JPH11145819A - Output buffer circuit and semiconductor integrated circuit - Google Patents

Output buffer circuit and semiconductor integrated circuit

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JPH11145819A
JPH11145819A JP9308304A JP30830497A JPH11145819A JP H11145819 A JPH11145819 A JP H11145819A JP 9308304 A JP9308304 A JP 9308304A JP 30830497 A JP30830497 A JP 30830497A JP H11145819 A JPH11145819 A JP H11145819A
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JP
Japan
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mosfet
output
circuit
gate
channel
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JP9308304A
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Japanese (ja)
Inventor
Akio Koyama
明夫 小山
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an output buffer circuit capable of obtaining a desired output amplitude, even when the power supply voltage of an internal circuit is lowered in a semiconductor integrated circuit for outputting the signal of a small amplitude such as a GTL level by using a push-pull type output step. SOLUTION: A push-pull type output step is provided with a P-channel MOSFET (Q1) and an N-channel MOSFET (Q2) in a serial mode. Between the gate terminal of the P-channel MOSFET connected to a power supply voltage terminal on the side of a high potential and a logic gate circuit (G1) forming the control signal of this gate terminal, a control voltage drop circuit composed of a first switch MOSFET (M1) to be turned on/off corresponding to a data signal to be outputted, a second switch MOSFET (M2) to be turned on/off complementarily with the first switch MOSFET (M1) while being connected between the source and drain of the first switch MOSFET (M1) a capacitor (C1) and a rectifying means (M3) for limiting the charging voltage of the capacitor (C1).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路技
術さらには論理集積回路におけるプッシュプル型の出力
バッファ回路に適用して特に有効な技術に関し、例えば
GTL出力バッファ回路に利用して好適な技術に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technology particularly effective when applied to a push-pull type output buffer circuit in a semiconductor integrated circuit technology and a logic integrated circuit, for example, a technology suitable for use in a GTL output buffer circuit. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、CMOS論理LSIの出力バッフ
ァ回路として、図3に示すようなプッシュプル型のGT
L(Gunning Transceiver Logic)出力バッファ回路が
知られている。この回路は、出力段1を直列形態の2個
のNチャンネルMOSFETQ1’,Q2で構成し、各
出力MOSFETをCMOSインバータおよびNAND
ゲートからなる出力制御回路2でオン、オフするように
構成するとともに、出力段1は内部回路の電源電圧Vc
c(3.3V)よりも小さな1.2Vのような電源電圧
VTTで駆動し、伝送線路12の終端側にプルアップ抵抗
11を接続し、低振幅(0〜1.2V)で信号を伝送す
ることで、低消費電力化および信号伝送の高速化を図る
ようにしたものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an output buffer circuit of a CMOS logic LSI, a push-pull GT as shown in FIG.
An L (Gunning Transceiver Logic) output buffer circuit is known. In this circuit, an output stage 1 is composed of two N-channel MOSFETs Q1 'and Q2 in a serial form, and each output MOSFET is a CMOS inverter and a NAND.
An output control circuit 2 composed of a gate is configured to be turned on and off, and an output stage 1 is connected to a power supply voltage Vc of an internal circuit.
It is driven by a power supply voltage VTT such as 1.2 V which is smaller than c (3.3 V), a pull-up resistor 11 is connected to the terminal side of the transmission line 12, and a signal is transmitted with a low amplitude (0 to 1.2 V). By doing so, low power consumption and high speed signal transmission are achieved.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来、上記のようなG
TL出力バッファ回路においては、出力段1は1.2V
のような低電源電圧で駆動するものの出力制御回路2は
3.3Vで動作されるため、出力段1を構成するプルア
ップ側のMOSFET Q1’とプルダウン側のMOS
FET Q2のゲート端子に供給されるハイレベルの制
御信号は3.3Vであり、出力段の電源電圧1.2Vに
対して充分に高い電圧となる。そのため、いずれの出力
MOSFETも充分にオンさせることができ、Nチャネ
ルMOSFETのみからなる出力段であっても0〜1.
2Vの振幅の信号を出力させることが可能であり、出力
バッファ回路を問題なく動作させることができた。
Conventionally, the above G
In the TL output buffer circuit, the output stage 1 has 1.2 V
Although the output control circuit 2 is driven by a low power supply voltage as described above, the output control circuit 2 operates at 3.3 V. Therefore, the pull-up MOSFET Q1 'and the pull-down MOSFET
The high-level control signal supplied to the gate terminal of the FET Q2 is 3.3 V, which is sufficiently higher than the power supply voltage of the output stage of 1.2 V. Therefore, any of the output MOSFETs can be sufficiently turned on.
A signal having an amplitude of 2 V could be output, and the output buffer circuit could be operated without any problem.

【0004】しかしながら、近年、半導体集積回路は高
集積化に伴う素子の耐圧低下および低消費電力化の要請
から低電源電圧化が進められており、今後LSIの内部
電源電圧は1.8Vのような低電圧になると予想され
る。
However, in recent years, the power supply voltage of a semiconductor integrated circuit has been reduced due to a demand for lowering the withstand voltage of the element and a reduction in power consumption due to higher integration, and the internal power supply voltage of the LSI will be 1.8 V in the future. Low voltage is expected.

