JPH07170168A - 出力回路および動作方法 - Google Patents
出力回路および動作方法Info
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- JPH07170168A JPH07170168A JP6242103A JP24210394A JPH07170168A JP H07170168 A JPH07170168 A JP H07170168A JP 6242103 A JP6242103 A JP 6242103A JP 24210394 A JP24210394 A JP 24210394A JP H07170168 A JPH07170168 A JP H07170168A
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Abstract
ジ電流などの不都合を生じることなく適切にインタフェ
ース可能とする。 【構成】 出力ドライバ回路は出力イネーブル、任意選
択的なプリコンディション信号、およびデータ入力信号
に応答してドライブ−ハイ制御信号を発生する回路部分
(70)を有する。回路部分(75)は出力イネーブル
が作動の場合に実質的にVddに等しい電圧に前記ドラ
イブ−ハイ制御信号を維持する。回路部分(80)はド
ライブ−ハイ制御信号に応じてVddをデータ出力にド
ライブして該データ出力を選択的に制御する。回路部分
(100)はドライブ−ロー信号が肯定されているとき
にデータ出力を論理ゼロ(グランド電位)に選択的に駆
動する。回路部分(90および95)は出力イネーブ
ル、プリコンディション信号、およびデータ入力信号に
応答してドライブ−ロー信号を発生する。
Description
に関し、かつより特定的には、集積回路のための出力バ
ッファに関する。
路の外部の回路と集積回路ピンを介して通信できるよう
にするために半導体集積回路内に設けられる。大部分の
場合、集積回路の一群の出力および/または入力導体は
集合的にバスと称される。バスはいくつかの集積回路を
相互接続する一群の導電性ラインである。たいていの場
合、前記いくつかの集積回路の内の多くはバス内の1つ
またはそれ以上の導体の電位に選択的に影響を与えるド
ライバ回路を含んでいる。例えば、データ線またはデー
タバスはいくつかの集積回路をあるシステムへと接続
し、この場合各々の集積回路はマイクロプロセッサ、ア
ナログ装置、メモリ装置、または任意の他の知られた集
積回路である。前記集積回路の各々は異なる電源電位か
ら動作するかもしれない。例えば、1つの集積回路は5
ボルトで動作するかもしれず、他の集積回路は3.3ボ
ルトで動作できるかもしれず、そしてさらに他の集積回
路は2ボルトで動作するかもしれない。
増大し、電力消費を低減し、そして回路の動作速度を増
大するためには、回路および装置の幾何学的寸法は時代
とともに徐々に低減されつつある。これらの低減された
装置は内部集積回路の電界に耐える能力が低下し、かつ
高い電界が存在する場合に損傷および性能低下を受けや
すくなる。さらに、トランジスタのゲート酸化物または
酸化膜は時代とともにより薄くなりつつある。薄いゲー
ト酸化物は厚いゲート酸化物よりも知られかつ理解され
た信頼性の障害およびブレークダウンの問題を被りやす
くなる。さらに、チャネル長が時間とともに短くなりつ
つある。短いチャネル長は知られかつ望ましくないホッ
トキャリヤ注入(HCl)効果を生じる結果となる。上
に述べた問題を克服するために、集積回路はいまやより
低い電源電圧とともに使用するよう設計されている。例
えば、産業上、3.3ボルトが現在5ボルトに置き代わ
りつつあり、かつ、3.3ボルトより低い電圧が近い将
来に広く使用されることが予期される。
に述べた問題の多くを解決したが、解決されなければな
らない新しい問題を生じる結果となっている。その新し
い問題は異なる電源電圧で動作する2つの集積回路また
は2つの集積回路ドライバをインタフェースするのが困
難であるということである。
1が与えられている。図1は、第1の集積回路10内に
第1の伝統的なプッシュプル相補金属酸化物半導体(C
MOS)出力ドライバを示している。該第1の伝統的な
プッシュプルCMOS出力ドライバは第2の集積回路1
6内に配置された第2の伝統的なプッシュプルCMOS
出力ドライバに接続されている。標準的なプッシュプル
出力ドライバの出力段はトランジスタ12および18に
よって示されたpチャネルプルアップトランジスタを有
する。Nチャネルトランジスタ14および20はそれぞ
れ前記プッシュプル出力ドライバの各々の出力段に対す
るプルダウントランジスタとして機能する。集積回路1
0は3.3ボルトの電源電位を示す“Vdd3”と名付
けられたVdd電源によって給電される。集積回路16
は5.0ボルトの電源電位を示す“Vdd5”と名付け
られたVdd電源によって給電される。グランド電位が
図1に示されるようにNチャネルトランジスタ14およ
び20に接続されている。
するためにpチャネルトランジスタ12および18をゲ
ートするため別個の「ドライブ−ハイ(drive−h
i)」信号が使用される。回路10は3.3ボルトの論
理ハイ信号をドライブし、かつ回路16は5.0ボルト
の論理ハイ信号をドライブする。論理ロー信号(すなわ
ち、グランド電位またはゼロボルト)は「ドライブ−ロ
ー(drive−lo)」信号によってNチャネルトラ
ンジスタの1つをゲーティングすることによりデータラ
インに沿って出力される。通常、「ドライブ−ハイ」お
よび「ドライブ−ロー」は、トランジスタ12および1
4そしてトランジスタ18および20が決して同時に
「オン」とならないように論理的に設計される。特に、
トランジスタ12,14,18および20の内で1つよ
り多くのトランジスタが一度に導通状態にはならない。
異なる電源電圧を有する異なる集積回路の状況は近代の
システム設計および近代の基板レベル(board−l
evel)設計において非常にありふれたものになりつ
つある。
“Vdd5”が“Vdd3”よりもかなり大きい場合に
発生する。前記もう一方の(alternate)ドラ
イバ(集積回路16)が論理ハイをデータ線にドライブ
しているものと仮定する。したがって、トランジスタ1
8はオンでありかつトランジスタ20はオフである。こ
のため、5ボルトがデータ線上に与えられる。集積回路
10の出力段(すなわち、トランジスタ12および1
4)は回路16から情報を受け取りつつあり、かつした
がってトランジスタ12および14はオフである。この
状態では、バッファはトライステート化されている(t
ri−stated)と称される。トライステート化さ
れている場合、データ線上の電圧は図示のごとく入力回
路へと受け渡される。トランジスタ12のゲートとデー
タ線との間の電圧差は(Vdd5−Vdd3)またはお
おざっぱに言って1.7ボルトである。トランジスタ1
2のドレイン−ソース間電圧の大きさもまた(Vdd5
−Vdd3)またはおおざっぱに言って1.7ボルトで
ある。前記電圧差(Vdd5−Vdd3)の大きさは大
部分のMOSトランジスタのしきい値電圧の大きさより
大きいから(|Vt|は通常、おおざっぱに言って、
0.5ボルトと1.5ボルトの間である)、トランジス
タ12はターンオンしまたはかなりの量の電流を流すこ
とになる。
16が論理ハイの値をデータ線上に送る場合に大きな電
流リーケージ経路がデータ線からトランジスタ12を通
りVdd3へと形成される。また、トランジスタ12の
ドレイン接合ダイオードが順方向バイアスされるという
事実のため、大きな電流がデータ線からnウェルを通り
電源Vdd3へと流れることが可能になる。したがっ
て、高い電力消費、増大した集積回路の加熱、および信
頼性の低下が生じる。回路10において破滅的な障害が
いまやより生じやすくなっている。したがって、異なる
電源電位を有する集積回路をインタフェースする場合
「両立性の問題(compatibility pro
blem)」が存在する。
ために、技術的にいくつかの回路が実施されてきてい
る。これらの実施方法の各々について以下に説明し、か
つ以下に述べる回路の各々が持つ不都合もまた説明され
る。
て、1988年11月1日に発行された、米国特許第
4,782,250によって教示された回路を示す。図
2は、フローティングnウェル(ノード40)に形成さ
れたいくつかのpチャネルトランジスタ30,32,3
6および38を示している。該nウェルは特定の電圧に
接続されず、代りに電気的にフローティング状態となっ
ている。出力イネーブルにおける電圧が0(ゼロ)ボル
トである場合、トランジスタ28はオフでありかつトラ
ンジスタ36はオンである。したがって、“B”および
“C”における電圧は等しくなる。ノード“A”におけ
る電圧は3.3ボルトであり、したがってトランジスタ
30はオフである。また、トランジスタ22もオフであ
る。したがって、該ドライバはハイインピーダンス状態
またはトライステート状態である。もし外部ドライバが
「データ出力」ノードを5ボルトに等しくすれば、トラ
ンジスタ30はターンオンしノード“B”および“C”
の電圧を5ボルトに上昇させる。また、電流が前記デー
タ出力からトランジスタ30,32および36を通って
nウェル40へと流れる。該nウェルの電圧は5ボルト
からダイオードのしきい値電圧降下分(ほぼ0.7ボル
ト)を減算した電圧まで上昇する。nウェルからVdd
電源には電流は流れない。トランジスタ30はオンであ
るが、トランジスタ32はオフである(すなわち、回路
はトライステートモードになっている)。図2において
は、図1で示されかつ説明されたようなデータ出力から
Vdd端子への高い電流リーケージはない。
いくつかのさらに他の不都合を有している。1つの問題
は該ドライバはVdd電源と直列に接続された2つのp
チャネルプルアップトランジスタ30および32を使用
することである。したがって、トランジスタ30および
32の各々は単一のプルアップトランジスタと同じ電流
性能を提供するためには単一のプルアップトランジスタ
の倍の寸法としなければならない。トランジスタの増大
した寸法により基板表面積の4倍の損失を生じ、これは
ドライバトランジスタは通常まず第1に大型であるため
極めて望ましくない。より大きなトランジスタはまたよ
り小さなトランジスタよりも大きな電力消費および大き
な容量を持つ。第2の問題は、図2の回路は静電気的放
電(ESD)損傷を受けやすいことであり、それはトラ
ンジスタ38はゲートが直接データ出力ノードに接続さ
れているからである。ゲート酸化物がより薄くなるに応
じて、前記ESD損傷問題は増強されてくる。
トランジスタ(特にトランジスタ30,32および3
6)のゲート酸化物にわたり過剰に高い電圧を有するこ
とである。ゲート酸化物における高い電圧は前記nウェ
ルがデータ出力から高い電圧を獲得しかつ前記出力イネ
ーブル(Output Enable)がゼロボルトに
なっている間の長い期間にわたり高い電圧を維持する場
合には常に生じる。酸化物のブレークダウンまたは酸化
物のリーケージは前記高い電圧によって増強され得る。
第4の問題はトランジスタ32が積極的に(activ
ely)否定されないことである(すなわち、ノードC
は該トランジスタをターンオフするために積極的に3.
