JP2005321526A - 半導体集積回路装置、表示装置及びシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】 負荷容量変化の影響が小さな所望のトランジェント特性を実現した半導体集積回路装置、表示装置及びシステムを提供する。
【解決手段】 並んで延長されて容量性負荷からなる複数の信号伝達経路に信号出力を行う複数の出力回路において、第1電源電圧が供給される第1電圧端子にソースが接続され、ドレインが上記信号伝達経路に接続された第1導電型の第1出力MOSFETと、上記第1電源電圧が供給される第2電圧端子にソースが接続され、ドレインが上記信号伝達経路に接続された第2導電型の第2出力MOSFETと、上記信号出力に対応して上記第1出力MOSFETをオフ状態からオン状態にさせるときにゲートに定電流を流す第1駆動回路と、上記信号出力に対応して上記第2出力MOSFETを上記第1出力MOSFETと相補的にスイッチングさせる第2駆動回路とを設ける。
【選択図】 図1
【解決手段】 並んで延長されて容量性負荷からなる複数の信号伝達経路に信号出力を行う複数の出力回路において、第1電源電圧が供給される第1電圧端子にソースが接続され、ドレインが上記信号伝達経路に接続された第1導電型の第1出力MOSFETと、上記第1電源電圧が供給される第2電圧端子にソースが接続され、ドレインが上記信号伝達経路に接続された第2導電型の第2出力MOSFETと、上記信号出力に対応して上記第1出力MOSFETをオフ状態からオン状態にさせるときにゲートに定電流を流す第1駆動回路と、上記信号出力に対応して上記第2出力MOSFETを上記第1出力MOSFETと相補的にスイッチングさせる第2駆動回路とを設ける。
【選択図】 図1
Description
本発明は、半導体集積回路装置、表示装置及びシステムに関し、例えばPDP(プラズマ・ディスプレイ・パネル)のアドレス電極のような複数の容量性負荷に伝えられる複数の出力信号を形成するようなドライバを備えた半導体集積回路装置と、それを用いた表示装置及びシステムに利用して有効な技術に関するものである。
PDPのアドレス電極に表示データに従うアドレスパルス信号を与えるアドレスドライバの例として、特開平10−123998号公報がある。同公報の図17に示されている一般的なアドレスドライバ回路図のようにアドレス電極の容量Cgと隣接アドレス間の寄生容量Caが存在することが示されている。同公報のアドレスドライバでは、第一のアドレス電極の立ち上がりと、それに隣接する第二アドレス電極の立ち下がりとに時間差を設けて消費電力を削減するということが記載されている。
特開平10−123998号公報
図17にPDPのアドレスドライバの負荷について説明する等価回路図が示されている。アドレスドライバの負荷は対サスティンと対スキャンの容量と隣接ピン容量からなる。上記隣接ピン容量は、前記特許文献1の図17にも示されているようなアドレス電極間の寄生容量Caに対応している。上記ピン容量は隣接ピンに与えられる駆動出力信号が同じ方向に変化する場合にはドライバ側からみると容量負荷としてはみえなくなる。この隣接ピン容量は、上記アドレスドライバの容量性負荷の半分以上を占めている。したがって、各アドレスドライバにおいては、隣接ピンの駆動出力信号の変化状況によって負荷が異なる。つまり、上記のように同相で変化する場合には軽くなり、逆相で変化する場合に重くなる。複数のドライバを備えた半導体集積回路装置においては、PDPを評価する表示モードにおいて、最も負荷が軽いのは全ビットが同相で変化する場合であり、最も負荷が重くなるのは隣接アドレス電極がそれぞれ逆方向に動く千鳥動作モードとなる。
図18に、この発明に先立って検討されたアドレスドライバの回路図が示されている。5Vの低電圧V1を動作電圧とする論理回路で形成された相補の表示信号IN1,/IN1は、ソースに回路の接地電位GND(VSS)が与えられたNチャネルMOSFETM21とM22のゲートに伝えられる。これらのNチャネルMOSFETM21とM22のドレインは、PDP表示動作に必要20V〜80V程度の高電圧V2がソースに与えられ、ゲートとドレインとが交差接続されてラッチ形態とされたPチャネルMOSFETM23,M24のドレインと接続される。これにより、上記低電圧V1に対応した表示信号を高電圧V2に対応した高電圧にレベル変換して、Pチャネル出力MOSFETM27のゲートに伝える。また、上記Pチャネル出力MOSFETM27と直列形態に接続されたNチャネル出力MOSFETM28のゲートには、低電圧V1で動作するPチャネルMOSFETM25とNチャネルMOSFETM26からなるCMOSインバータ回路を通して上記論理回路で形成された表示信号IN2が供給される。
図19には、図18のアドレスドライバの負荷容量によるトランジェント時間(たとえば立ち上がり、出力10%〜90%までの変化時間)のシミュレーション結果の負荷特性図が示されている。図19の回路では負荷容量とトランジェント時間(ドライバ出力の80%変化する時間)は、ほぼリニアに変化し負荷容量が小さいときは極端にトランジェント時間が短くなる。負荷容量が大きな時はトランジェント時間が長くなる。よって、前記図20の波形図に示すように、全ビットが同時に動作する場合には点線で示すようにトランジェント時間が短くなり、隣接ビットがそれぞれ逆方向に動く千鳥動作モードの場合には実線で示すようにトランジェント時間が長くなるものである。
上記ドライバ出力のトランジェント時間は長すぎても短すぎても問題となる。長すぎる場合は、点灯しないところで点灯したり、点灯すべきところで点灯しなかったりという誤点灯(誤動作)の原因となる。しかしながら、トランジェント時間が短すぎる場合は輻射が発生するという問題がある。現状のPDPでは点灯の誤動作を優先的に対策せざるを得ないために、アドレスドライバのドライバビリティを十分大きく取り、前記ワーストケースである千鳥動作時のように負荷容量が大きくても必要なトランジェント時間となるように設計される必要がある。この結果、全ビット同時動作時のように負荷容量が小さいときには出力信号の変化スピードが速くなりすぎてPDPから輻射が発生してしまうことになる。このようなPDPからの輻射は、パネル表面にフィルタを入れて対策をすることになるため、PDPのコストや表示効率に大きな影響を与えている。
