KR910007785B1 - 전원공급전압 변동에 대해 안정한 씨모스 입력 버퍼회로 - Google Patents

전원공급전압 변동에 대해 안정한 씨모스 입력 버퍼회로 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

전원공급전압 변동에 대해 안정한 씨모스 입력 버퍼회로
제1도는 종래의 씨모오스 입력 버퍼회로.
제2도는 제1도의 종래의 씨모오스 입력 버퍼회로에서 전원전압의 변동에 대한 트립점 전압의 변동을 보인 그래프.
제3도는 본 발명의 실시예의 회로도.
제4도는 제3도의 전원공급전압의 변동에 관한 트레이서 전압의 변동을 보인 그래프.
제5도는 전원공급전압의 변동에 관한 제3도의 출력단의 트립점 전압의 변동을 보인 그래프.
본 발명의 씨모오스 입력 버퍼회로에 관한 것으로 특히 전원공급전압 변동에 대해 안정된 동작을 할 수 있는 씨모오스 입력 버퍼회로에 관한 것이다.
씨모오스 집적회로가 TTL 레벨신호들을 수신하기 위해 설계될때 입력단은 통상적으로 TTL 레벨신호를 CMOS 레벨신호로 변환할 수 있는 입력 버퍼회로가 사용된다. 전형적인 응용에서 씨모오스 입력 버퍼회로는 어드레스 또는 데이터 등과 같은 TTL 레벨 입력신호를 씨모오스 레벨신호로 변환한다.
TTL 레벨의 논리 하이레벨은 2.2볼트에서 5볼트까지로 정의되며 TTL 레벨의 논리 로우레벨은 0볼트에서 0.8볼트까지로 정의된다. 그러므로 씨모오스 입력 버퍼회로는 최악의 경우의 TTL 레벨 0.8볼트와 2.2볼트에 대해 각각 논리로우(접지전압)과 논리하이(전원전압 Vcc)로 변환하는 것이 요구된다.
종래의 그러한 입력 버퍼로써 노아게이트가 주로 사용되어 왔다. 노아게이트의 트립점 전압(trip point voltage)은 1.5볼트의 TTL 중앙범위전압(mid-range Voltage) 근방에서 유지하는 것이 바람직하다. 그러나 노아게이트는 선천적으로 트립점 전압이 전원전압 Vcc의 변동에 따라 변하는 결점을 가지고 있다. 그러므로 전원전압의 변동을 5V±10%까지 허용하는 씨모오스 반도체 메모리 장치는 그러한 범위 값내에서 안정하고 확실하게 동작할 수 있는 씨모오스 입력 버퍼회로를 요구한다.
따라서 본 발명의 목적은 TTL 레벨신호를 씨모오스 레벨신호로 변환할 수 있는 개량된 씨모오스 입력 버퍼회로를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 전원전압의 허용전압범위내에서 안정하게 동작할 수 있는 씨모오스 입력 버퍼회로를 제공함에 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 씨모오스 입력 버퍼회로에 있어서, 일정한 기준전압을 발생하는 수단과, 전원공급전압의 소정 범위내에서 상기 기준전압과 상기 전원공급전압의 차에 대략 비례하는 제1전압을 제공하는 수단과, 상기 제1전압과 연결된 게이트와 상기 전원공급전압과 접속된 소오스와 드레인을 가지며 상기 전원공급전압 변동에 대해 일정한 전류를 제공하기 위한 제1P채널 모오스 트랜지스터와, 상기 제1P채널 모오스 트랜지스터의 드레인과 접속된 소오스와 입력신호와 접속된 게이트와 출력단자와 접속된 드레인을 가지는 제2P채널 모오스 트랜지스터와, 상기 제2P채널 모오스 트랜지스터의 드레인과 접속된 드레인과 상기 입력신호와 접속된 게이트와 기준전원과 접속된 소오스를 가지는 제1N채널 모오스 트랜지스터로 구성함을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 제1도를 참조하면, 종래의 노아게이트의 씨모오스 입력 버퍼회로가 도시되어 있다.
