JP2001086641A - Input protecting circuit and semiconductor integrated circuit - Google Patents

Input protecting circuit and semiconductor integrated circuit

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JP2001086641A
JP2001086641A JP26017799A JP26017799A JP2001086641A JP 2001086641 A JP2001086641 A JP 2001086641A JP 26017799 A JP26017799 A JP 26017799A JP 26017799 A JP26017799 A JP 26017799A JP 2001086641 A JP2001086641 A JP 2001086641A
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Japan
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voltage
input
circuit
power supply
protection
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JP26017799A
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Japanese (ja)
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Ryotaro Kudo
良太郎 工藤
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Hitachi Ltd
Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Tohbu Semiconductor Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase electrostatic breakdown strength, and to lower an input bias current by clamping the voltage of an input terminal approximately at a first source voltage, when a voltage which exceeds the first source voltage and is lower than a voltage which turns a first protective diode on, is applied to the input terminal. SOLUTION: If a voltage higher than a first source voltage is applied to an input terminal t2, and the MOSFET M1 of a clamping means 24a is turned on, the voltage of the input terminal t2 is clamped at the sum voltage of a threshold voltage and the source voltage Vdd of the MOSFET M1. When an abnormal voltage is applied long and its voltage value is especially large, a first protective diode D1 is turned on, a current flows from the input terminal t2 to the source voltage Vdd, the voltage of the input terminal t2 is clamped at the sum voltage of the source voltage Vdd and a forward bias voltage of the protective diode, and breakdown of elements is prevented. Consequently, a high-reliability circuit which does not malfunction easily is obtained without lowering strength against electrostatic breakdown.

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】この発明は、入力回路を構成
する半導体素子を静電破壊から保護する入力保護回路に
適用して有用な技術に関し、例えば半導体チップに集積
回路として形成されたオペアンプ等のリニア回路に利用
して特に有用な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique which is useful when applied to an input protection circuit which protects a semiconductor element constituting an input circuit from electrostatic damage, and is, for example, an operational amplifier such as an operational amplifier formed as an integrated circuit on a semiconductor chip. The present invention relates to a technique that is particularly useful for a linear circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】図7に示すように、例えば、CMOS回
路により構成されたオペアンプに異常電圧が入力された
場合に、内部回路を構成する素子(入力MOSFET
M5,M6)を静電破壊から保護する技術として、従
来、入力端子と電源電圧Vddの間、および、入力端子
と接地電位GNDとの間に保護ダイオードD1,D2を
それぞれ接続する構成が知られている。このような構成
によれば、入力電圧Vinが電源電圧Vddを上回った
り接地電位GNDより下回ったりした場合に、上記保護
ダイオードD1,D2に順方向電流が流れて、入力端子
の電圧がクランプされ内部回路が保護される。
2. Description of the Related Art As shown in FIG. 7, for example, when an abnormal voltage is inputted to an operational amplifier constituted by a CMOS circuit, an element (input MOSFET) constituting an internal circuit is formed.
Conventionally, as a technique for protecting M5, M6) from electrostatic breakdown, a configuration is known in which protection diodes D1 and D2 are respectively connected between an input terminal and a power supply voltage Vdd and between the input terminal and a ground potential GND. ing. According to such a configuration, when the input voltage Vin exceeds the power supply voltage Vdd or falls below the ground potential GND, a forward current flows through the protection diodes D1 and D2, and the voltage of the input terminal is clamped and The circuit is protected.

【0003】しかしながら、上記保護ダイオードD1,
D2を、図8に示すように、例えばn形半導体基板80
とその上に形成されたp形拡散領域85やpウエル領域
83とその上に形成されたn形拡散領域84との間のp
n接合で構成した場合、電源電圧Vddが印加されてい
る半導体基板80や他の内部回路素子との間に意図しな
い寄生トランジスタQ1,Q2が構成されてしまう。そ
して、入力端子に印加される入力電圧Vinが電源電圧
Vddを超えた場合に、寄生トランジスタQ1,Q2が
オンして意図しない経路で電流が流れる。
However, the protection diodes D1,
D2 is, for example, as shown in FIG.
Between the p-type diffusion region 85 or p-well region 83 formed thereon and the n-type diffusion region 84 formed thereon.
In the case of an n-junction, unintended parasitic transistors Q1 and Q2 are formed between the semiconductor substrate 80 to which the power supply voltage Vdd is applied and other internal circuit elements. Then, when the input voltage Vin applied to the input terminal exceeds the power supply voltage Vdd, the parasitic transistors Q1 and Q2 are turned on and a current flows through an unintended path.

【0004】例えば、図8においてpウエル領域83内
にn形拡散領域84を設けてなる保護ダイオードD2の
方は、寄生トランジスタQ2のオン動作により基板80
から入力端子へ電流が流れ(この場合、電源に電流が流
れるだけなので回路の誤動作はない)、基板80がカソ
ードとなる保護ダイオードD1の方では、寄生トランジ
スタQ1のオン動作により入力端子から他の素子のpウ
エル領域81や基板80上に設けられたp形拡散領域へ
向かって電流が流れてしまい、回路を誤動作させてしま
う。
For example, in FIG. 8, a protection diode D2 having an n-type diffusion region 84 provided in a p-well region 83 is connected to a substrate 80 by turning on a parasitic transistor Q2.
Current flows from the input terminal to the input terminal (in this case, there is no malfunction of the circuit because the current only flows to the power supply). In the protection diode D1 in which the substrate 80 is a cathode, the ON operation of the parasitic transistor Q1 causes another input from the input terminal to another. A current flows toward the p-well region 81 of the element or the p-type diffusion region provided on the substrate 80, which causes a malfunction of the circuit.

【0005】オペアンプでは、入力端子に比較的長い異
常電圧や電圧値が大きく外れた異常電圧が印加されたよ
うな場合であれば、回路の誤動作も仕方ないが、比較的
短い時間や小さな異常電圧が印加されただけで回路が誤
動作してしまうのは問題であった。
In an operational amplifier, if a relatively long abnormal voltage or an abnormal voltage having a greatly deviated voltage value is applied to the input terminal, the circuit may malfunction. It is a problem that the circuit malfunctions only by applying the voltage.

【0006】そこで、従来のオペアンプでは、簡単に回
路が誤動作してしまうのを防ぐため、図7に示されてい
る電源電圧Vdd側の保護ダイオードD1を省略して、
入力端子と接地電位との間にのみ保護ダイオードD2を
接続することで入力保護回路を構成していた。
Therefore, in the conventional operational amplifier, in order to prevent the circuit from easily malfunctioning, the protection diode D1 on the side of the power supply voltage Vdd shown in FIG.
The input protection circuit is configured by connecting the protection diode D2 only between the input terminal and the ground potential.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように電源電圧Vdd側に接続される保護ダイオードD
1を省略すると、次のような2つの課題を発生させた。
すなわち、1つ目は、電源電圧Vdd側の保護ダイオー
ドが無いため、正の静電パルスに対する強度が低下する
という課題である。2つ目は、通常動作時において保護
ダイオードD2を介して入力端子からグランド側にリー
ク電流が流れ、このリーク電流が回路の入力バイアス電
流となるため回路の特性が劣化するという課題である。
しかも、このリーク電流は高温になるにつれて指数関数
的に増加するため、温度変動に伴ない特性が変化すると
云った課題もある。
However, the protection diode D connected to the power supply voltage Vdd side as described above.
Omitting 1 caused the following two problems.
That is, the first problem is that since there is no protection diode on the side of the power supply voltage Vdd, the intensity with respect to a positive electrostatic pulse is reduced. Second, during normal operation, a leakage current flows from the input terminal to the ground via the protection diode D2, and this leakage current becomes an input bias current of the circuit, thus deteriorating the characteristics of the circuit.
In addition, since the leak current increases exponentially as the temperature increases, there is a problem that the characteristics change with temperature fluctuation.

