JP2010123743A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
Semiconductor integrated circuit Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010123743A JP2010123743A JP2008295830A JP2008295830A JP2010123743A JP 2010123743 A JP2010123743 A JP 2010123743A JP 2008295830 A JP2008295830 A JP 2008295830A JP 2008295830 A JP2008295830 A JP 2008295830A JP 2010123743 A JP2010123743 A JP 2010123743A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mos transistor
- channel mos
- power supply
- terminal
- ground terminal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路に関し、特に、逆電圧、過電圧に対する保護回路を有した半導体集積回路に関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a semiconductor integrated circuit having a protection circuit against reverse voltage and overvoltage.
従来、CMOSプロセスを用いて形成された半導体集積回路(以下、ICという)が知られている。そのようなICを簡易化したものを図7に示す。図示のように、ICに電源電位VDDを供給するための電源端子50と、接地電位VSSを供給するための接地端子51が設けられ、電源端子50と接地端子51の間に配線を介して、Pチャネル型MOSトランジスタQ2とNチャネル型MOSトランジスタQ1とが直列接続されて第1のインバータを形成している。
Conventionally, a semiconductor integrated circuit (hereinafter referred to as an IC) formed using a CMOS process is known. A simplified version of such an IC is shown in FIG. As shown in the figure, a
また、第1のインバータの出力信号が入力端に印加された第2のインバータが形成されている。第2のインバータも同様に、電源端子50と接地端子51の間に配線を介して、Pチャネル型MOSトランジスタQ4とNチャネル型MOSトランジスタQ3とが直列接続されることにより形成されている。
Further, a second inverter is formed in which the output signal of the first inverter is applied to the input terminal. Similarly, the second inverter is formed by connecting a P-channel MOS transistor Q4 and an N-channel MOS transistor Q3 in series via a wiring between the
第2のインバータの出力端には配線を介して出力端子52が接続されている。そして、出力端子52には、静電破壊保護用のダイオードD3,D4が設けられている。この種のICは周知であるが、例えば、特許文献1に記載されている。
ところで、車載用のセンサIC、例えば、エンジンクランクやカムの位置を検出するための位置検出センサICにおいては、電源端子50、接地端子51、出力端子52の3端子の中で、任意の2つの端子の間に、任意の極性の電圧や、過電圧が印加された場合でも、当該センサICが破壊しないことがユーザーから要求されている。
By the way, in a vehicle-mounted sensor IC, for example, a position detection sensor IC for detecting the position of an engine crank or cam, any two of three terminals of a
例えば、図7の回路において、電源端子50と接地端子51との間には、通常動作時は電源端子50に電源電位VDD(例えば、+5V)が印加され、接地端子51にはそれより低い電位(例えば、0V)が印加されるが、電源端子50と接地端子51との間に逆電圧が印加される場合がある。
For example, in the circuit of FIG. 7, a power supply potential VDD (for example, +5 V) is applied to the
この場合は、電源端子50に対して接地端子51に相対的に高い電位が印加される。すると、図7の静電破壊保護用のダイオードD3,D4に過大電流が流れるおそれがあるが、静電破壊保護用のダイオードD3,D4を取り除いたとしても、IC本体内に過大電流が流れ、ICが破壊するおそれがあった。
In this case, a relatively high potential is applied to the
図8は、そのような電流の経路を説明するICの断面図である。図中のQ3、Q4は、図7のトランジスタQ3、Q4に対応している。図示のように、N型半導体基板53の表面にPウエル54が形成され、Pウエル54の表面にQ3が形成され、N型半導体基板53の表面にQ4が形成されている。そして、電源端子50はN+層を介してN型半導体基板53(Q4のバックゲートBG(n))に接続され、接地端子51はP+層を介してPウエル54(Q3のバックゲートBG(p))に接続されている。
FIG. 8 is a cross-sectional view of an IC for explaining such a current path. Q3 and Q4 in the figure correspond to the transistors Q3 and Q4 in FIG. As shown in the figure, a
先ず、図8(a)に示すように、電源端子50と接地端子51の間に逆電圧が印加された場合は、接地端子51に印加された+(正)電位が配線を介してQ3のバックゲートBG(p)に印加され、Q3のドレインD(n)→Q4のドレインD(p)→Q4のバックゲートBG(n)→−電位が印加された電源端子50という経路で電流が流れる。この時、Q4のドレインD(p)とN型半導体基板53とで形成されるPN接合は順方向バイアスされる。それと並行して接地端子51→Q3のバックゲートBG(p)→Q4のバックゲートBG(n)→電源端子50という電流経路も発生する。
トランジスタQ1,Q2についても同様である。
First, as shown in FIG. 8A, when a reverse voltage is applied between the
The same applies to the transistors Q1 and Q2.
また、図8(b)に示すように、電源端子50と出力端子52の間に逆電圧が印加された場合は、出力端子52に印加された+(正)電位は配線を介してQ4のドレインD(p)に印加され、Q4のバックゲートBG(n)→−電位が印加された電源端子50という経路で電流が流れる。この時、Q4のドレインD(p)とN型半導体基板53とで形成されるPN接合は順方向バイアスされる。
Also, as shown in FIG. 8B, when a reverse voltage is applied between the
また、図8(c)に示すように、接地端子51と出力端子52の間に逆電圧が印加された場合は、接地端子51に印加された+電位は配線を介してQ3のバックゲートBG(p)に印加され、Q3のドレインD(n)→−電位が印加された出力端子52という経路で電流が流れる。この時、Q3のドレインD(n)とPウエル54とで形成されるPN接合は順方向バイアスされる。
Further, as shown in FIG. 8C, when a reverse voltage is applied between the
本発明の半導体集積回路は、電源端子と、接地端子と、前記電源端子と前記接地端子との間に直列接続され、インバータを形成する第1のPチャネル型MOSトランジスタ及び第1のNチャネル型MOSトランジスタと、前記第1のPチャネル型MOSトランジスタと前記第1のNチャネル型MOSトランジスタとの接続ノードに接続された出力端子と、逆電圧保護用の第2のPチャネル型MOSトランジスタと、を備え、前記第2のPチャネル型MOSトランジスタは、そのソースが前記第1のPチャネル型MOSトランジスタのバックゲートに接続され、そのドレインが前記電源端子に接続され、そのゲートが前記接地端子に接続されたことを特徴とする。 The semiconductor integrated circuit according to the present invention includes a power terminal, a ground terminal, a first P-channel MOS transistor and a first N-channel transistor connected in series between the power terminal and the ground terminal to form an inverter. A MOS transistor, an output terminal connected to a connection node of the first P-channel MOS transistor and the first N-channel MOS transistor, a second P-channel MOS transistor for reverse voltage protection, The second P-channel MOS transistor has a source connected to the back gate of the first P-channel MOS transistor, a drain connected to the power supply terminal, and a gate connected to the ground terminal. It is connected.
