JP3190915B2 - 低電圧cmosプロセスを用いた高電圧cmos論理 - Google Patents
低電圧cmosプロセスを用いた高電圧cmos論理Info
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Description
回路に関し、更に詳しくは、低電圧CMOS処理の高密度の
利点を保持しながら、より大きな出力信号を発生するよ
り大きな電源電圧を可能にする論理回路の形成に関す
る。
る。CMOS技術の電気的な性質は、よく理解されている。
CMOS回路に電力を与えるのに用いられる電圧は、個々の
トランジスタの物理的な寸法、すなわち、その規模(配
列、geometry)と、トランジスタの製造において用いら
れる特定の処理とに依存する。
電源電圧範囲で動作する。5ボルトの電源電圧範囲を超
えるところで動作する高密度のCMOS集積回路を作成する
処理技術が開発されてきており、当業者にはよく理解さ
れている。これらの集積回路は、GNDと+5ボルトとの
ほぼ間の範囲にある出力信号を生じる。
な電圧の値を有する入力信号を必要とする幾つかの他の
デバイスを駆動又は制御しなければならない。1つの例
は、ハンドヘルド型のゲーム、ハンドヘルド・コンピュ
ータ、及びラップトップ/ノートブック・コンピュータ
において用いられるタイプの液晶ディスプレイを駆動す
る必要である。コンピュータのスクリーンに用いられる
LCDディスプレイは、8ボルトから20ボルト程度までの
電圧で動作しなければならない多数の入力制御信号を必
要とする。CMOS集積回路は、このような高い値の電圧を
有する出力信号を発生するためには、このCMOS集積回路
のための電源電圧の範囲は、高い値をもたなければなら
ない。
ど、個々のトランジスタは大型にならなければならな
い。更に、より大きな電源電圧を用いると、特別の処理
上の考慮を必要とする。デバイスの規模が大きくなれば
より複雑な処理が結果的に必要となり、それによって、
特定の集積回路の製造コストは上昇する。その理由は、
集積回路の全体の面積と製造プロセスにおける複雑性と
は、共に、特定の回路のコストを決定する際の主なファ
クタであるからである。
メカニズムには複数ある。最も重要なメカニズムは次の
3つである。
現れる過剰電圧に起因するチャンネル・ブレークダウ
ン。
ダウンである。この特定の故障メカニズムは、また、長
い時間に亘る信頼性の問題であり、その理由は、ゲート
酸化物のブレークダウンは、時間と電圧との両方に依存
する。
おいて現れるダイオードの逆電圧ブレークダウンに対応
する接合ブレークダウン。
レークダウンし得る標準的なCMOS集積回路には2つのタ
イプの接合があり、すなわち、ソース/ドレインからウ
ェルへの結合と、ソース/ドレインから基板への接合と
である。これらの2つのタイプの接合のうち、ソース/
ドレインからウェルへの接合は、典型的には、より低い
ブレークダウン電圧を有し、最い悪いケースと考えなけ
ればならない。nウェル・プロセスが用いられると仮定
すると、低い方のブレークダウン電圧は、一般には、p
チャンネル・トランジスタにおいてであり、逆に、pチ
ャンネルが用いられる場合には、低い方のブレークダウ
ン電圧は、nチャンネル・トランジスタで生じる。
ャンネル・デバイスは、グランドの電源導体と出力ノー
ドとの間に結合される。更に、1又は複数のpチャンネ
ル・デバイスは、出力ノードとVDD電源導体との間に結
合される。nチャンネル・トランジスタは、イネーブル
されると、出力ノードからグランドへの導電性経路を作
成する。また、pチャンネル・トランジスタは、イネー
ブルされると、出力ノードから正の電源導体VDDへの導
電性経路を作成する。よって、論理ゲートの出力ノード
は、グランドとVDDとの間で切り換わる。種々のトラン
ジスタのゲート端子は、外部の入力端子に結合され、ま
たは、前の論理ゲート回路の出力ノードに結合される。
べてのトランジスタのゲート酸化物は、電源の差(VDD
−GND)に等しい電圧を経験する。更に、それぞれのト
ランジスタに対して、チャンネルに亘る電圧、すなわ
ち、ドレインとソースとの間の電圧は、やはり、電源の
差(VDD−GND)に等しい。ゲート酸化物に亘る電圧と、
チャンネルに亘る電圧とは、電源電圧の間の最大の差で
あるとは限らないが、任意のトランジスタにゲート酸化
物又はチャンネルに亘る最大の電源電圧差を強制的に経
験させる入力状態がある。したがって、これらの標準的
なCMOS論理構成に対する電源電圧は、ゲート酸化物ブレ
ークダウン、ゲート酸化物の信頼性の低下、又はチャン
ネル・ブレークダウンのいずれも生じないように選択さ
れなければならない。
のそれぞれのソース及びドレインに形成される接合ダイ
オードもまた、この接合ダイオード上の逆バイアスとし
ての最大の電源電圧差に露出される。したがって、電源
電圧VDDのグランドに対する大きさは、このデバイスの
逆バイアス接合ブレークダウンを超えることができず、
上述のように、最悪のケースは、通常は、ソース/ドレ
インからウェルへの接合において見られる。
的に時間に依存し、CMOS集積回路の長期的な信頼性は、
そこに含まれるCMOSトランジスタに印加される最大のゲ
ート酸化物電圧に強く影響を受ける。電源電圧が論理的
なゲート酸化物ブレークダウン電圧よりも低く維持され
ていても、そのような標準的なCMOS論理構成を用いてい
る集積回路の長期的な信頼性は、最大ゲート酸化物電圧
があまり高くなり過ぎると、低下する。
の電源電圧範囲を超えて動作するCMOS集積回路で従来用
いられているCMOSトランジスタの規模とCMOS処理技術と
を維持しながら、5ボルトをはるかに超える電源電圧範
囲(すなわち、低電圧で)で動作され得るCMOS集積回路
トランジスタ構成を提供することである。
点を維持しながら、より大きな電圧の出力信号を発生す
る大きな電源電圧の使用を可能にするCMOS集積論理回路
を提供することである。
ン、ゲート酸化物ブレークダウン及び接合ブレークダウ
ンの故障モードを回避しながら、低電圧の電源範囲と共
に低電圧型のCMOSトランジスタを用いるCMOS集積回路ト
ランジスタ構成を提供することである。
うことなく、低電圧の電源範囲と共に低電圧型のCMOSト
ランジスタを用いるCMOS集積回路トランジスタ構成を提
供することである。
著しく上昇させることなく、低電圧の電源範囲と共に低
電圧型のCMOSトランジスタを用いるCMOS集積回路トラン
ジスタ構成を提供することである。
明に関する記載から、当業者には明らかになるであろ
う。
較的高い電源電圧での動作を可能にするCMOS集積回路ト
ランジスタ構成であって、第1及び第2の電源電圧を受
け取る第1及び第2の電源導体であって前記第1及び第
2の電源電圧の間の差の大きさは所定の動作電圧に比例
する第1及び第2の電源導体と、前記第1及び第2の電
源電圧のほぼ中間にある第1の遮蔽電圧を受け取る第1
の遮蔽電圧導体と、入力信号を受け取る入力端子と、ソ
ース、ドレイン及びゲート端子を有する第1のCMOSトラ
ンジスタであって前記第1のCMOSトランジスタの前記ド
レイン端子は前記入力端子に結合され前記第1のCMOSト
ランジスタの前記ゲート端子は前記第1の遮蔽電圧導体
に結合された第1のCMOSトランジスタと、ソース、ドレ
イン及びゲート端子を有する第2のCMOSトランジスタで
あって該第2のCMOSトランジスタはそのゲート及びソー
ス端子の間に印加される電圧が前記所定の動作電圧より
も小さいときにだけ信頼性をもって動作し該第2のCMOS
トランジスタの前記ゲート端子は前記第1のCMOSトラン
ジスタの前記ソースに結合され該第2のCMOSトランジス
タの前記ソースは前記第1及び第2の電源導体の一方に
結合される第2のCMOSトランジスタと、前記第2のCMOS
トランジスタの前記ドレイン端子に結合されており出力
信号を提供する出力端子と、を組合せとして備えたCMOS
集積回路トランジスタ構成が提供される。
トランジスタ構成において、前記第1及び第2のCMOSト
ランジスタは、それぞれが、nチャンネルCMOSトランジ
スタであり得る。また、前記第1及び第2の電源電圧は
接地電位であり、前記第2のトランジスタのソース端子
は接地電位に結合され得る。
トランジスタ構成において、前記第1及び第2のCMOSト
ランジスタは、それぞれが、pチャンネルCMOSトランジ
スタであり得る。また、前記第1及び第2の電源電圧の
一方は接地電位よりも高い正の電源電圧であり、前記第
2のトランジスタのソース端子は該正の電源電圧に結合
され得る。
トランジスタ構成であって、pチャンネルCMOSトランジ
スタでありソース、ドレイン及びゲート端子を有する第
3のCMOSトランジスタであって前記第3のCMOSトランジ
スタの前記ドレイン端子は前記入力端子に結合され前記
第3のCMOSトランジスタの前記ゲート端子は前記第1の
遮蔽電圧導体に結合された第3のCMOSトランジスタと、
pチャンネルCMOSトランジスタでありソース、ドレイン
及びゲート端子を有する第4のCMOSトランジスタであっ
て前記第4のCMOSトランジスタの前記ゲート端子は前記
第3のCMOSトランジスタの前記ソース端子に結合され前
記第4のCMOSトランジスタの前記ソース端子は前記第1
及び第2の電源導体の一方に結合され前記第4のCMOSト
ランジスタの前記ドレイン端子は前記出力端子に結合さ
れた第4のCMOSトランジスタと、を更に含むCMOS集積回
路トランジスタ構成が提供される。
トランジスタ構成にであって、前記第1及び第2の電源
電圧のほぼ中間にある第2の遮蔽電圧を受け取る第2の
遮蔽電圧導体と、pチャンネルCMOSトランジスタであり
ソース、ドレイン及びゲート端子を有する第3のCMOSト
ランジスタであって前記第3のCMOSトランジスタの前記
ドレイン端子は前記入力端子に結合され前記第3のCMOS
トランジスタの前記ゲート端子は前記第2の遮蔽電圧導
体に結合された、第3のCMOSトランジスタと、pチャン
ネルCMOSトランジスタでありソース、ドレイン及びゲー
ト端子を有する第4のCMOSトランジスタであって前記第
4のCMOSトランジスタの前記ゲート端子は前記第3のCM
OSトランジスタの前記ソース端子に結合され前記第4の