【0008】この発明の目的は、静電破壊強度の向上と
入力バイアス電流の低下が図れると共に、回路の誤動作
が生じにくい入力保護回路、並びに、このような入力保
護回路を半導体基板上に容易に集積可能な半導体集積回
路を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an input protection circuit capable of improving the electrostatic breakdown strength and reducing the input bias current and preventing the malfunction of the circuit, and easily providing such an input protection circuit on a semiconductor substrate. It is to provide a semiconductor integrated circuit that can be integrated.

【0009】この発明の前記ならびにそのほかの目的と
新規な特徴については、本明細書の記述および添附図面
から明らかになるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のと
おりである。
The outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application is as follows.

【0011】すなわち、入力端子と第1の電源電圧との
間に逆方向接続された第1の保護ダイオードと、入力端
子と第2の電源電圧との間に逆方向接続された第2の保
護ダイオードと、上記入力端子の電圧が第1の電源電圧
を超えかつ上記第1の保護ダイオードをオンさせる電圧
に達しない電圧が印加されたときに入力端子をほぼ第1
電源電圧にクランプするクランプ手段とを備えて構成す
る。
That is, a first protection diode connected in reverse direction between the input terminal and the first power supply voltage, and a second protection diode connected in reverse direction between the input terminal and the second power supply voltage. When a voltage applied to the diode and the input terminal exceeds a first power supply voltage and does not reach a voltage at which the first protection diode is turned on, the input terminal is connected to the first terminal.
And clamping means for clamping to a power supply voltage.

【0012】このような手段によれば、入力端子におい
て第1の電源電圧と第2の電源電圧の両方にそれぞれ保
護ダイオードが設けられているので、静電破壊に対する
強度が向上し、更に、第1と第2の保護ダイオードのリ
ーク電流の相殺により入力端子における入力バイアス電
流の大きさを小さくでき理論上ゼロにすることが出来
る。加えて、電源電圧を超える異常電圧(高い方の電源
電圧よりも高い電圧、或いは、低い方の電源電圧よりも
低い電圧)が入力された場合でも、第1の保護ダイオー
ドがオンする電圧を超えるまでは上記クランプ手段によ
り第1の保護ダイオードがオンしないレベルにクランプ
されるので、第1の保護ダイオードと基板や回路を構成
する素子の半導体領域との間に寄生するバイポーラもオ
ンせず、その間は回路の誤動作を回避することが出来
る。また、第1電源電圧を超える異常電圧の入力が比較
的短い期間印加されるだけであれば、クランプ手段だけ
動作して第1の保護ダイオードは動作しないので、回路
の誤動作を回避することが出来る。
According to such means, since the protection diode is provided at both the first power supply voltage and the second power supply voltage at the input terminal, the strength against electrostatic breakdown is improved, and By canceling the leakage currents of the first and second protection diodes, the magnitude of the input bias current at the input terminal can be reduced, and can be reduced to zero theoretically. In addition, even when an abnormal voltage exceeding the power supply voltage (a voltage higher than the higher power supply voltage or a voltage lower than the lower power supply voltage) is input, the voltage exceeds the voltage at which the first protection diode is turned on. Until the first protection diode is clamped to a level at which the first protection diode does not turn on by the above-described clamp means, the bipolar parasitic between the first protection diode and the semiconductor region of the substrate or the element constituting the circuit is not turned on. Can avoid malfunction of the circuit. Further, if the input of the abnormal voltage exceeding the first power supply voltage is applied only for a relatively short period of time, only the clamp means operates and the first protection diode does not operate, so that malfunction of the circuit can be avoided. .

【0013】具体的には、入力回路がMOSFETで構
成されている場合に、入力端子に接続されているMOS
FETのゲート破壊を、入力保護回路によって防止する
ことができるとともに、オペアンプなどの回路の誤動作
を防止できる。
Specifically, when the input circuit is constituted by MOSFETs, the MOS connected to the input terminal
The gate protection of the FET can be prevented by the input protection circuit, and the malfunction of the circuit such as the operational amplifier can be prevented.

【0014】また、上記第1および第2の保護ダイオー
ドは、半導体基板に形成されたp形又はn形のウエル領
域と、このウエル領域内に形成されたn形又はp形の半
導体領域とからなる同一構造のpnを接合により構成す
る。このように構成することで、第1と第2の保護ダイ
オードのリーク電流の大きさをほぼ同一にすることがで
き、両者の相殺により入力バイアス電流を小さくするこ
とが出来る。
Further, the first and second protection diodes comprise a p-type or n-type well region formed in a semiconductor substrate and an n-type or p-type semiconductor region formed in the well region. Pn having the same structure is formed by a junction. With this configuration, the magnitudes of the leakage currents of the first and second protection diodes can be made substantially the same, and the input bias current can be reduced by canceling the two.

【0015】また、上記のクランプ手段は、ゲート端子
および基板が第1の電源電圧に、ソース端子が上記入力
端子に、ドレイン端子が第2の電源電圧に、それぞれ接
続されたMOSFETにより実現できる。例えば、基板
がn形基板であればpチャネルMOSFETにより構成
でき、基板がp形基板であればnチャネルMOSFET
により構成できる。
Further, the above-mentioned clamping means can be realized by MOSFETs whose gate terminal and substrate are connected to the first power supply voltage, whose source terminal is connected to the input terminal, and whose drain terminal is connected to the second power supply voltage. For example, if the substrate is an n-type substrate, it can be constituted by a p-channel MOSFET.
Can be configured.

【0016】ところで、クランプ手段としてのMOSF
ETにおいては、オフ状態においてわずかであるがソー
ス領域と基板間のpn接合に逆方向へリーク電流が流れ
るので、それが入力端子における入力バイアス電流の原
因となる。そこで望ましくは、上記クランプ用MOSF
ETのソース領域を構成するp形又はn形半導体領域
と、上記第1の保護ダイオードのpウエル又はnウエル
領域とを共通領域として一体に形成する。このように構
成することで、クランプ手段のリーク電流による入力バ
イアス電流をなくし第1と第2の保護ダイオード側のリ
ーク電流同士の相殺をより完全に行うことが出来る。つ
まり、入力バイアス電流をより小さくすることが出来
る。
By the way, MOSF as clamping means
In ET, a small amount of leakage current flows in the pn junction between the source region and the substrate in the reverse direction in the off state, which causes an input bias current at the input terminal. Therefore, desirably, the clamping MOSF is used.
The p-type or n-type semiconductor region forming the source region of the ET and the p-well or n-well region of the first protection diode are integrally formed as a common region. With this configuration, it is possible to eliminate the input bias current due to the leak current of the clamp unit and to more completely cancel the leak currents on the first and second protection diode sides. That is, the input bias current can be further reduced.

