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Die
Erfindung betrifft im allgemeinen Ausgangspufferstufen und insbesondere
Eingangs-/Ausgangspufferstufen,
die Überspannungszuständen standhalten
können.
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Es
gibt eine andauernde Herausforderung, fortgesetzt kleinere, schnellere
und kompliziertere integrierte Schaltungen zu entwerfen, um eine
erhöhte Funktionalität für Multimediaanwendungen
und andere Anwendungen bereitzustellen. Durch die fortgesetzte Nachfrage
nach integrierten Schaltungen mit einer höheren Geschwindigkeit und niedrigeren
Leistungsaufnahme gibt es einen Bedarf nach einfachen, kostengünstigen
und zuverlässigen
Spannungsschutzschaltungen. Graphik-Controllerchips nutzen wie viele
integrierte Schaltungsvorrichtungen CMOS, Logikkerne und zugehörige I/O-Anschlußflächen als Teil
ihrer Schaltungsgestaltung. I/O-Anschlußflächen können zum Beispiel Eingangs-/Ausgangspuffer
aufweisen, die mit einer gemeinsamen Anschlußfläche oder einem gemeinsamen
Stift gekoppelt sind. Zum Beispiel ist es erforderlich, daß auf CMOS
beruhende Videographikchips mit 128 Eingangs-/Ausgangsports (I/O-Ports)
mit Taktgeschwindigkeiten von 125 MHz bis 250 MHz oder höher arbeiten.
Solche Vorrichtungen verwenden Stromversorgungen mit 2,5 V oder 1,8
V für einen
großen
Teil ihrer Logik, um ihre Stromaufnahme zu reduzieren. Eine Art,
die Verarbeitungsgeschwindigkeit solcher Vorrichtungen zu erhöhen, ist
es die Gate-Länge
der Kernschaltungskomplex-Transistoren zu senken. Jedoch kann eine
Abnahme der Gate-Länge
und Gate-Oxiddicke von MOS-Vorrichtungen die sichere Betriebsspannung auf
niedrigere Pegel senken.
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Wo
zum Beispiel eine integrierte Schaltung einen digitalen Schaltungskomplex
enthält,
der aus einer 2,5 V-Quelle betrieben wird und unter Verwendung einer
Siliziumdioxid-Gate-Dicke von 50 Ångström hergestellt wird, kann eine
resultierende sichere Betriebsspannung annähernd 2,8 V betragen. Solche
ICs müssen
häufig
mit herkömmlicheren
digitalen Vorrichtungen verbunden werden, die mit 5 V oder 3,3 V
arbeiten. Es tritt ein Problem auf, wenn der Kernlogikschaltungskomplex-
(der mit 1,8 V arbeitet) an Eingangsstiften (oder I/O-Stiften) von
Peripherievorrichtungen digitale Eingangssignale mit 5 V empfängt. Solche
5 V-Standardeingangssignale oder 3,3 V-Eingangssignale können eine
Beschädigung
verursachen, wenn kein geeigneter Spannungsschutz eingebaut ist.
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Da
kleinere Gate-Oxiddicken verwendet werden, um die Geschwindigkeit
und Dichte von integrierten Schaltungen zu erhöhen, müssen Transistoren variierenden
Versorgungsspannungsbetriebsbereichen standhalten. Zum Beispiel
können äußere Schaltungen
während
normaler Betriebsbedingungen Eingangssignale mit 5 V liefern. Obwohl
eine Kombination von Vorrichtungen mit einem dicken Gate und einem
dünnen
Gate es einfacher machen können,
einen Schaltungskomplex zu entwerfen, führt sie eine andere Gate-Dicke
ein und erhöht
die Anzahl der Bearbeitungsschritte, die erforderlich sind, um den
IC herzustellen. Dies trägt
zu den Kosten der integrierten Schaltung bei. Zusätzlich können Doppel-Gate-Oxid-Schaltungen,
wie jene, die Versorgungsspannungen von 1,8 V oder 3,3 V verwenden,
typischerweise während
des Normalbetriebs keinem 5 V-Signal standhalten.