CMOSトランジスタの前記ソース端子は前記第1及び第2
の電源導体の一方に結合され前記第4のCMOSトランジス
タの前記ドレイン端子は前記出力端子に結合された第4
のCMOSトランジスタと、を更に含むCMOS集積回路トラン
ジスタ構成が提供される。
ランジスタ構成において、第2の入力信号を受け取る第
2の入力端子と、ソース、ドレイン及びゲート端子を有
する第3のCMOSトランジスタであって前記第3のCMOSト
ランジスタの前記ドレイン端子は前記第2の入力端子に
結合され前記第3のCMOSトランジスタの前記ゲート端子
は前記第1の遮蔽電圧導体に結合された第3のCMOSトラ
ンジスタと、ソース、ドレイン及びゲート端子を有する
第4のCMOSトランジスタであって前記第4のCMOSトラン
ジスタの前記ゲート端子は前記第3のCMOSトランジスタ
の前記ソース端子に結合され前記第4のCMOSトランジス
タの前記ソース端子は前記第2のCMOSトランジスタの前
記ソース端子と前記第1及び第2の電源導体の一方とに
共通に結合され前記第4のCMOSトランジスタの前記ドレ
イン端子は前記出力端子に結合されている第4のCMOSト
ランジスタと、を更に含むCMOS集積回路トランジスタ構
成が提供される。
ランジスタ構成において、前記第1、第2、第3及び第
4のCMOSトランジスタは、それぞれが、nチャンネルCM
OSトランジスタでもpチャンネルCMOSトランジスタでも
あり得る。
ランジスタ構成であって、第2の入力信号を受け取る第
2の入力端子と、ソース、ドレイン及びゲート端子を有
する第3のCMOSトランジスタであって前記第3のCMOSト
ランジスタの前記ドレイン端子は前記第2の入力端子に
結合され前記第3のCMOSトランジスタの前記ゲート端子
は前記第1の遮蔽電圧導体に結合された第3のCMOSトラ
ンジスタと、ソース、ドレイン及びゲート端子を有する
第4のCMOSトランジスタであって前記第4のCMOSトラン
ジスタの前記ゲート端子は前記第3のCMOSトランジスタ
の前記ソース端子に結合され前記第4のCMOSトランジス
タの前記ソース端子は前記第2のCMOSトランジスタの前
記ドレイン端子に結合され前記第4のCMOSトランジスタ
の前記ドレイン端子は前記出力端子に結合され前記第4
のCMOSトランジスタは前記第2のCMOSトランジスタの前
記ドレイン端子を前記出力端子に選択的に結合するよう
に機能する第4のCMOSトランジスタと、を更に含むCMOS
集積回路トランジスタ構成が提供される。
ジスタ構成であって、ソース、ドレイン及びゲート端子
を有する第3のCMOSトランジスタであって、前記第3の
CMOSトランジスタの前記ゲート端子は前記第1の遮蔽電
圧導体に結合され、前記第3の前記ソース端子は前記第
2のCMOSトランジスタの前記ドレイン端子に結合され、
前記第3のCMOSトランジスタの前記ドレイン端子は前記
出力端子に結合されている第3のCMOSトランジスタを更
に含むCMOS集積回路トランジスタ構成が提供される。
ジスタ構成であって、nチャンネルCMOSトランジスタで
ありソース、ドレイン及びゲート端子を有する第5のCM
OSトランジスタであって前記第5のCMOSトランジスタの
前記ゲート端子は前記入力端子に結合され前記第5のCM
OSトランジスタの前記ソース端子は前記第2のCMOSトラ
ンジスタの前記ドレイン端子に結合され前記第5のCMOS
トランジスタの前記ドレイン端子は前記出力端子に結合
された第5のCMOSトランジスタと、pチャンネルCMOSト
ランジスタでありソース、ドレイン及びゲート端子を有
する第6のCMOSトランジスタであって前記第6のCMOSト
ランジスタの前記ゲート端子は前記第1の遮蔽電圧導体
に結合され前記第6のCMOSトランジスタの前記ソース端
子は前記第4のCMOSトランジスタの前記ドレイン端子に
結合され前記第6のCMOSトランジスタの前記ドレイン端
子は前記出力端子に結合された第6のCMOSトランジスタ
と、を更に含むCMOS集積回路トランジスタ構成が提供さ
れる。
トランジスタ構成において、nチャンネルCMOSトランジ
スタでありソース、ドレイン及びゲート端子を有する第
5のCMOSトランジスタであって前記第5のCMOSトランジ
スタの前記ゲート端子は前記第1の遮蔽電圧導体に結合
され前記第5のCMOSトランジスタの前記ソース端子は前
記第2のCMOSトランジスタの前記ドレイン端子に結合さ
れ前記第5のCMOSトランジスタの前記ドレイン端子は前
記出力端子に結合された、第5のCMOSトランジスタと、
pチャンネルCMOSトランジスタでありソース、ドレイン
及びゲート端子を有する第6のCMOSトランジスタであっ
て前記第6のCMOSトランジスタの前記ゲート端子は前記
第2の遮蔽電圧導体に結合され前記第6のCMOSトランジ
スタの前記ソース端子は前記第4のCMOSトランジスタの
前記ドレイン端子に結合され前記第6のCMOSトランジス
タの前記ドレイン端子は前記出力端子に結合された第6
のCMOSトランジスタと、を更に含むCMOS集積回路トラン
ジスタ構成が提供される。
第1のCMOSトランジスタは、半導体材料の第1のウェル
の内部に形成されたソース及びドレイン領域を含み、該
ソース及びドレイン領域はそれぞれが前記第1のCMOSト
ランジスタの前記ソース及びドレイン端子に電気的に結
合され、半導体材料の前記第1のウェルは前記第1のCM
OSトランジスタの前記ソース端子に電気的に結合され得
る。
ランジスタ構成であって、前記第1のCMOSトランジスタ
は半導体材料の第1のウェルの内部に形成されたソース
及びドレイン領域を含み該ソース及びドレイン領域はそ
れぞれが前記第1のCMOSトランジスタの前記ソース及び
ドレイン端子に電気的に結合され半導体材料の前記第1
のウェルは前記第1のCMOSトランジスタの前記ソース端
子に電気的に結合され、前記第3のCMOSトランジスタ
は、半導体材料の第3のウェルの内部に形成されたソー
ス及びドレイン領域を含み該ソース及びドレイン領域は
それぞれが前記第3のCMOSトランジスタの前記ソース及
びドレイン端子に電気的に結合され半導体材料の前記第
3のウェルは前記第3のCMOSトランジスタの前記ソース
端子に電気的に結合され得る。
での動作を可能にするCMOS集積回路送信ゲートであっ
て、第1及び第2の電源電圧を受け取る第1及び第2の
電源導体と、前記第1及び第2の電源電圧の間の範囲に
ある大きさを有する第1の遮蔽電圧を受け取る第1の遮
蔽電圧導体と、入力信号を受け取る入力端子と、前記入
力信号に実質的に対応する出力信号を提供する出力端子
と、前記入力信号が前記出力端子に送信されるべきであ
ることを選択的に指示する第1の制御信号を受け取る第
1の制御端子と、ソース端子と前記第1の制御端子に結
合され前記第1の制御信号を受け取るドレイン端子と前
記第1の遮蔽電圧導体に結合されたゲート端子とを有す
る第1のCMOSトランジスタと、ソース端子とドレイン端
子と前記第1のCMOSトランジスタの前記ソース端子に結
合されそこから前記第1の制御信号を受け取りこの第2
のCMOSトランジスタを選択的に付勢又は消勢するゲート
端子とを有する第2のCMOSトランジスタと、前記第2の
CMOSトランジスタの前記ドレイン端子に結合されたソー
ス端子と前記出力端子に結合され前記出力信号をそれに
結合するドレイン端子と前記第1の遮蔽電圧導体に結合
されたゲート端子とを有する第3のCMOSトランジスタ
と、前記第2のCMOSトランジスタの前記ソース端子に結
合され前記入力信号をそれに送信するソース端子と前記
入力端子に結合され前記入力信号を受け取るドレイン端
子と前記第1の遮蔽電圧導体に結合されたゲート端子と
を有する第4のCMOSトランジスタと、を組合せとして備
えているCMOS集積回路送信ゲートが提供される。
送信ゲートであって、第2の制御信号を受け取り前記入
力信号が前記出力端子に送信されるべきであることを選
択的に指示する第2の制御端子と、pチャンネルCMOSト
ランジスタでありソース、ドレイン及びゲート端子を有
する第5のCMOSトランジスタであって前記第5のCMOSト
ランジスタの前記ドレイン端子は前記第2の制御端子に
結合されて前記第2の制御信号を受け取り前記第5のCM
OSトランジスタの前記ゲート端子は前記第1の遮蔽電圧
導体に結合されている第5のCMOSトランジスタと、pチ
ャンネルCMOSトランジスタでありソース、ドレイン及び
ゲート端子を有する第6のCMOSトランジスタであって前
記第6のCMOSトランジスタの前記ゲート端子は前記第5
のCMOSトランジスタの前記ソース端子に結合されてそこ
から前記第2の制御信号を受け取り前記第6のCMOSトラ
ンジスタを付勢又は消勢する、第6のCMOSトランジスタ
と、pチャンネルCMOSトランジスタでありソース、ドレ
イン及びゲート端子を有する第7のCMOSトランジスタで
あって前記第7のCMOSトランジスタの前記ゲート端子は
前記第1の遮蔽電圧導体に結合され前記第7のCMOSトラ
ンジスタの前記ソース端子は前記第6のCMOSトランジス
タの前記ドレイン端子に結合され前記第7のCMOSトラン
ジスタの前記ドレイン端子は前記出力端子に結合されそ
れに前記出力信号を結合する第7のCMOSトランジスタ
と、pチャンネルCMOSトランジスタでありソース、ドレ
イン及びゲート端子を有する第8のCMOSトランジスタで
あって前記第8のCMOSトランジスタの前記ゲート端子は
前記第1の遮蔽電圧導体に結合され前記第8のCMOSトラ
ンジスタの前記ドレイン端子は前記入力端子に結合され
前記入力信号を受け取り前記第8のCMOSトランジスタの
前記ソース端子は前記第6のCMOSトランジスタの前記ソ
ース端子に結合されそれに前記出力信号を結合する第8
のCMOSトランジスタと、を更に含むCMOS集積回路送信ゲ
ートが提供される。
ートであって、第2の制御信号を受け取り前記入力信号
が前記出力端子に送信されるべきであることを選択的に
指示する第2の制御端子と、前記第1及び第2の電源電
圧の間の範囲の大きさを有する第2の遮蔽電圧を受け取
る第2の遮蔽電圧導体と、pチャンネルCMOSトランジス
タでありソース、ドレイン及びゲート端子を有する第5
のCMOSトランジスタであって前記第5のCMOSトランジス
