KR20070112937A - High speed-low power lvds driver using bicmos technology - Google Patents

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KR20070112937A
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Abstract

A high-speed low-power LVDS driver is provided to minimize an unnecessary area of an LVDS driver terminal by employing a lateral bipolar transistor in Bi-CMOS technology. A reference voltage generating circuit generates a power supply voltage and a constant reference voltage output in an output circuit in which a differential signal is formed by a first output potential and a second output potential according to an input signal applied to an input terminal. Lateral bipolar transistors(50A,50B,51A,51B) adapted to optimize a size of an LVDS(Low Voltage Differential Signaling) driver is mounted on an LVDS driver terminal. A termination resistor has a buffer for adjusting bias of an active resistor.

Description

바이시모스 공정을 이용한 고속 저 전압 차동 시그널링 드라이버{High Speed-Low Power LVDS Driver Using BiCMOS Technology}  High Speed Low Voltage LVDS Driver Using BiCMOS Technology

도 1은 저 전압 차동 시그널링(LVDS) 인터페이스의 일 구현 예를 나타낸 개념도. 1 is a conceptual diagram illustrating an implementation of a low voltage differential signaling (LVDS) interface.

도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른, 종래의 CMFB회로를 이용한 LVDS 드라이버 2 is an LVDS driver using a conventional CMFB circuit according to another embodiment of the present invention.

회로. Circuit.

도 3은 LVDS 드라이버의 출력 레벨의 전기적 특성을 나타낸 도면. 3 shows the electrical characteristics of the output level of the LVDS driver.

도 4는 본 발명의 다른 구현예에 따른, Lateral 바이폴라 트랜지스터가 탑재된 4 is a lateral bipolar transistor mounted according to another embodiment of the present invention.

LVDS 드라이버 회로의 개념도. Conceptual diagram of the LVDS driver circuit.

도 5는 본 발명의 다른 구현예에 따른, 2개의 인버터로 구성된 드라이버 회로. 5 is a driver circuit consisting of two inverters, according to another embodiment of the invention.

도 6은 본 발명의 다른 구현예에 따른, Lateral 바이폴라 트랜지스터가 탑재된  6 is a lateral bipolar transistor mounted according to another embodiment of the present invention.

LVDS 드라이버 회로. LVDS driver circuit.

도 7은 설계된 LVDS 드라이버 회로의 단일 출력 파형 및 공통 모드 전압. 7 is a single output waveform and common mode voltage of the designed LVDS driver circuit.

도 8은 설계된 LVDS 드라이버 회로의 출력 신호 레벨. 8 is an output signal level of a designed LVDS driver circuit.

도 9는 드라이버단에 탑재될 새로운 구조의 Lateral 바이폴라 트랜지스터를 보여 9 shows a lateral bipolar transistor of a new structure to be mounted in a driver stage.

주는 도면. Giving drawings.

도 10은 설계된 Lateral 바이폴라 트랜지스터의 전류-전압(I-V)특성 곡선을 보여 10 shows a current-voltage (I-V) characteristic curve of a designed lateral bipolar transistor.

주는 도면. Giving drawings.

도 11은 설계된 Lateral 바이폴라 트랜지스터의 전류 이득곡선(β)을 보여주는 도 11 shows the current gain curve β of the designed lateral bipolar transistor.

면. if.

도 12는 CMOS 공정상에서 Lateral 바이폴라 트랜지스터의 탑재방법의 예를 보여 12 shows an example of a method for mounting a lateral bipolar transistor in a CMOS process.

주는 도면.  Giving drawings.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1,2 : LVDS 송신,수신 장치  1,2: LVDS transmitting and receiving device

3,4 : LVDS 드라이버,리시버 회로 3,4: LVDS driver, receiver circuit

7 : 터미네이션 저항 7: termination resistor

8,9 : LVDS 전송선로 8,9: LVDS transmission line

10,11 : 입,출력 포트 10,11: I / O port

30 : CMFB(Common-Mode-Feedback)회로 30: CMFB (Common-Mode-Feedback) Circuit

35 : 기준 전압 회로 출력 포트 35: reference voltage circuit output port

36 : 정 전류 회로의 출력 포트 36: output port of constant current circuit

31A,31B,32A,32B : LVDS 드라이버 회로의 스위칭 소자 31A, 31B, 32A, 32B: Switching Element of LVDS Driver Circuit

33A,33B : LVDS 드라이버 단의 저항 디바이더 33A, 33B: Resistance divider at LVDS driver stage

40,41 : LVDS 드라이버 단의 단일 출력 파형의 전기적 규격 40,41: Electrical specification of single output waveform of LVDS driver stage

43 : LVDS 차동 출력 파형 레벨의 전기적 규격 43: Electrical Specifications of LVDS Differential Output Waveform Levels

