JP2001358567A - 半導体集積回路 - Google Patents
半導体集積回路Info
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Abstract
く、後段に接続されスイッチング制御の対象となる回路
の誤動作を防止することが可能な半導体集積回路を提供
する。 【解決手段】 トランジスタM1が入力信号INの立ち
上がりに同期してオンすると、カレントミラー回路CM
C1のトランジスタQ1から寄生容量C1を充電する電
流が流れるが、これと略同一電流がトランジスタQ2か
ら容量C3に流れて充電する。トランジスタM2の寄生
容量C2を充電する際にも同様にカレントミラー回路C
MC2が容量C4を充電する。これにより、寄生容量C
1、C2が出力信号OUTの電圧に与える影響が相殺さ
れ、この信号を与えられてスイッチング制御される後段
の回路が誤動作することが防止される。
Description
わり、特に誘電体分離構造を用いたスイッチングIC回
路に適用されるものに関する。
で高速に動作するスイッチング素子が必要であり、誘電
体分離構造を用いたスイッチングICが用いられてい
る。
れるような縦断面構造を有している。半導体基板21の
表面部分において、シリコン酸化膜から成る分離層25
によって電気的に分離された状態で複数の活性層22〜
24が設けられている。各々の活性層22〜24と半導
体基板21との間には、寄生容量Cが存在する。
離層25によって活性層22〜24を相互に分離するこ
とにより、高電圧が印加された場合にもブレークダウン
を防止することができる。
スイッチングICの回路構成を図6に示し、各信号の動
作波形を図7のタイムチャートに示す。この回路は、ブ
ートストラップ方式のIGBT(Insulated Gate Bipol
ar Transistor)ドライブ回路に相当する。
される。エッジ検出回路11は、この入力信号INの立
ち上がりと立ち下がりのエッジをそれぞれ検出する。そ
して、ハイサイド出力トランジスタT1を駆動するた
め、立ち上がりのエッジに同期したパルス状の信号S1
をトランジスタM1のゲートに出力し、立ち下がりのエ
ッジに同期したパルス状の信号S2をトランジスタM2
のゲートに出力する。さらにエッジ検出回路11は、ロ
ーサイド出力トランジスタT2を駆動するため、入力信
号INを反転したローサイド駆動信号S14をローサイ
ド出力トランジスタT2のゲートに出力する。
力されてオンすると、抵抗R1の両端に電圧が発生す
る。この電圧を有する信号S11は、トランジスタT1
の寄生容量C1、トランジスタT2の寄生容量C2の存
在を無視した場合、図7において実線で示されたように
信号S1を反転したものに相当する。
2が入力されてオンすると、抵抗R2の両端に電圧が発
生する。この電圧を有する信号S12は、寄生容量C
1、C2の存在を無視した場合、図7において実線で示
されたように信号S2を反転したものに相当する。
路12に入力され、合成されたハイサイド駆動信号S1
3がハイサイド出力トランジスタT1のゲートに出力さ
れる。またローサイド出力トランジスタT2のゲートに
は、上述したようにエッジ検出回路11から出力された
ローサイド駆動信号S14が入力される。
出力信号OUTの波形は、寄生容量C1、C2を無視し
た場合、図7における実線で示されたものとなる。
ランジスタT1のゲートに入力するために、入力信号I
Nの立ち上がり及び立ち下がりのエッジのみを検出した
パルス信号S1、S2を用いてトランジスタM1、M2
のゲートに入力しているが、これはハイサイド出力トラ
ンジスタT1をブートストラップ方式で駆動しており、
消費電流を極力低減しなければならないことに起因して
いる。
VT(例えば、接地端子GND)と略同一のローレベル
を出力している間、容量C7は充電状態にある。これに
より、出力端子OUTが高電源電圧端子HVTと略同一
のハイレベルを出力するときの立ち上がり速度を速くす
