JP2016010003A - インターフェース回路 - Google Patents

Abstract

【課題】回路面積の増大を抑制し、トランジスタの耐圧より高い電圧の入力を許容することができるインターフェース回路を提供することを課題とする。【解決手段】低電圧ＶＤＥＡ側の出力ドライバ部と、高電圧ＶＤＥＢ側の出力ドライバ部と、各出力ドライバ部の出力ノードが接続されるパッドとを有し、低電圧側の出力ドライバ部に、出力信号に応じた信号を出力する出力回路と、出力回路の出力ノードとパッドとの間に分圧回路としてのスイッチ回路とを設け、高電圧側の出力ドライバ部による出力時に、スイッチ回路をオフ状態にするとともに出力回路がハイレベルの信号を出力するようにして、低電圧側の出力ドライバ部に高い電圧が入力されてもトランジスタ耐圧を確保できるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、インターフェース回路に関する。

信号の出力や入力を行うためのインターフェース回路においては、高速インターフェースの必要性から、入出力トランジスタとして低電圧動作のトランジスタが使用されることが多い。チップとしては、高電圧のインターフェース規格の入出力回路（ＩＯ）も使用することがあるため、そのような回路では、トランジスタの耐圧以上の電圧が入出力されることとなる。低電圧動作のトランジスタを用いて、トランジスタの耐圧以上の高電圧のインターフェース規格に対応するインターフェース回路を構成する場合、一般的には図６に示すようにカスケード構成で分圧回路を設け、抵抗分圧により各トランジスタに耐圧以上の電圧がかからないようにする。

図６は、従来のインターフェース回路の構成例を示す回路図である。図６には、出力信号の電圧振幅を０（ＶＳＳ）−ＶＤＥＡとする低電圧のインターフェース規格及び出力信号の電圧振幅を０（ＶＳＳ）−ＶＤＥＢとする高電圧のインターフェース規格に対応するインターフェース回路を一例として示している。図６に示すインターフェース回路は、電圧ＶＤＥＡが耐圧の補償範囲の電圧、すなわち耐圧が電圧ＶＤＥＡよりも高いトランジスタで構成されている。ここで、電圧ＶＤＥＡは電圧ＶＤＥＢよりも低い電圧であり、例えば電圧ＶＤＥＡは１．８Ｖであり、電圧ＶＤＥＢは３．３Ｖである。

図６に示すインターフェース回路は、低電圧ＶＤＥＡ側の出力ドライバ部６０１及び高電圧ＶＤＥＢ側の出力ドライバ部６１１を有し、それぞれの出力ノードがパッド６２１に接続されている。図示しないモード切替信号により、低電圧ＶＤＥＡ側の出力ドライバ部６０１及び高電圧ＶＤＥＢ側の出力ドライバ部６１１の一方が有効となるように制御される。低電圧ＶＤＥＡ側の出力ドライバ部６０１は、インバータ６２２及び駆動ロジック６２３、６２４等によって信号ＳＩＧに応じて駆動され、同様に高電圧ＶＤＥＢ側の出力ドライバ部６１１は、駆動ロジック６２５、６２６等によって信号ＳＩＧに応じて駆動される。

低電圧ＶＤＥＡ側の出力ドライバ部６０１は、分圧回路としてのトランジスタ６０３、６０４を含む、低電圧ＶＤＥＡの電源ノードと基準電圧ＶＳＳの電源ノードとの間にカスケード接続されたＰチャネル型トランジスタ６０２、６０３及びＮチャネル型トランジスタ６０４、６０５を有する。高電圧ＶＤＥＢ側の出力ドライバ部６１１は、分圧回路としてのトランジスタ６１３、６１４を含む、高電圧ＶＤＥＢの電源ノードと基準電圧ＶＳＳの電源ノードとの間にカスケード接続されたＰチャネル型トランジスタ６１２、６１３及びＮチャネル型トランジスタ６１４、６１５を有する。このように低電圧ＶＤＥＡ側の出力ドライバ部６０１は、高電圧ＶＤＥＢ側の出力ドライバ部６１１が有効である場合に、その出力電圧である高電圧ＶＤＥＢがかかることがあるため、高電圧ＶＤＥＢ側の出力ドライバ部６１１と同様に分圧回路を設ける必要がある。

特開平６−３７６２３号公報 特開２０００−３４１１０６号公報 特開平１１−３０８０８９号公報

前述した従来のインターフェース回路では、カスケード構成で分圧回路を設けるためにドライバトランジスタを２つ設けるので回路規模が大きくなる。また、２つのトランジスタのカスケード接続により抵抗が大きくなるので、抵抗を小さくするためにはトランジスタサイズが大きくなり、インターフェース回路（ＩＯセル）のサイズが大きくなってしまう。本発明の目的は、回路面積の増大を抑制し、トランジスタの耐圧より高い電圧の入力を許容することができるインターフェース回路を提供することである。