씨모오스 입력 버퍼회로(10)는 TTL 레벨의 입력신호V1 P채널 모오스 트랜지스터의 PT1의 게이트와 N채널 모오스 트랜지스터의 PT3의 게이트와 접속이 된다. 상기 입력 버퍼회로(10)를 인에이블 하기 위한 칩선택신호
Figure kpo00001
가 P채널 모오스 트랜지스터 PT2와 N채널 모오스 트랜지스터 PT4의 게이트와 접속된다. 상기 P채널 모오스 트랜지스터의 PT1은 전원 Vcc와 접속된 드레인을 가지고 있다. 상기 N채널 모오스 트랜지스터들 PT3과 PT4는 상기 P채널 모오스 트랜지스터 PT2의 드레인 및 출력신호 VO와 접속된 드레인들과 접지전원 Vss와 접속된 소오스들을 가지고 있다.
제2도는 인에이블 상태에 있는 씨모오스 입력 버퍼회로(10)에서 전원전압의 변동에 대해 트립점 전압의 변동을 보인 그래프이다. 제2도에 나타낸 바와같이 종래의 씨모오스 입력버퍼(10)의 트립점 전압은 전원전압 Vcc가 증가할때 증가한다. 그러므로 종래의 씨모오스 입력 버퍼회로(10)는 허용되는 전원전압의 범위(즉 4.5V-5.5V)에서 이 회로의 트립점 전압(VTP)이 최대 TTL 로우레벨(0.8V)와 최소 TTL 하이레벨(2.2V) 사이에 위치되도록 설계하여 왔다. 그러나 이것은 공정의 변동 때문에 특히 달성하기가 어렵다.
예를들어 공정의 차이에 기인하여 4.5볼트의 전원전압에서 트립점 전압 VTP가 0.8볼트보다 작게되었고 입력신호 V1가 0.8볼트였다면, 논리 로우인 0.8V가 논리 하이로 잘못 인식되어서 상기 씨모오스 입력 버퍼회로(10)의 출력신호 V0는 논리 하이로 잘못되서 출력할 것이다.
제3도에서 본 발명에 따라 씨모오스 입력버퍼(100)가 도시되어 있다. 씨모오스 입력 버퍼회로(100)는 인버어터(20)와 기준 전압발생회로(30) 전원공급전압 트레이서회로(40)와 입력단(50)으로 구성된다.
N채널 모오스 트랜지스터들 TC2와 TR1-TR3와 TT3-TT5와 Ti2-Ti4는 모두 약 0.8볼트의 드레쉬홀드 전압을 가지고 있으며 P채널 모오스 트랜지스터들 TC1, TR1, TT1, TT2, Ti1과 Ti2는 모두 약 -0.8볼트의 드레쉬홀드 전압을 가지고 있다.
인버어터(20)는 칩 외부로 부터의 칩선택 제어신호
Figure kpo00002
를 게이트들로 입력하는 P채널 모오스 트랜지스터 TC1과 N채널 모오스 트랜지스터 TC2로 구성되 있다. 상기 트랜지스터의 TC1의 드레인은 전원공급전압 Vcc와 연결되고 상기 트랜지스터 TC2의 소오스는 접지(기준전원 Vss)와 연결되어 있으며 상기 트랜지스터들 TC1과 TC2의 드레인들은 반전 제어신호 CS를 제공하기 위해 공통으로 접속되어 있다.
기준전압 발생회로(30)는 상기 칩선택 제어신호
Figure kpo00003
에 응답하여 노오드(31)에 기준전압 VR을 제공하기 위해 P채널 모오스 트랜지스터 TR1과 N채널 모오스 트랜지스터 TR2 와 TR3 및 저항 R1과 R2로 구성된다. 상기 트랜지스터 TR1은 상기 칩선택 제어신호 CS와 연결된 게이트와 전원공급전압 VccDP 연결된 소오스와 상기 노오드(31)과 접속된 드레인을 가진다. N채널 모오스 트랜지스터 TR2의 드레인과 게이트 그리고 저항 R1의 일단과 N채널 모오스 트랜지스터 TR3의 드레인은 모두 상기 노오드(31)에 접속되어 있다.
