KR100695416B1 - Cmos output driving circuit - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다이랙트 커런트 패스를 제거하여 전류소모를 줄일 수 있으며, 출력 전압의 기울기를 조절할 수 있는 씨모스 출력 구동 회로를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 씨모스 출력 구동 회로에 있어서, 출력단; 전원전압단과 상기 출력단 사이에 직렬 연결된 제1, 2 풀업 트랜지스터 및 상기 출력단과 접지단 사이에 직렬 연결된 제1, 2풀다운 트랜지스터를 구비하며, 입력에 따라 가변되는 기울기를 갖는 신호를 출력하는 N(N은 자연수)개의 출력구동부; 동일한 두개의 다른 입력신호에 의해 각각 반전된 출력을 갖는 두개의 단위 인버터가 서로 전원전압단과 접지단 사이에 병렬 연결되되, 상기 각 단위 인버터를 이루는 각 단위소자의 저항비가 서로 다르도록 하여 대응되는 상기 출력구동부를 각각 제어하는 소정의 시간차를 갖는 두 신호를 출력하는 N개의 반전지연부; 상기 입력신호의 반전된 값에 문턱전압을 가감한 신호를 출력하여 상기 단위 인버터를 제어하는 제어부를 포함한다.
The present invention is to provide a CMOS output drive circuit that can reduce the current consumption by eliminating the direct current pass, and to adjust the slope of the output voltage, the present invention for this purpose, in the CMOS output drive circuit, ; First and second pull-up transistors connected in series between a power supply voltage terminal and the output terminal, and first and second pull-down transistors connected in series between the output terminal and the ground terminal, and outputting a signal having a slope varying according to an input; Is a natural number) output driver; Two unit inverters having outputs inverted by two identical input signals, respectively, are connected in parallel between a power supply voltage terminal and a ground terminal, and the resistance ratios of the respective unit elements constituting the unit inverters are different from each other. N inverting delay units for outputting two signals having a predetermined time difference respectively controlling the output driver; And a controller configured to control the unit inverter by outputting a signal obtained by adding or subtracting a threshold voltage to the inverted value of the input signal.
출력 구동 회로, 다이랙트 커런트 패스, 저항비, 풀업, 풀다운.Output drive circuit, direct current pass, resistance ratio, pull up and pull down.
Description
도 1은 일반적으로 사용되는 종래의 출력 구동 회로를 도시한 도면.1 shows a conventional output drive circuit generally used.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 씨모스 출력 구동 회로도.2 is a CMOS output driving circuit diagram according to an embodiment of the present invention.
도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 상기 도 2의 출력 구동 회로에 대한 타이밍도.
3 is a timing diagram of the output driving circuit of FIG. 2 in accordance with an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명* Description of the main parts of the drawing
21 : 인버터21: inverter
22 : 제어부22: control unit
23-1 ∼ 23-n : 반전지연부23-1 to 23-n: Reverse delay part
23a, 23b : 단위 인버터23a, 23b: unit inverter
24-1 ∼ 24-n : 출력구동부
24-1 to 24-n: output driver
본 발명은 반도체 회로에 관한 것으로, 특히 출력 전압의 기울기를 조절할 수 있는 출력 구동 회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor circuits, and more particularly to an output drive circuit capable of adjusting the slope of an output voltage.
최근 반도체 회로가 복잡해지고, 칩 크기가 커짐에 따라 칩 내부에 동시에 스위칭되는 회로가 많아져 급격한 전류 변화를 가져오게 되며, 이에 따른 노이즈와 전류소모의 문제가 발생하게 된다.Recently, as semiconductor circuits become more complicated and chip sizes increase, more circuits are simultaneously switched inside the chip, resulting in a sudden change in current, resulting in noise and current consumption.
또한, 출력 신호의 파형이 급격하는 변화하는 경우, 출력의 안정화 시간에 관한 문제가 발생하게 된다.In addition, when the waveform of the output signal changes abruptly, a problem regarding the stabilization time of the output occurs.
