KR20040005091A - Output buffer - Google Patents
Output buffer Download PDFInfo
- Publication number
- KR20040005091A KR20040005091A KR1020020039385A KR20020039385A KR20040005091A KR 20040005091 A KR20040005091 A KR 20040005091A KR 1020020039385 A KR1020020039385 A KR 1020020039385A KR 20020039385 A KR20020039385 A KR 20020039385A KR 20040005091 A KR20040005091 A KR 20040005091A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- transistor
- pull
- pad
- signal
- node
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
- H03K19/0175—Coupling arrangements; Interface arrangements
- H03K19/0185—Coupling arrangements; Interface arrangements using field effect transistors only
- H03K19/018507—Interface arrangements
- H03K19/018521—Interface arrangements of complementary type, e.g. CMOS
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
- H03K19/01—Modifications for accelerating switching
- H03K19/017—Modifications for accelerating switching in field-effect transistor circuits
- H03K19/01728—Modifications for accelerating switching in field-effect transistor circuits in synchronous circuits, i.e. by using clock signals
- H03K19/01742—Modifications for accelerating switching in field-effect transistor circuits in synchronous circuits, i.e. by using clock signals by means of a pull-up or down element
Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치의 출력버퍼에 관한 것으로, 특히 양방향 신호전달을 위해 사용되는 쌍방향 I/O 소자(bidirectional I/O cell)에서 풀업 트랜지스터를 짧은 시간 안에 오프 시킬 수 있고 과전압에 대해 내성을 갖는 출력버퍼에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an output buffer of a semiconductor device. In particular, in a bidirectional I / O cell used for bidirectional signal transmission, the pull-up transistor can be turned off in a short time and has an output resistance against overvoltage. It is about a buffer.
CMOS 기술이 발전함에 따라 반도체 장치에서 사용되는 전원전압이 점점 낮아져서 현재는 3.3 V 이하의 동작전압을 가지는 CMOS 집적회로가 많아지고 있다. 따라서, 기존의 5 V 동작전압을 가지는 CMOS 집적회로와의 신호전달을 위해서 과전압에 대해 내성을 가지는 CMOS 집적회로가 요구된다.With the development of CMOS technology, power supply voltages used in semiconductor devices have gradually decreased, and more and more CMOS integrated circuits having an operating voltage of 3.3 V or less are increasing. Therefore, a CMOS integrated circuit that is resistant to overvoltage is required for signal transmission with a conventional CMOS integrated circuit having a 5 V operating voltage.
서로 다른 동작전압을 가지는 2개 이상의 칩 사이에 양방향 신호전송을 하는 경우, 낮은 동작전압을 가지는 칩이 입력모드로 사용되고 높은 동작전압을 가지는 칩이 출력모드로 사용되는 경우, 낮은 동작전압을 가지는 칩의 패드에 자신이 사용하는 전압보다 높은 전압이 인가될 수 있다. 이런 경우, 낮은 동작전압을 가지는 칩 내에 있는 출력버퍼는 과전압에 견딜 수 있어야 한다. 출력버퍼가 과전압에 대해 내성을 가지기 위해서는 출력버퍼가 사용하는 전원전압(VDD)보다 높은 전압이 패드에 인가되었을 때, 패드를 통하여 누설전류가 흐르지 않아야 하고 패드에 인가된 높은 전압에 의해 출력버퍼를 구성하고 있는 트랜지스터가 손상되지 않아야 한다.When bidirectional signal transmission between two or more chips having different operating voltages, when the chip having the low operating voltage is used as the input mode and the chip having the high operating voltage is used as the output mode, the chip having the low operating voltage A voltage higher than the voltage used by the pad may be applied to the pad. In this case, the output buffer in the chip with the low operating voltage must be able to withstand the overvoltage. In order for the output buffer to be resistant to overvoltage, when a voltage higher than the power supply voltage (VDD) used by the output buffer is applied to the pad, no leakage current must flow through the pad, and the output buffer is prevented by the high voltage applied to the pad. The transistors that make up should not be damaged.
도 1에는 과전압에 대해 내성을 갖는 종래의 CMOS 출력버퍼가 나타나 있으며, 이에 대해서는 미국 등록특허 5,151,619 등에 기술되어 있다. 도 1에 도시된바와 같이, 출력버퍼는 전원전압(VDD)에 연결된 소스와 패드(24)에 연결된 드레인을 갖는 PMOS 풀업 트랜지스터(22)를 구비한다. PMOS 풀업 트랜지스터(22)는 NMOS 트랜지스터(12)와 PMOS 트랜지스터(14)에 의해 형성된 전달 게이트(15)를 통해서 프리드라이버 회로(pre-driver circuit)(10)에 연결되어 있다. 도 1의 출력버퍼는 또한 패드(24)와 접지(VSS) 사이에 직렬 연결된 NMOS 풀다운 트랜지스터(26 및 28)를 구비한다. NMOS 트랜지스터(26)는 전원전압(VDD)에 연결된 게이트를 갖고, NMOS 트랜지스터(28)는 프리드라이버 회로(10)에 의해 발생된 풀다운 전압신호(VPD)에 연결된 게이트를 갖는다. PMOS 추적 트랜지스터(20)는 패드(24)와 PMOS 풀업 트랜지스터(22)의 게이트 사이에 연결되어 있고, PMOS 추적 트랜지스터(20)의 게이트는 전원전압(VDD)에 연결되어 있다. 전달 게이트(15)를 형성하는 NMOS 트랜지스터(12)의 게이트는 전원전압(VDD)에 연결되어 있고, PMOS 트랜지스터(14)의 게이트는 패드(24)에 연결되어 있다.1 shows a conventional CMOS output buffer that is resistant to overvoltage, as described in US Pat. No. 5,151,619 and the like. As shown in FIG. 1, the output buffer includes a PMOS pull-up transistor 22 having a source connected to the power supply voltage VDD and a drain connected to the pad 24. PMOS pull-up transistor 22 is connected to a pre-driver circuit 10 through a transfer gate 15 formed by NMOS transistor 12 and PMOS transistor 14. The output buffer of FIG. 1 also has NMOS pull-down transistors 26 and 28 connected in series between pad 24 and ground (VSS). The NMOS transistor 26 has a gate connected to the power supply voltage VDD, and the NMOS transistor 28 has a gate connected to the pull-down voltage signal VPD generated by the predriver circuit 10. The PMOS trace transistor 20 is connected between the pad 24 and the gate of the PMOS pull-up transistor 22, and the gate of the PMOS trace transistor 20 is connected to the power supply voltage VDD. The gate of the NMOS transistor 12 forming the transfer gate 15 is connected to the power supply voltage VDD, and the gate of the PMOS transistor 14 is connected to the pad 24.