また、本発明の半導体集積回路は、電源端子と、接地端子と、直列接続され、インバータを形成する第1のPチャネル型MOSトランジスタ及び第1のNチャネル型MOSトランジスタを備える内部回路と、前記第1のPチャネル型MOSトランジスタのソースと前記電源端子の間に接続され、前記内部回路に電源電位を供給するための第2のPチャネル型MOSトランジスタと、逆電圧保護用の第3のPチャネル型MOSトランジスタと、を備え、前記第3のPチャネル型MOSトランジスタは、そのソースが前記第2のPチャネル型MOSトランジスタのバックゲートに接続され、そのドレインが前記電源端子に接続され、そのゲートが前記接地端子に接続されたことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor integrated circuit including an internal circuit including a first P-channel MOS transistor and a first N-channel MOS transistor that are connected in series with a power supply terminal and a ground terminal, and form an inverter; A second P-channel MOS transistor connected between the source of the first P-channel MOS transistor and the power supply terminal for supplying a power supply potential to the internal circuit, and a third P for reverse voltage protection The third P-channel MOS transistor has a source connected to the back gate of the second P-channel MOS transistor, a drain connected to the power supply terminal, A gate is connected to the ground terminal.
また、上記構成に加えて、前記第2のPチャネル型MOSトランジスタのゲートと前記接地端子の間に接続された抵抗と、前記電源端子と前記接地端子の間に過電圧が印加された時に前記抵抗に電流を流すことにより、前記の第2のPチャネル型MOSトランジスタのゲート電圧を前記接地端子の接地電位より上昇させる過電圧保護回路を備えることを特徴とする。 In addition to the above configuration, the resistor connected between the gate of the second P-channel MOS transistor and the ground terminal, and the resistor when an overvoltage is applied between the power supply terminal and the ground terminal. And an overvoltage protection circuit that raises the gate voltage of the second P-channel MOS transistor from the ground potential of the ground terminal by passing a current through the second terminal.
本発明の半導体集積回路によれば、電源端子、接地端子、出力端子の3端子の中で、任意の2つの端子の間に逆電圧が印加された場合でも、過大電流による半導体集積回路の破壊を防止することができる。 According to the semiconductor integrated circuit of the present invention, even when a reverse voltage is applied between any two terminals among the three terminals of the power supply terminal, the ground terminal, and the output terminal, the semiconductor integrated circuit is destroyed by an excessive current. Can be prevented.
また、過電圧保護回路を更に設けることで、電源端子と接地端子の間に過電圧が印加された場合でもICの内部回路を保護することができる。また、これにより、半導体集積回路の内部回路については、高耐圧トランジスタを用いずに形成することができるので、半導体集積回路のチップサイズを低減することができる。 Further, by providing an overvoltage protection circuit, the internal circuit of the IC can be protected even when an overvoltage is applied between the power supply terminal and the ground terminal. As a result, the internal circuit of the semiconductor integrated circuit can be formed without using a high breakdown voltage transistor, so that the chip size of the semiconductor integrated circuit can be reduced.
本発明の実施形態によるICについて図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
本実施形態によるICは、図1〜図5に示すように、Pチャネル型MOSトランジスタQ2,Q4のバックゲートに接続された逆電圧保護用のPチャネル型MOSトランジスタQ6を設け、また、Nチャネル型MOSトランジスタQ1,Q3のバックゲートに接続された逆電圧保護用のNチャネル型MOSトランジスタQ5を設けたものである。
An IC according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
As shown in FIGS. 1 to 5, the IC according to the present embodiment includes a P-channel MOS transistor Q6 for reverse voltage protection connected to the back gates of the P-channel MOS transistors Q2 and Q4, and an N-channel. An N-channel MOS transistor Q5 for reverse voltage protection connected to the back gates of the MOS transistors Q1 and Q3 is provided.
