JP2013090278A - Output circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、出力回路に関する。 Embodiments described herein relate generally to an output circuit.
近年の半導体集積回路の微細化に伴い、半導体集積回路の内部電源電圧は1V以下の低電圧に下がってきている。一方、外部とのインターフェースにおいては、まだ、半導体集積回路から3V等の高電圧信号の出力を必要とするときがある。その対応策の1つとして、出力回路を高耐圧のトランジスタで構成することが行われてきた。しかし、微細化が進展するにつれ、内部回路用の低耐圧トランジスタの開発とは別に、出力回路用の高耐圧トランジスタを開発することは、開発負荷が非常に重くなる。 With the recent miniaturization of semiconductor integrated circuits, the internal power supply voltage of semiconductor integrated circuits has been lowered to a low voltage of 1V or less. On the other hand, in the interface with the outside, there are cases where it is still necessary to output a high voltage signal such as 3 V from the semiconductor integrated circuit. As one of the countermeasures, the output circuit has been configured with a high breakdown voltage transistor. However, as miniaturization progresses, apart from the development of low breakdown voltage transistors for internal circuits, the development load becomes very heavy to develop high breakdown voltage transistors for output circuits.
そこで、高電圧信号を出力する出力回路を低耐圧トランジスタで構成する方式が提案されている。この方式では、高電圧系のゲート電圧が印加されるMOSトランジスタに直列に、低電圧系のゲート電圧が印加されるMOSトランジスタを接続することが行われる。これにより、各MOSトランジスタの「ゲート−ソース(ドレイン)間」、「ソース−ドレイン間」等の電圧が、高電圧と低電圧との間で分割され、ゲート酸化膜等に印加される電界強度を低下させることができる。 In view of this, there has been proposed a system in which an output circuit that outputs a high voltage signal is constituted by a low breakdown voltage transistor. In this system, a MOS transistor to which a low voltage system gate voltage is applied is connected in series with a MOS transistor to which a high voltage system gate voltage is applied. As a result, the electric field strength applied to the gate oxide film or the like is divided between the high voltage and the low voltage, such as “gate-source (drain)” and “source-drain” voltages of each MOS transistor. Can be reduced.
しかし、この方式でも、高電圧電源の電圧変動や、低電圧系のゲート電圧が印加されるMOSトランジスタにオープン不良等の欠陥があった場合には、高電圧系のゲート電圧が印加されるMOSトランジスタに耐圧超過が発生し、出力回路の信頼性が低下するという問題が生じる。また、低電圧系のゲート電圧が印加されるMOSトランジスタの対基板耐圧のマージン確保も懸念課題である。 However, even in this method, when there is a defect such as an open failure in the MOS transistor to which the voltage of the high voltage power supply or the gate voltage of the low voltage system is applied, the MOS to which the gate voltage of the high voltage system is applied A problem arises in that the breakdown voltage of the transistor is excessive and the reliability of the output circuit is lowered. It is also a concern to secure a margin for withstand voltage of the MOS transistor to which a low-voltage gate voltage is applied.
本発明が解決しようとする課題は、高電圧信号を出力する回路を低耐圧トランジスタで構成しても、信頼性を向上させることのできる出力回路を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide an output circuit capable of improving the reliability even if a circuit for outputting a high voltage signal is constituted by a low breakdown voltage transistor.
実施形態の出力回路は、出力部が、高電圧電源端子と出力端子との間に直列に接続された第1のPMOSトランジスタおよび第2のPMOSトランジスタと、接地電位端子と前記出力端子との間に直列に接続された第1のNMOSトランジスタおよび第2のNMOSトランジスタとを有し、低電圧レベルの入力信号が入力されるプリバッファ部が、前記第1のPMOSトランジスタおよび前記第1のNMOSトランジスタへ、前記高電圧よりも小さい振幅のゲート電圧を出力する。前記第2のPMOSトランジスタおよび前記第2のNMOSトランジスタのゲート端子へ前記高電圧よりも低い定電圧が印加され、前記第2のPMOSトランジスタの基板へ前記高電圧よりも低い第1の基板バイアス電圧が印加され、前記第2のNMOSトランジスタの基板へ接地電位よりも高い第2の基板バイアス電圧が印加される。 In the output circuit of the embodiment, the output unit includes a first PMOS transistor and a second PMOS transistor connected in series between the high-voltage power supply terminal and the output terminal, and between the ground potential terminal and the output terminal. The first and second NMOS transistors are connected in series to each other, and a pre-buffer unit to which an input signal of a low voltage level is input includes the first PMOS transistor and the first NMOS transistor. A gate voltage having an amplitude smaller than the high voltage is output. A constant voltage lower than the high voltage is applied to the gate terminals of the second PMOS transistor and the second NMOS transistor, and a first substrate bias voltage lower than the high voltage is applied to the substrate of the second PMOS transistor. And a second substrate bias voltage higher than the ground potential is applied to the substrate of the second NMOS transistor.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図中、同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態の出力回路の構成の例を示す回路図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating an example of a configuration of an output circuit according to the first embodiment.
