説明

半導体集積回路

【課題】差動増幅回路において参照電圧と外部入力信号とを比較する方式を採用した場合においても、出力信号の立ち上がりと立ち下がりとの対称性を維持する。
【解決手段】定電流源回路は、一端が第3及び第4トランジスタのソースである第2ノードに接続され、他端が前記第1電圧とは異なる第2電圧を供給する第2電源ノードに接続される。クランプ回路は、第2ノードと第2電源ノードとの間に電流経路を形成し、第1の外部入力信号が第1の状態から第2の状態に切り替わる場合において、第2ノードを所定の電位に調整する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書に記載の実施の形態は、半導体集積回路に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体集積回路には一般的に、外部から与えられる微小振幅の入力信号(外部入力信号)のレベルの変化に応じて出力信号の状態を変化させる入力信号受信回路が設けられる。そして、この入力信号受信回路には、一般的に外部入力信号のレベルの変化を検出するため差動増幅器が用いられる。
【0003】
差動増幅器は一般的に2つの入力端子を有している。差動増幅器において、入力信号が所定のレベルに達したか否かを検出する方式は、大きく分けて2つある。1つは、2つの入力端子の一方に外部入力信号INを、他方に外部入力信号の反転信号/INを入力させ、その大小を比較する第1の方式であり、もう1つは、外部入力信号INと固定値を有する参照電圧(参照信号)VREFとを比較させる第2の方式である。
【0004】
第1の方式は、回路の動作速度等の回路特性を良好にすることができるが、消費電力が大となったり、回路面積が増大したりするなどの問題がある。一方、第2の方式は、入力信号の配線が第1の方式の半分で済むため、回路面積を縮小することができるとともに消費電力も抑制することができる。しかし、固定値を有する参照電圧と、外部からの出力信号とを比較するため、カレントミラー回路の非対称性から、出力信号の立ち上がりと立ち下がりとのいずれか一方が、他方に対して鈍った波形となり、遷移時間に差が生じることが避けられない。このため、第2の方式を用いた入力信号受信回路においても、出力信号の立ち上がりと立ち下がりとの対称性を維持し、遷移時間の差を極力短くすることが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2003−8423号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
この発明は、差動増幅回路において参照電圧と外部入力信号とを比較する方式を採用した場合においても、出力信号の立ち上がりと立ち下がりとの対称性を維持することが可能な半導体集積回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
以下に説明する第1の態様の半導体集積回路は、次の構成を備えている。まず、第1導電型の第1トランジスタは、ソースが第1電圧を供給する第1電源ノードに接続され、ゲート及びドレインが第1ノードに接続されている。また、第1導電型の第2のトランジスタは、ソースが前記第1電源ノードに接続され、ドレインが信号出力ノードに接続され、ゲートが前記第1ノードに接続される。第2導電型の第3トランジスタは、
ドレインが前記第1トランジスタのドレインに接続され、ゲートに電圧レベルが変化する第1の外部入力信号、又は固定値を有する第2の外部入力信号のいずれか一方が入力される。第2導電型の第4トランジスタは、そのドレインが前記第2トランジスタのドレインに接続され、ソースが前記第3トランジスタのソースに接続され、ゲートに前記第1の外部入力信号又は前記第2の外部入力信号のうち前記第3トランジスタのゲートに入力されている信号以外の信号が入力される。定電流源回路は、一端が前記第3及び第4トランジスタのソースである第2ノードに接続され、他端が前記第1電圧とは異なる第2電圧を供給する第2電源ノードに接続される。クランプ回路は、前記第2ノードと前記第2電源ノードとの間に電流経路を形成し、前記第1の外部入力信号が第1の状態から第2の状態に切り替わる場合において、前記第2ノードを所定の電位に調整する。
【0008】
また、以下に説明する第2の態様の半導体集積回路は、次の構成を備えている。まず、第1導電型の第1トランジスタは、そのソースが第1電圧を供給する第1電源ノードに接続され、ゲート及びドレインが第1ノードに接続されている。また、第1導電型の第2トランジスタは、そのソースが前記第1電源ノードに接続され、ドレインが信号出力ノードに接続され、ゲートが前記第1ノードに接続される。第2導電型の第3トランジスタは、そのドレインが前記第1トランジスタのドレインに接続され、ゲートに電圧レベルが変化する第1の外部入力信号、又は固定値を有する第2の外部入力信号のいずれか一方が入力される。第2導電型の第4トランジスタは、そのドレインが前記第2トランジスタのドレインに接続され、ソースが前記第3トランジスタのソースに接続され、ゲートに前記第1の外部入力信号又は前記第2の外部入力信号のうち前記第3トランジスタのゲートに入力されている信号以外の信号が入力される。定電流源回路は、一端が前記第3及び第4トランジスタのソースである第2ノードに接続され、他端が前記第1電圧とは異なる第2電圧を供給する第2電源ノードに接続される。充放電加速回路は、前記第1ノードと前記第2電源ノードとの間に電流経路を形成するように接続され、前記第1の外部入力信号が第1の状態から第2の状態に切り替わる場合において、前記第1ノードを前記第2電源ノードに接続して前記第1ノードの充放電を加速する。前記充放電加速回路は、前記電流経路に形成され、ゲートが前記信号出力ノードに接続された第1導電型の第8トランジスタと、一端を前記第8トランジスタのソースに接続され、他端に前記第1の外部入力信号を与えられるように構成されたキャパシタと、前記第8トランジスタのソースと前記第2電源ノードの間に電流経路を形成するように接続されると共にゲートに前記信号出力ノードからの出力信号に基づいて生成される第1制御信号を与えられる第2導電型の第9トランジスタとを備える。
