JPH0319425A - ドライバ回路 - Google Patents
ドライバ回路Info
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- JPH0319425A JPH0319425A JP2123223A JP12322390A JPH0319425A JP H0319425 A JPH0319425 A JP H0319425A JP 2123223 A JP2123223 A JP 2123223A JP 12322390 A JP12322390 A JP 12322390A JP H0319425 A JPH0319425 A JP H0319425A
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- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 38
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- YSCNMFDFYJUPEF-OWOJBTEDSA-N 4,4'-diisothiocyano-trans-stilbene-2,2'-disulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C1=CC(N=C=S)=CC=C1\C=C\C1=CC=C(N=C=S)C=C1S(O)(=O)=O YSCNMFDFYJUPEF-OWOJBTEDSA-N 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
- H03K19/003—Modifications for increasing the reliability for protection
- H03K19/00369—Modifications for compensating variations of temperature, supply voltage or other physical parameters
- H03K19/00384—Modifications for compensating variations of temperature, supply voltage or other physical parameters in field effect transistor circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
- H03K19/0175—Coupling arrangements; Interface arrangements
- H03K19/0185—Coupling arrangements; Interface arrangements using field effect transistors only
- H03K19/018557—Coupling arrangements; Impedance matching circuits
- H03K19/018571—Coupling arrangements; Impedance matching circuits of complementary type, e.g. CMOS
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- Mathematical Physics (AREA)
- Logic Circuits (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
A.産業上の利用分野
本発明はドライバ回路に関し、具体的にはドライバ回路
と相互接続された伝送線との間のインピーダンスの不整
合をほとんどまたは全くなくすることを目的とする、伝
送線等のチップ外のネットワークまたは回路に接続され
た、相補型金属酸化物半導体(CMOS)技術によるプ
ッシュ・プル型のドライバ回路に関するものである。
と相互接続された伝送線との間のインピーダンスの不整
合をほとんどまたは全くなくすることを目的とする、伝
送線等のチップ外のネットワークまたは回路に接続され
た、相補型金属酸化物半導体(CMOS)技術によるプ
ッシュ・プル型のドライバ回路に関するものである。
B,従来の技術
既知のCMOSドライバ回路またはバッファ回路は、ド
ライバ回路の出力段で、デバイスやトランジスタが制御
される方式の結果、および製造プロセス、温度、供給電
圧の変動等により、その出力インピーダンスが比較的大
きく変動する。これらのドライバ回路が伝送線に接続さ
れると、インピーダンスの不整合を生じ、著しい電圧反
射および電圧のオーバシュートやアンダシュートの問題
が発生する。このような状況では、システムの性能が悪
影響を受ける。
ライバ回路の出力段で、デバイスやトランジスタが制御
される方式の結果、および製造プロセス、温度、供給電
圧の変動等により、その出力インピーダンスが比較的大
きく変動する。これらのドライバ回路が伝送線に接続さ
れると、インピーダンスの不整合を生じ、著しい電圧反
射および電圧のオーバシュートやアンダシュートの問題
が発生する。このような状況では、システムの性能が悪
影響を受ける。
従来技術では、米国特許第481248θ号明細書は、
増幅手段と、出力段と増幅手段との間に結合された、増
幅手段の信号伝達特性を出力段の出力電圧の関数として
変化させて、回路の応答速度を増大させるためのフィー
ドバック手段とを有する、CMOSドライバ回路を開示
している。
増幅手段と、出力段と増幅手段との間に結合された、増
