JPH08307236A - ドライブ装置とこのドライブ装置を用いた半導体装置 - Google Patents

ドライブ装置とこのドライブ装置を用いた半導体装置

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JPH08307236A
JPH08307236A JP7109494A JP10949495A JPH08307236A JP H08307236 A JPH08307236 A JP H08307236A JP 7109494 A JP7109494 A JP 7109494A JP 10949495 A JP10949495 A JP 10949495A JP H08307236 A JPH08307236 A JP H08307236A
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JP
Japan
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pull
signal
level conversion
conversion circuit
output
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JP7109494A
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Masatake Nametake
正剛 行武
Masahiro Iwamura
将弘 岩村
Kinya Mitsumoto
欽哉 光本
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小信号振幅をフル振幅に変換するレベル変換
回路の立ち上がりと立ち下がりの遅延時間のバラツキを
低減して高速に動作させる。 【構成】 CMOSカレントミラータイプのレベル変換
回路10p,10nを2組設け、2組のレベル変換回路
の出力が相補信号になるように、レベル変換回路の入力
信号を2組の間でツイストして入力し、一方のレベル変
換回路出力でプルアップ回路40を駆動し、他方のレベ
ル変換回路出力でプルダウン回路50を駆動する。プル
アップ回路40とプルダウン回路50を駆動する段数が
揃うため、立ち上がりと立ち下がりの遅延時間のバラツ
キを抑えることが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はドライブ装置とこのドラ
イブ装置を備える半導体装置に係り、特に、バイポーラ
とCMOSとが混成し小信号振幅をCMOSレベルに変
換して重い負荷を駆動するのに好適なドライブ装置及び
半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】小振幅の信号をフル振幅に変換する方法
として、CMOSのカレントミラーをベースにしたレベ
ル変換回路が広く用いられている。一般に、CMOSカ
レントミラータイプのレベル変換回路はDC電流を流す
ため、駆動力を上げると消費電流が著しく増大するとい
う問題がある。このため、レベル変換回路の後段にドラ
イバを設けて駆動力を上げる方法が採られる。BiCM
OS LSIでは、高負荷を駆動するドライバとして、
CMOSドライバより駆動力が高いBiCMOSドライ
バが用いられている。近年の電源電圧の低電圧化に伴
い、ドライバ回路としてBiCMOSドライバに代わ
り、図6に示す様に、低電源電圧での動作に優れたBi
−NMOSインバータが用いられてきている。
【0003】尚、従来技術に関連するものとして、「電
学技報」Vol.93,No.75,42頁がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術によ
り、電源電圧が低電圧になってもレベル変換出力信号で
重い負荷を駆動することができる。しかしながら、Bi
−NMOSインバータは、プルダウン手段であるNMO
Sをダイレクトに駆動しているものの、プルアップ手段
であるNPNバイポーラトランジスタ(以下、NPNト
ランジスタと称す)はCMOSインバータを介して駆動
しているため、プルアップの遅延時間がプルダウンの遅
延時間に比べ遅くなってしまうという問題がある。
【0005】また、プルダウン手段のNMOSがオンし
た後、NPNトランジスタがオフするまでには、NPN
トランジスタ駆動用のCMOSインバータの遅延時間を
要する。このため、この遅延時間の間にNPNトランジ
スタとプルダウンNMOSとが共にオン状態になり貫通
電流が流れるという問題がある。
【0006】本発明の目的は、レベル変換の出力段に設
けたドライバ回路のプルアッブ手段の制御を高速化して
遅延時間のアンバランスを抑え、貫通電流の小さいドラ
イブ装置とこれを用いた半導体装置を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的は、CMOSカ
