JP3123599B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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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に係
わり、特に半導体基板上に構成されるマイクロコンピュ
ータに内蔵されるソフトウエアプルアップ抵抗回路又は
ソフトウエアプルダウン抵抗回路を有する半導体集積回
路に好適に用いられる半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロコンピュータ(以下マイコンと
称す)は、外部機器を容易に制御すべく入力、出力また
は入出力端子を備える。マイコンは、外部機器から与え
られる電圧レベルをCPU(中央処理装置)に取り込み
処理を行うため、入力端子(入力モード時の入出力端子
を含む)には、ハイレベルまたはロウレベルを与える必
要があるが、外部機器の制御等の理由によりどちらのレ
ベルも与えることができない時には、一般にプルアップ
抵抗と称する電源と入力端子との間に抵抗素子を挿入し
て入力端子をハイレベルとする。前記抵抗素子は、外部
機器制御基板の高集積化の要求によりマイコンに内蔵さ
れる場合もある。
【0003】そこで、マイコンに内蔵されるプルアップ
抵抗について、特開昭62−259292号公報に開示
されたものを以下に説明する。図6において、Rpはプ
ルアップ抵抗、Tr3はVccからプルアップ抵抗Rpを
通して外部端子INに流れる電流を遮断することを目的
とするPチャネルMOSトランジスタ、14は外部回路
である。Tr1,Tr2はそれぞれPチャネルMOSト
ランジスタ,NチャネルMOSトランジスタでCMOS
インバータ回路を構成している。パワーセーブ信号PS
がロウレベルでPチャネルMOSトランジスタTr3が
オン状態のときは、CMOSインバータ回路の入力端子
がプルアップされ、外部回路14の出力がハイレベルあ
るいはハイインピーダンス状態時には、内部回路にロウ
レベルの信号を供給し、ロウレベルの時にはハイレベル
の信号を内部回路に供給する。一方、パワーセーブ信号
PSがハイレベルでPチャネルMOSトランジスタがオ
フ状態のときは、Vccからプルアップ抵抗Rpを通して
外部端子INに流れる電流は遮断される。上記プルアッ
プ抵抗は特に外部回路の出力がハイインピーダンス状態
時に内部回路に固定のレベルを与えるものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した回路をマイコ
ンに内蔵するためには、いくつかの問題が存在する。通
常プルアップ抵抗の抵抗値は、数十Kオームである。し
かし、この抵抗を拡散抵抗等により半導体基板上に形成
した時の面積は、他の素子に比較して非常に大きくなる
ため半導体チップの面積を大きくしてしまう原因とな
る。また近年マイコンは低電圧動作の要求が多くなって
きたためマイコンに搭載する回路はすべて幅広い電圧で
の特性を保証することが求められる。
【0005】本発明の目的は、半導体基板上での占有面
積を低減し、かつ幅広い動作電源電圧を保証できるプル
アップ抵抗回路又はプルダウン抵抗回路を提供すること
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体集積回路
は、高電圧側の電源と入力端子との間に設けられた複数
の絶縁ゲート型トランジスタを含むプルアップ抵抗回路
を有し、前記複数の絶縁ゲート型トランジスタは、同一
の信号をゲート入力とし、導通状態におけるドレイン電
極とソース電極との間の電圧−抵抗特性がそれぞれ異な
り、それぞれのドレイン電極とソース電極とがスイッチ
素子を介して接続され、前記スイッチ素子は、所望のプ
ルアップ抵抗値に応じて、接続状態と非接続状態とのど
ちらか一方が、それぞれ選択されることを特徴とする
【0007】また、本発明の半導体集積回路は、低電圧
側の電源と入力端子との間に設けられた複数の絶縁ゲー
ト型トランジスタを含むプルダウン抵抗回路を有し、前
記複数の絶縁ゲート型トランジスタは、同一の信号をゲ
ート入力とし、導通状態におけるドレイン電極とソース
電極との間の電圧−抵抗特性がそれぞれ異なり、それぞ
れのドレイン電極とソース電極とがスイッチ素子を介し
て接続され、前記スイッチ素子は、所望のプルダウン抵
抗値に応じて、接続状態と非接続状態とのどちらか一方
が、それぞれ選択されることを特徴とする
【0008】なお、上記入力端子には上述したように、
入力モード時の入出力端子も含まれる。
【0009】
【発明の実施の形態】まず、本発明にいたる経緯につい
て説明する。
【0010】プルアップ抵抗は抵抗値が高すぎると十分
