JPH11112247A - Output buffer circuit - Google Patents

Output buffer circuit

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JPH11112247A
JPH11112247A JP27477097A JP27477097A JPH11112247A JP H11112247 A JPH11112247 A JP H11112247A JP 27477097 A JP27477097 A JP 27477097A JP 27477097 A JP27477097 A JP 27477097A JP H11112247 A JPH11112247 A JP H11112247A
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茂 森内
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Abstract

(57)【要約】 【課題】バッファ出力回路の入力に対する出力変化によ
って、ダイナミックレンジが狭くなっている。 【解決手段】入力端子T1inを介して制御電極に印加さ
れる入力電圧Vinを、制御電極以外の一方電極から出力
する出力用トランジスタM1と、入力端子T1inと制御
電極との間に接続され入力電圧Vinを一方電極で保持す
る電圧保持キャパシタCと、その他方電極の電位を、前
記一方電極側の保持電圧が前記出力用トランジスタM1
から出力されるときに前記電圧変化(低下)が低減又は
相殺されるように調整する電圧調整部とを有する。好適
には、入出力端子間に入力遮断スイッチS1を有し、ま
た電圧調整部は、前記他方電極と基準電圧供給線6との
間に並列接続されているダイオード接続トランジスタM
5およびスイッチS2と、これらの一方に一定電流を流
す電流源Iとを有する。
(57) [Summary] A dynamic range is narrowed by an output change with respect to an input of a buffer output circuit. An output transistor M1 for outputting an input voltage Vin applied to a control electrode via an input terminal T1in from one electrode other than the control electrode, and an input voltage connected between the input terminal T1in and the control electrode. The voltage holding capacitor C that holds Vin at one electrode and the potential of the other electrode, and the holding voltage at the one electrode side is the output transistor M1.
And a voltage adjustment unit that adjusts such that the voltage change (drop) is reduced or canceled when the voltage is output from the controller. Preferably, an input cutoff switch S1 is provided between the input and output terminals, and the voltage adjusting unit is a diode-connected transistor M connected in parallel between the other electrode and the reference voltage supply line 6.
5 and a switch S2, and a current source I for supplying a constant current to one of them.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、機能回路ブッロク
の最終段等に設けられ、入力信号を同位相で出力する出
力バッファ回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an output buffer circuit provided at the last stage of a functional circuit block and outputting input signals in the same phase.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3および図4に、CMOS集積回路に
おける従来の出力バッファ回路を例示する。ここで、図
3はnチャネル型MOSトランジスタ(nMOSトラン
ジスタ)から出力を取り出す場合、図4はpチャネル型
MOSトランジスタ(pMOSトランジスタ)から出力
を取り出す場合である。
2. Description of the Related Art FIGS. 3 and 4 show a conventional output buffer circuit in a CMOS integrated circuit. Here, FIG. 3 shows a case where an output is taken out from an n-channel MOS transistor (nMOS transistor), and FIG. 4 shows a case where an output is taken out from a p-channel MOS transistor (pMOS transistor).

【0003】図3に示す出力バッファ回路30は、カレ
ントミラー形構成であり、出力用のnMOSトランジス
タM1とpMOSトランジスタM2、これら出力用トラ
ンジスタM1,M2に所定のミラー電流i3を流すこと
によって当該出力回路の駆動能力を定める電流源I3、
及び電流源I3の負荷として出力用トランジスタM1,
M2と対称に設けられたnMOSトランジスタM3とp
MOSトランジスタM4から構成されている。なお、図
3中、T3inは入力端子、T3out は出力端子を示す。
The output buffer circuit 30 shown in FIG. 3 has a current mirror configuration, and outputs an nMOS transistor M1 and a pMOS transistor M2 for output, and a predetermined mirror current i3 flows through these output transistors M1 and M2 to output the output. A current source I3 for determining the driving capability of the circuit,
And an output transistor M1 as a load of the current source I3.
An nMOS transistor M3 provided symmetrically with M2 and p
It is composed of a MOS transistor M4. In FIG. 3, T3in indicates an input terminal, and T3out indicates an output terminal.

【0004】電源電圧VDDの供給線(VDD線5)と接地
線6との間に、出力用nMOSトランジスタM1と出力
用pMOSトランジスタM2が直列接続され、両トラン
ジスタの接続ノードが出力端子T3out に接続されてい
る。同じくVDD線5と接地線6との間に、nMOSトラ
ンジスタM3、pMOSトランジスタM4、及び電流源
I3が直列接続されている。nMOSトランジスタM3
は、前記出力用nMOSトランジスタM1とゲート同士
が接続され、その接続ノードが入力端子T3inに接続さ
れている。また、pMOSトランジスタM4は前記出力
用pMOSトランジスタM2とゲート同士が接続され、
そのゲート同士の接続ノードがpMOSトランジスタM
4のドレインに接続されている。なお、MOSトランジ
スタM1〜M4の基板またはウェルは、それぞれソース
に接続されている。
An output nMOS transistor M1 and an output pMOS transistor M2 are connected in series between a power supply voltage V DD supply line (V DD line 5) and a ground line 6, and a connection node of both transistors is connected to an output terminal T3out. It is connected to the. Similarly, an nMOS transistor M3, a pMOS transistor M4, and a current source I3 are connected in series between the VDD line 5 and the ground line 6. nMOS transistor M3
Has a gate connected to the output nMOS transistor M1 and a connection node connected to the input terminal T3in. The pMOS transistor M4 has a gate connected to the output pMOS transistor M2,
The connection node between the gates is a pMOS transistor M
4 is connected to the drain. The substrate or well of each of the MOS transistors M1 to M4 is connected to a source.

【0005】図4に示す出力バッファ回路40の基本的
な構成は、図3の場合と同様である。すなわち、出力バ
ッファ回路40は、同じくカレントミラー形構成であ
り、出力用nMOSトランジスタM1とpMOSトラン
ジスタM2、これら出力用トランジスタM1,M2に所
定のミラー電流i4を流すことによって当該出力回路の
駆動能力を定める電流源I4、及び電流源I4の負荷と
して出力用トランジスタM1,M2と対称に設けられた
nMOSトランジスタM3とpMOSトランジスタM4
から構成され、入力端子T4in、出力端子T4out を備
える。また、VDD線5,接地線6および出力端子T4ou
t に対する、これら4つのMOSトランジスタM1〜M
4および電流源I4の接続関係も図3の場合と同様であ
る。すなわち、VDD線5と接地線6との間に、出力用n
MOSトランジスタM1と出力用pMOSトランジスタ
M2が直列接続され、両トランジスタの接続ノードが出
力端子T4out に接続されている。また、同じくVDD
5と接地線6との間に、nMOSトランジスタM3、p
MOSトランジスタM4、及び電流源I4が直列接続さ
れている。さらに、nMOSトランジスタM1,M3の
ゲート同士、pMOSトランジスタM2,M4のゲート
同士が相互に接続されていること、MOSトランジスタ
M1〜M4の基板またはウェルがそれぞれソースに接続
されていることは、図3の場合と同じである。
The basic configuration of the output buffer circuit 40 shown in FIG. 4 is the same as that of FIG. That is, the output buffer circuit 40 also has a current mirror type configuration, and the output nMOS transistor M1 and the pMOS transistor M2, and a predetermined mirror current i4 flows through these output transistors M1 and M2, thereby increasing the driving capability of the output circuit. The current source I4 to be determined, and the nMOS transistor M3 and the pMOS transistor M4 provided symmetrically with the output transistors M1 and M2 as the load of the current source I4
And an input terminal T4in and an output terminal T4out. Further, the V DD line 5, the ground line 6, and the output terminal T4ou
t, these four MOS transistors M1 to M
4 and the current source I4 are the same as in FIG. That is, between the VDD line 5 and the ground line 6, the output n
The MOS transistor M1 and the output pMOS transistor M2 are connected in series, and the connection node of both transistors is connected to the output terminal T4out. Similarly, between the VDD line 5 and the ground line 6, an nMOS transistor M3, p
The MOS transistor M4 and the current source I4 are connected in series. Further, the fact that the gates of the nMOS transistors M1 and M3, the gates of the pMOS transistors M2 and M4 are connected to each other, and that the substrates or wells of the MOS transistors M1 to M4 are respectively connected to the sources are shown in FIG. Is the same as