以下、ICの詳細な構成について説明する。図示のように、ICに電源電位VDDを供給するための電源端子50と、接地電位VSSを供給するための接地端子51が設けられ、電源端子50と接地端子51の間に配線を介して、Pチャネル型MOSトランジスタQ2とNチャネル型MOSトランジスタQ1とが直列接続されて第1のインバータを形成している。
The detailed configuration of the IC will be described below. As shown in the figure, a
また、第1のインバータの出力信号が入力端に印加された第2のインバータが形成されている。第2のインバータも同様に、電源端子50と接地端子51の間に配線を介して、Pチャネル型MOSトランジスタQ4とNチャネル型MOSトランジスタQ3とが直列接続されることにより形成されている。第2のインバータの出力端には配線を介して出力端子52が接続されている。
Further, a second inverter is formed in which the output signal of the first inverter is applied to the input terminal. Similarly, the second inverter is formed by connecting a P-channel MOS transistor Q4 and an N-channel MOS transistor Q3 in series via a wiring between the
逆電圧保護用のPチャネル型MOSトランジスタQ6のソースS(p)は、Pチャネル型MOSトランジスタQ2,Q4のN型のバックゲートBG(n)(N型半導体基板53)に接続され、そのドレインD(p)は電源端子50に接続され、そのゲートは接地端子51に接続されている。この場合、Q6のソースS(p)はN型半導体基板53の表面のN+層に接続される。
The source S (p) of the P-channel MOS transistor Q6 for reverse voltage protection is connected to the N-type back gate BG (n) (N-type semiconductor substrate 53) of the P-channel MOS transistors Q2 and Q4, and its drain D (p) is connected to the
また、逆電圧保護用のNチャネル型MOSトランジスタQ5のソースS(n)は、Nチャネル型MOSトランジスタQ1,Q3のP型のバックゲートBG(p)(Pウエル54)に接続され、そのドレインD(n)は接地端子51に接続され、そのゲートは電源端子50に接続されている。この場合、Q5のソースS(n)はPウエル54の表面のP+層に接続される。
The source S (n) of the N-channel MOS transistor Q5 for reverse voltage protection is connected to the P-type back gate BG (p) (P well 54) of the N-channel MOS transistors Q1 and Q3, and its drain. D (n) is connected to the
[動作説明]
次に、図1、図2〜図4を参照して、上述のICに逆電圧が印加された場合の動作を説明する。なお、図2〜図4においては、Q1,Q2の図示は省略されているが、それぞれ、Q3、Q4と同じ構成である。
[Description of operation]
Next, an operation when a reverse voltage is applied to the above-described IC will be described with reference to FIGS. In FIGS. 2 to 4, illustration of Q <b> 1 and Q <b> 2 is omitted, but has the same configuration as Q <b> 3 and Q <b> 4, respectively.
先ず図2に示すように、電源端子50と接地端子51の間に逆電圧が印加された場合は、+電位は、Q1のソースS(n)、Q3のソースS(n)、Q5のドレインD(n)及びQ6のゲートに印加されるが、それから先の経路内に順方向バイアスされるPN接合は存在しないため電流経路は生じない。また、−電位は、Q2のソースS(p)、Q4のソースS(p)、Q6のドレインD(p)及びQ5のゲートに印加されるが、それより先の経路内に順方向バイアスされるPN接合は存在しないため電流経路は生じない。これは、Q2、Q4のバックゲートBG(n)はスイッチング素子であるQ6を通して電源端子50に接続されているためである。同様に、Q1、Q3のバックゲートBG(p)はスイッチング素子であるQ5を通して接地端子51に接続されているためである。これにより、電源端子50と接地端子51の間に逆電圧が印加された場合に、IC内部に過大電流の発生は起こらない。
First, as shown in FIG. 2, when a reverse voltage is applied between the
次に、図3に示すように、電源端子50と出力端子52の間に逆電圧が印加された場合は、+電位は、Q4のドレインD(p)に印加され、Q4のドレインD(p)とQ2,Q4,Q6のバックゲートBG(n)とで形成されるPN接合が順方向にバイアスされる。しかし、このPN接合を経てQ2,Q4,Q6のバックゲートBG(n)より先の経路内には順方向バイアスされたPN接合は存在しないため電流経路は生じない。また、+電位は、Q3のドレインD(n)にも印加されるが、Q3のドレインD(n)より先の経路内に順方向バイアスされたPN接合は存在しないため電流経路は生じない。
Next, as shown in FIG. 3, when a reverse voltage is applied between the
次に、図4に示すように接地端子51と出力端子52の間に逆電圧が印加された場合は、−電位は、Q3のドレインD(n)に印加され、Q3のドレインD(n)とQ1,Q3,Q5のバックゲートBG(p)とで形成されるPN接合が順方向にバイアスされる。しかし、このPN接合を経てQ1,Q3,Q5のバックゲートBG(p)より先の経路内には順方向バイアスされたPN接合は存在しないため電流経路は生じない。また、−電位は、Q4のドレインD(p)にも印加されるが、Q4のドレインD(p)より先の経路内に順方向バイアスされたPN接合は存在しないため電流経路は生じない。
Next, as shown in FIG. 4, when a reverse voltage is applied between the
次に、図5に示すように、電源端子50と接地端子51の間に正電圧が印加された場合、つまり電源端子50の電位が接地端子51の電位より高い場合について説明する。例えば、電源端子50の電位が5V、接地端子51の電位が0Vの場合である。この場合は、Q5がオンして、Nチャネル型MOSトランジスタQ1,Q3のバックゲートBG(n)を接地電位VSSに設定し、Q6がオンして、Pチャネル型MOSトランジスタQ2,Q4のバックゲートBG(p)を電源電位VDDに設定する。これにより、ICは正常動作を行う。
Next, as shown in FIG. 5, a case where a positive voltage is applied between the
[第2の実施形態]
次に、本実施形態によるICは、図6に示すように、内部回路10と、内部回路10に電源電位VDDを供給するためのPチャネル型MOSトランジスタQ18、内部回路10に接地電位VSSを供給するためのNチャネル型MOSトランジスタQ17が設けられている。そして、第1の実施形態と同様に、Pチャネル型MOSトランジスタQ18のバックゲートに接続された逆電圧保護用のPチャネル型MOSトランジスタQ110を設け、また、Nチャネル型MOSトランジスタQ17のバックゲートに接続された逆電圧保護用のNチャネル型MOSトランジスタQ19を設けている。
[Second Embodiment]
Next, as shown in FIG. 6, the IC according to the present embodiment supplies the
また、電源端子50と接地端子51の間に過電圧が印加された場合に、内部回路10を保護するための過電圧保護回路11が設けられている。
Further, an
更に、内部回路10の出力信号が印加された出力回路12が設けられている。出力回路12の構成は、第1の実施形態と同様であり、逆電圧保護用のPチャネル型MOSトランジスタQ112、逆電圧保護用のNチャネル型MOSトランジスタQ111が設けられている。
Further, an
以下、ICの詳細な構成について説明する。
[内部回路]
先ず、内部回路10は、2つのCMOSインバータで示されているが、これは便宜上、簡易化して示したものであり、実際には多数のインバータや論理回路、アナログ回路等を含むものである。第1のインバータは、直列接続されたPチャネル型MOSトランジスタQ12及びNチャネル型MOSトランジスタQ11で形成されている。次段の第2のインバータには、第1のインバータの出力信号が印加される。第2のインバータは、直列接続されたPチャネル型MOSトランジスタQ14及びNチャネル型MOSトランジスタQ13で形成されている。
The detailed configuration of the IC will be described below.