幅手段の信号伝達特性を出力段の出力電圧の関数として
変化させて、回路の応答速度を増大させるためのフィー
ドバック手段とを有する、CMOSドライバ回路を開示
している。
米国特許第4542310号明細書には、動作速度を高
め効率を改善するため、プルアソブ・トランジスタと、
プルアップ・トランジスタの制御電極に完全に放電する
事前充電されたブートストラップ・キャパシタとを含む
、CMOSドライバ回路が開示されている。
め効率を改善するため、プルアソブ・トランジスタと、
プルアップ・トランジスタの制御電極に完全に放電する
事前充電されたブートストラップ・キャパシタとを含む
、CMOSドライバ回路が開示されている。
米国防衛公開第T955008号明細書は、CMOS出
力インバータを制御するため、回路の出力からPチャネ
ル・トランジスタおよびNチャネル・トランジスタへフ
ィードバックを行なうという、遅延回路を開示している
。
力インバータを制御するため、回路の出力からPチャネ
ル・トランジスタおよびNチャネル・トランジスタへフ
ィードバックを行なうという、遅延回路を開示している
。
IBMテクニカル・ディスクロージャ・ブルテン(IB
M Technical Disclosure Bu
lletin)、Vo l.25、No.7A (19
82年12月)、1).3505には、分圧器として機
能し、ドライバのプルダウン・デバイスの最適動作電圧
をもたらす、第1および第2のデブリーション・デバイ
スを有するドライバが開示されている。プルダウン・デ
バイスは、ドライバの出力段から、第1および第2のデ
ブリーション・デバイスの一方の制御電極へ正のフィー
ドバックを行なう。プルダウン・デバイスのドレインの
可変電圧は、他方のデプリーシaン・デバイスを出力負
荷と直列に付加することにより、可変電流に変換される
。
M Technical Disclosure Bu
lletin)、Vo l.25、No.7A (19
82年12月)、1).3505には、分圧器として機
能し、ドライバのプルダウン・デバイスの最適動作電圧
をもたらす、第1および第2のデブリーション・デバイ
スを有するドライバが開示されている。プルダウン・デ
バイスは、ドライバの出力段から、第1および第2のデ
ブリーション・デバイスの一方の制御電極へ正のフィー
ドバックを行なう。プルダウン・デバイスのドレインの
可変電圧は、他方のデプリーシaン・デバイスを出力負
荷と直列に付加することにより、可変電流に変換される
。
C.発明が解決しようとする課題
本発明の目的は、ドライバ回路の出力段のデバイスのチ
ャネル抵抗を適切に制御することにより、ドライビング
・インピーダンスの精度の許容誤差を改善した、従来よ
り簡単な高性能のドライバ回路を提供することにある。
ャネル抵抗を適切に制御することにより、ドライビング
・インピーダンスの精度の許容誤差を改善した、従来よ
り簡単な高性能のドライバ回路を提供することにある。
D.課題を解決するための手段
本発明の方法によれば、第1および第2の基準電位点を
備えた電圧源と、出力端子および第1と第2の基準電位
点の間に結合された第1の導電型の第1のトランジスタ
とを含む出力段を有し、第1のトランジスタが出力端子
と第1および第2の基準電位点の一方との間に結合され
た、ドライバ回路が提供される。それぞれ第2の導電型
を存する第2および第3のトランジスタを有する分圧器
も、第1と第2の基準電位点の間に結合されている。第
2と第3のトランジスタの間の共通点は、第1のトラン
ジスタの制御電極に接続され、入力端子は第2のトラン
ジスタの制御電極に接続され、出力端子は第3のトラン
ジスタの制@電極ニ接続されている。
備えた電圧源と、出力端子および第1と第2の基準電位
点の間に結合された第1の導電型の第1のトランジスタ
とを含む出力段を有し、第1のトランジスタが出力端子
と第1および第2の基準電位点の一方との間に結合され
た、ドライバ回路が提供される。それぞれ第2の導電型
を存する第2および第3のトランジスタを有する分圧器
も、第1と第2の基準電位点の間に結合されている。第
2と第3のトランジスタの間の共通点は、第1のトラン
ジスタの制御電極に接続され、入力端子は第2のトラン
ジスタの制御電極に接続され、出力端子は第3のトラン
ジスタの制@電極ニ接続されている。
本発明のドライバ回路のプッシュ・プル配置構成では、
出力段は、出力端子と他方の基準電位点の間に接続され
た、第2の導電型の第4のトランジスタをも含み、ドラ
イバ回路はさらに、第1と第2の基準電位点の間に接続
された、それぞれ第1の導電型の第5および第6のトラ
ンジスタを有する、第2の分圧器を含む。第5と第6の
トランジスタの間の共通点は、第4のトランジスタの制
御電極に接続され、入力端子は第5のトランジスタの制
御電極に接続され、出力端子は第6のトランジスタの制
御電極に接続されている。
出力段は、出力端子と他方の基準電位点の間に接続され
た、第2の導電型の第4のトランジスタをも含み、ドラ
イバ回路はさらに、第1と第2の基準電位点の間に接続
された、それぞれ第1の導電型の第5および第6のトラ
ンジスタを有する、第2の分圧器を含む。第5と第6の
トランジスタの間の共通点は、第4のトランジスタの制
御電極に接続され、入力端子は第5のトランジスタの制
御電極に接続され、出力端子は第6のトランジスタの制
御電極に接続されている。
E.実施例
第2図に、従来のCMOS技術による既知のドライバ回
路またはパッファ回路の回路図を示す。
路またはパッファ回路の回路図を示す。
図のCMOS回路は、対角線を引いた長方形で示すPチ
ャネル電界効果トランジスタと、その長方形の一辺に隣