この発明の目的は、負荷容量変化の影響が小さな所望のトランジェント特性を実現した半導体集積回路装置とそれを用いた表示装置及びシステムを提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。並んで延長されて容量性負荷からなる複数の信号伝達経路に信号出力を行う複数の出力回路において、第1電源電圧が供給される第1電圧端子にソースが接続され、ドレインが上記信号伝達経路に接続された第1導電型の第1出力MOSFETと、上記第1電源電圧が供給される第2電圧端子にソースが接続され、ドレインが上記信号伝達経路に接続された第2導電型の第2出力MOSFETと、上記信号出力に対応して上記第1出力MOSFETをオフ状態からオン状態にさせるときにゲートに定電流を流す第1駆動回路と、上記信号出力に対応して上記第2出力MOSFETを上記第1出力MOSFETと相補的にスイッチングさせる第2駆動回路とを設ける。
負荷容量変化の影響が小さな所望のトランジェント特性を実現することがきる。
図1には、この発明に係るPDPのアドレス電極を駆動する半導体集積回路装置のアドレスドライバの一実施例の回路図が示されている。この実施例のアドレスドライバは、レベル変換(又はレベルシフト)回路とアドレスドライバ又はデータドライバ(以下、単に出力回路という)から構成される。レベル変換回路は、例えば5Vのような低電圧電源V1で動作するロジック部等の内部回路で形成された信号振幅を、例えば20〜80Vのような高電圧電源V2に対応した信号振幅にレベル変換を行うために設けられる。出力回路は、上記高電圧電源V2により動作するPチャネル出力MOSFETM7とNチャネル出力MOSFETM8からなるCMOS出力回路で構成され、出力端子OUTから高電圧V2に対応したハイレベルと、回路の接地電位GND(VSS)に対応したロウレベルを出力する。
入力端子IN1とIN2には、上記Pチャネル出力MOSFETM7の動作制御を行う上記低電源電圧V1に対応した非反転信号と反転信号とからなる相補入力信号が供給される。上記相補入力信号は、上記高電圧電源V2で動作するPチャネル出力MOSFETQ7のオン/オフ制御を行うために、レベル変換回路により低電圧V1から高電圧V2にレベル変換される。つまり、上記相補入力信号は、差動形態のNPNトランジスタQ1とQ2のベースに供給される。これらの差動トランジスタQ1とQ2の共通エミッタと回路の接地電位GND(VSS)との間には、スイッチSW1と電流源I1の直列回路が設けられる。そして、上記差動トランジスタQ1とQ2のコレクタと高電圧電源V2との間には、電流ミラー形態にされたPチャネルMOSFETM1とM2が設けられる。上記電流ミラー回路の出力側MOSFETM2と上記トランジスタQ2のコレクタとの接続点からレベル変換された出力信号が得られ、上記Pチャネル出力MOSFETM7のゲートに伝えられる。特に制限されないが、上記出力MOSFETM7のゲートとソース(高電源電圧V2)との間には、上記MOSFETM7のゲート耐圧以下のツェナー電圧を持つツェナーダイオードDZが設けられる。上記スイッチSW1には、入力端子IN4から供給される動作制御信号が供給されて、低消費電力化のために後述するようにレベル変換回路が間欠動作させられる。
入力端子IN3には、上記Nチャネル出力MOSFETM8の動作制御を行う上記低電源電圧V1に対応した入力信号が供給される。入力端子IN3から供給される入力信号によって制御されるスイッチSW2を介して定電流源I2で形成した定電流をダイオード接続のPチャネルMOSFETM3に流すようにする。このMOSFETM3と電流ミラー形態にされたPチャネルMOSFETM4を通して上記定電流I2に対応した定電流をNチャネル出力MOSFETM8のゲートに供給する。上記定電流源I2とMOSFETM3によって定常的に電流が流れ続けるという無駄を無くすために、上記MOSFETM8のゲート電圧が低電圧V1に到達するとスイッチSW2がオフ状態にされる。このときに、出力MOSFETM8のゲートは、そのオン状態を維持するためにPチャネルMOSFETM5とNチャネルMOSFETM6からなるCMOSインバータ回路の出力端子と接続されており、上記スイッチSW2がオフ状態にされた後には入力端子IN3に供給される入力信号のロウレベルによってオン状態にされるPチャネルMOSFETM5を通して上記MOSFETM8のゲート電極に低電圧V1を供給する。MOSFETM5は、MOSFETM8のゲート電圧がリーク電流によって低下しない程度の極小さな電流を流す小さなサイズとされる。
この実施例のアドレスドライバ動作は、次の通りである。出力端子OUTから高電圧電源V2に対応したハイレベルの出力信号を形成するとき、入力端子IN3にはハイレベルの入力信号が供給される。この場合、スイッチSW2がオフ状態となり、MOSFETM6がオン状態となって出力MOSFETM8をオフ状態にしている。入力端子IN4によってスイッチSW1がオン状態にされていて、入力端子IN1にロウレベルの入力信号が供給され、入力端子IN2にハイレベルの入力信号が供給されると、差動トランジスタQ1がオフ状態に差動トランジスタQ2がオン状態にされる。
前記図1のアドレスドライバでのハイレベル出力動作を説明するための等価回路図が図2に示され、その動作電圧波形図が図3に示されている。図2は説明し易くするために、図1におけるMOSFETM7のVgsの制限をかけているツェナーダイオードDZを除いてある。上記MOSFETM7のVgsは、最大V2とGNDの差電圧がかかるものとする。上記入力端子IN4とIN2の入力信号に対応して上記オン状態のトランジスタQ2及びスイッチSW1が、図2では1つのスイッチSWに置き換えて示されている。従って、定電流源I1の定電流に対応した駆動電流I1はPチャネル出力MOSFETM7のゲート,ソース間寄生容量Cgsを充電させる。このとき、ゲート,ドレイン間寄生容量Cgdも存在するが、ミラー効果によってゲート側からみた容量値が大きくなっている。このため、上記電流I1は、相対的に小さな容量値の上記ゲート,ソース間寄生容量Cgsを充電させる電流i1として作用し、図3に示したように上記出力MOSFETM7のゲート,ソース間電圧Cgdを直線的に低下させる。