【0005】このように内部電源電圧が下がった場合、
出力段が図3のようにNチャンネルMOSFETのプッ
シュプル回路で構成されていると、出力信号のハイレベ
ルは出力MOSFET Q1’のゲート電圧(1.8
V)よりもしきい値電圧Vth分低い電位(1.8−V
th)までしか上昇しない。しかも、MOSFET Q
1’はいわゆる基板効果でしきい値電圧が高くなる。す
なわち、MOSFETQ1’の基体(基板もしくはウェ
ル領域)はVss(0V)とされるが、出力端子に接続
されたソース領域は出力電圧に応じて0〜1.2Vのよ
うな範囲で電圧が変動するため、ソース電圧Vsが基体
電圧Vbと等しいロウレベル出力時にはQ1’のしきい
値電圧は0.2V程度であるが、ソース電圧Vsが基体
電圧Vbよりも高いハイレベル出力時にはQ1’のしき
い値電圧は0.7V程度まで高くなる。その結果、出力
振幅は0〜1.1Vとなってしまい、GTLインタフェ
ースに規定する0〜1.2Vが得られなくなるという問
題点があることが明らかとなった。
[0005] When the internal power supply voltage drops as described above,
When the output stage is constituted by an N-channel MOSFET push-pull circuit as shown in FIG. 3, the high level of the output signal is equal to the gate voltage of the output MOSFET Q1 '(1.8).
V) lower than the potential (1.8-V) by the threshold voltage Vth.
th) only. Besides, MOSFET Q
1 'is a so-called substrate effect, in which the threshold voltage is increased. That is, the base (substrate or well region) of the MOSFET Q1 'is set to Vss (0 V), but the voltage of the source region connected to the output terminal varies in a range of 0 to 1.2 V according to the output voltage. Therefore, when the source voltage Vs is at the low level output equal to the base voltage Vb, the threshold voltage of Q1 'is about 0.2 V, but when the source voltage Vs is at the high level output higher than the base voltage Vb, the threshold voltage of Q1' is high. The voltage increases to about 0.7V. As a result, the output amplitude became 0 to 1.1 V, and it became clear that there was a problem that 0 to 1.2 V specified for the GTL interface could not be obtained.

【0006】この発明は上記のような問題点に着目して
なされたもので、その目的とするところは、プッシュプ
ル型の出力段を用いてGTLレベルのような小振幅の信
号を出力する半導体集積回路において、内部回路の電源
電圧が低くなっても所望の出力振幅が得られるような出
力バッファ回路を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to output a signal having a small amplitude such as a GTL level using a push-pull type output stage. An object of the present invention is to provide an output buffer circuit in which a desired output amplitude can be obtained even when the power supply voltage of an internal circuit is reduced in an integrated circuit.

【0007】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。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0008】[0008]

【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。
The outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application is as follows.

【0009】すなわち、出力バッファ回路のプッシュプ
ル型の出力段を直列形態のPチャンネルMOSFETと
NチャンネルMOSFETとにより構成するとともに、
高電位側の電源電圧端子に接続されたPチャンネルMO
SFETのゲート端子とこのゲート端子の制御信号を形
成する論理ゲート回路との間に、出力すべきデータ信号
に応じてオン、オフされる第1スイッチMOSFET
と、該第1スイッチMOSFETのソース・ドレイン間
に接続され上記第1スイッチMOSFETと相補的にオ
ン、オフされる第2スイッチMOSFETおよび容量
と、該容量の充電電圧を制限する整流手段とからなる制
御電圧降下回路を設けるようにしたものである。
That is, the push-pull type output stage of the output buffer circuit is composed of a serial P-channel MOSFET and an N-channel MOSFET,
P-channel MO connected to the power supply terminal on the high potential side
A first switch MOSFET that is turned on and off according to a data signal to be output between a gate terminal of the SFET and a logic gate circuit that forms a control signal for the gate terminal.
A second switch MOSFET connected between the source and the drain of the first switch MOSFET and turned on and off complementarily to the first switch MOSFET, a capacitor, and a rectifier for limiting a charging voltage of the capacitor. A control voltage drop circuit is provided.

【0010】上記した手段によれば、出力段を構成する
上記PチャンネルMOSFETのオフ時にそのゲート端
子を上記第1スイッチMOSFETを介して充電すると
ともに上記容量に充分な電位差を生じさせておいて、P
チャンネルMOSFETのオン時にはそのゲート端子を
フローティング状態とし上記第2スイッチMOSFET
をオンさせてやることで上記容量による誘引作用により
ゲート電圧を負電位まで下げることができ、これによっ
て出力PチャンネルMOSFETを充分にオンさせて出
力振幅を出力段の電源電圧レベルまで確実に広げること
ができる。
According to the above-described means, when the P-channel MOSFET constituting the output stage is turned off, its gate terminal is charged via the first switch MOSFET and a sufficient potential difference is generated in the capacitor. P
When the channel MOSFET is on, its gate terminal is in a floating state and the second switch MOSFET is turned on.
, The gate voltage can be reduced to a negative potential by the attraction effect of the capacitor, thereby sufficiently turning on the output P-channel MOSFET and reliably increasing the output amplitude to the power supply voltage level of the output stage. Can be.

【0011】また、上記整流手段としてゲートとドレイ
ンが結合されたいわゆるダイオード接続のMOSFET
を用いるようにすると良い。これによって、PN接合ダ
イオードを使用する場合に比べて出力PチャンネルMO
SFETのオフ時における上記容量の蓄積電位差を大き
くして、出力PチャンネルMOSFETのオン時におけ
るゲート・ソース間電圧を大きくすることができる。
A so-called diode-connected MOSFET having a gate and a drain coupled as the rectifier.
It is good to use. As a result, the output P-channel MO can be reduced compared to the case where a PN junction diode is used.
By increasing the storage potential difference of the capacitor when the SFET is off, the gate-source voltage when the output P-channel MOSFET is on can be increased.