3ボルトまたは5ボルトにドライブされない)。さら
に、ノードCはトランジスタ30および36を通して高
い電圧(3.3ボルトから5.0ボルト)にゼロボルト
からドライブされなければならず、これは低速のプロセ
スである。データ出力が3.3ボルトより高くドライブ
される時、高い過渡電流がデータ出力からトランジスタ
30および32を通り電源Vddに流れる。より高い電
力消費、回路の加熱の増大、および過剰な負荷がこの過
渡電流によって生じる。
g)により、1990年10月16日に発行された、米
国特許第4,963,766号によって教示された回路
を示す。図3においては、電源電圧Vdd3(公称3.
3ボルト)が出力ドライバ回路に印加される。pチャネ
ルトランジスタ50,51および52のnウェルは外部
ドライバの電源電圧である電圧Vdd5(公称5ボル
ト)にバイアスされる。トランジスタ53のゲートもま
たVdd5にバイアスされる。トランジスタ53のゲー
トはVdd5にバイアスされるから、トランジスタ53
のボディ効果(body effect)は前記ドライ
ブハイ信号電圧が完全に3.3ボルトに否定される(d
eassert)ことを禁止しない。したがって、プル
アップトランジスタ52はターンオフする。もし次に外
部ドライバがデータ出力ノードを5ボルトにドライブす
れば、トランジスタ51はターンオンして前記ドライブ
ハイのノードをほぼ5ボルトに上昇させる。ノード55
はトランジスタ53のボディ効果のため3.3ボルトよ
りやや大きな電圧を維持する。上で述べた電圧構成のた
め、トランジスタ52はオフとなりかつデータ出力から
nウェルへのp−n接合は順方向バイアスされない。し
たがって、図2に関して述べたようなデータ出力とVd
d3との間の高い電流のリーケージは生じない。
の不都合を有している。第1の問題は該ドライバが電圧
Vdd3に加えて電圧Vdd5を提供するために集積回
路上に専用のピンを必要とすることである。第2の問題
は図3の回路では動作の間に種々のトランジスタのゲー
ト酸化物に過剰に高い電圧がかかることである。例え
ば、ドライブ−ハイ(drive−hi)がゼロボルト
に等しい場合、トランジスタ52がトランジスタ52の
ゲート酸化物にわたり大きな電位差を持つ。酸化物の信
頼性が低下し、かつ酸化物のブレークダウンの可能性が
増大する。第3の問題はこのドライバが該ドライバがハ
イインピーダンス状態にありかつ外部ドライバが出力を
5ボルトにドライブしている場合にデータ出力から電源
Vdd3へと低い電流のリーケージ経路を持つことであ
る。この低い電流のリーケージ経路はトランジスタ5
0,51および53を通る。電力消費および入力−ハイ
の電流負荷(Iih負荷)が両方とも増大し、これは不
利である。
路がドバープール(Dobberpuhl)他により、
IEEE Journal of Solid Sta
teCircuits,Vol.27,No.11、1
992年1月、pp.1555−1567において述べ
られており、かつ図4に示されている。この回路におい
ては、pチャネルトランジスタ64,65,66,6
7,68,69および60のバルクノードはフローティ
ングのnウェルである。該nウェルは好ましくは半導体
基板内の少なくとも1つの拡散領域/ウェルとして形成
される。トランジスタ66と名付けられた唯一のプルア
ップトランジスタがある。通常、前記nウェルの電圧は
3.3ボルトである。ドライブ−ハイ信号が否定されか
つ回路がハイインピーダンス状態に入った後、ノード3
の電圧はゼロボルトであり、かつノード5の電圧は3.
3ボルトである。図4のインバータはノード4を3.3
ボルトにドライブする。トランジスタ65がオフである
という事実により、ノード6の電圧は(Vdd3−|V
th,body|)付近までのみ上昇する。言い換えれ
ば、|Vth,body|は|Vth|および|Vtp
|=|Vtn|よりも大きくかつしたがってトランジス
タ66は完全にオフにはならない。したがって、該ドラ
イバは真にハイインピーダンス状態にはない。これは都
合が悪い。もし外部のもう一方のドライバが引き続きノ
ード8を3.3ボルトより大きな電圧にドライブすれば
(すなわち、出力ノードを5ボルトにドライブすれ
ば)、トランジスタ69はターンオンし、nウェルの電
圧を5ボルトに上昇させる。また、トランジスタ64が
ターンオンし、ノード6の電圧を5ボルトに上昇させ
る。したがって、ノード5および7の電圧もまた5ボル
トに上昇する。この電圧構成のため、トランジスタ66
はオフになり、かつ出力からnウェルへのp−nダイオ
ードは順方向バイアスされない。したがって、他の出力
バッファ回路に対して上に述べたような高い電流のリー
ケージはない。リーケージ電流の低減は都合が良い。
されたドライバはいくつかの欠点を有している。1つの
問題はこの回路がESD損傷を受けやすく、それはトラ
ンジスタ65および67が出力ノード8に接続されたそ
れらのそれぞれのゲートノードを有するからである。該
ゲートノードは抵抗R1およびR2によっていくらか保
護されるが、出力ノードにおけるESD事象はトランジ
スタ65および/または67のゲート酸化物を破壊する
ことがあり、特にもしこれらのトランジスタが薄膜酸化
物プロセス(すなわち、ほぼ70〜150オングストロ
ーム)を使用して製造されれば破壊されやすくなる。ま
た、トランジスタ61はオフとなりかつトランジスタ6
6はそのオフ状態とその導通状態との間の境界にあり、
これは不都合である。
ロボルトにドライブしている場合にいくつかの用途にお
いて高いクロスオーバ電流を受け得ることである。この
クロスオーバ電流を説明するために、ノード5の電圧は
始めは3.3ボルトまたはそれ以上とする。前に述べた
ように、インバータがノード4の電圧を3.3ボルトに
ドライブしてプルアップトランジスタをターンオフした
時、トランジスタ65はオフであり、かつノード6の電
圧は(Vdd3−トランジスタ63の|Vth,bod
y|)へと上昇するが、これはトランジスタ63のボデ
ィ効果のためである。トランジスタ63のしきい値電圧
がソース−バルク電圧の平方根に比例しかつトランジス
タ63のソースノードが前記プルアップトランジスタの
ゲートに接続されているという事実のため、前記しきい
値電圧は前記プルアップトランジスタのゲートの電圧が
増大するに応じて増大し、ノード6の電圧を制限する。
プルアップトランジスタ66のオーバラップ容量からの
電気的結合がさらにノード6の電圧を減少させる。プル
アップトランジスタ66は完全にはオフになっていな
い。ノード2の電圧は3.3ボルトに上昇し、トランジ
スタ61をオンとする。したがって、ある時間の間、プ
ルアップトランジスタ66およびプルダウントランジス
タ61および62は電源からグランドへとかなりの量の
クロスオーバ電流を流す。該クロスオーバ電流はチップ
の加熱を増大させ、電力消費を増大させ、出力遷移時間
を増大させ、そしてノイズに対する免疫性を低減させ
る。
るいくつかのトランジスタのゲート酸化物に過剰な高い
電圧を受けることである。もしこのドライバがハイイン
ピーダンス状態にあり、かつ外部の代りのドライバが出
力ノードを5ボルトにドライブすれば、前記nウェルの
電圧は前に述べたように5ボルトに上昇する。該nウェ
ルの電圧は他の状況(例えば、伝送ライン効果、ノイ
ズ、その他)の下ではさらに高くなり得る。もし回路の
次の動作によって該ドライバが出力ノードを3.3ボル
トにドライブすれば、ノード3の電圧(ドライブ−ハ
イ)は3.3ボルトに上昇することになる。前記インバ
ータはノード4の電圧をゼロボルトにドライブする。ノ
ード6の電圧はパストランジスタ63を通してゼロボル
トに放電する。前記nウェルは、比較的長い時間の間、
その電圧を5ボルト、またはそれ以上、に維持すること
ができ、トランジスタ66のゲート酸化物に過大な高い
過渡電圧を生じる結果となるが、それはトランジスタ6
4および66はともに前記nウェルの放電経路にあるか
らである。この電圧の状況は通常トランジスタ66の酸
化物の信頼性を低下させ、かつ酸化物のブレークダウン
につながり得る。もし出力ノードを3.3ボルトにドラ
イブする代りに、前記ドライバが出力ノードをゼロボル
トにドライブすれば、ノード2の電圧は3.3ボルトに
上昇する。ノード5はゼロボルトに放電するから、ノー
ド5の放電によってトランジスタ65および67のゲー
ト酸化物に過大な高い過渡電圧が生じ得る結果となり、
かつこれらのトランジスタの信頼性を低下させる可能性