上記MOSFETM7のゲート,ソース間電圧Vgsがそのしきい値電圧以上に大きくなると、かかるMOSFETM7がオン状態となってドレインから出力電流ioが流れて出力端子OUTに接続されるアドレス電極をロウレベルからハイレベルに変化させる。このとき、上記出力端子OUTには、PDPのアドレス電極が接続されており、かかるPDPのアドレス電極には回路の接地電位との間に存在する寄生容量と、隣接アドレス電極間に存在する寄生容量からなる負荷容量CLを有する。かかる隣接アドレス電極間に存在する寄生容量は、隣接アドレス電極が同じくハイレベルに変化する場合には、上記出力端子OUTからみたときには存在しないものとみなすことができるので出力回路とっての負荷容量CLは小さくなる。これに対して、隣接アドレス電極がロウレベルのままであるときや、逆にハイレベルからロウレベルに変換するときにはそれに対しても充電電流を供給することとなって出力回路にとっての負荷容量CLは大きくなる。このような隣接アドレス電極の変化により出力回路の負荷容量CLが大きく変化するものである。
この実施例の出力回路では、上記負荷容量CLが小さいときには、図3に示したように上記電流I1によって直線的に大きくなるPチャネルMOSFETM7のゲート,ソース間電圧Vgsが比較的小さい電圧Vgs1 が印加されるゲート電圧VG1ときに流れるMOSFETM7のドレイン電流ioによって、上記小さな負荷容量CLへの充電動作が開始されて出力端子OUTを上昇させる。この出力端子OUTの上昇によって、上記電流I1がMOSFETM7のゲート,ドレイン間寄生容量Cgdの放電動作に費やされる結果、ゲート電圧VG1(ゲート,ソース間電圧Vgs1 )がほぼ一定にとなって、かかるゲート電圧VG1に対応した比較的小さな一定の出力電流ioによりアドレス電極がロウレベル(L)から直線的にハイレベル(H)に立ち上がる。
これに対して、上記負荷容量CLが大きいときには、図3に示したように上記電流I1によって形成されるPチャネルMOSFETM7のゲート,ソース間電圧Vgsが上記のような比較的小さいときには上記大きな負荷容量CLの電位変化が小さく、上記電流I1によってゲート,ソース間電圧Vgsをより大きくするようゲート,ソース間寄生容量Cgsを充電する。このように充電期間がより長くなることにより、大きくされたゲート,ソース間電圧Vgs2 が印加されるゲート電圧VG2によって出力MOSFETM7が比較的大きなドレイン電流ioを流して上記大きな負荷容量CLの充電動作を開始して出力端子OUTを上昇させる。このような出力端子OUTの上昇により上記電流I1がMOSFETM7のゲート,ドレイン間寄生容量Cgdの放電動作に費やされる結果、ゲート電圧VG2(ゲート,ソース間電圧Vgs2 )はほぼ一定とされるために、かかるゲート電圧VG2に対応した比較的大きな一定の出力電流ioによりアドレス電極をロウレベル(L)から直線的にハイレベル(H)に立ち上がる。
この実施例では、前記のようにNチャネル出力MOSFETM8がオフ状態でPチャネル出力MOSFETM7による出力がロウレベルからハイレベルへ遷移する場合、PチャネルMOSFETM7はスイッチSW1がオンすることにより定電流源I1の定電流I1によって寄生容量CgsとCgdの充放電動作を行う。このときの出力の立ち上がりスピードtrは前記のように主に寄生容量Cgdを電流源I1による放電スピード(スルーレイト)で決まる。これによりPチャネルMOSFETM7のゲート電圧VGは負荷容量CLとその立ち上がりスピードtrに応じたドライバ電流ioになるゲート,ソース間Vgsでバランスする。これは前記図3において立ち上がり過程でゲート電圧VGが一定になる区間である。このとき必要とされるドライバ電流io=V2(ハイレベル)×CL/trである。よって、負荷容量CLの容量値が大きいほど、立ち上がりスピードtrが速いほど(小さい)PチャネルMOSFETドライバのドライバ電流ioは大きくなり、PチャネルMOSFETM7のゲート,ソース間電圧Vgsは大きくなる。
この実施例回路の場合においては、Pチャネル出力MOSFETM7のゲートがGNDに接地された場合が、PチャネルMOSFETドライバのゲート,ソース間電圧Vgsが最大となり、Pチャネル出力MOSFETM7のドライバ電流ioも最大になる。これ以降、Pチャネル出力MOSFETM7のドライバ電流ioは最大値で一定になる為に上記(1)式において、負荷容量が変わるとその立ち上がりスピードtrの方が変化してしまう。つまり、前記図18のような回路では、上記最大電圧でゲート,ソース間電圧Vgsを決めている為にドライバ電流ioは常に最大電流かつ定電流で使用している為、その立ち上がりスピードは負荷容量CLの変化にリニアに変化してしまう。これに対し、スルーレイトで立ち上がりスピードtrが決めて、io=V2(ハイレベル)×CL/trの式において最大ドライバ電流以内で使用するなら負荷容量CLが変化しても、立ち上がりスピードtrが変化しないようにコントロールすることができる。
このようにして、上記負荷容量の大小(変動)に無関係に出力端子OUTの立ち上がりをほぼ同じくするようにできる。言い換えるならば、負荷容量CLが小のときにはそれに対応した小さな出力電流ioが形成され、負荷容量CLが大のときにはそれに対応した大きな出力電流ioが形成されるものとなり、上記のように出力端子OUTの立ち上がりをほぼ同じくする。ただし、上記のような動作を実現するためには、PチャネルMOSFETM7が上記立ち上がり特性を実現するのに十分なドライバビリティを有することが必要である。つまり、出力MOSFETM7は、上記電源電圧V2よりも小さな電圧Vgs1 や電圧Vgs2 によっても、上記必要な立ち上がり特性を実現できる出力電流ioを得ることができるようなドライバビリティを必要とするものである。
