KR20110109124A - Input buffer - Google Patents
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Abstract
입력버퍼는 스위치의 턴온여부에 따라 레벨이 조절되는 바이어스전압을 생성하는 바이어스전압생성부와, 상기 바이어스전압에 응답하여 조절되는 저항값에 응답하여 게이트전압을 생성하는 제1 부하부와, 상기 게이트전압에 응답하여 출력신호가 출력되는 출력노드 사이의 저항값을 결정하는 제2 부하부를 포함한다. The input buffer includes a bias voltage generation unit generating a bias voltage whose level is adjusted according to whether the switch is turned on, a first load unit generating a gate voltage in response to a resistance value adjusted in response to the bias voltage, and the gate. And a second load unit configured to determine a resistance value between the output nodes to which the output signal is output in response to the voltage.
Description
본 발명은 반도체 집적회로에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 입력버퍼에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly to an input buffer.
일반적으로, 반도체 집적회로는 실리콘 웨이퍼를 가공하여 구현된 각종 트랜지스터 및 기타 수동소자를 이용하여 로직 및 메모리동작을 수행하도록 패키지화된 장치를 말한다. 마이크로 프로세서 및 컨트롤러 혹은 디램 및 에스램 등의 다양한 장치 및 회로들이 반도체 집적회로에 속한다.In general, a semiconductor integrated circuit refers to an apparatus packaged to perform logic and memory operations using various transistors and other passive elements implemented by processing a silicon wafer. Various devices and circuits, such as microprocessors and controllers, or DRAM and SRAM, belong to semiconductor integrated circuits.
반도체 집적회로에는 로직 및 메모리동작을 수행하기 위해 다양한 내부회로들이 포함되며, 내부회로는 입력버퍼를 통해 외부로부터 입력되는 입력신호를 전달받는다. 일반적인 입력버퍼의 기능에 대해 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.The semiconductor integrated circuit includes various internal circuits for performing logic and memory operations, and the internal circuit receives an input signal input from the outside through an input buffer. The following is a more detailed look at the function of a general input buffer.
우선, 구동전원(Vdd)이 3.3V인 경우, 반도체 집적회로의 내부회로들은 '로직하이'인 3.3V에서 '로직로우'인 0V의 범위내에서 움직이며 이들 두 전위(3.3V, 0V)의 중간값인 1.65V 정도에서 로직이 전이하는 전이점이 존재한다. 이때, 로직상태가 아주 정확하게 구동전원을 따라간다고 하여 레일-투-레일(rail-to-rail)동작이라고 한다.First, when the driving power supply Vdd is 3.3V, the internal circuits of the semiconductor integrated circuit move within the range of 'logic high' to 3.3V and 'logic low' to 0V, and the two potentials (3.3V and 0V) There is a transition point at which logic transitions at about 1.65V, which is the median value. In this case, the logic state follows the driving power with high accuracy and is called rail-to-rail operation.
물론, 반도체 디바이스의 내부전원은 항상 3.3V로 고정되는 것은 아니며 시스템의 파워 제어 및 시스템 내·외부사정에 의해 제한된 범위내에서 변화될 수 있지만, CMOS 로직은 분명히 레일-투-레일 동작을 수행한다. 이때, 외부 버스의 LVTTL 환경과 디바이스 내부의 CMOS 환경을 이어주는 역할을 수행하는 장치가 입력버퍼이다.Of course, the internal power supply of the semiconductor device is not always fixed at 3.3V and can be changed within a limited range by the system's power control and internal and external circumstances, but the CMOS logic clearly performs rail-to-rail operation. . At this time, the input buffer is a device that connects the LVTTL environment of the external bus with the CMOS environment inside the device.
도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 입력버퍼의 회로도이다.1 and 2 are circuit diagrams of an input buffer according to the prior art.
우선, 도 1에 도시된 입력버퍼는 저항소자들(R10, R11)을 이용한 수동부하(passive load)를 사용한다. 이와 같은 구성의 입력버퍼는 DDR3와 같은 고속 동작 및 낮은 전압에서 취약성이 매우 크게 나타나고, 저항소자와 같은 수동소자가 갖는 노이즈가 출력신호에 그대로 연결되며, 출력신호의 직류레벨을 조절할 수 없어 전류소모를 조절하기 어렵다.First, the input buffer shown in FIG. 1 uses a passive load using resistance elements R10 and R11. The input buffer of such a configuration is very vulnerable at high speeds such as DDR3 and low voltage, noise of passive components such as resistors is directly connected to the output signal, and current consumption is not possible because the DC level of the output signal cannot be adjusted. It is difficult to regulate.