本実施形態の出力回路は、高電圧電源端子VCCHと出力端子Zとの間に直列に接続されたPMOSトランジスタP11(第1のPMOSトランジスタ)およびPMOSトランジスタP12(第2のPMOSトランジスタ)と、接地電位端子GNDと出力端子Zとの間に直列に接続されたNMOSトランジスタN11(第1のNMOSトランジスタ)およびNMOSトランジスタN12(第2のNMOSトランジスタ)と、を有する出力部1と、低電圧(VCCL)レベルの入力信号が入力され、PMOSトランジスタP11およびNMOSトランジスタN11へ、高電圧VCCHよりも小さい振幅のゲート電圧PGおよびNGを出力するプリバッファ部2と、を備える。 The output circuit of this embodiment includes a PMOS transistor P11 (first PMOS transistor) and a PMOS transistor P12 (second PMOS transistor) connected in series between the high voltage power supply terminal VCCH and the output terminal Z, and a ground. An output unit 1 having an NMOS transistor N11 (first NMOS transistor) and an NMOS transistor N12 (second NMOS transistor) connected in series between the potential terminal GND and the output terminal Z, and a low voltage (VCCL) ) Level input signal is input, and the pre-buffer unit 2 outputs the gate voltages PG and NG having an amplitude smaller than that of the high voltage VCCH to the PMOS transistor P11 and the NMOS transistor N11.
ここで、外部出力用の高電圧VCCHは、例えば3Vであり、内部回路用の低電圧VCCLは、例えば1Vである。このとき、内部回路に耐圧が2VのMOSトランジスタが用いられるとすると、本実施形態の出力回路は、内部回路と同じ耐圧(2V)のMOSトランジスタで構成される。 Here, the high voltage VCCH for external output is, for example, 3V, and the low voltage VCCL for the internal circuit is, for example, 1V. At this time, if a MOS transistor having a withstand voltage of 2V is used in the internal circuit, the output circuit of the present embodiment is configured by a MOS transistor having the same withstand voltage (2V) as the internal circuit.
耐圧が2Vの場合、MOSトランジスタの定格は、「ゲート−ソース(ドレイン)間電圧」が2V、「ソース−ドレイン間電圧」が2Vであり、また、「ソース(ドレイン)−基板間電圧」は3Vと想定する。 When the withstand voltage is 2V, the rating of the MOS transistor is that the “gate-source (drain) voltage” is 2V, the “source-drain voltage” is 2V, and the “source-drain-substrate voltage” is Assume 3V.
この低耐圧のMOSトランジスタを使用するために、PMOSトランジスタP12およびNMOSトランジスタN12のゲート電圧VGは、例えば、1/2VCCHに固定される。 In order to use this low breakdown voltage MOS transistor, the gate voltage VG of the PMOS transistor P12 and the NMOS transistor N12 is fixed at 1 / 2VCCH, for example.
図1には、プリバッファ部2の内部回路の構成の例も示す。 FIG. 1 also shows an example of the configuration of the internal circuit of the prebuffer unit 2.
