JPH11214978A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH11214978A
JPH11214978A JP10012789A JP1278998A JPH11214978A JP H11214978 A JPH11214978 A JP H11214978A JP 10012789 A JP10012789 A JP 10012789A JP 1278998 A JP1278998 A JP 1278998A JP H11214978 A JPH11214978 A JP H11214978A
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JP
Japan
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potential
control signal
mos transistor
internal control
internal
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JP10012789A
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Yayoi Nakamura
弥生 中村
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/003Modifications for increasing the reliability for protection
    • H03K19/00346Modifications for eliminating interference or parasitic voltages or currents
    • H03K19/00361Modifications for eliminating interference or parasitic voltages or currents in field effect transistor circuits
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/0175Coupling arrangements; Interface arrangements
    • H03K19/0185Coupling arrangements; Interface arrangements using field effect transistors only
    • H03K19/018507Interface arrangements
    • H03K19/018521Interface arrangements of complementary type, e.g. CMOS

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 出力信号のリンギングが小さい半導体装置を
提供する。 【解決手段】 半導体装置の出力バッファの出力トラン
ジスタを並列に複数個設ける。各出力トランジスタのゲ
ートに与えられる電位は、出力トランジスタの導通時に
それぞれ異なる電位に設定される。導通時のゲート電位
が低いトランジスタから順次導通させることにより急激
に大電流が流れるのを緩和し、リンギングを抑えること
ができる。より好ましくは、出力トランジスタの導通す
る順番に従い、トランジスタサイズを大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置に関
し、より特定的には、半導体装置内部のデータを半導体
装置外部に出力する出力バッファ回路を備える半導体装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の、半導体装置の高速化が進行する
に伴い、半導体装置の出力バッファ回路の駆動能力を大
きくする必要が生じている。
【0003】図11は、従来の半導体記憶装置に用いら
れる出力バッファ回路の基本構成を示す第1例の回路図
である。
【0004】図11に示す出力バッファ回路は、出力端
子DQrと、出力される記憶データに応じて生成される
第1の内部制御信号HOUTを受けて、その“H”レベ
ルを外部電源電位Ext.Vccから降圧された内部降
圧電位Vccから、半導体装置内部で作られる内部昇圧
電位Vppoに変換するレベルシフタ206と、レベル
シフタ206の出力をゲートに受け外部電源電位Ex
t.Vccと出力端子DQrとの間に結合されたNチャ
ネルMOSトランジスタ202と、出力される記憶デー
タに応じて生成される第2の内部制御信号LOUTをゲ
ートに受け、出力端子DQrと接地電位との間に結合さ
れたNチャネルMOSトランジスタ204とを備える。
【0005】図12は、図11に示した出力バッファ回
路の動作を説明するための動作波形図である。
【0006】図11、図12を参照して、時刻t1には
内部制御信号HOUTが“H”レベルに立上がる。この
とき、図12には示していないが内部制御信号LOUT
は“L”レベルで、NチャネルMOSトランジスタ20
4は、非導通状態であるとする。
【0007】時刻t2にはレベルシフタ206の動作に
より、レベルシフタ206の出力ノードであるノードN
51が“H”レベルに立上がる。すると、NチャネルM
OSトランジスタ202が導通して、出力端子DQrの
電位が上昇を開始する。
【0008】ここで、出力端子DQrに半導体装置外部
で接続された負荷の状態によって出力端子DQrから出
力される信号の波形にリンギングが生じる。
【0009】時刻t3では、出力端子DQrから出力さ
れる信号の電位は安定する。このリンギングは、外部に
接続される出力信号を受ける他の半導体装置等の誤動作
のもとになるおそれがある。
