JP2022180756A - Esd保護回路、半導体装置、電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】被保護回路の動作時におけるノイズ耐性と、ESD電圧に対する耐圧性能とを両立したESD保護回路を提供すること。
【解決手段】第1配線と第2配線との間に設けられたパワーMOSトランジスタと、前記第1配線と、前記パワーMOSトランジスタのゲートが接続される第1ノードとの間に設けられたクランプ回路と、前記第1ノードと前記第2配線との間に設けられた第1抵抗と、前記第1ノードと前記第2配線との間に設けられたMOSトランジスタと、前記被保護回路の定電圧回路により生成される第3電位が供給される第3配線と、を有し、前記第3配線に接続される第2ノードと前記第2配線との間で直列接続される、第2抵抗、および、第1コンデンサと、を備え、前記第2抵抗と前記第1コンデンサとの接続部を第3ノードとした場合、前記MOSトランジスタのゲートは、前記第3ノードに接続される。
【選択図】図1
【解決手段】第1配線と第2配線との間に設けられたパワーMOSトランジスタと、前記第1配線と、前記パワーMOSトランジスタのゲートが接続される第1ノードとの間に設けられたクランプ回路と、前記第1ノードと前記第2配線との間に設けられた第1抵抗と、前記第1ノードと前記第2配線との間に設けられたMOSトランジスタと、前記被保護回路の定電圧回路により生成される第3電位が供給される第3配線と、を有し、前記第3配線に接続される第2ノードと前記第2配線との間で直列接続される、第2抵抗、および、第1コンデンサと、を備え、前記第2抵抗と前記第1コンデンサとの接続部を第3ノードとした場合、前記MOSトランジスタのゲートは、前記第3ノードに接続される。
【選択図】図1
Description
本発明は、ESD保護回路、及び、当該ESD保護回路を備えた半導体装置、電子機器に関する。
ESD(Electro-Static Discharge)電圧を吸収して被保護回路の破壊を防ぐ、ESD保護回路を備えた半導体装置が知られている。例えば、特許文献1の図2Aには、ESD保護回路が開示されている。図17は、当該文献の回路図に基づくESD保護回路90を示している。なお、特許文献1の図2Aでは抵抗113と並列にツェナーダイオードが接続されているが、図17では省略している。これは、当該文献の記載の通り、パワーMOSトランジスタからなるパワートランジスタ111のゲート絶縁膜と抵抗113とが、想定するESD電圧に対して十分に耐性がある場合には、ツェナーダイオードは必須ではないからである。
図17のESD保護回路90によれば、被保護回路80の高電位側の電源配線である第1配線105にESD電圧が印加された場合、第1配線105の電圧が上昇してパワートランジスタ111のゲート・ドレイン間電圧が所定のクランプ電圧より大きくなると、クランプ回路112はブレークダウンする。この時、ブレークダウン電流が抵抗113に流れて電圧降下を起こす。これにより、パワートランジスタ111のゲート・ソース間電圧が上昇して当該パワートランジスタ111がオンし、第1配線105の電圧は所定のクランプ電圧付近にクランプされて、それ以上の電圧上昇を防ぐ。これにより、被保護回路80に過電圧が掛かるのを防いでいた。なお、抵抗113は、パワートランジスタ111のプルダウン抵抗である。
しかしながら、プルダウン抵抗の抵抗値を高くすると、クランプ電圧を小さくできる反面、動作時における外部からのノイズにより、意図せずにパワートランジスタ111がオンし易くなってしまうという課題があった。また、逆にプルダウン抵抗の抵抗値を小さくすると、高周波信号成分を含むノイズに対して反応し難くなるが、クランプ電圧が大きくなってしまい、動作最大電圧と被保護回路80の破壊電圧との電位差が小さく、高いESD電圧が印加された場合には、被保護回路80を静電気から保護できないという課題があった。つまり、従来のESD保護回路90では、被保護回路80の動作時におけるノイズ耐性と、ESD電圧に対する耐圧性能とを両立することが困難であるという課題があった。
本願に係るESD保護回路は、第1電位を供給する第1配線と、前記第1電位と異なる第2電位を供給する第2配線との間に設けられ、被保護回路をサージ電圧から保護するESD保護回路であって、前記第1配線と前記第2配線との間に設けられたパワーMOSトランジスタと、前記第1配線と、前記パワーMOSトランジスタのゲートが接続される第1ノードとの間に設けられたクランプ回路と、前記第1ノードと前記第2配線との間に設けられた第1抵抗と、前記第1ノードと前記第2配線との間に設けられたMOSトランジスタと、前記被保護回路の定電圧回路により生成される第3電位が供給される第3配線と、を有し、前記第3配線に接続される第2ノードと前記第2配線との間で直列接続される、第2抵抗、および、第1コンデンサと、を備え、前記第2抵抗と前記第1コンデンサとの接続部を第3ノードとした場合、前記MOSトランジスタのゲートは、前記第3ノードに接続され、前記第3電位は、前記第1電位と前記第2電位との間の電位である。
上記のESD保護回路を備えた半導体装置。
上記の半導体装置を備えた電子機器。
実施形態1
***ESD保護回路の基本回路***
図1は、実施形態1のESD保護回路の回路図である。
本実施形態のESD保護回路200は、被保護回路80をESD電圧から保護する保護回路である。
***ESD保護回路の基本回路***
図1は、実施形態1のESD保護回路の回路図である。
本実施形態のESD保護回路200は、被保護回路80をESD電圧から保護する保護回路である。
被保護回路80は、例えば、IC(Integrated Circuit)などの半導体装置であり、高耐圧回路81、及び定電圧回路82を含んで構成されている。被保護回路80には、電源供給配線である第1配線105と、第2配線106とが電気的に接続されている。第1配線105は第1電位を供給し、第2配線106は第1電位とは異なる第2電位を供給する。例えば、第2配線106は第2電位として低電位の0V、第1配線105は第1電位として高電位の45Vを供給するものとして説明する。また、高耐圧回路81の動作最大電圧は45Vとし、被保護回路80の破壊電圧は55Vとする。定電圧回路82は、DC/DCコンバータを含む定電圧生成回路であり、第1電位と第2電位との間の電位である第3電位として、例えば、5Vの電位を第3配線107に供給する。なお、これらの電位、電圧に限定するものではなく、被保護回路80の動作定格電圧などに応じて適宜変更しても良い。
ESD保護回路200は、第1配線105と第2配線106との間に設けられ、パワートランジスタ11、クランプ回路12、抵抗13、トランジスタ14、抵抗15、コンデンサ16、抵抗17などから構成される。
パワートランジスタ11は、電界効果型のNチャネルのパワーMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタである。パワートランジスタ11のソースは第2配線106に接続し、ドレインは第1配線105に接続している。なお、接続とは電気的な接続のことをいう。以下の説明でも同様である。なお、図1では、パワートランジスタ11のゲートとドレイン間の寄生容量をコンデンサ19として点線で図示している。
パワートランジスタ11は、電界効果型のNチャネルのパワーMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタである。パワートランジスタ11のソースは第2配線106に接続し、ドレインは第1配線105に接続している。なお、接続とは電気的な接続のことをいう。以下の説明でも同様である。なお、図1では、パワートランジスタ11のゲートとドレイン間の寄生容量をコンデンサ19として点線で図示している。
クランプ回路12は、直列接続された複数のツェナーダイオードにより構成されており、アノード側がパワートランジスタ11のゲートに接続され、カソード側が第1配線105に接続される。また、パワートランジスタ11のゲートとクランプ回路12との節点を第1ノード71とする。つまり、クランプ回路12は、第1配線105と第1ノード71との間に設けられる。
抵抗13は、第1抵抗であり、第1ノード71と第2配線106との間に設けられる。
抵抗13は、第1抵抗であり、第1ノード71と第2配線106との間に設けられる。
トランジスタ14は、NチャネルのMOSトランジスタであり、第1ノード71と第2配線106との間に設けられる。トランジスタ14のソースは第2配線106に接続されている。
抵抗15は、第2抵抗であり、その一端が第3配線107の第2ノード72に接続され、他端はコンデンサ16の一端に接続される。
コンデンサ16は、第1コンデンサであり、他端は第2配線106に接続される。つまり、抵抗15、コンデンサ16は、この順番で第2ノード72と第2配線106との間で直列接続される。
抵抗15は、第2抵抗であり、その一端が第3配線107の第2ノード72に接続され、他端はコンデンサ16の一端に接続される。
コンデンサ16は、第1コンデンサであり、他端は第2配線106に接続される。つまり、抵抗15、コンデンサ16は、この順番で第2ノード72と第2配線106との間で直列接続される。
そして、抵抗15とコンデンサ16との接続部を第3ノード73とした場合、トランジスタ14のゲートは、第3ノード73に接続される。
抵抗17は、第3抵抗であり、第1ノード71とトランジスタ14のドレインとの間に設けられる。
この回路構成によれば、被保護回路80の動作・非動作に応じてトランジスタ14をスイッチングすることにより、パワートランジスタ11のプルダウン抵抗値を切替えることができる。なお、詳細は後述する。
抵抗17は、第3抵抗であり、第1ノード71とトランジスタ14のドレインとの間に設けられる。
この回路構成によれば、被保護回路80の動作・非動作に応じてトランジスタ14をスイッチングすることにより、パワートランジスタ11のプルダウン抵抗値を切替えることができる。なお、詳細は後述する。
***ESD保護回路における電圧・電流特性***
図2は、ESD保護回路における電圧・電流特性を示すグラフ図である。
ここでは、図17の従来のESD保護回路90における電圧・電流特性について図2を交えて説明する。図2のグラフでは、横軸にパワートランジスタ111のドレイン電圧(V)を、縦軸にドレイン電流(A)を取っている。
図2は、ESD保護回路における電圧・電流特性を示すグラフ図である。
ここでは、図17の従来のESD保護回路90における電圧・電流特性について図2を交えて説明する。図2のグラフでは、横軸にパワートランジスタ111のドレイン電圧(V)を、縦軸にドレイン電流(A)を取っている。
図2は、パワートランジスタ111のプルダウン抵抗である抵抗113の抵抗値を変化させた際におけるESDパルス印加時の電圧・電流特性のシミュレーション結果である。なお、当該シミュレーションは、TLP(Transmission Line Pulse)測定に基づく。
図2のグラフ91はプルダウン抵抗が2kΩの場合の電圧・電流特性を示している。同様に、グラフ92はプルダウン抵抗が5kΩ、グラフ93はプルダウン抵抗が10kΩ、グラフ94はプルダウン抵抗が20kΩ、グラフ95はプルダウン抵抗が100kΩの場合の電圧・電流特性を示す。
また、線分85は、ESDパルスが2000Vの場合のピーク電流である1.33Aを示す。線分86は、ESDパルスが3000Vの場合のピーク電流である1.93Aを示す。そして、線分87は、高耐圧回路81の動作最大電圧である45Vを示す。線分88は、被保護回路80の破壊電圧である55Vを示す。
図2のグラフ91はプルダウン抵抗が2kΩの場合の電圧・電流特性を示している。同様に、グラフ92はプルダウン抵抗が5kΩ、グラフ93はプルダウン抵抗が10kΩ、グラフ94はプルダウン抵抗が20kΩ、グラフ95はプルダウン抵抗が100kΩの場合の電圧・電流特性を示す。
また、線分85は、ESDパルスが2000Vの場合のピーク電流である1.33Aを示す。線分86は、ESDパルスが3000Vの場合のピーク電流である1.93Aを示す。そして、線分87は、高耐圧回路81の動作最大電圧である45Vを示す。線分88は、被保護回路80の破壊電圧である55Vを示す。
グラフ91に示すように、プルダウン抵抗が2kΩと低い場合、ドレイン電圧が45V付近になるまでドレイン電流は殆ど流れないことが解る。これは、電源配線である第1配線105、第2配線106からのノイズに対する耐性が高いことを示している。他方、3000VのESDパルスを印加した場合には、ドレイン電圧が被保護回路80の破壊電圧55Vを示す線分88を超えてしまい、ESD耐圧性能が不足していることが解る。詳しくは、3000V印加時のピーク電流1.93Aを示す線分86と、グラフ91との交点が、線分88を超えている。
他方、グラフ95に示すように、プルダウン抵抗が100kΩと高い場合、ドレイン電圧の上昇に略比例してドレイン電流も大きくなることが解る。これは、電源配線である第1配線105、第2配線106からのノイズに対する耐性が低いことを示している。ノイズ耐性が低いと、被保護回路80の動作時において外部からのノイズによりパワートランジスタ111が誤動作してしまう恐れがある。他方、3000VのESDパルスを印加した場合でも、ドレイン電圧が被保護回路80の破壊電圧55Vを示す線分88を超えることはなく、ESD耐圧性能が高いことが解る。詳しくは、3000V印加時のピーク電流1.93Aを示す線分86と、グラフ95との交点が、線分88に達していない。
なお、ドレイン電流が流れる理由は次の通りである。パワートランジスタ111のドレイン電圧が上昇し始めると、その高周波成分が寄生容量であるコンデンサ119を通して抵抗113に流れて電圧降下を起こすことにより、パワートランジスタ111のゲート・ソース間電圧も上昇し始める。そして、パワートランジスタ111のオン抵抗が低下し始めるため、パワートランジスタ111のソース・ドレイン間に電流が流れ始める。
***HBM試験法によるシミュレーション結果***
図3は、HBM試験法によるシミュレーション結果を示すグラフである。
前述したように、図2の電圧・電流特性からすると、プルダウン抵抗が低い場合は、ESD耐圧性能の不足が懸念されるため、HBM(Human Body Model)試験法に基づくシミュレーションによる検証も実施した。
図3は、HBM試験法によるシミュレーション結果を示すグラフである。
前述したように、図2の電圧・電流特性からすると、プルダウン抵抗が低い場合は、ESD耐圧性能の不足が懸念されるため、HBM(Human Body Model)試験法に基づくシミュレーションによる検証も実施した。
図3は、図17のESD保護回路90のプルダウン抵抗を2kΩとした時のシミュレーション結果を示している。なお、HBM印加条件は、印加電圧が500Vから500Vステップで4000Vまでとし、放電キャパシタ100pF、印加抵抗1.5kΩとした。
図3の横軸は時間(nsec)軸であり、左側縦軸はドレイン電流(A)、右側縦軸はドレイン電圧(V)を取っている。
グラフ61iは、2000V印加時のドレイン電流の変化を示しており、サージ電流は約10nsecで早く急峻に立ち上り、ピーク電流に到達後、約110nsec後には、ピーク電流の約半分程度の電流値まで減少している。また、グラフ62iは、3000V印加時のサージ電流の変化を示しており、ピーク電流は2000V印加時よりも大きいが、グラフ61iと略同様の傾向を示している。
グラフ61iは、2000V印加時のドレイン電流の変化を示しており、サージ電流は約10nsecで早く急峻に立ち上り、ピーク電流に到達後、約110nsec後には、ピーク電流の約半分程度の電流値まで減少している。また、グラフ62iは、3000V印加時のサージ電流の変化を示しており、ピーク電流は2000V印加時よりも大きいが、グラフ61iと略同様の傾向を示している。
グラフ61vは、2000V印加時のドレイン電圧の変化を示しており、サージ電圧は約10nsecで早く急峻に立ち上り、ピーク電圧に到達後はなだらかに電圧が下がるが、400nsec経過時点でも50V以上の電圧が維持されている。また、グラフ62vは、3000V印加時のサージ電圧の変化を示しており、ピーク電圧は2000V印加時よりも数V大きいが、グラフ61vと略同様の傾向を示している。
線分97は、2000V印加時におけるグラフ61vのピーク電圧54Vを示すラインである。前述の通り、被保護回路80の破壊電圧は55Vであるため、余裕は僅かであるが、被保護回路80を保護することができる。
線分98は、3000V印加時におけるグラフ62vのピーク電圧56Vを示すラインである。ピーク電圧56Vは、被保護回路80の破壊電圧55Vを超えているため、被保護回路80を保護することはできない。
このように、図3のHBM試験法によるシミュレーション結果からも、プルダウン抵抗が低い場合のESD耐圧性能の不足が検証された。
線分98は、3000V印加時におけるグラフ62vのピーク電圧56Vを示すラインである。ピーク電圧56Vは、被保護回路80の破壊電圧55Vを超えているため、被保護回路80を保護することはできない。
このように、図3のHBM試験法によるシミュレーション結果からも、プルダウン抵抗が低い場合のESD耐圧性能の不足が検証された。
図4は、図17のESD保護回路90のプルダウン抵抗を100kΩとした時のシミュレーション結果を示すグラフであり、図3と対応している。なお、HBM印加条件は、図3の条件と同じである。
グラフ63iは、2000V印加時のドレイン電流の変化を示しており、サージ電流は約10nsecで早く急峻に立ち上り、ピーク電流に到達後、約110nsec後には、ピーク電流の約半分程度の電流値まで減少している。また、グラフ64iは、3000V印加時のサージ電流の変化を示しており、ピーク電流は2000V印加時よりも大きいが、グラフ63iと略同様の傾向を示している。
グラフ63iは、2000V印加時のドレイン電流の変化を示しており、サージ電流は約10nsecで早く急峻に立ち上り、ピーク電流に到達後、約110nsec後には、ピーク電流の約半分程度の電流値まで減少している。また、グラフ64iは、3000V印加時のサージ電流の変化を示しており、ピーク電流は2000V印加時よりも大きいが、グラフ63iと略同様の傾向を示している。
グラフ63vは、2000V印加時のドレイン電圧の変化を示しており、サージ電圧は約10nsecで早く急峻に立ち上り、ピーク電圧に到達後、約170nsec後には、ピーク電圧の約半分程度の電流値まで減少している。また、グラフ64vは、3000V印加時のサージ電圧の変化を示しており、ピーク電圧は2000V印加時よりも約10V大きいが、グラフ63vと略同様の傾向を示している。
線分99は、3000V印加時におけるグラフ64vのピーク電圧38Vを示すラインである。前述の通り、被保護回路80の破壊電圧は55Vであるため、大きな余裕を持って被保護回路80を保護することができる。さらに、4000V印加時におけるグラフ65vのピーク電圧は、約47Vであり、4000V以上のESD耐圧性能があることが解る。このように、図4のHBM試験法によるシミュレーション結果からも、プルダウン抵抗が高い場合のESD耐圧性能の高さが検証された。
上記の通り、プルダウン抵抗が1つの固定抵抗である抵抗113から構成された従来のESD保護回路90では、被保護回路80の動作時におけるノイズ耐性と、ESD電圧に対する耐圧性能とを両立することは困難であることが解る。
図1に戻る。
これに対して、本実施形態のESD保護回路200によれば、被保護回路80の動作/非動作に応じてトランジスタ14をスイッチングすることにより、パワートランジスタ11のプルダウン抵抗値を切替えることができる。以下、好適例として、抵抗13を100kΩ、抵抗17を1kΩ、トランジスタ14のオン抵抗を1kΩ、抵抗15を200kΩ、コンデンサ16を1pFとして説明する。なお、この数値に限定するものではない。
これに対して、本実施形態のESD保護回路200によれば、被保護回路80の動作/非動作に応じてトランジスタ14をスイッチングすることにより、パワートランジスタ11のプルダウン抵抗値を切替えることができる。以下、好適例として、抵抗13を100kΩ、抵抗17を1kΩ、トランジスタ14のオン抵抗を1kΩ、抵抗15を200kΩ、コンデンサ16を1pFとして説明する。なお、この数値に限定するものではない。
図5は、被保護回路の動作時における等価回路図である。
まず、被保護回路80の動作時においては、定電圧回路82から第3配線107に第3電位として5Vが供給される。これにより、第3配線107に接続するプルアップ抵抗である抵抗15を介して、トランジスタ14のゲート電位は5Vとなり、トランジスタ14はオン状態となる。図5は、この状態のESD保護回路200の等価回路図であり、パワートランジスタ11のプルダウン抵抗は、抵抗13と、抵抗17及びトランジスタ14のオン抵抗14Rとの合成抵抗となる。詳しくは、100kΩ*(1kΩ+1kΩ)/(100kΩ+(1kΩ+1kΩ))≒1.96kΩとなる。
まず、被保護回路80の動作時においては、定電圧回路82から第3配線107に第3電位として5Vが供給される。これにより、第3配線107に接続するプルアップ抵抗である抵抗15を介して、トランジスタ14のゲート電位は5Vとなり、トランジスタ14はオン状態となる。図5は、この状態のESD保護回路200の等価回路図であり、パワートランジスタ11のプルダウン抵抗は、抵抗13と、抵抗17及びトランジスタ14のオン抵抗14Rとの合成抵抗となる。詳しくは、100kΩ*(1kΩ+1kΩ)/(100kΩ+(1kΩ+1kΩ))≒1.96kΩとなる。
図1に戻る。
次に、被保護回路80の非動作時においては、第3配線107には電位は供給されない。コンデンサ16の両端の電位も0Vのため、パワートランジスタ11のプルダウン抵抗は抵抗13のみとなり、100kΩとなる。
次に、被保護回路80の非動作時においては、第3配線107には電位は供給されない。コンデンサ16の両端の電位も0Vのため、パワートランジスタ11のプルダウン抵抗は抵抗13のみとなり、100kΩとなる。
***回路定数の決定方法***
本実施形態のESD保護回路200の回路定数は、以下のように決定する。
まず、被保護回路80の動作時におけるノイズ耐性と、ESD電圧に対する耐圧性能とを両立するためには、被保護回路80の動作時/非動作時において、プルダウン抵抗の抵抗値を変更すれば良い。詳しくは、図2において、被保護回路80の動作時にはプルダウン抵抗をノイズに強いグラフ91の2kΩとし、非動作時にはプルダウン抵抗を耐圧性能の高い100kΩとする。
これを満たすために、抵抗13を100kΩ、抵抗17を1kΩ、トランジスタ14のオン抵抗を1kΩとしている。なお、これに限定するものではなく、ノイズ耐性と耐圧性能の確保とを両立可能な範囲で設定すれば良く、例えば、抵抗13は、抵抗17とトランジスタ14のオン抵抗の和よりも高い抵抗値であれば良い。また、トランジスタ14のオン抵抗は、500Ω以上2kΩ以下であれば良い。
本実施形態のESD保護回路200の回路定数は、以下のように決定する。
まず、被保護回路80の動作時におけるノイズ耐性と、ESD電圧に対する耐圧性能とを両立するためには、被保護回路80の動作時/非動作時において、プルダウン抵抗の抵抗値を変更すれば良い。詳しくは、図2において、被保護回路80の動作時にはプルダウン抵抗をノイズに強いグラフ91の2kΩとし、非動作時にはプルダウン抵抗を耐圧性能の高い100kΩとする。
これを満たすために、抵抗13を100kΩ、抵抗17を1kΩ、トランジスタ14のオン抵抗を1kΩとしている。なお、これに限定するものではなく、ノイズ耐性と耐圧性能の確保とを両立可能な範囲で設定すれば良く、例えば、抵抗13は、抵抗17とトランジスタ14のオン抵抗の和よりも高い抵抗値であれば良い。また、トランジスタ14のオン抵抗は、500Ω以上2kΩ以下であれば良い。
また、図3で説明したように、サージ電流は約10nsecで早く急峻に立ち上った後、約110nsec後には、ピーク電流の約半分程度の電流値まで減少することを考慮して、抵抗15、コンデンサ16の定数を決める。詳しくは、抵抗15、コンデンサ16による時定数を150nsec以上となるように設定すれば良い。
好適例では、時定数を200nsecとして、抵抗15を200kΩ、コンデンサ16を1pFと決定している。
好適例では、時定数を200nsecとして、抵抗15を200kΩ、コンデンサ16を1pFと決定している。
以上述べた通り、本実施形態のESD保護回路200によれば、以下の効果を得ることができる。
ESD保護回路200は、第1電位を供給する第1配線105と、1電位と異なる第2電位を供給する第2配線106との間に設けられ、被保護回路80をサージ電圧から保護するESD保護回路であって、第1配線105と第2配線106との間に設けられたパワートランジスタ11と、第1配線105と、パワートランジスタ11のゲートが接続される第1ノード71との間に設けられたクランプ回路12と、第1ノード71と第2配線106との間に設けられた第1抵抗としての抵抗13と、第1ノード71と第2配線106との間に設けられたトランジスタ14と、被保護回路80の定電圧回路82により生成される第3電位が供給される第3配線107と、を有し、第3配線107に接続される第2ノード72と第2配線106との間で直列接続される、第2抵抗としての抵抗15、および、第1コンデンサとしてのコンデンサ16と、を備え、抵抗15とコンデンサ16との接続部を第3ノード73とした場合、トランジスタ14のゲートは、第3ノード73に接続され、第3電位は、第1電位と第2電位との間の電位である。
ESD保護回路200は、第1電位を供給する第1配線105と、1電位と異なる第2電位を供給する第2配線106との間に設けられ、被保護回路80をサージ電圧から保護するESD保護回路であって、第1配線105と第2配線106との間に設けられたパワートランジスタ11と、第1配線105と、パワートランジスタ11のゲートが接続される第1ノード71との間に設けられたクランプ回路12と、第1ノード71と第2配線106との間に設けられた第1抵抗としての抵抗13と、第1ノード71と第2配線106との間に設けられたトランジスタ14と、被保護回路80の定電圧回路82により生成される第3電位が供給される第3配線107と、を有し、第3配線107に接続される第2ノード72と第2配線106との間で直列接続される、第2抵抗としての抵抗15、および、第1コンデンサとしてのコンデンサ16と、を備え、抵抗15とコンデンサ16との接続部を第3ノード73とした場合、トランジスタ14のゲートは、第3ノード73に接続され、第3電位は、第1電位と第2電位との間の電位である。
この回路によれば、被保護回路80の動作時においては、第3配線107の定電位により、トランジスタ14がオンするため、パワートランジスタ11のプルダウン抵抗は、抵抗13と、抵抗17及びトランジスタ14のオン抵抗との合成抵抗となり、約2kΩと低くなる。他方、被保護回路80の非動作時においては、トランジスタ14がオフとなるため、プルダウン抵抗は抵抗13のみとなり、100kΩと高くなる。
つまり、プルダウン抵抗が固定の抵抗値であった従来の回路と異なり、このESD保護回路200によれば、被保護回路80の動作時/非動作時に応じてトランジスタ14をスイッチングすることにより、プルダウン抵抗の抵抗値を切替えることができる。
よって、動作時においてはプルダウン抵抗を低くして、電源からのノイズに反応し難い状態とすることができる。また、非動作時においてはプルダウン抵抗を高くして、動作最大電圧と被保護回路80の破壊電圧の電位差が小さい場合においても被保護回路80の破壊電圧とESDの要求耐圧とを考慮し、必要なESD耐圧性能を確保することができる。
従って、被保護回路の動作時におけるノイズ耐性と、ESD電圧に対する耐圧性能とを両立することが可能なESD保護回路200を提供することができる。
つまり、プルダウン抵抗が固定の抵抗値であった従来の回路と異なり、このESD保護回路200によれば、被保護回路80の動作時/非動作時に応じてトランジスタ14をスイッチングすることにより、プルダウン抵抗の抵抗値を切替えることができる。
よって、動作時においてはプルダウン抵抗を低くして、電源からのノイズに反応し難い状態とすることができる。また、非動作時においてはプルダウン抵抗を高くして、動作最大電圧と被保護回路80の破壊電圧の電位差が小さい場合においても被保護回路80の破壊電圧とESDの要求耐圧とを考慮し、必要なESD耐圧性能を確保することができる。
従って、被保護回路の動作時におけるノイズ耐性と、ESD電圧に対する耐圧性能とを両立することが可能なESD保護回路200を提供することができる。
また、トランジスタ14のオン抵抗は、500Ω以上2kΩ以下であり、好適例では1kΩとしている。これによれば、ノイズ耐性と耐圧性能の確保とを両立することができる。
また、第1ノード71とトランジスタ14のドレインとの間に設けられた第3抵抗としての抵抗17を、さらに有する。
これによれば、被保護回路80の動作時におけるパワートランジスタ11のプルダウン抵抗の抵抗値の調整幅が広がるため、ノイズ耐性と耐圧性能の確保とを両立する最適な定数設定を行うことができる。
これによれば、被保護回路80の動作時におけるパワートランジスタ11のプルダウン抵抗の抵抗値の調整幅が広がるため、ノイズ耐性と耐圧性能の確保とを両立する最適な定数設定を行うことができる。
実施形態2
***ESD保護回路の異なる態様-1***
図6、図7、図8は、本実施形態に係るESD保護回路の回路図であり、図1に対応している。ESD保護回路は、図1の回路構成に限定するものではなく、要求仕様に応じて、適宜変更しても良い。以下、実施形態1と同じ構成部位には、同一の付番を付し、重複する説明は省略する。
***ESD保護回路の異なる態様-1***
図6、図7、図8は、本実施形態に係るESD保護回路の回路図であり、図1に対応している。ESD保護回路は、図1の回路構成に限定するものではなく、要求仕様に応じて、適宜変更しても良い。以下、実施形態1と同じ構成部位には、同一の付番を付し、重複する説明は省略する。
図6のESD保護回路201では、トランジスタ14のドレインと接続していた抵抗17が省略されている。その他の回路構成は、図1と同じである。この構成の場合、トランジスタ14のオン抵抗を2kΩに設定することにより、抵抗13との合成抵抗値を約2kΩとすることができる。また、トランジスタ14のソース・ドレイン間には寄生ダイオードが存在し、この寄生ダイオードは特許文献1のツェナーダイオードと同様の役割りを果たすため、パワートランジスタ11のゲート電圧の過度な上昇を防止することができる。
図7のESD保護回路202では、トランジスタ14のドレインと接続していた抵抗17が省略されている。また、第1ノード71と抵抗13との間に、第4抵抗としての抵抗18が設けられている。そして、抵抗13と抵抗18との節点を第4ノード74とした場合、第4ノード74にトランジスタ14のドレインが接続している。その他の回路構成は、図1と同じである。この構成の場合、抵抗13を99kΩ、抵抗18を1kΩ、トランジスタ14のオン抵抗を1kΩとする。これにより、被保護回路80の動作時におけるパワートランジスタ11のプルダウン抵抗を約2kΩとすることができる。
図8のESD保護回路203では、PチャネルのパワーMOSトランジスタであるパワートランジスタ21、及び、PチャネルのMOSトランジスタであるトランジスタ24を用いている。そして、被保護回路80の定電圧回路82には、第3電位として第1配線105へ供給している第1電位よりも5V低い電位を供給する第4配線108が設けられている。これらに伴い、各素子は、図1の回路から正負が反転した配置となっている。なお、図1との対比で、抵抗23が抵抗13に、抵抗25が抵抗15に、抵抗27が抵抗17に、コンデンサ26がコンデンサ16にそれぞれ対応している。正負が反転していても、ESD保護回路203は、図1のESD保護回路200と同様に機能する。
なお、上記の「図1の回路から正負が反転した」とは、図1の回路では第3電位が第2電位より5V高い電位であり、図8の回路では第3電位が第1電位より5V低い電位であることを意味している。
なお、上記の「図1の回路から正負が反転した」とは、図1の回路では第3電位が第2電位より5V高い電位であり、図8の回路では第3電位が第1電位より5V低い電位であることを意味している。
以上述べた通り、本実施形態のESD保護回路201、ESD保護回路202、及び、ESD保護回路203によれば、実施形態1での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
ESD保護回路201によれば、抵抗17を省略したことにより、回路サイズを小さくすることができる。さらに、トランジスタ14のソース・ドレイン間の寄生ダイオードにより、パワートランジスタ11のゲート電圧の過度な上昇を防止することができる。
同様に、ESD保護回路202も、抵抗17を省略したことにより、回路サイズを小さくすることができる。また、ESD保護回路203によれば、PチャネルのパワーMOSトランジスタを用いた構成であっても、図1のESD保護回路200と同様の作用効果を得ることができる。
ESD保護回路201によれば、抵抗17を省略したことにより、回路サイズを小さくすることができる。さらに、トランジスタ14のソース・ドレイン間の寄生ダイオードにより、パワートランジスタ11のゲート電圧の過度な上昇を防止することができる。
同様に、ESD保護回路202も、抵抗17を省略したことにより、回路サイズを小さくすることができる。また、ESD保護回路203によれば、PチャネルのパワーMOSトランジスタを用いた構成であっても、図1のESD保護回路200と同様の作用効果を得ることができる。
実施形態3
***ESD保護回路の異なる態様-2***
図9、図10、図11は、本実施形態に係るESD保護回路の回路図であり、図1に対応している。ESD保護回路は、図1の回路構成に限定するものではなく、要求仕様に応じて、適宜変更しても良い。以下、上記実施形態と同じ構成部位には、同一の付番を付し、重複する説明は省略する。
***ESD保護回路の異なる態様-2***
図9、図10、図11は、本実施形態に係るESD保護回路の回路図であり、図1に対応している。ESD保護回路は、図1の回路構成に限定するものではなく、要求仕様に応じて、適宜変更しても良い。以下、上記実施形態と同じ構成部位には、同一の付番を付し、重複する説明は省略する。
図9のESD保護回路204では、第1配線105とクランプ回路12との間に、第5抵抗としての抵抗23が設けられる。第1配線105とパワートランジスタ11との間に、パワートランジスタ11とは極性の異なる第2パワーMOSトランジスタとしてのパワートランジスタ21が設けられる。そして、クランプ回路12と抵抗23との節点を第5ノード75とした場合、パワートランジスタ21のゲートは、第5ノード75に接続する。その他の回路構成は、図1と同じである。パワートランジスタ21は、PチャネルのパワーMOSトランジスタである。
この構成によれば、ESD保護回路204の破壊電圧は、パワートランジスタ11の破壊電圧と、パワートランジスタ21の破壊電圧との和となるため、放電素子であるパワートランジスタ11、パワートランジスタ21の破壊リスクを低減することができる。また、この構成の場合、パワートランジスタ11、パワートランジスタ21のいずれかを中耐圧のMOSトランジスタとしても良い。
図10のESD保護回路205は、図8のPチャネルのパワーMOSトランジスタを用いた構成において、図9と同様に、極性の異なるNチャネルの第2パワーMOSトランジスタを追加した構成である。
詳しくは、第2配線106とパワートランジスタ21との間に、パワートランジスタ21とは極性の異なる第2パワーMOSトランジスタとしてのパワートランジスタ11が設けられる。第2配線106とクランプ回路12との間に、第5抵抗としての抵抗13が設けられる。そして、パワートランジスタ11のゲートは、第1ノード71に接続する。その他の回路構成は、図8と同じである。パワートランジスタ11は、NチャネルのパワーMOSトランジスタである。
詳しくは、第2配線106とパワートランジスタ21との間に、パワートランジスタ21とは極性の異なる第2パワーMOSトランジスタとしてのパワートランジスタ11が設けられる。第2配線106とクランプ回路12との間に、第5抵抗としての抵抗13が設けられる。そして、パワートランジスタ11のゲートは、第1ノード71に接続する。その他の回路構成は、図8と同じである。パワートランジスタ11は、NチャネルのパワーMOSトランジスタである。
この構成によれば、ESD保護回路205の破壊電圧は、パワートランジスタ21の破壊電圧と、パワートランジスタ11の破壊電圧との和となるため、放電素子であるパワートランジスタ21、パワートランジスタ11の破壊リスクを低減することができる。また、この構成の場合、パワートランジスタ21、パワートランジスタ11のいずれかを中耐圧のMOSトランジスタとしても良い。
図11のESD保護回路206は、クランプ回路12を共通として、図1のESD保護回路200と、図8のESD保護回路203とをマージした回路である。換言すれば、図9のESD保護回路204の構成に、第4電位として第1配線105へ供給している第1電位よりも5V低い電位を供給する第4配線108、及び、付随するプルダウン抵抗の切替え回路を追加した回路である。
詳しくは、ESD保護回路206は、クランプ回路12と抵抗23との節点を第5ノード75とした場合、第5ノード75と第1配線105との間に設けられた第2MOSトランジスタとしてのトランジスタ24と、第5ノード75とトランジスタ24との間に設けられた第6抵抗としての抵抗27と、第3電位と異なる電位の第4電位が供給される第4配線108とを有する。そして、第4配線108に接続される第6ノード76と、第1配線105との間で直列接続される第7抵抗としての抵抗25、および、第2コンデンサとしてのコンデンサ26とをさらに備える。抵抗25とコンデンサ26との接続部を第7ノード77とした場合、トランジスタ24のゲートは、第7ノード77に接続され、第4電位は、第1電位と第2電位の間の電位となっている。
詳しくは、ESD保護回路206は、クランプ回路12と抵抗23との節点を第5ノード75とした場合、第5ノード75と第1配線105との間に設けられた第2MOSトランジスタとしてのトランジスタ24と、第5ノード75とトランジスタ24との間に設けられた第6抵抗としての抵抗27と、第3電位と異なる電位の第4電位が供給される第4配線108とを有する。そして、第4配線108に接続される第6ノード76と、第1配線105との間で直列接続される第7抵抗としての抵抗25、および、第2コンデンサとしてのコンデンサ26とをさらに備える。抵抗25とコンデンサ26との接続部を第7ノード77とした場合、トランジスタ24のゲートは、第7ノード77に接続され、第4電位は、第1電位と第2電位の間の電位となっている。
この構成によれば、ESD保護回路206の破壊電圧は、パワートランジスタ21の破壊電圧と、パワートランジスタ11の破壊電圧との和となるため、放電素子であるパワートランジスタ21、パワートランジスタ11の破壊リスクを低減することができる。さらに、被保護回路80の動作時において、Nチャネル側のパワートランジスタ11に加えて、Pチャネル側のパワートランジスタ21でのノイズ耐性を高めることができる。
以上述べた通り、本実施形態のESD保護回路204、ESD保護回路205、及び、ESD保護回路206によれば、実施形態1での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
ESD保護回路204、ESD保護回路205によれば、当該保護回路の破壊電圧は、パワートランジスタ11の破壊電圧と、パワートランジスタ21の破壊電圧との和となるため、放電素子であるパワートランジスタ11、パワートランジスタ21の破壊リスクを低減することができる。さらに、パワートランジスタ11、パワートランジスタ21のいずれかを中耐圧のMOSトランジスタとすることにより、回路サイズを小さくすることができる。
ESD保護回路204、ESD保護回路205によれば、当該保護回路の破壊電圧は、パワートランジスタ11の破壊電圧と、パワートランジスタ21の破壊電圧との和となるため、放電素子であるパワートランジスタ11、パワートランジスタ21の破壊リスクを低減することができる。さらに、パワートランジスタ11、パワートランジスタ21のいずれかを中耐圧のMOSトランジスタとすることにより、回路サイズを小さくすることができる。
ESD保護回路206は、クランプ回路12と抵抗23との節点を第5ノード75とした場合、第5ノード75と第1配線105との間に設けられた第2MOSトランジスタとしてのトランジスタ24と、第5ノード75とトランジスタ24との間に設けられた第6抵抗としての抵抗27と、第3電位と異なる電位の第4電位が供給される第4配線108とを有し、第4配線108に接続される第6ノード76と、第1配線105との間で直列接続される第7抵抗としての抵抗25、および、第2コンデンサとしてのコンデンサ26とをさらに備え、抵抗25とコンデンサ26との接続部を第7ノード77とした場合、トランジスタ24のゲートは、第7ノード77に接続され、第4電位は、第1電位と第2電位の間の電位である。
この構成によれば、ESD保護回路206の破壊電圧は、パワートランジスタ21の破壊電圧と、パワートランジスタ11の破壊電圧との和となるため、放電素子であるパワートランジスタ21、パワートランジスタ11の破壊リスクを低減することができる。
さらに、Nチャネル側のパワートランジスタ11、Pチャネル側のパワートランジスタ21共に、プルダウン抵抗の切替え回路を備えているため、被保護回路80の動作時において、プルダウン抵抗を低くすることができるため、ノイズ耐性を高めることができる。
さらに、Nチャネル側のパワートランジスタ11、Pチャネル側のパワートランジスタ21共に、プルダウン抵抗の切替え回路を備えているため、被保護回路80の動作時において、プルダウン抵抗を低くすることができるため、ノイズ耐性を高めることができる。
実施形態4
***ESD保護回路の異なる態様-3***
図12は、本実施形態に係るESD保護回路の回路図であり、図1に対応している。図13は、比較例のESD保護回路の回路図であり、図12に対応している。
前述のESD保護回路は、被保護回路が有するオープンドレイン端子にも適用することができる。以下、上記実施形態と同じ構成部位には、同一の付番を付し、重複する説明は省略する。
***ESD保護回路の異なる態様-3***
図12は、本実施形態に係るESD保護回路の回路図であり、図1に対応している。図13は、比較例のESD保護回路の回路図であり、図12に対応している。
前述のESD保護回路は、被保護回路が有するオープンドレイン端子にも適用することができる。以下、上記実施形態と同じ構成部位には、同一の付番を付し、重複する説明は省略する。
図13は、図1のESD保護回路200をオープンドレイン端子に適用した場合の一例を示す図である。被保護回路80は、Nチャネルのオープンドレイン端子としてOD端子31、OD端子32を備えている。このオープンドレイン端子に、図1のESD保護回路200を適用する場合、通常は、図13に示すように、ESD保護回路200の高電位線をOD端子31に接続する。この構成の場合、オープンドレイン端子の数分だけ、ESD保護回路200が必要となってしまう。例えば、図13の事例では、2つのESD保護回路200が必要となる。
これに対して、図12に示す本実施形態のESD保護回路207では、共通電極配線を用いることにより、被保護回路80が複数のオープンドレイン端子を備えていても、1つのESD保護回路200で複数のオープンドレイン端子を保護することを可能としている。まず、被保護回路80は、2つのオープンドレイン端子であるOD端子31、OD端子32を備えている。
第5配線109は、第2配線106の第2電位よりも高い電位である第5電位を供給する共通電極配線である。ESD保護回路200の高電位線は、第5配線109に接続される。そして、OD端子31と第5配線109との間に、第1ダイオード41が順方向に設けられている。第2配線106とOD端子31との間に、第2ダイオード42が順方向に配設される。なお、第1ダイオード41、第2ダイオード42は対として、オープンドレイン端子ごとに設けられる。よって、OD端子32においても、第1ダイオード41、第2ダイオード42が同様に接続される。
また、第3配線107と第5配線109との間に、第3ダイオード43が順方向に配設される。
また、第3配線107と第5配線109との間に、第3ダイオード43が順方向に配設される。
なお、上記「順方向」とは、第1ダイオード41のアノードとカソードは、それぞれNチャネルオープンドレイン端子と、第5配線109と接続し、第2ダイオード42のアノードとカソードは、それぞれ第2配線106と、Nチャネルオープンドレイン端子と接続し、第3ダイオード43のアノードとカソードは、それぞれ第3配線107と、第5配線109と接続されている構成を意味する。
図14は、本実施形態に係るESD保護回路の回路図であり、図2、図12に対応している。図14のESD保護回路208では、被保護回路が有するPチャネルオープンドレイン端子に対応している点が、図12と異なる。
図14の被保護回路80は、Pチャネルのオープンドレイン端子としてOD端子33、OD端子34を備えている。Pチャネルのオープンドレイン端子には、図8のPチャネルのパワートランジスタ21を備えたESD保護回路203を用いる。詳しくは、図12と同様に、共通電極配線である第5配線109を用いることにより、被保護回路80が複数のPチャネルオープンドレイン端子を備えていても、1つのESD保護回路203で複数のオープンドレイン端子を保護することを可能としている。
図14の被保護回路80は、Pチャネルのオープンドレイン端子としてOD端子33、OD端子34を備えている。Pチャネルのオープンドレイン端子には、図8のPチャネルのパワートランジスタ21を備えたESD保護回路203を用いる。詳しくは、図12と同様に、共通電極配線である第5配線109を用いることにより、被保護回路80が複数のPチャネルオープンドレイン端子を備えていても、1つのESD保護回路203で複数のオープンドレイン端子を保護することを可能としている。
第5配線109は、第1配線105の第1電位よりも低い電位である第5電位を供給する共通電極配線である。ESD保護回路203の低電位線は、第5配線109に接続される。そして、第5配線109とOD端子33との間に、第1ダイオード41が順方向に設けられている。OD端子33と第1配線105との間に、第2ダイオード42が順方向に配設される。なお、第1ダイオード41、第2ダイオード42は対として、オープンドレイン端子ごとに設けられる。よって、OD端子34においても、第1ダイオード41、第2ダイオード42が同様に接続される。
また、第5配線109と第3配線107との間に、第3ダイオード43が順方向に配設される。なお、上記「順方向」とは、第1ダイオード41のアノードとカソードとが、それぞれ第5配線109とOD端子33とに接続し、第2ダイオード42のアノードとカソードが、OD端子33と第1配線105とに接続し、第3ダイオード43のアノードとカソードとが、それぞれ第5配線109と第3配線107とに接続されることを意味する。
また、第5配線109と第3配線107との間に、第3ダイオード43が順方向に配設される。なお、上記「順方向」とは、第1ダイオード41のアノードとカソードとが、それぞれ第5配線109とOD端子33とに接続し、第2ダイオード42のアノードとカソードが、OD端子33と第1配線105とに接続し、第3ダイオード43のアノードとカソードとが、それぞれ第5配線109と第3配線107とに接続されることを意味する。
以上述べた通り、本実施形態のESD保護回路207によれば、実施形態1での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
ESD保護回路207は、ESD保護回路200を備え、OD端子31と第2電位よりも高い電位である第5電位を供給する第5配線109との間に、第1ダイオード41が順方向に配設され、第2配線106とOD端子31との間に、第2ダイオード42が順方向に配設され、第3配線107と第5配線109との間に、第3ダイオード43が順方向に配設される。
ESD保護回路207は、ESD保護回路200を備え、OD端子31と第2電位よりも高い電位である第5電位を供給する第5配線109との間に、第1ダイオード41が順方向に配設され、第2配線106とOD端子31との間に、第2ダイオード42が順方向に配設され、第3配線107と第5配線109との間に、第3ダイオード43が順方向に配設される。
これによれば、被保護回路80が複数のNチャネルオープンドレイン端子を有していても、適用可能なESD保護回路207を提供することができる。
さらに、Nチャネルオープンドレイン端子の数分だけESD保護回路200が必要であった図13の回路構成と異なり、Nチャネルオープンドレイン端子の端子数が増えても、ESD保護回路200の数は1つでよいので、回路サイズを小さくすることができる。
また、OD端子31と第5配線109との間に、第1ダイオード41を配置することにより、OD端子31に接続する寄生容量が減るため、スイッチング時の応答スピードの低減と消費電流の増加を防ぐことができる。
また、共通電極配線である第5配線109と、定電圧回路82の出力である第3配線107との間に、第3ダイオード43を配置したことにより、外部からのノイズや、スイッチング動作時の負サージ電流による第5配線109に寄生する容量への充放電時の消費電流を低減することができる。
さらに、Nチャネルオープンドレイン端子の数分だけESD保護回路200が必要であった図13の回路構成と異なり、Nチャネルオープンドレイン端子の端子数が増えても、ESD保護回路200の数は1つでよいので、回路サイズを小さくすることができる。
また、OD端子31と第5配線109との間に、第1ダイオード41を配置することにより、OD端子31に接続する寄生容量が減るため、スイッチング時の応答スピードの低減と消費電流の増加を防ぐことができる。
また、共通電極配線である第5配線109と、定電圧回路82の出力である第3配線107との間に、第3ダイオード43を配置したことにより、外部からのノイズや、スイッチング動作時の負サージ電流による第5配線109に寄生する容量への充放電時の消費電流を低減することができる。
また、本実施形態のESD保護回路208によれば、実施形態1での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
ESD保護回路208は、ESD保護回路203を備え、第1電位よりも低い電位である第5電位を供給する第5配線109とOD端子33との間に第1ダイオード41が順方向に配設され、OD端子33と第1配線105との間に第2ダイオード42が順方向に配設され、第5配線109と第3配線107との間に第3ダイオード43が順方向に配設される。
ESD保護回路208は、ESD保護回路203を備え、第1電位よりも低い電位である第5電位を供給する第5配線109とOD端子33との間に第1ダイオード41が順方向に配設され、OD端子33と第1配線105との間に第2ダイオード42が順方向に配設され、第5配線109と第3配線107との間に第3ダイオード43が順方向に配設される。
これによれば、被保護回路80が複数のPチャネルのオープンドレイン端子を有していても、適用可能なESD保護回路208を提供することができる。
さらに、オープンドレイン端子の数分だけESD保護回路200が必要であった図13の回路構成と異なり、Pチャネルのオープンドレイン端子の端子数が増えても、ESD保護回路203の数は1つでよいので、回路サイズを小さくすることができる。
また、第5配線109とOD端子33との間に第1ダイオード41を配置することにより、OD端子33に接続する寄生容量が減るため、スイッチング時の応答スピードの低減と消費電流の増加を防ぐことができる。
また、共通電極配線である第5配線109と、定電圧回路82の出力である第3配線107との間に、第3ダイオード43を配置したことにより、外部からのノイズや、スイッチング動作時の負サージ電流による第5配線109に寄生する容量への充放電時の消費電流を低減することができる。
さらに、オープンドレイン端子の数分だけESD保護回路200が必要であった図13の回路構成と異なり、Pチャネルのオープンドレイン端子の端子数が増えても、ESD保護回路203の数は1つでよいので、回路サイズを小さくすることができる。
また、第5配線109とOD端子33との間に第1ダイオード41を配置することにより、OD端子33に接続する寄生容量が減るため、スイッチング時の応答スピードの低減と消費電流の増加を防ぐことができる。
また、共通電極配線である第5配線109と、定電圧回路82の出力である第3配線107との間に、第3ダイオード43を配置したことにより、外部からのノイズや、スイッチング動作時の負サージ電流による第5配線109に寄生する容量への充放電時の消費電流を低減することができる。
実施形態5
***ESD保護回路の異なる態様-4***
図15は、本実施形態に係るESD保護回路の回路図であり、図1、図12に対応している。
前述のESD保護回路は、被保護回路が有するトランスミッションゲート端子にも適用することができる。以下、上記実施形態と同じ構成部位には、同一の付番を付し、重複する説明は省略する。
***ESD保護回路の異なる態様-4***
図15は、本実施形態に係るESD保護回路の回路図であり、図1、図12に対応している。
前述のESD保護回路は、被保護回路が有するトランスミッションゲート端子にも適用することができる。以下、上記実施形態と同じ構成部位には、同一の付番を付し、重複する説明は省略する。
被保護回路80は、トランスミッションゲートによる第1端子35と、第2端子36とを有している。第5配線109は、第2配線106の第2電位よりも高い電位である第5電位を供給する共通電極配線である。
本実施形態のESD保護回路209は、1つのESD保護回路200を備えており、ESD保護回路200の高電位線は、第5配線109に接続される。
本実施形態のESD保護回路209は、1つのESD保護回路200を備えており、ESD保護回路200の高電位線は、第5配線109に接続される。
そして、ESD保護回路209は、第1端子35と第5配線109との間に順方向に配設された第4ダイオード45と、第2配線106と第1端子35との間に順方向に配設された第5ダイオード46と、第2端子36と第5配線109との間に順方向に配設された第6ダイオード47と、第2配線106と第2端子36との間に順方向に配設された第7ダイオード48と、第3配線107と第5配線109との間に順方向に配設された第8ダイオード49とを、さらに有する。
なお、上記「順方向」とは、第4ダイオード45のアノードとカソードとが、それぞれ第1端子35と、第5配線109とに接続し、第5ダイオード46のアノードとカソードとが、それぞれ第2配線106と、第1端子35とに接続し、第6ダイオード47のアノードとカソードとが、それぞれ第2端子36と、第5配線109とに接続し、第7ダイオード48のアノードとカソードとが、それぞれ第2配線106と、第2端子36とに接続し、第8ダイオード49のアノードとカソードとが、それぞれ第3配線107と、第5配線109とに接続されることを意味する。
以上述べた通り、本実施形態のESD保護回路209によれば、実施形態1での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
ESD保護回路209は、ESD保護回路200を備え、第1端子35と第5配線109との間に順方向に配設された第4ダイオード45と、第2配線106と第1端子35との間に順方向に配設された第5ダイオード46と、第2端子36と第5配線109との間に順方向に配設された第6ダイオード47と、第2配線106と第2端子36との間に順方向に配設された第7ダイオード48と、第3配線107と第5配線109との間に順方向に配設された第8ダイオード49とを、さらに有する。
ESD保護回路209は、ESD保護回路200を備え、第1端子35と第5配線109との間に順方向に配設された第4ダイオード45と、第2配線106と第1端子35との間に順方向に配設された第5ダイオード46と、第2端子36と第5配線109との間に順方向に配設された第6ダイオード47と、第2配線106と第2端子36との間に順方向に配設された第7ダイオード48と、第3配線107と第5配線109との間に順方向に配設された第8ダイオード49とを、さらに有する。
これによれば、被保護回路80がトランスミッションゲート端子を有していても、適用可能なESD保護回路209を提供することができる。
さらに、トランスミッションゲート端子の端子数が増えても、ESD保護回路200の数は1つでよいので、回路サイズを小さくすることができる。
さらに、トランスミッションゲート端子の端子数が増えても、ESD保護回路200の数は1つでよいので、回路サイズを小さくすることができる。
実施形態6
***半導体装置、電子機器***
図16は、本実施形態に係る電子機器の概略構成図である。
本実施形態の電子機器300は、例えば、パーソナルコンピュータであり、図16に示すように、半導体装置としてのCPU120、操作部130、ROM140、RAM150、通信部160、表示部170、音声出力部180などから構成されている。なお、CPU120は、Central Processing Unitであり、ROM140は、Read-Only Memory、RAM150は、Random access memoryである。
***半導体装置、電子機器***
図16は、本実施形態に係る電子機器の概略構成図である。
本実施形態の電子機器300は、例えば、パーソナルコンピュータであり、図16に示すように、半導体装置としてのCPU120、操作部130、ROM140、RAM150、通信部160、表示部170、音声出力部180などから構成されている。なお、CPU120は、Central Processing Unitであり、ROM140は、Read-Only Memory、RAM150は、Random access memoryである。
ここで、CPU120、ROM140、RAM150、通信部160、表示部170および音声出力部180のうちの少なくとも一部には、前記実施形態に係るESD保護回路200が搭載されている。なお、図16では、代表としてESD保護回路200と図示しているが、ESD保護回路200~208のいずれかが搭載されていれば良い。換言すれば、CPU120、ROM140、RAM150、通信部160、表示部170、音声出力部180を構成する半導体装置は、前記実施形態における被保護回路80に相当し、前記実施形態に係るESD保護回路200~208のいずれかを備えている。
よって、CPU120、操作部130、ROM140、RAM150、通信部160、表示部170、音声出力部180を構成する半導体装置を静電気や異常信号等から保護することができる。従って、ノイズ耐性に優れ、ESD耐圧性能が高い電子機器300を提供することができる。
よって、CPU120、操作部130、ROM140、RAM150、通信部160、表示部170、音声出力部180を構成する半導体装置を静電気や異常信号等から保護することができる。従って、ノイズ耐性に優れ、ESD耐圧性能が高い電子機器300を提供することができる。
なお、図16に示す構成要素の一部は、省略または変更されていてもよく、図16に示す構成要素に他の構成要素が付加されていてもよい。CPU120は、ROM140等に記憶されているプログラムに従って、外部から供給されるデータ等を用いて各種の信号処理や制御処理を行う。例えば、CPU120は、操作部130から供給される操作信号に応じて各種の信号処理を行ったり、外部との間でデータ通信を行うために通信部160を制御したり、表示部170に各種の画像を表示させるための画像信号を生成したり、音声出力部180に各種の音声を出力させるための音声信号を生成したりする。
操作部130は、例えば、操作キーやボタンスイッチ等を含む入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号をCPU120に出力する。ROM140は、CPU120が各種の信号処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶する。RAM150は、CPU120の作業領域として用いられ、ROM140から読み出されたプログラムやデータ、操作部130を用いて入力されたデータ、または、CPU120がプログラムにしたがって実行した演算結果等を一時的に記憶する。
通信部160は、例えば、アナログ回路およびデジタル回路で構成され、CPU120と外部装置との間のデータ通信を行う。表示部170は、例えば、LCD等を含み、CPU120から供給される画像信号に基づいて各種の画像を表示する。LCDは、Liquid Crystal Displayを意味する。
音声出力部180は、例えば、スピーカー等を含み、CPU120から供給される音声信号に基づいて音声を出力する。
このような電子機器300としては、例えば、腕時計や置時計等の時計、タイマー、携帯電話機等の移動端末、デジタルスチルカメラ、デジタルムービー、テレビ、テレビ電話、防犯用テレビモニター、ヘッドマウント・ディスプレイ、スマートフォン、プリンター、ネットワーク機器、複合機、車載装置、電卓、電子辞書、電子ゲーム機器、ロボット、測定機器、医療機器などが挙げられる。
11…パワートランジスタ、12…クランプ回路、13…抵抗、14…トランジスタ、15…抵抗、16…コンデンサ、17…抵抗、18…抵抗、19…コンデンサ、21…パワートランジスタ、23…抵抗、24…トランジスタ、25…抵抗、26…コンデンサ、27…抵抗、31…OD端子、32…OD端子、33…OD端子、34…OD端子、35…第1端子、36…第2端子、41…第1ダイオード、42…第2ダイオード、43…第3ダイオード、45…第4ダイオード、46…第5ダイオード、47…第6ダイオード、48…第7ダイオード、49…第8ダイオード、71…第1ノード、72…第2ノード、73…第3ノード、74…第4ノード、75…第5ノード、76…第6ノード、77…第7ノード、80…被保護回路、81…高耐圧回路、82…定電圧回路、85~88…線分、90…従来のESD保護回路、91~95…グラフ、97~99…線分、105…第1配線、106…第2配線、107…第3配線、108…第4配線、109…第5配線、111…パワートランジスタ、113…抵抗、119…コンデンサ、200~208…ESD保護回路、300…電子機器。
Claims (11)
- 第1電位を供給する第1配線と、前記第1電位と異なる第2電位を供給する第2配線との間に設けられ、被保護回路をサージ電圧から保護するESD保護回路であって、
前記第1配線と前記第2配線との間に設けられたパワーMOSトランジスタと、
前記第1配線と、前記パワーMOSトランジスタのゲートが接続される第1ノードとの間に設けられたクランプ回路と、
前記第1ノードと前記第2配線との間に設けられた第1抵抗と、
前記第1ノードと前記第2配線との間に設けられたMOSトランジスタと、
前記被保護回路の定電圧回路により生成される第3電位が供給される第3配線と、を有し、
前記第3配線に接続される第2ノードと前記第2配線との間で直列接続される、第2抵抗、および、第1コンデンサと、を備え、
前記第2抵抗と前記第1コンデンサとの接続部を第3ノードとした場合、前記MOSトランジスタのゲートは、前記第3ノードに接続され、
前記第3電位は、前記第1電位と前記第2電位との間の電位である、
ESD保護回路。 - 前記MOSトランジスタのオン抵抗は、500Ω以上2kΩ以下である、
請求項1に記載のESD保護回路。 - 前記第1ノードと前記MOSトランジスタのドレインとの間に設けられた第3抵抗を、さらに有する、
請求項1に記載のESD保護回路。 - 前記第1ノードと前記第1抵抗との間に、第4抵抗が配置され、
前記第1抵抗と、前記第4抵抗との接続部を第4ノードとした場合、
前記MOSトランジスタは、前記第4ノードと前記第2配線との間に設けられる、
請求項1または2に記載のESD保護回路。 - 前記パワーMOSトランジスタを第1パワーMOSトランジスタとした場合、
前記第1配線と前記第1パワーMOSトランジスタとの間に、前記第1パワーMOSトランジスタとは極性の異なる第2パワーMOSトランジスタを備え、
前記第2パワーMOSトランジスタのゲートが、前記クランプ回路の一端と第5ノードで接続され、
前記第5ノードと前記第1配線との間に、第5抵抗が設けられる、
請求項1から3のいずれか1項に記載のESD保護回路。 - 前記MOSトランジスタを第1MOSトランジスタとした場合、
前記第5ノードと前記第1配線との間に設けられた第2MOSトランジスタと、
前記第5ノードと前記第2MOSトランジスタとの間に設けられた第6抵抗と、
前記第3電位と異なる電位の第4電位が供給される第4配線と、をさらに有し
前記第4配線に接続される第6ノードと前記第1配線との間で直列接続される第7抵抗、および、第2コンデンサと、を備え、
前記第7抵抗と前記第2コンデンサとの接続部を第7ノードとした場合、
前記第2MOSトランジスタのゲートは、前記第7ノードに接続され、
前記第4電位は、前記第1電位と前記第2電位との間の電位である、
請求項5に記載のESD保護回路。 - 前記被保護回路は、Nチャネルオープンドレイン端子を有し、
前記Nチャネルオープンドレイン端子と、前記第2電位よりも高い電位である第5電位を供給する第5配線との間に、第1ダイオードが配設され、前記第1ダイオードのアノードとカソードとは、それぞれ前記Nチャネルオープンドレイン端子と、前記第5配線とに接続し、
前記第2配線と前記オープンドレイン端子との間に、第2ダイオードが配設され、前記第2ダイオードのアノードとカソードとは、それぞれ前記第2配線と、前記Nチャネルオープンドレイン端子とに接続し、
前記第3配線と前記第5配線との間に、第3ダイオードが配設され、前記第3ダイオードのアノードとカソードとは、それぞれ前記第3配線と、前記第5配線とに接続される、
請求項1から3のいずれか1項に記載のESD保護回路。 - 前記被保護回路は、Pチャネルオープンドレイン端子を有し、
前記Pチャネルオープンドレイン端子と、前記第1電位よりも低い電位である第5電位を供給する第5配線との間に、第1ダイオードが配設され、前記第1ダイオードのアノードとカソードとは、それぞれ前記第5配線と、前記Pチャネルオープンドレイン端子とに接続し、
前記Pチャネルオープンドレイン端子と前記第1配線との間に、第2ダイオードが配設され、前記第2ダイオードのアノードとカソードとは、それぞれ前記Pチャネルオープンドレイン端子と、前記第1配線とに接続し、
前記5配線と前記第3配線との間に、第3ダイオードが配設され、前記第3ダイオードのアノードとカソードとは、それぞれ前記第5配線と、前記第3配線とに接続される、
請求項1から3のいずれか1項に記載のESD保護回路。 - 前記被保護回路は、トランスミッションゲートによる第1端子と第2端子とを有し、
前記第1端子と、前記第2電位よりも高い電位である第5電位を供給する第5配線との間に、第4ダイオードが配設され、前記第4ダイオードのアノードとカソードとは、それぞれ前記第1端子と、前記第5配線とに接続し、
前記第2配線と前記第1端子との間に、第5ダイオードが配設され、前記第5ダイオードのアノードとカソードとは、それぞれ前記第2配線と、前記第1端子とに接続し、
前記第2端子と前記第5配線との間に、第6ダイオードが配設され、前記第6ダイオードのアノードとカソードとは、それぞれ前記第2端子と、前記第5配線とに接続し、
前記第2配線と前記第2端子との間に、第7ダイオードが配設され、前記第7ダイオードのアノードとカソードとは、それぞれ前記第2配線と、前記第2端子とに接続し、
前記第3配線と前記第5配線との間に、第8ダイオードが配設され、前記第8ダイオードのアノードとカソードとは、それぞれ前記第3配線と、前記第5配線とに接続される、
請求項1から3のいずれか1項に記載のESD保護回路。 - 請求項1から9のいずれか一項に記載のESD保護回路を備えた半導体装置。
- 請求項10に記載の半導体装置を備えた電子機器。
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