JP2917693B2 - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

Semiconductor integrated circuit

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JP2917693B2
JP2917693B2 JP4225179A JP22517992A JP2917693B2 JP 2917693 B2 JP2917693 B2 JP 2917693B2 JP 4225179 A JP4225179 A JP 4225179A JP 22517992 A JP22517992 A JP 22517992A JP 2917693 B2 JP2917693 B2 JP 2917693B2
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力一 池田
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は相補型半導体集積回路に
関し、特に電源電圧の異なる半導体集積回路のインター
フェースに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a complementary semiconductor integrated circuit, and more particularly to an interface for a semiconductor integrated circuit having different power supply voltages.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体集積回路のインターフェー
スは、入力バッファにおいては、図6に示すように、P
チャネルMOSトランジスタ(以下、PMOS)10
と、NチャネルMOSトランジスタ(以下、NMOS)
20及びCMOSゲート30を有しており、PMOS1
0のゲートとPMOS10を構成するN型埋込領域(以
下、Nウェル)を電源に、更にNMOS20のゲートと
NMOS20を構成するP型半導体基板をグランドに接
続し、PMOS10及びNMOS20のドレインとCM
OSゲート30の入力端子を外部端子60に接続した構
成としている。
2. Description of the Related Art As shown in FIG. 6, an interface of a conventional semiconductor integrated circuit has an input buffer as shown in FIG.
Channel MOS transistor (hereinafter, PMOS) 10
And an N-channel MOS transistor (hereinafter, NMOS)
20 and a CMOS gate 30, the PMOS1
The gate of the NMOS 20 and the N-type buried region (hereinafter referred to as N-well) constituting the PMOS 10 are connected to a power source, the gate of the NMOS 20 and the P-type semiconductor substrate constituting the NMOS 20 are connected to the ground.
The input terminal of the OS gate 30 is connected to the external terminal 60.

【0003】また、従来における3ステート出力バッフ
ァにおいては、図7に示すように、PMOS10,NM
OS20,2入力NANDゲート31,2入力NORゲ
ート32,及びインバータゲート33で構成されてお
り、入力バッファの場合と同様、PMOS20を構成す
るNウェルを電源に、NMOS20を構成するP型半導
体基板をグランドに接続している。ここで、イネーブル
端子40を低レベルとすることによって2入力NAND
ゲート31の出力は高レベル,2入力NORゲート32
の出力は低レベルとなり、各々の出力が接続されるPM
OS10及びNMOS20は共にオフ状態となり、出力
は高インピーダンスとなる。このときのPMOS10及
びNMOS20の状態は図6の場合と同一である。
Further, in a conventional three-state output buffer, as shown in FIG.
It comprises an OS 20, a two-input NAND gate 31, a two-input NOR gate 32, and an inverter gate 33. As in the case of the input buffer, the P-type semiconductor substrate forming the NMOS 20 is powered by the N-well forming the PMOS 20 as a power supply. Connected to ground. Here, by setting the enable terminal 40 to a low level, a two-input NAND
The output of gate 31 is a high level, two-input NOR gate 32
Output becomes low level, and each output is connected to PM
Both the OS 10 and the NMOS 20 are turned off, and the output becomes high impedance. At this time, the states of the PMOS 10 and the NMOS 20 are the same as those in FIG.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このように、図6及び
図7に示した従来の半導体集積回路では、PMOS10
のソースとNウェルとの間に形成される寄生ダイオード
50のため、外部端子60に電源電圧より高い電圧が印
加され、寄生ダイオード50の順方向電圧Vfを越えた
とき、外部端子60から電源70に電流が流れる。ま
た、PMOS10のスレッショルド電圧Vtが寄生ダイ
オード50の順方向電圧Vfより小さい場合にはPMO
S10がオン状態となり、同様に電流が流れる。このた
め、電源電圧の異なるチップ間のインターフェースをと
ることができないという問題がある。本発明の目的は、
このような外部端子から電源への電流を防止して電源電
圧の異なるチップ間のインターフェースを可能にした半
導体集積回路を提供することにある。
As described above, in the conventional semiconductor integrated circuit shown in FIGS.
When the voltage higher than the power supply voltage is applied to the external terminal 60 and exceeds the forward voltage Vf of the parasitic diode 50, the power supply 70 Current flows through When the threshold voltage Vt of the PMOS 10 is smaller than the forward voltage Vf of the parasitic diode 50, the PMO
S10 is turned on, and a current flows similarly. Therefore, there is a problem that an interface between chips having different power supply voltages cannot be obtained. The purpose of the present invention is
It is an object of the present invention to provide a semiconductor integrated circuit which prevents such a current from an external terminal to a power supply and enables an interface between chips having different power supply voltages.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、CMOS型半
導体集積回路において、PチャネルMOSトランジスタ
の基体となるN型半導体層の電位を DD 2、前記Pチャ
ネルMOSトランジスタのソースが接続される電位をV
DD 1、外部端子に印加される電圧をV in 、前記Pチャネ
ルMOSトランジスタの寄生ダイオードの順方向電圧を
Vf、前記PチャネルMOSトランジスタのスレッショ
ルド電圧をVt、前記PチャネルMOSトランジスタの
ソースと前記N型半導体層間の電圧をV sub としたと
き、次の(1)式、(3)式を共に満たすように前記N
型半導体層の電位を設定したことを特徴とする半導体集
積回路。 DD 2>V in −Vf …(1) in <V DD 1+f(V DD 2−V DD 1) …(3) ここで、V sub =V DD 2−V DD 1,Vt=f
(V sub ):VtはV sub の関数
According to the present invention, in a CMOS semiconductor integrated circuit, the potential of an N-type semiconductor layer serving as a base of a P-channel MOS transistor is set at V DD 2 and the source of the P-channel MOS transistor is connected. Potential V
DD 1, the voltage applied to the external terminal V in, the P-channel
The forward voltage of the parasitic diode of the MOS transistor
Vf, threshold of the P-channel MOS transistor
The threshold voltage is Vt, and the P-channel MOS transistor
And a voltage source and the N-type semiconductor layers was V sub
In order to satisfy both the following equations (1) and (3),
A semiconductor integrated circuit, wherein a potential of a semiconductor layer is set . V DD 2> V in -Vf ... (1) V in <V DD 1 + f (V DD 2-V DD 1) ... (3) here, V sub = V DD 2- V DD 1, Vt = f
(V sub ): Vt is a function of V sub