ることができる。
量C7から抵抗R1、R2へ電流が流れる。入力信号I
Nを直接用いてハイレベルの出力を行おうとすると、ハ
イレベルの出力期間中容量C7から抵抗R1、R2へ電
流が流れて消費電流が増大する。そこで、ハイレベルの
出力期間の立ち上がりと立ち下がりのエッジを示すパル
ス信号S1、S2を用いて、このパルス幅のみにおいて
容量C7から抵抗R1、R2へ電流が流れるようにする
ことで、消費電流を低減することができる。
造を有する装置では、図5に示されるようにトランジス
タM1、M2を形成している活性層22〜24と半導体
基板21との間に寄生容量Cが存在することにより、図
7に示されたタイムチャートにおいて信号波形が点線で
示されるように変化することにより、以下のような問題
が存在した。
ジスタT1のベースにハイレベルの信号S13が入力さ
れると、出力端子OUTが高電源電圧端子HVTの印加
電圧近傍まで上昇する。この電圧上昇過程において、ト
ランジスタM1、M2のそれぞれの寄生容量C1、C2
に電流が流れ込んで充電される。これにより、抵抗R
1、R2に発生する電圧を有する信号S11、S12
は、図7において点線で示されたように変化する。
降下することで、ハイサイド駆動回路12からは点線で
示されたように早いタイミングでローレベルに降下す
る。このため、入力信号INが正規にローレベルに立ち
下がった場合と同様な現象が発生することとなり、出力
端子OUTから出力される信号は点線で示されたよう
に、正規の期間より短い間しかハイレベルを出力するこ
とができずにオフする。従って、出力端子OUTに接続
された図示されていない後段の回路をスイッチング制御
する際に、誤動作を招いていた。
容量等の外的要因により、出力端子OUTの電圧が図7
における時点a2以降においてつり上げられるような現
象が発生した場合、寄生容量C1、C2が存在すると抵
抗R1、R2において電位差が発生する。これにより、
出力端子OUTの電位が点線で示されたようにつり上げ
られるように変動してしまい、やはり後段の回路の誤動
作を招くこととなる。
定することにより、寄生容量C1、C2の持つ影響を低
減する手法も考えられる。しかし、この場合は消費電流
が増加するという新たな問題を発生させることとなり、
低消費電力が要求されるブートストラップ方式による装
置では好ましくない。
ことによる影響を抑制するため、トランジスタT1の閾
値を高く設定したり、新たな回路を付加する等の手法も
存在する。しかし、この場合はスイッチングロスが増大
したり、回路の複雑化やチップ面積の増大等の問題が発
生する。
あり、簡易な回路構成により、回路の複雑化や消費電流
の増加を招くことなく、後段に接続されスイッチング制
御の対象となる回路の誤動作を防止することが可能な半
導体集積回路を提供することを目的とする。
は、誘電体分離構造を用いた半導体集積回路において、
高電源電圧端子と出力端子との間に接続された第1の容
量と、入力信号を与えられて立ち上がり及び立ち下がり
のエッジをそれぞれ検出し、立ち上がり検出信号及び立
ち下がり検出信号を出力するエッジ検出回路と、第1の
ノードと低電源電圧端子との間に接続され、前記立ち上
がり検出信号を与えられてオン・オフを制御される第1
のトランジスタと、第2のノードと低電源電圧端子との
間に接続され、前記立ち下がり検出信号を与えられてオ
ン・オフを制御される第2のトランジスタと、出力端子
と第3のノードとの間に一端が接続された第1の抵抗
と、前記出力端子と第4のノードとの間に一端が接続さ
れた第2の抵抗と、高電源電圧端子と前記第1のノード
とに接続された第1の電流経路と、高電源電圧端子と前
記第3のノードとに接続された第2の電流経路とを有す
る第1のカレントミラー回路と、高電源電圧端子と前記
第2のノードとに接続された第3の電流経路と、高電源
電圧端子と前記第4のノードとに接続された第4の電流
経路とを有する第2のカレントミラー回路と、前記第3