な電流を供給できずに、入力端子の電位を“H”レベル
にできない場合がある。一方、抵抗値が低すぎた場合に
は供給電流が増大して電圧を十分低減させることができ
なくなり、入力端子の電位を“L”レベルにできない場
合がある。したがって、プルアップ抵抗としては抵抗値
が所定の範囲内であることが求められる(プルダウン抵
抗の場合も同様である)。
【0011】本発明者は、プルアップ(又はプルダウ
ン)抵抗を半導体基板に形成した時の占有面積を低減す
るための方法として、プルアップ(又はプルダウン)抵
抗として絶縁ゲート型トランジスタであるMOSトラン
ジスタを用いることを検討した。しかしながら、MOS
トランジスタは図3(a)に示すようなVDS−IDS特性
を示し、動作電源電圧が低電圧でソース電極とドレイン
電極間の電圧VDSが低い場合には抵抗(VDS/IDS)が
高くなるために、例えばユーザーがマイコンチップに加
える電源電圧について低電圧動作を行なおうとした場合
は、抵抗値が望まれる所定の範囲を超えてしまう場合が
あった。
【0012】本発明の半導体集積回路は、複数のMOS
トランジスタの中からユーザの動作電源電圧で最適なソ
ース電極とドレイン電極間の電圧−抵抗特性のMOSト
ランジスタを選択し、プルアップ(又はプルダウン)抵
抗としたものである。すなわち、例えば、図3(b)の
A,Bに示すようなVDS−IDS特性を示す二つのMOS
トランジスタを形成し、ユーザーが低電圧動作を行なお
うとした場合は、低電圧領域でより抵抗値が小さい特性
BのMOSトランジスタを選択し、ユーザーが高電圧動
作を行なおうとした場合は、高電圧領域でより抵抗値が
大きい特性AのMOSトランジスタを選択する。このよ
うにすることで、図3(c)に示すようにユーザの動作
電源電圧で抵抗値の変動が少ない(VDS−IDS特性が直
線に近い)好適な抵抗値を有するプルアップ(又はプル
ダウン)抵抗を構成することができる。
【0013】そして、半導体基板上に占有する面積は、
複数のMOSトランジスタと、これらのMOSトランジ
スタを選択する手段(例えば、接続配線やトランジスタ
等で構成される論理回路)のみであるので、従来の拡散
抵抗等の抵抗素子を用いた方法よりも占有面積を小さく
することが可能である。また、複数のMOSトランジス
タを選択できることにより幅広い動作電源電圧を保証す
ることを可能にする。
【0014】次に、本発明の実施形態について図面を参
照しながら説明する。
【0015】図1は、本発明によるプルアップ抵抗回路
の実施の形態を示す回路図である。図1を参照すると、
PチャネルMOSトランジスタ1および2が電源電圧
(高圧側の電源電圧)VDDと入力端子5に直列接続で挿
入され、いずれのゲート電極にも、ソフトウエアにより
ハイレベルでイネーブルになるENABLE信号が供給
されている。また、PチャネルMOSトランジスタ1お
よび2の接続点Aには、電源電圧との間を接続または非
接続とするためのスイッチ3と、入力端子5との間を接
続または非接続とするためのスイッチ4とが接続され
る。ここでは、スイッチ3,4がMOSトランジスタの
選択を行う。PチャネルMOSトランジスタ1が低電圧
(例えば2V)時に使用するMOSトランジスタ、Pチ
ャネルMOSトランジスタ2が高電圧(例えば5V)時
に使用するMOSトランジスタである。
【0016】スイッチの接続および非接続は、ユーザの
動作電源電圧範囲により決定できるので半導体製造工程
における配線工程にて行い、スイッチ3,4のいずれか
を選択する。例えばユーザが低電圧を選択すれば、Pチ
ャネルMOSトランジスタ2のソース・ドレイン間をア
ルミ配線で短絡し(スイッチ4が接続状態)、ユーザが
高電圧を選択すれば、PチャネルMOSトランジスタ1
のソース・ドレイン間をアルミ配線で短絡する(スイッ
チ3が接続状態)。
【0017】したがって、半導体製造工程が終了した時
点で既に使用するPチャネル型MOSトランジスタが決
定されているので、ユーザは、ソフトウエアにより入力
端子にプルアップ抵抗を接続するためのレジスタに対し
てアクティブになる命令を行うだけでプルアップ抵抗を
接続することが可能となる。
【0018】本実施形態はMOSトランジスタを2個設
けて本発明に係わるプルアップ抵抗を構成できるので、
図6のように、拡散抵抗の抵抗素子とMOSトランジス
タとを設けた場合に比べ20%以上占有面積の低減を図
ることができた。なお、拡散抵抗は占有面積の低減が困
難である一方、MOSトランジスタは半導体製造技術の
進展により占有面積のさらなる低減が可能であり、本発
明により占有面積のさらなる低減も可能となる。
【0019】次に、本発明に係わる参考例について図面
を参照しながら説明する。図2は本発明によるプルアッ
プ抵抗回路の参考例を示す回路図である。図2を参照す