PMOS 트랜지스터들(14, 20, 22)은 n-well 또는 기판으로 연결되어 있으며, 일반적으로 플로팅(floating)된 n-well 연결을 하고 있다. 이 플로팅 웰(30)은 보통의 경우와 달리 전원전압(VDD)에 직접 연결되어 있지 않다. 반도체 집적회로의 물리적 성질 때문에, 플로팅 n-well(30)과 패드(24) 사이에 기생 다이오드(기판 다이오드)가 존재한다. 그러므로, PMOS 트랜지스터들(14, 20, 22)의 n-well 또는 기판은 도 1에 도시된 것처럼 서로 물리적으로 연결할 필요는 없다. PMOS 트랜지스터들(14, 20, 22)의 n-well 또는 기판은 기생 다이오드에 의해 전기적으로 또는 가상적으로(virtually) 연결이 된다. 프리드라이버 회로(10)는 2 개의 입력, 즉 신호입력(SI)과 출력 인에이블 입력(OE)을 가진다. 프리드라이버 회로(10)는 신호입력(SI)과 출력 인에이블 입력(OE)에 응답하여 동작하고 풀업 전압신호(VPU)와 풀다운 전압신호(VPD)를 발생시킨다. 이 신호들은 PMOS 풀업 트랜지스터(22)와 NMOS 풀다운 트랜지스터(28)를 구동하여 패드(24)에 적절한 출력신호 전압을 공급한다. 도 1의 출력버퍼는 2 개의 동작상태, 즉 노말 동작상태와 고임피던스 상태(high impedance state)("tristate" 라고도 함)를 가진다. 노말 동작상태에서는 출력 인에이블 신호는 "로우"이고, 고 임피던스 상태에서는 출력 인에이블 신호는 "하이"이다.The PMOS transistors 14, 20, 22 are connected by n-well or substrate and generally have a floating n-well connection. Unlike the usual case, the floating well 30 is not directly connected to the power supply voltage VDD. Because of the physical nature of the semiconductor integrated circuit, there is a parasitic diode (substrate diode) between the floating n-well 30 and the pad 24. Therefore, the n-well or substrate of the PMOS transistors 14, 20, 22 need not be physically connected to each other as shown in FIG. 1. The n-well or substrate of the PMOS transistors 14, 20, 22 is electrically or virtually connected by parasitic diodes. The predriver circuit 10 has two inputs, a signal input SI and an output enable input OE. The predriver circuit 10 operates in response to the signal input SI and the output enable input OE and generates a pull-up voltage signal VPU and a pull-down voltage signal VPD. These signals drive the PMOS pull-up transistor 22 and the NMOS pull-down transistor 28 to supply an appropriate output signal voltage to the pad 24. The output buffer of Figure 1 has two operating states, a normal operating state and a high impedance state (also referred to as "tristate"). In normal operation the output enable signal is "low" and in the high impedance state the output enable signal is "high".