【0006】この図4に示す出力バッファ回路40は、
図3の場合と異なり、入力端子T4inがnMOSトラン
ジスタM1,M3のゲート同士の接続ノードではなく、
pMOSトランジスタM2,M4のゲート同士の接続ノ
ードに接続されている。また、ゲートとドレインが短絡
されているのは、pMOSトランジスタM4ではなく、
nMOSトランジスタM3である。
The output buffer circuit 40 shown in FIG.
Unlike the case of FIG. 3, the input terminal T4in is not a connection node between the gates of the nMOS transistors M1 and M3,
It is connected to a connection node between the gates of the pMOS transistors M2 and M4. Further, the gate and the drain are short-circuited, not in the pMOS transistor M4.
This is an nMOS transistor M3.

【0007】このようなカレントミラー構成の出力バッ
ファ回路30,40では、電流源I3,I4で流す電流
i3またはi4と同じミラー電流が出力用トランジスタ
M1,M2に流れ、入力信号が同位相で出力用トランジ
スタM1またはM2から出力される。これら出力バッフ
ァ回路30,40は、例えば、CMOS集積回路におけ
る機能回路ブロックの最終段に設けられ、前段までで所
定の処理が施された信号を同位相で高速に出力し、当該
機能回路ブロックの出力インピーダンスを下げたい場合
に用いられる。
In the output buffer circuits 30 and 40 having such a current mirror configuration, the same mirror current as the current i3 or i4 flowing from the current sources I3 and I4 flows through the output transistors M1 and M2, and the input signals are output in the same phase. Is output from the use transistor M1 or M2. The output buffer circuits 30 and 40 are provided, for example, at the last stage of a functional circuit block in a CMOS integrated circuit, and output signals subjected to predetermined processing up to the previous stage at the same phase and at a high speed. Used to lower the output impedance.

【0008】これと同じ構成の出力バッファ回路は、n
MOSトランジスタM1,M3をnpn型のバイポーラ
トランジスタで置き換え、pMOSトランジスタM2,
M4をpnp型のバイポーラトランジスタで置き換える
ことにより、バイポーラ集積回路において実現可能であ
る。
An output buffer circuit having the same configuration as this
The MOS transistors M1 and M3 are replaced by npn-type bipolar transistors, and the pMOS transistors M2 and M3 are replaced.
By replacing M4 with a pnp type bipolar transistor, it can be realized in a bipolar integrated circuit.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにp
チャネル型又はnチャネル型の出力トランジスタ(例え
ば、図3のM1または図4のM2)をソースフォロア
(又はエミッタフォロア)として用いる出力バッファ回
路では、nチャネル型の出力トランジスタをソースフォ
ロアに用いた場合は、入力信号電圧に対する出力信号電
圧が低下し、pチャネル型の出力トランジスタをソース
フォロアに用いた場合は、入力信号電圧に対する出力信
号電圧が上昇し、この結果、当該出力バッファ回路のダ
イナミックレンジが狭くなるといった不利益がある。
However, as described above, p
In an output buffer circuit using a channel type or n-channel type output transistor (for example, M1 in FIG. 3 or M2 in FIG. 4) as a source follower (or emitter follower), an n-channel type output transistor is used as a source follower. The output signal voltage with respect to the input signal voltage decreases, and when a p-channel type output transistor is used as a source follower, the output signal voltage with respect to the input signal voltage increases. As a result, the dynamic range of the output buffer circuit increases. There are disadvantages such as narrowing.

【0010】たとえば、図3に示す出力バッファ回路3
0では、その入力端子T3inに入力信号が印加され、そ
の入力信号のある時間の電圧をVin、出力用nMOSト
ランジスタM1のゲート閾値電圧をVthM1とすると、入
力電圧Vinに対応して出力端子T3out に現れる出力信
号の電圧Vout は次式で表され、入力電圧Vinに対する
出力電圧値Vout の低下は明らかである。
For example, the output buffer circuit 3 shown in FIG.
At 0, an input signal is applied to the input terminal T3in. If the voltage of the input signal during a certain time is Vin and the gate threshold voltage of the output nMOS transistor M1 is VthM1, the output terminal T3out is connected to the input terminal Vin. The appearing output signal voltage Vout is expressed by the following equation, and the decrease of the output voltage value Vout with respect to the input voltage Vin is apparent.

【0011】[0011]

【数1】 Vout =Vin−VthM1 …(1)Vout = Vin−VthM1 (1)

【0012】かかる不都合が生じうるのは、出力用MO
Sトランジスタがp型である図4の場合も同様であり、
この場合の出力用pMOSトランジスタM2のゲート閾
値電圧をVthM2とすると、上記(1)式と同様な次式が
成り立つ。
This inconvenience may occur because the output MO
The same applies to the case of FIG. 4 in which the S transistor is p-type,
Assuming that the gate threshold voltage of the output pMOS transistor M2 in this case is VthM2, the following equation similar to the above equation (1) holds.

【0013】[0013]

【数2】 Vout =Vin+VthM2 …(2)Vout = Vin + VthM2 (2)

【0014】とくに、かかる出力バッファ回路を後段の
機能素子などを駆動するドライバーIC等、その出力ダ
イナミックレンジが重要なファクターであるICに用い
た場合、当該出力バッファ回路の出力ダイナミックレン
ジの低下は重大となる。したがって、出力バッファ回路
の出力ダイナミックレンジ低下を有効に低減する、或い
は防止するといった改善手段が、従来から強く望まれて
いた。
In particular, when such an output buffer circuit is used for an IC whose output dynamic range is an important factor, such as a driver IC for driving a subsequent-stage functional element, a decrease in the output dynamic range of the output buffer circuit is serious. Becomes Therefore, an improvement means for effectively reducing or preventing a decrease in the output dynamic range of the output buffer circuit has been strongly desired.

【0015】本発明は、このような実情に鑑みてなさ
れ、入力電圧に対し出力電圧が変化することを有効に防
止して、出力ダイナミックレンジがひろい出力バッファ
回路を新たに提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to provide a new output buffer circuit having a wide output dynamic range by effectively preventing an output voltage from changing with respect to an input voltage. I do.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上述した従来技術の問題
点を解決し、上記目的を達成するために、本発明の出力
バッファ回路は、入力端子を介して制御電極に印加され
る入力電圧を、制御電極以外の2つの電極のうち一方電
極から出力する出力用トランジスタを有する出力バッフ
ァ回路であって、前記入力端子と前記制御電極との間に
接続され、入力端子に印加される入力電圧を一方のキャ
パシタ電極で保持する電圧保持キャパシタと、前記電圧
保持キャパシタの他方電極の電位を、前記一方のキャパ
シタ電極の保持電圧が前記出力用トランジスタから出力
されるときに、当該出力用トランジスタによる電圧変化
が低減または相殺されるように調整する電圧調整部とを
有することを特徴とする。好適には、前記入力端子と前
記電圧保持キャパシタとの間に、前記一方電極に入力電
圧が印加される前は導通し、印加後に遮断する入力遮断
スイッチを有する。
In order to solve the above-mentioned problems of the prior art and to achieve the above object, an output buffer circuit of the present invention comprises an input buffer applied to a control electrode via an input terminal. An output buffer circuit having an output transistor for outputting from one of the two electrodes other than the control electrode, wherein the output buffer circuit is connected between the input terminal and the control electrode and controls an input voltage applied to the input terminal. The voltage change by the output transistor when the voltage held by one capacitor electrode and the potential of the other electrode of the voltage holding capacitor are output from the output transistor when the voltage held by the one capacitor electrode is output from the output transistor. And a voltage adjusting unit that adjusts so as to reduce or cancel out. Preferably, an input cutoff switch is provided between the input terminal and the voltage holding capacitor, the switch being on before the input voltage is applied to the one electrode, and being turned off after the input voltage is applied.