【0009】
更に、以下に説明する第3の態様の半導体集積回路は、次の構成を備えている。まず、第1導電型の第1トランジスタと、そのソースが第1電圧を供給する第1電源ノードに接続され、ゲート及びドレインが第1ノードに接続される。第1導電型の第2トランジスタは、そのソースが前記第1電源ノードに接続され、ドレインが信号出力ノードに接続され、ゲートが前記第1ノードに接続される。第2導電型の第3トランジスタは、そのドレインが前記第1トランジスタのドレインに接続され、ゲートに電圧レベルが変化する第1の外部入力信号、又は固定値を有する第2の外部入力信号のいずれか一方が入力される。第2導電型の第4トランジスタは、そのドレインが前記第2トランジスタのドレインに接続され、ソースが前記第3トランジスタのソースに接続され、ゲートに前記第1の外部入力信号又は前記第2の外部入力信号のうち前記第3トランジスタのゲートに入力されている信号以外の信号が入力される。定電流源回路は、一端が前記第3及び第4トランジスタのソースである第2ノードに接続され、他端が前記第1電圧とは異なる第2電圧を供給する第2電源ノードに接続される。充放電加速回路は、前記第1ノードと前記第1電源ノードとの間に電流経路を形成するように接続され、前記第1の外部入力信号が第1の状態から第2の状態に切り替わる場合において、前記第1ノードを前記第1電源ノードに接続して前記第1ノードの充放電を加速する。前記充放電加速回路は、前記電流経路に形成され、ゲートが前記信号出力ノードに接続された第1導電型の第11トランジスタと、一端を前記第11トランジスタのソースに接続され、他端に前記第1の外部入力信号を与えられるように構成されたキャパシタと、前記第11トランジスタのソースと前記第1電源ノードの間に電流経路を形成するように接続されると共にゲートに前記信号出力ノードからの出力信号に基づいて生成される第1制御信号を与えられる第1導電型の第12トランジスタとを備える。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る半導体集積回路の等価回路図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の変形例に係る半導体集積回路の等価回路図である。
【図3】第1の実施の形態の半導体集積回路の動作を示すグラフである。
【図4】本発明の第2の実施の形態に係る半導体集積回路の等価回路図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態に係る半導体集積回路の動作を説明するためのグラフである。
【図6】本発明の第3の実施の形態に係る半導体集積回路の等価回路図である。
【図7】本発明の第4の実施の形態に係る半導体集積回路の等価回路図である。
【図8】本発明の実施の形態の比較例の等価回路を示す。
【図9】上記比較例の動作を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。
【0012】
[第1の実施形態]
図1に、本発明の第1の実施形態に係るカレントミラー型差動増幅回路を用いた外部入力信号受信回路を示す。この外部入力信号受信回路は、カレントミラー型差動増幅回路11Aと、インバータINV1、INV2、及びNORゲートNOR−1を備えている。カレントミラー型差動増幅回路11Aは、外部から入力される外部入力信号である入力信号IN(第1の外部入力信号)を入力信号として受信し、この入力信号INを、固定値を有する参照電圧VREF(第2の外部入力信号)と比較する。そして、その比較結果としての差動増幅信号を外部に出力信号OUTnとして出力する。
また、インバータINV1、INV2は、それぞれ、この出力信号OUTnを反転した出力信号OUTp、及びこの出力信号OUTpを更に反転させた出力信号Outnxを出力する。NORゲートNOR1は、出力信号OUTpと、制御信号M_CLMPnとを入力信号とし、これらの2つの入力信号に基づき、これらの排他的論理和信号である出力信号CLMPpを出力する。
【0013】
カレントミラー型差動増幅回路11Aは、PMOSトランジスタTPM1,TPM2と、NMOSトランジスタTNA1、TNA2と、NMOSトランジスタTNCSと、NMOSトランジスタTNC1、TNC2、TNC3とを有する。
PMOSトランジスタTPM1、TPM2は、カレントミラー接続され、カレントミラー回路を構成している。すなわち、PMOSトランジスタTPM1は、ソースを電源電圧Vccを供給された電源電圧ノード(第1電圧ノード)に接続される一方、そのドレインとゲートは短絡されてダイオード接続の状態を有している。