がある。
出力バッファ回路の必要性が存在する。
都合は本発明によって克服されかつ他の利点が得られ
る。1つの形態では、本初明は第1の出力ドライバを有
する第1の集積回路を具備し、前記第1の出力ドライバ
は第2の集積回路内に配置された第2の出力ドライバと
インタフェースする。前記第1の出力ドライバは第1の
電圧によって給電されておりかつ前記第2の出力ドライ
バは第2の電圧によって給電されている。前記第1の電
圧は前記第2の電圧より低い。前記第1の出力ドライバ
は前記第1の電圧を供給するための電源電圧導体、デー
タ入力信号を供給するためのデータ入力導体、出力イネ
ーブル信号を供給するための出力イネーブル導体、およ
び前記第1の出力ドライバ内の少なくとも1つのトラン
ジスタの少なくとも1つのnウェルをバイアスするため
に使用されるウェル導体を有する。第1の出力ドライバ
は制御信号を発生するための回路を有する。制御信号を
発生するための該回路は少なくとも1つのトランジスタ
を含み、かつ前記電源電圧導体に接続された第1の端
子、前記出力イネーブル導体に接続された第2の端子、
前記ウェル導体に接続された第3の端子、および前記デ
ータ入力導体に接続された第4の端子を有する。前記制
御信号を発生するための回路は前記制御信号導体を前記
制御信号の不動作状態(デアクティベイション:dea
ctivation)に応じて第1の電圧にドライブす
る。前記制御信号を発生するための回路は前記少なくと
も1つのトランジスタにおけるゲート電圧および制御信
号を実質的に等しい速度で放電してゲート酸化物のスト
レス(stress)を低減する。前記第1の出力ドラ
イバはある出力論理値を出力導体に提供するための回路
を有する。前記提供するための回路は前記出力導体に接
続された第1の端子、少なくとも1つのプルアップトラ
ンジスタを介して前記第1の電圧を受けるための第2の
端子、前記ウェル導体に接続された第3の端子、および
前記制御信号導体に接続された第4の端子を有する。前
記提供するための回路は前記ウェル導体上の電圧を前記
第2の電圧から前記制御信号の電圧を追跡するような方
式で放電してプルアップトランジスタのゲート酸化物に
おける電界ストレスを低減する。
えている。該出力ドライバはpチャネルのプルアップト
ランジスタを有する。該pチャネルのプルアップトラン
ジスタは電源電圧に接続された第1の電極、データ出力
線に接続された第2の電極、前記プルアップトランジス
タのチャネル領域の電圧が変更できるようにするnウェ
ル導体、および第1の制御信号を受けるためのゲート電
極を有する。nチャネルプルダウントランジスタはグラ
ンド電位に接続された第1の電極、前記データ出力線に
接続された第2の電極、および第2の制御信号を受ける
ためのゲート電極を有する。前記出力ドライバはまた単
一のpチャネルトランジスタを有し、該単一のpチャネ
ルトランジスタは前記nウェル導体に接続された第1の
電極、前記第1の制御信号に接続された第2の電極、前
記nウェル導体に接続されたチャネル領域、および前記
電源電圧を受けるためのゲート電極を有する。前記単一
のpチャネルトランジスタは前記nウェル導体を前記第
1の制御信号に選択的に結合する。
イネーブル、データ入力、複数のpチャネルトランジス
タ、および論理ローの値を前記出力に選択的に供給する
ための回路を有する出力バッファからなる。前記複数の
pチャネルトランジスタは前記データ入力および出力イ
ネーブルに応答して論理ハイの値を前記出力に選択的に
提供するために一緒に接続されている。前記複数のpチ
ャネルトランジスタはまた電源電圧に接続されている。
前記複数のpチャネルトランジスタは前記出力から電源
電圧に生じる不利なリーケージ電流なしに前記電源電圧
より大きな電圧を前記出力から受けることが可能であ
る。前記複数のpチャネルトランジスタの各々は4.1
ボルトを越えないゲート−チャネル間電圧を有する。
詳細な説明からさらに明瞭に理解できるであろう。
明する。図5には、本発明に係わる出力バッファ回路ま
たは入力/出力バッファ回路が示されている。図5は、
*出力イネーブル(*Output Enable)入
力信号(ここで、*は信号の反転を示し、いわゆるオー
ババーに相当する)、任意選択的な*プリコンディショ
ン(*Precondition)入力信号、*データ
入力(*DataInput)信号、出力イネーブル
(Output Enable)入力信号、およびデー
タ出力(Data Output)端子を示している。
回路部分70はNANDゲート101によって供給され
る入力を有する。該NANDゲート101は前記出力イ
ネーブル入力信号を受けるための第1の入力、前記任意
選択的なプリコンディション入力信号を受けるための第
2の入力、および出力を有する。前記プリコンディショ
ン入力信号は任意選択的であるため、前記NANDゲー
ト101は任意選択的なものである。もし該NANDゲ
ート101および前記プリコンディション入力信号が使
用されなければ、出力イネーブル信号は直接回路部分7
0へ入力として導かれる。
チャネルトランジスタ112は電源電圧Vddを受ける
ための第1の電極、第2の電極、および前記出力イネー
ブル入力信号を受けるためのゲート電極を有する。pチ
ャネルトランジスタ114は前記トランジスタ112の
第2の電極に接続された第1の電極、第2の電極、およ
び前記データ入力信号を受けるためのゲート電極を有す
る。nチャネルトランジスタ116は前記トランジスタ
114の第2の電極に接続された第1の電極、第2の電
極、および前記データ入力信号を受けるためのゲート電
極を有する。pチャネルトランジスタ124は電源電圧
Vddを受けるための第1の電極、第2の電極、および
前記任意選択的なプリコンディション入力信号を受ける
ためのゲート電極を有する。nチャネルトランジスタ1
26はトランジスタ124の第2の電極に接続された第
1の電極、前記トランジスタ116の第2の電極に接続
された第2の電極、および前記出力イネーブル入力信号
を受けるためのゲート電極を有する。nチャネルトラン
ジスタ128は前記トランジスタ126の第2の電極に
接続された第1の電極、グランドに接続された第2の電
極、前記任意選択的なプリコンディション入力信号を受
けるためのゲート電極を有する。トランジスタ114の
第2の電極はトランジスタ124の第2の電極に接続さ
れている。回路部分85は前記プリコンディション、デ
ータ入力、および出力イネーブルの各信号の複雑な論理
操作を行なう。
回路において使用されなければ、回路部分85は前記信
号出力イネーブルおよびデータ入力に対しNOR操作を
行なうNORゲートとして機能する。一般に、前記プリ
コンディション信号は図5におけるデータ出力信号を選
択的に5.0ボルトの外部的に印加されるデータ出力電
圧より低い電圧にドライブする。通常、前記プリコンデ
ィション信号は図5におけるデータ出力制御信号をほぼ
3.3ボルトの電圧(図5のVdd)にドライブするた
めに使用される制御信号である。
た図5のドライバがトライステートモードである場合に
ドライブハイ(Drive−Hi)制御信号を前記Vd
d値に維持するために使用される。前記プリコンディシ
ョン信号は図5のドライバを含む集積回路内のバス制御
ユニット(図示せず)によって発生される。1つの形態
では、前記プリコンディション信号は出力イネーブル信
号の肯定の前の所定の時間限界内で発生される。前記プ
リコンディション信号は前記出力イネーブル信号の肯定
のほぼ1クロックサイクル前に肯定されるのが好まし
い。この肯定の順序はNANDゲート101に入力され
るプリコンディション信号が前記データ出力が現在論理
ハイの値にある場合にのみ図5のドライバがバスへのア
クセスを獲得する前に前記データ出力の電圧を3.3ボ
ルトに調整できるようにするために行なわれる。例え
ば、前記データ出力が5ボルトになっていると仮定す
る。図5のドライバはバスの所有権を承認されている。
プリコンディションはデータ出力の前記5ボルトの信号
を5ボルトから3.3ボルトへとドライブするために前
記出力イネーブル信号の前に肯定される。前記出力イネ
ーブル信号が肯定される前にデータ出力を5ボルトから
3.3ボルトへと前もってドライブすることにより図5
の回路によってゼロが高速度でドライブされ得るように
なる。3.3ボルトの信号をゼロボルトの信号へとドラ
イブすることは図5の回路において前記データ出力の負