タの前記ドレイン端子は前記第2の制御端子に結合され
て前記第2の制御信号を受け取り前記第5のCMOSトラン
ジスタの前記ゲート端子は前記第2の遮蔽電圧導体に結
合されている第5のCMOSトランジスタと、pチャンネル
CMOSトランジスタでありソース、ドレイン及びゲート端
子を有する第6のCMOSトランジスタであって前記第6の
CMOSトランジスタの前記ゲート端子は前記第5のCMOSト
ランジスタの前記ソース端子に結合されてそこから前記
第2の制御信号を受け取り前記第6のCMOSトランジスタ
を付勢又は消勢する第6のCMOSトランジスタと、pチャ
ンネルCMOSトランジスタでありソース、ドレイン及びゲ
ート端子を有する第7のCMOSトランジスタであって前記
第7のCMOSトランジスタの前記ゲート端子は前記第2の
遮蔽電圧導体に結合され前記第7のCMOSトランジスタの
前記ソース端子は前記第6のCMOSトランジスタの前記ド
レイン端子に結合され前記第7のCMOSトランジスタの前
記ドレイン端子は前記出力端子に結合されそれに前記出
力信号を結合する第7のCMOSトランジスタと、pチャン
ネルCMOSトランジスタでありソース、ドレイン及びゲー
ト端子を有する第8のCMOSトランジスタであって前記第
8のCMOSトランジスタの前記ゲート端子は前記第2の遮
蔽電圧導体に結合され前記第8のCMOSトランジスタの前
記ドレイン端子は前記入力端子に結合され前記入力信号
を受け取り前記第8のCMOSトランジスタの前記ソース端
子は前記第6のCMOSトランジスタの前記ソース端子に結
合されそれに前記出力信号を結合する、第8のCMOSトラ
ンジスタと、更に含むCMOS集積回路送信ゲートが提供さ
れる。
ランジスタによって形成されるnチャンネル・スーパー
トランジスタの回路図である。
ンジスタを集合的に表す回路シンボルである。
ランジスタによって形成されるpチャンネル・スーパー
トランジスタの回路図である。
ンジスタを集合的に表す回路シンボルである。
CMOS論理インバータ回路である。
回路の回路図であり、ここでは、nチャンネルのスーパ
ートランジスタとpチャンネルのスーパートランジスタ
とが従来型のインバータ回路における従来型のnチャン
ネル及びpチャンネルのトランジスタを代替している。
また、出力遮蔽トランジスタが、論理出力信号を出力端
子に結合している。
回路図である。
・NANDゲートの回路図である。
タ・ゲート・トランジスタ構成である。
ゲート・トランジスタ構成である。
トの回路図である。
である。
スーパートランジスタ構成のpチャンネルの別の実施例
である。
スーパートランジスタ構成のnチャンネルの別の実施例
である。
CMOSインバータ・トランジスタ構成の回路図であり、た
だし、図11Aに示された修正されたpチャンネル・スー
パートランジスタを用いている。
20の2トランジスタ型回路図である。スーパートランジ
スタ20は、第1の入力遮蔽トランジスタ22を含むが、こ
れは、典型的な低電圧(たとえば、5ボルト)のCMOSプ
ロセスを用いて製造された従来型のCMOSnチャンネル・
トランジスタである。スーパートランジスタ20は、ま
た、第2の従来型のCMOSnチャンネル・トランジスタ24
を含むが、これは、スイッチング・トランジスタとして
機能する。入力遮蔽トランジスタ22のドレイン端子26
は、nチャンネル・スーパートランジスタ20への入力と
して機能し、入力スイッチング信号を受け取り、同じ集
積回路上の従来の論理ゲートの出力におそらく対応す
る。したがって、nチャンネル・トランジスタ22のドレ
イン端子26は、全体のnチャンネル・スーパートランジ
スタ20のゲート端子(G)として有効に機能する。
電圧(VSHLD)を用いてバイアスされた導体に結合され
ている。この遮蔽電圧は以下で更に詳細に論じられる
が、ここでの議論では、この遮蔽電圧は接地電位と正の
電圧源との間のほぼ中間にあると仮定される。よって、
電源導体VDDとGNDとが+10ボルトと接地電位とである場
合には、ここでの議論に関しては、VSHLDはほぼ+5ボ
ルトにバイアスされていると仮定される。
ジスタ22のソース端子は、nチャンネル・スイッチング
・トランジスタ24のゲート端子に接続されている。スイ
ッチング・トランジスタ24のソース端子とドレイン端子
30は、また、全体のnチャンネル・スーパートランジス
タ20のソース(S)及びドレイン(D)端子に対応す
る。
タ24との組合せは、図1Bに図解されているような、ゲー
ト(G)、ドレイン(D)、ソース(S)、及びバルク
(B)接続を有する単一のトランジスタとして概念的に
は考えることができるnチャンネル・スーパートランジ
スタ20を形成する。バルク(B)接続は、通常は、従来
型のCMOS処理のために接地される。図1Bに示されたスー
パートランジスタに対する回路上の記号は、従来型の単
一の低電圧CMOSnチャンネル・トランジスタのように見
えるが、図1Aにおいて構成されたようなnチャンネル・
スーパートランジスタを示すSNの符号を含むことが異な
っている。以下で説明するように、この基本的なスーパ
ートランジスタの構成は、既知の論理回路における従来
型のnチャンネルCMOSトランジスタに代わるものとして
用いることができ、それによって、この回路は、このよ
うなCMOSデバイスと共に通常は用いられる電源電圧の2
倍で動作することが可能になる。
に記載されたのと類似の態様で構成された1対の従来型
の低電圧pチャンネルCMOSトランジスタ32、34を用いて
おり、pチャンネル・スーパートランジスタ36を形成し
ている。再び、第1のpチャンネル・デバイス32は入力
遮蔽トランジスタとして機能し、第2のpチャンネル・
デバイス34は、スイッチング・トランジスタとして機能
する。やはり、pチャンネル入力遮蔽トランジスタ32の
ゲート端子は、この集積回路を動作させるのに用いられ
る電源電圧の間にある遮蔽電圧(たとえば、VSHLD)に
結合される。多くの場合に、入力遮蔽トランジスタ32の
ゲート端子が結合された遮蔽電圧は、nチャンネル入力
遮蔽トランジスタ22(図1A)のゲート端子が接続された
遮蔽電圧と同じであり得る。
タ34との組合せは、図2Bに図解されているような、ゲー
ト(G)、ドレイン(D)、ソース(S)、及びバルク
(B)接続を有する単一のトランジスタとして概念的に
は考えることができるpチャンネル・スーパートランジ
スタ36を形成する。バルク(B)接続は、通常は、従来
型のCMOS処理のために正の電源電圧VDDに接続される。
図2Bに示されたスーパートランジスタに対する回路上の
記号は、従来型の単一の低電圧CMOSpチャンネル・トラ
ンジスタのように見えるが、図2Aにおいて構成されたよ
うなpチャンネル・スーパートランジスタを示すSPの符
号を含むことが異なっている。以下で説明するように、
この基本的なスーパートランジスタの構成は、既知の論
理回路における従来型のpチャンネルCMOSトランジスタ
に代わるものとして用いることができ、それによって、
この回路は、このようなCMOSデバイスと共に通常は用い
られる電源電圧の2倍で動作することが可能になる。
ンジスタ30、36が用いられている論理ゲートを参照する
ことによって最もよく理解されよう。しかし、最初に、
従来型のCMOS論理インバータ・ゲートを、図3との関係
で説明する。図3に示されている従来技術によるインバ
ータ回路は、単一のnチャンネルCMOSトランジスタ38と
単一のpチャンネルCMOSトランジスタ40とを含む。トラ
ンジスタ38、40のゲート端子は、共に、入力端子42に接
続され、そこから論理信号を受け取る。従来型のCMOS論
理回路に対しては、この入力信号は、グランドと+5ボ
ルトとの間だけで切り換わる。nチャンネル・スイッチ
ング・トランジスタ38のソース端子はグランド電位(GN
D)に接続され、pチャンネル・スイッチング・トラン
ジスタ38のソース端子は正の電源VDDに接続されてい
る。スイッチング・トランジスタ38、40のドレイン端子
は、出力端子44に共通に結合される。
D)にあると、トランジスタ38は導通し、トランジスタ4
0はオフする。したがって、トランジスタ38は、出力端
子44をグランド電位(GND)に短絡する。この場合に
は、任意のゲート酸化物、任意のソース及びドレイン、
又は任意のダイオード接合の間の最大の電圧は、5ボル
トである。入力信号がGNDに切り換わると、トランジス
タ38はオフし、トランジスタ40は導通し、出力端子44は
VDDに短絡され、再び、任意のゲート酸化物、任意のソ
ース及びドレイン、又は任意のダイオード接合の間の最
大の電圧は、5ボルトである。
0ボルトまで上昇することがあり、入力端子42において
受け取られる入力信号がGNDと+10ボルトとの間で振れ
ることが許容される場合には、当業者であれば、入力信
号の状態によって、ゲート酸化物の両端、ソースとドレ
インとの間、又は接合ダイオードの間の電圧は、10ボル
トに近づくことを理解するであろう。既に上述したよう
に、これは、より大型のデバイスとより複雑な処理との
使用を、通常は要求する。
を用いた高電圧インバータ回路が図解される。図3の従
来型のnチャンネル・トランジスタ38は、入力遮蔽トラ
ンジスタ22′とスイッチング・トランジスタ24′とから
成るスーパートランジスタ20′によって代替されてい
る。同様に、図3の従来型のpチャンネル・トランジス
タ40は、入力遮蔽トランジスタ32′とスイッチング・ト
ランジスタ34′とから成るスーパートランジスタ36′に
よって代替されている。上述のように、入力遮蔽トラン
ジスタ22′、32′のゲート端子は、それぞれが、遮蔽電
圧VSHLDに結合される。この例では、VDDは+10ボルトで
あり遮蔽電圧VSHLDはVDDとGNDとの中間たとえば+5ボ
ルトであることが仮定される。また、入力端子42′に印
加される入力信号はGNDと+10ボルトとの間の範囲にあ
ることが仮定される。
ング・トランジスタ24′から見たゲート電圧を制限する
ことである。入力端子42′が0ボルトであるときには、
入力遮蔽トランジスタ22′は完全に導通し、0ボルトを
スイッチング・トランジスタ24′のゲートに通過させ、
必要な際にそれをオフさせる。しかし、入力端子42′に
おける入力信号が+10ボルトに変化すると、入力遮蔽ト
