WO2016185847A1 - Input/output interface circuit - Google Patents

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WO2016185847A1
WO2016185847A1 PCT/JP2016/062289 JP2016062289W WO2016185847A1 WO 2016185847 A1 WO2016185847 A1 WO 2016185847A1 JP 2016062289 W JP2016062289 W JP 2016062289W WO 2016185847 A1 WO2016185847 A1 WO 2016185847A1
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WO
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driver
signal
circuit
receiver
line
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PCT/JP2016/062289
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French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
大塚 寛治
藤井 文明
秋山 豊
佐藤 陽一
Original Assignee
長瀬産業株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/0175Coupling arrangements; Interface arrangements
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines

Definitions

  • the anti-phase CMOS inverter 12 of the driver 10 includes an nMOS transistor 12a and a pMOS transistor 12b.
  • the pMOS transistor 12b is inserted on the power supply side and becomes a pull-up element.
  • an nMOS transistor 12a is inserted on the ground side to serve as a pull-down element.
  • the nMOS transistor 12a and the pMOS transistor 12b are set to have the same on-resistance value.
  • the negative phase CMOS inverter 12 of the driver 10 outputs a negative phase signal (/ Q) that is opposite in phase to the input digital signal (S).
  • the operation of the I / O circuit 1 having the above configuration will be described.
  • the nMOS transistor 11a is switched from OFF to ON, and the pMOS transistor 11b is switched from ON to OFF.
  • the pMOS transistor 12b is switched from ON to OFF, and the nMOS transistor 12a is switched from OFF to ON.
  • the complementary signal energy is supplied from the CMOS differential driver 10 to the pair transmission line 20.
  • a pair of complementary signals (Q, / Q) obtained by complementing the digital signal (S) can be transmitted to the CMOS differential receiver 30 via the pair transmission line 20.
  • the transmission and reception electromagnetic wave traveling time tpd of the internal circuit or the inter-repeater circuit is, for example, a clock of 28 Gbps when the wiring length is such that tr ⁇ 7 tpd.
  • the wiring length corresponding to 3.3 ps is 500 ⁇ m. Similarly, it becomes 1.4 mm at 10 Gbps.
  • the resistance value (Resd) of each of the resistors 41 to 44 has a large value compared to the on-resistance (Ron) of the MOS transistor, so that the signal waveform propagated through the pair transmission line 20 is almost affected. You do n’t have to. Accordingly, the resistance value (Resd) of each of the resistors 41 to 44 is preferably in the range of 500 ⁇ to 2 k ⁇ , and particularly preferably in the range of 1 k ⁇ to 2 k ⁇ .
  • the on-resistance value (Ron) of the MOS transistor substantially matches the specified value equal to the characteristic impedance (Z0) of the transmission line 120.
  • the on-resistance (Ron) of the MOS transistor may be matched within a range of ⁇ 30% with respect to the specified value (Z0).
  • the on-resistance (Ron) of the MOS transistor is preferably within a range of ⁇ 10% with respect to the specified value (Z0), particularly preferably ⁇ 5%, and within a range of ⁇ 1%. It is ideal to be.
  • the I / O circuit 100 has resistors 141 and 143 having resistance values of 500 ⁇ or more on the external connection side of the driver 110 and the receiver 130, respectively. More specifically, the driver-side resistor 141 is inserted in the transmission line 120 on the external connection side of the driver 110, and is connected to the power source and the ground. The resistor 143 on the receiver side is inserted in the transmission line 120 on the external connection side of the receiver 130, and is connected to the power source and the ground. In this way, ESD can be avoided by providing the resistors 141 and 143 having large resistance values of 500 ⁇ or more on the driver 110 side and the receiver 130 side, respectively.
  • the value of “(1 / Ron) + (1 / Resd)” may be within a range of ⁇ 30% of the specified value of “1 / Z0”.
  • the value of “(1 / Ron) + (1 / Resd)” is preferably within a range of ⁇ 10% with respect to the specified value (1 / Z0), and particularly preferably ⁇ 5%.
  • it is ideal to be within a range of ⁇ 1%.
  • the same resistance adjusting means 150 can be provided in the pMOS transistor 111b which is located on the ground side and forms a pull-down element.
  • the I / O circuit 100 shown in FIG. 7 may further include characteristic impedance measurement means, on-resistance measurement means, and voltage control means.
  • the characteristic impedance measuring means is connected to the transmission line 120 and measures the characteristic impedance (Z0) of the transmission line 120.
  • the on-resistance measuring unit measures the on-resistance values (Ron) of the MOS transistors 111a and 111b constituting the driver 110.
  • the voltage control means sets the on-resistance value (Ron) to the specified value (Z0). Determine whether you are doing it. When it is determined that the on-resistance value (Ron) is lower than the specified value (Z0), the voltage control unit determines that the resistance value (Ron) matches the specified value (Z0). Vadjust).
  • the transistor Q4 functions in the same way, and either the transistor Q3 or the transistor Q4 constituting the differentiation circuit is ON, so that the matching absorption is performed even if the reflected wave returns.
  • the differentiation circuit Q3, Q4
  • the differential I / O circuit 1 constructed based on the above design was operated.
  • this I / O circuit 1 the waveforms of the complementary signals detected by the receiver 30 are shown for each operation speed of the driver 10 as shown in FIG.
  • the waveform of the complementary signal was not distorted and the eye pattern was firmly opened. Therefore, even when the driver 10 is operated at 25 Gbps, it can be said that the complementary signal can be properly detected by the receiver 30.
  • Example 1 it was confirmed that the operation was possible up to 25 Gbps. This is a performance that exceeds the simulation limit of 15 Gbps.
  • a high-speed signal having a clock frequency of 15 Gbps or more can be transmitted.
  • each source is connected to the ground of a 20 ⁇ m wide power source / ground pair line descending vertically while being aligned with a total width of 40 ⁇ m with a gate width of 5 ⁇ m.
  • the line is directly connected to the gates of 80 ⁇ m wide pMOS arranged in two upper and lower rows, and the end of the line is open.
  • the source of each pMOS is connected to the power supply line that has come down vertically.
  • the output is connected laterally from the drains of the respective nMOS and pMOS, that is, is pulled out to the right side while maintaining the line structure, and becomes a transmission line having a characteristic impedance of 100 ⁇ from the position away from the pMOS.
  • the nMOS and the pMOS are arranged in a horizontal line, but the nMOS and the pMOS may be arranged vertically.
  • the nMOS and the pMOS itself can be arranged in two upper and lower stages or three upper and lower stages. With such a short distance, the delay time of the line can be ignored with respect to the clock. Therefore, by arranging the nMOS and pMOS in upper and lower rows, there is an advantage that the DC resistance is lowered for two reasons: the wiring branches and the wiring becomes shorter.
  • the present invention relates to an input / output interface circuit. Therefore, the present invention can be widely used in computer related industries.

Abstract

[Problem] To provide an I/O circuit which is high speed and has low power consumption. [Solution] A differential-type I/O circuit is provided with: a driver 10 which outputs complementary signals corresponding to an input signal; a pair of transmission lines 20 which comprise a first line 21 and a second line 22, and which transmit the complementary signals outputted from the driver; and a receiver 30 into which the complementary signals transmitted through the pair of transmission lines are inputted. The driver includes: a positive-phase CMOS inverter 11 which supplies, to the first line, a positive-phase signal having the same phase as the input signal; and a reverse-phase CMOS inverter 12 which supplies, to the second line, a reverse-phase signal having the reverse phase to the input signal. The positive-phase CMOS inverter and the reverse-phase CMOS inverter are configured including nMOS transistors and pMOS transistors. The on resistance values of the nMOS transistors and the pMOS transistors respectively correspond to a specified value which is ½ of the characteristic impedance of the pair of transmission lines, or are matched within the range of ±30% of the specified value.

Description

入出力インターフェース回路I / O interface circuit
 本発明は,入出力インターフェース回路に関する。本発明の入出力インターフェース回路は,ドライバから出力されるデジタル信号を,伝送路を介して,レシーバに伝達する。具体的に説明すると,本発明は,ドライバとレシーバの終端を実質的に開放することにより,大幅に消費電力を低減することを目的としたインターフェース回路に関するものである。 The present invention relates to an input / output interface circuit. The input / output interface circuit of the present invention transmits a digital signal output from a driver to a receiver via a transmission line. More specifically, the present invention relates to an interface circuit intended to significantly reduce power consumption by substantially opening the terminations of a driver and a receiver.
 近年,クラウドコンピューティングの時代となり,論理LSI(Large Scale Integration)とメモリLSIなどのLSI間における通信の高性能化や,消費電力の低減が緊急の課題であるとされている。特に,現在では,LSIに含まれる入出力インターフェース回路(以下,「I/O回路」ともいう。)の高速化や,バンド幅の拡大の実現が求められている。すなわち,現在では,I/O回路によるデータ処理や,メモリからのデータ取り込み処理,さらにはルータやスイッチなどのネットワーク機能処理の高速化が求められている。 In recent years, it has become an era of cloud computing, and high performance communication between LSIs such as logic LSIs (Large Scale Integration) and memory LSIs and reduction of power consumption are regarded as urgent issues. In particular, at present, it is required to increase the speed of an input / output interface circuit (hereinafter also referred to as “I / O circuit”) included in an LSI and to increase the bandwidth. In other words, at present, there is a demand for speeding up data processing by an I / O circuit, processing for fetching data from a memory, and network function processing such as routers and switches.
 しかし,従来のノイマン型コンピュータやメモリスイッチは,いまやその処理速度は限界に達しているといえる。その理由は,従来のノイマン型コンピュータで用いられているI/O回路が,ある程度長い配線間の通信を行うための回路だからである。つまり,I/O回路が長い配線を含むものであると,その配線による信号の遅れや,配線の特性に起因する信号波形の劣化と減衰が起こり易くなるため,処理の高速化が阻害されることとなる。また,このようなI/O回路において,処理の高速化を実現するためには,出力回路であるドライバの駆動力を高めたり,さらには入力回路であるレシーバにおいて減衰した信号波形を回復したりする必要がある。一般的に,LSIの内部回路の電力は,I/O回路において,50%から200%消費されるといわれている。このため,I/O回路において消費した電力を補償するためには,ドライバ側に駆動力を増強するための回路を設置したり,レシーバ側に減衰した信号波形を回復するための回路を設置したりする必要が生じる。しかしながら,ドライバの駆動力を高めたり,レシーバ側で信号波形を回復したりすると,大きな電力が余計に消費されることとなる。 However, it can be said that the processing speed of conventional Neumann computers and memory switches has reached its limit. This is because the I / O circuit used in the conventional Neumann computer is a circuit for performing communication between wirings that are somewhat long. In other words, if the I / O circuit includes a long wiring, signal delay due to the wiring and deterioration and attenuation of the signal waveform due to the characteristics of the wiring are likely to occur. Become. Also, in order to realize high-speed processing in such an I / O circuit, the driving power of the driver that is the output circuit is increased, and further, the signal waveform attenuated in the receiver that is the input circuit is recovered. There is a need to. In general, it is said that the power of the internal circuit of the LSI is consumed by 50% to 200% in the I / O circuit. Therefore, in order to compensate for the power consumed in the I / O circuit, a circuit for increasing the driving force is installed on the driver side, or a circuit for recovering the attenuated signal waveform is installed on the receiver side. Need to be done. However, if the driving force of the driver is increased or the signal waveform is restored on the receiver side, extra power is consumed.
 このように,従来のI/O回路では,処理を高速化したりバンド幅を拡大すると,消費電力が増大し,反対に,消費電力を低減させると,処理が低速化したりバンド幅が縮小することとなる。従って,近年のクラウドコンピューティング化に適切に対応するためには,バンド幅の拡大と処理の高速化を実現しつつ,消費電力を低減させるという,相反する2つの課題を同時に解決しなければならない。 As described above, in the conventional I / O circuit, if the processing speed is increased or the bandwidth is increased, the power consumption is increased. Conversely, if the power consumption is decreased, the processing speed is decreased or the bandwidth is reduced. It becomes. Therefore, in order to respond appropriately to recent cloud computing, it is necessary to simultaneously solve the two conflicting problems of reducing power consumption while increasing bandwidth and speeding up processing. .
 ここで,このような課題を解決するための試みとして,ドライバの終端側に,伝送路の特性インピーダンスと整合した終端抵抗を設ける技術が提案されている(特許文献1)。つまり,この特許文献1の従来技術では,レシーバ直前の伝送路に,特性インピーダンスに整合した終端抵抗を取り付けることで,レシーバ端に達した信号エネルギをすべて熱に変換し,このレシーバ端において信号エネルギが全反射することを防止する。このため,従来のI/O回路では,信号エネルギが,常にドライバからレシーバに一方向伝達するようになる。このように,終端抵抗の抵抗値を調整して,伝送路の特性インピーダンスとの不整合を解消することで,数百MbpsからGbps帯域の高速なI/O回路であっても,ドライバからレシーバまでの伝送路において,信号エネルギが多重反射する事態を防止することができる。その結果,ドライバからレシーバまでの伝送路において,デジタル信号は反射波の影響を受けることがなくなるため,信号波形の劣化を防止することができる。これにより,特許文献1の従来技術によれば,伝送路における信号伝送を高速化できるとされている。 Here, as an attempt to solve such a problem, a technique has been proposed in which a termination resistor that matches the characteristic impedance of the transmission line is provided on the termination side of the driver (Patent Document 1). In other words, in the prior art of this Patent Document 1, by attaching a termination resistor that matches the characteristic impedance to the transmission line immediately before the receiver, all the signal energy reaching the receiver end is converted into heat, and the signal energy is received at the receiver end. Prevents total reflection. For this reason, in the conventional I / O circuit, the signal energy is always transmitted in one direction from the driver to the receiver. In this way, by adjusting the resistance value of the termination resistor and eliminating the mismatch with the characteristic impedance of the transmission line, even a high-speed I / O circuit in the several hundred Mbps to Gbps band can be received from the driver. In the transmission line up to this point, it is possible to prevent multiple reflections of signal energy. As a result, the digital signal is not affected by the reflected wave in the transmission path from the driver to the receiver, so that the signal waveform can be prevented from deteriorating. Thereby, according to the prior art of patent document 1, it is supposed that the signal transmission in a transmission line can be sped up.
特開2000-174505号公報JP 2000-174505 A
 しかしながら,特許文献1に開示された従来のI/O回路のように,レシーバ直前の伝送路に終端抵抗を設けると,ドライバから出力された信号のエネルギがこの終端抵抗で吸収されることなる。このため,終端抵抗を持つ従来のI/O回路では,ドライバ側から最大出力で信号を出力しても,伝送路の特性によっては,信号の振幅が1/3以下にまで劣化する可能性があった。また,特許文献1に開示されたI/O回路のように,レシーバ直前の伝送路に終端抵抗を設けた場合であっても,レシーバに伝達した伝送信号の波形は,線路の直流抵抗と長さに応じて減衰されたり,立ち上がり及び立ち下がりの勾配のような鈍り(なまり)を伴うという問題があった。一般的に,この伝送信号の波形が減衰したり鈍りが大きくなると,レシーバ側に,その波形を整形するための回復回路を付加する必要がある。このように,レシーバ側に回復回路が設けると,その分,I/O回路における信号の伝送処理において余計に電力が消費される。特に,装置構成が複雑となりI/O回路の数が増大した場合には,波形の回復に必要な電力も大きくなり,結果として装置全体における消費電力の増大が非常に深刻な問題となっていた。 However, as in the conventional I / O circuit disclosed in Patent Document 1, when a termination resistor is provided in the transmission path immediately before the receiver, the energy of the signal output from the driver is absorbed by this termination resistor. For this reason, in a conventional I / O circuit having a termination resistor, even if a signal is output at the maximum output from the driver side, the signal amplitude may deteriorate to 1/3 or less depending on the characteristics of the transmission path. there were. In addition, even when a termination resistor is provided in the transmission line immediately before the receiver as in the I / O circuit disclosed in Patent Document 1, the waveform of the transmission signal transmitted to the receiver is the same as the DC resistance and the length of the line. There is a problem that it is attenuated according to the height, and is accompanied by a dullness such as rising and falling gradients. Generally, when the waveform of this transmission signal is attenuated or becomes dull, it is necessary to add a recovery circuit for shaping the waveform on the receiver side. Thus, if a recovery circuit is provided on the receiver side, extra power is consumed in the signal transmission processing in the I / O circuit. In particular, when the device configuration becomes complicated and the number of I / O circuits increases, the power required for waveform recovery also increases, and as a result, the increase in power consumption in the entire device has become a very serious problem. .
 このような従来技術の問題は,ドライバ側又はレシーバ側に終端抵抗を設け,この終端抵抗によって信号エネルギの反射又は再反射を防止している構成に起因するものであると考えられる。 Such a problem of the prior art is considered to be caused by a configuration in which a termination resistor is provided on the driver side or the receiver side, and reflection or re-reflection of signal energy is prevented by this termination resistor.
 そこで,本発明は,ドライバ側及びレシーバ側に終端抵抗を実質的に設けずに,送端及び受端を開放して,伝送路を伝送する信号エネルギの減衰を防止しつつ,なお且つ,その伝送路内で発生する信号エネルギの多重反射を防止することを目的とする。すなわち,本発明のI/O回路は,まず,伝送路内での信号エネルギの多重反射を防止することで,伝送処理の高速化及びバンド幅の拡大させる。そして,本発明のI/O回路は,ドライバから出力された信号エネルギの減衰を防止することで,回路全体における消費電力を低減させる。このように,本発明は,バンド幅の拡大と処理の高速化を実現しつつ,消費電力を低減させるという,相反する2つの課題を同時に解決することを目指すものである。 Therefore, the present invention provides a terminal and a receiving end that are substantially not provided with a terminating resistor on the driver side and the receiver side to prevent attenuation of signal energy transmitted through the transmission line, and An object is to prevent multiple reflection of signal energy generated in a transmission line. That is, the I / O circuit of the present invention first increases the speed of transmission processing and increases the bandwidth by preventing multiple reflections of signal energy in the transmission path. The I / O circuit of the present invention reduces power consumption in the entire circuit by preventing attenuation of signal energy output from the driver. Thus, the present invention aims to simultaneously solve two conflicting problems of reducing power consumption while realizing an increase in bandwidth and a high-speed processing.
