JP3022424B2 - 出力保護回路内蔵半導体集積回路 - Google Patents

出力保護回路内蔵半導体集積回路

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JP3022424B2 JP9207877A JP20787797A JP3022424B2 JP 3022424 B2 JP3022424 B2 JP 3022424B2 JP 9207877 A JP9207877 A JP 9207877A JP 20787797 A JP20787797 A JP 20787797A JP 3022424 B2 JP3022424 B2 JP 3022424B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路の出
力回路に関し、特に半導体集積回路に電力を供給する電
源の制御単位が異なるインタフェースに使用する半導体
集積回路の出力回路に関する。
【0002】
【従来の技術】一般的なCMOS型半導体集積回路の出
力回路を図3に、また、該出力回路を構成するための半
導体集積回路の断面図を図4に示す。本回路はpチャン
ネルMOSトランジスタ1とnチャンネルMOSトラン
ジスタ5との2つの素子により構成されている。
【0003】各トランジスタ1および5のゲート端子は
入力端子11と接続されている。pチャンネルMOSト
ランジスタ1のソース端子は電源端子13と接続され、
ドレイン端子は出力端子12と接続される。また、nチ
ャンネルMOSトランジスタ5のソース端子は接地端子
14と接続され、ドレイン端子は出力端子12と接続さ
れる。
【0004】本構成によるとpチャンネルMOSトラン
ジスタ1およびnチャンネルMOSトランジスタ5には
それぞれ寄生ダイオード6および10が生じ、図4に示
されるようにダイオード6は出力端子12から電源端子
13へ電流が流れる向きに形成され、ダイオード10は
接地端子14から出力端子12へ電流が流れる向きに形
成される。
【0005】本回路を図6に示すようにバスに接続する
場合、ノイズなどの原因により出力端子に対し電源電圧
より高い電圧が加わると出力端子12からダイオード6
を介して電源端子13に電流が流れることになる。
【0006】つまりpチャンネルMOSトランジスタ1
のドレインとソース端子間に寄生するpn接合に順方向
バイアスが印加される。このため、電流が流れ続けラッ
チアップを起こすことがあった。
【0007】逆に、出力端子12に対し接地電位より低
い電圧が加わると接地端子14からダイオード10を介
して出力回路12に電流が流れることになる。
【0008】すなわち、nチャンネルMOSトランジス
タ5のドレインおよびソース間に寄生するpn接合に順
方向バイアスが印加されラッチアップが発生することが
あった。
【0009】また、本回路が図6に示されるようにバス
接続されている場合、一つの出力回路の電源が切れた時
(電源電圧0Vとなる)には該出力回路の電源端子が接
地されるため、他の出力回路がHighレベル電圧を出
力したとしても電源断となった出力回路の寄生ダイオー
ド6によりバスラインがクランプされてしまう。クラン
プ電圧はpn接合ダイオードの1段分の順方向電圧であ
る0.7V〜0.8Vとなる。
【0010】このため、バスラインでは0.7V〜0.
8Vを上回るHighレベル信号の伝送が不可能とな
る。
【0011】上記問題に対処するために提案されたもの
が特開昭62−120063号公報記載の回路である。
【0012】特開昭62−120063号公報に示され
ている従来の回路を図5に示す。pチャンネルMOSト
ランジスタ1とnチャンネルMOSトランジスタ5とで
構成される出力回路に対し、カソード側を出力端子12
とnチャンネルMOSトランジスタ5のドレインに接続
し、アノード側をpチャンネルMOSトランジスタ1の
ドレイン側に接続するようpn接合ダイオード17を設
けている。これにより出力端子から電源電圧より高い信
号電圧を加えた場合にも該ダイオードには逆バイアスと
なるためpチャンネルMOSトランジスタ1のドレイン
を介して基板に電流が流れることを阻止することがで
き、タッチアップ防止効果がある。また、出力回路の電
源が断たれた状態で出力端子12に電圧を加えてもpn
接合ダイオード17に対しては逆バイアスとなるため電
流が流れ込むことがないので出力端子がLowレベルに
クランプされることがない。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】ところが特開昭62−
120063号公報に開示される従来の方式は、出力回
路にpn接合ダイオードが1段挿入されるため、出力回
路がHighレベル電圧を出力する場合にはダイオード
による電位降下は免れることができない。特開昭62−
120063号公報に開示されている他の従来方式で
は、Low側電圧出力用のnチャンネルMOSトランジ
スタ5と出力端子12間にも逆電流防止用ダイオードを
挿入しているため、この場合にはLowレベル電位上昇
は免れることはできない。つまりダイオードを出力段に