荷効果(loading effects)に応じて5
ボルトの信号をゼロボルトにドライブするよりもほぼ2
ナノセカンド高速で発生する。したがって、前記プリコ
ンディション信号が改善された出力ドライバ性能を可能
にする。
る。インバータ102は出力、および上に述べたように
前記任意選択的なNANDゲート101の出力あるいは
前記出力イネーブル信号のいずれかに接続された入力を
有する。nチャネルトランジスタ104は“Vdd”と
名付けられた電源電圧を受けるための第1の電極、第2
の電極、および前記インバータ102の出力を受けるた
めのゲート電極を有する。nチャネルトランジスタ10
6は前記トランジスタ104の第2の電極に接続された
第1の電極、第2の電極、および前記電源電圧Vddに
接続されたゲート電極を有する。nチャネルトランジス
タ108は前記トランジスタ106の第2の電極に接続
された第1の電極、第2の電極、および電源電圧Vdd
に接続されたゲート電極を有する。nチャネルトランジ
スタ110はトランジスタ108の第2の電極に接続さ
れた第1の電極、グランド電位に接続された第2の電
極、および上に述べたように前記任意選択的なNAND
ゲート101の出力あるいは前記出力イネーブル信号の
いずれかに接続されたゲート電極を有する。pチャネル
トランジスタ107はnウェル導体(すなわち、トラン
ジスタ107がその中に形成されたnウェル、基板コン
タクト、nウェルコンタクト、または該nウェル導体に
接続されたチャネル端子)に接続された第1の電極、ト
ランジスタ106の第2の電極に接続された第2の電
極、および電源電圧Vddを受けるためのゲート電極を
有する。
Vddを受けるための第1の電極、第2の電極、および
トランジスタ124の第2の電極に接続されたゲート電
極を有する。pチャネルトランジスタ134はトランジ
スタ132の第2の電極に接続された第1の電極、トラ
ンジスタ134のチャネル領域をバイアスするために前
記nウェル導体に接続されたチャネル端子、第2の電
極、およびトランジスタ107の第2の電極に接続され
たゲート電極を有する。nチャネルトランジスタ136
はトランジスタ134の第2の電極に接続された第1の
電極、第2の電極、および電源電圧Vddを受けるため
のゲート電極を有する。nチャネルトランジスタ138
はトランジスタ136の第2の電極に接続された第1の
電極、グランド電位を受けるための第2の電極、および
トランジスタ132のゲート電極に接続されたゲート電
極を有する。
受けるための第1の入力、前記任意選択的なプリコンデ
ィション入力信号を受けるための第2の入力、および出
力を有する任意選択的なNANDゲート144を有す
る。もし前記プリコンディション入力信号が使用されな
ければ、NANDゲート144は出力イネーブル入力信
号への直接的な接続によって置き換えられる。pチャネ
ルトランジスタ146は前記Vdd電圧に接続された第
1の電極、第2の電極、および前に述べたように前記出
力イネーブルまたは前記NANDゲート144の出力の
いずれか1つを受けるためのゲートを有する。pチャネ
ルトランジスタ148はトランジスタ146の第2の電
極に接続された第1の電極、前記nウェル導体に接続さ
れたチャネル端子またはnウェル接続、トランジスタ1
36の第1の電極に接続された第2の電極、そしてトラ
ンジスタ136の第1の電極に接続されたゲート電極を
有する。
めの第1の電極、前記nウェル導体に接続されたnウェ
ル接続、第2の電極、トランジスタ136の第1の電極
に接続されたゲート電極を有するpチャネルトランジス
タ150を備えている。pチャネルトランジスタ152
は前記nウェル導体に接続された第1の電極、前記nウ
ェル導体に接続されたnウェル接続、トランジスタ13
6の第1の電極に接続された第2の電極、および電圧V
ddを受けるためのゲート電極を有する。pチャネルト
ランジスタ154は前記電圧Vddを受けるための第1
の電極、前記nウェル導体に接続されたnウェル接続、
前記データ出力端子に接続された第2の電極、およびト
ランジスタ136の第1の電極に接続されたゲート電極
を有する。pチャネルトランジスタ160は前記nウェ
ル導体に接続された第1の電極、nウェル導体に接続さ
れたnウェル接続、前記データ接続端子に接続された第
2の電極、および前記電圧Vddを受けるためのゲート
電極を有する。トランジスタ150,152,154お
よび160は基板内の同じnウェル拡散領域内に形成さ
れることが好ましいが、もちろん別個のnウェルを使用
しかつ基板上に横たわる導電層を介して図5に示される
ように相互接続することもできる。好ましくは、トラン
ジスタ107,134,148および回路部分80の各
トランジスタは全て単一のnウェル拡散領域内に形成さ
れる。
って前記データ出力を論理ハイの値にドライブするため
の回路を提供する。Vddは好ましくは3.3ボルトで
あるが、電源電位として任意の電圧を使用することがで
きる。グランドは通常ゼロボルトを表わすが、任意の電
圧でも良い。前記電源電圧は1つの発生源によって提供
しても良く、あるいは各々独立の分離された電源接続と
することもできる。前記グランド端子は単一の信号グラ
ンド接続でも良く、あるいは2つまたはそれ以上の独立
の/分離されたグランド接続でも良い。さらに、トラン
ジスタ134,136,148,150,152および
154を接続するために使用されている導体はドライブ
−ハイ(Drive−Hi)制御信号と称される。
18を有し、該pチャネルトランジスタ118は電源電
圧Vddを受けるための第1の電極、第2の電極、およ
び前記データ入力信号に接続されたゲート電極を有す
る。nチャネルトランジスタ120はトランジスタ11
8の第2の電極に接続された第1の電極、第2の電極、
および前記データ入力信号に接続されたゲート電極を有
する。nチャネルトランジスタ122は前記トランジス
タ120の第2の電極に接続された第1の電極、グラン
ド電位を受けるための第2の電極、および出力イネーブ
ル信号を受けるためのゲート電極を有する。pチャネル
トランジスタ130は電源電圧Vddを受けるための第
1の電極、トランジスタ118の第2の電極に接続され
た第2の電極、および前記出力イネーブルに接続された
ゲート電極を有する。一般に、トランジスタ118,1
20,122および130は前記信号データ入力および
出力イネーブルに対しNAND機能を達成する。
の第1の電極、第2の電極、および前記トランジスタ1
30の第2の電極に接続されたゲート電極を有するpチ
ャネルトランジスタ140を有する。nチャネルトラン
ジスタ142は該トランジスタ140の第2の電極に接
続された第1の電極、グランド信号を受けるための第2
の電極、およびトランジスタ130の第2の電極に接続
されたゲート電極を有する。一般に、回路部分95はイ
ンバータとして機能しかつドライブ−ロー(Drive
−Lo)制御信号を発生する。
れた第1の電極、第2の電極、および電圧Vddを受け
るためのゲート電極を備えたnチャネルトランジスタ1
56を有する。nチャネルトランジスタ158は前記ト
ランジスタ156の第2の電極に接続された第1の電
極、グランドに接続された第2の電極、および前記ドラ
イブ−ロー信号を受けるためのゲート電極を有する。
に使用されて論理ゼロをデータ出力を通って供給する。
したがって、回路部分90,95および100は図5に
おいてプルダウン機能を提供する。
転構成を示す。説明の目的で、電源電圧、Vdd、は
3.3ボルトであるものと仮定され、かつデータ出力
(Data Output)ノードはデータ線導体に接
続されており、該データ線導体は、次に、電源電圧が5
ボルトである外部の別のドライバに接続できるものとす
る。この説明における例は3.3ボルトのドライバがデ
ータ線を介して5ボルトのドライバにインタフェースす
るものであるが、同じ発明は他の電圧レベルおよび第1
のドライバが電源電圧が該第1のドライバのものより高
い他の外部のドライバにインタフェースする他の状況に
も容易に適用可能である(例えば、図5のドライバの電
源電圧が2.5ボルトであり、かつ前記外部ドライバの
電源電圧が3.3ボルトである場合、その他)。
きる。該ドライバが標準的な機能(すなわち、3.3ボ
ルトを3.3ボルトにインタフェースし、あるいは5ボ
ルトを5ボルトにインタフェースする)を行なっている
場合、該ドライバは知られたバッファ回路と同様に動作
する。以下の説明は3.3ボルトの出力バッファを5.