 そこで,本発明の発明者らは,上記従来の問題を解決する手段について鋭意検討した結果,差動方式の入出力インターフェース回路(I/O回路)においては,ドライバ側及びレシーバ側に終端抵抗を設けなくても,ドライバを構成するnMOSトランジスタ及びpMOSトランジスタのオン抵抗値を,ペア伝送路の特性インピーダンスの1/2に実質的に一致させることで,予想外にも,伝送路内において信号エネルギの多重反射が発生しないことを見出した。つまり,ドライバ側及びレシーバ側の終端抵抗を廃止して,ドライバとレシーバの終端を開放することにより,消費電力を大幅に低減することができる。さらに,ドライバのオン抵抗値をペア伝送路の特性インピーダンスの1/2に実質的に一致させることで,伝送路内における信号エネルギの多重反射が回避できる。従って,例えばドライバからの出力信号のバンド幅を拡大したり,1Gbps以上の高速な帯域での信号伝送が可能となる。そして,本発明者らは,上記知見に基づけば,従来技術の課題を解決できることに想到し,本発明を完成させた。具体的に説明すると,本発明は以下の構成を有する。 Accordingly, the inventors of the present invention have intensively studied the means for solving the above-described conventional problems. As a result, in the differential input / output interface circuit (I / O circuit), termination resistors are provided on the driver side and the receiver side. Even if it is not provided, by making the on-resistance value of the nMOS transistor and pMOS transistor constituting the driver substantially equal to 1/2 of the characteristic impedance of the pair transmission line, unexpectedly, the signal energy in the transmission line is It was found that no multiple reflection occurs. That is, the power consumption can be greatly reduced by eliminating the termination resistors on the driver side and the receiver side and opening the terminations of the driver and the receiver. Furthermore, multiple reflections of signal energy in the transmission path can be avoided by making the on-resistance value of the driver substantially equal to 1/2 of the characteristic impedance of the pair transmission path. Therefore, for example, the bandwidth of the output signal from the driver can be expanded, or signal transmission in a high-speed band of 1 Gbps or more can be performed. Then, the present inventors have conceived that the problems of the prior art can be solved based on the above knowledge, and have completed the present invention. More specifically, the present invention has the following configuration.
 本発明の第1の側面は,差動方式の入出力インターフェース回路に関する。
 差動方式の入出力インターフェース回路は,ドライバ10と,ペア伝送路20と,レシーバ30と,を備える。ドライバ10は,入力信号に応じた相補信号を出力する。ペア伝送路20は,ドライバ10から出力された相補信号を伝送する第1の線路21及び第2の線路22を有する。レシーバ30は,ペア伝送路20を伝送した相補信号が入力される。
 ここで,ドライバ10は,正相CMOSインバータ11と,逆相CMOSインバータ12を含む。正相CMOSインバータ11は,入力信号と同相の正相信号を第1の線路21に供給する。逆相CMOSインバータ12は,入力信号と逆相の逆相信号を第2の線路22に供給する。
 また,正相CMOSインバータ11と逆相CMOSインバータ12は,それぞれ,nMOSトランジスタ11a,12aと,pMOSトランジスタ11b,12bと,を含んで構成されている。
 そして,nMOSトランジスタ11a,12aとpMOSトランジスタ11b,12bのオン抵抗値は,それぞれ,ペア伝送路20の特性インピーダンスの1/2の規定値に一致しているか,若しくはこの規定値の±30%の範囲で整合している。
A first aspect of the present invention relates to a differential input / output interface circuit.
The differential input / output interface circuit includes a driver 10, a pair transmission line 20, and a receiver 30. The driver 10 outputs a complementary signal corresponding to the input signal. The pair transmission line 20 includes a first line 21 and a second line 22 that transmit complementary signals output from the driver 10. The receiver 30 receives a complementary signal transmitted through the pair transmission path 20.
Here, the driver 10 includes a normal phase CMOS inverter 11 and a reverse phase CMOS inverter 12. The positive phase CMOS inverter 11 supplies a positive phase signal in phase with the input signal to the first line 21. The negative phase CMOS inverter 12 supplies a negative phase signal having a phase opposite to that of the input signal to the second line 22.
The positive phase CMOS inverter 11 and the negative phase CMOS inverter 12 include nMOS transistors 11a and 12a and pMOS transistors 11b and 12b, respectively.
The on-resistance values of the nMOS transistors 11a and 12a and the pMOS transistors 11b and 12b are equal to a specified value that is 1/2 of the characteristic impedance of the pair transmission line 20, or ± 30% of the specified value. Consistent in scope.
 上記構成のように,差動方式の入出力インターフェース回路において,nMOSトランジスタ11a,12aとpMOSトランジスタ11b,12b(以下,あわせて単に「MOSトランジスタ」ともいう。)のオン抵抗値を,ペア伝送路20の特性インピーダンスの1/2の値に実質的に一致させる。これにより,レシーバ30で反射した信号エネルギが,ドライバ10で吸収されることとなる。従って,ドライバ10側で信号エネルギが再反射することを回避できるため,ペア伝送路20内において信号エネルギが多重反射することを防止できる。 As in the above configuration, in the differential input / output interface circuit, the on-resistance values of the nMOS transistors 11a and 12a and the pMOS transistors 11b and 12b (hereinafter also simply referred to as “MOS transistors”) are used as the pair transmission line. It is made to substantially coincide with 1/2 of the characteristic impedance of 20. As a result, the signal energy reflected by the receiver 30 is absorbed by the driver 10. Therefore, it is possible to avoid re-reflection of the signal energy on the driver 10 side, and thus it is possible to prevent multiple reflection of the signal energy in the pair transmission path 20.
 本発明に係る差動方式の入出力インターフェース回路において,ドライバ10側及びレシーバ30側には,信号エネルギの反射を防止するための500Ω未満の抵抗値を持つ終端抵抗が設けられていないことが好ましい。 In the differential input / output interface circuit according to the present invention, it is preferable that the driver 10 side and the receiver 30 side are not provided with termination resistors having a resistance value of less than 500Ω for preventing reflection of signal energy. .
 上記構成のように,ドライバ10側及びレシーバ30側から終端抵抗を排除することで,ドライバ10から出力された信号エネルギが減衰することを防止できる。これにより,ドライバ10の駆動力を増強したり,レシーバ30において信号波形を回復する必要がなくなるため,信号伝送時における消費電力を低減することができる。また,上述のように,本発明によれば,ペア伝送路20内における多重反射を防止できるため,反射を防止するための終端抵抗を設ける必要がない。さらに,終端抵抗を排除することで,入出力インターフェース回路の構成を簡易化することができ,製造コストを低減することができる。 As described above, by eliminating the terminal resistance from the driver 10 side and the receiver 30 side, it is possible to prevent the signal energy output from the driver 10 from being attenuated. As a result, it is not necessary to increase the driving force of the driver 10 or to recover the signal waveform in the receiver 30, so that power consumption during signal transmission can be reduced. Further, as described above, according to the present invention, multiple reflection in the pair transmission line 20 can be prevented, so that it is not necessary to provide a termination resistor for preventing reflection. Further, by eliminating the termination resistor, the configuration of the input / output interface circuit can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.
 本発明に係る差動方式の入出力インターフェース回路において,レシーバ30は,ドライバ10と同様に,正相CMOSインバータ31と逆相CMOSインバータ32を含んで構成されていることが好ましい。つまり,正相CMOSインバータ31には,第1の線路21を伝送した正相信号が入力され,逆相CMOSインバータ32には,第2の線路22を伝送した逆相信号が入力される。 In the differential input / output interface circuit according to the present invention, the receiver 30 is preferably configured to include a normal phase CMOS inverter 31 and a reverse phase CMOS inverter 32 as in the case of the driver 10. That is, the positive phase signal transmitted through the first line 21 is input to the positive phase CMOS inverter 31, and the negative phase signal transmitted through the second line 22 is input to the negative phase CMOS inverter 32.
 上記構成のように,ドライバ10側及びレシーバ30側の構成を等価とすることで,ドライバ10から出力された信号エネルギが,レシーバ30側でほぼ全反射するようになる。この全反射により,レシーバ30は到達振幅の2倍の振幅を感じることができ,ドライバ10の振幅を従来型の1/2で出力可能な手段を与えることになる。そして,全反射したエネルギをドライバ10側で吸収することで,信号波形の劣化や減衰を適切に解消することができる。 As described above, by making the configuration on the driver 10 side and the receiver 30 side equivalent, the signal energy output from the driver 10 is almost totally reflected on the receiver 30 side. By this total reflection, the receiver 30 can feel an amplitude twice as large as the arrival amplitude, and provides a means capable of outputting the amplitude of the driver 10 by 1/2 of the conventional type. Then, by absorbing the totally reflected energy on the driver 10 side, it is possible to appropriately eliminate the deterioration and attenuation of the signal waveform.
 本発明に係る差動方式の入出力インターフェース回路において,ドライバ10とレシーバ30の外部接続側に,500Ω以上の抵抗値を持つ抵抗41,42,43,44が,電源側とグランド側にそれぞれ接続されていることとしてもよい。 In the differential input / output interface circuit according to the present invention, resistors 41, 42, 43, and 44 having a resistance value of 500Ω or more are connected to the power supply side and the ground side on the external connection side of the driver 10 and the receiver 30, respectively. It is good also as being done.
 上記構成のように,ドライバ10側とレシーバ30側にそれぞれ,500Ω以上の抵抗値を持つ抵抗41,42,43,44を設けることで,ESD(Electro-Static Discharge; 静電気放電)を回避することができる。すなわち,特に差動方式のような高速の入出力インターフェース回路では,一般的に,ESD対策としてクランプダイオードが挿入されている。しかし,クランプダイオードは大きな容量成分を持つことから,完全に終端抵抗値を整合させることが難しい。また,クランプダイオードの容量は,高速動作の大きな妨げとなる。そこで,本発明では,比較的大きい抵抗値を持つ抵抗41,42,43,44を挿入することで,クランプダイオードを排除しつつ,ESDを適切に解消することができる。なお,ここにいう抵抗41,42,43,44は,ESDを解消することを目的とした比較的大きい抵抗値を持つものであり,信号エネルギの反射波を吸収することを目的とした終端抵抗とは異なる構成である。 As described above, ESD (Electro-Static Discharge) can be avoided by providing resistors 41, 42, 43, and 44 having resistance values of 500Ω or more on the driver 10 side and the receiver 30 side, respectively. Can do. That is, in particular, in a high-speed input / output interface circuit such as a differential system, a clamp diode is generally inserted as an ESD countermeasure. However, since the clamp diode has a large capacitance component, it is difficult to perfectly match the termination resistance value. In addition, the capacity of the clamp diode is a major obstacle to high-speed operation. Therefore, in the present invention, by inserting the resistors 41, 42, 43, and 44 having relatively large resistance values, ESD can be appropriately eliminated while eliminating the clamp diode. The resistors 41, 42, 43, and 44 here have a relatively large resistance value for the purpose of eliminating ESD, and are termination resistors for the purpose of absorbing a reflected wave of signal energy. This is a different configuration.
 本発明に係る差動方式の入出力インターフェース回路において,MOSトランジスタのオン抵抗値は,規定値(ペア伝送路の特性インピーダンスの1/2の値)よりも低く設定されていてもよい。この場合に,本発明は,nMOSトランジスタ11a,12aとpMOSトランジスタ11b,12bの少なくともいずれか一つのオン抵抗値を,上記の規定値に一致させることのできる抵抗調整手段50を,さらに備えることが好ましい。 In the differential input / output interface circuit according to the present invention, the on-resistance value of the MOS transistor may be set lower than a specified value (a value that is 1/2 of the characteristic impedance of the pair transmission line). In this case, the present invention further includes resistance adjusting means 50 that can match the on-resistance value of at least one of the nMOS transistors 11a and 12a and the pMOS transistors 11b and 12b with the specified value. preferable.
 上記構成のように,抵抗調整手段50を設けることで,MOSトランジスタのオン抵抗値が規定値に一致するように,微調整することが可能となる。特に,MOSトランジスタのオン抵抗値が規定値を上回っている状態は,電力消費が大きくなるなどの問題があり,好ましい状態ではない。このため,上記のように,予めMOSトランジスタのオン抵抗値を規定値よりも低く抑えつつ,その低い分については,抵抗調整手段50によって抵抗値を底上げして調整するようにすることが好ましい。 As described above, by providing the resistance adjusting means 50, it is possible to finely adjust the on-resistance value of the MOS transistor so as to match the specified value. In particular, a state in which the on-resistance value of the MOS transistor exceeds a specified value is not a preferable state because of problems such as increased power consumption. For this reason, as described above, it is preferable that the on-resistance value of the MOS transistor is previously controlled to be lower than a specified value, and that the lower portion is adjusted by raising the resistance value by the resistance adjusting means 50.
 本発明の第2の側面は,シングルエンド方式の入出力インターフェース回路に関する。シングルエンド方式の入出力インターフェース回路は,上記した差動方式のインターフェース回路と比較すると,高速で動作させることは難しい。このため,差動方式の方が好ましい形態ではあるが,シングルエンド方式についても,線路内での多重反射を防止するための構成について,以下に説明する。 The second aspect of the present invention relates to a single-ended input / output interface circuit. It is difficult to operate a single-ended input / output interface circuit at a higher speed than the differential interface circuit described above. For this reason, although the differential method is a preferred form, the structure for preventing multiple reflections in the line will be described below also for the single-ended method.
 シングルエンド方式の入出力インターフェース回路は,信号を出力するドライバ110と,ドライバ110から出力された信号を伝送する伝送路120と,伝送路120を伝送した信号が入力されるレシーバ130と,を備える。
 ドライバ110は,信号を伝送路120に供給するCMOSインバータ111を含む。CMOSインバータ111は,nMOSトランジスタ111aとpMOSトランジスタ111bを含んで構成される。
 そして,nMOSトランジスタ111aとpMOSトランジスタ111bのオン抵抗値は,伝送路20の特性インピーダンスと等しい規定値に一致しているか,若しくは規定値の±30%の範囲で整合している。
 これにより,シングルエンド方式についても,線路内での多重反射を防止することが可能となる。
The single-ended input / output interface circuit includes a driver 110 that outputs a signal, a transmission path 120 that transmits a signal output from the driver 110, and a receiver 130 that receives a signal transmitted through the transmission path 120. .
The driver 110 includes a CMOS inverter 111 that supplies a signal to the transmission line 120. The CMOS inverter 111 includes an nMOS transistor 111a and a pMOS transistor 111b.
The on-resistance values of the nMOS transistor 111a and the pMOS transistor 111b are equal to a specified value equal to the characteristic impedance of the transmission line 20, or matched within a range of ± 30% of the specified value.
This makes it possible to prevent multiple reflections in the line even for the single-ended method.
 本発明の入出力インターフェース回路は,伝送路内での信号エネルギの多重反射を防止することで,伝送処理の高速化及びバンド幅の拡大させることができる。また,入出力インターフェース回路は,ドライバから出力された信号エネルギの減衰を防止することで,回路全体における消費電力を低減させることができる。従って,本発明によれば,バンド幅の拡大と処理の高速化を実現しつつ,消費電力を低減させることが可能である。 The input / output interface circuit of the present invention can increase the speed of transmission processing and the bandwidth by preventing multiple reflection of signal energy in the transmission path. Further, the input / output interface circuit can reduce power consumption in the entire circuit by preventing attenuation of signal energy output from the driver. Therefore, according to the present invention, it is possible to reduce power consumption while realizing an increase in bandwidth and speeding up of processing.
 すなわち,本発明によれば,I/O信号の伝送を低消費電力に行うことができる。また,ドライバ及びレシーバは,最小の回路構成で,低消費電力となり,高速に信号処理を行なうことができる。例えば,本発明のI/O回路は,消費電力を従来の1/2~1/10に抑えることができ,さらにクロック周波数が10Gbps以上の高速信号伝送を実現できる。 That is, according to the present invention, I / O signals can be transmitted with low power consumption. In addition, the driver and receiver have a minimum circuit configuration, low power consumption, and can perform signal processing at high speed. For example, the I / O circuit of the present invention can suppress power consumption to 1/2 to 1/10 of the conventional one, and can realize high-speed signal transmission with a clock frequency of 10 Gbps or more.
図1は,本発明に係るI/O回路の基本概念を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the basic concept of an I / O circuit according to the present invention. 図2は,差動方式のI/O回路の構成例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a differential I / O circuit. 図3は,差動方式のI/O回路にESD対策用の抵抗が挿入された構成例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example in which a resistance for ESD countermeasure is inserted in a differential I / O circuit. 図4は,差動方式のI/O回路に抵抗調整手段が設けられた構成例を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example in which a resistance adjusting unit is provided in a differential I / O circuit. 図5は,シングルエンド方式のI/O回路の構成例を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example of a single-ended I / O circuit. 図6は,シングルエンド方式のI/O回路にESD対策用の抵抗が挿入された構成例を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example in which a resistance against ESD is inserted in a single-ended I / O circuit. 図7は,シングルエンド方式のI/O回路に抵抗調整手段が設けられた構成例を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example in which resistance adjusting means is provided in a single-ended I / O circuit. 図8は,シングルエンド方式のI/O回路の変形例を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing a modification of the single-ended I / O circuit. 図9は,実施例に係る相補信号の波形を示している。FIG. 9 shows a waveform of a complementary signal according to the embodiment. 図10は,実施例に係るドライバの電流を示している。FIG. 10 shows the current of the driver according to the embodiment. 図11は,実施例に係るドライバ/レシーバの構成を示している。FIG. 11 shows the configuration of the driver / receiver according to the embodiment. 図12は,実施例に係るチップ内多層構造を示している。FIG. 12 shows an in-chip multilayer structure according to the embodiment. 図13は,実施例に係るプロセスの層構造を示しているFIG. 13 shows the layer structure of the process according to the embodiment.