[Internal circuit]
First, although the
Q12とQ14の共通接続されたソースと電源端子50から延びた電源線との間には、電源電位供給用のPチャネル型MOSトランジスタQ18が接続されている。つまり、Q18のソースは電源線に接続され、そのドレインはQ12とQ14の共通接続されたソースに接続される。Pチャネル型MOSトランジスタQ18のゲートは抵抗R2を介して接地端子51から延びた接地線に接続されている。そして、逆電圧保護用のPチャネル型MOSトランジスタQ110のソースS(p)は、Pチャネル型MOSトランジスタQ18のN型のバックゲートに接続され、そのドレインD(p)は電源線を介して電源端子50に接続され、そのゲートは接地線を介して接地端子51に接続されている。
A P-channel MOS transistor Q18 for supplying power supply potential is connected between the commonly connected source of Q12 and Q14 and the power supply line extending from the
また、Q11とQ13の共通接続されたソースと接地線との間には、接地電位供給用のNチャネル型MOSトランジスタQ17が接続されている。Nチャネル型MOSトランジスタQ17のゲートは電源線に接続されている。そして、逆電圧保護用のNチャネル型MOSトランジスタQ19のソースS(n)は、Nチャネル型MOSトランジスタQ17のP型のバックゲートに接続され、そのドレインD(n)は接地線に接続され、そのゲートは電源線に接続されている。 An N-channel MOS transistor Q17 for supplying a ground potential is connected between the commonly connected source of Q11 and Q13 and the ground line. The gate of N channel type MOS transistor Q17 is connected to the power supply line. The source S (n) of the N-channel MOS transistor Q19 for reverse voltage protection is connected to the P-type back gate of the N-channel MOS transistor Q17, and its drain D (n) is connected to the ground line. The gate is connected to the power line.
この構成によれば、電源端子50と接地端子51の間に逆電圧が印加された場合に、過大電流の発生を防止できる。その理由は第1の実施形態と同様に、電流経路が形成されないからである。
According to this configuration, when a reverse voltage is applied between the
[過電圧保護回路]
次に、過電圧保護回路は、電源電位供給用のPチャネル型MOSトランジスタQ18のゲートと接地線との間に接続された抵抗R2を備え、電源端子50と接地端子51の間に過電圧が印加された時に、抵抗R2に電流を流すことにより、第2のPチャネル型MOSトランジスタQ18のゲート電位を接地端子51の電位より上昇させるように構成されている。
[Overvoltage protection circuit]
Next, the overvoltage protection circuit includes a resistor R2 connected between the gate of the P-channel MOS transistor Q18 for supplying power supply potential and the ground line, and an overvoltage is applied between the
過電圧保護回路の構成例は、図示のように、Pチャネル型MOSトランジスタQ18のドレインにカソードが接続されたツェナーダイオードD1と、ツェナーダイオードD1のアノードと接地線との間に接続された、NPN型のバイポーラトランジスタQ117と、バイポーラトランジスタQ117とカレントミラーを形成するNPN型のバイポーラトランジスタQ118と、バイポーラトランジスタQ118と電源線との間に接続されたPチャネル型MOSトランジスタQ114と、Pチャネル型MOSトランジスタQ114とカレントミラーを形成し、抵抗R2と接続されたPチャネル型MOSトランジスタQ113とを備える。 As shown in the figure, the configuration example of the overvoltage protection circuit includes a Zener diode D1 having a cathode connected to the drain of a P-channel MOS transistor Q18, and an NPN type connected between the anode of the Zener diode D1 and the ground line. Bipolar transistor Q117, NPN bipolar transistor Q118 forming a current mirror with bipolar transistor Q117, P-channel MOS transistor Q114 connected between bipolar transistor Q118 and the power supply line, and P-channel MOS transistor Q114 And a P-channel MOS transistor Q113 that forms a current mirror and is connected to the resistor R2.