상기 트랜지스터 TR2의 소오스는 상기 트랜지스터 TR3의 게이트와 저항 R2의 일단과 접속되어 있다. 저항 R1과 R2의 타단들과 상기 트랜지스터 TR3의 소오스는 접지되어 있다.
상기 저항 R1과 R2의 각각은 전류소모를 최소화하기 위해 200-300 기가옴의 다결정 실리콘으로 형성되어져 있다. 그러므로 노오드(31)의 기준전압 VR은 상기 트랜지스터 TR1이 도통상태에 있을때 대략 상기 트랜지스터들 TR2와 TR3의 드레쉬홀드 전압들의 합과 같다.
전원공급전압 트레이서회로(40)는 P채널 모오스 트랜지스터들 TT1과 TT2 그리고 N채널 모오스 트랜지스터들 TT3-TT5로 구성된다. 상기 트랜지스터들 TT1과 TT2의 드레인들과 소오스들은 각각 전원공급 전압 Vcc와 트레이서 노오드(41)에 접속되어 있다. 또한 상기 트랜지스터들 TT1과 TT2의 게이트들은 각각 상기 기준전압 VR과 상기 반전제어신호 CS에 연결되어 있다. 상기 트랜지스터 TT3의 드레인과 상기 트랜지스터 TT4의 드레인과 게이트는 모두 상기 노오드(41)에 접속되어 있다. 상기 트랜지스터 TT3의 게이트와 소오스는 각각 상기 반전제어신호 CS와 접지에 연결되어 있고 상기 트랜지스터 TT5의 드레인, 게이트 및 소오스는 각각 상기 트랜지스터 TT4의 소오스, 상기 반전제어신호 CS 및 접지에 연결되어 있다.
상기 전원공급전압 트레이서회로(40)은 상기 반전제어신호 CS의 논리 하이상태에서 전원공급전압 Vcc의 소정 범위내에서 상기 기준전압과 상기 전원공급전압의 차에 대략 비례하는 노오드(41)의 트레이서 전압을 제공하고, 상기 반전제어신호 CS의 논리 로우상태에서 상기 노오드(41)을 전원공급전압으로 충전하는 기능을 한다.
트랜지스터들 TT3와 TT4의 크기는 트랜지스터 TT1의 크기보다 훨씬 작게 설계되고 전류 배출을 감소하기 위해 이들의 채널 길이는 긴 칫수를 갖는다. 트랜지스터들 TT4와 TT5는 전원으로 부터의 급작스런 피크 전압을 제거하기 위해 제공되어 있으며 이들없이 사용될 수 있다.
입력단(50)은 상기 노오드(41)의 전압의 제어하에 전원공급전압 Vcc의 변동에 대해서도 TTL 레벨의 입력신호에 응답하여 안정한 논리출력을 제공하기 위해 P채널 모오스 트랜지스터들 Ti1과 Ti2와 N채널 모오스 트랜지스터 Ti3돠 Ti4로 구성된다.
상기 트랜지스터 Ti1은 상기 노오드(41)과 접속된 게이트와 전원공급전압 Vcc와 접속된 소오스를 가지고 있다. 상기 트랜지스터 Ti2는 상기 트랜지스터 Ti1의 드레인과 접속된 소오스와 입력패드(60)를 통해 TTL 레벨의 입력신호 V1와 연결된 게이트와 출력 노오드(51)와 접속된 드레인을 갖는다.
상기 트랜지스터들 Ti3와 Ti4의 드레인들과 소오스들은 각각 상기 출력 노오드(51)와 접지에 접속되어 있다. 상기 트랜지스터 Ti3의 게이트는 상기 노오드(41)과 접속되어 있고 상기 트랜지스터 Ti4의 게이트는 상기 입력패드(60)과 접속되어 있다. 상기 트랜지스터 Ti3의 크기는 상기 트랜지스터들 Ti1과 Ti4의 크기에 비해 적게 설계된다.