 以下,図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は,以下に説明する形態に限定されるものではなく,以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。
 なお,本願明細書において,「A~B」とは,「A以上B以下」であることを意味する。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below, but includes those appropriately modified by those skilled in the art from the following embodiments.
In this specification, “A to B” means “A to B”.
[1.本発明に係るI/O回路の概要]
 本発明は,入出力インターフェース回路(I/O回路)に関する。本発明のI/O回路には,チップ内でグローバルバスに対する信号の入出力を担う回路や,チップ同士の間で信号の入出力を担う回路,インターポーザ配線を介したものや,ボード配線を介したもの,接続端子やコネクタを介して接続されているものなど,デジタル信号の入出力に用いられる種々の回路が含まれる。
[1. Overview of I / O Circuit According to the Present Invention]
The present invention relates to an input / output interface circuit (I / O circuit). The I / O circuit of the present invention includes a circuit responsible for input / output of signals to / from a global bus within a chip, a circuit responsible for input / output of signals between chips, an interposer wiring, and a board wiring. And various circuits used for digital signal input / output, such as those connected via connection terminals and connectors.
 まず,図1を参照して,本発明に係るI/O回路の基本概念を説明する。図1では,従来のI/O回路の構成と,本発明のI/O回路の構成を対比して描画している。図1(a)~(c)は,従来のI/O回路を示し,図1(d)は,本発明のI/O回路を示している。 First, the basic concept of the I / O circuit according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the configuration of the conventional I / O circuit and the configuration of the I / O circuit of the present invention are compared and drawn. 1A to 1C show a conventional I / O circuit, and FIG. 1D shows an I / O circuit of the present invention.
 図1(a)は,従来のI/O回路である。図1(a)のI/O回路は,駆動力増強回路を経て,駆動力の大きなドライバから伝送信号を送出し,レシーバは,通常の小さな回路で伝送信号を受信することとしている。また,図1(a)に示されるように,レシーバの直前に終端抵抗が挿入されている。この終端抵抗の抵抗値は,伝送路の特性インピーダンスと実質的に一致している。これにより,レシーバ側において,ドライバから出力された信号エネルギの反射を防止することとしている。 FIG. 1A shows a conventional I / O circuit. The I / O circuit of FIG. 1A sends a transmission signal from a driver with a large driving force through a driving force enhancement circuit, and the receiver receives the transmission signal with a normal small circuit. Further, as shown in FIG. 1A, a termination resistor is inserted immediately before the receiver. The resistance value of this termination resistor substantially matches the characteristic impedance of the transmission line. Thus, reflection of signal energy output from the driver is prevented on the receiver side.
 図1(b)は,図1(a)のI/O回路を改良した従来のI/O回路である。図1(b)のI/O回路は,伝送路での信号エネルギの減衰が大きくなっている。このため,レシーバにて信号の振幅及び波形を回復するために,レシーバが振幅回復回路を備えている。また,レシーバ側での信号エネルギの反射を防止するために,レシーバの直前に終端抵抗が設けられている。 FIG. 1B is a conventional I / O circuit obtained by improving the I / O circuit of FIG. In the I / O circuit of FIG. 1B, the attenuation of signal energy in the transmission line is large. For this reason, in order to recover the amplitude and waveform of the signal at the receiver, the receiver includes an amplitude recovery circuit. In order to prevent signal energy from being reflected on the receiver side, a terminating resistor is provided immediately before the receiver.
 図1(c)は,ドライバ側に終端抵抗が挿入された従来のI/O回路である。ドライバ側に終端抵抗を挿入することで,レシーバで反射した信号エネルギをドライバ側で吸収することができる。 FIG. 1C shows a conventional I / O circuit in which a terminating resistor is inserted on the driver side. By inserting a termination resistor on the driver side, the signal energy reflected by the receiver can be absorbed on the driver side.
 ここで,特に高速で動作する差動方式のI/O回路では,ドライバからの出力信号が,レシーバで反射したり,その反射波がドライバに戻って再反射するなど,伝送路内で信号の多重反射が発生して,ノイズが生じることが問題となる。加えて,高速で動作する差動方式のI/O回路では,ドライバからの出力信号が伝送路内に発生した反射エネルギによるノイズの影響を受け易いことから,この反射エネルギを吸収する必要がある。そこで,上記図1(a)~(c)に示されるように,従来のI/O回路では,ドライバ側又はレシーバ側のいずれかに終端抵抗を挿入し,反射エネルギを吸収して,出力信号の劣化や減衰を防止することとしている。しかし,終端抵抗を挿入すると,ドライバから出力される信号のエネルギが減衰することとなるため,ドライバ側に駆動力増強回路を設け,出力信号を増幅することが一般的である。さらに,伝送路が長距離に及ぶなど,伝送路におけるエネルギの減衰が大きい場合には,ドライバ側の駆動力増強回路に加えて,レシーバ側に振幅回復回路を設ける必要がある。このように,終端抵抗を用いて反射エネルギを吸収する構成においては,ドライバに駆動力増強回路を挿入したり,レシーバ振幅回復回路を設けたりする必要があるなど,信号伝送時における消費電力が増大するという問題があった。 Here, especially in differential I / O circuits that operate at high speed, the output signal from the driver is reflected by the receiver, or the reflected wave returns to the driver and re-reflects. The problem is that multiple reflections occur and noise occurs. In addition, in a differential I / O circuit that operates at high speed, the output signal from the driver is easily affected by the noise caused by the reflected energy generated in the transmission line, so it is necessary to absorb this reflected energy. . Therefore, as shown in FIGS. 1A to 1C, in the conventional I / O circuit, a terminating resistor is inserted on either the driver side or the receiver side to absorb the reflected energy, and the output signal It is supposed to prevent deterioration and attenuation of the water. However, when a terminating resistor is inserted, the energy of the signal output from the driver is attenuated. Therefore, it is common to provide a driving force enhancing circuit on the driver side to amplify the output signal. In addition, when the transmission line has a long attenuation, such as when the transmission line has a large attenuation of energy, it is necessary to provide an amplitude recovery circuit on the receiver side in addition to the driving force enhancement circuit on the driver side. In this way, in a configuration that absorbs reflected energy using a termination resistor, the power consumption during signal transmission increases, such as the need to insert a driving force booster circuit in the driver or to provide a receiver amplitude recovery circuit. There was a problem to do.
 そこで,本発明は,図1(d)に示されるように,ドライバ側及びレシーバ側において終端抵抗を排除する。そして,本発明は,終端抵抗を排除した構成であっても,伝送路内での多重反射に起因したノイズの発生を防止することを目的としている。すなわち,図1(d)に示されるように,本発明のI/O回路では,ドライバ回路から伝送信号を送り出し,レシーバにおいて信号エネルギを全反射させて,その反射エネルギをドライバ自身で吸収するように構成している。このような構成によれば,図1(d)に示されるように,I/O回路から,反射エネルギの多重反射を防止するための終端抵抗を排除することができるようになる。そして,このような構成によれば,低消費電力で高速に動作可能なI/O回路を実現可能である。本発明の具体的な構成について,以下に詳しく説明する。 Therefore, the present invention eliminates termination resistors on the driver side and the receiver side as shown in FIG. An object of the present invention is to prevent the occurrence of noise due to multiple reflection in the transmission line even in a configuration that eliminates the termination resistor. That is, as shown in FIG. 1D, in the I / O circuit of the present invention, the transmission signal is sent from the driver circuit, the signal energy is totally reflected at the receiver, and the reflected energy is absorbed by the driver itself. It is configured. According to such a configuration, as shown in FIG. 1D, it is possible to eliminate the termination resistor for preventing multiple reflections of reflected energy from the I / O circuit. According to such a configuration, an I / O circuit that can operate at high speed with low power consumption can be realized. A specific configuration of the present invention will be described in detail below.
[2.差動方式のI/O回路]
[2-1.差動方式のI/O回路の基本形態]
 図2は,本発明の一実施形態に係る入出力インターフェース回路(I/O回路)1の例を示す概略構成図である。本実施形態において,I/O回路1は,差動方式で動作するように構成されている。差動方式とは,2本の伝送路を含むペア伝送路を介して,互いに逆相となった2つの電気信号(相補化された電気信号)を伝送し,その2つの電気信号の電位差を信号レベルの違い(L又はH)として伝達するものである。
[2. Differential I / O circuit]
[2-1. Basic form of differential I / O circuit]
FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an input / output interface circuit (I / O circuit) 1 according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, the I / O circuit 1 is configured to operate in a differential manner. The differential system transmits two electrical signals (complementary electrical signals) that are in opposite phases to each other via a pair transmission line including two transmission lines, and calculates the potential difference between the two electrical signals. It is transmitted as a difference in signal level (L or H).
 図2に示されるように,差動方式のI/O回路1は,デジタル信号を出力するドライバ10と,デジタル信号を伝送するペア伝送路20と,デジタル信号を検出するレシーバ30とを備える。具体的には,ドライバ10は,CMOS差動型のドライバであり,レシーバは,CMOS差動型のレシーバである。また,ペア伝送路20は,ドライバ10とレシーバ30の間で信号の送受信が可能なように,両者を電気的に接続している。 As shown in FIG. 2, the differential I / O circuit 1 includes a driver 10 that outputs a digital signal, a pair transmission path 20 that transmits the digital signal, and a receiver 30 that detects the digital signal. Specifically, the driver 10 is a CMOS differential driver, and the receiver is a CMOS differential receiver. The pair transmission line 20 is electrically connected so that signals can be transmitted and received between the driver 10 and the receiver 30.
 ドライバ10には,レシーバ30に伝達すべきデジタル信号(S)及び/又はデジタル信号(/S)が入力される。例えば,ドライバ10は,デジタル信号(S)を受け取ると,これを相補化して,一対の相補信号(Q,/Q)を出力する。すなわち,図2に示されるように,CMOS差動型のドライバ10は,正相CMOSインバータ11と,逆相CMOSインバータ12と,を備える。正相CMOSインバータ11は,ドライバ10に入力されたデジタル信号(S)と同相の正相信号(Q)を出力する。他方,逆相CMOSインバータ12は,ドライバ10に入力されたデジタル信号(S)と逆相の逆相信号(/Q)を出力する。これより,互いに相補化された正相信号(Q)と逆相信号(/Q)が生成されることとなる。 A digital signal (S) and / or a digital signal (/ S) to be transmitted to the receiver 30 is input to the driver 10. For example, upon receiving the digital signal (S), the driver 10 complements the digital signal (S) and outputs a pair of complementary signals (Q, / Q). That is, as shown in FIG. 2, the CMOS differential driver 10 includes a normal phase CMOS inverter 11 and a negative phase CMOS inverter 12. The positive phase CMOS inverter 11 outputs a positive phase signal (Q) in phase with the digital signal (S) input to the driver 10. On the other hand, the negative-phase CMOS inverter 12 outputs a negative-phase signal (/ Q) that is opposite in phase to the digital signal (S) input to the driver 10. As a result, a normal phase signal (Q) and a negative phase signal (/ Q) which are complemented to each other are generated.
 さらに具体的に説明すると,ドライバ10の正相CMOSインバータ11は,nMOSトランジスタ11aとpMOSトランジスタ11bから構成される。正相CMOSインバータ11において,nMOSトランジスタ11aは,電源側に挿入されて,プルアップ素子となる。また,正相CMOSインバータ11において,pMOSトランジスタ11bは,グランド側に挿入されて,プルダウン素子となる。nMOSトランジスタ11aとpMOSトランジスタ11bは,それぞれオン抵抗値が等しく設定されている。これにより,入力されたデジタル信号(S)のレベルが遷移すると,nMOSトランジスタ11aとpMOSトランジスタ11bのいずれか一方がオンとなり,いずれか他方がオフとなる。その結果,ドライバ10の正相CMOSインバータ11は,入力されたデジタル信号(S)と同相の正相信号(Q)を出力するようになっている。 More specifically, the positive phase CMOS inverter 11 of the driver 10 includes an nMOS transistor 11a and a pMOS transistor 11b. In the positive phase CMOS inverter 11, the nMOS transistor 11a is inserted on the power supply side and becomes a pull-up element. In the positive phase CMOS inverter 11, the pMOS transistor 11b is inserted on the ground side and becomes a pull-down element. The nMOS transistor 11a and the pMOS transistor 11b are set to have the same on-resistance value. As a result, when the level of the input digital signal (S) transitions, one of the nMOS transistor 11a and the pMOS transistor 11b is turned on, and the other is turned off. As a result, the positive phase CMOS inverter 11 of the driver 10 outputs a positive phase signal (Q) in phase with the input digital signal (S).
 また,同様に,ドライバ10の逆相CMOSインバータ12は,nMOSトランジスタ12aとpMOSトランジスタ12bから構成される。逆相CMOSインバータ12においては,pMOSトランジスタ12bが,電源側に挿入されて,プルアップ素子となる。また,逆相CMOSインバータ12においては,nMOSトランジスタ12aが,グランド側に挿入されて,プルダウン素子となる。nMOSトランジスタ12aとpMOSトランジスタ12bは,それぞれオン抵抗値が等しく設定されている。これにより,入力されたデジタル信号(S)のレベルが遷移すると,nMOSトランジスタ12aとpMOSトランジスタ12bのいずれか一方がオンとなり,いずれか他方がオフとなる。その結果,ドライバ10の逆相CMOSインバータ12は,入力されたデジタル信号(S)と逆相の逆相信号(/Q)を出力するようになっている。 Similarly, the anti-phase CMOS inverter 12 of the driver 10 includes an nMOS transistor 12a and a pMOS transistor 12b. In the reverse phase CMOS inverter 12, the pMOS transistor 12b is inserted on the power supply side and becomes a pull-up element. In the reverse phase CMOS inverter 12, an nMOS transistor 12a is inserted on the ground side to serve as a pull-down element. The nMOS transistor 12a and the pMOS transistor 12b are set to have the same on-resistance value. As a result, when the level of the input digital signal (S) transitions, one of the nMOS transistor 12a and the pMOS transistor 12b is turned on, and the other is turned off. As a result, the negative phase CMOS inverter 12 of the driver 10 outputs a negative phase signal (/ Q) that is opposite in phase to the input digital signal (S).
 図2に示されるように,ペア伝送路20は,第1の線路21と第2の線路22とがペアとなって構成されている。図2に示されるように,第1の線路21は,ドライバ10の正相CMOSインバータ11に接続されている。このため,第1の線路21は,ドライバ10の正相CMOSインバータ11から出力された正相信号(Q)が伝搬する。他方,第2の線路22は,ドライバ10の逆相CMOSインバータ12に接続されている。このため,第2の線路22は,ドライバ10の逆相CMOSインバータ12から出力された逆相信号(/Q)が伝搬する。 As shown in FIG. 2, the pair transmission line 20 is configured by a pair of a first line 21 and a second line 22. As shown in FIG. 2, the first line 21 is connected to the positive phase CMOS inverter 11 of the driver 10. For this reason, the positive phase signal (Q) output from the positive phase CMOS inverter 11 of the driver 10 propagates through the first line 21. On the other hand, the second line 22 is connected to the reverse phase CMOS inverter 12 of the driver 10. For this reason, the negative phase signal (/ Q) output from the negative phase CMOS inverter 12 of the driver 10 propagates through the second line 22.
 また,ペア伝送路20は,所定の特性インピーダンスを持つ。特性インピーダンスは,伝送路を用いて交流電気エネルギ(デジタル信号)を伝達するときに,伝送路が持つ長さに関係しない(すなわち,「特性」)インピーダンスである。本願明細書において,「ペア伝送路の特性インピーダンス」とは,第1の線路21と第2の線路22の間に発生する電圧(又は電界)が感じるキャパシタンスと,第1の線路21と第2の線路22のそれぞれの電流(又は磁界)が感じる合成インダクタンス(第1の線路21の自己インダクタンス+第2の線路22の自己インダクタンス-相互インダクタンス)の比(合成インダクタンス/キャパシタンス)の平方根である。ここで,第1の線路21の寸法と第2の線路22の寸法は,設計理論上,その差がないように等しく設定されていることが好ましい。実質的には,第1の線路21の寸法は,第2の線路22の寸法に対して,誤差±5%以内であることが好ましく,誤差±1%以内であることが特に好ましい。また,第1の線路21と第2の線路22は,設計理論上,始端から終端に至るまで特性インピーダンスに変動がないように常に一定に設定されていることが好ましい。なお,各線路21,22の特性インピーダンスの差を小さく抑えたり,線路上における特性インピーダンスの変動を抑えるための技術は公知である。このような公知の技術を利用して,理論上,第1の線路21と第2の線路22の特性インピーダンスを等しくし,線路上における特性インピーダンスを一定とすることができる。 Also, the pair transmission line 20 has a predetermined characteristic impedance. The characteristic impedance is an impedance not related to the length of the transmission line (ie, “characteristic”) when AC electric energy (digital signal) is transmitted using the transmission line. In the present specification, the “characteristic impedance of the pair transmission line” means the capacitance sensed by the voltage (or electric field) generated between the first line 21 and the second line 22, the first line 21 and the second line 22. This is the square root of the ratio (synthetic inductance / capacitance) of the combined inductance (the self-inductance of the first line 21 + the self-inductance of the second line 22−the mutual inductance) sensed by the current (or magnetic field) of each of the lines 22. Here, the dimension of the first line 21 and the dimension of the second line 22 are preferably set to be equal to each other so that there is no difference in design theory. Substantially, the dimension of the first line 21 is preferably within an error of ± 5% and particularly preferably within an error of ± 1% with respect to the dimension of the second line 22. Moreover, it is preferable that the first line 21 and the second line 22 are always set to be constant so that the characteristic impedance does not fluctuate from the start to the end in terms of design theory. A technique for suppressing the difference in characteristic impedance between the lines 21 and 22 and for suppressing fluctuation of the characteristic impedance on the line is well known. By utilizing such a known technique, the characteristic impedances of the first line 21 and the second line 22 can theoretically be made equal, and the characteristic impedance on the line can be made constant.
