JP2005038962A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

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浩司 坂田
Hiroyuki Okada
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a substrate itself from being included into a feedback loop when a noise voltage generated in a digital circuit is reduced by a noise reducing circuit. <P>SOLUTION: A semiconductor integrated circuit, on which a digital circuit and an analog circuit are mounted under a mixed state, is provided with a noise reducing circuit 15 constituted of a differential amplifier 16 having an inversion input terminal, a noninverting input terminal, and an output terminal while the inversion input terminal is connected to a border guard band region 14 in the semiconductor integrated circuit and the noninverting input terminal is connected to the node of a reference potential; and a capacitance 17 for feedback, which is connected between the differential amplifier 16 and the inversion input terminal. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ノイズ低減回路が内蔵された半導体集積回路に係り、特に1チップ上にデジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
SoC(システムオンチップ)の大規模化と高速化に伴ってCMOSデジタル回路のスイッチングノイズが増大し、IC基板を経由して同一チップ内のアナログ回路に与える影響が問題になっている。このような基板結合ノイズの克服は、アナログ回路のオンチップ化に不可欠である。
【0003】
特にMOSトランジスタが微細化、高速化され、デジタル回路で発生するノイズが高周波の領域になると、寄生容量や寄生インダクタの影響が顕在化し、IC基板を介した基板結合ノイズの影響はアナログ回路にとって深刻なものとなる。
【0004】
このような基板結合ノイズを低減することは、アナログ回路を搭載するSoCの重要な設計課題であり、高周波領域においてもなお寄生インピーダンスに影響されない結合ノイズ低減手法が必要になる。
【0005】
デジタル回路、アナログ回路間の基板結合ノイズを防止するために、従来から両回路の電源/接地配線及びウェルの分離、ガードバンドの設置、容量によるデカップリングなどが用いられている。
【0006】
ウェル分離は、ノイズが高周波領域になると、寄生容量結合(jωC)が増大して分離効果がなくなる。また、ガードバンドや容量デカップリングは、配線の寄生インダクタンスによって接地インピーダンス(jωL)が増大するため、その効果がなくなり、基板結合ノイズの低減に役立たなくなるという問題がある。
【0007】
なお、特許文献1には、オペアンプの帰還制御を利用して基板結合ノイズを低減するようにしたものが開示されている。具体的には、オペアンプを用いて基板結合ノイズを検出し、これを相殺するような相殺信号を、容量を介して基板に供給するものである。
【0008】
しかし、上記特許文献1に記載されたものでは、基板自体が帰還ループに含まれるために、基板の寄生パラメータを考慮して回路設計を行う必要があり、そのために回路設計が容易に行えないという問題がある。
【0009】
【特許文献1】
特開平11−233714号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来では、基板自体が帰還ループに含まれるために、ノイズ低減回路の回路設計が容易に行えないという問題がある。
【0011】
この発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、デジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路において、高周波領域のノイズを効果的に低減できると共に、容易に回路設計できるノイズ低減回路を有する半導体集積回路を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
第1の発明の半導体集積回路は、デジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路において、第1、第2の入力端子と出力端子とを有し、第1の入力端子が上記半導体集積回路内の所定のノードに接続され、第2の入力端子が基準電位のノードに接続された差動増幅器と、上記差動増幅器の出力端子と第1の入力端子との間に接続された容量とからなるノイズ低減回路を具備している。
【0013】
第2の発明の半導体集積回路は、デジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路において、第1、第2の入力端子と出力端子とを有し、第1の入力端子が基準電位のノードに接続された差動増幅器と、上記差動増幅器の第2の入力端子と半導体集積回路内の複数の各ノードとの間に接続された複数の第1の容量と、上記差動増幅器の出力端子と半導体集積回路内の上記複数の各ノードとの間に接続された複数の第2の容量とからなるノイズ低減回路を具備している。
【0014】
第3の発明の半導体集積回路は、デジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路において、第1、第2の入力端子と出力端子とを有し、第1の入力端子が半導体集積回路内の第1の配線に接続され、第2の入力端子が半導体集積回路内の第2の配線に接続された差動増幅器と、上記差動増幅器の出力端子と第1の入力端子との間に接続された容量とからなるノイズ低減回路を具備している。
【0015】
第4の発明の半導体集積回路は、デジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路において、第1、第2の入力端子と出力端子とを有し、第1の入力端子が半導体集積回路内の第1の配線に接続され、第2の入力端子が基準電位のノードに接続された第1の差動増幅器と、上記第1の差動増幅器の出力端子と第1の入力端子との間に接続された第1の容量と、第3、第4の入力端子と出力端子とを有し、第3の入力端子が半導体集積回路内の第2の配線に接続され、第4の入力端子が上記基準電位のノードに接続された第2の差動増幅器と、上記第2の差動増幅器の出力端子と第3の入力端子との間に接続された第2の容量とからなるノイズ低減回路を具備している。
【0016】
第5の発明の半導体集積回路は、デジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路において、第1、第2の入力端子と出力端子とを有する差動増幅器と、上記差動増幅器の第1の入力端子と半導体集積回路内の第1の配線上の所定のノードとの間に接続された第1の容量と、上記差動増幅器の第1の入力端子と半導体集積回路内の第2の配線上の所定のノードとの間に接続された第2の容量と、上記差動増幅器の出力端子と上記第1の配線上の上記所定のノードとの間に接続された第3の容量と、上記差動増幅器の出力端子と上記第2の配線上の上記所定のノードとの間に接続された第4の容量とを有し、上記差動増幅器の第2の入力端子が基準電位のノードに接続されているノイズ低減回路を具備している。
【0017】
第6の発明の半導体集積回路は、デジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路において、第1、第2の入力端子と、互いに逆相の第1、第2の出力端子とを有し、第1の入力端子が半導体集積回路内の第1の配線上の所定のノードに接続され、第2の入力端子が半導体集積回路内の第2の配線上の所定のノードに接続された差動増幅器と、上記差動増幅器の第1の出力端子と上記第1の入力端子との間に接続された第1の容量と、上記差動増幅器の第2の出力端子と上記第2の入力端子との間に接続された第2の容量とからなるノイズ低減回路を具備している。
【0018】
第7の発明の半導体集積回路は、デジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路において、第1、第2及び第3の入力端子とこれら各入力端子に対応した第1、第2及び第3の出力端子を有し、第1、第2及び第3の各出力端子から、対応する入力端子への入力電圧とそれ以外の他の2つの入力端子への入力電圧の重み付け加算電圧との差を出力する差動段と、この差動段の第1、第2及び第3の出力端子のうちいずれか1つの出力端子の出力を反転増幅する2つの出力段とを有し、第1の入力端子が半導体集積回路内の第1の配線上の所定のノードに接続され、第2の入力端子が半導体集積回路内の第2の配線上の所定のノードに接続された差動増幅器と、上記2つの出力段の一方の出力端子と上記第1の入力端子との間に接続された第1の容量と、上記2つの出力段の他方の出力端子と上記第2の入力端子との間に接続された第2の容量とを有し、上記差動増幅器の第3の入力端子が基準電圧のノードに接続されているノイズ低減回路を具備している。
【0019】
第8の発明の半導体集積回路は、デジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路において、第1、第2及び第3の入力端子とこれら各入力端子に対応した第1、第2及び第3の出力端子を有し、第1、第2及び第3の各出力端子から、対応する入力端子への入力電圧とそれ以外の他の2つの入力端子への入力電圧の重み付け加算電圧との差を出力する差動段と、この差動段の第3の出力端子の出力を増幅する1つの出力段とを有し、第1の入力端子が半導体集積回路内の第1の配線上の所定のノードに接続され、第2の入力端子が半導体集積回路内の第2の配線上の所定のノードに接続された差動増幅器と、上記出力段の出力端子と第1または第2の入力端子との間に接続された容量とを有し、上記差動段の第3の入力端子が基準電位のノードに接続されているノイズ低減回路を具備している。
【0020】
第9の発明の半導体集積回路は、デジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路において、第1、第2及び第3の入力端子とこれら各入力端子に対応した第1、第2及び第3の出力端子を有し、第1、第2及び第3の各出力端子から、対応する入力端子への入力電圧とそれ以外の他の2つの入力端子への入力電圧の重み付け加算電圧との差を出力する差動段と、この差動段の第1、第2の出力端子の出力をそれぞれ増幅する第1、第2の出力段とを有し、第1の入力端子が半導体集積回路内の第1の配線上の所定のノードに接続され、第2の入力端子が半導体集積回路内の第2の配線上の所定のノードに接続され、第3の入力端子が基準電位のノードに接続された差動増幅器と、上記第1の出力段の出力端子と第1の入力端子との間に接続された第1の容量と、上記第2の出力段の出力端子と上記第2の入力端子との間に接続された第2の容量とからなるノイズ低減回路を具備している。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0022】
(第1の実施の形態)
図1は、この発明の第1の実施の形態に係る半導体集積回路(IC)の概略的な構成を示す回路図である。
【0023】
第1導電型の半導体基板11の表面領域には、基板11とは異なる第2導電型の複数のウェル領域12が形成されている。図1では2つのウェル領域12a、12bが例示されている。
【0024】
一方のウェル領域12aには、図示しない第1チャネル型の複数のMOSトランジスタが形成されている。またウェル領域12a内もしくはその近傍には第1導電型のウェル領域が形成され、この第1導電型のウェル領域には第2チャネル型の複数のMOSトランジスタが形成されている。そして、これら第1、第2チャネル型の複数のMOSトランジスタが相互に結線されることで、ウェル領域12a内もしくはウェル領域12a内とその近傍に設けられた第1導電型のウェル領域内にはCMOS型のデジタル回路が構成されている。
【0025】
上記ウェル領域12aと離間して形成された他方のウェル領域12bにも図示しない第1チャネル型の複数のMOSトランジスタが形成されている。また、ウェル領域12b内もしくはその近傍にも第1導電型のウェル領域が形成され、この第1導電型のウェル領域には第2チャネル型の複数のMOSトランジスタが形成されている。そして、これら第1、第2チャネル型の複数のMOSトランジスタが相互に結線されることで、ウェル領域12b内もしくはウェル領域12b内とその近傍に設けられた第1導電型のウェル領域内にはアナログ回路が構成されている。つまり、上記基板11には、デジタル回路とアナログ回路とが混載されている。
【0026】
上記一方のウェル領域12a周囲の基板11には、このウェル領域12aを取り囲むように、基板11と同一導電型、つまり第1導電型のウェル周囲ガードバンド領域13が形成されている。このガードバンド領域13は、通常、ICに供給される電源電圧または接地電圧が印加され、このウェル領域12a内に形成されているデジタル回路で発生したスイッチングノイズが、基板11を経由して他方のウェル領域12bに形成されているアナログ回路を含む他の回路に到達することを防ぐ。
【0027】
さらに、デジタル回路で発生したスイッチングノイズがアナログ回路に到達することを防ぐために、上記一方及び他方のウェル領域12a、12b相互間の基板11には、基板11と同一導電型(第1導電型)の境界ガードバンド領域14が形成されている。
【0028】
上記境界ガードバンド領域14にはノイズ低減回路15が接続されている。このノイズ低減回路15は、反転入力端子(−)、非反転入力端子(+)及び出力端子を有する差動増幅器(オペアンプ)16と、帰還用の容量17とから構成されている。差動増幅器16の反転入力端子(−)は上記境界ガードバンド領域14に接続され、出力端子と反転入力端子(−)との間には帰還用の容量17が接続されている。差動増幅器16の非反転入力端子(+)には、接地基準配線18及び外部端子19を介して、IC外部の接地基準電圧Vgnd(またはVref)が供給される。なお、図中の符号L及びRはそれぞれ、接地基準配線18及び外部端子19の経路に付随している寄生インダクタンス及び寄生抵抗を等価的に示している。
【0029】
このような構成において、差動増幅器16は、非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)の直流電位が等しくなるように動作する。差動増幅器16の非反転入力端子(+)はIC外部の接地基準電圧Vgndに接続されているので、反転入力端子(−)は仮想接地された状態となる。従って、この反転入力端子(−)に接続されている境界ガードバンド領域14も仮想接地されている。
【0030】
ここで、ウェル領域12a内に形成されたデジタル回路が動作することによってスイッチングノイズが発生し、これによってノイズ電流が基板11を経由して他方のウェル領域12bに伝達される際に、仮想接地されている境界ガードバンド領域14を介して、ノイズ電流がノイズ低減回路15内の差動増幅器16に吸収される。
【0031】
この際、差動増幅器16の入出力端子間に接続された容量17は、差動増幅器16の利得倍されたミラー容量として働き、境界ガードバンド領域14のデカップリングに役立つ。
【0032】
また、ノイズ電流が吸収される際に、接地基準配線18には電流が流れないので、接地基準配線18及び外部端子19等における寄生インダクタンスLにはノイズが発生せず、境界ガードバンド領域14は安定に仮想接地された状態となる。
【0033】
すなわち、デジタル回路で発生したノイズは、アナログ回路に到達する前に境界ガードバンド領域14を経由して差動増幅器16で吸収されるので、アナログ回路にはノイズ電流が伝わり難くなる。これにより、デジタル回路が動作することによって発生するスイッチングノイズによるアナログ回路の誤動作が抑制される。また、差動増幅器16として広帯域動作が可能なものを使用すれば、高周波領域に渡ってノイズが低減でき、寄生インダクタンスの影響も受けない。
【0034】
しかも、差動増幅器16の帰還ループには帰還用の容量17が挿入されているだけであり、特許文献1に記載されている技術のように基板自体が帰還ループに含まれない。このため、ノイズ低減回路の回路設計を容易に行うことができる。
【0035】
図2は、第1の実施形態によるノイズ低減回路と、従来のノイズ低減手法である図3に示すように容量Cを用いたデカップリング法とについて、ノイズ低減効果(ノイズ低減比)を試算した結果を示している。なお、ここでは、容量Cの値を2pF、寄生インダクタンスLの値を100nH、寄生抵抗Rの値を20Ω、ノイズ源からの結合容量Cnを1pFとした。
【0036】
第1の実施形態によるノイズ低減回路の場合、差動増幅器16の直流利得(DCゲイン)が26dB、帯域fcが200MHzと800MHzの2例を示した。ノイズ源レベルはいずれの場合にも0dBである。
【0037】
図2中、特性Aは第1の実施形態のノイズ低減回路によるものであり、特性Bは容量を用いた従来のデカップリング手法によるものである。図2明らかなように、従来の容量を用いたデカップリング手法による場合にもノイズはある程度低減されている。しかし、寄生インダクタンスLに電流が流れるために、高周波数領域では寄生インダクタンスLにノイズが発生し、低減の効果がなくなる。これに対し、第1の実施形態のノイズ低減回路では、帯域fcが200MHzと800MHzの両方共、ノイズが効果的に低減されている。
【0038】
さらに、図4は、第1の実施形態において差動増幅器をCMOS回路で構成した場合のノイズ低減回路と、従来の容量を用いたデカップリング手法と、何の対策も施さない場合との3例について、ノイズ低減効果(ノイズ低減比)をシミュレーションした結果の一例を示している。
【0039】
図4中、特性Aは何の対策も施さない場合のものであり、特性Bは従来の容量を用いたデカップリング手法による場合のものであり、特性Cは第1の実施形態のノイズ低減回路による場合のものである。なお、第1の実施形態によるノイズ低減回路において、容量17の値は1pFとし、デカップリング手法による場合の容量Cの値は500pFとした。この場合にもノイズ源レベルはいずれも0dBである。
【0040】
図4から明らかなように、容量を用いたデカップリング手法による場合(特性B)と比べて、第1の実施形態のノイズ低減回路による場合(特性C)の方が、ノイズ低減効果が優れていることがわかる。
【0041】
図5は、第1の実施形態のノイズ低減回路を実際のICに適用した場合のICチップの概略的な構成を示す回路図である。なお、図5において、図1と対応する箇所には同じ符号を付して説明を行う。
【0042】
デジタル回路が形成されているウェル領域12a内には、このウェル領域12aに対してウェル電位を供給するためのウェルバイアス領域21が形成されている。このウェルバイアス領域21には、電源配線22を介して電源電圧Vddが印加される。また、上記ウェル領域12aを取り囲むようにウェル周囲ガードバンド領域13aが形成されている。このウェル周囲ガードバンド領域13aには、接地配線23を介して接地電圧Vssが印加される。
【0043】
ウェル領域12a内に形成されているデジタル回路で発生するスイッチングノイズが外部に漏れ難くするために、ウェル周囲ガードバンド領域13aにはノイズ低減回路15aが接続されている。
【0044】
アナログ回路が形成されているウェル領域12b内には、このウェル領域12bに対してウェル電位を供給するためのウェルバイアス領域24が形成されている。このウェルバイアス領域24には、電源配線22とは異なる電源配線25を介して電源電圧Vddが印加される。また、ウェル領域12bを取り囲むようにウェル周囲ガードバンド領域13bが形成されている。このウェル周囲ガードバンド領域13bには、接地配線23とは異なる接地配線26を介して接地電圧Vssが印加される。
【0045】
ウェル領域12b内に形成されているアナログ回路にノイズが到達し難くするために、ウェル周囲ガードバンド領域13bにはノイズ低減回路15bが接続されている。さらに、アナログ回路にノイズが到達し難くするために、ウェルバイアス領域24にはノイズ低減回路15cが接続されている。
【0046】
また、ウェル領域12a、12bとの間の基板には、両ウェル領域を隔てるように境界ガードバンド領域14が形成されている。この境界ガードバンド領域14にはノイズ低減回路15dが接続されている。このノイズ低減回路15dは、図1中のノイズ低減回路15に相当する。
【0047】
このように、チップ内で発生したノイズを吸収する必要がある箇所に本実施形態のノイズ低減回路を接続すれば、アナログ回路に到達するノイズを効果的に低減させることができる。
【0048】
図6は、図1中のノイズ低減回路15で使用される差動増幅器16を具体化して示す回路図である。差動増幅器16は差動段16Aとソースフォロワ(SFW)型の出力段16Bとから構成されている。差動段16Aは非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)及び反転出力端子(−)と非反転出力端子(+)とを有する。反転出力端子(−)と非反転入力端子(+)との間には自己バイアス用の帰還抵抗R0が接続され、非反転出力端子(+)と反転入力端子(−)との間には自己バイアス用の帰還抵抗R1が接続されている。差動段16Aの非反転出力端子(+)には出力段16Bの入力端子が接続されている。
【0049】
差動段16Aの非反転入力端子(+)と接地基準配線18との間には、必要に応じて結合容量C0が挿入される。差動段16Aの反転入力端子(−)と境界ガードバンド領域14との間にも、必要に応じて結合容量C1が挿入される。帰還用の容量17の一端は出力段16Bの出力端子に接続され、他端は結合容量C1を介して差動段16Aの反転入力端子(−)に接続されている。
【0050】
図7は、図6に示す差動増幅器16の具体的な回路構成例を示している。差動段16A及び出力段16Bは共にPチャネル及びNチャネルのMOSトランジスタを用いたCMOS構成の回路である。
【0051】
差動段16Aは、PチャネルトランジスタP1、P2及びNチャネルトランジスタN1、N2、N3から構成されている。出力段16Bは、PチャネルトランジスタP3、P4で構成されている。
【0052】