また、PMOSトランジスタTPM2は、ソースに電源電圧Vccを与えられる一方、そのゲートは、ノードGPにおいてPMOSトランジスタTPM1のゲートに接続されている。
【0014】
NMOSトランジスタTNA1とTNA2とは、同一のサイズを有し、差動対(Differential Pair)を構成している。NMOSトランジスタTNA1のドレインは、PMOSトランジスタTPM1のドレインに接続され、そのゲートには外部入力信号である参照電圧VREF(固定値)が入力される。
【0015】
一方、NMOSトランジスタTNA2のドレインは、PMOSトランジスタTPM2のドレインに接続され、そのゲートには外部入力信号である入力信号INが入力される。NMOSトランジスタTNA1とTNA2は、ノードCOMにおいてソースを共通接続されている。上記とは逆に、NMOSトランジスタTNA2のゲートに参照電圧VREFを与え、NMOSトランジスタTNA1のゲートに入力信号INを与えるようにしてもよい。
なお、NMOSトランジスタTNA2とPMOSトランジスタTPM2との間の接続ノードが、このカレントミラー型差動増幅回路11Aの出力信号OUTnの出力ノードとされている。
【0016】
NMOSトランジスタTNCSは、差動増幅回路11Aに定電流を流す定電流源回路として機能するトランジスタである。NMOSトランジスタTNCSは、そのドレインをノードCOMに接続され、そのソースを接地されている。NMOSトランジスタTNCSのゲートには、カレントミラー型差動増幅回路11Aに流れる電流を所定の値に制限するため、制御電圧IREFNが与えられている。
【0017】
また、NMOSトランジスタTNC1、TNC2、及びTNC3は、ノードCOMと接地端子との間に、その電流経路を形成するように互いに直列接続されている。これらのNMOSトランジスタTNC1、TNC2、及びTNC3は、入力信号INが”L”から”H”に立ち上がる場合において、ノードCOMの電位を所定の電位を制限(調整)するクランプ回路CLとして機能する。
【0018】
NMOSトランジスタTNC1は、そのドレインをノードCOMに接続される一方、そのゲートは外部入力信号INが供給される。NMOSトランジスタTNC2は、ドレインとゲートを短絡接続されたダイオード接続トランジスタである。NMOSトランジスタTNC2のドレイン及びゲートは、NMOSトランジスタTNC1のソースに接続されている。後述するように、NMOSトランジスタTNC2は、入力信号INが”L”から”H”に立ち上がり、ノードCOMの電位が所定値以上に上昇した場合において導通状態となってノードCOMの電位を所定値まで下げる一方、ノードCOMの電位が所定値未満である場合には非導通状態を維持する。
【0019】
また、NMOSトランジスタTNC3は、そのドレインをNMOSトランジスタTNC2のソースに接続される一方、ソースを接地端子に接続されている。また、そのゲートは、NORゲートNOR1より制御信号CLMPpを供給されている。NMOSトランジスタTNC1及びTNC3は、外部入力信号INが”L”から”H”へ変化する所定の期間だけ導通するようにされている。これは、トランジスタTNC2によるノードCOMの電圧を調整する機能が、外部入力信号INが”L”から”H”に変化する所定の期間だけ果されるようにするためである。トランジスタTNC2によるノードCOMの電圧調整機能が常時働いているようにすることは、カレントミラー型差増増幅回路11Aの正常な動作を却って妨げることになるため、このようなトランジスタTNC1、TNC3を設け、上記のように動作させることが好適である。
【0020】
インバータINV1は、PMOSトランジスタTPl1と、TNl1とを電源電圧Vccの電源電圧端子と接地端子との間に直接接続するとともに、それらのゲートを共通接続して構成される。それらのゲートが、インバータINV1の入力端子を構成する。この入力端子には、差動増幅回路11Aの出力信号OUTnが入力される。そして、共通接続されたPMOSトランジスタTPl1、TNl1のドレインがインバータINV1の出力端子を構成する。この出力端子から出力される出力信号を、出力信号OUTpと定義する。
【0021】
インバータINV2は、インバータINV1からの出力信号OUTpを反転させた出力信号OUTnxを出力する。また、NORゲートNOR1は、この出力信号OUTpと、制御信号M_CLMPnを入力されて、これらの入力信号の排他的論理和信号として出力信号CLMPpを出力する。
【0022】
図2は、この第1の実施の形態の変形例を示す。この変形例のカレントミラー型差動増幅回路11Bは、NMOSトランジスタTNC1と並列に接続される(すなわち、ノードCOMとNMOSトランジスタTNC1のソースとの間に電流経路を形成する)NMOSトランジスタTNC4を備えている。このNMOSトランジスタTNC4は、ゲートに前述の信号IREFNを与えられて定電流源回路として機能する。このNMOSトランジスタTNC4は、NMOSトランジスタTNC1、TNC3が非導通状態となっている場合において、NMOSトランジスタTNC2のゲートおよびドレインがフローティング状態となることを防止する機能を有する。
【0023】