도 1은 일반적으로 사용되는 종래의 출력 구동 회로를 도시한 도면으로서, 출력단(이하 OUT이라 함)을 각각 풀업 또는 풀다운 구동하는 피모스 트랜지스터 및 엔모스 트랜지스터로 구성된 두 개의 씨모스 인버터(11, 12)로 구성된다. FIG. 1 is a diagram illustrating a conventional output driving circuit which is generally used, and includes two
상기 도 1에 도시된 종래의 출력 구동 회로는 OUT0의 전압값을 전원전압레벨(VDD, 이하 '하이'라 함)에서 접지전압레벨(VSS, 이하 '로우'라 함)까지 변화시키며, 구동에 필요한 전류를 파워라인에서 직접 가져온다. 따라서, OUT의 전압에 필요한 전하를 파워라인에서 직접 가져옴으로써 스위칭 시 발생하는 급격한 전류의 변화가 발생하며, 출력 구동을 위해서 여러단의 인버터를 사용하게 되므로 이에 따라 많은 전류소모가 발생하게 되며, OUT의 기울기(Slope)를 조절할 수 없어 OUT의 전압이 안정화되는 시간이 많이 걸리는 문제점이 발생하게 된다.
The conventional output driving circuit shown in FIG. 1 changes the voltage value of OUT0 from the power supply voltage level (VDD, hereinafter referred to as 'high') to the ground voltage level (VSS, hereinafter referred to as 'low'). The required current is taken directly from the power line. Therefore, a rapid current change occurs during switching by directly bringing the charge required for the voltage of OUT from the power line, and a plurality of inverters are used to drive the output, thus causing a large current consumption. Since it is impossible to adjust the slope of the circuit, it takes a long time for the voltage of OUT to stabilize.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 앞단 인버터의 구조를 변 경하여 다이랙트 커런트 패스를 없앰으로써 전류소모를 줄일 수 있으며, 출력단에 다단의 트랜지스터를 구성하여 그 게이트단을 제어하여 출력 전압의 기울기를 조절할 수 있는 씨모스 출력 구동 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention is to solve the above problems, it is possible to reduce the current consumption by changing the structure of the front-end inverter to eliminate the direct current pass, and to configure the transistors of the output stage to control the gate stage of the output voltage It is an object of the present invention to provide a CMOS output driving circuit that can adjust the slope of.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 씨모스 출력 구동 회로에 있어서, 출력단; 전원전압단과 상기 출력단 사이에 직렬 연결된 제1, 2 풀업 트랜지스터 및 상기 출력단과 접지단 사이에 직렬 연결된 제1, 2풀다운 트랜지스터를 구비하며, 입력에 따라 가변되는 기울기를 갖는 신호를 출력하는 N(N은 자연수)개의 출력구동부; 동일한 두개의 다른 입력신호에 의해 각각 반전된 출력을 갖는 두개의 단위 인버터가 서로 전원전압단과 접지단 사이에 병렬 연결되되, 상기 각 단위 인버터를 이루는 각 단위소자의 저항비가 서로 다르도록 하여 대응되는 상기 출력구동부를 각각 제어하는 소정의 시간차를 갖는 두 신호를 출력하는 N개의 반전지연부; 상기 입력신호의 반전된 값에 문턱전압을 가감한 신호를 출력하여 상기 단위 인버터를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다.
The present invention for achieving the above object, the CMOS output drive circuit, the output stage; First and second pull-up transistors connected in series between a power supply voltage terminal and the output terminal, and first and second pull-down transistors connected in series between the output terminal and the ground terminal, and outputting a signal having a slope varying according to an input; Is a natural number) output driver; Two unit inverters having outputs inverted by two identical input signals, respectively, are connected in parallel between a power supply voltage terminal and a ground terminal, and the resistance ratios of the respective unit elements constituting the unit inverters are different from each other. N inverting delay units for outputting two signals having a predetermined time difference respectively controlling the output driver; And a controller for controlling the unit inverter by outputting a signal obtained by adding or subtracting a threshold voltage to the inverted value of the input signal.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 씨모스 출력 구동 회로도이며, 도 3은 상 기 도 2에 따른 각 신호의 타이밍도이다.2 is a CMOS output driving circuit diagram according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a timing diagram of each signal according to the FIG.