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Außerdem können I/O-Puffer
an demselben Anschlußstift
oder derselben Anschlußfläche, die
mit der Ausgangspufferstufe verbunden ist, ein Eingangssignal von
zum Beispiel 5 V oder mehr empfangen. Mit kleineren Gate-Oxiddicken
nehmen die sicheren Gate-Drain- und sicheren Gate-Source-Spannungen
ab. Folglich können
herkömmliche
kaskadierte Ausgangspufferstufen beschädigt werden, wenn der I/O-Stift
oder die Anschlußfläche ein
Eingangssignal empfängt,
das sehr viel höher
als eine I/O-Anschlußflächen-Versorgungsspannung
oder eine Versorgungsspannung für
den inneren Kernschaltungskomplex ist. Außerdem machen herkömmliche
I/O-Puffer die Ausgangspufferstufe hochohmig, wenn der I/O-Puffer
eingerichtet wird, Daten zu empfangen. Diese herkömmlichen
I/O-Puffer weisen typischerweise Pull-Up- oder Pull-Down-Schaltungen
auf, die typischerweise unter Verwendung von PMOS-Transistor- oder
kaskadierten NMOS-Transistoranordnungen
erreicht werden. Wo ein Spannungsschutz vorgesehen ist, wie durch
eine Klemmdiode, kann sich eine unnötige Stromaufnahme ergeben,
wenn von einer anderen Schaltung über einen zusammenhängenden
Zeitraum an die Anschlußfläche ein
Eingangssignal, wie 5 V, geschickt wird. Zusätzlich können kaskadierte Anordnungen
inadäquat
sein, wo Signale, die vom Kern durch die Pufferstufe geschickt werden,
sich auf einem niedrigeren Pegel als die Pufferstufe-Versorgungsspannung
befinden. Die Spannungsdifferenz kann derart sein, daß ein ungeeigneter
Schwellenabfall an einem Transistor-Gate-Drain- oder Gate-Source-Weg
inadäquat
ist, um eine Ausgangspufferschaltung richtig abzuschalten.
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Herkömmliche
kaskadierte Ausgangspuffer verwenden außerdem typischerweise konstante
Referenzspannungen für
die Gate-Anschlüsse
der kaskadierten Transistoren. Außerdem müssen bei zum Beispiel einem
5 V-Eingang und einer sehr viel niedrigeren Pufferversorgungsspannung
die konstanten Referenzspannungen groß genug sein, um Gate-Drain-
und Gate-Source-Überspannungen
der kaskadierten Transistoren zu vermeiden. Außerdem kann zur Übertragung
oder Ausgabe von Daten aus dem Ausgangspuffer die Treiberstärke der Pull-Up-Schaltungen
infolge der niedrigen Versorgungsspannungen oder entweder der Kernversorgungsspannung
oder der I/O-Puffer-Versorgungsspannung nicht stark genug sein.
Zusätzlich
wäre es wünschenswert,
eine geeignete Ausgangspufferstufe zu erhalten, die Elemente mit
einer einzigen Gate-Oxidschicht
nutzt, um die Herstellungskosten und die Waferausbeute zu verbessern.
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WO 98/32228 offenbart eine
Schnittstellenschaltung, die imstande ist, kleine Spannungsfluktuationen
zu tolerieren.
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EP-A-0961206 , die
einen Teil des Stands der Technik nach Artikel 54(3) EPC bildet,
offenbart eine alternative hochspannungsfeste und angepaßte Treiberschaltung,
die eine Pegelverschiebungsvorrichtung für das Eingangssignal und einem
kaskadierten Ausgangspuffer mit einer Gate-Oxidschicht aufweist, der eine Pull-Up-Reihenschaltung
aus zwei FETs aufweist.