次に、この第1の実施の形態の半導体集積回路の動作を、図3のグラフを参照して説明する。図3のグラフは、入力信号INが”H”から”L”に変化する場合と、逆に入力信号INが”L”から”H”に変化する場合のグラフを重ねて表示している。前者の場合の各種電圧の曲線には添字「DOWN」を、後者の場合の各種電圧の曲線には添字「UP」を付して区別している。また、NMOSトランジスタTNC1〜3により構成されるクランプ回路CLの効果を示すため、クランプ回路CLを使用した場合(制御信M_CLMPn=”L”)の動作だけでなく、クランプ回路CLを使用しない場合(M_CLMPn=”H”)の動作もグラフ中に示している。
【0024】
まず、入力信号INが”H”から”L”に下降する場合の動作(図3中の曲線IN(DOWN))を説明する。入力信号INが、時刻t1において”H”から”L”に下降を開始し、時刻t2において参照電圧VREFの電圧値よりも入力信号INの電圧値が小さくなると、NMOSトランジスタTNA1を流れる電流がNMOSトランジスタTNA2を流れる電流よりも大きくなる。その結果、出力電圧OUTn(図3の曲線OUTn(DOWN)))は、ノードCOMの電圧とほぼ同じ値から電源電圧Vccに向けて上昇を開始する。出力電圧OUTnxも、出力電圧OUTnよりもやや遅れた時刻t3付近において0Vから電源電圧Vccに向けて上昇を開始する。一方、ノードCOMの電圧は、時刻t1以前には高レベル(例えば0.9V程度)の電圧値を有しているが、時刻t2付近から減少し、低レベル(例えば0.6V程度)まで低下する。
【0025】
なお、NMOSトランジスタTNC1〜TN3により構成されるクランプ回路CLは、入力信号INが”H”から”L”に下降する局面においては、制御信号M_CLMPnの状態に拘らず機能しない。すなわち、制御信号M_CLMPn=”L”であっても、時刻t2付近までは出力信号OUTpの状態は”H”であるので、NMOSトランジスタTNC3は非導通状態(OFF)とされ、従ってノードCOMの電圧がクランプ回路CLによって制御されることはない。その後、出力信号OUTnが”H”に向けて上昇し、出力信号OUTpが”L”に向けて下降し、これによりNMOSトランジスタTNC3が導通状態(ON)になるが、その頃には、入力信号INが”L”に下降してNMOSトランジスタTNC1が非導通状態(OFF)となる。従って、ノードCOMの電圧がクランプ回路CLによって制御されることはない。このように、クランプ回路CLは、入力信号INが”H”から”L”に下降する局面においては、制御信号M_CLMPnの状態に拘らず機能しない。
【0026】
次に、入力信号INが”L”から”H”に上昇する場合の動作(図3中の曲線IN(UP)))を説明する。
入力信号INが、時刻t1において”L”から”H”に向かって上昇を開始すると、NMOSトランジスタTNA2が導通状態(ON)に移行し、このため、出力電圧OUTnも、時刻t2以降、電源電圧Vccから、ノードCOMの電圧に向けて下降を開始する。一方、ノードCOMは、NMOSトランジスタTNA2が導通状態に移行することにより、その電位が低レベル(例えば0.6V程度)から高レベル(例えば0.9V程度)に上昇する。
【0027】
しかし、入力信号INの立ち上がり速度が速くてNMOSトランジスタTNCSの電流供給能力が追い付かないことに起因して、ノードCOMの電位が一時的に想定される高レベル(例えば0.9V程度)よりも更に上昇してしまうことが生じ得る(時刻t2〜)。このノードCOMの電位の一時的な上昇を抑制するため、本実施の形態では、入力信号INが”L”から”H”に上昇する局面において、クランプ回路CLを動作させる。
【0028】
このクランプ回路CLを動作させない場合の、このノードCOMの曲線を、図3では符号COM(UP/off)で表している。この図3のように、ノードCOMの電位の一時的な上昇の幅が大きいと、その分出力電圧OUTnの低下も遅れ、出力信号OUTnxの変化のタイミングも遅れてしまう(図3の符号OUTnx(UP/off))。
クランプ回路CLを動作させることにより、符号COM(UP/on)で示される曲線のように、ノードCOMの電位の上昇幅を抑制することができる。具体的には、入力信号INが時刻t1において”L”から”H”に立ち上がると、NMOSトランジスタTNC1が導通状態(ON)となる。この時点で、トランジスタTNC3は既に導通状態となっている。このため、ノードCOMの電位が一時的に上昇した場合には、ダイオード接続されたトランジスタTNC2が導通状態(ON)に変わり、これにより、ノードCOMの電位を低下させることができる(図3の曲線COM(UP/on))。その分出力電圧OUTnの低下のタイミングを早め、出力信号OUTnxの変化のタイミングを早めることができる(図3の符号OUTnx(UP/on))。
【0029】
入力信号INが”H”から”L”に切り替わる場合の出力信号OUTnx(DOWN)と、入力信号INが”L”から”H”に切り替わる場合の出力信号OUTnx(UP)とは、Vcc/2の位置で交差するのが理想的である。両曲線の交点がVcc/2の位置から離れるほど、出力信号OUTnx(DOWN)の遷移時間と、出力信号OUTnx(UP)の遷移時間との差が大きくなる。クランプ回路CLを動作させない場合には、両曲線の交点はVccに近い点A(図3)となってしまうが、クランプ回路CLを動作させれば、この交点を点Bに設定することができ、入力信号INの立ち上がり時と立ち下がり時とで出力信号OUTnxが非対称性を抑制し、遷移時間の差を短くすることができる。