接した平行線で示すゲートまたは制御電極、および対角
線のない長方形で示ナNチャネル電界効果トランジスタ
と、その長方形の一辺に隣接した平行線で示すゲートま
たは制御電極を有する。
ャネル電界効果トランジスタと、その長方形の一辺に隣
接した平行線で示すゲートまたは制御電極、および対角
線のない長方形で示ナNチャネル電界効果トランジスタ
と、その長方形の一辺に隣接した平行線で示すゲートま
たは制御電極を有する。
第2図に示した既知のドライバ回路またはバッファ回路
は、入力端子INと、第1の基準電位点を正電圧端子V
DDとし、第2の基準電位点をアースとする、電圧源に
接続され直列に配置されたPチャネルおよびNチャネル
電界効果トランジスタを有する第1のCMOSインバー
タIfとを含み、Nチャネル電界効果トランジスタは、
Pチャネル電界効果トランジスタと大地の間に配設され
ている。ノードN1で示す出力は、上記2つのトランジ
スタの間の共通点にある。この既知のドライバ回路はま
た、第1と第2の基準電位点の間に結合され、直列に配
置されたPチャネルおよびNチャネル電界効果トランジ
スタを有する第2のCMOSインバータI2を含み、そ
の入力は第1のインバータI1の出力ノードN1に接続
され、第2のインバータI2の出力は出力端子OUTに
接続されている。
は、入力端子INと、第1の基準電位点を正電圧端子V
DDとし、第2の基準電位点をアースとする、電圧源に
接続され直列に配置されたPチャネルおよびNチャネル
電界効果トランジスタを有する第1のCMOSインバー
タIfとを含み、Nチャネル電界効果トランジスタは、
Pチャネル電界効果トランジスタと大地の間に配設され
ている。ノードN1で示す出力は、上記2つのトランジ
スタの間の共通点にある。この既知のドライバ回路はま
た、第1と第2の基準電位点の間に結合され、直列に配
置されたPチャネルおよびNチャネル電界効果トランジ
スタを有する第2のCMOSインバータI2を含み、そ
の入力は第1のインバータI1の出力ノードN1に接続
され、第2のインバータI2の出力は出力端子OUTに
接続されている。
周知のように、この従来技術によるCMOSドライバ回
路は、第2すなわち出力インバータI2のPチャネルお
よびNチャネル電界効果トランジスタが制御される方式
のせいで、また製造プロセス、温度、および供給電圧の
変動により、その出力インピーダンスの変動が比較的大
きい。第3図のグラフは、入力端子INの電圧がOV1
すなわち人力端子が接地されているときの、出力端子O
UTに接続された伝送線に印加される外部電圧に対して
プロットした、既知のドライバ出力インピーダンスの変
動を破線Aで示す。この場合、伝送線のインピーダンス
は40Ωであり、第2図の既知のドライバ回路は、40
Ωの整合インピーダンスを持つように設計されていると
仮定する。第3図からわかるように、この既知のドライ
バ回路では、出力インピーダンスは、伝送線に印加され
る外部電圧が約3.5Vのときだけ、伝送線のインピー
ダンスと一致する。インピーダンスが400の伝送線の
電圧がOVの場合、この既知のドライバ回路の出力イン
ピーダンスはわずか約300となり、伝送線と既知のド
ライバ回路のインピーダンスの間に不整合が生じ、伝送
線における好ましくない電圧反射の原因となる。この既
知のドライバ回路におけるこのような出力インピーダン
スの低下は、第2のインバータI2のNチャネル・デバ
イスのゲート電圧が高く、伝送線およびこのNチャネル
・デバイスのドレイン電圧が低いために生じる。やはり
第3図の曲線Aからわかるように、インピーダンスが4
00の伝送線の電圧が+5Vの場合、既知のドライバ回
路の出力インピーダンスは約500と高くなり、この場
合も、伝送線と既知のドライバ回路のインピーダンスの
間に不整合が生じ、やはり伝送線における好ましくない
電圧反射の原因となる。既知のドライバ回路におけるこ
のようナ出力インピーダンスの上昇は、第2のインバー
タI2のNチャネル・デバイスのゲート電圧が高く,伝
送線およびこのNチャネル・デバイスのドレイン電圧も
同様に高いために生じる。
路は、第2すなわち出力インバータI2のPチャネルお
よびNチャネル電界効果トランジスタが制御される方式
のせいで、また製造プロセス、温度、および供給電圧の
変動により、その出力インピーダンスの変動が比較的大
きい。第3図のグラフは、入力端子INの電圧がOV1
すなわち人力端子が接地されているときの、出力端子O
UTに接続された伝送線に印加される外部電圧に対して
プロットした、既知のドライバ出力インピーダンスの変
動を破線Aで示す。この場合、伝送線のインピーダンス
は40Ωであり、第2図の既知のドライバ回路は、40
Ωの整合インピーダンスを持つように設計されていると
仮定する。第3図からわかるように、この既知のドライ
バ回路では、出力インピーダンスは、伝送線に印加され
る外部電圧が約3.5Vのときだけ、伝送線のインピー
ダンスと一致する。インピーダンスが400の伝送線の
電圧がOVの場合、この既知のドライバ回路の出力イン
ピーダンスはわずか約300となり、伝送線と既知のド
ライバ回路のインピーダンスの間に不整合が生じ、伝送
線における好ましくない電圧反射の原因となる。この既
知のドライバ回路におけるこのような出力インピーダン
スの低下は、第2のインバータI2のNチャネル・デバ
イスのゲート電圧が高く、伝送線およびこのNチャネル
・デバイスのドレイン電圧が低いために生じる。やはり
第3図の曲線Aからわかるように、インピーダンスが4
00の伝送線の電圧が+5Vの場合、既知のドライバ回
路の出力インピーダンスは約500と高くなり、この場
合も、伝送線と既知のドライバ回路のインピーダンスの