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Folglich
gibt es eine Notwendigkeit, übermäßige Gate-Source-
und Gate-Drain-Überspannungszustände in kaskadierten
Stufen eines Ausgangspuffers zu vermeiden.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine kaskadierten
Ausgangspufferstufe auf:
mindestens eine Spannungsverschiebungsschaltung mit
einer einzigen Gate-Oxidschicht, die eingerichtet ist, den Pegel
des inneren Eingangssignals zu verschieben;
mindestens einen
variablen Referenzspannungsgenerator mit einer einzigen Gate-Oxidschicht, der
betriebsfähig
mit einem Steuersignal und mit einem Eingangssignal verbunden ist,
der an den Ausgang des Ausgangspuffer gekoppelt ist und eingerichtet
ist, ein variables Referenzspannungssignal und ein Ausgangssignal
für schwebende
Wannen zu erzeugen; und
mindestens eine kaskadierte Ausgangspufferschaltung
mit einer einzigen Gate-Oxidschicht mit einer Pull-Up-Schaltung,
die eine Reihenschaltung aus mindestens zwei FETs aufweist, und
einer Pull-Down-Schaltung, die an den Ausgang des Ausgangspuffers,
den Ausgang der Spannungspegelverschiebungsschaltung, das variable
Referenzspannungssignal und das Ausgangssignal für schwebende Wannen gekoppelt
ist.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist Verfahren zum Schützen einer kaskadierten
Ausgangspufferstufe, die ein inneres Eingangssignal empfängt und
ein Ausgangssignal liefert, die Schritte auf:
Umwandeln eines
Spannungspegels eines empfangenen inneren Eingangssignals vor dem
Ausgeben des empfangenen Signals an einen ersten Eingang einer kaskadierten
Ausgangspufferschaltung mit einer einzigen Gate-Oxidschicht mit
einer Pull-Up- Schaltung, die eine Reihenschaltung von mindestens zwei
FETs aufweist, und einer Pull-Down-Schaltung;
selektive Bereitstellung
eines variablen Referenzspannungssignals für einen zweiten Eingang der kaskadierten
Ausgangspufferschaltung mit einer einzigen Gate-Oxidschicht als
Reaktion auf mindestens ein Steuersignal und/oder ein Eingangssignal,
die an die Ausgangspufferstufe gekoppelt sind; und
Erzeugung
eines Ausgangssignals für
schwebende Wannen für
mindestens eine Wanne, die mit der kaskadierten Ausgangspufferschaltung
mit einer einzigen Gate-Oxidschicht verbunden ist.
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Die
offenbarte Erfindung wird anhand eines Beispiels unter Bezugnahme
auf die folgenden Zeichnungen leichter verstanden. Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm, das eine Ausführungsform
einer kaskadierten Ausgangspufferstufe gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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2 ein
Blockdiagramm, das ein Beispiel der kaskadierten Ausgangspufferstufe
der 1 darstellt.
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3 ein
Blockdiagramm, das eine Ausführungsform
einer kaskadierten Ausgangspufferstufe für kaskadierte Pull-Up- und
Pull-Down-Schaltungen gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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4 eine
schematische Darstellung, die ein Beispiel der kaskadierten Ausgangspufferstufe darstellt,
die in 2 gezeigt wird.
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Kurz
gesagt wandelt eine kaskadierte Ausgangspufferstufe und ein Pufferverfahren
einen Spannungspegel eines empfangenen Signals vom Kern, wie eines
Signals, das aus der kaskadierten Ausgangspufferstufe ausgegeben
(übertragen)
werden soll, vor der Ausgabe des empfangenen Signals um; liefert
selektiv ein variables Referenzspannungssignal für ein kaskadiertes Schaltungselement
im Ausgangspuffer und erzeugt außerdem ein Ausgangssignal für schwebende
Wannen für
Wannen, die mit den kaskadierten oberen Pufferschaltungselementen
verbunden sind. Die kaskadierte Ausgangspufferstufe ist außerdem in
einer Ausführungsform eine
kaskadierte Ausgangspufferstufe mit einer einzigen Gate-Oxidschicht.
In einer Ausführungsform
wird eine Spannungspegelverschiebungsschaltung zusammen mit einer
variablen Referenzerzeugungsschaltung verwendet, die ein variables
Referenzspannungssignal an die kaskadierten Ausgangspufferschaltungen
liefert, und die außerdem
ein Ausgangssignal für
schwebende Wannen an Wannen der kaskadierten Schaltung liefert.
Die Spannungspegelverschiebungsschaltung und die variable Referenzerzeugungsschaltung
sind betriebsfähig
mit einer kaskadierten Pull-Up-Schaltung oder kaskadierten Pull-Down-Schaltung
gekoppelt, falls nötig.
