
N)の両方をコントロールするように設けるのが好まし
いが、外部負荷Cが充電、放電の何れか一方においての
みdI/dtノイズを発生しやすい性質をもつ場合は、
それに寄与する側の出力トランジスタ2(2P又は2
N)だけをコントロールするように設けてもよい。 <第2の発明>第2の発明は、第1の発明における出力
トランジスタのゲート電極をコントロールする機構を具
体化して開示するものである。
【0020】図2は、第2の発明の出力バッファ回路の
回路図である。図2において、30は副トランジスタ、30
に付した符号P,Nは副トランジスタの導電型(Pチャ
ンネル型,Nチャンネル型)、3Cは制御手段、3Cに
付した符号P,Nは制御手段が含むインバータがコント
ロール対象とする出力トランジスタの導電型である。尚
前掲図6と同一部材には同一符号を付し説明を省略す
る。
【0021】図2に示すように、第2の発明は、第1の
発明において、プリドライバ3が、出力トランジスタ2
(2P,2N)とは逆導電型の副トランジスタ30(30
N,30P)と、この出力トランジスタ2(2P,2N)
に対応するインバータ(3P,3N)を含み出力トラン
ジスタ2(2P,2N)のオン動作に際し、ゲート電極
の電位が変化し始めてから出力トランジスタ2(2P,
2N)がオンするまでの間だけ副トランジスタ30(30
N,30P)をオンさせる制御手段3C(3CP,3C
N)とを有し、前記インバータ(3P,3N)の出力及
び副トランジスタ30(30N,30P)のドレイン出力によ
り出力トランジスタ2(2P,2N)のゲート電極をコ
ントロールすることを特徴とする。
【0022】第2の発明は上記のように構成したので、
出力トランジスタ2のオン動作に際し、ゲート電極の電
位が変化し始めてから出力トランジスタ2がオンするま
では副トランジスタ30がオン状態にあり、この出力トラ
ンジスタ2(2P,2N)に対応するインバータ(3
P,3N)内にある図2に図示のない同じ導電型のトラ
ンジスタに加勢して、出力トランジスタ2のゲート電極
からのキャリア(出力トランジスタ2がPチャンネル型
のときホール、Nチャンネル型のときエレクトロン)の
引き抜きを加速する。そして出力トランジスタ2のオン
後は副トランジスタ30はオフ状態となり、キャリアの引
き抜きへの関与を停止する。従って第2の発明によれ
ば、図1に示した入出力特性を有する第1の発明の出力
バッファ回路が好適に実現できる。
【0023】第2の発明に係る制御手段3Cの好適具体
例である第3及び第4の発明を実施例として以下に説明
する。
【0024】
【実施例】
<第3の発明>第3の発明の出力バッファ回路の回路図
を図3に示す。図3において、3PP,3PNは制御手
段3CPを構成するインバータ3PのPチャンネル型,
Nチャンネル型のトランジスタ、3NP,3NNは制御
手段3CNを構成するインバータ3NのPチャンネル
型,Nチャンネル型のトランジスタ、Rは抵抗、Xはプ
リドライバ3の入力(入力ノード)、Zはプリドライバ
3の出力(出力ノード)、Yは副トランジスタ30のゲー
ト入力(副ゲート入力ノード)である。尚前掲図2と同
一部材には同一符号を付し説明を省略する。
【0025】尚インバータ(3P,3N)内のトランジ
スタ((3PP,3PN),(3NP,3NN))のう
ち、そのインバータ(3P,3N)を含む制御手段3C
(3CP,3CN)が制御する副トランジスタ30(30
N,30P)の導電型に同じ導電型のもの(3PN,3N
P)を「対応トランジスタ」と呼ぶ。図3に示すよう
に、第3の発明は、第2の発明において、制御手段3C
(3CP,3CN)が、インバータ(3P,3N)内に
あり副トランジスタ30(30N,30P)と同じ導電型であ
る対応トランジスタ(3PN,3NP)とそのソースと
の間に抵抗Rを接続してなり、対応トランジスタ(3P
N,3NP)と抵抗Rとの間のノードを副トランジスタ
30(30N,30P)のゲート入力(副ゲート入力ノード)
Yとしたものであることを特徴とする。
【0026】抵抗Rは、拡散抵抗で構成されるような実
際の抵抗素子、又は常時オン状態のトランジスタでその