다음으로, 도 2에 도시된 입력버퍼는 저항소자들(R12, R13)과 NMOS 트랜지스터들(N12, N13)로 구성된 액티브부하(Active load)를 사용한다. 도 2에 도시된 입력버퍼의 경우 고속동작 및 낮은 전압에서 동작 시 도 1에 도시된 입력버퍼보다는 우수한 동작 특성을 나타낸다. 그러나, 저항소자들(R12, R13)의 저항값에 의해 부하(load)의 저항값을 조절하기 힘들고, 출력신호의 직류레벨을 조절할 수 없기 때문에 도 2에 도시된 입력버퍼도 도 1에 도시된 입력버퍼와 같이 전류소모를 조절하기 어렵다.
Next, the input buffer shown in FIG. 2 uses an active load composed of resistor elements R12 and R13 and NMOS transistors N12 and N13. The input buffer shown in FIG. 2 exhibits superior operating characteristics than the input buffer shown in FIG. 1 when operating at high speed and at low voltage. However, since it is difficult to adjust the resistance value of the load by the resistance values of the resistor elements R12 and R13, and the DC level of the output signal cannot be adjusted, the input buffer shown in FIG. 2 is also shown in FIG. It is difficult to control the current consumption like the input buffer.
본 발명은 부하의 저항 및 전류소모를 용이하게 조절할 수 있도록 하는 입력버퍼를 개시한다.The present invention discloses an input buffer that can easily adjust the resistance and current consumption of the load.
이를 위해 본 발명은 스위치의 턴온여부에 따라 레벨이 조절되는 바이어스전압을 생성하는 바이어스전압생성부와, 상기 바이어스전압에 응답하여 조절되는 저항값에 응답하여 게이트전압을 생성하는 제1 부하부와, 상기 게이트전압에 응답하여 출력신호가 출력되는 출력노드 사이의 저항값을 결정하는 제2 부하부를 포함하는 입력버퍼를 제공한다.
To this end, the present invention provides a bias voltage generation unit for generating a bias voltage whose level is adjusted according to whether the switch is turned on, a first load unit for generating a gate voltage in response to a resistance value adjusted in response to the bias voltage; An input buffer includes a second load unit configured to determine a resistance value between output nodes to which an output signal is output in response to the gate voltage.
도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 입력버퍼의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력버퍼의 회로도이다.
도 4a는 도 3에 도시된 입력버퍼에 포함된 바이어스전압생성부에서 스위치턴온 여부에 따른 바이어스전압의 레벨변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 4b는 도 3에 도시된 입력버퍼에서 스위치턴온 여부에 따른 출력신호의 레벨변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 4c는 도 3에 도시된 입력버퍼에서 스위치턴온 여부에 따른 소모전류의 변화를 설명하기 위한 도면이다. 1 and 2 are circuit diagrams of an input buffer according to the prior art.
3 is a circuit diagram of an input buffer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4A is a diagram for describing a change in the bias voltage level depending on whether a switch is turned on in the bias voltage generator included in the input buffer shown in FIG. 3.
FIG. 4B is a view for explaining a level change of an output signal depending on whether a switch is turned on in the input buffer shown in FIG.