インターフェース回路の一態様は、第１の電圧レベルの信号を出力する第１の出力ドライバ部と、第１の電圧レベルより高い第２の電圧レベルの信号を出力する第２の出力ドライバ部と、第１の出力ドライバ部の出力ノードと第２の出力ドライバ部の出力ノードとが接続されるパッドとを有する。第１の出力ドライバ部は、第１の出力ドライバ部による出力時には出力信号に応じた信号を出力し、第２の出力ドライバ部による出力時には第１の電圧の信号を出力する出力回路と、出力回路の出力ノードと前記パッドとの間に設けられ、第１の出力ドライバ部による出力時にはオン状態となり、第２の出力ドライバ部による出力時にはオフ状態となるスイッチ回路とを有する。

開示のインターフェース回路は、第２の出力ドライバ部による出力時に、第１の出力ドライバ部に第２の電圧が入力されても、第１の出力ドライバ部のトランジスタ耐圧を確保することができ、回路面積の増大を抑制し、トランジスタの耐圧より高い電圧の入力を許容することができる。

本発明の第１の実施形態におけるインターフェース回路の構成例を示す図である。 第１の実施形態におけるインターフェース回路の動作例を示す図である。 本発明の第２の実施形態におけるインターフェース回路の構成例を示す図である。 第２の実施形態におけるバックゲート制御回路の構成例を示す図である。 第２の実施形態におけるインターフェース回路の動作例を示す図である。 従来のインターフェース回路の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態におけるインターフェース回路の構成例を示す回路図である。図１には、出力信号の電圧振幅を０（ＶＳＳ）−ＶＤＥＡとする低電圧のインターフェース規格及び出力信号の電圧振幅を０（ＶＳＳ）−ＶＤＥＢとする高電圧のインターフェース規格に対応するインターフェース回路（例えばＳＤカードのインターフェース回路）を一例として示している。

図１に示すインターフェース回路は、電圧ＶＤＥＡが耐圧の補償範囲の電圧、すなわち耐圧が電圧ＶＤＥＡよりも高く、かつ耐圧が電圧ＶＤＥＢよりも低いトランジスタで構成されている。ここで、電圧ＶＤＥＡは電圧ＶＤＥＢよりも低い電圧であり、例えば電圧ＶＤＥＡは１．８Ｖであり、電圧ＶＤＥＢは３．３Ｖである。

本実施形態におけるインターフェース回路は、図１に示すように、低電圧ＶＤＥＡ側の出力ドライバ部１０１及び高電圧ＶＤＥＢ側の出力ドライバ部１１１を有する。低電圧ＶＤＥＡ側の出力ドライバ部１０１及び高電圧ＶＤＥＢ側の出力ドライバ部１１１のそれぞれの出力ノードがパッド１２１に接続されている。

低電圧ＶＤＥＡ側の出力ドライバ部１０１は、低電圧ＶＤＥＡの電源ノードと基準電圧ＶＳＳの電源ノードとの間に接続されたＰチャネル型トランジスタ１０２及びＮチャネル型トランジスタ１０３を有する出力回路と、並列接続されたＰチャネル型トランジスタ１０４及びＮチャネル型トランジスタ１０５を有するスイッチ回路とを有する。本実施形態では、低電圧ＶＤＥＡ側の出力ドライバ部１０１の電源電圧である低電圧ＶＤＥＡは、Ｐチャネル型トランジスタ１０２及びＮチャネル型トランジスタ１０３等の使用されるトランジスタの耐圧よりも低いので、ドライバ本体はシングルトランジスタ構成とし、ドライバ本体とパッド１２１との間に分圧回路としてのＰチャネル型トランジスタ１０４及びＮチャネル型トランジスタ１０５を設けている。ここで、分圧回路として設けたＰチャネル型トランジスタ１０４及びＮチャネル型トランジスタ１０５は、並列に接続されているので抵抗は小さく、トランジスタ数やトランジスタサイズが増大することを抑制できる。また、高電圧ＶＤＥＢ側の出力ドライバ部１１１は、分圧回路としてのトランジスタ１１３、１１４を含む、高電圧ＶＤＥＢの電源ノードと基準電圧ＶＳＳの電源ノードとの間にカスケード接続されたＰチャネル型トランジスタ１１２、１１３及びＮチャネル型トランジスタ１１４、１１５を有する。