この例では、プリバッファ部2は、高電圧電源端子VCCHに接続されたプルアップ用PMOSトランジスタP21と、低電圧レベルの入力信号INにより導通が制御されるプルダウン用のNMOSトランジスタN21と、PMOSトランジスタP21とNMOSトランジスタN21との間に順方向に接続された3段のダイオードD1、D2、D3と、入力信号INを反転させる低電圧VCCLで動作するインバータIV1と、を有する。 In this example, the pre-buffer unit 2 includes a pull-up PMOS transistor P21 connected to the high voltage power supply terminal VCCH, a pull-down NMOS transistor N21 whose conduction is controlled by a low voltage level input signal IN, and a PMOS transistor. It has three stages of diodes D1, D2, D3 connected in the forward direction between P21 and the NMOS transistor N21, and an inverter IV1 operating at a low voltage VCCL for inverting the input signal IN.
なお、ここでは、インバータIV1の出力がインバータIV2でさらに反転されて、NMOSトランジスタN21のゲート端子へ入力されている。 Here, the output of the inverter IV1 is further inverted by the inverter IV2 and input to the gate terminal of the NMOS transistor N21.
このプリバッファ部2は、プルアップ用PMOSトランジスタP21の出力PGが、出力部1のPMOSトランジスタP11のゲート端子へ入力され、インバータIV1の出力NGが、出力部1のNMOSトランジスタN11のゲート端子へ入力される。 In the prebuffer unit 2, the output PG of the pull-up PMOS transistor P21 is input to the gate terminal of the PMOS transistor P11 of the output unit 1, and the output NG of the inverter IV1 is supplied to the gate terminal of the NMOS transistor N11 of the output unit 1. Entered.
したがって、入力信号INが‘H’(1V)のときは、出力NGはGND(0V)となる。また、このときNMOSトランジスタN21がオンするので、ダイオードD1、D2、D3の順方向電圧を0.5〜0.7Vとすると、出力PGは、およそ1.5〜2.1Vとなる。 Accordingly, when the input signal IN is 'H' (1V), the output NG is GND (0V). Since the NMOS transistor N21 is turned on at this time, the output PG is approximately 1.5 to 2.1V when the forward voltages of the diodes D1, D2, and D3 are 0.5 to 0.7V.
一方、入力信号INが‘L’(0V)のときは、出力NGはVCCL(1V)となる。また、このときNMOSトランジスタN21がオフするので、PMOSトランジスタP21の閾値をVthpとすると、出力PGは、(VCCH−|Vthp|)となる。すなわち、例えばVthp=−0.5Vとすると、出力PGは、2.5V程度となる。 On the other hand, when the input signal IN is ‘L’ (0V), the output NG is VCCL (1V). Since the NMOS transistor N21 is turned off at this time, the output PG becomes (VCCH− | Vthp |) when the threshold value of the PMOS transistor P21 is Vthp. That is, for example, when Vthp = −0.5V, the output PG is about 2.5V.
したがって、このプリバッファ部2も、耐圧2Vの低耐圧MOSトランジスタで構成することができる。 Therefore, the pre-buffer unit 2 can also be composed of a low breakdown voltage MOS transistor having a breakdown voltage of 2V.
また、本実施形態の出力回路では、出力部1のPMOSトランジスタP12の基板へ高電圧VCCHよりも低い基板バイアス電圧VBP(第1の基板バイアス電圧)が印加され、NMOSトランジスタN12の基板へ接地電位GNDよりも高い基板バイアス電圧VBN(第2の基板バイアス電圧)が印加される。 In the output circuit of this embodiment, the substrate bias voltage VBP (first substrate bias voltage) lower than the high voltage VCCH is applied to the substrate of the PMOS transistor P12 of the output unit 1, and the ground potential is applied to the substrate of the NMOS transistor N12. A substrate bias voltage VBN (second substrate bias voltage) higher than GND is applied.
図2は、通常のMOSトランジスタの基板接続の例である。この場合、PMOSトランジスタP12の基板は高電圧電源端子VCCHに接続され、NMOSトランジスタN12の基板は接地電位端子GNDに接続される。 FIG. 2 shows an example of substrate connection of a normal MOS transistor. In this case, the substrate of the PMOS transistor P12 is connected to the high voltage power supply terminal VCCH, and the substrate of the NMOS transistor N12 is connected to the ground potential terminal GND.