FIG. 4C is a diagram for describing a change in current consumption according to whether a switch is turned on in the input buffer shown in FIG. 3.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 권리 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These embodiments are only for illustrating the present invention, and the scope of rights of the present invention is not limited by these embodiments.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력버퍼의 회로도이다.3 is a circuit diagram of an input buffer according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 입력버퍼는 부하제어부(2), 직류레벨조절부(3) 및 신호입력부(4)로 구성된다. 부하제어부(2)는 바이어스전압제어부(20), 제1 부하부(21) 및 제2 부하부(22)로 구성된다. As shown in Fig. 3, the input buffer of this embodiment is composed of a
바이어스전압제어부(20)는 제1 전원전압(VDD1)과 접지전압 사이에 직렬 연결된 저항소자들(R21-R25)과, 접지전압과 바이어스전압(BIAS)이 출력되는 노드(nd25)사이에 연결된 제1 스위치(SW1)와, 노드(nd21)와 노드(nd25)사이에 연결된 제2 스위치(SW2)와, 노드(nd22)와 노드(nd25)사이에 연결된 제3 스위치(SW3)와, 노드(nd23)와 노드(nd25)사이에 연결된 제4 스위치(SW4)와, 노드(nd24)와 노드(nd25)사이에 연결된 제5 스위치(SW5)로 구성된다. 바이어스전압제어부(20)에서 출력되는 바이어스전압(BIAS)의 레벨은 제1 내지 제5 스위치(SW1-SW5)의 턴온 여부에 따라 결정되는데, 도 4a에 도시된 바와 같이 제1 스위치(SW1)만 턴온되는 경우 0(V)이고, 제2 스위치(SW2)만 턴온되는 경우 VB2(V)이며, 제5 스위치(SW5)만 턴온되는 경우 VB5(V)이다. 즉, 바이어스전압(BIAS)의 레벨은 제1 스위치(SW1)만 턴온되는 경우 가장 작은 레벨로, 제5 스위치(SW5)만 턴온되는 경우 가장 큰 레벨로 생성된다.The
제1 부하부(21)는 제1 전원전압(VDD1)과 게이트전압(VG)이 출력되는 노드(nd26) 사이에 직렬 연결된 다수의 PMOS 트랜지스터들(P20-P25)로 구성된다. PMOS 트랜지스터들(P20-P25)은 바이어스전압(BIAS)에 응답하여 턴온되는 스위치소자로 동작하는데, 턴온된 PMOS 트랜지스터들(P20-P25)의 턴온저항값은 바이어스전압(BIAS)의 레벨에 따라 결정된다. 즉, 바이어스전압(BIAS)의 레벨이 작을수록 PMOS 트랜지스터들(P20-P25)의 턴온저항값은 감소하고, 게이트전압(VG)의 레벨은 증가한다.The
제2 부하부(22)는 제2 전원전압(VDD2)과 출력신호의 반전신호(OUTB)가 출력되는 노드(nd30) 사이에 연결되어 턴온되는 스위치소자로 동작하는 NMOS 트랜지스터(N20)와, 제2 전원전압(VDD2)과 출력신호(OUT)가 출력되는 노드(nd31) 사이에 연결되어 턴온되는 스위치소자로 동작하는 NMOS 트랜지스터(N21)로 구성된다. NMOS 트랜지스터(N20) 및 NMOS 트랜지스터(N21)는 모두 게이트전압(VG)을 공급받아 턴온되어 부하(load)의 저항값을 결정한다. 부하(load)의 저항값은 게이트전압(VG)의 레벨에 따라 결정되며, 게이트전압(VG)의 레벨이 증가할수록 노드(nd30) 및 노드(nd31)에 공급되는 전류의 양이 증가한다. 따라서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1 스위치(SW1)만 턴온되는 경우 게이트전압(VG)의 레벨이 가장 크게 형성되므로, 출력신호(OUT)의 레벨도 가장 크게 형성된다.The
직류레벨조절부(3)는 제2 전원전압(VDD2)과 노드(nd32) 사이에 연결되어 바이어스전압(BIAS)에 응답하여 노드(nd32)의 레벨을 조절하는 PMOS 트랜지스터(P30)와, 노드(nd32)의 레벨에 따라 노드(nd30) 및 노드(nd31)의 직류레벨을 조절하는 NMOS 트랜지스터들(N30, N31)로 구성된 전류미러부(30)로 구성된다. 여기서, 노드(nd32)의 레벨은 바이어스전압(BIAS)의 레벨에 의해 결정되고, 전류미러부(30)는 정전류원을 형성하여 입력신호(IN)의 레벨에 관계없이 노드(nd30) 및 노드(nd31)의 직류레벨을 설정한다. 따라서, 전류미러부(30)에 의해 형성되는 정전류원의 전류량은 바이어스전압(BIAS)의 레벨에 따라 결정된다. 전류미러부(30)에 의해 형성되는 정전류원의 전류량은 입력버퍼의 소모전류의 양을 결정하므로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 입력버퍼의 소모전류(IDD)는 제1 스위치(SW1)만 턴온되는 경우 I1(A)로 가장 크고, 제5 스위치(SW5)만 턴온되는 경우 I5(A)로 가장 작다. The
신호입력부(4)는 노드(nd40) 및 노드(nd42) 사이에 연결되어 입력신호(IN)를 입력받는 NMOS 트랜지스터(N40)와, 노드(nd41) 및 노드(nd42) 사이에 연결되어 입력신호의 반전신호(INB)를 입력받는 NMOS 트랜지스터(N41) 및 노드(nd42)에 연결된 정전류원(Iss)으로 구성된다.The signal input unit 4 is connected between the node nd40 and the node nd42 to receive the input signal IN, and is connected between the node nd41 and the node nd42 to receive the input signal IN. The NMOS transistor N41 receives the inversion signal INB and a constant current source Iss connected to the node nd42.