64 : LVDS의 출력 레벨의 변동이 가능한 능동 저항(Active Resistance) 64: Active resistance that can change the output level of LVDS

69 : 버퍼(Buffer)의 출력 단자 69: output terminal of the buffer

70 : 공통 모드 전압의 시뮬레이션 결과 70: simulation result of the common mode voltage

93 : 설계된 Lateral 바이폴라 트랜지스터  93: Designed Lateral Bipolar Transistors

95 : Lateral 바이폴라 트랜지스터의 이미터와 컬렉터간의 거리 95: Distance between emitter and collector in lateral bipolar transistor

96,97 : 설계된 Lateral 바이폴라 트랜지스터 소자의 전류 경로(Path) 96,97: Current Path of Designed Lateral Bipolar Transistor Devices

100 : CMOS공정상의 NMOS와 PMOS 구조 100: NMOS and PMOS structure in CMOS process

101 : CMOS 공정상의 새롭게 고안한 Lateral 바이폴라 트랜지스터의 구조  101: Redesigned Lateral Bipolar Transistor in CMOS Process

110 : 설계된 Lateral 바이폴라 트랜지스터의 전류이득(β) 시뮬레이션 결과  110: current gain (β) simulation results of the designed lateral bipolar transistor

본 발명은 반도체 공정 기술 중 바이폴라 기술 분야에 I/O interface에서의 LVDS 드라이버의 Lateral 바이폴라 트랜지스터를 접목시킴으로서, LVDS 드라이버단의 불필요한 면적을 최소화함과 동시에 향상된 특성을 기대할 수 있는 새로운 LVDS 드라이버 회로 설계에 관한 것이다. The present invention incorporates a latent bipolar transistor of an LVDS driver at an I / O interface into a bipolar technology field of semiconductor processing technology, thereby minimizing unnecessary area of the LVDS driver stage and at the same time designing a new LVDS driver circuit. It is about.

LVDS는 고속 데이터 전송, 저 전력 소모 및 잡음 면역성이 필요한 영역에서의 인터페이스로서 사용될 수 있는 ANSI/TIA/EIA-644에 정의된 표준 인터페이스이다. 매우 작은 스윙, 즉 350mV내외의 스윙을 가지는 차동 입력신호를 받아들여서 노이즈에 대한 면역성이 강하고 고속의 데이터 전송 속도를 가능하게 한다. 특히 차동 입력 신호를 받아들여 높은 동상 모드 제거(CMR:Common Mode Rejection)로 동작하게 되므로 노이즈에 대한 특성이 강화된다는 강점이라 할 수 있다. 통신이나 디스플레이 분야의 데이터 밴드 폭(band width)이 높아지게 되면서 칩, 보드(board)또는 시스템들 사이에서 고속의 데이터 전송이 필요하게 되고, 이러한 분야에서 LVDS는 널리 쓰이고 있다. 상기한 LVDS 인터페이스 규격에서는 프로토콜, 연결방법 또는 커넥터(Connector)등을 정의하고 있지 않은데, 상세 규격은 응용분야마다 달라진다.  LVDS is a standard interface defined in ANSI / TIA / EIA-644 that can be used as an interface in areas where high speed data transfer, low power consumption and noise immunity are required. It accepts differential input signals with very small swings, i.e., swings of around 350mV, allowing for high immunity to noise and high data rates. In particular, it is a strong point that the characteristics of noise are enhanced because it operates with high common mode rejection (CMR) by accepting a differential input signal. As data band widths in communications and display are increasing, high-speed data transfer between chips, boards or systems is required, and LVDS is widely used in these fields. The LVDS interface specification does not define a protocol, a connection method, or a connector. The detailed specification varies according to an application field.

도 1은, 이 LVDS 인터페이스를 설명하기 위한 개념도이다. 1 is a conceptual diagram for explaining this LVDS interface.

도면에서 도시한 바와 같이, 드라이버 블록(1)과 수신기 블록(2)사이는 차동 전송선(8,9)으로 연결되어 있다. 각각의 전송로는 전기적 특성이 동일하며, 이른바 평형 전송로를 형성하고 있어 2개의 전송로를 통해 1개의 신호를 전송하는 특징으로 구성된다. 드라이버 블록(1)은 드라이버 칩(3)을 가지며, 입력 단자(10)로부터 신호가 입력되며, 마찬가지로 수신기 블록(2)은 차동 증폭 회로를 구성하는 수신기 칩(4)을 가지며, 이 또한 출력 단자(11)로부터 신호를 출력하도록 구성된다. As shown in the figure, the driver block 1 and the receiver block 2 are connected by differential transmission lines 8 and 9. Each transmission path has the same electrical characteristics, and forms a so-called balanced transmission path, and is configured to transmit one signal through two transmission paths. The driver block 1 has a driver chip 3, a signal is input from the input terminal 10, and the receiver block 2 likewise has a receiver chip 4 constituting a differential amplifier circuit, which also has an output terminal. And outputs a signal from (11).