Ｐチャネル型トランジスタ１０２は、ソースが低電圧ＶＤＥＡの電源ノードに接続され、ゲートに論理積演算回路（ＡＮＤ回路）１２３の出力が入力され、ドレインがＮチャネル型トランジスタ１０３のドレインに接続される。Ｎチャネル型トランジスタ１０３は、ソースが基準電圧ＶＳＳの電源ノードに接続され、ゲートにＡＮＤ回路１２４の出力が入力される。ＡＮＤ回路１２３、１２４は、インバータ１２２を介して出力信号ＳＩＧが入力されるとともに、モード切替信号ＣＮが入力される。モード切替信号ＣＮは、低電圧ＶＤＥＡ側での出力時にハイレベル（“Ｈ”）とされ、高電圧ＶＤＥＢ側での出力時にローレベル（“Ｌ”）とされる。

すなわち、Ｐチャネル型トランジスタ１０２は、モード切替信号が“Ｌ”であるとき、又は出力信号ＳＩＧが“Ｈ”であるときに、オン状態（導通状態）となり、それ以外はオフ状態（非導通状態）となる。また、Ｎチャネル型トランジスタ１０３は、モード切替信号が“Ｈ”であり、かつ出力信号ＳＩＧが“Ｌ”であるときにオン状態となり、それ以外はオフ状態となる。Ｐチャネル型トランジスタ１０２のドレインとＮチャネル型トランジスタ１０３のドレインとの相互接続点（出力ノードＮＡ１）が、それぞれのソース及びドレインが接続されたＰチャネル型トランジスタ１０４及びＮチャネル型トランジスタ１０５から構成されるスイッチ回路（トランスファーゲート）を介してパッド１２１（ノードＰＡＤ）に接続される。

Ｐチャネル型トランジスタ１０４のゲートは、高電圧ＶＤＥＢの電源ノードと基準電圧ＶＳＳの電源ノードとの間にカスケード接続されたＰチャネル型トランジスタ１３３、１３４及びＮチャネル型トランジスタ１３５、１３６の出力ノードＮＣ１に接続される。Ｐチャネル型トランジスタ１０４のバックゲートは、高電圧ＶＤＥＢの電源ノードと低電圧ＶＤＥＡの電源ノードとの間に接続されたＰチャネル型トランジスタ１３１及びＮチャネル型トランジスタ１３２の出力ノードＮＢ１に接続される。Ｐチャネル型トランジスタ１３１及びＮチャネル型トランジスタ１３２のゲートには、低電圧ＶＤＥＡの信号領域から高電圧ＶＤＥＢの信号領域に信号のレベルを変換するレベルコンバータ１２９を介してモード切替信号ＣＮが入力される。

モード切替信号ＣＮが“Ｈ”であるとき（低電圧ＶＤＥＡ側での出力時）には、Ｐチャネル型トランジスタ１０４は、ゲートに基準電圧ＶＳＳが供給され、バックゲートに低電圧ＶＤＥＡが供給される。また、モード切替信号ＣＮが“Ｌ”であるとき（高電圧ＶＤＥＢ側での出力時）には、Ｐチャネル型トランジスタ１０４は、ゲートに高電圧ＶＤＥＢが供給され、バックゲートに高電圧ＶＤＥＢが供給される。Ｎチャネル型トランジスタ１０５のゲートには、モード切替信号ＣＮが入力される。

すなわち、モード切替信号ＣＮが“Ｈ”であるとき（低電圧ＶＤＥＡ側での出力時）には、Ｐチャネル型トランジスタ１０４及びＮチャネル型トランジスタ１０５がともにオン状態となり、スイッチ回路はオン状態となる。一方、モード切替信号ＣＮが“Ｌ”であるとき（高電圧ＶＤＥＢ側での出力時）には、Ｐチャネル型トランジスタ１０４及びＮチャネル型トランジスタ１０５がともにオフ状態となり、スイッチ回路はオフ状態となる。

Ｐチャネル型トランジスタ１１２は、ソースが高電圧ＶＤＥＢの電源ノードに接続され、ゲートに論理和演算回路（ＯＲ回路）１２５の出力が入力され、ドレインがＰチャネル型トランジスタ１１３のソースに接続される。Ｐチャネル型トランジスタ１１３は、ゲートが低電圧ＶＤＥＡの電源ノードに接続され、ドレインがＮチャネル型トランジスタ１１４のドレインに接続される。Ｎチャネル型トランジスタ１１４は、ソースがＮチャネル型トランジスタ１１５のドレインに接続され、ゲートが低電圧ＶＤＥＡの電源ノードに接続される。Ｎチャネル型トランジスタ１１５は、ソースが基準電圧ＶＳＳの電源ノードに接続され、ゲートにインバータ１２８を介してＯＲ回路１２６の出力が入力される。Ｐチャネル型トランジスタ１１３のドレインとＮチャネル型トランジスタ１１４のドレインとの相互接続点がパッド１２１（ノードＰＡＤ）に接続される。