【0010】このような信号出力時において電源ノイズ
を抑える回路として、特開平5−290582号公報に
新しい出力バッファ回路が提案されている。この出力バ
ッファ回路は半導体記憶装置のワード線駆動等に用いら
れるものである。
【0011】図13は、特開平5−290582号公報
に記載された従来の出力バッファ回路の構成を示す回路
図である。
【0012】図13を参照して、この出力バッファ回路
は、入力信号Sを受けて反転し、ノードN131にその
反転信号を出力するインバータ231と、ノードN13
1がゲートに接続され電源電位Vccと出力端子OUT
とを結合するNチャネルMOSトランジスタ241と、
インバータ231の出力信号を受け遅延させる遅延回路
232と、遅延回路232の出力を受けるブートストラ
ップ回路233と、ノードN131がゲートに接続され
電源電位Vccと出力端子OUTとを結合するNチャネ
ルMOSトランジスタ242とを含む。
【0013】この出力バッファ回路は、さらに、入力信
号Rを受けて反転するインバータ243と、インバータ
243の出力をゲートに受け、接地電位Vssと出力端
子OUTとを結合するNチャネルMOSトランジスタ2
44とをさらに含む。
【0014】遅延回路232は、直列に接続されたイン
バータ232a、232bを含む。図14は、図13に
示したブートストラップ回路233の構成を示す回路図
である。
【0015】図14を参照して、ブートストラップ回路
233は、入力信号を入力ノードN110に受け、ノー
ドN110が入力に接続されるインバータ211と、イ
ンバータ211の出力を受け反転するインバータ212
とを含む。
【0016】インバータ211の出力はノードN111
に与えられ、インバータ212の出力はノードN112
に与えられる。
【0017】ブートストラップ回路233は、さらに、
電源電位Vccをゲートに受けノードN111とノード
N113とを接続するNチャネルMOSトランジスタ2
13と、ノードN113の電位をゲートに受けノードN
110とノードN133とを接続するNチャネルMOS
トランジスタ214と、ノードN112とN133との
間に接続されるキャパシタ215とを含む。
【0018】図13、図14を参照して、入力信号Rが
“H”レベルでNチャネルMOSトランジスタ244が
非導通状態のときに入力信号Sが“H”レベルから
“L”レベルに立ち下がると、まずインバータ231に
よってノードN131の電位が“L”レベルから“H”
レベルに立上がる。
【0019】応じて、NチャネルMOSトランジスタ2
41が導通し、出力端子OUTの電位は“L”レベルか
ら“H”レベルに立上がり始める。
【0020】次に、遅延回路232によって遅延された
時間の後にブートストラップ回路233の入力ノードN
110が“L”レベルから“H”レベルに立上がる。応
じて、ブートストラップ回路233は、ノードN133
の電位を電源電位Vccより高電位に押し上げる。そし
て、NチャネルMOSトランジスタ242が十分に導通
し、電源電位Vccが出力端子OUTに伝えられる。
【0021】以上のように、出力バッファ回路の二つの
出力トランジスタを順次導通させることにより徐々に
“H”レベルが出力端子に供給されるため一度に大きな
電流が電源電位Vccを受けるノードから出力端子へと
流れ込むことがない。したがって電源ノイズを低減でき
る。
【0022】また、入力信号Sにヒゲ状の入力パルスが
入ったときにブートストラップ回路233のノードN1
33から電荷がノードN110に抜けてしまう。Nチャ
ネルMOSトランジスタ241によって出力端子OUT
は“H”レベルを維持できるものの、ノードN133の
電位が下がるのでNチャネルMOSトランジスタ242
が安定した導通状態ではなくなってしまう。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
図11に示した出力バッファでは、高速化する必要に応
じて出力バッファ回路の駆動能力を大きくするために、
出力トランジスタのサイズを大きくすると、半導体装置
の出力バッファ回路から出力端子に接続された外部負荷
へと急激に電流が流れるため、リンギングが起きやすく
なっていた。
【0024】また図13、14で説明した回路は出力ト
ランジスタのゲート電位をブートストラップ回路で与え
る。ブートストラップ回路はある一定時間しか高電位を
発生できないため、出力端子から電源電位Vccの
“H”レベルを長時間保持することができない。
【0025】一般に汎用的に用いられる半導体装置で
は、半導体装置から外部に信号を出力する出力バッファ
の負荷が外部に接続される基板や素子によって異なって
くるため、出力信号の立上がり時間を一定値にすること
ができない。
【0026】また、動作周波数の高い半導体装置を動作
周波数の遅い用途に使う可能性もある。
【0027】したがって、図13に示した回路を半導体
装置の外部へと信号を出力する出力バッファとして用い
るのはあまり適切でない。
【0028】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の半導体装
置は、半導体基板上に形成される半導体装置であって、
出力端子と、第1の内部制御信号の活性化に応じて出力
端子に外部電源から電流を供給する第1のMOSトラン
ジスタと、第1の内部制御信号の活性化に応じて第2の
内部制御信号を出力する第1の駆動手段と、第2の内部
制御信号をゲートに受け、第2の内部制御信号の活性化
に応じて出力端子に外部電源から電流を供給する第2の
MOSトランジスタとを備え、第2の内部制御信号は、
第1の内部制御信号よりも高い活性化電位を有する。
【0029】請求項2記載の半導体装置は、請求項1記
載の半導体装置の構成に加えて、第1の内部制御信号の
活性化に応じて、第2の内部制御信号の活性化より遅れ