송, 수신기 칩 모두 전원전압(5)으로 접속되며 수신기 칩(4)의 종단저항(7) RT는 100Ω이다. 또한 차동선로 상의 임피던스는 모두 50Ω이다.Both the transmitter and receiver chips are connected to the supply voltage (5), and the terminating resistor (7) R T of the receiver chip (4) is 100? In addition, the impedance on the differential line is 50Ω.

상기된 바와 같은 구성에 있어서 드라이버 칩(3)은 입력단자(10)로부터 입력 신호에 기초하여, 두 전송로 사이의 전위차를 생성하고 이로써 차동 신호를 생성한다. 이것에 대해, 수신기 칩(4)은 전송로상의 생성된 차동신호를 CMOS 레벨로 변환하여 이를 출력 단자(11)에 출력한다. In the configuration as described above, the driver chip 3 generates a potential difference between two transmission paths based on the input signal from the input terminal 10 and thereby generates a differential signal. On the other hand, the receiver chip 4 converts the generated differential signal on the transmission path to the CMOS level and outputs it to the output terminal 11.

LVDS의 원리는 드라이버 칩(3)에서 발생한 신호 전류(IS)를 수신기 칩(4)측의 종단 저항(7) RT에 의해 형성되는 루프로 인해 종단 저항 부분(7)에 신호 전압을 발생시켜 신호를 전송하는 것이며, 신호 전류(IS)가 흐르는 방향을 전환함으로써 신호의 레벨이 식별(detection)된다.The principle of the LVDS is to generate a signal voltage at the terminating resistor portion 7 due to the loop formed by the terminating resistor 7 R T on the receiver chip 4 side with the signal current I S generated in the driver chip 3. The signal level is detected by switching the direction in which the signal current I S flows.

상기된 그림과 같은 구성에 의하면, 드라이버 칩(3)에 흐르는 전류는 정 전류로서 일정하게 유지되어야 하며, 두 전송로에 흐르는 전류(IS) 크기 또한 동일해야 하며 변동이 없어야 한다.According to the configuration as shown in the above figure, the current flowing in the driver chip 3 must be kept constant as a constant current, and the current I S flowing in the two transmission paths must also be the same and unchanged.

도 1의 구성에 있어서, 드라이버 블록(3)은 도 2와 같은 회로로서 실현된다. In the configuration of FIG. 1, the driver block 3 is realized as a circuit as shown in FIG.

일정한 정 전류를 생성시켜 드라이버 단에 공급하기 위해서 IREF이하(36)의 정 전류 회로와 트랜지스터(21,22,23)로서 드라이버 단(37)에 일정한 전류를 공급한다. LVDS 드라이버 단(37)의 전류의 방향을 변경하기 위한 스위칭 소자(31A,31B,32A,32B)가 MOSFETs으로 구성되어 있으며, 드라이버 단(37)의 입력 신호 IN(38)의 인가 시 트랜지스터(31A,31B)가 ON 이 되어 동작함으로서 종단저항(34)에 흐르는 전류의 방향이 결정된다. 마찬가지로 입력신호 INB(39)인가 시 트랜지스터 (32A,32B)가 동작됨으로서 앞서 상기된 전류의 크기는 동일하나 종단저항(34)에 흐르는 전류의 방향이 변경됨에 따라 두 전송선로 상의 전위차가 형성되고 이로서 차동 신호가 출력된다.In order to generate a constant constant current and supply it to the driver stage, a constant current is supplied to the driver stage 37 as the constant current circuit below I REF 36 and the transistors 21, 22, 23. The switching elements 31A, 31B, 32A, and 32B for changing the direction of the current of the LVDS driver stage 37 are constituted by MOSFETs, and the transistor 31A when the input signal IN 38 of the driver stage 37 is applied. 31B is turned ON to determine the direction of the current flowing through the termination resistor 34. Similarly, when the input signal INB 39 is applied, the transistors 32A and 32B operate so that the magnitude of the above-described current is the same, but as the direction of the current flowing through the termination resistor 34 is changed, a potential difference on the two transmission lines is formed. The differential signal is output.