【0017】具体的に、前記電圧調整部は、前記電荷保
持キャパシタの他方電極と基準電圧供給線との間に接続
されているダイオード接続トランジスタと、前記他方電
極と基準電圧供給線との間に、前記ダイオード接続トラ
ンジスタと並列に接続されているスイッチと、当該スイ
ッチ又は前記ダイオード接続トランジスタに一定電流を
流す電流源とを有する構成が望ましい。このダイオード
接続トランジスタは、前記出力用トランジスタとチャネ
ル導電型またはトランジスタサイズが同じとするのが望
ましい。また、前記スイッチは、前記出力用トランジス
タと前記ダイオード接続トランジスタがnチャネル型の
場合、前記入力遮断スイッチの遮断前は導通し、前記入
力遮断スイッチと同時か若干遅れて遮断するように制御
される。逆にpチャネル型の場合、前記スイッチは、最
初遮断し、前記入力遮断スイッチの遮断と同時か若干遅
れて導通するように制御される。
Specifically, the voltage adjusting section includes a diode-connected transistor connected between the other electrode of the charge holding capacitor and a reference voltage supply line, and a diode-connected transistor connected between the other electrode and the reference voltage supply line. It is preferable that the switch further includes a switch connected in parallel with the diode-connected transistor, and a current source that supplies a constant current to the switch or the diode-connected transistor. This diode-connected transistor preferably has the same channel conductivity type or transistor size as the output transistor. When the output transistor and the diode-connected transistor are n-channel type, the switch is turned on before the input cutoff switch is turned off, and is turned off at the same time as or slightly after the input cutoff switch. . Conversely, in the case of a p-channel type, the switch is controlled to be turned off first and to be turned on at the same time as or slightly after the cutoff of the input cutoff switch.

【0018】このような構成の出力バッファ回路では、
前記出力用トランジスタとダイオード接続トランジスタ
がnチャネル型の場合、その入力端子に入力信号が印加
される前では、前記電圧調整部内のスイッチが導通し、
前記電流源による一定電流が当該スイッチを介して基準
電圧供給線に流れるので、前記電荷保持キャパシタの他
方電極が基準電圧(例えば、0V)で保持されている。
この状態で、入力端子に印加された入力信号が電荷保持
キャパシタの一方電極に伝わると、前記入力遮断スイッ
チが導通状態から遮断状態に遷移し、これと同時か若干
遅れて電圧調整部内のスイッチも遮断する。すると、電
流源による一定電流の経路がスイッチ側からダイオード
接続トランジスタ側に切り換わる。このダイオード接続
トランジスタを、その等価ダイオードの向きが電荷保持
キャパシタから基準電圧供給線に向かうように予め接続
しておくと、電荷保持キャパシタの他方電極の電位が基
準電位から当該ダイオード接続トランジスタのしきい値
電圧だけ上昇する。このため、電荷保持キャパシタの一
方電極で保持された入力信号の電圧が前記ダイオード接
続トランジスタのしきい値電圧分だけ上昇し、後段回路
側に伝達される。出力用トランジスタの電圧変化がその
しきい値電圧で決まり、出力用トランジスタがnチャネ
ル型の場合、入力電圧に対して出力電圧が低下する一方
で、入力電圧が前記ダイオード接続トランジスタのしき
い値電圧分だけ上昇することから、この電位差が低減す
る。この場合、特にダイオード接続トランジスタのしき
い値を出力用トランジスタのしきい値電圧と同じに設定
すると、入力電圧に対する出力電圧の変化による出力ダ
イナミックレンジの低下を完全に防止できる。
In the output buffer circuit having such a configuration,
When the output transistor and the diode connection transistor are n-channel type, before an input signal is applied to the input terminal, a switch in the voltage adjustment unit is turned on,
Since a constant current from the current source flows through the switch to the reference voltage supply line, the other electrode of the charge holding capacitor is held at the reference voltage (for example, 0 V).
In this state, when the input signal applied to the input terminal is transmitted to one electrode of the charge holding capacitor, the input cutoff switch changes from the conductive state to the cutoff state, and at the same time or with a slight delay, the switch in the voltage adjusting unit also changes. Cut off. Then, the path of the constant current by the current source switches from the switch side to the diode-connected transistor side. If this diode-connected transistor is connected in advance so that the direction of the equivalent diode is directed from the charge holding capacitor to the reference voltage supply line, the potential of the other electrode of the charge-holding capacitor changes from the reference potential to the threshold of the diode-connected transistor. Value voltage. Therefore, the voltage of the input signal held at one electrode of the charge holding capacitor rises by the threshold voltage of the diode-connected transistor and is transmitted to the subsequent circuit. The change in the voltage of the output transistor is determined by the threshold voltage. When the output transistor is an n-channel type, the output voltage decreases with respect to the input voltage, while the input voltage is lower than the threshold voltage of the diode-connected transistor. Since the potential rises by the amount, this potential difference is reduced. In this case, in particular, when the threshold value of the diode-connected transistor is set to be the same as the threshold voltage of the output transistor, a decrease in the output dynamic range due to a change in the output voltage with respect to the input voltage can be completely prevented.

【0019】一方、前記出力用トランジスタとダイオー
ド接続トランジスタがpチャネル型の場合は、そのゲー
トしきい値分だけ後段回路における出力電圧が入力電圧
に対して上昇するので、電圧調整部内のスイッチのON
/OFFを入力遮断スイッチに対して上記の場合と逆に
制御し、出力用トランジスタによる電圧変化を低減又は
相殺させる。
On the other hand, when the output transistor and the diode-connected transistor are p-channel transistors, the output voltage of the subsequent circuit rises with respect to the input voltage by the gate threshold value.
/ OFF is controlled for the input cutoff switch in the reverse of the above case, so that the voltage change due to the output transistor is reduced or canceled.

【0020】この入力電圧に対し出力電圧の変化を完全
に防止するには、出力用トランジスタとダイオード接続
トランジスタ間のしきい値電圧について、その変動方向
と変動量を揃える必要がある。具体的には、前記ダイオ
ード接続トランジスタと出力用トランジスタのチャネル
導電型とサイズを揃えるとよい。一般に、トランジスタ
のしきい値電圧はウェーハ内で場所依存性があり、ウェ
ーハ全体では大きく変動していても局所的には殆ど揃っ
ているので、電圧調整部を有する当該出力バッファ回路
では、両トランジスタのチャネル導電型とサイズを揃え
るだけで出力電圧の低下を完全に防止し、出力のダイナ
ミックレンジを最大にすることが可能となる。
In order to completely prevent a change in the output voltage with respect to the input voltage, it is necessary to make the fluctuation direction and the fluctuation amount of the threshold voltage between the output transistor and the diode-connected transistor uniform. More specifically, the channel conductivity type and the size of the diode-connected transistor and the output transistor may be the same. In general, the threshold voltage of a transistor is location-dependent within a wafer, and even if the entire wafer fluctuates greatly, it is almost locally uniform. Therefore, in the output buffer circuit having the voltage adjustment unit, both transistors are used. Only by matching the channel conductivity type with the size of the channel, it is possible to completely prevent the output voltage from lowering and maximize the dynamic range of the output.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】出力バッファ回路は種々の形態が
存在するが、ここでは、従来技術で例示したカレントミ
ラー形の出力バッファ回路に改良を加えた場合を例とし
て、以下、本発明の出力バッファ回路を図面を参照しな
がら詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS There are various types of output buffer circuits. Here, the output buffer circuit of the present invention will be described below by taking as an example a case where the current mirror type output buffer circuit exemplified in the prior art is improved. The buffer circuit will be described in detail with reference to the drawings.