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1 veranschaulicht
einen Abschnitt einer kaskadierten Ausgangspufferstufe 100 mit
kaskadierten Elementen 102, die als eine kaskadierte Pull-Up-Schaltung 104 gezeigt
wird. In dieser Ausführungsform
weist die Pull-Up-Schaltung einen ersten PMOS-Transistor 102a und
einen zweiten PMOS-Transistor 102b auf, die in einer kaskadierten Weise
verbunden sind. Die kaskadierte Pull-Up-Schaltung 104 ist
betriebsfähig
mit einer Eingangs-/Ausgangsanschlußfläche 106 gekoppelt,
mit der ein (nicht gezeigter) Eingangspuffer verbunden ist. Die
kaskadierte Pull-Up-Schaltung 104 ist betriebsfähig mit
einer Ausgangspuffer-Versorgungsspannung 108 gekoppelt.
Die kaskadierte Ausgangspufferstufe 100 weist außerdem eine
Spannungspegelverschiebungsschaltung 110 und eine variable Referenzerzeugungsschaltung 112 auf.
Die Spannungspegelverschiebungsschaltung ist betriebsfähig gekoppelt,
um ein Empfangssignal 114, wie ein Datensignal, von der
Kernlogik zu empfangen. Die Pegelverschiebungsschaltung 110 wandelt einen
Spannungspegel des empfangenen Signals 114 zu einem verschobenen
Pegelsignal 116 um, das an einen ersten Eingang 118 der
kaskadierten Pull-Up-Schaltung 104 geliefert wird.
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Die
variable Referenzspannungserzeugungsschaltung 112 reagiert
auf ein Steuersignal 120, wie ein Ausgangsfreigabesignal,
und reagiert außerdem
auf ein Eingangssignal 122, das durch die I/O-Anschlußfläche 106 empfangen
wird. Die variable Referenzspannungserzeugungsschaltung 112 liefert
selektiv ein variables Referenzspannungssignal 124 an einen
zweiten Eingang 126 der kaskadierten Pull-Up-Schaltung.
Zusätzlich
erzeugt die variable Referenzspannungserzeugungsschaltung 112 ein Ausgangssignal 128 für schwebende
Wannen für mindestens
eine Wanne, die mit der kaskadierten Pull-Up-Schaltung 104 verbunden
ist.
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Die
Pegelverschiebungsschaltung 110 verschiebt das empfangene
Signal 114 als Funktion der Ausgangspufferversorgungsspannung 108,
die Spannung an die Pull-Up-Schaltung 104 liefert. Wenn
folglich unterschiedliche Versorgungsspannungen verwendet werden,
schiebt der Pegelschieber den Pegel der Daten, die aus dem Puffer
ausgegeben werden sollen, auf einen geeigneten Pegel, um sicherzustellen,
daß die
Gate-Drain- und Gate-Source-Spannungen des ersten PMOS-Transistors 102a innerhalb
der normalen Betriebsbereiche liegen, wenn der Ausgangspuffer Daten überträgt.
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Die
variable Referenzspannungserzeugungsschaltung 112 gibt
die variable Referenzspannung 124 andauernd aus und stellt
das variable Referenzspannungssignal 124 als Reaktion sowohl
darauf dynamisch ein, ob der Ausgangspuffer ausgewählt worden
ist, die Übertragung
von Daten freizugeben, oder wenn die Ausgangspufferstufe effektiv
in den hochohmigen Zustand versetzt worden ist, so daß der Eingangspuffer
Daten empfangen kann. Als solcher variiert der variable Referenzspannungsgenerator 112 als
Reaktion auf das Steuersignal 120, wie während des
Sendebetriebs, und beruhend auf dem Eingangssignal 122,
zum Beispiel wenn der I/O-Puffer in den Empfangsbetrieb versetzt
wird, die variable Referenzspannung 124 dynamisch.
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2 stellt
eine detailliertere Ausführungsform
der variablen Referenzspannungserzeugungsschaltung 112 dar.
