KR100282228B1 - Data output buffer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 데이터 출력버퍼에 관한 것으로, 웰-바이어스 제어회로를 구비하여 풀업 제어회로에 입력신호와 동일한 레벨의 웰-바이어스 전압이 공급되도록 하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a data output buffer, and has a purpose of providing a well-bias control circuit so that a well-bias voltage having the same level as an input signal is supplied to a pull-up control circuit.
이와 같은 목적의 본 발명은 데이터 출력단과 구동부, 웰-바이어스 제어부, 풀업 제어부, 풀다운 제어부를 포함하여 이루어진다. 데이터 출력단으로는 제 1 레벨 또는 제 2 레벨의 제 1 신호가 입출력된다. 구동부는 데이터 신호와 출력 인에이블 신호를 입력받아 제 3 레벨의 풀업 제어신호와 풀다운 제어신호를 발생시킨다. 웰-바이어스 제어부는 제 1 신호가 제 1 레벨일 때 제 1 레벨의 웰-바이어스 전압을 발생시키고, 제 1 신호가 제 2 레벨일 때 제 2 레벨의 웰-바이어스 전압을 발생시키도록 이루어진다. 풀업 제어부는 웰-바이어스 전압을 공급받고, 풀 업 제어신호에 의해 제어되어 데이터 출력단을 풀 업시킨다. 풀다운 제어부는 풀다운 제어신호에 의해 제어되어 데이터 출력단을 풀다운시킨다.The present invention for this purpose comprises a data output stage, a driver, a well-bias controller, a pull-up controller, a pull-down controller. The first signal of the first level or the second level is input / output to the data output terminal. The driver receives the data signal and the output enable signal and generates a pull-up control signal and a pull-down control signal of a third level. The well-bias control unit is configured to generate a well-bias voltage of a first level when the first signal is a first level, and to generate a well-bias voltage of a second level when the first signal is a second level. The pull-up control unit receives a well-bias voltage and is controlled by a pull-up control signal to pull up the data output terminal. The pull-down control unit is controlled by a pull-down control signal to pull down the data output stage.
Description
본 발명은 데이터 출력버퍼에 관한 것으로, 특히 데이터의 입력과 출력이 모두 가능한 입출력 패드를 통하여 데이터 신호를 출력하도록 이루어지는 데이터 출력버퍼에 관한 것이다.The present invention relates to a data output buffer, and more particularly, to a data output buffer configured to output a data signal through an input / output pad capable of inputting and outputting data.
반도체 집적회로는 내부에서 발생한 데이터 신호를 외부로 출력하기 위하여 데이터 출력버퍼를 사용한다. 일반적으로 반도체 집적회로의 내부신호는 빠른 동작속도와 저소비전력을 위하여 낮은 레벨의 신호를 사용하지만, 외부로 출력되는 신호는 충분한 부하 구동능력을 위하여 향상된 레벨의 신호를 사용한다.The semiconductor integrated circuit uses a data output buffer to output data signals generated therein to the outside. In general, internal signals of semiconductor integrated circuits use low-level signals for high operating speeds and low power consumption, but signals output to the outside use enhanced levels of signals for sufficient load driving capability.
도 1은 종래의 데이터 출력버퍼를 나타낸 회로도이다. 프리-드라이버(102)에는 출력 인에이블 신호(EN)와 데이터 신호(DOUT)가 입력된다. 공급전압(VDD)은 2.5V이다. 프리-드라이버(102)에서는 풀업 제어신호(PU)와 풀다운 제어신호(PD)가 출력된다. 데이터 신호(DOUT)가 하이레벨이면 풀업 제어신호(PU) 역시 하이레벨이 되고, 데이터 신호(DOUT)가 로우레벨이면 풀다운 제어신호(PD)가 로우레벨이 된다. 풀업 제어신호(PU)는 풀업 제어회로(104)를 구동하고, 풀다운 제어신호(PD)는 풀다운 제어회로(106)를 구동한다. 풀업 제어신호(PU)와 풀다운 제어신호(PD)는 모두 3.3V의 전압레벨을 갖는다.1 is a circuit diagram illustrating a conventional data output buffer. The output enable signal EN and the data signal DOUT are input to the pre-driver 102. Supply voltage VDD is 2.5V. The pre-driver 102 outputs a pull-up control signal PU and a pull-down control signal PD. If the data signal DOUT is at a high level, the pull-up control signal PU is also at a high level. If the data signal DOUT is at a low level, the pull-down control signal PD is at a low level. The pull-up control signal PU drives the pull-up control circuit 104, and the pull-down control signal PD drives the pull-down control circuit 106. Both the pull-up control signal PU and the pull-down control signal PD have a voltage level of 3.3V.