제3도의 동작이 설명된다. 칩선택 제어신호
Figure kpo00004
가 논리 하이에 있을때 트랜지스터 TR1의 비도통에 의해 기준전압 발생회로(30)는 기준전압 VR을 발생할 수 없다. 동시에 인버어터(20)를 통한 반전제어신호 CS에 의해 트랜지스터 TT2는 도통상태에 있고 트랜지스터들 TT3와 TT5는 비도통상태에 있다. 그러므로 노오드(41)에서의 전압 VT는 전원공급전압 Vcc로 충전되고 이에의해 트랜지스터 Ti1를 턴오프하고 결과적으로 입력단(50)를 디스에이블 한다.
칩선택 제어신호 CS가 논리 로우로 되면 상기 트랜지스터 TR1의 도통에 의해 노오드(31)은 기준전압 VR의 일정전압에 유지된다. 상기 전압 VR은 트랜지스터들 TR2와 TR3의 드레쉬홀드 전압들의 합 즉 약1.6볼트이다.
동시에 반전제어신호 CS에 의해 트랜지스터 TT2는 턴오프되며 트랜지스터들 TT3와 TT5는 턴온된다. 트랜지스터 TT1은 전원공급전압 Vcc가 상기 기준전압 VR과 상기 트랜지스터 TT1의 드레쉬홀드 전압의 합 약2.4볼트에서 턴온된다.
전원공급전압 Vcc가 2.4볼트의 전압을 넘어 증가할때 상기 트랜지스터 TT1의 채널을 통해 흐르는 전류도 증가한다. 그러나 트랜지스터 TT3는 도통상태에 있으므로 상기 트랜지스터 TT1을 통해 흐르는 초기전류는 상기 트랜지스터 TT3를 통해 배출된다.
전원공급전압 Vcc가 더 증가될때, 트랜지스터 TT3의 작은 크기에 기인하여 상기 트랜지스터 TT1을 통해 흐르는 전류는 트레이서 노오드(41)를 충전한다. 전원공급전압의 허용범위내에서 상기 노오드(41)의 트레이서 전압 VT는 대략 선형적으로 증가한다.
최대 허용범위를 넘는 전원공급전압에서 상기 트랜지스터들 TT1과 TT3의 포화에 의해 상기 노오드(41)의 트레이서 전압 VT의 증가는 감소된다. 그러므로 상기 전원공급전압의 허용범위내에서 입력단(50)의 트랜지스터 Ti1의 게이트와 소오스사이의 전압 VGS는 전원공급전압의 변동에 대해 거의 일정한 값을 유지하고 일정한 전류를 공급한다. 최대 허용전압에서 입력신호 V1의 레벨이 0.8볼트인 경우, 증가된 트레이서 전압 VT에 의해 트랜지스터 Ti3가 도통이 된다. 그러나 트랜지스터 Ti1이 트랜지스터 Ti3 보다 크고 이때의 VT에 의한 트랜지스터 Ti3의 VGS 보다는 트랜지스터 Ti1의 VGS가 훨씬 크기때문에 트랜지스터 Ti1이 트랜지스터 Ti3 보다 더욱 강하게 도통하고 그 결과 출력신호 VO 는 논리 하이를 출력한다.
한편, 입력신호 V1가 2.2볼트일때 큰 크기를 가지는 트랜지스터 Ti4가 강하게 도통을 하고 결과적으로 출력신호 VO는 논리 로우를 출력한다.
전원공급전압의 최소 허용전압에서 입력신호 V1가 0.8볼트인 경우 트랜지스터 Ti2의 강한 도통에 의해 출력신호 VO는 논리 하이가 된다. 또한 입력신호 V1가 2.2볼트인 경우 트랜지스터 Ti4의 강한 도통에 의해 출력신호는 VO는 논리로우가 된다. 그러므로 입력단(50)은 전원공급전압의 허용범위내에서 트립점 전압을 0.8볼트와 2.2볼트 사이의 전압값으로 설계할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 설계에서 각 트랜지스터의 채널 폭(W)대 길이(L)의 비값은 하기표와 같다.
[표]
Figure kpo00005
제4도는 본 발명의 실시예의 상기 설계값들에 따라 전원공급전압 Vcc의 변동에 관한 트레이서 전압 VT의 변동을 보인 그래프이며, 제5도는 전원전압의 통상 허용범위내에서 출력단(50)의 트립점 전압 VIP의 변동을 보인 그래프이다.
