JPH09186577A - 出力バッファ回路 - Google Patents

出力バッファ回路

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JPH09186577A
JPH09186577A JP8000272A JP27296A JPH09186577A JP H09186577 A JPH09186577 A JP H09186577A JP 8000272 A JP8000272 A JP 8000272A JP 27296 A JP27296 A JP 27296A JP H09186577 A JPH09186577 A JP H09186577A
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JP
Japan
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output
output stage
buffer circuit
external load
output buffer
Prior art date
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Application number
JP8000272A
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Inventor
Yoshinori Yamamoto
義典 山本
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課 題】 外部負荷の大きさが変わっても自律的に出
力バッファ遅延値を一定に保つことのできる出力バッフ
ァ回路を提供する。 【解決手段】 入力ノードINから入力を受ける駆動セ
ル20と、駆動セルで駆動され出力ノードOUTに出力信
号を送って外部負荷CLを充放電する出力段トランジス
タで構成された出力段とからなる出力バッファ回路にお
いて、出力ノードの電位変化率に応じて出力段トランジ
スタ(11,12)のサイズを自動的に切り換えることによ
り出力段1Aの駆動能力を調整する自動調整機能3を設
け、更に駆動能力の自動調整が出力段の動作初期にのみ
作用するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップに常
設される出力バッファ回路に関し、特にMOSトランジ
スタで構成される出力バッファ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図2は、従来の出力バッファ回路の典型
例を示す回路図である。図2においてINは入力ノー
ド、OUTは出力ノード、A,Bはノード、CLは外部
負荷、1は出力段、10はMOSトランジスタ、P,Nは
その導電型、20は駆動セル、p,nは作用先のMOSト
ランジスタの導電型である。尚各ノードの符号はそのノ
ードにおける信号にも適用される。
【0003】図2に示すように、出力バッファ回路は、
半導体チップ内部回路(図示せず)からの出力を入力ノ
ードINで受け、駆動セルを介してCMOSインバータ
構成の出力段1のMOSトランジスタ(以下適宜出力段
トランジスタという)10を駆動し、出力段トランジスタ
10が出力ノードOUTに出す信号によって外部負荷CL
の充放電を行なうことで半導体チップ外部に信号の伝達
を行なう。
【0004】その際、出力バッファ回路に信号伝播遅延
が発生するが、その遅延時間(出力バッファ遅延値)
は、入力ノードINのレベルが変化した時点から出力ノ
ードOUTのレベルが変化した時点までの時間をもって
一般に定義される。この出力バッファ遅延値は、出力バ
ッファ回路内部を信号が伝搬するのに必要な時間(Tpd
1)と、出力段トランジスタ10が外部負荷CLを充放電
するのに必要な時間(Tpd2)とに大別される。
【0005】このうちTpd1は、駆動セル20、出力段1
及びこれらを構成するMOSトランジスタの機能、構
成、サイズ等に大きく左右される。とはいえこれらの要
因は内部変数であり、設計者が任意にその水準を選択可
能であるから、設計段階において、所望のTpd1に応じ
て最適な組み合わせを選択するのは比較的容易である。
これに対しTpd2の方は、出力段トランジスタのサイズ
(それによって決まる駆動能力あるいはオン抵抗)と外
部負荷の大きさに依存する。例えば、同じサイズの出力
段トランジスタからなる出力段であっても、外部負荷が
大きいほどTpd2は増大するため出力バッファ遅延値も
大きくなる。
【0006】一般に、出力バッファ遅延値は小さいこと
が望まれることが多いが、そのためには出力段トランジ
スタのサイズを大きくする必要がある。しかしその場
合、動作時にノイズが発生しやすくなり、また貫通電流
が増大するなどの問題が発生する。そこで出力バッファ
遅延値はこのような影響を考慮して、或る最適値に保た
れる必要があるが、それには外部変数でありしかも変域
が広い外部負荷の大きさに対して設計段階から十分な配
慮を行わなければならず、かかる検討や配慮は設計者に
