KR100434481B1 - 입출력 모드가 자동으로 전환되는 입출력 겸용 버퍼 - Google Patents

Abstract

집적회로의 입출력 겸용버퍼에 있어서, 자동으로 입출력 모드가 전환되는 입출력 겸용버퍼를 개시한다. 본 발명에 따른 입출력 모드가 자동으로 전환되는 입출력 겸용 버퍼는 IC 내부에서 신호가 출력되는 출력 노드 A; IC 외부에서 신호가 입력되는 입력 노드 B; IC 내부의 핀 노드 C; 노드 A에서 출력되는 신호를 버퍼링하여 IC의 핀으로 출력시키는 에미터 폴로워 버퍼부; 상기 에미터 폴로워 버퍼에 출력되는 노드 A의 신호와 외부에서 입력되는 핀 노드 C의 신호의 레벨을 비교하여 자동으로 입출력 모드를 전환하는 레벨 비교기부를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 의하면, 입출력 모드가 자동으로 전환되는 입출력 겸용 버퍼는 출력되는 신호와 입력되는 신호의 전위를 비교하여 별도의 조정신호를 사용하지 않고 입력 또는 출력 모드로 자동 전환되고, 플로팅 상태를 방지하는 별도의 수단을 사용하지 않아도 된다.

Description

입출력 모드가 자동으로 전환되는 입출력 겸용 버퍼

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 IC의 입출력 겸용 버퍼에 관한 것이다.

일반적으로 집적회로(Intergrated Circuit : IC)를 설계함에 있어서, 핀(Pin)의 효율적인 사용을 위해서는 한 핀을 입력 및 출력 겸용 핀으로 사용해야 하는 경우가 발생한다. 이와 같은 경우 가장 널리 사용되는 방법은 별도의 조정 신호 및 스위치를 사용하여 입출력 모드를 조정하는 방법이다.

도 1은 종래의 입출력 겸용 버퍼의 회로도이다. 도면을 참조하면, 노드 A(100)는 IC내부에서 신호가 출력되는 노드(Node)이고, 노드 B(110)는 IC외부에서 신호를 입력받아야 하는 노드이며, 노드 C(120)는 IC의 핀을 의미한다. ENABLE 신호는 스위치 SW1(130)과 SW2(140)의 온/오프(On/Off)를 조정하는 신호로서 ENABLE이 하이(High)인 경우에는 스위치가 온이되고 로우(Low)인 경우에는 스위치가 오프가 되게 된다.

동작원리를 살펴보면 다음과 같다. 만약 노드 C를 출력모드로 사용할 경우에는 ENABLE 신호를 하이로 인가하여 SW1(130)이 온 되게 하고, ENABLE 신호가 인버터(Inverter : 150)를 통과하여 SW2(140)가 오프가 되게한다. SW1(130)이 온이므로 노드 A(100)에서 출력되는 신호가 SW1(130)을 통과하여 노드 C(120), 즉 IC의 핀으로 출력되게 된다. 이 경우에는 SW2(140)가 오프이므로 노드 B(110)에는 아무런 신호도 입력되지 않게 된다. 노드 C(120)를 입력모드로 사용할 경우에는 ENABLE 신호를 로우로 인가하여 SW2(140)가 온이 되게 하고 SW1(130)이 오프가 되게 한다. SW1(130)이 오프이므로 노드 A(100)에서 출력되는 신호는 노드 C(120)로 전달되지 않게 되고, IC 외부에서 핀, 즉 노드 C(120)에 인가하여 주는 입력이 SW2(140)를 통과하여 노드 B(110)로 전달되게 된다.

상기한 바와 같이 종래의 방식을 사용하면, 하나의 핀을 입력 및 출력 겸용 핀으로 사용할 수가 있으나, 입출력 모드를 조정하기 위해서는 별도의 조정 신호를 사용해야 하는 단점이 있다. 또한 출력 모드로 사용하는 경우, 외부로부터 신호를 입력받고자 하는 노드 B가 플로팅(Floating)되게 되므로 이에 의한 영향을 제거하기 위하여 별도의 스위치를 사용하거나 특수한 회로구조를 사용해야 한다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 요구에 부응하고자 창출한 것으로, 본 발명의 목적은 IC의 입출력 겸용 버퍼에 있어서, 별도의 조정신호를 사용하지 않고 자동으로 입출력 모드가 전환되는 입출력 겸용 버퍼를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 입출력 겸용 버퍼의 회로도이다.

도 2는 본 발명에 따른 입출력 겸용 버퍼의 회로도이다.

도 3은 본 발명에 따른 입출력 겸용 버퍼를 출력 모드로 사용할 경우의 각 노드의 파형도이다.

도 4는 본 발명에 따른 입출력 겸용 버퍼를 아날로그 입력 모드로 사용할 경우의 각 노드의 파형도이다.