ＯＲ回路１２５は、レベルコンバータ１２９を介してモード切替信号ＣＮが入力されるとともに、インバータ１２２及び低電圧ＶＤＥＡの信号領域から高電圧ＶＤＥＢの信号領域に信号のレベルを変換するレベルコンバータ１３０を介して出力信号ＳＩＧが入力される。ＯＲ回路１２６は、モード切替信号ＣＮが入力されるとともに、インバータ１２２、１２７を介して出力信号ＳＩＧが入力される。すなわち、高電圧ＶＤＥＢ側の出力ドライバ部１１１は、モード切替信号ＣＮが“Ｌ”であり、かつ出力信号ＳＩＧが“Ｈ”であるときに、Ｐチャネル型トランジスタ１１２、１１３がオン状態となり、モード切替信号ＣＮが“Ｌ”であり、かつ出力信号ＳＩＧが“Ｌ”であるときに、Ｎチャネル型トランジスタ１１４、１１５がオン状態となる。

図１に示した第１の実施形態におけるインターフェース回路の動作について説明する。図２は、第１の実施形態におけるインターフェース回路の動作例を示す波形図である。図２において、Ａは高電圧ＶＤＥＢ側での“Ｌ”出力時の状態を示しており、Ｂは高電圧ＶＤＥＢ側での“Ｈ”出力時の状態を示している。また、図２において、Ｃは低電圧ＶＤＥＡ側での“Ｌ”出力時の状態を示しており、Ｄは低電圧ＶＤＥＡ側での“Ｈ”出力時の状態を示している。

高電圧ＶＤＥＢ側での“Ｌ”出力時（図２中のＡ）においては、モード切替信号ＣＮが“Ｌ”（基準電圧ＶＳＳ）であり、出力信号ＳＩＧが“Ｌ”（基準電圧ＶＳＳ）である。このとき、高電圧ＶＤＥＢ側の出力ドライバ部１１１において、Ｐチャネル型トランジスタ１１２、１１３がオフ状態になり、Ｎチャネル型トランジスタ１１４、１１５がオン状態になり、パッド１２１（ノードＰＡＤ）は“Ｌ”（基準電圧ＶＳＳ）となる。

高電圧ＶＤＥＢ側での“Ｈ”出力時（図２中のＢ）においては、モード切替信号ＣＮが“Ｌ”（基準電圧ＶＳＳ）であり、出力信号ＳＩＧが“Ｈ”（低電圧ＶＤＥＡ）である。このとき、高電圧ＶＤＥＢ側の出力ドライバ部１１１において、Ｐチャネル型トランジスタ１１２、１１３がオン状態になり、Ｎチャネル型トランジスタ１１４、１１５がオフ状態になり、パッド１２１（ノードＰＡＤ）は“Ｈ”（高電圧ＶＤＥＢ）となる。

また、この高電圧ＶＤＥＢ側での出力時（図２中のＡ及びＢ）には、モード切替信号ＣＮが“Ｌ”（基準電圧ＶＳＳ）であるので、低電圧ＶＤＥＡ側の出力ドライバ部１０１において、Ｐチャネル型トランジスタ１０２がオン状態になり、Ｎチャネル型トランジスタ１０３がオフ状態になり、その出力ノードＮＡ１は“Ｈ”（低電圧ＶＤＥＡ）となる。また、高電圧ＶＤＥＢの電源ノードと低電圧ＶＤＥＡの電源ノードとの間に接続されたＰチャネル型トランジスタ１３１及びＮチャネル型トランジスタ１３２は、Ｐチャネル型トランジスタ１３１がオン状態になり、Ｎチャネル型トランジスタ１３２がオフ状態になり、その出力ノードＮＢ１は高電圧ＶＤＥＢとなる。

また、高電圧ＶＤＥＢの電源ノードと基準電圧ＶＳＳの電源ノードとの間にカスケード接続されたＰチャネル型トランジスタ１３３、１３４及びＮチャネル型トランジスタ１３５、１３６は、Ｐチャネル型トランジスタ１３３、１３４がオン状態になり、Ｎチャネル型トランジスタ１３５、１３６がオフ状態になり、その出力ノードＮＣ１は高電圧ＶＤＥＢとなる。