도 2를 참조하면, 본 발명의 씨모스 출력 구동 회로는, 출력단(F)과, 전원전압단(VDD)과 상기 출력단(F) 사이에 직렬 연결된 제1, 2 풀업 트랜지스터(P24-1, P24-2) 및 상기 출력단(F)과 접지단(VSS) 사이에 직렬 연결된 제1, 2풀다운 트랜지스터(N24-1, N24-2)를 구비하며, 입력에 따라 가변되는 기울기를 갖는 신호를 출력하는 N(N은 자연수)개의 출력구동부(24-1 ∼ 24-n)와, 동일한 두개의 다른 입력신호에 의해 각각 반전된 출력을 갖는 두개의 단위 인버터(23a, 23b)가 서로 전원전압단(VDD)과 접지단(VSS) 사이에 병렬 연결되되, 각 단위 인버터(23a, 23b)를 이루는 각 단위소자의 저항비가 서로 다르도록 하여 대응되는 상기 출력구동부(24-1 ∼ 24-n)를 각각 제어하는 소정의 시간차를 갖는 두 신호를 출력하는 N개의 반전지연부(23-1 ∼ 23-n)와, 입력신호(IN)의 반전된 값에 문턱전압(Vt)을 가감한 신호를 출력하여 상기 단위 인버터(23a, 23b)를 제어하는 제어부(22)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the CMOS output driving circuit of the present invention includes first and second pull-up transistors P24-1 and P24 connected in series between an output terminal F, a power supply voltage terminal VDD, and the output terminal F. FIG. And second and second pull-down transistors N24-1 and N24-2 connected in series between the output terminal F and the ground terminal VSS, and outputting a signal having a slope varying according to an input. N (N is a natural number) output driving units 24-1 to 24-n, and two
상기 제어부(22)는, 피모스 트랜지스터(P21)와 엔모스 트랜지스터(N21)가 전원전압단(VDD)과 접지단(VSS) 사이에 직렬로 연결되며, 입력신호(IN)를 게이트단의 공통 입력으로 하는 인버터(21)와, 입력신호(IN)를 게이트단의 입력으로 하고 소스단이 전원전압단(VDD)에 연결되며, 드레인단의 출력을 단위 지연부(23a, 23b)의 일입력으로 하는 피모스 트랜지스터(P22)와, 인버터(21)의 출력단(B)과 피모스 트랜지스터(P22)의 드레인단 사이에 연결되어, 입력신호(IN)가 '하이'일 경우 출력단(B)의 '로우' 보다 문턱전압(Vt) 만큼 높은 전압 레벨을 출력하되, 저항비의 가변이 가능하도록 하여 소정의 가울기를 갖는 출력에 의해 반전 지연부(23)의 지 연을 조절하도록 하는 다이오드 트랜지스터(N22a)와, 입력신호(IN)를 게이트단의 입력으로 하고 소스단이 접지단(VSS)에 연결되며, 드레인단의 출력을 단위 인버터(23a, 23b) 타입력으로 하는 엔모스 트랜지스터(N22) 및 인버터(21)의 출력단(B)과 엔모스 트랜지스터(N22)의 드레인단 사이에 연결되어, 입력신호(IN)가 '로우'일 경우 출력단(B)의 '하이' 보다 문턱전압(Vt) 만큼 낮은 전압 레벨을 출력하되, 저항비의 가변이 가능하도록 하여 소정의 기울기를 갖는 출력에 의해 반전지연부(23-1 ∼ 23-n)의 지연을 조절하도록 하는 다이오드 트랜지스터(N22b)를 구비하여 구성된다.The
여기서, 상기 다이오드 트랜지스터(N22a, N22b)는 엔모스 트랜지스터 또는 피모스 트랜지스터이다.Here, the diode transistors N22a and N22b are NMOS transistors or PMOS transistors.
또한, 상기 단위 인버터(23a, 23b)는, 피모스 트랜지스터(P22)의 출력을 게이트단 입력으로 하는 피모스 트랜지스터(P23)와 엔모스 트랜지스터(N22)의 출력을 게이트단 입력으로 하는 엔모스 트랜지스터(N23)가 전원전압단(VDD)과 접지단(VSS) 사이에 직렬 연결된 단위 인버터(23a)와, 피모스 트랜지스터(P22)의 출력을 게이트단 입력으로 하는 피모스 트랜지스터(P24)와 엔모스 트랜지스터(N22)의 출력을 게이트단 입력으로 하는 엔모스 트랜지스터(N24)가 전원전압단(VDD)과 접지단(VSS) 사이에 직렬 연결된 단위 인버터(23b)를 구비하여 구성되며,The
상기 단위 인버터(23a)는, 풀업 트랜지스터(P24-1) 및 풀다운 트랜지스터(N24-1)의 게이트단을 제어하며, 단위 인버터(23b)는, 풀업 트랜지스터(P24-2) 및 풀다운 트랜지스터(N24-2)의 게이트단을 제어하며, 상기 피 모스 및 엔모스 트랜지스터(P23-1, P23-2, N23-1, N23-2)는 각기 다른 저항비를 갖는다.The
상기한 구성을 갖는 본 발명의 출력 구동 회로를 도 3을 참조하여 상세히 설명하는 바, 설명의 편리함을 위해 하나의 반전지연부(23-1)와 하나의 출력구동부(24-1)만 예로 들어 설명한다.The output driving circuit of the present invention having the above-described configuration will be described in detail with reference to FIG. 3. For convenience of description, only one inversion delay unit 23-1 and one output driving unit 24-1 are taken as an example. Explain.