0ボルトの外部ドライバ(あるいは、同様の電源電圧の
相違を有する回路)にインタフェースするために独自の
機能を行なう場合に、新規な方法で、どのようにして前
記ドライバが動作するかを説明する。以下の説明は前記
ドライバが始めにハイインピーダンス状態であるものと
前もって仮定する。ハイインピーダンス状態は前記ドラ
イブ−ハイ信号が3.3ボルトでありかつ前記ドライブ
−ロー信号がゼロボルトであることを意味する。
ドを、例えば、3.3ボルトから5.0ボルトへとドラ
イブした時、トランジスタ160は前記出力ノードの電
圧(すなわち、データ出力)が(Vdd+|Vtp|)
より上昇した場合にターンオンし、この場合|Vtp|
はpチャネルトランジスタ160のしきい値電圧の大き
さである。電荷が前記データ出力ノードからnウェルノ
ードへと流れ、これらの2つのノードの電圧を等しくす
る。前記nウェルの電圧が(Vdd+|Vtp|)より
高く上昇した時、トランジスタ152および107はタ
ーンオンする。電荷が前記nウェルから前記ドライブ−
ハイ制御信号ノードへとかつ図5のノードAへと流れ、
これらのノードの電圧を等しくする。前記データ出力ノ
ードの電圧がさらに5ボルトまでドライブされた時、前
記データ出力ノード、前記nウェル、前記ドライブ−ハ
イ制御信号ノード、およびノードAの電圧は等しい状態
に留まっている。この電圧構成はトランジスタ134お
よび154がオフであることを保証する。したがって、
トランジスタ134および154は出力ノードから前記
Vdd電源へと電流を導かない。また、トランジスタ1
50はオフとなっている。したがって、前記nウェルか
ら前記Vdd電源へは大きな電流のリーケージ経路はな
い。したがって、本ドライバは前に述べた両立性の問題
を解決する。
ドを5ボルトからゼロボルトへと戻るようドライブした
時、電荷は前記nウェルからトランジスタ160を通り
データ出力ノードへと流れ始める。したがって、前記n
ウェルの電圧は降下し始める。電荷は前記ドライブ−ハ
イ制御信号ノードおよび図5のノードAから、それぞ
れ、トランジスタ152および107を通り前記nウェ
ルに流れ始める。したがって、前記ドライブ−ハイ制御
信号ノードおよびノードAの電圧は降下し始める。デー
タ出力ノードの電圧がさらにゼロボルト(すなわち、グ
ランド)へ向けて降下するようドライブされると、前記
データ出力ノード、前記nウェル、前記ドライブ−ハイ
制御信号ノード、およびノードAの電圧はこれらのノー
ドの電圧がほぼ3.9ボルト(Vdd+|Vtp|)に
なるまで等しい状態に留まっている。この時点で、トラ
ンジスタ160,152および107はターンオフす
る。前記ドライブ−ハイ制御信号ノード、ノードA、お
よびnウェルの電圧はほぼ3.9ボルトの最終値へと落
ち着き、一方前記データ出力ノードの電圧はゼロボルト
へと低下するようドライブされる。
いが前記データ出力の外部に結合されている)が前記出
力ノードを5ボルトに充電しかつ該ドライバの次の動作
は出力を3.3ボルトにドライブすることである場合、
出力段トランジスタは前記ゲート酸化物電圧が過剰に高
いレベルに到達することを防止する(すなわち、損傷を
生じる電界が最小に保たれる)。始めは、前記ドライブ
−ハイ制御信号ノード、ノードA、および前記nウェル
の電圧は5ボルトである。この遷移においては、前記デ
ータ入力(データ入力の相補)信号電圧は3.3ボルト
であり、かつ出力イネーブル信号電圧はゼロボルトから
3.3ボルトへと上昇する。トランジスタ138はター
ンオンし、前記ドライブ−ハイ制御信号ノードを放電す
る。トランジスタ152はオンとなり、前記ドライブ−
ハイ制御信号ノードが放電するに応じて前記nウェルが
放電することを保証する。トランジスタ160はターン
オンし、かつ前記データ出力ノードを放電し始めるが、
データ出力電圧はほぼ5ボルトに留まっており、それは
データ出力ノードの大きな容量のためである。ドライブ
−ハイ制御信号ノードの電圧がほぼ2.7ボルト(Vd
d−|Vtp|)へと低下した時、トランジスタ150
は前記nウェルの電圧を3.3ボルトにクランプし、か
つプルアップトランジスタ154がターンオンして前記
出力電圧を5ボルトから3.3ボルトへと放電する。前
記出力イネーブル信号電圧がゼロボルトから3.3ボル
トへと上昇した時、トランジスタ110もまたターンオ
ンし、ノードAを放電する。ノードAは前記ドライブ−
ハイ制御信号ノードの放電速度よりも低速あるいは同等
の速度で放電する。したがって、本ドライバは過剰に高
いゲート酸化物電圧がこの遷移の間に形成されるのを防
止し、知られた出力/入力バッファに対し増大した信頼
性および低減された酸化物ブレークダウンを提供する。
(図5には示されていない)が出力ノードを5.5ボル
トに充電した後に図5のドライバがデータ出力を電源電
圧Vddにドライブする場合の該ドライバの動作のシミ
ュレーション結果のプロットを示す。このシミュレーシ
ョンに対しては、電源電圧、Vdd、は3.6ボルトで
あり、かつ外部ドライバの電源電圧は5.5ボルトであ
る。ここに与えられているプロセスパラメータおよび寄
生パラメータの双方は0.5ミクロンのプロセスにおけ
る最悪の場合の速度に対するものであり、かつシミュレ
ーション温度はセ氏135度である。前記シミュレート
された一組の条件はデータ遷移の間に回路において過剰
な高い電圧を発生するための最悪の筋書きである。この
シミュレーションに対しては、出力ノードには、伝送ラ
インが取り付けられ、該伝送ラインの特性インピーダン
スは25オームでありその一方向遅延時間は2.5ナノ
セカンドである。シミュレーションのための初期条件は
前記データ出力ノード、前記nウェル、前記ドライブ−
ハイ制御信号ノード、およびノードAの電圧が5.5ボ
ルトであり、かつデータ入力(すなわち、データ入力の
反転)信号電圧が3.6ボルトである。前記遷移はシミ
ュレーションの80ナノセカンドの時点で発生している
(図6を参照)。この80ナノセカンドの時点で、前記
出力イネーブル信号電圧はゼロボルトから3.6ボルト
へとほぼ1ナノセカンドでリニアに上昇する。
ハイ制御信号ノードとの間の電圧差を示す。ラインAは
(ドライブ−ハイの電位−nウェルの電位)である。こ
の電圧差はプルアップトランジスタ154のゲート酸化
膜にかかる電圧である。図6に示された遷移の間に、前
記電圧差はほぼ3.6ボルトの最終値に落ち着く前にほ
ぼ4.0ボルトの最大値に到達する。本プロットにおけ
るラインBは前記nウェルとノードAの間の電圧差(す
なわち、{ノードAの電位−nウェルの電位})を示し
ている。この電圧差はトランジスタ134のゲート酸化
膜にかかる電圧である。図6の遷移の間に、この電圧差
はまたほぼ3.6ボルトの最終値に落ち着く前にほぼ
4.0ボルトの最大値に到達する。これらの結果におけ
る電圧レベルはゲート酸化膜のブレークダウン電圧(薄
いゲート酸化膜であっても)より充分低くかつ信頼性低
下のしきい値電圧よりも低い。これらの結果は本ドライ
バが回路において過剰に高い電圧が形成されるのを防止
することを示しており、これは本ドライバを高度に信頼
性あるものとする1つの特性である。
バと同様の寸法とした図4に示される伝統的なドライバ
の同じシミュレーション結果のプロットを示す。該プロ
ットにおける実線はpチャネルプルアップトランジスタ
66のゲート酸化膜にかかる電圧差(すなわち、{ノー
ド6の電位−vfウェル})を示す。該電圧は4.7ボ
ルトの最大値に到達する。図5に示されたドライバは前
記プルアップトランジスタに最大電圧ストレスを与え、
これはほぼ図4のドライバのものより0.7ボルト低い
電圧に等しい。この低減された電圧は図5のドライバに
図4に示されたドライバのものより大きな信頼性を与え
る。
対しいくつかの利点を有し、かつ図1〜図4に関して説
明した不都合を解決する。例えば、図5のドライバは図
1の簡単なかつ不適切なドライバよりも大幅に改善され
ている。さらに、該ドライバは図2のドライバに関して
説明した問題を除去する。図5のドライバはプルアップ
経路に1つのトランジスタのみを使用し、シリコン基板
表面積の増大を避け、電力の増大を避け、かつ大きな電
力および大きな表面積に関連する他の知られた問題に対
し改善を与える。図5のドライバはゲートがデータ出力
ノードに直接接続されたトランジスタを持たず、それに
よって図2のドライバの関連する静電気的放電(ES
D)に対するがん丈さの問題を避けることができる。本
ドライバは過剰な高いゲート酸化膜電圧が図2の種々の
トランジスタにおいて発生する状況を処置する備えを有
しており、それによって関連する信頼性の問題を除去す
る。
を避けることができる。図5のドライバはnウェルのバ
イアス電圧を提供するために専用のピンを必要としな
い。該ドライバは図3の種々のトランジスタにおいて過
剰に高いゲート酸化膜電圧が発生する条件を処置する備
えを有しており、それによって関連する信頼性の問題を
除去する。図5のドライバは図5の該ドライバが5ボル
トの出力電圧とともにハイインピーダンス状態にある場
合にリーケージ経路を持たない。一般に、図5のドライ
バは図3のドライバよりもはるかに優れている。
も解決する。図5のドライバはゲートが出力ノードに接
続されたトランジスタを持たず、関連する静電気的放電
(ESD)に対するがん丈さの問題を除去する。図5の
ドライバはプルアップトランジスタ154をターンオフ
する上での制約を持たず、それによって図4に関して説
明した関連するクロスオーバ電流の問題を除去する。図
5のドライバは、上に述べたように、図4の回路におい