上記MOSFETM7のゲート,ソース間電圧Vgsは、ツェナーダイオードDZにより最大値が制限されており、かかるツェナー電圧によりMOSFETM7のゲート電圧が制限されてゲート絶縁破壊を防止することができる。前記のように20〜80Vのような高電圧電源V2のもとで、上記MOSFETM7がゲート絶縁破壊を行わないように形成するには、ワーストケースである80Vでのゲート絶縁が行われないようゲート絶縁膜を厚く形成するなど素子製造プロセスが複雑になるが、この実施例では、上記ツェナーダイオードDZを設けることによって、上記20〜80Vの広範囲の高動作電圧V2に対して、特別な耐圧プロセスを実施することなく、安定的に動作させることができる。この場合、ツェナーダイオードDZで制限されるPチャネル出力MOSFETM7のゲート,ソース間電圧Vgsが最大となりドライバ電流ioも最大となる。この最大ドライバビリティを超えない範囲で同様に負荷容量CLが変化しても、立ち上がりスピードtrが変化しないようにコントロールすることができる。
上記のようにアドレス電極は、容量性負荷であるのでMOSFETM7によって、高電圧電源V2に対応したハイレベルになると、それリーク電流を補う程度の電流供給しか行う必要はない。また、ゲート,ソース間寄生容量Cgsに保持されたゲート,ソース間電圧VgsによってMOSFETM7をオン状態にし続けることができる。このことから、上記入力端子IN4から駆動パルスを供給して、出力端子OUTをロウレベルからハイレベルに変化させる信号遷移期間に対応して上記スイッチSW1をオン状態にして、ハイレベルの出力信号が得られたならスイッチSW1をオフ状態にして、電流源I1の電流I1が上記ツェナーダイオードDZに流れ続けることを防止し、レベル変換回路での消費電流を低減させるものである。
前記図1のアドレスドライバでのロウレベル出力動作を説明するための等価回路図が図4に示され、その動作電圧波形図が図5に示されている。図4では省略されているが、前記レベル変換回路の差動トランジスタQ1をオン状態にして電流ミラーMOSFETM2から出力MOSFETM7のゲート電極に電流を供給してゲート電圧をロウレベルからハイレベルに変化させて出力MOSFETM7をオフ状態にする。そして、入力端子IN3の入力信号によりスイッチSW2をオン状態にしてMOSFETM3−M4の電流ミラー回路を介して定電流をNチャネル出力MOSFETM8のゲートに供給する。これにより、前記Pチャネル出力MOSFETM7の場合と同様に、Nチャネル出力MOSFETM8をオン状態にして出力端子OUTをハイレベルからロウレベルに変化させるときに、出力MOSFETM8のゲート,ソース間寄生容量Cgs及びゲート,ドレイン間寄生容量Cgdを充電及び放電が負荷容量CLの大きさに対応して開始されて図5のように一定電圧Vgsのもとのゲート電圧VGに対応した一定の出力電流によって出力端子OUTに接続される負荷容量CLをハイレベルからロウレベルに放電させることができる。
図5では、1つの負荷容量CLの例が示されているが、同図の例よりも負荷容量が大きいときには、前記Pチャネル出力MOSFETM7の場合と同様に、定電流による出力MOSFETM8のゲート,ソース間寄生容量Cgsの充電動作からゲート,ドレイン間寄生容量Cgdの放電動作への切り替えに要する時間が長くなって、同図の一定電圧Vgsよりも大きなゲート,ソース間電圧Vgsのもとのゲート電圧VGに対応した大きな一定出力電流によって出力端子OUTに接続される負荷容量CLを放電させる。また、逆に 同図の例よりも負荷容量が小さいときには、定電流による出力MOSFETM8のゲート,ソース間寄生容量Cgsの充電動作からゲート,ドレイン間寄生容量Cgdの放電動作への切り替えに要する時間が短くなって、同図の一定電圧Vgsよりも小さなゲート,ソース間電圧Vgsのもとのゲート電圧VGに対応した小さな一定出力電流によって出力端子OUTに接続される負荷容量CLを放電させる。
この実施例では、定電流源I2とMOSFETM3によって定常的に電流が流れ続けるという無駄を無くすために、上記MOSFETM8のゲート電圧が低電圧V1に到達するとスイッチSW2がオフ状態にされる。特に制限されないが、スイッチSW2は、NチャネルMOSFETにより構成されて入力端子IN3のハイレベルによってオン状態にされ、また、MOSFETM5とM6の入力に供給される入力信号IN3は、上記スイッチSWとは異なる入力信号が供給されており、特に制限されないが、上記スイッチSW2のオン状態とともにロウレベルにされて、上記PチャネルMOSFETM5をオン状態にしている。ただし、このMOSFETM5の電流がリーク電流を補う程度に小さくされているので、前記のようなスイッチ動作には実質的には関与しない。上記入力端子IN3の反転信号を形成して、上記MOSFETM5とM6のゲートに供給するようにしてもよい。この場合には、上記MOSFETM4の定電流が遮断されるときにMOSFETM5かオン状態にされる。
図6には、図1のアドレスドライバを説明するための特性図が示されている。この特性図は、負荷容量に対応したトランジェント時間の関係を示すシミュレーション結果である。比較のために前記図19に示したアドレスドライバの特性も合わせて示されている。この実施例の定電流駆動での負荷特性においては、トランジェント時間(立ち上がりスピードtr)をスルーレイトでほぼ一定になっている区間で全ビット駆動時の容量負荷の軽い場合と千鳥動作時の容量負荷の重い場合で使用し、Pチャネル及びNチャネルMOSFETについて同様な構成をとれば、図7に示した出力波形図のように点線で示した全ビット動作(CL小)の場合と、千鳥動作(CL大)の場合のように立ち上がりと立下りのトランジェント時間の変動を小さな時間差Δt1に抑えることができる。つまり、図19のアドレスドライバの大きなトランジェント時間差Δt2に比べて大幅に改善させることができる。