ランジスタ22′はスイッチング・トランジスタ24′のゲ
ート端子をハイにするが、これは、VSHLD−Vtnの値まで
である(ただし、ここで、Vtnはnチャンネルのスレシ
ョルド電圧)。この電圧は、+5ボルトより僅かに低い
だけであり、スイッチング・トランジスタ24′を完全に
導通させ、GNDをスイッチング・トランジスタ24′のソ
ース端子に短絡させるのに十分なだけは高い。しかし、
入力遮蔽トランジスタ22′は、この状態では完全には導
通状態にないので、入力端子42′に存在する+10ボルト
がスイッチング・トランジスタ24′のゲート端子に到達
するのをブロックする。これによって、スイッチング・
トランジスタ24′の最大のゲート電圧は有効に制限さ
れ、ゲート酸化物のブレークダウンと、上昇したゲート
電圧に付随する起こり得る信頼性問題とが回避される。
理解すべきは、問題を生じるのはゲート電圧の絶対値で
はなく、ゲートとソース又はドレインとの間の電圧差で
あるということである。酸化物ブレークダウンは、ゲー
ト酸化物に亘って大きすぎる電圧電位を有することに起
因する。
22′は、スイッチング・トランジスタ24′の信頼性を損
なう可能性のある過剰なゲート電圧からスイッチング・
トランジスタ24′の28ゲートを遮蔽(シールド)する。
更に、入力遮蔽トランジスタ22′のゲート酸化物に亘る
電圧もまた、この場合は、遮蔽電圧VSHLDの値に起因し
て、ソース又はドレインの一方に対して最大で5ボルト
に制限される。入力端子の電圧がGNDであるか+10ボル
トであるかにかかわりなく、ゲート端子(5ボルト)と
ドレイン端子(GNDと+10ボルトとの間で振れる)との
間の電圧差は、決して、5ボルトを超えない。
は、スイッチング・トランジスタ34′のゲート端子を遮
蔽することに関して、類似の機能を実行する。入力端子
42′が+10ボルトでハイであると、入力遮蔽トランジス
タ32′は導通になり、+10ボルトの入力電圧をスイッチ
ング・トランジスタ34′のゲート端子に短絡させる。こ
のゲート電圧によってスイッチング・トランジスタ34′
は非導通になる。しかし、入力端子42′における入力信
号がGNDに変化すると、入力遮蔽トランジスタ32′は、
スイッチング・トランジスタ34′のゲート端子をローに
するが、これは、VSHLD+Vtpの値までである(ただし、
ここで、Vtpはpチャンネルのスレショルド電圧)。こ
の電圧は、+5ボルトより僅かに高いだけであり、スイ
ッチング・トランジスタ34′を完全に導通させ、VDDを
スイッチング・トランジスタ34′のドレイン端子に短絡
させるのに十分なだけは低い。しかし、入力遮蔽トラン
ジスタ32′は、この状態では完全な導通状態にはないの
で、入力端子42′に存在する0ボルトがスイッチング・
トランジスタ34′のゲート端子に到達するのをブロック
する。これによって、スイッチング・トランジスタ34′
の最小のゲート電圧は有効に制限され、ゲート酸化物の
ブレークダウンと、上昇したゲート電圧に付随する起こ
り得る信頼性問題とが回避される。
ランジスタ46、48がある。出力遮蔽トランジスタ46、48
は、図4のスイッチング・トランジスタ24′、34′など
の任意の高電圧論理デバイスの出力に近いトランジスタ
を保護するのに必要とされる。出力遮蔽トランジスタ4
6、48のゲート端子は、それぞれが、遮蔽電圧(VSHLD)
に結合される。出力遮蔽トランジスタ46、48のドレイン
端子は、それぞれが、出力端子44′に結合される。出力
端子44′において生じる出力信号は、GNDとVDDとの電源
レベルの間で完全に切り換えを行う。遮蔽電圧(VSHL
D)が回路の電源電圧の半分である(VDD−GND)/2、又
は、この例では+5ボルトに設定されたと仮定すると、
出力遮蔽トランジスタ46、48のゲート酸化物は、出力端
子44′での電圧とは無関係に、決して、電源電圧の半分
を超えることはない(すなわち、5ボルトを超えること
はない)。
46、48は、過剰な電圧から、それらが接続されている論
理スイッチング・トランジスタを遮蔽する。遮蔽電圧に
よって、たとえ出力端子44′が10ボルトである場合で
も、nチャンネル・スイッチング・トランジスタ24′の
ドレイン端子30′が、+5ボルトよりも僅かに低いVSHL
D−Vtnよりも高い電圧を有することが回避される。同様
に、また、遮蔽電圧によって、たとえ出力端子44′が0
ボルトである場合でも、pチャンネル・スイッチング・
トランジスタ34′のドレイン端子35′が、+5ボルトよ
りも僅かに高いVSHLD+Vtpよりも低い電圧を有すること
が回避される。VtnとVtpとの値は、正であることが仮定
される。標準的なnウェルCMOSプロセスでのVtnの典型
的な範囲は、0.5から1.0ボルトの間であり、Vtpは、0.6
から1.1ボルトの範囲である。これらの出力遮蔽トラン
ジスタ46、48は、n及びpチャンネル部分を、ゲート酸
化物及びチャンネル・ブレークダウンの可能性から有効
に保護する。
れば、図1B及び図2Bのスーパートランジスタ20、36を、
1対の出力遮蔽トランジスタと共に用いて、更に高い電
圧での動作のための種々の標準的なCMOS論理ゲート構成
を作成できることを理解できるであろう。nチャンネル
のスーパートランジスタ20は回路の中では通常のnチャ
ンネル・トランジスタとして機能し、CMOS論理構成にお
いてそのように接続できることに留意すべきである。遮
蔽電圧接続は示されておらず、電源接続が標準的なCMOS
論理ゲートに対して示されていないように、セルの設計
の中に内在している。同様に、pチャンネルのスーパー
トランジスタ36は回路の中では通常のpチャンネル・ト
ランジスタのように機能し、CMOS論理構成においてその
ように接続できる。
タ回路よりも多くのトランジスタを用いている。しか
し、本発明による高電圧スーパートランジスタ構成は、
そのような高い動作電圧に対応するのに必要なデバイス
の規模(配列、geometry)をおよそ半分にすることがで
きる。CMOS回路の面積は基本的寸法の2乗に比例するの
だから、規模を半分にすることができれば、結果的には
面積は元の4分の1になる。CMOSの規模は、典型的に
は、作成され得るトランジスタ・ゲートの最小の長さと
して表現される、他のすべてのクリティカルな寸法は、
おなじようにゲートの長さに比例する。よって、4倍多
くのトランジスタを、集積回路のデバイス面積を増加さ
せずに、用いることができる。図4と図3とを比較する
と、2つではなく6つのトランジスタが要求されている
ことがわかる。しかし、トランジスタの数を3倍に増や
したとしても、集積回路上に必要となる結果的な面積
は、元のものよりも依然として小さい。更に複雑な論理
回路でも、3倍まではトランジスタの全体数を増加させ
ないものもある。
スが、10ボルトの動作電圧を支持するのに必要であると
仮定する。本発明によれば、同じ回路が、1.0ミクロン
のプロセスを用いて達成できる。両方の場合で回路を作
成するのに全く同じ数のトランジスタが用いられる場合
には、本発明によれば、結果的な面積は、元のもののお
よそ4分の1になる。実際には、本発明は、回路上で、
およそ2倍程度の幾つかの付加的なトランジスタを課す
るので、結果的な面積は元のもののおよそ半分である。
これでも回路のコスト削減に関して大きな影響があるの
だが、その理由は、集積回路のコストがその回路の全体
の面積にほぼ比例するからである。事実上は、集積回路
の面積と結果的なコストとの間の実際の関係は、非線形
方程式である。集積回路の面積が半分であれば、結果的
なコストは半分よりも小さくなる。厳密な値は、集積回
路のサイズに依存し、特定のプロセスの歩留まり方程式
が用いられる。
レイン間のチャンネル電圧が5ボルトを超え得る場合が
あることを理解するだろう。たとえば、入力端子42′が
+10ボルトであれば、スイッチング・トランジスタ24′
のゲート端子での電圧は、nチャンネルのスレショルド
電圧に依存して、+5ボルトよりも低く、およそ+4ボ
ルト程度である。これは、入力遮蔽トランジスタ22′の
ドレイン及びソース端子の間の電圧は6ボルト程度であ
ることを意味する。このチャンネル電圧は、標準的な論
理構成が5.0ボルトが印加された場合に経験するよりも
僅かに悪いだけである。チャンネル・ブレークダウンは
破壊的なメカニズムではないことを理解する必要があ
る。この回路の場合には、チャンネル・ブレークダウン
が5.5ボルトで達成される場合には、デバイスは、チャ
ンネル電圧が5.5ボルトの条件より下に低下するまで、
チャンネルに亘って付加的な電流を導通させるだけであ
る。チャンネル・ブレークダウンが5.5ボルトで生じる
場合には、入力遮蔽トランジスタ22′は、スイッチング
・トランジスタ24′のゲート端子が4.5ボルトに上昇す
るまで電流を導通し続け、チャンネルに亘る5.5ボルト
の電圧を維持する。デバイスをチャンネル・ブレークダ
ウン・モードで動作させるのは望ましい状況ではない
が、この例は、その場合であっても破壊的な回路状況は
存在しないことを示している。
CMOS2入力NAND論理ゲートが示されている。1対のnチ
ャンネル・スイッチング・トランジスタ50、52が、GND
と出力端子54との間に直列に結合されている。1対のp
チャンネル・スイッチング・トランジスタ56、58が、VD
Dと出力端子54との間に並列に結合されている。第1の
入力端子60がトランジスタ50、56のゲート端子に結合さ
れ、他方で、第2の入力端子62がトランジスタ52、58の
ゲート端子に結合されている。どちらかの入力信号がロ
ーであれば、出力信号はハイになる。両方の入力信号が
ハイ(VDD)である場合にだけ、出力はロー(GND)にな
る。
蔽トランジスタとを用いた、高電圧動作のための等価な
2入力型NANDゲートを示している。図5のnチャンネル
・スイッチング・トランジスタ50は、nチャンネル・デ
バイス64、66によって形成されたnチャンネル・スーパ
ートランジスタによって代替される。同様に、図5の第
2のnチャンネル・スイッチング・トランジスタ52は、
nチャンネル・デバイス68、70によって形成されたnチ
ャンネル・スーパートランジスタによって代替される。
スーパートランジスタ64/66は、GNDとトランジスタ70の