【0022】第1実施形態 図1は、本実施形態に係る出力バッファ回路を示す回路
図である。
First Embodiment FIG. 1 is a circuit diagram showing an output buffer circuit according to this embodiment.

【0023】この出力バッファ回路1は、大別すると、
カレントミラー形の出力部、サンプルホールド入力部、
及び電圧調整部とから構成されている。カレントミラー
形の出力部は、出力用のnMOSトランジスタM1とp
MOSトランジスタM2、電流源I3、及び電流源負荷
用のnMOSトランジスタM3とpMOSトランジスタ
M4から構成されている。サンプルホールド入力部は、
入力遮断スイッチS1、及び電荷保持キャパシタCから
構成されている。電圧調整部は、ダイナミックレンジ改
善用nMOSトランジスタM5、電流制御用スイッチS
2、及び電流源Iから構成されている。また、T1inと
T1out は当該オフセット補償回路1の入力端子と出力
端子、5と6は電源電圧VDDの供給線(VDD線)と基準
電圧の供給線(例えば、接地線)を示す。なお、カレン
トミラー形の出力部は、その構成および動作が図3に示
し先に従来例として説明した出力バッファ回路30と何
ら変わらないので、ここでの説明は省略する。
The output buffer circuit 1 is roughly divided into
Current mirror type output section, sample hold input section,
And a voltage adjusting unit. The output part of the current mirror type is composed of the output nMOS transistor M1 and p
It comprises a MOS transistor M2, a current source I3, an nMOS transistor M3 for loading a current source, and a pMOS transistor M4. The sample and hold input section
It comprises an input cutoff switch S1 and a charge holding capacitor C. The voltage adjustment unit includes a dynamic range improving nMOS transistor M5 and a current control switch S
2 and a current source I. Further, T1in and T1out are input and output terminals of the offset compensation circuit 1, and 5 and 6 are a supply line of the power supply voltage V DD ( VDD line) and a supply line of the reference voltage (for example, a ground line). The configuration and operation of the current mirror type output unit are not different from those of the output buffer circuit 30 shown in FIG.

【0024】入力遮断スイッチS1は、当該出力バッフ
ァ回路1の入力端子T1inと出力端子T1out との間に
接続され、当該入力遮断スイッチS1と出力端子T1ou
t との接続ノードNDaに電圧保持キャパシタCの一方
電極が接続されている。電圧保持キャパシタCの他方電
極と接地線6との間に、ダイナミックレンジ改善用nM
OSトランジスタM5と、電流制御用スイッチS2とが
並列に接続されている。また、当該電圧保持キャパシタ
Cの他方電極側の接続ノードNDbとVDD線5との間
に、電流源Iが接続されている。なお、当該出力バッフ
ァ回路1は、入力遮断スイッチS1と電圧保持キャパシ
タCからなるサンプルホールド回路の基本構成を備えて
いることから、ダイナミックレンジを改善したバッファ
出力段を備えたサンプルホールド回路といった範疇で捉
えることもできる。この場合に入力遮断スイッチS1は
必須であるが、それ以外の場合で、かつ当該出力バッフ
ァ回路1の前段に接続される回路の出力インピーダンス
をその回路動作により高くでき、それによって電圧保持
キャパシタCによる電荷保持に支障をきたさなければ、
入力遮断スイッチS1を省略することも可能である。
The input cutoff switch S1 is connected between the input terminal T1in and the output terminal T1out of the output buffer circuit 1, and the input cutoff switch S1 and the output terminal T1ou.
One electrode of the voltage holding capacitor C is connected to a connection node NDa with t. NM between the other electrode of the voltage holding capacitor C and the ground line 6 for improving the dynamic range.
The OS transistor M5 and the current control switch S2 are connected in parallel. The current source I is connected between the connection node NDb on the other electrode side of the voltage holding capacitor C and the VDD line 5. Since the output buffer circuit 1 has a basic configuration of a sample and hold circuit including an input cutoff switch S1 and a voltage holding capacitor C, the output buffer circuit 1 is in the category of a sample and hold circuit having a buffer output stage with an improved dynamic range. You can also catch it. In this case, the input cutoff switch S1 is indispensable. However, in other cases, the output impedance of the circuit connected to the preceding stage of the output buffer circuit 1 can be increased by the circuit operation. If it does not hinder charge retention,
The input cutoff switch S1 can be omitted.

【0025】ダイナミックレンジ改善用nMOSトラン
ジスタM5は、そのドレインとゲートが短絡され、これ
によりダイオード接続が達成されている。このダイナミ
ックレンジ改善用nMOSトランジスタM5は、バッフ
ァ出力部の出力用nMOSトランジスタM1と同じトラ
ンジスタサイズを有し、望ましくは同一基板内の近接箇
所に同一プロセスを経て同時形成される。また、ダイナ
ミックレンジ改善用nMOSトランジスタM5は、出力
バッファ回路30のトランジスタと同様、そのソースと
基板又はウェルとが短絡されている。
The drain and gate of the dynamic range improving nMOS transistor M5 are short-circuited, thereby achieving diode connection. The dynamic range improving nMOS transistor M5 has the same transistor size as the output nMOS transistor M1 of the buffer output unit, and is desirably formed at the same time in an adjacent portion on the same substrate through the same process. The source and the substrate or the well of the dynamic range improving nMOS transistor M5 are short-circuited similarly to the transistor of the output buffer circuit 30.

【0026】つぎに、当該出力バッファ回路1の動作に
ついて説明する。初期状態では、入力遮断スイッチS1
が導通し、電荷保持キャパシタCの一方電極側ノードN
Daは入力端子T1inに接続される。また、電流制御用
スイッチS2が導通し、電流源Iによる一定電流iは電
流制御用スイッチS2を介して接地線6に流れる。この
ため、電荷保持キャパシタCの他方電極側ノードNDb
の電位Vbは基準電圧(例えば、接地電位GND)で保
持され、ダイナミックレンジ改善用nMOSトランジス
タM5のソースとドレイン間に電圧がかからず当該トラ
ンジスタM5はオフしている。
Next, the operation of the output buffer circuit 1 will be described. In the initial state, the input cutoff switch S1
Is turned on, and one electrode side node N of the charge holding capacitor C
Da is connected to the input terminal T1in. Further, the current control switch S2 is turned on, and the constant current i from the current source I flows to the ground line 6 via the current control switch S2. Therefore, the other electrode side node NDb of the charge holding capacitor C
Is held at a reference voltage (for example, ground potential GND), and no voltage is applied between the source and the drain of the dynamic range improving nMOS transistor M5, and the transistor M5 is turned off.

【0027】入力端子T1inに入力信号が印加され、こ
れが電荷保持キャパシタCの一方電極に伝わると、この
ときの入力信号の電圧値VinがノードNDaに保持さ
れ、その電位Vaは次式を満たす。
When an input signal is applied to the input terminal T1in and transmitted to one electrode of the charge holding capacitor C, the voltage value Vin of the input signal at this time is held at the node NDa, and the potential Va satisfies the following equation.