【0017】上記のような構成の入力保護回路は、例え
ば、オペアンプなどのリニア回路と共に、1個の半導体
基板上に設けられた半導体集積回路などに適用すると特
に有効である。
The input protection circuit configured as described above is particularly effective when applied to, for example, a semiconductor integrated circuit provided on one semiconductor substrate together with a linear circuit such as an operational amplifier.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例を図
1〜図6の図面に基づいて説明する。 [第1実施例]図1は、本発明を適用して好適なオペア
ンプ回路と入力保護回路の第1実施例を示す回路図であ
る。図2は、図1のオペアンプ回路における入力保護回
路を構成する保護ダイオードの具体的な構造を示す断面
図、図3は、図1のオペアンプ回路を内蔵したオペアン
プICの全体構成を示す平面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. [First Embodiment] FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of an operational amplifier circuit and an input protection circuit suitable for applying the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a specific structure of a protection diode constituting an input protection circuit in the operational amplifier circuit of FIG. 1, and FIG. 3 is a plan view showing an overall configuration of an operational amplifier IC incorporating the operational amplifier circuit of FIG. is there.

【0019】この実施例のオペアンプIC1は、図3に
示すように、2つのオペアンプ回路2,3を集積した半
導体チップを1つのパッケージに収容してなる半導体デ
バイスである。このオペアンプIC1には、第1電源電
圧Vdd(例えば+5V)が入力される第1電源端子t
8と、第2電源電圧Vss(例えば接地電位)が入力さ
れる第2電源端子t4と、一方のオペアンプ回路2に対
応し正相と負相の2つの入力電圧Vin+,Vin−が
入力される入力端子t2,t3と、これら入力電圧Vi
n+,Vin−の演算増幅後の出力電圧Voutが出力
される出力端子t4、並びに、他方のオペアンプ回路3
に対応し正相と負相の2つの入力電圧Vin2+,Vi
n2−とが入力される入力端子t5,t6と、これら入
力電圧Vin2+,Vin2−の演算増幅後の出力電圧
Vout2が出力される出力端子t7などが設けられて
いる。ここでは、上記2つのオペアンプ回路2,3は略
同一構成であるので、一方のオペアンプ回路2について
のみ説明する。
The operational amplifier IC1 of this embodiment is a semiconductor device in which a semiconductor chip in which two operational amplifier circuits 2 and 3 are integrated is housed in one package, as shown in FIG. This operational amplifier IC1 has a first power supply terminal t to which a first power supply voltage Vdd (for example, +5 V) is input.
8, a second power supply terminal t4 to which a second power supply voltage Vss (for example, a ground potential) is input, and two positive-phase and negative-phase input voltages Vin + and Vin- corresponding to one of the operational amplifier circuits 2. The input terminals t2 and t3 and these input voltages Vi
an output terminal t4 for outputting the output voltage Vout after the operational amplification of n + and Vin-, and the other operational amplifier circuit 3
And two input voltages Vin2 +, Vi of a positive phase and a negative phase
Input terminals t5 and t6 to which n2- is input, and an output terminal t7 to which an output voltage Vout2 after operational amplification of these input voltages Vin2 + and Vin2- are output are provided. Here, since the two operational amplifier circuits 2 and 3 have substantially the same configuration, only one operational amplifier circuit 2 will be described.

【0020】オペアンプ回路2は、図1や図2に示すよ
うに、CMOS回路からなり、少ない消費電力で高い利
得(例えば90dB)が得られる回路としてn形半導体
基板上に構成される。オペアンプ回路2は、2つの入力
電圧Vin+,Vin−の差動をとって電圧増幅する差
動増幅段21と、電源電圧Vdd−GND間に直列に接
続されたMOSFET M10,M11からなりプッシ
ュプル動作により更に出力利得を得て出力電圧Vout
を出力端子t1に出力するプッシュプル形出力段23
と、出力段23のプル側のMOSFET M10を駆動
する信号を生成するカスケード段22と、ダイオードD
1,D2およびクランプ手段24aであるMOSFET
M1からなり入力電圧Vin−に対応する入力保護回
路24と、ダイオードD3,D4およびクランプ手段2
5aであるMOSFET M2とからなり入力電圧Vi
n+に対応する入力保護回路25等を備えて構成され
る。
As shown in FIGS. 1 and 2, the operational amplifier circuit 2 is composed of a CMOS circuit and is formed on an n-type semiconductor substrate as a circuit capable of obtaining a high gain (for example, 90 dB) with low power consumption. The operational amplifier circuit 2 includes a differential amplifying stage 21 for amplifying a voltage by taking a difference between two input voltages Vin + and Vin−, and MOSFETs M10 and M11 connected in series between a power supply voltage Vdd and GND. To obtain further output gain and output voltage Vout
Push-pull type output stage 23 for outputting to the output terminal t1
A cascade stage 22 for generating a signal for driving the MOSFET M10 on the pull side of the output stage 23;
1, D2 and the MOSFET as the clamping means 24a
M1, an input protection circuit 24 corresponding to the input voltage Vin-, diodes D3 and D4, and a clamp means 2
5a, and the input voltage Vi
The input protection circuit 25 corresponding to n + is provided.

【0021】また、上記出力段23のプルダウン側MO
SFET M11のゲート−ドレイン間には、発振を防
ぐための抵抗R1と容量C1とかならなる位相補償回路
23aが接続されている。なお、図示を省略するが、オ
ペアンプIC1には上記の回路とは別に差動増幅段21
やカスケード段22の各定電流用のpチャネルMOSF
ET M3,M4のゲートに所定のバイアス電圧(定電
圧)Vcを供給するバイアス回路が設けられる。
Further, the pull-down side MO of the output stage 23
A phase compensation circuit 23a consisting of a resistor R1 and a capacitor C1 for preventing oscillation is connected between the gate and the drain of the SFET M11. Although not shown, the operational amplifier IC1 has a differential amplifier stage 21 separately from the above circuit.
And p-channel MOSF for each constant current of the cascade stage 22
A bias circuit that supplies a predetermined bias voltage (constant voltage) Vc to the gates of the ETs M3 and M4 is provided.

【0022】上記入力保護回路24,25を構成するダ
イオードD1,D2;D3,D4は、入力端子t2,t
3に接地電位以下や電源電圧Vddを超える異常電圧が
印加された場合に、電流を流して内部の回路を静電破壊
から保護するためもので、保護ダイオードD1,D3は
第1電源電圧Vdd(例えば5V)と入力端子t2,t
3との間に、保護ダイオードD2,D4は入力端子t
2,t3と第2電源電圧(接地電位)との間に、それぞ
れ平常時に逆方向となる向きに接続されている。
The diodes D1, D2; D3, D4 constituting the input protection circuits 24, 25 are connected to input terminals t2, t
When an abnormal voltage equal to or lower than the ground potential or exceeding the power supply voltage Vdd is applied to 3, a current flows to protect the internal circuit from electrostatic damage. The protection diodes D 1 and D 3 are connected to the first power supply voltage Vdd ( 5V) and input terminals t2, t
3, the protection diodes D2 and D4 are connected to the input terminal t.
2, t3 and the second power supply voltage (ground potential) are connected in the opposite directions in normal times.

【0023】保護ダイオードD1〜D4は、図2に示す
ようなpn接合で構成された場合、その順方向電圧は約
0.7V程度となる。従って、保護ダイオードD1,D
3は、入力端子t2,t3に入力された入力電圧Vin
−,Vin+が第1電源電圧Vdd(5V)より順方向
電圧(0.7V)分上回った場合に電流が流れ、保護ダ
イオードD2は、入力端子t2,t3に入力された入力
電圧Vin−が第2電源電圧(0V)より順方向電圧
(0.7V)分下回った場合に電流が流れるようになっ
ている。
When the protection diodes D1 to D4 are formed by pn junctions as shown in FIG. 2, the forward voltage is about 0.7V. Therefore, the protection diodes D1, D
3 is an input voltage Vin input to the input terminals t2 and t3.
When − and Vin + are higher than the first power supply voltage Vdd (5 V) by the forward voltage (0.7 V), a current flows, and the protection diode D2 changes the input voltage Vin− input to the input terminals t2 and t3. A current flows when the voltage is lower than the two power supply voltages (0 V) by the forward voltage (0.7 V).

