JP2014003514A - Semiconductor device and communication system - Google Patents

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一兆 ▲高▼井
Kazuyoshi Takai
Yoshi Kawahara
善 河原
Yutaka Hayashi
豊 林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device that is low in manufacturing cost.SOLUTION: The semiconductor device (40, 1_1-1_n, 2_1-2_n) comprises on a semiconductor substrate: a power transistor (MN0) disposed between a first external terminal (LDD) and a second external terminal (GND); a clamp circuit (14) disposed between the first external terminal and a gate electrode of the power transistor; and a resistance circuit (15) disposed between the gate electrode of the power transistor and the second external terminal. The semiconductor device further comprises: a first, N channel MIS transistor (MN1) having a source electrode and a back gate electrode connected to the first external terminal, and a drain electrode connected to a drain electrode of the power transistor; a first resistive element (R1) disposed between a gate electrode and the source electrode of the first MIS transistor; and a second resistive element (R2) disposed between the gate electrode and the drain electrode of the first MIS transistor.

Description

本発明は、半導体装置及び通信システムに関し、例えば出力段に高耐圧のトランジスタを備える半導体装置に適用して有効な技術に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a communication system, and more particularly to a technique effective when applied to a semiconductor device having a high breakdown voltage transistor in an output stage.

リレーやモータ等の負荷を大電流で駆動するための負荷駆動回路として、ローサイドドライバ回路がある。例えば、ローサイドドライバ回路は、出力端子とグラウンド端子との間に設けられたパワートランジスタから成り、パワートランジスタのオン・オフを制御することで負荷を駆動する。近年、車載用のECU(Electrical Control Unit)間の通信を行うためのLIN(Local Interconnect Network)やK−Lineなどの通信システムにおいて、ECUの出力端子に接続される信号線(バス)を駆動するドライバ回路として、ローサイドドライバ回路が用いられている。例えば、LINの通信システムでは、夫々のECUにおけるローサイドドライバの出力端子が1本のバスに共通接続され、バスはプルアップ抵抗を介してバッテリと接続される。各ECUは、バスの電圧を受信回路で受けることで信号の受信を行うとともに、ローサイドドライバ回路の出力段のパワートランジスタをオン・オフさせることで信号の送信を行う。   There is a low-side driver circuit as a load driving circuit for driving a load such as a relay or a motor with a large current. For example, the low side driver circuit includes a power transistor provided between an output terminal and a ground terminal, and drives a load by controlling on / off of the power transistor. In recent years, in a communication system such as LIN (Local Interconnect Network) or K-Line for communication between in-vehicle ECUs (Electrical Control Units), a signal line (bus) connected to an output terminal of the ECU is driven. A low-side driver circuit is used as the driver circuit. For example, in the communication system of LIN, the output terminal of the low side driver in each ECU is commonly connected to one bus, and the bus is connected to a battery via a pull-up resistor. Each ECU receives signals by receiving the bus voltage at the receiving circuit, and transmits signals by turning on and off the power transistors in the output stage of the low-side driver circuit.

LIN等の通信システムに適用されるローサイドドライバ回路は、バッテリ電圧(18V〜24V程度)を超える正の電圧を発生させるようなESDが出力端子に発生した場合、ローサイドドライバ回路が破壊されないように保護しなければならない。そこで、ローサイドドライバ回路は、特許文献1及び2に開示されているように、端子電圧が設定したクランプ電圧以上になると出力端子に接続されたパワートランジスタを活性化させて電流を吸収させる動作(以下、アクティブクランプ動作と称する。)を行うための機構を備えることで、出力端子の正方向の電圧の上昇を抑えていた。   The low-side driver circuit applied to a communication system such as LIN protects the low-side driver circuit from being destroyed when an ESD that generates a positive voltage exceeding the battery voltage (about 18V to 24V) occurs at the output terminal. Must. Therefore, as disclosed in Patent Documents 1 and 2, the low-side driver circuit activates the power transistor connected to the output terminal and absorbs the current when the terminal voltage becomes equal to or higher than the set clamp voltage (hereinafter, referred to as the following). , Referred to as an active clamping operation), a rise in the voltage in the positive direction of the output terminal is suppressed.

特開2008−35067号公報JP 2008-35067 A 特開2001−44291号公報JP 2001-44291 A

ローサイドドライバ回路は、正の高電圧の印加のみならず、負の高電圧の印加に対しても保護する必要がある。例えば、LIN等の通信システムに適用されるローサイドドライバ回路は、負の電圧を発生させるようなESDが発生した場合やバッテリが逆接続された場合にも保護が必要となる。特許文献1や特許文献2に記載された回路構成のローサイドドライバ回路であれば、出力端子に負の電圧が印加されたとしても、出力段のパワートランジスタのボディダイオードを介してグラウンド端子から出力端子に電流が流れるため、出力端子における負電圧の増大を抑えることができる。しかしながら、ローサイドドライバ回路を適用するシステムによっては、所定の大きさを超える負電圧が印加されたら電流を流し始めるような特性が要求される場合がある。例えば、LINの通信システムに適用されるローサイドドライバ回路は、バッテリの逆接続による破壊を防止するため、−18V程度から電流が流れ始める特性が要求される。そのため、このようなシステムに適用されるローサイドドライバ回路では、負電圧の印加時にパワートランジスタのボディダイオードを介して出力端子に電流が流れないようにパワートランジスタのドレイン電極と出力端子の間に逆流防止のダイオードを設け、且つ所定の大きさを超える負電圧が印加されたら電流を流し始めるESD保護回路を出力端子とグラウンド端子の間に別途設けていた。その結果、回路規模の増大を招いていた。   The low-side driver circuit needs to protect not only the application of a positive high voltage but also the application of a negative high voltage. For example, a low-side driver circuit applied to a communication system such as LIN requires protection even when an ESD that generates a negative voltage occurs or when a battery is reversely connected. In the low-side driver circuit having the circuit configuration described in Patent Document 1 or Patent Document 2, even if a negative voltage is applied to the output terminal, the output terminal is connected to the output terminal from the ground terminal via the body diode of the power transistor in the output stage. Therefore, an increase in the negative voltage at the output terminal can be suppressed. However, depending on the system to which the low-side driver circuit is applied, there is a case where a characteristic that starts to flow current when a negative voltage exceeding a predetermined magnitude is applied may be required. For example, a low-side driver circuit applied to a LIN communication system is required to have a characteristic in which a current starts to flow from about −18 V in order to prevent destruction due to reverse connection of a battery. Therefore, in a low-side driver circuit applied to such a system, backflow prevention is prevented between the drain electrode and the output terminal of the power transistor so that no current flows to the output terminal via the body diode of the power transistor when a negative voltage is applied. In addition, an ESD protection circuit that starts flowing current when a negative voltage exceeding a predetermined magnitude is applied is separately provided between the output terminal and the ground terminal. As a result, the circuit scale has been increased.

また、ローサイドドライバ回路をバルクプロセスで製造した場合、負電圧の印加時に回路素子と基板(サブストレート)との間に形成された寄生ダイオードの不所望な動作により、所望の特性が得られなかったり、十分なESD耐量が得られなかったりする問題があった。そのため、ローサイドドライバ回路の多くはSOI(Silicon On Insulator)プロセスにより製造され、チップコストの増大を招いていた。   In addition, when a low-side driver circuit is manufactured by a bulk process, desired characteristics may not be obtained due to an undesired operation of a parasitic diode formed between a circuit element and a substrate (substrate) when a negative voltage is applied. There was a problem that sufficient ESD tolerance could not be obtained. For this reason, many of the low-side driver circuits are manufactured by an SOI (Silicon On Insulator) process, resulting in an increase in chip cost.

そこで、本願発明者は、高耐圧が要求される半導体装置において、低コスト化のための新たな技術が必要であると考えた。   Therefore, the inventor of the present application considered that a new technology for reducing the cost is required in a semiconductor device that requires a high breakdown voltage.

このような課題を解決するための手段等を以下に説明するが、その他の課題と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。   Means for solving such problems will be described below, but other problems and novel features will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

本願において開示される実施の形態のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記のとおりである。   An outline of representative ones of the embodiments disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、本半導体装置は、半導体基板に、第1外部端子と第2外部端子との間に設けられたパワートランジスタと、前記第1外部端子と前記パワートランジスタのゲート電極との間に設けられたクランプ回路と、前記パワートランジスタのゲート電極と前記第2外部端子との間に設けられた抵抗回路とを有する。本半導体装置は更に、ソース電極及びバックゲート電極が第1外部端子に接続され、ドレイン電極がパワートランジスタのドレイン電極に接続されたNチャネル型の第1MISトランジスタと、第1MISトランジスタのゲート電極とソース電極との間に設けられた第1抵抗素子と、第1MISトランジスタのゲート電極とドレイン電極との間に設けられた第2抵抗素子と、を有する。   That is, the semiconductor device is provided on a semiconductor substrate between a power transistor provided between the first external terminal and the second external terminal, and between the first external terminal and the gate electrode of the power transistor. A clamp circuit; and a resistance circuit provided between the gate electrode of the power transistor and the second external terminal. The semiconductor device further includes an N-channel first MIS transistor having a source electrode and a back gate electrode connected to the first external terminal and a drain electrode connected to the drain electrode of the power transistor, and the gate electrode and the source of the first MIS transistor. A first resistance element provided between the electrodes and a second resistance element provided between the gate electrode and the drain electrode of the first MIS transistor.

本願において開示される実施の形態のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。   The effects obtained by the representative ones of the embodiments disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、本半導体装置によれば、製造コストを下げることができる。   That is, according to the semiconductor device, the manufacturing cost can be reduced.

図1は、本願の代表的な実施の形態に係る半導体装置を例示するブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a semiconductor device according to a representative embodiment of the present application. 図2は、本願の一実施の形態に係る通信システムを例示するブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a communication system according to an embodiment of the present application. 図3は、実施の形態1に係るECU1_1の内部構成を例示するブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating an internal configuration of ECU 1_1 according to the first embodiment. 図4は、ローサイドドライバ回路10における入出力端子LDDのI−V特性を例示する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating the IV characteristics of the input / output terminal LDD in the low-side driver circuit 10. 図5は、比較例としてのローサイドドライバ回路30を例示するブロック図である。FIG. 5 is a block diagram illustrating a low-side driver circuit 30 as a comparative example. 図6は、実施の形態2に係るローサイドドライバ回路20の内部構成を例示するブロック図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating the internal configuration of the low-side driver circuit 20 according to the second embodiment.

1.実施の形態の概要
先ず、本願において開示される代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
1. First, an outline of a typical embodiment disclosed in the present application will be described. Reference numerals in the drawings referred to in parentheses in the outline description of the representative embodiments merely exemplify what are included in the concept of the components to which the reference numerals are attached.