この場合、ツェナーダイオードD1に流れる電流を制限するためにツェナーダイオードD1とQ18の間に抵抗R1を接続することが好ましい。また、内部回路10に印加される電圧をクランプして保護するために、接地端子51とQ18のドレインの間にクランプ用のダイオードD2を接続することが好ましい。
In this case, it is preferable to connect a resistor R1 between the Zener diodes D1 and Q18 in order to limit the current flowing through the Zener diode D1. In order to clamp and protect the voltage applied to the
この過電圧保護回路によれば、電源端子50と接地端子51の間に過電圧が印加された時に、Pチャネル型MOSトランジスタQ113により抵抗R2に電流が流れる。抵抗R2に電流が流れると、Q18のゲート電位が接地電位VSSから上昇する。すると、Q18のインピーダンスが高くなり、内部回路10に供給される電源電位VDD’は、電源端子50に印加される電源電圧VDDより低くなり、内部回路10は過電圧から保護される。
According to this overvoltage protection circuit, when an overvoltage is applied between the
[出力回路]
出力回路の構成は、第1の実施形態と同様である。図示のように、Pチャネル型MOSトランジスタQ16とNチャネル型MOSトランジスタQ15とが直列接続されてインバータを形成している。Pチャネル型MOSトランジスタQ16とNチャネル型MOSトランジスタQ15との接続ノードは配線を介して出力端子52に接続される。
[Output circuit]
The configuration of the output circuit is the same as that of the first embodiment. As shown, a P-channel MOS transistor Q16 and an N-channel MOS transistor Q15 are connected in series to form an inverter. A connection node between the P-channel MOS transistor Q16 and the N-channel MOS transistor Q15 is connected to the
逆電圧保護用のPチャネル型MOSトランジスタQ112のソースS(p)は、Pチャネル型MOSトランジスタQ16のN型のバックゲートに接続され、そのドレインD(p)は電源線を介して電源端子50に接続され、そのゲートは接地線を介して接地端子51に接続されている。
The source S (p) of the P-channel MOS transistor Q112 for reverse voltage protection is connected to the N-type back gate of the P-channel MOS transistor Q16, and its drain D (p) is connected to the
また、逆電圧保護用のNチャネル型MOSトランジスタQ111のソースS(n)は、Nチャネル型MOSトランジスタQ15のP型のバックゲートに接続され、そのドレインD(n)は接地線を介して接地端子51に接続され、そのゲートは電源線を介して電源端子50に接続されている。
The source S (n) of the N-channel MOS transistor Q111 for reverse voltage protection is connected to the P-type back gate of the N-channel MOS transistor Q15, and its drain D (n) is grounded via a ground line. The gate is connected to the
[動作説明]
先ず、上述のICに逆電圧が印加された場合の動作を説明する。
(a)電源端子50と接地端子51の間に逆電圧が印加された場合
+電位は、Q17のソースS(n)、Q19のドレインD(n)、Q15のソースS(n)、Q111のドレインD(n)に印加されるが、それより先の経路内に順方向バイアスされたPN接合は存在せず、電流経路は生じない。
[Description of operation]
First, the operation when a reverse voltage is applied to the above-described IC will be described.
(A) In the case where a reverse voltage is applied between the
また、+電位は抵抗R2を経てQ113のドレインD(p)→Q113のバックゲートBG(n)→Q115のソースS(p)及びバックゲートBG(n)に印加されるが、以降の経路内に順方向バイアスされたPN接合がなく、寄生電流パスは生じない。更に、+電位はQ117、Q118のエミッタE(n)に印加されるが、順方向バイアスされたPN接合は存在せず、電流経路は生じない。 Further, the + potential is applied to the drain D (p) of Q113 → the back gate BG (n) of Q113 → the source S (p) of Q115 and the back gate BG (n) through the resistor R2. There is no forward-biased PN junction and no parasitic current path occurs. Further, although the + potential is applied to the emitters E (n) of Q117 and Q118, there is no forward-biased PN junction and no current path is generated.
−電位は、Q116のドレインD(p)、Q114のソースS(p)、Q113のソースS(p)、Q115のドレインD(p)、Q18のソースS(p)、Q110のドレインD(p)、Q16のソースS(p)、Q112のドレインD(p)に印加されるが、以降の経路内に順方向バイアスされたPN接合が存在せず、電流経路は生じない。このため、過大電流の発生は起こらない。なお、内部回路10に印加される電圧は、ダイオードD2が順方向バイアスされることにより、低電圧にクランプされる。
-The potential is the drain D (p) of Q116, the source S (p) of Q114, the source S (p) of Q113, the drain D (p) of Q115, the source S (p) of Q18, and the drain D (p of Q110) ), Applied to the source S (p) of Q16 and the drain D (p) of Q112, but there is no forward-biased PN junction in the subsequent path, and no current path is generated. For this reason, the generation of excessive current does not occur. Note that the voltage applied to the
(b)電源端子50と出力端子52の間に逆電圧が印加された場合
+電位は、Q16のドレインD(p)に印加され、Q16のドレインD(p)とQ16、Q112のバックゲートBG(n)とで形成されるPN接合が順方向にバイアスされる。しかし、このPN接合を経てQ112,Q116のバックゲートBG(p)より先の経路内には順方向バイアスされたPN接合は存在しないため電流経路は生じない。
(B) When a reverse voltage is applied between the
更に、+電位はQ15のドレインD(n)にも印加されるが、Q15のドレインD(n)より先の経路内に、順方向バイアスされたPN接合が存在しないため、電流経路は発生しない。 Furthermore, although the + potential is also applied to the drain D (n) of Q15, there is no forward-biased PN junction in the path ahead of the drain D (n) of Q15, so that no current path is generated. .
(c)出力端子52と接地端子51との間に逆電圧が印加された場合
−電位は、Q15のドレインD(n)に印加され、Q15のドレインD(n)とQ15、Q111のバックゲートBG(p)とで形成されるPN接合が順方向にバイアスされる。しかし、このPN接合を経て、Q15,Q111のバックゲートBG(p)より先の経路内には順方向バイアスされたPN接合が存在しないため、電流経路は発生しない。
(C) When a reverse voltage is applied between the
更に、−電位はQ16のドレインD(p)にも印加されるが、Q16のドレインD(p)より先の経路内に、順方向バイアスされたPN接合が存在しないため、電流経路は発生しない。 Furthermore, although the -potential is also applied to the drain D (p) of Q16, there is no forward-biased PN junction in the path ahead of the drain D (p) of Q16, so no current path is generated. .
なお、図7に示したような静電破壊保護用のダイオードD3,D4は形成せず、上記構成とすることで、逆電圧印加に伴う過大電流の発生を防ぐことができ、過大電流によるICの破壊を防止できる。 It is to be noted that the electrostatic breakdown protection diodes D3 and D4 as shown in FIG. 7 are not formed, and by adopting the above-described configuration, it is possible to prevent the generation of an excessive current due to the application of the reverse voltage, and the IC due to the excessive current. Can be prevented.
次に、上述のICに正電圧、過電圧が印加された場合の動作を説明する。
(d)電源端子50と接地端子51の間に正電圧が印加された場合
この場合は、通常通り、電源端子50に正の電源電位VDD(例えば、+5V)が印加され、接地端子51に接地電位VSS(例えば、0V)が印加された場合である。
Next, an operation when a positive voltage and an overvoltage are applied to the above-described IC will be described.