ると、電源電圧VDDおよび入力端子8の間に低電圧用の
Pチャネル型MOSトランジスタ6と高電圧用のPチャ
ネル型MOSトランジスタ7とをそれぞれ挿入する。制
御信号としては、前記ENABLE信号とソフトウエア
により低電圧用か高電圧用かを選択するレジスタに対し
て低電圧用Pチャネル型MOSトランジスタを使用する
ならば論理レベルをロウレベルに、高電圧用Pチャネル
型MOSトランジスタを使用するならば論理レベルがハ
イレベルになるHIGH信号が接続される。ここではM
OSトランジスタの選択をおこなうのはインバータ、N
AND回路からなる論理回路となる。
【0020】したがって、ユーザは2つのレジスタに対
して命令を行うことでプルアップ抵抗を接続できる。
【0021】本参考例はMOSトランジスタを2個、N
AND回路2個、インバータ1個設けることでプルアッ
プ抵抗とMOSトランジスタ選択のための手段を構成で
きるので、図6のように、拡散抵抗の抵抗素子とMOS
トランジスタを設けた場合に比べ、7%以上占有面積の
低減を図ることができた。なお、拡散抵抗は占有面積の
低減が困難である一方、MOSトランジスタやインバー
タ等の回路は半導体製造技術の進展により占有面積のさ
らなる低減が可能であり、本参考例により占有面積のさ
らなる低減も可能となる。
【0022】本発明はプルアップ抵抗を用いた半導体集
積回路だけでなく、プルダウン抵抗を用いた半導体集積
回路に用いることができる。図4、図5はそれぞれ図
1、2に対応するものであり、図4において11,12
はNチャネル型MOSトランジスタであり、図5におい
て16,17はNチャネル型MOSトランジスタであ
る。図4に示すように、Nチャネル型MOSトランジス
タ11,12はGND(低圧側の電源電圧)と入力端子
5との間に直列接続で挿入されている。また図5に示す
ように、Nチャネル型MOSトランジスタ16,17は
GNDと入力端子5との間に並列接続で挿入されてい
る。図4、図5の半導体集積回路の構成及び動作は図
1、図2と略同様なのでここでは説明を略する。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体集積
回路は、複数の絶縁ゲート型トランジスタと、動作電源
電圧により使用するトランジスタを選択する手段とを有
するので、従来拡散抵抗等の抵抗素子でプルアップ(又
はプルダウン)抵抗を実現していた場合より実装面積を
小さくすることができ、また幅広い動作電源電圧を保証
することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の回路図である。
【図2】本発明の参考例の回路図である。
【図3】本発明を説明するための特性図である。
【図4】本発明の他の実施形態の回路図である。
【図5】本発明の他の参考例の回路図である。
【図6】従来例のプルアップ抵抗を用いた半導体集積回
路の回路図である。
【符号の説明】
1,2,6,7 Pチャネル型MOSトランジスタ 11,12,16,17 Nチャネル型MOSトラン
ジスタ 3,4 スイッチ素子 Rp 抵抗素子 5,8 入力端子 14 外部回路
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 19/0175

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高電圧側の電源と入力端子との間に設け
    られた複数の絶縁ゲート型トランジスタを含むプルアッ
    プ抵抗回路を有し、 前記複数の絶縁ゲート型トランジスタは、同一の信号を
    ゲート入力とし、導通状態におけるドレイン電極とソー
    ス電極との間の電圧−抵抗特性がそれぞれ異なり、それ
    ぞれのドレイン電極とソース電極とがスイッチ素子を介
    して接続され、 前記スイッチ素子は、所望のプルアップ抵抗値に応じ
    て、接続状態と非接続状態とのどちらか一方が、それぞ
    れ選択されることを特徴とする半導体集積回路。
  2. 【請求項2】 低電圧側の電源と入力端子との間に設け
    られた複数の絶縁ゲート型トランジスタを含むプルダウ
    ン抵抗回路を有し、 前記複数の絶縁ゲート型トランジスタは、同一の信号を
    ゲート入力とし、導通状態におけるドレイン電極とソー
    ス電極との間の電圧−抵抗特性がそれぞれ異なり、それ
    ぞれのドレイン電極とソース電極とがスイッチ素子を介
    して接続され、 前記スイッチ素子は、所望のプルダウン抵抗値に応じ
    て、接続状態と非接続状態とのどちらか一方が、それぞ
    れ選択されることを特徴とする半導体集積回路。
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