【0012】さらに、上記第1スイッチMOSFETを
PチャンネルMOSFETで構成するとともに、上記第
2スイッチMOSFETをNチャンネルMOSFETで
構成するようにする。これによって、内部回路から供給
されるデータ信号を直接第1スイッチMOSFETおよ
び第2スイッチMOSFETのゲート端子に供給して相
補的なオン、オフ動作をさせることができ、出力制御回
路の構成を簡略化することができる。
Further, the first switch MOSFET is constituted by a P-channel MOSFET, and the second switch MOSFET is constituted by an N-channel MOSFET. Accordingly, the data signal supplied from the internal circuit can be directly supplied to the gate terminals of the first switch MOSFET and the second switch MOSFET to perform complementary ON / OFF operations, thereby simplifying the configuration of the output control circuit. can do.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例を図
面に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0014】この実施例の出力バッファ回路は、内部回
路の電源電圧Vccに比べて低電位の電源電圧端子VTT
(例えば1.2V)と接地電位(0V)との間に直列形
態に接続されたPチャンネルMOSFET Q1とNチ
ャンネルMOSFET Q2とからなるプッシュプル型
の出力段1と、各出力MOSFET Q1,Q2のゲー
ト制御信号を形成する出力制御回路2とから構成されて
いる。内部回路の電源電圧Vccは、特に制限されない
がこの実施例では約1.8Vである。
The output buffer circuit of this embodiment has a power supply voltage terminal VTT having a lower potential than the power supply voltage Vcc of the internal circuit.
(For example, 1.2 V) and a grounded potential (0 V), a push-pull type output stage 1 composed of a P-channel MOSFET Q1 and an N-channel MOSFET Q2 connected in series, and each of the output MOSFETs Q1 and Q2. And an output control circuit 2 for forming a gate control signal. The power supply voltage Vcc of the internal circuit is not particularly limited, but is about 1.8 V in this embodiment.

【0015】上記出力制御回路2は、内部回路から供給
されるデータ信号DTとデータの出力を制御するための
イネーブル信号/ENを入力信号とするNORゲートG
2と、データ信号DTとイネーブル信号/ENをインバ
ータINV1で反転した信号を入力信号とするNAND
ゲートG1とから構成されている。上記NORゲートG
2に入力されるイネーブル信号/ENは内部からの信号
そのままでもよいが、この実施例では2つのインバータ
INV1,INV2で2度反転した信号を入力信号とし
ている。そして、上記NORゲートG2の出力信号が接
地側の出力NチャンネルMOSFET Q2のゲート端
子に供給されている。
The output control circuit 2 has a NOR gate G having an input signal of a data signal DT supplied from an internal circuit and an enable signal / EN for controlling the output of data.
2 and a NAND having a signal obtained by inverting the data signal DT and the enable signal / EN by the inverter INV1 as input signals
And a gate G1. The above NOR gate G
Although the enable signal / EN input to 2 may be an internal signal as it is, in this embodiment, a signal inverted twice by two inverters INV1 and INV2 is used as an input signal. The output signal of the NOR gate G2 is supplied to the gate terminal of the output side N-channel MOSFET Q2 on the ground side.

【0016】また、上記NANDゲートG1の出力端子
と出力PチャンネルMOSFETQ1のゲート端子との
間には、制御電圧降下回路3が設けられている。この制
御電圧降下回路3は、上記NANDゲートG1の出力端
子と出力PチャンネルMOSFET Q1のゲート端子
にそれぞれソース、ドレインが接続され出力すべきデー
タ信号に応じてオン、オフされる第1スイッチMOSF
ET M1と、該第1スイッチMOSFET M1のソ
ース・ドレイン間に接続され上記データ信号DTがゲー
ト端子に入力された第2スイッチMOSFETM2およ
び容量C1と、該容量C1の充電電圧を制限するMOS
FET M3とから構成されている。
A control voltage lowering circuit 3 is provided between the output terminal of the NAND gate G1 and the gate terminal of the output P-channel MOSFET Q1. The control voltage drop circuit 3 has a source and a drain connected to the output terminal of the NAND gate G1 and the gate terminal of the output P-channel MOSFET Q1, respectively, and is turned on and off in accordance with a data signal to be output.
ET M1, a second switch MOSFET M2 connected between the source and drain of the first switch MOSFET M1, the data signal DT being input to the gate terminal, a capacitor C1, and a MOS for limiting the charging voltage of the capacitor C1.
FET M3.

【0017】上記第1スイッチMOSFET M1はP
チャンネルMOSFETで、また第2スイッチMOSF
ET M2はNチャンネルMOSFETで構成されてお
り、第1スイッチMOSFET M1と第2スイッチM
OSFET M2はゲート端子に上記データ信号DTが
入力されて互いに相補的にオン、オフされる。一方、上
記MOSFET M3は、そのゲートとドレインが結合
されたいわゆるダイオード接続のMOSFETとされて
おり、ゲートとドレインが上記第2スイッチMOSFE
T M2と容量C1との接続ノードN2に接続され、ソ
ースが接地点に接続されている。
The first switch MOSFET M1 is P
Channel MOSFET and second switch MOSF
ET M2 is composed of an N-channel MOSFET, and includes a first switch MOSFET M1 and a second switch M
The OSFET M2 receives the data signal DT at its gate terminal and is turned on and off complementarily to each other. On the other hand, the MOSFET M3 is a so-called diode-connected MOSFET having a gate and a drain coupled to each other, and has a gate and a drain connected to the second switch MOSFET.
It is connected to the connection node N2 between T M2 and the capacitor C1, and the source is connected to the ground point.