(D) When a positive voltage is applied between the
この場合、逆電圧保護用のQ19、Q111がオンして、Q17、Q15のバックゲートBG(p)を接地電位VSSに設定する。また、逆電圧保護用のQ110,Q112,Q115,Q116がオンして、Q18,Q16,Q113,Q114のバックゲートBG(n)を電源電位VDDに設定する。これにより、各トランジスタのバックゲート電位を正常なバイアス状態に設定する。これと同時に、接地電位供給用のQ17、電源電位供給用のQ18がオンすることで、内部回路10への給電が開始される。
In this case, Q19 and Q111 for reverse voltage protection are turned on, and the back gates BG (p) of Q17 and Q15 are set to the ground potential VSS. Further, Q110, Q112, Q115, and Q116 for reverse voltage protection are turned on, and the back gates BG (n) of Q18, Q16, Q113, and Q114 are set to the power supply potential VDD. Thereby, the back gate potential of each transistor is set to a normal bias state. At the same time, power supply to the
過電圧保護回路11の動作について説明する。いま、内部回路10への給電がされている状態にあるとする。内部回路10の給電電位(VDD’とする=Q18ドレイン電位)が、保護電位=(Q117のVbe+D1のツェナー電圧)よりも低い場合、Q117はオフ状態であり、Q118,Q114,Q113,R2には電流が流れず、Q18ゲート電位は0Vとなるため、過電圧保護動作は行われない。
The operation of the
電源電位VDDが上昇し、VDD’>保護電位となると、ツェナーダイオードがオンし、Q117,Q118,Q114,Q113,抵抗R2に電流が流れ、Q18ゲート電位は接地電位VSSより上昇し、Q8のドレイン電位、即ちVDD’を下げる作用をもつ。このため、VDD’は、保護電位の近傍へ収束し、内部回路10へ過電圧が加わらなくなる。
When the power supply potential VDD rises and VDD ′> protection potential, the Zener diode is turned on, current flows through Q117, Q118, Q114, Q113, and resistor R2, the Q18 gate potential rises above the ground potential VSS, and the drain of Q8 It has the effect of lowering the potential, that is, VDD ′. For this reason, VDD ′ converges to the vicinity of the protective potential, and no overvoltage is applied to the
(e)電源端子50と出力端子52との間に過電圧が印加された場合
−電位は、Q15のソースS(n)に印加され、Q15のソースS(n)とQ15のバックゲートBG(p)とで形成されるPN接合が順方向バイアスされる。これにより、Q111のソース電位が−電位近傍になる。Q111のゲート電位は+電位なのでQ111はオンする。ICの接地端子51は上記PN接合の立ち上がり電圧とQ111のオン抵抗による電圧を加算した電圧だけ上昇した電位となる。
(E) When an overvoltage is applied between the
この結果、電源端子50と接地端子51の間には、印加電圧−PN接合立ち上がり電圧−Q111のVds(ソースドレイン間電圧)、という電圧が加わることになる。つまり、電源端子50と接地端子51の間には、電源端子50と出力端子52との間の印加電圧(過電圧)より低い電圧となる。このような出力回路12の動作と、前述の過電圧保護回路11の過電圧保護動作との相乗作用により、内部回路10は過電圧から保護されることになる。
As a result, a voltage of Vds (source-drain voltage) of applied voltage-PN junction rising voltage-Q111 is applied between the
(f)出力端子52と接地端子51との間に過電圧が印加された場合
+電位は、Q16のソースS(p)に印加され、Q16のソースS(p)とQ16のバックゲートBG(n)とで形成されるPN接合が順方向バイアスされる。これによりQ112のソース電位がほぼ印加電圧に等しくなる。Q112のゲート電位が−電位なのでQ112はオンする。ICの電源端子50は、印加電圧から上記PN接合の立上電圧とQ112のオン抵抗による電圧を加算した電圧だけ下降した電位となる。
(F) When an overvoltage is applied between the
この結果、ICの電源端子50と接地端子51の間には、印加電圧−PN接合立ち上がり電圧−Q112のVds(ソースドレイン間電圧)、という電圧が加わることになる。つまり、電源端子50と接地端子51の間には、出力端子52と接地端子51との間の印加電圧(過電圧)より低い電圧となる。このような出力回路12の動作と、前述の過電圧保護回路11の過電圧保護動作との相乗作用により、内部回路10は過電圧から保護されることになる。
As a result, between the
以上のように、内部回路10は、過電圧印加から保護される。また、上記ICの中で、内部回路10のトランジスタ以外のトランジスタは過電圧が印加されるため、高耐圧トランジスタで形成する必要があるが、内部回路10を構成するトランジスタQ11,Q12,Q13,Q14はパターン面積の比較的小さい低耐圧トランジスタで形成することができる。これにより、ICのチップサイズを縮小できるという効果が得られる。
As described above, the
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で変更が可能なことは言うまでもない。例えば、過電圧保護回路11は、実施形態の回路に限られず、他のタイプの回路を用いても良い。また、CMOSデバイス構造としては、実施形態においては、N型半導体基板53を用い、その表面にPウエル54を形成しているが、逆にP型半導体基板を用い、その表面にNウエルを形成し、P型半導体基板上にNチャネル型MOSトランジスタを形成し、Nウエル上にPチャネル型MOSトランジスタを形成しても良い。
Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the
10 内部回路
11 過電圧保護回路
12 出力回路
50 電源端子
51 接地端子
52 出力端子
53 N型半導体基板
54 Pウエル
10
Claims (10)
接地端子と、
前記電源端子と前記接地端子との間に直列接続され、インバータを形成する第1のPチャネル型MOSトランジスタ及び第1のNチャネル型MOSトランジスタと、
前記第1のPチャネル型MOSトランジスタと前記第1のNチャネル型MOSトランジスタとの接続ノードに接続された出力端子と、
逆電圧保護用の第2のPチャネル型MOSトランジスタと、を備え、
前記第2のPチャネル型MOSトランジスタは、そのソースが前記第1のPチャネル型MOSトランジスタのバックゲートに接続され、そのドレインが前記電源端子に接続され、そのゲートが前記接地端子に接続されたことを特徴とする半導体集積回路。 A power terminal;
A grounding terminal;
A first P-channel MOS transistor and a first N-channel MOS transistor which are connected in series between the power supply terminal and the ground terminal and form an inverter;
An output terminal connected to a connection node between the first P-channel MOS transistor and the first N-channel MOS transistor;
A second P channel type MOS transistor for reverse voltage protection,
The second P-channel MOS transistor has a source connected to the back gate of the first P-channel MOS transistor, a drain connected to the power supply terminal, and a gate connected to the ground terminal. A semiconductor integrated circuit.