て第3の内部制御信号を出力する第2の駆動手段と、第
3の内部制御信号をゲートに受け、第3の内部制御信号
の活性化に応じて出力端子に外部電源から電流を供給す
る第3のMOSトランジスタとをさらに備え、第3の内
部制御信号は、第2の内部制御信号よりも高い活性化電
位を有する。
【0030】請求項3記載の半導体装置は、請求項2記
載の半導体装置の構成に加えて、外部電源の電位を受け
て昇圧し、外部電源の電位より高い内部昇圧電位を発生
する昇圧手段と、外部電源の電位を受けて降圧し、外部
電源の電位より低い内部降圧電位を発生する降圧手段と
をさらに備え、第1の内部制御信号の活性化電位は内部
降圧電位であり、第2の内部制御信号の活性化電位は外
部電源の電位であり、第3の内部制御信号の活性化電位
は内部昇圧電位である。
【0031】請求項4記載の半導体装置は、請求項2記
載の半導体装置の構成において、ゲート電位の単位変化
量あたりのソース・ドレイン電流の変化量を電流駆動能
力とするとき、第3のMOSトランジスタの電流駆動能
力は、第2のMOSトランジスタの電流駆動能力より大
きく、第2のMOSトランジスタの電流駆動能力は、第
1のMOSトランジスタの電流駆動能力より大きい。
【0032】請求項5記載の半導体装置は、請求項4記
載の半導体装置の構成において、電流駆動能力の大きさ
は、MOSトランジスタの(ゲート幅/ゲート長)を変
えることにより決定される。
【0033】請求項6記載の半導体装置は、請求項1記
載の半導体装置の構成に加えて、外部電源の電位を受
け、昇圧し内部昇圧電位を発生する昇圧手段と、外部電
源の電位を受け、降圧し内部降圧電位を発生する降圧手
段と、第1の内部制御信号を受けて第1のMOSトラン
ジスタのゲート電位を駆動する第2の駆動手段とをさら
に備え、第1の内部制御信号の活性化電位は内部降圧電
位であり、第2の内部制御信号の活性化電位は内部昇圧
電位であり、第2の駆動手段は、内部降圧電位を受けて
さらに降圧する電圧降下手段を含み、電圧降下手段が発
生する電位に応じて、第2のMOSトランジスタのゲー
ト電位を駆動する。
【0034】請求項7記載の半導体装置は、請求項6記
載の半導体装置の構成において、電圧降下手段は、内部
降圧電位をソースに受け、ゲートとドレインが接続され
たMOSトランジスタを含む。
【0035】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一
または相当部分を示す。
【0036】[実施の形態1]以下、本発明の実施の形
態1の半導体装置1について説明する。
【0037】図1は、本発明における半導体装置1の全
体構成を示す概略ブロック図である。この全体構成は以
降説明する実施の形態すべてに当てはめることができる
代表的な一例である。
【0038】図1を参照して、この半導体記憶装置1
は、制御信号入力端子2〜6と、アドレス信号入力端子
群8と、データ信号入出力端子群16と、接地端子18
と、電源端子20とを備える。
【0039】また、この半導体記憶装置1は、クロック
発生回路22と、行および列アドレスバッファ24と、
行デコーダ26と、列デコーダ28と、メモリマット3
2と、データ入力バッファ40およびデータ出力バッフ
ァ42とを備え、メモリマット32はメモリセルアレイ
34、およびセンスアンプ+入出力制御回路38とを含
む。
【0040】クロック発生回路22は、制御信号入力端
子2、4を介して外部から与えられる外部行アドレスス
トローブ信号EXT./RAS,外部列アドレスストロ
ーブ信号EXT./CASに基づいた所定の動作モード
に相当する制御クロックを発生し、半導体装置全体の動
作を制御する。
【0041】行および列アドレスバッファ24は、アド
レス信号入力端子群8を介して外部から与えられるアド
レス信号A0〜Ai(ただし、iは自然数である)に基
づいて行アドレス信号RA0〜RAiおよび列アドレス
信号CA0〜CAiを生成し、生成した信号RA0〜R
AiおよびCA0〜CAiをそれぞれ行デコーダ26お
よび列デコーダ28に与える。
【0042】メモリセルアレイ34は、それぞれが1ビ
ットのデータを記憶する複数のメモリセルを含む。各メ
モリセルは行アドレスおよび列アドレスによって決定さ
れる所定のアドレスに配置される。
【0043】行デコーダ26および列デコーダ28は、
メモリセルアレイ34の行アドレスおよび列アドレスを
指定する。センスアンプ+入出力制御回路38は、行デ
コーダ26および列デコーダ28によって指定されたア
ドレスのメモリセルをデータ信号入出力線対IDPの一
端に接続する。データ信号入出力線対IDPの他端は、
データ入力バッファ40およびデータ出力バッファ42
に接続される。
【0044】データ入力バッファ40は、書込モード時
に、制御信号入力端子6を介して外部から与えられる信
号EXT./WEに応答して、データ信号入力端子群1
6から入力されたデータをデータ信号入出力線対IDP
を介して、選択されたメモリセルに与える。
【0045】データ出力バッファ42は、読出モード時
に、選択されたメモリセルからの読出データをデータ入
出力端子群16に出力する。
【0046】電源回路50は、外部電源電位Ext.V
ccと接地電位Vssとを受けて、半導体記憶装置の動
作に必要な種々の内部電源電位を供給する。
【0047】すなわち、電源回路50は、外部電源電位
Ext.Vccと接地電位Vssとを受けて、内部降圧
電位Int.Vccと、内部昇圧電位Vppoとを出力
する内部電源回路54と、メモリセルアレイ34中に含
まれるビット線対に対するプリチャージ電位VBLを供
給するプリチャージ電位発生回路52とを含む。
【0048】内部電源回路54は、外部電源電位Ex
t.Vccと接地電位Vssとを受けて、外部電源電位
Ext.Vccを降圧した内部降圧電位Int.Vcc
を発生する降圧電源回路56と、外部電源電位Ext.