図8には、この発明に係るアドレスドライバの他の一実施例の回路図が示されている。この実施例は、Pチャネル出力MOSFETM19のスイッチ動作を行うレベル変換回路として次の回路が用いられる。相補入力信号が供給される入力端子IN1とIN2はNチャネルMOSFETM10とM11のゲートに供給される。これらのMOSFETM10とM11のソースは回路の接地電位GDNが与えられる。上記MOSFETM10とM11のドレインと高電圧電源V2との間には、ゲートとドレインとが交差接続されたラッチ形態のPチャネルMOSFETM12とM13が設けられる。入力端子IN1とIN2に供給される入力信号に対応して高電圧V2にレベル変換されたMOSFETM13とM11のドレイン接続点から得られる出力信号がPチャネルMOSFETM14のゲートに伝えられる。このMOSFETM14のドレインは、上記Pチャネル出力MOSFETM19のゲートと接続される。
上記PチャネルMOSFETM14のゲートと回路の接地電位との間には、スイッチSW1と定電流源I1が設けられる。これによって、入力信号IN1をハイレベル、入力信号IN2をロウレベルにして、上記PチャネルMOSFETM14をオフ状態にしておいて、前記図1の回路と同様に定電流I1はスイッチSW1を介して出力MOSFETM19のゲート,ソース間寄生容量及びゲート,ドレイン間寄生容量を充電及び放電させる。これによって、前記同様のように出力端子OUTに接続される隣接アドレス電極に供給される駆動信号による負荷容量の大小に影響されないで、ほぼ同じスルーレイトで出力信号をロウレベルからハイレベルに立ち上げるようにすることができる。
この実施例では、出力MOSFETM19は十分な高耐圧を持つように形成されているので、前記図1のようなゲート耐圧保護のためのツェナーダイオードが省略される。これに応じて、前記パルス駆動も省略される。また、スイッチSW1をオン状態にし続けても前記のような直流電流は流れない。上記MOSFETM14は、上記レベル変換回路の出力信号のロウレベルによってオン状態にされることにより、上記Pチャネル出力MOSFETM19をオフ状態にするという動作を行うものである。Nチャネル出力MOSFETM20を駆動する定電流駆動回路は、前記図1と同様なMOSFETM15〜M18及びスイッチSW2と定電流源I2により構成されるものである。
図8の実施例において、前記MOSFET17から前記リーク電流を補う程度の小さなサイズとするものに替えてそれよりも少し大きなサイズにして、しかもスイッチSW2をオン状態にするタイミングに先立って上記MOSFETM17をオン状態にさせるように入力端子IN3に供給される入力信号のロウレベルにすることによって、出力端子OUTから出力されるアドレス電極の駆動信号の立ち下がり時に発生する高調波成分を少なくすることができる。
図9には、図8のアドレスドライバの動作の一例を説明するための波形図が示されている。同図においては、前記のように駆動信号の立ち下がり時に発生する高調波成分を少なくするために、入力端子IN3をロウレベルにしてPチャネルMOSFETM17をオン状態にさせる。これにより、MOSFETM8のゲート電圧が徐々に立ち上がり、それに対応して立ち下がり開始部分の角を削ることができる。その後に、スイッチSW2をオン状態にしてスルーレイトに対応した定電流を流すことによって前記のような動作を行わせるものである。このような高調波成分を落とすことにより輻射をいっそう低減させることができる。
図10には、この発明に係るアドレスドライバの更に他の一実施例の回路図が示されている。この実施例は、前記同様に駆動信号の立ち下がり時に発生する高調波成分を少なくするようにした前記図1の変形例である。前記図1のアドレスドライバは、出力MOSFETM8を定電流によって駆動して所望のスルーレイトを実現するというものであるので、上記かかる駆動電流を切り替えることによって高調波成分を低減させるようにするものである。つまり、前記図1の実施例回路に相対的に小さな電流の定電流源I3とスイッチSW3を追加して、前記定電流源I2とスイッチSW2と並列形態にして前記MOSFETM3に定電流I3を流すようにするものである。なお、Pチャネル出力MOSFETM7を定電流駆動する回路は、同図では省略されているが前記図1又は図8に示した回路により構成される。
図11には、図10のアドレスドライバの動作の一例を説明するための波形図が示されている。同図においては、前記のように駆動信号の立ち下がり時に発生する高調波成分を少なくするために、入力端子IN3をロウレベルにしてPチャネルMOSFETM5をオン状態にさせる。これとともにスイッチSW3をオン状態にして小さな定電流I3による低いスルーレイトで駆動信号を立ち下げて、立ち下がり開始時の高調波成分を取り除く。そして、スイッチSW2をオン状態にして本来のスルーレイトに対応した定電流I2を流すようにする。このとき、電流I3+I2によってスルーレイトが決定されるので、前記図1の回路と同じスルーレイトとするなら、I3+I2が前記図1に示した定電流I2となるようにすればよい。
駆動信号がロウレベル(GND)になる前の一定期間経過後に上記スイッチSW2をオフ状態にして、前記立ち下がり開始時と同様に小さな定電流I3による低いスルーレイトで駆動信号を立ち下げて、立ち下がり終了時での高調波成分も取り除く。そして、駆動信号がロウレベルになると、スイッチSW3もオフ状態にして消費電流を削減する。このときには、MOSFETM5からの電流によって出力MOSFETM8はオン状態を維持するものとなる。
図12には、この発明に係るアドレスドライバの更に他の一実施例の回路図が示されている。この実施例は、前記駆動信号の立ち下がりの場合と同様に駆動信号の立ち上がり時に発生する高調波成分を少なくするようにした前記図1の変形例である。同図においては、前記図2に対応した等価回路図の形態で示されている。図1の回路に適用する場合には、差動トランジスタQ1とQ2の共通エミッタと回路の接地電位の間に、スイッチSW1と定電流源I1及びスイッチSW4と定電流源I4の並列回路が設けられる。この実施例における高調波成分を少なくする原理は、前記Nチャネル出力MOSFETM8の場合と同様であり、相対的に小さな電流の定電流源I4とスイッチSW4を追加して、前記定電流源I1とスイッチSW1と並列形態にして、駆動信号の立ち上がり時に定電流I4とI1を用いるようにするものである。