したがって、Ｐチャネル型トランジスタ１０４及びＮチャネル側トランジスタ１０５から構成されるスイッチ回路はオフ状態となり、スイッチ回路の一端（出力ノードＮＡ１側）には“Ｈ”（低電圧ＶＤＥＡ）が印加され、他端（ノードＰＡＤ側）にはパッド１２１における出力電圧である基準電圧ＶＳＳ又は高電圧ＶＤＥＢが印加される。つまり、高電圧ＶＤＥＢ側での出力時において、低電圧ＶＤＥＡ側の出力ドライバ部１０１が有するスイッチ回路のＰチャネル型トランジスタ１０４及びＮチャネル側トランジスタ１０５には、トランジスタ耐圧よりも低い、パッド１２１における出力電圧（基準電圧ＶＳＳ又は高電圧ＶＤＥＢ）と低電圧ＶＤＥＡとの差電圧がかかることになる。また、高電圧ＶＤＥＢ側での出力時には、スイッチ回路のＰチャネル型トランジスタ１０４のバックゲートには高電圧ＶＤＥＢが印加されているので、順方向電流が流れることを防止できる。

低電圧ＶＤＥＡ側での出力時（図２中のＣ及びＤ）には、モード切替信号ＣＮが“Ｈ”（低電圧ＶＤＥＡ）である。このとき、高電圧ＶＤＥＢ側の出力ドライバ部１１１は、オフ状態になる。また、高電圧ＶＤＥＢの電源ノードと低電圧ＶＤＥＡの電源ノードとの間に接続されたＰチャネル型トランジスタ１３１及びＮチャネル型トランジスタ１３２は、Ｐチャネル型トランジスタ１３１がオフ状態になり、Ｎチャネル型トランジスタ１３２がオン状態になり、その出力ノードＮＢ１は低電圧ＶＤＥＡとなる。また、高電圧ＶＤＥＢの電源ノードと基準電圧ＶＳＳの電源ノードとの間にカスケード接続されたＰチャネル型トランジスタ１３３、１３４及びＮチャネル型トランジスタ１３５、１３６は、Ｐチャネル型トランジスタ１３３、１３４がオフ状態になり、Ｎチャネル型トランジスタ１３５、１３６がオン状態になり、その出力ノードＮＣ１は基準電圧ＶＳＳとなる。

したがって、Ｐチャネル型トランジスタ１０４及びＮチャネル側トランジスタ１０５から構成されるスイッチ回路はオン状態となり、Ｐチャネル型トランジスタ１０２及びＮチャネル型トランジスタ１０３から構成される出力回路の出力ノードＮＡ１とパッド１２１（ノードＰＡＤ）が接続される。

ここで、低電圧ＶＤＥＡ側での“Ｌ”出力時（図２中のＣ）においては、モード切替信号ＣＮが“Ｈ”（低電圧ＶＤＥＡ）であり、出力信号ＳＩＧが“Ｌ”（基準電圧ＶＳＳ）であるので、Ｐチャネル型トランジスタ１０２がオフ状態になり、Ｎチャネル型トランジスタ１０３がオン状態になり、その出力ノードＮＡ１は“Ｌ”（基準電圧ＶＳＳ）となる。したがって、パッド１２１（ノードＰＡＤ）は“Ｌ”（基準電圧ＶＳＳ）となる。

また、低電圧ＶＤＥＡ側での“Ｈ”出力時（図２中のＤ）においては、モード切替信号ＣＮが“Ｈ”（低電圧ＶＤＥＡ）であり、出力信号ＳＩＧが“Ｈ”（低電圧ＶＤＥＡ）であるので、Ｐチャネル型トランジスタ１０２がオン状態になり、Ｎチャネル型トランジスタ１０３がオフ状態になり、その出力ノードＮＡ１は“Ｈ”（低電圧ＶＤＥＡ）となる。したがって、パッド１２１（ノードＰＡＤ）は“Ｈ”（低電圧ＶＤＥＡ）となる。