【0018】次に、上記出力バッファ回路、特に制御電
圧降下回路の動作を図2の波形図を用いて説明する。
Next, the operation of the output buffer circuit, particularly the control voltage drop circuit, will be described with reference to the waveform diagram of FIG.

【0019】この実施例の出力バッファ回路は、イネー
ブル信号/ENがハイレベルにされると、出力MOSF
ET Q1,Q2が共にオフ状態にされて出力端子OU
Tはハイインピーダンス状態とされる。イネーブル信号
/ENがロウレベルにされると出力バッファ回路は動作
状態とされ、そのときのデータ信号DTに応じて出力M
OSFET Q1,Q2のいずれか一方がオンされて対
応するレベルの信号Doutが出力端子OUTより外部
へ出力される。
In the output buffer circuit of this embodiment, when the enable signal / EN is set to the high level, the output MOSF
ET Q1 and Q2 are both turned off and output terminal OU
T is in a high impedance state. When the enable signal / EN is set to the low level, the output buffer circuit is brought into an operating state, and the output M is set according to the data signal DT at that time.
One of the OSFETs Q1 and Q2 is turned on, and a signal Dout at a corresponding level is output from the output terminal OUT to the outside.

【0020】先ず、イネーブル信号/ENがロウレベル
で、データ信号DTがVcc(1.8V)のようなハイ
レベルからロウレベル(0V)へ変化する場合(図2の
T1の期間)を考える。このとき、NORゲートG2の
出力はロウレベルからハイレベルへ変化し、出力Nチャ
ンネルMOSFET Q2がオフ状態からオン状態に移
行されて出力信号Doutがハイレベルからロウレベル
へ変化する。また、NANDゲートG2の出力がロウレ
ベルからハイレベル(1.8V)へ変化するとともに、
データ信号DTがハイレベルからロウレベルへ変化する
ため上記第1スイッチMOSFET M1がオフからオ
ンへ移行されて、NANDゲートG1の出力信号がM1
を介して出力PチャンネルMOSFET Q1のゲート
端子に伝達されこれを充電してVccレベルまで引き上
げるため、ノードN1,N3の電位は図2(b),
(d)のようにロウレベルからハイレベル(1.8V)
へ変化される。これによって、出力PチャンネルMOS
FET Q1はオン状態からオフ状態へ移行し、出力信
号Doutは接地電位(0V)となる。
First, consider a case where the enable signal / EN is at a low level and the data signal DT changes from a high level such as Vcc (1.8 V) to a low level (0 V) (period T1 in FIG. 2). At this time, the output of the NOR gate G2 changes from low level to high level, the output N-channel MOSFET Q2 shifts from off state to on state, and the output signal Dout changes from high level to low level. Further, the output of the NAND gate G2 changes from low level to high level (1.8V),
Since the data signal DT changes from high level to low level, the first switch MOSFET M1 shifts from off to on, and the output signal of the NAND gate G1 changes to M1.
Is transmitted to the gate terminal of the output P-channel MOSFET Q1 and charged to raise it to the Vcc level, so that the potentials of the nodes N1 and N3 are changed as shown in FIG.
(D) from low level to high level (1.8V)
Is changed to Thereby, the output P-channel MOS
The FET Q1 shifts from the on state to the off state, and the output signal Dout becomes the ground potential (0 V).

【0021】一方、ノードN2の電位は、容量C1を介
してノードN1に接続されているためノードN1の電位
の上昇に伴って図2に符号Aで示すように一旦上昇す
る。しかして、ノードN2には接地点との間にダイオー
ド接続のMOSFET M3が接続されているため、ノ
ードN2の電位上昇によってMOSFET M3を介し
てノードN2の電荷が接地点に向かって引き抜かれ、ノ
ードN2の電位は接地点(0V)よりもMOSFET
M3のしきい値電圧Vth(約0.2V)分高い電位ま
で降下し、その後データ信号DTがハイレベルに変化す
るまでこの電位を保持する(図2のT2の期間)。
On the other hand, since the potential of the node N2 is connected to the node N1 via the capacitor C1, the potential of the node N2 once rises as the potential of the node N1 rises as shown by the symbol A in FIG. Since a diode-connected MOSFET M3 is connected between the node N2 and the ground point, the electric charge at the node N2 is drawn toward the ground point via the MOSFET M3 due to the rise in the potential of the node N2. The potential of N2 is higher than that of the ground point (0 V)
The potential drops to a potential higher by the threshold voltage Vth (about 0.2 V) of M3, and then this potential is held until the data signal DT changes to a high level (period T2 in FIG. 2).