図13には、図12のアドレスドライバの動作の一例を説明するための波形図が示されている。同図においては、前記のように駆動信号の立ち上がり時に発生する高調波成分を少なくするために、スイッチSW4をオン状態にして小さな定電流I4による低いスルーレイトで駆動信号を立ち上げて、立ち上がり開始時の高調波成分を取り除く。そして、スイッチSW1をオン状態にして本来のスルーレイトに対応した定電流I1を流すようにする。このとき、電流I4+I1によってスルーレイトが決定されるので、前記図1の回路と同じスルーレイトとするなら、I4+I1が前記図1に示した定電流I1となるようにすればよい。
駆動信号がハイレベル(V2)になる前の一定期間経過後に上記スイッチSW1をオフ状態にして、前記立ち下がり開始時と同様に小さな定電流I4による低いスルーレイトで駆動信号を立ち上げて、立ち上がり終了時での高調波成分も取り除く。そして、駆動信号がロウレベルになると、図1の実施例回路ではスイッチSW1もオフ状態にして消費電流を削減する。そして、ゲート,ソース間寄生容量Cgsに保持された電圧でMOSFETM7のオン状態を維持する。なお、前記図8の実施例のようなレベル変換回路を用いた場合には、スイッチSW4をオン状態のままにしても消費電流は増加しない。
図14には、この発明に係る半導体集積回路装置LSIの一実施例の全体ブロック図が示されている。同図の各ブロックは、半導体基板上(LSI)における各回路ブロックの幾何学的な配置に合わせて示されている。半導体集積回路装置は、ドライバ部とコントロール部とが上下に分けられる。上記ドライバ部において、半導体集積回路装置の中央部に前記ロジック部が配置され、その両側にレベルシフト(前記レベル変換回路)とドライバが配置される。この結果、同図の半導体集積回路装置の両側からPDPのアドレス電極を駆動する上記出力端子OUTが並んで配置される。コントロール部とロジック部は、低電圧電源V1により動作させられ、レベルシフトとドライバには、上記高電源電圧V2が供給されて前記のような動作を行う。前記アドレスドライバ(データドライバ)とその駆動信号を形成する回路としてレベルシフトに対応して、ラッチが設けられる。このラッチは前記ロジック部に設けられる。ラッチに保持された表示信号が上記シフトレジスタ−ドライバを通して出力される。コトロール部には、クロックや入力データを受ける入力インターフェイス回路も含まれる。
図15には、この発明が適用されるプラズマ・ディスプレイ・パネル装置の一実施例の概略ブロック図が示されている。同図のPDP装置は、プラズマ・ディスプレイ・パネル1、X電極駆動回路2、Y電極駆動回路3、およびアドレス電極駆動回路(半導体集積回路装置)4などから構成されている。プラズマ・ディスプレイ・パネル1には、X電極5、Y電極6、およびアドレス電極7が設けられている。X電極駆動回路2は、駆動パルスに基づいてX電極5に印加するXパルスを出力する。Y電極駆動回路3は、駆動パルスに基づいてY電極6に印加するYパルスを出力する。アドレス電極駆動回路4は、前記図3の実施例に示した半導体集積回路装置LSIがプラズマ・ディスプレイ・パネル1に設けられたアドレス電極に対応した複数個から構成されており、表示データに基づいてアドレス電極7に印加するアドレスパルスを出力する。表示データは、たとえば、画像ビットデータ、およびラッチ信号などからなる。
この実施例のPDP装置においては、例えば256階調(8ビット)を得るために、ある時間の1フィールドを輝度の相対比が異なる8個のサブフィールドに分割し、画像ビット情報の最下位ビットから最上位ビットまで順番にサブフィールドを構成している。1サブフィールドは、リセット期間、アドレス期間、維持放電期間の3種類の期間によって構成されている。リセット期間においては、全画面一括消去、全画面一括書き込み、全画面一括消去の3つの動作が順になされる。アドレス期間においては、各サブフィールドに割り当てられた表示データの1つである画像ビット情報を各ライン毎に順に書き込む動作を行う。アドレス電極7では、表示ライン数にあたるn行分の画像ビット情報を、1行目から順にシリアルデータとして出力する。このとき、各アドレス電極では、表示させる放電セルのみにアドレスパルスを選択的に印加する。
上記Y電極6には、アドレス電極7に印加されるシリアルデータに対応して、Y電極6における最初の電極から1行ずつ順番に、アドレスパルスと同位相で、0Vの電圧にするスキャンパルスが印加される。これにより、アドレス電極7にアドレスパルスが印加されるとともに、Y電極6にスキャンパルスが印加されている場合にのみ、画像ビット情報が書き込まれる。そして、維持放電期間では、Y電極6とX電極5とに放電を維持させるためのサステインパルスを交互に印加する。このとき、アドレス電極7は0Vに固定しているが、アドレス期間において画像ビット情報が書き込まれた放電セルに残留している壁電荷とサステインパルスのみで再放電する。
図16には、この発明が適用されるマイクロコンピュータシステムの一実施例のブロック図が示されている。この実施例では、中央処理装置CPUを中心にして、メモリ回路SDRAMと信号処理回路ASICがアドレスバスA及びデータバスDを介して接続される。また、中央処理装置CPUからメモリ回路SDRAM及び信号処理回路ASICに向けてクロックを供給するCLK線路が設けられる。この実施例のCPUの場合、主記憶であるメモリ回路SDRAMとの大きなバンド幅を確保するため、CPUとSDRAMとは密な結合となっている。また、ブートストラップを行うためのIPLなどを格納するための固定記憶としてフラッシュメモリFLASHを上記信号処理回路ASICを通して接続している。フラッシュメモリFLASHは、あまり大きなバンド幅を必要としないためCPUとは疎な結合になっている。