オン抵抗を利用したもののいずれであってもよい。但
し、トランジスタを常時オン状態にして用いる場合に
は、トランジスタのスレッショルド電圧及びバックバイ
アスの影響があるので、制御手段3CPにおいてはNチ
ャンネル型、制御手段3CNにおいてはPチャンネル型
のものを用いる必要がある。
【0027】第3の発明はこのように構成したので、入
力ノードXが“L”から“H”に変化するとき、これに
応じてオン動作する出力トランジスタ2P側に関し、副
ゲート入力ノードYの電位は、対応トランジスタ3PN
がオンして抵抗Rに電流が通じると直ちに、当初のGN
Dレベルから、対応トランジスタ3PNの抵抗と抵抗R
とにより出力ノードZ電位が抵抗分割されたレベルに上
昇し、副トランジスタ30Nのスレッショルド電圧を超え
るため、副トランジスタ30Nがオンする。そして出力ノ
ードZが高い電位にあるうちは、副ゲート入力ノードY
の電位も高いため副トランジスタ30Nもオンしている。
その後放電によって出力ノードZの電位が低下しそれに
伴って副ゲートノードYの電位も低下して、副トランジ
スタ30Nのスレッショルド電圧を下回ると副トランジス
タ30Nがオフする。
【0028】入力ノードXが“H”から“L”に変化す
るときは、これに応じてオン動作する出力トランジスタ
2N側に関し、上記同様、副トランジスタ30Pは対応ト
ランジスタ3NPのオン直後にオンし出力ノードZの電
位が高くなるとオフする。それ故第3の発明によれば、
副トランジスタ30のオフのタイミングを出力トランジス
タ2のオンのタイミングに合わせるように副トランジス
タ30のスレッショルド電圧及び抵抗Rを調整することに
より、第1及び第2の発明が好適に実施できる。 <第4の発明>第4の発明の出力バッファ回路の回路図
を図4に示す。図4において、3Lは論理ゲート、32は
ANDゲート、34はORゲートである。尚前掲図3と同
一部材には同一符号を付し説明を省略する。
【0029】図4に示すように第4の発明は、第2の発
明において、制御手段3C(3CP,3CN)が更に、
副トランジスタ30がNチャンネル型即ち30NのときAN
Dゲート32、Pチャンネル型即ち30PのときORゲート
34で構成されインバータ(3P,3N)の入力及び出力
を入力として演算し結果を副トランジスタ30(30P,30
N)のゲート入力とする論理ゲート3L(32,34)を含
むことを特徴とする。
【0030】第4の発明はこのように構成したので、入
力ノードINが“L”から“H”に変化するとき、オン
動作する側の出力トランジスタ2Pのゲート電極をコン
トロールするインバータ3Pの出力は“H”から“L”
に変化するが、副トランジスタ30Nは、ANDゲート32
が“H”の間、即ちインバータ3Pの入力と出力が共に
“H”となる遷移状態の間だけオンし、この遷移状態が
終わってインバータ3Pの出力が“L”に確定するとオ
フする。
【0031】又入力ノードINが“H”から“L”に変
化するとき、オン動作する側の出力トランジスタ2Nの
ゲート電極をコントロールするインバータ3Nの出力は
“H”から“L”に変化するが、副トランジスタ30P
は、ORゲート34が“L”の間、即ちインバータ3Nの
入力と出力が共に“L”となる遷移状態の間だけオン
し、この遷移状態が終わってインバータ3Nの出力が
“H”に確定するとオフする。
【0032】それ故第4の発明によれば、副トランジス
タ30のオフのタイミングを出力トランジスタ2のオンの
タイミングに合わせるように、副トランジスタ30及び論
理ゲート3Lのスレッショルド電圧を適切に調整するこ
とにより、第1及び第2の発明が好適に実施できる。
【0033】
【発明の効果】以上のように、本発明の出力バッファ回
路によれば、全体の遅延時間を必要以上に増大させるこ
となくdI/dtノイズの発生を抑制できるという優れ
た効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の発明の出力バッファ回路における入出力
信号の変化を示す模式図である。
【図2】第2の発明の出力バッファ回路の回路図であ
る。