差動段16AのPチャネルトランジスタP1、P2は負荷として用いられ、両トランジスタP1、P2のゲートは共通に接続され、この共通ゲートに一定のバイアス電圧Vbpが供給される。NチャネルトランジスタN1、N2は差動対を構成している。そして、一方のトランジスタN1のゲートは非反転入力端子となり、このトランジスタN1のゲートに結合容量C0の一端が接続されている。また、差動対を構成する他方のトランジスタN2のゲートは反転入力端子となり、このトランジスタN2のゲートに結合容量C1の一端が接続されている。ゲートに一定のバイアス電圧Vbnが供給されるトランジスタN3は電流源として使用される。なお、上記両結合容量C0、C1として、Pチャネル及びNチャネルのMOSトランジスタのゲート容量を利用したMOSキャパシタが使用される。さらに、図6中の抵抗R0、R1として、Pチャネル及びNチャネルトランジスタのソース・ドレイン間を並列に接続したCMOSトランスファゲートのオン抵抗が使用される。
【0053】
出力段16Bはソースフォロワ(SFW)型のものであり、ゲートに一定のバイアス電圧Vpnが供給されるトランジスタP3が負荷となり、トランジスタP4のゲートに差動段16Aの非反転出力端子からの出力が供給される。なお、帰還用の容量17として、Nチャネルトランジスタのゲート容量を利用したMOSキャパシタが使用される。
【0054】
(第2の実施の形態)
図8は、この発明の第2の実施の形態に係る半導体集積回路の概略的な構成を示す回路図である。
【0055】
第1の実施形態では、ノイズ低減回路の出力が1つの回路ノード、つまり境界ガードバンド領域のある特定のノードに供給される場合について説明した。換言すれば、帰還用の容量17及び結合容量C1がそれぞれ単一の容量である場合について説明した。
【0056】
これに対し、第2の実施形態では、帰還用の容量17及び結合容量C1を複数に分散させ、基板11内のウェルバイアス領域、境界ガードバンド領域、電源配線や接地配線等における複数のノードに対してノイズ低減回路の出力を分散して供給することで、これら複数のノードに混入するノイズ電圧をノイズ低減回路15によって吸収することで、電位の安定化を図るようにしたものである。
【0057】
図示のように、ノイズ低減回路15内の差動増幅器16は差動段16Aとソースフォロワ(SFW)型の出力段16Bとから構成されている。差動段16Aの非反転入力端子(+)は、接地基準配線18及び外部端子19を介して、IC外部の基準電圧Vgnd(Vref)に接続されている。差動段16Aの反転入力端子(−)には複数の結合容量C1´の各一端が接続されている。これら複数の結合容量C1´の各他端は、基板11内に形成されているウェルバイアス領域、境界ガードバンド領域、電源配線や接地配線等からなる基板内配線27における複数のノードにそれぞれ接続されている。
【0058】
また、差動増幅器16の出力段16Bの出力端子には複数の帰還用の容量17´の各一端が接続されている。これら複数の容量17´の各他端は、上記基板内配線27における複数のノードにそれぞれ接続されている。
【0059】
このような構成の半導体集積回路において、デジタル回路が動作することによってスイッチングノイズが発生し、基板内配線27にこのノイズによるノイズ電圧が混入した場合に、第1の実施形態と同様に、ノイズ電圧はノイズ低減回路15の差動増幅器16で吸収され、基板内配線27における複数のノードの電位の安定化を図ることができる。
【0060】
しかも、差動増幅器16の帰還ループには容量17´及び結合容量C1´が挿入されているだけであり、基板自体が帰還ループに含まれない。このため、ノイズ低減回路の回路設計を容易に行うことができる。
【0061】
(第3の実施の形態)
図9は、この発明の第3の実施の形態に係る半導体集積回路の概略的な構成を示す回路図である。この第3の実施形態は、電源電圧Vddが伝達される電源配線に混入するノイズ電圧(ΔVdd)を低減するためにこの発明のノイズ低減回路を適用したものである。
【0062】
すなわち、図10において、電源配線31には、外部端子32を介してIC外部から電源電圧Vddが伝達される。接地配線33には、外部端子34を介してIC外部から接地電圧Vssが伝達される。ここで、電源配線31は例えばnウェルバイアス配線であり、接地配線33は例えばp基板バイアス配線である。
【0063】
ノイズ低減回路15は差動増幅器16及び帰還用の容量17等から構成されている。差動増幅器16は差動段16Aとソースフォロワ(SFW)型の出力段16Bとからなる。
【0064】
差動段16Aの非反転入力端子(+)は接地配線33上の任意のノードに接続されている。差動段16Aの非反転入力端子(+)と反転出力端子(−)との間には自己バイアス用の帰還抵抗R0が接続されている。差動段16Aの反転入力端子(−)は電源配線31上の任意のノードに接続されている。差動段16Aの反転入力端子(−)と非反転出力端子(+)との間には自己バイアス用の帰還抵抗R1が接続されている。出力段16Bの入力端子は差動段16Aの非反転出力端子(+)に接続され、出力段16Bの出力端子と差動段16Aの反転入力端子(−)との間には帰還用の容量17が接続されている。なお、この場合にも、図示するように、必要に応じて、差動段16Aの非反転入力端子(+)及び反転入力端子(−)と、電源配線31及び接地配線33との間に結合容量C0、C1を挿入してもよい。
【0065】
このような構成において、デジタル回路が動作することによって発生するスイッチングノイズによるノイズ電圧ΔVddが電源配線31に混入した場合、第1の実施形態と同様に、このノイズ電圧は差動増幅器16で吸収される。これにより、電源配線31の電位の安定化を図ることができる。従って、他の配線、例えば接地配線33にノイズ電圧が伝わるおそれはない。
【0066】
他方、ノイズ電圧ΔVssが接地配線33に混入した場合、先に説明したように差動増幅器16の特性により、反転入力端子(−)における電位は非反転入力端子(+)の電位と等しくなるので、反転入力端子(−)の電位は非反転入力端子(+)の電位に追随して変化する。つまり、接地配線33に混入した外来ノイズは、同相ノイズとして電源配線31に伝わる。この結果、両配線相互間には電位が生じないので、両配線に接続された回路、例えばアナログ回路への影響が緩和される。つまり、接地配線33にノイズ電圧が混入しても、このノイズによる誤動作を低減させることができる。
【0067】
(第4の実施の形態)
図10は、この発明の第4の実施の形態に係る半導体集積回路の概略的な構成を示す回路図である。この第4の実施形態は、電源電圧Vddが伝達される電源配線及び接地電圧Vssが伝達される接地配線に個別に混入するノイズ電圧をそれぞれ低減するためにこの発明のノイズ低減回路を適用したものである。
【0068】
図10において、電源配線31には、外部端子32を介してIC外部から電源電圧Vddが伝達される。接地配線33には、外部端子34を介してIC外部から接地電圧Vssが伝達される。さらに、基準電圧配線35には、外部端子36を介してIC外部から基準電圧Vgnd(Vref)が伝達される。ここで、電源配線31は例えばnウェルバイアス配線であり、接地配線33は例えばp基板バイアス配線である。
【0069】
ノイズ低減回路15は、第1及び第2の差動増幅器16a、16bと帰還用の第1の及び第2の容量17a、17b等から構成されている。各差動増幅器16a、16bは共に、差動段16Aとソースフォロワ(SFW)型の出力段16Bとからなる。
【0070】
第1の差動増幅器16a内の差動段16Aの非反転入力端子(+)は基準電圧配線35に接続されている。この差動段16Aの非反転入力端子(+)と反転出力端子(−)との間には自己バイアス用の帰還抵抗R0が接続されている。この差動段16Aの反転入力端子(−)は電源配線31上の任意のノードに接続されている。第1の差動増幅器16a内の差動段16Aの反転入力端子(−)と非反転出力端子(+)との間には自己バイアス用の帰還抵抗R1が接続されている。第1の差動増幅器16a内の出力段16Bの入力端子は差動段16Aの非反転出力端子(+)に接続され、出力段16Bの出力端子と差動段16Aの反転入力端子(−)との間には帰還用の容量17aが接続されている。
【0071】
第2の差動増幅器16b内の差動段16Aの非反転入力端子(+)は基準電圧配線35に接続されている。この差動段16Aの非反転入力端子(+)と反転出力端子(−)との間には自己バイアス用の帰還抵抗R0が接続されている。この差動段16Aの反転入力端子(−)は接地電源配線33上の任意のノードに接続されている。第2の差動増幅器16b内の差動段16Aの反転入力端子(−)と非反転出力端子(+)との間には自己バイアス用の帰還抵抗R1が接続されている。第2の差動増幅器16b内の出力段16Bの入力端子は差動段16Aの非反転出力端子(+)に接続され、出力段16Bの出力端子と差動段16Aの反転入力端子(−)との間には帰還用の容量17bが接続されている。
【0072】
なお、この場合にも、図示するように、必要に応じて、各差動段16Aの非反転入力端子(+)及び反転入力端子(−)と、基準電圧配線35と電源配線31または接地配線33との間に結合容量C0、C1を挿入してもよい。
【0073】
このような構成において、デジタル回路が動作することによって発生するスイッチングノイズによるノイズ電圧ΔVddが電源配線31に混入した場合、このノイズ電圧は第1の差動増幅器16aで吸収され、これにより電源配線31の電位の安定化を図ることができる。
【0074】
他方、ノイズ電圧ΔVssが接地配線33に混入した場合、このノイズ電圧は第2の差動増幅器16bで吸収され、これにより接地配線33の電位の安定化を図ることができる。
【0075】
また、電源配線31及び接地配線33にノイズ電圧が混入した場合、いずれの場合にも基準電圧配線35には電流は流れないので、この基準電圧配線35に付随している寄生インダクタンスにノイズ電圧が誘起されることはない。
【0076】
(第5の実施の形態)
図11は、この発明の第5の実施の形態に係る半導体集積回路の概略的な構成を示す回路図である。この第5の実施形態は、電源電圧Vddが伝達される電源配線及び接地電圧Vssが伝達される接地配線に混入する同相ノイズ電圧を低減するためにこの発明のノイズ低減回路を適用したものである。
【0077】
図11において、電源配線31には、外部端子32を介してIC外部から電源電圧Vddが伝達される。接地配線33には、外部端子34を介してIC外部から接地電圧Vssが伝達される。さらに、基準電圧配線35は基準電圧用の外部端子36に接続されている。この外部端子36には、IC外部において互いに等価な抵抗値を有する2個の抵抗Riを用いて電源電圧Vddと接地電圧Vssとの間の電圧を分割することによって得られる安定した基準電圧(Vdd−Vss)/2が供給される。
【0078】
ノイズ低減回路15は差動増幅器16及び帰還用の一対の容量17a、17b等から構成されている。また、差動増幅器16は差動段16Aと1つの出力段16Bとからなる。
【0079】
差動段16Aの非反転入力端子(+)は基準電圧配線35に接続されている。差動段16Aの反転入力端子(−)は結合容量C1aを介して電源配線31上の任意のノードに接続され、かつ結合容量C1bを介して接地配線33上の任意のノードに接続されている。また、差動段16Aの反転入力端子(−)と出力端子との間には自己バイアス用の帰還抵抗R1が接続されている。
【0080】
出力段16Bの入力端子は差動段16Aの出力端子に接続され、出力段16Bの出力端子は帰還用の容量17aを介して上記電源配線31上の上記任意のノードに接続されかつ帰還用の容量17bを介して上記接地配線33上の上記任意のノードに接続されている。
【0081】
このような構成において、差動増幅器16の差動段16Aの非反転入力端子(+)には基準電圧(Vdd−Vss)/2が供給されており、差動段16Aの反転入力端子(−)はこの基準電圧によって仮想接地されている。このため、電源配線31及び接地配線33に混入する同相ノイズ電圧(ΔVdd+ΔVss)は差動増幅器16で吸収される。
【0082】
他方、電源配線31及び接地配線33に差動ノイズ電圧が混入した場合には、両配線間で直列に接続されている一対の容量17a、17bを介して電流が流れることによって平滑化され、低減される。
【0083】
なお、この第5の実施形態では、出力段16Bの出力端子を帰還用の容量17aを介して電源配線31上の任意のノードに、かつ帰還用の容量17bを介して接地配線33上の任意のノードに接続することで、電源配線31及び接地配線33に混入する同相ノイズ電圧を差動増幅器16で吸収させる場合について説明したが、これは接地配線33、電源配線31の代りに信号配線を接続することで、この両信号配線に混入する同相ノイズ電圧を差動増幅器16で吸収させるように構成してもよい。
【0084】
(第6の実施の形態)
図12は、この発明の第6の実施の形態に係る半導体集積回路の概略的な構成を示す回路図である。なお、この第6の実施形態に係る半導体集積回路の基本的な構成は第5の実施形態のものと同様なので、第5の実施形態と異なる点についてのみ以下に説明する。
【0085】
第5の実施形態において、差動増幅器16は差動段16Aと1つの出力段16Bとから構成されていた。これに対し、第6の実施の形態では、差動増幅器16は差動段16Aと2個のソースフォロワ(SFW)型の出力段16Ba、16Bbとから構成されている。2個の出力段16Ba、16Bbの入力端子は差動段16Aの同じ出力端子に接続されている。そして、一方の出力段16Baの出力端子は帰還用の容量17aを介して電源配線31の任意のノードに接続され、他方の出力段16Bbの出力端子は帰還用の容量17bを介して接地配線33の任意のノードに接続されている。
【0086】
図11及び図12中に示す一対の容量17a、17bは、CMOS回路では、例えば、一方の容量17aはPチャネルのMOSトランジスタを用いて、他方の容量17bはNチャネルのMOSトランジスタを用いてそれぞれ構成される。このような場合、図11に示す第5の実施形態のように、1つの出力段16Bからの出力電圧を一対の容量17a、17bに供給すると、容量の両端間に十分な電位差が加わらず、十分な容量が得られないことがある。
【0087】
そこで、この第6の実施の形態では、差動増幅器16の出力段16Bを、PチャネルMOSトランジスタからなる容量17aの駆動用の出力段16BaとNチャネルMOSトランジスタからなる容量17bの駆動用の出力段16Bbの2つに分け、帰還用の容量17a、17bがそれぞれ十分に大きな容量となるように各容量の駆動電圧が異なるようにしたものである。
【0088】
第6の実施の形態において、電源配線31にノイズ電圧(ΔVdd)が、接地配線33にノイズ電圧(ΔVss)がそれぞれ混入した場合、差動増幅器16では、上記両ノイズ電圧の同相電圧(ΔVdd+ΔVss)がゼロとなるように負帰還制御が働き、上記同相電圧成分が吸収される。この場合、帰還用の容量17a、17bは別々の出力段16Ba、16Bbで駆動されるため、例えばPチャネル、NチャネルのトランジスタからなるMOS型容量にそれぞれ適した駆動電圧を設定することができる。これにより、小さな寸法のトランジスタで大きな容量を得ることができるので設計自由度が増し、ノイズ電圧の抑制効果が強化される。
【0089】
なお、上記一方の出力段16BaはNチャネルトランジスタを用いたソースフォロワとし、他方の出力段16BbはPチャネルトランジスタを用いたソースフォロワとすることが効果的である。
【0090】
また、この第6の実施形態においても、接地配線33、電源配線31の代りに信号配線を接続することで、この両信号配線に混入する同相ノイズ電圧を差動増幅器16で吸収させるように構成してもよい。
【0091】
(第7の実施の形態)
図13は、この発明の第7の実施の形態に係る半導体集積回路の概略的な構成を示す回路図である。上記第1乃至第6の実施の形態では、ノイズ低減回路15内の差動増幅器として2入力のものを用いる場合を説明した。これに対して、第7の実施の形態では、ノイズ低減回路15内の差動増幅器として3入力の差動増幅器を用いるようにしたものである。
【0092】
図13において、電源配線31には、外部端子32を介してIC外部から電源電圧Vddが伝達される。接地配線33には、外部端子34を介してIC外部から接地電圧Vssが伝達される。さらに、基準電圧配線35は外部端子36に接続されている。この外部端子36には、基準電圧として、例えば、IC外部において互いに等価な抵抗値を有する2個の抵抗Riを用いて電源電圧Vddと接地電圧Vssとの間の電圧を分割することによって得られる安定した基準電圧(Vdd−Vss)/2が供給される。
【0093】
ノイズ低減回路15は3入力の差動増幅器41及び帰還用の一対の容量17a、17b等から構成されている。また、差動増幅器41は差動段41Aと2個の反転出力段41Ba、41Bbとからなる。さらに、差動段41Aは第1乃至第3の入力端子とこれに対応した第1乃至第3の出力端子とを有する。
【0094】
差動段41Aの第1の入力端子(非反転入力端子(+))は、結合容量C1aを介して電源配線31上の任意のノードに接続されている。差動段41Aの第2の入力端子(反転入力端子(−))は、結合容量C1bを介して接地配線33上の任意のノードに接続されている。さらに、差動段41Aの第3の入力端子は、結合容量C0を介して基準電圧配線35に接続されている。
【0095】
差動段41Aの第1、第2の出力端子と第1、第2の入力端子との間には、自己バイアス用の帰還抵抗R1がそれぞれ接続されている。さらに、差動段41Aの第3の出力端子と第3の入力端子との間には自己バイアス用の帰還抵抗R0が接続されている。
【0096】
2個の出力段41Ba、41Bbの入力端子は共に差動段41Aの第3の出力端子に接続され、一方の出力段41Baの出力端子は帰還用の容量17aを介して電源配線31上の上記任意のノードに接続され、他方の出力段41Bbの出力端子は帰還用の容量17bを介して接地配線33上の上記任意のノードに接続されている。
【0097】
図14は、図13中の差動増幅器41の差動段41Aの具体的な回路構成の一例を示している。この回路は、PチャネルトランジスタP11〜P13及びNチャネルトランジスタN11〜N14とから構成されている。
【0098】
PチャネルトランジスタP11〜P13は負荷として用いられ、これらのトランジスタのゲートは共通に接続されている。そして、この共通ゲートには一定のバイアス電圧Vbpが供給される。NチャネルトランジスタN11とN12、N12とN13及びN13とN11とはそれぞれ差動対を構成している。トランジスタN11〜N13のゲートには第1乃至第3の入力端子が設けられ、これら第1乃至第3の入力端子には入力信号Vin1、Vin2、Vin3がそれぞれ入力される。ゲートに一定のバイアス電圧Vbnが供給されるトランジスタN14は電流源として使用される。また、トランジスタP11とN11の接続ノードに第1の出力端子が、トランジスタP12とN12の接続ノードに第2の出力端子が、トランジスタP13とN13の接続ノードに第3の出力端子が設けられ、これら第1乃至第3の出力端子から信号Vout1、Vout2、Vout3がそれぞれ出力される。
【0099】
ここで、図14中の3つの差動対の入力信号Vin1、Vin2、Vin3は、それぞれNチャネルトランジスタN11、N12、N13のゲート・ソース間電圧Vgs1、Vgs2、Vgs3と、これら3個のトランジスタN11、N12、N13のソース共通接続ノードにおける電圧Vcomとの和であり、下記のように表される。
【0100】
Vin1=Vgs1+Vcom …(1)
Vin2=Vgs2+Vcom …(2)
Vin3=Vgs3+Vcom …(3)
いま、トランジスタN11、N12、N13のゲート・ドレイン間に十分高い抵抗(無限大)を接続した平衡状態を考える。この平衡状態における電圧を用いて上記1〜3式を書き直すと、下記の4〜6式が得られる。
【0101】

Figure 2005038962
なお、4〜6式において、
ΔVin1=ΔVgs1+ΔVcom …(7)
ΔVin2=ΔVgs2+ΔVcom …(8)
ΔVin3=ΔVgs3+ΔVcom …(9)
である。
【0102】
すなわち、各入力電圧は平衡状態における直流分Vinx0(x=1,2,3)と変動分(小信号交流分)ΔVinx(x=1,2,3)で表すことができる。
【0103】
このとき、トランジスタN11、N12、N13のドレイン電流Id1、Id2、Id3も、平衡状態における直流電流値Id10、Id20、Id20と、小信号交流分ΔId1、ΔId2、ΔId3で表すことができる。
【0104】
つまり、下記の10〜12式が成立する。
【0105】
Id1=Id10+ΔId1 …(10)
Id2=Id20+ΔId2 …(11)
Id3=Id30+ΔId3 …(12)
テール電流、つまり電流源用のトランジスタN14に流れる電流Issは、トランジスタN11、N12、N13のドレイン電流の和(Id1+Id2+Id3)に等しく、このテール電流を、平衡状態における電流Iss0と変動分ΔIssに分けると下記の13式が得られる。
【0106】
Figure 2005038962
なお、
Iss0=Id10+Id20+Id30 …(14)
ΔIss=ΔId1+ΔId2+ΔId3 …(15)
である。
【0107】
ここで、トランジスタN11、N12、N13は全て飽和領域で動作するものとした場合の、各トランジスタのドレイン電流とゲート電圧の関係を求める。MOSトランジスタの基本式から、各ドレイン電流は下記の16〜18式で与えられる。
【0108】
Id1=(μCox/2)(W1/L1)(Vgs1−Vth)(1+λVds1) …(16)
Id2=(μCox/2)(W2/L2)(Vgs2−Vth)(1+λVds2) …(17)
Id3=(μCox/2)(W3/L3)(Vgs3−Vth)(1+λVds3) …(18)
なお、16〜18式において、μはキャリアの移動度、Coxはゲート絶縁膜の誘電率、Wx(x=1,2,3)は各トランジスタのチャネル幅、Lx(x=1,2,3)は各トランジスタのチャネル長であり、Vthは閾値電圧である。
【0109】
ここで、
ΔIdx=Idx−Idx0=(∂Idx/∂Vgsx)ΔVgsx+(∂Idx/∂Vdsx)ΔVdsx [x=1,2,3]…(19)
を用いて、小信号ドレイン電流ΔId1、ΔId2、ΔId3を求めると、下記の20〜22式が得られる。
【0110】
ΔId1=Id1−Id10=gm1ΔVgs1+(1/ro1)ΔVds1 …(20)
ΔId2=Id2−Id20=gm2ΔVgs2+(1/ro2)ΔVds2 …(21)
ΔId3=Id3−Id30=gm3ΔVgs3+(1/ro3)ΔVds3 …(22)
ただし、gmx[=∂Idx/∂Vgsx]は各トランジスタの相互コンダクタンスであり、rox[(=∂Idx/∂Vdsx)−1]は各トランジスタの出力抵抗であり、gmx(x=1,2,3)は下記の23〜25式で表される。
【0111】
gm1≒μCox(W1/L1)(Vgs10−Vth)(1+λVds10)≒{2μCox(W1/L1)Id10}1/2…(23)
gm2≒μCox(W2/L2)(Vgs20−Vth)(1+λVds20)≒{2μCox(W2/L2)Id20}1/2…(24)
gm3≒μCox(W3/L3)(Vgs30−Vth)(1+λVds30)≒{2μCox(W3/L3)Id30}1/2…(25)
ここで、
1/ro1≒λ(μCox/2)(W1/L1)(Vgs10−Vth)≒λId10 …(26)
1/ro2≒λ(μCox/2)(W2/L2)(Vgs20−Vth)≒λId20 …(27)
1/ro3≒λ(μCox/2)(W3/L3)(Vgs30−Vth)≒λId30 …(28)
で表される。
【0112】