前記第2のNチャネル型MOSトランジスタは、そのソースが前記第1のNチャネル型MOSトランジスタのバックゲートに接続され、そのドレインが前記接地端子に接続され、そのゲートが前記電源端子に接続されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。 A second N-channel MOS transistor for reverse voltage protection;
The second N-channel MOS transistor has a source connected to the back gate of the first N-channel MOS transistor, a drain connected to the ground terminal, and a gate connected to the power supply terminal. The semiconductor integrated circuit according to claim 1.
接地端子と、
直列接続され、インバータを形成する第1のPチャネル型MOSトランジスタ及び第1のNチャネル型MOSトランジスタを備える内部回路と、
前記第1のPチャネル型MOSトランジスタのソースと前記電源端子の間に接続され、前記内部回路に電源電位を供給するための第2のPチャネル型MOSトランジスタと、
逆電圧保護用の第3のPチャネル型MOSトランジスタと、を備え、
前記第3のPチャネル型MOSトランジスタは、そのソースが前記第2のPチャネル型MOSトランジスタのバックゲートに接続され、そのドレインが前記電源端子に接続され、そのゲートが前記接地端子に接続されたことを特徴とする半導体集積回路。 A power terminal;
A grounding terminal;
An internal circuit comprising a first P-channel MOS transistor and a first N-channel MOS transistor connected in series and forming an inverter;
A second P-channel MOS transistor connected between a source of the first P-channel MOS transistor and the power supply terminal for supplying a power supply potential to the internal circuit;
A third P channel type MOS transistor for reverse voltage protection,
The third P-channel MOS transistor has a source connected to the back gate of the second P-channel MOS transistor, a drain connected to the power supply terminal, and a gate connected to the ground terminal. A semiconductor integrated circuit.
逆電圧保護用の第3のNチャネル型MOSトランジスタと、を備え、
前記第3のNチャネル型MOSトランジスタは、そのソースが前記第2のNチャネル型MOSトランジスタのバックゲートに接続され、そのドレインが前記接地端子に接続され、そのゲートが前記電源端子に接続されたことを特徴とする請求項3に記載の半導体集積回路。 A second N-channel MOS transistor connected between a source of the first N-channel MOS transistor and the ground terminal and for supplying a ground potential to the internal circuit;
A third N-channel MOS transistor for reverse voltage protection,
The third N-channel MOS transistor has a source connected to the back gate of the second N-channel MOS transistor, a drain connected to the ground terminal, and a gate connected to the power supply terminal. The semiconductor integrated circuit according to claim 3.
前記第1のバイポーラトランジスタとカレントミラーを形成する第2のバイポーラトランジスタと、
前記第2のバイポーラトランジスタと前記電源端子の間に接続された第4のPチャネル型MOSトランジスタと、
前記第4のPチャネル型MOSトランジスタとカレントミラーを形成し、前記抵抗と接続された第5のPチャネル型MOSトランジスタと、を備え、
前記電源端子と前記接地端子の間に過電圧が印加された時に、前記第5のPチャネル型MOSトランジスタにより前記抵抗に電流を流すことを特徴とする請求項5に記載の半導体集積回路。 The overvoltage protection circuit includes a Zener diode having a cathode connected to the drain of the second P-channel MOS transistor, a first bipolar transistor connected between the anode of the Zener diode and the ground terminal,
A second bipolar transistor forming a current mirror with the first bipolar transistor;
A fourth P-channel MOS transistor connected between the second bipolar transistor and the power supply terminal;
A fifth P-channel MOS transistor which forms a current mirror with the fourth P-channel MOS transistor and is connected to the resistor;
6. The semiconductor integrated circuit according to claim 5, wherein when an overvoltage is applied between the power supply terminal and the ground terminal, a current is passed through the resistor by the fifth P-channel MOS transistor.
前記第6のPチャネル型MOSトランジスタは、そのソースが前記第4のPチャネル型MOSトランジスタのバックゲートに接続され、そのドレインが前記電源端子に接続され、そのゲートが前記接地端子に接続されたことを特徴とする請求項6に記載の半導体集積回路。 A sixth P-channel MOS transistor for reverse voltage protection;
The sixth P-channel MOS transistor has a source connected to the back gate of the fourth P-channel MOS transistor, a drain connected to the power supply terminal, and a gate connected to the ground terminal. The semiconductor integrated circuit according to claim 6.