〔1〕(逆流防止ダイオードと負電圧に対するアクティブクランプ回路を構成するトランジスタとを兼用するローサイドドライバ回路)
図1に示されるように、本願の代表的な実施の形態に係る半導体装置(40、1_1〜1_n、2_1〜2_n)は、半導体基板に形成された、第1外部端子(LDD)と、第2外部端子(GND)と、第1外部端子と第2外部端子との間に設けられたパワートランジスタ(MN0)と、第1外部端子とパワートランジスタのゲート電極との間に設けられたクランプ回路(14)とを有する。本半導体装置は更に、半導体基板に形成された、前記パワートランジスタのゲート電極と前記第2外部端子との間に設けられた抵抗回路(15)と、ソース電極及びバックゲート電極が前記第1外部端子に接続されドレイン電極が前記パワートランジスタのドレイン電極に接続されたNチャネル型の第1MISトランジスタ(MN1)と、を有する。本半導体装置は更に、半導体基板に形成された、前記第1MISトランジスタのゲート電極とソース電極との間に設けられた第1抵抗素子(R1)と、前記第1MISトランジスタのゲート電極とドレイン電極との間に設けられた第2抵抗素子(R2)とを有する。
[1] (Low-side driver circuit that doubles as a backflow prevention diode and a transistor constituting an active clamp circuit for negative voltage)
As shown in FIG. 1, a semiconductor device (40, 1_1 to 1_n, 2_1 to 2_n) according to a representative embodiment of the present application includes a first external terminal (LDD) formed on a semiconductor substrate, Two external terminals (GND), a power transistor (MN0) provided between the first external terminal and the second external terminal, and a clamp circuit provided between the first external terminal and the gate electrode of the power transistor (14) The semiconductor device further includes a resistor circuit (15) formed between the gate electrode of the power transistor and the second external terminal formed on a semiconductor substrate, and a source electrode and a back gate electrode formed on the first external electrode. An N-channel first MIS transistor (MN1) connected to the terminal and having a drain electrode connected to the drain electrode of the power transistor. The semiconductor device further includes a first resistance element (R1) provided between a gate electrode and a source electrode of the first MIS transistor, formed on a semiconductor substrate, and a gate electrode and a drain electrode of the first MIS transistor. And a second resistance element (R2) provided between the two.

項1の半導体装置は、第1外部端子に正電圧が印加された場合、パワートランジスタをオンさせることで、第1外部端子から第2外部端子に向かって第1MISトランジスタのドレイン・ソース間のボディダイオードを介して電流を流すことができる。また、パワートランジスタがオフ状態であるときに第1外部端子に負電圧が印加された場合、印加された負電圧が所定の大きさを超えると第1MISトランジスタがオンする。これにより、第2外部端子から第1外部端子に向かって第1MISトランジスタのドレイン・ソース間を介して電流を流すことができる。第1MISトランジスタをオンさせる負電圧の大きさは、第1抵抗素子と第2抵抗素子の抵抗比によって容易に変更することができる。したがって、項1の半導体装置によれば、所望の大きさの負電圧が印加されたら電圧の増大を抑える機能を、より小さな回路規模で実現することができ、チップコストの低減に資する。   In the semiconductor device according to item 1, when a positive voltage is applied to the first external terminal, the power transistor is turned on, whereby the body between the drain and source of the first MIS transistor is directed from the first external terminal toward the second external terminal. A current can flow through the diode. In addition, when a negative voltage is applied to the first external terminal when the power transistor is in an off state, the first MIS transistor is turned on when the applied negative voltage exceeds a predetermined magnitude. As a result, a current can flow from the second external terminal toward the first external terminal via the drain and source of the first MIS transistor. The magnitude of the negative voltage for turning on the first MIS transistor can be easily changed according to the resistance ratio between the first resistance element and the second resistance element. Therefore, according to the semiconductor device of item 1, the function of suppressing an increase in voltage when a negative voltage having a desired magnitude is applied can be realized with a smaller circuit scale, which contributes to a reduction in chip cost.

〔2〕(バルクプロセス+PMOSボディダイオードによる逆流防止)
項1の半導体装置(1_1〜1_n、2_1〜2_n)において、前記半導体基板はバルク構造の半導体基板である。また、前記クランプ回路は、ドレイン電極が前記第1端子に接続され、ソース電極、バックゲート電極、及びゲート電極が共通接続されるPチャネル型の第2MISトランジスタ(MP5)と、前記第2MISトランジスタのソース電極と前記パワートランジスタのゲート電極との間に直列接続される複数の第1ダイオード(ZD11〜ZD1m、D2)と、を有する。
[2] (Backflow prevention by bulk process + PMOS body diode)
In the semiconductor device (1_1 to 1_n, 2_1 to 2_n) according to Item 1, the semiconductor substrate is a semiconductor substrate having a bulk structure. The clamp circuit includes a P-channel type second MIS transistor (MP5) having a drain electrode connected to the first terminal and a source electrode, a back gate electrode, and a gate electrode connected in common, and the second MIS transistor. A plurality of first diodes (ZD11 to ZD1m, D2) connected in series between the source electrode and the gate electrode of the power transistor;

これによれば、SOIプロセスによって製造する場合に比べて、製造コストの低減を図ることができる。また、半導体装置をバルクプロセスで製造した場合であっても、対基板(サブストレート)間の寄生ダイオードがオンすることによる第1外部端子への不所望な電流の逆流を防止することができ、所望の特性や十分なESD耐量を実現することができる。例えば、第1外部端子と第1ダイオードとの間に逆流防止用のダイオードとして第2MISダイオードのボディダイオードを用いるから、第1クランプ回路から基板との間に形成された寄生ダイオードを介して第1外部端子に電流が流れることを防止することができる。同様に、第1外部端子とパワートランジスタのドレイン電極との間に逆流防止用のダイオードとして第1MISダイオードのボディダイオードを用いるから、基板(サブストレート)との間に形成された寄生ダイオードを介して第1外部端子に電流が流れることを防止することができる。   According to this, compared with the case where it manufactures by SOI process, reduction of manufacturing cost can be aimed at. Moreover, even when the semiconductor device is manufactured by a bulk process, it is possible to prevent an undesired reverse current flow to the first external terminal due to the parasitic diode between the substrate (substrate) being turned on, Desired characteristics and sufficient ESD tolerance can be realized. For example, since the body diode of the second MIS diode is used as a backflow prevention diode between the first external terminal and the first diode, the first diode is connected via the parasitic diode formed between the first clamp circuit and the substrate. It is possible to prevent current from flowing to the external terminal. Similarly, since the body diode of the first MIS diode is used as a backflow preventing diode between the first external terminal and the drain electrode of the power transistor, a parasitic diode formed between the substrate and the substrate is used. It is possible to prevent a current from flowing through the first external terminal.

〔3〕(電流源回路(実施の形態2))
項1又は2の半導体装置(2_1〜2_n)において、前記パワートランジスタがオンするタイミングに同期して、前記第1MISトランジスタのゲート電極と前記第1抵抗素子とが接続される第1ノード(ND1)に電流を供給する電流源回路(21)を更に有する。
[3] (Current source circuit (Embodiment 2))
In the semiconductor device (2_1 to 2_n) according to item 1 or 2, a first node (ND1) to which a gate electrode of the first MIS transistor and the first resistance element are connected in synchronization with a timing when the power transistor is turned on. And a current source circuit (21) for supplying a current.

パワートランジスタをオンさせたときに前記電流源回路から第1ノードに電流を入力することで、前記第1抵抗素子に電流が流れ込む。これにより、第1MISトランジスタのゲート・ソース間に電圧が発生し、第1MISトランジスタをオンさせることができる。すなわち、パワートランジスタをオンさせたときに、第1MISトランジスタのドレイン・ソース間のボディダイオードのみならず第1MISトランジスタのドレイン・ソース間にも電流を流すことができるので、第1外部端子とパワートランジスタのドレイン電極との間の抵抗成分を小さくすることができる。これによれば、例えば、本半導体装置を車載用のLIN等の通信システムに適用した場合、バスの信号レベルをロー(Low)レベルにしたときのノーズマージンを向上させることができる。   When a current is input from the current source circuit to the first node when the power transistor is turned on, a current flows into the first resistance element. Thereby, a voltage is generated between the gate and source of the first MIS transistor, and the first MIS transistor can be turned on. That is, when the power transistor is turned on, current can flow not only through the body diode between the drain and source of the first MIS transistor but also between the drain and source of the first MIS transistor. The resistance component between the first electrode and the drain electrode can be reduced. According to this, for example, when this semiconductor device is applied to a communication system such as a vehicle-mounted LIN, the nose margin when the signal level of the bus is set to a low level can be improved.

〔4〕(抵抗R2に直列にダイオードを接続)
項1乃至3の何れかの半導体装置(1_1〜1_n、2_1〜2_n)は、前記第1MISトランジスタのゲート電極とドレイン電極との間に設けられ前記第2抵抗素子に直列に接続される第2ダイオード(D0)を有する。前記第2ダイオードは、アノードが前記第1MISトランジスタのドレイン電極側に接続される。
[4] (Connect a diode in series with resistor R2)
Any one of the semiconductor devices (1_1 to 1_n, 2_1 to 2_n) of Items 1 to 3 is provided between the gate electrode and the drain electrode of the first MIS transistor and connected in series to the second resistance element. It has a diode (D0). The second diode has an anode connected to the drain electrode side of the first MIS transistor.

これによれば、パワートランジスタをオンさせたときに第1外部端子から第1抵抗素子及び第2抵抗素子を介して電流が流れることを防止することができる。これにより、第1抵抗素子及び第2抵抗素子に必要な許容電流量を抑えることができる。また、前記電流源回路から出力された電流が、第2抵抗素子を介してパワートランジスタに流れることを防止することができるから、第1MISトランジスタがオンするのに十分な電圧降下を第1抵抗素子に発生させることが容易となる。   According to this, it is possible to prevent a current from flowing from the first external terminal via the first resistance element and the second resistance element when the power transistor is turned on. Thereby, the allowable current amount required for the first resistance element and the second resistance element can be suppressed. In addition, since the current output from the current source circuit can be prevented from flowing to the power transistor through the second resistance element, the first resistance element has a voltage drop sufficient to turn on the first MIS transistor. It is easy to generate.