次に、小信号ドレイン電流により、トランジスタN11、N12、N13の出力端子(Vout1,Vout2,Vout3)に生じる小信号電圧分を求める。これら各トランジスタN11、N12、N13の負荷となるPチャネルトランジスタP11、P12、P13には一定のゲートバイアス電圧Vbpが印加されており、小信号においてはそれぞれ等価的に抵抗rp1,rp2,rp3で表すことができる。出力端子における小信号電圧ΔVout1,ΔVout2,ΔVout3は、これらの等価抵抗rp1,rp2,rp3の電圧降下分で表されるので、下記の29〜31式が成立する。
【0113】
ΔVout1=−rp1ΔId1=−rp1{gm1ΔVgs1+(1/ro1)ΔVds1} …(29)
ΔVout2=−rp2ΔId2=−rp2{gm2ΔVgs2+(1/ro2)ΔVds2} …(30)
ΔVout3=−rp3ΔId3=−rp3{gm3ΔVgs3+(1/ro3)ΔVds3} …(31)
また、電流源であるNチャネルトランジスタN14には一定のゲートバイアス電圧Vbnが印加されており、小信号に着目すると、等価的に抵抗rsで表すことができる。テール電流Issは、負荷抵抗rp1,rp2,rp3を流れる電流の合計に等しく、小信号電流ΔIssについて、下記の32式が成立する。
【0114】
Figure 2005038962
以上により、小信号電圧、電流成分の等価回路を表すことができる。
【0115】
つまり、上記7〜9式、14式、15式、20〜22式、29〜31式、32式に基づき、図14に示す3入力の差動段は、図15に示すような小信号等価回路で表すことができる。
【0116】
図15の等価回路から入出力伝達特性を求める。
【0117】
ここで、電圧の変動分ΔVin、ΔVout、ΔVgs、ΔVcomをvin、vout、vgs、vcomでそれぞれ表すことにする。
【0118】
上記29〜31式と10〜12式をそれぞれ書き直すと、下記の33〜35式が得られる。ただし、x=1,2,3である。
【0119】
Voutx=−rpx(gmx・vgsx+vdsx/rox) …(33)
vgsx=vinx−vcom …(34)
vdsx=voutx−vcom …(35)
上記33〜35式から下記の36式が得られる。
【0120】
Figure 2005038962
また、32式を書き直すと、下記の37式が得られる。
【0121】
vcom/rs=−(vout1/rp1+vout2/rp2+vout3/rp3) …(37)
36式及び37式からvoutxに着目して解くと、以下の38式が得られる。
【0122】
Figure 2005038962
従って、下記の39〜41式に示す連立方程式が成り立つ。
【0123】
Figure 2005038962
ここで、下記の42〜50式のように係数を定義して上記39〜41式を書き直すと、下記の51〜53式に示す連立方程式が得られる。
【0124】
a11=1+rp1/ro1−rs(gm1+1/ro1) …(42)
a12=−rs(rp1/rp2)(gm1+1/ro1) …(43)
a13=rs(rp1/rp3)(gm1+1/ro1) …(44)
a21=−rs(rp2/rp1)(gm2+1/ro2) …(45)
a22=1+rp2/ro2−rs(gm1+2/ro2) …(46)
a23=−rs(rp2/rp3)(gm2+1/ro2) …(47)
a31=−rs(rp3/rp1)(gm3+1/ro3) …(48)
a32=−rs(rp3/rp2)(gm3+1/ro3) …(49)
a33=1+rp3/ro3−rs(gm3+2/ro3) …(50)
a11・vout1+a12・vout2+a13・vout3+gm1・rp1・vin1=0 …(51)
a21・vout1+a22・vout2+a23・vout3+gm2・rp2・vin2=0 …(52)
a31・vout1+a32・vout2+a33・vout3+gm3・rp3・vin3=0 …(53)
上記51〜53式の連立方程式をvout1、vout2、vout3について解くと、下記の54〜56式が得られる。
【0125】
Figure 2005038962
なお、上記54〜56式におけるDは下記の57式で与えられる。
【0126】
Figure 2005038962
ここで、54〜56式及び57式のk11〜k13、k21〜k23、k31〜k33、Dに42〜50式を代入して整理すると、下記の58〜67式が得られる。
【0127】
Figure 2005038962
なお、
Figure 2005038962
である。
【0128】
つまり、図15の等価回路で示される3入力の差動段における入出力伝達特性は、54〜56式と58〜66式及び67式の係数k11〜k13、k21〜k23、k31〜k33及びDにより与えられる。
【0129】
図15の等価回路では、係数k11〜k13、k21〜k23、k31〜k33及びDはそれぞれ正の値をとる。
【0130】
これらを書き直すと、下記の68〜70式に示される入出力伝達特性が得られる。
【0131】
vout1=−{k11・gm1・rp1・vin1−(k12・gm2・rp2・vin2+k13・gm3・rp3・vin3)}/D …(68)
vout2=−{k22・gm2・rp2・vin2−(k23・gm3・rp3・vin3+k21・gm1・rp1・vin1)}/D …(69)
vout3=−{k33・gm3・rp3・vin3−(k31・gm1・rp1・vin1+k32・gm2・rp2・vin2)}/D …(70)
上記68〜70式で示される入出力伝達特性により、各出力端子からは対応する入力端子への入力電圧とそれ以外の他の2つの入力端子への入力電圧の重み付け加算電圧との差が出力される。
【0132】
ここで、いま、図14に示す差動段の利得が十分に大きく、gmx・rox>>1,gmx・rs>>1+rpx/rox [x=1,2,3]、及びPチャネルトランジスタP11〜P13、NチャネルトランジスタN11〜N13それぞれのチャネル幅とチャネル長との比率あるいは実効チャネル長(Leff)が同一であってrp1/ro1=rp2/ro2=rp3/ro3が成り立つとき、つまり、PチャネルトランジスタとNチャネルトランジスタのペア特性が、P11−N11及びP12−N12、P13−N13の各ペアにおいて等しくされているとき、係数D及びk11〜k13、k21〜k23、k31〜k33は下記の71〜80式で与えられる。
【0133】
Figure 2005038962
【0134】
vout1={(gm2・vin2+gm3・vin3)/(gm2+gm3)−vin1}{gm1・rp1(gm2+gm3)}/{(1+e)(gm1+gm2+gm3)} …(81)
vout2={(gm3・vin3+gm1・vin1)/(gm3+gm1)−vin2}{gm2・rp2(gm3+gm1)}/{(1+e)(gm1+gm2+gm3)} …(82)
vout3={(gm1・vin1+gm2・vin2)/(gm1+gm2)−vin3}{gm3・rp3(gm1+gm2)}/{(1+e)(gm1+gm2+gm3)} …(83)
または、
vout1={(gm2(vin2−vin1)+gm3(vin3−vin1)}gm1・rp1/{(1+e)(gm1+gm2+gm3)} …(84)
vout2={(gm3(vin3−vin2)+gm1(vin1−vin2)}gm2・rp2/{(1+e)(gm1+gm2+gm3)} …(85)
vout3={(gm1(vin1−vin3)+gm2(vin2−vin3)}gm3・rp3/{(1+e)(gm1+gm2+gm3)} …(86)
上記81式より、vout1は、vin2とvin3の内分点電圧βvin2+(1−β)vin3 [ただし、β=gm2/(gm2+gm3)]とvinとのを差を増幅したものとなり、増幅率はgm1・rp1(gm2+gm3)/(gm1+gm2+gm3)に比例する。上記82、83式より、これと同様のことがvout2,vout3についてもいえる。
【0135】
また、上記84式により、vout1は、vin1を基準(ゼロ)としたときのvin2とvin3の重み付き加算値を増幅したものとなる。この場合の増幅利率はgm1・rp1に比例する。上記85、86式より、これと同様のことがvout2,vout3についてもいえる。
【0136】
ここで、図14中の3個のNチャネルトランジスタN11〜N13の特性が等しくかつ3個のPチャネルトランジスタP11〜P13の特性が等しくされているとき、すなわち、gm1=gm2=gm3=gm及びrp1=rp2=rp3=rpが成り立つとき、A=(2/3)gm・rp/(1+e)とおくと、上記81〜86式は下記の87〜92式に書き直すことができる。
【0137】
vout1=A{(vin2+vin3)/2−vin1} …(87)
vout2=A{(vin3+vin1)/2−vin2} …(88)
vout3=A{(vin1+vin2)/2−vin3} …(89)
vout1=(A/2){(vin2−vin1)+(vin3−vin1)} …(90)
vout2=(A/2){(vin3−vin2)+(vin1−vin2)} …(91)
vout3=(A/2){(vin1−vin3)+(vin2−vin3)} …(92)
上記87、90式により、vout1は、vin2とvin3の平均値、または同相電圧分とvin1との電圧差をA倍に増幅したもの、あるいはvin1を基準(ゼロ)としたときのvin2とvin3の相対電圧の平均値、または同相電圧分を増幅したものとなる。また、上記88、89式及び91、92式により、これと同様のことがvout2,vout3についてもいえる。
【0138】
つまり、図14に示すような構成の3入力の差動段は、3つの入力端子のうちのいずれか1つの入力電圧を固定、あるいはオープンとし、残り2つの入力端子を用いれば、第1乃至第6の実施の形態の場合と同様の2入力の差動段となる。そして、出力段からの帰還の掛け方により多様な応用が可能である。
【0139】
第7の実施の形態では、3入力の差動段41Aの第3の入力端子に基準電圧が供給されることで第3の入力端子の入力電圧が固定され、第3の出力端子の信号(図14中のVout3)が出力段41Ba及び41Bbを介して、差動段41Aの第1及び第2の入力端子にそれぞれVouta、Voutbとして負帰還される。このため、図14に示す差動段41Aは、先の87式でvout3/Aがゼロとなるように、つまりvin3=(vin1+vin2)/2となるように制御される。
【0140】
この場合には、電源配線31と接地配線33に混入される同相ノイズ電圧成分(ΔVdd+ΔVss)が差動増幅器41で吸収される。
【0141】
この実施の形態でも、電源配線31と接地配線33に混入したノイズは、差動増幅器41で吸収されるので、アナログ回路にはノイズ電流が伝わり難くなる。これにより、デジタル回路が動作することによって発生するスイッチングノイズによるアナログ回路の誤動作が抑制される。
【0142】
しかも、差動増幅器41の帰還ループには容量17a、17b及び結合容量C1a、C1bが挿入されているだけであり、基板自体が帰還ループに含まれない。このため、ノイズ低減回路の回路設計を容易に行うことができる。
【0143】
なお、この第7の実施形態においても、接地配線33、電源配線31の代りに信号配線を接続することで、この両信号配線に混入する同相ノイズ電圧を差動増幅器41で吸収させるように構成してもよい。
【0144】
図16は、図13の実施形態において、2個の出力段41Ba、41Bbを具体化した差動増幅器41全体の回路構成例を示している。差動段41Aにおいて、帰還抵抗R0、R1はそれぞれ、Pチャネル及びNチャネルトランジスタのソース・ドレイン間を並列に接続したCMOSトランスファゲートのオン抵抗が使用される。
【0145】
出力段41Baは1個のチャネルトランジスタP14と3個のNチャネルトランジスタN15〜N17とからなり、出力段41Bbは1個のチャネルトランジスタP15と3個のNチャネルトランジスタN18〜N20とからなる。
【0146】
図13に示した第7の実施形態では、差動ノイズ電圧成分(ΔVdd−ΔVss)は抑制されない特徴があり、両配線31、33相互間は容量結合されていない。このため、同相電圧成分は吸収されても差動電圧成分は抑制されることがない。従って、配線31、33を差動信号用の配線対とした場合には、差動信号が抑制されることなく、同相ノイズ成分のみ抑制できるという効果を得ることができる。
【0147】
(第8の実施の形態)
図17は、この発明の第8の実施の形態に係る半導体集積回路の概略的な構成を示す回路図である。なお、この第8の実施形態に係る半導体集積回路の基本的な構成は第7の実施形態のものと同様なので、第7の実施形態と異なる点についてのみ以下に説明する。
【0148】
第7の実施形態において、差動増幅器41は差動段41Aと2個の出力段41Ba、41Bbとから構成されていた。これに対し、第8の実施の形態では、差動増幅器41は差動段41Aと1個の出力段41Bとから構成され、出力段41Bの出力端子は帰還用の容量17及び結合容量C1aを介して差動段41Aの第1の入力端子に接続されている。
【0149】
このような構成のノイズ低減回路を備えた半導体集積回路では、配線31と配線33に混入した同相ノイズが差動増幅器41で吸収される。これにより、デジタル回路が動作することによって発生するスイッチングノイズによるアナログ回路の誤動作が抑制される。
【0150】
しかも、差動増幅器41の帰還ループには容量17及び結合容量C1aが挿入されているだけであり、配線33への負帰還制御は行われない。この結果、配線33に混入したノイズに応じて配線31の制御が行われ、両配線31、33の同相ノイズが低減される。
【0151】
(第9の実施の形態)
図18は、この発明の第9の実施の形態に係る半導体集積回路の概略的な構成を示す回路図である。この第9の実施形態は、電源電圧Vddが伝達される電源配線31と接地電圧Vssが伝達される接地配線33とに混入する差動ノイズ電圧(ΔVdd−ΔVss)を低減するためにノイズ低減回路を適用したものである。
【0152】
すなわち、図18において、電源配線31には、外部端子32を介してIC外部から電源電圧Vddが伝達される。接地配線33には、外部端子34を介してIC外部から接地電圧Vssが伝達される。
【0153】
ノイズ低減回路15は2入力の差動増幅器16及び帰還用の容量17等から構成されている。差動増幅器16は差動段16Aとソースフォロワ(SFW)型の2個の出力段16Ba、16Bbとからなる。
【0154】
差動段16Aの非反転入力端子(+)は電源配線31上の任意のノードに接続されている。差動段16Aの非反転入力端子(+)と反転出力端子(−)との間には自己バイアス用の帰還抵抗R0が接続されている。差動段16Aの反転入力端子(−)は接地配線33上の任意のノードに接続されている。差動段16Aの反転入力端子(−)と非反転出力端子(+)との間には自己バイアス用の帰還抵抗R1が接続されている。
【0155】
一方の出力段16Baの入力端子は差動段16Aの反転出力端子(−)に接続され、この出力段16Baの出力端子は帰還用の容量17aを介して、電源配線31上の上記任意のノードに接続されている。他方の出力段16Bbの入力端子は差動段16Aの非反転出力端子(+)に接続され、この出力段16Bbの出力端子は帰還用の容量17bを介して、接地配線33上の上記任意のノードに接続されている。
【0156】
このような構成において、デジタル回路が動作することによって電源配線31及び接地配線33に混入した差動ノイズ電圧(ΔVdd−ΔVss)が差動増幅器16で吸収される。
【0157】
しかも、差動増幅器16の帰還ループには容量17a、17b及び結合容量C1a、C1bが挿入されているだけであり、基板自体が帰還ループに含まれない。このため、ノイズ低減回路の回路設計を容易に行うことができる。
【0158】
(第10の実施の形態)
図19は、この発明の第10の実施の形態に係る半導体集積回路の概略的な構成を示す回路図である。この実施の形態は、上記第7及び第8の実施の形態の場合と同様に、ノイズ低減回路内の差動増幅器として3入力のものを用いるようにしたものである。
【0159】
この第10の実施の形態に係る半導体集積回路は、図14に示す第7の実施の形態のものとは一部の構成が異なるだけなので、第7の実施形態と異なる点についてのみ以下に説明する。
【0160】
第7の実施形態では、差動増幅器41の差動段41Aの第3の入力端子が接続されている基準電圧配線35を、外部端子36を介して電圧(Vdd+Vss)/2のノードに接続し、差動増幅器41の2個の反転型の出力段41Ba、41Bbの入力端子を共に差動段41Aの第3の出力端子に接続する場合を説明した。
【0161】
これに対して、第10の実施の形態では、基準電圧配線35を、外部端子36を介してIC外部の基準電圧Vgnd(Vref)のノードに接続すると共に、差動増幅器41の2個の出力段をソースフォロワ型とし、その出力段41Ba´、41Bb´の入力端子を差動段41Aの第1及び第2の出力端子に接続している。
【0162】
図20は、図19中の差動増幅器41の具体的な回路構成を示している。差動段41Aは、図15及び図16の場合と同様に、PチャネルトランジスタP11〜P13、P16〜P19及びNチャネルトランジスタN11〜N14とから構成されている。
【0163】
一方の出力段41Ba´は、ゲートにバイアス電圧Vpb1が供給される負荷としてのPチャネルトランジスタP16と、ゲートが差動段の第1の出力端子(PチャネルトランジスタP11とNチャネルトランジスタN11の接続ノード)に接続されたPチャネルトランジスタP17とからなる。他方の出力段41Bb´は、ゲートにバイアス電圧Vpb1が供給される負荷としてのPチャネルトランジスタP18と、ゲートが差動段の第2の出力端子(PチャネルトランジスタP12とNチャネルトランジスタN12の接続ノード)に接続されたPチャネルトランジスタP19とからなる。
【0164】
この実施の形態では、電源配線31及び接地配線33に混入した差動及び同相ノイズ電圧が差動増幅器41で吸収される。
【0165】
しかも、差動増幅器41の帰還ループには容量17a、17b及び結合容量C1a、C1bが挿入されているだけであり、基板自体が帰還ループに含まれない。このため、ノイズ低減回路の回路設計を容易に行うことができる。
【0166】
なお、第1ないし第10の各実施形態においては、接地配線あるいは電源配線の代りに信号配線を接続して、この信号配線に混入するノイズ電圧を差動増幅器で吸収させるように構成してもよい。
【0167】
また、この発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。
【0168】
さらに、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【0169】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、デジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路において、高周波領域のノイズを効果的に低減できると共に、容易に回路設計できるノイズ低減回路を有する半導体集積回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態に係る半導体集積回路の概略的な構成を示す回路図。
【図2】第1の実施形態によるノイズ低減回路と従来のデカップリング法とについてノイズ低減効果を試算した結果を示す特性図。
【図3】従来のノイズ低減手法であるデカップリング法によるノイズ低減回路の回路図。
【図4】第1の実施形態によるノイズ低減回路と従来のデカップリング手法と何の対策も施さない場合との3例についてノイズ低減効果をシミュレーションした結果の一例を示す特性図。
【図5】第1の実施形態のノイズ低減回路を実際のICに適用した場合のICチップの概略的な構成を示す回路図。
【図6】図1中のノイズ低減回路で使用される差動増幅器を具体化して示す回路図。
【図7】図6に示す差動増幅器の具体的な回路構成図。
【図8】この発明の第2の実施の形態に係る半導体集積回路の概略的な構成を示す回路図。
【図9】この発明の第3の実施の形態に係る半導体集積回路の概略的な構成を示す回路図。
【図10】この発明の第4の実施の形態に係る半導体集積回路の概略的な構成を示す回路図。
【図11】この発明の第5の実施の形態に係る半導体集積回路の概略的な構成を示す回路図。
【図12】この発明の第6の実施の形態に係る半導体集積回路の概略的な構成を示す回路図。
【図13】この発明の第7の実施の形態に係る半導体集積回路の概略的な構成を示す回路図。
【図14】図13中の差動増幅器の差動段の具体的な回路構成図。
【図15】図14に示す差動段の等価回路図。
【図16】2個の出力段を具体化した図13中の差動増幅器全体の回路構成図。
【図17】この発明の第8の実施の形態に係る半導体集積回路の概略的な構成を示す回路図。
【図18】この発明の第9の実施の形態に係る半導体集積回路の概略的な構成を示す回路図。
【図19】この発明の第10の実施の形態に係る半導体集積回路の概略的な構成を示す回路図。
【図20】図19中の差動増幅器の具体的な回路構成図。
【符号の説明】
11…基板、12a、12b…ウェル領域、13,13a,13b…ウェル周囲ガードバンド領域、14…境界ガードバンド領域、15,15a,15b,15c,15d…ノイズ低減回路、16,16a,16b,41…差動増幅器、16A,41A…差動段、16B,41Ba,41Bb,41Ba´,41Bb´…出力段、17,17´,17a,17b…帰還用の容量、18…接地基準配線、19…外部端子、21,24…ウェルバイアス領域、22,25,31…電源配線、23,26,33…接地配線、32,34,36…外部端子、35…基準電圧配線。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit incorporating a noise reduction circuit, and more particularly to a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted on one chip.
[0002]
[Prior art]
As SoC (system on chip) increases in scale and speed, switching noise of CMOS digital circuits increases, and there is a problem of influence on analog circuits in the same chip via an IC substrate. Overcoming such substrate-coupled noise is essential for on-chip analog circuits.
[0003]
In particular, when MOS transistors are miniaturized and speeded up, and noise generated in digital circuits becomes a high-frequency region, the influence of parasitic capacitance and parasitic inductors becomes obvious, and the influence of board coupling noise via the IC board is serious for analog circuits. It will be something.