 図2に示されるように,レシーバ30には,ペア伝送路20を伝搬した一対の相補信号(Q,/Q)が入力される。レシーバ30は,一対の相補信号(Q,/Q)に基づいて,デジタル信号を検出する。すなわち,第1の線路21を伝搬する正相信号(Q)と,第2の線路22を伝搬する逆相信号(/Q)は極性が常に反対となっていることから,レシーバ30は,その電位差を信号レベルの違い(L又はH)として認識することで,デジタル信号を検出できる。図2に示されるように,レシーバ30は,ドライバ10と等価のCMOS差動型のレシーバとして構成されている。すなわち,CMOS差動型のレシーバ30は,正相CMOSインバータ31と,逆相CMOSインバータ32と,を備える。正相CMOSインバータ31は,第1の線路21に接続されており,これを伝搬した正相信号(Q)を受信する。他方,逆相CMOSインバータ32は,第2の線路22に接続されており,これを伝搬した逆相信号(/Q)を受信する。 As shown in FIG. 2, a pair of complementary signals (Q, / Q) propagated through the pair transmission path 20 are input to the receiver 30. The receiver 30 detects a digital signal based on a pair of complementary signals (Q, / Q). That is, since the positive phase signal (Q) propagating through the first line 21 and the negative phase signal (/ Q) propagating through the second line 22 are always opposite in polarity, the receiver 30 A digital signal can be detected by recognizing the potential difference as a difference in signal level (L or H). As shown in FIG. 2, the receiver 30 is configured as a CMOS differential receiver equivalent to the driver 10. That is, the CMOS differential receiver 30 includes a normal phase CMOS inverter 31 and a reverse phase CMOS inverter 32. The positive phase CMOS inverter 31 is connected to the first line 21 and receives a positive phase signal (Q) propagated through the first line 21. On the other hand, the negative phase CMOS inverter 32 is connected to the second line 22 and receives the negative phase signal (/ Q) propagated through the second line 22.
 具体的に説明すると,レシーバ30の正相CMOSインバータ31は,nMOSトランジスタ31aとpMOSトランジスタ31bから構成される。正相CMOSインバータ31において,nMOSトランジスタ31aは,電源側に挿入されて,プルアップ素子となる。また,正相CMOSインバータ31において,pMOSトランジスタ31bは,グランド側に挿入されて,プルダウン素子となる。これにより,レシーバ30の正相CMOSインバータ31は,第1の線路21を伝搬した正相信号(Q)を受信する。 More specifically, the positive phase CMOS inverter 31 of the receiver 30 includes an nMOS transistor 31a and a pMOS transistor 31b. In the positive phase CMOS inverter 31, the nMOS transistor 31a is inserted on the power supply side and becomes a pull-up element. In the positive phase CMOS inverter 31, the pMOS transistor 31 b is inserted on the ground side and becomes a pull-down element. As a result, the positive phase CMOS inverter 31 of the receiver 30 receives the positive phase signal (Q) propagated through the first line 21.
 また,同様に,レシーバ30の逆相CMOSインバータ32は,nMOSトランジスタ32aとpMOSトランジスタ32bから構成される。逆相CMOSインバータ32においては,pMOSトランジスタ32bが,電源側に挿入されて,プルアップ素子となる。また,逆相CMOSインバータ32においては,nMOSトランジスタ32aが,グランド側に挿入されて,プルダウン素子となる。これにより,レシーバ30の逆相CMOSインバータ32は,第2の線路22を伝搬した逆相信号(/Q)を受信する。 Similarly, the reverse phase CMOS inverter 32 of the receiver 30 includes an nMOS transistor 32a and a pMOS transistor 32b. In the reverse phase CMOS inverter 32, the pMOS transistor 32b is inserted on the power supply side to be a pull-up element. In the reverse phase CMOS inverter 32, an nMOS transistor 32a is inserted on the ground side to serve as a pull-down element. Thereby, the anti-phase CMOS inverter 32 of the receiver 30 receives the anti-phase signal (/ Q) propagated through the second line 22.
 図2に示されるように,上記構成に加えて,ペア伝送路20と干渉しない程度に離間した位置に,グランド線23を設けることもできる。グランド線23は,ドライバ10とレシーバ30のグランド側を接続している。なお,差動方式において,ドライバ10が複数存在していても,コモン線が一本あれば十分であるといえる。 As shown in FIG. 2, in addition to the above configuration, a ground line 23 can be provided at a position separated from the pair transmission line 20 so as not to interfere. The ground line 23 connects the driver 10 and the ground side of the receiver 30. In the differential method, even if there are a plurality of drivers 10, it can be said that one common line is sufficient.
 続いて,上記構成を有するI/O回路1の動作について説明する。
 I/O回路1では,デジタル信号(S)がLレベルからHレベルに遷移すると,ドライバ10の正相CMOSインバータ11において,nMOSトランジスタ11aがOFFからONに切り替わり,pMOSトランジスタ11bがONからOFFに切り替わる。他方,逆相CMOSインバータ12においては,pMOSトランジスタ12bがONからOFFに切り替わり,nMOSトランジスタ12aがOFFからONに切り替わる。この結果,レシーバ30の正相CMOSインバータ31の入力端をLレベルからHレベルに遷移させるための電荷が,ドライバ10の正相CMOSインバータ11から第1の線路21に供給される。同時に,レシーバ30の逆相CMOSインバータ32の入力端をHレベルからLレベルに遷移させるための電荷が,第2の線路22からドライバ10の逆相CMOSインバータ12を介してグランド(接地)に引き抜かれ,グランド電位,すなわちLレベルとなる。このような現象は,伝送路20の長さに応じた伝達時間でレシーバ30端に伝えられ,レシーバ30の正相CMOSインバータ31の入力端をLレベルからHレベルに遷移させるための正の信号エネルギが,ドライバ10の正相CMOSインバータ11から第1の線路21に供給されると同時に,レシーバ30の逆相CMOSインバータ32の入力端をHレベルからLレベルに遷移させるための負の信号エネルギが,ドライバ10の逆相CMOSインバータ12から第2の線路22に供給されたと見ることができる。このように正相と逆相が一体となった電磁界は,特性インピーダンスで定義された伝送路20に流れた瞬間,定義された特性インピーダンスを持った電磁界パルスであると認識され,異なったインピーダンスの部分に遭遇すると,その差に対する比率((遭遇したインピーダンス―伝送路特性インピーダンス)/(遭遇したインピーダンス+伝送路特性インピーダンス))で部分反射する。重要な観点は,仮に線路21が1/2インピーダンスで電源につながり,線路22が1/2にインピーダンスでグランドにつながっているとするならば,電源・グランドペア線路に対して1/2+1/2=1の整合端となり,反射しない条件となる点である。
Next, the operation of the I / O circuit 1 having the above configuration will be described.
In the I / O circuit 1, when the digital signal (S) transitions from L level to H level, in the positive phase CMOS inverter 11 of the driver 10, the nMOS transistor 11a is switched from OFF to ON, and the pMOS transistor 11b is switched from ON to OFF. Switch. On the other hand, in the reverse phase CMOS inverter 12, the pMOS transistor 12b is switched from ON to OFF, and the nMOS transistor 12a is switched from OFF to ON. As a result, the charge for shifting the input terminal of the positive phase CMOS inverter 31 of the receiver 30 from the L level to the H level is supplied from the positive phase CMOS inverter 11 of the driver 10 to the first line 21. At the same time, the charge for transitioning the input terminal of the reverse phase CMOS inverter 32 of the receiver 30 from the H level to the L level is pulled from the second line 22 to the ground (ground) via the reverse phase CMOS inverter 12 of the driver 10. It is pulled out and becomes the ground potential, that is, the L level. Such a phenomenon is transmitted to the end of the receiver 30 in a transmission time corresponding to the length of the transmission line 20, and a positive signal for causing the input end of the positive phase CMOS inverter 31 of the receiver 30 to transition from the L level to the H level. Energy is supplied from the positive phase CMOS inverter 11 of the driver 10 to the first line 21 and, at the same time, negative signal energy for causing the input terminal of the negative phase CMOS inverter 32 of the receiver 30 to transition from H level to L level. Can be seen as being supplied from the reverse phase CMOS inverter 12 of the driver 10 to the second line 22. Thus, the electromagnetic field in which the positive phase and the reverse phase are integrated is recognized as an electromagnetic field pulse having the defined characteristic impedance at the moment when it flows through the transmission line 20 defined by the characteristic impedance. When an impedance part is encountered, partial reflection occurs at a ratio ((encountered impedance−transmission line characteristic impedance) / (encountered impedance + transmission line characteristic impedance)). An important point is that if the line 21 is connected to the power source with a 1/2 impedance and the line 22 is connected to the ground with an impedance of 1/2, the power source / ground pair line is 1/2 + 1/2. = 1 is a matching end and a condition that does not reflect.
 このようにして,レシーバ30側において,正相CMOSインバータ31の入力端がLレベルからHレベルに切り替わり,逆相CMOSインバータ32の入力端がHレベルからLレベルに切り替わる。そうすると,伝送路20の長さに応じた時間後,レシーバ30の正相CMOSインバータ31においては,nMOSトランジスタ31aがOFFからONになり,pMOSトランジスタ31bがONからOFFとなる。また,レシーバ30の逆相CMOSインバータ32においては,pMOSトランジスタ32bがOFFからONとなり,nMOSトランジスタ32aがONからOFFとなる。この結果,レシーバ30において,正相CMOSインバータ31と逆相CMOSインバータ32の出力が,共にLレベルからHレベルとなる。これにより,CMOS差動型のレシーバ30から出力される受信デジタル信号が,LレベルからHレベルとなる。従って,CMOS差動型のレシーバ30は,ドライバ10に入力されたデジタル信号(S)に等しいデジタル信号を受信したことになる。 Thus, on the receiver 30 side, the input terminal of the positive phase CMOS inverter 31 is switched from L level to H level, and the input terminal of the negative phase CMOS inverter 32 is switched from H level to L level. Then, after a time corresponding to the length of the transmission line 20, in the positive phase CMOS inverter 31 of the receiver 30, the nMOS transistor 31a is turned from OFF to ON, and the pMOS transistor 31b is turned from ON to OFF. In the reverse phase CMOS inverter 32 of the receiver 30, the pMOS transistor 32b is turned from OFF to ON, and the nMOS transistor 32a is turned from ON to OFF. As a result, in the receiver 30, the outputs of the normal phase CMOS inverter 31 and the negative phase CMOS inverter 32 are changed from L level to H level. As a result, the received digital signal output from the CMOS differential receiver 30 changes from L level to H level. Therefore, the CMOS differential receiver 30 has received a digital signal equal to the digital signal (S) input to the driver 10.
 これに対し,ドライバ10に入力されるデジタル信号(S)がHレベルからLレベルに遷移すると,上述した動作と真逆の動作が行われる。つまり,デジタル信号(S)がHレベルからLレベルに遷移すると,ドライバ10の正相CMOSインバータ11においては,nMOSトランジスタ11aがONからOFFに切り替わり,pMOSトランジスタ11bがOFFからONに切り替わる。また,ドライバ10の逆相CMOSインバータ12においては,pMOSトランジスタ12bがOFFからONに切り替わり,nMOSトランジスタ12aがONからOFFに切り替わる。この結果,伝送路20の長さに応じた時間後,レシーバ30の正相CMOSインバータ31の入力端をHレベルからLレベルに遷移させるための電荷が,第1の線路21から,ドライバ10の正相CMOSインバータ11を介して接地に引き抜かれる。これと同時に,レシーバ30の逆相CMOSインバータ32の入力端をLレベルからHレベルに遷移させるための電荷が,ドライバ10の逆相CMOSインバータ12から第2の線路22に供給される。この現象は,レシーバ30の正相CMOSインバータ31の入力端をHレベルからLレベルに遷移させるための負の信号エネルギが,ドライバ10の正相CMOSインバータ11から第1の線路21に供給され、伝送路の長さに応じた時間後,レシーバ30の逆相CMOSインバータ32の入力端をLレベルからHレベルに遷移させるための正の信号エネルギが,ドライバ10の逆相CMOSインバータ12から第2の線路22に供給されると見ることができる。 On the other hand, when the digital signal (S) input to the driver 10 transitions from the H level to the L level, an operation opposite to the above-described operation is performed. That is, when the digital signal (S) transitions from the H level to the L level, in the positive phase CMOS inverter 11 of the driver 10, the nMOS transistor 11a is switched from ON to OFF, and the pMOS transistor 11b is switched from OFF to ON. In the reverse phase CMOS inverter 12 of the driver 10, the pMOS transistor 12b is switched from OFF to ON, and the nMOS transistor 12a is switched from ON to OFF. As a result, after a time corresponding to the length of the transmission line 20, the charge for shifting the input terminal of the positive phase CMOS inverter 31 of the receiver 30 from the H level to the L level is transferred from the first line 21 to the driver 10. It is pulled out to the ground through the positive phase CMOS inverter 11. At the same time, the charge for shifting the input terminal of the negative phase CMOS inverter 32 of the receiver 30 from the L level to the H level is supplied from the negative phase CMOS inverter 12 of the driver 10 to the second line 22. In this phenomenon, negative signal energy for shifting the input terminal of the positive phase CMOS inverter 31 of the receiver 30 from the H level to the L level is supplied from the positive phase CMOS inverter 11 of the driver 10 to the first line 21. After a time corresponding to the length of the transmission line, the positive signal energy for causing the input terminal of the reverse phase CMOS inverter 32 of the receiver 30 to transition from the L level to the H level is supplied from the reverse phase CMOS inverter 12 of the driver 10 to the second level. It can be seen that it is supplied to the line 22.
 このように,伝送路20の長さに応じた時間後,レシーバ30側において,正相CMOSインバータ31の入力端がHレベルからLレベルとなり,逆相CMOSインバータ32の入力端がLレベルからHレベルになる。これにより,レシーバ30の正相CMOSインバータ31においては,nMOSトランジスタ31aがONからOFFに切り替わり,pMOSトランジスタ31bがOFFからONに切り替わる。また,レシーバ30の逆相CMOSインバータ32においては,pMOSトランジスタ32bがONからOFFに切り替わり,nMOSトランジスタ32aがOFFからONに切り替わる。この結果,レシーバ30側の正相CMOSインバータ31と逆相CMOSインバータ32の出力は,共にHレベルからLレベルとなる。これにより,CMOS差動型のレシーバ30が出力される受信デジタル信号が,HレベルからLレベルとなる。従って,CMOS差動型のレシーバ30は,ドライバ10に入力されたデジタル信号(S)に等しいデジタル信号を受信したことになる。 Thus, after a time corresponding to the length of the transmission line 20, on the receiver 30 side, the input terminal of the normal phase CMOS inverter 31 is changed from H level to L level, and the input terminal of the negative phase CMOS inverter 32 is changed from L level to H level. Become a level. Thereby, in the positive phase CMOS inverter 31 of the receiver 30, the nMOS transistor 31a is switched from ON to OFF, and the pMOS transistor 31b is switched from OFF to ON. In the reverse phase CMOS inverter 32 of the receiver 30, the pMOS transistor 32b is switched from ON to OFF, and the nMOS transistor 32a is switched from OFF to ON. As a result, the outputs of the positive phase CMOS inverter 31 and the negative phase CMOS inverter 32 on the receiver 30 side are both changed from H level to L level. As a result, the received digital signal output from the CMOS differential receiver 30 changes from H level to L level. Therefore, the CMOS differential receiver 30 has received a digital signal equal to the digital signal (S) input to the driver 10.
 このように,差動方式のI/O回路1では,デジタル信号(S)のレベルが遷移した場合に,CMOS差動型のドライバ10から相補信号エネルギをペア伝送路20に供給することにより,デジタル信号(S)を相補化した一対の相補信号(Q,/Q)を,ペア伝送路20を介してCMOS差動型のレシーバ30に伝送することができる。 As described above, in the differential I / O circuit 1, when the level of the digital signal (S) transitions, the complementary signal energy is supplied from the CMOS differential driver 10 to the pair transmission line 20. A pair of complementary signals (Q, / Q) obtained by complementing the digital signal (S) can be transmitted to the CMOS differential receiver 30 via the pair transmission line 20.
 以上の説明は,本発明に係る差動方式のI/O回路1の基本的な構成と動作である。
 ここで,従来の差動方式のCMOSドライバでは,一般的に,nMOSトランジスタとpMOSトランジスタのオン抵抗値が1~5Ω程度に設定されている。また,従来のCMOSドライバでは,入力されるデジタル信号が遷移する時に貫通電流が発生することを防止するために,電源側とグランド側にそれぞれ電流制御のトランジスタを挿入している。ただし,この電流制御用のトランジスタは,不飽和状態で動作している電流制御チャネルであるため,オン抵抗値がハイインピーダンス状態となっている。従って,伝送路20の長さに応じた往復時間を経てレシーバから反射して帰ってきた信号エネルギは,この電流制御用のトランジスタで再び反射し,ペア伝送路に送り返されて,その結果,伝送路内に多重反射ノイズが生じる。これを防止するため,従来のI/O回路では,図1を参照して説明したとおり,送端側に終端抵抗を挿入している。しかし,上述したように,終端抵抗を挿入したI/O回路では,消費電力が増大するという問題を有している。
The above description is the basic configuration and operation of the differential I / O circuit 1 according to the present invention.
Here, in the conventional differential CMOS driver, the on-resistance values of the nMOS transistor and the pMOS transistor are generally set to about 1 to 5Ω. In the conventional CMOS driver, current control transistors are inserted on the power supply side and the ground side, respectively, in order to prevent a through current from being generated when an input digital signal transitions. However, since this current control transistor is a current control channel operating in an unsaturated state, the on-resistance value is in a high impedance state. Accordingly, the signal energy reflected and returned from the receiver through a round trip time corresponding to the length of the transmission line 20 is reflected again by the current control transistor and sent back to the pair transmission line, resulting in transmission. Multiple reflection noise occurs in the road. In order to prevent this, in the conventional I / O circuit, as described with reference to FIG. 1, a terminating resistor is inserted on the transmitting end side. However, as described above, the I / O circuit in which the termination resistor is inserted has a problem that power consumption increases.