【0028】[0028]

【数3】 Va=Vin …(3)## EQU3 ## Va = Vin (3)

【0029】この後直ぐに入力遮断スイッチS1がオフ
されるが、この(3)式の電位Vaは、ホールド容量C
によりスイッチS1のオフ後も維持される。また、この
ホールド電位Vaは、バッファ出力部に伝わる。このと
きの入力端子T3inの入力電圧をVin、出力端子T3ou
t に現れる出力電圧をVout とすると、前記(1)式よ
り次式が成り立つ。
Immediately thereafter, the input cutoff switch S1 is turned off, and the potential Va in the equation (3) is
Thus, it is maintained even after the switch S1 is turned off. This hold potential Va is transmitted to the buffer output unit. The input voltage at the input terminal T3in at this time is Vin, and the output terminal T3ou
Assuming that the output voltage appearing at t is Vout, the following equation holds from the above equation (1).

【0030】[0030]

【数4】 Vout =Vin−VthM1 =Va−VthM1 …(4)Vout = Vin−VthM1 = Va−VthM1 (4)

【0031】入力遮断用スイッチS1のオフと同時か若
干遅れて、電流制御用スイッチS2もオフされ、電流源
Iによる一定電流iがダイナミックレンジ改善用nMO
SトランジスタM5を流れる。このダイオード接続され
たnMOSトランジスタM5に一定電流iが流れると、
その等価ダイオードの順方向電圧、即ちnMOSトラン
ジスタM5のゲート閾値電圧だけ電圧降下があるので、
ノードNDbの電位Vbは、基準電圧よりゲート閾値電
圧だけ上昇する。これにともなって、ノードNDaの電
位Vaも同じ量だけ上昇する。ここで、ダイナミックレ
ンジ改善用nMOSトランジスタM5のゲート閾値電圧
をVthM5とすると、ノードNDb,ノードNDaの上昇
後の電位は次式の如くなる。
Simultaneously with or slightly after the input cutoff switch S1 is turned off, the current control switch S2 is also turned off, and the constant current i from the current source I is supplied to the dynamic range improvement nMO.
It flows through the S transistor M5. When a constant current i flows through the diode-connected nMOS transistor M5,
Since there is a voltage drop by the forward voltage of the equivalent diode, that is, the gate threshold voltage of the nMOS transistor M5,
The potential Vb of the node NDb rises from the reference voltage by the gate threshold voltage. Accordingly, the potential Va of the node NDa also increases by the same amount. Here, assuming that the gate threshold voltage of the dynamic range improving nMOS transistor M5 is VthM5, the potential after the rise of the nodes NDb and NDa is as follows.

【0032】[0032]

【数5】 Vb=VthM5 …(5-1) Va=Vin+VthM5 …(5-2) Vb = VthM5 (5-1) Va = Vin + VthM5 (5-2)

【0033】この(5-2) 式を前記(4)式に代入する
と、当該バッファ出力部の出力電圧Vout が次式の如く
得られる。
By substituting equation (5-2) into equation (4), the output voltage Vout of the buffer output section is obtained as follows.

【0034】[0034]

【数6】 Vout =Vin+(VthM5−VthM1) …(6)Vout = Vin + (VthM5−VthM1) (6)

【0035】ここで、バッファ出力部の出力用nMOS
トランジスタM1のゲート閾値電圧VthM1のバラツキ成
分を(±ΔVthM1)、ダイナミックレンジ改善用nMO
SトランジスタM5のゲート閾値電圧VthM5のバラツキ
成分を(±ΔVthM5)とする。これらバラツキ成分を考
慮して上記(6)式を書き改めると次式の如くなる。
Here, the output nMOS of the buffer output unit
The variation component of the gate threshold voltage VthM1 of the transistor M1 is (± ΔVthM1)
The variation component of the gate threshold voltage VthM5 of the S transistor M5 is (± ΔVthM5). When the above equation (6) is rewritten in consideration of these variation components, the following equation is obtained.

【0036】[0036]

【数7】 Vout =Vin+(VthM5±ΔVthM5)−(VthM1±ΔVthM1)…(7)Vout = Vin + (VthM5 ± ΔVthM5) − (VthM1 ± ΔVthM1) (7)

【0037】ところで、一般にMOSトランジスタのゲ
ート閾値電圧Vthは、ソースとバックゲート(基板又は
ウェル)間電圧VBSの依存性をもち、次式で表され
る。
Generally, the gate threshold voltage Vth of a MOS transistor depends on the voltage VBS between the source and the back gate (substrate or well) and is expressed by the following equation.

【0038】[0038]

【数8】 Vth=B×(VBS)1/2 +φ …(8) ここで、Bおよびφは物理定数,不純物濃度,仕事関数
等で与えられる所定係数である。
Vth = B × (VBS) 1/2 + φ (8) where B and φ are predetermined coefficients given by physical constants, impurity concentrations, work functions, and the like.

【0039】本例の出力バッファ回路1の出力用nMO
SトランジスタM1,オフセット補償用nMOSトラン
ジスタM5の基板又はウェルは、それぞれのソースに接
続されているため、(8)式においてソースとバックゲ
ート間電圧VBS=0となる。また、一般に、同一チッ
プ内の同一サイズのnMOSトランジスタにおいて、そ
のレイアウト位置が近接していれば、不純物濃度分布は
ほぼ均一であることが知られている。当然、物理定数、
仕事関数も等しくなる。したがって、この場合の上記
(8)式における定数Bおよびφはほぼ等しくなる。
Output nMO of output buffer circuit 1 of this embodiment
Since the substrate or well of the S-transistor M1 and the offset-compensating nMOS transistor M5 are connected to their respective sources, the voltage VBS between the source and the backgate becomes 0 in equation (8). In general, it is known that, in nMOS transistors of the same size in the same chip, if the layout positions are close to each other, the impurity concentration distribution is almost uniform. Naturally, physical constants,
Work functions are also equal. Therefore, in this case, the constants B and φ in equation (8) become substantially equal.

【0040】実際のIC設計において、図1に示す出力
用nMOSトランジスタM1とダイナミックレンジ改善
用nMOSトランジスタM5とを設計上、同じサイズで
同じパターンの同一デバイスとし、回路的に、それぞれ
のソースとバックゲート間を短絡しVBS=0とした上
で近接パターンレイアウトを行う。このときの出力用n
MOSトランジスタM1のゲート閾値電圧VthM1(設計
中心値)と、ダイナミックレンジ改善用nMOSトラン
ジスタM5のゲート閾値電圧VthM5(設計中心値)は、
等しく見積もることができる。そして、IC製造過程に
おいて出力用nMOSトランジスタM1とダイナミック
レンジ改善用nMOSトランジスタM5とを同一基板上
に一括形成する。この製造過程において、ゲート閾値電
圧は設計値からずれることが多い。両トランジスタが離
れているかサイズが異なればゲート閾値電圧の相違は無
視できないが、この場合、出力用nMOSトランジスタ
M1とダイナミックレンジ改善用nMOSトランジスタ
M5とは設計上、近接パターンレイアウトされた同一デ
バイスであることから、両トランジスタのゲート閾値電
圧がばらつく方向と量はほぼ等しい。
In an actual IC design, the output nMOS transistor M1 and the dynamic range improvement nMOS transistor M5 shown in FIG. After short-circuiting between gates and setting VBS = 0, a close pattern layout is performed. Output n at this time
The gate threshold voltage VthM1 (design center value) of the MOS transistor M1 and the gate threshold voltage VthM5 (design center value) of the dynamic range improving nMOS transistor M5 are
Can be estimated equally. Then, in the IC manufacturing process, the output nMOS transistor M1 and the dynamic range improving nMOS transistor M5 are collectively formed on the same substrate. In this manufacturing process, the gate threshold voltage often deviates from the design value. If the two transistors are separated from each other or have different sizes, the difference in the gate threshold voltage cannot be ignored. In this case, the output nMOS transistor M1 and the dynamic range improvement nMOS transistor M5 are the same device in close proximity pattern layout by design. Therefore, the direction and the amount of variation in the gate threshold voltage of both transistors are substantially equal.