Vccと接地電位Vssとを受けて、外部電源電位Ex
t.Vccを昇圧した内部昇圧電位Vppoを発生する
昇圧電源回路58とを有する。
【0049】図2は、本発明の実施の形態1の半導体装
置1に用いられる出力バッファ回路100の基本構成を
示す回路図である。
【0050】出力バッファ回路100は、図1に示した
データ出力バッファ42の1ビット分として設けられ、
クロック発生回路22からの前記信号や入出力制御回路
38からの読出データをもとに生成された互いに相補な
第1の内部信号HOUTと第2の内部信号LOUTとを
入力信号として受ける。
【0051】図2を参照して、出力バッファ回路100
は、第1の内部制御信号HOUTをゲートに受け出力端
子DQrと外部電源電位Ext.Vccとを結合するN
チャネルMOSトランジスタ102と、第1の内部制御
信号HOUTを受けて外部電源電位Ext.Vccに応
じてレベル変換するレベルシフタ108と、レベルシフ
タ108の出力を受け内部昇圧電位Vppoに応じてレ
ベル変換するレベルシフタ110と、レベルシフタ10
8の出力をゲートに受け出力端子DQrと内部電源電位
Ext.Vccとを結合するNチャネルMOSトランジ
スタ104と、レベルシフタ110の出力をゲートに受
け、出力端子DQrと内部電源電位Ext.Vccとを
結合するNチャネルMOSトランジスタ106と、第2
の内部制御信号LOUTをゲートに受け出力端子DQr
と接地電位とを結合するNチャネルMOSトランジスタ
112を含む。
【0052】図3は、図2に示したレベルシフタ108
の構成を示す回路図である。図3を参照して、レベルシ
フタ108は、入力信号INをゲートに受けソースが接
地電位に結合されたNチャネルMOSトランジスタ12
2と、入力信号INを受け反転するインバータ130
と、インバータ130の出力をゲートに受けソースが接
地電位に結合されたNチャネルMOSトランジスタ12
4と、NチャネルMOSトランジスタ124のドレイン
の電位をゲートに受けドレインがNチャネルMOSトラ
ンジスタ122のドレインと接続されたPチャネルMO
Sトランジスタ126と、ゲートにNチャネルMOSト
ランジスタ122のドレインの電位を受け、ドレインが
NチャネルMOSトランジスタ124のドレインと接続
されたPチャネルMOSトランジスタ128とを含む。
【0053】PチャネルMOSトランジスタ126のソ
ースおよびPチャネルMOSトランジスタ128のソー
スはともに電源ノードPWRに接続される。
【0054】NチャネルMOSトランジスタ124のド
レインの電位はレベルシフタ108の出力信号OUTを
出力する。
【0055】図2を参照して、レベルシフタ108では
その電源ノードPWRには外部電源電位Ext.Vcc
が与えられる。そして、内部制御信号HOUTのハイ
(“H”)レベルを外部電源電位Ext.Vccに変換
して出力する。
【0056】また、レベルシフタ110も図3に示した
レベルシフタ108と同様な構成をとる。そして、高電
位レベルが外部電源電位Ext.Vccであるレベルシ
フタ108の出力信号の高電位レベルを内部昇圧電位V
ppoへと変換する。
【0057】実施の形態1の半導体装置は出力バッファ
に、その内部のデータを外部に伝える出力バッファ回路
の“H”側を駆動するトランジスタを図2に示したよう
に複数個並列に設ける。
【0058】図4は、図2に示す出力バッファ回路10
0の動作を説明する動作波形図である。
【0059】図2、図4を参照して、第2の内部制御信
号LOUT=“L”状態である場合を考える。このと
き、NチャネルMOSトランジスタ112は非導通状態
である。
【0060】出力端子DQrのレベルが初期に0Vのと
きを考えると第1の内部制御信号HOUTは“L”レベ
ルであり、レベルシフタ108、110の出力であるノ
ードN2、N3の電位も“L”レベルであるためNチャ
ネルMOSトランジスタ102、104および106は
それぞれ非導通状態である。
【0061】時刻t1において、ノードN1に与えられ
る第1の内部制御信号HOUTが0Vから内部降圧電位
Vcc(たとえば、2.5V)まで立上がると、それに
応じてNチャネルMOSトランジスタ102が導通状態
となる。出力端子DQrの電位は図4の波形Aに示すよ
うに(2.5V−Vt)の電位にむけて上昇を開始す
る。ただしVtはNチャネルMOSトランジスタのしき
い値電圧である。
【0062】時刻t1〜t2では第1の内部制御信号H
OUTはレベルシフタ108によりレベル変換される。
図8においてNチャネルMOSトランジスタ122は導
通状態となりPチャネルMOSトランジスタ128のゲ
ート電位を“L”レベルに活性化する。一方、Nチャネ
ルMOSトランジスタ124は、インバータ130の作
用によりゲートに第1の内部制御信号HOUTの反転で
ある“H”レベルが与えられるので非導通状態となる。
レベルシフタ108の出力は与えられた電源電位である
外部電源電位Ext.Vccとなる。
【0063】時刻t2においては、レベルシフタ108
の電圧変換が終了し、NチャネルMOSトランジスタ1
04が導通状態となる。DQrの電位は図4の波形Bに
示すように(3.3V−Vt)の電位にむけて上昇を開