【0022】次に、データ信号DTがロウレベル(0
V)からVcc(1.8V)のようなハイレベルに変化
すると、NORゲートG2の出力はハイレベルからロウ
レベルへ変化し、出力NチャンネルMOSFET Q2
がオン状態からオフ状態に移行される。また、NAND
ゲートG1の出力はハイレベルからロウレベルへ変化す
るため、ノードN1の電位もハイレベルからロウレベル
へ変化するとともに、データ信号DTがロウレベルから
ハイレベルへ変化するため上記第1スイッチMOSFE
T M1がオンからオフへまた第2スイッチMOSFE
T M2がオフからオンへそれぞれ移行する。そのた
め、出力PチャンネルMOSFET Q1のゲート端子
(N3)がノードN2接続される。
Next, the data signal DT goes low (0
V) to a high level such as Vcc (1.8 V), the output of the NOR gate G2 changes from the high level to the low level, and the output N-channel MOSFET Q2
Is shifted from the on state to the off state. Also, NAND
Since the output of the gate G1 changes from high level to low level, the potential of the node N1 also changes from high level to low level, and the data signal DT changes from low level to high level.
T M1 changes from on to off and the second switch MOSFET
TM2 shifts from off to on. Therefore, the gate terminal (N3) of the output P-channel MOSFET Q1 is connected to the node N2.

【0023】しかして、ノードN2の電位は容量C1を
介してノードN1の電圧降下に誘引されて、図2(c)
の符号Bのように接地電位よりも低い−0.6Vのよう
な負電位まで下がり、これに応じてノードN3すなわち
Q1のゲート電圧も−0.6Vまで下がることとなる。
これによって、出力PチャンネルMOSFET Q1は
オフ状態からオン状態へ移行するとともに、そのときゲ
ート・ソース間に1.8(=1.2+0.6)Vのよう
な大きな電圧が印加されるため充分なオン状態とされ、
出力信号Doutは出力段1の電源電圧VTTと同一のレ
ベル(1.2V)となる。
As a result, the potential of the node N2 is induced by the voltage drop of the node N1 via the capacitor C1.
, The gate voltage of the node N3, that is, the gate voltage of Q1, also drops to -0.6V.
As a result, the output P-channel MOSFET Q1 shifts from the OFF state to the ON state, and at this time, a large voltage such as 1.8 (= 1.2 + 0.6) V is applied between the gate and the source. Is turned on,
The output signal Dout is at the same level (1.2 V) as the power supply voltage VTT of the output stage 1.

【0024】単に出力段1を図4のように、Pチャンネ
ルMOSFET Q1とNチャンネルMOSFET Q
2を直列接続したプッシュプル回路とした場合には、接
地側のNチャンネルMOSFET Q2のゲート・ソー
ス間にはオン時に1.8Vという耐圧に近い電圧が印加
されるのに対し、PチャンネルMOSFET Q1のゲ
ート・ソース間にはオンでも1.2Vの電圧しかかから
ないため、接地側のNチャンネルMOSFET Q2に
比べて動作速度が遅いという不具合があるが、上記実施
例(図1)の出力バッファ回路においては、制御電圧降
下回路3を設けてPチャンネルMOSFET Q1のオ
ン時にそのゲート・ソース間に1.2+0.6=1.8
Vという接地側のNチャンネルMOSFET Q2のゲ
ート・ソース間と同程度の電圧を印加させることができ
るため、動作速度をNチャンネルMOSFET Q2並
みにすることができる。その結果、出力バッファ回路の
性能を、制御電圧降下回路を有しない図4の回路に比べ
て大幅に向上させることができる。
The output stage 1 is simply connected to a P-channel MOSFET Q1 and an N-channel MOSFET Q as shown in FIG.
2 is a push-pull circuit in which the N-channel MOSFETs 2 are connected in series, a voltage close to a withstand voltage of 1.8 V is applied between the gate and source of the N-channel MOSFET Q2 on the ground side when the P-channel MOSFET Q1 is turned on. Since only a voltage of 1.2 V is applied between the gate and the source of the N-channel MOSFET even when turned on, there is a disadvantage that the operation speed is slower than that of the N-channel MOSFET Q2 on the ground side. Is provided with a control voltage dropping circuit 3 so that 1.2 + 0.6 = 1.8 between the gate and the source when the P-channel MOSFET Q1 is turned on.
Since the same voltage as V between the gate and the source of the N-channel MOSFET Q2 on the ground side can be applied, the operation speed can be made equal to that of the N-channel MOSFET Q2. As a result, the performance of the output buffer circuit can be significantly improved as compared with the circuit of FIG. 4 having no control voltage drop circuit.

【0025】なお、上記実施例においては、出力Pチャ
ンネルMOSFET Q1側にそのゲート・ソース間電
圧を大きくするための制御電圧降下回路を設けたものを
説明したが、回路を構成するMOSFETの耐圧が許す
ならばすなわちNチャンネルMOSFETの耐圧が電源
電圧Vcc(実施例では1.8V)よりも充分に高けれ
ば、出力NチャンネルMOSFET Q2側にそのゲー
ト・ソース間電圧を大きくするための制御電圧昇圧回路
を設けるようにしてもよい。
In the above embodiment, the output P-channel MOSFET Q1 is provided with a control voltage dropping circuit for increasing the gate-source voltage on the side of the MOSFET Q1. If permitted, that is, if the breakdown voltage of the N-channel MOSFET is sufficiently higher than the power supply voltage Vcc (1.8 V in the embodiment), a control voltage boosting circuit for increasing the gate-source voltage of the output N-channel MOSFET Q2 is provided. May be provided.