【0041】この結果、出力用nMOSトランジスタM
1のゲート閾値電圧ΔVthM1のバラツキ成分(±ΔVth
M1)と、ダイナミックレンジ改善用nMOSトランジス
タM5のゲート閾値電圧VthM5のバラツキ成分(±ΔV
thM5)とは、同等であると見積もることができる。よっ
て、(VthM5±ΔVthM5)≒(VthM1±ΔVthM1)とな
り、この関係を前記(7)式に適用すれば次式が成り立
つ。
As a result, the output nMOS transistor M
1 variation component (± ΔVthM1) of the gate threshold voltage ΔVthM1.
M1) and a variation component (± ΔV) of the gate threshold voltage VthM5 of the dynamic range improving nMOS transistor M5.
thM5) can be estimated to be equivalent. Therefore, (VthM5 ± ΔVthM5) ≒ (VthM1 ± ΔVthM1), and if this relationship is applied to the above equation (7), the following equation is established.

【0042】[0042]

【数9】 Vout ≒Vin …(9)Vout9Vin (9)

【0043】すなわち、本実施形態の出力バッファ回路
1は、その内蔵スイッチS1,S2を適宜制御するだけ
で、その入力電圧Vinに対する出力電圧Vout の低下量
がゼロになり、この結果、当該の出力バッファ回路1の
出力ダイナミックレンジが最大となる。
That is, in the output buffer circuit 1 of this embodiment, only by appropriately controlling the built-in switches S1 and S2, the amount of decrease in the output voltage Vout with respect to the input voltage Vin becomes zero. The output dynamic range of the buffer circuit 1 is maximized.

【0044】なお、上記説明では、設計上、同一デバイ
スを近接したパターンレイアウトとすることでゲート閾
値電圧を揃えることを条件としたが、この設計上の条件
を満たすことができない、製造条件を同じにできない、
或いは設計および製造条件は同じでも実際に作ってみる
とゲート閾値電圧差があり、これが無視できない場合に
あっては、出力ダイナミックレンジを最大にはできない
までも、本実施形態の出力バッファ回路1では、ダイナ
ミックレンジが改善される効果を少なくとも得ることが
できる。また、入力電圧に対し出力電圧が低下する出力
バッファ回路を複数持つICを考えた場合、その回路ご
とに本発明における改良を加えれば、個々の出力バッフ
ァ回路において出力低下が低減又は完全に防止され、当
該ICの出力のダイナミックレンジが大きく低下すると
いった従来の問題を回避することが可能となる。さら
に、複数の出力バッファ回路の各出力電圧を入力信号と
して用いる後段回路がある場合、その後段回路の各入力
信号間のバラツキが抑えられ、当該後段回路が誤動作す
ることがない。
In the above description, the design is based on the condition that the gate threshold voltages are made uniform by forming the same device in a close pattern layout, but this design condition cannot be satisfied. Can't
Alternatively, even if the design and manufacturing conditions are the same, there is a gate threshold voltage difference when actually manufactured, and if this difference cannot be ignored, the output buffer circuit 1 of the present embodiment will not be able to maximize the output dynamic range. At least the effect of improving the dynamic range can be obtained. Also, when considering an IC having a plurality of output buffer circuits in which the output voltage is reduced with respect to the input voltage, the output reduction in each output buffer circuit can be reduced or completely prevented by making improvements in the present invention for each circuit. Thus, it is possible to avoid the conventional problem that the dynamic range of the output of the IC is greatly reduced. Further, when there is a subsequent circuit that uses each output voltage of a plurality of output buffer circuits as an input signal, variation between the input signals of the subsequent circuits is suppressed, and the subsequent circuit does not malfunction.

【0045】第2実施形態 本実施形態は、出力MOSトランジスタにp型を用いた
前記図4の出力バッファ回路40を改良した場合を例と
した、本発明の出力バッファ回路の他の形態について示
すものである。図2は、本実施形態に係る出力バッファ
回路を示す回路図である。
Second Embodiment This embodiment shows another embodiment of the output buffer circuit of the present invention, taking as an example a case where the output buffer circuit 40 of FIG. 4 using a p-type output MOS transistor is improved. Things. FIG. 2 is a circuit diagram illustrating the output buffer circuit according to the present embodiment.

【0046】この出力バッファ回路2が第1実施形態の
出力バッファ回路1と異なる点は、ダイナミックレンジ
改善用トランジスタM6のチャネル導電型がp型である
ことである。その他の構成、即ち入力遮断スイッチS
1、電荷保持キャパシタC、電流制御用スイッチS2、
電流源Iを有すること、及びダイナミックレンジ改善用
pMOSトランジスタM6を含む各構成間の接続関係
は、pMOSトランジスタM6のゲートが基準電圧の供
給線6に接続されていることを除き、第1実施形態と同
じである。また、ダイナミックレンジ改善用pMOSト
ランジスタM6はゲートとドレインがダイオード接続の
ため短絡され、ソースが基板又はウェルに接続されてい
ることは、第1実施形態と同様である。このダイナミッ
クレンジ改善用pMOSトランジスタM6は、バッファ
出力部の出力用pMOSトランジスタM2と同じトラン
ジスタサイズを有し、望ましくは同一基板内の近接箇所
に同一プロセスを経て同時形成される。ここで、T2in
とT2out は当該出力バッファ回路2の入力端子と出力
端子、5と6は電源電圧VDDの供給線(VDD線)と基準
電圧の供給線(例えば、接地線)を示す。なお、バッフ
ァ出力部の構成および動作は、先の従来例(図4)の場
合と同様なので、ここでの説明は省略する。
The output buffer circuit 2 differs from the output buffer circuit 1 of the first embodiment in that the channel conductivity type of the dynamic range improving transistor M6 is p-type. Another configuration, that is, the input cutoff switch S
1, charge holding capacitor C, current control switch S2,
The connection relationship between the components including the current source I and the dynamic range improving pMOS transistor M6 is the first embodiment except that the gate of the pMOS transistor M6 is connected to the reference voltage supply line 6. Is the same as As in the first embodiment, the gate and the drain of the dynamic range improvement pMOS transistor M6 are short-circuited due to the diode connection, and the source is connected to the substrate or the well. The dynamic range improving pMOS transistor M6 has the same transistor size as the output pMOS transistor M2 of the buffer output unit, and is desirably formed at the same time in an adjacent portion on the same substrate through the same process. Here, T2in
And T2out are an input terminal and an output terminal of the output buffer circuit 2, and 5 and 6 are a supply line of the power supply voltage V DD ( VDD line) and a supply line of the reference voltage (for example, a ground line). Note that the configuration and operation of the buffer output unit are the same as those of the above-described conventional example (FIG. 4), and thus description thereof will be omitted.

【0047】このような構成の出力バッファ回路2の基
本的な動作は、入力遮断スイッチに対する電流制御用ス
イッチS2のON/OFFの制御が逆であることを除
き、先の第1実施形態と同様である。すなわち、電流制
御用スイッチS2は、最初に入力遮断用スイッチS1が
オンしているときはオフし、S1がオフと同時か若干遅
れてオンする。これは、本例の出力用pMOSトランジ
スタM2が出力端子T4out のGND側に接続され、そ
のゲート閾値電圧VthM2だけ出力電圧Vout(40) が入力
電圧Vin(40)より高くなるので、これを低減またはキャ
ンセルするために、電流制御用スイッチS2をオフから
オンにスイッチングすることによってキャパシタCの他
方電極(又はノードNDb)の電位をpMOSトランジ
スタM6のゲート閾値電圧VthM6だけ引き下げるためで
ある。
The basic operation of the output buffer circuit 2 having such a configuration is the same as that of the first embodiment except that the ON / OFF control of the current control switch S2 with respect to the input cutoff switch is reversed. It is. That is, the current control switch S2 is turned off when the input cutoff switch S1 is first turned on, and is turned on at the same time as or slightly after S1 is turned off. This is because the output pMOS transistor M2 of this embodiment is connected to the GND side of the output terminal T4out, and the output voltage Vout (40) becomes higher than the input voltage Vin (40) by the gate threshold voltage VthM2. In order to cancel, the potential of the other electrode (or the node NDb) of the capacitor C is reduced by the gate threshold voltage VthM6 of the pMOS transistor M6 by switching the current control switch S2 from off to on.

