TW200910373A - Dynamic impedance control for input/output buffers - Google Patents
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Description
200910373 九、發明說明 [相關申請案] 此申請案主張於2007年6月8曰申請之美國臨時申 請案號60/942,7 8 9的優先權,以參考方式將其全部內容包 含於此。 【發明所屬之技術領域】 本發明主要有關於輸入/輸出緩衝器的阻抗控制。 【先前技術】 同步動態隨機存取記憶體(SDRAM )記憶體控制器用 於個人電腦及各式各樣的電子產品之中,一般而言,其中 微處理器與S DRAM係嵌於產品中以界定產品之控制特徵 與使用者介面。SDRAM記憶體控制器允許微處理器在運 作程式時有效率地存取高速之SDRAM。 隨著晶片製造商不斷縮小矽製程特徵尺寸,使矽技術 朝向越來越好的電性及經濟性能,但當時脈與資料速率隨 著每新的一代倍數增加,晶片與系統應用之間的實體介面 中產生嚴重的信號完整性之問題。在較高時脈速率,信號 完整性崩潰,主要因爲記憶體控制器晶片與SDRAM晶片 間的互連中之傳輸線效應。 傳輸線效應,其包括反射、衰減、串音及地面反彈, 皆對晶片間之互連中的信號品質的下降造成影響。互連中 的晶片至晶片反射若未恰當地處理會完全毀掉任何高速系 -4- 200910373 統中的信號完整性。 所有的傳輸線具有由導體幾何及圍繞導體之絕緣媒介 的介電質常數所界定之特性阻抗及特性信號速度。在傳輸 線來回傳播的信號反射若不加以控制可能會使信號品質下 降至無法使用的地步。然而’若驅動傳輸線一端之電路的 來源阻抗匹配在線的另一端之電路的終止阻抗,則傳輸線 中不會產生信號反射。當使用半導體電路,典型CMOS (互補金屬氧化物半導體)電晶體,來驅動信號至晶片外 的印刷電路板(PCB )跡線上以由印刷電路板上的另一晶 片上的半導體電路接收時,若跡線之接收端並未以接近傳 輸線阻抗的某阻抗加以終止,則經常發生顯著的信號反 射。 以前,以具有比PCB跡線的特性阻抗低許多的輸出阻 抗之輸入/輸出(I/O )緩衝器來驅動高速信號。使用具有 匹配跡線之特性阻抗的電阻値之固定電阻器來終止PCB跡 線。在一些應用中,一將固定電阻器與驅動緩衝器串接以 改善信號的完整性。雙資料率(DDR ) SDRAM的出現驅 使半導體產業尋找將來源與終止阻抗內部化的方式,以免 除在這些新的記憶體系統中匹配PCB跡線阻抗所需之固定 的外部電阻器。動機永遠爲降低成本與減少耗電量。已清 楚證實當有匹配的終止阻抗時DDR記憶體系統中可獲得 良好的信號完整性。只要終止吸收傳播到線的末端之信號 就不會發生反射。在這些系統中,先前故意讓驅動線之電 路的來源阻抗低於PCB跡線的特性阻抗已產生有較佳抗雜 200910373 訊力之較大信號擺幅。 CMOS I/O電路可設計成在特定情況下頗好却 輸線阻抗,但在電路預期之整個製程、電壓 (PVT )範圍中會呈現大阻抗變化,經常超過2_· 消P VT變化,電路設計師已爲晶片外驅動(0 C D ) 上終止(ODT )內建了 一些可調整性。 目前已有多種可編程輸出阻抗之解決方法,戈 速收發器邏輯(HSTL)及DDR應用中。在許多II 輸出阻抗控制可有少如兩各驅動設定。在許多情祝 出阻抗並非相對於阻抗參考動態設定。 【發明內容】 根據一廣泛態樣,本發明提供一種結合之驅® 電路,包含:可變阻抗上拉網路、可變阻抗下拉雜 於設定該上拉網路之組態之至少一控制輸入、用於 下拉網路之組態之至少一控制輸入;該設備具有紹 模式,其中該可變阻抗上拉網路組態成具有上拉嫌 阻抗,以及該可變阻抗下拉網路組態成具有下拉絕 阻抗,該上拉網路及該下拉網路結合作用爲分裂紹 設備具有驅動操作模式,其中:欲驅動高輸入’診 路組態成當開啓時產生一特定阻抗;欲驅動低輸/ 拉網路組態成當開啓時產生一特定阻抗。 在一些實施例中,一種設備包含:核心邏輯、 I/O (輸入/輸出),各具有個別的I/O墊、針對各 匹配傳 及溫度 .。欲抵 及晶粒 其在高 況中, 中,輸 I及終止 丨路、用 •設定該 1止操作 丨路終止 丨路終止 •止;該 :上拉網 .,該下 複數個 I/O,如 200910373 上述之個別的結合之驅動及終止電路,該結合之驅動及終 止電路作爲從該核心邏輯產生輸出以及終止該核心邏輯的 外部輸入。 在一些實施例中,該上拉及下拉網路當在驅動及終止 模式之間轉換時,動態切換於兩阻抗設定之間。 在一些實施例中,該設備進一步包含:針對各I/O, 預先驅動器邏輯包含及-或-及邏輯,其接收指示驅動高 之第一輸入、指示驅動低之第二輸入、以及指示終止的第 三輸入,以及相應地切換於兩阻抗設定之間。 在一些實施例中,該電路結合將該些阻抗相對於阻抗 參考作校準之校準邏輯。 在一些實施例中,一種設備包含:核心邏輯、複數個 輸入,各具有個別的輸入墊、以及複數個輸出,各具有個 別的輸出墊;針對各輸入墊,永久地組態於終止模式中的 如上述之個別的結合之驅動及終止電路;針對各輸出墊, 永久地組態於驅動模式中的如上述之個別的結合之驅動及 終止電路。 在一些實施例中,一種設備包含:如上述之結合之驅 動及終止電路、控制器,其產生該些控制輸入作爲該結合 之驅動及終止電路是否在驅動模式或終止模式中之函數。 