또한 VREF(35)의 약 1.25V의 기준전압의 필요로 기준 전압 회로(Bandgap reference circuit)가 요구된다. 이는 드라이버단의 피드백 저항(33A,33B)을 통한 전압과 기준전압인 1.25V와 비교하여 트랜지스터(28)의 게이트에 인가되어 공통모드 피드백(CMFB:Common Mode Feedback)(30)을 구성하여, 일정한 공통모드 전압(VCM)을 얻을 수 있다. 이로서 출력신호의 레벨의 변동 없이 안정된 출력 파형을 얻을 수 있다.In addition, the need for a reference voltage of about 1.25V of V REF 35 requires a bandgap reference circuit. This is applied to the gate of the transistor 28 in comparison with the voltage through the feedback resistors 33A and 33B of the driver stage and 1.25V, which is a reference voltage, to form a common mode feedback (CMFB) 30, thereby providing a constant value. The common mode voltage V CM can be obtained. As a result, a stable output waveform can be obtained without a change in the level of the output signal.

도 3에 도시된 바와 같이 LVDS 드라이버의 단일 출력 파형(40,41)은 드라이버 단의 스위칭 소자를 통해 전류의 극성이 바뀌게 된다. 또한 공통모드 전압(VCM)(42)은 LVDS 전기적 규격에 맞게 1.125V~1.375V범위이며, 출력 파형(40,41)을 통한 차동 출력 파형(43)은 단일 출력 파형(VOD)(40,41)의 차로서 도 3에 도시된 바와 같다. As shown in FIG. 3, the single output waveforms 40 and 41 of the LVDS driver are changed in polarity of current through the switching elements of the driver stage. In addition, the common mode voltage (V CM ) 42 ranges from 1.125 V to 1.375 V in accordance with the LVDS electrical specification, and the differential output waveform 43 through the output waveforms 40 and 41 is a single output waveform V OD (40). And 41, as shown in FIG.

기존의 LVDS 드라이버단의 설계는 작은 소비전력과 고속 스위칭 특성 등의 이유로 CMOS 공정을 사용한다. 상기된 LVDS 드라이버를 설계하기 위해서는 드라이버 단의 소자의 기생 저항 성분으로 인한 출력 신호 레벨 스윙의 여유(Margin)가 줄어들고 이로서 신호의 정상적인 검출(Detection)이 힘들다. LVDS 신호레벨 특성상 1.175V~1.375V 의 신호레벨의 범위 즉 공통모드의 신호 범위 내에서 충분한 마진을 두고 스윙을 해야 한다. 따라서 정확하고 신뢰성 있는 드라이버 설계를 위해서는 드라이버단의 스위칭소자의 면적을 되도록 크게 하여 기생 저항 성분을 최소화 시킬 수 있게끔 설계하는 것이 일반적이다.  The design of the existing LVDS driver stage uses CMOS process because of small power consumption and high speed switching characteristics. In order to design the above-described LVDS driver, the margin of the output signal level swing due to the parasitic resistance component of the device of the driver stage is reduced, which makes it difficult to detect the signal normally. Due to the characteristics of LVDS signal level, swing with sufficient margin within 1.175V ~ 1.375V signal level range, that is, common mode signal range. Therefore, for accurate and reliable driver design, it is generally designed to minimize the parasitic resistance by increasing the area of the switching element of the driver stage.

또한 보통 LVDS 일반적인 응용분야일 경우 3.5mA의 정 전류와 100Ω의 터미네이션이 사용된다. 하지만 이는 규격화된 신호레벨(250mV∼400mV)을 유지하기 위한 일반적인 조건일 경우 일 뿐, 점차 발전해지고 다양해지는 I/O 인터페이스 환경을 고려해볼 때, 각기 다른 정 전류 등에 사용하는 다양한 I/O applications에 응용이 제한된다. 특히 6∼12mA 정 전류를 사용할 경우, 물론 MOSFETs의 사이즈(W/L)를 크게 설계하여 소자 정격 전류 허용량을 늘리는 방법도 있지만, 이는 MOSFETs의 증가된 크기만큼 기생 케패시턴스 성분(parasitic capacitance)이 늘어나 신호의 딜레이(delay)를 초래하여 출력의 지연이 발생되며, 레이아웃 시 소자의 면적이 매우 커지게 되어 One-Chip화 시 칩 상의 면적이 커지게 되는 단점이 발생한다. In addition, for typical LVDS applications, a constant current of 3.5mA and termination of 100µs are used. However, this is only a general condition for maintaining the standardized signal level (250mV ~ 400mV), and considering the I / O interface environment which is gradually developed and varied, it is suitable for various I / O applications used for different constant currents. Application is limited. In particular, when using 6-12mA constant current, there is also a way to increase the device rated current allowance by designing a large size of the MOSFETs (W / L), but the parasitic capacitance is increased by the increased size of the MOSFETs. The delay of the output occurs due to the delay of the signal, and the area of the device becomes very large during layout, resulting in a large area on the chip when one-chip becomes.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 발명에서는 LVDS 드라이버 설계에 앞서 드라이버 단에 탑재 가능한 새로운 구조의 Lateral 바이폴라 트랜지스터를 LVDS 드라이버단의 성능에 최적화시킬 수 있게끔 설계한다. 또한 이를 바이폴라 트랜지스터와 one-chip화함으로써 서브마이크론 급에서도 고속/저 전력 특성을 갖는 LVDS 드라이버 구조 및 공정 기술을 구현하고자 한다.  In order to solve the above problems, the present invention is designed to optimize the performance of the LVDS driver stage of a lateral bipolar transistor having a new structure that can be mounted on the driver stage prior to the LVDS driver design. In addition, by making this one-chip with bipolar transistor, LVDS driver structure and process technology with high speed / low power even in submicron class will be implemented.