なお、上記の説明では、クランプ回路CLにダイオード接続のNMOSトランジスタTNC2を設ける構成を説明したが、クランプ回路CLは、入力信号INが”L”から”H”に切り替わる時に、ノードCOMの電位を調整する機能を果たせるものであれば、ダイオード接続のNMOSトランジスタTNC2は省略してもよいし、代わりに抵抗を挿入してもよい。
【0030】
[第2の実施形態]
図4に、本発明の第2の実施形態に係るカレントミラー型差動増幅回路を用いた外部入力信号受信回路を示す。この外部入力信号受信回路は、カレントミラー型差動増幅回路11Cと、インバータINV1、INV2、NANDゲートNAND1、及びインバータINV3を備えている。
【0031】
カレントミラー型差動増幅回路11Cは、第1の実施の形態のカレントミラー型差動増幅回路11Aと同様に、外部から入力される外部入力信号である入力信号INを入力信号として受信し、この入力信号INを、固定値を有する参照電圧VREFと比較し、その比較結果としての差動増幅信号を外部に出力信号OUTnとして出力する回路である。
また、インバータINV1、INV2は、第1の実施の形態のものと同一である。NANDゲートNAND1は、出力信号OUTpと、制御信号M_CK1CKpとを入力信号とし、これらの2つの入力信号の排他的論理積信号を出力する。
【0032】
カレントミラー型差動増幅器11C中、PMOSトランジスタTPM1,TPM2と、NMOSトランジスタTNA1、TNA2と、NMOSトランジスタTNCSとは、第1の実施の形態のそれと同一のものであるので、以下ではそれらの詳細な説明は省略する。これらカレントミラー型差動増幅器11Aと同一の構成に加えて、カレントミラー型差動増幅器11Cは、NMOSトランジスタTNK1、TNK2、TNK3、TNK4、及びキャパシタCN1を備えている。これらのNMOSトランジスタTNK1〜4及びキャパシタCN1は、入力信号INが”H”と”L”との間で切り替わる際に、ノードGPをこれに対応して高速に充放電させるための充放電加速回路CDCを構成する。
【0033】
NMOSトランジスタTNK1は、そのドレインをノードGPに接続され、ゲートにはインバータINV3の出力信号NKpを供給されている。この出力信号NKpは、出力信号OUTnに基づいて、インバータINV1、NANDゲートNAND1、インバータINV3により生成される信号である。
NMOSトランジスタTNK2は、そのドレインをNMOSトランジスタTNK1のソースに接続され、そのゲートには出力信号OUTnが供給されている。NMOSトランジスタTNK3は、そのドレインをNMOSトランジスタTNK2のソース(ノードKNO)に接続され、そのゲートにはNANDゲートNAND1の出力信号NKnが供給され、そのソースは接地端子に接続されている。この出力信号NKnも、出力信号OUTnに基づいて生成される信号である。
【0034】
キャパシタCN1は、一端に入力信号INを与えられ、他端はNMOSトランジスタTNK3のドレイン(ノードKNO)に接続されている。キャパシタCN1は、入力信号INの変化に基づき、NMOSトランジスタTNK3のドレイン(ノードKNO)の電位を容量カップリングにより変化させる機能を有する。キャパシタCN1は、線形容量を有するものが好適であるが、NMOSトランジスタのソース・ドレインを短絡して形成されるNチャネルMOSキャパシタにより構成することもできる。
【0035】
NMOSトランジスタTNK4は、NMOSトランジスタTNK3のドレイン(ノードKNO)と接地端子との間に電流経路を形成するように接続されると共に、ゲートに制御信号IREFNを与えられて定電流源回路として機能する。このNMOSトランジスタTNK4は、ノードKNOを高抵抗で接地端子に接続させる役割を有する。ノードKNOが実質的に接地電位に固定された状態を与えられていると、キャパシタCN1による容量カップリング効果が得られなくなる。このようなNMOSトランジスタTNK4が接続されることにより、ノードKNOに所定の電位を与えることができ、キャパシタCN1による容量カップリング効果を得ることができる。NMOSトランジスタTNK4は、高抵抗を有する抵抗素子によって置き換えることも可能である。
【0036】
この第2の実施の形態の比較例を図8に示す。この比較例は、第2の実施の形態(図4)と異なり、上述の充放電加速回路CDCが無く、その制御のための制御回路(NANDゲートNAND1、インバータINV3)も無い。この比較例の構成の場合、図9に示すように、入力信号INが”L”から”H”に立ち上がる場合と、”H”から”L”に立ち下がる場合とで、出力信号OUTnの遷移時間が異なってしまう。このようになる原因は、次のように説明することができる。すなわち、入力信号INが”L”から”H”に立ち上がる場合は、差動対を構成するNNMOSトランジスタTNA2を介して出力信号OUTnのノードが速やかに放電されるので、出力信号OUTnの電位は急速に”L”に向けて下降する。一方、入力信号INが”H”から”L”に下がる場合は、差動対を構成するNMOSトランジスタTNA1を介して先ずノードGPの電位が下がり、PMOSトランジスタTPM2に流れる電流が増加し、その後出力信号OUTnの出力ノードが充電されるので、出力信号OUTnの電位が”L”に低下する場合と比べて、”H”に上昇する際の信号遷移速度が遅くなってしまうのである。この第2の実施の形態は、この問題を、充放電加速回路CDCにより解決している。
【0037】