【0024】これらの保護ダイオードD1,D2(D
3,D4も同様)は、図2にも示すように、半導体基板
40上に設けられる同一構造のpn接合からなるダイオ
ードであり、例えば、n形半導体基板40上にp形のウ
エル領域41a,41bと、このウエル領域41a,4
1b内にn形拡散領域42a,42bを設けることで、
それぞれウエル領域41a,41bをアノードにn形拡
散領域42a,42bをカソードにしたpn接合ダイオ
ードとして構成されている。
These protection diodes D1, D2 (D
2, D4) is a diode having the same structure and provided on the semiconductor substrate 40 and having a pn junction, as shown in FIG. 2. For example, a p-type well region 41a, 41b and the well regions 41a, 4
By providing n-type diffusion regions 42a and 42b in 1b,
Each is configured as a pn junction diode using the well regions 41a and 41b as anodes and the n-type diffusion regions 42a and 42b as cathodes.

【0025】ところで、このようなダイオード構造によ
れば、半導体基板40がn形であるためウエル領域41
a,41bと、半導体基板40と、オペアンプ回路2を
構成するpチャネルMOSFET M1〜M6のドレイ
ン領域やソース領域となるp形拡散層との間にpnp形
の寄生バイポーラトランジスタQXが形成される。その
ため、入力端子t2の電圧が半導体基板40の電位(V
dd)よりも高くなると、この寄生トランジスタQXが
オンして半導体基板40上のp形拡散領域で形成された
種々の領域に電流が流れて回路が誤動作する恐れがあ
る。なお、ダイオードD2側にも寄生トランジスタQy
が存在するが、この寄生トランジスタは局所的であり電
流が流れても内部回路の誤動作をひき起こさないので問
題はない。そこで、この実施例では、クランプ手段24
a,25aを設けて、入力電圧をクランプしてある程度
の異常入力電圧に対しては上記寄生トランジスタQXが
オンされないようにしている。
According to such a diode structure, since the semiconductor substrate 40 is n-type, the well region 41 is formed.
A pnp-type parasitic bipolar transistor QX is formed between a, 41b, the semiconductor substrate 40, and the p-type diffusion layers serving as the drain and source regions of the p-channel MOSFETs M1 to M6 constituting the operational amplifier circuit 2. Therefore, the voltage of the input terminal t2 is equal to the potential of the semiconductor substrate 40 (V
If the value is higher than dd), the parasitic transistor QX is turned on, and a current may flow in various regions formed by the p-type diffusion region on the semiconductor substrate 40, and the circuit may malfunction. Note that the parasitic transistor Qy is also provided on the diode D2 side.
However, there is no problem because this parasitic transistor is local and does not cause a malfunction of the internal circuit even if a current flows. Therefore, in this embodiment, the clamping means 24
a, 25a are provided to clamp the input voltage so that the parasitic transistor QX is not turned on for a certain abnormal input voltage.

【0026】また、上記保護ダイオードD1〜D4は、
逆方向電圧が印加されたときに数ピコアンペア〜数ナノ
アンペアのリーク電流が流れるが、両者に同一構造の保
護ダイオードを使用しているので、電源電圧Vdd側と
GND側の保護ダイオードの逆方向リーク電流が足し合
わさって相殺され入力バイアス電流がゼロになるように
作用する。
The protection diodes D1 to D4 are:
When a reverse voltage is applied, a leakage current of several pico-amps to several nano-amps flows. However, since the protection diodes having the same structure are used for both, the reverse leakage of the protection diodes on the power supply voltage Vdd side and the GND side is performed. The currents are added and cancel each other, so that the input bias current becomes zero.

【0027】図4に本発明の変形例を示す。この変形例
は、図4に示すように、クランプ手段としてのMOSF
ET M1のソース領域とVdd側の保護ダイオードD
1のpウエル領域とを共通領域として形成したものであ
る。すなわち、MOSFETM1のゲート電極やドレイ
ン領域45を第1保護ダイオードD1のpウエル領域4
1と隣接させて形成することで第1保護ダイオードD1
のpウエル領域41をMOSFET M1のソース領域
としている。これにより面積の増加を抑えることができ
る。
FIG. 4 shows a modification of the present invention. In this modification, as shown in FIG.
Source region of ET M1 and protection diode D on Vdd side
One p-well region is formed as a common region. That is, the gate electrode and the drain region 45 of the MOSFET M1 are connected to the p-well region 4 of the first protection diode D1.
1 to form the first protection diode D1.
Is used as the source region of the MOSFET M1. Thereby, an increase in area can be suppressed.

【0028】また、図2の実施例ではクランプ手段24
aとしてのMOSFET M1を設けているため、この
MOSFET M1においてもソース領域44と基板4
0との間の寄生ダイオードにリーク電流が生じ、このリ
ーク電流が入力端子における入力バイアス電流の原因と
なる。しかるに図4のように構成することで、クランプ
手段のリーク電流をなくし、保護ダイオードD1とD2
(D3とD4)のリーク電流同士を相殺して、入力バイ
アス電流をより小さくすることが出来る。なお、図2の
実施例でも電源電圧Vdd側の保護ダイオードD1と接
地電位GND側の保護ダイオードD2の形状を若干相違
させて(例えばGND側のn形拡散領域42aを電源電
圧Vdd側のn形拡散領域42bより小さくして)、M
OSFET M1のソース基板間リーク電流も含めて入
力バイアス電流が相殺されるように構成することも可能
である。
In the embodiment shown in FIG.
a, the source region 44 and the substrate 4 are also provided in the MOSFET M1.
A leakage current occurs in the parasitic diode between 0 and this leakage current causes an input bias current at the input terminal. However, with the configuration as shown in FIG. 4, the leakage current of the clamp means is eliminated, and the protection diodes D1 and D2
The input bias current can be further reduced by canceling out the leak currents (D3 and D4). In the embodiment of FIG. 2, the shape of the protection diode D1 on the power supply voltage Vdd side and the shape of the protection diode D2 on the ground potential GND side are slightly different (for example, the n-type diffusion region 42a on the GND side is replaced with the n-type diffusion region on the power supply voltage Vdd side). Smaller than diffusion region 42b), M
It is also possible to configure such that the input bias current including the leak current between the source and the substrate of the OSFET M1 is offset.

【0029】さらに、第1および第2保護ダイオードD
1,D2のpウエル領域41と半導体基板40との間の
pn接合により形成される寄生ダイオードDXにも逆方
向電流が生じるが、半導体基板40の電子濃度がpウエ
ル領域41中に形成されるn形拡散領域42の電子濃度
よりも1桁以上小さいので、空乏層が広くなり寄生ダイ
オードDXの逆方向電流は第1および第2保護ダイオー
ドD1,D2のそれよりも1桁以上小さいものとなり無
視することが出来る。
Further, the first and second protection diodes D
A reverse current also occurs in the parasitic diode DX formed by the pn junction between the p-well region 41 of D1, D2 and the semiconductor substrate 40, but the electron concentration of the semiconductor substrate 40 is formed in the p-well region 41. Since the electron concentration is at least one order of magnitude lower than the electron concentration of the n-type diffusion region 42, the depletion layer is widened and the reverse current of the parasitic diode DX is at least one order of magnitude smaller than that of the first and second protection diodes D1 and D2 and is ignored. You can do it.