前記第7のPチャネル型MOSトランジスタは、そのソースが前記第5のPチャネル型MOSトランジスタのバックゲートに接続され、そのドレインが前記電源端子に接続され、そのゲートが前記接地端子に接続されたことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の半導体集積回路。 A seventh P-channel MOS transistor for reverse voltage protection;
The seventh P-channel MOS transistor has a source connected to the back gate of the fifth P-channel MOS transistor, a drain connected to the power supply terminal, and a gate connected to the ground terminal. The semiconductor integrated circuit according to claim 6 or 7, wherein
前記出力回路は、前記電源端子と前記接地端子との間に直列接続され、インバータを形成する第8のPチャネル型MOSトランジスタ及び第4のNチャネル型MOSトランジスタと、
前記第8のPチャネル型MOSトランジスタと前記第4のNチャネル型MOSトランジスタとの接続ノードに接続された出力端子と、
逆電圧保護用の第9のPチャネル型MOSトランジスタと、を備え、
前記第9のPチャネル型MOSトランジスタは、そのソースが前記第8のPチャネル型MOSトランジスタのN型のバックゲートに接続され、そのドレインが前記電源端子に接続され、そのゲートが前記接地端子に接続されたことを特徴とする請求項3乃至8のいずれかに記載の半導体集積回路。 An output circuit to which an output signal of the internal circuit is applied;
The output circuit is connected in series between the power supply terminal and the ground terminal, and an eighth P-channel MOS transistor and a fourth N-channel MOS transistor forming an inverter;
An output terminal connected to a connection node between the eighth P-channel MOS transistor and the fourth N-channel MOS transistor;
A ninth P-channel MOS transistor for reverse voltage protection,
The ninth P-channel MOS transistor has a source connected to the N-type back gate of the eighth P-channel MOS transistor, a drain connected to the power supply terminal, and a gate connected to the ground terminal. 9. The semiconductor integrated circuit according to claim 3, wherein the semiconductor integrated circuit is connected.
前記第5のNチャネル型MOSトランジスタは、そのソースが前記第4のNチャネル型MOSトランジスタのバックゲートに接続され、そのドレインが前記接地端子に接続され、そのゲートが前記電源端子に接続されたことを特徴とする請求項9に記載の半導体集積回路。 A fifth N-channel MOS transistor for reverse voltage protection;
The fifth N-channel MOS transistor has a source connected to the back gate of the fourth N-channel MOS transistor, a drain connected to the ground terminal, and a gate connected to the power supply terminal. The semiconductor integrated circuit according to claim 9.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008295830A JP2010123743A (en) | 2008-11-19 | 2008-11-19 | Semiconductor integrated circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008295830A JP2010123743A (en) | 2008-11-19 | 2008-11-19 | Semiconductor integrated circuit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010123743A true JP2010123743A (en) | 2010-06-03 |
Family
ID=42324825
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008295830A Pending JP2010123743A (en) | 2008-11-19 | 2008-11-19 | Semiconductor integrated circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010123743A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015170956A (en) * | 2014-03-06 | 2015-09-28 | アルプス電気株式会社 | Voltage selection circuit and semiconductor integrated circuit device |
JP2016192838A (en) * | 2015-03-31 | 2016-11-10 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Sensor device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05291929A (en) * | 1992-04-14 | 1993-11-05 | Hitachi Ltd | Semiconductor circuit |
JPH11191595A (en) * | 1997-12-25 | 1999-07-13 | Seiko Epson Corp | Semiconductor device and electronic equipment |
JPH11317460A (en) * | 1998-03-06 | 1999-11-16 | Hewlett Packard Co <Hp> | System for controlling electric current quantity |
JP2002232279A (en) * | 2001-01-15 | 2002-08-16 | Dianjing Science & Technology Co Ltd | Power source polarity inversion protecting circuit for integrated circuit |
JP2003078361A (en) * | 2001-08-31 | 2003-03-14 | Fujitsu Ltd | Power source circuit and semiconductor device |
-
2008
- 2008-11-19 JP JP2008295830A patent/JP2010123743A/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05291929A (en) * | 1992-04-14 | 1993-11-05 | Hitachi Ltd | Semiconductor circuit |
JPH11191595A (en) * | 1997-12-25 | 1999-07-13 | Seiko Epson Corp | Semiconductor device and electronic equipment |
JPH11317460A (en) * | 1998-03-06 | 1999-11-16 | Hewlett Packard Co <Hp> | System for controlling electric current quantity |
JP2002232279A (en) * | 2001-01-15 | 2002-08-16 | Dianjing Science & Technology Co Ltd | Power source polarity inversion protecting circuit for integrated circuit |
JP2003078361A (en) * | 2001-08-31 | 2003-03-14 | Fujitsu Ltd | Power source circuit and semiconductor device |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015170956A (en) * | 2014-03-06 | 2015-09-28 | アルプス電気株式会社 | Voltage selection circuit and semiconductor integrated circuit device |
JP2016192838A (en) * | 2015-03-31 | 2016-11-10 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Sensor device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8194369B2 (en) | Semiconductor integrated circuit | |
US7593201B2 (en) | Semiconductor integrated circuit | |
JP4515822B2 (en) | Electrostatic protection circuit and semiconductor integrated circuit device using the same | |
KR101870995B1 (en) | Esd protection circuit of semiconductor integrated circuit | |
KR100724335B1 (en) | Silicon controlled rectifier for electrostatic discharge protection circuit and structure thereof | |
US7420789B2 (en) | ESD protection system for multi-power domain circuitry | |
US8283728B2 (en) | Semiconductor device | |
US7907373B2 (en) | Electrostatic discharge circuit | |
KR102032334B1 (en) | Semiconductor device | |
JP2011176031A (en) | Semiconductor device | |
US20090316316A1 (en) | Electrical circuit | |
US9812437B2 (en) | Semiconductor integrated circuit device, and electronic appliance using the same | |
US20050041346A1 (en) | Circuit and method for ESD protection | |
JP2010123743A (en) | Semiconductor integrated circuit | |
JP2008192687A (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
JP2006332144A (en) | Integrated circuit | |
JP2004055583A (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
JP2021022687A (en) | Electrostatic protection circuit | |
JP2014053497A (en) | Esd protection circuit | |
JP5819489B2 (en) | Semiconductor device | |
WO2023063291A1 (en) | Output driver | |
JP2015095541A (en) | Surge protector | |
KR20120094262A (en) | Circuit for protection electrostatics discharge | |
JP2010109165A (en) | Esd protection circuit and semiconductor integrated circuit including the same | |
JPS63301558A (en) | Semiconductor integrated circuit device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20110531 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20110602 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20111031 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20130207 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130215 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20130301 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130315 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130325 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130820 |