 これに対し,本発明に係る差動方式のI/O回路1は,図2に示されるように,終端抵抗を要しない単純な回路構成とすることが可能できる。そのために,本発明のI/O回路1では,ドライバ10に含まれるnMOSトランジスタ11a,12aとpMOSトランジスタ11b,12bのオン抵抗値(Ron)を,それぞれ,ペア伝送路20の特性インピーダンス(Z0)の1/2である規定値に実質的に一致させる。なお,差動方式に係る本実施形態において,「規定値」とは,ペア伝送路20の特性インピーダンスの1/2の値を意味している。例えば,差動方式のI/O回路1では,ペア伝送路20の特性インピーダンスは,100Ωで設定されることが多い。このため,ペア伝送路20の特性インピーダンスが100Ωである場合には,ドライバ10に含まれるnMOSトランジスタ11a,12aとpMOSトランジスタ11b,12bのオン抵抗値を,それぞれ,50Ωに設定する。つまり,nMOSトランジスタ11a,12aとpMOSトランジスタ11b,12b(MOSトランジスタ)のオン抵抗値を“Ron”とし,ペア伝送路20の特性インピーダンスを“Z0”とすると,1/2・Z0=Ronの関係を満たすことが理想である。 On the other hand, the differential I / O circuit 1 according to the present invention can have a simple circuit configuration that does not require a termination resistor, as shown in FIG. Therefore, in the I / O circuit 1 of the present invention, the on-resistance values (Ron) of the nMOS transistors 11a and 12a and the pMOS transistors 11b and 12b included in the driver 10 are set to the characteristic impedance (Z0) of the pair transmission line 20, respectively. Substantially equal to a specified value which is 1/2 of the above. In the present embodiment relating to the differential method, the “specified value” means a value that is ½ of the characteristic impedance of the pair transmission line 20. For example, in the differential type I / O circuit 1, the characteristic impedance of the pair transmission line 20 is often set to 100Ω. Therefore, when the characteristic impedance of the pair transmission line 20 is 100Ω, the on-resistance values of the nMOS transistors 11a and 12a and the pMOS transistors 11b and 12b included in the driver 10 are set to 50Ω, respectively. That is, when the on-resistance value of the nMOS transistors 11a and 12a and the pMOS transistors 11b and 12b (MOS transistors) is “Ron” and the characteristic impedance of the pair transmission line 20 is “Z0”, the relationship of 1/2 · Z0 = Ron It is ideal to satisfy.
 ただし,MOSトランジスタのオン抵抗値(Ron)は,ペア伝送路20の特性インピーダンス(Z0)の1/2となる規定値(1/2・Z0)と,実質的に一致していればよい。例えば,MOSトランジスタのオン抵抗(Ron)は,規定値(1/2・Z0)に対して,±30%の範囲内で整合してればよい。ただし,MOSトランジスタのオン抵抗(Ron)は,規定値(1/2・Z0)に対して,±10%の範囲内であることが好ましく,±5%であることが特に好ましく,±1%の範囲内であることが理想である。 However, it is only necessary that the on-resistance value (Ron) of the MOS transistor substantially coincides with the specified value (1/2 · Z0) that is ½ of the characteristic impedance (Z0) of the pair transmission line 20. For example, the on-resistance (Ron) of the MOS transistor may be matched within a range of ± 30% with respect to the specified value (1/2 · Z0). However, the on-resistance (Ron) of the MOS transistor is preferably within a range of ± 10% with respect to the specified value (1/2 · Z0), particularly preferably ± 5%, and ± 1% Ideally, it should be within the range.
 上記のように,ドライバ10を構成するMOSトランジスタのオン抵抗値を,それぞれ,ペア伝送路20の特性インピーダンスの1/2となる規定値に一致させることで,レシーバ30において反射した信号エネルギを,ドライバ10において吸収することができる。 As described above, by making the on-resistance values of the MOS transistors constituting the driver 10 coincide with the specified values that are ½ of the characteristic impedance of the pair transmission line 20, the signal energy reflected at the receiver 30 is It can be absorbed by the driver 10.
 具体的に説明すると,図2に示されるように,I/O回路1では,デジタル信号(S)がHレベルにあるときには,ドライバ10の正相CMOSインバータ11において,nMOSトランジスタ11aがONとなり,pMOSトランジスタ11bがOFFとなっている。同様に,I/O回路1では,デジタル信号(/S)がLレベルにあるときには,ドライバ10の逆相CMOSインバータ12において,nMOSトランジスタ12aがOFFとなり,pMOSトランジスタ12bがONとなっている。この全体の状態を見ると,電源Vddから正相のnMOSトランジスタ11aがONで,逆相のpMOSトランジスタ12bがONであるため,レシーバ30からこのタイミングで反射波が戻ってきても整合端として機能する。また,差動であることから,前記の状態と反転して,正相のpMOSトランジスタ11bがONで,逆相のnMOSトランジスタ12aがONの状態でも整合端となっている。従って,いかなるタイミングで反射波が戻ってきてもドライバ10からレシーバ30に向けた再反射は起こらず,レシーバ30からの反射波は常にドライバ19で吸収されることになる。また,伝送路の長さが変わり,反射のタイミングが変わってもこの状態は普遍的に保てることになる。 More specifically, as shown in FIG. 2, in the I / O circuit 1, when the digital signal (S) is at the H level, the nMOS transistor 11a is turned on in the positive phase CMOS inverter 11 of the driver 10, The pMOS transistor 11b is OFF. Similarly, in the I / O circuit 1, when the digital signal (/ S) is at the L level, in the reverse phase CMOS inverter 12 of the driver 10, the nMOS transistor 12a is turned off and the pMOS transistor 12b is turned on. Looking at this overall state, since the positive phase nMOS transistor 11a is ON and the negative phase pMOS transistor 12b is ON from the power supply Vdd, it functions as a matching end even if the reflected wave returns from the receiver 30 at this timing. To do. In addition, since it is differential, it is inconsistent with the above state, and is a matching end even when the positive phase pMOS transistor 11b is ON and the negative phase nMOS transistor 12a is ON. Accordingly, no re-reflection from the driver 10 toward the receiver 30 occurs at any timing, and the reflected wave from the receiver 30 is always absorbed by the driver 19. In addition, even if the length of the transmission line changes and the reflection timing changes, this state can be maintained universally.
 これにより,本発明のI/O回路1では,ドライバ10自体が反射エネルギを吸収するため,終端抵抗を挿入しなくても,レシーバ30で反射した信号エネルギがドライバ10側で再反射する事態を回避できる。なお,信号遷移時の貫通電流はpMOS,nMOSのオン抵抗の加算100Ωがあるため,ほとんど無視できるものとなることから定電流トランジスタの挿入を排除できる。また,本発明のI/O回路1では,回路構成が簡単になると共に,MOSトランジスタのオン抵抗値(例えば50Ω)は,従来の回路のオン抵抗値(例えば1~5Ω)と比較して,1桁高くなる。その結果,本発明のI/O回路1によれば,信号伝送時における消費電力を,原理的に1/2以下に低減させることが可能となる。 Thereby, in the I / O circuit 1 of the present invention, the driver 10 itself absorbs the reflected energy, so that the signal energy reflected by the receiver 30 is re-reflected on the driver 10 side without inserting a termination resistor. Can be avoided. In addition, since the through current at the time of signal transition has an addition of 100Ω of on-resistance of pMOS and nMOS, it is almost negligible, so insertion of a constant current transistor can be eliminated. In the I / O circuit 1 of the present invention, the circuit configuration is simplified, and the on-resistance value (for example, 50Ω) of the MOS transistor is compared with the on-resistance value (for example, 1 to 5Ω) of the conventional circuit. One digit higher. As a result, according to the I / O circuit 1 of the present invention, the power consumption during signal transmission can be reduced to 1/2 or less in principle.
 さらに,従来の回路と比べ,本発明のI/O回路1では,ペア伝送路20の特性インピーダンスMOSトランジスタのオン抵抗のオームの法則の関係から,ペア伝送路20を伝搬する信号の振幅はVddの1/2となるが,レシーバ側で信号をほぼ全反射させることで,ペア伝送路20を伝搬する信号の振幅はVddに近い振幅となる。その結果,レシーバ30側に,ペア伝送路20を伝搬する信号の波形を回復するための回路を設ける必要がなくなる。従って,レシーバ30は小さいトランジスタで構成することが可能となり,結果として消費電力が低減される。 Furthermore, compared with the conventional circuit, in the I / O circuit 1 of the present invention, the amplitude of the signal propagating through the pair transmission line 20 is Vdd due to Ohm's law of the on-resistance of the characteristic impedance MOS transistor of the pair transmission line 20. However, when the signal is almost totally reflected on the receiver side, the amplitude of the signal propagating through the pair transmission line 20 becomes an amplitude close to Vdd. As a result, there is no need to provide a circuit for recovering the waveform of the signal propagating through the pair transmission line 20 on the receiver 30 side. Therefore, the receiver 30 can be configured with a small transistor, and as a result, power consumption is reduced.
 上記の例では,ペア伝送路20の特性インピーダンスが100Ωである好ましい例を説明したが,ペア伝送路20の特性インピーダンスはこれに限定されない。ペア伝送路20の特性インピーダンスは,例えば,20Ω~150Ωの範囲で任意に設定可能である。特に,ペア伝送路20の特性インピーダンスは,50Ω~150Ω,75Ω~150Ω,又は100Ω~150Ωであることが好ましい。具体的には,ペア伝送路20の特性インピーダンスは,75Ω,100Ω,125Ω,又は150Ωの中から選択されることが好ましい。 In the above example, a preferred example in which the characteristic impedance of the pair transmission line 20 is 100Ω has been described, but the characteristic impedance of the pair transmission line 20 is not limited to this. The characteristic impedance of the pair transmission line 20 can be arbitrarily set within a range of 20Ω to 150Ω, for example. In particular, the characteristic impedance of the pair transmission line 20 is preferably 50Ω to 150Ω, 75Ω to 150Ω, or 100Ω to 150Ω. Specifically, the characteristic impedance of the pair transmission line 20 is preferably selected from 75Ω, 100Ω, 125Ω, or 150Ω.
 ここで,ドライバ側パルスの立ち上がり時間をtrとすると,内部回路やリピータ間回路の送信と受信の電磁波進行時間tpdを,tr≦7tpdとなるような配線長さの場合は,例えば,28Gbpsのクロック周期tcは71psであり,tr=0.33×tc=23ps近辺となっている。従って,tpd=3.3psとなる。また,チップ配線の周辺絶縁物の比誘電率k又はεrを4とすると,3.3psに相当する配線長は500μmである。同様に,10Gbpsでは1.4mmとなる。この範囲は,信号が多重反射を往復3.5回(送信端から受信端への到達と見るため)以上繰り返すうちに振幅がVddまで達する条件であり,一般には,ドライバ側のトランジスタは,このような条件を配慮して設計されている。すなわち,IPで回路設計する場合,設計者は線路特性を意識することを必要としない。 Here, assuming that the rising time of the driver side pulse is tr, the transmission and reception electromagnetic wave traveling time tpd of the internal circuit or the inter-repeater circuit is, for example, a clock of 28 Gbps when the wiring length is such that tr ≦ 7 tpd. The period tc is 71 ps, and is in the vicinity of tr = 0.33 × tc = 23 ps. Therefore, tpd = 3.3 ps. When the relative dielectric constant k or εr of the peripheral insulator of the chip wiring is 4, the wiring length corresponding to 3.3 ps is 500 μm. Similarly, it becomes 1.4 mm at 10 Gbps. This range is a condition where the amplitude reaches Vdd while the signal repeats multiple reflections 3.5 times or more for reciprocation (to be regarded as arrival from the transmitting end to the receiving end). Designed in consideration of such conditions. That is, when designing a circuit with IP, the designer does not need to be aware of the line characteristics.
 これに対し,本発明は,tr≧7tpdの条件における長さの線路に対して,すなわち長い配線の送信側と受信側およびその間をつなぐ線路構造を規定するものである。言い換えれば,本発明は,送信側と受信側のインピーダンスが不整合となった状態において,多重反射がtr時間より大きな時間を持ちノイズとなった場合に,これを防止する手段を提供する。具体的には,本発明は,ノイズを防止する手段として,一般的に用いられている受信端終端抵抗や送信端終端抵抗を挿入しない状態で,その多重反射を防止する手段を提供するものである。その結果,本発明は,送信側及び受信側のトランジスタサイズを小さくすることができ,電力の消費を抑えることができるという効果を発揮する。本発明によれば,配線の長さは,信号減衰が振幅として1/3にまでになる長さまで適用可能である。 On the other hand, the present invention defines a line structure that connects the transmission side and the reception side of a long wiring with respect to the length of the line under the condition of tr ≧ 7 tpd, that is, between them. In other words, the present invention provides a means for preventing the multiple reflection when it becomes a noise having a time longer than the tr time in a state where the impedances of the transmission side and the reception side are mismatched. Specifically, the present invention provides a means for preventing multiple reflections in a state where a commonly used receiving end terminating resistor and transmitting end terminating resistor are not inserted as means for preventing noise. is there. As a result, the present invention exhibits the effect that the transistor size on the transmission side and the reception side can be reduced and the power consumption can be suppressed. According to the present invention, the length of the wiring can be applied up to a length in which the signal attenuation becomes 1/3 as an amplitude.
 なお,本発明は,受信端回路に波形回復機能を付加する形態を除外するものではない。例えば,信号振幅1/3以下に劣化するような場合には,本発明においても受信端回路に波形回復機能を付加することができる。ただし,このような形態は,波形回復回路の電力増大が欠点となる。例えば,送端回路にプリエンファシスやディエンファシスなどのイコーライザを挿入したときに,この形態は大きな効力を発揮する。 Note that the present invention does not exclude a form in which a waveform recovery function is added to the receiving end circuit. For example, when the signal amplitude deteriorates to 1/3 or less, the waveform recovery function can be added to the receiving end circuit in the present invention as well. However, such a configuration has a drawback of increasing the power of the waveform recovery circuit. For example, when an equalizer such as pre-emphasis or de-emphasis is inserted into the sending end circuit, this form has a great effect.
[2-2.差動方式のI/O回路のESD対策手段]
 図3は,本発明に係る差動方式のI/O回路の他の例を示す概略構成図である。図3では,差動方式のI/O回路1に,ESD対策用の抵抗41,42,43,44を挿入した例を示している。
[2-2. ESD countermeasures for differential I / O circuit]
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing another example of the differential type I / O circuit according to the present invention. FIG. 3 shows an example in which resistors 41, 42, 43, and 44 for ESD countermeasures are inserted in the differential I / O circuit 1.
 図3に示されるように,I/O回路1は,ドライバ10とレシーバ30の外部接続側に,それぞれ,500Ω以上の抵抗値を持つ抵抗41~44を有している。具体的に説明すると,第1の抵抗41は,第1の線路21のうち,ドライバ10の外部接続側に挿入され,電源とグランドのそれぞれに接続されている。また,第2の抵抗42は,第2の線路22のうち,ドライバ10の外部接続側に挿入され,電源とグランドのそれぞれに接続されている。他方,第3の抵抗43は,第1の線路21のうち,レシーバ30の外部接続側に挿入され,電源とグランドのそれぞれに接続されている。また,第4の抵抗44は,第2の線路22のうち,レシーバ30の外部接続側に挿入され,電源とグランドのそれぞれに接続されている。 As shown in FIG. 3, the I / O circuit 1 has resistors 41 to 44 each having a resistance value of 500Ω or more on the external connection side of the driver 10 and the receiver 30. Specifically, the first resistor 41 is inserted on the external connection side of the driver 10 in the first line 21 and is connected to the power source and the ground. The second resistor 42 is inserted on the external connection side of the driver 10 in the second line 22 and is connected to the power source and the ground. On the other hand, the third resistor 43 is inserted on the external connection side of the receiver 30 in the first line 21 and connected to the power source and the ground. The fourth resistor 44 is inserted on the external connection side of the receiver 30 in the second line 22 and is connected to the power source and the ground.
 上記構成のように,ドライバ10側とレシーバ30側にそれぞれ,500Ω以上の大きな抵抗値を持つ抵抗41~44を設けることで,ESDを回避することができる。すなわち,特に差動方式のような高速のI/O回路では,一般的に,ESD対策としてクランプダイオードが挿入されている。しかし,クランプダイオードは大きな容量成分を持つことから,完全な整合終端抵抗値をとることが難しい。また,クランプダイオードの容量は,高速動作の大きな妨げとなる。そこで,本発明のI/O回路では,比較的大きい抵抗値を持つ抵抗41~44を電源側とグランド側に挿入することで,クランプダイオードを排除しつつ,適切にESDを解消することができる。 As described above, ESD can be avoided by providing resistors 41 to 44 having large resistance values of 500Ω or more on the driver 10 side and the receiver 30 side, respectively. That is, particularly in a high-speed I / O circuit such as a differential method, a clamp diode is generally inserted as an ESD countermeasure. However, since the clamp diode has a large capacitance component, it is difficult to obtain a perfect matching termination resistance value. In addition, the capacity of the clamp diode is a major obstacle to high-speed operation. Therefore, in the I / O circuit of the present invention, by inserting the resistors 41 to 44 having relatively large resistance values on the power supply side and the ground side, ESD can be appropriately eliminated while eliminating the clamp diode. .
 ここで,抵抗41~44の抵抗値を“Resd”と定義する。この場合に,差動方式のI/O回路1において,ペア伝送路20の特性インピーダンス(Z0)と,nMOSトランジスタ11a,12a及びpMOSトランジスタ11b,12bのオン抵抗値(Ron)と,各抵抗41~44の抵抗値(Resd)とは,以下の(1)の関係を満足することが好ましい。
    2/Z0=(1/Ron)+(1/Resd)・・・(1)
Here, the resistance values of the resistors 41 to 44 are defined as “Resd”. In this case, in the differential I / O circuit 1, the characteristic impedance (Z0) of the pair transmission line 20, the on-resistance values (Ron) of the nMOS transistors 11a and 12a and the pMOS transistors 11b and 12b, and the resistors 41 The resistance values (Resd) of .about.44 preferably satisfy the following relationship (1).