第１の実施形態によれば、電源電圧がトランジスタの耐圧の補償範囲である低電圧ＶＤＥＡであり、耐圧以上の高電圧ＶＤＥＢが入力されることのある低電圧ＶＤＥＡ側の出力ドライバ部１０１をシングルトランジスタ構成の出力回路とし、その出力回路の出力ノードとパッド１２１との間に分圧回路としてのスイッチ回路を設ける。そして、高電圧ＶＤＥＢ側の出力ドライバ部１１１による出力時には、低電圧ＶＤＥＡ側の出力ドライバ部１０１のスイッチ回路をオフ状態にするとともに、出力回路から“Ｈ”(低電圧ＶＤＥＡ)を出力する。これにより、高電圧ＶＤＥＢ側の出力ドライバ部１１１による出力時に、低電圧ＶＤＥＡ側の出力ドライバ部１０１に高電圧ＶＤＥＢが入力されたとしても、スイッチ回路のトランジスタにかかる電圧は、高電圧ＶＤＥＢと低電圧ＶＤＥＡとの差電圧であるのでトランジスタ耐圧を確保することができる。また、低電圧ＶＤＥＡ側の出力ドライバ部１０１をシングルトランジスタ構成の出力回路としたことで、回路規模の増大を抑制することができ、従来のカスケード構成と比較して回路面積を削減することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、第２の実施形態におけるインターフェース回路の構成例を示す回路図である。図３には、インターフェース回路の電源電圧ＶＤＥよりも高い電圧が入出力パッドに入力されることがあるトレラントバスのインターフェース回路を一例として示している。図３に示すインターフェース回路は、電圧ＶＤＥが耐圧の補償範囲の電圧、すなわち耐圧が電圧ＶＤＥよりも高く、かつ耐圧が外部入力の“Ｈ”信号の電圧よりも低いトランジスタで構成されている。

本実施形態におけるインターフェース回路の出力ドライバ部３０１は、電源電圧ＶＤＥの電源ノードと基準電圧ＶＳＳの電源ノードとの間に接続されたＰチャネル型トランジスタ３０２及びＮチャネル型トランジスタ３０３を有する出力回路と、並列接続されたＰチャネル型トランジスタ３０４及びＮチャネル型トランジスタ３０５を有するスイッチ回路とを有する。本実施形態においても、出力ドライバ部３０１の電源電圧ＶＤＥは、Ｐチャネル型トランジスタ３０２及びＮチャネル型トランジスタ３０３等の使用されるトランジスタの耐圧よりも低いので、ドライバ本体はシングルトランジスタ構成とし、ドライバ本体とパッド３１１との間に分圧回路としてのＰチャネル型トランジスタ３０４及びＮチャネル型トランジスタ３０５を設けている。ここで、分圧回路として設けたＰチャネル型トランジスタ３０４及びＮチャネル型トランジスタ３０５は、並列に接続されているので抵抗は小さく、トランジスタ数やトランジスタサイズが増大することを抑制できる。

Ｐチャネル型トランジスタ３０２は、ソースが電源電圧ＶＤＥの電源ノードに接続され、ゲートにＡＮＤ回路３１３の出力が入力され、ドレインがＮチャネル型トランジスタ３０３のドレインに接続される。Ｎチャネル型トランジスタ３０３は、ソースが基準電圧ＶＳＳの電源ノードに接続され、ゲートにＡＮＤ回路３１４の出力が入力される。ＡＮＤ回路３１３、３１４は、インバータ３１２を介して出力信号ＳＩＧＡが入力されるとともに、モード切替信号ＣＮが入力される。モード切替信号ＣＮは、入力モード時に“Ｌ”とされ、出力モード時に“Ｈ”とされる。

すなわち、Ｐチャネル型トランジスタ３０２は、モード切替信号が“Ｌ”であるとき、又は出力信号ＳＩＧＡが“Ｈ”であるときに、オン状態となり、それ以外はオフ状態となる。また、Ｎチャネル型トランジスタ３０３は、モード切替信号が“Ｈ”であり、かつ出力信号ＳＩＧＡが“Ｌ”であるときにオン状態となり、それ以外はオフ状態となる。Ｐチャネル型トランジスタ３０２のドレインとＮチャネル型トランジスタ３０３のドレインとの相互接続点（出力ノードＮＡ２）が、それぞれのソース及びドレインが接続されたＰチャネル型トランジスタ３０４及びＮチャネル型トランジスタ３０５から構成されるスイッチ回路（トランスファーゲート）を介してパッド３１１（ノードＰＡＤ）に接続される。

Ｐチャネル型トランジスタ３０４のゲートは、選択回路３１５の出力ノードＮＣ２に接続される。Ｐチャネル型トランジスタ１０４のバックゲートは、バックゲート制御回路３１６の出力ノードＮＢ２に接続される。Ｎチャネル型トランジスタ３０５のゲートには、モード切替信号ＣＮが入力される。

選択回路３１５は、モード切替信号ＣＮに応じて、基準電圧ＶＳＳ又はバックゲート制御回路３１６の出力を選択し出力する。選択回路３１５は、モード切替信号ＣＮが“Ｈ”であるとき（出力モード時）には、基準電圧ＶＳＳを選択し、モード切替信号ＣＮが“Ｌ”であるとき（入力モード時）には、バックゲート制御回路３１６の出力を選択する。