したがって、図2(a)に示すように、出力端子Zへの出力が‘L’の場合、PMOSトランジスタP12の「ドレイン−基板間電圧」がVCCHとなる。また、図2(b)に示すように、出力端子Zへの出力が‘H’の場合、NMOSトランジスタN12のドレイン−基板間電圧がVCCHとなる。いずれも、低耐圧トランジスタの定格ギリギリの値である。 Therefore, as shown in FIG. 2A, when the output to the output terminal Z is ‘L’, the “drain-substrate voltage” of the PMOS transistor P12 becomes VCCH. Further, as shown in FIG. 2B, when the output to the output terminal Z is 'H', the drain-substrate voltage of the NMOS transistor N12 becomes VCCH. Both are the values at the last minute rating of the low breakdown voltage transistor.
これに対して、本実施形態の場合、出力端子Zが‘L’の場合のPMOSトランジスタP12のドレイン−基板間電圧は、(VCCH−VBP)であり、出力端子Zが‘H’の場合のNMOSトランジスタN12のドレイン−基板間電圧は(VCCH−VBN)である。 On the other hand, in the present embodiment, the drain-substrate voltage of the PMOS transistor P12 when the output terminal Z is “L” is (VCCH−VBP), and the output terminal Z is “H”. The drain-substrate voltage of the NMOS transistor N12 is (VCCH-VBN).
すなわち、ドレイン−基板間の定格電圧に対して、VBPあるいはVBN分の耐圧マージンが得られる。 That is, a withstand voltage margin corresponding to VBP or VBN is obtained with respect to the rated voltage between the drain and the substrate.
このような本実施形態によれば、高電圧信号を出力する出力回路を低耐圧のMOSトランジスタで構成することができる。また、出力端子に接続されるMOSトランジスタの基板に印加する基板バイアス電圧を調整することにより、このMOSトランジスタのドレイン−基板間の耐圧マージンを向上させることができる。 According to the present embodiment as described above, the output circuit for outputting a high voltage signal can be constituted by a low breakdown voltage MOS transistor. Further, by adjusting the substrate bias voltage applied to the substrate of the MOS transistor connected to the output terminal, the breakdown voltage margin between the drain and the substrate of the MOS transistor can be improved.
(第2の実施形態)
本実施の形態では、電源電圧の変動などにより、高電圧VCCHの電圧が通常よりも高くなっても、使用する低耐圧MOSトランジスタの耐圧マージンを確保することのできる出力回路の例を示す。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, an example of an output circuit capable of ensuring a withstand voltage margin of a low withstand voltage MOS transistor to be used even when the voltage of the high voltage VCCH becomes higher than usual due to a change in power supply voltage or the like will be described.
図3は、本実施形態の出力回路の構成の例を示す回路図である。 FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the output circuit of the present embodiment.
本実施形態が第1の実施形態と異なる点は、出力部1Aが、高電圧電源端子VCCHとPMOSトランジスタP11との間に、ゲート端子がドレイン端子に接続されたPMOSトランジスタP13(第3のPMOSトランジスタ)を有する点と、プリバッファ部2Aが、高電圧電源端子VCCHとプルアップ用PMOSトランジスタP21との間に、ゲート端子がドレイン端子に接続されたPMOSトランジスタP22を有する点である。 This embodiment is different from the first embodiment in that the output unit 1A includes a PMOS transistor P13 (third PMOS transistor) whose gate terminal is connected to the drain terminal between the high voltage power supply terminal VCCH and the PMOS transistor P11. The pre-buffer unit 2A includes a PMOS transistor P22 having a gate terminal connected to the drain terminal between the high-voltage power supply terminal VCCH and the pull-up PMOS transistor P21.
PMOSトランジスタP13およびPMOSトランジスタP22は、ゲート端子がドレイン端子に接続されたセルフバイアス構成のため、そのドレイン端子電圧は、ソース端子電圧である高電圧VCCHよりも、閾値電圧(の絶対値)分低い電圧となる。 Since the PMOS transistor P13 and the PMOS transistor P22 have a self-bias configuration in which the gate terminal is connected to the drain terminal, the drain terminal voltage is lower than the high voltage VCCH which is the source terminal voltage by the threshold voltage (absolute value thereof). Voltage.
すなわち、PMOSトランジスタの閾値電圧をVthpとすると、PMOSトランジスタP11およびトランジスタP21のソース端子へ印加される電圧が(VCCH−|Vthp|)となる。 That is, when the threshold voltage of the PMOS transistor is Vthp, the voltage applied to the source terminals of the PMOS transistor P11 and the transistor P21 is (VCCH− | Vthp |).