レントミラータイプのレベル変換回路を2セット設け、
一方をポジ信号出力用に、他方をネガ信号出力用にし
て、2セットのレベル変換回路で振幅の相補信号を生成
し、レベル変換出力段のドライバは、プルダウン用のN
MOSとプルアップ用のNPNトランジスタとで構成
し、NMOSのゲートにネガ信号を入力し、NPNトラ
ンジスタのベースにポジ信号を入力して出力負荷をドラ
イブすることで、達成される。
【0008】
【作用】プルアップ用NPNトランジスタの駆動をレベ
ル変換回路の出力でダイレクトに駆動するため、プルア
ップの遅延時間を高速化できる。また、プルダウン用N
MOSとプルアップ用NPNトランジスタの駆動タイミ
ングを揃えることができるため、ドライバ出力の立ち上
がりと立ち下がりの遅延時間のアンバランスを抑えるこ
とができる。更に、NPNトランジスタとプルダウンN
MOSとの間に流れる貫通電流を低減できる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図1は、本発明の一実施例に係るドライブ装置
の概略ブロック図である。1は小振幅の相補信号、10
pはポジ信号出力用のレベル変換回路、10nはネガ信
号出力用のレベル変換回路、20pはレベル変換回路1
0pのポジ信号出力、20nはレベル変換回路10nの
ネガ信号出力、30は相補信号を入力してプルアップ手
段及びプルダウン手段を制御して負荷2を駆動するドラ
イバ回路である。
【0010】小振幅の相補信号1はレベル変換回路10
p及び10nにより増幅された相補信号(20p及び2
0n)にレベル変換される。レベル変換された相補信号
はドライバ回路30に入力され、ドライバ回路30内の
プルアップ手段40及びプルダウン手段50をダイレク
トに制御する。このようにプルアップ手段40とプルダ
ウン手段50とを同時に制御するため、ドライバ回路3
0の出力の立ち上がり及び立ち下がりの遅延時間の差は
抑制される。
【0011】遅延時間の差を抑えることにより、遅い側
の遅延時間を短縮でき高速化が図れる。また、プルアッ
プ手段40とプルダウン手段50とが同時にオンになら
ないため、貫通電流を抑え消費電流の低減が図れる。
【0012】図2は、図1に示すドライブ装置をシング
ルエンド出力に用いた具体的な回路図である。1は小振
幅の相補信号、10p及び10nはCMOSカレントミ
ラータイプのレベル変換回路、30はプルアップ手段を
NPNトランジスタ40で、プルダウン手段50をNM
OSで構成したドライバ回路である。
【0013】小振幅の相補信号1から位相の合った(切
り替わりのタイミングのズレが無い)フル振幅の相補信
号20p及び20nを生成するには、レベル変換回路1
0p及び10nの出力の立ち上がり及び立ち下がりの遅
延時間を合わせる必要がある。このため、レベル変換回
路の出力段のプルアップ手段(10pではMp2)とプ
ルダウン手段(10pではMn2)の駆動力を合わせる
ことで可能となる。
【0014】10pではMn2の駆動力を合わせるに
は、次の(1)式のような関係にCMOSレベル変換回
路のデバイス定数を設定すれば良い。 Mp1の駆動力×Mn2の駆動力=Mp2の駆動力×Mn1の駆動力 …(1) ここで、駆動力とは、MOSデバイスのW(ゲート幅)
/L(ゲート長)に置き換えられる。このように、レベ
ル変換回路の立ち上がりと立ち下がりの遅延時間を合わ
せることで、ドライバ32の相補信号による制御のタイ
ミング一致するので、負荷駆動の高速制御及び消費電流
の低減が可能になる。
【0015】図3は、本発明の更に別のドライブ装置の
具体的回路図である。3はECL入力信号、4はリファ
レンス信号、60はECLカレントスイッチ、70エミ
ッタフォロワ対、1は小振幅の相補信号、10p及び1
0nはレベル変換回路、31p及び31nはドライバ回
路である。
【0016】ECLカレントスイッチ60にECL入力
信号3及びリファレンス信号4を入力し、カレントスイ
ッチ60の出力をエミッタフォロワ対70で1Vbeシ
フトダウンして小振幅の相補信号1を生成する。小振幅
の相補信号1はレベル変換回路10pと10nとに入力
される。10pと10nとの入力信号はツイストされた
関係で入力されており、10pと10nとの出力信号は
互いに反転信号の関係にある。レベル変換回路の出力2
0p及び20nはほぼフル振幅レベルに増幅される。ド
ライバ回路31p及び31nはフル振幅の相補信号であ
る20p及び20nで制御される。
【0017】ここでドライバ回路31pの制御について
説明する。まず、20pが立ち上がり、20nが立ち下
がりの時を考える。信号が切り替わる前は20pは“L
o”レベルで、20pは“Hi”レベルである。ドライ
バ回路31pではプルアップ手段であるQp及び41p
はオフして、プルダウン手段の51pのみがオンしてい