노말 동작상태에서, 패드(24)에 출력 "하이"를 발생시키기 위해 프리드라이버 회로(10)는 "로우"인 풀업 전압신호(VPU)와 "로우"인 풀다운 전압신호(VPD)를 발생시킨다. 패드(24)에 출력 "로우"를 발생시키기 위해서, 프리드라이버 회로(10)는 "하이"인 풀업 전압신호(VPU)와 "하이"인 풀다운 전압신호(VPD)를 발생시킨다. 패드(24)에 고 임피던스 상태(tristate)를 발생시키기 위해서, 프리드라이버 회로(10)는 "하이"인 풀업 전압신호(VPU)와 "로우"인 풀다운 전압신호(VPD)를 발생시킨다. 이 조건에서는 풀업 트랜지스터(22)와 풀다운 트랜지스터(28)가 모두 오프 상태가 되어 패드(24)를 통한 누설전류는 없게 된다. 또한, 풀다운 트랜지스터들(26, 28)을 2단으로 구성함으로써 NMOS 트랜지스터들(26, 28)의 소스-드레인, 게이트-드레인, 및 게이트-소스 양단에 걸리는 전압을 VDD( 예컨대, 3.3 V) 이내로 낮출 수 있다. 또한, 풀업 트랜지스터(22)의 게이트 전압은 PMOS 트랜지스터(20)에 의해 패드 전압이 VDD 보다 높은 경우 패드의 전압을 따라가므로, 풀업트랜지스터(22)의 게이트로부터 풀업 트랜지스터(22)를 구동하는 프리드라이버 회로(10)로 누설전류가 생기는 것을 방지하기 위해 프리드라이버 회로(10)와 풀업 트랜지스터(22)의 게이트 사이에 전달게이트(15)를 삽입하였다. 이와 같이, 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 출력버퍼는 패드(24)가 고 임피던스 상태일 때 과전압이 인가되더라도 이를 견딜 수 있다.In the normal operating state, the predriver circuit 10 generates a pull-up voltage signal VPU that is "low" and a pull-down voltage signal VPD that is "low" to generate an output "high" to the pad 24. In order to generate an output " low " to the pad 24, the predriver circuit 10 generates a pull-up voltage signal VPU that is " high " and a pull-down voltage signal VPD that is " high. &Quot; In order to generate a high impedance tristate in the pad 24, the predriver circuit 10 generates a pull-up voltage signal VPU that is "high" and a pull-down voltage signal VPD that is "low". Under this condition, both the pull-up transistor 22 and the pull-down transistor 28 are turned off so that there is no leakage current through the pad 24. In addition, by configuring the pull-down transistors 26 and 28 in two stages, the voltage across the source-drain, gate-drain, and gate-source of the NMOS transistors 26 and 28 is maintained within VDD (eg, 3.3 V). Can be lowered. In addition, the gate voltage of the pull-up transistor 22 follows the voltage of the pad when the pad voltage is higher than VDD by the PMOS transistor 20, so that the pull-up transistor 22 drives the pull-up transistor 22 from the gate of the pull-up transistor 22. The transfer gate 15 is inserted between the predriver circuit 10 and the gate of the pull-up transistor 22 in order to prevent leakage current from occurring in the driver circuit 10. As such, the conventional output buffer as shown in FIG. 1 can withstand this even when an overvoltage is applied when the pad 24 is in a high impedance state.
그런데, 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 출력버퍼는 NMOS 트랜지스터(12)와 PMOS 트랜지스터(14)로 구성된 전달 게이트(15)에 의해 원치 않는 현상이 나타날 수 있다. 풀업 전압신호(VPU)가 "로우"가 되어 패드(24)가 "하이" 상태를 유지하고 있다가 풀업 전압신호(VPU)가 "하이"가 되어 패드(24)가 고 임피던스 상태(tristate)로 되는 경우, 풀업 트랜지스터(22)가 완전히 오프 되는데 오랜 시간이 걸린다는 문제가 있다. 즉, 패드가 "하이" 상태에 있다가 출력 인에이블 입력(OE)이 "하이"로 되면서 패드(24)가 고 임피던스 상태로 되는 경우, 풀업 트랜지스터(22)의 게이트 단자의 상태가 "로우"에서 "하이"로 변해야 한다. 이 경우 전달 게이트(15)를 구성하는 PMOS 트랜지스터(14)는 "하이"인 패드 전압에 의해 오프되어 있으므로 풀업 트랜지스터(22)의 게이트 단자의 상태는 전달 게이트(15)를 구성하는 NMOS 트랜지스터(12)에 의해서만 변하게 된다. 이 때문에 풀업 트랜지스터(22)의 게이트 단자, 즉 NMOS 트랜지스터(12)의 문턱전압을 Vthn이라 할 때, 노드(N1)의 전압 레벨은 VDD - Vthn으로 제한되고 그 이후에는 NMOS 트랜지스터(12)의 서브 문턱전압(sub-threshold) 전류에 의해서만 노드(N1)의 상태가 변하게 된다. 일반적으로 트랜지스터의 서브 문턱전압 전류는 매우 작기 때문에노드(N1)의 전압 레벨은 아주 천천히 전원전압(VDD) 레벨로 올라가게 된다. 따라서, 풀업 트랜지스터(22)가 완전히 오프 되는데 까지 걸리는 시간이 길어지게 되고, 이 시간 동안에 풀업 트랜지스터(22)는 약한 풀업(weak pull-up)의 기능을 한다.However, in the conventional output buffer as shown in FIG. 1, an unwanted phenomenon may occur due to the transfer gate 15 composed of the NMOS transistor 12 and the PMOS transistor 14. The pull-up voltage signal VPU goes "low" to keep the pad 24 "high" while the pull-up voltage signal VPU goes "high" so the pad 24 goes into a high impedance tristate. In this case, there is a problem that it takes a long time for the pull-up transistor 22 to be completely turned off. That is, when the pad is in the "high" state and the output enable input OE becomes "high" and the pad 24 is in the high impedance state, the state of the gate terminal of the pull-up transistor 22 is "low". Should change to "high". In this case, since the PMOS transistor 14 constituting the transfer gate 15 is turned off by the pad voltage which is "high", the state of the gate terminal of the pull-up transistor 22 is the NMOS transistor 12 constituting the transfer gate 15. Only). For this reason, when the threshold voltage of the gate terminal of the pull-up transistor 22, that is, the NMOS transistor 12 is referred to as Vthn, the voltage level of the node N1 is limited to VDD-Vthn and thereafter, the sub-level of the NMOS transistor 12 The state of the node N1 is changed only by the sub-threshold current. In general, since the sub-threshold voltage of the transistor is very small, the voltage level of the node N1 rises very slowly to the power supply voltage VDD level. Therefore, the time taken for the pull-up transistor 22 to be completely turned off becomes long, during which the pull-up transistor 22 functions as a weak pull-up.