次に、この第2の実施の形態の半導体集積回路の動作を、図5のグラフを参照して説明する。図5は、入力信号INが”H”から”L”に切り替わる場合の動作を示している。逆に、入力信号INが”L”から”H”に切り替わる場合の動作は、充放電加速回路CDCが動作しないため、通常のカレントミラー型差動増幅回路の動作と全く同様の動作であるので、図示は省略している。また、図5のグラフでは、キャパシタCN1の容量を0(キャパシタCN1無し)、30(fF)、60(fF)、120(fF)と変化させた場合における各種電圧の変動を示している。
【0038】
まず、外部入力信号INが”L”から”H”に立ち上がる場合の動作について簡単に説明する。前述の通り、この場合の動作は、従来のカレントミラー型差動増幅回路の動作と全く同じである。
この場合、出力信号OUTnが当初”H”なので、出力信号NKpは”L”となる。従ってNMOSトランジスタTNK1は非導通状態(OFF)であり、充放電加速回路CDCは機能しない。このとき、出力信号NKnは”H”の状態にあり、従ってNMOSトランジスタTNK3は導通状態(ON)にあり、ノードKNOは接地電位まで放電されている。その後、入力信号INが”H”まで立ち上がりきった後は、出力信号OUTnは”L”となり、また出力信号NKnは”L”となり、出力信号NKpは”H”となる。すると、NMOSトランジスタTNK3は非導通状態となり、ノードKNOは、高抵抗状態にあるNMOSトランジスタTNK4を介して接地端子に接続されるのみとなる。また、NMOSトランジスタTNK1、TNK2は導通状態(ON)となる。これにより、ノードGPとノードKNOが接続された状態となる。これにより、次に入力信号INが”H”から”L”に立ち下がる局面に移行した場合において、ただちにノードGPを接地電位まで引き抜くことが可能になる。
【0039】
次に、入力信号INが”H”から”L”に立ち下がる場合の動作を、図5を参照して説明する。この場合、NMOSトランジスタTNK1、TNK2は導通状態(ON)にあり、NMOSトランジスタTNK3は非導通状態(OFF)にある。時刻t11において入力信号INが”L”に向けて降下を開始すると、キャパシタCN1の容量カップリングにより、ノードKNOの電圧も降下を開始する(降下の度合は、図5に示すように、キャパシタCN1の容量によって異なる)。
【0040】
入力信号INの電圧値が降下し、時刻t12で参照電圧VREFの電圧値を下回るようになると、出力信号OUTnの電圧値は”L”から”H”に遷移する。その際、ノードKNOの電位は、入力信号INとの容量カップリングによって、例えば図5に示すように負の電圧値まで押し下げられる。このため、NMOSトランジスタTNK2には、より大きなゲート−ソース間電圧が印加され、より多くの電流を流しやすい状態になる。このため、ノードGPは、ノードKNOの電位の押し下げの影響を受けて、NMOSトランジスタTNK1、TNK2を介して放電される。このようにして、キャパシタCN1の容量カップリングに基づいてノードKNOの電位が引き下げられたことによりトランジスタTNK2の電流が増加し、これによりノードGPの放電が加速され、出力信号OUTnxの遷移が加速される。この放電により、ノードGPの電位とノードKPOの電位はほぼ等しくなる。
【0041】
入力信号INが”L”に達して、出力信号OUTnが”H”、出力信号OUTpが”L”になると、出力信号NKpは”H”から”L”になり、これによりNMOSトランジスタTNK1は非導通状態(OFF)に切り替わる。これにより、充放電加速回路CDCの動作は終了する。また、信号NKnは”H”となり、ノードKNOは接地電位まで放電される。
【0042】
[第3の実施形態]
図6に、本発明の第3の実施形態に係るカレントミラー型差動増幅回路を用いた外部入力信号受信回路の等価回路を示す。この外部入力信号受信回路は、カレントミラー型差動増幅回路11Dと、インバータINV1、INV2、NORゲートNOR1、及びインバータINV3を備えている。
カレントミラー型差動増幅回路11Dは、前述の実施の形態のカレントミラー型差動増幅回路11A〜Cと同様に、外部から入力される外部入力信号である入力信号INを入力信号として受信し、この入力信号INを、固定値を有する参照電圧VREFと比較し、その比較結果としての差動増幅信号を外部に出力信号OUTnとして出力する回路である。
また、インバータINV1、INV2は、第1の実施の形態のものと同一である。NORゲートNOR1は、出力信号OUTpと、制御信号M_CK1CKnとを入力信号とし、これらの2つの入力信号の排他的論理和信号として出力信号PKpを出力する。インバータINV3は、この出力信号PKpの反転信号である出力信号PKnを出力する。
【0043】
カレントミラー型差動増幅器11D中、PMOSトランジスタTPM1,TPM2と、NMOSトランジスタTNA1、TNA2と、NMOSトランジスタTNCSとは、前述の実施の形態のそれと同一のものであるので、以下ではそれらの詳細な説明は省略する。これらカレントミラー型差動増幅器11A〜Cと同一の構成に加えて、カレントミラー型差動増幅器11Dは、PMOSトランジスタTPK1、TPK2、TPK3、TPK4、及びキャパシタCP1を備えている。これらのPMOSトランジスタTPK1〜4及びキャパシタCP1は、入力信号INが”H”と”L”との間で切り替わる際に、ノードGPをこれに対応して高速に充放電させるための充放電加速回路CDC’を構成する。
第2の実施の回路の充電加速回路CDCは、入力信号INが”H”から”L”に立ち下がるときに動作し、ノードGPの放電動作を加速し、出力信号OUTnxの遷移を早くするものであった。