る。このため、ドライブ回路31pの負荷2pはVee
レベルにプルダウンされている。20pが立ち上がり、
20nが立ち下がりの時には、プルアップ手段とプルダ
ウン手段とが同時に制御されるため、プルダウン手段は
オフし、プルアップ手段はオンして、ドライブ回路31
pの負荷2pはVccレベルにプルアップされる。20
pが立ち下がり、20nが立ち上がりの時には、逆の動
作をする。
【0018】本実施例によれば、プルアップ手段及びプ
ルダウン手段をレベル変換回路の出力信号でダイレクト
にしかも同じタイミングで制御するため、負荷駆動を高
速に制御できる。また、プルアップ手段及びプルダウン
手段が同時にオンしないので貫通電流を抑え消費電流を
低減できる。
【0019】図4は、本発明実施例のドライブ装置に用
いることができるドライバ回路の例を示した図である。
相補信号を用いて制御する負荷駆動用のドライバ回路と
して、3つの種類の回路が挙げられる。33はプルアッ
プ手段及びプルダウン手段の双方にNPNトランジスタ
を用いた例で、電源電圧が5.0V程度と高い場合に有
効である。34はプルアップ手段及びプルダウン手段の
双方にNMOSを用いた例で次段のしきい値が低電位電
源から決まっている場合に有効である。35はプルアッ
プ手段及びプルダウン手段の双方にPMOSを用いた例
で、次段のしきい値が高電位電源から決まっている場合
に有効である。
【0020】以上述べたドライブ装置は、プルアップ手
段とプルダウン手段とを同じタイミングで制御できるた
め、小振幅信号を位相が揃ったフル振幅信号にレベル変
換することが可能である。
【0021】図6は、本発明実施例に係るドライブ装置
を、クロックバッファに用いたシンクロナスSRAMの
ブロック図である。A0〜Anはアドレス信号入力端
子、D1〜Dmはデータ入力端子、WEはライトイネー
ブル信号入力端子、CSはチップセレクタ信号入力端
子、CLKはクロック信号入力端子、Q1〜Qmはデー
タ出力端子である。101はアドレス用入力レジスタ、
102はデータ入力用レジスタ、103はWE用レジス
タ、104はCS用レジスタ、105及び106はクロ
ック用バッファ回路、107はロウデコーダ、108は
カラムデコーダ、109はメモリセルマトリクス、11
2はライトアンプ、113はセンスアンプ、114は出
力レジスタ、115は出力バッファである。
【0022】シンクロナスSRAMは、入力信号の取り
込みをクロック信号で制御している。また、入出力の仕
様がレジスタ―レジスタ(R―R)タイプでは出力デー
タの払い出しもクロック信号で制御している。本実施例
では、クロック入力信号は小信号振幅(例えばPEC
L)レベルで、クロック以外の入出力はLV―CMOS
レベルの場合を例にとって説明する。
【0023】クロック信号はクロックバッファ回路10
5及び106にてチップ内に供給される。本実施例で
は、WEレジスタ,SSレジスタ及び出力レジスタには
相補信号のクロック信号を用いるものとする。単相のク
ロックはクロックバッファ106から供給し、相補のク
ロック信号はクロックバッファ105で供給するものと
する。単相のクロック信号121によりアドレスレジス
タの信号はロウデコーダ107及びカラムデコーダ10
8に供給される。ロウデコーダ107及びカラムデコー
ダ108によりメモリマトリクス109内のメモリセル
が選択される。読み出し状態であれば、センスアンプ1
13に読み出し信号を増幅して出力レジスタ114に出
力する。また、書き込み状態であれば、ライトアンプ1
12によりメモリセルにデータを書き込む。出力レジス
タ114はセンスアンプ113からのデータを取り込ん
だ後に相補のクロック信号120により制御され出力バ
ッファにデータを出力する。
【0024】本実施例では、相補信号出力のクロックバ
ッファ回路105に図3に示す回路を用いることで、ラ
イトイネーブル系の制御信号を高速に制御することが可
能になる。また、出力レジスタ制御の相補信号の高速化
により、クロックの立ち上がりエッジからデータ出力ま
でのアクセス時間を高速化できる。図3に示す回路は、
相補信号入力であるが、入力の一端に基準電位を印加す
ることで、図5に示すメモリのシングルエンド入力のク
ロックバッファにも対応する。また、本実施例では外部
からのクロック信号にシングルエンド出力を用いている
が、相補信号(ダブルエンド)入力を用いても差し支え
ない。さらに、本実施例では入出力を分割したI/Oセ
パレートタイプの例を示しているが、I/Oコモンであ
っても本発明を制限するところではない。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、ドライブ装置のプルア
ップ回路及びプルダウン回路を同じタイミングで制御で
きるため、Bi−NMOSインバータによるドライバ回
路に比べプルアップ手段であるNPNトランジスタを高