Die variable Referenzerzeugungsschaltung 112 weist in diesem
Beispiel mehrere variable Referenzerzeugungsschaltungen 200 und 202 und
eine Isolationsschaltung 204 auf. Die variable Referenzspannungserzeugungsschaltung 112 liefert die
variable Referenzspannung 124 für die kaskadierte Pull-Up-Schaltung 104 von
einem der mehreren variablen Referenzspannungserzeugungsschaltungen 200 oder 202,
beruhend darauf, ob die Ausgangspufferstufe zur Ausgabe von Daten
freigegeben wird. Dies kann zum Beispiel durch ein Steuersignal 120 geschehen,
das zum Beispiel ein Ausgangsfreigabesignal sein kann, wie es in
der Technik bekannt ist. Zusätzlich
kann die Isolationsschaltung 204 die variable Referenzspannungsschaltung 200 isolieren,
wenn die Anschlußflächenspannung 122 einen
bestimmten Pegel erreicht, wenn ein Ausgangspuffer hochohmig gemacht
ist. In diesem letztgenannten Fall, wird die variable Referenzspannung 124 durch
die variable Referenzspannungserzeugungsschaltung 202 gesteuert.
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Die
variable Referenzerzeugungsschaltung 200 reagiert auf das
Steuersignal 120, um eine Sendereferenzspannung 210 zu
liefern, die effektiv als die Referenzspannung 124 durch
die Isolationsschaltung übermittelt
wird, wenn es zugelassen wird, daß die Isolationsschaltung die
Referenzspannung durchläßt. Die
geschieht typischerweise dann, wenn die Ausgangspufferstufe zur
Ausgabe von Daten freigegeben wird. Die variable Referenzerzeugungsschaltung 202 ist
betriebsfähig
gekoppelt, um die variable Referenzspannung 124 als Funktion
der Eingangsspannung 122 dynamisch zu variieren, wenn die
kaskadierte Ausgangspufferstufe nicht zur Ausgabe von Daten freigegeben
ist, wie wenn der Ausgangspuffer hochohmig gemacht wird.
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Die
Isolationsschaltung 204 ist betriebsfähig mit den mehreren variablen
Referenzspannungserzeugungsschaltungen 200 und 202 gekoppelt,
um selektiv eine der variablen Referenzerzeugungsschaltungen 200 oder 202 zum
Beispiel abhängig vom
Pegel der Eingangsspannung 122 und/oder davon zu isolieren,
ob der Ausgangspuffer freigegeben worden ist, Daten auszugeben.
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Die
variable Referenzerzeugungsschaltung 202 folgt effektiv
der Eingangsspannung, wenn sich der I/O-Puffer im Empfangsbetrieb
befindet. In dieser Ausführungsform
enthält
die variable Referenzerzeugungsschaltung 202 auch eine
Steuerschaltung für schwebende
Wannen, um das Ausgangssignal 128 für schwebende Wannen zu erzeugen.
Die variable Referenzerzeugungsschaltung 202 erzeugt ein
variables Empfangsreferenzsignal 212, das durch die Isolationsschaltung 2D4 effektiv übermittelt
wird, um als die Referenzspannung 124 zu dienen, wenn sich der
I/O-Puffer im Empfangsbetrieb befindet. Außerdem wird, wie gezeigt, das
Ausgangssignal 128 für schwebende
Wannen auch an die Schaltungswannen der Isolationsschaltung 204 geliefert.
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Wenn
sich der I/O-Puffer im Empfangsbetrieb befindet, was durch das Steuersignal 120 eingestellt
wird, wird im Betrieb die variable Referenzspannung 124 so
gesteuert, daß sie
etwa 2 V beträgt, wenn
das Eingangssignal 122 zwischen 0 V und dem Pufferversorgungsspannungspegel
liegt. Nur zu Veranschauungszwecken kann die Pufferversorgungsspannung
zum Beispiel 3,3 V betragen, und die Kernversorgungsspannung kann
zum Beispiel 2,5 V betragen. Während
des Empfangsbetriebs wird das Ausgangssignal 128 für schwebende
Wannen so gesteuert, daß es
annähernd
gleich der Ausgangspuffer-Versorgungsspannung von 3,3 V ist. Wenn
die Eingangsspannung die Pufferversorgungsspannung plus Schwellenspannungsabfälle an den
kaskadierten Schaltungselementen überschreitet, wird die variable
Referenzspannung 124 durch die Referenzspannungserzeugungsschaltung 202 so
gesteuert, daß sie
annähernd
gleich der Eingangsspannung ist. Das Ausgangssignal 128 für schwebende
Wannen wird ebenfalls so gesteuert, daß es annähernd gleich dem Pegel des
Eingangssignals 122 ist.