【0006】[0006]

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の第1実施例の半導体集積回路の入力
バッファ回路図である。PMOS10,NMOS20,
及びCMOSゲート30を有しており、各々ソースを第
1の電源(以下、VDD1と称する)70とグランドに接
続し、PMOS10を構成するNウェルを第2の電源
(以下、VDD2と称する)71に、更にNMOS20を
構成するP型半導体基板をグランドに接続している。こ
こで、外部端子60にVinなる電圧が印加された場合、
寄生ダイオードがオンしないためには、VDD2は VDD2>Vin−Vf …(1) となるようにすればよい。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an input buffer circuit diagram of a semiconductor integrated circuit according to a first embodiment of the present invention. PMOS 10, NMOS 20,
And a CMOS gate 30, each having a source connected to a first power supply (hereinafter referred to as V DD 1) 70 and the ground, and an N well constituting the PMOS 10 connected to a second power supply (hereinafter referred to as V DD 2). , A P-type semiconductor substrate constituting the NMOS 20 is connected to the ground. Here, if V in becomes voltage is applied to the external terminals 60,
In order to parasitic diode is not turned on, V DD 2 may be V DD 2> V in -Vf ... in such a way that (1).

【0007】図2はPMOS10のソース−Nウェル間
電圧Vsub と、スレッショルド電圧Vtとの関係を示す
特性図である。Vsub は、 Vsub =VDD2−VDD1 …(2) として表わされる。同図からVsub を大きくして行く
と、Vtも大きくなることが判る。したがって、Vtは
sub の関数fとして、Vt=f(Vsub )と表すこと
ができる。ここで、Vinなる入力電圧に対してPMOS
10がオンしないためには、 Vin<VDD1+Vt=VDD1+f(VDD2−VDD1) …(3) となるように設定すればよい。したがって、(1)式、
(3)式を同時に満たすようにVDD2を設定することに
よって、電源VDD1の電圧より高い入力電圧Vinが印加
されても電流が流れることはない。
[0007] FIG. 2 is a characteristic diagram showing the voltage V sub-source -N wells PMOS 10, the relationship between the threshold voltage Vt. V sub is represented as V sub = V DD 2-V DD 1 ... (2). As you increase the V sub from the figure, it can be seen that the Vt also increases. Thus, Vt as a function f of the V sub, can be expressed as Vt = f (V sub). Here, PMOS against V in becomes input voltage
For 10 is not turned on, V in <V DD 1 + Vt = V DD 1 + f (V DD 2-V DD 1) ... (3) and may be set to be. Therefore, equation (1)
(3) by setting simultaneously V DD 2 so as to satisfy the equation, the electric current does not flow even if applied power V DD 1 of high input voltage V in from the voltage.