始する。
【0064】時刻t2〜t3では第1の内部制御信号H
OUTはレベルシフタ110によりレベル変換される。
レベルシフタ108の場合と同様にして、レベルシフタ
110の出力は与えられた電源電位である外部電源電位
Ext.Vccとなる。
【0065】時刻t3においては、レベルシフタ110
の電圧変換が終了し、NチャネルMOSトランジスタ1
06が導通状態となる。DQrの電位は図4の波形Cに
示すように外部電源電位Ext.Vcc(3.3V)の
電位にむけて上昇を開始する。
【0066】以上の動作を総じて述べると、それぞれの
トランジスタのゲートの“H”レベルとして与えられる
電圧は、NチャネルMOSトランジスタ102、Nチャ
ネルMOSトランジスタ104、NチャネルMOSトラ
ンジスタ106の順に高くなっている。
【0067】つまりNチャネルMOSトランジスタ10
2のゲートにはその“H”レベルが内部電源電位In
t.Vccである内部制御信号HOUTが与えられる。
【0068】NチャネルMOSトランジスタ104のゲ
ートにはレベルシフタ108によってその“H”レベル
が外部電源電位Ext.Vccである信号が与えられ
る。NチャネルMOSトランジスタ106のゲートに
は、“H”レベルが内部昇圧電位Vppoである信号が
与えられる。この3つのトランジスタは、レベルシフタ
108、110による遅延のために、ゲートに与える電
位が低いトランジスタから導通する。
【0069】つまりNチャネルMOSトランジスタ10
2、NチャネルMOSトランジスタ104、Nチャネル
MOSトランジスタ106の順に導通する。
【0070】内部制御信号HOUTが“L”レベルから
“H”レベルに立上がると最初にNチャネルMOSトラ
ンジスタ102が導通しその後レベルシフタ108の遅
延時間分遅れてNチャネルMOSトランジスタ104が
導通する。さらにレベルシフタ110の遅延時間分遅れ
てNチャネルMOSトランジスタ106が導通する。
【0071】このように、ゲートに与える電圧の低い順
番に出力トランジスタを導通させ出力端子の電位を徐々
に“H”レベルまで引き上げることによって、大電流が
外部電源から出力端子に流れることを防ぐことができ、
リンギングを低減できる。
【0072】図2では、出力トランジスタを並列に3個
接続する例を示したが、4個以上であっても同様の効果
が得られる。
【0073】[実施の形態2]図5は、本発明の実施の
形態2の半導体装置に用いられる出力バッファ回路13
1の基本構成を示す回路図である。
【0074】出力バッファ回路131は、実施の形態1
の変形例として、出力トランジスタとしてNチャネルM
OSトランジスタ102、104、106にかえてNチ
ャネルMOSトランジスタ102a、104a、106
aを備える。
【0075】ゲート電位の単位変化量あたりのソース・
ドレイン電流の変化量を電流駆動能力とすると、Nチャ
ネルMOSトランジスタ102aは、NチャネルMOS
トランジスタ104a、106aより電流駆動能力が小
さく設定される。
【0076】具体的には、電流駆動能力はMOSトラン
ジスタのゲート幅をゲート長で除した値(ゲート幅/ゲ
ート長)に比例するので、NチャネルMOSトランジス
タ102a、104a、106aのゲート長を一定値と
しゲート幅をそれぞれW2、W4、W6とすると、W2
<W4、W6とする。
【0077】このようなゲート幅に設定することによ
り、出力バッファ回路が“H”出力を出力する際の波形
の立上がり時に、急激に電流が流れることを実施の形態
1よりもさらに防ぐことができる。すなわち、さらにリ
ンギングが低減される。
【0078】図6は、出力バッファ回路131の動作を
説明するための動作波形図である。図5、図6を参照し
て、第2の内部制御信号LOUT=“L”状態である場
合を考える。このとき、NチャネルMOSトランジスタ
112は非導通状態である。
【0079】出力端子DQrのレベルが初期に0Vのと
きを考えると第1の内部制御信号HOUTは“L”レベ
ルであり、レベルシフタ108、110の出力であるノ
ードN12、N13の電位も“L”レベルであるためN
チャネルMOSトランジスタ102a、104aおよび
106aはそれぞれ非導通状態である。
【0080】時刻t1において、ノードN11に与えら
れる第1の内部制御信号HOUTが0Vから内部降圧電
位Vcc(たとえば、2.5V)まで立上がると、それ
に応じてNチャネルMOSトランジスタ102aが導通
状態となる。DQrの電位は図6の波形A' に示すよう
に(2.5V−Vt)の電位にむけて上昇を開始する。
ただしVtはNチャネルMOSトランジスタのしきい値
電圧である。
【0081】時刻t1〜t2では第1の内部制御信号H
OUTはレベルシフタ108によりレベル変換され、そ
の“H”レベルが与えられた電源電位である外部電源電
位Ext.Vccとなる。
【0082】時刻t2においては、レベルシフタ108
の電圧変換が終了し、NチャネルMOSトランジスタ1
04aが導通状態となる。出力端子DQrの電位は図6
の波形B' に示すように(3.3V−Vt)の電位にむ
けて上昇を開始する。
【0083】時刻t2〜t3では第1の内部制御信号H
OUTはレベルシフタ110によりレベル変換され、ノ
