TWI334070B - Off chip driver - Google Patents

Description

1334070 INTA5032 23008twf.doc/006 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於一種驅動器，且特別是關於一種提供輸 出電流的晶片外驅動器（off chip driver)。 【先前技術】 在龟路系統中’ 一半導體晶片（semic〇ncjuct〇r也㈣可 以產生不同的邏輯信號來控制位於晶片外的裝置（負載）。 一般來說，一半導體晶片可以包括一個晶片外驅動器（〇ff chip driver，0CD)電路，用來將上述的邏輯信號傳送到負載 上。通常晶片外驅動器電路是以p_通道(p_channel)與N—通 道(Ν-channd)的場效電晶體(fleld effect transistors, FETs) 為主要元件’例如金屬氧化半導體（metal 〇xide semiconductor，M0S)或互補型金屬氧化半導體 (complementary metal oxide semiconductor, CMOS)電晶體。 習知晶片外驅動器的輸出信號可以用驅動電流方式 傳送至負載。然而’因為製程上的變異(pr〇cess variati〇n) 會影響到驅動器的輸出電流，所以在輸出電壓變化時，使 得輸出電流的特性有向上漂移或向下漂移等現象。 另外，若將晶片外驅動器應用在動態隨機存取記憶體 (Dynamic Random Access Memory，DRAM)上，由於輸 出的驅動電流會隨著製程特性而產生不穩定的現象，這現 象使得DRAM可能會不符合美國電子工程設計發展聯合 協會(Joint Electron Device Engineering Council, JEDEC)所 制訂的標準規格，更影響到DRAM與負载的耦接相容性 5 INTA5032 23008twf.doc/006 INTA5032 23008twf.doc/006 資料信 (例如與主機板耦接），而無法保證負载所接收到的 號正確無誤。 【發明内容】 ，發明的目的是提供-種鶴器，對於製程變 響不靈敏，_參考來調節細電流，此驅動= 輸出可靠㈣料信號，可以輸出代表#料信號的驅動電产。 本發明提出-種驅動器，其包括多個第—pM〇s^ J、第-電阻、第一放大器、第一二pM〇s電晶體以及 電阻。此每一第一 pM〇S電晶體的第—源/没極端共同 ^ -工作電壓’其第二源/汲極端共同耦接至第一電_ 並域閘極端共同祕。第—電阻的另—端為驅動 益的輸出端。第-放大器具有第—輸人端、第二輸入端、 以及輸出端’其第—輸人端麵接第—參， 耗接至每-第一 PM〇S電晶體的問極端。第二pM〇fS f 源/及極端墟第—卫作電壓，其第二源/沒極端 ^弟了放大器的第二輪人端’其閘極端祕至第一調節 ^ °第，電阻的—端祕第-放大器的第二輸入端，另 j耦$第一工作電壓。因此，第一放大器之輸出端輸出 •調雖電壓’其中第一調節電塵適用以調節第- PMOS 電晶體與第二PM〇s電晶體的祕電流。 去金，、、本發明的較佳實施例所述之驅動器，上述第一參 Ft^(band-gap reference voltage)^·^ 生第PM〇s電晶體為Μ個，其中μ為正整數。第二 ΡΜΜ dug— pMQS電晶體之通道製程結構之寬， 1334070 INTA5032 23〇〇8twf.doc/006