설계된 BiCMOS공정을 이용한 LVDS 드라이버 회로의 주요 기술적 측면은 다음과 같다. The main technical aspects of LVDS driver circuit using designed BiCMOS process are as follows.

가. 소비전력의 최소화를 위한 LVDS 드라이버 회로의 낮은 공급전압(2.5V) end. Low supply voltage (2.5V) on LVDS driver circuits to minimize power consumption

나. 일정한 공통모드 신호 구현을 위한 CMFB 회로 및 RC Miller compensationI. CMFB circuit and RC Miller compensation for constant common mode signal

다. 드라이버 회로의 출력 레벨 변화와 전송선로 상의 신호 중단을 위한 Active resister탑재All. Active resister for changing output level of driver circuit and stopping signal on transmission line

라. CMOS공정상의 별도의 Mask 없이 LVDS 드라이버 단의 탑재한 가능한 새로운 구 조의 Lateral 바이폴라 트랜지스터 설계la. Possible new structure of lateral bipolar transistor with LVDS driver stage without separate mask in CMOS process

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 도 4의 개념도를 도시한 바와 같이 기존의 CMOS 공정의 LVDS 드라이버 회로(58)에 드라이버단의 MOSFETs소자를 Lateral 바이폴라 트랜지스터(50A,50B,51A,51B)로 대체하여 드라이버(58) 단에 흐르는 정 전류(52A)에 따른 소자 크기에 무관하게 기생 저항성분을 최소화할 수 있으며, 이로 인해 소형화된 LVDS 드라이버 회로 설계의 방법을 소개한다. 추가적으로 CMOS 공정상의 별도의 mask없이 Lateral 바이폴라 트랜지스터를 구현하고 최적화된 패러미터 를 도출하여 LVDS 회로 탑재가 가능하게 고안하였다. 아래의 상기된 LVDS 드라이버 회로 및 Lateral 바이폴라 트랜지스터의 구성의 예까지도 살펴본다.  In order to achieve the above object, the present invention replaces the MOSFETs of the driver stage with the lateral bipolar transistors 50A, 50B, 51A, and 51B in the LVDS driver circuit 58 of the conventional CMOS process as shown in the conceptual diagram of FIG. Therefore, the parasitic resistance component can be minimized regardless of the device size according to the constant current 52A flowing through the driver 58 stage, thereby introducing a method of designing a miniaturized LVDS driver circuit. In addition, it is designed to implement LVDS circuit by implementing lateral bipolar transistor and deriving optimized parameter without additional mask in CMOS process. An example of the configuration of the LVDS driver circuit and the lateral bipolar transistor described above will also be described.

1. 저 전압 LVDS 드라이버 회로1. Low voltage LVDS driver circuit

도 5는 2개의 인버터로 구성된 드라이버 회로로서, 구조가 간단하여 구현하기 용이한 장점이 있는 반면, 공급전압의 변동에 무관한 전류원 회로가 필요하며, 내부 노드의 바이어스 값이 불안정해지므로 안정된 동작점을 찾기 힘들다. 이를 위해 두 출력 전압의 공통 신호 또는 바이어스 전압을 일정하게 유지하기 위한 궤환 회로가 요구된다.  FIG. 5 is a driver circuit composed of two inverters, which is simple in structure and easy to implement, but requires a current source circuit independent of fluctuations in supply voltage, and a stable operating point because the bias value of an internal node becomes unstable. Hard to find. For this purpose, a feedback circuit is required to keep the common signal or bias voltage of the two output voltages constant.

앞 서 상기된 도 4의 개념도에서 보다 세부적인 회로를 도 6와 같이 구성하였다. In the conceptual diagram of FIG. 4 described above, a more detailed circuit is configured as shown in FIG. 6.