これにより、回路全体の実効的な電源電圧が、PMOSトランジスタの閾値電圧の分低下し、その分、各MOSトランジスタの耐圧マージンが上昇する。 As a result, the effective power supply voltage of the entire circuit decreases by the threshold voltage of the PMOS transistor, and the withstand voltage margin of each MOS transistor increases accordingly.
したがって、このような本実施形態によれば、高電圧VCCHの電圧が高い方へ変動しても、その変動量がPMOSトランジスタの閾値電圧以下であれば、各MOSトランジスタの耐圧マージンを十分に確保することができる。 Therefore, according to the present embodiment as described above, even if the voltage of the high voltage VCCH fluctuates higher, if the fluctuation amount is equal to or less than the threshold voltage of the PMOS transistor, a sufficient breakdown voltage margin of each MOS transistor is ensured. can do.
(第3の実施形態)
本実施形態の出力回路は、第1の実施形態の出力回路の出力部1を出力部1Bに置換したものである。
(Third embodiment)
The output circuit of the present embodiment is obtained by replacing the output unit 1 of the output circuit of the first embodiment with an output unit 1B.
図4は、本実施形態の出力部1Bの構成の例を示す回路図である。 FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the output unit 1B of the present embodiment.
本実施形態の出力部1Bは、第1の実施形態の出力部1に対して、クランプ回路31およびクランプ回路32が追加されている。
The output unit 1B of the present embodiment has a
クランプ回路31は、PMOSトランジスタP11とPMOSトランジスタP12の接続点であるノードaと、高電圧電源端子VCCHと、の間に接続される。
The
また、クランプ回路32は、NMOSトランジスタN11とNMOSトランジスタN12の接続点であるノードbと、接地電位端子GNDと、の間に接続される。
The
図4では、クランプ回路31の内部回路の構成例として、それぞれ、ドレイン端子がゲート端子に接続された、PMOSトランジスタP31とPMOSトランジスタP32とを直列に接続した回路を示す。また、クランプ回路32の内部回路の構成例として、それぞれ、ドレイン端子がゲート端子に接続された、NMOSトランジスタN31とNMOSトランジスタN32とを直列に接続した回路を示す。
FIG. 4 shows, as an example of the configuration of the internal circuit of the
クランプ回路31は、ノードaの電位が想定電位よりも低下しようとしたときに、その低下を防止する働きをし、クランプ回路32は、ノードbの電位が想定電位よりも上昇しようとしたときに、その上昇を防止する働きをする。
The
その動作を、クランプ回路31を例にとって説明する。
The operation will be described taking the
ノードaの電位は、出力端子Zへ‘H’レベルを出力する場合、高電圧VCCHになる。 The potential of the node a becomes the high voltage VCCH when outputting the “H” level to the output terminal Z.
一方、出力端子Zへ‘L’レベルを出力する場合、PMOSトランジスタP12の働きにより、ノードaの電位は、接地電位GNDまでは下がることはなく、(PMOSトランジスタP12のゲート電圧VG+閾値電圧)となる。 On the other hand, when outputting the 'L' level to the output terminal Z, the potential of the node a does not drop to the ground potential GND due to the action of the PMOS transistor P12, and (gate voltage VG + threshold voltage of the PMOS transistor P12) Become.
ところが、PMOSトランジスタP12に、例えば素子の欠陥等により、リーク電流が流れる不良があった場合、PMOSトランジスタP11がオフしているため、ノードaの電位は、接地電位GNDへ向かって下がろうとする。そのまま接地電位GNDまでさがると、PMOSトランジスタP11に耐圧超過の問題が発生する。 However, if the PMOS transistor P12 has a defect in which a leak current flows due to, for example, a defect of an element, for example, the PMOS transistor P11 is turned off, so that the potential of the node a tends to decrease toward the ground potential GND. . If the ground potential GND is reduced as it is, the PMOS transistor P11 has a problem of excessive breakdown voltage.