【0048】以上の理由から本実施形態では、第1実施
形態におけるゲート閾値電圧VthM1を出力用pMOSト
ランジスタM2のゲート閾値電圧(−VthM2)に、ゲー
ト閾値電圧VthM5をダイナミックレンジ改善用pMOS
トランジスタM6のゲート閾値電圧(−VthM6)に置き
換え、又、第1実施形態におけるバラツキ成分(±ΔV
thM1)と(±ΔVthM5)を、それぞれVthM2のバラツキ
成分(±ΔVthM2)とVthM6のバラツキ成分(±ΔVth
M6)に置き換えることによって、上記第1実施形態にお
ける動作説明をそのまま適用できる。
For the above reasons, in the present embodiment, the gate threshold voltage VthM1 of the first embodiment is set to the gate threshold voltage (-VthM2) of the output pMOS transistor M2, and the gate threshold voltage VthM5 is set to the pMOS for dynamic range improvement.
The gate threshold voltage of the transistor M6 is replaced with (−VthM6), and the variation component (± ΔV
thM1) and (± ΔVthM5) are represented by the variation component of VthM2 (± ΔVthM2) and the variation component of VthM6 (± ΔVthM5).
By replacing with M6), the description of the operation in the first embodiment can be applied as it is.

【0049】つまり、第1実施形態における(5)式,
(6-2) 式,(7)式は、それぞれ次に示す(10)式,
(11)式,(12)式の如くになる。また、第1実施
形態における(8)式は本例において次の(13)式の
如くなる。
That is, equation (5) in the first embodiment,
Equations (6-2) and (7) are the following equations (10) and (7), respectively.
Equations (11) and (12) are obtained. Further, the expression (8) in the first embodiment becomes like the following expression (13) in this example.

【0050】[0050]

【数10】 Vout(40) =Vin(40)+VthM2 =Va +VthM2 …(10) Va =Vin−VthM6 …(11) Vout(40) =Vin+(VthM2−VthM6) …(12) Vout(40) =Vin+(VthM2±ΔVthM2)−(VthM6±ΔVthM6)…(13) ここで、Vout は当該出力バッファ回路2の出力端子T
4out に現出する出力電圧、Vinは当該出力バッファ回
路2の入力端子T2inに印加される入力信号のホールド
電圧を示す。
Vout (40) = Vin (40) + VthM2 = Va + VthM2 (10) Va = Vin-VthM6 (11) Vout (40) = Vin + (VthM2-VthM6) (12) Vout (40) = Vin + (VthM2 ± ΔVthM2) − (VthM6 ± ΔVthM6) (13) where Vout is the output terminal T of the output buffer circuit 2.
The output voltage Vin appearing at 4out indicates the hold voltage of the input signal applied to the input terminal T2in of the output buffer circuit 2.

【0051】実際のIC設計において、図2に示す出力
用pMOSトランジスタM2とダイナミックレンジ改善
用pMOSトランジスタM6とを設計上、同じサイズで
同じパターンの同一デバイスとし、回路的に、それぞれ
のソースとバックゲート間を短絡しVBS=0とした上
で近接パターンレイアウトを行うとすれば、両トランジ
スタのゲート閾値電圧の設計値を同じに見積ることがで
きる。また、IC製造過程において両トランジスタM
2,M6を同一基板上に一括形成すると、この製造過程
におけるゲート閾値電圧のずれ方、即ちゲート閾値電圧
がばらつく方向と量は両トランジスタM2,M6間でほ
ぼ等しい。
In the actual IC design, the output pMOS transistor M2 and the dynamic range improvement pMOS transistor M6 shown in FIG. If a short circuit is made between the gates and VBS = 0, and a close pattern layout is performed, the design value of the gate threshold voltage of both transistors can be estimated to be the same. In the process of manufacturing an IC, both transistors M
When the transistors M2 and M6 are collectively formed on the same substrate, the manner in which the gate threshold voltage shifts in this manufacturing process, that is, the direction and the amount of variation of the gate threshold voltage, are substantially equal between the transistors M2 and M6.

【0052】この結果、第1実施形態と同様に、(Vth
M6±ΔVthM6)≒(VthM2±ΔVthM2)となり、この関
係を前記(13)式に適用すれば、出力バッファ回路2
の入力電圧Vinに対する出力電圧Vout の低下が完全に
防止され、第1実施形態と同く前記(9)式の結論式が
得られる。
As a result, as in the first embodiment, (Vth
M6 ± ΔVthM6) ≒ (VthM2 ± ΔVthM2). If this relationship is applied to the above equation (13), the output buffer circuit 2
Of the output voltage Vout with respect to the input voltage Vin is completely prevented, and the conclusion expression of the expression (9) is obtained as in the first embodiment.

【0053】本実施形態の出力バッファ回路2によっ
て、第1実施形態と同様な効果が得られる。すなわち、
本出力バッファ回路2では、入力電圧Vinに対する出力
電圧Vout の変化が低減され或いはほぼ完全に防止さ
れ、この結果、出力のダイナミックレンジが改善(拡
大)される。また、本出力バッファ回路2を複数用いる
場合、それぞれ入力電圧に対して出力電圧が変化する複
数の出力バッファ回路によってICの出力が大きくばら
つく、或いは値がばらついた複数の出力バッファ回路の
出力を入力信号とするため後段回路が誤動作するといっ
た従来の問題を回避することができる。
With the output buffer circuit 2 of the present embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained. That is,
In the output buffer circuit 2, a change in the output voltage Vout with respect to the input voltage Vin is reduced or almost completely prevented, and as a result, the dynamic range of the output is improved (expanded). When a plurality of the output buffer circuits 2 are used, the output of the IC varies greatly due to the plurality of output buffer circuits whose output voltage changes with respect to the input voltage, or the output of the plurality of output buffer circuits having varied values is input. Since the signal is used as a signal, a conventional problem that a subsequent circuit malfunctions can be avoided.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係る
出力バッファ回路によれば、電荷保持キャパシタ(及び
入力遮断スイッチ)によるサンプルホールド機能を有
し、かつ、例えばダイナミックレンジ改善用トランジス
タ、電流源、及びスイッチで構成され、キャパシタの保
持電圧を、後段回路の出力低下を低減または完全に防止
する方向に調整する電圧調整部を有すことから、当該出
力バッファ回路の出力のダイナミックレンジを従来より
拡大させ、また容易に最大化できる。また、複数の出力
バッファ回路の各出力ダイナミックレンジの改善を図
り、或いは出力のバラツキをなくすことによって、これ
ら複数出力を入力する後段回路の誤動作を有効に防止し
たり、複数の出力バッファ回路を内蔵するIC出力のダ
イナミックレンジを大幅に改善できる。
As described above, according to the output buffer circuit of the present invention, the output buffer circuit has a sample-and-hold function by the charge holding capacitor (and the input cutoff switch), and includes, for example, a transistor for improving the dynamic range, Source and switch, and has a voltage adjustment unit that adjusts the holding voltage of the capacitor in a direction to reduce or completely prevent a decrease in output of the subsequent circuit. Can be expanded and easily maximized. In addition, by improving the output dynamic range of each of the plurality of output buffer circuits or eliminating variations in the outputs, it is possible to effectively prevent malfunction of the subsequent circuit that inputs the plurality of outputs, or to incorporate the plurality of output buffer circuits. The dynamic range of the IC output can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係る出力バッファ回路
を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an output buffer circuit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施形態に係る出力バッファ回路
を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an output buffer circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図3】CMOS集積回路においてnMOSトランジス
タから出力を取り出す構成の従来の出力バッファ回路を
示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a conventional output buffer circuit configured to extract output from an nMOS transistor in a CMOS integrated circuit.