バックゲート制御回路３１６は、パッド３１１の電圧（ノードＰＡＤ）に応じた電圧を生成し出力する。バックゲート制御回路３１６は、パッド３１１の電圧が電源電圧ＶＤＥより高い場合にはパッド３１１の電圧を出力し、パッド３１１の電圧が電源電圧ＶＤＥ以下である場合には電源電圧ＶＤＥを出力する。パッド３１１に外部から入力された信号は、バッファ３１７を介して入力信号ＳＩＧＢとして入力される。バッファ３１７及び選択回路３１５は、分圧回路等を用いた耐圧対策を行っている回路を用いている。

図４は、バックゲート制御回路３１６の構成例を示す回路図である。バックゲート制御回路３１６は、電源電圧ＶＤＤの電源ノードとパッド３１１（ノードＰＡＤ）との間に直列に接続された４つのＰチャネル型トランジスタ４０１、４０２、４０３、４０４を有する。Ｐチャネル型トランジスタ４０１、４０２のゲートは、パッド３１１（ノードＰＡＤ）に接続され、Ｐチャネル型トランジスタ４０３、４０４のゲートは、電源電圧ＶＤＤの電源ノードに接続される。バックゲート制御回路３１６は、直列接続された４つのＰチャネル型トランジスタ４０１〜４０４の中間のノードの電圧を出力する。

図３に示した第２の実施形態におけるインターフェース回路の動作について説明する。図５は、第２の実施形態におけるインターフェース回路の動作例を示す波形図である。図５において、Ａは“Ｌ”入力時の状態を示しており、Ｂは“Ｈ”入力時の状態を示している。また、図５において、Ｃは“Ｌ”出力時の状態を示しており、Ｄは“Ｈ”出力時の状態を示している。なお、外部から入力される“Ｈ”信号の電圧は、電源電圧ＶＤＥよりも高いものとする。

入力モード時（図５中のＡ及びＢ）においては、モード切替信号ＣＮが“Ｌ”（基準電圧ＶＳＳ）である。このとき、出力ドライバ部３０１において、Ｐチャネル型トランジスタ３０２がオン状態になり、Ｎチャネル型トランジスタ３０３がオフ状態になり、その出力ノードＮＡ２は“Ｈ”（電源電圧ＶＤＥ）となる。また、バックゲート制御回路３１６の出力ノードＮＢ２は電源電圧ＶＤＥ又はパッド３１１の電圧となり、選択回路３１５の出力ノードＮＣ２は出力ノードＮＢ２と同じ電圧となる。

したがって、Ｐチャネル型トランジスタ３０４及びＮチャネル側トランジスタ３０５から構成されるスイッチ回路はオフ状態となり、スイッチ回路の一端（出力ノードＮＡ２側）には“Ｈ”（電源電圧ＶＤＥ）が印加され、他端（ノードＰＡＤ側）にはパッド３１１の電圧が印加される。つまり、入力モード時において、出力ドライバ部３０１が有するスイッチ回路のＰチャネル型トランジスタ３０４及びＮチャネル側トランジスタ３０５には、トランジスタ耐圧よりも低い、パッド３１１の電圧と電源電圧ＶＤＥとの差電圧がかかることになる。また、入力モード時には、スイッチ回路のＰチャネル型トランジスタ３０４のゲート及びバックゲートにはバックゲート制御回路３１６の出力（電源電圧ＶＤＥ又はパッド３１１の電圧）が印加されているので、順方向電流が流れることを防止できる。

出力モード時（図５中のＣ及びＤ）には、モード切替信号ＣＮが“Ｈ”（電源電圧ＶＤＥ）である。このとき、バックゲート制御回路３１６の出力ノードＮＢ２は電源電圧ＶＤＥとなり、選択回路３１５の出力ノードＮＣ２は基準電圧ＶＳＳとなる。したがって、Ｐチャネル型トランジスタ３０４及びＮチャネル側トランジスタ３０５から構成されるスイッチ回路はオン状態となり、Ｐチャネル型トランジスタ３０２及びＮチャネル型トランジスタ３０３から構成される出力回路の出力ノードＮＡ２とパッド３１１（ノードＰＡＤ）が接続される。

ここで、“Ｌ”出力時（図５中のＣ）においては、モード切替信号ＣＮが“Ｈ”（電源電圧ＶＤＥ）であり、出力信号ＳＩＧＡが“Ｌ”（基準電圧ＶＳＳ）であるので、Ｐチャネル型トランジスタ３０２がオフ状態になり、Ｎチャネル型トランジスタ３０３がオン状態になり、その出力ノードＮＡ２は“Ｌ”（基準電圧ＶＳＳ）となる。したがって、パッド３１１（ノードＰＡＤ）は“Ｌ”（基準電圧ＶＳＳ）となる。

また、“Ｈ”出力時（図５中のＤ）においては、モード切替信号ＣＮが“Ｈ”（電源電圧ＶＤＥ）であり、出力信号ＳＩＧＡが“Ｈ”（電源電圧ＶＤＥ）であるので、Ｐチャネル型トランジスタ３０２がオン状態になり、Ｎチャネル型トランジスタ３０３がオフ状態になり、その出力ノードＮＡ２は“Ｈ”（電源電圧ＶＤＥ）となる。したがって、パッド３１１（ノードＰＡＤ）は“Ｈ”（電源電圧ＶＤＥＡ）となる。

第２の実施形態によれば、出力ドライバ部３０１をシングルトランジスタ構成の出力回路とし、その出力回路の出力ノードとパッド３１１との間に分圧回路としてのスイッチ回路を設ける。そして、入力モード時には、出力ドライバ部３０１のスイッチ回路をオフ状態にするとともに、出力回路から“Ｈ”(電源電圧ＶＤＥ)を出力する。これにより、入力モード時に、出力ドライバ部３０１に高い電圧が入力されたとしても、スイッチ回路のトランジスタ耐圧を確保することができる。また、出力ドライバ部３０１をシングルトランジスタ構成の出力回路としたことで、回路規模の増大を抑制することができ、従来のカスケード構成と比較して回路面積を削減することができる。

なお、前記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１０１ 低電圧側の出力ドライバ部
１０２、１０４ Ｐチャネル型トランジスタ
１０３、１０５ Ｎチャネル型トランジスタ
１１１ 高電圧側の出力ドライバ部
１２１ パッド
３０１ 出力ドライバ部
３０２、３０４ Ｐチャネル型トランジスタ
３０３、３０５ Ｎチャネル型トランジスタ
３１１ パッド
３１５ 選択回路
３１６ バックゲート制御回路
ＣＮ モード切替信号
ＳＩＧ、ＳＩＧＡ 出力信号

Claims (5)

1. 第１の電圧レベルの信号を出力する第１の出力ドライバ部と、
   前記第１の電圧レベルより高い第２の電圧レベルの信号を出力する第２の出力ドライバ部と、
   前記第１の出力ドライバ部の出力ノードと前記第２の出力ドライバ部の出力ノードとが接続されるパッドとを有し、
   前記第１の出力ドライバ部は、
   前記第１の出力ドライバ部による出力時には出力信号に応じた信号を出力し、前記第２の出力ドライバ部による出力時には第１の電圧の信号を出力する出力回路と、
   前記出力回路の出力ノードと前記パッドとの間に設けられ、前記第１の出力ドライバ部による出力時にはオン状態となり、前記第２の出力ドライバ部による出力時にはオフ状態となるスイッチ回路とを有することを特徴とするインターフェース回路。
2. 前記スイッチ回路は、並列接続されたＰチャネル型トランジスタ及びＮチャネル型トランジスタを有し、
   前記Ｐチャネル型トランジスタのゲート及びバックゲートには、前記第２の出力ドライバ部による出力時に第２の電圧が供給されることを特徴とする請求項１記載のインターフェース回路。
3. 第１の電圧レベルの信号を出力する出力ドライバ部と、
   前記出力ドライバ部の出力ノードが接続され前記第１の電圧レベルの信号を出力するとともに、前記第１の電圧レベルより高い第２の電圧レベルの信号が入力される入出力パッドとを有し、
   前記出力ドライバ部は、
   前記入出力パッドから信号を出力する出力モード時には出力信号に応じた信号を出力し、前記入出力パッドに信号が入力される入力モード時には第１の電圧の信号を出力する出力回路と、
   前記出力回路の出力ノードと前記入出力パッドとの間に設けられ、前記出力モード時にはオン状態となり、前記入力モード時にはオフ状態となるスイッチ回路とを有することを特徴とするインターフェース回路。
4. 前記入出力パッドの電圧に応じて前記第１の電圧又は第２の電圧を出力する制御回路を有し、
   前記スイッチ回路は、並列接続されたＰチャネル型トランジスタ及びＮチャネル型トランジスタを有し、
   前記Ｐチャネル型トランジスタのゲート及びバックゲートには、前記入力モード時に前記制御回路から出力される電圧が供給されることを特徴とする請求項３記載のインターフェース回路。
5. 前記出力回路は、
   第１の電圧の電源ノードにソースが接続され、該出力回路の出力ノードにドレインが接続されたＰチャネル型トランジスタと、
   基準電圧の電源ノードにソースが接続され、該出力回路の出力ノードにドレインが接続されたＮチャネル型トランジスタとを有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のインターフェース回路。

Images