ドレインにおいて形成されるnチャンネル論理ノード71
との間で、スーパートランジスタ68/70と直列に結合さ
れる。このnチャンネル論理ノードは、出力遮蔽トラン
ジスタ46′によって出力端子54′に結合される。
は、それぞれが、pチャンネル・スーパートランジスタ
72/74、76/78によって代替される。これらのpチャンネ
ル・スーパートランジスタは、VDDとpチャンネル論理
ノード80との間で相互に並列に結合されている。pチャ
ンネル論理ノード80は、これに対して、出力遮蔽トラン
ジスタ48′を介して、出力端子54′に結合される。トラ
ンジスタの全体の数が4から10に増加する際のデバイス
面積のネットの増加は、図5の回路が高電圧に対応する
ために2倍のゲート長を有するデバイスから構成される
場合よりも、はるかに少ない。
た標準的なCMOS2入力型のNANDゲート回路の論理動作と
同じである。図4の回路に関して行ったのと同じ仮定を
すると、10ボルトの電圧が印加された場合にどのデバイ
スも5.0ボルトを超えるゲート酸化物電圧を経験せず、
また、チャンネル電圧もまた依然と同様に6.0ボルトに
制限されることがわかる。出力トランジスタとスーパー
トランジスタとの組合せによって回路のすべてのデバイ
スのゲート電圧とチャンネル電圧とが制限されることは
明らかである。遮蔽電圧に結合された余分のトランジス
タのユニークな使用によって、電源の完全な振れからす
べてのデバイスが保護される。
論理構成の欠点は、標準的な論理回路において用いられ
るトランジスタの数を2倍にすること(スーパートラン
ジスタによる代替のため)と、出力遮蔽トランジスタと
して論理ゲート当たり2つのトランジスタを付加するこ
とである。よって、トランジスタの数に関する全体的な
欠点は、元の回路の2倍よりも多くなる。上述のよう
に、規模を半分にすることができれば、各トランジスタ
の面積は元のもののおよそ4分の1になる。
集積回路の全体の面積よりも小さい。種々の論理ゲート
の間の相互接続面積は、多くの集積回路では、論理ゲー
ト自体によって消費される面積を超える。ここに示され
た高電圧回路では、論理ゲートの間の付加的な相互接続
は付加されていないので、論理ゲートに要求される面積
の上部及び上側の相互接続に要求される面積は、減少す
る。ここで説明する高電圧ゲートで必要となる唯一の付
加的な相互接続は、遮蔽電圧VSHLDの接続であるが、こ
れは、グローバルな電源として扱われゲート・セルを通
過するように方向付けられ、これは、VDD及びGNDに関し
て通常に同時に行われるのと同様である。遮蔽電圧は論
理デバイスのゲートにだけ付随し、したがって、ほぼゼ
ロの直流電流を消費することを理解すべきである。これ
は、真に電源ではなく、高電圧論理ゲートにおける内部
接続を容易にするためのものとして扱うことができる。
に結合されており、他方でスーパートランジスタ72/7
4、76/78は並列に結合されている。当業者であれば、図
6の論理ゲートは、単に、スーパートランジスタ64/6
6、68/70と直列に更なるnチャンネル・スーパートラン
ジスタを付加し、スーパートランジスタ72/74、76/78と
並列に更なるpチャンネル・スーパートランジスタを付
加することによって、3入力型のNANDゲートに容易に変
換できることを理解するだろう。同様に、当業者であれ
ば、図6の2入力型のNANDゲートは、単に、スーパート
ランジスタ64/66、68/70を相互に並列にし、スーパート
ランジスタ72/74、76/78を相互に直列にすることによっ
て、2入力型のNORゲートに容易に変換できることを理
解するだろう。
state)インバータ回路が、示されている。図3のイン
バータ回路と同様に、この3状態インバータ回路は、n
チャンネル・スイッチング・トランジスタ38′とpチャ
ンネル・スイッチング・トランジスタ40′とを含み、こ
れらは共に、ゲート端子が入力端子42′に結合されてい
る。図3のように、スイッチング・トランジスタ38′、
40′のドレイン端子は、出力端子44′に共通に結合され
ている。しかし、トランジスタ38′のソース端子は、n
チャンネルのイネーブル・トランジスタ82を介して接地
されている。同様に、トランジスタ40′のソース端子
は、pチャンネルのイネーブル・トランジスタ84を介し
てVDDに結合されている。3状態インバータの出力は、
3つの出力条件、すなわち、ハイ(VDD)、ロー(GN
D)、及び高インピーダンスを有する。高インピーダン
ス条件は、入力制御信号ENをGNDに強制し、その相補的
なENBをVDDに強制することによって生じる。このモード
では、イネーブル・トランジスタ82とイネーブル・トラ
ンジスタ84との両方が、導通することができず、出力端
子44′は、単に、高インピーダンスとしてフロートする
だけである。
構成された高電圧3状態インバータの回路図である。図
8の回路では、図7のイネーブル・トランジスタ82、84
は、それぞれが、スーパートランジスタ82′、84′によ
って代替され、図7のスイッチング・トランジスタ3
8′、40′は、それぞれが、スーパートランジスタ86、8
8によって代替されている。最後に、出力遮蔽トランジ
スタ46′、48′が、それぞれ、スイッチング・トランジ
スタ86、88と出力端子44′との間に挿入されている。
は、CMOS送信ゲートである。図9は、すべての標準的な
CMOS送信ゲートに共通な回路構成を示している。nチャ
ンネル・トランジスタ90のゲート端子はイネーブル制御
信号ENに結合され、pチャンネル・トランジスタ92のゲ
ート端子は相補的なイネーブル制御信号ENBに結合され
る。ENがハイであるときには(ENBはロー)、トランジ
スタ90、92は、入力端子94に存在する任意の電圧を出力
端子96に(あるいは、その逆)結合することができる。
ENがローであるときには(ENBはハイ)、トランジスタ9
0、92は消勢され、出力端子96は入力端子94から分離さ
れる。
素子と比較してユニークである。入力及び出力ノードが
示されているが、このデバイスは、両方の方向に電流を
導通できるし、電圧を通過させられる。更に、このデバ
イスは、制御信号EN及びENBを発生するのに用いられる
電源の範囲内で任意の電圧を通過させることができる。
換言すると、デジタル・ハイ及びロー状態(たとえば、
VDD又はGND)を出力する前の論理ゲートとは異なり、こ
のデバイスは、アナログ電圧を通過させることができ
る。これらの2つの性質は、高電圧CMOS送信ゲートの構
成を非常に困難にし、付加的なトランジスタに関する回
路の欠点は、前に述べた論理ゲートのどれよりも大き
い。
す。トランジスタ98、100は、図9のトランジスタ90を
代替するnチャンネル・スーパートランジスタ90′を形
成する。トランジスタ102、104は、図9のトランジスタ
92を代替するpチャンネル・スーパートランジスタ92′
を形成する。ここまでは、トランジスタの代替の説明
は、これまでに述べたすべての他の論理ゲートに対して
なされたものと同じである。次のステップは、論理トラ
ンジスタと出力ノードとの間に配置されなければならな
い出力遮蔽トランジスタの追加である。しかし、ここで
は、このゲートの双方向性を理解して、入力及び出力ノ
ードの両方が出力として考えなければならない。したが
って、2組の出力遮蔽トランジスタが必要になる。よっ
て、第1のnチャンネル出力遮蔽トランジスタ106が、
入力端子94′とスーパートランジスタ90′との間に挿入
され、第1のpチャンネル出力遮蔽トランジスタ108
が、入力端子94′とスーパートランジスタ92′との間に
挿入される。次に、第2のnチャンネル出力遮蔽トラン
ジスタ110が、入力端子96′とスーパートランジスタ9
0′との間に挿入され、第2のpチャンネル出力遮蔽ト
ランジスタ112が、入力端子96′とスーパートランジス
タ92′との間に挿入される。これを念頭において回路を
見ると、標準的な回路を高電圧回路に変える方法は依然
として同じであることがわかる。この特定の回路は、し
かし、双方向性のものとして考えられなければならな
い。
点(drawback)を有する。第1に、トランジスタに関す
る欠点は、元の回路の4倍になっていることであり、こ
の特定のゲートの利点である面積の節約を損なってい
る。第2に、ここまで説明したように遮蔽電圧VSHLDが
電源範囲の中間点に設定されると、この回路は、フルレ
ンジのアナログ送信ゲートとしては機能できない。トラ
ンジスタ100、102上の減少されたゲート電圧は、動作電
源の中心近くにデッドバンドを生じてしまい、送信ゲー
トは、したがって、入力電圧を正確に通過させることが
できない。よって、図10に示された送信ゲートは、デジ
タル回路において用いられたCMOS送信ゲートを代替でき
るが、アナログ送信ゲートとして用いられた場合には、
何らかの制限を有する。
ンネルのデバイスとpチャンネルのデバイスに対して、
別個の遮蔽電圧(VSHLD1、VSHLD2)を用いることであ
る。これらの遮蔽電圧は、デッドバンドが存在しなくな
るように選択することができる。VDDが+10ボルトであ
り、ゲート・チャンネル間のスレショルドがほぼ1ボル
トであると再び仮定すると、nチャンネルの遮蔽電圧VS
HLD1は、6ボルトよりも僅かに高く設定でき、pチャン
ネルの遮蔽電圧VSHLD2は4ボルトよりも僅かに低く設定
できる。このような遮蔽電圧を用いると、デッドバンド
は除去される、しかし、デバイスの幾つかは、ゲート酸
化物上に5ボルトではなく6ボルトを生じることにな
る。これにより、付加されたゲート電圧に起因してデバ
イスの速度を改善するが、同じ理由により(ゲート酸化
物の電圧)、信頼性が若干損なわれる。同じ方法は、こ
れまでに示したすべての論理ゲートに適用できて、速度
を改善するが、ゲート酸化物電圧の信頼性に関し、若干
の欠点を有する。
問題として回路が動作できる究極の最大電圧を決定する
接合ブレークダウンに関係する。このブレークダウンの
メカニズムは、すべてのCMOSデバイスのソース及びドレ
インにおいて形成されるダイオードの逆電圧ブレークダ
ウンである。典型的には、ウェル(nウェル又はpウェ
ル)のウェル内に製造されるトランジスタの接合は、最
も低い接合ブレークダウン電圧を有する。これまでに述