間に不整合が生じ、やはり伝送線における好ましくない
電圧反射の原因となる。既知のドライバ回路におけるこ
のようナ出力インピーダンスの上昇は、第2のインバー
タI2のNチャネル・デバイスのゲート電圧が高く,伝
送線およびこのNチャネル・デバイスのドレイン電圧も
同様に高いために生じる。
第4図のグラフは、入力端子INの電圧が+5Vのとき
の、出力端子OUTに接続された伝送線に印加される外
部電圧に対してプロットした、既知のドライバの出力イ
ンピーダンスの変動を破線で示す。この場合も、伝送線
のインピーダンスは40Ωであり、第2図の既知のドラ
イバ回路は、40Ωの出力インピーダンスを持つように
設計されていると仮定する。図からわかるように、この
既知のドライバ回路では、出力インピーダンスは、伝送
線に印加される外部電圧が約2Vのときだけ、伝送線の
インピーダンスと一致する。インピーダンスが400の
伝送線の電圧がOVの場合、この既知のドライバ回路の
出力インピーダンスは約450と高くなり、伝送線と既
知のドライバ回路のインピーダンスの間に不整合が生じ
、伝送線における好ましくない電圧反射の原因となる。
の、出力端子OUTに接続された伝送線に印加される外
部電圧に対してプロットした、既知のドライバの出力イ
ンピーダンスの変動を破線で示す。この場合も、伝送線
のインピーダンスは40Ωであり、第2図の既知のドラ
イバ回路は、40Ωの出力インピーダンスを持つように
設計されていると仮定する。図からわかるように、この
既知のドライバ回路では、出力インピーダンスは、伝送
線に印加される外部電圧が約2Vのときだけ、伝送線の
インピーダンスと一致する。インピーダンスが400の
伝送線の電圧がOVの場合、この既知のドライバ回路の
出力インピーダンスは約450と高くなり、伝送線と既
知のドライバ回路のインピーダンスの間に不整合が生じ
、伝送線における好ましくない電圧反射の原因となる。
この既知のドライバ回路におけるこのような出力インピ
ーダンスの上昇は、第2のインバータI2のNチャネル
・デバイスのゲート電圧が低く、伝送線およヒコのNチ
ャネル・デバイスのドレイン電圧も同様に低いために生
じる。やはり第4図の曲線Bからわかるように、インピ
ーダンスが400の伝送線の電圧が+5Vの場合、既知
のドライバ回路の出力インピーダンスは約350と低く
なり、伝送線と既知のドライバ回路のインピーダンスの
間に不整合が生じ、やはり伝送線における好ましくない
電圧反射の原因となる。既知のドライバ回路におけるこ
のような出力インピーダンスの低下は、第2のインバー
タI2のNチャネル・デバイスのゲート電圧が低く、伝
送線およびこのNチャネル・デバイスのトレイン電圧が
高いために生じる。したがって、第2図に示すタイプの
ドライバ回路またはバッファ回路は、高性能の回路中で
は満足に使用できないことが分る。
ーダンスの上昇は、第2のインバータI2のNチャネル
・デバイスのゲート電圧が低く、伝送線およヒコのNチ
ャネル・デバイスのドレイン電圧も同様に低いために生
じる。やはり第4図の曲線Bからわかるように、インピ
ーダンスが400の伝送線の電圧が+5Vの場合、既知
のドライバ回路の出力インピーダンスは約350と低く
なり、伝送線と既知のドライバ回路のインピーダンスの
間に不整合が生じ、やはり伝送線における好ましくない
電圧反射の原因となる。既知のドライバ回路におけるこ
のような出力インピーダンスの低下は、第2のインバー
タI2のNチャネル・デバイスのゲート電圧が低く、伝
送線およびこのNチャネル・デバイスのトレイン電圧が
高いために生じる。したがって、第2図に示すタイプの
ドライバ回路またはバッファ回路は、高性能の回路中で
は満足に使用できないことが分る。
第1図は、相互接続した伝送線に印加される外部電圧の
広い範囲にわたってほぼ一定の出力インピーダンスを与
える、本発明のドライバ回路の好ましい実施例の回路図
を示す。
広い範囲にわたってほぼ一定の出力インピーダンスを与
える、本発明のドライバ回路の好ましい実施例の回路図
を示す。
第1図のドライバ回路は、CMOS技術によって製造し
たもので、それぞれ電圧が約+4.5〜5.5V(好ま
しくは+5V)の電圧源の正の電圧端子VDDに接続さ
れたソースを有する、第1、第2、第3のPチャネル電
界効果トランジスタ.TPi、TP2、TP3と、それ
ぞれ電圧源の基準電位点、好ましくはアースに接続され
たソースを有する、第1、第2、第3のNチャネル電界
効果トランジスタTNI、TN2、TN3を有する。
たもので、それぞれ電圧が約+4.5〜5.5V(好ま
しくは+5V)の電圧源の正の電圧端子VDDに接続さ
れたソースを有する、第1、第2、第3のPチャネル電
界効果トランジスタ.TPi、TP2、TP3と、それ
ぞれ電圧源の基準電位点、好ましくはアースに接続され
たソースを有する、第1、第2、第3のNチャネル電界
効果トランジスタTNI、TN2、TN3を有する。
第4のPチャネル電界効果トランジスタTP4が、第2
のPチャネル・トランジスタTP2のドレインと大地の
間に接続され、第4のNチャネル電界効果トランジスタ
TN4が、第2のNチャネル・トランジスタTN2のド
レインと電圧供給端子VDDの間に接続されている。第
2および第4のPチャネル・トランジスタTP2および
TP4は、端子VDDと大地の間に接続された第1の分
圧器を形成し、第2および第4のNチャネル・トランジ
スタTN2およびTN4は、やはり端子VDDと大地の
間に接続された第2の分圧器を形成する。
のPチャネル・トランジスタTP2のドレインと大地の
間に接続され、第4のNチャネル電界効果トランジスタ