在一些實施例中,該上拉網路包含平行連接在一起之 複數個電晶體,藉由選擇性啓通該複數個電晶體之某數量 來控制該上拉網路之該可變阻抗;該下拉網路包含平行連 接在一起之複數個電晶體,錯由擇性啓通該複數個電晶 200910373 體之某數量來控制該下拉網路之該可變阻抗。 在一些實施例中,一種設備包含:如上述之結合之驅 動及終止電路、該結合之驅動及終止電路的至少一部分之 副本,以用來執行校準。 在一些實施例中,該設備進一步包含:控制器,其控 制在如下之四步驟中執行的校準:1 )當一資料輸出爲邏 輯高時,針對驅動模式校準上拉網路、2 )當一資料輸出 爲邏輯低時,針對驅動模式校準下拉網路、3 )針對終止 模式校準上拉網路、以及4 )針對終止模式校準下拉網 路。 在一些實施例中,該上拉網路包含複數個P型金屬氧 化物半導體場效電晶體(mosfet ),以及該下拉網路包含 複數個N型mo sfet,該設備進一步包含控制在如下之四步 驟中執行的校準之控制器:1 )當一資料輸出爲邏輯低 時,N裝置輸出阻抗校準,以判斷針對驅動模式致能該些 N型電晶體的幾個、2)當一資料輸出爲邏輯高時,P裝置 輸出阻抗校準,以判斷針對驅動模式致能該些P型電晶體 的幾個;3 ) N裝置終止校準,以判斷針對終止模式致能 該些N型電晶體的幾個、以及4 ) P裝置終止校準,以判 斷針對終止模式致能該些P型電晶體的幾個。 在一些實施例中,該上拉網路及該下拉網路各完全由 P型電晶體或N型電晶體所形成,該設備進一步包含:控 制器,其控制在如下之兩步驟中執行的校準:1 )當一資 料輸出爲邏輯高時,針對驅動模式校準上拉網路、以及 -8- 200910373 2 )針對終止模式校準上拉網路。 在一些實施例中,該上拉網路包含複數個 N型 mosfet,以及該下拉網路包含複數個N型mosfet,該設備 進一步包含控制在如下之兩步驟中執行的校準之控制器: 1 )當一資料輸出爲邏輯低時,N裝置輸出阻抗校準,以 判斷針對驅動模式致能該些N型電晶體的幾個、以及2 ) N裝置終止校準,以判斷針對終止模式致能該些N型電晶 體的幾個。 在一些實施例中,該設備進一步包含:互連,其傳送 共同校準値至各結合之驅動及終止電路。 在一些實施例中,該互連使用一或更多溫度表碼來遞 送該些校準値。 在一些實施例中,該上拉網路包含P型電晶體,以及 該下拉網路包含N型電晶體,以及其中該互連遞送:第一 校準値,其設定當一資料輸出爲邏輯低時,針對驅動模式 致能該些N型電晶體的幾個、第二校準値,其設定當一資 料輸出爲邏輯高時,針對驅動模式致能該些P型電晶體的 幾個、第三校準値,其設定針對終止模式致能該些N型電 晶體的幾個、以及第四校準値,其設定針對終止模式致能 該些P型電晶體的幾個。 在一些實施例中,一種設備包含:複數個如上述之結 合之驅動及終止電路、互連,其傳送共同校準値至各結合 之驅動及終止電路、針對各結合之驅動及終止電路,預先 驅動器電路選擇性施加該些校準値之一,作爲該特定結合 200910373 之驅動及終止電路在輸出邏輯低或輸出邏輯高的驅動模式 中或在終止模式中的函數。 根據另一廣泛態樣,本發明提供一種結合之ODT (晶 粒上終止)以及OCD (晶片外驅動)電路,包含爲終止電 晶體雙倍之驅動電晶體。 根據另一廣泛態樣,本發明提供一種晶片上終止電 路,包含:至少一上拉電晶體,其連接至至少一下拉電晶 體、輸入,其連接於該上拉電晶體及該下拉電晶體之間, 該至少一上拉電晶體及至少一下拉電晶體作用爲終止該輸 入。 在一些實施例中,該至少一上拉電晶體包含可選擇性 致能之第一複數個電晶體,以及該至少一下拉電晶體包含 可選擇性致能之第二複數個電晶體,致能之該第一及第二 複數個電晶體的數量設定該電路的終止阻抗。 根據另一廣泛態樣,本發明提供一種提供結合之驅動 及終止的方法,該方法包含:在終止操作模式中,將可變 阻抗上拉網路組態成具有上拉網路終止阻抗,以及將可變 阻抗下拉網路組態成具有下拉網路終止阻抗,該上拉網路 及該下拉網路結合作用爲分裂終止、在驅動操作模式中, 欲驅動高輸入,將該上拉網路組態成當產生第一驅動阻 抗、在驅動操作模式中’欲驅動低輸入,將該下拉網路組 態成當產生第二驅動阻抗。 在一些實施例中’該方法進一步包含:在該終止模式 及該驅動模式之間選擇操作模式。 -10- 200910373 在一些實施例中,將該上拉網路組態成具有上拉網路 終止阻抗包含選擇性啓通形成該上拉網路之複數個電晶體 的某數量、將該下拉網路組態成具有下拉網路終止阻抗包 含選擇性啓通形成該下拉網路之複數個電晶體的某數量。 在一些實施例中,該方法進一步包含:執行校準,以 校準該上拉終止阻抗、該下拉終止阻抗、該第一驅動阻 抗、及該第二驅動阻抗。 在一些實施例中’執行校準包含:當一資料輸出爲邏 輯高時,針對驅動模式校準該上拉網路、當一資料輸出爲 邏輯低時,針對驅動模式校準該下拉網路、針對終止模 式校準該上拉網路、以及針對終止模式校準該下拉網路。 在一些實施例中’中執行校準包含:當一資料輸出爲 邏輯高時’針對驅動模式校準該上拉網路,以產生第一校 準結果、當一資料輸出爲邏輯低時,針對驅動模式使用該 第一校準結果來校準該下拉網路、針對終止模式校準該上 拉網路,以產生第二校準結果、以及針對終止模式使用該 第二校準結果來校準該下拉網路。 【實施方式】 兹參照第1圖’其顯示兩種不同的DDR輸入/輸出 (I/O )單元架構的平面佈置圖。