2 / Z0 = (1 / Ron) + (1 / Resd) (1)
 ただし,「(1/Ron)+(1/Resd)」の値は,「2/Z0」の規定値の±30%の範囲内であればよい。特に,「(1/Ron)+(1/Resd)」の値は,規定値(2/Z0)に対して,±10%の範囲内であることが好ましく,±5%であることが特に好ましく,±1%の範囲内であることが理想である。 However, the value of “(1 / Ron) + (1 / Resd)” may be within a range of ± 30% of the specified value of “2 / Z0”. In particular, the value of “(1 / Ron) + (1 / Resd)” is preferably within a range of ± 10% with respect to the specified value (2 / Z0), and particularly preferably ± 5%. Preferably, it is ideal to be within a range of ± 1%.
 ここで,各抵抗41~44の抵抗値(Resd)の適切な値を原理的に説明する。人体の内部抵抗は,基本的に500Ωレベルであるが,皮膚の乾燥状態などで異なり,接触抵抗を含めると数kΩ~100kΩとなることが一般的である。ところが,一般的な靴を履いている場合には,GNDとの抵抗値は1M~10MΩとなる。人体にたまった電荷の放電時において,反対キャリアの放出は絶縁に相当する靴となるが,瞬時サージ(dv/dt)が大きいため靴底とGNDの容量による変位電流で放出される。このため,等価接触人体インピーダンスは,100k~1MΩレベルとなる。従って,各抵抗41~44の抵抗値(Resd)は,人体の最低インピーダンスである100kΩの1/200~1/50程度である,500Ω~2kΩに設定するのが適当である。また,例えば,各抵抗41~44の抵抗値(Resd)が2kΩである場合,MOSトランジスタのオン抵抗(Ron:50Ω)からみると,40倍の抵抗を持つこととなる。このように,各抵抗41~44の抵抗値(Resd)は,MOSトランジスタのオン抵抗(Ron)と比較して大きな値をとることで,ペア伝送路20を伝搬する信号波形にほとんど影響を与えずに済む。従って,各抵抗41~44の抵抗値(Resd)は,500Ω~2kΩの範囲であることが好ましく,1kΩ~2kΩの範囲であることが特に好ましい。 Here, an appropriate value of the resistance value (Resd) of each of the resistors 41 to 44 will be described in principle. The internal resistance of the human body is basically at a level of 500Ω, but varies depending on the dry state of the skin and is generally several kΩ to 100 kΩ when the contact resistance is included. However, when wearing ordinary shoes, the resistance value with respect to GND is 1 M to 10 MΩ. At the time of discharging the electric charge accumulated in the human body, the release of the opposite carrier becomes a shoe corresponding to insulation, but since the instantaneous surge (dv / dt) is large, it is released by a displacement current due to the capacity of the shoe sole and GND. Therefore, the equivalent contact human body impedance is at a level of 100 k to 1 MΩ. Accordingly, it is appropriate to set the resistance values (Resd) of the resistors 41 to 44 to 500Ω to 2 kΩ, which is about 1/200 to 1/50 of 100 kΩ, which is the lowest impedance of the human body. For example, when the resistance value (Resd) of each of the resistors 41 to 44 is 2 kΩ, the resistance is 40 times that of the MOS transistor on-resistance (Ron: 50Ω). As described above, the resistance value (Resd) of each of the resistors 41 to 44 has a large value compared to the on-resistance (Ron) of the MOS transistor, so that the signal waveform propagated through the pair transmission line 20 is almost affected. You do n’t have to. Accordingly, the resistance value (Resd) of each of the resistors 41 to 44 is preferably in the range of 500Ω to 2 kΩ, and particularly preferably in the range of 1 kΩ to 2 kΩ.
[2-3.差動方式のI/O回路のオン抵抗調整手段]
 図4は,本発明に係る差動方式のI/O回路の他の例を示す概略構成図である。図4では,差動方式のI/O回路1に,ドライバ10のMOSトランジスタ11a,11b,12a,12bのオン抵抗値(Ron)を調整するための抵抗調整手段50を設けた例を示している。
[2-3. On-resistance adjusting means of differential I / O circuit]
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing another example of the differential type I / O circuit according to the present invention. FIG. 4 shows an example in which a resistance adjustment means 50 for adjusting the on-resistance values (Ron) of the MOS transistors 11a, 11b, 12a, and 12b of the driver 10 is provided in the differential I / O circuit 1. Yes.
 上述したとおり,差動型のCMOSドライバ10は,正相CMOSインバータ11と,逆相CMOSインバータ12と,を含む。そして,正相CMOSインバータ11は,nMOSトランジスタ11aとpMOSトランジスタ11bを含んで構成され,逆相CMOSインバータ12は,nMOSトランジスタ12aとpMOSトランジスタ12bを含んで構成されている。また,各MOSトランジスタ11a,11b,12a,12bのオン抵抗値(Ron)は,原則として,略等しい値に設定されている。また,例えば,ペア伝送路20の特性インピーダンス(Z0)が100Ωであるとすると,MOSトランジスタのオン抵抗値(Ron)は,pMOSとnMOSとでそれぞれ,50Ωに設定されている。 As described above, the differential CMOS driver 10 includes a normal phase CMOS inverter 11 and a reverse phase CMOS inverter 12. The positive phase CMOS inverter 11 includes an nMOS transistor 11a and a pMOS transistor 11b, and the negative phase CMOS inverter 12 includes an nMOS transistor 12a and a pMOS transistor 12b. In addition, the ON resistance values (Ron) of the MOS transistors 11a, 11b, 12a, and 12b are set to substantially equal values in principle. For example, if the characteristic impedance (Z0) of the pair transmission line 20 is 100Ω, the on-resistance value (Ron) of the MOS transistor is set to 50Ω for each of the pMOS and nMOS.
 ここで,図4に示された形態では,正相CMOSインバータ11と逆相CMOSインバータ12のうち,少なくとも,電源側に位置してプルアップ素子となるnMOSトランジスタ11aとpMOSトランジスタ12bに,抵抗調整手段50を設ける。抵抗調整手段50は,例えば図4に示されるように,抵抗調整用のトランジスタと,このトランジスタに電圧を印加する電源系(Vadjust)と,により構成することができる。電源系(Vadjust)は,トランジスタに印加する電圧を自由に調整可能であることが好ましい。 Here, in the embodiment shown in FIG. 4, resistance adjustment is performed on at least the nMOS transistor 11a and the pMOS transistor 12b, which are located on the power supply side and serve as pull-up elements, of the positive phase CMOS inverter 11 and the reverse phase CMOS inverter 12. Means 50 are provided. For example, as shown in FIG. 4, the resistance adjusting means 50 can be configured by a resistance adjusting transistor and a power supply system (Vadjust) for applying a voltage to the transistor. The power supply system (Vadjust) is preferably capable of freely adjusting the voltage applied to the transistor.
 この場合,電源側に位置するnMOSトランジスタ11aとpMOSトランジスタ12bは,オン抵抗値(Ron)を,ペア伝送路20の特性インピーダンス(Z0)の1/2となる規定値(1/2・Z0)よりも低く設定することができる。例えば,ペア伝送路20の特性インピーダンス(Z0)が100Ωであれば,ドライバ10の電源側に位置するnMOSトランジスタ11aとpMOSトランジスタ12bは,そのオン抵抗値(Ron)を,35~45Ω程度に設定しておく。つまり,MOSトランジスタのオン抵抗値(Ron)を,規定値(1/2・Z0)の70%~90%程度に低く設定しておく。そして,nMOSトランジスタ11aとpMOSトランジスタ12bの抵抗値(Ron)が,規定値(1/2・Z0)よりも低くなった分(例:5~15Ω)については,抵抗調整手段50によって補償する。すなわち,nMOSトランジスタ11aとpMOSトランジスタ12bの抵抗値(Ron)が,規定値(1/2・Z0)に一致するように,電源系(Vadjust)からトランジスタに印加する電圧を微調整すればよい。これにより,ドライバ10のMOSトランジスタのオン抵抗の調整が困難な場合であっても,そのオン抵抗値を規定値に一致させることが可能となる。 In this case, the nMOS transistor 11a and the pMOS transistor 12b located on the power supply side have an on-resistance value (Ron) that is a prescribed value (1/2 · Z0) that is ½ of the characteristic impedance (Z0) of the pair transmission line 20. Can be set lower. For example, if the characteristic impedance (Z0) of the pair transmission line 20 is 100Ω, the on-resistance value (Ron) of the nMOS transistor 11a and the pMOS transistor 12b located on the power source side of the driver 10 is set to about 35 to 45Ω. Keep it. That is, the on-resistance value (Ron) of the MOS transistor is set low to about 70% to 90% of the specified value (1/2 · Z0). The resistance adjustment means 50 compensates for the resistance value (Ron) of the nMOS transistor 11a and the pMOS transistor 12b that is lower than the specified value (1/2 · Z0) (eg, 5 to 15Ω). That is, the voltage applied to the transistor from the power supply system (Vadjust) may be finely adjusted so that the resistance values (Ron) of the nMOS transistor 11a and the pMOS transistor 12b coincide with the specified value (1/2 · Z0). As a result, even if it is difficult to adjust the on-resistance of the MOS transistor of the driver 10, the on-resistance value can be matched with the specified value.
 また,図4に示されるように,抵抗調整手段50は,正相CMOSインバータ11と逆相CMOSインバータ12のうち,グランド側に位置してプルダウン素子となるpMOSトランジスタ11bとnMOSトランジスタ12aに設けることとしてもよい。ここでの抵抗調整手段50は,上述したものと同様に,抵抗調整用のトランジスタと,このトランジスタに電圧を印加する電源系(Vadjust)と,により構成することができる。 Further, as shown in FIG. 4, the resistance adjusting means 50 is provided in the pMOS transistor 11b and the nMOS transistor 12a which are located on the ground side and serve as pull-down elements, out of the positive phase CMOS inverter 11 and the negative phase CMOS inverter 12. It is good. The resistance adjusting means 50 here can be constituted by a resistance adjusting transistor and a power supply system (Vadjust) for applying a voltage to the transistor, as described above.
 この場合,グランド側に位置するpMOSトランジスタ11bとnMOSトランジスタ12aは,オン抵抗値(Ron)を,ペア伝送路20の特性インピーダンス(Z0)の1/2となる規定値(1/2・Z0)よりも低く設定することができる。例えば,ペア伝送路20の特性インピーダンス(Z0)が100Ωであれば,ドライバ10のグランド側に位置するpMOSトランジスタ11bとnMOSトランジスタ12aは,そのオン抵抗値(Ron)を,35~45Ω程度に設定しておく。つまり,MOSトランジスタのオン抵抗値(Ron)を,規定値(1/2・Z0)の70%~90%程度に低く設定しておく。そして,pMOSトランジスタ11bとnMOSトランジスタ12aの抵抗値(Ron)が,規定値(1/2・Z0)よりも低くなった分(例:5~15Ω)については,抵抗調整手段50によって補償する。すなわち,pMOSトランジスタ11bとnMOSトランジスタ12aの抵抗値(Ron)が,規定値(1/2・Z0)に一致するように,電源系(Vadjust)からトランジスタに印加する電圧を微調整すればよい。 In this case, the pMOS transistor 11b and the nMOS transistor 12a located on the ground side have an on-resistance value (Ron) of a specified value (1/2 · Z0) that is ½ of the characteristic impedance (Z0) of the pair transmission line 20. Can be set lower. For example, if the characteristic impedance (Z0) of the pair transmission line 20 is 100Ω, the on-resistance value (Ron) of the pMOS transistor 11b and the nMOS transistor 12a located on the ground side of the driver 10 is set to about 35 to 45Ω. Keep it. That is, the on-resistance value (Ron) of the MOS transistor is set low to about 70% to 90% of the specified value (1/2 · Z0). The resistance adjusting means 50 compensates for the resistance value (Ron) of the pMOS transistor 11b and the nMOS transistor 12a that is lower than the specified value (1/2 · Z0) (for example, 5 to 15Ω). That is, the voltage applied to the transistor from the power supply system (Vadjust) may be finely adjusted so that the resistance value (Ron) of the pMOS transistor 11b and the nMOS transistor 12a matches the specified value (1/2 · Z0).
 また,図示は省略するが,図4に示したI/O回路1の改良型として,さらに,特性インピーダンス測定手段と,オン抵抗測定手段と,電圧制御手段と,を有していてもよい。
 特性インピーダンス測定手段は,ペア伝送路20に接続されて,このペア伝送路20の特性インピーダンス(Z0)を測定する。つまり,特性インピーダンス測定手段は,ペア伝送路20の第1の線路21と第2の線路22のそれぞれに接続されている。特性インピーダンス測定手段は,定期的に特性インピーダンスを測定することしてもよいし,常時特性インピーダンスを測定するものであってもよい。特性インピーダンス測定手段により測定された特性インピーダンスは,電圧制御手段に送出される。
 オン抵抗測定手段は,差動型のCMOSドライバ10を構成する各MOSトランジスタ11a,11b,12a,12bのオン抵抗値(Ron)を測定する。オン抵抗測定手段は,定期的にオン抵抗値を測定することしてもよいし,常時オン抵抗値を測定するものであってもよい。オン抵抗測定手段により測定されたオン抵抗値は,電圧制御手段に送出される。
 電圧制御手段は,特性インピーダンス測定手段から受信した特性インピーダンス(Z0)と,オン抵抗測定手段から受信したオン抵抗値(Ron)に基づいて,オン抵抗値(Ron)が規定値(1/2・Z0)に一致しているか否かを判断する。電圧制御手段は,オン抵抗値(Ron)が規定値(1/2・Z0)よりも低いと判断した場合,抵抗値(Ron)が規定値(1/2・Z0)に一致するように,抵抗調整手段50の電源系(Vadjust)を制御する。つまり,電圧制御手段は,特性インピーダンス測定手段とオン抵抗測定手段からのフィードバックを受けて,抵抗調整手段50の電源系(Vadjust)がトランジスタに印加する電圧を制御する。これにより,各MOSトランジスタのオン抵抗値(Ron)を,規定値(1/2・Z0)に適切に一致させることが可能となる。
Although not shown, as an improved version of the I / O circuit 1 shown in FIG. 4, it may further include characteristic impedance measuring means, on-resistance measuring means, and voltage control means.
The characteristic impedance measuring means is connected to the pair transmission line 20 and measures the characteristic impedance (Z0) of the pair transmission line 20. That is, the characteristic impedance measuring means is connected to each of the first line 21 and the second line 22 of the pair transmission line 20. The characteristic impedance measuring means may measure the characteristic impedance periodically or may constantly measure the characteristic impedance. The characteristic impedance measured by the characteristic impedance measuring means is sent to the voltage control means.
The on-resistance measuring means measures the on-resistance values (Ron) of the MOS transistors 11a, 11b, 12a, and 12b constituting the differential CMOS driver 10. The on-resistance measuring means may periodically measure the on-resistance value or may constantly measure the on-resistance value. The on-resistance value measured by the on-resistance measuring means is sent to the voltage control means.
Based on the characteristic impedance (Z0) received from the characteristic impedance measuring means and the on-resistance value (Ron) received from the on-resistance measuring means, the voltage control means has an on-resistance value (Ron) of a specified value (1/2 · It is determined whether or not it matches Z0). When the voltage control means determines that the on-resistance value (Ron) is lower than the specified value (1/2 · Z0), the resistance value (Ron) matches the specified value (1/2 · Z0) The power supply system (Vadjust) of the resistance adjusting means 50 is controlled. That is, the voltage control means receives the feedback from the characteristic impedance measurement means and the on-resistance measurement means, and controls the voltage applied to the transistor by the power supply system (Vadjust) of the resistance adjustment means 50. As a result, the on-resistance value (Ron) of each MOS transistor can be appropriately matched to the specified value (1/2 · Z0).
[3.シングルエンド方式のI/O回路]
[3-1.シングルエンド方式のI/O回路の基本形態]
 続いて,上記した差動方式のI/O回路1に基づく知見を,シングルエンド方式のI/O回路に応用する場合の例について説明する。
 図5は,別の実施形態に係る入出力インターフェース回路(I/O回路)1の例を示す概略構成図である。本実施形態において,I/O回路100は,シングルエンド方式で動作するように構成されている。シングルエンド方式とは,信号線としての伝送路とグランド線とをペアとし,グランド線の電位を基準として,伝送路を伝搬する信号のレベルが一定の閾値よりも高いか低いかを情報として伝達するものである。
[3. Single-ended I / O circuit]
[3-1. Basic form of single-ended I / O circuit]
Next, an example in which the knowledge based on the differential I / O circuit 1 is applied to a single-ended I / O circuit will be described.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an input / output interface circuit (I / O circuit) 1 according to another embodiment. In this embodiment, the I / O circuit 100 is configured to operate in a single-ended manner. In the single-ended method, a transmission line as a signal line and a ground line are paired, and information on whether the level of a signal propagating through the transmission line is higher or lower than a certain threshold is transmitted based on the potential of the ground line. To do.
 図5に示されるように,シングルエンド方式のI/O回路100は,デジタル信号を出力するドライバ110と,デジタル信号を伝送する伝送路120と,伝送路120とペアをなすグランド線123と,デジタル信号を検出するレシーバ130とを備える。具体的には,ドライバ110は,CMOS型のドライバであり,レシーバは,CMOS型のレシーバである。また,伝送路120は,ドライバ110とレシーバ130の間で信号の送受信が可能なように,両者を電気的に接続している。グランド線123は,ドライバ110とレシーバ130のグランド側に接続されている。 As shown in FIG. 5, a single-ended I / O circuit 100 includes a driver 110 that outputs a digital signal, a transmission line 120 that transmits the digital signal, a ground line 123 that forms a pair with the transmission line 120, And a receiver 130 for detecting a digital signal. Specifically, the driver 110 is a CMOS type driver, and the receiver is a CMOS type receiver. Further, the transmission path 120 is electrically connected so that signals can be transmitted and received between the driver 110 and the receiver 130. The ground line 123 is connected to the ground side of the driver 110 and the receiver 130.