[0004]
Reducing substrate coupling noise is an important design issue for SoCs equipped with analog circuits, and requires a coupling noise reduction method that is not affected by parasitic impedance even in a high frequency region.
[0005]
Conventionally, in order to prevent substrate coupling noise between digital circuits and analog circuits, separation of power / ground wiring and wells of both circuits, installation of guard bands, decoupling by capacitance, and the like have been used.
[0006]
In the well isolation, when the noise becomes a high frequency region, the parasitic capacitance coupling (jωC) increases and the isolation effect is lost. In addition, the guard band and the capacitive decoupling have a problem that the ground impedance (jωL) increases due to the parasitic inductance of the wiring, so that the effect is lost and it is not useful for reducing the substrate coupling noise.
[0007]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228688 discloses a circuit that reduces substrate coupling noise using feedback control of an operational amplifier. More specifically, a substrate coupling noise is detected using an operational amplifier, and a canceling signal that cancels this is supplied to the substrate via a capacitor.
[0008]
However, in the device described in Patent Document 1, since the substrate itself is included in the feedback loop, it is necessary to perform circuit design in consideration of the parasitic parameters of the substrate, which makes it difficult to perform circuit design. There's a problem.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-233714
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, conventionally, since the substrate itself is included in the feedback loop, there is a problem that the circuit design of the noise reduction circuit cannot be easily performed.
[0011]
The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to effectively reduce noise in a high frequency region and easily in a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted. Another object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit having a noise reduction circuit capable of designing a circuit.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
A semiconductor integrated circuit according to a first aspect of the present invention is a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted. The semiconductor integrated circuit has first and second input terminals and an output terminal. The first input terminal is the semiconductor integrated circuit. A differential amplifier connected to a predetermined node in the circuit and having a second input terminal connected to a reference potential node, and a capacitor connected between the output terminal and the first input terminal of the differential amplifier The noise reduction circuit which consists of these is comprised.
[0013]
A semiconductor integrated circuit according to a second invention is a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted. The semiconductor integrated circuit has first and second input terminals and an output terminal, and the first input terminal has a reference potential. A differential amplifier connected to the node; a plurality of first capacitors connected between the second input terminal of the differential amplifier and each of the plurality of nodes in the semiconductor integrated circuit; A noise reduction circuit comprising a plurality of second capacitors connected between the output terminal and each of the plurality of nodes in the semiconductor integrated circuit is provided.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted. The semiconductor integrated circuit includes first and second input terminals and an output terminal. The first input terminal is a semiconductor integrated circuit. A differential amplifier in which the second input terminal is connected to the second wiring in the semiconductor integrated circuit, and between the output terminal and the first input terminal of the differential amplifier. And a noise reduction circuit including a capacitor connected to the capacitor.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted. The semiconductor integrated circuit has first and second input terminals and an output terminal. The first input terminal is a semiconductor integrated circuit. A first differential amplifier having a second input terminal connected to a node of a reference potential, and an output terminal and a first input terminal of the first differential amplifier. A first capacitor connected in between, and third and fourth input terminals and an output terminal; the third input terminal is connected to a second wiring in the semiconductor integrated circuit; Noise comprising a second differential amplifier whose terminal is connected to the node of the reference potential, and a second capacitor connected between the output terminal and the third input terminal of the second differential amplifier. A reduction circuit is provided.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted, a differential amplifier having first and second input terminals and an output terminal; A first capacitor connected between one input terminal and a predetermined node on a first wiring in the semiconductor integrated circuit; a first input terminal of the differential amplifier; and a second capacitor in the semiconductor integrated circuit. A second capacitor connected between the predetermined node on the first wiring and a third capacitor connected between the output terminal of the differential amplifier and the predetermined node on the first wiring. And a fourth capacitor connected between the output terminal of the differential amplifier and the predetermined node on the second wiring, the second input terminal of the differential amplifier being a reference potential A noise reduction circuit connected to the node.
[0017]
A semiconductor integrated circuit according to a sixth aspect of the present invention is a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted, and has first and second input terminals and first and second output terminals having opposite phases. The first input terminal is connected to a predetermined node on the first wiring in the semiconductor integrated circuit, and the second input terminal is connected to a predetermined node on the second wiring in the semiconductor integrated circuit. A differential amplifier; a first capacitor connected between a first output terminal of the differential amplifier and the first input terminal; a second output terminal of the differential amplifier; A noise reduction circuit including a second capacitor connected to the input terminal is provided.
[0018]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted. The first, second and third input terminals and the first, second and third terminals corresponding to the input terminals. A third output terminal, and a weighted addition voltage of the input voltage to the corresponding input terminal from the first, second and third output terminals and the input voltage to the other two input terminals; And a differential stage that outputs the difference between the two, and two output stages that invert and amplify the output of any one of the first, second, and third output terminals of the differential stage. A differential amplifier having one input terminal connected to a predetermined node on a first wiring in the semiconductor integrated circuit and a second input terminal connected to a predetermined node on a second wiring in the semiconductor integrated circuit Between one output terminal of the two output stages and the first input terminal. And a second capacitor connected between the other output terminal of the two output stages and the second input terminal, and a third input of the differential amplifier. A noise reduction circuit having a terminal connected to a reference voltage node is provided.
[0019]
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted, and the first, second and third input terminals and the first, second and third terminals corresponding to the respective input terminals. A third output terminal, and a weighted addition voltage of the input voltage to the corresponding input terminal from the first, second and third output terminals and the input voltage to the other two input terminals; Differential stage for outputting the difference between the first output stage and one output stage for amplifying the output of the third output terminal of the differential stage, and the first input terminal on the first wiring in the semiconductor integrated circuit A differential amplifier having a second input terminal connected to a predetermined node on a second wiring in the semiconductor integrated circuit, the output terminal of the output stage, and the first or second A capacitor connected between the input terminal and the third input terminal of the differential stage. It is provided with a noise reduction circuit connected to the node potential.
[0020]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted. The first, second and third input terminals and the first, second and third input terminals corresponding to the input terminals. A third output terminal, and a weighted addition voltage of the input voltage to the corresponding input terminal from the first, second and third output terminals and the input voltage to the other two input terminals; And a first and second output stages for amplifying the outputs of the first and second output terminals of the differential stage, respectively, and the first input terminal is a semiconductor integrated circuit. The second input terminal is connected to a predetermined node on the second wiring in the semiconductor integrated circuit, and the third input terminal is a reference potential node. A differential amplifier connected to the first output stage, an output terminal of the first output stage, and a first input terminal; A first capacitor connected between, and includes a noise reduction circuit comprising a second capacitor connected between the output terminal and the second input terminal of the second output stage.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0022]
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit (IC) according to a first embodiment of the present invention.