【0008】図3は本発明の第2実施例を示す半導体集
積回路の3ステート出力バッファ回路図である。PMO
S10,NMOS20,及び2入力NANDゲート3
1,2入力NORゲート32,及びインバータゲート3
3を有しており、第1実施例と同様に各々PMOS10
及びNMOS20のソースをVDD1及びグランドに接続
し、PMOS10を構成するNウェルをVDD2に、更に
NMOS20を構成するP型半導体基板をグランドに接
続している。ここで、イネーブル端子40を低レベルと
することによってPMOS10及びNMOS20は共に
オフ状態となり、出力は高インピーダンスとなる。この
とき、外部端子60に電源VDD1より高い入力電圧Vin
が印加された場合、電流がVDD1に流れないためには、
第1実施例と同様に(1)式、(3)式を同時に満たす
ようにVDD2を設定すればよい。
FIG. 3 is a three-state output buffer circuit diagram of a semiconductor integrated circuit showing a second embodiment of the present invention . PMO
S10, NMOS 20, and 2-input NAND gate 3
1 and 2 input NOR gate 32 and inverter gate 3
3 as in the first embodiment.
The source of the NMOS 20 is connected to V DD 1 and the ground, the N well forming the PMOS 10 is connected to V DD 2, and the P-type semiconductor substrate forming the NMOS 20 is connected to the ground. Here, by setting the enable terminal 40 to a low level, both the PMOS 10 and the NMOS 20 are turned off, and the output becomes high impedance. At this time, the power supply V DD 1 higher than the input voltage V in to the external terminal 60
Is applied, in order for the current not to flow to V DD 1,
As in the first embodiment, V DD 2 may be set so as to simultaneously satisfy the expressions (1) and (3).

【0009】図4は本発明の第3実施例であり、図1の
入力バッファに昇圧回路80を接続した例である。この
構成とすることによって、VDD1から昇圧回路80によ
ってVDD2を発生させることができ、単一電源を供給す
るだけでよい。同様に、図5に示す本発明の第4実施
例、即ち図3の3ステート出力バッファに昇圧回路80
を接続してもよく、VDD1から昇圧回路80によってV
DD2を発生させ、単一電源での構成を可能とする。
FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention, in which a booster circuit 80 is connected to the input buffer of FIG. With this configuration, V DD2 can be generated from V DD1 by the booster circuit 80, and only a single power supply needs to be supplied. Similarly, a booster circuit 80 is provided in the fourth embodiment of the present invention shown in FIG.
It may be connected to, V by the booster circuit 80 from V DD 1
Generates DD 2 to enable configuration with a single power supply.

【0010】[0010]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、Pチャネ
ルMOSトランジスタの基体となるN型半導体層の電位
DD 2、前記PチャネルMOSトランジスタのソースが
接続される電位V DD 1、外部端子に印加される電圧
in 、前記PチャネルMOSトランジスタの寄生ダイオ
ードの順方向電圧Vf、前記PチャネルMOSトランジ
スタのスレッショルド電圧Vt、前記PチャネルMOS
トランジスタのソースと前記N型半導体層間の電圧をV
sub としたとき、V DD 2>V in −Vfと、V in <V DD
+f(V DD 2−V DD 1)、ここで、(V sub =V DD 2−
DD 1,Vt=f(V sub ):VtはV sub の関数)の
関係を満たすように構成しているので、N型半導体層の
電位を必要最小限の電位とすることが可能となり、低消
費電力化が実現できるとともに、PMOSに接続される
外部端子に電源電圧より高い電圧が印加されても、外部
端子から電源へ電流が流れることを防止でき、電源電圧
が異なるチップ間でのインターフェースをとることがで
きる効果がある。
As described above, according to the present invention, the potential of the N-type semiconductor layer serving as the base of the P-channel MOS transistor is increased.
V DD 2, potential V DD 1 to which the source of the P-channel MOS transistor is connected , voltage applied to an external terminal
V in, the parasitic diode of the P-channel MOS transistor
Forward voltage Vf of the P-channel MOS transistor
Threshold voltage Vt of the P-channel MOS
The voltage between the source of the transistor and the N-type semiconductor layer is V
When sub , V DD 2> V in -V f and V in <V DD 1
+ F (V DD2 −V DD 1), where (V sub = V DD 2−
V DD 1, Vt = f (V sub ): Vt is a function of V sub )
Since it is configured to satisfy the relationship, the N-type semiconductor layer
The potential can be set to the minimum necessary potential,
Power consumption can be reduced, and even if a voltage higher than the power supply voltage is applied to the external terminal connected to the PMOS, current can be prevented from flowing from the external terminal to the power supply, and an interface between chips having different power supply voltages can be provided. There is an effect that can be taken.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例の入力バッファの回路図で
ある。
FIG. 1 is a circuit diagram of an input buffer according to a first embodiment of the present invention.