挿入することによって出力振幅を低下させてしまうとい
う問題点がある。
【0014】また、本従来回路を使用した場合に出力回
路と接続される次段回路またはバス接続されているレシ
ーバ回路22との信号伝送を確実なものとするためには
レシーバ回路22は入力電圧余裕が広い回路を使用しな
ければならなかったり、動作マージンの減少を防ぐため
に信号伝送線路やバスラインにノイズ防止等の特別の措
置が必要となるなど使用上の制限が多くなる等の問題点
があった。
【0015】本発明の目的は出力回路の電源電圧が断た
れている状態において出力回路へ電流が流れ込むことを
防ぐ処置を講じても従来方式の欠点である通常動作時の
出力振幅の減少をできる限り抑えることができる半導体
集積回路を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明の回路は、pチャ
ンネルMOSトランジスタ1とnチャンネルMOSトラ
ンジスタ5で構成されたCMOS型半導体集積回路にお
いて、pチャンネルMOSトランジスタ1のドレイン端
子と出力端子12の間に電流遮断用のnチャンネルMO
Sトランジスタ4を挿入し、入力端子11からCMOS
インバータ回路30の出力信号を前記nチャンネルMO
Sトランジスタ4のゲート端子へ接続し、前記CMOS
インバータ回路30の出力電圧により挿入したnチャン
ネルMOSトランジスタ4の導通/非導通状態を制御す
ることにより出力回路に電流が流れ込むことを防ぐ構成
となっている。
【0017】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して詳細に説明する。
【0018】図1を参照すると、本発明の実施の形態で
は、出力回路はpチャンネルMOSトランジスタ1と、
nチャンネルMOSトランジスタ4および5と、pチャ
ンネルMOSトランジスタ2およびnチャンネルMOS
トランジスタ3から成るCMOSインバータ回路30と
から構成されている。
【0019】pチャンネルMOSトランジスタ1のゲー
ト端子とnチャンネルMOSトランジスタ5のゲート端
子は入力端子11と接続されている。pチャンネルMO
Sトランジスタ1のソース端子は電源端子13と接続さ
れ、nチャンネルMOSトランジスタ5のソースは接地
端子14と接続されている。
【0020】また、pチャンネルMOSトランジスタ1
のドレイン端子は電流遮断用のnチャンネルMOSトラ
ンジスタ4のドレイン端子と接続され、nチャンネルM
OSトランジスタ5のドレイン端子は出力端子12なら
びにnチャンネルMOSトランジスタ4のソースと接続
されている。電流遮断用のnチャンネルMOSトランジ
スタ4のゲート端子はCMOSインバータ回路30の出
力と接続される。
【0021】図1の回路を実際の半導体集積回路として
構成する場合の断面図が図2で示される。図1と図2中
の同一番号の箇所は同一部分であることを示す。図2に
おいて、pチャンネルMOSトランジスタ1および2
と、nチャンネルMOSトランジスタ3,4および5と
はそれぞれ構造上pn接合が構成されることにより寄生
ダイオード1,2と3,4,5が生成される。
【0022】次に本実施の形態の動作について説明す
る。
【0023】電源電圧が通常の動作用電圧に設定されて
いる場合を考える。
【0024】入力端子11にLowレベル電圧が入力さ
れるとnチャンネルMOSトランジスタ5は非導通状
態、pチャンネルMOSトランジスタ1は導通状態とな
る。またCMOSインバータ回路30はHighレベル
出力するためnチャンネルMOSトランジスタ4も導通
状態となる。すなわち、出力端子12からみて電源端子
側の2つのトランジスタ1および4が導通するため出力
端子12にはHighレベルが出力される。
【0025】逆に、入力端子11に対しHighレベル
電圧が入力されるとnチャンネルMOSトランジスタ5
は導通状態、pチャンネルMOSトランジスタ1は非導
通状態となる。
【0026】また、CMOSインバータ回路30はLo
wレベル出力するためnチャンネルMOSトランジスタ
4も非導通状態となる。すなわち、出力端子12からみ
て接地端子側のトランジスタのみが導通するため出力端
子12にはLowレベルが出力される。
【0027】すなわち、電源電圧が通常の動作用電源電
圧に設定されている場合、これら一連の動作は一般的な
CMOS回路のスイッチング動作と同じであることが言
える。
【0028】なお、nチャンネルMOSトランジスタ4
の導通抵抗はダイオードの順方向抵抗とは異なり自由に
設定することができ、導通時の電圧低下もダイオードの
順方向端子電圧(0.7V〜0.8V)より十分小さく
できることは周知の事項である。
【0029】次に本出力回路の電源が断たれている場合
について考える。
【0030】この場合、出力回路の電源端子13は0V
となっているためpチャンネルMOSトランジスタ1,
2およびnチャンネルMOSトランジスタ3,4,5は
すべて非導通状態となる。出力端子からみて電気的な接
続は接地側の寄生ダイオード10だけである。
【0031】出力端子12にHighレベル電圧を加え