【図4】CMOS集積回路においてpMOSトランジス
タから出力を取り出す構成の従来の出力バッファ回路を
示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a conventional output buffer circuit configured to extract output from a pMOS transistor in a CMOS integrated circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2…出力バッファ回路、5…電源電圧VDDの供給
線、6…基準電位(例えば、接地電位GND)の供給
線、30,40…従来の出力バッファ回路、M1,M2
…出力用トランジスタ、M3,M4…電流源負荷用トラ
ンジスタ、M5,M6…ダイナミックレンジ改善用トラ
ンジスタ、C…電圧保持キャパシタ、I,I3,I4…
電流源、S1…入力遮断スイッチ、S2…電流制御用ス
イッチ(スイッチ)、T1in,T2in等…入力端子、T
1out ,T2out 等…出力端子、Vin…入力電圧、Vou
t …出力電圧。
1, 2 ... output buffer circuit, 5: supply line of power supply voltage V DD , 6 ... supply line of reference potential (for example, ground potential GND), 30, 40 ... conventional output buffer circuit, M1, M2
... Output transistors, M3, M4 ... Current source load transistors, M5, M6 ... Dynamic range improvement transistors, C ... Voltage holding capacitors, I, I3, I4 ...
Current source, S1: input cutoff switch, S2: current control switch (switch), T1in, T2in, etc .: input terminal, T
1out, T2out, etc. output terminal, Vin input voltage, Vou
t ... output voltage.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】入力端子を介して制御電極に印加される入
力電圧を、制御電極以外の2つの電極のうち一方電極か
ら出力する出力用トランジスタを有する出力バッファ回
路であって、 前記入力端子と前記制御電極との間に接続され、入力端
子に印加される入力電圧を一方のキャパシタ電極で保持
する電圧保持キャパシタと、 前記電圧保持キャパシタの他方電極の電位を、前記一方
のキャパシタ電極の保持電圧が前記出力用トランジスタ
から出力されるときに、当該出力用トランジスタによる
電圧変化が低減または相殺されるように調整する電圧調
整部とを有する出力バッファ回路。
1. An output buffer circuit having an output transistor for outputting an input voltage applied to a control electrode via an input terminal from one of two electrodes other than the control electrode, the output buffer circuit comprising: A voltage holding capacitor connected between the control electrode and the input terminal, the input voltage applied to the input terminal being held by one of the capacitor electrodes; and the potential of the other electrode of the voltage holding capacitor being set to the holding voltage of the one of the capacitor electrodes. And a voltage adjustment unit that adjusts when the voltage is output from the output transistor so as to reduce or cancel a voltage change caused by the output transistor.
【請求項2】前記電圧調整部は、前記電荷保持キャパシ
タの他方電極と基準電圧供給線との間に接続されている
ダイオード接続トランジスタと、 前記他方電極と基準電圧供給線との間に、前記ダイオー
ド接続トランジスタと並列に接続されているスイッチ
と、 当該スイッチ又は前記ダイオード接続トランジスタに一
定電流を流す電流源とを有する請求項1に記載の出力バ
ッファ回路。
2. The voltage adjusting section, comprising: a diode-connected transistor connected between the other electrode of the charge holding capacitor and a reference voltage supply line; and a diode-connected transistor connected between the other electrode and the reference voltage supply line. The output buffer circuit according to claim 1, further comprising: a switch connected in parallel with the diode-connected transistor; and a current source that supplies a constant current to the switch or the diode-connected transistor.
【請求項3】前記入力端子と前記電圧保持キャパシタと
の間に、前記一方のキャパシタ電極に入力電圧が印加さ
れる前は導通し、印加後に遮断する入力遮断スイッチを
有する請求項1に記載の出力バッファ回路。
3. An input cut-off switch between the input terminal and the voltage holding capacitor, the switch being turned on before an input voltage is applied to the one capacitor electrode and being cut off after the input voltage is applied. Output buffer circuit.
【請求項4】前記入力端子と前記電圧保持キャパシタと
の間に、前記一方のキャパシタ電極に入力電圧が印加さ
れる前は導通し、印加後に遮断する入力遮断スイッチを
有する請求項2に記載の出力バッファ回路。
4. An input cut-off switch between the input terminal and the voltage holding capacitor, which is turned on before an input voltage is applied to the one capacitor electrode and cut off after the input voltage is applied. Output buffer circuit.
【請求項5】前記出力用トランジスタと前記ダイオード
接続トランジスタは、同じトランジスタサイズを有する
請求項2に記載の出力バッファ回路。
5. The output buffer circuit according to claim 2, wherein said output transistor and said diode-connected transistor have the same transistor size.
【請求項6】前記出力用トランジスタは、電源電圧供給
線と出力端子との間に接続されたnチャネル型のトラン
ジスタであり、 前記ダイオード接続トランジスタは、その制御電極と、
制御電極以外の2つの電極のうち前記電荷保持キャパシ
タに接続されている電極とを短絡したnチャネル型のト
ランジスタである請求項2に記載の出力バッファ回路。
6. The output transistor is an n-channel transistor connected between a power supply voltage supply line and an output terminal, and the diode-connected transistor has a control electrode,
3. The output buffer circuit according to claim 2, wherein the output buffer circuit is an n-channel transistor in which two electrodes other than the control electrode are short-circuited to an electrode connected to the charge holding capacitor.
【請求項7】前記出力用トランジスタは、基準電圧供給
線と出力端子との間に接続されたpチャネル型のトラン
ジスタであり、 前記ダイオード接続トランジスタは、その制御電極が基
準電圧供給線に接続されているpチャネル型のトランジ
スタである請求項2に記載の出力バッファ回路。
7. The transistor for output is a p-channel transistor connected between a reference voltage supply line and an output terminal, and the diode-connected transistor has a control electrode connected to the reference voltage supply line. 3. The output buffer circuit according to claim 2, wherein said output buffer circuit is a p-channel transistor.
【請求項8】前記入力端子と前記電圧保持キャパシタと
の間に、前記一方のキャパシタ電極に入力電圧が印加さ
れる前は導通し、印加後に遮断する入力遮断スイッチを
有し、 前記スイッチは、前記入力遮断スイッチの遮断前は導通
し、前記入力遮断スイッチと同時か若干遅れて遮断する
ように制御される請求項6に記載の出力バッファ回路。
8. An input cutoff switch between the input terminal and the voltage holding capacitor, which conducts before an input voltage is applied to the one capacitor electrode and cuts off after the input voltage is applied, wherein the switch comprises: The output buffer circuit according to claim 6, wherein the output buffer circuit is controlled so as to conduct before the input cutoff switch is cut off, and cut off at the same time as or slightly after the input cutoff switch.
【請求項9】前記入力端子と前記電圧保持キャパシタと
の間に、前記一方のキャパシタ電極に入力電圧が印加さ
れる前は導通し、印加後に遮断する入力遮断スイッチを
有し、 前記スイッチは、前記入力遮断スイッチの遮断前は遮断
し、前記入力遮断スイッチの遮断と同時か若干遅れて導
通するように制御される請求項7に記載の出力バッファ
回路。
9. An input cutoff switch between the input terminal and the voltage holding capacitor that conducts before an input voltage is applied to the one capacitor electrode and cuts off after the input voltage is applied, wherein the switch comprises: 8. The output buffer circuit according to claim 7, wherein the output buffer circuit is controlled to be turned off before the input cutoff switch is turned off, and to be turned on at the same time as or slightly after the cutoff of the input cutoff switch.
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