TN4が、第2のNチャネル・トランジスタTN2のド
レインと電圧供給端子VDDの間に接続されている。第
2および第4のPチャネル・トランジスタTP2および
TP4は、端子VDDと大地の間に接続された第1の分
圧器を形成し、第2および第4のNチャネル・トランジ
スタTN2およびTN4は、やはり端子VDDと大地の
間に接続された第2の分圧器を形成する。
第1および第2の分圧器は、第3のPチャネルおよびN
チャネル・トランジスタTP3およびTN3の制御電極
の電圧を制御するドライブ制限ブロックとして使用され
る。第2と第4のNチャネル・トランジスタTN2とT
N4の間の共通点N2は、第3のPチャネル・トランジ
スタTP3の制御電極と、第1のPチャネル・トランジ
スタTPIのドレインとに接続され、第2と第4のPチ
ャネル・トランジスタTP2とTP4の間の共通点N3
は、第3のNチャネル・トランジスタTN3の制御電極
と、第1のNチャネル・トランジスタTNIのドレイン
とに接続されている。入力端子INは、第1および第2
のPチャネル・トランジスタTP1およびTP2の制御
電極と、第1および第2のNチャネル・トランジスタT
NIおよびTN2の制御電極とに接続されている。出力
端子OUTは、第1の負荷抵抗R1を介して第3のPチ
ャネル・トランジスタTP3のドレインに、また第2の
負荷抵抗R2を介して第3のNチャネル・トランジスタ
TN3のドレインに接続されている。トランジスタTP
3およびTN3、抵抗R1およびR2は、出力端子OU
Tとともに、ドライバ回路の出力段を形成する。たとえ
ば40Ωの特性インピーダンスを有する伝送線TLが、
出力端子OUTに接続されている。
チャネル・トランジスタTP3およびTN3の制御電極
の電圧を制御するドライブ制限ブロックとして使用され
る。第2と第4のNチャネル・トランジスタTN2とT
N4の間の共通点N2は、第3のPチャネル・トランジ
スタTP3の制御電極と、第1のPチャネル・トランジ
スタTPIのドレインとに接続され、第2と第4のPチ
ャネル・トランジスタTP2とTP4の間の共通点N3
は、第3のNチャネル・トランジスタTN3の制御電極
と、第1のNチャネル・トランジスタTNIのドレイン
とに接続されている。入力端子INは、第1および第2
のPチャネル・トランジスタTP1およびTP2の制御
電極と、第1および第2のNチャネル・トランジスタT
NIおよびTN2の制御電極とに接続されている。出力
端子OUTは、第1の負荷抵抗R1を介して第3のPチ
ャネル・トランジスタTP3のドレインに、また第2の
負荷抵抗R2を介して第3のNチャネル・トランジスタ
TN3のドレインに接続されている。トランジスタTP
3およびTN3、抵抗R1およびR2は、出力端子OU
Tとともに、ドライバ回路の出力段を形成する。たとえ
ば40Ωの特性インピーダンスを有する伝送線TLが、
出力端子OUTに接続されている。
第3図のグラフの実線Cを参照するとわかるように、第
1図のドライバ回路のトランジスタまたはデバイスを、
伝送線TLのインピーダンス40Ωに整合ナるようにそ
の出力インピーダンスを400に設計することにより、
本発明のドライバ回路の出力インピーダンスは、端子I
Nの入力電圧がOV1すなわち端子INが接地されてい
るとき、伝送線TLに印加される外部電圧の広い範囲に
わたって、きわめて一定に保たれる。具体的には、曲線
Cからわかるように、外部電圧がOVのとき、本発明の
ドライバ回路の出力インピーダンスは約390であり、
その後外部電圧が+5■になっても、出力インピーダン
スはせいぜい約400にしか増大しない。同様に、端子
INの入力電圧が+5Vのときも、第4図のグラフに実
線Dで示すように、本発明のドライバ回路の出力インピ
ーダンスは、伝送線TLに印加される外部電圧の広い範
囲にわたって、きわめて一定に保たれる。具体的には、
曲線Dからわかるよろに、外部電圧がOVのとき、本発
明のドライバ回路の出力インピーダンスは約410であ
り、その後出力インピーダンスは約400に低下して約
400に保たれ、外部から印加される電圧が+5Vにな
ると、わずかに上昇して約41Ωになる。したがって、
本発明のドライバ回路の出力インピーダンスをたとえば
40Ωに設計すると、入力端子INの電圧がOV(2進
数Oで表す)であろうと+5V(2進数1で表す)であ
ろうと、伝送線に外部から印加される電圧の広い範囲に
わたって、伝送線の特性インピーダンス40Ωによく整
合することが分かる。
1図のドライバ回路のトランジスタまたはデバイスを、
伝送線TLのインピーダンス40Ωに整合ナるようにそ
の出力インピーダンスを400に設計することにより、
本発明のドライバ回路の出力インピーダンスは、端子I
Nの入力電圧がOV1すなわち端子INが接地されてい
るとき、伝送線TLに印加される外部電圧の広い範囲に
わたって、きわめて一定に保たれる。具体的には、曲線
Cからわかるように、外部電圧がOVのとき、本発明の
ドライバ回路の出力インピーダンスは約390であり、
その後外部電圧が+5■になっても、出力インピーダン
スはせいぜい約400にしか増大しない。同様に、端子
INの入力電圧が+5Vのときも、第4図のグラフに実
線Dで示すように、本発明のドライバ回路の出力インピ
ーダンスは、伝送線TLに印加される外部電圧の広い範
囲にわたって、きわめて一定に保たれる。具体的には、
曲線Dからわかるよろに、外部電圧がOVのとき、本発
明のドライバ回路の出力インピーダンスは約410であ
り、その後出力インピーダンスは約400に低下して約
400に保たれ、外部から印加される電圧が+5Vにな
ると、わずかに上昇して約41Ωになる。したがって、