て過剰な高いゲート酸化膜電圧が発生する状況を処置す
る備えを有しており、それによって種々の関連する信頼
性の問題を除去する。
の有利な機能を達成する。図5のドライバがデータ出力
ラインにデータをドライブしている時、出力イネーブル
の電圧はゼロボルトでありかつプリコンディションの電
圧はVddである。トランジスタ110のゲートの電圧
はVddであり、かつトランジスタ104のゲートの電
圧はゼロボルトである。トランジスタ110はオンであ
り、かつトランジスタ104はオフである。したがっ
て、ノードAの電圧はゼロボルトである。トランジスタ
134はオンであり、ドライブ−ハイ信号がトランジス
タ132および138によって制御できるようにする。
ライステートにすることであれば、出力イネーブルの電
圧はVddからゼロボルトへと低下し、かつ*出力イネ
ーブルの電圧はゼロボルトからVddへと上昇する。ト
ランジスタ112はターンオフし、かつトランジスタ1
26はターンオンする。トランジスタ132および13
8のゲートである共通ノードはゼロボルトへと放電し、
トランジスタ138をオフにしかつトランジスタ132
をオンとする。トランジスタ132および134はオン
であるから、ドライブ−ハイの電圧はVddまで上昇
し、トランジスタ154をオフにしかつドライバをトラ
イステートにする。同時に、NANDゲート101はト
ランジスタ110のゲートの電圧をゼロボルトにドライ
ブし、トランジスタ110をオフにする。インバータ1
02はトランジスタ104のゲートの電圧をVddにド
ライブし、トランジスタ104をオンにする。この回路
構成のため、ドライブ−ハイはノードAの電圧が上昇し
始める前に完全に否定される。ノードAの電圧はトラン
ジスタ104および106のボディ効果のため(Vdd
−|Vtn,body|)まで上昇する。|Vtn,b
ody|>|Vtp|であるから、トランジスタ134
はわずかにオンとなり、トランジスタ132がドライブ
−ハイの電圧をVddに維持できるようにする。トラン
ジスタ154はオフに留まり、かつドライバはトライス
テート状態に留まる。
ート状態にあるとき、外部ドライバ(図示せず)は出力
をVddより上にドライブし、ノードAの電圧はVdd
より高く外部ドライブされる値に上昇する。もし外部ド
ライバが次に出力をVddへと戻るようドライブすれ
ば、ノードAの電圧は(Vdd+|Vtp|)へと落ち
着くであろう。この場合、トランジスタ134はオフで
あり、トランジスタ132が前記ドライブ−ハイ信号を
Vddへとドライブするのを防止する。
して抜け始めれば、かつそのノードの電圧が降下し始め
れば、回路部分75はトランジスタ154をターンオン
しかつ前記所望のトライステート条件に反するように前
記電圧が低下するのを防止する。出力イネーブルの電圧
はVddでありかつプリコンディションの電圧はVdd
であるから、トランジスタ146のゲートの電圧はゼロ
ボルトであり、かつトランジスタ146はオンとなって
いる。もしドライブ−ハイの電圧が(Vdd−|Vtp
|)より低下すれば、トランジスタ148はターンオン
する。電荷はトランジスタ146および148を通って
前記ドライブ−ハイノードへと流れ、その電圧を(Vd
d−|Vtp|)まで戻して上昇させかつトランジスタ
154をオフに保つ。
を示す。図8のトランジスタの多くは図5のトランジス
タと同様のものであり、かつしたがって同じ番号が付さ
れている。トランジスタ104,106,107,10
8,110,132,134,136,138,15
0,152,154,156,158および160およ
び回路部分95は図5を参照して示しかつ説明した。図
8の回路は3つのトランジスタ170,172および1
74、NORゲート164、およびインバータ166を
図5に示されかつ上に挙げたトランジスタに付加してい
る。トランジスタ170はトランジスタ134のゲート
電極に接続された第1の電極、第2の電極、およびVd
dに接続されたゲート電極を有する。トランジスタ17
2はトランジスタ170の第2の電極に接続された第1
の電極、第2の電極、およびトランジスタ172の第2
の電極に接続されたゲート電極を有する。トランジスタ
174はトランジスタ172の第2の電極に接続された
第1の電極、グランドに接続された第2の電極、および
トランジスタ104のゲート電極に接続されたゲート電
極を有する。NORゲート164は前記出力イネーブル
に接続された第1の入力、第2の入力、およびトランジ
スタ174のゲート電極に接続された出力を有する。イ
ンバータ166はトランジスタ138のゲート電極に接
続された入力およびNORゲート164の第2の入力に
接続された出力を有する。
動作と非常に類似している。したがって、説明の簡単化
のため、図8のドライバ回路は以下においては完全には
説明しない。一般に、トランジスタ170,172およ
び174は図5の回路部分75と同様に機能する。もし
ドライバがトライステート状態にありかつトランジスタ
134のゲート電圧が(Vdd+|Vtp|)に落ち着
きかつ外部ドライバ(図示せず)が前記データ出力をゼ
ロボルトにドライブすれば、前記外部ドライバはまたイ
ンバータ166のゲート電圧をトランジスタ156によ
ってゼロボルトにドライブするであろう。インバータ1
66はその出力をVddにドライブし、かつNORゲー
ト164はその出力をゼロボルトにドライブする。トラ
ンジスタ104はターンオフし、かつトランジスタ17
4はターンオンし、トランジスタ134のゲート電圧
を、トランジスタ172および174のボディ効果のた
め、(|Vtp,body,トランジスタ174|+|
Vtp,body,トランジスタ172|)へとドライ
ブする。この電圧は(Vdd−|Vtp|)より小さ
く、したがってトランジスタ134はターンオンし、ト
ランジスタ132がドライブ−ハイの電圧をVddに維
持できるようにする。トランジスタ154はオフに留ま
り、かつドライバはトライステート状態に留まってい
る。図8のドライバの動作のこれ以上の理解および説明
については、図5に関して行なわれた全ての説明を参照
されたい。
の出力ドライバを示す。図9におけるトランジスタの多
くは図5におけるトランジスタと類似しておりかつした
がって同じ番号が付されている。トランジスタ104,
106,107,108,110,132,134,1
36,138,150,152,154,156,15
8および160そして回路部分95(すなわち、インバ
ータ)は図5において図示されかつ説明されている。図
9の回路は図5の設計に対し単一のトランジスタ162
を加えている。トランジスタ162はグランドに接続さ
れた第1の電極、トランジスタ134のゲート電極に接
続された第2の電極、nウェルに接続されたnウェルコ
ンタクト、およびドライブ−ハイに接続されたゲート電
極を有する。図9のドライバの動作は図5のドライバの
動作と非常に類似している。したがって、説明の簡単化
のため、図9のドライバ回路はここでは完全には説明し
ない。
部分75と同様に機能する。もしドライバがトライステ
ート状態にありかつトランジスタ134のゲート電圧が
(Vdd+|Vtp|)に落ち着いておりかつドライブ
−ハイの電圧がVddより低く低下し始めていれば、ト
ランジスタ162はターンオンしかつトランジスタ13
4のゲートを放電し始める。もしドライブ−ハイの電圧
が(Vdd−|Vtp|)より低く低下し続ければ、ト
ランジスタ162はトランジスタ134のゲート電圧を
それが(Vdd−|Vtp|)に到達するまでより低く
ドライブし続ける。トランジスタ134は次にターンオ
ンし、トランジスタ132がドライブ−ハイの電圧をV
ddに維持できるようにする。トランジスタ154はオ
フ状態に留まり、かつドライバはトライステート状態に
留まっている。図9のドライバの動作のさらなる理解お
よび説明については、図5に関して行なわれた全ての説
明を参照されたい。
ンディション信号がどのように機能するかを示す。ライ
ンYはプリコンディション信号が使用されない場合の回
路についてのデータ出力を示す。ラインXはプリコンデ
ィション信号が使用されている場合のデータ出力の電圧
を示す。ラインYについては、データ出力は始めは5ボ
ルトにある。図10の時間Aにおいて、(プリコンディ
ション信号のない)図5の回路はデータ出力へのアクセ
スを承認される(すなわち、出力イネーブルが肯定され
る)。図5の回路は論理ゼロをデータ出力ラインに出力
し始める。領域Bはデータ出力ライン上に論理ゼロを指
示するために5ボルトからゼロボルトへドライブするの
に必要な時間を示す。ラインXは前記出力イネーブルが
時間Aにおいて肯定される前にデータ出力電圧を3.3
ボルト(依然として論理ハイの値)に低下させるために
使用できるプリコンディション信号を示す。論理ゼロの
データ出力へのドライブはラインXに対するよりも短い
時間で済むが、それは3.3ボルトは5ボルトがゼロボ
ルトにドライブできるよりも高速でゼロボルトにドライ
ブできるからである。したがって、プリコンディション
信号は図5の回路のドライブ−ロー時間を図示の如くほ
ぼ2ナノセカンド(ns)だけ低減する。
して説明できる。例えば、回路部分70は図5の出力回
路内でいくつかの機能を達成する。回路部分70は前記
出力イネーブル、前記任意選択的なプリコンディション
信号、および前記データ入力信号に応答してドライブ−
ハイと称される制御信号をアクティベイトしおよびデア
クティベイトする責務を有する。該回路部分70は出力
イネーブルのデアクティベイションに応答して前記ドラ
イブ−ハイ信号をVdd(3.3ボルト)にドライブす