以3 0泛指傳統單元架 構’包括核心介面邏輯1 0、位準轉換器及輸入緩衝器 1 2、預先驅動器丨4、晶粒上終止(〇dt ) 1 6、晶片外驅動 (OCD) 18、靜電放電(ESD)鉗位二極體20及接合/探 -11 - 200910373 針墊22。見例如Jedec標準;2008年4月,DDR SDRAM 規格,JESD79-2E ( JESD79-2D 之修訂)。 以3 2泛指本發明之一實施例所提供的單元架構,其 中有核心1 0、位準轉換器及輸入緩衝器1 2、預先驅動器 1 4、E S D 2 0及墊2 2。然而,在此實施例中,晶粒上終止 1 6及晶片外驅動1 8並非爲分別的構件,而提供爲結合的 晶粒上終止/晶片外驅動(OCT/ODT) 34。 雖考慮第1圖之單元I/O架構32用於連接諸如 SDRAM記憶體裝置之言己憶體裝置的記憶體控制器之I/O, 此I/O架構可用於其他應用中,如在真實的記憶體裝置本 身及任何高速CMOS晶片至晶片互連上,例如包括CPU、 FPGA、控制器、記憶體等等。 注意到在傳統單元架構3 0中,有分別的 0 D T及 OCD ;在一可能的特定實施尺寸的範例中,總高度爲260 μιη以及寬度爲4〇μιη。典型使用電阻器實施ODT 16而典 型使用電晶體實施OCD 18。 第1圖爲單元架構中可實施OCD/ODT功能之一特定 的範例。更一般,在此提供之合倂的OCD/ODT可用於需 要終止與驅動兩者的任何單元架構中。在又一實施例中, 在具有專門的終止及驅動功能之單元中實施合倂的〇CD/ ◦ DT電路,其中針對每一個利用相同電路之不同實例,藉 此簡化設計與測試。 茲參照第2Α圖,顯示合倂之ODT/OCD之簡單的區 塊圖。顯示分別經由開關50及52使可變電阻上拉網路40 -12- 200910373 連接至可變電阻下拉網路42。開關5 0當關閉時將上拉網 路40連接至I/O墊46及ESD結構(未圖示)。開關50 具有輸入41,提供整個ODT/OCD上拉網路的動態開/關控 制。開關52當關閉時將下拉網路42連接至I/O墊46及 ESD結構。同樣地,開關52具有輸入43,提供整個ODT /OCD下拉網路的動態開/關控制。控制4 1允許以高速啓 通及關閉ODT及OCD功能的每一個之上拉網路。同樣 地,控制43允許以高速啓通及關閉ODT及OCD功能的 每一個之下拉網路。第一及第二開/關控制41及43動態 切換上拉及下拉電阻網路至開或關以產生輸出或接收輸 入。典型地,墊46經由PCB跡線連接至諸如SDRAM的 記憶體裝置(未圖示)。上拉網路40具有控制輸入48, 其提供ODT及Ο CD之每一個的阻抗控制。下拉網路42 具有控制輸入53,其提供ODT及OCD之每一個的阻抗控 制。亦顯示輸入緩衝器5 1。輸入緩衝器連接以從墊46接 收信號,並經由接收器電路(未圖示)遞送給核心(亦未 圖示)。可變電阻網路40及42兩者主要爲具有可變電阻 之電晶體網路。在一些實施例中,這些可變電阻網路包括 一組電晶體,可切換入或出電路以相應地變化電路之啓通 電阻。網路之關閉電阻實質上爲僅呈現漏電流之斷路。在 —些實施例中,第一及第二電阻控制(48及53)爲準靜 態控制,其之狀態,一旦針對特定校準過的電阻設定後, 無需再度改變,只要電阻網路之操作條件不會導致電阻明 顯地改變。於再次校準時,可改變電阻控制之狀態以針對 -13- 200910373 不同的操作條件達到希望的電阻。 欲在ODT模式中運作’第一及第二開/關控制 43分別啓通上拉網路40及下拉網路42。此外,阻 輸入48及53用來將上拉網路40及下拉網路42的 定成供終止用的校準値。接收到的信號經由墊46 經過輸入緩衝器5 1並遞送至電路的其餘部分 示)。藉由同時啓通上拉網路及下拉網路兩者中 體,輸出驅動器可用來產生分裂終止電阻器網路的 性。換言之,控制器的輸出電晶體可用來終止輸入1 欲在OCD模式中運作,當欲輸出邏輯高時, 入41及43啓通上拉網路40,並關閉下拉網路 外,阻抗控制4 8用來將上拉網路的電阻設定成驅 上拉網路的經校準値。當欲輸出邏輯低時,控制I 及4 3啓通下拉網路4 2,並關閉上拉網路4 0。此外 控制5 3用來將下拉網路的電阻設定成驅動用之下 的經校準値。注意到OCD及ODT功能爲互斥。 四倍資料率(QDR ) SRAM (靜態隨機存取記 爲具有獨立輸入及輸出墊的SRAM的一種。合倂之 〇 CD連接至此種裝置仍有其應用之處,因爲針對輸 出兩者可用共同I/O單元設計之不同實例,藉此 計。在此情況中,一特定的合倂ODT/O CD實例將 組態成ODT或OCD。第2B圖描繪其中類似第1圖 ODT/OCD用於經由電性路徑與QDR SRAM通訊的 料率(QDR) SRAM控制器中之一特定範例。在所 41及 抗控制 電阻設 輸入, (未圖 的電晶 阻抗特 言號。 控制輸 42 〇 ]1:匕 動用之 w Λ 4 1 ,阻抗 拉網路 憶體) :ODT/ 入及輸 簡化設 永久性 之合倂 四倍資 示的範 -14- 200910373 例中’電性路徑包括’從控制器到SRAM,控制器 接合墊8 0、控制器的封裝導線8 2、球體8 4、電路 86、另一球體88、SRAM的封裝導線90及SRAM 接合墊92。該圖並未按照比例繪製,其中典型地電 線8 6顯示比電性路徑之任何其他元件較長。電性 以完美的互連節點作用,以及因而一些寄生電阻、 及電容與電性路徑有關連,其會讓高速信號有嚴重 線效應。注意到並未顯示額外的接收電路(如接收 等等)’但針對用於ODT之電路的實例至少會存在 輸出阻抗與QDR輸出驅動器中啓通之電晶體 反比。