먼저, 입력신호(이하 IN이라 함)가 접지전압 레벨(VSS, 이하 '로우'라 함)에서 전원전압 레벨(VDD, 이하 '하이'라 함)로 바뀌면, 인버터(21)에 의해 'B' 노드는 '로우'가 되며, 피모스 트랜지스터(P22)는 오프되며, 엔모스 트랜지스터(N22)는 턴온된다. 따라서, 노드 'C'는 '로우'가 되므로, 엔모스 트랜지스터(N23-1, N23-2)는 모두 턴오프된다.First, when the input signal (hereinafter referred to as IN) is changed from the ground voltage level (VSS, hereinafter referred to as 'low') to the power supply voltage level (VDD, hereinafter referred to as 'high'), the
따라서, 노드 'A'는 다이오드 트랜지스터(N22a)에 의해 노드 'B' 의 '로우'보다 다이오드 트랜지스터(N22a)의 문턱전압(이하 Vt1이라 함) 만큼 높은 전압레벨이 되며, 이것은 다이오드 트랜지스터(N22a)의 면적 즉, 저항비를 조절함에따라 도 3에 도시된 바와 기울기가 변하게 된다.Accordingly, the node 'A' is at a voltage level higher than the 'low' of the node 'B' by the diode transistor N22a by the threshold voltage of the diode transistor N22a (hereinafter referred to as Vt1), which is the diode transistor N22a. As shown in FIG. 3, the slope changes as the area of ie, the resistance ratio is adjusted.
구체적으로, 다이오드 트랜지스터(N22a)의 저항비를 증가시킴에 따라(면적을 감소시킴에따라) '가'의 방향으로 완만한 기울기를 가지며, '로우'보다 Vt1만큼 높은 전압의 상태가 된다.Specifically, as the resistance ratio of the diode transistor N22a is increased (as the area is decreased), the slope of the diode transistor N22a has a gentle slope in the direction of 'ga', and the voltage becomes higher by Vt1 than 'low'.
따라서, 피모스 트랜지스터(P23-1 ∼ P23-2)의 저항비를 각각 달리하면, 피모스 트랜지스터(P23-1, P23-2)는 시간이 약간씩 지연되어 턴온되며, 이때 피모스 트랜지스터(P23-1, P23-2)의 저항비를 각각 달리하면 노드 'D'와 노드 'E'의 한 쌍 의 파형은 거의 동일한 곡선을 이루지만, 도 3에 도시된 '나'와 같이 소정의 지연차를 갖고 '하이'의 상태가 된다.Therefore, when the resistance ratios of the PMOS transistors P23-1 to P23-2 are different from each other, the PMOS transistors P23-1 and P23-2 are turned on with a slight delay in time. When the resistance ratios of -1 and P23-2 are different, a pair of waveforms of the node 'D' and the node 'E' form almost the same curve, but a predetermined delay difference is shown as 'I' shown in FIG. With 'high'.
따라서, 상기 노드 'D'와 노드 'E'의 시간차에 의해 출력(이하 OUT이라 함)은 도 3에 도시된 바와 같이, 다이오드 트랜지스터(N22a)와 피모스 트랜지스터(P23-1, P23-2)의 저항비에 따라서 다양한 기울기로 출력이 가능하게 된다.Therefore, the output (hereinafter, referred to as OUT) according to the time difference between the node 'D' and the node 'E' is as shown in FIG. 3, and the diode transistor N22a and the PMOS transistors P23-1 and P23-2. Depending on the resistance ratio of, the output is possible with various slopes.