본 발명의 목적은 양방향 신호전달을 위해 사용되는 쌍방향 I/O 소자(bidirectional I/O cell)에서 풀업 트랜지스터를 짧은 시간 안에 오프 시킬 수 있고 과전압에 대해 내성을 갖는 출력버퍼를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an output buffer that can turn off a pull-up transistor in a short time in a bidirectional I / O cell used for bidirectional signal transmission and is resistant to overvoltage.
도 1은 과전압에 대해 내성을 갖는 종래의 CMOS 출력버퍼를 나타내는 도면이다.1 shows a conventional CMOS output buffer that is resistant to overvoltage.
도 2는 과전압에 대해 내성을 갖는 본 발명에 따른 CMOS 출력버퍼를 나타내는 도면이다.2 shows a CMOS output buffer according to the present invention which is resistant to overvoltage.
도 3은 도 2에서 프리드라이버 회로 부분을 구체적으로 나타낸 본 발명에 따른 CMOS 출력버퍼를 나타내는 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating a CMOS output buffer according to the present invention in detail showing a portion of a predriver circuit in FIG. 2.
도 4는 본 발명에 따른 CMOS 출력버퍼 내의 각 신호들의 파형을 종래 기술과 비교하여 나타낸 도면이다.4 is a view showing the waveform of each signal in the CMOS output buffer according to the present invention in comparison with the prior art.
도 5는 패드에 100 kΩ의 저항과 병렬로 30 pF의 부하가 VSS 쪽으로 달려 있는 경우에 출력버퍼의 패드가 "하이"를 출력하고 있다가 고 임피던스 상태로 갔을 때, 패드전압의 파형을 종래기술과 비교하여 나타낸 도면이다.Figure 5 shows the waveform of the pad voltage when the pad of the output buffer outputs "high" and goes to a high impedance state when a load of 30 pF is placed on the VSS in parallel with a resistance of 100 kΩ on the pad. It is compared with the figure shown.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 프리드라이버 회로 106 : 패드100: predriver circuit 106: pad
107 : 전달 게이트 112 : 바이어스 발생기107: transfer gate 112: bias generator
본 발명에 따른 출력버퍼는 신호입력과 출력 인에이블 입력을 수신하고 풀업 전압신호와 풀다운 전압신호를 발생시키는 프리드라이버 회로, 전원전압에 연결된 제 1 트랜지스터와 제 2 노드에 연결된 제 2 트랜지스터를 가지고 상기 프리드라이버 회로로부터 상기 풀업신호를 수신하여 제 1 노드로 전송하는 전달 게이트, 상기 제 1 노드에 연결된 게이트를 가지고 패드와 전원전압 사이에 연결되어 있는 풀업 드라이버, 상기 제 1 노드와 상기 패드 사이에 연결되어 있는 제 3 트랜지스터, 상기 패드와 상기 제 2 노드 사이에 연결되어 있는 제 4 트랜지스터, 상기 프리드라이버 회로로부터 상기 풀다운 신호를 수신하고 상기 패드와 접지 사이에 연결되어 있는 풀다운 드라이버, 및 상기 제 2 노드와 접지 사이에 연결되어 있고 상기 출력 인에이블 입력을 수신하여 출력버퍼가 정상동작 상태에서는 상기 제 2 트랜지스터를 온 상태로 만들고 고 임피던스 상태에서는 상기 제 2 트랜지스터를 오프 상태로만들기 위한 바이어스 발생회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.The output buffer according to the present invention includes a predriver circuit for receiving a signal input and an output enable input and generating a pull-up voltage signal and a pull-down voltage signal, having a first transistor connected to a power supply voltage and a second transistor connected to a second node. A transfer gate that receives the pull-up signal from a predriver circuit and transmits the pull-up signal to a first node, a pull-up driver connected between a pad and a power supply voltage having a gate connected to the first node, and connected between the first node and the pad A third transistor, a fourth transistor coupled between the pad and the second node, a pulldown driver receiving the pulldown signal from the predriver circuit and coupled between the pad and ground, and the second node Connected between and ground and the output enable input can be And it characterized in that the output buffer is provided with a bias generation circuit for creating in the normal operating state to create the second transistor to an on state a high impedance state to the second transistor in the off state.