〔5〕(電源端子への逆流防止用ダイオード)
項3又は4の半導体装置(2_1〜2_n)において、電源電圧の供給を受ける第3外部端子(VIN)と、前記第3外部端子に供給された電源電圧を前記電流源回路に供給する信号経路と、を更に有する。前記信号経路は、アノードが前記第3外部端子側に接続された第3ダイオード(D1)を含む。
[5] (Back-flow prevention diode to power supply terminal)
In the semiconductor device (2_1 to 2_n) according to Item 3 or 4, a third external terminal (VIN) that receives supply of power supply voltage, and a signal path that supplies the power supply voltage supplied to the third external terminal to the current source circuit And. The signal path includes a third diode (D1) having an anode connected to the third external terminal side.

これによれば、例えば第1外部端子又は第2外部端子に正のESDが印加された場合に、第3外部端子に向かって前記電流源回路を介して電流が逆流することを防止することができる。   According to this, for example, when a positive ESD is applied to the first external terminal or the second external terminal, it is possible to prevent a current from flowing backward through the current source circuit toward the third external terminal. it can.

〔6〕(電流源回路の具体例)
項3乃至5の何れかの半導体装置において、前記電流源回路は、定電流を生成する定電流回路(I1)と、前記信号経路からの給電により動作可能とされ入力した電流に基づいて生成したミラー電流を前記第1ノードに出力するカレントミラー回路(210)と、を有する。また、半導体装置は、前記定電流回路によって生成された電流の前記カレントミラー回路に対する供給と停止を制御するスイッチ素子(211)と、を有する。
[6] (Specific example of current source circuit)
In the semiconductor device according to any one of Items 3 to 5, the current source circuit is generated based on a constant current circuit (I1) that generates a constant current and an input current that is operable by power feeding from the signal path. A current mirror circuit (210) for outputting a mirror current to the first node. The semiconductor device further includes a switch element (211) that controls supply and stop of the current generated by the constant current circuit to the current mirror circuit.

これによれば、前記パワートランジスタがオンするタイミングに同期して前記第1ノードに電流を供給する機能を容易に実現することができる。   According to this, the function of supplying current to the first node in synchronization with the timing when the power transistor is turned on can be easily realized.

〔7〕(カスコードカレントミラー)
項6の半導体装置において、前記カレントミラー回路は、カスコード接続されたトランジスタ(MP3、MP4)を含んで構成される。
[7] (Cascode current mirror)
In the semiconductor device according to Item 6, the current mirror circuit includes cascode-connected transistors (MP3 and MP4).

これによれば、前記第1ノードに供給する電流の精度を向上させることができる。   According to this, the accuracy of the current supplied to the first node can be improved.

〔8〕(ツェナーダイオード)
項2乃至7の何れかの半導体装置において、前記複数の第1ダイオードは、ツェナーダイオード(ZD11〜ZD1m)を含む。
[8] (Zener diode)
In the semiconductor device according to any one of Items 2 to 7, the plurality of first diodes include zener diodes (ZD11 to ZD1m).

これによれば、容易にクランプ電圧を発生させることができる。   According to this, a clamp voltage can be easily generated.

〔9〕(プリドライバ)
項1乃至8の何れかの半導体装置(1_1〜1_n、2_1〜2_n)は、前記パワートランジスタのオン・オフを指示するゲート制御信号(TXD)に応じて、前記パワートランジスタのゲート電極に前記パワートランジスタを駆動するための駆動電圧を出力する駆動電圧生成部(12)を更に有する。
[9] (Pre-driver)
Any one of the semiconductor devices (1_1 to 1_n, 2_1 to 2_n) according to any one of Items 1 to 8, in response to a gate control signal (TXD) instructing on / off of the power transistor, the power to the gate electrode of the power transistor. A drive voltage generation unit (12) that outputs a drive voltage for driving the transistor is further included.

〔10〕(受信部+コントローラ)
項9の半導体装置は、前記第1外部端子の入力された信号を受信する受信部(13)と、前記受信部によって受信された信号を入力するとともに、前記ゲート制御信号を生成する制御部(11)とを更に有する。
[10] (Receiving unit + controller)
The semiconductor device according to Item 9 includes a receiving unit (13) that receives a signal input to the first external terminal, and a control unit that receives the signal received by the receiving unit and generates the gate control signal ( 11).

〔11〕(通信システム)
本願の代表的な実施の形態に係る通信システム(U1、U2)は、通信を行うための信号線(2)と、電源電圧(VBAT)と前記信号線との間に設けられたプルアップ抵抗(RL)と、複数の項1乃至10の何れかに記載の半導体装置(1_1〜1_n、2_1〜2_n)と、を有する。前記半導体装置の夫々は、前記第1外部端子が前記信号線に共通に接続される。
[11] (Communication system)
A communication system (U1, U2) according to a typical embodiment of the present application includes a signal line (2) for performing communication, and a pull-up resistor provided between a power supply voltage (VBAT) and the signal line. (RL) and a plurality of semiconductor devices (1_1 to 1_n, 2_1 to 2_n) according to any one of Items 1 to 10. In each of the semiconductor devices, the first external terminal is commonly connected to the signal line.

これによれば、通信システム全体としてのコストの低下を図ることが可能となる。   According to this, it becomes possible to aim at the cost reduction as the whole communication system.

2.実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。
2. Details of Embodiments Embodiments will be further described in detail.

≪実施の形態1≫
図2は、本願の一実施の形態に係る通信システムを例示するブロック図である。
<< Embodiment 1 >>
FIG. 2 is a block diagram illustrating a communication system according to an embodiment of the present application.

同図に示される通信システムU1は、例えば自動車の制御システムの一部であって、複数のECU(Electrical Control Unit)間の通信を行うためのLIN(Local Interconnect Network)を構成する。通信システムU1は、例えば、マスタであるECU1_1と、スレーブである複数のECU1_2〜1_n(nは2以上の整数)と、信号線(バス)2と、及びプルアップ抵抗RLと、から構成される。スレーブとなるECUは、例えば、エアバック制御用のECU1_3やボディ制御用のECU1_4、1_5等を含む。通信システムU1では、例えば、ECU1_1〜1_nの夫々が1本の信号線(バス)2と共通に接続され、バス2はプルアップ抵抗RLを介してバッテリVBAT(以下、参照符号VBATはバッテリから出力されるバッテリ電圧をも表すものする。)と接続される。各ECU1_1〜1_nは、バス2に接続される夫々の入出力端子(例えば入出力端子LDD)を介して信号(データ)の送信と受信を相互に行う。   The communication system U1 shown in the figure is, for example, a part of an automobile control system and constitutes a LIN (Local Interconnect Network) for performing communication between a plurality of ECUs (Electrical Control Units). The communication system U1 includes, for example, a master ECU 1_1, a plurality of slave ECUs 1_2 to 1_n (n is an integer of 2 or more), a signal line (bus) 2, and a pull-up resistor RL. . The ECUs serving as slaves include, for example, ECU 1_3 for airbag control, ECUs 1_4 and 1_5 for body control, and the like. In the communication system U1, for example, each of the ECUs 1_1 to 1_n is connected to one signal line (bus) 2 in common, and the bus 2 is connected to the battery VBAT (hereinafter referred to as reference symbol VBAT is output from the battery) via the pull-up resistor RL. Also represents the battery voltage to be used.). The ECUs 1_1 to 1_n mutually transmit and receive signals (data) via respective input / output terminals (for example, input / output terminals LDD) connected to the bus 2.

図3に、ECU1_1の内部構成を例示する。ECU1_1〜1_nの夫々は、バス2を介してECU1_1〜1_n相互間で信号(データ)を送受信するための機能部を備える。特に制限されないが、ECU1_1〜1_nにおける当該機能部は同一の回路構成であるため、代表的にECU1_1について詳細に説明する。なお、ECU1_1〜1_nは、その他の機能部として、各ECU特有の機能を実現するための回路部を備えるが、同図では図示されず、信号を送受信するための機能部のみが図示されている。   FIG. 3 illustrates an internal configuration of the ECU 1_1. Each of the ECUs 1_1 to 1_n includes a functional unit for transmitting and receiving signals (data) between the ECUs 1_1 to 1_n via the bus 2. Although not particularly limited, the functional units in the ECUs 1_1 to 1_n have the same circuit configuration, and thus the ECU 1_1 will be typically described in detail. The ECUs 1_1 to 1_n include circuit units for realizing functions unique to each ECU as other functional units, but are not illustrated in the figure, and only functional units for transmitting and receiving signals are illustrated. .

ECU1_1は、例えば、制御部(CNT)11とローサイドドライバ回路(LOW_DRV)10とを含んで構成された半導体装置である。制御部11とローサイドドライバ回路10とは、特に制限されないが、別個の半導体チップで構成される。例えば、制御部11は、例えば公知のCMOS集積回路の製造技術によって1個の単結晶シリコンのような半導体基板に形成された半導体集積回路である。制御部11は、例えばマイクロコントローラであって、ローサイドドライバ回路10によるデータの送受信を制御する。   The ECU 1_1 is a semiconductor device configured to include, for example, a control unit (CNT) 11 and a low side driver circuit (LOW_DRV) 10. The control unit 11 and the low side driver circuit 10 are not particularly limited, but are configured by separate semiconductor chips. For example, the control unit 11 is a semiconductor integrated circuit formed on a single semiconductor substrate such as single crystal silicon by, for example, a known CMOS integrated circuit manufacturing technique. The control unit 11 is a microcontroller, for example, and controls data transmission / reception by the low-side driver circuit 10.

ローサイドドライバ回路10は、例えば、BiC−DMOSプロセス等の高耐圧技術であって公知のPN接合分離を用いたバルクプロセスの製造技術によって1個の単結晶シリコンのような半導体基板に形成された半導体集積回路である。ローサイドドライバ回路10を構成する各種トランジスタの代表的なものとしては、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)に代表されるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を例示することができる。本実施の形態において、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、各トランジスタはMOSトランジスタであるものとして説明するが、厳密にそれに限定されるものではない。   The low-side driver circuit 10 is a semiconductor formed on a single semiconductor substrate such as single crystal silicon by a high-voltage technology such as a BiC-DMOS process, which is a known bulk process manufacturing technique using PN junction isolation. Integrated circuit. As a typical example of various transistors constituting the low-side driver circuit 10, a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Transistor) that can be represented by a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) can be exemplified. In the present embodiment, each transistor is described as being a MOS transistor unless otherwise specified, and unless otherwise apparent from the context. However, the present invention is not strictly limited thereto.

具体的に、ローサイドドライバ回路10は、データを受信する受信部13と、データを送信する送信部と、入出力端子LDDと、グランウンド端子GNDと、を含んで構成される。   Specifically, the low-side driver circuit 10 includes a receiving unit 13 that receives data, a transmitting unit that transmits data, an input / output terminal LDD, and a ground terminal GND.