【0030】第3および第4保護ダイオードD3,D4
は、入力電圧Vin−と逆相の入力電圧Vin+に対応
するもので、上記第1および第2保護ダイオードD1,
D2と同様の構成であり同一作用を有するので、説明を
省略する。
Third and fourth protection diodes D3 and D4
Corresponds to an input voltage Vin + having a phase opposite to that of the input voltage Vin−, and corresponds to the first and second protection diodes D1,
Since the configuration is the same as that of D2 and has the same operation, the description is omitted.

【0031】次に、クランプ手段24a,25aの作用
について説明する。
Next, the operation of the clamping means 24a, 25a will be described.

【0032】クランプ手段24a,25aは、エンハン
スメント型のpチャネルMOSFET M1,M2の1
素子でそれぞれ構成され、MOSFET M1,M2の
ゲート端子と基体(ウエル領域または基板)が第1電源
電圧Vddに、そのソース端子が入力端子t2に、ドレ
イン端子がグランドにそれぞれ接続されてなる。このク
ランプ手段24a,25aにおいては、入力端子t2,
t3に第1電源電圧Vddよりも高い電圧が印加された
場合に、MOSFET M1,M2のチャネルが導通状
態になって入力端子t2,t3から接地端子(GND)
へ電流を流す。しかも、この実施例ではMOSFET
M1,M2の閾値電圧は、基板電位がソース電位ではな
くゲート電圧と同一電位となっているため、基板効果に
より他のMOSFET M3等の閾値電圧(0.7V)
よりも低い、例えば0.3V程度の閾値電圧となってい
る。
The clamping means 24a and 25a are connected to one of the enhancement-type p-channel MOSFETs M1 and M2.
The gate terminals and the base (well region or substrate) of the MOSFETs M1 and M2 are connected to the first power supply voltage Vdd, the source terminal is connected to the input terminal t2, and the drain terminal is connected to the ground. In these clamping means 24a, 25a, input terminals t2,
When a voltage higher than the first power supply voltage Vdd is applied to t3, the channels of the MOSFETs M1 and M2 are turned on, and the input terminals t2 and t3 are connected to the ground terminal (GND).
Apply current to Moreover, in this embodiment, the MOSFET
As for the threshold voltages of M1 and M2, since the substrate potential is not the source potential but the same potential as the gate voltage, the threshold voltage (0.7 V) of the other MOSFET M3 and the like due to the substrate effect.
The threshold voltage is lower than the threshold voltage, for example, about 0.3 V.

【0033】それにより、入力端子t2,t3に電源電
圧Vddよりも0.3V高い電圧が印加された場合に、
MOSFET M1,M2がオンして入力端子t2,t
3が接地電位に接続され、入力端子t2,t3の電圧が
接地電位よりもMOSFETM1,M2の閾値電圧Vt
h(0.3V)分だけ高い電圧(Vdd+Vth)にク
ランプされるようになっている。しかし、MOSFET
M1,M2に流れる電流が大きくなるとゲート−ソー
ス間電圧Vgsが次第に大きくなり、入力端子t2,t
3のクランプ電圧も序々に大きくなって行く。が、入力
端子t2,t3の電圧が保護ダイオードD1,D3に順
電流が流れる順方向電圧を超えるまでは入力電圧Vin
−,Vin+がクランプされ、寄生トランジスタQXが
オンされてリーク電流が流れるのを防止することが出来
る。
Thus, when a voltage 0.3 V higher than the power supply voltage Vdd is applied to the input terminals t2 and t3,
MOSFETs M1 and M2 turn on and input terminals t2 and t
3 is connected to the ground potential, and the voltage of the input terminals t2 and t3 is lower than the ground potential by the threshold voltage Vt of the MOSFETs M1 and M2.
The voltage is clamped to a voltage (Vdd + Vth) higher by h (0.3 V). But MOSFET
When the current flowing through M1 and M2 increases, the gate-source voltage Vgs gradually increases, and the input terminals t2 and t2
The clamp voltage of No. 3 also gradually increases. However, until the voltage at the input terminals t2 and t3 exceeds the forward voltage at which forward current flows through the protection diodes D1 and D3, the input voltage Vin
−, Vin + is clamped, and the parasitic transistor QX is turned on to prevent leakage current from flowing.

【0034】次いで、上記実施例のオペアンプ回路2に
異常電圧が入力された場合の動作についてより詳細な説
明を行う。
Next, the operation when an abnormal voltage is input to the operational amplifier circuit 2 of the above embodiment will be described in more detail.

【0035】先ず、負相の入力端子t2に接地電位より
低い電圧が印加された場合についてを説明する。負相の
入力端子t2に、接地電位より低い電圧が印加されて第
2保護ダイオードD2の順方向バイアス電圧(0.7
V)を更に超えると、第2保護ダイオードD2がオンし
て通電し、入力端子t2の電圧が接地電位から保護ダイ
オードの順方向バイアス電圧分を差し引いた電位(例え
ば−0.7V)に固定され、内部回路を構成するMOS
FETのゲートに大きな負の電圧が印加されないように
してゲート破壊を防止する。
First, the case where a voltage lower than the ground potential is applied to the negative-phase input terminal t2 will be described. When a voltage lower than the ground potential is applied to the negative-phase input terminal t2, the forward bias voltage (0.7
V), the second protection diode D2 is turned on and energized, and the voltage of the input terminal t2 is fixed at a potential (eg, -0.7 V) obtained by subtracting the forward bias voltage of the protection diode from the ground potential. , MOS constituting internal circuit
The gate is prevented from being broken by preventing a large negative voltage from being applied to the gate of the FET.

【0036】この入力端子に負電圧が入った場合の動作
では、グランドから第2保護ダイオードD2のアノード
であるpウエル領域41を経てカソードのn形拡散領域
42bへ電流が抜けていくだけで、ダイオードD1側で
はn形拡散領域42aが負電圧にされるため寄生トラン
ジスタQXはオンされることはないので、回路の誤動作
は生じない。
In the operation when a negative voltage is applied to this input terminal, only the current flows from the ground to the n-type diffusion region 42b of the cathode through the p-well region 41, which is the anode of the second protection diode D2. On the D1 side, the parasitic transistor QX is not turned on because the n-type diffusion region 42a is set to a negative voltage, so that no malfunction of the circuit occurs.

【0037】次に、負相の入力端子t2に第1電源電圧
よりも高い電圧が入力された場合を説明する。入力端子
t2に第1電源電圧よりも高い電圧が印加されて、先
ず、クランプ手段24aのMOSFET M1の閾値電
圧(0.3V)を更に超えるとクランプ手段24aのM
OSFET M1がオンされる。MOSFET M1が
オンされると、入力端子t2の電圧がMOSFET M
1は電源電圧Vddに閾値電圧(0.3V)加えた電位
にクランプされる。
Next, a case where a voltage higher than the first power supply voltage is input to the negative-phase input terminal t2 will be described. When a voltage higher than the first power supply voltage is applied to the input terminal t2 and first exceeds the threshold voltage (0.3 V) of the MOSFET M1 of the clamp means 24a, the voltage of M of the clamp means 24a is reduced.
OSFET M1 is turned on. When the MOSFET M1 is turned on, the voltage of the input terminal t2 becomes
1 is clamped to a potential obtained by adding the threshold voltage (0.3 V) to the power supply voltage Vdd.