これに対し、この第3の実施の形態の充放電加速回路CDC’は、入力信号INが”L”から”H”に立ち上がるときに動作し、ノードGPの電源電圧Vccへの充電動作を加速し、出力信号OUTnxの遷移を早くするものである。
【0044】
PMOSトランジスタTPK1は、そのドレインをノードGPに接続され、そのゲートには出力信号PKnを供給されている。PMOSトランジスタTPK2は、そのドレインをPMOSトランジスタTPK1のソースに接続され、そのソースには出力信号OUTnを供給されている。PMOSトランジスタTPK3は、そのドレインをPMOSトランジスタTPK2のソースに接続され、そのドレインには出力信号PKpを供給され、そのソースは電源電圧Vccを与えられている。また、このPMOSトランジスTPK3と並列に、ゲートに制御信号IREFNを与えられ定電流源回路として働くPMOSトランジスタTPK4が接続されている。
また、キャパシタCP1は、一端に入力信号INを与えられ、他端はトランジスタTPK2のソース(ノードKPO’)に接続されている。キャパシタCP1は、線形容量を有するキャパシタが好適である。また、キャパシタCP1は、PMOSトランジスタのソース・ドレインを短絡して形成したP型MOSキャパシタにより構成してもよい。
【0045】
[第4の実施形態]
図7に、本発明の第4の実施形態に係るカレントミラー型差動増幅回路を用いた外部入力信号受信回路の等価回路を示す。この外部入力信号受信回路は、第2、第3の実施の形態に係るカレントミラー型差動増幅回路の構成を併せ持ったものであり、充放電加速回路CDC、CDC’の両方を有している。
第2の実施の形態の充放電加速回路CDCは、入力信号INが”H”から”L”に立ち下がるときの出力信号の遷移時間が、入力信号INが”L”から”H”に立ち上がるときの出力信号の遷移時間よりも遅い場合に有効である。逆に、第3の実施の形態の充放電加速回路CDC’は、入力信号INが”L”から”H”に立ち上がるときの出力信号の遷移時間が、入力信号INが”H”から”L”に立ち下がるときの出力信号の遷移時間よりも遅い場合に有効である。
このため、1つのカレントミラー型差動増幅回路において、充放電加速回路CDC、CDC’、及びこれらの充放電加速回路の制御のための回路(図4、図6のインバータINV1〜3、NANDゲートNAND1、NORゲートNOR1)を併せて設けることも可能であり、場合によってはその方が好適である。
入力信号INが”H”から”L”に立ち下がるときの出力信号の遷移時間と、入力信号INが”L”から”H”に立ち上がるときの出力信号の遷移時間との差をテストにより調べ、その結果に応じて、充放電加速回路CDC、CDC’のいずれを動作させるかを決定し、制御信号M_MKlCKp、M_PKlCKnの状態を変更すればよい。
【0046】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加、組み合わせ等が可能である。例えば、上記の実施の形態では、カレントミラー回路はPMOSトランジスタにより形成され、差動対はNMOSトランジスタにより形成する例を示したが、逆に、カレントミラー回路をNMOSトランジスタにより形成し、差動対をPMOSトランジスタにより形成することも可能である。
【符号の説明】
【0047】
11A〜E・・・カレントミラー型差動増幅器、 CL・・・クランプ回路、CDC、CDC’・・・充放電加速回路。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ソースが第1電圧を供給する第1電源ノードに接続され、ゲート及びドレインが第1ノードに接続された第1導電型の第1トランジスタと、
ソースが前記第1電源ノードに接続され、ドレインが信号出力ノードに接続され、ゲートが前記第1ノードに接続される第1導電型の第2トランジスタと、
ドレインが前記第1トランジスタのドレインに接続され、ゲートに電圧レベルが変化する第1の外部入力信号、又は固定値を有する第2の外部入力信号のいずれか一方が入力される第2導電型の第3トランジスタと、
ドレインが前記第2トランジスタのドレインに接続され、ソースが前記第3トランジスタのソースに接続され、ゲートに前記第1の外部入力信号又は前記第2の外部入力信号のうち前記第3トランジスタのゲートに入力されている信号以外の信号が入力される第2導電型の第4トランジスタと、
一端が前記第3及び第4トランジスタのソースである第2ノードに接続され、他端が前記第1電圧とは異なる第2電圧を供給する第2電源ノードに接続された定電流源回路と、
前記第2ノードと前記第2電源ノードとの間に電流経路を形成し、前記第1の外部入力信号が第1の状態から第2の状態に切り替わる場合において、前記第2ノードを所定の電位に調整するクランプ回路と
を備えた
ことを特徴とする半導体集積回路。
【請求項2】
前記クランプ回路は、ドレインとゲートとを短絡接続された第2導電型の第5トランジスタを備えている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路。
【請求項3】
前記クランプ回路は、前記第2ノードと前記第2電源ノードとの間に前記第5トランジスタと直列に電流経路を形成するように接続され、ゲートに前記信号出力ノードからの出力信号に基づいて生成される制御信号を与えられる第2導電型の第6トランジスタを更に備えたことを特徴とする請求項2記載の半導体集積回路。