しかし、本実施形態では、ノードaの電位が、(VCCH−(PMOSトランジスタP31の閾値+PMOSトランジスタP32の閾値))まで下がると、クランプ回路31に電流が流れ、ノードaの電位の低下に歯止めがかかる。
However, in the present embodiment, when the potential of the node a decreases to (VCCH− (the threshold value of the PMOS transistor P31 + the threshold value of the PMOS transistor P32)), a current flows through the
これにより、ノードaの電位は一定に保たれ、PMOSトランジスタP11の耐圧が確保される。 As a result, the potential of the node a is kept constant, and the breakdown voltage of the PMOS transistor P11 is secured.
同様に、クランプ回路32は、出力端子Zへ‘H’レベルを出力しているときに、NMOSトランジスタN12にリーク電流が流れる不良があって、ノードbの電位が上昇しようとすると動作し、ノードbの電位の上昇に歯止めをかける。これにより、ノードbの電位が一定に保たれ、NMOSトランジスタN11の耐圧が確保される。
Similarly, the
このような本実施形態によれば、出力端子に接続されるMOSトランジスタにリーク不良があっても、そのMOSトランジスタの他端の電位を一定に保つことができる。これにより、このMOSトランジスタの他端に接続されるMOSトランジスタの耐圧を確保することができる。 According to the present embodiment, even if the MOS transistor connected to the output terminal has a leak failure, the potential at the other end of the MOS transistor can be kept constant. Thereby, the breakdown voltage of the MOS transistor connected to the other end of the MOS transistor can be ensured.
(第4の実施形態)
本実施形態の出力回路は、第2の実施形態の出力回路の出力部1Aを出力部1Cに置換したものである。
(Fourth embodiment)
The output circuit of this embodiment is obtained by replacing the output unit 1A of the output circuit of the second embodiment with an output unit 1C.
図5は、本実施形態の出力部1Cの構成の例を示す回路図である。 FIG. 5 is a circuit diagram illustrating an example of the configuration of the output unit 1C of the present embodiment.
本実施形態の出力部1Cは、第2の実施形態の出力部1Aに対して、第3の実施形態で示したクランプ回路31およびクランプ回路32を追加したものである。
The output unit 1C of the present embodiment is obtained by adding the
クランプ回路31およびクランプ回路32の構成、動作等は、第3の実施形態と同じであるので、ここでは、その説明を省略する。
Since the configurations and operations of the
このような本実施形態によれば、第2の実施形態で得られる効果に加えて、第3の実施形態で説明した効果も得ることができる。 According to this embodiment, in addition to the effects obtained in the second embodiment, the effects described in the third embodiment can also be obtained.
(基板バイアス電圧生成回路)
上述の各実施形態において、PMOSトランジスタP12の基板へ印加する基板バイアス電圧VBP、およびNMOSトランジスタN12の基板へ印加する基板バイアス電圧VBNは、集積回路の外部から入力してもよいし、集積回路の内部で生成してもよい。
(Substrate bias voltage generation circuit)
In each of the above embodiments, the substrate bias voltage VBP applied to the substrate of the PMOS transistor P12 and the substrate bias voltage VBN applied to the substrate of the NMOS transistor N12 may be input from the outside of the integrated circuit, It may be generated internally.
図6は、基板バイアス電圧VBPおよび基板バイアス電圧VBNを集積回路の内部で生成するときに用いる、基板バイアス電圧生成回路の例である。 FIG. 6 shows an example of a substrate bias voltage generation circuit used when the substrate bias voltage VBP and the substrate bias voltage VBN are generated inside the integrated circuit.
図6に示す基板バイアス電圧生成回路100は、高電圧電源端子VCCHにソース端子が接続され、ゲート端子がドレイン端子に接続されたPMOSトランジスタP101と、
接地電位端子GNDにソース端子が接続され、ゲート端子がドレイン端子に接続されたNMOSトランジスタN101と、PMOSトランジスタP101のドレイン端子とNMOSトランジスタN101のドレイン端子との間に直列に接続されたPMOSトランジスタP102およびNMOSトランジスタN102と、を備える。PMOSトランジスタP102およびNMOSトランジスタN102のゲート端子は、PMOSトランジスタP102とNMOSトランジスタN102の接続点に共通に接続される。
A substrate bias voltage generation circuit 100 shown in FIG. 6 includes a PMOS transistor P101 having a source terminal connected to a high voltage power supply terminal VCCH and a gate terminal connected to a drain terminal.