 ドライバ110には,レシーバ130に伝達すべきデジタル信号(S)が入力される。ドライバ110は,デジタル信号(S)を受け取ると,これを所定の閾値よりも高いレベル若しくは低いレベルの出力信号(Q)として出力する。レシーバ130は,伝送路120を介して出力信号(Q)を受信し,グランド線123のグランドレベルと比較して,デジタル信号(S)に対応した受信信号を検出する。図5に示されるように,ドライバ110は,nMOSトランジスタ111aとpMOSトランジスタ111bを含んで構成される。また,レシーバ130は,ドライバ110に対応したnMOSトランジスタ131aとpMOSトランジスタ131bを含んで構成されている。さらに,伝送路120は,所定の特性インピーダンスを有している。 A digital signal (S) to be transmitted to the receiver 130 is input to the driver 110. Upon receiving the digital signal (S), the driver 110 outputs it as an output signal (Q) having a level higher or lower than a predetermined threshold. The receiver 130 receives the output signal (Q) via the transmission path 120 and compares the output signal (Q) with the ground level of the ground line 123 to detect a received signal corresponding to the digital signal (S). As shown in FIG. 5, the driver 110 includes an nMOS transistor 111a and a pMOS transistor 111b. The receiver 130 includes an nMOS transistor 131a and a pMOS transistor 131b corresponding to the driver 110. Further, the transmission line 120 has a predetermined characteristic impedance.
 ここで,本実施形態に係るシングルエンド方式のI/O回路100は,図5に示されるように,終端抵抗を要しない単純な回路構成とすることが可能できる。そのために,本実施形態のI/O回路100では,ドライバ110に含まれるnMOSトランジスタ111a,とpMOSトランジスタ111bのオン抵抗値(Ron)を,それぞれ,伝送路120の特性インピーダンス(Z0)と等しい規定値に実質的に一致させる。なお,シングルエンド方式に係る本実施形態において,「規定値」とは,伝送路120の特性インピーダンスと等しい値を意味している。例えば,シングルエンド方式のI/O回路100では,伝送路120の特性インピーダンスは,50Ωで設定されることが多い。このため,伝送路120の特性インピーダンスが50Ωである場合には,ドライバ110に含まれるnMOSトランジスタ111aとpMOSトランジスタ111bのオン抵抗値を,それぞれ,50Ωに設定する。つまり,nMOSトランジスタ111aとpMOSトランジスタ111b(MOSトランジスタ)のオン抵抗値を“Ron”とし,伝送路120の特性インピーダンスを“Z0”とすると,Z0=Ronの関係を満たすことが理想である。 Here, the single-ended I / O circuit 100 according to the present embodiment can have a simple circuit configuration that does not require a termination resistor, as shown in FIG. Therefore, in the I / O circuit 100 of the present embodiment, the on-resistance values (Ron) of the nMOS transistor 111a and the pMOS transistor 111b included in the driver 110 are defined to be equal to the characteristic impedance (Z0) of the transmission line 120, respectively. Match the value substantially. In the present embodiment relating to the single end system, the “specified value” means a value equal to the characteristic impedance of the transmission line 120. For example, in the single-ended I / O circuit 100, the characteristic impedance of the transmission line 120 is often set to 50Ω. Therefore, when the characteristic impedance of the transmission line 120 is 50Ω, the on-resistance values of the nMOS transistor 111a and the pMOS transistor 111b included in the driver 110 are set to 50Ω, respectively. In other words, when the on-resistance value of the nMOS transistor 111a and the pMOS transistor 111b (MOS transistor) is “Ron” and the characteristic impedance of the transmission line 120 is “Z0”, it is ideal that the relationship of Z0 = Ron is satisfied.
 ただし,MOSトランジスタのオン抵抗値(Ron)は,伝送路120の特性インピーダンス(Z0)と等しい規定値と,実質的に一致していればよい。例えば,MOSトランジスタのオン抵抗(Ron)は,規定値(Z0)に対して,±30%の範囲内で整合してればよい。ただし,MOSトランジスタのオン抵抗(Ron)は,規定値(Z0)に対して,±10%の範囲内であることが好ましく,±5%であることが特に好ましく,±1%の範囲内であることが理想である。 However, it is sufficient that the on-resistance value (Ron) of the MOS transistor substantially matches the specified value equal to the characteristic impedance (Z0) of the transmission line 120. For example, the on-resistance (Ron) of the MOS transistor may be matched within a range of ± 30% with respect to the specified value (Z0). However, the on-resistance (Ron) of the MOS transistor is preferably within a range of ± 10% with respect to the specified value (Z0), particularly preferably ± 5%, and within a range of ± 1%. It is ideal to be.
 上記のように,ドライバ110を構成するMOSトランジスタのオン抵抗値を,それぞれ,伝送路120の特性インピーダンスに一致させることで,レシーバ130において反射した信号エネルギを,ドライバ110において吸収することができる。 As described above, the signal energy reflected by the receiver 130 can be absorbed by the driver 110 by matching the on-resistance values of the MOS transistors constituting the driver 110 with the characteristic impedance of the transmission line 120.
[3-2.シングルエンド方式のI/O回路のESD対策手段]
 図6は,シングルエンド方式のI/O回路の他の例を示す概略構成図である。図6では,シングルエンド方式のI/O回路100に,ESD対策用の抵抗141,143を挿入した例を示している。
[3-2. ESD measures for single-ended I / O circuit]
FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating another example of a single-ended I / O circuit. FIG. 6 shows an example in which resistors 141 and 143 for ESD countermeasures are inserted into the single-ended I / O circuit 100.
 図6に示されるように,I/O回路100は,ドライバ110とレシーバ130の外部接続側に,それぞれ,500Ω以上の抵抗値を持つ抵抗141,143を有している。具体的に説明すると,ドライバ側の抵抗141は,伝送路120のうち,ドライバ110の外部接続側に挿入され,電源とグランドのそれぞれに接続されている。また,レシーバ側の抵抗143は,伝送路120のうち,レシーバ130の外部接続側に挿入され,電源とグランドのそれぞれに接続されている。このように,ドライバ110側とレシーバ130側にそれぞれ,500Ω以上の大きな抵抗値を持つ抵抗141,143を設けることで,ESDを回避することができる。 As shown in FIG. 6, the I / O circuit 100 has resistors 141 and 143 having resistance values of 500Ω or more on the external connection side of the driver 110 and the receiver 130, respectively. More specifically, the driver-side resistor 141 is inserted in the transmission line 120 on the external connection side of the driver 110, and is connected to the power source and the ground. The resistor 143 on the receiver side is inserted in the transmission line 120 on the external connection side of the receiver 130, and is connected to the power source and the ground. In this way, ESD can be avoided by providing the resistors 141 and 143 having large resistance values of 500Ω or more on the driver 110 side and the receiver 130 side, respectively.
 ここで,抵抗141,143の抵抗値を“Resd”と定義する。この場合に,シングルエンド方式のI/O回路100において,伝送路120の特性インピーダンス(Z0)と,nMOSトランジスタ111aとpMOSトランジスタ111bのオン抵抗値(Ron)と,各抵抗141,143の抵抗値(Resd)は,以下の(2)の関係を満足することが好ましい。
    1/Z0=(1/Ron)+(1/Resd)・・・(2)
Here, the resistance values of the resistors 141 and 143 are defined as “Resd”. In this case, in the single-ended I / O circuit 100, the characteristic impedance (Z0) of the transmission line 120, the on-resistance value (Ron) of the nMOS transistor 111a and the pMOS transistor 111b, and the resistance values of the resistors 141 and 143 (Resd) preferably satisfies the following relationship (2).
1 / Z0 = (1 / Ron) + (1 / Resd) (2)
 ただし,「(1/Ron)+(1/Resd)」の値は,「1/Z0」の規定値の±30%の範囲内であればよい。特に,「(1/Ron)+(1/Resd)」の値は,規定値(1/Z0)に対して,±10%の範囲内であることが好ましく,±5%であることが特に好ましく,±1%の範囲内であることが理想である。 However, the value of “(1 / Ron) + (1 / Resd)” may be within a range of ± 30% of the specified value of “1 / Z0”. In particular, the value of “(1 / Ron) + (1 / Resd)” is preferably within a range of ± 10% with respect to the specified value (1 / Z0), and particularly preferably ± 5%. Preferably, it is ideal to be within a range of ± 1%.
[3-3.シングルエンド方式のI/O回路のオン抵抗調整手段]
 図7は,シングルエンド方式のI/O回路の他の例を示す概略構成図である。図7では,シングルエンド方式のI/O回路100に,ドライバ10のMOSトランジスタ111a,111bのオン抵抗値(Ron)を調整するための抵抗調整手段150を設けた例を示している。
[3-3. On-resistance adjustment means for single-ended I / O circuit]
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing another example of a single-ended I / O circuit. FIG. 7 shows an example in which the single-end I / O circuit 100 is provided with resistance adjusting means 150 for adjusting the on-resistance values (Ron) of the MOS transistors 111a and 111b of the driver 10.
 ここで,図7に示された形態では,少なくとも,電源側に位置してプルアップ素子をなすnMOSトランジスタ111aに,抵抗調整手段150を設ける。抵抗調整手段150は,抵抗調整用のトランジスタと,このトランジスタに電圧を印加する電源系(Vadjust)と,により構成することができる。電源系(Vadjust)は,トランジスタに印加する電圧を自由に調整可能であることが好ましい。この場合,電源側に位置するnMOSトランジスタ111aは,オン抵抗値(Ron)を,伝送路120の特性インピーダンス(Z0)と等しい規定値よりも低く設定することができる。例えば,伝送路120の特性インピーダンス(Z0)が50Ωであれば,nMOSトランジスタ111aは,そのオン抵抗値(Ron)を,35~45Ω程度に設定しておく。そして,nMOSトランジスタ111aの抵抗値(Ron)が,規定値(Z0)よりも低くなった分(例:5~15Ω)については,抵抗調整手段150によって補償する。すなわち,nMOSトランジスタ111aの抵抗値(Ron)が,規定値(Z0)に一致するように,電源系(Vadjust)からトランジスタに印加する電圧を微調整すればよい。これにより,ドライバ110のnMOSトランジスタ111aのオン抵抗の調整が困難な場合であっても,そのオン抵抗値を規定値に一致させることが可能となる。 Here, in the embodiment shown in FIG. 7, the resistance adjusting means 150 is provided at least in the nMOS transistor 111a located on the power supply side and forming a pull-up element. The resistance adjusting means 150 can be constituted by a resistance adjusting transistor and a power supply system (Vadjust) for applying a voltage to the transistor. The power supply system (Vadjust) is preferably capable of freely adjusting the voltage applied to the transistor. In this case, the on-resistance value (Ron) of the nMOS transistor 111a located on the power supply side can be set lower than a specified value equal to the characteristic impedance (Z0) of the transmission line 120. For example, if the characteristic impedance (Z0) of the transmission line 120 is 50Ω, the on-resistance value (Ron) of the nMOS transistor 111a is set to about 35 to 45Ω. The resistance adjustment means 150 compensates for the resistance value (Ron) of the nMOS transistor 111a that is lower than the specified value (Z0) (eg, 5 to 15Ω). That is, the voltage applied to the transistor from the power supply system (Vadjust) may be finely adjusted so that the resistance value (Ron) of the nMOS transistor 111a matches the specified value (Z0). As a result, even if it is difficult to adjust the on-resistance of the nMOS transistor 111a of the driver 110, the on-resistance value can be matched with the specified value.
 また,同様の抵抗調整手段150は,グランド側に位置してプルダウン素子をなすpMOSトランジスタ111bにも設けることができる。 Also, the same resistance adjusting means 150 can be provided in the pMOS transistor 111b which is located on the ground side and forms a pull-down element.
 また,図示は省略するが,図7に示したI/O回路100の改良型として,さらに,特性インピーダンス測定手段と,オン抵抗測定手段と,電圧制御手段と,を有していてもよい。特性インピーダンス測定手段は,伝送路120に接続されて,この伝送路120の特性インピーダンス(Z0)を測定する。オン抵抗測定手段は,ドライバ110を構成する各MOSトランジスタ111a,111bのオン抵抗値(Ron)を測定する。電圧制御手段は,特性インピーダンス測定手段から受信した特性インピーダンス(Z0)と,オン抵抗測定手段から受信したオン抵抗値(Ron)に基づいて,オン抵抗値(Ron)が規定値(Z0)に一致しているか否かを判断する。電圧制御手段は,オン抵抗値(Ron)が規定値(Z0)よりも低いと判断した場合,抵抗値(Ron)が規定値(Z0)に一致するように,抵抗調整手段150の電源系(Vadjust)を制御する。 Although not shown, as an improved version of the I / O circuit 100 shown in FIG. 7, it may further include characteristic impedance measurement means, on-resistance measurement means, and voltage control means. The characteristic impedance measuring means is connected to the transmission line 120 and measures the characteristic impedance (Z0) of the transmission line 120. The on-resistance measuring unit measures the on-resistance values (Ron) of the MOS transistors 111a and 111b constituting the driver 110. Based on the characteristic impedance (Z0) received from the characteristic impedance measuring means and the on-resistance value (Ron) received from the on-resistance measuring means, the voltage control means sets the on-resistance value (Ron) to the specified value (Z0). Determine whether you are doing it. When it is determined that the on-resistance value (Ron) is lower than the specified value (Z0), the voltage control unit determines that the resistance value (Ron) matches the specified value (Z0). Vadjust).
[3-4.シングルエンド方式のI/O回路の変形例]
 図8は,シングルエンド方式のI/O回路の変形例を示している。図8(a)は,シングルエンド方式のI/O回路100の概略構成図であり,図8(b)は伝送路120を伝搬する出力信号の波形を示している。
[3-4. Modification of single-ended I / O circuit]
FIG. 8 shows a modification of the single-ended I / O circuit. FIG. 8A is a schematic configuration diagram of a single-ended I / O circuit 100, and FIG. 8B shows a waveform of an output signal propagating through the transmission line 120. FIG.
 図8(a)に示した変形例では,シングルエンド方式のI/O回路100に,プリエンファシスを行うための微分回路を設ける。符号Q1,Q2,Q3,及びQ4は,トランジスタを示す。トランジスタQ1,Q2,Q3,Q4は,全て,伝送路120の特性インピーダンス(Z0)の2倍のオン抵抗(Ron)を持つものである。ここで,トランジスタQ3とトランジスタQ4は微分回路を構成する。図8のI/O回路100において,トランジスタQ1がONとなっているときはトランジスタQ3の遷移時間だけONとなるため,並列抵抗となり,結果として100Ωの実効的オン抵抗となる。トランジスタQ2に対しても,トランジスタQ4が同様に機能し,微分回路を構成するトランジスタQ3又はトランジスタQ4のどちらかがONとなっているため,反射波が帰ってきても整合吸収される。他方,微分回路(Q3,Q4)がONとなっていないとき(OFFとなっているとき)は,信号波形がフラットになっているといえるため,反射波が重畳されても信号レベルに大きな問題がない。 In the modification shown in FIG. 8A, the single-ended I / O circuit 100 is provided with a differentiation circuit for performing pre-emphasis. Reference numerals Q1, Q2, Q3, and Q4 denote transistors. The transistors Q1, Q2, Q3, and Q4 all have an on-resistance (Ron) that is twice the characteristic impedance (Z0) of the transmission line 120. Here, the transistor Q3 and the transistor Q4 constitute a differentiation circuit. In the I / O circuit 100 of FIG. 8, when the transistor Q1 is ON, it is ON only for the transition time of the transistor Q3, resulting in a parallel resistance, resulting in an effective on-resistance of 100Ω. Also for the transistor Q2, the transistor Q4 functions in the same way, and either the transistor Q3 or the transistor Q4 constituting the differentiation circuit is ON, so that the matching absorption is performed even if the reflected wave returns. On the other hand, when the differentiation circuit (Q3, Q4) is not ON (when it is OFF), it can be said that the signal waveform is flat. There is no.
 図8(a)に示したI/O回路100の典型的な出力信号の波形を示すと,図8(b)のようになる。図8(b)に示されるように,ピーク値近辺は反射波が吸収されて,ドライバ初期の波形が守られている。他方,信号のフラットな部分は,微分回路を構成するトランジスタQ3及びトランジスタがQ4共にOFFとなっている。従って,信号のフラットな時間では,反射波のさらに1/2の振幅が再反射して信号に重畳する(送信信号から考えて1/4振幅)。ただし,トランジスタQ3及びトランジスタがQ4共にOFFである場合には,図8(b)の点線で示すように,信号レベルが緩やかに変化するだけであり,レシーバ側での受信感度にあまり影響しないといえる。 FIG. 8 (b) shows a typical output signal waveform of the I / O circuit 100 shown in FIG. 8 (a). As shown in FIG. 8B, the reflected wave is absorbed near the peak value, and the initial waveform of the driver is protected. On the other hand, in the flat portion of the signal, both the transistor Q3 and the transistor Q4 constituting the differentiation circuit are OFF. Therefore, in the flat time of the signal, a half of the amplitude of the reflected wave is re-reflected and superimposed on the signal (a quarter amplitude in view of the transmission signal). However, when both the transistor Q3 and the transistor Q4 are OFF, as shown by the dotted line in FIG. 8B, the signal level only changes gently, and the reception sensitivity on the receiver side should not be affected much. I can say that.