本発明のドライバ回路の出力インピーダンスをたとえば
40Ωに設計すると、入力端子INの電圧がOV(2進
数Oで表す)であろうと+5V(2進数1で表す)であ
ろうと、伝送線に外部から印加される電圧の広い範囲に
わたって、伝送線の特性インピーダンス40Ωによく整
合することが分かる。
したがって、40Ωの伝送線を本発明のドライバ回路の
出力に相互接続すると、伝送線中の好ましくない電圧反
射は、あったとしてもごくわずかであり、きわめて高性
能の回路が得られる。
出力に相互接続すると、伝送線中の好ましくない電圧反
射は、あったとしてもごくわずかであり、きわめて高性
能の回路が得られる。
本発明のドライバ回路の出力における出力インピーダン
スを一定にするため、ドライバ回路の出力段のPチャネ
ルおよびNチャネル・トランジスタTP3およびTN3
の制御電極すなわちゲートの電圧を、デバイスの導適時
に適切に制御する必要がある。制御の性質は、Pチャネ
ルおよびNチャネル・トランジスタTP3およびTN3
のゲート電圧が、PチャネルおよびNチャネル・トラン
ジスタTP3およびTN3のドレイン電圧を追跡して、
補償変動を除き、制御電圧すなわちゲートの電圧と出力
トランジスタTP3およびTN3のそれぞれのドレイン
の電圧との差を一定にする必要があるようなものである
。その制御電極が出力端子OUTに接続されたPチャネ
ル・トランジスタTP4の両端間にかかる電圧により、
出力Nチャネル・トランジスタTN3の制御電極におけ
るドライブが制限される。同様に、その制御電極が出力
端子OUTに接続されたNチャネル・トランジスタTN
4の両端間にかかる電圧により、出力Pチャネル・トラ
ンジスタTP3の制御電極におけるドライブが制限され
る。出力トランジスタTN3およびTP3の制御電極の
電圧が、トランジスタTN3およびTP3の導通時に注
意深く制御されることに特に注目されたい。
スを一定にするため、ドライバ回路の出力段のPチャネ
ルおよびNチャネル・トランジスタTP3およびTN3
の制御電極すなわちゲートの電圧を、デバイスの導適時
に適切に制御する必要がある。制御の性質は、Pチャネ
ルおよびNチャネル・トランジスタTP3およびTN3
のゲート電圧が、PチャネルおよびNチャネル・トラン
ジスタTP3およびTN3のドレイン電圧を追跡して、
補償変動を除き、制御電圧すなわちゲートの電圧と出力
トランジスタTP3およびTN3のそれぞれのドレイン
の電圧との差を一定にする必要があるようなものである
。その制御電極が出力端子OUTに接続されたPチャネ
ル・トランジスタTP4の両端間にかかる電圧により、
出力Nチャネル・トランジスタTN3の制御電極におけ
るドライブが制限される。同様に、その制御電極が出力
端子OUTに接続されたNチャネル・トランジスタTN
4の両端間にかかる電圧により、出力Pチャネル・トラ
ンジスタTP3の制御電極におけるドライブが制限され
る。出力トランジスタTN3およびTP3の制御電極の
電圧が、トランジスタTN3およびTP3の導通時に注
意深く制御されることに特に注目されたい。
下記の簡略式を参照すると、本発明がさらによく理解さ
れる。
れる。
Ids =B x (Vgs − Vt − Vds/
2) x Vds上式で、IdsはNチャネル・トラン
ジスタTN3中を流れる電流、Bはベータとも呼ばれ、
トランジスタTN3の幅/長さの比×ガンマ、すなわち
トランジスタTN3のトランスコンダクタンスで定数、
VgsはトランジスタTN3のゲートすなわち制御電極
とソースの間の電圧、VtはトランジスタTN3のしき
い電圧、VdsはトランジスタTN3のドレインとソー
スの間の電圧である。したがって、 dIds/dVds : B(Vgs − Vt
− Vds)Rds :dVds/dIds :
1/(B(Vgs − Vt − Vds))上式で
N RdsはトランジスタTN3のドレインとソースの
間の抵抗で、トランスコンダクタンスの逆数である。
2) x Vds上式で、IdsはNチャネル・トラン
ジスタTN3中を流れる電流、Bはベータとも呼ばれ、
トランジスタTN3の幅/長さの比×ガンマ、すなわち
トランジスタTN3のトランスコンダクタンスで定数、
VgsはトランジスタTN3のゲートすなわち制御電極
とソースの間の電圧、VtはトランジスタTN3のしき
い電圧、VdsはトランジスタTN3のドレインとソー
スの間の電圧である。したがって、 dIds/dVds : B(Vgs − Vt
− Vds)Rds :dVds/dIds :
1/(B(Vgs − Vt − Vds))上式で
N RdsはトランジスタTN3のドレインとソースの
間の抵抗で、トランスコンダクタンスの逆数である。
抵抗Rdsは、BとVgs − (Vt + Vds)
をほぼ一定にすることにより、ほぼ一定にすること
ができる。
をほぼ一定にすることにより、ほぼ一定にすること
ができる。
本発明のドライバ回路がプルダウン状態の場合は、各構
成要素は下記の役割を果たす。
成要素は下記の役割を果たす。
トランジスタTP2はオンになり、トランジスタTN3
の制御電極すなわちゲートをプルアップする。
の制御電極すなわちゲートをプルアップする。
トランジスタTP4は、出力端子OUTの電圧に応じて
、トランジスタTN3のゲートの電圧の上昇限度を制限
するデバイスである。
、トランジスタTN3のゲートの電圧の上昇限度を制限
するデバイスである。
トランジスタTN3は、そのチャネル抵抗が制御される
プルダウン・デバイスである。
プルダウン・デバイスである。
第2の抵抗R2は、出力電流をサンプリングし、これに
よりトランジスタTN3のソース・ドレイン電圧ととも
に、トランジスタTP4のゲートを通るフィードバック