本願発明が解決しようとしている問題は、並んで延長されて容量性負荷からなる複数の信号伝達経路における隣接伝達信号による負荷容量の変化に伴うスルーレイトの改善を行うものであり、前記のPDPのアドレス電極と同様にアドレスバスAは26本の信号線が並んで配置され、データバスDは32本の信号線が並んで配置される。CPUが64ビット構成又は128ビット構成のものでは、データバスDは64本や128本の信号線が並んで配置されることになる。したがって、従来のようにこれらのバスドライバをCMOS回路で構成した場合には、上記負荷変動の最大値に対応したスルーレイトを設定すると、負荷最小時にはスルーレイトが高すぎてオーバーシュートやアンダーシュートを発生させることの他、電源線線に大きなノイズを発生させてしまう。また、複数ビットからなる信号において、信号間の伝達速度にバラツキが生じて大きなスキューが発生してしまい高速な信号伝達を難しくする。そこで、CMOS出力回路を前記のような定電流駆動することによって、隣接信号線に伝えられる信号変化に対応して変化する負荷容量の大小に影響されないで、スルーレイトをほぼ一定に設定することができる。これによって、前記データバスDやアドレスバスAを駆動するバスドライバにおいて、前記電源ノイズの発生を防止しつつ、伝達信号間のスキューも低減できるので、高速な信号伝達を可能にすることができる。
このようなCPUやASICのような半導体集積回路装置においては、内部回路が約1.2Vのような低電圧で動作させられ、外部との信号のやり取りを行う入出力回路では、3.3Vのような高電圧で動作させられるものがある。この場合には、1.2Vの信号振幅を3.3Vのような信号振幅にレベル変換するレベル変換回路が必要になるので、前記図1や図8のようなレベル変換回路をそのまま利用して出力ドライバを構成することができる。図1の場合、差動トランジスタQ1とQ2は、MOSFETに置き換えることも可能である。
以上説明した本願発明においては、負荷が軽い場合のトランジェント時間が短くなりすぎて輻射の問題が発生する事を防ぐことができる。立ち下り波形、立ち上がり波形を変えてより輻射の少ない立ち上がり立下り特性も実現できる。したがって、アドレスドライバに適用した場合には、PDPパネルから輻射対策のフィルタを取ることができる。本願においては、電流駆動のスルーレイトにより特性を決めるようにするものであり、従来のように外部負荷と出力のドライバビリティでスルーレイト特性が決まらない為、負荷が小さくなっても立ち上がり立下り特性が速くなり過ぎない。また、出力が変化している時に駆動電流を変えることにより立ち上がり立下り波形をより輻射の出しにくい波形にすることができる。
以上本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、図1の実施例において差動トランジスタQ1とQ2は、CMOSプロセスで形成する場合、NチャネルMOSFETが形成されるP型ウェルをベース領域とし、ソース,ドレインの拡散層をエミッタ及びコレクタとして用いるようなラテラル型トランジスタ、あるいはバイポーラ−CMOS回路技術によりバーチカル型トランジスタで構成するものであってもよい。この発明は、PDPのアドレス電極ドライバのように並んで延長されて容量性負荷からなる複数の信号伝達経路に信号出力を行う複数の出力回路を備えた半導体集積回路装置、及びそれを用いて構成される表示装置及びシステムに広く利用できる。
Q1,Q2…トランジスタ、M1〜M28…MOSFET、SW1〜SW4…スイッチ手段、I1〜I4…電流源、DZ…ツェナーダイオード、Cgs,Cgd…寄生容量、
1…プラズマ・ディスプレイ・パネル、2…X電極駆動回路、3…Y電極駆動回路、4,4a〜4c…アドレス電極駆動回路、5…X電極、6…Y電極、7…アドレス電極、
1…プラズマ・ディスプレイ・パネル、2…X電極駆動回路、3…Y電極駆動回路、4,4a〜4c…アドレス電極駆動回路、5…X電極、6…Y電極、7…アドレス電極、
Claims (13)
- 並んで延長され、容量性負荷からなる複数の信号伝達経路それぞれに信号出力を行うべき複数の出力回路と、
第1電源電圧が供給される第1電圧端子と、
第2電源電圧が供給される第2電圧端子とを備え、
上記出力回路は、
上記第1電圧端子にソースが接続され、ドレインが上記複数の信号伝達経路のそれぞれに接続されるべき第1導電型の第1出力MOSFETと、
上記第2電圧端子にソースが接続され、ドレインが上記複数の信号伝達経路のそれぞれに接続されるべき第2導電型の第2出力MOSFETと、
上記信号出力に対応して上記第1出力MOSFETをオフ状態からオン状態にさせるときにゲートに定電流を流す第1駆動回路と、
上記信号出力に対応して上記第2出力MOSFETを上記第1出力MOSFETと相補的にスイッチングさせる第2駆動回路とを備えてなることを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項1において、
上記第2駆動回路は、上記信号出力に対応して上記第2出力MOSFETをオフ状態からオン状態にさせるときにゲートに定電流を流すものであることを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項2において、
上記第1、第2駆動回路は、上記第1電源電圧よりも小さな第3電源電圧が供給される第3電圧端子と上記第2電源電圧が供給される第4電圧端子に接続され、
上記第2電源電圧は回路の接地電位とされることを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項3において、
上記第1駆動回路は、
上記第3電源電圧に対応した相補信号を受ける差動トランジスタと、
上記差動トランジスタのコレクタと上記第1電圧端子との間に設けられた電流ミラー形態のMOSFETと、
上記差動トランジスタの共通エミッタと上記第4電圧端子との間に設けられた第1スイッチと第1定電流源の直列回路とを含み、