상기 바이어스 발생회로는 상기 제 2 노드에 연결된 드레인과 상기 전원전압에 연결된 게이트를 갖는 제 5 트랜지스터, 및 상기 제 5 트랜지스터의 소스에 연결된 드레인과 접지에 연결된 소스를 갖고 출력 인에이블 입력을 수신하는 게이트를 갖는 제 6 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 한다.The bias generation circuit includes a fifth transistor having a drain connected to the second node and a gate connected to the power supply voltage, and a gate connected to the source of the fifth transistor and a source connected to ground and receiving an output enable input. It is characterized by including a sixth transistor having a.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 과전압에 대해 내성을 갖는 본 발명에 따른 CMOS 출력버퍼를 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 출력버퍼는 전원전압(VDD)에 연결된 소스와 패드(106)에 연결된 드레인을 갖는 PMOS 풀업 트랜지스터(103)를 구비한다. PMOS 풀업 트랜지스터(103)는 NMOS 트랜지스터(108)와 PMOS 트랜지스터(109)에 의해 형성된 전달게이트(107)를 통해서 프리드라이버 회로(100)에 연결되어 있다. 도 2의 출력버퍼는 또한 패드(106)와 접지(VSS) 사이에 직렬 연결된 NMOS 풀다운 트랜지스터들(104 및 105)을 구비한다. NMOS 트랜지스터(104)는 전원전압(VDD)에 연결된 게이트를 갖고, NMOS 트랜지스터(105)는 프리드라이버 회로(100)에 의해 발생된 풀다운 전압신호(VPD)에 연결된 게이트를 갖는다. PMOS 추적 트랜지스터(110)는 패드(106)와 PMOS 풀업 트랜지스터(103)의 게이트 사이에 연결되어 있고, PMOS 추적 트랜지스터(110)의 게이트는 전원전압(VDD)에 연결되어 있다. 전달게이트(107)를 형성하는 NMOS 트랜지스터(108)의 게이트는 전원전압(VDD)에 연결되어 있고, PMOS 트랜지스터(109)의 게이트는 노드(N2)에 연결되어 있다. 패드(106)와 노드(N2) 사이에는 전원전압(VDD)에 연결된 게이트를 갖는 PMOS 트랜지스터(111)가 연결되어 있다. 노드(N2)와 접지(VSS) 사이에는 직렬 연결된 NMOS 트랜지스터들(113, 114)이 연결되어 있으며, NMOS 트랜지스터(113)의 게이트에는 전원전압이 연결되어 있고 NMOS 트랜지스터(114)의 게이트에는 인버터(115)를 통해 출력 인에이블 입력(OE)이 인가된다. NMOS 트랜지스터(113)와 NMOS 트랜지스터(114)와 인버터(115)는 바이어스 발생기(112)를 구성한다. 전원전압(VDD)과 패드(106) 사이에는 또한 직렬 연결된 PMOS 트랜지스터들(101, 102)이 연결되어 있으며, PMOS 트랜지스터(101)의 소스는 전원전압(VDD)에 연결되어 있고 게이트는 패드(106)에 연결되어 있다. PMOS 트랜지스터(102)의 소스는 PMOS 트랜지스터(101)의 드레인에 연결되어 있고, 드레인은 패드(106)에 연결되어 있고 게이트는 전원전압(VDD)에 연결되어 있다.2 shows a CMOS output buffer according to the present invention which is resistant to overvoltage. As shown in FIG. 2, the output buffer includes a PMOS pull-up transistor 103 having a source connected to the power supply voltage VDD and a drain connected to the pad 106. The PMOS pull-up transistor 103 is connected to the predriver circuit 100 through a transfer gate 107 formed by the NMOS transistor 108 and the PMOS transistor 109. The output buffer of FIG. 2 also has NMOS pull-down transistors 104 and 105 connected in series between pad 106 and ground (VSS). The NMOS transistor 104 has a gate connected to the power supply voltage VDD, and the NMOS transistor 105 has a gate connected to the pull-down voltage signal VPD generated by the predriver circuit 100. The PMOS trace transistor 110 is connected between the pad 106 and the gate of the PMOS pull-up transistor 103, and the gate of the PMOS trace transistor 110 is connected to the power supply voltage VDD. The gate of the NMOS transistor 108 forming the transfer gate 107 is connected to the power supply voltage VDD, and the gate of the PMOS transistor 109 is connected to the node N2. A PMOS transistor 111 having a gate connected to the power supply voltage VDD is connected between the pad 106 and the node N2. The NMOS transistors 113 and 114 connected in series are connected between the node N2 and the ground VSS, a power supply voltage is connected to the gate of the NMOS transistor 113, and an inverter is connected to the gate of the NMOS transistor 114. An output enable input OE is applied via 115. The NMOS transistor 113, the NMOS transistor 114, and the inverter 115 constitute a bias generator 112. Also connected between the power supply voltage VDD and the pad 106 are PMOS transistors 101 and 102 connected in series, the source of the PMOS transistor 101 being connected to the power supply voltage VDD and the gate of the pad 106. ) The source of the PMOS transistor 102 is connected to the drain of the PMOS transistor 101, the drain is connected to the pad 106, and the gate is connected to the power supply voltage VDD.
이하, 도 2에 도시되어 있는 본 발명에 따른 출력버퍼에 대해 설명한다.Hereinafter, an output buffer according to the present invention shown in FIG. 2 will be described.