본 발명의 전류 드라이버 회로(61)는 2개의 저항을 디바이더(63)로 이용하여 평균값을 구현한 CMFB(60)가 이용되었으며, 또한 2.5V의 Vcc(62)를 이용하여 소비전력을 8.75mW(2.5V × 3.5mA)로 최소화 시켰다. CMFB회로(60)는 드라이버의 저항 디바이더(63)를 통한 전압 평균값은 단일 출력 차동 증폭기의 입력 단으로 접속하여, 기준 전압 회로(Bandgap Reference Circuit)(65)에 발생되는 LVDS 기준전압 1.25V와 전압 차를 이용한다. 이는 CMFB회로의 단일 출력을 드라이버단의 트랜지스터(67)의 게이트에 연결함으로써 고속 스위칭으로 인한 불안정한 트랜지스터(67)의 바이어스 전압을 일정하게 유지함과 동시에 공통모드 전압(Vcm)을 도 7에서 보듯이 일정한 공통모드 신호(70)로 구현할 수 있다. 출력전압도 100?의 터미네이션 저항을 기준으로 할 때 ±300mV 의 낮은 전압 스윙(80)을 얻을 수 있다(도 8).  In the current driver circuit 61 of the present invention, a CMFB 60 having an average value using two resistors as the divider 63 is used, and a power consumption of 8.75 mW (2.5 VV 62 is used). 2.5V x 3.5mA). In the CMFB circuit 60, the voltage average value through the resistor divider 63 of the driver is connected to the input terminal of the single output differential amplifier, so that the LVDS reference voltage 1.25V and the voltage generated in the bandgap reference circuit 65 are applied. Use a car. This maintains a constant bias voltage of the unstable transistor 67 due to the high-speed switching by connecting a single output of the CMFB circuit to the gate of the transistor 67 of the driver stage, while maintaining a constant common mode voltage (Vcm) as shown in FIG. The common mode signal 70 may be implemented. A low voltage swing 80 of ± 300 mV can be obtained when the output voltage is also based on a termination resistance of 100? (Fig. 8).

전송신호 중단과 수신기의 입력 감도의 필요한 터미네이션 저항을 능동 저항(Active resister)(64)로 대체하여 회로에 탑재함으로서, 변동이 가능하게끔 설계하였다. 이로서 전송선로 상 임피던스의 불연속으로 발생되는 신호반사로 인한 신호의 왜곡(Distortion) 및 Crosstalk 문제를 쉽게 확인하여 분석이 가능하다. 추가적으로 능동소자에 저항 값의 조절에 필요한 전압은 안정적인 전압 공급을 위해 버퍼(Buffer)(69)를 탑재하여 전체적인 회로의 성능향상에 기여하였다. 또한 R,C결합을 통해 miller compensation(68)을 이용한 낮은 frequency pole은 부하선로의 특성상 10pF까지도 좋은 phase margin을 기대할 수 있다.  The necessary termination resistors for the interruption of the transmission signal and the input sensitivity of the receiver are replaced with an active resister 64 and mounted in the circuit so that the change is possible. This makes it easy to identify and analyze signal distortion and crosstalk problems caused by signal reflections caused by discontinuities in impedance on transmission lines. In addition, the voltage required to adjust the resistance value in the active device contributed to the improvement of the overall circuit performance by mounting a buffer (69) for a stable voltage supply. In addition, low frequency pole using miller compensation (68) through R, C combination can expect good phase margin up to 10pF due to the characteristics of load line.

2. Lateral 바이폴라 트랜지스터의 최적화 2. Optimization of Lateral Bipolar Transistors

일반적으로 MOSFET과 바이폴라소자를 비교해 볼 때, MOSFET은 게이트에서 입력 저항이 실질적으로 무한대이기 때문에, 매우 높은 입력 저항과 거의 0 mA의 입력 바이어스 전류로 인한 낮은 소비 전력 및 좋은 스위칭 특성을 가진다. 반면 BJT는 동일한 직류 전류에서 MOSFET보다 더 높은 트랜스컨덕턴스(gm)를 가짐에 따라 current driving의 특성이 우수하다. 또한 소자의 정격 전류 허용량은 MOSFET 경우, 디바이스 사이즈(W/L)의 비율에 비례하여 증가되고 LVDS 드라이버 설계 시 각각의 응용분야마다 흐르는 정 전류(3.5mA~12mA)의 양이 다르기 때문에 상대적으로 매우 큰 사이즈(W/L)의 드라이버 설계가 요구되어 진다. 반면 바이폴라의 컬렉터 전류는 일반적으로 베이스-이미터간의 전압에 지수 함수적으로 증가되기 때문에, 디바이스의 크기를 크게 고려하지 않으면서, 높은 current driving 특성을 이용하여, 보다 최적화되고 우수한 성능의 LVDS 드라이버의 설계가 가능하다. 하지만 정 전류 드라이버에 lateral 바이폴라 트랜지스터를 탑재하기 위해서는 드라이버 단에 흐르는 전류의 변동을 최소화 할 수 있게 동일한 전류 이득(β)의 특성을 얻는 것이 중요하다.  In general, when comparing MOSFETs to bipolar devices, MOSFETs have very high input resistance and low switching power due to very high input resistance and nearly 0 mA input bias current, resulting in good switching characteristics. BJT, on the other hand, has higher transconductance (gm) than MOSFET at the same direct current, so it has excellent current driving characteristics. In addition, the device's rated current allowance increases in proportion to the ratio of device size (W / L) in the case of MOSFETs, and is relatively high because the amount of constant current (3.5mA to 12mA) flowing for each application in the LVDS driver design varies. Larger size (W / L) driver designs are required. On the other hand, because the collector current of bipolar generally increases exponentially with the voltage between the base and the emitter, the high current driving characteristics can be used to achieve a more optimized and better performance of the LVDS driver without considering the device size. Design is possible. However, in order to mount the lateral bipolar transistor in the constant current driver, it is important to obtain the same current gain (β) to minimize the fluctuation of the current flowing in the driver stage.