 実施例1は,図2に示した差動方式のI/O回路1に関するものである。まず,図2に示した設計に基づいて,I/O回路1を構成した。ペア伝送路20の特性インピーダンスは,設計理論上,100Ωに設定した。また,ドライバ10とレシーバ30の特性は,以下の[表1]に示すとおりとした。 Example 1 relates to the differential type I / O circuit 1 shown in FIG. First, the I / O circuit 1 was configured based on the design shown in FIG. The characteristic impedance of the pair transmission line 20 is set to 100Ω in terms of design theory. The characteristics of the driver 10 and the receiver 30 are as shown in [Table 1] below.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 上記の設計に基づいて構築した差動方式のI/O回路1を動作させた。このI/O回路1において,レシーバ30によって検出した相補信号の波形を,ドライバ10の動作速度ごとに示すと,図9に示すとおりとなった。図9に示されるように,ドライバ10を25GBpsで動作させた場合であっても,相補信号の波形に歪みはなく,アイパターンがしっかりと開いていることが確認できた。従って,ドライバ10を25GBpsで動作させた場合であっても,レシーバ30によって相補信号を適切に検出できたといえる。このように,実施例1では,25Gbpsまで動作可能であることが確認できた。これは,シミュレーションの限界値15Gbpsを超える性能となっている。このように,本発明の差動方式のI/O回路1によれば,クロック周波数が15Gbps以上の高速信号の伝送が可能となる。 The differential I / O circuit 1 constructed based on the above design was operated. In this I / O circuit 1, the waveforms of the complementary signals detected by the receiver 30 are shown for each operation speed of the driver 10 as shown in FIG. As shown in FIG. 9, even when the driver 10 was operated at 25 Gbps, it was confirmed that the waveform of the complementary signal was not distorted and the eye pattern was firmly opened. Therefore, even when the driver 10 is operated at 25 Gbps, it can be said that the complementary signal can be properly detected by the receiver 30. Thus, in Example 1, it was confirmed that the operation was possible up to 25 Gbps. This is a performance that exceeds the simulation limit of 15 Gbps. As described above, according to the differential type I / O circuit 1 of the present invention, a high-speed signal having a clock frequency of 15 Gbps or more can be transmitted.
 また,CR型のドライバ(CR-DRV、キャリアリユースかいろ:文献USP6,731,153及びUSP7,280.385)とREF型のドライバ(REF-DVR、通常のレイアウトによるCMOS)について,その電流を調べたところ,図10に示すとおりとなった。図10に示されるように,構造的に異なる2つのドライバは,その電流値が,共に設計値の8mAより小さな値となった。なお,レシーバは3段のインバータ仕様で未測定であるが,ドライバの設計予測値と実測が合っていることから設計値レベルであると推定される。 In addition, the current of the CR type driver (CR-DRV, carrier reuse color: literature USP 6,731,153 and USP 7,280.385) and the REF type driver (REF-DVR, CMOS with a normal layout) As a result of examination, it was as shown in FIG. As shown in FIG. 10, the current values of two structurally different drivers are both smaller than the designed value of 8 mA. Although the receiver has not been measured with the three-stage inverter specification, it is estimated that it is at the design value level because the predicted design value of the driver matches the actual measurement.
 実施例2は,図3に示したESD対策用の抵抗が挿入された差動方式のI/O回路1に関するものである。
 図11は,差動型のCMOSドライバと差動型のCMOSレシーバとを兼ねて描画したものである。図11に示されるように,特性インピーダンス100Ωで整合されたペア伝送路から入力信号が入力され,Resdの拡散抵抗2kΩが,それぞれの信号に対してグランドに接続されている。ペア伝送路は並行した形状を保ったまま,差動の上下2列に並んだそれぞれのnMOSのゲートに入力されている。例えば,0.18μmのプロセスでは,5μmのゲート幅で40μmの総合幅で整列された状態で,それぞれのソースは縦に降りてきた20μm幅の電源・グランドペア線路のグランドにつながっている。線路はそのまま上下2列に配置した80μm幅のpMOSのゲートにつながり,線路終端は開放となっている。それぞれのpMOSのソースは,前述の縦に降りてきた電源線につながっている。出力はそれぞれのnMOSとpMOSのドレインから横につながった状態,すなわち線路構造を保ちながら,右側へ引き出され,pMOSを離れたところから100Ωの特性インピーダンスの伝送路となっている。この伝送路には同様にESDの拡散抵抗に接続された後,LSIチップ外に導出されている。これにより,図11は,図3に示したI/O回路の構成図に対応して,入力側から見たレシーバ,及び出力側から見たドライバの概念を表している。レシーバのゲート幅は,その次に来る回路(一般には内部回路)のレベルに応じたドライバビリティを確保すればよいため,5μmでも十分であり,小さなレシーバであってもよい。また,3Dチップ構成モジュールなどのグローバル配線を駆動するときは,その目的に応じて適宜調節すればよい。なお,上記の寸法は一例であり,nMOSトランジスタとpMOSのトランジスタのオン抵抗が,例えば100Ωとなるように設定することもできる。
The second embodiment relates to the differential type I / O circuit 1 in which the resistance against ESD shown in FIG. 3 is inserted.
FIG. 11 is a drawing which serves as both a differential CMOS driver and a differential CMOS receiver. As shown in FIG. 11, an input signal is input from a pair transmission line matched with a characteristic impedance of 100Ω, and a Resd diffused resistor 2 kΩ is connected to the ground for each signal. The pair transmission lines are input to the gates of the respective nMOSs arranged in two differential upper and lower rows while maintaining the parallel shape. For example, in a 0.18 μm process, each source is connected to the ground of a 20 μm wide power source / ground pair line descending vertically while being aligned with a total width of 40 μm with a gate width of 5 μm. The line is directly connected to the gates of 80 μm wide pMOS arranged in two upper and lower rows, and the end of the line is open. The source of each pMOS is connected to the power supply line that has come down vertically. The output is connected laterally from the drains of the respective nMOS and pMOS, that is, is pulled out to the right side while maintaining the line structure, and becomes a transmission line having a characteristic impedance of 100Ω from the position away from the pMOS. Similarly, this transmission line is connected to an ESD diffusion resistor and then led out of the LSI chip. Thus, FIG. 11 shows the concept of the receiver viewed from the input side and the driver viewed from the output side, corresponding to the configuration diagram of the I / O circuit shown in FIG. As the gate width of the receiver, drivability corresponding to the level of the next circuit (generally an internal circuit) only needs to be secured, so 5 μm is sufficient, and a small receiver may be used. Further, when driving a global wiring such as a 3D chip component module, it may be appropriately adjusted according to the purpose. The above dimensions are merely examples, and the on-resistance of the nMOS transistor and the pMOS transistor can be set to 100Ω, for example.
 なお,図11に示した例において,nMOSとpMOSが横一線に配列されているが,nMOSとpMOSは上下に配列してもよい。また,nMOSやpMOS自身は,上下2段若しくは上下3段に配列することも可能である。このような短い距離であると,線路の遅延時間は,クロックに対して無視することができる。従って,nMOSとpMOSは上下多列に配列することにより,配線が分岐することと,その配線が短くなるという2つの理由から,直流抵抗が低くなるという利点がある。 In the example shown in FIG. 11, the nMOS and the pMOS are arranged in a horizontal line, but the nMOS and the pMOS may be arranged vertically. The nMOS and the pMOS itself can be arranged in two upper and lower stages or three upper and lower stages. With such a short distance, the delay time of the line can be ignored with respect to the clock. Therefore, by arranging the nMOS and pMOS in upper and lower rows, there is an advantage that the DC resistance is lowered for two reasons: the wiring branches and the wiring becomes shorter.
 実施例3は,差動方式のI/O回路のチップ内多層構造に関する。
 図12に示されるように,実施例3のI/O回路は,配線抵抗を下げるために,チップ内多層構造のメタル層を同じパターンで多層構造として,コラムで適当に接続した線路構成とすることを特徴とする。また,電源・グランドも層構造が許される限り,電源及びグランドが交互に積層した多層構造とすることができる。
Example 3 relates to a multi-layer structure in a chip of a differential I / O circuit.
As shown in FIG. 12, the I / O circuit of the third embodiment has a line configuration in which the metal layers of the multi-layer structure in the chip are formed in a multi-layer structure with the same pattern and appropriately connected in columns in order to reduce the wiring resistance. It is characterized by that. In addition, as long as the power supply / ground is allowed to have a layer structure, the power supply / ground can have a multilayer structure in which power supplies and grounds are alternately stacked.
 チップ内配線に関し,45nmプロセスの層構造の一例を示すと図13のようになる。なお,図13は,IBMのPower 7プロセッサトップの例を示している。M1~M3は,内部回路の形成に使用され,M4~M5は,その中でも多少長い配線(メモリのLAS,CAS,論理のキャッシュ間配線など)に使用される。また,M4~M8までを,本発明のI/O差動信号に使用し,M7~M11までを電力配分とクロック配分で使用する。 Fig. 13 shows an example of the layer structure of the 45 nm process regarding the wiring in the chip. FIG. 13 shows an example of the IBM Power 7 processor top. M1 to M3 are used for forming an internal circuit, and M4 to M5 are used for somewhat longer wiring among them (such as memory LAS and CAS, and logic inter-cache wiring). Also, M4 to M8 are used for the I / O differential signal of the present invention, and M7 to M11 are used for power distribution and clock distribution.
 I/O回路はチップパッド近くにあり,I/O配線の占有面積は小さいことから,内部回路配線面積を確保することができる。一番留意する配線は,電源配線である。特性インピーダンスを低くするために,幅広配線をよしとする。なお,電源配線は,電源とグランドを交互に多層化することで,配線を細くすることも可能である。 Since the I / O circuit is near the chip pad and the occupied area of the I / O wiring is small, the internal circuit wiring area can be secured. The most important wiring is the power wiring. Wide wiring is recommended to reduce the characteristic impedance. The power supply wiring can be made thinner by alternately layering the power supply and the ground.
 ドライバからレシーバにいたる伝送路は,チップ内,インターポーザを介したチップ間,又はパッケージと基板配線を接続できる距離であってもよく,信号減衰が-10dB(1/3)レベルまで確保される一定の特性インピーダンスの伝送路であればよい。このときの信号振幅は,レシーバにおいて全反射されるため2/3になり,1/2のVthを十分超えることになる。 The transmission path from the driver to the receiver may be within the chip, between the chips via the interposer, or the distance that can connect the package and the substrate wiring, and the signal attenuation is ensured to a level of -10 dB (1/3). Any transmission line having a characteristic impedance of the above may be used. The signal amplitude at this time is 2/3 because it is totally reflected by the receiver, and sufficiently exceeds Vth of 1/2.
 以上,本願明細書では,本発明の内容を表現するために,図面を参照しながら本発明の実施形態の説明を行った。ただし,本発明は,上記実施形態に限定されるものではなく,本願明細書に記載された事項に基づいて当業者が自明な変更形態や改良形態を包含するものである。 As mentioned above, in this specification, in order to express the content of the present invention, the embodiment of the present invention was described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes modifications and improvements obvious to those skilled in the art based on the matters described in the present specification.
 本発明は,入出力インターフェース回路に関する。従って,本発明は,コンピュータ関連産業において広く利用することができる。 The present invention relates to an input / output interface circuit. Therefore, the present invention can be widely used in computer related industries.
1…I/O回路(差動方式)
 10…ドライバ
  11…正相CMOSインバータ   12…逆相CMOSインバータ
   11a…nMOSトランジスタ   12a…nMOSトランジスタ
   11b…pMOSトランジスタ   12b…pMOSトランジスタ
 20…ペア伝送路
  21…第1の線路         22…第2の線路
  23…グランド線
 30…レシーバ
  31…正相CMOSインバータ   32…逆相CMOSインバータ
   31a…nMOSトランジスタ   32a…nMOSトランジスタ
   31b…pMOSトランジスタ   32b…pMOSトランジスタ
 41~44…第1~第4の抵抗
 50…抵抗調整手段
100…I/O回路(シングルエンド方式)
 110…ドライバ
  111…CMOSインバータ
   111a…nMOSトランジスタ
   111b…pMOSトランジスタ
 120…伝送路
 123…グランド線
 130…レシーバ
  131…CMOSインバータ
   131a…nMOSトランジスタ
   131b…pMOSトランジスタ
 141,143…抵抗
 150…抵抗調整手段
1 ... I / O circuit (differential system)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Driver 11 ... Positive phase CMOS inverter 12 ... Reverse phase CMOS inverter 11a ... nMOS transistor 12a ... nMOS transistor 11b ... pMOS transistor 12b ... pMOS transistor 20 ... Pair transmission line 21 ... First line 22 ... Second line 23 ... Ground line 30 ... Receiver 31 ... Positive phase CMOS inverter 32 ... Reverse phase CMOS inverter 31a ... nMOS transistor 32a ... nMOS transistor 31b ... pMOS transistor 32b ... pMOS transistor 41-44 ... 1st-4th resistance 50 ... Resistance adjustment means 100 ... I / O circuit (single-ended system)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 ... Driver 111 ... CMOS inverter 111a ... nMOS transistor 111b ... pMOS transistor 120 ... Transmission path 123 ... Ground line 130 ... Receiver 131 ... CMOS inverter 131a ... nMOS transistor 131b ... pMOS transistor 141, 143 ... Resistance 150 ... Resistance adjustment means

Claims (6)

  1.  入力信号に応じた相補信号を出力するドライバ(10)と,
     前記ドライバ(10)から出力された前記相補信号を伝送する第1の線路(21)及び第2の線路(22)を有するペア伝送路(20)と,
     前記ペア伝送路(20)を伝送した前記相補信号が入力されるレシーバ(30)と,を備えた
     差動方式の入出力インターフェース回路であって,
     前記ドライバ(10)は,
      前記入力信号と同相の正相信号を前記第1の線路(21)に供給する正相CMOSインバータ(11)と,
      前記入力信号と逆相の逆相信号を前記第2の線路(22)に供給する逆相CMOSインバータ(12)と,を含み
     前記正相CMOSインバータ(11)と前記逆相CMOSインバータ(12)は,それぞれ,nMOSトランジスタ(11a,12a)とpMOSトランジスタ(11b,12b)を含んで構成され,
     前記nMOSトランジスタ(11a,12a)と前記pMOSトランジスタ(11b,12b)のオン抵抗値は,前記ペア伝送路(20)の特性インピーダンスの1/2の規定値に一致しているか,若しくは前記規定値の±30%の範囲で整合している
     入出力インターフェース回路。
    A driver (10) for outputting a complementary signal corresponding to the input signal;
    A pair transmission line (20) having a first line (21) and a second line (22) for transmitting the complementary signal output from the driver (10);
    A differential input / output interface circuit comprising: a receiver (30) to which the complementary signal transmitted through the pair transmission line (20) is input;
    The driver (10)
    A positive phase CMOS inverter (11) for supplying a positive phase signal in phase with the input signal to the first line (21);
    A negative phase CMOS inverter (12) for supplying a negative phase signal opposite to the input signal to the second line (22), the positive phase CMOS inverter (11) and the negative phase CMOS inverter (12) Are configured to include nMOS transistors (11a, 12a) and pMOS transistors (11b, 12b), respectively.
    The on-resistance values of the nMOS transistors (11a, 12a) and the pMOS transistors (11b, 12b) are equal to a prescribed value that is 1/2 of the characteristic impedance of the pair transmission line (20) or the prescribed value. I / O interface circuit that is matched within ± 30% of the range.
  2.  前記ドライバ(10)側及び前記レシーバ(30)側には,信号エネルギの反射を防止するための500Ω未満の抵抗値を持つ終端抵抗が設けられていない
     請求項1に記載の入出力インターフェース回路。
    2. The input / output interface circuit according to claim 1, wherein a termination resistor having a resistance value of less than 500Ω for preventing reflection of signal energy is not provided on the driver (10) side and the receiver (30) side.
  3.  前記レシーバ(30)は,
      前記第1の線路(21)を伝送した前記正相信号が入力する正相CMOSインバータ(31)と,
      前記第2の線路(22)を伝送した前記逆相信号が入力する逆相CMOSインバータ(32)と,を含む
     請求項1又は請求項2に記載の入出力インターフェース回路。
    The receiver (30)
    A positive phase CMOS inverter (31) to which the positive phase signal transmitted through the first line (21) is input;
    The input / output interface circuit according to claim 1, further comprising: a reverse phase CMOS inverter (32) to which the reverse phase signal transmitted through the second line (22) is input.
  4.  前記ドライバ(10)と前記レシーバ(30)の外部接続側に,500Ω以上の抵抗値を持つ抵抗(41,42,43,44)が,電源側とグランド側にそれぞれ接続されている
     請求項1から請求項3のいずれかに記載の入出力インターフェース回路。
    The resistors (41, 42, 43, 44) having a resistance value of 500Ω or more are connected to the power supply side and the ground side on the external connection side of the driver (10) and the receiver (30), respectively. The input / output interface circuit according to claim 3.
  5.  前記オン抵抗値は,前記規定値よりも低く設定されており,
     前記nMOSトランジスタ(11a,12a)と前記pMOSトランジスタ(11b,12b)の少なくともいずれか一つのオン抵抗値を,前記規定値に一致させることのできる抵抗調整手段(50)を,さらに備える
     請求項1から請求項4のいずれかに記載の入出力インターフェース回路。
    The on-resistance value is set lower than the specified value,
    The resistance adjusting means (50) capable of making at least one ON resistance value of the nMOS transistor (11a, 12a) and the pMOS transistor (11b, 12b) coincide with the specified value. The input / output interface circuit according to claim 4.
  6.  信号を出力するドライバ(110)と,
     前記ドライバ(110)から出力された前記信号を伝送する伝送路(120)と,
     前記伝送路(120)を伝送した前記信号が入力されるレシーバ(130)と,を備えた
     シングルエンド方式の入出力インターフェース回路であって,
     前記ドライバ(110)は,前記信号を前記伝送路(120)に供給するCMOSインバータ(111)を含み
     前記CMOSインバータ(111)は,nMOSトランジスタ(111a)とpMOSトランジスタ(111b)を含んで構成され,
     前記nMOSトランジスタ(111a)と前記pMOSトランジスタ(111b)のオン抵抗値は,前記伝送路(120)の特性インピーダンスと等しい規定値に一致しているか,若しくは前記規定値の±30%の範囲で整合している
     入出力インターフェース回路。
    A driver (110) for outputting a signal;
    A transmission line (120) for transmitting the signal output from the driver (110);
    A single-ended input / output interface circuit comprising a receiver (130) to which the signal transmitted through the transmission path (120) is input;
    The driver (110) includes a CMOS inverter (111) that supplies the signal to the transmission line (120). The CMOS inverter (111) includes an nMOS transistor (111a) and a pMOS transistor (111b). ,
    The on-resistance values of the nMOS transistor (111a) and the pMOS transistor (111b) are equal to a specified value equal to the characteristic impedance of the transmission line (120) or matched within a range of ± 30% of the specified value. I / O interface circuit.
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