入出力端子LDDは、バス2と接続され、プルアップ抵抗RLを介してバッテリ電圧VBATが供給される外部接続端子である。特に制限されないが、バッテリ電圧VBATは、例えば最大で18〜24V程度の電圧である。グラウンド端子GNDは、グラウンド電圧の供給を受ける外部接続端子である。   The input / output terminal LDD is an external connection terminal connected to the bus 2 and supplied with the battery voltage VBAT via the pull-up resistor RL. Although not particularly limited, the battery voltage VBAT is a voltage of about 18 to 24 V at the maximum, for example. The ground terminal GND is an external connection terminal that receives a ground voltage.

受信部(RCVR)13は、入出力端子LDDに供給された信号(データ)を入力し、制御部11に与える。具体的には、受信部13は、入出力端子LDDの信号レベルに応じて2値データを生成し、制御部11に与える。   The receiving unit (RCVR) 13 inputs a signal (data) supplied to the input / output terminal LDD and gives it to the control unit 11. Specifically, the receiving unit 13 generates binary data according to the signal level of the input / output terminal LDD, and supplies the binary data to the control unit 11.

データを送信する送信部は、例えば、出力段のパワートランジスタMN0と、クランプ回路14と、プルダウン回路15と、負電圧制御回路16と、プリドライバ回路(PRE_DRV)12と、から構成される。   The transmission unit that transmits data includes, for example, an output stage power transistor MN0, a clamp circuit 14, a pull-down circuit 15, a negative voltage control circuit 16, and a pre-driver circuit (PRE_DRV) 12.

出力段のパワートランジスタMN0は、高耐圧のトランジスタであって、例えばDMOS(Double−Diffused MOSFET)トランジスタである。パワートランジスタMN0のソース電極はグラウンド端子GNDに接続され、ドレイン電極は負電圧制御回路16に接続され、ゲート電極はプリドライバ回路12の出力端子に接続される。プリドライバ回路12は、制御部11から出力された制御信号TXDに基づいて生成した駆動電圧をパワートランジスタMN0のゲート電極に供給することで、パワートランジスタMN0のオン・オフを制御する。例えば、プリドライバ回路12は、ロー(Low)レベルの制御信号TXDを入力したらパワートランジスタMN0をオンさせる駆動電圧を出力し、ハイ(High)レベルの制御信号TXDが供給されたらパワートランジスタMN0をオフさせる駆動電圧を出力する。これにより、入出力端子LDDを介したバス2へのデータの送信を実現する。   The power transistor MN0 in the output stage is a high breakdown voltage transistor, for example, a DMOS (Double-Diffused MOSFET) transistor. The source electrode of the power transistor MN0 is connected to the ground terminal GND, the drain electrode is connected to the negative voltage control circuit 16, and the gate electrode is connected to the output terminal of the pre-driver circuit 12. The pre-driver circuit 12 controls on / off of the power transistor MN0 by supplying a drive voltage generated based on the control signal TXD output from the control unit 11 to the gate electrode of the power transistor MN0. For example, the pre-driver circuit 12 outputs a driving voltage for turning on the power transistor MN0 when a low level control signal TXD is input, and turns off the power transistor MN0 when a high level control signal TXD is supplied. The drive voltage to be output is output. This realizes data transmission to the bus 2 via the input / output terminal LDD.

プルダウン回路15は、パワートランジスタMN0のゲート・ソース間に接続され、ゲート電極の電荷を放電する機能を備える。プルダウン回路15は、例えば、抵抗素子RGから構成され、ローサイドドライバ回路10に電源や制御信号TXDが供給されていない状態でも、パワートランジスタMN0を静的にオフさせる。   The pull-down circuit 15 is connected between the gate and source of the power transistor MN0 and has a function of discharging the charge of the gate electrode. The pull-down circuit 15 is composed of, for example, a resistance element RG, and statically turns off the power transistor MN0 even when the power supply and the control signal TXD are not supplied to the low-side driver circuit 10.

クランプ回路14は、パワートランジスタMN0のドレイン・ゲート間の電圧をクランプする。クランプ回路14は、例えば、直列接続された複数のツェナーダイオードZD11〜ZD1m(mは2以上の整数)と、ダイオードD2と、トランジスタMP5とから構成される。トランジスタMP5は、例えば、高耐圧のPチャネル型のMOSトランジスタであり、ドレイン電極が入出力端子LDDに接続され、ゲート電極、ソース電極、及びバックゲート電極が共通にツェナーダイオードZD11のカソードに接続される。これにより、トランジスタMP5のボディダイオードDP2のアノード側が入出力端子LDDに接続される。ツェナーダイオードZD11〜ZD1mの夫々は、同一の向きに直列接続される。ツェナーダイオードZD11のカソードは、トランジスタMP5のソース電極(ゲート電極、バックゲート電極)に接続され、ツェナーダイオードZD1mのアノードはダイオードD2のアノードに接続される。ツェナーダイオードZD11〜ZD1mの1個分のツェナー電圧は、例えば6Vである。ダイオードD2は、例えばPNダイオードであり、その順電圧はツェナーダイオードZD11〜ZD1mの1個分のツェナー電圧よりも小さい。ダイオードD2のカソードは、パワートランジスタMN0のゲート電極及び抵抗素子RGに接続される。   The clamp circuit 14 clamps the voltage between the drain and gate of the power transistor MN0. The clamp circuit 14 includes, for example, a plurality of Zener diodes ZD11 to ZD1m (m is an integer of 2 or more) connected in series, a diode D2, and a transistor MP5. The transistor MP5 is, for example, a high breakdown voltage P-channel MOS transistor, the drain electrode is connected to the input / output terminal LDD, and the gate electrode, the source electrode, and the back gate electrode are commonly connected to the cathode of the Zener diode ZD11. The As a result, the anode side of the body diode DP2 of the transistor MP5 is connected to the input / output terminal LDD. Zener diodes ZD11 to ZD1m are connected in series in the same direction. The cathode of the Zener diode ZD11 is connected to the source electrode (gate electrode, back gate electrode) of the transistor MP5, and the anode of the Zener diode ZD1m is connected to the anode of the diode D2. The Zener voltage for one Zener diode ZD11 to ZD1m is, for example, 6V. The diode D2 is a PN diode, for example, and its forward voltage is smaller than the Zener voltage for one of the Zener diodes ZD11 to ZD1m. The cathode of the diode D2 is connected to the gate electrode of the power transistor MN0 and the resistance element RG.

クランプ回路14により、入出力端子LDDに印加された正電圧に応じてパワートランジスタMN0を活性化させて電流を吸収させるアクティブクランプ動作を開始する電圧(クランプ電圧)が決定される。具体的には、クランプ電圧は、ツェナーダイオードZD11〜ZD1mのm個分のツェナー電圧と、ダイオードD2の順電圧と、ボディダイオードDP2の順電圧との合計電圧によって決定される。例えば直列接続されるツェナーダイオードZD11〜ZD1mの個数やダイオードD2の個数等を変えることで、クランプ電圧の大きさを調整することが可能である。特に制限されないが、本実施の形態では、クランプ電圧を50Vに設定した場合が例示される。例えば、入出力端子LDDの電圧が50Vを超えると、入出力端子LDDからボディダイオードDP2、ツェナーダイオードZD11〜ZD1m、及びダイオードD2を介して抵抗素子RGに電流が流れ込むことにより、パワートランジスタMN0のゲート電圧が上昇してパワートランジスタMN0がオンするアクティブクランプ動作が開始される。   The clamp circuit 14 determines a voltage (clamp voltage) that activates the power transistor MN0 and absorbs current by activating the power transistor MN0 in accordance with the positive voltage applied to the input / output terminal LDD. Specifically, the clamp voltage is determined by the total voltage of m Zener voltages of the Zener diodes ZD11 to ZD1m, the forward voltage of the diode D2, and the forward voltage of the body diode DP2. For example, the magnitude of the clamp voltage can be adjusted by changing the number of Zener diodes ZD11 to ZD1m connected in series, the number of diodes D2, and the like. Although not particularly limited, the present embodiment exemplifies a case where the clamp voltage is set to 50V. For example, when the voltage of the input / output terminal LDD exceeds 50V, current flows from the input / output terminal LDD to the resistance element RG via the body diode DP2, the Zener diodes ZD11 to ZD1m, and the diode D2, thereby causing the gate of the power transistor MN0. An active clamp operation in which the voltage rises and the power transistor MN0 is turned on is started.

負電圧制御回路16は、所定の大きさを超える負電圧が入出力端子LDDに印加されたら、MOSトランジスタをオンさせるアクティブクランプ動作を行うことにより、負電圧の上昇を抑える。負電圧制御回路16は、例えば、トランジスタMN1と、抵抗素子R1、R2と、ダイオードD0とから構成される。トランジスタMN1は、例えば高耐圧のNチャネル型のMOSトランジスタであり、ソース電極及びバックゲート電極が入出力端子LDDに接続され、ドレイン電極がパワートランジスタMN0のドレイン電極に接続される。これにより、トランジスタMN1のボディダイオードDP1のアノードが入出力端子LDD側に接続され、カソードがパワートランジスタMN0のドレイン側に接続される。抵抗素子R1は、一端がトランジスタMN1のソース電極に接続され、他端がトランジスタMN1のゲート電極に接続される。抵抗素子R2は、トランジスタMN1のゲート電極とドレイン電極との間に接続される。具体的には、抵抗素子R2の一端がトランジスタMN1のゲート電極に接続され、他端がダイオードD0のカソードに接続される。ダイオードD0は、アノードがパワートランジスタMN0のドレイン電極及びトランジスタMN1のドレイン電極に接続される。ダイオードD2は、例えばPNダイオードである。   When a negative voltage exceeding a predetermined magnitude is applied to the input / output terminal LDD, the negative voltage control circuit 16 suppresses an increase in the negative voltage by performing an active clamp operation for turning on the MOS transistor. The negative voltage control circuit 16 includes, for example, a transistor MN1, resistance elements R1 and R2, and a diode D0. The transistor MN1 is, for example, a high breakdown voltage N-channel MOS transistor, and the source electrode and the back gate electrode are connected to the input / output terminal LDD, and the drain electrode is connected to the drain electrode of the power transistor MN0. As a result, the anode of the body diode DP1 of the transistor MN1 is connected to the input / output terminal LDD side, and the cathode is connected to the drain side of the power transistor MN0. The resistor element R1 has one end connected to the source electrode of the transistor MN1 and the other end connected to the gate electrode of the transistor MN1. The resistance element R2 is connected between the gate electrode and the drain electrode of the transistor MN1. Specifically, one end of the resistance element R2 is connected to the gate electrode of the transistor MN1, and the other end is connected to the cathode of the diode D0. The diode D0 has an anode connected to the drain electrode of the power transistor MN0 and the drain electrode of the transistor MN1. The diode D2 is, for example, a PN diode.