따라서 본 발명은 base length 및 도핑농도를 조절하여 도 9와 같은 구조로 최적화된 lateral 바이폴라 트랜지스터(93)를 설계하였다. 에미터(emitter) 양쪽에 콜렉터(collector)를 형성하여, 쌍방향의 최적화된 컬렉터-이미터간의 거리(95) 및 농도 조절을 통한 전류 이득의 증가는, 향상된 current driving을 기대할 수 있다. Therefore, the present invention designed the lateral bipolar transistor 93 optimized to the structure as shown in Figure 9 by adjusting the base length and the doping concentration. By providing collectors on both sides of the emitter, increasing current gain through bidirectional optimized collector-emitter distance 95 and concentration control can be expected to improve current driving.

설계된 바이폴라 소자의 전류(96,97)의 이동 경로(path)는 도 9에 도시한 바와 같이 컬렉터와 이미터의 간의 최적화된 표면 농도와 거리 조절을 통한 전류(96)와 추가적으로 DNwell(91)과 Pwell(92)에 유입되어 이미터로 흐르는 전류(97)가 합성되기에 전류 이득은 보다 향상되며, 2개의 쌍 방향 콜렉터와 이미터간의 전류를 통해 기존의 바이폴라의 특성에 비추어 볼 때 current driving 특성은 떨어지지 않는다. 또한 DNwell(91)안에 Pwell(92)을 형성함으로써 같은 Sub상의 회로상의 다른 소자에 전기적 특성에 영향을 미치지 않는다. 도 10와 도 11을 도시한 바와 같이 설계된 새로운 구조의 바이폴라의 전류-전압(I-V)특성과 대략 20의 일정한 전류이득(β)(110)을 추출할 수 있다. The travel path of the currents 96,97 of the designed bipolar device is shown in FIG. 9 by the optimized surface concentration and distance control between the collector and the emitter, as well as the DNwell 91 and The current gain is further improved because the current 97 flowing into the pwell 92 and flowing into the emitter is synthesized, and the current driving characteristics are compared with the characteristics of the existing bipolar through the current between the two bidirectional collectors and the emitter. Does not fall. Also, by forming the Pwell 92 in the DNwell 91, the electrical characteristics of other elements on the circuit on the same Sub are not affected. It is possible to extract the current-voltage (I-V) characteristics and the constant current gain (β) 110 of approximately 20 of the bipolar structure of the new structure designed as shown in FIGS. 10 and 11.

도 12는 CMOS공정상에서 설계된 Lateral 바이폴라 트랜지스터를 탑재한 개념도이다.  12 is a conceptual diagram incorporating a lateral bipolar transistor designed in a CMOS process.

설계된 바이폴라 소자(101)는 다른 MOSFETs 소자(100)의 Psub(104)와 같은 포텐셜(potential)을 갖지 않게 하기 위해 Psub(104)위에 Dnwell(103)을 형성한 뒤, Pwell(102)을 형성케 하였다. 이로서 추가적인 격리(isolation)과정 없이, Psub(104)의 포텐셜(potential)과는 무관하게 독립적인 lateral 바이폴라 트랜지스터의 구동이 가능하다. 따라서 설계된 바이폴라 디바이스(101)는 같은 Psub(104)상의 MOSFETs 소자(100)의 전기적 특성에 영향을 주지 않으며, 공정상의 추가적인 비용 없이 디바이스 제작이 가능하다. 이로서 CMOS공정의 제조공정 상에서 별도의 Mask 없이 MOSFET(100)과 동일한 mask를 사용함으로서 BiCMOS공정 또한 가능해진다. The designed bipolar device 101 forms a Dwell 103 on the Psub 104 to form the Pwell 102 so that it does not have the same potential as the Psub 104 of the other MOSFETs 100. It was. This allows driving of a lateral bipolar transistor independent of the potential of the Psub 104 without additional isolation. Therefore, the designed bipolar device 101 does not affect the electrical characteristics of the MOSFETs device 100 on the same Psub 104, and the device can be manufactured without any additional cost in the process. Thus, the BiCMOS process is also possible by using the same mask as the MOSFET 100 without a separate mask in the CMOS process manufacturing process.