【図3】第3の発明の出力バッファ回路の回路図であ
る。
【図4】第4の発明の出力バッファ回路の回路図であ
る。
【図5】出力バッファ回路の用途説明図である。
【図6】従来の出力バッファ回路の一例を示す回路図で
ある。
【図7】従来の出力バッファ回路における入出力信号の
変化を示す模式図である。
【符号の説明】
1 出力バッファ回路 2 出力トランジスタ 2P Pチャンネル型の出力トランジスタ 2N Nチャンネル型の出力トランジスタ 3 プリドライバ 3P Pチャンネル型の出力トランジスタのゲート電極
をコントロールするインバータ 3N Nチャンネル型の出力トランジスタのゲート電極
をコントロールするインバータ 3C 制御手段 3CP インバータ3Pを含む制御手段 3CN インバータ3Nを含む制御手段 3L 論理ゲート 3PP インバータ3PのPチャンネル型のトランジス
タ 3PN インバータ3PのNチャンネル型のトランジス
タ(対応トランジスタ) 3NP インバータ3NのPチャンネル型のトランジス
タ 3NN インバータ3NのNチャンネル型のトランジス
タ(対応トランジスタ) 30 副トランジスタ 30P Pチャンネル型副トランジスタ 30N Nチャンネル型副トランジスタ 32 ANDゲート 34 ORゲート 4 駆動手段 41,42 駆動手段を構成するインバータ C 外部負荷 IN 入力ノード OUT 出力ノード R 抵抗 t 出力バッファ回路の遅延時間 t1 遅延時間のうちの出力バッファ回路内信号伝播関与
分 t2 遅延時間のうちの外部負荷充電(放電)関与分 Vdd 電源電位 VIN 入力ノードの電位(入力電位) VOUT 出力ノードの電位(出力電位) VG ゲート入力電位 Vtp Pチャンネルトランジスタ2Pのスレッショルド
電圧 X プリドライバ3の入力(入力ノード) Y 副トランジスタ30のゲート入力(副ゲート入力ノー
ド) Z プリドライバ3の出力(出力ノード)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ドレイン出力を出力ノードとする互いに
    相補的な導電型の出力トランジスタと、夫々の出力トラ
    ンジスタに対応しそのゲート電極をコントロールするイ
    ンバータを有するプリドライバと、入力信号を入力ノー
    ドで受けプリドライバを駆動する駆動手段とからなる出
    力バッファ回路において、プリドライバが、出力トラン
    ジスタのオン動作に際しゲート電極を、出力トランジス
    タがオンするまでは急速に、オン後は緩やかにコントロ
    ールする機構を備えたことを特徴とする出力バッファ回
    路。
  2. 【請求項2】 プリドライバが、出力トランジスタとは
    逆導電型の副トランジスタと、この出力トランジスタに
    対応するインバータを含み出力トランジスタのオン動作
    に際し、ゲート電極の電位が変化し始めてから出力トラ
    ンジスタがオンするまでの間だけ副トランジスタをオン
    させる制御手段とを有し、前記インバータの出力及び副
    トランジスタのドレイン出力により出力トランジスタの
    ゲート電極をコントロールすることを特徴とする請求項
    1記載の出力バッファ回路。
  3. 【請求項3】 制御手段が、インバータ内にあり副トラ
    ンジスタと同じ導電型である対応トランジスタとそのソ
    ースとの間に抵抗を接続してなり、対応トランジスタと
    抵抗との間のノードを副トランジスタのゲート入力とし
    たものであることを特徴とする請求項2記載の出力バッ
    ファ回路。
  4. 【請求項4】 制御手段が更に、副トランジスタがNチ
    ャンネル型のときANDゲート、Pチャンネル型のとき
    ORゲートで構成されインバータの入力及び出力を入力
    として演算し結果を副トランジスタのゲート入力とする
    論理ゲートを含むことを特徴とする請求項2記載の出力
    バッファ回路。
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