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Im
Sendebetrieb, wie z.B. wenn der I/O-Puffer freigegeben wird, Ausgangsdaten
zu senden, wird die Referenzspannung 124 so durch die variable
Referenzerzeugungsschaltung 200 gesteuert, daß sie für die Pufferversorgungsspannung
von 3,3 V annähernd
einen Schwellenspannungsabfall (VTP) von annähernd 1 V aufweist. Wo zum
Beispiel die Pufferversorgungsspannung 2,5 V beträgt, kann
die Referenzspannung 124 zum Beispiel 0 V betragen. Das Ausgangssignal 128 für schwebende
Wannen wird so gesteuert, daß es
annähernd
gleich der Ausgangspuffer-Versorgungsspannung ist.
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3 veranschaulicht
eine alternative Ausführungsform,
die eine Ausgangspufferstufe zeigt, die eine auf einer Pull-Up-Schaltung
und einer Pull-Down-Schaltung beruhende variable Referenzsteuerschaltung 301 aufweist,
so daß mehrere
variable Referenzspannungen 300 und 302 erzeugt
werden. Die variable Referenzspannung 300 wird für die Pull-Up-Schaltung 104 gesteuert,
und die variable Referenzspannung 302 wird für die Pull-Down-Schaltung 304 gesteuert.
Eine konstante Referenzspannung 306 kann ebenfalls verwendet
werden, wie gezeigt. Die variable Referenzsteuerschaltung 301 für die Pull-Up-Schaltung
und die Pull-Down-Schaltung erzeugt auch das Ausgangssignal für schwebende Wannen
für alle
geeigneten Wannen der kaskadierten Vorrichtung der Pull-Up-Schaltung
und alle anderen geeigneten Schaltungen, wie sie hierin beschrieben
und gezeigt werden. Es wird auch erkannt werden, daß weniger
oder mehr Elemente kaskadiert werden können, um eine zusätzliche
Ausgangspufferflexibilität
bereitzustellen und außerdem
an unterschiedliche Versorgungsspannungen und Eingangs- und Ausgangspegelspannungen
anzupassen. Der NMOS-Transistor 310 weist eine Gate-Elektrode
auf, die betriebsfähig
gekoppelt ist, um die variable Referenzspannung 302 zu
empfangen, und ist mit NMOS-Transistoren 312 und 314 kaskadiert,
wie gezeigt. Der NMOS-Transistor 312 empfängt die
konstante Referenzspannung 306. Das NAND-Gatter, NOR-Gatter
und der Inverter sind herkömmlich
gekoppelt, um eine Datenübertragung
vom Ausgangspuffer bereitzustellen.
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Bezugnehmend
auf 4, wird die Schaltung der 3 detaillierter
gezeigt. Es wird gezeigt, daß die
variable Referenzerzeugungsschaltung 202 eine Eingangsspannungs-Nachlaufschaltung 400 und
eine Steuerschaltung 402 für schwebende Wannen aufweist.
Die Schaltung 402 für
schwebende Wannen empfängt
das Eingangssignal 122 (wenn sich der Puffer im Empfangsbetrieb
befindet) durch den Isolationswiderstand 404, und liefert
das Ausgangssignal 128 für schwebende Wannen für Wannen
der kaskadierten Schaltungselemente 102a, 102b,
Elemente der Isolationsschaltung, d.h. den Transistor 406,
und Schaltungselemente 408 und 410 der Steuerschaltung
für schwebende
Wannen, zusammen mit Schaltungselementen 412 und 414 der
Eingangsspannungs-Nachlaufschaltung 400. Wenn sich der
Ausgangspuffer im Sendebetrieb befindet, weist das Ausgangssignal 128 für schwebende
Wannen mit der Hilfe des Signals 210 ein Ausgangspuffer-Versorgungsspannungspotential
auf, das den PMOS-Transistor 416 "einschaltet". Die variable Referenzspannungsschaltung 400 weist
Schaltungselemente 412 und 414 auf, die aufweisen:
einen ersten PMOS-Transistor mit einer Source-Elektrode, Gate-Elektrode
und Drain-Elektrode, wobei die Source-Elektrode betriebsfähig gekoppelt
ist, um das Eingangssignal zu empfangen; und einen zweiten PMOS-Transistor
mit einer Source-Elektrode, die betriebsfähig mit der Drain-Elektrode
des ersten PMOS-Transistors gekoppelt ist, und einer Drain-Elektrode,
die betriebsfähig
mit einem Eingang der kaskadierten Pull-Up-Schaltung gekoppelt ist. Die
Wannen jedes der ersten und zweiten PMOS-Transistoren sind betriebsfähig mit
dem Ausgangssignal für
schwebende Wannen gekoppelt.