とってかなりの負荷となっていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術の問題
に鑑み本発明は、外部負荷の大きさが変わっても自律的
に出力バッファ遅延値を一定に保つことのできる出力バ
ッファ回路を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
入力ノードから入力を受ける駆動セルと、駆動セルで駆
動され出力ノードに出力信号を送って外部負荷を充放電
する出力段トランジスタで構成された出力段とからなる
出力バッファ回路において、出力ノードの電位変化率に
応じて出力段トランジスタのサイズを自動的に切り換え
ることにより出力段の駆動能力を調整する自動調整機能
を設けたことを特徴とする出力バッファ回路である。
【0009】請求項2記載の発明は、駆動能力の自動調
整が出力段の動作初期にのみ作用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である。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明は、図2に示した従来の出
力バッファ回路における出力段1に改良を加え、出力ノ
ードOUTの電位変化率に応じて出力段トランジスタ10
のサイズを自動的に切り換えることにより出力段1の駆
動能力を調整する自動調整機能を設けたことを特徴とす
る。
【0011】本発明は、上記構成としたので、出力ノー
ドの電位変化率が大きい(即ち外部負荷が小さい)とき
は、出力段トランジスタのサイズを小さく、逆のとき
は、大きくするという切り換えを、出力バッファ回路の
中で自律的に行わせることができる。従って本発明によ
れば、前記課題を解決することができる。又本発明は、
前記駆動能力の自動調整が出力段の動作初期にのみ作用
するように構成した。これにより、自動調整期間を必要
最小限に止めることができ、余計なノイズや電力ロスを
抑えることができる。
【0012】
【実施例】本発明の実施例を図1の回路図に示す。図1
において、1Aは本発明に係る出力段、3は自動調整機
能、4は論理素子、4pはOR素子、4nはAND素
子、6は遅延素子、11,12は出力段トランジスタ、C,
Dはノードである。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。
【0013】図1に示すように、本発明の出力バッファ
回路においては、出力段1A内の出力段トランジスタ
を、従来P,N各1個であったものを、P側,N側とも
複数に分割してもつことが特徴的である。この実施例で
はCMOSトランジスタ2対(11,12)で構成している
が、本発明にあっては、出力段トランジスタとしてのP
MOSトランジスタとNMOSトランジスタとは必ずし
も同数でなくてもよく、又夫々にいくつ設けてもかまわ
ない。そして、分割された複数の出力段トランジスタ間
で出力ノードOUTが共有される。
【0014】これら複数に分割された出力段トランジス
タは、駆動セル20によって直接駆動されるもの(図1で
は11がこれに該当する)を除き、自動調整機能3に組み
込まれる。ここでは説明容易化のため、分割された出力
段トランジスタ群のうち駆動セル20により直接駆動され
る出力段トランジスタを主MOS、それ以外の出力段ト
ランジスタを副MOSとよぶ。図1では11が主MOS、
12が副MOSである。尚、P,Nを区別していうときは
MOSの前にP,Nを付す。
【0015】自動調整機能3は、主MOSのゲート入力
信号を遅延させる遅延素子6と、遅延素子6の出力と主
MOSのドレイン出力(即ち出力ノードOUTの出力)
とを入力とする論理素子4とを備え、論理素子4の出力
で副MOSのゲート電位を制御する構成とし、論理素子
4はPMOSゲートに作用するもの(4p)をOR素
子、NMOSゲートに作用するもの(4n)をAND素
子とした。
【0016】この実施例の出力バッファ回路の動作を以
下に説明する。まず、INが“H”から“L”に変化す
る場合について説明する。初期状態ではINは“H”、
OUTも“H”に保たれていて外部負荷CLは充電され
ている。このときA,B,Dはともに“L”でCだけが
“H”である。よって主PMOS11Pのみオンしてい
る。
【0017】この状態からINが“L”に変化していく
と、A,Bが“H”に変化し、それを受けて主PMOS
11Pはオフへ、主NMOS11Nはオンへと夫々状態を変
えるが、AとOUTとが共に“L”になることはないた
め、これらのOR出力であるCは“H”のままであり、
副PMOS12Pはオフのまま動作しない。さて、主NM
OS11Nのオン動作により外部負荷CLは放電されてい
くが、外部負荷CLが大きい場合には、OUTの電位を
下げるのに時間を要し(OUTの電位変化率が小)、B
とOUTが共に“H”の期間ができ、これらのAND出
力であるDが“H”になる。よってそれによりゲートを
制御される副NMOS12Nもオンし、追加の放電経路と
して働くようになって放電が加速される。そしてOUT
の電位が低下していき、AND素子(4n)のロジック
レベルを下回ると、Dが“L”に変化して副NMOS12
Nはオフする。
【0018】逆に外部負荷CLが小さい場合には、主N