參照第2B圖,典型至少在上拉網路40中 (如16個)NMOS電晶體43,以及在下拉網路42 似數量的NMOS電晶體45。在一些實施例中,爲 僅需啓通上拉網路40,因爲在網路A及B中的電 相同的種類(在此情況中Ν Μ Ο S )並且其大小設計 準電壓(Vo = VDDQ/2 )提供相同的上拉及下拉阻抗。 參照第2C圖,顯示如何在具有由相同種類之 所形成的上拉與下拉網路的電路中執行校準的一 型。針對作校準使用I/O單元之副本。上拉網路 Rpu 200及下拉網路描繪成RPD 202。切換組態成 是連接著,而RPD總是斷接著。這以單一開關 示,但亦可使用與第2A圖之開關50及52等效之 關或使用實施可變電阻上拉及下拉網路的電晶體來 其中與第2A圖之開關50等效之RPU的連結爲打 的晶片 板跡線 的晶片 路板跡 路徑不 電感、 的傳輸 緩衝器 〇 數量呈 有數個 中有類 了校準 晶體爲 成在校 電晶體 範例模 描繪爲 R p υ總 203顯 一對開 實施, 開,以 -15- 200910373 及與第2A圖之開關52等效之RPU的連結爲關閉。副本 電路經由墊204連接至在此所示之範例中爲50歐姆的參 考電阻器Rzq。副本電路之輸入20 1亦連接至類比比較器 206之一輸入。類比比較器206有第二輸入203,連接至 在所示範例中設定爲Vddq/2的參考電壓。當電路之輸出 201小於參考電壓203時,類比比較器206之輸出ZC0MP 208爲低,以及當輸出201大於參考電壓203時爲高。當 輸出V〇 201等於參考電壓203時,輸出ZCOMP 208爲未 定。欲校準輸出阻抗,變化Rpu 200 (藉由變化電路組 態,例如藉由變化提供電阻之電晶體的數量)直到ZC0MP 208從「零」切換至「一」。當發生這個狀況時,輸出電 壓剛好超過參考電壓,以及將電路組態辨別爲用於設定真 實1/◦單元的輸出阻抗。注意到當輸出V〇 201非常接近 VDD〇/2時,上拉電阻値非常接近校準電阻器Rzq的値,因 爲橫跨具有相同電流之每一個電阻器有相同的電壓。 在一·些實施例中,使用DDR輸入緩衝器實施類比比 較器2 0 6。此種緩衝器爲專門的類比比較器,其針對速度 而非準確度或增益設計。此種類比比較器的輸出爲數位, 並且設計成根據其類比輸入的相對値從一邏輯位準突然地 切換至另一位準。 例如,欲校準輸出阻抗使其匹配第2C圖中所示之 5 0 Ω電阻,啓通之電晶體的數量可累進地變化,藉由改變 施加致參考驅動器上拉網路之上拉電晶體的閘極之選擇/ 致能信號,直到輸出V〇 20 1大於但盡可能接近vDDq/2。 -16- 200910373 Q D R輸出驅動器的恰當校準將會在此設定,並且一旦設定 好參考QDR輸出驅動器,在分享校準參考驅動器設定之 所有QDR驅動器中,將在正常操作期間啓通輸出驅動器 電晶體的正確數量(X )。例如,當將線驅動成高時,將 啓通上拉網路中之1 6個電晶體的X個,以及當將線驅動 成低時,將啓通下拉網路中之1 6個電晶體的X個。 第2B圖之上拉網路及下拉網路皆由n型電晶體所形 成。這特別適合QDR應用。如前述,這得允許執行簡化 的校準。更一般地,在具有由相同種類之電晶體所形成的 上拉網路及下拉網路的任何實施例中,僅需針對ODT及 0 CD的每一個校準上拉及下拉網路之一,因爲上拉網路及 下拉網路的校準値會相同。 在第2A及2B圖的範例中,上拉網路顯示成與致能上 拉網路之切換元件分開,以及下拉網路顯示成與致能下拉 網路之切換元件分開。然而,在一些實施例中,藉由使電 晶體形成上拉及下拉網路之一部分來實施該切換功能。 作爲D D R 3控制器的輸出驅動器之一範例係顯示在第 2D圖中。DDR3輸出驅動器某程度上與第2B圖中所示之 QDR控制器輸出驅動器類似;然而,上拉網路40包括 PMOS電晶體47而非NMOS電晶體。因此,需分開執行 上拉網路及下拉網路的校準,因爲pM〇S及NMOS電晶體 可有不同的電阻特性。亦可有針對〇DT模式操作之接收 緩衝器(未圖示)。針對DDR3,在互斥時間中’各I/O 功能在輸入及輸出模式兩者中作用。 -17- 200910373 藉由同時啓通上拉網路及下拉網路兩者中的電晶體, DDR3輸出驅動器可用來產生分裂終止電阻器網路之阻抗 特性。換言之’ DDR3控制器的輸出電晶體可用來終止輸 入信號。 炫參考弟3圖討論與第1圖之單兀架構32 —致之I/O 單元架構的詳細實施例。如下述,第3圖之電路顯示成包 括測試用之測試輸入以及正常輸入。應了解到可省略測試 輸入及對應的電路而不影響電路的正常操作。詳言之,電 路顯示成包括核心邏輯1 0、位準轉換器1 2、預先驅動器 14、包括上拉p型電晶體P<15:0> 110及下拉n型電晶體 Ρ<15:0> 1 12之結合的OCD/ODT電晶體34、及由ESD鉗 位二極體116及ESD鉗位二極體118及墊120所構成之 ESD 20。針對此範例,假設預先驅動器1 4包括驅動丨6個 上拉電晶體之16個預先驅動器88,以及驅動16個下拉電 晶體之1 6個預先驅動器90,但此數量依照實施而定。上 拉電晶體1 10在標示爲PAD內部網(PADI )的點連接至 下拉電晶體II2。亦顯示電阻器RP 117,連接padI至墊 22。電阻器RP 1 1 7爲擴散型電阻器,具有大佈線面積用 來保護輸出電晶體不受到毀滅性的E S D效應。電阻器限制 進入輸出電阻器之ESD電流,其若過量,可能會在電晶體 中觸發驟回(snap-back )而破壞電晶體。