長比值皆為相同。第二電阻之值大小為第—電阻之值的Μ 倍。在另-實施射’驅動器更包括N個第_觀仍带 晶體、第二放大器、第：NM〇s電晶體、第三電阻三 PMOS電晶體、第三NM〇s電晶體、第四pM〇s電曰曰體、 反相器以及第四NMOS電晶體，其中N為正整數。曰第二 放大器具有第-輸人端、第二輸人端、以及輸出端，其第 一輸入端耦接第二參考電壓。每一第—NM〇s電晶體的第 -源你極端共同祕第—電阻，其第二源/汲極端共同輕 接至第二工作電壓，其閘極端共同耦接至第二放大器之輸 出，。第三與第四PMOS電晶體的第一源/汲極端共同耦接 至第一工作電壓。第三與第四PMOS電晶體的第二源/汲極 ，共同耦接至第一調節電壓。第二、第三與第四NM〇s電 aa體的第二源/汲極端共同耦接至第二工作電壓。第三與第 四NMOS電晶體的第一溽/没極端共同輕接至第二放大器 之輸出端。第三PM0S電晶體與第三NM0S電晶體的閘 極端接收一資料信號。第四PMOS電晶體的閘極端接收— 致能信號’並耦接至反相器的輸入端。第四NM〇s電晶體 的閘極端耦接反相器的輸出。第二NMOS電晶體的閘極端 f接第二放大器的輸出端。第二放大器的第二輸入端耦接 ，二NMOS電晶體的第一源/汲極端與第三電阻的一端。 第二電阻的另一端耦接第一工作電壓。因此，第二放大器 之輪出端可以輪出第二調節電壓，其中第二調節電壓適用 1調節第一 NMOS電晶體與第二NMOS電晶體的汲極電 流。第二NMOS電晶體與第一 NMOS電晶體之通道製程 7 1334070 INTA5032 23008twf.doc/〇〇6 結構之寬/長比料為相同ϋ阻 之值的Ν倍。 阻入』、馬弟一電ρ且 從另一觀點來看，本發明另提出 :包括電壓調節電路、多個第—=:多， 弟一調印電壓與第二調節電壓，其中第—^ 根據能隙參考電壓所產生。每 ：二考電屢 電壓調節電路m:丄二咖電晶體_至 愿，日^4 ，、弟源Λ及極&共同輕接至第-工作番 y閘極知共同_至第—調節電壓 ， 雜端共_接至第-電阻的—端^〜得/ 驅動器的輸出端。每一第一顺os雷…電阻的另―端為 電路，且其第-獅端共同綱:=口， π及且其第二祕極端朗婦至第=ίί 並且、閘極端共同耦接至電壓調節 ==’並繼-_電晶艘之第 M0S電日日體之閘極端。開關電路接收— 、 :^綠號㈣此驅動器的輸出。資料接收電^y收資 用以調節第一 PM0S電晶體的沒極電流， 弟-=電壓顧以_g—NM0S電㈣线 本發明實施例因驅動器電路採用能隙 刪〇s)電晶縣接放大器，並且_第1 = I第-電晶體形成電流鏡的結構，當放大器偵測到|流 8 ΓΝΤΑ5032 23008twf.doc/006 鏡的汲極電流變化時，則放大器的輪出快速穩定第一與第 一電曰曰體的閘極端電壓。驅動器不受製程變異的影響，可 以輸出代表資料信號的驅動電流。 一為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式， 作詳細說明如下。 【實施方式】 圖1為根據本發明一實施例之晶片外驅動器（off chip driver，0CD)之電路方塊圖。