PMOS 트랜지스터들(109, 110, 111, 101, 102, 103)은 n-well 또는 기판으로 연결되어 있으며, 일반적으로 플로팅(floating)된 n-well 연결을 하고 있다. PMOS 트랜지스터들(109, 110, 111, 101, 102, 103)의 벌크(n-well 또는 기판)는 PMOS 트랜지스터들(101, 102)을 통해서 전원전압(VDD) 또는 패드(106)에 연결되므로 이들 트랜지스터를 통한 누설전류를 차단할 수 있다. PMOS 추적 트랜지스터(110)는 패드(106)의 전압 레벨이 전원전압(VDD)보다 높아질 때 온 되어 노드(N1)를 패드(106)의 전압 레벨로 만들어 주는 기능을 한다. 프리드라이버 회로(100)는 2 개의 입력, 즉 신호입력(SI)과 출력 인에이블 입력(OE)을 가진다. 프리드라이버 회로(100)는 신호입력(SI)과 출력 인에이블 입력(OE)에 응답하여 동작하고 풀업 전압신호(VPU)와 풀다운 전압신호(VPD)를 발생시킨다. 이 신호들은 PMOS 풀업 트랜지스터(103)와 NMOS 풀다운 트랜지스터(105)를 구동하여 패드(106)에 적절한 출력신호 전압을 공급한다. 도 2의 출력버퍼는 2 개의 동작상태, 즉 노말 동작상태와 고임피던스 상태(high impedance state)("tristate" 라고도 함)를 가진다. 도 2의 출력버퍼가 노말 동작모드에서 풀업 트랜지스터(103)가 온 되어 패드(106)의 전압 레벨이 "하이"가 된 상태에서 입력모드, 즉 고 임피던스 상태로 바뀌려면 풀업 트랜지스터(103)의 게이트, 즉 노드(N1)의 상태가 "하이"로 되어 풀업 트랜지스터(103)가 오프 되어야 한다. 종래에는 출력버퍼의 패드가 "하이"인 상태에서 고 임피던스 상태로 바뀌는 경우, 전달 게이트(107)의 PMOS 트랜지스터(109)는 오프 되고 NMOS 트랜지스터(108)만 온 되기 때문에 노드(N1)가 전원전압(VDD)에 도달하는 데 시간이 많이 걸렸다. 본 발명에서는 PMOS 트랜지스터(111)와 바이어스 발생기(112)를 구비함으로써 이와 같은 문제점을 해결하였다.The PMOS transistors 109, 110, 111, 101, 102, 103 are connected by an n-well or a substrate and generally have a floating n-well connection. The bulk (n-well or substrate) of the PMOS transistors 109, 110, 111, 101, 102, 103 is connected to the supply voltage VDD or the pad 106 through the PMOS transistors 101, 102. The leakage current through the transistor can be cut off. The PMOS trace transistor 110 is turned on when the voltage level of the pad 106 is higher than the power supply voltage VDD, thereby making the node N1 the voltage level of the pad 106. The predriver circuit 100 has two inputs, a signal input SI and an output enable input OE. The predriver circuit 100 operates in response to the signal input SI and the output enable input OE and generates a pull-up voltage signal VPU and a pull-down voltage signal VPD. These signals drive the PMOS pull-up transistor 103 and the NMOS pull-down transistor 105 to supply an appropriate output signal voltage to the pad 106. The output buffer of FIG. 2 has two operating states, a normal operating state and a high impedance state (also referred to as "tristate"). In the state in which the output buffer of FIG. 2 is in the normal operation mode, the pull-up transistor 103 is turned on so that the voltage level of the pad 106 becomes "high". That is, the pull-up transistor 103 should be turned off because the state of the node N1 is "high". Conventionally, when the pad of the output buffer is changed from the "high" state to the high impedance state, the node N1 is powered by the PMOS transistor 109 of the transfer gate 107 because only the NMOS transistor 108 is turned on. It took a long time to reach (VDD). In the present invention, such a problem is solved by providing the PMOS transistor 111 and the bias generator 112.
출력모드, 즉 노말 동작상태에서는 출력 인에이블 신호(OE)는 "로우"이고, 입력모드, 즉 고 임피던스 상태에서는 출력 인에이블 신호(OE)는 "하이"이다. 노말 동작상태에서는 출력 인에이블 신호(OE)가 "로우"이므로 트랜지스터(114)와 트랜지스터(113)는 온 되므로 전달 게이트(107)를 구성하는 PMOS 트랜지스터(109)는 계속하여 온 상태로 있다. 따라서, 노말 동작상태에서 고 임피던스 상태로 바뀌는 순간에 PMOS 트랜지스터(109)는 온 상태이므로 풀업 전압신호(VPU)를 노드(N1)으로 전달하는 시간이 짧아지게 된다. 고 임피던스 상태에서는 출력 인에이블 신호(OE)가 "하이"이므로 트랜지스터(114)와 트랜지스터(113)는 오프 되므로 전달 게이트(107)를 구성하는 PMOS 트랜지스터(109)는 오프 상태로 된다. PMOS 트랜지스터(111)는 패드(106)의 전압 레벨이 전원전압(VDD)보다 높을 때, 온 되어 노드(N2)의 전압을 패드(106)의 전압과 같은 레벨이 되도록 하는 기능을 한다.The output enable signal OE is "low" in the output mode, i.e., the normal operating state, and the output enable signal OE is "high" in the input mode, i.e., the high impedance state. In the normal operation state, since the output enable signal OE is " low ", the transistor 114 and the transistor 113 are turned on, so that the PMOS transistor 109 constituting the transfer gate 107 remains on. Therefore, since the PMOS transistor 109 is in an on state at the moment of the change from the normal operation state to the high impedance state, the time for transferring the pull-up voltage signal VPU to the node N1 is shortened. In the high impedance state, since the output enable signal OE is " high ", the transistor 114 and the transistor 113 are turned off, so that the PMOS transistor 109 constituting the transfer gate 107 is turned off. When the voltage level of the pad 106 is higher than the power supply voltage VDD, the PMOS transistor 111 functions to turn on the voltage of the node N2 to the same level as the voltage of the pad 106.
도 3은 도 2에서 프리드라이버 회로 부분을 구체적으로 나타낸 본 발명에 따른 CMOS 출력버퍼를 나타내는 도면으로서, 프리드라이버 회로 부분은 신호입력(SI)을 수신하여 반전된 신호를 출력하는 인버터(123)와 인버터(123)의 출력과 출력 인에이블 입력(OE)을 수신하고 논리합을 행하여 풀업 전압신호(VPU)를 발생시키는 OR 회로(121), 및 신호입력(SI)과 출력 인에이블 입력(OE)을 수신하고 비논리합을 행하여 풀다운 전압신호(VPD)를 발생시키는 NOR 회로(122)를 구비한다.FIG. 3 is a view illustrating a CMOS output buffer according to the present invention specifically showing a predriver circuit portion in FIG. 2, wherein the predriver circuit portion includes an inverter 123 that receives a signal input (SI) and outputs an inverted signal; OR circuit 121 for receiving the output of the inverter 123 and the output enable input OE and performing a logical sum to generate a pull-up voltage signal VPU, and a signal input SI and an output enable input OE. And a NOR circuit 122 for receiving and performing an illogical sum to generate a pulldown voltage signal VPD.