[0023]
In the surface region of the first conductivity type semiconductor substrate 11, a plurality of second conductivity type well regions 12 different from the substrate 11 are formed. In FIG. 1, two well regions 12a and 12b are illustrated.
[0024]
In one well region 12a, a plurality of first channel type MOS transistors (not shown) are formed. A first conductivity type well region is formed in or near the well region 12a, and a plurality of second channel type MOS transistors are formed in the first conductivity type well region. The plurality of first and second channel type MOS transistors are connected to each other, so that the well region 12a or the well region 12a and the first conductivity type well region provided in the vicinity thereof are disposed in the well region 12a. A CMOS type digital circuit is configured.
[0025]
A plurality of first channel type MOS transistors (not shown) are also formed in the other well region 12b formed apart from the well region 12a. A first conductivity type well region is also formed in or near the well region 12b, and a plurality of second channel type MOS transistors are formed in the first conductivity type well region. The first and second channel type MOS transistors are connected to each other, so that the first conductivity type well region provided in or near the well region 12b or the well region 12b is provided. An analog circuit is configured. That is, a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted on the substrate 11.
[0026]
On the substrate 11 around the one well region 12a, a well surrounding guard band region 13 of the same conductivity type as that of the substrate 11, that is, a first conductivity type is formed so as to surround the well region 12a. The guard band region 13 is usually supplied with a power supply voltage or a ground voltage supplied to the IC, and switching noise generated in the digital circuit formed in the well region 12a is caused to pass through the substrate 11 to the other side. Reaching other circuits including analog circuits formed in the well region 12b is prevented.
[0027]
Further, in order to prevent switching noise generated in the digital circuit from reaching the analog circuit, the substrate 11 between the one and the other well regions 12a and 12b has the same conductivity type as the substrate 11 (first conductivity type). The boundary guard band region 14 is formed.
[0028]
A noise reduction circuit 15 is connected to the boundary guard band region 14. The noise reduction circuit 15 includes a differential amplifier (op-amp) 16 having an inverting input terminal (−), a non-inverting input terminal (+), and an output terminal, and a feedback capacitor 17. The inverting input terminal (−) of the differential amplifier 16 is connected to the boundary guard band region 14, and a feedback capacitor 17 is connected between the output terminal and the inverting input terminal (−). The non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier 16 is supplied with the ground reference voltage Vgnd (or Vref) outside the IC via the ground reference wiring 18 and the external terminal 19. Note that the symbols L and R in the figure equivalently indicate the parasitic inductance and the parasitic resistance associated with the path of the ground reference wiring 18 and the external terminal 19, respectively.
[0029]
In such a configuration, the differential amplifier 16 operates so that the DC potentials of the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) are equal. Since the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier 16 is connected to the ground reference voltage Vgnd outside the IC, the inverting input terminal (−) is virtually grounded. Therefore, the boundary guard band region 14 connected to the inverting input terminal (−) is also virtually grounded.
[0030]
Here, switching noise is generated by the operation of the digital circuit formed in the well region 12a, and thereby, when the noise current is transmitted to the other well region 12b via the substrate 11, it is virtually grounded. The noise current is absorbed by the differential amplifier 16 in the noise reduction circuit 15 through the boundary guard band region 14.
[0031]
At this time, the capacitor 17 connected between the input and output terminals of the differential amplifier 16 serves as a mirror capacitor multiplied by the gain of the differential amplifier 16 and serves to decouple the boundary guard band region 14.
[0032]
In addition, since no current flows through the ground reference wiring 18 when the noise current is absorbed, no noise is generated in the parasitic inductance L in the ground reference wiring 18 and the external terminal 19 and the boundary guard band region 14 is A stable virtual ground is achieved.
[0033]
That is, noise generated in the digital circuit is absorbed by the differential amplifier 16 via the boundary guard band region 14 before reaching the analog circuit, so that it is difficult for noise current to be transmitted to the analog circuit. As a result, malfunction of the analog circuit due to switching noise generated by the operation of the digital circuit is suppressed. Further, if a differential amplifier 16 capable of operating in a wide band is used, noise can be reduced over a high frequency region and is not affected by parasitic inductance.
[0034]
In addition, only the feedback capacitor 17 is inserted in the feedback loop of the differential amplifier 16, and the substrate itself is not included in the feedback loop as in the technique described in Patent Document 1. For this reason, the circuit design of the noise reduction circuit can be easily performed.
[0035]
FIG. 2 is a trial calculation of the noise reduction effect (noise reduction ratio) for the noise reduction circuit according to the first embodiment and the decoupling method using the capacitor C as shown in FIG. 3 which is a conventional noise reduction method. Results are shown. Here, the value of the capacitance C is 2 pF, the value of the parasitic inductance L is 100 nH, the value of the parasitic resistance R is 20Ω, and the coupling capacitance Cn from the noise source is 1 pF.
[0036]
In the case of the noise reduction circuit according to the first embodiment, two examples in which the direct current gain (DC gain) of the differential amplifier 16 is 26 dB and the band fc is 200 MHz and 800 MHz are shown. The noise source level is 0 dB in any case.
[0037]
In FIG. 2, the characteristic A is due to the noise reduction circuit of the first embodiment, and the characteristic B is due to a conventional decoupling technique using a capacitor. As is apparent from FIG. 2, the noise is reduced to some extent even in the case of the conventional decoupling method using the capacitance. However, since a current flows through the parasitic inductance L, noise is generated in the parasitic inductance L in the high frequency region, and the reduction effect is lost. On the other hand, in the noise reduction circuit of the first embodiment, noise is effectively reduced in both the band fc of 200 MHz and 800 MHz.
[0038]
Further, FIG. 4 shows three examples of a noise reduction circuit when the differential amplifier is configured with a CMOS circuit in the first embodiment, a decoupling method using a conventional capacitor, and a case where no measures are taken. Shows an example of the result of simulating the noise reduction effect (noise reduction ratio).
[0039]
In FIG. 4, the characteristic A is a case where no countermeasure is taken, the characteristic B is a case where a conventional decoupling method using a capacitor is used, and the characteristic C is the noise reduction circuit of the first embodiment. According to the case. In the noise reduction circuit according to the first embodiment, the value of the capacitor 17 is 1 pF, and the value of the capacitor C when the decoupling method is used is 500 pF. Also in this case, the noise source level is 0 dB.
[0040]
As is clear from FIG. 4, the noise reduction effect is superior in the case of the noise reduction circuit according to the first embodiment (characteristic C) as compared with the case of using a decoupling method using a capacitor (characteristic B). I understand that.
[0041]
FIG. 5 is a circuit diagram showing a schematic configuration of an IC chip when the noise reduction circuit of the first embodiment is applied to an actual IC. In FIG. 5, portions corresponding to those in FIG.
[0042]
A well bias region 21 for supplying a well potential to the well region 12a is formed in the well region 12a where the digital circuit is formed. A power supply voltage Vdd is applied to the well bias region 21 through a power supply wiring 22. A well surrounding guard band region 13a is formed so as to surround the well region 12a. A ground voltage Vss is applied to the well surrounding guard band region 13 a via the ground wiring 23.
[0043]
In order to make it difficult for switching noise generated in the digital circuit formed in the well region 12a to leak to the outside, a noise reduction circuit 15a is connected to the well surrounding guard band region 13a.
[0044]
A well bias region 24 for supplying a well potential to the well region 12b is formed in the well region 12b in which the analog circuit is formed. A power supply voltage Vdd is applied to the well bias region 24 via a power supply wiring 25 different from the power supply wiring 22. A well surrounding guard band region 13b is formed so as to surround the well region 12b. A ground voltage Vss is applied to the well surrounding guard band region 13 b via a ground wiring 26 different from the ground wiring 23.
[0045]
In order to make it difficult for noise to reach the analog circuit formed in the well region 12b, a noise reduction circuit 15b is connected to the well surrounding guard band region 13b. Further, a noise reduction circuit 15c is connected to the well bias region 24 in order to make it difficult for noise to reach the analog circuit.
[0046]
A boundary guard band region 14 is formed on the substrate between the well regions 12a and 12b so as to separate both well regions. A noise reduction circuit 15 d is connected to the boundary guard band region 14. The noise reduction circuit 15d corresponds to the noise reduction circuit 15 in FIG.
[0047]
Thus, if the noise reduction circuit of this embodiment is connected to a location where it is necessary to absorb noise generated in the chip, noise reaching the analog circuit can be effectively reduced.
[0048]
FIG. 6 is a circuit diagram specifically showing the differential amplifier 16 used in the noise reduction circuit 15 in FIG. The differential amplifier 16 includes a differential stage 16A and a source follower (SFW) type output stage 16B. The differential stage 16A has a non-inverting input terminal (+), an inverting input terminal (−), an inverting output terminal (−), and a non-inverting output terminal (+). A self-bias feedback resistor R0 is connected between the inverting output terminal (−) and the non-inverting input terminal (+), and between the non-inverting output terminal (+) and the inverting input terminal (−). A bias feedback resistor R1 is connected. The input terminal of the output stage 16B is connected to the non-inverting output terminal (+) of the differential stage 16A.
[0049]
A coupling capacitor C0 is inserted between the non-inverting input terminal (+) of the differential stage 16A and the ground reference wiring 18 as necessary. A coupling capacitor C1 is also inserted between the inverting input terminal (−) of the differential stage 16A and the boundary guard band region 14 as necessary. One end of the feedback capacitor 17 is connected to the output terminal of the output stage 16B, and the other end is connected to the inverting input terminal (−) of the differential stage 16A via the coupling capacitor C1.
[0050]
FIG. 7 shows a specific circuit configuration example of the differential amplifier 16 shown in FIG. Both the differential stage 16A and the output stage 16B are CMOS circuits using P-channel and N-channel MOS transistors.
[0051]
The differential stage 16A is composed of P-channel transistors P1, P2 and N-channel transistors N1, N2, N3. The output stage 16B is composed of P-channel transistors P3 and P4.
[0052]
The P-channel transistors P1 and P2 of the differential stage 16A are used as loads, the gates of both transistors P1 and P2 are connected in common, and a constant bias voltage Vbp is supplied to the common gate. N-channel transistors N1 and N2 constitute a differential pair. The gate of one transistor N1 serves as a non-inverting input terminal, and one end of a coupling capacitor C0 is connected to the gate of this transistor N1. The gate of the other transistor N2 constituting the differential pair serves as an inverting input terminal, and one end of the coupling capacitor C1 is connected to the gate of the transistor N2. The transistor N3 whose gate is supplied with a constant bias voltage Vbn is used as a current source. As the coupling capacitors C0 and C1, MOS capacitors using the gate capacitances of P-channel and N-channel MOS transistors are used. Further, as the resistors R0 and R1 in FIG. 6, the on-resistance of a CMOS transfer gate in which the source and drain of the P-channel and N-channel transistors are connected in parallel is used.
[0053]
The output stage 16B is of a source follower (SFW) type, and a transistor P3 whose gate is supplied with a constant bias voltage Vpn serves as a load, and the output from the non-inverting output terminal of the differential stage 16A is applied to the gate of the transistor P4. Supplied. As the feedback capacitor 17, a MOS capacitor using the gate capacitance of an N-channel transistor is used.
[0054]
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit according to the second embodiment of the present invention.
[0055]
In the first embodiment, the case where the output of the noise reduction circuit is supplied to one circuit node, that is, a specific node in the boundary guard band region has been described. In other words, the case where the feedback capacitor 17 and the coupling capacitor C1 are each a single capacitor has been described.
[0056]
On the other hand, in the second embodiment, the feedback capacitor 17 and the coupling capacitor C1 are distributed to a plurality of nodes, and the plurality of nodes in the well bias region, the boundary guard band region, the power supply wiring, the ground wiring, and the like in the substrate 11 are distributed. On the other hand, by distributing and supplying the output of the noise reduction circuit, the noise voltage mixed in the plurality of nodes is absorbed by the noise reduction circuit 15, thereby stabilizing the potential.
[0057]
As shown in the figure, the differential amplifier 16 in the noise reduction circuit 15 includes a differential stage 16A and a source follower (SFW) type output stage 16B. A non-inverting input terminal (+) of the differential stage 16A is connected to a reference voltage Vgnd (Vref) outside the IC via a ground reference wiring 18 and an external terminal 19. One end of each of the plurality of coupling capacitors C1 ′ is connected to the inverting input terminal (−) of the differential stage 16A. The other ends of the plurality of coupling capacitors C1 ′ are respectively connected to a plurality of nodes in the substrate wiring 27 formed in the substrate 11 including a well bias region, a boundary guard band region, a power supply wiring, a ground wiring, and the like. ing.
[0058]
Further, one end of a plurality of feedback capacitors 17 ′ is connected to the output terminal of the output stage 16 </ b> B of the differential amplifier 16. The other ends of the plurality of capacitors 17 ′ are respectively connected to a plurality of nodes in the substrate wiring 27.
[0059]
In the semiconductor integrated circuit having such a configuration, when the switching noise is generated by the operation of the digital circuit and the noise voltage due to the noise is mixed into the in-substrate wiring 27, the noise voltage is the same as in the first embodiment. Is absorbed by the differential amplifier 16 of the noise reduction circuit 15, and the potentials of a plurality of nodes in the in-substrate wiring 27 can be stabilized.
[0060]
Moreover, only the capacitor 17 ′ and the coupling capacitor C1 ′ are inserted in the feedback loop of the differential amplifier 16, and the substrate itself is not included in the feedback loop. For this reason, the circuit design of the noise reduction circuit can be easily performed.
[0061]
(Third embodiment)
FIG. 9 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the noise reduction circuit of the present invention is applied to reduce the noise voltage (ΔVdd) mixed in the power supply wiring to which the power supply voltage Vdd is transmitted.
[0062]
In other words, in FIG. 10, the power supply voltage Vdd is transmitted to the power supply wiring 31 from the outside of the IC through the external terminal 32. A ground voltage Vss is transmitted to the ground wiring 33 from the outside of the IC through the external terminal 34. Here, the power supply wiring 31 is, for example, an n-well bias wiring, and the ground wiring 33 is, for example, a p substrate bias wiring.
[0063]
The noise reduction circuit 15 includes a differential amplifier 16 and a feedback capacitor 17. The differential amplifier 16 includes a differential stage 16A and a source follower (SFW) type output stage 16B.
[0064]
The non-inverting input terminal (+) of the differential stage 16A is connected to an arbitrary node on the ground wiring 33. A self-bias feedback resistor R0 is connected between the non-inverting input terminal (+) and the inverting output terminal (−) of the differential stage 16A. The inverting input terminal (−) of the differential stage 16 </ b> A is connected to an arbitrary node on the power supply wiring 31. A self-bias feedback resistor R1 is connected between the inverting input terminal (−) and the non-inverting output terminal (+) of the differential stage 16A. The input terminal of the output stage 16B is connected to the non-inverting output terminal (+) of the differential stage 16A, and a feedback capacitor is provided between the output terminal of the output stage 16B and the inverting input terminal (−) of the differential stage 16A. 17 is connected. Also in this case, as shown in the figure, coupling between the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the differential stage 16A and the power supply wiring 31 and the ground wiring 33 is performed as necessary. Capacitors C0 and C1 may be inserted.
[0065]
In such a configuration, when the noise voltage ΔVdd due to switching noise generated by the operation of the digital circuit is mixed in the power supply wiring 31, this noise voltage is absorbed by the differential amplifier 16 as in the first embodiment. The As a result, the potential of the power supply wiring 31 can be stabilized. Therefore, there is no possibility that the noise voltage is transmitted to other wiring, for example, the ground wiring 33.
[0066]
On the other hand, when the noise voltage ΔVss is mixed into the ground wiring 33, the potential at the inverting input terminal (−) becomes equal to the potential at the non-inverting input terminal (+) due to the characteristics of the differential amplifier 16 as described above. The potential of the inverting input terminal (−) changes following the potential of the non-inverting input terminal (+). That is, the external noise mixed in the ground wiring 33 is transmitted to the power supply wiring 31 as in-phase noise. As a result, since no potential is generated between the two wirings, the influence on a circuit connected to the two wirings, for example, an analog circuit is mitigated. That is, even if a noise voltage is mixed in the ground wiring 33, malfunction due to this noise can be reduced.
[0067]
(Fourth embodiment)
FIG. 10 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit according to the fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, the noise reduction circuit of the present invention is applied to reduce the noise voltage individually mixed in the power supply wiring to which the power supply voltage Vdd is transmitted and the ground wiring to which the ground voltage Vss is transmitted. It is.
[0068]
In FIG. 10, a power supply voltage Vdd is transmitted to the power supply wiring 31 from the outside of the IC through the external terminal 32. A ground voltage Vss is transmitted to the ground wiring 33 from the outside of the IC through the external terminal 34. Further, the reference voltage Vgnd (Vref) is transmitted to the reference voltage wiring 35 from the outside of the IC through the external terminal 36. Here, the power supply wiring 31 is, for example, an n-well bias wiring, and the ground wiring 33 is, for example, a p substrate bias wiring.
[0069]
The noise reduction circuit 15 includes first and second differential amplifiers 16a and 16b, first and second capacitors 17a and 17b for feedback, and the like. Each of the differential amplifiers 16a and 16b includes a differential stage 16A and a source follower (SFW) type output stage 16B.