【0026】また、実施例の回路においては、原理的に
はダイオード接続のMOSFETM3の代わりにPN接
合ダイオードを使用することも可能であるが、PN接合
ダイオードの場合その順方向電圧が0.7V程度である
のに対し、ダイオード接続のMOSFETでは順方向電
圧はそのしきい値電圧(0.2V)と同程度となるた
め、PN接合ダイオードを使用する場合に比べて出力P
チャンネルMOSFET Q1のオフ時における上記容
量C1の蓄積電位差を大きくして、出力PチャンネルM
OSFET Q1のオン時におけるゲート・ソース間電
圧を耐圧ぎりぎりまで大きくすることができる。
In the circuit of the embodiment, a PN junction diode can be used in principle instead of the diode-connected MOSFET M3. In the case of the PN junction diode, the forward voltage is about 0.7 V. On the other hand, in the diode-connected MOSFET, the forward voltage is almost equal to the threshold voltage (0.2 V), so that the output P is higher than when a PN junction diode is used.
By increasing the accumulated potential difference of the capacitor C1 when the channel MOSFET Q1 is off, the output P-channel M
The gate-source voltage at the time of turning on the OSFET Q1 can be increased to just before the breakdown voltage.

【0027】さらに、上記実施例では、第1スイッチM
OSFETをPチャンネルMOSFETで構成するとと
もに、第2スイッチMOSFETをNチャンネルMOS
FETで構成しているが、それぞれ同一の導電型のMO
SFETとすることも可能である。ただし、同一導電型
とした場合には、それらを相補的にオン、オフさせるに
はそのゲート制御信号(実施例ではデータ信号DT)を
反転するインバータが必要となるので、出力制御回路の
構成は実施例に比べて少し複雑となる。
Further, in the above embodiment, the first switch M
The OSFET is composed of a P-channel MOSFET, and the second switch MOSFET is composed of an N-channel MOSFET.
FETs, but MOs of the same conductivity type
It is also possible to use an SFET. However, if they are of the same conductivity type, an inverter for inverting the gate control signal (data signal DT in the embodiment) is required to turn them on and off in a complementary manner. It is slightly more complicated than in the embodiment.

【0028】さらに、GTL出力バッファ回路において
は、出力PチャンネルMOSFETQ1のインピーダン
スを伝送線路のインピーダンスZ0に合わせるように設
計することにより、伝送線路の終端での信号の反射を防
止できるため、終端抵抗を省略することが可能となる。
しかるに、図4に示すようなGTL出力バッファ回路に
おいては、出力PチャンネルMOSFET Q1のゲー
ト・ソース間電圧が小さいため、図5に示すソース・ド
レイン間電圧−ドレイン電流特性曲線の変化が大きい領
域CでMOSFET Q1を使用することとなるので、
Q1のインピーダンスを伝送線路のインピーダンスZ0
に合わせるように設計してもプロセスばらつきでインピ
ーダンスのばらつきが大きくなってしまう。そのため、
図4に示すように、伝送線路12の終端側にプルアップ
抵抗11を接続する必要がある。
Further, in the GTL output buffer circuit, by designing the impedance of the output P-channel MOSFET Q1 so as to match the impedance Z0 of the transmission line, it is possible to prevent signal reflection at the end of the transmission line. It can be omitted.
However, in the GTL output buffer circuit as shown in FIG. 4, since the gate-source voltage of the output P-channel MOSFET Q1 is small, the region C where the change in the source-drain voltage-drain current characteristic curve shown in FIG. Since MOSFET Q1 will be used in
The impedance of Q1 is changed to the impedance Z0 of the transmission line.
Even if it is designed so as to conform to the above, the variation in impedance becomes large due to the process variation. for that reason,
As shown in FIG. 4, it is necessary to connect the pull-up resistor 11 to the terminal side of the transmission line 12.

【0029】これに対し、上記実施例のGTL出力バッ
ファ回路においては、出力PチャンネルMOSFET
Q1のゲート・ソース間電圧が大きいため、Q1をソー
ス・ドレイン間電圧−ドレイン電流特性の変化が小さい
領域Dで使用することとなるので、プロセスばらつきに
よる出力MOSFETのインピーダンスのばらつきが小
さくなり、これによってQ1のインピーダンスを伝送線
路のインピーダンスZ0に合わせることが容易となり、
伝送線路の終端抵抗を省略した接続が可能になるという
利点もある。
On the other hand, in the GTL output buffer circuit of the above embodiment, the output P-channel MOSFET
Since the gate-source voltage of Q1 is large, Q1 is used in the region D where the change in the source-drain voltage-drain current characteristic is small, and the variation in the impedance of the output MOSFET due to the process variation is reduced. This makes it easy to match the impedance of Q1 with the impedance Z0 of the transmission line,
There is also an advantage that connection without terminating resistance of the transmission line can be performed.