ードN13の電位は、その“H”レベルが与えられた電
源電位である内部昇圧電位Vppoとなる。
【0084】時刻t3においては、レベルシフタ110
の電圧変換が終了し、NチャネルMOSトランジスタ1
06が導通状態となる。DQrの電位は図6の波形C'
に示すように外部電源電位Ext.Vcc(3.3V)
の電位にむけて上昇を開始する。
【0085】図6の波形Yは、図2に示した出力バッフ
ァ回路100の出力波形を示しており、図5に示した出
力バッファ131は、波形の立ち上り方が時刻t1〜t
2にかけては波形Yと比べて緩やかで、時刻t2〜t3
にかけては急峻になっている。
【0086】つまり、出力端子に流入する電流の変化量
がもっとも大きい時刻t1での電流の変化量の大きさの
ピークを下げるとともに、時刻t2〜t3では時刻t1
〜t2で電流が少なかった分を補うようにサイズの大き
なトランジスタで電流を供給する。
【0087】したがって、実施の形態2の半導体装置で
用いられる出力バッファ回路131は、リンギングの原
因の一つである電流変化の大きさを抑えつつも出力端子
の電位の立ち上がり時間は小さい優れた出力特性を有す
る。
【0088】[実施の形態3]図7は、実施の形態3の
半導体装置に用いられる出力バッファ回路150の構成
を示す回路図である。
【0089】実施の形態1と異なるのは、NチャネルM
OSトランジスタ単独のゲート電位を与えるレベルシフ
タ140の入力が内部制御信号HOUTを受ける遅延回
路144によって与えられる点である。
【0090】図8は、図7に示した遅延回路144の構
成を示す回路図である。図8を参照して、遅延回路14
4は、入力信号IINをゲートに受けソースが接地電位
に結合されたNチャネルMOSトランジスタ154と、
入力信号IINをゲートに受けソースが内部電源電位I
nt.Vccに結合されドレインがNチャネルMOSト
ランジスタ154のドレインと結合されたPチャネルM
OSトランジスタ152と、NチャネルMOSトランジ
スタ154のドレインの電位をゲートに受け、ソースが
接地電位に結合されたNチャネルMOSトランジスタ1
58と、NチャネルMOSトランジスタ154のドレイ
ンの電位をゲートに受けソースが内部電源電位Int.
Vccに結合されドレインがNチャネルMOSトランジ
スタ158のドレインと接続されたPチャネルMOSト
ランジスタ156とを含む。
【0091】NチャネルMOSトランジスタ158のド
レインの電位は遅延回路144の出力信号IOUTを与
える。
【0092】外部電源電位Ext.Vccは、しばしば
半導体装置に外部電源電位を与える電源ラインにのるノ
イズにより電位が変動する。それに比較して内部電源電
位Int.Vccや、内部昇圧電位Vppoは半導体装
置内部で発生され、安定化されているため比較的安定し
た電位を保つ。
【0093】図2、図5の構成では、外部電源電位Ex
t.Vccを電源電位としてうけるレベルシフタ108
が内部制御信号HOUTを変換し、その出力信号を受け
るレベルシフタ110の動作によって出力トランジスタ
のNチャネルMOSトランジスタ106が導通するタイ
ミングが決まる。この構成では外部電源電位Ext.V
ccが変動した場合、NチャネルMOSトランジスタ1
06が導通するタイミングが影響を受ける。
【0094】図7に示した構成とすることによって、外
部電源電位Ext.Vccが多少変動しても各トランジ
スタの導通するタイミングを一定に保つことができるの
で出力端子DQrから出力される出力波形を安定させる
ことができる。
【0095】図7では、レベルシフタ140の前に遅延
回路144を接続しているが、レベルシフタ140の出
力信号とNチャネルMOSトランジスタ136のゲート
との間に遅延回路を設けても同様の効果が得られる。
【0096】[実施の形態4]図9は、実施の形態4の
半導体装置に用いられる出力バッファ回路170の構成
を示す回路図である。
【0097】図9を参照して、出力バッファ回路170
は、第1の内部制御信号HOUTを受ける遅延回路17
8と、遅延回路178の出力を受け、内部昇圧電位Vp
poの電位に応じてレベル変換するレベルシフタ180
と、レベルシフタ180の出力をゲートに受け出力端子
DQrと外部電源電位Ext.Vccとを結合するNチ
ャネルMOSトランジスタ172と、第1の内部制御信
号HOUTを受ける駆動回路192と、駆動回路192
の出力を受け外部電源電位Ext.Vccと出力端子D
Qrとを結合するNチャネルMOSトランジスタ174
と、第2の内部制御信号LOUTをゲートに受け接地電
位と出力端子DQrとを結合するNチャネルMOSトラ
ンジスタ176とを含む。
【0098】駆動回路192は、第1の内部制御信号H
OUTをゲートに受け、ソースが接地電位に接続された
NチャネルMOSトランジスタ184と、第1の内部制
御信号HOUTをゲートに受け、ソースが内部電源電位
Int.Vccに結合されドレインがNチャネルMOS
トランジスタ184のドレインと接続されたPチャネル
MOSトランジスタ182と、ゲートにNチャネルMO
Sトランジスタ184のドレインの電位を受けソースが
接地電位に結合されたNチャネルMOSトランジスタ1