速に制御でき、ドライブ装置の高速化が図れると共に貫
通電流も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るドライブ装置の概略ブ
ロック図である。
【図2】図1に示すドライブ装置の具体的回路図であ
る。
【図3】本発明の別実施例に係るドライブ装置の具体的
回路図である。
【図4】本発明の実施例に係るドライブ装置に用いるこ
とのできるドライバ回路の回路図である。
【図5】本発明の一実施例に係るドライブ装置を相補信
号出力用のクロックバッファに適用したシンクロナスS
RAMの構成図である。
【図6】従来のドライブ装置の構成図である。
【符号の説明】
Vcc…高電位電源,Vee…低電位電源, 1…小振
幅相補信号,2,2p,2n…ドライバ回路出力,3…
ECL入力信号,4…リファレンス信号,10,10
p,10n,11p,11n…レベル変換回路,20
p,20n…レベル変換回路出力,30,31p,31
n…ドライバ回路,40…プルアップ手段,50…プル
ダウン手段,60…ECLカレントスイッチ,70…エ
ミッタフォロワ,Q,Qp,Qn…NPNバイポーラト
ランジスタ,Mp,Mp#…PMOSトランジスタ,M
n,Mn#…PMOSトランジスタ、105…相補信号
出力用のクロックバッファ。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 小振幅の相補信号と、該相補信号を入力
    して振幅を増幅し単相の信号を出力する第1レベル変換
    回路と、該第1レベル変換回路と逆相の信号を出力する
    第2レベル変換回路と、前記第1レベル変換回路出力と
    前記第2レベル変換回路出力とを入力して負荷を駆動す
    るドライバ回路とを備えることを特徴とするドライブ装
    置。
  2. 【請求項2】 小振幅の相補信号と、該相補信号を入力
    して振幅を増幅し単相の信号を出力する第1レベル変換
    回路と、該第1レベル変換回路と逆相の信号を出力する
    第2レベル変換回路と、前記第1レベル変換回路出力と
    前記第2レベル変換回路出力とを入力して負荷を駆動す
    る第1ドライバ回路と、前記第2レベル変換回路出力と
    前記第1レベル変換回路出力とを入力して前記第1ドラ
    イバ回路の逆相の信号で負荷を駆動する第2ドライバ回
    路とを備えることを特徴とするドライブ装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2において、ドラ
    イバ回路のプルアップ手段及びプルダウン手段が共にP
    MOSであることを特徴とするドライブ装置。
  4. 【請求項4】 請求項1または請求項2において、ドラ
    イバ回路のプルアップ手段及びプルダウン手段が共にN
    MOSであることを特徴とするドライブ装置。
  5. 【請求項5】 請求項1または請求項2において、ドラ
    イバ回路のプルアップ手段及びプルダウン手段が共にN
    PNバイポーラトランジスタであることを特徴とするド
    ライブ装置。
  6. 【請求項6】 請求項1または請求項2において、ドラ
    イバ回路のプルアップ手段がNPNバイポーラトランジ
    スタ、プルダウン手段がNMOSであることを特徴とす
    るドライブ装置。
  7. 【請求項7】 請求項1または請求項2において、ドラ
    イバ回路のプルアップ手段がNPNバイポーラトランジ
    スタとPMOS、プルダウン手段がNMOSであること
    を特徴とするドライブ装置。
  8. 【請求項8】 請求項1乃至請求項7のいずれかにおい
    て、前記相補信号を単相信号から生成する手段を備える
    ことを特徴とするドライブ装置。
  9. 【請求項9】 請求項1乃至請求項8のいずれかに用い
    られるドライバ回路において、プルアップ手段とプルダ
    ウン手段とを有し、入力信号が相補信号であることを特
    徴とするドライバ回路。
  10. 【請求項10】 相補信号により駆動される負荷を備え
    る半導体装置において、請求項1乃至請求項8のいずれ
    かに記載のドライブ装置を内蔵することを特徴とする半
    導体装置。
  11. 【請求項11】 クロック入力を受け該クロックから相
    補クロック信号を生成するクロックバッファと、メモリ
    マトリクスと、前記相補クロック信号に基づき駆動され
    前記メモリマトリクスの読み書きを行うレジスタとを備
    えるシンクロナスSRAMにおいて、前記クロックバッ
    ファとして請求項1乃至請求項8のいずれかに記載のド
    ライブ装置を設けたことを特徴とするシンクロナスSR
    AM。
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