次にローサイドドライバ回路10の動作について詳細に説明する。   Next, the operation of the low side driver circuit 10 will be described in detail.

データの受信を行う場合、ローサイドドライバ回路10は以下のように動作する。この場合、制御部11はハイレベルの制御信号TXDを出力する。これにより、ローサイドドライバ回路10におけるプリドライバ回路12は、パワートランジスタMN0をオフさせる。受信部13は、入出力端子LDDの電圧レベルに基づいて2値データを生成し、制御部11に与える。   When receiving data, the low-side driver circuit 10 operates as follows. In this case, the control unit 11 outputs a high level control signal TXD. As a result, the pre-driver circuit 12 in the low-side driver circuit 10 turns off the power transistor MN0. The receiving unit 13 generates binary data based on the voltage level of the input / output terminal LDD and supplies the binary data to the control unit 11.

データの送信を行う場合、ローサイドドライバ回路10は以下のように動作する。この場合、制御部11は送信するデータに応じて制御信号TXDの信号レベルを切り替えて出力する。ローサイドドライバ回路10におけるプリドライバ回路12は、制御信号TXDの信号レベル(ハイレベル又はローレベル)に応じてパワートランジスタMN0をオン・オフさせることにより、入出力端子LDDの電圧レベルを2値化し、バス2上にデータを送信する。例えば、パワートランジスタMN0がオフしている場合、ボディダイオードDP0も逆バイアスであるため電流は流れない。これにより、入出力端子LDDの電圧レベルはハイレベルとなる。また、パワートランジスタMN0がオンしている場合、バッテリVBATから、プルアップ抵抗RL、バス2、入出力端子LDD、トランジスタMN1のボディダイオードDP1を介して、パワートランジスタMN0に電流が流れる。これにより、入出力端子LDDの電圧レベルはローレベルとなる。このとき、ダイオードD0が逆バイアスとなるため、抵抗素子R1、R2には電流が流れない。これにより、抵抗素子R1、R2に必要な許容電流量を抑えることができる。また、トランジスタMN1もオフ状態とされる。   When transmitting data, the low-side driver circuit 10 operates as follows. In this case, the control unit 11 switches and outputs the signal level of the control signal TXD according to the data to be transmitted. The pre-driver circuit 12 in the low-side driver circuit 10 binarizes the voltage level of the input / output terminal LDD by turning on / off the power transistor MN0 according to the signal level (high level or low level) of the control signal TXD, Data is transmitted on the bus 2. For example, when the power transistor MN0 is off, no current flows because the body diode DP0 is also reverse-biased. Thereby, the voltage level of the input / output terminal LDD becomes a high level. When the power transistor MN0 is on, a current flows from the battery VBAT to the power transistor MN0 via the pull-up resistor RL, the bus 2, the input / output terminal LDD, and the body diode DP1 of the transistor MN1. Thereby, the voltage level of the input / output terminal LDD becomes a low level. At this time, since the diode D0 is reverse-biased, no current flows through the resistance elements R1 and R2. Thereby, the allowable current amount required for the resistance elements R1 and R2 can be suppressed. The transistor MN1 is also turned off.

入出力端子LDDに正のESDが印加された場合、ローサイドドライバ回路10は以下のように動作する。入出力端子LDDの電圧がクランプ電圧(50V)を超えると、入出力端子LDDからボディダイオードDP2、ツェナーダイオードZD11〜ZD1m、及びダイオードD2を介して抵抗素子RGに電流が流れ、パワートランジスタMN0のゲート電圧が上昇する。そして、ゲート電圧がパワートランジスタMN0のスレッショルド電圧を超えると、パワートランジスタMN0がオンし、入出力端子LDDから、寄生ダイオードDP1、パワートランジスタMN0、及びグラウンド端子GNDを介してグラウンドノードに電流が流れる。これにより、入出力端子LDDの電圧上昇が抑えられる。その後は、電流の増加に応じてパワートランジスタMN0のドレイン・ソース間電圧が上昇し、破壊耐圧に達するまで電流の吸収が行われる。   When positive ESD is applied to the input / output terminal LDD, the low-side driver circuit 10 operates as follows. When the voltage at the input / output terminal LDD exceeds the clamp voltage (50V), current flows from the input / output terminal LDD to the resistance element RG via the body diode DP2, the Zener diodes ZD11 to ZD1m, and the diode D2, and the gate of the power transistor MN0. The voltage rises. When the gate voltage exceeds the threshold voltage of the power transistor MN0, the power transistor MN0 is turned on, and a current flows from the input / output terminal LDD to the ground node via the parasitic diode DP1, the power transistor MN0, and the ground terminal GND. Thereby, the voltage rise of the input / output terminal LDD is suppressed. Thereafter, as the current increases, the drain-source voltage of the power transistor MN0 increases, and the current is absorbed until the breakdown voltage is reached.

バッテリの逆接続や負のESD等により入出力端子LDDに負電圧が印加された場合、以下のように動作する。この場合、トランジスタMN1のボディダイオードDP1が逆バイアスとなるため、グラウンド端子GNDからボディダイオードDP1を介して入出力端子LDDに電流は流れない。パワートランジスタMN0のボディダイオードDP0の順電圧とダイオードD0の順電圧の合計電圧を超える負電圧が入出力端子LDDに印加されると、グラウンド端子GNDからボディダイオードDP0、ダイオードD0、及び抵抗素子R1、R2を介して入出力端子LDDに電流が流れる。そして、入出力端子LDDの負電圧が更に増加すると、抵抗素子R1、R2に流れる電流が増加し、トランジスタMN1のゲート・ソース間の電圧(抵抗素子R1の両端の電圧)が増加する。そして、トランジスタMN1のゲート・ソース間の電圧がトランジスタMN1のスレッショルド電圧を超えると、トランジスタMN1がオンする。これにより、グラウンド端子GNDから、パワートランジスタMN0のボディダイオードDP0とトランジスタMN1のドレイン・ソース間を介して入出力端子LDDに電流を流すことができ、負電圧の上昇を抑えることができる。トランジスタMN1がオンする入出力端子LDDの負電圧の大きさは、パワートランジスタMN0のボディダイオードDP0の順電圧と、ダイオードD0の順電圧と、抵抗素子R1、R2の抵抗値とによって決定される。特に、抵抗素子R1、R2の抵抗比を調整することで、パワートランジスタMN0がオンする負電圧の大きさを容易に調整することができる。特に制限されないが、本実施の形態では、−18Vの負電圧が印加されたらトランジスタMN1がオンするように、抵抗素子R1、R2の抵抗比が調整される。   When a negative voltage is applied to the input / output terminal LDD due to reverse battery connection or negative ESD, the operation is as follows. In this case, since the body diode DP1 of the transistor MN1 is reverse-biased, no current flows from the ground terminal GND to the input / output terminal LDD via the body diode DP1. When a negative voltage exceeding the total voltage of the forward voltage of the body diode DP0 of the power transistor MN0 and the forward voltage of the diode D0 is applied to the input / output terminal LDD, the body diode DP0, the diode D0, and the resistance element R1, from the ground terminal GND, A current flows to the input / output terminal LDD via R2. When the negative voltage at the input / output terminal LDD further increases, the current flowing through the resistance elements R1 and R2 increases, and the voltage between the gate and source of the transistor MN1 (the voltage across the resistance element R1) increases. When the voltage between the gate and source of the transistor MN1 exceeds the threshold voltage of the transistor MN1, the transistor MN1 is turned on. As a result, a current can flow from the ground terminal GND to the input / output terminal LDD through the body diode DP0 of the power transistor MN0 and the drain / source of the transistor MN1, and an increase in negative voltage can be suppressed. The magnitude of the negative voltage of the input / output terminal LDD that turns on the transistor MN1 is determined by the forward voltage of the body diode DP0 of the power transistor MN0, the forward voltage of the diode D0, and the resistance values of the resistance elements R1 and R2. In particular, the magnitude of the negative voltage at which the power transistor MN0 is turned on can be easily adjusted by adjusting the resistance ratio of the resistance elements R1 and R2. Although not particularly limited, in this embodiment, the resistance ratio of the resistance elements R1 and R2 is adjusted so that the transistor MN1 is turned on when a negative voltage of −18V is applied.

図4に、ローサイドドライバ回路10における入出力端子LDDのI−V特性を例示する。同図において、縦軸は入出力端子LDDに入力される電流Ioutを表し、横軸はグラウンド端子GNDに対する入出力端子LDDの電圧Voutを表している。同図には、制御信号TXDがハイレベル(パワートランジスタMN0がオフ状態)のときのIout−Vout特性500が例示されている。   FIG. 4 illustrates the IV characteristics of the input / output terminal LDD in the low-side driver circuit 10. In the figure, the vertical axis represents the current Iout input to the input / output terminal LDD, and the horizontal axis represents the voltage Vout of the input / output terminal LDD with respect to the ground terminal GND. The figure illustrates an Iout-Vout characteristic 500 when the control signal TXD is at a high level (the power transistor MN0 is in an off state).

参照符号500に示されるように、電圧Voutが0Vからクランプ電圧(50V)までの範囲では、パワートランジスタMN0がオフしているため電流Ioutは流れない。電圧Voutがクランプ電圧(50V)を超えると、アクティブクランプ動作が開始されることで電流Ioutが流れ始め、電圧Voutの上昇が抑えられる。また、参照符号500に示されるように、入出力端子LDDに0Vから−18Vまでの範囲の負電圧が印加された場合、トランジスタMN1のボディダイオードDP1が逆バイアスとなるため電流Ioutは流れない。電圧Voutが−18Vになると、トランジスタMN1によるアクティブクランプ動作が開始されることで、グラウンド端子GNDから、パワートランジスタMN0のボディダイオードDP0及びトランジスタMN1を介して入出力端子LDDに電流Iout(負の電流)が流れ始め、負電圧の増大が抑えられる。   As indicated by reference numeral 500, when the voltage Vout is in the range from 0V to the clamp voltage (50V), the current Iout does not flow because the power transistor MN0 is off. When the voltage Vout exceeds the clamp voltage (50V), the current Iout starts to flow by starting the active clamp operation, and the increase in the voltage Vout is suppressed. As indicated by reference numeral 500, when a negative voltage in the range of 0V to −18V is applied to the input / output terminal LDD, the body diode DP1 of the transistor MN1 is reverse-biased, so that the current Iout does not flow. When the voltage Vout becomes −18 V, the active clamp operation by the transistor MN1 is started, so that the current Iout (negative current) flows from the ground terminal GND to the input / output terminal LDD through the body diode DP0 of the power transistor MN0 and the transistor MN1. ) Begins to flow, and the increase in negative voltage is suppressed.