設置此電阻器防 止驟回的發生。電阻器Rp亦在1 1 4連接至輸入緩衝器 (未圖示)。電路具有 VDD 60、Vss 62、VDDQ 61、及 Vssq 63之連結。這些爲I/O單元之電源軌端子。電源軌 -18- 200910373 爲用來散佈電源至沿著矽晶片的周圍配置之I/O單元的金 屬匯流排。VDDQ連接至"Ο電源供應器,其例如針對 DDR1標稱地設定爲2.5V、針對DDR2爲1.8V以及針對 DDR3爲1.5V。VSSq爲VDDQ電源供應器之〗/〇接地返 回。VDD端子連接至核心供應器,其針對目前深次微米技 術,係典型設定至在1 ·〇至2.0伏特範圍中之電壓。Vss 爲V D D電源供應器之核心接地返回。雖兩者皆標稱地爲 〇_〇伏特’ VSSQ及Vss爲不同的晶粒上接地網。兩接地 爲分開以將核心與I/O切換雜訊隔離開來。 核心邏輯10包括電路64,接收由SJ、DO、DJ、 〇E、OJ、及TE所構成之輸入66。這些輸入之功能如下: SJ當低時選擇正常輸入(D〇及〇E)以及當高時選擇 測試輸入(D J及Ο J ); DO爲當ΟΕ=1時至墊的正常資料輸出。當D〇 = l時 墊爲高,當DO = 0時墊爲低; DJ爲當ΟJ= 1時至墊的測試資料輸出。當dJ = 1時墊 爲高,當DJ = 0時墊爲低; OE爲正常輸出致能。當〇Ε=ι時,晶片外驅動器 (OCD )爲致能以及晶粒上終止(;〇dt )爲禁能。當 〇E = 〇時’ OCD爲禁能(三態)以及若ΤΕ=ι時,〇DT爲 致能。 OJ爲測試輸出致能,以及具有與〇E相同的功能;以 及
Te爲終止致能。這允許墊驅動器電晶體作爲分裂終 -19- 200910373 止。當TE二1時,終止會在OCD爲三態時(OE (或OJ) =1 )啓通。這通常針對僅驅動應用爲低以及資料I/O應用 爲高。
核心邏輯64的輸出包括DPU 68、TON 70及DPD 72,其如下作用: DPU爲驅動上拉控制。當此爲高時,令驅動上拉電晶 體啓通。當低時,令驅動上拉電晶體關閉; DPD爲驅動下拉控制。當此爲高時,令驅動下拉電晶 體啓通。當低時,令驅動下拉電晶體關閉;以及 TON爲終止開啓控制。當高時,在 OE或 OJ變低 時,上拉及下拉電晶體兩者皆致能以一起啓通形成分裂終 止。當低時,終止功能完全禁能並不受到OE或OJ之狀 態的影響。 這三個輸出DPU 68、TON 70及DPD 72爲位準轉a〇6 換器12的輸入,其產生DPUH 78、TONH 80、DPDH 82 及TONH 84,其爲用來驅動I/O預先驅動器88及90之 DPU 68、TON 70及DPD 72之高電壓型式。 有64位元的阻抗控制匯流排,稱爲ZIOH<63:0>,用 來控制上拉電晶體11 0及下拉電晶體1 1 2。阻抗控制匯流 排ZIOH爲第2A圖之阻抗控制輸入如何實施的一特定範 例。各預先驅動器接收阻抗控制匯流排之特定位元,以及 經位準轉換之輸出 DPUH 78、TONH 80、DPDH 82及 TONH 84的特定者,如下述。21〇^1<6 3:0>包括下列: 1 6位元ZI Ο Η < 3 1 : 1 6 >用於控制0 c D模式中的上拉電 -20- 200910373 晶體110’每一電晶體一位元; 10位元21011<63:48>用於控制ODT模式中的上拉電 晶體1 1 0,每一電晶體一位元; 16位元21〇11<15:10>用於控制〇cd模式中的下拉電 晶體112 ’每一電晶體一位元;以及 16位元乙1011<47:3 2>用於控制〇DT模式中的下拉電 晶體112,每一電晶體一位元。 各預先驅動器88包括及閘92與及閘94,具有連接至 或閘9 6之個別的輸入’該或閘9 6具有饋送經過個別的反 向緩衝器98的輸出’反向緩衝器98之輸出驅動上拉電晶 體1 1 0之一的閘極。及閘9 2接收D P U Η 7 8 ( A 1 )以及 ZIOH<31:16>(A2)的位兀之一。及閘 94 接收 TONH 80 (B1)以及 ZIOH<63:48>(B2)的位元之—。 類似地’各預先驅動器9 0包括及閘1 〇 0與及閘1 〇 2, 具有連接至或聞104之個別的輸入,該或閘丨具有饋送 經過個別的反向緩衝器1 0 6的輸出,反向緩衝器丨〇 6之輸 出驅動上拉電晶體120之一的閘極。及聞1〇〇接收DpDH 82 ( C1 )以及 ZIOH<15:0> ( C2 )的位元之一。及閘 ι〇2 接收 TONH 84 ( D1 )以及 ZIOH<47:3 2> ( D2 )的位元之 - 。 內建於預先驅動器88及90中之及-或-及邏輯作爲獨 控制驅動器及終止阻抗的局速多工器。及-或-及 許在驅動時任何數量的上拉及下拉電晶體交替地啓通及關 閉,以及在終止時任何數量的上拉及下拉電晶體一起啓通 -21 - 200910373 及關閉。預先驅動器邏輯關閉未被ZIOH<63:0”匯流排76 選擇的所有OCD/ODT電晶體34並防止他們切換。僅被選 擇的OCD/ODT電晶體以高速切換。 第3圖之電路64的一詳細範例實施顯示在第4A圖 中。如於第 3圖中,有輸入66(由 SJ、D〇、DJ、OE、 OJ、TE 所構成)及輸出 DPU 68、DPD 70、及 TON72。 DO及DJ爲至第一多工器200的輸入,該第一多工器200 產生輸出DD 204。OE及OJ爲至第二多工器2〇2的輸 入,該第二多工器202產生輸出EE 206。