90と、ゲートにNチャネルMOSトランジスタ184
のドレインの電位を受けドレインがNチャネルMOSト
ランジスタ190のドレインと接続されたPチャネルM
OSトランジスタ188と、ゲートおよびドレインがP
チャネルMOSトランジスタ188のソースと接続され
ソースが内部電源電位Int.Vccと結合されたPチ
ャネルMOSトランジスタ186とを含む。
【0099】遅延回路178は図8で示した遅延回路1
44と同様の構成をとり、レベルシフタ180は図3で
示したレベルシフタ108と同様の構成をとるので説明
は繰り返さない。
【0100】実施の形態4では、出力バッファの“H”
側駆動トランジスタのうち、先に導通させるNチャネル
MOSトランジスタ174のゲートに与える電位を内部
電源電位Int.VccからPチャネルMOSトランジ
スタ186のしきい値電圧だけ低く設定する。
【0101】図10は、図9に示した出力バッファ回路
170の動作を説明するための動作波形図である。
【0102】図9、図10を参照して、第2の内部制御
信号LOUT=“L”状態である場合を考える。このと
き、NチャネルMOSトランジスタ176は非導通状態
である。
【0103】出力端子DQrのレベルが初期に0Vのと
きを考えると第1の内部制御信号HOUTは“L”レベ
ルであり、ノードN32、N33の電位も“L”レベル
であるためNチャネルMOSトランジスタ172、17
4はそれぞれ非導通状態である。
【0104】時刻t1において、ノードN1に与えられ
る第1の内部制御信号HOUTが0Vから内部降圧電位
Vcc(たとえば、2.5V)まで立上がる。
【0105】時刻t2においては、PチャネルMOSト
ランジスタ182およびNチャネルMOSトランジスタ
184とで構成されるインバータによって反転された第
1の内部制御信号HOUTに応じてノードN32の電位
が“H”レベルになる。N32の電位はPチャネルMO
Sトランジスタ186のしきい値Vtp分だけ内部降圧
電位Vccからさらに降下した電位となる。
【0106】時刻t2〜t3ではNチャネルMOSトラ
ンジスタ174が導通状態となる。出力端子DQrの電
位は図10の波形A”に示すように(2.5V−Vtp
−Vt)の電位にむけて上昇を開始する。
【0107】時刻t3においては、遅延回路178、レ
ベルシフタ180を介しての電圧変換が終了し、Nチャ
ネルMOSトランジスタ172が導通状態となる。DQ
rの電位は図10の波形B”に示すように外部電源電位
Ext.Vcc(3.3V)の電位にむけて上昇を開始
する。
【0108】この構成を用いることによって、最初に導
通するNチャネルMOSトランジスタ174のゲート電
位がさらに低く設定されるため実施の形態1の場合より
も出力の立上がり初期に導通するトランジスタに流れる
電流量をさらに絞ることができるので、実施の形態1よ
りもさらにリンギングが低減できる。
【0109】実施の形態1と同様に、並列に設けられた
“H”側駆動トランジスタの数が3個以上であっても、
同様の効果が得られる。
【0110】また、実施の形態2のように、Nチャネル
MOSトランジスタ172のゲート幅よりNチャネルM
OSトランジスタ174のゲート幅を小さくしさらに効
果を大きくすることも考えられる。
【0111】
【発明の効果】以上のように、請求項1記載の半導体装
置は、出力端子の電位を分けて“H”レベルまで引き上
げることによって大電流が半導体装置の出力バッファか
ら出力端子に流れることを防ぐことができ、リンギング
を低減できる。
【0112】請求項2および3記載の半導体装置は、出
力端子の電位を3段階に分けて“H”レベルまで引き上
げることによって大電流が半導体装置の出力バッファか
ら出力端子に流れることを防ぐことができ、さらにリン
ギングを低減できる。
【0113】請求項4および5記載の半導体装置は、出
力端子の電位を3段階に分けて“H”レベルまで引き上
げる出力トランジスタの電流駆動能力を徐々に大きくす
ることによって、電流が外部電源から出力端子にむけて
流れ始める時点の電流値をさらに小さくするので、さら
にリンギングを低減できる。
【0114】請求項6および7記載の半導体装置は、出
力端子の電位を“H”レベルまで引き上げる出力トラン
ジスタのうち最初に導通する出力トランジスタの活性化
時のゲートの電位を低くする。したがって電流が出力端
子にむけて流れ始める時点の電流値をさらに小さくする
ので、さらにリンギングを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1の半導体装置1の全体
構成を示す概略ブロック図である。
【図2】 本発明の実施の形態1における出力バッファ
回路100の回路図である。
【図3】 図2に示したレベルシフタ108の構成を示
す回路図である。
【図4】 図2に示した出力バッファ100の動作を説
明する動作波形図である。
【図5】 実施の形態2の半導体装置に用いられる出力
バッファ回路131の構成を示す回路図である。
【図6】 図5に示した出力バッファ131の動作を説
明する動作波形図である。
【図7】 実施の形態3の半導体装置に用いられる出力
バッファ回路150の構成を示す回路図である。