【0038】このクランプ手段24aのオン動作では、
MOSFET M1のソース−ドレイン間に電流が流れ
るだけなので、オペアンプの出力波形は飽和するもの
の、保護ダイオードD1の寄生トランジスタQXがオン
されるのを防止できるため内部の回路の誤動作は生じな
い。
In the ON operation of the clamping means 24a,
Since only a current flows between the source and the drain of the MOSFET M1, the output waveform of the operational amplifier is saturated, but it is possible to prevent the parasitic transistor QX of the protection diode D1 from being turned on, so that the internal circuit does not malfunction.

【0039】この異常電圧が比較的短い一時的なものや
電圧値がそれほど大きくない場合には、クランプ手段2
4aによる入力端子t2のクランプの後に、入力端子t
2に入力される電圧が通常レベルに戻ってMOSFET
M1がオフし、オペアンプ回路2で引き続き通常の動
作が行われる。
In the case where the abnormal voltage is temporarily short or the voltage value is not so large, the clamping means 2
4a, the input terminal t2 is clamped.
The voltage input to 2 returns to the normal level and the MOSFET
M1 is turned off, and normal operation continues in the operational amplifier circuit 2.

【0040】一方、上記異常電圧が長かったり電圧値が
特に大きなものである場合には、クランプ手段24aの
MOSFET M1のソース−ドレイン間に流れる電流
量が大きくなってMOSFET M1のゲート−ソース
間電圧Vgsを上昇させる。そして、上記閾値電圧
(0.3V)にこの電圧Vgsを加えた電圧が、第1保
護ダイオードD1の順方向バイアス電圧(0.7V)を
超えると、第1保護ダイオードD1がオンして入力端子
t2から電源電圧Vddへ電流が流れ、入力端子t2は
電源電圧Vddに保護ダイオードの順方向バイアス電圧
(0.7V)を加えた電位にクランプされ、内部回路を
構成する素子の破壊を防止できる。
On the other hand, when the abnormal voltage is long or the voltage value is particularly large, the amount of current flowing between the source and the drain of the MOSFET M1 of the clamping means 24a increases, and the voltage between the gate and the source of the MOSFET M1 increases. Vgs is increased. When the voltage obtained by adding the voltage Vgs to the threshold voltage (0.3 V) exceeds the forward bias voltage (0.7 V) of the first protection diode D1, the first protection diode D1 is turned on and the input terminal is turned on. A current flows from t2 to the power supply voltage Vdd, and the input terminal t2 is clamped at a potential obtained by adding the forward bias voltage (0.7 V) of the protection diode to the power supply voltage Vdd, thereby preventing the elements constituting the internal circuit from being destroyed.

【0041】なお、第1保護ダイオードD1がオンする
ような大きな電圧が入力されると、保護ダイオードD1
のpウエル領域41とn形の基板40と他の素子のp形
半導体領域とで構成される寄生トランジスタQXがオン
され、オペアンプ回路2が誤動作することもあるが、こ
のような大きな電圧が入力された場合におけるオペアン
プの誤動作は問題とされない。しかし、この第1保護ダ
イオードD1のオン動作によりクランプ手段24aで保
護できないような印加電圧に対しても入力MOSFET
M5,M6を保護し静電破壊を防止することが出来
る。
When a large voltage that turns on the first protection diode D1 is input, the protection diode D1
The parasitic transistor QX constituted by the p-well region 41, the n-type substrate 40, and the p-type semiconductor region of another element is turned on, and the operational amplifier circuit 2 may malfunction. The malfunction of the operational amplifier in this case is not considered a problem. However, even if the applied voltage cannot be protected by the clamp means 24a due to the ON operation of the first protection diode D1, the input MOSFET is not used.
M5 and M6 can be protected and electrostatic breakdown can be prevented.

【0042】正相の入力端子t3に接地電位より低い電
圧や電源電圧Vddより高い電圧が印加された場合には
入力保護回路25が上記負相の入力端子t2の入力保護
回路24と同様の動作をするので、説明は省略する。 [第2実施例]図5には、本発明を適用して好適なオペ
アンプ回路の第2実施例の回路図を、図6には、図5の
オペアンプ回路の保護ダイオード構造の断面図を示す。
When a voltage lower than the ground potential or a voltage higher than the power supply voltage Vdd is applied to the positive-phase input terminal t3, the input protection circuit 25 operates in the same manner as the input protection circuit 24 of the negative-phase input terminal t2. Therefore, the description is omitted. [Second Embodiment] FIG. 5 is a circuit diagram of a second embodiment of an operational amplifier circuit suitable for applying the present invention, and FIG. 6 is a sectional view of a protection diode structure of the operational amplifier circuit of FIG. .

【0043】この実施例は、オペアンプ回路をp形の半
導体基板上に設けた一例である。半導体基板40はp形
であるので、この基板に印加される基板電位は接地電位
となる。すなわち、この実施例では、接地電位が第1の
電源電圧に相当し、それより高い電源電圧Vdd(例え
ば5V)が第2の電源電圧に相当することになる。ま
た、接地電位側の保護ダイオードD2,D4が第1の保
護ダイオードに、電源電圧Vdd側の保護ダイオードD
1,D3が第2の保護ダイオードに相当することにな
る。
This embodiment is an example in which an operational amplifier circuit is provided on a p-type semiconductor substrate. Since the semiconductor substrate 40 is p-type, the substrate potential applied to this substrate is the ground potential. That is, in this embodiment, the ground potential corresponds to the first power supply voltage, and a higher power supply voltage Vdd (for example, 5 V) corresponds to the second power supply voltage. Further, the protection diodes D2 and D4 on the ground potential side are connected to the first protection diode, and the protection diodes D2 and D4 on the power supply voltage Vdd side.
1, 1 and 3 correspond to the second protection diode.

【0044】この実施例においては、入力保護回路2
4,25は、2つの入力端子t2,t3のそれぞれに対
応して設けられた4つの保護ダイオードD1〜D4とク
ランプ手段24b、25bとから構成される。
In this embodiment, the input protection circuit 2
Reference numerals 4 and 25 each include four protection diodes D1 to D4 provided corresponding to the two input terminals t2 and t3, and clamp means 24b and 25b.

【0045】入力端子t2に対応した保護ダイオードD
1,D2は、図6に示されるように、p形半導体基板4
0上にn形のウエル領域51を設け、このウエル領域5
1内にn形拡散領域52を設けて、ウエル領域51をカ
ソード、n形拡散領域52をアノードとすることで構成
される。入力端子t3に対応した保護ダイオードD3,
D4についても同様である。
The protection diode D corresponding to the input terminal t2
1, D2 is a p-type semiconductor substrate 4 as shown in FIG.
0, an n-type well region 51 is provided.
1 is provided with an n-type diffusion region 52, and the well region 51 is used as a cathode and the n-type diffusion region 52 is used as an anode. Protection diode D3 corresponding to input terminal t3
The same applies to D4.

【0046】これら入力保護回路24,25の保護ダイ
オードD1〜D4の動作や作用は、接地電位と電源電圧
Vddとが第1実施例のものと対称的になる他、第1実
施例とほぼ同様である。
The operations and functions of the protection diodes D1 to D4 of the input protection circuits 24 and 25 are substantially the same as those of the first embodiment except that the ground potential and the power supply voltage Vdd are symmetrical to those of the first embodiment. It is.