べた高電圧論理構成は、このブレークダウンに関して改
善されず、よって、このメカニズムによって、接合ブレ
ークダウンを回避する動作電圧に制限される。以下で代
替的な構成を示すが、この代替的な構成は、動作電圧
を、ウェルの外側に形成されるデバイスの接合ブレーク
ダウンの限度まで増加させる。
ル内に製造されるトランジスタの接合ブレークダウンに
よって決定される。nウェルCMOSプロセスが用いられて
いると仮定すると、p+からnウェルへの接合(pチャ
ンネルのソース及びドレイン・ダイオード)が、これま
でに説明したすべての構成に対する接合ブレークダウン
に対する制限ケースとなる。代替的な構成を、以下で、
図11A及び図12との関係で示す。そこでは、動作電圧を
n+からpの接合(nチャンネルのソース及びドレイン
・ダイオード)の接合ブレークダウンの限界まで拡大す
るが、これは、数ボルトだけ典型的には高くなる。当業
者であれば、pウェル・プロセス上で用いるのに必要な
対応するトランジスタ構成を確認することができるだろ
う。
けの若干の違いのある別の高電圧インバータ構成を示し
ている。pチャンネル入力遮蔽トランジスタ32″と出力
遮蔽トランジスタ48′とに対するウェル接続は、図4と
は異なり、VDDに接続されない。代わりに、入力遮蔽ト
ランジスタ32″のウェルはそのソース端子に短絡され、
出力遮蔽トランジスタ48′のウェルはそのソース端子に
接続される。トランジスタ32″、34′によって形成され
るpチャンネルのスーパートランジスタが、図11Aに示
されている。これらの接続は、接合ダイオードをブレー
クダウンから保護するが、その理由は、ダイオード接合
上の逆電圧はVSHLD電圧よりも高いスレショルド電圧よ
り、決して高くないからである。この構成を更に検討す
ると、pチャンネルのソース又はドレインのどれもがそ
の接合に亘る全体の電源電圧を有しないことがわかる。
(VDD−GND)/2の値のVSHLDの使用によって、p+から
nウェルへのダイオード接合が、遮蔽電圧よりもスレシ
ョルド電圧だけ高い電圧に露出されることが保証され
る。よって、VDDが+10ボルトであれば、pチャンネル
のスレショルド電圧は1.0ボルトであり、よって、任意
のp+からnウェルへの接合上の最大の保持される電圧
は、ほぼ、6ボルトである。この構成を用いると、動作
電圧は、nチャンネルのソース及びドレインの接合ブレ
ークダウンまで増加し得る。
は、直線的である。pチャンネルのスーパートランジス
タのそれぞれは、その対になったスイッチング・トラン
ジスタのゲート端子に接続された入力遮蔽トランジスタ
のウェル接続を有する。更に、出力段におけるpチャン
ネル出力遮蔽トランジスタは、そのウェルがそのソース
に接続されている。nウェル・プロセスに対しては、n
チャンネルのスーパートランジスタ構成には変更はな
く、nチャンネルの出力遮蔽トランジスタにも何の変更
もない。図11Bは、pウェル・プロセス上で動作電圧を
増加させるのに用いられる代替的なnチャンネル・スー
パートランジスタ構成を示している。pウェル・プロセ
スに対しては、nチャンネル出力遮蔽トランジスタは、
そのウェルがそのソースに接続されているが、pチャン
ネルのスーパートランジスタ構成には変更はなく、pチ
ャンネルの出力遮蔽トランジスタにも何の変更もない。
ってnウェル及びpウェル・プロセスのどちらかに対す
る基本論理ゲートのすべてを作成するかを理解するであ
ろう。第1の変更は、図11A又は図11Bの代替的なスーパ
ートランジスタ構成を用いることに関し、それがnウェ
ル又はpウェル・プロセスのどちらであるかに依存す
る。第2の変更は、出力遮蔽トランジスタにおいてであ
り、出力トランジスタのウェルから出力トランジスタの
ソースへの接続に関する。nウェル・プロセスが用いら
れる場合には、pチャンネル出力遮蔽トランジスタは、
そのウェルがそのソースに結合されている。pウェル・
プロセスが用いられる場合には、nチャンネル出力遮蔽
トランジスタは、そのウェルがそのソースに結合されて
いる。
高電圧論理ゲートを説明してきたが、当業者であれば、
ゲート・フリップ・フロップ、レジスタ、シフト・レジ
スタ、加算器、及び現在CMOS論理ゲートから作られるそ
れ以外の論理素子などの広い範囲の論理構築ブロック
が、ここに説明した高電圧論理ゲート・トランジスタ構
成から作成できる。本発明は、すべての標準的なCMOS論
理構成に拡張できる。CMOS論理ゲートの個別のトランジ
スタは、単に、対応する型のスーパートランジスタによ
って代替され、高電圧出力遮蔽トランジスタが、論理ノ
ードと出力端子との間に挿入される。代替的な構成は、
すべてのCMOS論理ゲートに対して容易も指示でき、単
に、スーパートランジスタ及び出力遮蔽デバイスに対す
るウェルの接続における変更を含む。
たが、ここでの記述は、あくまで説明目的のものであ
り、本発明の範囲を制限しない。種々の修正や変更が、
請求の範囲に記載された本発明の真の精神と範囲とから
離れることなく、以上で説明した実施例に対して、当業
者によってなされ得る。
Claims (20)
- 【請求項1】比較的高い電源電圧での動作を可能にする
CMOS集積回路トランジスタ構成において、 a)第1及び第2の電源電圧を受け取る第1及び第2の
電源導体であって、前記第1及び第2の電源電圧の間の
差の大きさは所定の動作電圧に比例する、第1及び第2
の電源導体と、 b)前記第1及び第2の電源電圧のほぼ中間にある第1
の遮蔽電圧を受け取る第1の遮蔽電圧導体と、 c)入力信号を受け取る入力端子と、 d)nチャネルCMOSトランジスタでありソース、ドレイ
ン及びゲート端子を有する第1のCMOSトランジスタであ
って、この第1のCMOSトランジスタの前記ドレイン端子
は前記入力端子に結合され、この第1のCMOSトランジス
タの前記ゲート端子は前記第1の遮蔽電圧導体に結合さ
れている、第1のCMOSトランジスタと、 e)nチャネルCMOSトランジスタでありソース、ドレイ
ン及びゲート端子を有する第2のCMOSトランジスタであ
って、この第2のCMOSトランジスタはそのゲート及びソ
ース端子の間に印加される電圧が前記所定の動作電圧よ
りも小さいときにだけ信頼性をもって動作し、この第2
のCMOSトランジスタの前記ゲート端子は前記第1のCMOS
トランジスタの前記ソース端子に結合され、この第2の
CMOSトランジスタの前記ソース端子は前記第1及び第2
の電源導体の一方に結合されている、第2のCMOSトラン
ジスタと、 f)前記第2のCMOSトランジスタの前記ドレイン端子に
結合されており、出力信号を提供する出力端子と、 g)pチャネルCMOSトランジスタでありソース、ドレイ
ン及びゲート端子を有する第3のCMOSトランジスタであ
って、この第3のCMOSトランジスタの前記ドレイン端子
は前記入力端子に結合され、この第3のCMOSトランジス
タの前記ゲート端子は前記第1の遮蔽電圧導体に結合さ
れている、第3のCMOSトランジスタと、 h)pチャネルCMOSトランジスタでありソース、ドレイ
ン及びゲート端子を有する第4のCMOSトランジスタであ
って、この第4のCMOSトランジスタの前記ゲート端子は
前記第3のCMOSトランジスタのソース端子に結合され、
この第4のCMOSトランジスタの前記ソース端子は前記第
1及び第2の電源導体の一方に結合され、この第4のCM
OSトランジスタの前記ドレイン端子は前記出力端子に結
合されている、第4のCMOSトランジスタと、 を備えていることを特徴とするCMOS集積回路トランジス
タ構成。 - 【請求項2】比較的高い電源電圧での動作を可能にする
CMOS集積回路トランジスタ構成において、 a)第1及び第2の電源電圧を受け取る第1及び第2の
電源導体であって、前記第1及び第2の電源電圧の間の
差の大きさは所定の動作電圧に比例する、第1及び第2
の電源導体と、 b)前記第1及び第2の電源電圧のほぼ中間にある第1
の遮蔽電圧を受け取る第1の遮蔽電圧導体と、 c)入力信号を受け取る入力端子と、 d)nチャネルCMOSトランジスタでありソース、ドレイ
ン及びゲート端子を有する第1のCMOSトランジスタであ
って、この第1のCMOSトランジスタの前記ドレイン端子
は前記入力端子に結合され、この第1のCMOSトランジス
タの前記ゲート端子は前記第1の遮蔽電圧導体に結合さ
れている、第1のCMOSトランジスタと、 e)nチャネルCMOSトランジスタでありソース、ドレイ
ン及びゲート端子を有する第2のCMOSトランジスタであ
って、この第2のCMOSトランジスタはそのゲート及びソ
ース端子の間に印加される電圧が前記所定の動作電圧よ
りも小さいときにだけ信頼性をもって動作し、この第2
のCMOSトランジスタの前記ゲート端子は前記第1のCMOS
トランジスタの前記ソース端子に結合され、この第2の
CMOSトランジスタの前記ソース端子は前記第1及び第2
の電源導体の一方に結合されている、第2のCMOSトラン
ジスタと、 f)前記第2のCMOSトランジスタの前記ドレイン端子に
結合されており、出力信号を提供する出力端子と、 g)前記第1及び第2の電源電圧のほぼ中間にある第2
の遮蔽電圧を受け取る第2の遮蔽電圧導体と、 h)pチャネルCMOSトランジスタでありソース、ドレイ
ン及びゲート端子を有する第3のCMOSトランジスタであ
って、この第3のCMOSトランジスタの前記ドレイン端子
は前記入力端子に結合され、この第3のCMOSトランジス
タの前記ゲート端子は前記第2の遮蔽電圧導体に結合さ
れている、第3のCMOSトランジスタと、 i)pチャネルCMOSトランジスタでありソース、ドレイ
ン及びゲート端子を有する第4のCMOSトランジスタであ
って、この第4のCMOSトランジスタの前記ゲート端子は
前記第3のCMOSトランジスタのソース端子に結合され、
この第4のCMOSトランジスタの前記ソース端子は前記第
1及び第2の電源導体の一方に結合され、この第4のCM
OSトランジスタの前記ドレイン端子は前記出力端子に結
合されている、第4のCMOSトランジスタと、 を備えていることを特徴とするCMOS集積回路トランジス
タ構成。 - 【請求項3】比較的高い電源電圧での動作を可能にする
CMOS集積回路トランジスタ構成において、 a)第1及び第2の電源電圧を受け取る第1及び第2の