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Die
Steuerschaltung 402 für
schwebende Wannen variiert das Ausgangssignal 128 für schwebende
Wannen als Funktion des Eingangssignals 122. Die Steuerschaltung 402 für schwebende
Wannen weist in dieser Ausführungsform
PMOS-Transistoren 408 und 410 auf, die in einer
Kaskadenanordnung gekoppelt sind, und weist auch einen PMOS-Transistor 416 auf,
der eine Gate-Elektrode aufweist, die betriebsfähig mit der Source-Elektrode des
PMOS-Transistors 410 und mit einer Drain-Elektrode des
NMOS-Transistors 418 gekoppelt ist. Der PMOS-Transistor 416 weist
eine Drain-Elektrode zur Ausgabe des Steuersignals für schwebende
Wannen auf, und die Source-Elektrode ist mit der Pufferversorgungsspannung 104 gekoppelt.
Der NMOS-Transistor 418 weist eine Gate-Elektrode auf,
die mit einer statischen Spannung, wie der Kernversorgungsspannung
von z.B. 2,5 V gekoppelt ist. Die Source-Elektrode des NMOS-Transistors 418 ist
betriebsfähig
mit der variablen Referenzspannungserzeugungsschaltung 200 und
mit der Isolationsschaltung 204 gekoppelt. Die PMOS-Transistoren 408 und 410 sind
kaskadiert, um gegen Überspannungszustände zu schützen, wenn
die Eingangsspannung zum Beispiel 0 V beträgt. Zum Beispiel schützt der
PMOS-Transistor 408 den PMOS-Transistor 410, wenn
das Eingangssignal 122 0 V beträgt (ohne den PMOS-Transistor 408 wird
der PMOS-Transistor 410 beschädigt, wenn
das Eingangssignal 122 0 V beträgt und die Versorgungsspannung 104 3,3
V beträgt,
da wie oben erwähnt
wurde, für
Transistoren mit einer einzigen Gate-Oxidschicht von 50 Ångström die sichere Gate-/Source-Elektroden-
und Gate-/Drain-Betriebsspannung
2,8 V beträgt).
Im Sendebetrieb sind der PMOS-Transistor 418 und der PMOS-Transistor 416 an,
wobei sie einen Ausgangssignalpegel für schwebende Wannen bereitstellen,
der annähernd
gleich der Versorgungsspannung 104 ist.
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Die
Eingangsspannungs-Nachlaufschaltung 400 folgt der Eingangsspannung
effektiv, so daß wenn
sie auf einen geeigneten Pegel ansteigt, der Eingangsspannungspegel
effektiv als das variable Spannungsreferenzsignal bereitgestellt
wird, um den Transistor 102b vor den Überspannungszuständen zu
schützen.
Während
des Sendebetriebs ist zum Beispiel der PMOS-Transistor 414 aus, und der PMOS-Transistor 412 schützt den
PMOS-Transistor 414 vor Überspannungszuständen, wenn
der Eingangspegel zum Beispiel 0 V beträgt.
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Die
Spannungspegelverschiebungsschaltung
110 weist außerdem Vorrichtungen
mit einer einzigen Gate-Oxidschicht auf und kann zum Beispiel irgendeine
geeignete Pegelverschiebungsschaltung sein. Ein Beispiel einer solchen
Pegelverschiebungsschaltung kann zum Beispiel in unserer mitanhängigen US-Patentanmeldung
Nr.