以上のように、ローサイドドライバ回路10は、入出力端子LDDに対する正の高電圧の印加に対しては、パワートランジスタMN0によるアクティブクランプ動作によって電圧上昇を抑えることができる。また、入出力端子LDDに対する負の電圧の印加に対しては、負電圧制御回路16によるアクティブクランプ動作によって所望の大きさの負電圧が印加されたら電流を流し始める特性を実現することで、負電圧の増大を抑えることができる。   As described above, the low-side driver circuit 10 can suppress the voltage rise by the active clamp operation by the power transistor MN0 against the application of a positive high voltage to the input / output terminal LDD. Further, with respect to the application of a negative voltage to the input / output terminal LDD, the negative voltage control circuit 16 can realize a characteristic in which a current starts to flow when a negative voltage of a desired magnitude is applied by an active clamp operation. An increase in voltage can be suppressed.

ここで、比較例として、負電圧印加時のボディダイオードD0を介した電流の逆流防止と、負電圧に対するESD保護を別個の回路で実現した場合のローサイドドライバ回路30を図5に例示する。   Here, as a comparative example, FIG. 5 illustrates a low-side driver circuit 30 in a case where the backflow prevention of the current through the body diode D0 when a negative voltage is applied and the ESD protection against the negative voltage are realized by separate circuits.

同図に示されるように、ローサイドドライバ回路30は、入出力端子LDDとパワートランジスタMN0のドレイン電極との間にPNダイオードD1を備えることで、負電圧印加時のパワートランジスタMN0のボディダイオードDP0を介した電流の逆流を防止する。また、ESD保護回路31を入出力端子LDDとグラウンド端子GNDとの間に接続することで、負電圧に対するESD保護を実現する。図5に示されるように、逆流防止用のダイオードD1とESD保護回路31とを別個に構成することでローサイドドライバ回路30の回路規模が大きくなる。他方、本実施の形態に係るローサイドドライバ回路10によれば、抵抗素子R1、R2を用いてトランジスタMN1によるアクティブクランプ動作を実現するとともに、トランジスタMN1のボディダイオードDP1を逆流防止用のダイオードとして用いるから、回路規模をより小さくすることができる。   As shown in the figure, the low-side driver circuit 30 includes a PN diode D1 between the input / output terminal LDD and the drain electrode of the power transistor MN0, thereby reducing the body diode DP0 of the power transistor MN0 when a negative voltage is applied. Prevents reverse current flow. Further, by connecting the ESD protection circuit 31 between the input / output terminal LDD and the ground terminal GND, ESD protection against a negative voltage is realized. As shown in FIG. 5, the circuit scale of the low-side driver circuit 30 is increased by separately configuring the backflow prevention diode D1 and the ESD protection circuit 31. On the other hand, according to the low-side driver circuit 10 according to the present embodiment, the active clamp operation by the transistor MN1 is realized using the resistance elements R1 and R2, and the body diode DP1 of the transistor MN1 is used as a diode for preventing backflow. The circuit scale can be further reduced.

また、図5に示されるローサイドドライバ回路30を、PN接合分離を用いたバルクプロセス技術によるバルク基板に形成した場合、各回路素子は、寄生ダイオードを介して基板(サブストレート)SUBと接続される。例えば、図5に示されるように、ダイオードD3のアノード側と基板間に寄生ダイオードDPX3が存在し、ダイオードD1のアノード側と基板間に寄生ダイオードDPX1が存在し、ダイオードD4のアノード側と基板間に寄生ダイオードDPX4が存在する。これらの寄生ダイオードが存在することで、ローサイドドライバ回路30のIout−Vout特性が例えば図4における参照符号501のようになる。具体的には、参照符号501に示されるように、本来は負電圧が−18Vになるまでは電流を流さない特性であるべきところ、−18Vになる前に(例えば−2V程度で)寄生ダイオードDP1X、DPX3等がオンすることにより、基板SUBから寄生ダイオードDP1X、DPX3等を介して入出力端子LDDに電流が流れてしまう虞がある。これを防ぐためには、前述したように、ローサイドドライバ回路30をSOIプロセス技術によるSOI基板に形成することが有効な方法であるが、バルクプロセスに比べて製造コストの増大を招く。これに対し、本実施の形態に係るローサイドドライバ回路10によれば、ダイオードD3の代わりにトランジスタMP5のボディダイオードDP2を用いることで、基板SUBからトランジスタMP5を介して入出力端子LDDに流れる電流経路は形成されない。また、逆流防止用のダイオードD1の代わりにトランジスタMP1のボディダイオードDP1を用いることで、基板SUBからトランジスタMN1を介して入出力端子LDDに流れる電流経路は形成されない。したがって、ローサイドドライバ回路10をバルクプロセスで製造した場合であっても、対基板間の寄生ダイオードによる不所望な電流経路の形成を防止することができるから、所望の特性や十分なESD耐量を実現しつつ、更なる製造コストの削減を図ることができる。これにより、通信システムU1全体の低コスト化を図ることができる。   When the low-side driver circuit 30 shown in FIG. 5 is formed on a bulk substrate by a bulk process technique using PN junction isolation, each circuit element is connected to the substrate (substrate) SUB via a parasitic diode. . For example, as shown in FIG. 5, a parasitic diode DPX3 exists between the anode side of the diode D3 and the substrate, a parasitic diode DPX1 exists between the anode side of the diode D1 and the substrate, and between the anode side of the diode D4 and the substrate. There is a parasitic diode DPX4. Due to the presence of these parasitic diodes, the Iout-Vout characteristic of the low-side driver circuit 30 becomes, for example, a reference numeral 501 in FIG. Specifically, as indicated by reference numeral 501, the parasitic diode should originally have a characteristic that current does not flow until the negative voltage becomes −18 V, but before it becomes −18 V (for example, at −2 V). When DP1X, DPX3, etc. are turned on, current may flow from the substrate SUB to the input / output terminal LDD via the parasitic diodes DP1X, DPX3, etc. In order to prevent this, as described above, it is an effective method to form the low-side driver circuit 30 on the SOI substrate by the SOI process technology. However, the manufacturing cost increases as compared with the bulk process. On the other hand, according to the low-side driver circuit 10 according to the present embodiment, by using the body diode DP2 of the transistor MP5 instead of the diode D3, the current path flowing from the substrate SUB to the input / output terminal LDD via the transistor MP5. Is not formed. Further, by using the body diode DP1 of the transistor MP1 instead of the backflow preventing diode D1, a current path flowing from the substrate SUB to the input / output terminal LDD via the transistor MN1 is not formed. Therefore, even when the low-side driver circuit 10 is manufactured by a bulk process, it is possible to prevent formation of an undesired current path due to a parasitic diode between the substrate and a desired characteristic and sufficient ESD tolerance are realized. However, the manufacturing cost can be further reduced. Thereby, the cost reduction of the communication system U1 whole can be achieved.

≪実施の形態2≫
図6は、実施の形態2に係る通信システムU2の内部構成を例示するブロック図である。同図に示されるECU2_1〜2_nにおけるローサイドドライバ回路20は、実施の形態1に係るローサイドドライバ回路10の機能に加え、パワートランジスタMN0をオンさせたときの入出力端子LDDとグラウンド端子GNDとの間の抵抗成分をより小さくする機能を備える。具体的には、ローサイドドライバ回路20は、ローサイドドライバ回路10の機能部に加え、電流源回路21とロジック回路22を更に備える。なお、同図において、ローサイドドライバ回路10と同一の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
<< Embodiment 2 >>
FIG. 6 is a block diagram illustrating an internal configuration of the communication system U2 according to the second embodiment. In addition to the function of the low-side driver circuit 10 according to the first embodiment, the low-side driver circuit 20 in the ECUs 2_1 to 2_n shown in the figure includes a connection between the input / output terminal LDD and the ground terminal GND when the power transistor MN0 is turned on. It has a function of reducing the resistance component. Specifically, the low side driver circuit 20 further includes a current source circuit 21 and a logic circuit 22 in addition to the functional units of the low side driver circuit 10. In the figure, the same components as those of the low-side driver circuit 10 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

電流源回路21は、パワートランジスタMN0がオンするタイミングに同期して、トランジスタMN1のゲート電極と抵抗素子R1、R2とが接続されるノードND1に電流を供給する。具体的には、電流源回路21は、例えば、カレントミラー回路(CUM)210と、スイッチ回路211と、定電流源回路I1と、から構成される。   The current source circuit 21 supplies current to the node ND1 to which the gate electrode of the transistor MN1 and the resistance elements R1 and R2 are connected in synchronization with the timing when the power transistor MN0 is turned on. Specifically, the current source circuit 21 includes, for example, a current mirror circuit (CUM) 210, a switch circuit 211, and a constant current source circuit I1.

カレントミラー回路210は、入力された電流に応じて生成したミラー電流をノードND1に出力する。カレントミラー回路210は、例えばトランジスタMP1〜MP4から構成される。カレントミラー回路210のミラー比(トランジスタMP1〜MP4のトランジスタサイズ比)は、入力電流と生成したミラー電流の大きさに応じて適宜変更可能とされる。特に制限されないが、本実施の形態では、ミラー比が“1対1”である場合を例示する。トランジスタMP1、MP2は、例えば低耐圧のPチャネル型のMOSトランジスタである。トランジスタMP1、MP2は、ソース電極が共通に接続され、ダイオードD5を介して電源端子VINに接続される。トランジスタMP1のゲート電極及びドレイン電極は共通に接続され、トランジスタMP3のソース電極に接続される。また、トランジスタMP2は、ゲート電極がトランジスタMP1のゲート電極に接続され、ドレイン電極がトランジスタMP4のソース電極に接続される。トランジスタMP3、MP4は、例えば高耐圧のPチャネル型のMOSトランジスタである。トランジスタMP3は、ゲート電極とドレイン電極が共通接続されてスイッチ回路211に接続され、ソース電極がトランジスタMP1のゲート電極及びドレイン電極に接続される。トランジスタMP4は、ゲート電極がトランジスタMP3のゲート電極に接続され、ドレイン電極がノードND1に接続される。電源端子VINは、電源供給を受ける外部接続端子であり、特に制限されないが、バッテリ電圧VBATよりも高い電源電圧が入力される。ダイオードD5は、例えばPNダイオードであり、アノードが電源端子VIN側に接続され、カソードがカレントミラー回路側に接続される。これにより、電源端子VINからカレントミラー回路210に対する電源電圧の供給を可能にするとともに、入出力端子LDDやグラウンド端子GNDに対する正のESDの印加によるカレントミラー回路21を介した電源端子VINへの電流の逆流を防止する。   The current mirror circuit 210 outputs a mirror current generated according to the input current to the node ND1. The current mirror circuit 210 includes transistors MP1 to MP4, for example. The mirror ratio of the current mirror circuit 210 (transistor size ratio of the transistors MP1 to MP4) can be appropriately changed according to the magnitude of the input current and the generated mirror current. Although not particularly limited, the present embodiment exemplifies a case where the mirror ratio is “1: 1”. The transistors MP1 and MP2 are, for example, low breakdown voltage P-channel MOS transistors. The transistors MP1 and MP2 have source electrodes connected in common and are connected to the power supply terminal VIN via the diode D5. The gate electrode and the drain electrode of the transistor MP1 are connected in common and are connected to the source electrode of the transistor MP3. The transistor MP2 has a gate electrode connected to the gate electrode of the transistor MP1, and a drain electrode connected to the source electrode of the transistor MP4. The transistors MP3 and MP4 are, for example, high breakdown voltage P-channel MOS transistors. The transistor MP3 has a gate electrode and a drain electrode connected in common and connected to the switch circuit 211, and a source electrode connected to the gate electrode and the drain electrode of the transistor MP1. Transistor MP4 has a gate electrode connected to the gate electrode of transistor MP3 and a drain electrode connected to node ND1. The power supply terminal VIN is an external connection terminal that receives power supply and is not particularly limited, but a power supply voltage higher than the battery voltage VBAT is input. The diode D5 is a PN diode, for example, and has an anode connected to the power supply terminal VIN side and a cathode connected to the current mirror circuit side. As a result, the power supply voltage can be supplied from the power supply terminal VIN to the current mirror circuit 210, and the current to the power supply terminal VIN via the current mirror circuit 21 due to the application of positive ESD to the input / output terminal LDD and the ground terminal GND. Prevent backflow.