제5도의 그래프에서 알 수 있는 바와같이 트립점 전압 VTP이 허용 전원전압 범위내에서 최대 TTL 로우레벨(0.8볼트)와 최소 TTL 하이레벨(2.2볼트)사이에 설정되 있다.
전술한 바와같이 본 발명은 전원공급전압의 변동에 대해 입력단의 트립점 전압이 안정한 레벨을 유지하기 때문에 TTL 논리 입력신호가 씨모오스 논리신호로 안전하게 변환될 수 있다.

Claims (7)

  1. 씨모오스 입력 버퍼회로에 있어서, 일정한 기준전압을 발생하는 수단과, 전원공급전압의 소정 범위내에서 상기 기준전압과 상기 전원공급전압의 차에 대략 비례하는 제1전압을 제공하는 수단과, 상기 제1전압과 연결된 게이트와 상기 전원공급전압과 접속된 소오스와 드레인을 가지며 상기 전원공급전압 변동에 대해 일정한 전류를 제공하기 위한 제1P채널 모오스 트랜지스터(Ti1)와, 상기 제1P채널 모오스 트랜지스터의 드레인과 접속된 소오스와 입력신호와 접속된 게이트와 출력단자와 접속된 드레인을 가지는 제2P채널 모오스 트랜지스터(Ti2)와, 상기 제2P채널 모오스 트랜지스터의 드레인과 접속된 드레인과 상기 입력신호와 접속된 게이트와 기준전원과 접속된 소오스를 가지는 제1N채널 모오스 트랜지스터(Ti4)로 구성함을 특징으로 하는 씨모오스 입력 버퍼회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1N채널 모오스 트랜지스터인 드레인과 소오스와 각각 접속된 드레인과 소오스와 상기 제1전압과 연결된 게이트를 가지는 제2N채널 모오스 트랜지스터(Ti3)를 구비함을 특징으로 하는 씨모오스 입력 버퍼회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2N채널 모오스 트랜지스터의 채널 칫수가 상기 제1 및 제2P채널 모오스 트랜지스터들과 상기 제1N채널 모오스 트랜지스터의 채널 칫수보다 더 작음을 특징으로 하는 씨모오스 입력 버퍼회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1전압 제공수단이 상기 기준전압과 접속된 게이트와 전원공급전압과 접속된 소오스와 상기 제1전압과 접속된 드레인을 가지는 제3P채널 모오스 트랜지스터와, 상기 제3P채널 모오스 트랜지스터 드레인과 접속된 드레인과 기준전원과 접속된 소오스와 제1제어신호(CS)와 접속된 게이트를 가지는 제3N채널 모오스 트랜지스터를 구비함을 특징으로 하는 씨모오스 입력 버퍼회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1P채널 모오스 트랜지스터를 턴오프하기 위해 전원공급전압에 접속된 소오스와 상기 제1전압과 연결된 드레인과 상기 제1제어신호와 연결된 게이트를 구비함을 특징으로 하는 제4P채널 모오스 트랜지스터를 구비함을 특징으로 하는 씨모오스 입력 버퍼회로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 기준전압 발생수단이 상기 제1제어신호의 반전신호(CS)와 연결된 게이트와 전원공급전압과 접속된 소오스와, 상기 기준전압과 연결된 드레인을 가지는 제5P채널 모오스 트랜지스터를 구비함을 특징으로 하는 씨모오스 입력 버퍼회로.
  7. 제6항에 있어서, 전원공급전압에 혼합된 피크전압을 제거하기 위해 제1전압과 접속된 게이트와 드레인과 소오스를 가지는 제4N채널 모오스 트랜지스터와, 상기 제4N채널 모오스 트랜지스터의 소오스와 접속된 드레인과, 상기 제1제어신호와 연결된 게이트와 기준전원과 접속된 소오스를 가지는 제5N채널 모오스 트랜지스터를 구비함을 특징으로 하는 씨모오스 입력 버퍼회로.
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