[0070]
The non-inverting input terminal (+) of the differential stage 16A in the first differential amplifier 16a is connected to the reference voltage wiring 35. A self-bias feedback resistor R0 is connected between the non-inverting input terminal (+) and the inverting output terminal (−) of the differential stage 16A. The inverting input terminal (−) of the differential stage 16A is connected to an arbitrary node on the power supply wiring 31. A self-bias feedback resistor R1 is connected between the inverting input terminal (−) and the non-inverting output terminal (+) of the differential stage 16A in the first differential amplifier 16a. The input terminal of the output stage 16B in the first differential amplifier 16a is connected to the non-inverting output terminal (+) of the differential stage 16A, and the output terminal of the output stage 16B and the inverting input terminal (−) of the differential stage 16A. A feedback capacitor 17a is connected between the two.
[0071]
The non-inverting input terminal (+) of the differential stage 16A in the second differential amplifier 16b is connected to the reference voltage line 35. A self-bias feedback resistor R0 is connected between the non-inverting input terminal (+) and the inverting output terminal (−) of the differential stage 16A. The inverting input terminal (−) of the differential stage 16A is connected to an arbitrary node on the ground power supply wiring 33. A self-bias feedback resistor R1 is connected between the inverting input terminal (−) and the non-inverting output terminal (+) of the differential stage 16A in the second differential amplifier 16b. The input terminal of the output stage 16B in the second differential amplifier 16b is connected to the non-inverting output terminal (+) of the differential stage 16A, and the output terminal of the output stage 16B and the inverting input terminal (−) of the differential stage 16A. A feedback capacitor 17b is connected between the two.
[0072]
Also in this case, as shown in the drawing, the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of each differential stage 16A, the reference voltage wiring 35, the power supply wiring 31, or the ground wiring as required. The coupling capacitors C0 and C1 may be inserted between
[0073]
In such a configuration, when the noise voltage ΔVdd due to switching noise generated by the operation of the digital circuit is mixed in the power supply wiring 31, this noise voltage is absorbed by the first differential amplifier 16a, and thereby the power supply wiring 31. Can be stabilized.
[0074]
On the other hand, when the noise voltage ΔVss is mixed into the ground wiring 33, the noise voltage is absorbed by the second differential amplifier 16 b, thereby stabilizing the potential of the ground wiring 33.
[0075]
In addition, when a noise voltage is mixed in the power supply wiring 31 and the ground wiring 33, no current flows through the reference voltage wiring 35 in any case, so that the noise voltage is generated in the parasitic inductance associated with the reference voltage wiring 35. It is never induced.
[0076]
(Fifth embodiment)
FIG. 11 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit according to the fifth embodiment of the present invention. In the fifth embodiment, the noise reduction circuit of the present invention is applied to reduce the common-mode noise voltage mixed in the power supply wiring to which the power supply voltage Vdd is transmitted and the ground wiring to which the ground voltage Vss is transmitted. .
[0077]
In FIG. 11, a power supply voltage Vdd is transmitted to the power supply wiring 31 from the outside of the IC through the external terminal 32. A ground voltage Vss is transmitted to the ground wiring 33 from the outside of the IC through the external terminal 34. Further, the reference voltage wiring 35 is connected to an external terminal 36 for reference voltage. The external terminal 36 has a stable reference voltage (Vdd) obtained by dividing the voltage between the power supply voltage Vdd and the ground voltage Vss using two resistors Ri having resistance values equivalent to each other outside the IC. -Vss) / 2 is supplied.
[0078]
The noise reduction circuit 15 includes a differential amplifier 16 and a pair of feedback capacitors 17a and 17b. The differential amplifier 16 includes a differential stage 16A and one output stage 16B.
[0079]
The non-inverting input terminal (+) of the differential stage 16 </ b> A is connected to the reference voltage wiring 35. The inverting input terminal (−) of the differential stage 16A is connected to an arbitrary node on the power supply wiring 31 through the coupling capacitor C1a, and is connected to an arbitrary node on the ground wiring 33 through the coupling capacitor C1b. . A feedback resistor R1 for self-bias is connected between the inverting input terminal (−) and the output terminal of the differential stage 16A.
[0080]
The input terminal of the output stage 16B is connected to the output terminal of the differential stage 16A, and the output terminal of the output stage 16B is connected to the arbitrary node on the power supply wiring 31 through the feedback capacitor 17a and used for feedback. It is connected to the arbitrary node on the ground wiring 33 through a capacitor 17b.
[0081]
In such a configuration, the reference voltage (Vdd−Vss) / 2 is supplied to the non-inverting input terminal (+) of the differential stage 16A of the differential amplifier 16, and the inverting input terminal (− ) Is virtually grounded by this reference voltage. Therefore, the common-mode noise voltage (ΔVdd + ΔVss) mixed in the power supply wiring 31 and the ground wiring 33 is absorbed by the differential amplifier 16.
[0082]
On the other hand, when a differential noise voltage is mixed in the power supply wiring 31 and the ground wiring 33, the current flows through the pair of capacitors 17a and 17b connected in series between the two wirings, and is smoothed and reduced. Is done.
[0083]
In the fifth embodiment, the output terminal of the output stage 16B is connected to an arbitrary node on the power supply wiring 31 via the feedback capacitor 17a and on the ground wiring 33 via the feedback capacitor 17b. In the above description, the common-mode noise voltage mixed in the power supply wiring 31 and the ground wiring 33 is absorbed by the differential amplifier 16 by connecting the power supply wiring 31 and the ground wiring 33. By connecting, the differential amplifier 16 may be configured to absorb the common-mode noise voltage mixed in both the signal wirings.
[0084]
(Sixth embodiment)
FIG. 12 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit according to the sixth embodiment of the present invention. Since the basic configuration of the semiconductor integrated circuit according to the sixth embodiment is the same as that of the fifth embodiment, only differences from the fifth embodiment will be described below.
[0085]
In the fifth embodiment, the differential amplifier 16 includes a differential stage 16A and one output stage 16B. In contrast, in the sixth embodiment, the differential amplifier 16 includes a differential stage 16A and two source follower (SFW) type output stages 16Ba and 16Bb. The input terminals of the two output stages 16Ba and 16Bb are connected to the same output terminal of the differential stage 16A. The output terminal of one output stage 16Ba is connected to an arbitrary node of the power supply wiring 31 via the feedback capacitor 17a, and the output terminal of the other output stage 16Bb is connected to the ground wiring 33 via the feedback capacitor 17b. Connected to any node.
[0086]
In the CMOS circuit, for example, one capacitor 17a uses a P-channel MOS transistor and the other capacitor 17b uses an N-channel MOS transistor. Composed. In such a case, as in the fifth embodiment shown in FIG. 11, when the output voltage from one output stage 16B is supplied to the pair of capacitors 17a and 17b, a sufficient potential difference is not applied between both ends of the capacitors, Sufficient capacity may not be obtained.
[0087]
Thus, in the sixth embodiment, the output stage 16B of the differential amplifier 16 is used as an output stage 16Ba for driving a capacitor 17a made of a P-channel MOS transistor and an output for driving a capacitor 17b made of an N-channel MOS transistor. Dividing into two stages 16Bb, the drive voltages of the capacitors are made different so that the feedback capacitors 17a and 17b have sufficiently large capacities.
[0088]
In the sixth embodiment, when the noise voltage (ΔVdd) is mixed into the power supply wiring 31 and the noise voltage (ΔVss) is mixed into the ground wiring 33, the differential amplifier 16 has the common-mode voltage (ΔVdd + ΔVss) of the two noise voltages. Negative feedback control works so that becomes zero, and the common-mode voltage component is absorbed. In this case, since the feedback capacitors 17a and 17b are driven by separate output stages 16Ba and 16Bb, it is possible to set drive voltages suitable for, for example, MOS type capacitors formed of P-channel and N-channel transistors. As a result, a large capacitance can be obtained with a small-sized transistor, so that the degree of freedom in design increases and the noise voltage suppression effect is enhanced.
[0089]
It is effective that the one output stage 16Ba is a source follower using an N-channel transistor, and the other output stage 16Bb is a source follower using a P-channel transistor.
[0090]
Also in the sixth embodiment, a signal line is connected instead of the ground line 33 and the power line 31 so that the common-mode noise voltage mixed in both signal lines is absorbed by the differential amplifier 16. May be.
[0091]
(Seventh embodiment)
FIG. 13 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit according to the seventh embodiment of the present invention. In the first to sixth embodiments, the case where a two-input type differential amplifier in the noise reduction circuit 15 has been described. In contrast, in the seventh embodiment, a three-input differential amplifier is used as the differential amplifier in the noise reduction circuit 15.
[0092]
In FIG. 13, a power supply voltage Vdd is transmitted to the power supply wiring 31 from the outside of the IC through the external terminal 32. A ground voltage Vss is transmitted to the ground wiring 33 from the outside of the IC through the external terminal 34. Further, the reference voltage wiring 35 is connected to the external terminal 36. The external terminal 36 is obtained by dividing the voltage between the power supply voltage Vdd and the ground voltage Vss as the reference voltage using, for example, two resistors Ri having mutually equivalent resistance values outside the IC. A stable reference voltage (Vdd−Vss) / 2 is supplied.
[0093]
The noise reduction circuit 15 includes a three-input differential amplifier 41 and a pair of feedback capacitors 17a and 17b. The differential amplifier 41 includes a differential stage 41A and two inverted output stages 41Ba and 41Bb. Further, the differential stage 41A has first to third input terminals and corresponding first to third output terminals.
[0094]
The first input terminal (non-inverting input terminal (+)) of the differential stage 41A is connected to an arbitrary node on the power supply wiring 31 through the coupling capacitor C1a. The second input terminal (inverted input terminal (−)) of the differential stage 41A is connected to an arbitrary node on the ground wiring 33 via the coupling capacitor C1b. Further, the third input terminal of the differential stage 41A is connected to the reference voltage line 35 via the coupling capacitor C0.
[0095]
A self-bias feedback resistor R1 is connected between the first and second output terminals of the differential stage 41A and the first and second input terminals. Further, a self-bias feedback resistor R0 is connected between the third output terminal and the third input terminal of the differential stage 41A.
[0096]
The input terminals of the two output stages 41Ba and 41Bb are both connected to the third output terminal of the differential stage 41A, and the output terminal of one output stage 41Ba is connected to the above-mentioned power supply line 31 via the feedback capacitor 17a. The output terminal of the other output stage 41Bb is connected to the arbitrary node on the ground wiring 33 via the feedback capacitor 17b.
[0097]
FIG. 14 shows an example of a specific circuit configuration of the differential stage 41A of the differential amplifier 41 in FIG. This circuit is composed of P-channel transistors P11 to P13 and N-channel transistors N11 to N14.
[0098]
P-channel transistors P11 to P13 are used as loads, and the gates of these transistors are connected in common. A constant bias voltage Vbp is supplied to the common gate. N-channel transistors N11 and N12, N12 and N13, and N13 and N11 form a differential pair. The gates of the transistors N11 to N13 are provided with first to third input terminals, and input signals Vin1, Vin2, and Vin3 are input to the first to third input terminals, respectively. The transistor N14 whose gate is supplied with a constant bias voltage Vbn is used as a current source. In addition, a first output terminal is provided at a connection node between the transistors P11 and N11, a second output terminal is provided at a connection node between the transistors P12 and N12, and a third output terminal is provided at a connection node between the transistors P13 and N13. Signals Vout1, Vout2, and Vout3 are output from the first to third output terminals, respectively.
[0099]
Here, the input signals Vin1, Vin2, and Vin3 of the three differential pairs in FIG. 14 are respectively the gate-source voltages Vgs1, Vgs2, and Vgs3 of the N-channel transistors N11, N12, and N13, and the three transistors N11. , N12, N13 and the voltage Vcom at the source common connection node, and is expressed as follows.
[0100]
Vin1 = Vgs1 + Vcom (1)
Vin2 = Vgs2 + Vcom (2)
Vin3 = Vgs3 + Vcom (3)
Consider an equilibrium state in which a sufficiently high resistance (infinite) is connected between the gates and drains of the transistors N11, N12, and N13. When the above equations 1 to 3 are rewritten using the voltage in this equilibrium state, the following equations 4 to 6 are obtained.
[0101]
Figure 2005038962
In equations 4-6,
ΔVin1 = ΔVgs1 + ΔVcom (7)
ΔVin2 = ΔVgs2 + ΔVcom (8)
ΔVin3 = ΔVgs3 + ΔVcom (9)
It is.
[0102]
That is, each input voltage can be expressed by a DC component Vinx0 (x = 1, 2, 3) and a fluctuation component (small signal AC component) ΔVinx (x = 1, 2, 3) in an equilibrium state.
[0103]
At this time, the drain currents Id1, Id2, and Id3 of the transistors N11, N12, and N13 can also be expressed as DC current values Id10, Id20, and Id20 in an equilibrium state and small signal AC components ΔId1, ΔId2, and ΔId3.
[0104]
That is, the following formulas 10 to 12 are established.
[0105]
Id1 = Id10 + ΔId1 (10)
Id2 = Id20 + ΔId2 (11)
Id3 = Id30 + ΔId3 (12)
The tail current, that is, the current Iss flowing through the current source transistor N14 is equal to the sum of the drain currents of the transistors N11, N12, and N13 (Id1 + Id2 + Id3). The following 13 equations are obtained.
[0106]
Figure 2005038962
In addition,
Iss0 = Id10 + Id20 + Id30 (14)
ΔIss = ΔId1 + ΔId2 + ΔId3 (15)
It is.
[0107]
Here, the relationship between the drain current and the gate voltage of each transistor when the transistors N11, N12, and N13 all operate in the saturation region is obtained. From the basic equation of the MOS transistor, each drain current is given by the following equations 16-18.
[0108]
Id1 = (μCox / 2) (W1 / L1) (Vgs1-Vth) 2 (1 + λVds1) (16)
Id2 = (μCox / 2) (W2 / L2) (Vgs2-Vth) 2 (1 + λVds2) (17)
Id3 = (μCox / 2) (W3 / L3) (Vgs3-Vth) 2 (1 + λVds3) (18)
In Equations 16 to 18, μ is the carrier mobility, Cox is the dielectric constant of the gate insulating film, Wx (x = 1, 2, 3) is the channel width of each transistor, and Lx (x = 1, 2, 3). ) Is the channel length of each transistor, and Vth is the threshold voltage.
[0109]
here,
ΔIdx = Idx−Idx0 = (∂Idx / ∂Vgsx) ΔVgsx + (∂Idx / ∂Vdsx) ΔVdsx [x = 1, 2, 3] (19)
Is used to obtain the small signal drain currents ΔId1, ΔId2, and ΔId3, the following equations 20 to 22 are obtained.
[0110]
ΔId1 = Id1−Id10 = gm1ΔVgs1 + (1 / ro1) ΔVds1 (20)
ΔId2 = Id2−Id20 = gm2ΔVgs2 + (1 / ro2) ΔVds2 (21)
ΔId3 = Id3−Id30 = gm3ΔVgs3 + (1 / ro3) ΔVds3 (22)
However, gmx [= ∂Idx / ∂Vgsx] is a mutual conductance of each transistor, and rox [(= ∂Idx / ∂Vdsx) -1 ] Is the output resistance of each transistor, and gmx (x = 1, 2, 3) is expressed by the following equations 23-25.
[0111]
gm1≈μCox (W1 / L1) (Vgs10−Vth) (1 + λVds10) ≈ {2μCox (W1 / L1) Id10} 1/2 ... (23)
gm2≈μCox (W2 / L2) (Vgs20−Vth) (1 + λVds20) ≈ {2μCox (W2 / L2) Id20} 1/2 ... (24)
gm3≈μCox (W3 / L3) (Vgs30−Vth) (1 + λVds30) ≈ {2μCox (W3 / L3) Id30} 1/2 ... (25)
here,
1 / ro1≈λ (μCox / 2) (W1 / L1) (Vgs10−Vth) 2 ≈λId10 (26)
1 / ro2≈λ (μCox / 2) (W2 / L2) (Vgs20−Vth) 2 ≈λId20 (27)
1 / ro3≈λ (μCox / 2) (W3 / L3) (Vgs30−Vth) 2 ≈λId30 (28)
It is represented by
[0112]
Next, a small signal voltage component generated at the output terminals (Vout1, Vout2, Vout3) of the transistors N11, N12, and N13 is obtained from the small signal drain current. A constant gate bias voltage Vbp is applied to the P-channel transistors P11, P12, and P13 serving as loads of the transistors N11, N12, and N13, and equivalently represented by resistors rp1, rp2, and rp3 for small signals, respectively. be able to. Since the small signal voltages ΔVout1, ΔVout2, and ΔVout3 at the output terminal are expressed by voltage drops of these equivalent resistances rp1, rp2, and rp3, the following equations 29 to 31 are established.
[0113]
ΔVout1 = −rp1ΔId1 = −rp1 {gm1ΔVgs1 + (1 / ro1) ΔVds1} (29)
ΔVout2 = −rp2ΔId2 = −rp2 {gm2ΔVgs2 + (1 / ro2) ΔVds2} (30)
ΔVout3 = −rp3ΔId3 = −rp3 {gm3ΔVgs3 + (1 / ro3) ΔVds3} (31)
A constant gate bias voltage Vbn is applied to the N-channel transistor N14 which is a current source, and can be equivalently represented by a resistance rs when attention is paid to a small signal. The tail current Iss is equal to the sum of the currents flowing through the load resistors rp1, rp2, and rp3, and the following 32 equations are established for the small signal current ΔIss.