る。該回路部分70は前記データ出力および/またはド
ライブ−ハイ制御信号がVdd(3.3ボルト)の電源
電圧よりも高く上昇したとき前記ドライブ−ハイ信号と
Vddとの間の全ての導通経路をターンオフする。該回
路部分70は前記出力イネーブルがデアクティベイトさ
れたときドライブ−ハイ制御信号を前記Vdd電圧に維
持する。回路部分70は図5の種々のpチャネルトラン
ジスタにおける高い電位を避けるために前記ドライブ−
ハイ信号および前記nウェル電圧を実質的に等しい速度
で放電するよう機能する。前記プルアップトランジスタ
のゲート酸化膜における電圧は、図6に示されるよう
に、いずれの動作バイアス条件においてもほぼ4.1ボ
ルトを超えない。
デアクティベイトされたときにドライブ−ハイ制御信号
電圧をVdd(3.3ボルト)に保つよう機能する。
出力導体に提供するよう機能する。特に、回路部分80
は、前記ドライブ−ハイ制御信号のアクティベイション
に応答して、Vddの電圧をデータ出力導体にドライブ
する。さらに、回路部分80は、図5のドライバがハイ
インピーダンス状態にありかつ前記データ出力導体がV
dd(3.3ボルト)よりも大きな電圧にドライブされ
たときに、図5のnウェルの電圧が前記データ出力導体
の電圧を追跡できるようにする。回路部分80もまた前
記ドライバがハイインピーダンス(トライステート)モ
ードにありかつ前記データ出力導体がVddより大きな
電圧にドライブされたときにトランジスタ154のゲー
ト電圧が前記nウェルの電圧を追跡できるようにする。
回路部分80はゲート酸化膜のストレスを低減するため
に前記ドライブ−ハイ制御信号の電圧を追跡する様式で
前記nウェルの電圧を高い外部的に供給された電圧
(5.0ボルト)から放電するよう機能する。ゲート酸
化膜のストレスは図6に示されるようにゲート酸化膜の
電圧が4.1ボルトより低く保たれるという事実により
低減される。より低い電圧差によりより低い酸化膜のス
トレスを生じる結果となる。
号を適切に肯定するために前記入力の出力イネーブル、
前記任意選択的なプリコンディション信号、および前記
データ入力信号の複雑な論理機能を達成する。もし前記
任意選択的なプリコンディション信号が全ての対応する
回路要素と共に図5から除去されれば、回路部分85は
信号出力イネーブルおよびデータ入力のNOR操作を行
なう。
導体上に論理ゼロの信号をドライブするために選択的に
肯定されるドライブ−ロー制御信号を発生する機能を提
供する。一般に、回路部分90はNANDゲートであり
かつ回路部分95はインバータである。
信号の肯定に応答して前記データ出力導体をグランドに
選択的にドライブするために使用されるプルダウン回路
である。回路部分100においては、トランジスタ15
6がトランジスタ158におけるホットキャリヤ注入
(HCI)効果を低減するために使用される。このHC
I低減回路は図5の回路における他の部分でも使用でき
る。
になっている場合にのみ図5のデータ出力を3.3ボル
ト(または5.0ボルトより低い他の電圧)へと選択的
にドライブするために使用されるプリコンディション回
路を示す。図11は、プリコンディション信号(アクテ
ィブハイ)、出力イネーブル信号(アクティブハイ)、
図5のデータ出力、プロセッサデータ値(Proces
sor Data Value:図5の回路が出力バッ
ファとして機能している場合に図5の相補的なデータ入
力信号である論理1またはゼロのデータ)、およびプリ
コンディションデータ値を示している。図11は肯定さ
れたプリコンディション信号に応答してデータ出力の論
理ハイのみが選択的により低い電圧にドライブされるこ
とを示している。
第1の入力、第2の入力、および出力を有するORゲー
ト500を有する。バッファ501はORゲート500
の出力に接続されたトライステートイネーブル信号、入
力、およびデータ出力導体である出力を有する。AND
ゲート503はプリコンディション信号を受けるための
第1の入力、データ出力信号を受けるための第2の入
力、およびORゲート500の第2の入力に接続された
出力を有する。ORゲート502は内部プロセッサデー
タ値に接続された第1の入力、ANDゲート503の出
力に接続された第2の入力、そして前記バッファ501
の入力に接続された出力を有する。
において作動状態ではなくかつ電源電圧に「プルアッ
プ」され得ることを示している。出力バッファ、入力バ
ッファ、または入力/出力バッファが集積回路において
使用されない場合、該集積回路のピン(すなわち、デー
タ出力)が負荷装置600を介して電源電圧に接続され
ることはあり得ないことではない。該負荷装置600は
抵抗、能動抵抗装置(すなわち、トランジスタ)、また
は同様の回路要素となり得る。また図5の回路がVdd
3の電源(すなわち、3.3ボルト)で給電されかつプ
ルアップ負荷装置600がVdd5の電源(すなわち、
5.0ボルト)に接続されるマルチ電圧システムにおい
てもめずらしいことではない。図5の回路は図12に示
される接続に対し上に述べた特徴により従来の出力また
は出力/入力バッファよりも良好に対処する。例えば、
図5の回路のため図12におけるVdd5とVdd3と
の間にはリーケージ電流が生じないなどである。
説明されたが、当業者にはさらに他の修正および改善を
成すことができる。例えば、上で述べた特定のいくつか
のトランジスタは、いくつかの場合、pチャネルまたは
nチャネルMOSトランジスタ、バイポーラトランジス
タ、または他の同様のスイッチング装置によって置き換
えることができる。ここに教示された回路は第1の電圧
を有する任意の集積回路をより高い第2の電圧を有する
任意の集積回路にインタフェースするために使用でき
る。上で述べた回路が形成される基板はシリコン基板に
限定されず、任意の伝統的な半導体基板材料または構造
を使用できる。説明された回路が与えられれば、非反転
および反転出力バッファを形成できる。したがって、本
発明は示された特定の形式に限定されないこと、および
添付の特許請求の範囲はこの発明の精神および範囲から
離れることのない全ての修正をカバーするものと考えら
れることが理解されるべきである。
電圧で給電される集積回路がより高い第2の電圧で給電
される他の集積回路にインタフェースできるようにする
出力回路および方法が提供され、該出力回路および方法
によれば性能の低下なしに、過剰なリーケージ電流なし
に、クロスオーバー電流なしに、そしてゲート酸化膜の
ストレスを増大させることなしに2つの集積回路をイン
タフェースできる。
バッファに接続された回路構成を示す電気回路図であ
る。
る。
図である。
気回路図である。
示す電気回路図である。
ードを5.5ボルトに充電した後に該ドライバがデータ
出力を電源電圧Vddにドライブする場合のシミュレー
ション結果を示すX−Yグラフである。
4に示される従来のドライバに対するシミュレーション
結果を示すX−Yグラフである。
気回路図である。
示す電気回路図である。
ョンがどのように機能するかを示すグラフである。
なうために使用される回路を示す電気回路図である。
ある。
分 101,144 NANDゲート 102 インバータ 104,106,108,110,116,120,1
22,126,128,136,138,142,15
6,158 nチャネルトランジスタ 107,112,114,118,124,130,1
32,134,140,146,148,150,15
2,154,160 pチャネルトランジスタ 170 nチャネルトランジスタ 172,174 pチャネルトランジスタ 164 NORゲート 166 インバータ 162 pチャネルトランジスタ 500,502 ORゲート 501 バッファ 503 ANDゲート 600 負荷装置
Claims (8)
- 【請求項1】 第2の集積回路内に配置された第2の出
力ドライバとインタフェースすべき第1の出力ドライバ
(図5)を有する第1の集積回路であって、前記第1の
出力ドライバは第1の電圧(Vdd)により給電されか
つ前記第2の出力ドライバは第2の電圧により給電さ
れ、この場合前記第1の電圧は前記第2の電圧より低
く、前記第1の出力ドライバは、 前記第1の電圧(Vdd)を提供するための電源電圧導
体、 データ入力信号(*データ入力)を提供するためのデー
タ入力導体、 出力イネーブル信号(出力イネーブル)を提供するため
の出力イネーブル導体、 前記第1の出力ドライバ内の少なくとも1つのトランジ
スタを含む少なくとも1つの拡散ウェルをバイアスする
ために使用されるウェル導体(nウェル)、 制御信号(*ドライブ−ハイ)を発生するための手段で
あって、少なくとも1つのトランジスタを含み、かつ前
記電源導体に接続された第1の端子、前記出力イネーブ
ル導体に接続された第2の端子、前記ウェル導体に接続
された第3の端子、および前記データ入力導体に接続さ
れた第4の端子を有し、前記発生するための手段は前記
制御信号のデアクティベイションに応答して制御信号導
体を前記第1の電圧にドライブし、前記発生するための
手段はゲート酸化膜のストレスを低減するために前記制
御信号および前記少なくとも1つのトランジスタのゲー
ト電圧を実質的に等しい速度で放電するもの、そして出
力導体(データ出力)に出力論理値を提供するための手
段であって、該提供するための手段は前記出力導体に接
続された第1の端子、少なくとも1つのプルアップトラ
ンジスタ(150)を介して前記第1の電圧を受けるた
めの第2の端子、前記ウェル導体に接続された第3の端
子、および前記制御信号導体に接続された第4の端子を