定電流源回路I1は、定電流を生成して出力する。なお、参照符号I1は、定電流源回路のみならず、定電流源回路から出力される電流をも表すものする。   The constant current source circuit I1 generates and outputs a constant current. The reference symbol I1 represents not only the constant current source circuit but also the current output from the constant current source circuit.

スイッチ回路211は、カレントミラー回路210に対する定電流I1の供給と停止を制御する。スイッチ回路211は、例えば、Nチャネル型のMOSトランジスタMN2から構成される。トランジスタMN2は、ゲート端子がロジック回路22の出力端子に接続され、ソース電極が定電流源回路I1に接続され、ドレイン電極がトランジスタMP3のゲート電極及びドレイン電極に接続される。ロジック回路22は、制御部11から出力された制御信号TXDを受けてトランジスタMN2のゲートを駆動する。ロジック回路22は、例えばインバータ回路である。   The switch circuit 211 controls the supply and stop of the constant current I1 to the current mirror circuit 210. The switch circuit 211 is composed of, for example, an N channel type MOS transistor MN2. The transistor MN2 has a gate terminal connected to the output terminal of the logic circuit 22, a source electrode connected to the constant current source circuit I1, and a drain electrode connected to the gate electrode and the drain electrode of the transistor MP3. The logic circuit 22 receives the control signal TXD output from the control unit 11 and drives the gate of the transistor MN2. The logic circuit 22 is, for example, an inverter circuit.

制御部11からハイレベルの制御信号TXDがローサイドドライバ回路20に入力された場合、プリドライバ回路12はパワートランジスタMN0をオフさせる。また、ロジック回路22は、ハイレベルの制御信号TXDに応じてローレベルの電圧を出力し、トランジスタMN2をオフさせる。これにより、カレントミラー回路21に対する定電流I1の供給が停止され、ミラー電流はノードND1に供給されない。   When the high-level control signal TXD is input from the control unit 11 to the low-side driver circuit 20, the pre-driver circuit 12 turns off the power transistor MN0. The logic circuit 22 outputs a low level voltage in response to the high level control signal TXD, and turns off the transistor MN2. Thereby, the supply of the constant current I1 to the current mirror circuit 21 is stopped, and the mirror current is not supplied to the node ND1.

制御部11からローレベルの制御信号TXDがローサイドドライバ回路20に入力された場合、プリドライバ回路12はパワートランジスタMN0をオンさせる。また、ロジック回路22は、ローレベルの制御信号TXDに応じてハイレベルの電圧を出力し、トランジスタMN2をオンさせる。これにより、カレントミラー回路210に定電流I1が供給され、そのミラー電流がノードND1に供給される。ミラー電流は、先ず、抵抗素子R1及びトランジスタMN1のボディダイオードDP1を介してパワートランジスタMN0に流れ込む。これにより、トランジスタMN1のゲート・ソース間に電圧VGSが発生する。このとき、逆バイアスされたダイオードD0によりミラー電流は抵抗素子R2に流れ込まず、抵抗素子R1に流れるため、電圧VGSの大きさは“R1×I1”で決定される。したがって、この電圧VGSがトランジスタMN1のスレッショルド電圧以上の大きさになるように、抵抗素子R1の抵抗値と定電流I1(又はミラー比)の大きさを設定しておくことで、パワートランジスタMN0がオンしている期間にトランジスタMN1をオンさせることができる。これにより、パワートランジスタMN0がオンしているときの入出力端子LDDとグラウンド端子GNDとの間のオン抵抗を小さくすることができ、入出力端子LDDをローレベルにしたときの電圧をより低くすることができる。これにより、ローサイドドライバ回路20における受信部13に対するノイズマージンを大きくすることができる。   When the low-level control signal TXD is input from the control unit 11 to the low-side driver circuit 20, the pre-driver circuit 12 turns on the power transistor MN0. The logic circuit 22 outputs a high level voltage in response to the low level control signal TXD, and turns on the transistor MN2. As a result, the constant current I1 is supplied to the current mirror circuit 210, and the mirror current is supplied to the node ND1. The mirror current first flows into the power transistor MN0 via the resistor element R1 and the body diode DP1 of the transistor MN1. As a result, a voltage VGS is generated between the gate and source of the transistor MN1. At this time, since the mirror current does not flow into the resistance element R2 but flows into the resistance element R1 due to the reverse-biased diode D0, the magnitude of the voltage VGS is determined by “R1 × I1”. Therefore, by setting the resistance value of the resistance element R1 and the magnitude of the constant current I1 (or mirror ratio) so that the voltage VGS is greater than or equal to the threshold voltage of the transistor MN1, the power transistor MN0 The transistor MN1 can be turned on while it is on. As a result, the on-resistance between the input / output terminal LDD and the ground terminal GND when the power transistor MN0 is on can be reduced, and the voltage when the input / output terminal LDD is set to the low level can be further reduced. be able to. Thereby, the noise margin for the receiving unit 13 in the low-side driver circuit 20 can be increased.

例えば、図3に示されるローサイドドライバ回路10や図5に示されるローサイドドライバ回路30の場合、パワートランジスタMN0がオンしたときの入出力端子LDDの電圧(以下、ロー電圧と称する。)VLOは、ダイオードDP1又はダイオードD1の順電圧が加算されるため1V程度の値となる。この場合のノイズマージンは、例えば減電圧時のバッテリ電圧VBATを5V、受信部13による受信閾値を0.45〜0.55VBAT(=2.25〜2.75V)、ロー電圧VLOを1Vとすれば、1.25Vとなる。他方、本実施の形態に係るローサイドドライバ回路20によれば、前述のように、パワートランジスタMN0がオンしている期間にトランジスタMN0をオンさせるから、ロー電圧VLOをより低く(例えば0.5V程度低く)することができ、ノイズマージンを向上させることができる。一般に自動車の内部のノイズは比較的大きいため、車載用のローサイドドライバ回路における受信部のノイズマージンは大きい程良い。したがって、ローサイドドライバ回路20を自動車のようにノイズの比較的大きなシステムに適用すれば特に有効である。   For example, in the case of the low side driver circuit 10 shown in FIG. 3 or the low side driver circuit 30 shown in FIG. 5, the voltage (hereinafter referred to as the low voltage) VLO of the input / output terminal LDD when the power transistor MN0 is turned on is: Since the forward voltage of the diode DP1 or the diode D1 is added, the value is about 1V. The noise margin in this case is, for example, that the battery voltage VBAT at the time of reduced voltage is 5 V, the reception threshold by the receiver 13 is 0.45 to 0.55 VBAT (= 2.25 to 2.75 V), and the low voltage VLO is 1 V. 1.25V. On the other hand, according to the low side driver circuit 20 according to the present embodiment, as described above, the transistor MN0 is turned on while the power transistor MN0 is on, so the low voltage VLO is lower (for example, about 0.5V). The noise margin can be improved. In general, since the noise inside the automobile is relatively large, it is better that the noise margin of the receiving unit in the in-vehicle low-side driver circuit is larger. Therefore, it is particularly effective if the low-side driver circuit 20 is applied to a system having a relatively large noise such as an automobile.

以上実施の形態2に係るローサイドドライバ回路20によれば、実施の形態1に係るローサイドドライバ回路10と同様に、チップの製造コストの削減を図ることができ、通信システムU2全体の低コスト化を図ることができる。また、ローサイドドライバ回路20によればロー電圧VLOをより低くすることができるから、信号の受信側のノイズマージンを向上させることができる。   As described above, according to the low-side driver circuit 20 according to the second embodiment, similarly to the low-side driver circuit 10 according to the first embodiment, it is possible to reduce the manufacturing cost of the chip, and to reduce the cost of the entire communication system U2. Can be planned. Further, according to the low-side driver circuit 20, the low voltage VLO can be further reduced, so that the noise margin on the signal reception side can be improved.

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。   Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited thereto and can be variously modified without departing from the gist thereof.

例えば、実施の形態1、2において、ローサイドドライバ回路10、20をLINに適用する場合を例示したが、K−LineやCAN等のその他の車載用の通信システムや、リレー及びモータ等の駆動システムに適用することも可能である。   For example, in the first and second embodiments, the case where the low-side driver circuits 10 and 20 are applied to LIN is exemplified. However, other in-vehicle communication systems such as K-Line and CAN, and drive systems such as relays and motors It is also possible to apply to.

実施の形態1、2においてローサイドドライバ回路10、20をバルクプロセスによって製造される場合を例示したが、SOIプロセスによって製造することも可能である。これによれば、前述のように、トランジスタMN1を逆流防止用のダイオードと負電圧用のアクティブクランプ回路とで兼用できるため、回路規模を小さくすることが可能である。この場合、クランプ回路14におけるトランジスタMP5を取り除いてもよい。   In the first and second embodiments, the case where the low-side driver circuits 10 and 20 are manufactured by a bulk process is illustrated, but the low-side driver circuits 10 and 20 can also be manufactured by an SOI process. According to this, as described above, the transistor MN1 can be used as both a backflow preventing diode and a negative voltage active clamp circuit, so that the circuit scale can be reduced. In this case, the transistor MP5 in the clamp circuit 14 may be removed.