請參照圖卜驅動器ι〇〇包括 M 個 PM〇S 電晶體（P-channel metal oxide semiconductoOPl、N 個 NM〇s 電晶體(Nchannel metal oxide Semic〇ndUCt〇r)m、電阻 R1、電壓調節電路 1〇2、開 關電路104、以及資料接收電路1〇6，而N為正整數。 其中’電壓調節電路1〇2的輸出麵接至開關電路1〇4、資 料接收电路106、以及pm〇S電晶體pi和NMOS電晶體 m。 在本實施例中，電壓調節電路1〇2可以接收二個參考 電塵VR1 # VR2，以分別輸出第—調節賴V1()1與第二 調命電屋V102來控制每—PM〇s電晶體ρι和每一 nm〇s 電bb體N1。在-些選擇實施例中，參考電壓與抑2 可以是根據能隙參考(“—ρ fef⑽ee vQltage)所產 生。由於能隙參考電壓對於製程變異(ρΓ〇_ V—)的 影響不靈敏，又上述參考電壓VR1與VR2的電壓是根據 此隙參考電壓，所以參考電壓VR1與VR2的位準固定。 1334070 INTA5032 23008twf.doc/006 亦即參考電壓VR1與VR2分別作為放大器與ρΑ2 、· 的比較電壓位準。 J' 請繼續參照圖1，在驅動器100中，每一 PM0S電晶 體P1的4源"及極^共同輕接至工作電壓Vddq，而每 PMOS電晶體pi的閘極端則共同_接至電壓調節電路 102的輸出，以接收第一調節電壓νι〇ι。另外，每一 pM〇s 電晶體P1的第二源/没極端共同搞接至電阻則的一端，而 • 電阻R1的另一端則编接至驅動器100的輸出端DQ。 類似地’每一 NMOS電晶體N1的第一源/汲極端共同 耗接至PMOS電晶體Pi的第二源/没極端，而每一 nM〇s 電晶體N1㈣極端共同输至電壓調節電路ι〇2的輸 出，以接收第二調節電壓V102。並且，每一 NM〇s電晶 體N1的第二源/沒極端共同輕接至工作電壓。 為了更詳細說明上述電路的實施方式與工作原理，請 2’其繪不為根據本發明另—實施例之晶片外驅動 器較詳細的電路圖。在電壓調節電路1〇2中，可以包括 PMOS電晶體P2、NMOS電晶體N2、電阻R2和R3、以 及放大HDA1和DA2。其巾，放大器DA1的第一輸入端 輕接參考 VR1 ’其輪出端麵接至M個pM〇s電晶體 P1以及PMOS電晶體P2的閘極端。更進一步，pM〇s電 曰曰體P2的第一源/汲極端耦接工作電壓VD〇Q，其第二源/ /及極端則_接至放大DA1的第二輸人端，並透過電阻 R2耦接至工作電壓VSSQ。 類似地，放大器DA2的第一輸入端接收參考電壓 1334070 INTA5032 23008twf.doc/006 VRf，其輸出端耦接至N個NM〇s電晶體Ni以及 電晶體N2的閘極端。更進一步，nm〇S電晶體N2的第— 源/汲極端耦接至放大器DA2的第二輸入端，並透過電阻 R3麵接至工作電壓VDDQ，而NMOS電晶體N2的第_ 源/汲極端則耦接至工作電壓VSSQ。 在本實施例中，Μ個PMOS電晶體P1與PM〇s電晶 體P2的通道製程結構的寬度一樣且寬度/長度的比值:

同，因此形成一第一組電流鏡。由於電流量與流過之截面 積成反比，PMOS電晶體P2的汲極電流可以用下式來表 示： IP2

Wp\ X Lp\ M x WplxLpl IPl^m 其中’ Wp 1、Lp 1為PMOS電晶體PI的通道寬度與長度， Wp2、Lp2分別為PMOS電晶體P2的通道寬度與長度，ιρι 為流過Μ個PMOS電晶體pi的汲極電流。

同樣地，N個NMOS電晶體N1與NMOS電晶體N2 的通道製程結構的見度一樣’並且寬度/長度的比值也皆相 同。因此，N個NMOS電晶體與N1與NMOS電晶體N2 則組成一第二組電流鏡，而NMOS電晶體N2的汲極電流 則可以利用下式來表示： IN2 =

Wnl x Lnl N x Wn2 x Ln2 乂祖七祖 其中，WiU、Lnl為NMOS電晶體N1的通道寬度與長度， Wn2、Ln2分別為NMOS電晶體N2的通道寬度與長度， IN1為流過n個NMOS電晶體N1的没極電流。 1334070 INTA5032 23008twf.doc/006 由於M個PMOS電晶體η與pM〇s電晶體p2，以 、· 個丽0S電晶體與電晶體N2形成電流鏡，因此 ·- 汲極電流1pl的變化會影響汲極電流IP2。同樣地，汲極 電流IN1的變化也會影響汲極電流IN2。以pM〇s電晶體 P1與P2為例，假設當沒極電流Ip丨變小時，則沒極電流 IP2也會變小。此時，放大器DA1會依據兩個輸入端之^ 的比較結果而產生第一調節電壓νι〇1至1>河〇8電晶體p2 φ 的閘極端，以調整汲極電流IP2的大小，藉此，驅動器2〇〇 的輸出電流ιρι也可以同步被修正；反之亦然，放大器DA2 會依據兩個輸入端之間的比較結果而產生第二調節電壓 V102至NMOS電晶體N2的閘極端，以調整汲極電流IN2 的大小，藉此，驅動器200的輪出電流IN1也可以同步被 修正。 特別要注意的一點，就是由於PM〇s電晶體pi的數 量為PMOS電晶體P2的Μ倍，而NMOS電晶體N1的數 1則是NM〇S電晶體的Ν倍，造成汲極電流IP1和IN1 • 分別為汲極電流IP2和IN2的Μ和N倍。為了解決這個 問題，因此在本實施例中，電阻尺2和R3的阻值分別設計 為電阻R1之阻值的Μ和N倍。 請繼續參照圖2 ’在本實施例中，開關電路1〇4包括 PMOS電晶體P4、NMOS電晶體Ν4以及反相器iNVeMOS - 電晶體P4的第一源/汲極端耦接工作電壓VDDQ，其第二 源/汲極端耦接PMOS電晶體pi的閘極端，而閘極端則是 接收致能信號ENB，並且透過反相器INv耦接至NM0S 電晶體N4的閘極端。另外，電晶體N4的第一源/ 12 1334070 INTA5032 23008twf.doc/006 沒極端福接NMOS電晶體N1的閘極端，其第二源/ 耦接工作電壓VSSQ。當致能信號ENB為邏輯高 (logical high level)時 ’ PMOS 電晶體 P4 與 Nm〇s N4皆不導通，此時驅動器200可以正常的工作。另阳， 資料接收電路106中，則包括PM〇s電晶體p3以及 電晶體N3。PMOS電晶體P3的第一源/沒極 電壓VDDQ，其第二源/沒_接至每一 pM〇s電晶體^ 的閘極端，而閘極端則接收資料信號DT。類似地，购 電晶體N3的第一源/汲極端耦接每一 NM〇s電晶體 閘極端’其第二源/沒極端耗接至工作電壓v 接至簡電晶體卩3的問極端，以接收資^ 當驅動器200正常工作，且資料信號DT為邏 二電晶體P1導通。此時，驅動器會從 輸出i^DQ輸出-邏輯為Γι」的資料。反之， DT為邏輯低準位時，則NM〇s電晶體Νι / = 驅動器2G0會從輪出端Dq輸出一邏輯為「&的資^付 综上所述，本發明實施例的驅動器電路、 電壓與第二PMOS電晶肋接放A||的輪人端，二“ PMO S電晶體與第二PM〇 s電晶體形成電流鏡的结構，當 =偵及極電流變化時，則放大器快速穩 ;:二：S電晶體的閘極端電壓。同理，第二組 式，。解決習知晶片外驅動器的-製程 父異問通ϋ此，本發明驅動器不受製程變異 ，可 以維持穩定的輸出電流，並且資料信號正確’且^合標 13 1334070 INTAS032 23008twf.doc/006 準規格。 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其二 本發明，任何所屬技術領域中具有通常知非用以限定 本發明之精神和範圍内，當可作些許之更^蛊，在不脫離 本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍、二因此 準。 汀界疋者為 【圖式簡單說明】

圖1為根據本發明一實施例之晶片外驅動器（〇ff chip driver, OCD)之電路圖。 圖2為根據本發明另一實施例之晶片外驅動器之電路 圖。

【主要元件符號說明】 100、200 ··驅動器 102 :電壓調節電路 104 :開關電路 106 :資料接收電路 DAI、DA2 :放大器 DQ :驅動器輸出端 DT :資料信號 ENB :致能信號 INI、IN2、IP1、IP2 :汲極電流 INV :反相器 N1〜N4 : NMOS電晶體 P1〜P4 : PMOS電晶體 R1〜R3 :電阻 14 1334070 INTA5032 23008twf.doc/006 V101 :第一調節電壓 V102 :第二調節電壓 VDDQ、VSSQ ··工作電壓 VR1〜VR2 :參考電壓

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Claims (1)

1. 丄《334070 十、申請專利範面： L一種驅動器，包括： 至一 電晶體’其第一源/汲極端共同輕接 極端共_1其第二源/祕端共同耗接，並且其閉 h楚第—電阻’其—端_至每—該些第-PMOS電曰 一 =/汲極端，另-端為該驅動器之輸出端；日日