電源導体であって、前記第1及び第2の電源電圧の間の
差の大きさは所定の動作電圧に比例する、第1及び第2
の電源導体と、 b)前記第1及び第2の電源電圧のほぼ中間にある第1
の遮蔽電圧を受け取る第1の遮蔽電圧導体と、 c)入力信号を受け取る入力端子と、 d)ソース、ドレイン及びゲート端子を有する第1のCM
OSトランジスタであって、この第1のCMOSトランジスタ
の前記ドレイン端子は前記入力端子に結合され、この第
1のCMOSトランジスタの前記ゲート端子は前記第1の遮
蔽電圧導体に結合されている、第1のCMOSトランジスタ
と、 e)ソース、ドレイン及びゲート端子を有する第2のCM
OSトランジスタであって、この第2のCMOSトランジスタ
はそのゲート及びソース端子の間に印加される電圧が前
記所定の動作電圧よりも小さいときにだけ信頼性をもっ
て動作し、この第2のCMOSトランジスタの前記ゲート端
子は前記第1のCMOSトランジスタの前記ソース端子に結
合され、この第2のCMOSトランジスタの前記ソース端子
は前記第1及び第2の電源導体の一方に結合されてい
る、第2のCMOSトランジスタと、 f)前記第2のCMOSトランジスタの前記ドレイン端子に
結合されており、出力信号を提供する出力端子と、 g)第2の入力信号を受け取る第2の入力端子と、 h)ソース、ドレイン及びゲート端子を有する第3のCM
OSトランジスタであって、この第3のCMOSトランジスタ
の前記ドレイン端子は前記第2の入力端子に結合され、
この第3のCMOSトランジスタの前記ゲート端子は前記第
1の遮蔽電圧導体に結合されている、第3のCMOSトラン
ジスタと、 i)ソース、ドレイン及びゲート端子を有する第4のCM
OSトランジスタであって、この第4のCMOSトランジスタ
の前記ゲート端子は前記第3のCMOSトランジスタのソー
ス端子に結合され、この第4のCMOSトランジスタの前記
ソース端子は前記第2のCMOSトランジスタのソース端子
と前記第1及び第2の電源導体の一方とに共通に結合さ
れ、この第4のCMOSトランジスタの前記ドレイン端子は
前記出力端子に結合されている、第4のCMOSトランジス
タと、 を含むことを特徴とするCMOS集積回路トランジスタ構
成。 - 【請求項4】請求項3記載のCMOS集積回路トランジスタ
構成において、前記第1、第2、第3及び第4のCMOSト
ランジスタは、それぞれが、nチャンネルCMOSトランジ
スタであることを特徴とするCMOS集積回路トランジスタ
構成。 - 【請求項5】請求項3記載のCMOS集積回路トランジスタ
構成において、前記第1、第2、第3及び第4のCMOSト
ランジスタは、それぞれが、pチャンネルCMOSトランジ
スタであることを特徴とするCMOS集積回路トランジスタ
構成。 - 【請求項6】比較的高い電源電圧での動作を可能にする
CMOS集積回路トランジスタ構成において、 a)第1及び第2の電源電圧を受け取る第1及び第2の
電源導体であって、前記第1及び第2の電源電圧の間の
差の大きさは所定の動作電圧に比例する、第1及び第2
の電源導体と、 b)前記第1及び第2の電源電圧のほぼ中間にある第1
の遮蔽電圧を受け取る第1の遮蔽電圧導体と、 c)入力信号を受け取る入力端子と、 d)ソース、ドレイン及びゲート端子を有する第1のCM
OSトランジスタであって、この第1のCMOSトランジスタ
の前記ドレイン端子は前記入力端子に結合され、この第
1のCMOSトランジスタの前記ゲート端子は前記第1の遮
蔽電圧導体に結合されている、第1のCMOSトランジスタ
と、 e)ソース、ドレイン及びゲート端子を有する第2のCM
OSトランジスタであって、この第2のCMOSトランジスタ
はそのゲート及びソース端子の間に印加される電圧が前
記所定の動作電圧よりも小さいときにだけ信頼性をもっ
て動作し、この第2のCMOSトランジスタの前記ゲート端
子は前記第1のCMOSトランジスタの前記ソース端子に結
合され、この第2のCMOSトランジスタの前記ソース端子
は前記第1及び第2の電源導体の一方に結合されてい
る、第2のCMOSトランジスタと、 f)前記第2のCMOSトランジスタの前記ドレイン端子に
結合されており、出力信号を提供する出力端子と、 g)第2の入力信号を受け取る第2の入力端子と、 h)ソース、ドレイン及びゲート端子を有する第3のCM
OSトランジスタであって、この第3のCMOSトランジスタ
の前記ドレイン端子は前記第2の入力端子に結合され、
この第3のCMOSトランジスタの前記ゲート端子は前記第
1の遮蔽電圧導体に結合されている、第3のCMOSトラン
ジスタと、 i)ソース、ドレイン及びゲート端子を有する第4のCM
OSトランジスタであって、この第4のCMOSトランジスタ
の前記ゲート端子は前記第3のCMOSトランジスタのソー
ス端子に結合され、この第4のCMOSトランジスタの前記
ソース端子は前記第2のCMOSトランジスタの前記ドレイ
ン端子に結合され、この第4のCMOSトランジスタの前記
ドレイン端子は前記出力端子に結合され、この第4のCM
OSトランジスタは前記第2のCMOSトランジスタの前記ド
レイン端子を前記出力端子に選択的に結合するように機
能する、第4のCMOSトランジスタと、 を含むことを特徴とするCMOS集積回路トランジスタ構
成。 - 【請求項7】請求項6記載のCMOS集積回路トランジスタ
構成において、前記第1、第2、第3及び第4のCMOSト
ランジスタは、それぞれが、nチャンネルCMOSトランジ
スタであることを特徴とするCMOS集積回路トランジスタ
構成。 - 【請求項8】請求項6記載のCMOS集積回路トランジスタ
構成において、前記第1、第2、第3及び第4のCMOSト
ランジスタは、それぞれが、pチャンネルCMOSトランジ
スタであることを特徴とするCMOS集積回路トランジスタ
構成。 - 【請求項9】比較的高い電源電圧での動作を可能にする
CMOS集積回路トランジスタ構成において、 a)第1及び第2の電源電圧を受け取る第1及び第2の
電源導体であって、前記第14及び第2の電源電圧の間の
差の大きさは所定の動作電圧に比例する、第1及び第2
の電源導体と、 b)前記第1及び第2の電源電圧のほぼ中間にある第1
の遮蔽電圧を受け取る第1の遮蔽電圧導体と、 c)入力信号を受け取る入力端子と、 d)ソース、ドレイン及びゲート端子を有する第1のCM
OSトランジスタであって、この第1のCMOSトランジスタ
の前記ドレイン端子は前記入力端子に結合され、この第
1のCMOSトランジスタの前記ゲート端子は前記第1の遮
蔽電圧導体に結合されている、第1のCMOSトランジスタ
と、 e)ソース、ドレイン及びゲート端子を有する第2のCM
OSトランジスタであって、この第2のCMOSトランジスタ
はそのゲート及びソース端子の間に印加される電圧が前
記所定の動作電圧よりも小さいときにだけ信頼性をもっ
て動作し、この第2のCMOSトランジスタの前記ゲート端
子は前記第1のCMOSトランジスタの前記ソース端子に結
合され、この第2のCMOSトランジスタの前記ソース端子
は前記第1及び第2の電源導体の一方に結合されてい
る、第2のCMOSトランジスタと、 f)前記第2のCMOSトランジスタの前記ドレイン端子に
結合されており、出力信号を提供する出力端子と、 g)ソース、ドレイン及びゲート端子を有する第3のCM
OSトランジスタであって、この第3のCMOSトランジスタ
の前記ゲート端子は前記第1の遮蔽電圧端子に結合さ
れ、この第3のCMOSトランジスタの前記ソース端子は前
記第2のCMOSトランジスタのドレイン端子に結合され、
この第3のCMOSトランジスタの前記ドレイン端子は前記
出力端子に結合されている、第3のCMOSトランジスタ
と、 を含むことを特徴とするCMOS集積回路トランジスタ構
成。 - 【請求項10】請求項9記載のCMOS集積回路トランジス
タ構成において、前記第1、第2及び第3のCMOSトラン
ジスタは、それぞれが、nチャンネルCMOSトランジスタ
であることを特徴とするCMOS集積回路トランジスタ構
成。 - 【請求項11】請求項9記載のCMOS集積回路トランジス
タ構成において、前記第1、第2及び第3のCMOSトラン
ジスタは、それぞれが、pチャンネルCMOSトランジスタ
であることを特徴とするCMOS集積回路トランジスタ構
成。 - 【請求項12】請求項1記載のCMOS集積回路トランジス
タ構成において、 a)nチャンネルCMOSトランジスタでありソース、ドレ
イン及びゲート端子を有する第5のCMOSトランジスタで
あって、前記第5のCMOSトランジスタの前記ゲート端子
は前記第1の遮蔽電圧導体に結合され、前記第5のCMOS
トランジスタの前記ソース端子は前記第2のCMOSトラン
ジスタの前記ドレイン端子に結合され、前記第5のCMOS
トランジスタの前記ドレイン端子は前記出力端子に結合
された、第5のCMOSトランジスタと、 b)pチャンネルCMOSトランジスタでありソース、ドレ
イン及びゲート端子を有する第6のCMOSトランジスタで
あって、前記第6のCMOSトランジスタの前記ゲート端子
は前記第1の遮蔽電圧導体に結合され、前記第6のCMOS
トランジスタの前記ソース端子は前記第4のCMOSトラン
ジスタの前記ドレイン端子に結合され、前記第6のCMOS
トランジスタの前記ドレイン端子は前記出力端子に結合
された、第6のCMOSトランジスタと、 を更に含むことを特徴とするCMOS集積回路トランジスタ
構成。 - 【請求項13】請求項2記載のCMOS集積回路トランジス
タ構成において、 a)nチャンネルCMOSトランジスタでありソース、ドレ
イン及びゲート端子を有する第5のCMOSトランジスタで
あって、前記第5のCMOSトランジスタの前記ゲート端子
は前記第1の遮蔽電圧導体に結合され、前記第5のCMOS
トランジスタの前記ソース端子は前記第2のCMOSトラン
ジスタの前記ドレイン端子に結合され、前記第5のCMOS
トランジスタの前記ドレイン端子は前記出力端子に結合
された、第5のCMOSトランジスタと、 b)pチャンネルCMOSトランジスタでありソース、ドレ
イン及びゲート端子を有する第6のCMOSトランジスタで
あって、前記第6のCMOSトランジスタの前記ゲート端子
は前記第2の遮蔽電圧導体に結合され、前記第6のCMOS