이상 살펴본 구성의 입력버퍼는 제1 내지 제5 스위치(SW1-SW5)의 턴온 여부에 따라 바이어스전압(BIAS)의 레벨을 결정하고, 바이어스전압(BIAS)의 레벨에 따라 입력버퍼의 부하(load) 저항값을 조절한다. 좀 더 구체적으로, 본 실시예의 입력버퍼는 액티브부하(Active load)로 구현된 제1 부하부(21)를 구비하여 바이어스전압(BIAS)의 레벨에 따라 조절되는 턴온저항값에 의해 게이트전압(VG)의 레벨을 조절하고, 게이트전압(VG)의 레벨에 따라 액티브부하(Active load)로 구현된 제2 부하부(22)의 턴온저항값을 조절한다. 또한, 본 실시예의 입력버퍼는 바이어스전압(BIAS)의 레벨에 따라 노드(nd30) 및 노드(nd31)의 직류레벨을 설정하여, 입력버퍼의 소모전류(IDD)를 조절한다.
The input buffer having the above-described configuration determines the level of the bias voltage BIAS according to whether the first to fifth switches SW1 to SW5 are turned on, and loads the input buffer according to the level of the bias voltage BIAS. Adjust the resistance value. More specifically, the input buffer according to the present embodiment includes a
2: 부하제어부 20: 바이어스전압제어부
21: 제1 부하부 22: 제2 부하부
3: 직류레벨조절부 30: 전류미러부
4: 신호입력부 2: load control unit 20: bias voltage control unit
21: first load portion 22: second load portion
3: DC level control unit 30: current mirror unit
4: signal input
Claims (8)
상기 바이어스전압에 응답하여 조절되는 저항값에 응답하여 게이트전압을 생성하는 제1 부하부;
상기 게이트전압에 응답하여 출력신호가 출력되는 출력노드 사이의 저항값을 결정하는 제2 부하부를 포함하는 입력버퍼.
A bias voltage generator configured to generate a bias voltage whose level is adjusted according to whether the switch is turned on;
A first load unit generating a gate voltage in response to a resistance value adjusted in response to the bias voltage;
And a second load unit configured to determine a resistance value between output nodes to which an output signal is output in response to the gate voltage.
제1 전원전압과 제1 노드 사이에 연결된 제1 저항소자;
상기 제1 노드와 상기 바이어스전압이 출력되는 제2 노드 사이 사이에 연결된 제1 스위치;
상기 제1 노드와 제3 노드 사이에 연결된 제2 저항소자; 및
상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 제2 스위치를 포함하는 입력버퍼.
The method of claim 1, wherein the bias voltage generation unit
A first resistor connected between the first power supply voltage and the first node;
A first switch connected between the first node and a second node at which the bias voltage is output;
A second resistance element connected between the first node and a third node; And
And a second switch coupled between the second node and the third node.
3. The display device of claim 2, wherein the first load unit comprises at least one first switch device connected between the first power supply voltage and a fourth node to which the gate voltage is output, wherein the first switch device is connected to the bias voltage. An input buffer whose turn-on resistance is adjusted in response.
4. The input buffer of claim 3, wherein the first switch element is a PMOS transistor.
The method of claim 3, wherein the second load unit includes a second switch device connected between a second power supply voltage and the output node, wherein the second switch device is turned on in response to the gate voltage to adjust a turn-on resistance value. Input buffer.
6. The input buffer of claim 5, wherein the second switch element is an NMOS transistor.
상기 바이어스전압에 응답하여 상기 출력노드의 직류레벨을 조절하는 직류레벨조절부; 및
입력신호를 입력받아 상기 출력노드의 방출전류량을 조절하는 신호입력부를 포함하는 입력버퍼.
The method of claim 1,
A DC level adjusting unit adjusting a DC level of the output node in response to the bias voltage; And
An input buffer including a signal input unit for receiving an input signal to adjust the amount of emission current of the output node.
바이어스전압에 응답하여 제1 노드의 레벨을 설정하는 레벨설정소자; 및
상기 제1 노드의 신호를 입력받아 상기 출력노드의 직류레벨을 조절하는 전류미러를 포함하는 입력버퍼.
The method of claim 7, wherein the DC level control unit
A level setting element for setting the level of the first node in response to the bias voltage; And
And a current mirror configured to receive a signal from the first node and adjust a DC level of the output node.
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