【0030】以上説明したように、上記実施例の出力バ
ッファ回路は、プッシュプル型の出力段を直列形態のP
チャンネルMOSFETとNチャンネルMOSFETと
により構成するとともに、高電位側の電源電圧端子に接
続されたPチャンネルMOSFETのゲート端子とこの
ゲート端子の制御信号を形成する論理ゲート回路との間
に、出力すべきデータ信号に応じてオン、オフされる第
1スイッチMOSFETと、該第1スイッチMOSFE
Tのソース・ドレイン間に接続され上記第1スイッチM
OSFETと相補的にオン、オフされる第2スイッチM
OSFETおよび容量と、該容量の充電電圧を制限する
整流手段とからなる制御電圧降下回路を設けるようにし
たので、出力段を構成する上記PチャンネルMOSFE
Tのオフ時にそのゲート端子を上記第1スイッチMOS
FETを介して充電するとともに上記容量に充分な電位
差を生じさせておいて、PチャンネルMOSFETのオ
ン時にはそのゲート端子をフローティング状態とし上記
第2スイッチMOSFETをオンさせてやることで上記
容量による誘引作用によりゲート電圧を負電位まで下げ
ることができ、これによって出力PチャンネルMOSF
ETを充分にオンさせて出力振幅を出力段の電源電圧レ
ベルまで確実に広げることができるとともに、出力Pチ
ャンネルMOSFETの動作速度を出力NチャンネルM
OSFETと同程度に向上させることができるという効
果がある。
As described above, in the output buffer circuit of the above embodiment, a push-pull type output stage is connected
A signal is to be output between a gate terminal of a P-channel MOSFET connected to a high-potential-side power supply voltage terminal and a logic gate circuit for forming a control signal for the gate terminal. A first switch MOSFET that is turned on and off in response to a data signal, and the first switch MOSFET
The first switch M connected between the source and drain of
Second switch M which is turned on / off complementarily to OSFET
Since the control voltage drop circuit including the OSFET, the capacitor, and the rectifying means for limiting the charging voltage of the capacitor is provided, the P-channel MOSFET constituting the output stage is provided.
When T is off, its gate terminal is connected to the first switch MOS.
By charging through the FET and generating a sufficient potential difference in the capacitor, when the P-channel MOSFET is turned on, its gate terminal is set in a floating state and the second switch MOSFET is turned on, so that the attraction action by the capacitor is performed. Can lower the gate voltage to the negative potential, and thereby the output P-channel MOSF
By sufficiently turning on ET, the output amplitude can be reliably increased to the power supply voltage level of the output stage, and the operating speed of the output P-channel MOSFET can be increased by the output N-channel M
There is an effect that it can be improved to the same degree as the OSFET.

【0031】また、上記整流手段としてゲートとドレイ
ンが結合されたいわゆるダイオード接続のMOSFET
を用いるようにしたので、PN接合ダイオードを使用す
る場合に比べて出力PチャンネルMOSFETのオフ時
における上記容量の蓄積電位差を大きくして、出力Pチ
ャンネルMOSFETのオン時におけるゲート・ソース
間電圧を大きくすることができるという効果がある。
A so-called diode-connected MOSFET having a gate and a drain coupled as the rectifying means.
Is used, the storage potential difference of the capacitance when the output P-channel MOSFET is turned off is increased as compared with the case where a PN junction diode is used, and the gate-source voltage when the output P-channel MOSFET is turned on is increased. There is an effect that can be.

【0032】さらに、上記第1スイッチMOSFETを
PチャンネルMOSFETで構成するとともに、上記第
2スイッチMOSFETをNチャンネルMOSFETで
構成するようにしたので、内部回路から供給されるデー
タ信号を直接第1スイッチMOSFETおよび第2スイ
ッチMOSFETのゲート端子に供給して相補的なオ
ン、オフ動作をさせることができ、出力制御回路の構成
を簡略化することができるという効果がある。
Further, since the first switch MOSFET is constituted by a P-channel MOSFET and the second switch MOSFET is constituted by an N-channel MOSFET, a data signal supplied from an internal circuit is directly transmitted to the first switch MOSFET. In addition, complementary ON and OFF operations can be performed by supplying the signal to the gate terminal of the second switch MOSFET, and the configuration of the output control circuit can be simplified.

【0033】以上本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、GTL出
力バッファ回路に適用した場合について説明したが、こ
の発明は2個のMOSFETが電源電圧端子間に直列接
続されたプッシュプル型の出力段を有し小振幅で信号を
出力する出力バッファ回路一般に適用することができ
る。また、上記実施例においてはシングルエンドの出力
バッファ回路に適用したものについて説明したが、図1
の出力バッファ回路を2個並べて逆相の信号を入力して
差動で出力するようにした出力バッファ回路を構成して
も良い。また、電源電圧も実施例は出力段が1.2V、
出力制御回路および内部回路が1.8Vとしたが、それ
らは一例であって、本発明は出力制御回路の電源電圧が
出力段の電源電圧よりも高い場合に適用すると有効であ
る。
Although the present invention has been described in detail with reference to the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes can be made without departing from the scope of the invention. . For example, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to the GTL output buffer circuit has been described. However, the present invention has a push-pull type output stage in which two MOSFETs are connected in series between power supply voltage terminals, and outputs a signal with a small amplitude. The present invention can be generally applied to an output buffer circuit for outputting. Further, in the above embodiment, the description has been given of the case where the present invention is applied to a single-ended output buffer circuit.
The output buffer circuit may be configured such that two output buffer circuits are arranged side by side to input signals of opposite phases and output differentially. In the embodiment, the power supply voltage is 1.2 V in the output stage,
Although the output control circuit and the internal circuit are set to 1.8 V, these are merely examples, and the present invention is effective when applied to a case where the power supply voltage of the output control circuit is higher than the power supply voltage of the output stage.

【0034】さらに、実施例では、出力がハイインピー
ダンス状態をとり得るトライステートバッファに適用し
た場合について説明したが、非トライステートの出力バ
ッファすなわちイネーブル信号/ENによる制御のない
形式の出力バッファ回路にも適用することが可能であ
る。また、実施例では、制御信号を形成する論理ゲート
してNOR論理ゲート回路およびNAND論理ゲート回
路を用いたが、これに限定されるものでなく、同一の論
理ゲート回路としたり上記以外の論理ゲート回路を使用
すようにしても良い。
Further, in the embodiment, the case where the present invention is applied to a tri-state buffer whose output can be in a high impedance state has been described. However, the present invention is applied to a non-tri-state output buffer, that is, an output buffer circuit of a type not controlled by the enable signal / EN. It is also possible to apply. Further, in the embodiment, the NOR logic gate circuit and the NAND logic gate circuit are used as the logic gates for forming the control signals. However, the present invention is not limited to this. A circuit may be used.