【0047】一方、このような保護ダイオード構造によ
れば、半導体基板40がp形であるため、ウエル領域5
1と半導体基板40とオペアンプ回路5中にあるn形半
導体領域(例えばnチャネルMOSFET M1,M7
〜M11のドレイン領域やソース領域など)とでnpn
形の寄生トランジスタQXが形成される。そして、入力
電圧の電圧が半導体基板40の電位よりも低くなって、
この寄生トランジスタQXがオンすると、半導体基板4
0上の回路構成素子のn形半導体領域へリーク電流が流
れて回路が誤動作してしまう恐れがある。
On the other hand, according to such a protection diode structure, since the semiconductor substrate 40 is p-type, the well region 5 is formed.
1, an n-type semiconductor region (eg, n-channel MOSFETs M1 and M7) in the semiconductor substrate 40 and the operational amplifier circuit 5.
To M11 drain region and source region).
Shaped parasitic transistor QX is formed. Then, the voltage of the input voltage becomes lower than the potential of the semiconductor substrate 40,
When the parasitic transistor QX is turned on, the semiconductor substrate 4
There is a possibility that a leak current flows to the n-type semiconductor region of the circuit constituent element on 0 and the circuit malfunctions.

【0048】しかして、この実施例では、nチャネルM
OSFET M1aで構成されたくランプ手段24bが
設けられ、このMOSFET M1aのゲート端子と基
板電位とが接地電位に、そのソース端子が入力端子t2
に、ドレイン端子が電源電圧Vddにそれぞれ接続され
ている。そのため、クランプ手段24bは、入力端子t
3に入力される電圧が接地電位よりも低くなった場合
に、電源電圧Vddと入力端子t3とを接続させること
で、入力端子t3の電圧をほぼ接地電位にクランプして
寄生バイポーラQXがオンされるのを防止する。
In this embodiment, the n-channel M
A ramp means 24b is provided which is composed of an OSFET M1a. The gate terminal and the substrate potential of the MOSFET M1a are set to the ground potential, and the source terminal is set to the input terminal t2.
And the drain terminals are connected to the power supply voltage Vdd. Therefore, the clamping means 24b is connected to the input terminal t.
When the voltage input to the terminal 3 becomes lower than the ground potential, by connecting the power supply voltage Vdd to the input terminal t3, the voltage of the input terminal t3 is clamped almost to the ground potential, and the parasitic bipolar QX is turned on. To prevent

【0049】以上のように、上記第1および第2の実施
例のオペアンプIC1によれば、各入力端子t2,t3
と第1および第2の電源電圧との間にそれぞれ逆方向接
続された保護ダイオードD1〜D4が設けられているの
で、高すぎる電圧や低すぎる電圧の印加に対して内部回
路の保護が可能となり静電破壊強度を向上させることが
出来る。と同時に、2つの保護ダイオードの構造を同一
にしているでそれぞれのリーク電流を互いに相殺させる
ことが可能となり、それにより入力バイアス電流の大き
さを小さくすることが出来る。
As described above, according to the operational amplifier IC1 of the first and second embodiments, each of the input terminals t2 and t3
And protection diodes D1 to D4 connected in the reverse direction between the power supply voltage and the first and second power supply voltages, it is possible to protect the internal circuit against application of a voltage that is too high or too low. The electrostatic breakdown strength can be improved. At the same time, since the structure of the two protection diodes is the same, the respective leakage currents can be offset from each other, whereby the magnitude of the input bias current can be reduced.

【0050】更に、寄生トランジスタQXが働いて回路
を誤動作させてしまう保護ダイオード(第1実施例では
第1保護ダイオードD1、第2実施例では第2保護ダイ
オードD2)に対しては、クランプ手段24a,24b
が入力電圧をクランプすることである程度の異常電圧に
対しては無闇に保護ダイオードを働かせずに回路の誤動
作を回避し、クランプ手段24a,24bでは対処しき
れない異常電圧に対してだけ保護ダイオードを働かせる
ので、静電破壊に対する強度を落とすことなく入力電圧
が電源電圧を超えても容易に誤動作を発生させない信頼
性の高い回路を実現できる。
Further, for the protection diode (the first protection diode D1 in the first embodiment, the second protection diode D2 in the second embodiment) which causes the circuit to malfunction due to the operation of the parasitic transistor QX, the clamping means 24a is used. , 24b
Clamps the input voltage to prevent the malfunction of the circuit without ignoring the protection diode for a certain amount of abnormal voltage, and to protect the protection diode only for the abnormal voltage that cannot be dealt with by the clamping means 24a and 24b. Therefore, a highly reliable circuit that does not easily cause a malfunction even when the input voltage exceeds the power supply voltage without lowering the strength against electrostatic breakdown can be realized.

【0051】また、クランプ手段24aを構成するMO
SFET M1のソース領域44と第1保護ダイオード
D1のp形ウエル領域41とを共通領域として一体に形
成することで、占有面積の増加を抑えることができると
とにも、MOSFET M1のソース領域44から基板
40へ流出するリーク電流をなくすことができ、入力端
子t2の入力バイアス電流をより一層小さくすることが
出来る。
The MO constituting the clamping means 24a
By integrally forming the source region 44 of the SFET M1 and the p-type well region 41 of the first protection diode D1 as a common region, an increase in occupied area can be suppressed, and the source region 44 of the MOSFET M1 can be reduced. Leakage current flowing from the substrate to the substrate 40 can be eliminated, and the input bias current of the input terminal t2 can be further reduced.

【0052】また、保護ダイオードやクランプ手段の構
造を実施例のような保護ダイオードD1〜D4やクラン
プ手段24a,24bの構造とすることで、入力保護回
路24,25を含めオペアンプ回路を同一のCMOSプ
ロセスで形成することができる。
Further, the structure of the protection diodes D1 to D4 and the clamp means 24a and 24b as in the embodiment is used for the protection diode and the clamp means, so that the operational amplifier circuits including the input protection circuits 24 and 25 are the same CMOS circuit. It can be formed by a process.

【0053】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say.

【0054】例えば、クランプ手段24a,24bとし
て、MOSFET M1,M2を図1や図5のように接
続したものを例示したが、MOSFET M1,M2の
ゲート端子に電源電圧Vddや接地電位でなく任意のバ
イアス回路で生成した電圧を印加して、クランプ手段の
動作範囲を制御するようにしても良い。その他、バイポ
ーラトランジスタを用いるなど、入力端子の電圧が電源
電圧を超えてから保護ダイオードがオン動作するまでの
電圧範囲でオン動作して入力端子の電圧をクランプでき
れば、どのような構成としても良い。
For example, as the clamping means 24a and 24b, those in which the MOSFETs M1 and M2 are connected as shown in FIGS. 1 and 5 are exemplified. However, the gate terminals of the MOSFETs M1 and M2 are not necessarily connected to the power supply voltage Vdd or the ground potential, but are arbitrarily set. May be applied to control the operating range of the clamp means. In addition, any configuration may be used as long as the input terminal voltage can be clamped by turning on in a voltage range from the time when the voltage of the input terminal exceeds the power supply voltage to the time when the protection diode turns on, such as using a bipolar transistor.

【0055】また、実施例で具体的に示したオペアンプ
の回路構成についても、種々の変形例があることは云う
までもない。
It goes without saying that there are various modifications of the circuit configuration of the operational amplifier specifically shown in the embodiments.

【0056】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるオペア
ンプICに適用した場合について説明したがこの発明は
それに限定されるものでなく、例えば、3端子レギュレ
ータや変調復調回路など小電力で動作するようなCMO
Sリニア回路に広く利用することができる。
In the above description, the case where the invention made by the present inventor is mainly applied to an operational amplifier IC, which is the field of application, has been described. However, the present invention is not limited to this. CMOs that operate with low power, such as regulators and modulation / demodulation circuits
It can be widely used for S linear circuits.