を制御するための電圧成分を発生させる抵抗器である。
よりトランジスタTN3のソース・ドレイン電圧ととも
に、トランジスタTP4のゲートを通るフィードバック
を制御するための電圧成分を発生させる抵抗器である。
Nチャネル・トランジスタTN2、TN4および第1の
抵抗R1は、本発明のドライバ回路がプルアップ状態に
あるとき、Pチャネル・トランジスタTP3と同様に機
能する。
抵抗R1は、本発明のドライバ回路がプルアップ状態に
あるとき、Pチャネル・トランジスタTP3と同様に機
能する。
第1図のドライバ回路の動作中、入力端子INにたとえ
ばOVの低電圧が印加されると、第1のNチャネル・ト
ランジスタTNIがオフとなり、Pチャネル・トランジ
スタTPIおよびTP2はオンとなる。したがって、出
力端子OUTの電圧が、トランジスタTP4がオフの状
態に維持するのに十分な高さである限り、出力Pチャネ
ル・トランジスタTP3はオフとなり、出力Nチャネル
・トランジスタTN3はオンとなる。出力端子OUTの
電圧が、供給電圧VDDより、Pチャネル・トランジス
タTP4のしきい電圧以上低下したとき、トランジスタ
TP4は導通を開始し、これにより出力Nチャネル・ト
ランジスタTN3のゲート電圧が低下する。この時点か
ら、インピーダンスの整合を維持するために、出力Nチ
ャネル・トランジスタTN3の抵抗が注意深く制御され
る。
ばOVの低電圧が印加されると、第1のNチャネル・ト
ランジスタTNIがオフとなり、Pチャネル・トランジ
スタTPIおよびTP2はオンとなる。したがって、出
力端子OUTの電圧が、トランジスタTP4がオフの状
態に維持するのに十分な高さである限り、出力Pチャネ
ル・トランジスタTP3はオフとなり、出力Nチャネル
・トランジスタTN3はオンとなる。出力端子OUTの
電圧が、供給電圧VDDより、Pチャネル・トランジス
タTP4のしきい電圧以上低下したとき、トランジスタ
TP4は導通を開始し、これにより出力Nチャネル・ト
ランジスタTN3のゲート電圧が低下する。この時点か
ら、インピーダンスの整合を維持するために、出力Nチ
ャネル・トランジスタTN3の抵抗が注意深く制御され
る。
出力Nチャネル・トランジスタTN3のゲートに印加さ
れる電圧は、出力端子OUTの電圧より高いほぼ一定の
値であるが、これはPチャネル・トランジスタTP4の
しきい電圧の関数であり、したがって温度および製造プ
ロセス条件の関数でもある。PチャネルおよびNチャネ
ル・トランジスタの寸法と抵抗R2を適切に選択するこ
とにより、制御電極のドライブ電圧がNチャネル・トラ
ンジスタTNa中を通る電流に比例するよつな、望まし
い出力抵抗の値が得られる。
れる電圧は、出力端子OUTの電圧より高いほぼ一定の
値であるが、これはPチャネル・トランジスタTP4の
しきい電圧の関数であり、したがって温度および製造プ
ロセス条件の関数でもある。PチャネルおよびNチャネ
ル・トランジスタの寸法と抵抗R2を適切に選択するこ
とにより、制御電極のドライブ電圧がNチャネル・トラ
ンジスタTNa中を通る電流に比例するよつな、望まし
い出力抵抗の値が得られる。
特定の実施例で、40,80,および600Ωの抵抗に
ついて解析を行なった。これらの解析から、温度、供給
電圧、およびプロセス条件を一定に保つ限り、0〜3v
の出力範囲で、出力抵抗は±2%の範囲で線形であるこ
とが分かった。同様の条件で、第2図に示したドライバ
回路などの既知のドライバ回路中の出力電界効果トラン
ジスタの出力抵抗は、約±34%変動する。
ついて解析を行なった。これらの解析から、温度、供給
電圧、およびプロセス条件を一定に保つ限り、0〜3v
の出力範囲で、出力抵抗は±2%の範囲で線形であるこ
とが分かった。同様の条件で、第2図に示したドライバ
回路などの既知のドライバ回路中の出力電界効果トラン
ジスタの出力抵抗は、約±34%変動する。
出力電圧がO〜3vの場合の、温度T1プロセスNRN
,供給電圧VDDの関数としての抵抗Rの変動は、次の
とおりである。
,供給電圧VDDの関数としての抵抗Rの変動は、次の
とおりである。
VDD=+5V.正常プロセスNRN=0.5における
温度T依存性 上式で、NRNは、半導体プロセスモデル化技術で統計
的分布の特定の点を表すのに従来から用いている、公称
乱数である。この数が0.5より小さい場合は速いプロ
セスを示し、5.0より大きい場合は遅いプロセスを示
す。
温度T依存性 上式で、NRNは、半導体プロセスモデル化技術で統計
的分布の特定の点を表すのに従来から用いている、公称
乱数である。この数が0.5より小さい場合は速いプロ
セスを示し、5.0より大きい場合は遅いプロセスを示
す。
T 20℃ 55℃ 80″CR
0.85Ro Ro 1.IRo上
式で、Roは、55℃における公称抵抗値である。
0.85Ro Ro 1.IRo上
式で、Roは、55℃における公称抵抗値である。
第2図に示したタイプの既知のドライバ回路テは、後者
の状況における出力トランジスタの通常のバイアスによ
って、出力電圧がO〜3vのとき、抵抗の変動は0.5
2〜1.4Roとなる。
の状況における出力トランジスタの通常のバイアスによ
って、出力電圧がO〜3vのとき、抵抗の変動は0.5
2〜1.4Roとなる。
VDD=+5V1T=55℃におけるプロセスNRN依
存性 NRN O.06567 0.5 0.
909R O.85Ro Ro 1
.15Ro第2図に示したタイプの既知のドライバ回路
テは、後者の状況における出力トランジスタの通常のバ
イアスによって、出力電圧がO〜3Vの場合、抵抗の変
動は0.52〜1.5Roとなる。
存性 NRN O.06567 0.5 0.