のノードと低電源電圧端子との間に接続された第2の容
量と、前記第4のノードと低電源電圧端子との間に接続
された第3の容量と、前記第3、第4のノードから供給
された信号に基づき、ハイサイド駆動信号を出力するハ
イサイド駆動回路と、高電源電圧端子と前記出力端子と
の間に接続され、前記ハイサイド駆動信号を与えられて
制御されるハイサイド出力素子とを備え、前記第1のト
ランジスタがオンすると、前記第1のカレントミラー回
路は前記第1の電流経路を介して前記第1のトランジス
タの寄生容量を充電する電流と略同一の電流で前記第2
の容量を前記第2の電流経路を介して充電し、前記第2
のトランジスタがオンすると、前記第2のカレントミラ
ー回路は前記第3の電流経路を介して前記第2のトラン
ジスタの寄生容量を充電する電流と略同一の電流で前記
第3の容量を前記第4の電流経路を介して充電すること
で、前記第1、第2のトランジスタのそれぞれの寄生容
量が前記第1、第2の抵抗に発生する電位差に与える影
響を相殺することを特徴とする。
記入力信号を与えられてローサイド駆動信号を出力し、
前記出力端子と低電源電圧端子との間に接続され、前記
ローサイド駆動信号を与えられて制御されるローサイド
出力素子をさらに備えることもできる。
ジスタの寄生容量と略同一の大きさを有し、前記第3の
容量は、前記第2のトランジスタの寄生容量と略同一の
大きさを有することが望ましい。
て図面を参照して説明する。
積回路は、図1に示される構成を備えている。
路と比較し、抵抗R1及びR2を除去し、カレントミラ
ー回路CMC1及びCMC2、抵抗R3及びR4、容量
C3及びC4を付加したものに相当する。
イポーラトランジスタQ1、Q2を備え、トランジスタ
Q1、Q2のエミッタが共に容量C5の一端に接続さ
れ、ベースが共にトランジスタM1のドレインに接続さ
れ、トランジスタQ1のコレクタがトランジスタM1に
ドレイン、トランジスタQ2のコレクタが抵抗R3を介
して出力端子OUTに接続され、さらに容量C3を介し
て低電源電圧端子LVTに接続されている。
イポーラトランジスタQ3、Q4を備え、トランジスタ
Q3、Q4のエミッタが共に容量C5の一端に接続さ
れ、ベースが共にトランジスタM2のドレインに接続さ
れ、トランジスタQ3のコレクタがトランジスタM2に
ドレイン、トランジスタQ4のコレクタが抵抗R4を介
して出力端子OUTに接続され、さらに容量C4を介し
て低電源電圧端子LVTに接続されている。
略同一サイズを有し、トランジスタQ3とトランジスタ
Q4とは略同一サイズを有する。また容量C3はトラン
ジスタM1に寄生する容量C1と大きさが略同一であ
り、容量C4はトランジスタM2に寄生する容量C2と
大きさが略同一である。他の図6に示された素子と同一
のものには同一の符号を付して説明を省略する。
いて、各信号の動作波形を示した図2のタイムチャート
を用いて説明する。
され、ハイレベルに立ち上がるエッジを検出したパルス
信号S1が生成されてトランジスタM1のゲートに与え
られ、ローレベルに立ち下がるエッジを検出したパルス
信号S2が生成されてトランジスタM2のゲートに与え
られる。トランジスタM1がオンすると、カレントミラ
ー回路CMC1におけるトランジスタQ1から寄生容量
C1を充電するように電流が流れる。しかし、これと略
同一電流がトランジスタQ2から容量C3を充電する電
流が流れる。これにより、抵抗R3の両端に発生する電
圧を有する信号S3が寄生容量C1の影響により電圧降
下することが防止される。
カレントミラー回路CMC2におけるトランジスタQ3
から寄生容量C2を充電するように電流が流れる。とこ
ろが、略同一電流がトランジスタQ4から容量C4を充
電する電流が流れるため、抵抗R4の両端に発生する電
圧を有する信号S4が寄生容量C2の影響により電圧降
下することが防止される。
に入力されて合成され、図2に示されるようなハイレベ
ルの出力期間中に対応した正規のパルス幅を有するハイ