한편, IN이 '하이'에서 '로우'로 천이되면, 인버터(21)에 의해 노드 'B'는 '하이'가 되며, 피모스 트랜지스터(P22)는 턴온되며, 제2 엔모스 트랜지스터(N22)는 턴오프된다. 따라서, 노드 'C'는 '하이'가 되므로, 엔모스 트랜지스터(N23-1, N23-2)는 모두 턴온되며, 노드 'B'는 다이오드 트랜지스터(N22b)에 의해 노드 'B' 의 '하이'보다 다이오드 트랜지스터(N22b)의 문턱전압(이하 Vt2이라 함) 만큼 낮은 전압 레벨이 되며, 이것은 다이오드 트랜지스터(N22b)의 면적 즉, 저항비를 조절함에따라 도 3에 도시된 바와 기울기가 변하게 된다.On the other hand, when IN transitions from 'high' to 'low', the node 'B' becomes 'high' by the
구체적으로, 다이오드 트랜지스터(N22b)의 저항비를 증가시킴에따라(면적을 감소시킴에따라) '다'의 방향으로 완만한 기울기를 가지며, '하이'보다 Vt2만큼 낮은 전압의 상태가 된다.Specifically, as the resistance ratio of the diode transistor N22b is increased (as the area is decreased), it has a gentle slope in the direction of 'da', and the voltage becomes as low as Vt2 than 'high'.
따라서, 엔모스 트랜지스터(N23-1, N23-2)의 저항비를 각각 달리하면, 엔모스 트랜지스터(N23-1, N23-2)는 소정의 시간차를 가지고 턴온되며, 이때 엔모스 트랜지스터(N23-1, N23-2)의 저항비를 각각 달리하면 노드 'D'와 노드 'E' 도 3에 도시된 '라'와 같이 소정의 지연차를 갖고 '로우'의 상태가 된다. Accordingly, when the resistance ratios of the NMOS transistors N23-1 and N23-2 are different from each other, the NMOS transistors N23-1 and N23-2 are turned on with a predetermined time difference, at which time the NMOS transistors N23- When the resistance ratios of 1 and N23-2 are different, the node 'D' and the node 'E' are 'low' with a predetermined delay difference as shown in FIG.
따라서, 상기 노드 'D'와 노드 'E'의 시간차에 의해 출력(OUT)은 도 3에 도시된 '마'와 같이, 다이오드 트랜지스터(N22b)와 엔모스 트랜지스터(N23-1, N23-2)의 저항비에 의해 다양한 기울기로 출력된다.Accordingly, due to the time difference between the node 'D' and the node 'E', the output OUT is the diode transistor N22b and the NMOS transistors N23-1 and N23-2 as shown in FIG. 3. It is output at various slopes by the resistance ratio of.
상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 두 개의 다이오드 트랜지스터에 의해 '하이'에서 '로우'로의 풀스윙을 하지 않게 함으로써, 다이랙드 커런트 패스(Direct current path)를 막아 전체적인 전류소모를 줄일 수 있으며, 다이오드 트랜지스터의 사이즈 및 반전지연부를 이루는 각 트랜지스터의 사이즈를 조절함으로써 출력되는 파형의 기울기를 조절할 수 있으며, 상기한 다이오드 트랜지스터는 엔모스 트랜지스터 또는 피모스 트랜지스터를 이용할 수 있다.According to the present invention made as described above, by avoiding a full swing from 'high' to 'low' by two diode transistors, it is possible to reduce the direct current path to reduce the overall current consumption, diode The slope of the output waveform can be adjusted by adjusting the size of the transistor and the size of each transistor constituting the inversion delay unit, and the diode transistor may use an NMOS transistor or a PMOS transistor.
또한, 본 발명에서 추구하는 다양한 기울기를 갖는 출력을 얻기 위해서 상기한 반전지연부의 단수를 늘리고, 늘어난 반전지연부의 단수에 해당하는 수만큼 출력구동부의 단수를 증가시킴으로써, 다양한 기울기를 갖는 출역 파형을 얻을 수 있게 된다.Further, in order to obtain an output having various inclinations pursued by the present invention, by increasing the number of stages of the inverted delay unit and increasing the number of stages of the output driver by the number corresponding to the increased number of inverted delay units, a region waveform having various slopes can be obtained. It becomes possible.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 제어부의 다이오드 연결된 트랜지스터의 크기와 다단의 반전지연부에 의한 각 트랜지스터의 크기를 조절함으로써, 급격한 전류 변화에 전류소모를 줄일 수 있으며, 출력 전압의 기울기를 조절할 수 있다.
According to the present invention made as described above, by controlling the size of the diode-connected transistor of the control unit and the size of each transistor by the multi-stage inversion delay unit, it is possible to reduce the current consumption to a sudden current change, and to adjust the slope of the output voltage. .
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