有し、前記提供するための手段は前記ウェル導体の電圧
を前記第2の電圧から前記制御信号導体の電圧を追跡す
るように放電して前記プルアップトランジスタのゲート
酸化膜にかかる電界ストレスを低減するもの、 を具備することを特徴とする第1の集積回路。 - 【請求項2】 出力回路(図5)であって、 制御信号を受けるための制御電極、電源電圧を受けるた
めの第1の電流電極、チャネル領域をバイアスするため
に使用されるチャネル導体に接続された該チャネル領
域、および前記チャネル導体に電気的に接続された第2
の電流電極を有する第1のトランジスタ(150)、 前記電源電圧を受けるための制御電極、前記チャネル導
体に接続された第1の電流電極、前記チャネル導体に接
続されたチャネル領域、および前記制御信号に電気的に
接続された第2の電流電極を有する第2のトランジスタ
(152)、 前記制御信号を受けるための制御電極、前記電源電圧を
受けるための第1の電流電極、前記チャネル導体に接続
されたチャネル領域、および出力に電気的に接続された
第2の電流電極を有する第3のトランジスタ(15
4)、そして前記電源電圧を受けるための制御電極、前
記チャネル導体に接続された第1の電流電極、前記チャ
ネル導体に接続されたチャネル領域、および前記出力に
電気的に接続された第2の電流電極を有する第4のトラ
ンジスタ(160)、 を具備することを特徴とする出力回路(図5)。 - 【請求項3】 出力バッファ内で制御信号を提供するた
めの回路であって、 電源電圧を受けるための第1の電流電極、第2の電流電
極、および出力イネーブルに接続された制御電極を有す
る第1のnチャネルトランジスタ(104)、 前記第1のnチャネルトランジスタの前記第2の電流電
極に接続された第1の電流電極、第2の電流電極、およ
び前記電源電圧を受けるための制御電極を有する第2の
nチャネルトランジスタ(106)、 前記第2のnチャネルトランジスタの前記第2の電流電
極に接続された第1の電流電極、第2の電流電極、およ
び前記電源電圧を受けるための制御電極を有する第3の
nチャネルトランジスタ(108)、 前記第3のnチャネルトランジスタの前記第2の電流電
極に接続された第1の電流電極、グランド電位を受ける
ための第2の電流電極、および前記出力イネーブルに接
続された制御電極を有する第4のnチャネルトランジス
タ(110)、そしてnウェル内に形成されたチャネル
領域であって該nウェルは前記チャネル領域のバイアス
に影響を与える導体に接続されているもの、前記チャネ
ル領域に接続された第1の電流電極、前記第2のnチャ
ネルトランジスタの第2の電流電極に接続された第2の
電流電極、および前記電源電圧を受けるための制御電極
を有する第5のpチャネルトランジスタ(107)、 を具備することを特徴とする出力バッファ内で制御信号
を提供するための回路。 - 【請求項4】 出力バッファ回路であって、 電源電圧を受けるための第1の電流電極、第2の電流電
極、および出力イネーブルに接続された制御電極を有す
る第1のnチャネルトランジスタ(104)、 前記第1のnチャネルトランジスタの第2の電流電極に
接続された第1の電流電極、第2の電流電極、および前
記電源電圧を受けるための制御電極を有する第2のnチ
ャネルトランジスタ(106)、 前記第2のnチャネルトランジスタの第2の電流電極に
接続された第1の電流電極、第2の電流電極、および前
記電源電圧を受けるための制御電極を有する第3のnチ
ャネルトランジスタ(108)、 前記第3のnチャネルトランジスタの第2の電流電極に
接続された第1の電流電極、グランド電位を受けるため
の第2の電流電極、および前記出力イネーブルに結合さ
れた制御電極を有する第4のnチャネルトランジスタ
(110)、 nウェルに形成されたチャネル領域であって該nウェル
は前記チャネル領域のバイアスに影響を与える導体に接
続されているもの、前記チャネル領域に接続された第1
の電流電極、前記nチャネルトランジスタの前記第2の
電流電極に接続された第2の電流電極、および前記電源
電圧を受けるための制御電極を有する第1のpチャネル
トランジスタ(107)、 前記電源電圧を受けるための第1の電流電極、第2の電
流電極および前記出力イネーブルに接続された制御電極
を有する第2のpチャネルトランジスタ(132)、 前記第2のpチャネルトランジスタの第2の電流電極に
接続された第1の電流電極、第2の電流電極、および前
記第1のpチャネルトランジスタの前記第2の電流電極
に接続された制御電極を有する第3のpチャネルトラン
ジスタ(134)、 前記第3のpチャネルトランジスタの第2の電流電極に
接続された第1の電流電極、グランド電位に接続された
第2の電流電極、および前記出力イネーブルに接続され
た制御電極を有する第5のnチャネルトランジスタ(1
38)、 前記第3のpチャネルトランジスタの前記第2の電流電
極に接続された制御電極、電源電圧を受けるための第1
の電流電極、チャネル領域のバイアスに影響を与える前
記導体に結合された該チャネル領域、および前記チャネ
ル領域のバイアスに影響を与える前記導体に電気的に接
続された第2の電流電極を有する第4のpチャネルトラ
ンジスタ(150)、 前記電源電圧を受けるための制御電極、前記チャネル領
域のバイアスに影響を与える前記導体に接続された第1
の電流電極、前記チャネル領域のバイアスに影響を与え
る前記導体に結合されたチャネル領域、および前記第3
のpチャネルトランジスタの前記第2の電流電極に電気
的に接続された第2の電流電極を有する第5のpチャネ
ルトランジスタ(152)、 前記第3のpチャネルトランジスタの第2の電流電極に
接続された制御電極、前記電源電圧を受けるための第1
の電流電極、チャネル領域のバイアスに影響を与える導
体に結合された該チャネル領域、および出力に電気的に
接続された第2の電流電極を有する第6のpチャネルト
ランジスタ(154)、そして前記電源電圧を受けるた
めの制御電極、前記チャネル領域のバイアスに影響を与
える導体に結合された第1の電流電極、前記チャネル領
域のバイアスに影響を与える導体に結合されたチャネル
領域、および前記出力に電気的に結合された第2の電流
電極を有する第7のpチャネルトランジスタ(16
0)、 を具備することを特徴とする出力バッファ回路。 - 【請求項5】 出力バッファ回路であって、 出力、 出力イネーブル、 データ入力、 前記データ入力および前記出力イネーブルに応答して前
記出力に選択的に論理ハイの値を提供するよう結合され
た複数のpチャネルトランジスタ(150,152,1
54,160)であって、該複数のpチャネルトランジ
スタは電源電圧に接続され、前記複数のpチャネルトラ
ンジスタは前記出力から前記電源電圧へ生じる不利なリ
ーケージ電流なしに前記出力から前記電源電圧より大き
な電圧を受けることが可能であり、前記複数のpチャネ
ルトランジスタは4.1ボルトを超えないゲート−チャ
ネル電圧を有するもの、そして論理ローの値を前記出力
に選択的に提供するための回路、 を具備することを特徴とする出力バッファ回路。 - 【請求項6】 出力ドライバであって、 pチャネルプルアップトランジスタ(154)であっ
て、該pチャネルプルアップトランジスタは電源電圧に
接続された第1の電流電極、データ出力ラインに結合さ
れた第2の電流電極、前記プルアップトランジスタのチ
ャネル領域の電圧が変えられるようにするnウェル導
体、および第1の制御信号を受けるための制御電極を有
するもの、 グランド電位に接続された第1の電流電極、前記データ
出力ラインに接続された第2の電流電極、および第2の
制御信号を受けるための制御電極を有するnチャネルプ
ルダウントランジスタ(158)、そして前記nウェル
導体に結合された第1の電流電極、前記第1の制御信号
に結合された第2の電流電極、前記nウェル導体に結合
されたチャネル領域、および前記電源電圧を受けるため
の制御電極を有する単一のpチャネルトランジスタ(1
52)であって、該単一のpチャネルトランジスタは前
記nウェル導体を前記第1の制御信号に選択的に結合す
るもの、 を具備することを特徴とする出力ドライバ。 - 【請求項7】 導体にデータ値を駆動入力する方法であ
って、 第1の電圧の前記導体を準備する段階、 前記データ値が前記導体に駆動入力されるべきことを決
定する段階、 前記導体の電位を前記第1の電圧から第2の電圧へと低
下させる段階であって、前記第2の電圧は前記第1の電
圧より低く、前記低下させる段階は制御信号(プリコン
ディション)に応答して行なわれかつ前記データ値が前
記導体に駆動入力される前に行なわれるもの、そして前
記データ値を前記導体に駆動入力する段階、 を具備することを特徴とする導体にデータ値を駆動入力
する方法。 - 【請求項8】 導体を通ってデータ値を提供するための
システムであって、該システムは出力イネーブル制御信
号を有し、かつ第1の電源電圧を前記導体に提供するた
めの第1のトランジスタ(154)、 第2の電源電圧を前記導体に提供するための第2のトラ
ンジスタ(158)であって、前記第2の電圧は前記第
1の電圧と異なるもの、そして前記第1のトランジスタ
に結合され前記導体を第3の電圧から前記第2の電圧へ
と駆動するためのプリコンディション制御信号であっ
て、前記第2の電圧は前記第3の電圧より低く、前記第
3の電圧は前記出力イネーブル制御信号の肯定の用意の
ために前記第2の電圧に駆動されるもの、 を具備することを特徴とする導体を通ってデータ値を提
供するためのシステム。
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