サイド駆動信号S5が出力され、ハイサイド出力トラン
ジスタT1のゲートに入力される。
タT1からは、出力端子OUTを介して正常な波形を有
する信号OUTが出力される。よって、この信号OUT
を与えられてスイッチング制御される図示されていない
後段の回路が誤動作することなく正常に動作することが
できる。
ラー回路CMC1を設け、トランジスタQ1を介して流
れる第1の電流経路により寄生容量C1を充電し、これ
と略同一電流をトランジスタQ2を介して流れる第2の
電流経路により容量C3を充電する。同様に、カレント
ミラー回路CMC2を設け、トランジスタQ3を介して
流れる第3の電流経路により寄生容量C2を充電し、こ
れと略同一電流をトランジスタQ4を介して流れる第4
の電流経路により容量C4を充電する。即ち、ハイサイ
ド駆動回路2の入力端子と低電圧端子LVTとの間に、
トランジスタM1、M2の寄生容量C1、C2に対応し
た容量C3、C4を強制的に付加することで寄生容量C
1、C2の影響を相殺し、ハイサイド駆動回路2の入力
信号S3、S4の電圧が降下することを防止している。
UTの変化について説明する。時点b2において、入力
信号INに変化はない。よって、出力信号OUTの正規
なレベルは「0」である。しかし、出力端子OUTに接
続された回路の負荷容量等の外的要因によって、出力端
子OUTのレベルが変化しようとする場合(図2におけ
るケース(1)又はケース(2))がある。このような
場合にも、容量C3及びC4を適切な大きさに設定する
ことで、ケース(3)のように出力端子OUTの出力変
動を防止することができる。
圧に容量C3の大きさが与える影響、同様に抵抗R4に
発生する信号S4の電圧に容量C4の大きさが与える影
響を示す。
差をV3とすると、次の(1)式で表される。
3とが大きさが同じである場合(ケース(3))、電位
差V3は発生しない。この結果、出力信号OUTは時点
b2以降において変動することなく「0」のレベルを維
持する。同様に、容量C2と容量C4とが大きさが同じ
であれば、抵抗R4の両端に発生する電位差V4は
「0」であり、出力変動も生じない。
が「0」である場合(ケース(1))においては、電位
差V3(V4)が最も大きくなる。この場合は、出力信
号OUTは図2に示されたように最も大きく変化する。
(あるいは容量C4)より小さいが「0」でない場合
(ケース(2))では、電位差V3(V4)は場合
(1)より小さいが0でない電位差が発生する。この場
合には、図2に示されたように出力変動が生じる。
さを有する容量C3、寄生容量C2と同じ大きさを有す
る容量C4を付加することで、外的要因により出力変動
が発生するのを防止することができることがわかる。
を限定するものではない。例えば、上記第1の実施の形
態では、ローサイド側の出力素子としてNPN型バイポ
ーラトランジスタT2を用いている。しかし、この構成
に限らず、図4に示された本発明の第2の実施の形態の
ように、トランジスタT2の替わりに抵抗R5を用いて
もよい。この場合は、トランジスタT2のゲートに供給
していた信号S6をエッジ検出回路1が生成する必要が
ないので、回路構成をより簡易にすることができる。
トミラー回路CMC1、CMC2がバイポーラトランジ
スタで構成されている。しかし、カレントミラー回路を
MOS型トランジスタで構成してもよい。
第1の実施の形態ではバイポーラトランジスタで構成し
ているが、MOS型トランジスタ、あるいはサイリスタ
等で構成していもよい。
回路では、入力信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッ
ジに同期してオン・オフする第1、第2のトランジスタ
に寄生する容量が出力電圧に与える影響を、この容量を
充電する電流と略同一の電流で強制的に付加した容量を
充電することで寄生容量の影響を相殺することにより、
出力信号によってスイッチング制御される後段の回路の
誤動作を防止することが可能である。