   給山放大器’具有第—輸人端、第二輸人端、以及 輸出端，其第—輸人端純 些第一麵電晶趙之間二並上; 產生即 #中該第一參考電壓依據-能隙參考電墨所 一第二PMOS電晶體’其第一源/沒極端輕接該第一 工作電I ’其第—源/汲極端搞接該第—放大器之第二輪入 端，其閘極端耦接該第一調節電壓；以及 』

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   一第二電阻’其一端耦接該第一放大器之第二輪入 端’另一端耦接一第二工作電壓， 其中該第一調節電壓用以調節該些第一 PM〇s電曰曰 體與該第二PMOS電晶體之汲極電流。 M 2. 如申請專利範圍第】項所述之驅動器，其中該些第 一 PMOS電晶體為Μ個，其中Μ為正整數。 3. 如申請專利範圍第1項所述之驅動器，其中該第二 PMOS電晶體與該些第一 pM〇s電晶體之通道製程結構之 寬/長比值皆為相同。 ]6 1334070 _99-7-30 4.如申請專利範圍第1項所述之驅動器，其中〜1 電阻之值大小為該第一電阻之值的Μ倍。 ^ 5·如申請專利範圍第1項所述之驅動器，更包括： 多個第一 NMOS電晶體’其第一源/汲極端共同輕接 至該第一電阻，其第二源/汲極端共同耦接該第二工作電 壓，其閘極端共同耦接； 一第二放大器’具有第一輸入端、第二輸入端、以及 輸出端’其第一輸入端耦接一第二參考電壓，其輸出端耗 ® 接該些第一 NMOS電晶體之閘極端，並且輸出一第二調節 電壓； 一第一 NMOS電晶體，其第一源/汲極端耗接該第二 放大益之第一輸入端，其第二源/没極端輕接該第二工作電 壓，其閘極端耦接該第二放大器之輸出端；以及 一第三電阻，其一端耦接該第二放大器之第二輸入 端’其另一端麵接該第一工作電壓； 其中該第二調節電壓用以調節該些第一 NMOS電晶 ^ 體與該第二NMOS電晶體之汲極電流。 6.如申請專利範圍第5項所述之驅動器，其中該第二 參考電壓依據該能隙參考電壓所產生。 - 7.如申請專利範圍第5項所述之驅動器，其中更包括： ； 工二，三pmos電晶體，其第一源/汲極端耦接該第一 作免壓’其第二源/汲極端耦接該些第一 PMOS電晶體之 ' 閘極端，其閘極端純—資料信號；以及 一第二NMOS電晶體，其第一源/汲極端耦接該些第 17 1334070 --~~專7 3Q-- 年月曰修正替換頁 一 NMOS電晶體之閘極端，其第二源/汲極端耦接該第二 工作電塵，其閘極端接收該資料信號。 ,-· 8.如申請專利範圍第5項所述之驅動器，更包括： 一第四PMOS電晶體，其第一源/汲極端耦接該第一 工作電壓，其第二源/汲極端耦接該些第一 PM〇s電晶體之 閘極端，其閘極端接收一致能信號； 一反相器，其輸入端耦接該第四PMOS電晶體之閘極 端；以及 •一第四NMOS電晶體，其第一源/汲極端耦接該第一 NMOS電晶體之閘極端’其第二源/汲極端耦接該第二工作 電壓，丼閘極端耦接該反相器之輸出端。 9·如申請專利範圍第5項所述之驅動器，其中該些第 一 NMOS電晶體為n個，其中N為正整數。 10.如申請專利範圍第5項所述之驅動器，其中該第二 NMOS電晶體與該些第一 NM〇s電晶體之通道製程結構 之寬/長比值皆為相同。 • I1·如申請專利範圍第.5項所述之驅動器，其中該第三 電阻之值大小為該第一電阻之值的N倍。 12.—種驅動器，包括： 一電壓調節電路，接收一第一參考電壓以及一第二參 考電壓，以輸出一第一調節電壓以及一第二調節電壓； : 多個第一 PM0S電晶體’其第-源/及極端共同輕接 至第工作电壓，其第二源/>及極端互相輕接，而其閘極 端則共同接收該第一調節電屋； IS 1334070 99-7-30