An NMOS transistor N101 having a source terminal connected to the ground potential terminal GND and a gate terminal connected to the drain terminal, and a PMOS transistor P102 connected in series between the drain terminal of the PMOS transistor P101 and the drain terminal of the NMOS transistor N101. And an NMOS transistor N102. The gate terminals of the PMOS transistor P102 and the NMOS transistor N102 are commonly connected to the connection point between the PMOS transistor P102 and the NMOS transistor N102.
PMOSトランジスタP101は、ゲート端子がドレイン端子に接続されたセルフバイアス構成のため、そのドレイン端子電圧は、ソース端子電圧である高電圧VCCHよりも、閾値電圧分低い電圧となる。このPMOSトランジスタP101のドレイン端子から基板バイアス電圧VBPが出力される。 Since the PMOS transistor P101 has a self-bias configuration in which the gate terminal is connected to the drain terminal, the drain terminal voltage is lower than the high voltage VCCH, which is the source terminal voltage, by a threshold voltage. A substrate bias voltage VBP is output from the drain terminal of the PMOS transistor P101.
したがって、基板バイアス電圧VBPは、(VCCH−PMOSトランジスタP101の閾値)となる。 Therefore, the substrate bias voltage VBP becomes (the threshold value of the VCCH-PMOS transistor P101).
また、NMOSトランジスタN101は、ゲート端子がドレイン端子に接続されたセルフバイアス構成のため、そのドレイン端子電圧は、ソース端子電圧である接地電位GNDよりも、閾値電圧分高い電圧となる。このNMOSトランジスタN101のドレイン端子から基板バイアス電圧VBNが出力される。 Since the NMOS transistor N101 has a self-bias configuration in which the gate terminal is connected to the drain terminal, the drain terminal voltage is higher than the ground potential GND, which is the source terminal voltage, by a threshold voltage. A substrate bias voltage VBN is output from the drain terminal of the NMOS transistor N101.
したがって、基板バイアス電圧VBNは、(GND+NMOSトランジスタN101の閾値)となる。 Therefore, the substrate bias voltage VBN becomes (GND + the threshold value of the NMOS transistor N101).
なお、PMOSトランジスタP102とNMOSトランジスタN102の接続点の電位Vmは、基板バイアス電圧VBPと基板バイアス電圧VBNの中間電位となる。 The potential Vm at the connection point between the PMOS transistor P102 and the NMOS transistor N102 is an intermediate potential between the substrate bias voltage VBP and the substrate bias voltage VBN.
したがって、この基板バイアス電圧生成回路100も、低耐圧のMOSトランジスタで構成することができる。 Therefore, this substrate bias voltage generation circuit 100 can also be formed of a low breakdown voltage MOS transistor.
このような基板バイアス電圧生成回路を用いれば、出力回路へ印加する基板バイアス電圧VBPおよび基板バイアス電圧VBNを半導体集積回路内部で自動的に供給することができる。 By using such a substrate bias voltage generation circuit, the substrate bias voltage VBP and the substrate bias voltage VBN applied to the output circuit can be automatically supplied inside the semiconductor integrated circuit.
以上説明した少なくとも1つの実施形態の出力回路によれば、高電圧信号を出力する回路を低耐圧トランジスタで構成しても、信頼性を向上させることができる。 According to the output circuit of at least one embodiment described above, the reliability can be improved even if the circuit that outputs a high voltage signal is formed of a low breakdown voltage transistor.
