The Design of CMOS-based High Speed-Low Power BiCMOS LVDS Transmitter

CMOS공정 기반의 고속-저 전압 BiCMOS LVDS 구동기 설계

This paper presents the design of LVDS (Low-Voltage-Differential-Signaling) transmitter for Gb/s-per-pin operation. The proposed LVDS transmitter is designed using BiCMOS technology, which can be compatible with CMOS technology. To reduce chip area and enhance the robustness of LVDS transmitter, the MOS switches of transmitter are replaced with lateral bipolar transistor. The common emitter current gain($\beta$) of designed bipolar transistor is 20 and the cell size of LVDS transmitter is $0.01mm^2$. Also the proposed LVDS driver is operated at 1.8V and the maximum data rate is 2.8Gb/s approximately In addition, a novel ESD protection circuit is designed to protect the ESD phenomenon. This structure has low latch-up phenomenon by using turn on/off character of P-channel MOSFET and low triggering voltage by N-channel MOSFET in the SCR structure. The triggering voltage and holding voltage are simulated to 2.2V, 1.1V respectively.

본 논문에서는 CMOS 공정기반의 BiCMOS LVDS 구동기를 설계하여 고속 I/O 인터페이스에 적용하고자 한다. 칩 면적을 줄이고 LVDS 구동기의 감내성을 향상시키기 위해 lateral 바이폴라 트랜지스터를 설계하여 LVDS 구동기의 바이폴라 스위칭으로 대체하였다. 설계된 바이폴라 트랜지스터는 20가량의 전류이득을 지니며, 설계된 LVDS 드라이버 셀 면적은 $0.01mm^2$로 설계되었다. 설계된 LVDS 드라이버는 1.8V의 전원 전압에서 최대 2.8Gb/s의 데이터 전송속도를 가진다. 추가적으로 ESD 현상을 보호하기 위해 새로운 구조의 ESD 보호 소자를 설계하였다. 이는 SCR구조에서 PMOS, NMOS의 턴-온 특성을 이용 낮은 트리거링 전압과 래치 업 현상을 최소화 시킬 수 있다. 시뮬레이션 결과 2.2V의 트리거링 전압과 1.1V의 홀딩 전압을 확인할 수 있었다.