   :個第一 NM〇S電晶體，其第—源/汲極端共同&接 該些第- PM0S電晶體之第二源/沒極端，盆第二源/沒極 至—第二4電壓，翻極端則朗接收該第 :第-電阻’其-端輕接至每一該些第—觸§電晶 體之第二源/祕端與至每—該些第—nm〇s電晶體之第 一源/汲極端，另一端為鵁驅動器之輪出端； 一開關電路，接該電壓調節電路之輸出，該開關電 路根據一致能信號控制該驅動器之輸出；以及 資料接收電路，麵接該開關電路，並輕接該些第一 PM〇S電晶體之閘極端與該些第一 NM0S電晶體之閘極 端，該資料接收電路接收一資料信號，並根據該開關電路 之控制來傳送該資料信號， 其中’該第一調節電壓適用以調節該些第一 pM〇S電 晶體之汲極電流，該第二調節電壓適用以調節該些第一 NM0S電晶體之汲極電流。

   13.如申請專利範圍第12項所述之驅動器，其中該第 一參考電壓與該第二參考電壓係根據一能隙參考電壓所產 生。 14.如申請專利範圍第12項所述之驅動器，其中該電 壓調節電路包括： 一第一放大器，具有第一輸入端、第二輸入端、以及 輸出端’其第—輸入端耦接該第一參考電壓，其輸出端輸 出該第一調節電壓； 19 1334070 99-7-30 够一 •日修正替換、 一第一 PMOS電晶體，其第一源/汲極端耦接該第一… ·. 工作電壓，其第二源/汲極端耦接該第一放大器之第二輸入 • 端，其閘極端耦接該第一放大器之輸出端；以及 一第二電阻，其一端耦接該第一放大器之第二輸入 端，其另一端耦接該第二工作電壓。 15. 如申請專利範圍第14項所述之驅動器，並 壓調節電路更包括： 一第二放大器，具有第一輸入端、第二輸入端、以及 • 輸出端，其第一輸入端耦接該第二參考電壓，其輸出端輸 出該第二調節電壓； 第一 NMOS電晶體，其第一源/〉及極端麵接該第二 放大器之第二輸入端，其第二源/汲極端耦接該第二工作電 壓，其閘極端耦接該第二放大器之輸出端；以及 一第三電阻，其一端耦接該第二放大器之第二輸入 端，其另一端耦接該第一工作電壓。 16. 如申請專利範圍第μ項所述之驅動器，其中該些 • 第一 PM0S電晶體為Μ個，該些第一 NMOS電晶體為N 個，其中Μ、N為正整數。 17. 如申請專利範圍第14項所述之驅動器，其中該第 二PMOS電晶體與該些第一 PMOS電晶體之通道製程結構 ' 之寬/長比值皆為相同。 : 18.如申請專利範圍第14項所述之驅動器，該第二電 . 阻之值大小為該第一電阻之值的Μ倍。 19.如申請專利範圍第12項所述之驅動器，其中該資 20 99-7-30 料接收電路包括： 替換頁1 一第三PMOS電晶體，龙埜 工_，其第二軸端_該-第 ==接 端接收該資料信號；以及 ，、閘極 一第三NMOS電晶體，1笙 _ . t >、第一源/汲極端耦接該第二 工，其第一源/汲極端耦接該第 端接收該資料信號。 八閘極 20.如申sf專利範圍第12項所述之驅動器， 關電路包括： 落開 -第四PMOS f晶體，其f —源/汲極馳接該第一 工作電壓，其第二源/>及極端耦接該第一調節電壓， 端接收該致能信號； 一第四NMOS電晶體，其第二源/汲極端耦接該第二 工作電壓，其第一源/汲極端耦接該第二調節電壓；以及 一反相器，耦接於該第四PMOS電晶體之閘極與該第 四NMOS電晶體之閘極之間β 21. 如申請專利範圍第15項所述之驅動器，其中該第 二NMOS電晶體與該些第一 NM〇s電晶體之通道製程結 構之寬/長比值皆為相同。 22. 如申請專利範圍第15項所述之驅動器，其中該第 三電阻之值大小為該第一電阻之值的N倍。