上記第1スイッチは、上記第1出力MOSFETをオフ状態からオン状態にさせる一定期間にオン状態にされることを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項4において、
上記第1導電型の第1出力MOSFETは、PチャネルMOSFETであり、ゲートとソース間には、ゲート耐圧電圧以下のツェナーダイオードが設けられてなることを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項3において、
上記第1駆動回路は、
上記第3電源電圧に対応した相補信号をゲートに受け、ソースが第4電圧端子に接続された一対のNチャネルMOSFETと、上記一対のNチャネルMOSFETのドレインと上記第1電圧端子との間に設けられ、ゲートとドレインとが交差接続されてラッチ形態とされた一対のPチャネルMOSFETとからなり、上記第3電源電圧に対応した信号レベルを上記第1電源電圧に対応した信号レベルに変換するレベル変換回路と、
上記レベル変換回路の出力信号をゲートに受けて、上記第1出力MOSFETのゲートとソースを短絡してオフ状態にさせる駆動PチャネルMOSFETと、
上記駆動PチャネルMOSFETのドレインと上記第4電圧端子間に設けられて上記駆動PチャネルMOSFETと相補的にオン状態にされる第1スイッチと第1定電流源の直列回路とを含むことを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項3において、
上記第2駆動回路は、
上記第4電源端子に一端が接続された第2定電流源と、
上記第2定電流源に一端が接続された第2スイッチと、
上記第2スイッチと上記第3電圧端子との間に設けられたダイオート形態の第1PチャネルMOSFETと、
上記第1PチャネルMOSFETと電流ミラー形態にされた第2PチャネルMOSFETとを含み、
上記第2PチャネルMOSFETのドレイン出力電流が上記第2出力MOSFETのゲートに供給されることを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項7において、
上記第2駆動回路は、上記第2電源電圧で動作するCMOSインバータ回路を更に備えてなり、
上記CMOSインバータ回路は、入力端子に上記出力信号に対応した入力信号が供給され、出力端子が上記第2出力MOSFETのゲートに接続され、
上記CMOSインバータ回路を構成するPチャネルMOSFETは、第2出力MOSFETのゲート電圧を第3電圧端子の電圧に維持する小さな電流供給能力を持ち、第2駆動回路よりも小さな上記電流供給能力を持つようにされてなることを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項7において、
上記第2スイッチがオン状態にされる前に上記CMOSインバータ回路のPチャネルMOSFETがオン状態にされることを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項6において、
上記第1定電流源は、
相対的に小さな電流を形成する第1回路と
上記第1回路よりも相対的に大きな電流を形成する第2回路とからなり、
上記第1スイッチは、上記第1回路に対応した第3スイッチと第2回路に対応した第4スイッチからなり、
上記第3スイッチをオン状態にした後に第4スイッチをオン状態にさせることを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項7において、
上記第2定電流源は、
相対的に小さな電流を形成する第3回路と
上記第3回路よりも相対的に大きな電流を形成する第4回路とからなり、
上記第2スイッチは、上記第3回路に対応した第5スイッチと第4回路に対応した第6スイッチからなり、
上記第5スイッチをオン状態にした後に第6スイッチをオン状態にさせることを特徴とする半導体集積回路装置。 - 並んで延長され、容量性負荷からなる複数の信号伝達経路それぞれに信号出力を行うべき複数の出力回路と、
第1電源電圧が供給される第1電圧端子と、
第2電源電圧が供給される第2電圧端子とを備え、
上記出力回路は、
上記第1電圧端子にソースが接続され、ドレインが上記複数の信号伝達経路のそれぞれに接続されるべき第1導電型の第1出力MOSFETと、
上記第2電圧端子にソースが接続され、ドレインが上記複数の信号伝達経路のそれぞれに接続されるべき第2導電型の第2出力MOSFETと、
上記信号出力に対応して上記第1出力MOSFETをオフ状態からオン状態にさせるときにゲートに定電流を流す第1駆動回路と、
上記信号出力に対応して上記第2出力MOSFETを上記第1出力MOSFETと相補的にスイッチングさせる第2駆動回路とを備えてなる半導体集積回路装置と、
上記複数の信号伝達経路がアドレス電極とされるプラズマ・ディスプレイ・パネルとを含むことを特徴とする表示装置。 - 並んで延長され、容量性負荷からなる複数の信号伝達経路それぞれに信号出力を行うべき複数の出力回路と、
第1電源電圧が供給される第1電圧端子と、
第2電源電圧が供給される第2電圧端子とを備え、
上記出力回路は、
上記第1電圧端子にソースが接続され、ドレインが上記複数の信号伝達経路のそれぞれに接続されるべき第1導電型の第1出力MOSFETと、
上記第2電圧端子にソースが接続され、ドレインが上記複数の信号伝達経路のそれぞれに接続されるべき第2導電型の第2出力MOSFETと、
上記信号出力に対応して上記第1出力MOSFETをオフ状態からオン状態にさせるときにゲートに定電流を流す第1駆動回路と、
上記信号出力に対応して上記第2出力MOSFETを上記第1出力MOSFETと相補的にスイッチングさせる第2駆動回路とを備えてなる半導体集積回路装置を含み、
上記信号伝達経路がアドレスバス又はデータバスとされ、
上記半導体集積回路装置は上記アドレスバス又はデータバスに接続される中央処理装置又はメモリ回路を構成することを特徴とするシステム。
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