【0035】[0035]

【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。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0036】すなわち、プッシュプル型の出力段を用い
てGTLレベルのような小振幅の信号を出力する半導体
集積回路において、内部回路の電源電圧が低くなっても
所望の出力振幅が得られるような出力バッファ回路を実
現することができる。
That is, in a semiconductor integrated circuit that outputs a signal with a small amplitude such as a GTL level by using a push-pull type output stage, a desired output amplitude can be obtained even if the power supply voltage of the internal circuit is reduced. An output buffer circuit can be realized.

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

【図1】本発明をGTL出力バッファ回路に適用した場
合の一実施例を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment when the present invention is applied to a GTL output buffer circuit.

【図2】実施例のGTL出力バッファ回路における入出
力信号および各ノードの電位の変化を示す波形図であ
る。
FIG. 2 is a waveform chart showing changes in input / output signals and potentials at respective nodes in the GTL output buffer circuit of the embodiment.

【図3】従来のGTL出力バッファ回路の一例を示す回
路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a conventional GTL output buffer circuit.

【図4】比較例としてのGTL出力バッファ回路の一例
を示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating an example of a GTL output buffer circuit as a comparative example.

【図5】MOSFETのソース・ドレイン間電圧−ドレ
イン電流特性を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing source-drain voltage-drain current characteristics of a MOSFET.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プッシュプル型出力段 2 出力制御回路 3 制御電圧降下回路 11 終端抵抗(プルアップ抵抗) 12 伝送線路 Q1 出力PチャンネルMOSFET Q2 出力NチャンネルMOSFET M1 第1スイッチMOSFET M2 第2スイッチMOSFET M3 ダイオード接続のMOSFET(整流手段) G1NANDゲート回路(第1の論理ゲート回路) G2NORゲート回路(第2の論理ゲート回路) DT データ信号 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Push-pull type output stage 2 Output control circuit 3 Control voltage drop circuit 11 Termination resistance (pull-up resistance) 12 Transmission line Q1 Output P-channel MOSFET Q2 Output N-channel MOSFET M1 First switch MOSFET M2 Second switch MOSFET M3 Diode connection MOSFET (rectifying means) G1 NAND gate circuit (first logic gate circuit) G2 NOR gate circuit (second logic gate circuit) DT Data signal

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の電源電圧の供給を受ける電源電圧
端子と接地点との間に直列接続されたPチャンネルMO
SFETとNチャンネルMOSFETとからなるプッシ
ュプル型の出力段と、第1の電源電圧よりも高い第2の
電源電圧の供給を受け内部回路から供給される出力すべ
きデータ信号に基づいて上記PチャンネルMOSFET
とNチャンネルMOSFETをそれぞれ制御する第1の
論理ゲート回路および第2の論理ゲートを含む出力制御
回路とを有する出力バッファ回路において、少なくとも
上記第1の論理ゲート回路と上記PチャンネルMOSF
ETのゲート端子との間に、上記データ信号に応じてオ
ン、オフされる第1スイッチMOSFETと、該第1ス
イッチMOSFETのソース・ドレイン間に接続され上
記第1スイッチMOSFETと相補的にオン、オフされ
る第2スイッチMOSFETおよび容量と、該容量の充
電電圧を制限する整流手段とからなる制御電圧降下回路
を設けたことを特徴とする出力バッファ回路。
1. A P-channel MO connected in series between a power supply voltage terminal receiving a first power supply voltage and a ground point.
A push-pull type output stage comprising an SFET and an N-channel MOSFET, and a P-channel based on a data signal to be output which is supplied from an internal circuit upon receiving a second power supply voltage higher than the first power supply voltage. MOSFET
And an output control circuit including a first logic gate circuit and a second logic gate respectively controlling an N-channel MOSFET, wherein at least the first logic gate circuit and the P-channel MOSF
A first switch MOSFET that is turned on and off in response to the data signal between the gate terminal of the ET, and a first switch MOSFET that is connected between a source and a drain of the first switch MOSFET and that is turned on complementarily to the first switch MOSFET; An output buffer circuit comprising: a control voltage dropping circuit comprising a second switch MOSFET and a capacitor to be turned off, and a rectifier for limiting a charging voltage of the capacitor.
【請求項2】 上記整流手段は、ゲートとドレインが結
合されたMOSFETにより構成されていることを特徴
とする請求項1に記載の出力バッファ回路。
2. The output buffer circuit according to claim 1, wherein said rectifying means comprises a MOSFET having a gate and a drain coupled to each other.
【請求項3】 上記第1スイッチMOSFETはPチャ
ンネルMOSFETで構成され、上記第2スイッチMO
SFETをNチャンネルMOSFETで構成されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の出力バッフ
ァ回路。
3. The first switch MOSFET comprises a P-channel MOSFET, and the second switch MO
3. The output buffer circuit according to claim 1, wherein the SFET comprises an N-channel MOSFET.
【請求項4】 請求項1〜3に記載の出力バッファ回路
を備えたことを特徴する半導体集積回路。
4. A semiconductor integrated circuit comprising the output buffer circuit according to claim 1.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009510943A (en) * 2005-09-29 2009-03-12 クゥアルコム・インコーポレイテッド Low voltage down converter

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009510943A (en) * 2005-09-29 2009-03-12 クゥアルコム・インコーポレイテッド Low voltage down converter

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