【請求項4】
前記第2ノードと前記第2電源ノードとの間に前記第5トランジスタと直列に電流経路を形成するように接続され、ゲートに前記第1の外部入力信号が入力されている第2導電型の第7トランジスタを更に備えたことを特徴とする請求項2又は3記載の半導体集積回路。
【請求項5】
前記第7のトランジスタのドレインとソースの間に接続された定電流源回路を更に備えたことを特徴とする請求項4記載の半導体集積回路。
【請求項6】
ソースが第1電圧を供給する第1電源ノードに接続され、ゲート及びドレインが第1ノードに接続された第1導電型の第1トランジスタと、
ソースが前記第1電源ノードに接続され、ドレインが信号出力ノードに接続され、ゲートが前記第1ノードに接続される第1導電型の第2トランジスタと、
ドレインが前記第1トランジスタのドレインに接続され、ゲートに電圧レベルが変化する第1の外部入力信号、又は固定値を有する第2の外部入力信号のいずれか一方が入力される第2導電型の第3トランジスタと、
ドレインが前記第2トランジスタのドレインに接続され、ソースが前記第3トランジスタのソースに接続され、ゲートに前記第1の外部入力信号又は前記第2の外部入力信号のうち前記第3トランジスタのゲートに入力されている信号以外の信号が入力される第2導電型の第4トランジスタと、
一端が前記第3及び第4トランジスタのソースである第2ノードに接続され、他端が前記第1電圧とは異なる第2電圧を供給する第2電源ノードに接続された定電流源回路と、
前記第1ノードと前記第2電源ノードとの間に電流経路を形成するように接続され、前記第1の外部入力信号が第1の状態から第2の状態に切り替わる場合において、前記第1ノードを前記第2電源ノードに接続して前記第1ノードの充放電を加速する充放電加速回路と
を備え、
前記充放電加速回路は、
前記電流経路に形成され、ゲートが前記信号出力ノードに接続された第1導電型の第8トランジスタと、
一端を前記第8トランジスタのソースに接続され、他端に前記第1の外部入力信号を与えられるように構成されたキャパシタと、
前記第8トランジスタのソースと前記第2電源ノードの間に電流経路を形成するように接続されると共にゲートに前記信号出力ノードからの出力信号に基づいて生成される第1制御信号を与えられる第2導電型の第9トランジスタと
を備えたことを特徴とする半導体集積回路。
【請求項7】
前記電流経路に形成されると共に、ゲートに前記信号出力ノードからの出力信号に基づいて生成される第2制御信号を与えられる第2導電型の第10トランジスタと
を更に備えたことを特徴とする請求項6記載の半導体集積回路。
【請求項8】
前記第9トランジスタのドレインと前記第2電源ノードの間に電流経路を形成するように接続された定電流源回路を更に備えたことを特徴とする請求項6又は7記載の半導体集積回路。
【請求項9】
ソースが第1電圧を供給する第1電源ノードに接続され、ゲート及びドレインが第1ノードに接続された第1導電型の第1トランジスタと、
ソースが前記第1電源ノードに接続され、ドレインが信号出力ノードに接続され、ゲートが前記第1ノードに接続される第1導電型の第2トランジスタと、
ドレインが前記第1トランジスタのドレインに接続され、ゲートに電圧レベルが変化する第1の外部入力信号、又は固定値を有する第2の外部入力信号のいずれか一方が入力される第2導電型の第3トランジスタと、
ドレインが前記第2トランジスタのドレインに接続され、ソースが前記第3トランジスタのソースに接続され、ゲートに前記第1の外部入力信号又は前記第2の外部入力信号のうち前記第3トランジスタのゲートに入力されている信号以外の信号が入力される第2導電型の第4トランジスタと、
一端が前記第3及び第4トランジスタのソースである第2ノードに接続され、他端が前記第1電圧とは異なる第2電圧を供給する第2電源ノードに接続された定電流源回路と、
前記第1ノードと前記第1電源ノードとの間に電流経路を形成するように接続され、前記第1の外部入力信号が第1の状態から第2の状態に切り替わる場合において、前記第1ノードを前記第1電源ノードに接続して前記第1ノードの充放電を加速する充放電加速回路と
を備え、
前記充放電加速回路は、
前記電流経路に形成され、ゲートが前記信号出力ノードに接続された第1導電型の第11トランジスタと、
一端を前記第11トランジスタのソースに接続され、他端に前記第1の外部入力信号を与えられるように構成されたキャパシタと、
前記第11トランジスタのソースと前記第1電源ノードの間に電流経路を形成するように接続されると共にゲートに前記信号出力ノードからの出力信号に基づいて生成される第1制御信号を与えられる第1導電型の第12トランジスタと
を備えたことを特徴とする半導体集積回路。
【請求項10】
前記電流経路に形成されると共に、ゲートに前記信号出力ノードからの出力信号に基づいて生成される第2制御信号を与えられる第2導電型の第13トランジスタと
を更に備えたことを特徴とする請求項9記載の半導体集積回路。
【請求項11】
前記第12トランジスタのドレインと前記第1電源ノードの間に電流経路を形成するように接続された定電流源回路を更に備えたことを特徴とする請求項10記載の半導体集積回路。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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