09/211496 gefunden werden,
die am 14. Dezember 1998 eingereicht wurde und hierin als Referenz
aufgenommen ist. Die Spannungspegelverschiebungsschaltung ist betriebsfähig, zum
Beispiel einen niedrigen Logikpegel von 0 V bereitzustellen, wenn
die VDDpad-Versorgungsspannung zum Beispiel 2,5 V beträgt. Wenn die
VDDpad-Versorgungsspannung zum Beispiel 3,3 V beträgt, gibt
die Pegelverschiebungsschaltung ein Signal mit niedrigem Pegel von
1 V für
den, PMOS-Ausgangspuffer-Transistor
212 aus
(Signal
114).
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Die
Isolationsschaltung 204 weist einen NMOS-Transistor 431 und
einen PMOS-Transistor 406 auf. Die Isolationsschaltung 204 dient
als eine Art analoger Multiplexschaltung, die die Sendereferenzspannung 210 übermittelt,
wenn sich der I/O-Puffer im Sendebetrieb befindet, und die Eingangsspannung 122 übermittelt,
wenn der Eingangs-/Ausgangspuffer für den Empfangsbetrieb ausgewählt wird.
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Die
variable Referenzspannungserzeugungsschaltung 200 weist
einen PMOS-Transistor 430, einen NMOS-Transistor 432,
einen NMOS-Transistor 434, einen Inverter 436,
einen PMOS-Transistor 438 und
einen NMOS-Transistor 440 auf. Der PMOS-Transistor 430 ist
betriebsfähig
gekoppelt, um das Steuersignal, wie ein Ausgangsfreigabesignal als
Eingabe zu empfangen. Außerdem
empfängt
der NMOS-Transistor 434 ebenso wie der Inverter 436 das
Steuersignal. Die Transistoren 432 und 434 sind in
der kaskadierten Anordnung geschaltet. Der NMOS-Transistor 440 weist
eine Gate-Elektrode auf, die mit einer Referenzspannung gekoppelt
ist, die abhängig
vom Wert der Versorgungsspannung 104 geändert werden kann. In einem
Beispiel kann die Referenzspannung für eine Versorgungsspannung
von 2,5 V zum Beispiel 0 V oder für eine Versorgungsspannung
von 3,3 V 1,4 V betragen. Der NMOS-Transistor 432 weist
eine Gate-Elektrode
auf, die betriebsfähig
gekoppelt ist, um ein anderes Steuersignal zu empfangen, das zum
Beispiel abhängig vom
Pegel der Versorgungsspannung 104 konstant bleibt. In einem
Beispiel kann der Steuersignalpegel für eine Versorgungsspannung
von 2,5 V 2,5 V oder für
eine Versorgungsspannung von 3,3 V 0 V betragen. Der Transistor 440 stellt
einen aktiven Spannungsschwellenpegel mit dem Transistor 438 bereit, wenn
der Eingangs-/Ausgangspuffer in den Sendebetrieb versetzt wird,
was die Störverhinderung
vereinfacht. Für
eine höhere
Versorgungsspannung von zum Beispiel 3,3 V liefert der Transistor 438 einen
logischen Nullpegel von etwa VTP für das Sendereferenzsignal 210.
Für die
Ausgangspuffer-Versorgungsspannung von 2,5 V liefern die Transistoren 432 und 434 ein
Referenzsignal 210 von 0 V, wenn sich der Ausgangspuffer
im Sendebetrieb befindet. Im Empfangsbetrieb ist das Potential des
Referenzsignals 210 gleich dem Kernversorgungsspannungswert.
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Wenn
sich der Eingangs-/Ausgangspuffer im Sendebetrieb befindet, sind
die Transistoren 438 und 431 "an",
so daß die
Sendereferenzspannung 210 effektiv als die variable Referenzspannung 124 übermittelt
wird. Wenn jedoch das Ausgangsfreigabesteuersignal so eingestellt
wird, daß der
Ausgangspuffer hochohmig gemacht wird, isoliert die Isolationsschaltung 204 effektiv
die variable Referenzspannungsschaltung 200 vom kaskadierten
Ausgang oder der Pull-Up-Schaltung.