【図2】PMOSの基板バイアス−スレッショルド特性
図である。
FIG. 2 is a diagram showing a substrate bias-threshold characteristic of a PMOS.

【図3】本発明の第2実施例の3ステート出力バッファ
の回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a three-state output buffer according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3実施例の入力バッファの回路図で
ある。
FIG. 4 is a circuit diagram of an input buffer according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4実施例の3ステート出力バッファ
の回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram of a three-state output buffer according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】従来の半導体集積回路の入力バッファの一例の
回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram of an example of an input buffer of a conventional semiconductor integrated circuit.

【図7】従来の3ステート出力バッファの回路図であ
る。
FIG. 7 is a circuit diagram of a conventional three-state output buffer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 PMOS 20 NMOS 30 CMOSゲート 40 イネーブル端子 50 寄生ダイオード 60 外部端子 70 第1の電源 71 第2の電源 80 昇圧回路 Reference Signs List 10 PMOS 20 NMOS 30 CMOS gate 40 Enable terminal 50 Parasitic diode 60 External terminal 70 First power supply 71 Second power supply 80 Boost circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/8234 - 21/8238 H01L 21/8249 H01L 27/06 H01L 27/08 331 H01L 27/088 - 27/092 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/8234-21/8238 H01L 21/8249 H01L 27/06 H01L 27/08 331 H01L 27/088-27 / 092

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 PチャネルMOSトランジスタとNチャ
ネルMOSトランジスタで構成される相補型半導体集積
回路において、前記PチャネルMOSトランジスタの基
体となるN型半導体層の電位を DD 2、前記Pチャネル
MOSトランジスタのソースが接続される電位をV
DD 1、外部端子に印加される電圧をV in 、前記Pチャネ
ルMOSトランジスタの寄生ダイオードの順方向電圧を
Vf、前記PチャネルMOSトランジスタのスレッショ
ルド電圧をVt、前記PチャネルMOSトランジスタの
ソースと前記N型半導体層間の電圧をV sub としたと
き、次の(1)式、(3)式を共に満たすように前記N
型半導体層の電位を設定したことを特徴とする半導体集
積回路。 DD 2>V in −Vf …(1) in <V DD 1+f(V DD 2−V DD 1) …(3) ここで、V sub =V DD 2−V DD 1,Vt=f
(V sub ):VtはV sub の関数
1. A P-channel MOS transistor and an N-channel MOS transistor.
Complementary semiconductor integration composed of flannel MOS transistors
In the circuit, the base of the P-channel MOS transistor
The potential of the N-type semiconductor layerV DD 2, saidP channel
The source of the MOS transistor is connectedPotential V
DD 1. The voltage applied to the external terminal is V in , The P channel
The forward voltage of the parasitic diode of the MOS transistor
Vf, threshold of the P-channel MOS transistor
The threshold voltage is Vt, and the P-channel MOS transistor
The voltage between the source and the N-type semiconductor layer is V sub And
In order to satisfy both the following equations (1) and (3),
Potential of semiconductor layer was setSemiconductor collection characterized by the following:
Product circuit.V DD 2> V in −Vf (1) V in <V DD 1 + f (V DD 2-V DD 1)… (3) Where V sub = V DD 2-V DD 1, Vt = f
(V sub ): Vt is V sub Function
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