トランジスタの前記ソース端子は前記第4のCMOSトラン
ジスタの前記ドレイン端子に結合され、前記第6のCMOS
トランジスタの前記ドレイン端子は前記出力端子に結合
された、第6のCMOSトランジスタと、 を更に含むことを特徴とするCMOS集積回路トランジスタ
構成。 - 【請求項14】比較的高い電源電圧での動作を可能にす
るCMOS集積回路トランジスタ構成であって、 a)第1及び第2の電源電圧を受け取る第1及び第2の
電源導体であって、前記第1及び第2の電源電圧の間の
差の大きさは所定の動作電圧に比例する、第1及び第2
の電源導体と、 b)前記第1及び第2の電源電圧のほぼ中間にある第1
の遮蔽電圧を受け取る第1の遮蔽電圧導体と、 c)入力信号を受け取る入力端子と、 d)ソース、ドレイン及びゲート端子を有する第1のCM
OSトランジスタであって、この第1のCMOSトランジスタ
の前記ドレイン端子は前記入力端子に結合され、この第
1のCMOSトランジスタの前記ゲート端子は前記第1の遮
蔽電圧導体に結合されている、第1のCMOSトランジスタ
と、 e)ソース、ドレイン及びゲート端子を有する第2のCM
OSトランジスタであって、この第2のCMOSトランジスタ
はそのゲート及びソース端子の間に印加される電圧が前
記所定の動作電圧よりも小さいときにだけ信頼性をもっ
て動作し、この第2のCMOSトランジスタの前記ゲート端
子は前記第1のCMOSトランジスタの前記ソース端子に結
合され、この第2のCMOSトランジスタの前記ソース端子
は前記第1の電源導体に結合されている、第2のCMOSト
ランジスタと、 f)前記第2のCMOSトランジスタの前記ドレイン端子に
結合されており、出力信号を提供する出力端子と、 g)ソース及びドレイン端子を少なくとも有する第3の
CMOSトランジスタであって、この第3のCMOSトランジス
タの前記ソース端子は前記第2の電源導体に結合され、
この第3のCMOSトランジスタの前記ドレイン端子は前記
出力端子に結合されている、第3のCMOSトランジスタ
と、 を備えているCMOS集積回路トランジスタ構成において、 前記第1のCMOSトランジスタは、半導体材料の第1のウ
ェルの内部に形成されたソース及びドレイン領域を含
み、該ソース及びドレイン領域はそれぞれが前記第1の
CMOSトランジスタの前記ソース及びドレイン端子に電気
的に結合され、半導体材料の前記第1のウェルは前記第
1のCMOSトランジスタの前記ソース端子に電気的に結合
されていることを特徴とするCMOS集積回路トランジスタ
構成。 - 【請求項15】請求項9記載のCMOS集積回路トランジス
タ構成において、 a)前記第1のCMOSトランジスタは、半導体材料の第1
のウェルの内部に形成されたソース及びドレイン領域を
含み、該ソース及びドレイン領域はそれぞれが前記第1
のCMOSトランジスタの前記ソース及びドレイン端子に電
気的に結合され、半導体材料の前記第1のウェルは前記
第1のCMOSトランジスタの前記ソース端子に電気的に結
合され、 b)前記第3のCMOSトランジスタは、半導体材料の第3
のウェルの内部に形成されたソース及びドレイン領域を
含み、該ソース及びドレイン領域はそれぞれが前記第3
のCMOSトランジスタの前記ソース及びドレイン端子に電
気的に結合され、半導体材料の前記第3のウェルは前記
第3のCMOSトランジスタの前記ソース端子に電気的に結
合されていることを特徴とするCMOS集積回路トランジス
タ構成。 - 【請求項16】比較的高い電源電圧での動作を可能にす
るCMOS集積回路送信ゲートにおいて、 a)第1及び第2の電源電圧を受け取る第1及び第2の
電源導体と、 b)前記第1及び第2の電源電圧の間の範囲にある大き
さを有する第1の遮蔽電圧を受け取る第1の遮蔽電圧導
体と、 c)入力信号を受け取る入力端子と、 d)前記入力信号に実質的に対応する出力信号を提供す
る出力端子と、 e)前記入力信号が前記出力端子に送信されるべきであ
ることを選択的に指示する第1の制御信号を受け取る第
1の制御端子と、 f)ソース端子と、前記第1の制御端子に結合され前記
第1の制御信号を受け取るドレイン端子と、前記第1の
遮蔽電圧導体に結合されたゲート端子と、を有する第1
のCMOSトランジスタと、 g)ソース端子と、ドレイン端子と、前記第1のCMOSト
ランジスタの前記ソース端子に結合されそこから前記第
1の制御信号を受け取りこの第2のCMOSトランジスタを
選択的に付勢又は消勢するゲート端子と、を有する第2
のCMOSトランジスタと、 h)前記第2のCMOSトランジスタの前記ドレイン端子に
結合されたソース端子と、前記出力端子に結合され前記
出力信号をそれに結合するドレイン端子と、前記第1の
遮蔽電圧導体に結合されたゲート端子と、を有する第3
のCMOSトランジスタと、 i)前記第2のCMOSトランジスタの前記ソース端子に結
合され前記入力信号をそれに送信するソース端子と、前
記入力端子に結合され前記入力信号を受け取るドレイン
端子と、前記第1の遮蔽電圧導体に結合されたゲート端
子と、を有する第4のCMOSトランジスタと、 を組合せとして備えていることを特徴とするCMOS集積回
路送信ゲート。 - 【請求項17】請求項16記載のCMOS集積回路送信ゲート
において、前記第1、第2、第3及び第4のCMOSトラン
ジスタは、それぞれが、nチャンネルCMOSトランジスタ
であることを特徴とするCMOS集積回路送信ゲート。 - 【請求項18】請求項16記載のCMOS集積回路送信ゲート
において、前記第1、第2、第3及び第4のCMOSトラン
ジスタは、それぞれが、pチャンネルCMOSトランジスタ
であることを特徴とするCMOS集積回路送信ゲート。 - 【請求項19】請求項17記載のCMOS集積回路送信ゲート
において、 a)第2の制御信号を受け取り、前記入力信号が前記出
力端子に送信されるべきであることを選択的に指示する
第2の制御端子と、 b)pチャンネルCMOSトランジスタでありソース、ドレ
イン及びゲート端子を有する第5のCMOSトランジスタで
あって、前記第5のCMOSトランジスタの前記ドレイン端
子は前記第2の制御端子に結合されて前記第2の制御信
号を受け取り、前記第5のCMOSトランジスタの前記ゲー
ト端子は前記第1の遮蔽電圧導体に結合されている、第
5のCMOSトランジスタと、 c)pチャンネルCMOSトランジスタでありソース、ドレ
イン及びゲート端子を有する第6のCMOSトランジスタで
あって、前記第6のCMOSトランジスタの前記ゲート端子
は前記第5のCMOSトランジスタの前記ソース端子に結合
されてそこから前記第2の制御信号を受け取り前記第6
のCMOSトランジスタを選択的に付勢又は消勢する、第6
のCMOSトランジスタと、 d)pチャンネルCMOSトランジスタでありソース、ドレ
イン及びゲート端子を有する第7のCMOSトランジスタで
あって、前記第7のCMOSトランジスタの前記ゲート端子
は前記第1の遮蔽電圧導体に結合され、前記第7のCMOS
トランジスタと前記ソース端子は前記第6のCMOSトラン
ジスタの前記ドレイン端子に結合され、前記第7のCMOS
トランジスタの前記ドレイン端子は前記出力端子に結合
されそれに前記出力信号を結合する、第7のCMOSトラン
ジスタと、 e)pチャンネルCMOSトランジスタでありソース、ドレ
イン及びゲート端子を有する第8のCMOSトランジスタで
あって、前記第8のCMOSトランジスタの前記ゲート端子
は前記第1の遮蔽電圧導体に結合され、前記第8のCMOS
トランジスタの前記ドレイン端子は前記入力端子に結合
され前記入力信号を受け取り、前記第8のCMOSトランジ
スタの前記ソース端子は前記第6のCMOSトランジスタの
前記ソース端子に結合されそれに前記出力信号を結合す
る、第8のCMOSトランジスタと、 を更に含むことを特徴とするCMOS集積回路送信ゲート。 - 【請求項20】請求項17記載のCMOS集積回路送信ゲート
において、 a)第2の制御信号を受け取り、前記入力信号が前記出
力端子に送信されるべきであることを選択的に指示する
第2の制御端子と、 b)前記第1及び第2の電源電圧の間の範囲の大きさを
有する第2の遮蔽電圧を受け取る第2の遮蔽電圧導体
と、 c)pチャンネルCMOSトランジスタでありソース、ドレ
イン及びゲート端子を有する第5のCMOSトランジスタで
あって、前記第5のCMOSトランジスタの前記ドレイン端
子は前記第2の制御端子に結合されて前記第2の制御信
号を受け取り、前記第5のCMOSトランジスタの前記ゲー
ト端子は前記第2の遮蔽電圧導体に結合されている、第
5のCMOSトランジスタと、 d)pチャンネルCMOSトランジスタでありソース、ドレ
イン及びゲート端子を有する第6のCMOSトランジスタで
あって、前記第6のCMOSトランジスタの前記ゲート端子
は前記第5のCMOSトランジスタの前記ソース端子に結合
されてそこから前記第2の制御信号を受け取り前記第6
のCMOSトランジスタを付勢又は消勢する、第6のCMOSト
ランジスタと、 e)pチャンネルCMOSトランジスタでありソース、ドレ
イン及びゲート端子を有する第7のCMOSトランジスタで
あって、前記第7のCMOSトランジスタの前記ゲート端子
は前記第2の遮蔽電圧導体に結合され、前記第7のCMOS
トランジスタの前記ソース端子は前記第6のCMOSトラン
ジスタの前記ドレイン端子に結合され、前記第7のCMOS
トランジスタの前記ドレイン端子は前記出力端子に結合
されそれに前記出力信号を結合する、第7のCMOSトラン
ジスタと、 f)pチャンネルCMOSトランジスタでありソース、ドレ
イン及びゲート端子を有する第8のCMOSトランジスタで
あって、前記第8のCMOSトランジスタの前記ゲート端子
は前記第2の遮蔽電圧導体に結合され、前記第8のCMOS
トランジスタの前記ドレイン端子は前記入力端子に結合
され前記入力信号を受け取り、前記第8のCMOSトランジ
スタの前記ソース端子は前記第6のCMOSトランジスタの
前記ソース端子に結合されそれに前記出力信号を結合す
る、第8のCMOSトランジスタと、 を更に含むことを特徴とするCMOS集積回路送信ゲート。
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