In this paper, the output driver that has adaptive characteristics with a wide range of loading conditions is proposed, designed, fabricated using 0.35-micron CMOS process, packaged in chip-on-board, measured with two kinds of measurement setups.
The proposed output driver can detect its loading condition directly and can change its size to be optimal with respect to the detected loading condition. The proposed scheme can control the optimal rise time by changing the level of the reference voltage. This controllability can be obtained, of course, with the adaptive characteristics.
We have demonstrated that the rise time is maintained to about 2 ns with 2.5pF~22pF of loading conditions and the rise time is varied from 2.1 ns to 4.2 ns by changing the level of the reference voltage. We have also demonstrated low parasitics in the chip-on-board package.
Using the low impedance setup in measurement, we can get the digital waveform with 250 ps falling time. And we can observe the reflected wave from the discontinuity on the PCB. The simple design guideline of determining two parameters, the reference driver size and the stage to meet a range of loading conditions has been proposed.
현재까지, 집적회로의 동작 속도는 눈부신 발전을 이루어 왔다. 이러한 발전에 비해 집적회로 내부와 외부를 연결하는 인터페이스의 발전은 그다지 이루어지지 못하였고, 결국 이는 전체 시스템 동작의 걸림돌이 되고 있다.
본 연구에서는 고속 인터페이스의 구현을 위하여 광범위한 용량 부하 조건에 대해 적응 능력을 가지는 출력 구동 회로를 설계, 제작, 측정하였다. 제안된 회로는 외부 부하 조건을 직접 감지하여 최적의 크기로 그 자신을 변화 시킴으로써, 신호 전송 속도의 향상을 가져 왔다.
또한, 외부에 인가되는 기준 전압의 크기에 따라 출력 파형의 상승 시간을 조절할 수 있도록 함으로써, 시스템 설계 시 발생할 수 있는 불필요한 전력의 감소와 전력선에서 발생하는 잡음을 최소화 시킬 수 있다.
측정 시 패키지에서 발생하는 여러 가지 불필요한 효과를 최소화 하기 위하여 '칩 온 보드' 형태의 패키징을 하였다. 100마이크론의 미세한 선 폭을 가지는 회로 기판을 제작하였으며, 회로 기판 위에 칩을 웨이퍼 상태로 부착하였으며, 골드 와이어로 연결하였다.
정확한 파형의 측정을 위하여 저 임피던스 연결 방법을 사용하였으며 이를 사용하여 약 250 피코 초의 하강 시간을 가지는 디지털 출력 파형을 측정 할 수 있었다.
본 연구에서 제안된 적응 능력 출력 구동 회로는 약 2.5 피코 파라드에서 22 피코 파라드의 부하 조건에 대하여 모든 출력 파형의 상승 시간이 약 2 나노 초 정도가 되도록 최적화 하는 것을 확인 하였다.. 또한 외부 기준 전압의 변화에 의해 출력 파형의 상승 시간이 증가하며, 이에 따라 전력선의 잡음이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
하지만, 출력 구동 회로의 동작에 의한 전력선의 흔들림에 의해 외부 기준 신호도 같이 흔들렸으며, 이로 인해 원하는 정도의 빠르기를 가지는 출력 파형을 얻어내지는 못하였다. 이 부분의 보완을 통해 실제 제품에 응용 될 수 있으리라 기대한다.