[0114]
Figure 2005038962
As described above, an equivalent circuit of a small signal voltage and a current component can be expressed.
[0115]
In other words, the three-input differential stage shown in FIG. 14 is based on the above 7-9 formula, 14 formula, 15 formula, 20-22 formula, 29-31 formula, 32 formula, and the small signal equivalent as shown in FIG. It can be represented by a circuit.
[0116]
The input / output transfer characteristics are obtained from the equivalent circuit of FIG.
[0117]
Here, voltage fluctuations ΔVin, ΔVout, ΔVgs, and ΔVcom are represented by vin, vout, vgs, and vcom, respectively.
[0118]
Rewriting the above 29-31 and 10-12 respectively yields the following 33-35. However, x = 1, 2, 3.
[0119]
Voutx = −rpx (gmx · vgsx + vdsx / rox) (33)
vgsx = vinx−vcom (34)
vdsx = voutx−vcom (35)
The following 36 formulas are obtained from the above 33-35 formulas.
[0120]
Figure 2005038962
Further, when the equation 32 is rewritten, the following equation 37 is obtained.
[0121]
vcom / rs = − (vout1 / rp1 + vout2 / rp2 + vout3 / rp3) (37)
The following 38 equations can be obtained by solving the equations 36 and 37 by paying attention to voutx.
[0122]
Figure 2005038962
Therefore, the simultaneous equations shown in the following equations 39 to 41 are established.
[0123]
Figure 2005038962
Here, when the coefficients are defined as in the following equations 42 to 50 and the above equations 39 to 41 are rewritten, the simultaneous equations shown in the following equations 51 to 53 are obtained.
[0124]
a11 = 1 + rp1 / ro1-rs (gm1 + 1 / ro1) (42)
a12 = −rs (rp1 / rp2) (gm1 + 1 / ro1) (43)
a13 = rs (rp1 / rp3) (gm1 + 1 / ro1) (44)
a21 = −rs (rp2 / rp1) (gm2 + 1 / ro2) (45)
a22 = 1 + rp2 / ro2-rs (gm1 + 2 / ro2) (46)
a23 = −rs (rp2 / rp3) (gm2 + 1 / ro2) (47)
a31 = −rs (rp3 / rp1) (gm3 + 1 / ro3) (48)
a32 = −rs (rp3 / rp2) (gm3 + 1 / ro3) (49)
a33 = 1 + rp3 / ro3-rs (gm3 + 2 / ro3) (50)
a11 · vout1 + a12 · vout2 + a13 · vout3 + gm1 · rp1 · vin1 = 0 (51)
a21 · vout1 + a22 · vout2 + a23 · vout3 + gm2 · rp2 · vin2 = 0 (52)
a31 * vout1 + a32 * vout2 + a33 * vout3 + gm3 * rp3 * vin3 = 0 (53)
The following equations 54 to 56 are obtained by solving the simultaneous equations of equations 51 to 53 for vout1, vout2, and vout3.
[0125]
Figure 2005038962
In the above equations 54 to 56, D is given by the following equation 57.
[0126]
Figure 2005038962
Here, the following equations 58 to 67 are obtained by substituting equations 42 to 50 for k11 to k13, k21 to k23, k31 to k33, and D in equations 54 to 56 and 57.
[0127]
Figure 2005038962
In addition,
Figure 2005038962
It is.
[0128]
That is, the input / output transfer characteristics in the 3-input differential stage shown in the equivalent circuit of FIG. 15 are the coefficients k11 to k13, k21 to k23, k31 to k33, and D Given by.
[0129]
In the equivalent circuit of FIG. 15, the coefficients k11 to k13, k21 to k23, k31 to k33, and D each take a positive value.
[0130]
When these are rewritten, the input / output transfer characteristics shown in the following equations 68 to 70 are obtained.
[0131]
vout1 = − {k11 · gm1 · rp1 · vin1− (k12 · gm2 · rp2 · vin2 ++ k13 · gm3 · rp3 · vin3)} / D (68)
vout2 = − {k22 · gm2 · rp2 · vin2− (k23 · gm3 · rp3 · vin3 + k21 · gm1 · rp1 · vin1)} / D (69)
vout3 = − {k33 · gm3 · rp3 · vin3− (k31 · gm1 · rp1 · vin1 + k32 · gm2 · rp2 · vin2)} / D (70)
Due to the input / output transfer characteristics shown by the above equations 68 to 70, the difference between the input voltage to the corresponding input terminal and the weighted addition voltage of the input voltages to the other two input terminals is output from each output terminal. Is done.
[0132]
Here, the gain of the differential stage shown in FIG. 14 is sufficiently large, gmx · rox >> 1, gmx · rs >> 1 + rpx / rox [x = 1, 2, 3], and P-channel transistors P11 to P11- When the ratio of the channel width to the channel length or the effective channel length (Leff) of each of P13 and N-channel transistors N11 to N13 is the same and rp1 / ro1 = rp2 / ro2 = rp3 / ro3 holds, that is, the P-channel transistor And the pair characteristics of the N-channel transistors are equal in each of the pairs P11-N11, P12-N12, and P13-N13, the coefficients D and k11 to k13, k21 to k23, and k31 to k33 are the following 71 to 80: It is given by the formula.
[0133]
Figure 2005038962
[0134]
vout1 = {(gm2 · vin2 + gm3 · vin3) / (gm2 + gm3) −vin1} {gm1 · rp1 (gm2 + gm3)} / {(1 + e) (gm1 + gm2 + gm3)} (81)
vout2 = {(gm3 · vin3 + gm1 · vin1) / (gm3 + gm1) −vin2} {gm2 · rp2 (gm3 + gm1)} / {(1 + e) (gm1 + gm2 + gm3)} (82)
vout3 = {(gm1 · vin1 + gm2 · vin2) / (gm1 + gm2) −vin3} {gm3 · rp3 (gm1 + gm2)} / {(1 + e) (gm1 + gm2 + gm3)} (83)
Or
vout1 = {(gm2 (vin2-vin1) + gm3 (vin3-vin1)} gm1.rp1 / {(1 + e) (gm1 + gm2 + gm3)} (84)
vout2 = {(gm3 (vin3−vin2) + gm1 (vin1−vin2)} gm2 · rp2 / {(1 + e) (gm1 + gm2 + gm3)} (85)
vout3 = {(gm1 (vin1-vin3) + gm2 (vin2-vin3)} gm3 · rp3 / {(1 + e) (gm1 + gm2 + gm3)} (86)
From the above equation 81, vout1 is obtained by amplifying the difference between the internal divided voltage βvin2 + (1-β) vin3 [where β = gm2 / (gm2 + gm3)] and vin of vin2 and vin3, and the amplification factor is gm1 -Proportional to rp1 (gm2 + gm3) / (gm1 + gm2 + gm3). From the above equations 82 and 83, the same can be said for vout2 and vout3.
[0135]
Further, according to the above equation 84, vout1 is obtained by amplifying the weighted addition value of vin2 and vin3 when vin1 is used as a reference (zero). The amplification rate in this case is proportional to gm1 · rp1. From the above formulas 85 and 86, the same can be said for vout2 and vout3.
[0136]
Here, when the characteristics of the three N-channel transistors N11 to N13 in FIG. 14 are equal and the characteristics of the three P-channel transistors P11 to P13 are equal, that is, gm1 = gm2 = gm3 = gm and rp1 When = rp2 = rp3 = rp holds, if A = (2/3) gm · rp / (1 + e), then the above 81-86 equations can be rewritten into the following 87-92 equations.
[0137]
vout1 = A {(vin2 + vin3) / 2−vin1} (87)
vout2 = A {(vin3 + vin1) / 2−vin2} (88)
vout3 = A {(vin1 + vin2) / 2−vin3} (89)
vout1 = (A / 2) {(vin2-vin1) + (vin3-vin1)} (90)
vout2 = (A / 2) {(vin3-vin2) + (vin1-vin2)} (91)
vout3 = (A / 2) {(vin1-vin3) + (vin2-vin3)} (92)
According to the above equations 87 and 90, vout1 is the average value of vin2 and vin3, or the voltage difference between the in-phase voltage and vin1, amplified by A times, or vin2 and vin3 when vin1 is used as a reference (zero) It is the average value of the relative voltage or the amplified common-mode voltage. The same can be said for vout2 and vout3 according to the above-mentioned formulas 88 and 89 and formulas 91 and 92.
[0138]
That is, in the three-input differential stage configured as shown in FIG. 14, if any one of the three input terminals is fixed or open and the remaining two input terminals are used, the first to first stages This is a two-input differential stage similar to that of the sixth embodiment. Various applications are possible depending on how feedback is applied from the output stage.
[0139]
In the seventh embodiment, the reference voltage is supplied to the third input terminal of the three-input differential stage 41A, so that the input voltage at the third input terminal is fixed, and the signal at the third output terminal ( Vout3) in FIG. 14 is negatively fed back as Vouta and Voutb to the first and second input terminals of the differential stage 41A via the output stages 41Ba and 41Bb, respectively. For this reason, the differential stage 41A shown in FIG. 14 is controlled so that vout3 / A becomes zero in Equation 87 above, that is, vin3 = (vin1 + vin2) / 2.
[0140]
In this case, the common-mode noise voltage component (ΔVdd + ΔVss) mixed in the power supply wiring 31 and the ground wiring 33 is absorbed by the differential amplifier 41.
[0141]
Also in this embodiment, noise mixed in the power supply wiring 31 and the ground wiring 33 is absorbed by the differential amplifier 41, so that it is difficult for noise current to be transmitted to the analog circuit. As a result, malfunction of the analog circuit due to switching noise generated by the operation of the digital circuit is suppressed.
[0142]
In addition, the capacitors 17a and 17b and the coupling capacitors C1a and C1b are only inserted in the feedback loop of the differential amplifier 41, and the substrate itself is not included in the feedback loop. For this reason, the circuit design of the noise reduction circuit can be easily performed.
[0143]
In the seventh embodiment, signal wiring is connected instead of the ground wiring 33 and the power supply wiring 31 so that the common-mode noise voltage mixed in both signal wirings is absorbed by the differential amplifier 41. May be.
[0144]
FIG. 16 shows a circuit configuration example of the entire differential amplifier 41 in which the two output stages 41Ba and 41Bb are embodied in the embodiment of FIG. In the differential stage 41A, the feedback resistors R0 and R1 are respectively the on-resistances of CMOS transfer gates in which the sources and drains of the P-channel and N-channel transistors are connected in parallel.
[0145]
The output stage 41Ba is composed of one channel transistor P14 and three N channel transistors N15 to N17, and the output stage 41Bb is composed of one channel transistor P15 and three N channel transistors N18 to N20.
[0146]
The seventh embodiment shown in FIG. 13 is characterized in that the differential noise voltage component (ΔVdd−ΔVss) is not suppressed, and the wirings 31 and 33 are not capacitively coupled. For this reason, even if the common-mode voltage component is absorbed, the differential voltage component is not suppressed. Therefore, when the wirings 31 and 33 are differential signal wiring pairs, it is possible to obtain an effect that only the common-mode noise component can be suppressed without suppressing the differential signal.
[0147]
(Eighth embodiment)
FIG. 17 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit according to the eighth embodiment of the present invention. Note that the basic configuration of the semiconductor integrated circuit according to the eighth embodiment is the same as that of the seventh embodiment, and therefore only differences from the seventh embodiment will be described below.
[0148]
In the seventh embodiment, the differential amplifier 41 is composed of a differential stage 41A and two output stages 41Ba and 41Bb. On the other hand, in the eighth embodiment, the differential amplifier 41 includes a differential stage 41A and one output stage 41B, and the output terminal of the output stage 41B includes a feedback capacitor 17 and a coupling capacitor C1a. To the first input terminal of the differential stage 41A.
[0149]
In the semiconductor integrated circuit including the noise reduction circuit having such a configuration, the common-mode noise mixed in the wiring 31 and the wiring 33 is absorbed by the differential amplifier 41. As a result, malfunction of the analog circuit due to switching noise generated by the operation of the digital circuit is suppressed.
[0150]
Moreover, only the capacitor 17 and the coupling capacitor C1a are inserted in the feedback loop of the differential amplifier 41, and negative feedback control to the wiring 33 is not performed. As a result, the wiring 31 is controlled according to the noise mixed in the wiring 33, and the common-mode noise of both the wirings 31 and 33 is reduced.
[0151]
(Ninth embodiment)
FIG. 18 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit according to the ninth embodiment of the present invention. The ninth embodiment is a noise reduction circuit for reducing the differential noise voltage (ΔVdd−ΔVss) mixed in the power supply wiring 31 to which the power supply voltage Vdd is transmitted and the ground wiring 33 to which the ground voltage Vss is transmitted. Is applied.
[0152]
That is, in FIG. 18, the power supply voltage Vdd is transmitted to the power supply wiring 31 from the outside of the IC through the external terminal 32. A ground voltage Vss is transmitted to the ground wiring 33 from the outside of the IC through the external terminal 34.
[0153]
The noise reduction circuit 15 includes a two-input differential amplifier 16 and a feedback capacitor 17. The differential amplifier 16 includes a differential stage 16A and two source follower (SFW) type output stages 16Ba and 16Bb.
[0154]
The non-inverting input terminal (+) of the differential stage 16A is connected to an arbitrary node on the power supply wiring 31. A self-bias feedback resistor R0 is connected between the non-inverting input terminal (+) and the inverting output terminal (−) of the differential stage 16A. The inverting input terminal (−) of the differential stage 16 </ b> A is connected to an arbitrary node on the ground wiring 33. A self-bias feedback resistor R1 is connected between the inverting input terminal (−) and the non-inverting output terminal (+) of the differential stage 16A.
[0155]
The input terminal of one output stage 16Ba is connected to the inverting output terminal (−) of the differential stage 16A, and the output terminal of this output stage 16Ba is connected to the arbitrary node on the power supply wiring 31 via the feedback capacitor 17a. It is connected to the. The input terminal of the other output stage 16Bb is connected to the non-inverted output terminal (+) of the differential stage 16A. Connected to the node.
[0156]
In such a configuration, when the digital circuit operates, the differential noise voltage (ΔVdd−ΔVss) mixed in the power supply wiring 31 and the ground wiring 33 is absorbed by the differential amplifier 16.
[0157]
In addition, the capacitors 17a and 17b and the coupling capacitors C1a and C1b are only inserted in the feedback loop of the differential amplifier 16, and the substrate itself is not included in the feedback loop. For this reason, the circuit design of the noise reduction circuit can be easily performed.
[0158]
(Tenth embodiment)
FIG. 19 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit according to the tenth embodiment of the present invention. In this embodiment, as in the case of the seventh and eighth embodiments, a three-input differential amplifier is used in the noise reduction circuit.
[0159]
The semiconductor integrated circuit according to the tenth embodiment is only partially different from that of the seventh embodiment shown in FIG. 14, and therefore only the differences from the seventh embodiment will be described below. To do.
[0160]
In the seventh embodiment, the reference voltage wiring 35 to which the third input terminal of the differential stage 41A of the differential amplifier 41 is connected is connected to the node of voltage (Vdd + Vss) / 2 via the external terminal 36. In the above description, the input terminals of the two inverting output stages 41Ba and 41Bb of the differential amplifier 41 are both connected to the third output terminal of the differential stage 41A.
[0161]
On the other hand, in the tenth embodiment, the reference voltage wiring 35 is connected to the node of the reference voltage Vgnd (Vref) outside the IC via the external terminal 36 and the two outputs of the differential amplifier 41 are connected. The stage is a source follower type, and the input terminals of the output stages 41Ba ′ and 41Bb ′ are connected to the first and second output terminals of the differential stage 41A.
[0162]
FIG. 20 shows a specific circuit configuration of the differential amplifier 41 in FIG. The differential stage 41A includes P-channel transistors P11 to P13, P16 to P19, and N-channel transistors N11 to N14, as in the case of FIGS.
[0163]
One output stage 41Ba ′ includes a P-channel transistor P16 as a load whose gate is supplied with a bias voltage Vpb1, and a first output terminal (a connection node between the P-channel transistor P11 and the N-channel transistor N11) whose gate is a differential stage. ) Connected to the P channel transistor P17. The other output stage 41Bb ′ includes a P channel transistor P18 as a load whose gate is supplied with a bias voltage Vpb1, and a second output terminal whose gate is a differential stage (a connection node between the P channel transistor P12 and the N channel transistor N12). ) Connected to the P channel transistor P19.
[0164]
In this embodiment, differential and common-mode noise voltages mixed in the power supply wiring 31 and the ground wiring 33 are absorbed by the differential amplifier 41.
[0165]
In addition, the capacitors 17a and 17b and the coupling capacitors C1a and C1b are only inserted in the feedback loop of the differential amplifier 41, and the substrate itself is not included in the feedback loop. For this reason, the circuit design of the noise reduction circuit can be easily performed.
[0166]
In each of the first to tenth embodiments, a signal wiring may be connected instead of the ground wiring or the power supply wiring, and the noise voltage mixed in the signal wiring may be absorbed by the differential amplifier. Good.
[0167]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention when it is practiced.
[0168]
Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and is described in the column of the effect of the invention. When an effect is obtained, a configuration in which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
[0169]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted, a semiconductor integrated circuit having a noise reduction circuit capable of effectively reducing noise in a high frequency region and easily designing a circuit. A circuit can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit according to a first embodiment of the invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a result of trial calculation of noise reduction effect for the noise reduction circuit according to the first embodiment and the conventional decoupling method.