본 발명에서는 5V, 3.3V의 기존의 LVDS 공급전압을 2.5V까지 낮춤으로서 소비전력을 최소화시켰으며 또한 저 전압 데이터 스윙을 통한 전송 데이터 고속화 및 EMI 최소화 시켰다. 또한 드라이버의 터미네이션 저항을 능동 저항(Active resister)로 대체함으로서 출력 전압 조절이 가능하다. 이는 수신기의 입력감도에 따른 다양한 어플리케이션에 적용이 보다 용이하며 동시에 드라이버단의 MOSFETs을 Lateral 바이폴라 트랜지스터로 대체함으로서 보다 다양해지고 발전해가는 I/O 인터페이스의 각기 다른 정 전류에서도 기생 저항과 소자의 정격 전류 허용량과 무관하게 소형화된 LVDS 칩셋이 구현이 가능하다.In the present invention, the power consumption is minimized by lowering the existing LVDS supply voltage of 5V and 3.3V to 2.5V, and the transmission data speed and the EMI are minimized through the low voltage data swing. In addition, the output voltage can be adjusted by replacing the driver's termination resistor with an active resistor. It is easier to apply to various applications depending on the input sensitivity of the receiver, and at the same time, the parasitic resistance and the rated current allowance of the device can be applied even at different constant currents of the I / O interface which is diversified and developed by replacing the MOSFETs of the driver stage with lateral bipolar transistors. Regardless, a smaller LVDS chipset can be implemented.

오늘날 넓은 대역폭을 필요로 하고 고속 데이터 전송이 광범위하게 쓰이는 현실을 감안해 볼 때, 낮은 전원전압을 갖는 LVDS 회로에 Lateral 바이폴라 트랜지스터를 탑재한 본 LVDS 드라이버 회로는 고속 I/O 인터페이스 회로 및 기타 정보통신 시스템에 광범위하게 이용될 수 있을 것이다. Given the wide bandwidth requirements of today and the widespread use of high-speed data transfers, this LVDS driver circuit incorporates a lateral bipolar transistor in an LVDS circuit with low supply voltage, making it possible to use high-speed I / O interface circuits and other telecommunication systems. It can be widely used at.

Claims (2)

LVDS 용의 드라이버 회로 장치에 있어서, 입력단자에 인가된 상기 입력 신호에 따 In a driver circuit device for LVDS, according to the input signal applied to the input terminal. 라 제1 출력 전위와 제2 출력 전위에 의해 차동 신호가 형성되는 출력회로에 상기 D) the output circuit in which the differential signal is formed by the first output potential and the second output potential; 드라이버 회로의 같은 전원 공급 전압과 일정한 기준 전압 출력을 발생시키는 기 A device that generates a constant reference voltage output with the same power supply voltage in the driver circuit. 준 전압 발생 회로가 포함 및; A quasi-voltage generating circuit is included; LVDS 드라이버 크기의 최적화를 위한 설계된 새로운 구조의 Lateral 바이폴라 트 New Lateral Bipolar Architecture Designed to Optimize LVDS Driver Size 랜지스터가 LVDS 드라이버 단에 탑재되고, 상기 터미네이션 저항은 N 채널 트랜지 A transistor is mounted on the LVDS driver stage and the termination resistor is an N channel transistor. 스터인 능동 저항이 사용 및 안정적인 바이어스 조절을 위한 버퍼를 구비한 것을 Active resistors with buffers for use and stable bias control 특징으로 하는 LVDS 드라이버. LVDS driver featuring. 상기 Lateral 바이폴라 트랜지스터의 설계 과정에서 상기 바이폴라 트랜지스터의  In the process of designing the lateral bipolar transistor, 구조상 CMOS 공정에 있어 MOSFETs소자의 Psub의 포텐셜(potential)과 무관하게, Regardless of the potential of the Psub of MOSFETs in structural CMOS processes, 독립적인 트랜지스터의 동작이 가능하고;  Independent transistor operation is possible; 같은 Substrate상에 별도의 격리(isolation)과정 없이 제작 가능하기에, 기존의 Since it can be produced without separate isolation process on the same substrate, CMOS공정상에 별도의 마스크(mask)의 추가 없이 바이폴라 트랜지스터 구현이 가능 Possible to implement bipolar transistor without adding additional mask in CMOS process 한 특징;  One feature; 으로하는 CMOS공정상에 BiCMOS 공정의 Lateral 바이폴라 트랜지스터 구현방법.  A method of implementing a lateral bipolar transistor of a BiCMOS process in a CMOS process.
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