도 5는 본 발명에 따른 입출력 겸용 버퍼를 디지탈 입력 모드로 사용할 경우의 각 노드의 파형도이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 출력 노드 A, 입력 노드 B, IC 외부의 핀인 노드 C, 에미터 플로워 버퍼부, 및 레벨 비교기부를 구비한다.

에미터 폴로워 버퍼부는 노드 A에서 출력되는 신호를 버퍼링하여 IC의 핀으로 출력시킨다.

레벨 비교기부는 상기 에미터 폴로워 버퍼에 출력되는 노드 A의 신호와 외부에서 입력되는 핀 노드 C의 신호의 레벨을 비교한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 입출력 겸용 버퍼의 회로도이다.

도면을 참조하면 본 발명에 따른 입출력 겸용 버퍼는 에미터 폴로워(Emitter Follower) 버퍼부(230), 레벨 비교기부(240)를 구비한다. 출력 노드 A(200)는 IC 내부에서 신호가 출력되는 노드이고, 입력 노드 B(210)는 IC 내부로 신호가 입력되는 노드이며, 노드 C(220)은 IC 외부의 핀이다. 에미터 폴로워 버퍼부(230)는 NPN 트랜지스터 Q1(232) 및 전류원 I1(234)로 구성되어 상기 노드 A(200)에서 출력되는 신호를 버퍼링하여 IC의 핀인 상기 노드 C(220)로 출력시키며, 레벨 비교기부(240)는 NPN 트랜지스터 Q2(242)와 NPN 트랜지스터 Q3(244)와 전류원 I2(246) 및 로드저항 R1(248)으로 구성되어 상기 에미터 폴로워 버퍼부(230)에 출력되는 노드 A(200)의 신호와 외부에서 입력되는 노드 B(210)의 신호의 레벨을 비교하여 입출력 모드를 자동으로 전환한다.

도 3은 도 2의 입출력 겸용 버퍼를 출력 모드로 사용할 경우의 각 노드의 파형도이다. 도 2와 도 3을 참조하면, 노드 A(200)에는 출력시키고자 하는 신호가 인가되게 되고, 출력 모드이므로 노드 C(220)에는 IC 외부로부터 아무런 입력도 인가되지 않으므로 노드 C(220)에는 노드 A(200)에 인가되는 신호가 에미터 폴로워 버퍼부(230)를 통과하여 출력되게 된다. 이때 레벨 비교기(240)의 Q2(242)의 베이스(Base)에는 노드 A(200)의 출력 신호가 VD 만큼 강하되어 인가되게 되고, Q3(244)의 베이스에는 노드 A(200)의 전압 강하 없이 직접 인가되므로 Q2(242)는 항상 오프 상태가 되고 Q3(244)는 항상 온 상태가 된다. 즉, Q2(242)가 오프이므로 노드 B(210)에는 항상 하이 값이 인가되게 된다.

상기 입출력 겸용 버퍼를 입력 모드로 사용할 경우에는 노드 C(220)에 IC 외부로부터 입력하고자 하는 신호가 인가되는데, 이때 입력신호는 아날로그(Analog) 신호 또는 디지탈(Digital)신호가 될 수 있다.

도 4 는 도 2의 입출력 겸용 버퍼를 아날로그 입력 모드로 사용할 경우의 각 노드의 파형도이다.

아날로그 신호를 입력할 경우 노드 A(200)에는 교류(AC) 성분이 없는 순수한 직류(DC) 바이어스 신호만이 인가되어야 하고, 노드 C(220)에는 노드 A(200)의 바이어스 레벨과 동일하거나 높은 직류 레벨을 가지는 교류 신호를 인가하여 준다. 이와 같이 하면 Q2(242)의 베이스에는 외부로부터 입력받고자 하는 아날로그 신호가 인가되게 되고, Q3(244)의 베이스에는 노드 A(200)로부터 전달되는 직류 바이어스 신호가 인가되게 되므로 노드 B(210)에는 노드 C(220)로부터 입력되는 신호가 전달되게 된다. 이때 노드 B(210)로 전달되는 신호는 노드 C(220)로부터 입력되는 신호와 역상이며 신호 레벨은 레벨 비교기(240)의 증폭 이득에 의하여 결정된다. 또한 노드 B의 직류 레벨은 로드 저항 R1(248)과 레벨 비교기의 바이어스 전류 I2에 의해 결정하게 된다.

도 5는 도 2의 입출력 겸용 버퍼를 디지탈 입력 모드로 사용할 경우의 각 노드의 파형도이다.