【図8】 図7に示した遅延回路144の構成を示す回
路図である。
【図9】 実施の形態4の半導体装置に用いられる出力
バッファ回路170の構成を示す回路図である。
【図10】 図9に示した出力バッファ170の動作を
説明するための動作波形図である。
【図11】 従来の出力バッファ回路の構成を示す回路
図である。
【図12】 図11に示した出力バッファ回路の動作を
説明するための動作波形図である。
【図13】 従来の出力バッファ回路の第2例の構成を
示す回路図である。
【図14】 図13に示したブートストラップ回路23
3の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
102,104,106,102a,104a,106
a,112,122,24,132,134,136,
142,154,158,172,174,176,1
84,190 NチャネルMOSトランジスタ、10
8,110,138,140,180 レベルシフタ、
144,178 遅延回路、130 インバータ、12
6,128,152,156,182,186,188
PチャネルMOSトランジスタ。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成される半導体装置で
    あって、 出力端子と、 第1の内部制御信号の活性化に応じて前記出力端子に外
    部電源から電流を供給する第1のMOSトランジスタ
    と、 前記第1の内部制御信号の活性化に応じて第2の内部制
    御信号を出力する第1の駆動手段と、 前記第2の内部制御信号をゲートに受け、前記第2の内
    部制御信号の活性化に応じて前記出力端子に前記外部電
    源から電流を供給する第2のMOSトランジスタとを備
    え、 前記第2の内部制御信号は、前記第1の内部制御信号よ
    りも高い活性化電位を有する、半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第1の内部制御信号の活性化に応じ
    て、前記第2の内部制御信号の活性化より遅れて第3の
    内部制御信号を出力する第2の駆動手段と、 前記第3の内部制御信号をゲートに受け、前記第3の内
    部制御信号の活性化に応じて前記出力端子に前記外部電
    源から電流を供給する第3のMOSトランジスタとをさ
    らに備え、 前記第3の内部制御信号は、前記第2の内部制御信号よ
    りも高い活性化電位を有する、請求項1記載の半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 前記外部電源の電位を受けて昇圧し、前
    記外部電源の電位より高い内部昇圧電位を発生する昇圧
    手段と、 前記外部電源の電位を受けて降圧し、前記外部電源の電
    位より低い内部降圧電位を発生する降圧手段とをさらに
    備え、 前記第1の内部制御信号の活性化電位は前記内部降圧電
    位であり、 前記第2の内部制御信号の活性化電位は前記外部電源の
    電位であり、 前記第3の内部制御信号の活性化電位は前記内部昇圧電
    位である、請求項2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 ゲート電位の単位変化量あたりのソース
    ・ドレイン電流の変化量を電流駆動能力とするとき、 前記第3のMOSトランジスタの電流駆動能力は、前記
    第2のMOSトランジスタの電流駆動能力より大きく、 前記第2のMOSトランジスタの電流駆動能力は、前記
    第1のMOSトランジスタの電流駆動能力より大きい、
    請求項2記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記電流駆動能力の大きさは、MOSト
    ランジスタの(ゲート幅/ゲート長)を変えることによ
    り決定される、請求項4記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記外部電源の電位を受け、昇圧し内部
    昇圧電位を発生する昇圧手段と、 前記外部電源の電位を受け、降圧し内部降圧電位を発生
    する降圧手段と、 前記第1の内部制御信号を受けて前記第1のMOSトラ
    ンジスタのゲート電位を駆動する第2の駆動手段とをさ
    らに備え、 前記第1の内部制御信号の活性化電位は、前記内部降圧
    電位であり、 前記第2の内部制御信号の活性化電位は、前記内部昇圧
    電位であり、 前記第2の駆動手段は、 前記内部降圧電位を受けてさらに降圧する電圧降下手段
    を含み、前記電圧降下手段が発生する電位に応じて、前
    記第2のMOSトランジスタのゲート電位を駆動する、
    請求項1記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】 前記電圧降下手段は、前記内部降圧電位
    をソースに受け、ゲートとドレインが接続されたMOS
    トランジスタを含む、請求項6記載の半導体装置。
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