DD 204連接及 閘2 0 8的第一輸入,以及至及閘2 1 0的反向輸入,及閘 20 8的輸出爲DPU 68。EE 2 06連接及閘20 8的第二輸 入,以及至及閘210的第二輸入,及閘210的輸出爲DPD 70。EE 206亦連接至及閘212的第一反向輸入。TE連接 至及閘2 1 2的第二輸入,及閘2 1 2的輸出爲τ 〇N 7 2。 第4 B圖中的2 1 4泛指電路6 4的真値表,顯不如何產 生爲 SJ、DO、DJ、〇E、OJ、及 TE之函數的DPU、 DPD、及 TON。 預先驅動器8 8及9 0操作成經位準轉換的D P U Η、 ΤΟΝΗ、及TPDH之函數。與爲類似之測試操作相反’將 於下描述正常操作(SJ = 〇)。 OCD模式 在OCD模式操作中,〇e爲高以致能輸出。只要0E 爲高TE的狀態不相干。〇 〇在任何特定時刻爲0或1 ’反 -22- 200910373 映將產生之輸出。若D◦爲1 (列2 1 6及2 1 7 ),則針對 ZIOH<6 3 : 〇>中的每一個「1」,會藉由預先驅動器88啓 通上拉電晶體1 1 0的個別一者。類似地,若DO爲0 (列 218及219),則針對ZIOH<15:0>中的每一個「1」,會 啓通下拉電晶體1 1 2的個別一者。 0DT模式 唯一使0DT模式啓動的一組輸入爲:0E爲低以禁能 輸出以及TE=1以致能ODT ( T0N=1 )。此爲真値表214 的列220。若TON爲1,則針對ZIOH<63: 48>中的每一 個「1」,會藉由上拉電晶體〗1〇啓通上拉電晶體110的 個別一者,以及針對ZIOH<47 :32>中的每一個「1」,會 啓通下拉電晶體112的個別一者。 校準 在一些實施例中,提供校準機制以識別用於0DT及 ◦CD模式之適當數量的電晶體,以及尤其識別針對這些模 式的每一個啓通多少個上拉及/或下拉電晶體。在一些實 施例中,在裝置操作期間週期性動態地進行校準,以允許 在改變操作條件下作調整。 在一些實施例中,執行如下列之四階段的校準: 1 ) N裝置輸出阻抗校準一此判斷針對0CD模式當 DO爲〇時致能多少個η型電晶體112, 2 ) Ρ裝置輸出阻抗校準一此判斷針對0 C D模式當D 0 -23- 200910373 爲1時致能多少個P型電晶體11 0 ; 3 ) Ν裝置終止校準一此判斷針對〇 D Τ致能多少個η 型電晶體1 1 2 ;以及 4 ) Ρ裝置終止校準-此判斷針對ODT致能多少個ρ 型電晶體1 1 〇。 更一般地,可以類似方式執行上拉網路校準及下拉網 路校準。所述之電路大部分係針對每一接腳作副本。然 而,在一些實施例中,校準並非針對每一接腳執行。更確 切地,執行一次校準,並預期相同校準結果可應用至所有 的接腳。假設用於結合的OCD/ODT針對多接腳之多個電 晶體將爲相同積體電路之一部分,並因此具有類似的性 質,則此預期爲合理。在一些實施例中,結合的〇CD/ ODT之副本用來校準所有的I/O。 將包括在結合的OCD/ODT中之電晶體的數量可選擇 作爲可編程性所希望之範圍的函數,以及電晶體之電阻/ 驅動特性的函數。在一些實施例中,一組電晶體用來提供 從30歐姆至90歐姆之可編程性範圍,但此當然可依特定 實施而定。 在一些實施例中,使用葛雷碼(gray eode)來編碼控 制器,並接著將此轉換成溫度表碼輸出。溫度表_ @名_ _ 字具有單一組的零或更多1,其接續在單一組的零或更多 〇之後,構成該碼字。使用此種溫度表碼確保致能一組連 續的電晶體(上拉或下拉)。在一特定的範例中,4位元 葛雷碼用來指示1 6種可能的排列之一,並且轉譚成i 6位 -24- 200910373 元溫度表碼’含有每一個電晶體一位元。可使用葛雷至溫 度表解碼方法而非二位元至溫度表方法,以防止當改變阻 抗碼(ZIOH<6 3:〇>)時在驅動器輸出上發生故障。 所述之範例皆有關於結合的OCD/ODT電路。更一般 地,提供可提供結合的驅動及終止之電路。 第5圖爲提供結合的驅動及終止之方法的流程圖。方 法從步驟5-1開始,在終止操作模式中,組態可變電阻上 拉網路以具有上拉網路終止電阻,並組態可變電阻下拉網 路以具有下拉網路終止電阻,上拉網路及下拉網路結合作 爲分裂終止。在步驟5-2中,在驅動操作模式中,欲驅動 高輸出,組態上拉網路以產生第一驅動阻抗。在步驟5-3 中,在驅動操作模式中,欲驅動低輸出,組態下拉網路以 產生第二驅動阻抗。執行第5圖中之步驟的順序明顯地取 決於驅動對終止兩者之順序,並取決於驅動模式期間欲驅 動之資料。 第6圖爲校準第5圖之第一方法之流程圖。方法從步 驟6-1開始,其中當資料輸出爲邏輯高時針對驅動模式校 準上拉網路。該方法繼續到步驟6 -2,其中當資料輸出爲 邏輯低時針對驅動模式校準下拉網路。該方法繼續到步驟 6-3 ’其中針對終止模式校準上拉網路。該方法繼續到步 驟6 - 4,其中針對終止模式校準下拉網路。 第7圖爲校準第5圖之第二方法之流程圖。方法從步 驟7-1開始,其中當資料輸出爲邏輯高時針對驅動模式校 準上拉網路,以產生第一校準結果。該方法繼續到步驟7- -25- 200910373 2’其中當資料輸出爲邏輯低時使用第一校準結果來校準 下拉網路。這假設使用相同的程序形成用於下拉網路及上 拉網路之電晶體,並因此這兩者可用相同的校準。該方法 繼續到步驟7_3,其中針對終止模式校準上拉網路,以產 生第二校準結果。該方法繼續到步驟7_4,其中針對終止 模式使用第二校準結果來校準下拉網路。 