FIG. 3 is a circuit diagram of a noise reduction circuit by a decoupling method which is a conventional noise reduction method.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing an example of a result of simulating a noise reduction effect for three examples of the noise reduction circuit according to the first embodiment, the conventional decoupling technique, and a case where no measures are taken.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a schematic configuration of an IC chip when the noise reduction circuit of the first embodiment is applied to an actual IC.
6 is a circuit diagram specifically showing a differential amplifier used in the noise reduction circuit in FIG. 1. FIG.
7 is a specific circuit configuration diagram of the differential amplifier shown in FIG. 6;
FIG. 8 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit according to a fourth embodiment of the invention.
FIG. 11 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit according to a seventh embodiment of the invention.
14 is a specific circuit configuration diagram of a differential stage of the differential amplifier in FIG. 13;
15 is an equivalent circuit diagram of the differential stage shown in FIG. 14;
16 is a circuit configuration diagram of the entire differential amplifier in FIG. 13 in which two output stages are embodied.
FIG. 17 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit according to a ninth embodiment of the invention.
FIG. 19 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit according to a tenth embodiment of the invention.
20 is a specific circuit configuration diagram of the differential amplifier in FIG. 19;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Board | substrate, 12a, 12b ... Well area | region, 13, 13a, 13b ... Well surrounding guard band area | region, 14 ... Boundary guard band area | region, 15, 15a, 15b, 15c, 15d ... Noise reduction circuit 16, 16a, 16b, 41 ... Differential amplifier, 16A, 41A ... Differential stage, 16B, 41Ba, 41Bb, 41Ba ', 41Bb' ... Output stage, 17, 17 ', 17a, 17b ... Feedback capacitor, 18 ... Ground reference wiring, 19 ... external terminals, 21, 24 ... well bias regions, 22, 25, 31 ... power supply wiring, 23, 26, 33 ... ground wiring, 32, 34, 36 ... external terminals, 35 ... reference voltage wiring.

Claims (13)

デジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路において、
第1、第2の入力端子と出力端子とを有し、第1の入力端子が上記半導体集積回路内の所定のノードに接続され、第2の入力端子が基準電位のノードに接続された差動増幅器と、
上記差動増幅器の出力端子と第1の入力端子との間に接続された容量
とからなるノイズ低減回路を具備したことを特徴とする半導体集積回路。
In a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted,
A difference between first and second input terminals and an output terminal, wherein the first input terminal is connected to a predetermined node in the semiconductor integrated circuit and the second input terminal is connected to a node of a reference potential; A dynamic amplifier;
A semiconductor integrated circuit comprising a noise reduction circuit comprising a capacitor connected between an output terminal and a first input terminal of the differential amplifier.
デジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路において、
第1、第2の入力端子と出力端子とを有し、第1の入力端子が基準電位のノードに接続された差動増幅器と、
上記差動増幅器の第2の入力端子と半導体集積回路内の複数の各ノードとの間に接続された複数の第1の容量と、
上記差動増幅器の出力端子と半導体集積回路内の上記複数の各ノードとの間に接続された複数の第2の容量
とからなるノイズ低減回路を具備したことを特徴とする半導体集積回路。
In a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted,
A differential amplifier having first and second input terminals and an output terminal, wherein the first input terminal is connected to a node of a reference potential;
A plurality of first capacitors connected between a second input terminal of the differential amplifier and a plurality of nodes in the semiconductor integrated circuit;
A semiconductor integrated circuit comprising a noise reduction circuit comprising a plurality of second capacitors connected between an output terminal of the differential amplifier and each of the plurality of nodes in the semiconductor integrated circuit.
デジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路において、
第1、第2の入力端子と出力端子とを有し、第1の入力端子が半導体集積回路内の第1の配線に接続され、第2の入力端子が半導体集積回路内の第2の配線に接続された差動増幅器と、
上記差動増幅器の出力端子と第1の入力端子との間に接続された容量
とからなるノイズ低減回路を具備したことを特徴とする半導体集積回路。
In a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted,
The first input terminal has an output terminal, the first input terminal is connected to a first wiring in the semiconductor integrated circuit, and the second input terminal is a second wiring in the semiconductor integrated circuit. A differential amplifier connected to
A semiconductor integrated circuit comprising a noise reduction circuit comprising a capacitor connected between an output terminal and a first input terminal of the differential amplifier.
デジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路において、
第1、第2の入力端子と出力端子とを有し、第1の入力端子が半導体集積回路内の第1の配線に接続され、第2の入力端子が基準電位のノードに接続された第1の差動増幅器と、
上記第1の差動増幅器の出力端子と第1の入力端子との間に接続された第1の容量と、
第3、第4の入力端子と出力端子とを有し、第3の入力端子が半導体集積回路内の第2の配線に接続され、第4の入力端子が上記基準電位のノードに接続された第2の差動増幅器と、
上記第2の差動増幅器の出力端子と第3の入力端子との間に接続された第2の容量
とからなるノイズ低減回路を具備したことを特徴とする半導体集積回路。
In a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted,
A first input terminal connected to a first wiring in the semiconductor integrated circuit, and a second input terminal connected to a reference potential node; 1 differential amplifier;
A first capacitor connected between an output terminal and a first input terminal of the first differential amplifier;
A third input terminal connected to a second wiring in the semiconductor integrated circuit; and a fourth input terminal connected to the reference potential node. A second differential amplifier;
A semiconductor integrated circuit comprising a noise reduction circuit comprising a second capacitor connected between an output terminal and a third input terminal of the second differential amplifier.
デジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路において、
第1、第2の入力端子と出力端子とを有する差動増幅器と、
上記差動増幅器の第1の入力端子と半導体集積回路内の第1の配線上の所定のノードとの間に接続された第1の容量と、
上記差動増幅器の第1の入力端子と半導体集積回路内の第2の配線上の所定のノードとの間に接続された第2の容量と、
上記差動増幅器の出力端子と上記第1の配線上の上記所定のノードとの間に接続された第3の容量と、
上記差動増幅器の出力端子と上記第2の配線上の上記所定のノードとの間に接続された第4の容量とを有し、
上記差動増幅器の第2の入力端子が基準電圧のノードに接続されているノイズ低減回路を具備したことを特徴とする半導体集積回路。
In a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted,
A differential amplifier having first and second input terminals and an output terminal;
A first capacitor connected between the first input terminal of the differential amplifier and a predetermined node on the first wiring in the semiconductor integrated circuit;
A second capacitor connected between the first input terminal of the differential amplifier and a predetermined node on the second wiring in the semiconductor integrated circuit;
A third capacitor connected between the output terminal of the differential amplifier and the predetermined node on the first wiring;
A fourth capacitor connected between the output terminal of the differential amplifier and the predetermined node on the second wiring;
A semiconductor integrated circuit comprising a noise reduction circuit in which a second input terminal of the differential amplifier is connected to a node of a reference voltage.
前記基準電圧のノードが、前記第1、第2の配線で伝達される2つの電圧の中間の電圧のノードであることを特徴とする請求項5記載の半導体集積回路。6. The semiconductor integrated circuit according to claim 5, wherein the node of the reference voltage is a node of a voltage intermediate between two voltages transmitted through the first and second wirings. デジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路において、
第1、第2の入力端子と、互いに逆相の第1、第2の出力端子とを有し、第1の入力端子が半導体集積回路内の第1の配線上の所定のノードに接続され、第2の入力端子が半導体集積回路内の第2の配線上の所定のノードに接続された差動増幅器と、
上記差動増幅器の第1の出力端子と上記第1の入力端子との間に接続された第1の容量と、
上記差動増幅器の第2の出力端子と上記第2の入力端子との間に接続された第2の容量
とからなるノイズ低減回路を具備したことを特徴とする半導体集積回路。
In a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted,
The first and second input terminals and the first and second output terminals having opposite phases to each other, and the first input terminal is connected to a predetermined node on the first wiring in the semiconductor integrated circuit A differential amplifier having a second input terminal connected to a predetermined node on the second wiring in the semiconductor integrated circuit;
A first capacitor connected between the first output terminal of the differential amplifier and the first input terminal;
A semiconductor integrated circuit comprising a noise reduction circuit comprising a second capacitor connected between a second output terminal of the differential amplifier and the second input terminal.
デジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路において、
第1、第2及び第3の入力端子とこれら各入力端子に対応した第1、第2及び第3の出力端子を有し、第1、第2及び第3の各出力端子から、対応する入力端子への入力電圧とそれ以外の他の2つの入力端子への入力電圧の重み付け加算電圧との差を出力する差動段と、この差動段の第1、第2及び第3の出力端子のうちいずれか1つの出力端子の出力を反転増幅する2つの出力段を有し、第1の入力端子が半導体集積回路内の第1の配線上の所定のノードに接続され、第2の入力端子が半導体集積回路内の第2の配線上の所定のノードに接続された差動増幅器と、
上記2つの出力段の一方の出力端子と上記第1の入力端子との間に接続された第1の容量と、
上記2つの出力段の他方の出力端子と上記第2の入力端子との間に接続された第2の容量とを有し、
上記差動段の第3の入力端子が基準電圧のノードに接続されているノイズ低減回路を具備したことを特徴とする半導体集積回路。
In a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted,
The first, second, and third input terminals and the first, second, and third output terminals corresponding to the input terminals, and the first, second, and third output terminals correspond to the first, second, and third output terminals. A differential stage for outputting a difference between an input voltage to the input terminal and a weighted addition voltage of the input voltages to the other two input terminals, and first, second and third outputs of the differential stage Two output stages for inverting and amplifying the output of any one of the output terminals, the first input terminal being connected to a predetermined node on the first wiring in the semiconductor integrated circuit, A differential amplifier having an input terminal connected to a predetermined node on a second wiring in the semiconductor integrated circuit;
A first capacitor connected between one output terminal of the two output stages and the first input terminal;
A second capacitor connected between the other output terminal of the two output stages and the second input terminal;
A semiconductor integrated circuit comprising a noise reduction circuit in which a third input terminal of the differential stage is connected to a node of a reference voltage.
前記基準電圧のノードが、前記第1、第2の配線で伝達される2つの電圧の中間の電圧のノードであることを特徴とする請求項8記載の半導体集積回路。9. The semiconductor integrated circuit according to claim 8, wherein the node of the reference voltage is a node of a voltage intermediate between two voltages transmitted through the first and second wirings. デジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路において、
第1、第2及び第3の入力端子とこれら各入力端子に対応した第1、第2及び第3の出力端子を有し、第1、第2及び第3の各出力端子から、対応する入力端子への入力電圧とそれ以外の他の2つの入力端子への入力電圧の重み付け加算電圧との差を出力する差動段と、この差動段の第3の出力端子の出力を増幅する1つの出力段とを有し、第1の入力端子が半導体集積回路内の第1の配線上の所定のノードに接続され、第2の入力端子が半導体集積回路内の第2の配線上の所定のノードに接続された差動増幅器と、
上記出力段の出力端子と第1または第2の入力端子との間に接続された容量とを有し、
上記差動段の第3の入力端子が基準電位のノードに接続されているノイズ低減回路を具備したことを特徴とする半導体集積回路。
In a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted,
The first, second, and third input terminals and the first, second, and third output terminals corresponding to the input terminals, and the first, second, and third output terminals correspond to the first, second, and third output terminals. A differential stage that outputs the difference between the input voltage to the input terminal and the weighted addition voltage of the input voltages to the other two input terminals, and the output of the third output terminal of the differential stage is amplified. And a first input terminal connected to a predetermined node on the first wiring in the semiconductor integrated circuit, and a second input terminal on the second wiring in the semiconductor integrated circuit. A differential amplifier connected to a given node;
A capacitor connected between the output terminal of the output stage and the first or second input terminal;
A semiconductor integrated circuit comprising a noise reduction circuit in which a third input terminal of the differential stage is connected to a node of a reference potential.
デジタル回路とアナログ回路とが混載された半導体集積回路において、
第1、第2及び第3の入力端子とこれら各入力端子に対応した第1、第2及び第3の出力端子を有し、第1、第2及び第3の各出力端子から、対応する入力端子への入力電圧とそれ以外の他の2つの入力端子への入力電圧の重み付け加算電圧との差を出力する差動段と、この差動段の第1、第2の出力端子の出力をそれぞれ増幅する第1、第2の出力段とを有し、第1の入力端子が半導体集積回路内の第1の配線上の所定のノードに接続され、第2の入力端子が半導体集積回路内の第2の配線上の所定のノードに接続され、第3の入力端子が基準電位のノードに接続された差動増幅器と、
上記第1の出力段の出力端子と第1の入力端子との間に接続された第1の容量と、
上記第2の出力段の出力端子と上記第2の入力端子との間に接続された第2の容量
とからなるノイズ低減回路を具備したことを特徴とする半導体集積回路。
In a semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted,
The first, second, and third input terminals and the first, second, and third output terminals corresponding to the input terminals, and the first, second, and third output terminals correspond to the first, second, and third output terminals. A differential stage that outputs a difference between an input voltage to the input terminal and a weighted addition voltage of input voltages to the other two input terminals, and outputs of the first and second output terminals of the differential stage Each of the first and second output stages, the first input terminal is connected to a predetermined node on the first wiring in the semiconductor integrated circuit, and the second input terminal is the semiconductor integrated circuit A differential amplifier having a third input terminal connected to a reference potential node;
A first capacitor connected between an output terminal of the first output stage and a first input terminal;
A semiconductor integrated circuit comprising a noise reduction circuit comprising a second capacitor connected between an output terminal of the second output stage and the second input terminal.
前記差動段は、
ソース、ドレインの一方が電源電圧のノードに接続され、ゲートにバイアス電圧が供給される第1チャネル型の第1のMOSトランジスタと、
上記第1のMOSトランジスタのソース、ドレインの他方にソース、ドレイン間の一端が接続され、ゲートに前記第1の入力端子が設けられる第2チャネル型の第2のMOSトランジスタと、
ソース、ドレインの一方が上記電源電圧のノードに接続され、ゲートに上記バイアス電圧が供給される第1チャネル型の第3のMOSトランジスタと、
上記第3のMOSトランジスタのソース、ドレインの他方にソース、ドレイン間の一端が接続され、ソース、ドレイン間の他端が上記第2のMOSトランジスタのソース、ドレイン間の他端に共通に接続され、ゲートに前記第2の入力端子が設けられる第2チャネル型の第4のMOSトランジスタと、
ソース、ドレインの一方が上記電源電圧のノードに接続され、ゲートに上記バイアス電圧が供給される第1チャネル型の第5のMOSトランジスタと、
上記第5のMOSトランジスタのソース、ドレインの他方にソース、ドレイン間の一端が接続され、ソース、ドレイン間の他端が上記第2のMOSトランジスタのソース、ドレイン間の他端に共通に接続され、ゲートに前記第3の入力端子が設けられる第2チャネル型の第6のMOSトランジスタと、
上記第2、第4及び第6のMOSトランジスタのソース、ドレイン間の他端の共通接続ノードと接地電圧のノードとの間にソース、ドレイン間が挿入され、ゲートに一定のバイアス電圧が供給される第2チャネル型の第7のMOSトランジスタとを有し、
上記第1、第2のMOSトランジスタの直列接続ノードに前記第1の出力端子が設けられ、
上記第3、第4のMOSトランジスタの直列接続ノードに前記第2の出力端子が設けられ、
上記第5、第6のMOSトランジスタの直列接続ノードに前記第3の出力端子が設けられることを特徴とする請求項8、10、11のいずれか1項記載の半導体集積回路。
The differential stage is:
A first channel type first MOS transistor in which one of a source and a drain is connected to a node of a power supply voltage and a bias voltage is supplied to a gate;
A second channel type second MOS transistor in which one end between the source and drain is connected to the other of the source and drain of the first MOS transistor, and the first input terminal is provided at the gate;
A first channel type third MOS transistor in which one of a source and a drain is connected to a node of the power supply voltage and the bias voltage is supplied to a gate;
One end between the source and drain is connected to the other of the source and drain of the third MOS transistor, and the other end between the source and drain is connected in common to the other end between the source and drain of the second MOS transistor. A second channel type fourth MOS transistor whose gate is provided with the second input terminal;
A first channel type fifth MOS transistor in which one of a source and a drain is connected to a node of the power supply voltage and the bias voltage is supplied to a gate;
One end between the source and drain is connected to the other of the source and drain of the fifth MOS transistor, and the other end between the source and drain is connected in common to the other end between the source and drain of the second MOS transistor. A sixth MOS transistor of the second channel type in which the third input terminal is provided at the gate;
The source and drain are inserted between the common connection node at the other end between the source and drain of the second, fourth and sixth MOS transistors and the node of the ground voltage, and a constant bias voltage is supplied to the gate. A second channel type seventh MOS transistor,
The first output terminal is provided at a series connection node of the first and second MOS transistors,
The second output terminal is provided at a series connection node of the third and fourth MOS transistors,
12. The semiconductor integrated circuit according to claim 8, wherein the third output terminal is provided at a series connection node of the fifth and sixth MOS transistors.
前記第1チャネル型の第1、第3及び第5のMOSトランジスタの特性が等しく、かつ前記第2チャネル型の第2、第4及び第6のMOSトランジスタの特性が等しくされていることを特徴とする請求項12記載の半導体集積回路。The first channel type first, third, and fifth MOS transistors have the same characteristics, and the second channel type second, fourth, and sixth MOS transistors have the same characteristics. The semiconductor integrated circuit according to claim 12.
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