【0057】[0057]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
のとおりである。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0058】すなわち、本発明に従うと、入力電圧にお
ける異常電圧の印加に対して高い静電破壊強度が得られ
ると共に、入力電圧が電源電圧を超えても容易に誤動作
しない信頼性の高い回路を実現できるという効果があ
る。
That is, according to the present invention, a high electrostatic breakdown strength can be obtained with respect to the application of an abnormal voltage in the input voltage, and a highly reliable circuit that does not easily malfunction even when the input voltage exceeds the power supply voltage is realized. There is an effect that can be.

【0059】加えて、回路の入力バイアス電流の大きさ
を小さくしてオペアンプでは入力オフセットを小さくす
ることが出来るという効果がある。
In addition, there is an effect that the input offset current can be reduced in the operational amplifier by reducing the magnitude of the input bias current of the circuit.

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

【図1】本発明を適用して好適なオペアンプと入力保護
回路の実施例を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of an operational amplifier and an input protection circuit suitable for applying the present invention.

【図2】図1の入力保護回路の保護ダイオード構造を示
す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a protection diode structure of the input protection circuit of FIG.

【図3】図1の回路を内蔵したオペアンプICの全体構
成を示す上面図である。
FIG. 3 is a top view showing the overall configuration of an operational amplifier IC incorporating the circuit of FIG. 1;

【図4】クランプ手段のMOSFETのソース端子のp
形半導体と第1保護ダイオードのpウエルとを一体的に
形成した保護ダイオード構造の一例を示す断面図であ
る。
FIG. 4 shows p of a source terminal of a MOSFET of a clamp means.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a protection diode structure in which a semiconductor and a p-well of a first protection diode are integrally formed.

【図5】本発明の適用して好適なp形半導体基板上に構
成したオペアンプと入力保護回路の実施例を示す回路図
である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing an embodiment of an operational amplifier and an input protection circuit configured on a p-type semiconductor substrate suitable for applying the present invention.

【図6】図5の入力保護回路の保護ダイオード構造を示
す断面図である。
6 is a cross-sectional view illustrating a protection diode structure of the input protection circuit of FIG.

【図7】従来の入力保護回路の一例を示す回路図であ
る。
FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of a conventional input protection circuit.

【図8】従来の入力保護回路と内部回路の保護ダイオー
ド構造を示す断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a conventional input protection circuit and a protection diode structure of an internal circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 オペアンプIC 2,3 オペアンプ回路 D1〜D4 第1〜第4の保護ダイオード M1,M2 クランプ手段のMOSFET 21 差動増幅回路 23 出力バッファ回路 24 入力保護回路 24a クランプ手段 40 半導体基板 41 保護ダイオードのpウエル領域 42 n形拡散層 44 クランプ手段のドレイン領域 45 クランプ手段のソース領域 50 クランプ手段のドレイン領域と共通にされた
保護ダイオードのウエル領域 t1 出力端子 t2,t3 入力端子 t3 入力端子 t4 第2電源端子 t8 第1電源端子 DX 寄生ダイオード QX 寄生トランジスタ Vin+,Vin− 入力電圧 Vout 出力電圧 Vdd 第1電源電圧 Vss 第2電源電圧
REFERENCE SIGNS LIST 1 operational amplifier IC 2, 3 operational amplifier circuit D <b> 1 to D <b> 1 first to fourth protection diodes M <b> 1, M <b> 2 MOSFET of clamp means 21 differential amplifier circuit 23 output buffer circuit 24 input protection circuit 24 a clamp means 40 semiconductor substrate 41 protection diode p Well region 42 N-type diffusion layer 44 Drain region of clamp means 45 Source region of clamp means 50 Well region of protection diode shared with drain region of clamp means t1 output terminal t2, t3 input terminal t3 input terminal t4 second power supply Terminal t8 First power supply terminal DX Parasitic diode QX Parasitic transistor Vin +, Vin− Input voltage Vout Output voltage Vdd First power supply voltage Vss Second power supply voltage

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入力端子と第1の電源電圧との間に逆方
向接続された第1の保護ダイオードと、入力端子と第2
の電源電圧との間に逆方向接続された第2の保護ダイオ
ードと、上記入力端子の電圧が第1の電源電圧を超えか
つ上記第1の保護ダイオードをオンさせる電圧に達しな
い電圧が印加されたときに入力端子をほぼ第1電源電圧
にクランプするクランプ手段とを備えてなることを特徴
とする入力保護回路。
A first protection diode connected in a reverse direction between an input terminal and a first power supply voltage;
A second protection diode connected in the reverse direction between the first protection diode and the power supply voltage, and a voltage at which the voltage at the input terminal exceeds the first power supply voltage and does not reach a voltage for turning on the first protection diode. And a clamp means for clamping the input terminal to the first power supply voltage when the input terminal is turned on.
【請求項2】 入力回路がMOSFETにより構成さ
れ、上記入力端子には入力回路を構成するMOSFET
のゲート端子が接続されていることを特徴とする請求項
1記載の入力保護回路。
2. An input circuit comprising a MOSFET, wherein the input terminal comprises a MOSFET constituting the input circuit.
2. The input protection circuit according to claim 1, wherein the gate terminals are connected.
【請求項3】 上記第1および第2の保護ダイオード
は、半導体基板に形成されたp形又はn形のウエル領域
と、このウエル領域内に形成されたn形又はp形の半導
体領域とからなる同一構造のpn接合により構成されて
いることを特徴とする請求項1又は2に記載の入力保護
回路。
3. The first and second protection diodes comprise a p-type or n-type well region formed in a semiconductor substrate and an n-type or p-type semiconductor region formed in the well region. The input protection circuit according to claim 1, wherein the input protection circuit includes pn junctions having the same structure.
【請求項4】 上記クランプ手段は、ゲート端子および
基体が第1の電源電圧に、ソース端子が上記入力端子
に、ドレイン端子が第2の電源電圧側に、それぞれ接続
されたMOSFETであることを特徴とする請求項1〜
3の何れかに記載の入力保護回路。
4. The clamp means includes a MOSFET having a gate terminal and a base connected to a first power supply voltage, a source terminal connected to the input terminal, and a drain terminal connected to a second power supply voltage. Claim 1 to claim
3. The input protection circuit according to any one of 3.
【請求項5】 上記クランプ手段としてのMOSFET
のソース領域を構成するp形又はn形半導体領域と、上
記第1の保護ダイオードのpウエル領域又はnウエル領
域とが共通領域として一体に形成されていることを特徴
とする請求項4記載の入力保護回路。
5. A MOSFET as said clamping means.
5. The p-type or n-type semiconductor region constituting the source region of claim 1 and the p-well region or n-well region of the first protection diode are integrally formed as a common region. Input protection circuit.
【請求項6】 リニア回路と請求項1〜3の何れかに記
載の入力保護回路とが1個の半導体基板上に設けられ、
上記リニア回路に入力される電圧が上記第1と第2の電
源電圧の範囲外の異常電圧になった場合に上記入力保護
回路により上記リニア回路を保護するように構成されて
なることを特徴とする半導体集積回路。
6. A linear circuit and the input protection circuit according to claim 1 are provided on one semiconductor substrate,
When the voltage inputted to the linear circuit becomes an abnormal voltage outside the range of the first and second power supply voltages, the linear protection circuit is protected by the input protection circuit. Semiconductor integrated circuit.
【請求項7】 上記リニア回路はオペアンプであること
を特徴とする請求項6記載の半導体集積回路。
7. The semiconductor integrated circuit according to claim 6, wherein said linear circuit is an operational amplifier.
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