풀업 제어회로(104)와 풀다운 제어회로(106)는 모두 입출력 패드(108)에 연결되어 있다. 이 입출력 패드(108)를 통하여 데이터의 입력과 출력이 모두 가능하다. 이 입출력 패드(108)를 통하여 입력되는 데이터 신호는 별도의 입력단(110)을 통하여 칩 내부로 전달되며, 이때 데이터 출력버퍼를 구성하는 풀업 제어회로(104)와 풀다운 제어회로(106)는 모두 턴 오프되어 트라이-스테이트가 된다.The pull-up control circuit 104 and the pull-down control circuit 106 are both connected to the input / output pad 108. The input / output pad 108 allows both input and output of data. The data signal input through the input / output pad 108 is transferred into the chip through a separate input terminal 110, and at this time, both the pull-up control circuit 104 and the pull-down control circuit 106 constituting the data output buffer are turned. Off to tri-state.
그러나 입출력 패드(108)를 통하여 5V의 신호가 입력되면, 피모스 트랜지스터(112)가 턴 온되어(게이트 전압이 3.3V-Vtn이므로) 입출력 패드(108)쪽에서 VDD3쪽으로 전류 경로가 형성된다. 이를 방지하기 위하여 피모스 트랜지스터(114)를 사용한다. 입출력 패드(108)를 통하여 5V의 신호가 입력되면 피모스 트랜지스터(116)가 턴 온되어 노드(120)에 5V의 신호가 전달된다. 이 때문에 피모스 트랜지스터(112)는 턴 온되지 않는다.However, when a 5V signal is input through the input / output pad 108, the PMOS transistor 112 is turned on (since the gate voltage is 3.3 V-Vtn), and a current path is formed from the input / output pad 108 to the VDD3. In order to prevent this, the PMOS transistor 114 is used. When a 5V signal is input through the input / output pad 108, the PMOS transistor 116 is turned on to transmit a 5V signal to the node 120. For this reason, the PMOS transistor 112 is not turned on.
또 피모스 트랜지스터(112)의 드레인(P+ 영역)과 n-웰의 PN 접합에서, 드레인에 5V(입력신호)가 가해지고 n-웰에 3.3볼트(VDD3)가 가해져서 순방향 바이어스가 형성되는 것을 방지하기 위하여 피모스 트랜지스터(114)를 사용한다. 노드(120)가 5V로 되면 피모스 트랜지스터(114)의 게이트에도 5V가 걸리므로 각각의 피모스 트랜지스터(112∼116)의 벌크(bulk)인 n-웰에 VDD3로 연결되는 웰-바이어스를 끊어 플로팅(floating)시킨다. 엔모스 트랜지스터(118)는 노드(120)의 5V 전압이 프리-드라이버(102)에 전달되는 것을 방지하기 위한 것이다.In the PN junction of the drain (P + region) of the PMOS transistor 112 and the n-well, 5V (input signal) is applied to the drain and 3.3 volts (VDD3) is applied to the n-well to form a forward bias. In order to prevent the PMOS transistor 114 is used. When the node 120 becomes 5V, the gate of the PMOS transistor 114 also takes 5V, so that the well-bias connected to VDD3 to the bulk n-well of each PMOS transistor 112 to 116 is cut off. Float The NMOS transistor 118 is for preventing the 5V voltage of the node 120 from being transmitted to the pre-driver 102.
그러나 이와 같은 종래의 데이터 출력버퍼에서는 노드(120)의 5V 전압이 프리-드라이버(102)로 전달되는 것을 방지하기 위하여 엔모스 트랜지스터(118)를 사용하는데, 이 엔모스 트랜지스터(118)에서의 전압강하(Vt)로 인하여 피모스 트랜지스터(112)가 완전히 턴 오프되지 못한다. 따라서 이를 보상하기 위한 별도의 회로가 필요하다. 또 프리-드라이버(102)의 전원전압을 3.3V보다 낮은 2.5V 정도로 사용하면 별도의 레벨 쉬프트 회로가 필요한데, 이 레벨 쉬프트 회로를 엔모스 트랜지스터(118)와 직렬로 연결하면 풀업 제어신호(PU)의 전달경로가 길어져서 신호전달특성이 나빠진다.However, in the conventional data output buffer, the NMOS transistor 118 is used to prevent the 5V voltage of the node 120 from being transmitted to the pre-driver 102. The voltage at the NMOS transistor 118 is used. The PMOS transistor 112 may not be completely turned off due to the drop Vt. Therefore, a separate circuit is needed to compensate for this. In addition, if the power supply voltage of the pre-driver 102 is about 2.5V, which is lower than 3.3V, a separate level shift circuit is required. When the level shift circuit is connected in series with the NMOS transistor 118, the pull-up control signal PU is applied. The longer the transmission path, the worse the signal transmission characteristic.