출력 인에이블 입력(OE)이 "로우"이고 신호입력(SI)이 "하이"이면 풀업 전압신호(VPU)는 "로우" 상태가 되며 풀업 트랜지스터(103)는 온 되어 패드(106)로 "하이"인 신호가 출력된다. 이 때, 풀다운 전압신호(VPD)는 "로우" 상태가 되며 풀다운 트랜지스터(105)는 오프 된다. 출력 인에이블 입력(OE)이 "로우"이고 신호입력(SI)이 "로우"이면 풀업 전압신호(VPU)는 "하이" 상태가 되며 풀업 트랜지스터(103)는 오프 된다. 이 때, 풀다운 전압신호(VPD)는 "하이" 상태가 되며 풀다운 트랜지스터(105 및 104)는 온 되어 패드(106)를 "로우" 상태로 만든다. 출력 인에이블 입력(OE)이 "하이"일 때는 신호입력(SI)에 무관하게 풀업 전압신호(VPU)는 "하이" 상태가 되고, 풀다운 전압신호(VPD)는 "로우" 상태가 되어 풀업 트랜지스터(103)와 풀다운 트랜지스터(104, 105)는 모두 오프 된다. 이 때가 고 임피던스 상태이다.If the output enable input OE is " low " and the signal input SI is " high ", the pull-up voltage signal VPU is in the " low " state and the pull-up transistor 103 is turned on to " high " Signal is output. At this time, the pull-down voltage signal VPD becomes a "low" state and the pull-down transistor 105 is turned off. When the output enable input OE is "low" and the signal input SI is "low", the pull-up voltage signal VPU is in a "high" state and the pull-up transistor 103 is turned off. At this time, the pull-down voltage signal VPD is in the "high" state and the pull-down transistors 105 and 104 are turned on to make the pad 106 a "low" state. When the output enable input OE is "high", the pull-up voltage signal VPU is "high" and the pull-down voltage signal VPD is "low" regardless of the signal input SI, thereby pulling up the transistor. Both the 103 and the pull-down transistors 104 and 105 are turned off. This is the high impedance state.
도 4는 본 발명에 따른 CMOS 출력버퍼 내의 각 신호들의 파형을 종래 기술과 비교하여 나타낸 도면이다. 도 4(a)는 신호입력(SI)의 파형을, 도 4(b)는 출력 인에이블 입력(OE)의 파형을, 도 4(c)는 종래 기술에 따른 노드(N1)의 전압 파형을, 도 4(d)는 본 발명에 따른 노드(N1)의 전압 파형을 각각 나타낸다. 도 4(c)에서 보는 바와 같이, 종래 기술의 출력버퍼에서는 노드(N1)의 전압 레벨이 VDD - Vthn에서 천천히 증가하여 VDD 까지 변화하는데 비해, 본 발명의 출력버퍼에서는 노드(N1)의 전압 레벨이 빠르게 VDD로 변화함을 알 수 있다. 그 이유는, 본 발명에 따른 출력버퍼에서는 출력 인에이블 입력(OE)이 "로우"에서 "하이"로 바뀌는 순간에 전달 게이트를 구성하는 PMOS 트랜지스터(109)가 온 상태이므로, NMOS 트랜지스터(108) 뿐만 아니라 PMOS 트랜지스터(109)를 통해서도 풀업 전압신호(VPU)가 노드(N1)로 전달되므로 노드(N1)의 전압 레벨이 빠른 시간에 VDD로 변하게 된다.4 is a view showing the waveform of each signal in the CMOS output buffer according to the present invention in comparison with the prior art. 4 (a) shows the waveform of the signal input SI, FIG. 4 (b) shows the waveform of the output enable input OE, and FIG. 4 (c) shows the voltage waveform of the node N1 according to the prior art. 4 (d) shows the voltage waveforms of the node N1 according to the present invention, respectively. As shown in FIG. 4C, the voltage level of the node N1 slowly increases from VDD to Vthn to VDD in the output buffer of the prior art, but changes to VDD in the output buffer of the present invention. It can be seen that this rapidly changes to VDD. The reason is that in the output buffer according to the present invention, since the PMOS transistor 109 constituting the transfer gate is turned on at the moment when the output enable input OE changes from "low" to "high", the NMOS transistor 108 In addition, since the pull-up voltage signal VPU is transmitted to the node N1 through the PMOS transistor 109, the voltage level of the node N1 changes to VDD at a fast time.