また、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Moreover, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1、1A、1B、1C 出力部
2、2A プリバッファ部
100 基板バイアス電圧生成回路
P11〜P13、P21、P22、P31、P32、P101、P102 PMOSトランジスタ
N11、N12、N21、N31、N32、N101、N102 NMOSトランジスタ
IV1、IV2 インバータ
D1〜D3 ダイオード
1, 1A, 1B, 1C Output unit 2, 2A Pre-buffer unit 100 Substrate bias voltage generation circuits P11 to P13, P21, P22, P31, P32, P101, P102 PMOS transistors N11, N12, N21, N31, N32, N101, N102 NMOS transistors IV1, IV2 Inverters D1-D3 Diode
Claims (6)
を有する出力部と、
低電圧レベルの入力信号が入力され、前記第1のPMOSトランジスタおよび前記第1のNMOSトランジスタへ、前記高電圧よりも小さい振幅のゲート電圧を出力するプリバッファ部と
を備え、
前記第2のPMOSトランジスタおよび前記第2のNMOSトランジスタのゲート端子へ前記高電圧よりも低い定電圧が印加され、
前記第2のPMOSトランジスタの基板へ前記高電圧よりも低い第1の基板バイアス電圧が印加され、
前記第2のNMOSトランジスタの基板へ接地電位よりも高い第2の基板バイアス電圧が印加される
ことを特徴とする出力回路。 A first PMOS transistor and a second PMOS transistor connected in series between a high voltage power supply terminal and an output terminal, and a first NMOS transistor connected in series between a ground potential terminal and the output terminal And an output section having a second NMOS transistor;
A pre-buffer unit that receives an input signal at a low voltage level and outputs a gate voltage having an amplitude smaller than the high voltage to the first PMOS transistor and the first NMOS transistor;
A constant voltage lower than the high voltage is applied to the gate terminals of the second PMOS transistor and the second NMOS transistor,
A first substrate bias voltage lower than the high voltage is applied to a substrate of the second PMOS transistor;
An output circuit, wherein a second substrate bias voltage higher than a ground potential is applied to a substrate of the second NMOS transistor.
前記高電圧電源端子と前記第1のPMOSトランジスタとの間に、ゲート端子がドレイン端子に接続された第3のPMOSトランジスタを有する
ことを特徴とする請求項1に記載の出力回路。 The output unit is
The output circuit according to claim 1, further comprising a third PMOS transistor having a gate terminal connected to a drain terminal between the high-voltage power supply terminal and the first PMOS transistor.
前記第1のPMOSトランジスタと前記第2のPMOSトランジスタの接続点の電位が想定電位よりも低下しようとしたときに、その低下を防止する第1のクランプ回路と、
前記第1のNMOSトランジスタと前記第2のNMOSトランジスタの接続点の電位が想定電位よりも上昇しようとしたときに、その上昇を防止する第2のクランプ回路と
を有することを特徴とする請求項1または2に記載の出力回路。 The output unit is
A first clamp circuit for preventing a drop in potential when a potential at a connection point between the first PMOS transistor and the second PMOS transistor is lowered from an assumed potential;
2. A second clamp circuit for preventing an increase in potential when a potential at a connection point between the first NMOS transistor and the second NMOS transistor is increased from an assumed potential. The output circuit according to 1 or 2.
前記高電圧電源端子に接続されたプルアップ用PMOSトランジスタと、
前記低電圧レベルの入力信号により導通が制御されるプルダウン用のNMOSトランジスタと、
前記プルアップ用PMOSトランジスタと前記プルダウン用のNMOSトランジスタとの間に順方向に接続されたダイオードと、
前記低電圧レベルの入力信号を反転させる低電圧で動作するインバータと
を有し、
前記プルアップ用PMOSトランジスタの出力が、前記第1のPMOSトランジスタのゲート端子へ入力され、
前記インバータの出力が、前記第1のNMOSトランジスタのゲート端子へ入力される
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の出力回路。 The pre-buffer unit is
A pull-up PMOS transistor connected to the high voltage power supply terminal;
A pull-down NMOS transistor whose conduction is controlled by the low voltage level input signal;
A diode connected in a forward direction between the pull-up PMOS transistor and the pull-down NMOS transistor;
An inverter operating at a low voltage for inverting the input signal at the low voltage level,
The output of the pull-up PMOS transistor is input to the gate terminal of the first PMOS transistor,
4. The output circuit according to claim 1, wherein an output of the inverter is input to a gate terminal of the first NMOS transistor. 5.
前記高電圧電源端子と前記プルアップ用PMOSトランジスタとの間に、ゲート端子がドレイン端子に接続されたPMOSトランジスタを有する
ことを特徴とする請求項4に記載の出力回路。 The pre-buffer unit is
5. The output circuit according to claim 4, further comprising a PMOS transistor having a gate terminal connected to a drain terminal between the high-voltage power supply terminal and the pull-up PMOS transistor.
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の出力回路。 6. The output circuit according to claim 1, further comprising a substrate bias voltage generation circuit that generates the first substrate bias voltage and the second substrate bias voltage.
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