所述之實施例參照可變電阻上拉網路、可變電阻下拉 網路、終止電阻、及電阻參考。更一般地,實施例可利用 可變阻抗上拉網路、可變阻抗下拉網路、終止阻抗、及阻 抗參考。 有鑑於上述教示可有本發明之各種的變更與變化。因 此,應了解到在所附之申請專利範圍的範疇內,可以非在 此特別描述者來施行本發明。 【圖式簡單說明】 參考附圖描述本發明之實施例,附圖中: 第1圖爲比較傳統單元架構與本發明之一實施例所提 供之單元架構的平面佈置圖;. 第2A圖爲本發明之一實施例所提供之合倂的晶片上 驅動/晶粒上終止的區塊圖; 第2B圖爲本發明之一實施例所提供之合倂的晶片上 驅動/晶粒上終止的區塊圖,其適用於四倍資料率應用; 第2 C圖爲會如何執行校準的電路圖; 第2D圖爲本發明之一實施例所提供之合倂的晶片上 -26- 200910373 驅動/晶粒上終止的區塊圖’其適用於D D R 3應用; 第3圖爲本發明之一實施例所提供之I/O單元架構的 詳細區塊圖; 第4 A圖爲第3圖之核心邏輯功能的區塊圖; 第4B圖爲第4A圖之邏輯圖的真貫表; 第5圖爲提供結合的驅動與終止之方法的流程圖; 第6圖爲校準第5圖之方法的第一方法之流程圖;以 及 第7圖爲校準第5圖之方法的第二方法之流程圖。 【主要元件符號說明】 1 〇 :核心介面邏輯 12:位準轉換器及輸入緩衝器 1 4 :預先驅動器 1 6 :晶粒上終止(〇 D T ) 18 :晶片外驅動(OCD) 2〇:靜電放電(ESD)鉗位二極體 2 2.接合/探針塾 3 0 :傳統單元架構 3 2 :單元架構 34 :結合的晶粒上終止/晶片外驅動(OCT/〇DT ) 4〇 :上拉網路 41 、 43 :輸入 42 :下拉網路 -27- 200910373 46 : I/O 墊 4 8、5 3 :控制輸入
47 : PMOS 5 0、5 2 :開關 5 1 :輸入緩衝器 64 :電路 66 :輸入 80 :控制器的晶片接合墊 82 :控制器的封裝導線 8 4 :球體 8 6 :電路板跡線 8 8 :另一球體 90 : SRAM的封裝導線 92 : SRAM的晶片接合墊 8 8、9 0 :預先驅動器 92、 94、 100、 102 :及閘 96、 104:或閘 9 8、1 0 6 :反向緩衝器 1 1 0 :上拉p型電晶體 1 1 2 :下拉η型電晶體 1 1 6、1 1 8 : E S D 鉗位二極 1 1 7 :電阻器 120 :墊 200 :上拉網路 200910373 200 :第一多工器 2 0 1 ·•輸入 202 :下拉網路 202 :第二多工器 2 0 3 :第二輸入 204 :墊 204 ' 206 :輸出 206 :類比比較器 20 8 :輸出
208 ' 210、 212 :及閘 2 1 4 :真値表 2 1 5 〜2 2 0 :歹[J
Claims (1)
- 200910373 十、申請專利範圍 1. 一種結合之驅動及終止電路,包含: 可變阻抗上拉網路; 可變阻抗下拉網路; 至少一控制輸入,用於設定該上拉網路之組態; 至少一控制輸入,用於設定該下拉網路之組態; 該設備具有終止操作模式,其中該可變阻抗上拉網路 組態成具有上拉網路終止阻抗,以及該可變阻抗下拉網路 組態成具有下拉網路終止阻抗,該上拉網路及該下拉網路 結合作用爲分裂終止; 該設備具有驅動操作模式,其中: 欲驅動高輸出,則該上拉網路組態成當開啓時產生一 特定阻抗; 欲驅動低輸出,則該下拉網路組態成當開啓時產生一 特定阻抗。 2 . —種設備,包含: 核心邏輯; 複數個I/O (輸入/輸出),各具有個別的I/O墊; 針對各I/O,如申請專利範圍第1項之個別的結合之 驅動及終止電路; 該結合之驅動及終止電路作用爲從該核心邏輯產生輸 出及終止該核心邏輯的外部輸入。 3 .如申請專利範圍第2項之設備’其中該上拉及下拉 網路當在驅動及終止模式之間轉換時’動態切換於兩阻抗 -30- 200910373 設定之間。 4.如申請專利範圍第2項之設備,進一步包含: 針對各I/O,預先驅動器邏輯包含及一或-及邏輯’ 其接收指示驅動高之第一輸入、指示驅動低之第二輸入' 以及指示終止的第三輸入,以及相應地切換於兩阻抗設定 之間。 5 .如申請專利範圍第1項之電路,其係結合將該些阻 抗相對於阻抗參考作校準之校準邏輯。 6 . —種設備,包含: 核心邏輯; 複數個輸入,各具有個別的輸入墊,以及複數個輸 出,各具有個別的輸出墊; 針對各輸入墊,永久地組態於終止模式中的如申請專 利範圍第1項之個別的結合之驅動及終止電路; 針對各輸出墊,永久地組態於驅動模式中的如申請專 利範圍第1項之個別的結合之驅動及終止電路。 7.—種設備,包含: 如申請專利範圍第1項之結合之驅動及終止電路; 控制器,其產生該些控制輸入作爲該結合之驅動及終 止電路是否在驅動模式或終止模式中之函數。 8 .如申請專利範圍第1項之結合之驅動及終止電路, 其中: 該上拉網路包含平行連接在一起之複數個電晶體,藉 由選擇性啓通該複數個電晶體之某數量來控制該上拉網路 -31 - 200910373 之該可變阻抗; 該下拉網路包含平行連接在一起之複數個電晶體’藉 由選擇性啓通該複數個電晶體之某數量來控制該下拉網路 之該可變阻抗。 9 . 一種設備,包含: 如申請專利範圍第1項之結合之驅動及終止電路; 該結合之驅動及終止電路的至少一部分之副本,以用 來執行校準。 1 0.