909R O.85Ro Ro 1
.15Ro第2図に示したタイプの既知のドライバ回路
テは、後者の状況における出力トランジスタの通常のバ
イアスによって、出力電圧がO〜3Vの場合、抵抗の変
動は0.52〜1.5Roとなる。
T=55℃、NRN=0.5における電源VDD依存性
VDD 5.5 5 4.5R
0.95Ro Ro 1.IRo
第2図に示したタイプの既知のドライバ回路テは、後者
の状況における出力トランジスタの通常のバイアスによ
って、出力電圧が0〜3Vの場合、抵抗の変動は0.5
6〜1.52Roとなる。
0.95Ro Ro 1.IRo
第2図に示したタイプの既知のドライバ回路テは、後者
の状況における出力トランジスタの通常のバイアスによ
って、出力電圧が0〜3Vの場合、抵抗の変動は0.5
6〜1.52Roとなる。
極端な条件が同時に発生した場合、
T 20℃ 55℃ 85℃N R
N O.06567 0.5 0.9
09VDD 5.5 5 4.5
R O.72Ro Ro 1.4
Ro第2図に示したタイプの既知のドライバ回路では、
後者の状況における出力トランジスタの通常のバイアス
によって、出力電圧がO〜3Vの場合、抵抗の変動は0
.4〜1.9Roとなる。
N O.06567 0.5 0.9
09VDD 5.5 5 4.5
R O.72Ro Ro 1.4
Ro第2図に示したタイプの既知のドライバ回路では、
後者の状況における出力トランジスタの通常のバイアス
によって、出力電圧がO〜3Vの場合、抵抗の変動は0
.4〜1.9Roとなる。
したがって、ドライバの出力段のデバイス、部品または
トランジスタを適切に制御することにより、広い電圧の
範囲にわたって、所与の伝送線のインピーダンスと整合
するほぼ一定の出力インピーダンスを有する、高性能の
プッシュ・プル型ドライバ回路が得られることが分かる
。さらに、ドライバ回路は必要に応じて、かなり広い電
圧の範囲にわたって伝送線の対応するインピーダンスと
整合する、たとえば40Ω未満の比較的低い一定の出力
インピーダンス、またはたとえば600Ωを超える比較
的高いインピーダンスをもつことができる。
トランジスタを適切に制御することにより、広い電圧の
範囲にわたって、所与の伝送線のインピーダンスと整合
するほぼ一定の出力インピーダンスを有する、高性能の
プッシュ・プル型ドライバ回路が得られることが分かる
。さらに、ドライバ回路は必要に応じて、かなり広い電
圧の範囲にわたって伝送線の対応するインピーダンスと
整合する、たとえば40Ω未満の比較的低い一定の出力
インピーダンス、またはたとえば600Ωを超える比較
的高いインピーダンスをもつことができる。
第1図は、本発明のCMOSドライバ回路の好ましい実
施例の回路図である。 第2図は、1対のインパータを使用した既知のCMOS
ドライバまたはバッファ回路の回路図である。 第3図は、ダウン・レベルを保持した場合のドライバ出
力インピーダンスを示すグラフである。 第4図は、アップ・レベルを保持した場合のドライバ出
力インピーダンスを示すグラフである。
施例の回路図である。 第2図は、1対のインパータを使用した既知のCMOS
ドライバまたはバッファ回路の回路図である。 第3図は、ダウン・レベルを保持した場合のドライバ出
力インピーダンスを示すグラフである。 第4図は、アップ・レベルを保持した場合のドライバ出
力インピーダンスを示すグラフである。
Claims (2)
- (1)第1および第2の基準電位点と、 出力端子と、上記第1と第2の基準電位点の間に結合さ
れた第1の導電型の第1のトランジスタとを含み、上記
トランジスタが上記出力端子と上記第1および第2の基
準電位点の一方との間にある出力回路と、 上記第1と第2の基準電位点の間にそれぞれ結合された
第2および第3のトランジスタを含み、上記第2および
第3のトランジスタがそれぞれ第2の導電型で、上記第
2と第3のトランジスタの間の共通点が上記第1のトラ
ンジスタの制御電極に結合されている分圧器と、 入力電圧を上記第3のトランジスタの制御電極に印加す
る手段と、 上記出力端子を上記第2のトランジスタの制御電極に結
合する手段と を含むドライバ回路。 - (2)第1および第2の基準電位点を有する電圧源と、 出力端子と、第1および第2のトランジスタとを含み、
上記第1のトランジスタが第1の導電型で、上記出力端
子と上記第1の基準電位点の間にあり、上記第2のトラ
ンジスタが第2の導電型で、上記出力端子と上記第2の
基準電位点との間にある出力回路と、 上記第1と第2の基準電位点の間に配設された第3およ
び第4のトランジスタを含み、上記第3および第4のト
ランジスタがそれぞれ上記第2の導電型で、上記第3と
第4のトランジスタの間の共通点が上記第1のトランジ
スタの制御電極に結合されている、第1の分圧器と 上記第1と第2の基準電位点の間に配設された第5およ
び第6のトランジスタを含み、上記第5および第6のト
ランジスタがそれぞれ上記第1の導電型で、上記第5と
第6のトランジスタの間の共通点が上記第2のトランジ
スタの制御電極に結合されている、第2の分圧器と、 入力電圧を、上記第4のトランジスタの制御電極および
上記第5のトランジスタの制御電極に印加する手段と、 上記出力端子を、上記第3のトランジスタの制御電極お
よび上記第6のトランジスタの制御電極と結合する手段
と を含むドライバ回路。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/353,378 US4952818A (en) | 1989-05-17 | 1989-05-17 | Transmission line driver circuits |
US353378 | 1989-05-17 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0319425A true JPH0319425A (ja) | 1991-01-28 |
JPH0761001B2 JPH0761001B2 (ja) | 1995-06-28 |
Family
ID=23388850
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2123223A Expired - Lifetime JPH0761001B2 (ja) | 1989-05-17 | 1990-05-15 | ドライバ回路 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4952818A (ja) |
EP (1) | EP0398016A3 (ja) |
JP (1) | JPH0761001B2 (ja) |
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