ても、nチャンネルMOSトランジスタ4および5はい
ずれも非導通状態であり、寄生ダイオード10に対して
は逆バイアスとなる。
【0032】したがって、電源断時に外部からHigh
レベル電圧を印加しても出力回路へと電流が流れ込まず
電気的接続がないと言える。
【0033】本発明による出力回路の使用例を図6に示
す。
【0034】出力回路21が出力端子12を経由してバ
スライン20に複数接続されているとする。なお、バス
接続するためには出力回路は3−state状態に設定
できる回路でなければならないが、以下では出力回路の
電源が断たれている時の動作を主体に説明するためpチ
ャンネルMOSトランジスタ1とnチャンネルMOSト
ランジスタ10を同時に非導通状態に制御するための3
−state制御回路の記載は省略してある。
【0035】バスライン20には出力回路21が出力し
た論理信号を受信するレシーバ回路22も接続されてい
る。ここで、ある特定の出力回路の電源を遮断した場合
について説明する。一般的なCMOS回路(図2で図
示)が図6のようにバス接続されている場合は、出力回
路に寄生ダイオード6が形成されているため、バス接続
された出力回路の電源を0Vとすると、バスラインが上
記寄生ダイオードによりクランプされてしまいバス内の
信号伝送が不可能となるが、本発明による出力回路をバ
ス接続した場合には、特定の出力回路の電源を落とす
と、特別な手順を踏むことなく電源を断つことにより出
力回路と外部回路との電気的接続を切り離すことが可能
となる。
【0036】これにより、バスに接続された特定の出力
回路の電源を信号伝送中に断ったとしてもバス上の信号
はLowレベルクランプされることなく、バス上の信号
伝送を継続し続けることができる。
【0037】本実施の形態では、CMOS回路出力部の
電気的遮断方法を実現するための例を挙げたがCMOS
回路の代わりにトーテムポール型バイポーラトランジス
タ回路に対しても同様にnpnバイポーラトランジスタ
を用いて電気的遮断を実現することができる。
【0038】
【発明の効果】以上、本発明には、CMOS出力回路に
おいて外部回路との電気的接続遮断回路となるnチャン
ネルMOSトランジスタを設け、電源断時には遮断回路
が非導通状態となるよう構成することにより出力回路の
電源がOFF状態であっても、CMOS出力回路に通常
寄生するダイオードの存在を無視することができ、ラッ
チアップ等の誤動作を気にすることなく、かつ、CMO
S回路を電源制御単位が独立なインタフェース部の信号
伝送へ自由に使用することが可能となり、本出力回路を
使用したシステムの信頼性を高めることができるという
効果がある。なお、一般的にnチャンネルMOSトラン
ジスタの導通時の電位降下はpn接合ダイオードより小
さいため電流遮断回路としてnチャンネルMOSトラン
ジスタを用いる本発明を採用することにより通常動作時
の振幅低下を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の回路図である。
【図2】本発明の実施の形態の断面図である。
【図3】一般的なCMOS型出力回路を示す回路図であ
る。
【図4】一般的なCMOS型出力回路の断面図である。
【図5】一般的なCMOS回路について対策を施した従
来回路を示す回路図である。
【図6】出力回路のバス接続例を示す図である。
【符号の説明】
1,2 pチャンネルMOSトランジスタ 3,4,5 nチャンネルMOSトランジスタ 6,7,8,9,10 寄生ダイオード 11 入力端子 12 出力端子 13 電源端子 14 接地端子 15 nウェル 16 p型基板 17 pn接合ダイオード 20 バスライン 21 出力回路 22 レシーバ回路 23 レシーバ入力端子 30 CMOSインバータ回路

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 pチャンネルMOSトランジスタとnチ
    ャンネルMOSトランジスタとから構成されるCMOS
    回路において、前記pチャンネルMOSトランジスタと
    前記nチャンネルMOSトランジスタとの間にさらにn
    チャンネルMOSトランジスタを挿入し、挿入したnチ
    ャンネルMOSトランジスタのソースを出力端子と接続
    し、入力信号を入力端子からpチャンネルMOSトラン
    ジスタとnチャンネルMOSトランジスタのゲート端子
    に供給するとともに、前記入力端子からCMOSインバ
    ータ回路を介して前記挿入したnチャンネルMOSトラ
    ンジスタのゲートに供給されており、該回路内の電源電
    圧を断つことにより出力回路内の全回路が外部回路との
    電気的接続を遮断できることを特徴とする出力保護回路
    内蔵半導体集積回路。
  2. 【請求項2】 前記CMOS回路に代えてトーテムポー
    ル構成のバイポーラトランジスタを用いたことを特徴と
    する請求項1記載の出力保護回路内蔵半導体集積回路。
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