如申請專利範圍第9項之設備,進一步包含: 控制器,其控制在如下之四步驟中執行的校準: 1 )當一資料輸出爲邏輯高時,針對驅動模式之上拉 網路校準; 2 )當一資料輸出爲邏輯低時,針對驅動模式之下拉 網路校準; 3 )針對終止模式之上拉網路校準;以及 4 )針對終止模式之下拉網路校準。 1 1 ·如申請專利範圍第9項之設備,其中該上拉網路 包含複數個 P型金屬氧化物半導體場效電晶體 (mosfet),以及該下拉網路包含複數個N型mosfet電晶 體’該設備進一步包含控制在如下之四步驟中執行的校準 之控制器: 1 )當一資料輸出爲邏輯低時,N裝置輸出阻抗校 準’以判斷針對驅動模式致能該些N型電晶體的幾個; 2)當一資料輸出爲邏輯高時,P裝置輸出阻抗校 -32- 200910373 準,以判斷針對驅動模式致能該些p型電晶體的幾個; 3 ) N裝置終止校準,以判斷針對終止模式致能該些 N型電晶體的幾個;以及 4 ) P裝置終止校準,以判斷針對終止模式致能該些P 型電晶體的幾個。 1 2 .如申請專利範圍第9項之設備,其中該上拉網路 及該下拉網路各完全由P型電晶體或N型電晶體所形成, 該設備進一步包含: 控制器,其控制在如下之兩步驟中執行的校準: 1 )當一資料輸出爲邏輯高時,針對驅動模式之上拉 網路校準;以及 2 )針對終止模式之上拉網路校準。 1 3 .如申請專利範圍第9項之設備,其中該上拉網路 包含複數個N型mosfet電晶體,以及該下拉網路包含複 數個N型mo sfet電晶體,該設備進一步包含控制在如下 之兩步驟中執行的校準之控制器: 1 )當一資料輸出爲邏輯低時,N裝置輸出阻抗校 準,以判斷針對驅動模式致能該些N型電晶體的幾個; 2 ) N裝置終止校準,以判斷針對終止模式致能該些 N型電晶體的幾個。 14.如申請專利範圍第9項之設備,進一步包含: 互連,其傳送共同校準値至各結合之驅動及終止電 路。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之設備,其中該互連使用 -33- 200910373 一或更多溫度計碼來遞送該些校準値。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項之設備,其中該上拉網路 包含P型電晶體,以及該下拉網路包含N型電晶體,以及 其中該互連遞送: 第一校準値,其設定當一資料輸出爲邏輯低時,針對 驅動模式致能該些N型電晶體的幾個; 第二校準値,其設定當一資料輸出爲邏輯高時,針對 驅動模式致能該些P型電晶體的幾個; 第三校準値,其設定針對終止模式致能該些N型電晶 體的幾個;以及 第四校準値,其設定針對終止模式致能該些P型電晶 體的幾個。 17.—種設備,包含: 複數個如申請專利範圍第1項之結合之驅動及終止電 路; 互連,其傳送共同校準値至各結合之驅動及終止電 路; 針對各結合之驅動及終止電路,預先驅動器電路選擇 性施加該些校準値之一,作爲該特定結合之驅動及終止電 路在輸出邏輯低或輸出邏輯高的驅動模式中或在終止模式 中的函數。 1 8 . —種結合之ODT (晶粒上終止)以及OCD (晶片 外驅動)電路,包含爲終止電晶體雙倍之驅動電晶體。 1 9 . 一種晶片上終止電路,包含: -34- 200910373 至少一上拉電晶體,其連接至至少一下拉電晶體; 輸入,其連接於該上拉電晶體及該下拉電晶體之間, 該至少一上拉電晶體及至少一下拉電晶體作用爲終止該輸 入。 20.如申請專利範圍第1 9項之電路,其中該至少一上 拉電晶體包含可選擇性致能之第一複數個電晶體,以及該 至少一下拉電晶體包含可選擇性致能之第二複數個電晶 體,致能之該第一及第二複數個電晶體的數量設定該電路 的終止阻抗。 2 1 · —種提供結合之驅動及終止的方法,該方法包 含: 在終止操作模式中,將可變阻抗上拉網路組態成具有 上拉網路終止阻抗,以及將可變阻抗下拉網路組態成具有 下拉網路終止阻抗,該上拉網路及該下拉網路結合作用爲 分裂終止; 在驅動操作模式中,欲驅動高輸出,將該上拉網路組 態成產生第一驅動阻抗; 在驅動操作模式中,欲驅動低輸出,將該下拉網路組 態成產生第二驅動阻抗。 2 2.如申請專利範圍第21項之方法,進一步包含: 在該終止模式及該驅動模式之間選擇操作模式。 2 3.如申請專利範圍第21項之方法,其中: 將該上拉網路組態成具有上拉終止阻抗包含選擇性啓 通形成該上拉網路之複數個電晶體的某數量; -35- 200910373 將該下拉網路組態成具有下拉終止阻抗包含選擇性啓 通形成該下拉網路之複數個電晶體的某數量。 24·如申請專利範圍第21項之方法,進一步包含: 執行校準,以校準該上拉終止阻抗、該下拉終止阻 抗、該第一驅動阻抗、及該第二驅動阻抗。 2 5 ·如申請專利範圍第24項之方法,其中執行校準包 含: 當一資料輸出爲邏輯高時,針對驅動模式校準該上拉 網路; 當一資料輸出爲邏輯低時,針對驅動模式校準該下拉 網路; 針對終止模式校準該上拉網路;以及 針對終止模式校準該下拉網路。 2 6 ·如申請專利範圍第2 4項之方法,其中執行校準包 含: 當一資料輸出爲邏輯高時’針對驅動模式校準該上拉 網路,以產生第一校準結果; 當一資料輸出爲邏輯低時,針對驅動模式使用該第一 校準結果來校準該下拉網路; 針對終止模式校準該上拉網路,以產生第二校準結 果;以及 針對終止模式使用該第二校準結果來校準該下拉網 路。 -36-
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