MOS11Nのオン動作で急速にOUTの電位が下げられ
ていく(OUTの電位変化率が大)ため、Bの“H”が
遅延素子6を通してAND素子(4n)に伝わるより前
にOUTが“L”に変化し、Dが“L”に保たれること
となって、副NMOS12Nはオフのまま動作しない。次
に、INが“L”から“H”に変化する場合について説
明する。
【0019】初期状態ではINは“L”、OUTも
“L”に保たれていて外部負荷CLは放電されている。
このときA,B,Cはともに“H”でDだけが“L”で
ある。よって主NMOS11Nのみオンしている。この状
態からINが“H”に変化していくと、A,Bが“L”
に変化し、それを受けて主PMOS11Pはオンへ、主N
MOS11Nはオフへと夫々状態を変えるが、BとOUT
とが共に“H”になることはないため、これらのAND
出力であるDは“L”のままであり、副NMOS12Nは
オフのまま動作しない。
【0020】さて、主PMOS11Pのオン動作により外
部負荷CLは充電されていくが、外部負荷CLが大きい
場合には、OUTの電位を上げるのに時間を要し(OU
Tの電位変化率が小)、AとOUTが共に“L”の期間
ができ、これらのOR出力であるCが“L”になる。よ
ってそれによりゲートを制御される副PMOS12Pもオ
ンし、追加の充電経路として働くようになって充電が加
速される。そしてOUTの電位が上昇していき、OR素
子(4p)のロジックレベルを上回ると、Cが“H”に
変化して副PMOS12Pはオフする。
【0021】逆に外部負荷CLが小さい場合には、主P
MOS11Pのオン動作で急速にOUTの電位が上げられ
ていく(OUTの電位変化率が大)ため、Aの“L”が
遅延素子6を通してOR素子(4p)に伝わるより前に
OUTが“H”に変化し、Dが“H”に保たれることと
なって、副PMOS12Pはオフのまま動作しない。以上
のように、本発明の出力バッファ回路は、その動作時に
自動調整機能3の作用により、OUTの電位変化率の大
小から外部負荷CLの大きさを判断でき、それが大きい
ときには副MOS12を動作させ、小さい時には動作させ
ないようにするという要領で、出力段トランジスタのサ
イズ(即ち駆動能力)を自動的に調整することができ
る。それゆえ本発明によれば、従来外部負荷CLの大き
さに依存して変動していた出力バッファ遅延値を、自律
的に一定に保つことができる。
【0022】よって、本発明によれば、設計段階で外部
負荷の大きさを考慮する必要度が低くなり、設計者の負
担を大幅に軽減できる。又、本発明によれば、出力段1
Aの動作初期すなわちOUTのレベルが変化し始める時
期に迅速にその電位変化率をキャッチして、必要な場合
のみ副MOS12を加勢させ、更に動作の終期近くになる
とその加勢を停止させることができるから、多様な大き
さの外部負荷CLを、常時それに見合った適正な駆動能
力で充放電できることになり、余計なノイズや貫通電流
の発生を好適に低減できる。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、出力バッファ回路にお
いて、従来外部負荷CLの大きさに依存して変動してい
た出力バッファ遅延値を、自律的に一定に保つことがで
き、更に必要時期だけその作用を働かせることができる
から、設計者の負担が軽減するとともに、ノイズや貫通
電流も低減されるという格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す回路図である。
【図2】従来の出力バッファ回路の典型例を示す回路図
である。
【符号の説明】
1,1A 出力段 3 自動調整機能 4 論理素子 4p OR素子 4n AND素子 6 遅延素子 10,11,12 MOSトランジスタ(出力段トランジス
タ) 20 駆動セル A,B,C,D ノード(信号) CL 外部負荷 IN 入力ノード(入力信号) OUT 出力ノード(出力信号) P,N MOSトランジスタの導電型 p,n 作用先のMOSトランジスタの導電型

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力ノードから入力を受ける駆動セル
    と、駆動セルで駆動され出力ノードに出力信号を送って
    外部負荷を充放電する出力段トランジスタで構成された
    出力段とからなる出力バッファ回路において、出力ノー
    ドの電位変化率に応じて出力段トランジスタのサイズを
    自動的に切り換えることにより出力段の駆動能力を調整
    する自動調整機能を設けたことを特徴とする出力バッフ
    ァ回路。
  2. 【請求項2】 駆動能力の自動調整が出力段の動作初期
    にのみ作用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。
JP8000272A 1996-01-05 1996-01-05 出力バッファ回路 Pending JPH09186577A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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