実施の形態1、2においてクランプ回路14におけるクランプ電圧を生成する回路構成として、複数のツェナーダイオードZD11〜ZD1mとダイオードD2を直列接続する回路構成を例示したが、所望のクランプ電圧を生成することができれば別の回路構成でもよい。例えば、ダイオードD2を用いずにツェナーダイオードだけで構成してもよい。   In the first and second embodiments, the circuit configuration for generating the clamp voltage in the clamp circuit 14 is exemplified by the circuit configuration in which the plurality of Zener diodes ZD11 to ZD1m and the diode D2 are connected in series. However, a desired clamp voltage can be generated. If possible, another circuit configuration may be used. For example, you may comprise only a Zener diode, without using the diode D2.

実施の形態1、2においてパワートランジスタMN0がDMOSである場合を例示したが、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やスーパージャンクション構造のMOSトランジスタ等であってもよく、高耐圧のパワートランジスタであれば特に限定されない。   In the first and second embodiments, the power transistor MN0 is a DMOS. However, the power transistor MN0 may be an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a super junction structure MOS transistor, or the like. It is not limited.

実施の形態2においてカスコード型のカレントミラー回路210を例示したが、これに限られず、定電流I1に基づいて生成した電流をノードND1に供給する回路であれば、特に制限はない。例えば、トランジスタMP3、MP4を取り除いたカスコード型でないカレントミラー回路であってもよい。この場合、トランジスタMP1、MP2を高耐圧のMOSトランジスタで構成するとよい。   Although the cascode-type current mirror circuit 210 is exemplified in the second embodiment, the present invention is not limited to this, and there is no particular limitation as long as it is a circuit that supplies a current generated based on the constant current I1 to the node ND1. For example, a non-cascode current mirror circuit in which the transistors MP3 and MP4 are removed may be used. In this case, the transistors MP1 and MP2 are preferably constituted by high breakdown voltage MOS transistors.

また、実施の形態2において、電源端子VINに供給される電圧がバッテリ電圧VBATよりも大きい場合を例示したが、これに限られない。例えば、電源端子VINにバッテリ電圧VBATと同じ大きさの電圧を供給してもよい。   In the second embodiment, the case where the voltage supplied to the power supply terminal VIN is larger than the battery voltage VBAT is exemplified, but the present invention is not limited to this. For example, a voltage having the same magnitude as the battery voltage VBAT may be supplied to the power supply terminal VIN.

U1 通信システム
1_1〜1_n ECU
2 信号線(バス)
RL プルアップ抵抗
VBAT バッテリ電圧
LDD 入出力端子
GND グラウンド端子
10 ローサイドドライバ回路
11 制御部
12 プリドライバ回路
13 受信部
14 クランプ回路
15 プルダウン回路
16 負電圧制御回路
MN0 パワートランジスタ
RG、R1、R2 抵抗素子
D0、D1 ダイオード
DP0、DP1、DP2 ボディダイオード
ZD11〜ZD1m ツェナーダイオード
MP5、MN1 トランジスタ
TXD 制御信号
500 ローサイドドライバ回路10のIout−Vout特性
501 ローサイドドライバ回路30のIout−Vout特性
30 ローサイドドライバ回路
31 ESD保護回路
32 クランプ回路
D3、D4 ダイオード
R3 抵抗素子
DPX1、DPX3、DPX4 寄生ダイオード
SUB 基板(サブストレート)
U2 通信システム
2_1〜2_n ECU
VIN 電源端子
20 ローサイドドライバ回路
21 電流源回路
22 ロジック回路
210 カレントミラー回路
211 スイッチ回路
D5 ダイオード
MP1〜MP4、MN2 トランジスタ
U1 communication system 1_1 to 1_n ECU
2 signal lines (bus)
RL Pull-up resistor VBAT Battery voltage LDD I / O terminal GND Ground terminal 10 Low-side driver circuit 11 Control unit 12 Pre-driver circuit 13 Reception unit 14 Clamp circuit 15 Pull-down circuit 16 Negative voltage control circuit MN0 Power transistor RG, R1, R2 Resistance element D0 , D1 diode DP0, DP1, DP2 body diode ZD11-ZD1m Zener diode MP5, MN1 transistor TXD control signal 500 Iout-Vout characteristic of low-side driver circuit 501 Iout-Vout characteristic of low-side driver circuit 30 low-side driver circuit 31 ESD protection circuit 32 Clamp circuit D3, D4 Diode R3 Resistance element DPX1, DPX3, DPX4 Parasitic diode SUB Substrate Sub-straight)
U2 communication system 2_1 to 2_n ECU
VIN power supply terminal 20 low side driver circuit 21 current source circuit 22 logic circuit 210 current mirror circuit 211 switch circuit D5 diode MP1 to MP4, MN2 transistor

Claims (11)

第1外部端子と、
第2外部端子と、
前記第1外部端子と前記第2外部端子との間に設けられたパワートランジスタと、
前記第1外部端子と前記パワートランジスタのゲート電極との間に設けられたクランプ回路と、
前記パワートランジスタのゲート電極と前記第2外部端子との間に設けられた抵抗回路と、
ソース電極及びバックゲート電極が前記第1外部端子に接続され、ドレイン電極が前記パワートランジスタのドレイン電極に接続されたNチャネル型の第1MISトランジスタと、
前記第1MISトランジスタのゲート電極とソース電極との間に設けられた第1抵抗素子と、
前記第1MISトランジスタのゲート電極とドレイン電極との間に設けられた第2抵抗素子と、が半導体基板に形成された半導体装置。
A first external terminal;
A second external terminal;
A power transistor provided between the first external terminal and the second external terminal;
A clamp circuit provided between the first external terminal and the gate electrode of the power transistor;
A resistance circuit provided between the gate electrode of the power transistor and the second external terminal;
An N-channel first MIS transistor having a source electrode and a back gate electrode connected to the first external terminal and a drain electrode connected to the drain electrode of the power transistor;
A first resistance element provided between a gate electrode and a source electrode of the first MIS transistor;
A semiconductor device in which a second resistance element provided between a gate electrode and a drain electrode of the first MIS transistor is formed on a semiconductor substrate.
前記半導体基板はバルク構造の半導体基板であって、
前記クランプ回路は、
ドレイン電極が前記第1端子に接続され、ソース電極、バックゲート電極、及びゲート電極が共通接続されるPチャネル型の第2MISトランジスタと、
前記第2MISトランジスタのソース電極と前記パワートランジスタのゲート電極との間に直列接続される複数の第1ダイオードと、を有する請求項1に記載の半導体装置。
The semiconductor substrate is a bulk structure semiconductor substrate,
The clamp circuit is
A P-channel type second MIS transistor having a drain electrode connected to the first terminal and a source electrode, a back gate electrode, and a gate electrode connected in common;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a plurality of first diodes connected in series between a source electrode of the second MIS transistor and a gate electrode of the power transistor.
前記パワートランジスタがオンするタイミングに同期して、前記第1MISトランジスタのゲート電極と前記第1抵抗素子とが接続される第1ノードに電流を供給する電流源回路を更に有する請求項2記載の半導体装置。   3. The semiconductor according to claim 2, further comprising a current source circuit that supplies current to a first node to which a gate electrode of the first MIS transistor and the first resistance element are connected in synchronization with a timing at which the power transistor is turned on. apparatus. 前記第1MISトランジスタのゲート電極とドレイン電極との間に設けられ、前記第2抵抗素子に直列に接続される第2ダイオードを有し、
前記第2ダイオードは、アノードが前記第1MISトランジスタのドレイン電極側に接続される請求項3に記載の半導体装置。
A second diode provided between a gate electrode and a drain electrode of the first MIS transistor and connected in series to the second resistance element;
The semiconductor device according to claim 3, wherein an anode of the second diode is connected to a drain electrode side of the first MIS transistor.
電源電圧の供給を受ける第3外部端子と、
前記第3外部端子に供給された電源電圧を前記電流源回路に供給する信号経路と、を更に有し、
前記信号経路は、アノードが前記第3外部端子側に接続された第3ダイオードを含む請求項3に記載の半導体装置。
A third external terminal for receiving power supply voltage;
A signal path for supplying the power source voltage supplied to the third external terminal to the current source circuit,
The semiconductor device according to claim 3, wherein the signal path includes a third diode having an anode connected to the third external terminal side.
前記電流源回路は、
定電流を生成する定電流回路と、
前記信号経路からの給電により動作可能とされ、入力した電流に基づいて生成したミラー電流を前記第1ノードに出力するカレントミラー回路と、
前記定電流回路によって生成された電流の前記カレントミラー回路に対する供給と停止を制御するスイッチ素子と、を有する請求項5に記載の半導体装置。
The current source circuit is:
A constant current circuit for generating a constant current;
A current mirror circuit that is operable by power feeding from the signal path and outputs a mirror current generated based on the input current to the first node;
The semiconductor device according to claim 5, further comprising: a switch element that controls supply and stop of the current generated by the constant current circuit to the current mirror circuit.
前記カレントミラー回路は、カスコード接続されたトランジスタを含んで構成される請求項6に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein the current mirror circuit includes a cascode-connected transistor. 前記複数の第1ダイオードは、ツェナーダイオードを含む請求項2記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 2, wherein the plurality of first diodes include Zener diodes. 前記パワートランジスタのオン・オフを指示するゲート制御信号に応じて、前記パワートランジスタのゲート電極に前記パワートランジスタを駆動するための駆動電圧を出力する駆動電圧生成部を更に有する、請求項1に記載の半導体装置。   The drive voltage generation part which outputs the drive voltage for driving the power transistor to the gate electrode of the power transistor according to the gate control signal which directs on / off of the power transistor is provided. Semiconductor device. 前記第1外部端子の入力された信号を受信する受信部と、
前記受信部によって受信された信号を入力するとともに、前記ゲート制御信号を生成する制御部とを更に有する請求項9に記載の半導体装置。
A receiving unit for receiving a signal input to the first external terminal;
The semiconductor device according to claim 9, further comprising a control unit that inputs a signal received by the receiving unit and generates the gate control signal.
通信を行うための信号線と、
電源電圧と前記信号線との間に設けられたプルアップ抵抗と、
複数の請求項10に記載の半導体装置と、を有し、
前記半導体装置の夫々は、前記第1外部端子が前記信号線に共通に接続される通信システム。
A signal line for communication;
A pull-up resistor provided between a power supply voltage and the signal line;
A plurality of semiconductor devices according to claim 10,
Each of the semiconductor devices is a communication system in which the first external terminal is commonly connected to the signal line.
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