따라서 본 발명은 웰-바이어스 제어회로를 구비하여 풀업 제어회로에 입력신호와 동일한 레벨의 웰-바이어스 전압이 공급되도록 하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a well-bias control circuit so that a well-bias voltage having the same level as an input signal is supplied to a pull-up control circuit.
이와 같은 목적의 본 발명은 데이터 출력단과 구동부, 웰-바이어스 제어부, 풀업 제어부, 풀다운 제어부를 포함하여 이루어진다.The present invention for this purpose comprises a data output stage, a driver, a well-bias controller, a pull-up controller, a pull-down controller.
데이터 출력단으로는 제 1 레벨 또는 제 2 레벨의 제 1 신호가 입출력된다. 구동부는 데이터 신호와 출력 인에이블 신호를 입력받아 제 3 레벨의 풀업 제어신호와 풀다운 제어신호를 발생시킨다. 웰-바이어스 제어부는 제 1 신호가 제 1 레벨일 때 제 1 레벨의 웰-바이어스 전압을 발생시키고, 제 1 신호가 제 2 레벨일 때 제 2 레벨의 웰-바이어스 전압을 발생시키도록 이루어진다. 풀업 제어부는 웰-바이어스 전압을 공급받고, 풀 업 제어신호에 의해 제어되어 데이터 출력단을 풀 업시킨다. 풀다운 제어부는 풀다운 제어신호에 의해 제어되어 데이터 출력단을 풀다운시킨다.The first signal of the first level or the second level is input / output to the data output terminal. The driver receives the data signal and the output enable signal and generates a pull-up control signal and a pull-down control signal of a third level. The well-bias control unit is configured to generate a well-bias voltage of a first level when the first signal is a first level, and to generate a well-bias voltage of a second level when the first signal is a second level. The pull-up control unit receives a well-bias voltage and is controlled by a pull-up control signal to pull up the data output terminal. The pull-down control unit is controlled by a pull-down control signal to pull down the data output stage.
도 1은 종래의 데이터 출력버퍼의 회로도.1 is a circuit diagram of a conventional data output buffer.
도 2는 본 발명에 따른 데이터 출력버퍼의 회로도.2 is a circuit diagram of a data output buffer according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
102, 202 : 프리 드라이버 104, 204, 풀업 제어회로102, 202: pre-driver 104, 204, pull-up control circuit
106, 206 : 풀다운 제어회로 108, 208 : 입출력 패드106, 206: pull-down control circuit 108, 208: input / output pad
110, 232 : 입력단 VDD3 : 3.3V 전원전압110, 232: Input terminal VDD3: 3.3V power supply voltage
VDD : 2.5V 또는 3.3V 전원전압VDD: 2.5V or 3.3V Supply Voltage
이와 같이 이루어지는 본 발명의 바람직한 실시예를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 2는 본 발명에 따른 데이터 출력버퍼를 나타낸 회로도이다.The preferred embodiment of the present invention thus made will be described with reference to FIG. 2 as follows. 2 is a circuit diagram illustrating a data output buffer according to the present invention.
도 2에 나타낸 바와 같이,As shown in FIG.
프리-드라이버(202)에는 출력 인에이블 신호(EN)와 데이터 신호(DOUT)가 입력된다. 공급전압(VDD)은 2.5V이다. 프리-드라이버(202)에서는 풀업 제어신호(PU)와 풀다운 제어신호(PD)가 출력된다. 데이터 신호(DOUT)가 하이레벨이면 풀업 제어신호(PU) 역시 하이레벨이 되고, 데이터 신호(DOUT)가 로우레벨이면 풀다운 제어신호(PD)가 로우레벨이 된다. 풀업 제어신호(PU)는 풀업 제어회로(204)를 구동하고, 풀다운 제어신호(PD)는 풀다운 제어회로(206)를 구동한다. 풀업 제어신호(PU)와 풀다운 제어신호(PD)는 모두 2.5V의 전압레벨을 갖는다.The output enable signal EN and the data signal DOUT are input to the pre-driver 202. Supply voltage VDD is 2.5V. The pre-driver 202 outputs a pull-up control signal PU and a pull-down control signal PD. If the data signal DOUT is at a high level, the pull-up control signal PU is also at a high level. If the data signal DOUT is at a low level, the pull-down control signal PD is at a low level. The pull-up control signal PU drives the pull-up control circuit 204, and the pull-down control signal PD drives the pull-down control circuit 206. Both the pull-up control signal PU and the pull-down control signal PD have a voltage level of 2.5V.
풀업 제어회로(204)와 풀다운 제어회로(206)는 모두 데이터 출력단을 통하여 입출력 패드(208)에 연결되어 있다. 이 입출력 패드(208)를 통하여 데이터의 입력과 출력이 모두 가능하다. 이 입출력 패드(208)를 통하여 입력되는 데이터 신호는 별도의 입력단(232)을 통하여 칩 내부로 전달되며, 이때 데이터 출력버퍼를 구성하는 풀업 제어회로(204)와 풀다운 제어회로(206)는 모두 턴 오프되어 트라이-스테이트가 된다.The pull-up control circuit 204 and the pull-down control circuit 206 are both connected to the input / output pad 208 through the data output terminal. Both input and output of data are possible through this input / output pad 208. The data signal input through the input / output pad 208 is transferred to the chip through a separate input terminal 232, and at this time, both the pull-up control circuit 204 and the pull-down control circuit 206 constituting the data output buffer are turned. Off to tri-state.
먼저 풀업 제어회로(204)의 구성을 살펴보면 다음과 같다. 엔모스 트랜지스터(226)는 풀업 제어신호(PU)가 인버터(234)에 의해 반전된 신호에 의해 제어된다. 이 엔모스 트랜지스터(226)의 소스는 접지되고 드레인에는 또 다른 엔모스 트랜지스터(224)가 연결된다. 이 엔모스 트랜지스터(224)의 게이트는 프리-드라이버(102)의 전원전압(VDD)과 동일한 전압에 의해 항상 턴 온되어 있다.First, the configuration of the pull-up control circuit 204 will be described. The NMOS transistor 226 is controlled by a signal in which the pull-up control signal PU is inverted by the inverter 234. The source of the NMOS transistor 226 is grounded and another NMOS transistor 224 is connected to the drain. The gate of the NMOS transistor 224 is always turned on by the same voltage as the power supply voltage VDD of the pre-driver 102.
3.3V의 전원전압(VDD3)과 데이터 출력단 사이에는 두 개의 피모스 트랜지스터(218)(220)가 직렬 연결된다. 피모스 트랜지스터(218)의 게이트는 상술한 엔모스 트랜지스터(224)의 출력신호에 제어되며, 피모스 트랜지스터(220)의 게이트는 풀업 제어신호(PU)에 의해 제어된다. 피모스 트랜지스터(218)의 게이트와 데이터 출력단 사이에는 피모스 트랜지스터(222)의 양단이 연결되는데, 이 피모스 트랜지스터(222)의 게이트에는 항상 3.3V 전압(VDD3)이 공급된다. 풀업 제어회로(204)의 각각의 피모스 트랜지스터는 웰-바이어스 제어회로(210)에서 출력되는 웰-바이어스 전압을 갖는다.Two PMOS transistors 218 and 220 are connected in series between the 3.3V power supply voltage VDD3 and the data output terminal. The gate of the PMOS transistor 218 is controlled by the output signal of the NMOS transistor 224 described above, and the gate of the PMOS transistor 220 is controlled by the pull-up control signal PU. Both ends of the PMOS transistor 222 are connected between the gate of the PMOS transistor 218 and the data output terminal. The 3.3V voltage VDD3 is always supplied to the gate of the PMOS transistor 222. Each PMOS transistor of the pull-up control circuit 204 has a well-bias voltage output from the well-bias control circuit 210.
웰-바이어스 제어회로(210)의 구성은 다음과 같다. 병렬 연결된 두 개의 피모스 트랜지스터(212)(214)에는 3.3V 전원전압(VDD3)이 공급된다. 피모스 트랜지스터(212)의 게이트는 풀업 제어회로(204)의 엔모스 트랜지스터(224)의 출력신호에 의해 제어되며, 피모스 트랜지스터(214)의 게이트는 데이터 출력단의 신호에 의해 제어된다. 이 두 피모스 트랜지스터(212)(214)의 타단과 데이터 출력단 사이에는 피모스 트랜지스터(216)가 연결된다. 이 피모스 트랜지스터(216)의 게이트는 3.3V 전원전압(VDD3)에 의해 제어된다. 병렬 연결된 두 개의 피모스 트랜지스터(212)의 타단에서는 웰-바이어스 전압이 발생하여 상술한 풀업 제어회로(204)의 각각의 피모스 트랜지스터(218∼222)에 공급된다.The well-bias control circuit 210 is configured as follows. The 3.3V power supply voltage VDD3 is supplied to two PMOS transistors 212 and 214 connected in parallel. The gate of the PMOS transistor 212 is controlled by the output signal of the NMOS transistor 224 of the pull-up control circuit 204, and the gate of the PMOS transistor 214 is controlled by the signal of the data output terminal. The PMOS transistor 216 is connected between the other end of the two PMOS transistors 212 and 214 and the data output terminal. The gate of this PMOS transistor 216 is controlled by the 3.3V power supply voltage VDD3. At the other end of the two PMOS transistors 212 connected in parallel, a well-bias voltage is generated and supplied to the PMOS transistors 218 to 222 of the pull-up control circuit 204 described above.
논리 1의 데이터 신호를 출력하기 위하여 풀업 제어신호(PU)가 하이레벨(2.5V)로 된 경우에는 피모스 트랜지스터(220)와 엔모스 트랜지스터(226)가 턴 온되며, 이 때문에 피모스 트랜지스터(218) 역시 턴 온되어 데이터 출력단에는 3.3V의 신호가 출력된다.When the pull-up control signal PU becomes high level (2.5V) to output the data signal of logic 1, the PMOS transistor 220 and the NMOS transistor 226 are turned on. 218) is also turned on to output a 3.3V signal to the data output terminal.
입출력 패드(208)를 통하여 5V의 신호가 입력되면, 피모스 트랜지스터(216)가 턴 온되어 웰-바이어스 전압은 5V로 된다. 이 때문에 풀업 제어회로(204)의 피모스 트랜지스터(222)도 턴 온되어, 피모스 트랜지스터(218)(212)의 각각의 게이트에도 5V의 신호가 공급된다. 즉, 풀업 제어회로(204)의 모든 피모스 트랜지스터(218∼222)에는 5V의 웰-바이어스 전압이 공급된다. 이때 데이터 출력단의 5V 전압이 엔모스 트랜지스터(226)에 직접 전달되는 것을 막기 위하여 엔모스 트랜지스터(224)가 사용된다.When a 5V signal is input through the input / output pad 208, the PMOS transistor 216 is turned on so that the well-bias voltage becomes 5V. For this reason, the PMOS transistor 222 of the pull-up control circuit 204 is also turned on, and a 5V signal is also supplied to each gate of the PMOS transistor 218 and 212. That is, the well-bias voltage of 5V is supplied to all PMOS transistors 218 to 222 of the pull-up control circuit 204. At this time, the NMOS transistor 224 is used to prevent the 5V voltage of the data output terminal from being directly transmitted to the NMOS transistor 226.
상술한 실시예에서 프리-드라이버(102)의 공급전압(VDD)을 2.5V로 가정하였는데, 이 경우에는 실제로 레벨 쉬프터를 이용하여 풀업 제어신호(PU)를 3.3V로 변환하여야 한다. 이때 프리-드라이버(102) 내의 인버터(234)를 레벨 쉬프터로 대체할 수 있다.In the above-described embodiment, it is assumed that the supply voltage VDD of the pre-driver 102 is 2.5V. In this case, the pull-up control signal PU must be converted to 3.3V using a level shifter. In this case, the inverter 234 in the pre-driver 102 may be replaced with a level shifter.
따라서 본 발명은 웰-바이어스 제어회로를 구비하여 풀업 제어회로에 입력신호와 동일한 레벨의 웰-바이어스 전압이 공급되도록 하여, 내부 신호와 외부 신호의 전압차에 따른 내압특성을 향상시킬 수 있다.Therefore, the present invention includes a well-bias control circuit so that the well-bias voltage having the same level as the input signal is supplied to the pull-up control circuit, thereby improving the breakdown voltage characteristic according to the voltage difference between the internal signal and the external signal.
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