路の構成を示した回路図。
ムチャート。
る信号S3の電圧に容量C3の大きさが与える影響、同
様に抵抗R4に発生する信号S4の電圧に容量C4の大
きさが与える影響を示す説明図。
路の構成を示した回路図。
半導体基板の構造を示した縦断面図。
ムチャート。
Claims (3)
- 【請求項1】誘電体分離構造を用いた半導体集積回路に
おいて、 高電源電圧端子と出力端子との間に接続された第1の容
量と、 入力信号を与えられて立ち上がり及び立ち下がりのエッ
ジをそれぞれ検出し、立ち上がり検出信号及び立ち下が
り検出信号を出力するエッジ検出回路と、 第1のノードと低電源電圧端子との間に接続され、前記
立ち上がり検出信号を与えられてオン・オフを制御され
る第1のトランジスタと、 第2のノードと低電源電圧端子との間に接続され、前記
立ち下がり検出信号を与えられてオン・オフを制御され
る第2のトランジスタと、 出力端子と第3のノードとの間に一端が接続された第1
の抵抗と、 前記出力端子と第4のノードとの間に一端が接続された
第2の抵抗と、 高電源電圧端子と前記第1のノードとに接続された第1
の電流経路と、高電源電圧端子と前記第3のノードとに
接続された第2の電流経路とを有する第1のカレントミ
ラー回路と、 高電源電圧端子と前記第2のノードとに接続された第3
の電流経路と、高電源電圧端子と前記第4のノードとに
接続された第4の電流経路とを有する第2のカレントミ
ラー回路と、 前記第3のノードと低電源電圧端子との間に接続された
第2の容量と、 前記第4のノードと低電源電圧端子との間に接続された
第3の容量と、 前記第3、第4のノードから供給された信号に基づき、
ハイサイド駆動信号を出力するハイサイド駆動回路と、 高電源電圧端子と前記出力端子との間に接続され、前記
ハイサイド駆動信号を与えられて制御されるハイサイド
出力素子と、 を備え、 前記第1のトランジスタがオンすると、前記第1のカレ
ントミラー回路は前記第1の電流経路を介して前記第1
のトランジスタの寄生容量を充電する電流と略同一の電
流で前記第2の容量を前記第2の電流経路を介して充電
し、前記第2のトランジスタがオンすると、前記第2の
カレントミラー回路は前記第3の電流経路を介して前記
第2のトランジスタの寄生容量を充電する電流と略同一
の電流で前記第3の容量を前記第4の電流経路を介して
充電することで、前記第1、第2のトランジスタのそれ
ぞれの寄生容量が前記第1、第2の抵抗に発生する電位
差に与える影響を相殺することを特徴とする半導体集積
回路。 - 【請求項2】前記エッジ検出回路はさらに、前記入力信
号を与えられてローサイド駆動信号を出力し、 前記出力端子と低電源電圧端子との間に接続され、前記
ローサイド駆動信号を与えられて制御されるローサイド
出力素子をさらに備えることを特徴とする請求項1記載
の半導体集積回路。 - 【請求項3】前記第2の容量は、前記第1のトランジス
タの寄生容量と略同一の大きさを有し、前記第3の容量
は、前記第2のトランジスタの寄生容量と略同一の大き
さを有することを特徴とする請求項1又は2記載の半導
体集積回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000178426A JP2001358567A (ja) | 2000-06-14 | 2000-06-14 | 半導体集積回路 |
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JP2000178426A JP2001358567A (ja) | 2000-06-14 | 2000-06-14 | 半導体集積回路 |
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JP (1) | JP2001358567A (ja) |
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