디지탈 신호를 입력하는 경우 노드 A(200)에는 IC 내부에서 출력되는 신호가 인가되며, 이때 노드 A(200)에 인가되는 신호는 아날로그 신호를 입력하는 경우와 달리 교류 성분을 포함하고 있어도 무방하다. 노드 C(220)에는 외부로부터 디지탈 신호가 인가되는데, 우선 노드 C(220)에 디지탈 신호의 하이 상태가 입력되면 레벨 비교기의 Q2(242)의 베이스에는 전원 전압 레벨의 하이 신호가 입력되고, Q3의 베이스에는 노드 A(200)로부터 전달되는 아날로그 신호가 전달되고 있으므로 Q2는 온되고 Q3(244)는 오프되어 레벨 비교기(240)는 로우 값을 출력하게 된다. 즉 노드 B(210)에 로우 상태가 전달되게 된다. 다음 노드 C(220)에 디지탈 신호의 로우 상태가 입력되면 Q2(242)는 오프되고 Q3(244)는 온되므로 레벨 비교기(240)는 하이 값을 출력하여 노드 B(210)에 하이 상태가 전달되게 된다. 노드 B(210)로 전달되는 디지탈 신호의 디지탈 신호의 로우 상태 레벨 VZ 는 레벨 비교기(240)의 로드(Load) 저항 R1(248)과 바이어스 전류 I2(246)에 의해 결정되게 된다.

따라서 본 발명에서 제안하는 입출력 겸용 버퍼는 IC 내부에서 입력되는 신호의 레벨을 레벨 비교기(240)에서 비교하여 입력모드 또는 출력 모드로 자동 전환되는 버퍼로서 별도의 조정신호를 사용하지 않고 하나의 핀을 입력과 출력 겸용으로 사용할 수 있다는 장점을 가진다. 또한 출력 모드로 사용할 경우 IC 내부의 입력 노드가 플로팅 상태가 되자 않으므로 기존 방법에서처럼 플로팅 상태를 방지하는 별도의 수단을 사용하지 않아도 된다는 장점을 가진다.

본 발명이 상기 실시 예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상적 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 입력모드와 출력 모드가 자동 전환되는 버퍼로서 별도의 조정신호를 사용하지 않고 하나의 핀을 입력과 출력 겸용으로 사용할 수 있는 입출력 겸용 버퍼를 제공할 수 있다.

Claims (6)

1. IC 내부에서 신호가 출력되는 출력 노드 A;

   IC 내부로 신호가 입력되는 입력 노드 B;

   IC 외부의 핀 노드 C;

   상기 출력 노드 A에서 출력되는 신호를 버퍼링하여 IC의 핀으로 출력시키는 에미터 폴로워 버퍼부;

   상기 에미터 폴로워 버퍼에 출력되는 상기 출력 노드 A의 신호와 외부에서 입력되는 상기 핀 노드 C의 신호의 레벨을 비교하여 자동으로 입출력 모드를 전환하는 레벨 비교기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입출력 겸용 버퍼.
2. 제1항에 있어서, 상기 에미터 폴로워 버퍼부는 콜렉터에 전원이 연결되고 베이스에 상기 출력 노드 A가 접속된 제1 트랜지스터, 및 상기 제1 트랜지스터의 에미터에 연결된 전류원을 구비하여 상기 출력 노드 A에서 출력되는 신호를 버퍼링하여 상기 핀 노드 C로 출력시키는 것을 특징으로 하는 입출력 겸용 버퍼.
3. 제1항에 있어서, 상기 레벨 비교기부는 전원에 일단이 연결된 로드 저항과, 상기 로드 저항의 타단에 콜렉터가 접속되고 베이스에 상기 핀 노드 C가 연결된 제2 트랜지스터와, 상기 전원에 콜렉터가 접속되고 베이스에 상기 출력 노드A가 연결된 제3 트랜지스터와, 상기 제2 트랜지스터의 에미터와 제3 트랜지스터의 에미터가 연결된 전류원을 구비하여 상기 에미터 폴로워 버퍼부에 출력되는 상기 출력 노드 A의 신호와 외부에서 입력되는 상기 핀 노드 C의 신호의 레벨을 비교하여 입출력 모드를 자동으로 전환하는 것을 특징으로 하는 입출력 겸용 버퍼.
4. 제1항에 있어서, 상기 입출력 겸용 버퍼는 별도의 조정 신호를 사용하지 않고 입력 모드 및 출력 모드로 자동 전환되는 것을 특징으로 하는 입출력 겸용 버퍼.
5. 제1항에 있어서. 상기 입출력 겸용 버퍼는 출력되는 신호와 입력되는 신호의 전위를 비교하여 입력 또는 출력 모드로 자동 전환되는 것을 특징으로 하는 입출력 겸용 버퍼.
6. 제1항에 있어서. 상기 입출력 겸용 버퍼는 출력 모드로 사용할 경우 IC 내부의 입력모드가 플로팅 상태가 되지 않으므로 플로팅 상태를 방지하는 별도의 수단을 사용하지 않아도 되는 것을 특징으로 하는 입출력 겸용버퍼.

Images