도 5는 패드에 100 kΩ의 저항과 병렬로 30 pF의 부하가 VSS 쪽으로 달려 있는 경우에 출력버퍼의 패드가 "하이"를 출력하고 있다가 고 임피던스 상태로 갔을 때, 패드전압의 파형을 종래기술과 비교하여 나타낸 도면이다. 도 5(a)는 신호입력(SI)의 파형을, 도 5(b)는 출력 인에이블 입력(OE)의 파형을, 도 5(c)는 종래 기술에 따른 노드(N1)의 전압과 패드의 전압 파형을, 도 5(d)는 본 발명에 따른 노드(N1)의 전압과 패드의 전압 파형을 각각 나타낸다. 도 5(c)에서 보는 바와 같이, 종래 기술의 출력버퍼에서는 노드(N1)의 전압 레벨이 VDD로 올라가는 데 시간이 많이 걸리므로 패드에서 외부 저항에 의해 풀다운이 되기까지 수십 ms가 걸리고 있음을 알 수 있다. 도 5(d)에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 출력버퍼에서는 노드(N1)의 전압 레벨이 VDD로 올라가는 데 시간이 많이 걸리지 않으므로, 패드에서 외부 저항에 의해 풀다운이 되기까지 걸리는 시간은 수십 us로 종래 기술의 출력버퍼에서보다 훨씬 적게 걸리고 있음을 알 수 있다.Figure 5 shows the waveform of the pad voltage when the pad of the output buffer outputs "high" and goes to a high impedance state when a load of 30 pF is placed on the VSS in parallel with a resistance of 100 kΩ on the pad. It is compared with the figure shown. FIG. 5 (a) shows the waveform of the signal input SI, FIG. 5 (b) shows the waveform of the output enable input OE, and FIG. 5 (c) shows the voltage and pad of the node N1 according to the prior art. Fig. 5 (d) shows the voltage waveform of the node N1 and the voltage waveform of the pad according to the present invention, respectively. As shown in FIG. 5 (c), it is understood that in the output buffer of the prior art, it takes a long time for the voltage level of the node N1 to rise to VDD, so that it takes several tens of ms until the pad is pulled down by an external resistor. Can be. As shown in FIG. 5 (d), in the output buffer according to the present invention, since the voltage level of the node N1 does not take much time to rise to VDD, the time from the pad to the pulldown by the external resistor is several tens of us. It can be seen that it takes much less than in the output buffer of the prior art.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 출력버퍼에 의하면 양방향 신호전달을 위해 사용되는 쌍방향 I/O 소자에서 풀업 트랜지스터를 짧은 시간 안에 오프 시킬 수 있고 과전압에 대해 내성을 갖는다.As described above, the output buffer according to the present invention can turn off the pull-up transistor in a short time in a bidirectional I / O device used for bidirectional signal transmission and is resistant to overvoltage.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020020039385A KR20040005091A (en) | 2002-07-08 | 2002-07-08 | Output buffer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020020039385A KR20040005091A (en) | 2002-07-08 | 2002-07-08 | Output buffer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20040005091A true KR20040005091A (en) | 2004-01-16 |
Family
ID=37315461
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020020039385A KR20040005091A (en) | 2002-07-08 | 2002-07-08 | Output buffer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20040005091A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101145314B1 (en) * | 2010-07-06 | 2012-05-15 | 에스케이하이닉스 주식회사 | Data output circuit for semiconductor memory device |
KR20150106215A (en) * | 2014-03-11 | 2015-09-21 | 건국대학교 산학협력단 | Inverter circuit for generating stable output signal irrespective of threshold voltage of transistor |
-
2002
- 2002-07-08 KR KR1020020039385A patent/KR20040005091A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101145314B1 (en) * | 2010-07-06 | 2012-05-15 | 에스케이하이닉스 주식회사 | Data output circuit for semiconductor memory device |
US8320199B2 (en) | 2010-07-06 | 2012-11-27 | Hynix Semiconductor Inc. | Data output circuit for semiconductor memory device |
KR20150106215A (en) * | 2014-03-11 | 2015-09-21 | 건국대학교 산학협력단 | Inverter circuit for generating stable output signal irrespective of threshold voltage of transistor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5926056A (en) | Voltage tolerant output buffer | |
EP0621694B1 (en) | Low power interface circuit | |
US5532621A (en) | Output buffer circuit, input buffer circuit and bi-directional buffer circuit for plural voltage systems | |
US6724226B2 (en) | Signal transmission circuit capable of tolerating high-voltage input signal | |
US8018264B2 (en) | Interface circuit | |
US6911860B1 (en) | On/off reference voltage switch for multiple I/O standards | |
US6300800B1 (en) | Integrated circuit I/O buffer with series P-channel and floating well | |
US7477075B2 (en) | CMOS output driver using floating wells to prevent leakage current | |
US6803789B1 (en) | High voltage tolerant output buffer | |
US6249146B1 (en) | MOS output buffer with overvoltage protection circuitry | |
EP0541242A1 (en) | Low power complementary MOSFET digital signal buffer circuit | |
US7394291B2 (en) | High voltage tolerant output buffer | |
CA2468928C (en) | High-speed output circuit with low voltage capability | |
KR100300687B1 (en) | Semiconductor integrated circuit | |
KR100391991B1 (en) | Semiconductor integrated circuit device with voltage interface circuit | |
US6441670B1 (en) | 5V-tolerant receiver for low voltage CMOS technologies | |
KR20040005091A (en) | Output buffer | |
US6747503B2 (en) | CMOS transmission gate with high impedance at power off | |
KR101204670B1 (en) | Level shifter | |
US20040001551A1 (en) | Data transmission circuit and method for reducing leakage current | |
US11621705B2 (en) | Semiconductor integrated circuit device and level shifter circuit | |
US6580290B1 (en) | Open collector/drain and SSTL compliant output driver circuit and method for operating the circuit | |
JP3869145B2 (en) | Output circuit | |
KR100443511B1 (en) | Elctrostatic discharge protection circuit | |
KR100443512B1 (en) | Elctrostatic discharge protection circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |