JP2821294B2 - ラッチアップ防止回路 - Google Patents
ラッチアップ防止回路Info
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- JP2821294B2 JP2821294B2 JP3285783A JP28578391A JP2821294B2 JP 2821294 B2 JP2821294 B2 JP 2821294B2 JP 3285783 A JP3285783 A JP 3285783A JP 28578391 A JP28578391 A JP 28578391A JP 2821294 B2 JP2821294 B2 JP 2821294B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はラッチアップ防止回路に
関し、特にCMOSトランジスタを用いたラッチアップ
防止回路に関する。
関し、特にCMOSトランジスタを用いたラッチアップ
防止回路に関する。
【0002】
【従来の技術】ラッチアップとは、ICの動作状態にお
いて、外部より何らかの影響により発生したサージ電圧
が入力あるいは出力端子にVDD以上またはVPP以下
のレベルとなってICに印加された場合、ICチップの
寄生トランジスタにより、基板に電流が流れ、それがト
リガーとなってサイリスタ効果をおこし、電源間が通電
状態となる現象をいう。
いて、外部より何らかの影響により発生したサージ電圧
が入力あるいは出力端子にVDD以上またはVPP以下
のレベルとなってICに印加された場合、ICチップの
寄生トランジスタにより、基板に電流が流れ、それがト
リガーとなってサイリスタ効果をおこし、電源間が通電
状態となる現象をいう。
【0003】従来技術の動作の説明を、図3の(a),
(b)を参照して説明する。図3(a)に示すようなト
ランジスタの断面図及び寄生トランジスタを、図3
(b)に示し、またその等価回路を図3(c)に示す。
(b)を参照して説明する。図3(a)に示すようなト
ランジスタの断面図及び寄生トランジスタを、図3
(b)に示し、またその等価回路を図3(c)に示す。
【0004】図3の(a)において、電源VDD−VS
S間にP,Nチャネル型トランジスタの直列体があり、
ゲートを共通接続して入力端子INに接続し、共通接続
点を出力端子OUTに接続する。
S間にP,Nチャネル型トランジスタの直列体があり、
ゲートを共通接続して入力端子INに接続し、共通接続
点を出力端子OUTに接続する。
【0005】図3の(b)において、N型の半導体基板
Nsubが用意され、領域Pwellが形成され、さら
にP(プラス)領域、N(マイナス)領域が形成され、
電源VSS,VDD,入力端子IN,出力端子OUTに
接続される。基板Nsub内のトランジスタQ1,Q
2,Q3,Q4,抵抗RPwell ,RNsub,RNsub等はラ
ッチアップ時の等価回路である。
Nsubが用意され、領域Pwellが形成され、さら
にP(プラス)領域、N(マイナス)領域が形成され、
電源VSS,VDD,入力端子IN,出力端子OUTに
接続される。基板Nsub内のトランジスタQ1,Q
2,Q3,Q4,抵抗RPwell ,RNsub,RNsub等はラ
ッチアップ時の等価回路である。
【0006】このようなラッチアップ時の等価回路だけ
を、図3の(c)に示す。
を、図3の(c)に示す。
【0007】例えば、出力端子OUTに外部より電源V
DDより高い電位が印加された場合、寄生PNPトラン
ジスタQ3がONすることにより、その経路にある領域
Pwell内の抵抗RPwell へも電流が流れ、寄生NP
NトランジスタQ2のベース電位を上げることになる。
これにより、前記寄生NPNトランジスタQ2がONし
て基板に電流が流れ、基板抵抗RNsubにより寄生PNP
トランジスタQ1のベース電位を下げることになる。よ
って、前記寄生PNPトランジスタQ1がONし、寄生
PNPトランジスタQ1,寄生NPNトランジスタQ
2,基板抵抗RNsub,領域Pwell内の抵抗RPwell
からなる寄生サイリスタがONし、電源VDD−Vss
間が通電状態となり、ラッチアップしたことになる。
DDより高い電位が印加された場合、寄生PNPトラン
ジスタQ3がONすることにより、その経路にある領域
Pwell内の抵抗RPwell へも電流が流れ、寄生NP
NトランジスタQ2のベース電位を上げることになる。
これにより、前記寄生NPNトランジスタQ2がONし
て基板に電流が流れ、基板抵抗RNsubにより寄生PNP
トランジスタQ1のベース電位を下げることになる。よ
って、前記寄生PNPトランジスタQ1がONし、寄生
PNPトランジスタQ1,寄生NPNトランジスタQ
2,基板抵抗RNsub,領域Pwell内の抵抗RPwell
からなる寄生サイリスタがONし、電源VDD−Vss
間が通電状態となり、ラッチアップしたことになる。
【0008】出力端子OUTがVSSより低い場合は、
寄生PNPトランジスタQ4のONがトリガーとなるの
みで、動作としては前記と同様である。
寄生PNPトランジスタQ4のONがトリガーとなるの
みで、動作としては前記と同様である。
【0009】従来は、このラッチアップの防止策とし
て、例えば図4の(a)に示すように、P型MOSトラ
ンジスタ,N型MOSトランジスタ間にP+電源拡散E
を配して電源VSSとすることにより、寄生PNPトラ
ンジスタQ1,Q3のコレクタ側が電源VSSに接続さ
れることになり、それによって電源VDD−VSS間の
寄生サイリスタをなくそうとしていた。また、P型MO
Sトランジスタ,N型MOSトランジスタ間を広げるこ
とにより、寄生PNPトランジスタQ1,Q3のベース
抵抗を大きくし、hfeを下げる構成もとっていた。
て、例えば図4の(a)に示すように、P型MOSトラ
ンジスタ,N型MOSトランジスタ間にP+電源拡散E
を配して電源VSSとすることにより、寄生PNPトラ
ンジスタQ1,Q3のコレクタ側が電源VSSに接続さ
れることになり、それによって電源VDD−VSS間の
寄生サイリスタをなくそうとしていた。また、P型MO
Sトランジスタ,N型MOSトランジスタ間を広げるこ
とにより、寄生PNPトランジスタQ1,Q3のベース
抵抗を大きくし、hfeを下げる構成もとっていた。
【0010】図4の(a)に示したラッチアップ時の等
価回路だけを示した回路が、図4の(b)の回路図であ
る。図4の(b)において、各部は、図4の(a)の各
部と同じ参照符号を付けてある。
価回路だけを示した回路が、図4の(b)の回路図であ
る。図4の(b)において、各部は、図4の(a)の各
部と同じ参照符号を付けてある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】この種の従来のアッチ
アップ防止策(図3)は、マスクパターンの工夫により
サイリスタ効果を押さえようとしているが、基板への電
流注入を押さえようとはしていないため、寄生ダイオー
ドのVF(例えば0.6V)以上のサージ電圧が外部よ
り印加されると、基板に電流が流れ込んでしまう。
アップ防止策(図3)は、マスクパターンの工夫により
サイリスタ効果を押さえようとしているが、基板への電
流注入を押さえようとはしていないため、寄生ダイオー
ドのVF(例えば0.6V)以上のサージ電圧が外部よ
り印加されると、基板に電流が流れ込んでしまう。
【0012】また、マスクパターンの工夫による防止策
では、図4に示すように、寄生PNPトランジスタQ
6,Q7が除去出来ず残ってしまうため、出力端子OU
Tにサージ電圧が印加されると、寄生NPNトランジス
タQ2,寄生PNPトランジスタQ6,及び基板抵抗R
Nsub,領域Pwell内の抵抗RPwell による寄生サイ
リスタのトリガーとなってしまい、マスクパターンの工
夫による対処のみでは、ラッチアップを充分に押さえる
ことが出来なかった。
では、図4に示すように、寄生PNPトランジスタQ
6,Q7が除去出来ず残ってしまうため、出力端子OU
Tにサージ電圧が印加されると、寄生NPNトランジス
タQ2,寄生PNPトランジスタQ6,及び基板抵抗R
Nsub,領域Pwell内の抵抗RPwell による寄生サイ
リスタのトリガーとなってしまい、マスクパターンの工
夫による対処のみでは、ラッチアップを充分に押さえる
ことが出来なかった。
【0013】本発明の目的は、前記欠点を解決し、ラッ
チアップを充分に押さえることができるようにしたラッ
チアップ防止回路を提供することにある。
チアップを充分に押さえることができるようにしたラッ
チアップ防止回路を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明のラッチアップ防
止回路の構成は、ドレインを第1の電源に接続したN型
MOSFETと、ドレインを前記第1の電源より低い第
2の電源に接続し、ソースを前記N型MOSFETのソ
ースに接続したP型MOSFETと、ソースを前記第1
の電源に接続し、ゲートとドレインを接続すると共に前
記P型MOSFETのゲートに接続したP型MOSダイ
オードと、ソースを前記第2の電源に接続し、ゲートと
ドレインを接続すると共に前記N型MOSFETのゲー
トに接続したN型MOSダイオードと、前記P型MOS
ダイオードのドレインと前記N型MOSダイオードのド
レイン間に接続した抵抗とを備え、前記N型MOSFE
Tのソースを入力端子又は出力端子若しくは入出力端子
とする。
止回路の構成は、ドレインを第1の電源に接続したN型
MOSFETと、ドレインを前記第1の電源より低い第
2の電源に接続し、ソースを前記N型MOSFETのソ
ースに接続したP型MOSFETと、ソースを前記第1
の電源に接続し、ゲートとドレインを接続すると共に前
記P型MOSFETのゲートに接続したP型MOSダイ
オードと、ソースを前記第2の電源に接続し、ゲートと
ドレインを接続すると共に前記N型MOSFETのゲー
トに接続したN型MOSダイオードと、前記P型MOS
ダイオードのドレインと前記N型MOSダイオードのド
レイン間に接続した抵抗とを備え、前記N型MOSFE
Tのソースを入力端子又は出力端子若しくは入出力端子
とする。
【0015】
【実施例】図1は本発明のラッチアップ防止回路の基本
概念を示す回路図であり、図2の(a)は本発明の第1
の実施例であるラッチアップ防止回路の回路図である。
概念を示す回路図であり、図2の(a)は本発明の第1
の実施例であるラッチアップ防止回路の回路図である。
【0016】図1において、本発明のラッチアップ防止
回路の構成は、インピーダンスZ1 ,Z2 ,Z3 による
電位設定回路とP型MOSトランジスタ11とN型MO
Sトランジスタ10と出力端子OUTとを備え、前記N
型MOSトランジスタ10のドレインを第1の電源VD
D端子に、ソースを前記P型MOSトランジスタ11の
ソースに、前記P型MOSトランジスタ11のドレイン
を第2の電源VSS端子にそれぞれ接続し、そのゲート
は、第1と第2の電源VDD,VSS端子間に第1の電
源VDD端子よりインピーダンスZ1 ,Z2 ,Z3 を順
に直列に接続した直列体の内インピーダンスZ1 ,Z2
の接点に、前記N型MOSトランジスタ10のゲートは
インピーダンスZ2 ,Z3 の接点に接続した構造を有す
る。
回路の構成は、インピーダンスZ1 ,Z2 ,Z3 による
電位設定回路とP型MOSトランジスタ11とN型MO
Sトランジスタ10と出力端子OUTとを備え、前記N
型MOSトランジスタ10のドレインを第1の電源VD
D端子に、ソースを前記P型MOSトランジスタ11の
ソースに、前記P型MOSトランジスタ11のドレイン
を第2の電源VSS端子にそれぞれ接続し、そのゲート
は、第1と第2の電源VDD,VSS端子間に第1の電
源VDD端子よりインピーダンスZ1 ,Z2 ,Z3 を順
に直列に接続した直列体の内インピーダンスZ1 ,Z2
の接点に、前記N型MOSトランジスタ10のゲートは
インピーダンスZ2 ,Z3 の接点に接続した構造を有す
る。
【0017】図2の(a)において、本発明の一実施例
は、Pチャネル型トランジスタP1,P2と、Nチャネ
ル型トランジスタN1,N2と、抵抗R1と、ダイオー
ドD1,D2と、インバータ20と、入力端子INと、
出力端子OUTとを備えている。
は、Pチャネル型トランジスタP1,P2と、Nチャネ
ル型トランジスタN1,N2と、抵抗R1と、ダイオー
ドD1,D2と、インバータ20と、入力端子INと、
出力端子OUTとを備えている。
【0018】図2の(a)において、本実施例では、ト
ランジスタP2のゲートは自身のドレインに、トランジ
スタN2のゲートは自身のドレインにそれぞれ接続して
MOSダイオード構成としているため、接点Aの電位V
Aは電源VDDに対し、VT一段分(VA=VDD−|
VTP|)低くなっており、接点Bの電位VBは電源V
SSに対し、VT一段分(VB=VTN)高くなってい
る。
ランジスタP2のゲートは自身のドレインに、トランジ
スタN2のゲートは自身のドレインにそれぞれ接続して
MOSダイオード構成としているため、接点Aの電位V
Aは電源VDDに対し、VT一段分(VA=VDD−|
VTP|)低くなっており、接点Bの電位VBは電源V
SSに対し、VT一段分(VB=VTN)高くなってい
る。
【0019】よって、トランジスタN1のゲートには、
VB=VTXの電位がかっており、出力端子OUTが電
源VSS以下になるとON状態となる。そこで、出力端
子OUTに電源VSSより低い電位のソージ電圧が印加
されると、ダイオードD2がONする前に、トランジス
タN1がONし、電源VDDからの電位を出力端子OU
Tに供給することにより、出力端子を電源VSSレベル
まで引き上げるため、ダイオードD2を通して領域Pw
ellへ電流が注入されることはない。
VB=VTXの電位がかっており、出力端子OUTが電
源VSS以下になるとON状態となる。そこで、出力端
子OUTに電源VSSより低い電位のソージ電圧が印加
されると、ダイオードD2がONする前に、トランジス
タN1がONし、電源VDDからの電位を出力端子OU
Tに供給することにより、出力端子を電源VSSレベル
まで引き上げるため、ダイオードD2を通して領域Pw
ellへ電流が注入されることはない。
【0020】但し、ダイオードD1のアノード,カソー
ドは、それぞれ図3(b)の寄生PNPトランジスタQ
3のコレクタ,ベースに、またダイオードD2のアノー
ド,カソードは、同図寄生NPNトランジスタQ4のベ
ース,エミッタに相当する。
ドは、それぞれ図3(b)の寄生PNPトランジスタQ
3のコレクタ,ベースに、またダイオードD2のアノー
ド,カソードは、同図寄生NPNトランジスタQ4のベ
ース,エミッタに相当する。
【0021】また、トランジスタP1のゲートには、
〔VA=VDD−|VTP|〕の電位がかかっており、
出力端子OUTが電源VDD以上になるとON状態とな
る。そこで、出力端子OUTに電源VDDより高いサー
ジ電圧が印加されると、ダイオードD1がONする前に
トランジスタP1がONし、出力端子OUTの電位を電
源VSSに供給することになり、出力端子OUTを電源
VDDレベルまで引き下げる。
〔VA=VDD−|VTP|〕の電位がかかっており、
出力端子OUTが電源VDD以上になるとON状態とな
る。そこで、出力端子OUTに電源VDDより高いサー
ジ電圧が印加されると、ダイオードD1がONする前に
トランジスタP1がONし、出力端子OUTの電位を電
源VSSに供給することになり、出力端子OUTを電源
VDDレベルまで引き下げる。
【0022】例えば、従来構成において、ラッチアップ
開始電流が100mAの場合、P型MOSトランジスタ
の電流能力を200mAに設定すれば、本実施例による
ラッチアップ防止回路でのラッチアップ開始電流は30
0mAとなり、3倍の耐量となる。またP型MOSトラ
ンジスタの電流能力を大きくすることにより、ダイオー
ドD1を通して基板から電流が流れ出ることはなくな
る。
開始電流が100mAの場合、P型MOSトランジスタ
の電流能力を200mAに設定すれば、本実施例による
ラッチアップ防止回路でのラッチアップ開始電流は30
0mAとなり、3倍の耐量となる。またP型MOSトラ
ンジスタの電流能力を大きくすることにより、ダイオー
ドD1を通して基板から電流が流れ出ることはなくな
る。
【0023】以上のように、外部からサージ電圧が出力
端子に印加された場合においても、トランジスタP1あ
るいはN1を通して電源へ電流が流れるため、基板に電
流が流れることはなくなる。N型MOSトランジスタの
電流能力についても同様である。
端子に印加された場合においても、トランジスタP1あ
るいはN1を通して電源へ電流が流れるため、基板に電
流が流れることはなくなる。N型MOSトランジスタの
電流能力についても同様である。
【0024】図2の(b)は本発明の他実施例であるラ
ッチアップ防止回路の回路図である。図2の(b)にお
いて、本実施例が前記一実施例と違う点は、(a)のM
OSトランジスタP2,N2がそれぞれ抵抗R2 ,R3
となっている部分であり、接点C,Dの電位を〔VC=
VDD−|VTP|〕,〔VD=VTN〕に設定すれ
ば、その他の部分,動作は前記一実施例と同様である。
ッチアップ防止回路の回路図である。図2の(b)にお
いて、本実施例が前記一実施例と違う点は、(a)のM
OSトランジスタP2,N2がそれぞれ抵抗R2 ,R3
となっている部分であり、接点C,Dの電位を〔VC=
VDD−|VTP|〕,〔VD=VTN〕に設定すれ
ば、その他の部分,動作は前記一実施例と同様である。
【0025】以上のように、ラッチアップ防止回路の基
本構成は、図1のようになり、インピーダンスZ1 ,Z
2 ,Z3 はN型MOSトランジスタ10,P型MOSト
ランジスタ11のゲート電位を設定出来るものなら何で
もよく、また出力端子OUTのみでなく、入力端子IN
あるいは多電源回路においても有効であることは言うま
でもない。
本構成は、図1のようになり、インピーダンスZ1 ,Z
2 ,Z3 はN型MOSトランジスタ10,P型MOSト
ランジスタ11のゲート電位を設定出来るものなら何で
もよく、また出力端子OUTのみでなく、入力端子IN
あるいは多電源回路においても有効であることは言うま
でもない。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるラッ
チアップ防止回路は、IC外部からのサージ電流をその
端子に接続した例えばP型MOSトランジスタ及びN型
MOSトランジスタを通して電源に流すことにより、基
板への電流注入をなくすことができるから、ラッチアッ
プを押さえるという効果がある。
チアップ防止回路は、IC外部からのサージ電流をその
端子に接続した例えばP型MOSトランジスタ及びN型
MOSトランジスタを通して電源に流すことにより、基
板への電流注入をなくすことができるから、ラッチアッ
プを押さえるという効果がある。
【図1】本発明のラッチアップ防止回路を示すブロック
図である。
図である。
【図2】(a),(b)は本発明の一実施例のラッチア
ップ防止回路の回路図である。
ップ防止回路の回路図である。
【図3】(a),(b),(c)は従来のラッチアップ
現象を示すそれぞれインバータ回路,基板の前面図,寄
生トランジスタの等価回路図である。
現象を示すそれぞれインバータ回路,基板の前面図,寄
生トランジスタの等価回路図である。
【図4】(a),(b)は従来のラッチアップ防止回路
を示すそれぞれ断面図,寄生トランジスタの等価回路図
である。
を示すそれぞれ断面図,寄生トランジスタの等価回路図
である。
IN 入力端子 OUT 出力端子 Z1 ,Z2 ,Z3 インピーダンス 11,P,P1,P2 Pチャネル型MOSトランジ
スタ 10,N,N1,N2 Nチャネル型MOSトランジ
スタ P+,N+ P型及びN型拡散領域 R1 ,R2 ,R3 抵抗 RPwell ,RNsub 抵抗 D1,D2 ダイオード Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7 寄生ト
ランジスタ VDD,VSS 電源
スタ 10,N,N1,N2 Nチャネル型MOSトランジ
スタ P+,N+ P型及びN型拡散領域 R1 ,R2 ,R3 抵抗 RPwell ,RNsub 抵抗 D1,D2 ダイオード Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7 寄生ト
ランジスタ VDD,VSS 電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 27/06 H01L 27/095
Claims (2)
- 【請求項1】 ドレインを第1の電源に接続したN型M
OSFETと、 ドレインを前記第1の電源より低い第2の電源に接続
し、ソースを前記N型MOSFETのソースに接続した
P型MOSFETと、 ソースを前記第1の電源に接続し、ゲートとドレインを
接続すると共に前記P型MOSFETのゲートに接続し
たP型MOSダイオードと、 ソースを前記第2の電源に接続し、ゲートとドレインを
接続すると共に前記N型MOSFETのゲートに接続し
たN型MOSダイオードと、 前記P型MOSダイオードのドレインと前記N型MOS
ダイオードのドレイン間に接続した抵抗とを備え、 前記N型MOSFETのソースを入力端子又は出力端子
若しくは入出力端子 とするラッチアップ防止回路。 - 【請求項2】 ドレインを第1の電源に接続したN型M
OSFETと、 ドレインを前記第1の電源より低い第2の電源に接続
し、ソースを前記N型MOSFETのソースに接続した
P型MOSFETと、 一端を前記第1の電源に接続し、他端を前記P型MOS
FETのゲートに接続した第1の抵抗と、 一端を前記第1の抵抗の他端に接続し、他端を前記N型
MOSFETのゲートに接続した第2の抵抗と、 一端を前記第1の電源よりも低い第2の電源に接続し、
他端を前記第2の抵抗の他端に接続した第3の抵抗とを
備え、 前記P型MOSFETのゲート電圧は、第1の電源電圧
から前記P型MOSFETのしきい値電圧の絶対値を引
いた電圧であり、 前記N型MOSFETのゲート電圧は、第2の電源電圧
に前記N型MOSFETのしきい値電圧を加算した電圧
であり 、前記N型MOSFETのソースを入力端子又は出力端子
若しくは入出力端子 とするラッチアップ防止回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3285783A JP2821294B2 (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | ラッチアップ防止回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3285783A JP2821294B2 (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | ラッチアップ防止回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05129531A JPH05129531A (ja) | 1993-05-25 |
JP2821294B2 true JP2821294B2 (ja) | 1998-11-05 |
Family
ID=17696014
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3285783A Expired - Lifetime JP2821294B2 (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | ラッチアップ防止回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2821294B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5950559A (ja) * | 1982-09-16 | 1984-03-23 | Hitachi Ltd | 半導体装置保護回路 |
JPS62268143A (ja) * | 1986-05-16 | 1987-11-20 | Nec Corp | 半導体装置 |
JPH0386013A (ja) * | 1989-08-30 | 1991-04-11 | Masaya Maruo | 過電流保護回路 |
-
1991
- 1991-10-31 JP JP3285783A patent/JP2821294B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05129531A (ja) | 1993-05-25 |
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