JP3197956B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JP3197956B2 JP25123592A JP25123592A JP3197956B2 JP 3197956 B2 JP3197956 B2 JP 3197956B2 JP 25123592 A JP25123592 A JP 25123592A JP 25123592 A JP25123592 A JP 25123592A JP 3197956 B2 JP3197956 B2 JP 3197956B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路に関
し、特に、共通基板上にディジタル回路部とアナログ回
路部とを混載するMOS(metal oxide semiconducto
r)型の半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は従来の半導体集積回路の概略チッ
プレイアウトである。この例では、チップ1に、ディジ
タル回路部としてのマイコン・コア2及びアナログ回路
部としてのアナログディジタル変換器(以下、ADC)
3が作り込まれており、全体で1チップマイクロコント
ローラを構成している。
【0003】これによれば、チップ外からのアナログ電
圧をADC3でディジタル信号に変換し、このディジタ
ル信号をマイコン・コア2で演算処理することができ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の半導体集積回路にあっては、ディジタル回路部の
動作に起因して発生する基板電位の変動により、アナロ
グ回路部の動作が不正確になりやすいといった問題点が
あった。図8はマイコン・コア2とADC3の等価回路
及び概略回路を示す図である。マイコン・コア2におい
て、G1 、G2 は等価的な信号源、Dn は等価的なnチ
ャネル型MOSトランジスタ、Dp は等価的なpチャネ
ル型MOSトランジスタ、Cd0 、Cd1 ……は等価的
な空乏層容量、Cw0 、Cw1 ……は等価的な配線−基
板(又はウェル)間容量であり、内部ノードN0 、N1
に生じた電位変動がCdi やCwi (iは0、1、…
…)を通して等価的に示す基板(又はウェル)4に伝え
られる。
【0005】一方、同一の基板上に形成されるADC3
は、SAR(Successive Approximation Register )型
のAD変換器であり、定電圧VRHを多段階に分圧する分
圧抵抗網5、各分圧電圧を択一的にオン/オフする複数
のスイッチ要素61 〜6n 、アナログ入力電圧をオン/
オフするスイッチ要素7、サンプリングホールド/比較
回路8〜10、フリップフロップ11、SAR12及び
遅延回路13、14……を含むものである。これによる
と、まず、スイッチ要素7をオンにしてアナログ入力電
圧をサンプリングホールド/比較回路8の容量Cにホー
ルドし、次いで、複数のスイッチ要素61 〜6n の一つ
をオンにして分圧電圧を選択し、その選択分圧電圧と容
量Cのホールド値との大小関係を判定してディジタルデ
ータの一つのビットを決定する。例えば、選択分圧電圧
が多段階の分圧電圧の中間の大きさであれば、ディジタ
ルデータのMSBが決まる。以降、複数のスイッチ要素
1 〜6n を適宜にオンさせながら、ディジタルデータ
の他のビットを決定し、その決定結果をフリップフロッ
プ11を介してSAR12にセットする。SAR12の
内容は、図示を略したバスを通して例えばマイコン・コ
ア2等に出力されると共に、スイッチ要素のオン/オフ
制御にも使用される。
【0006】ここに、サンプリングホールド/比較回路
8の入力側の電位は、高精度に安定している必要があ
る。この電位に変動があると、比較動作が不正確にな
り、アナログ入力電圧とディジタルデータとの対応関係
が一致しなくなるからである。しかしながら、マイコン
・コア2の動作に起因して基板(またはウェル)4に電
位変動が発生すると、この電位変動がADC3の寄生容
量Cs0 、Cs1 を通してサンプリングホールド/比較
回路8の入力側に伝えられるため、程度の差こそあれ、
ADC3の不正確動作は避けられない。 [目的]そこで、本発明は、ディジタル回路部とアナロ
グ回路部とを混載する半導体集積回路の、特にアナログ
回路部の動作を安定化させることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、基板電位又はウェル電位を検出する検出
手段と、該検出手段により検出された電位と基準電位の
間の電位差を反転増幅する増幅手段と、該増幅手段の出
力を基板又はウェルに供給することにより、前記基板電
位又はウェル電位を操作する操作手段とを備え、共通基
板上にディジタル回路部とサンプルド・アナログ回路部
とを形成する半導体集積回路であって、前記検出手段
は、主としてディジタル回路部の動作に起因して発生す
る基板電位又はウェル電位の変動を検出するものであ
り、かつ、その検出動作がサンプルド・アナログ回路部
のサンプリング・クロックに同期して行われるものであ
ことを特徴とする。また、本発明は、共通基板上の異
なる位置の基板電位又はウェル電位を検出すべく配置さ
れた複数の検出手段と、該複数の検出手段の出力が入力
され、各検出手段の出力を所定の重み付けをして加算す
る演算処理を行う演算手段と、該演算手段の出力を基板
又はウェルに供給することにより、前記基板電位又はウ
ェル電位を操作する操作手段とを備え、共通基板上にデ
ィジタル回路部とサンプルド・アナログ回路部とを形成
する半導体集積回路であって、前記検出手段は、主とし
てディジタル回路部の動作に起因して発生する基板電位
又はウェル電位の変動を検出するものであり、かつ、そ
の検出動作がサンプルド・アナログ回路部のサンプリン
グ・クロックに同期して行われるものであることを特徴
とする。
【0008】
【作用】本発明では、検出手段によって主としてディジ
タル回路部の動作に起因して発生する基板電位又はウェ
ル電位の変動が検出され、かつ、その検出動作がサンプ
ルド・アナログ回路部のサンプリング・クロックに同期
して行われ、その検出値に基づいて、操作手段によって
その変動を打ち消すように同基板電位又はウェル電位が
操作される。したがって、基板又はウェル電位が常に一
定電位に制御されるため、例えばADCのようなアナロ
グ回路部の動作を正確化できる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1〜図6は本発明に係る半導体集積回路の一実
施例を示す図である。図1において、10は、インスト
ラクションPLA(以下、IPLA)部11を含むマイ
コン・コア(ディジタル回路部)12と、ADC(アナ
ログ回路部)13とを共通基板上に形成した1チップマ
イクロコントローラのチップである。
【0010】チップ1の適宜位置には、○印で示す検出
手段d0 、d1 、d2 や、△印で示す操作手段nc0
nc1 、nc2 、nc3 、nc4 が設けられている。な
お、×印はADC13の寄生容量Cs0 、Cs1 の位置
を便宜的に示している。図2は検出手段di と増幅手段
i の好ましい構成図である。検出手段di は、P-
板14に形成したPウェル15の界面付近のPSD16
から電極17を引き出して構成している。なお、18は
Foxである。
【0011】また、増幅手段Ai は、差動増幅段20と
駆動段21からなり、差動増幅段20は、差動トランジ
スタとしての一対のPチャネル型MOSトランジスタ2
2、23と、定電流トランジスタとしてのPチャネル型
MOSトランジスタ24と、負荷トランジスタとしての
カレントミラー構成の一対のnチャネル型MOSトラン
ジスタ25、26とを備え、駆動段21は、定電流トラ
ンジスタとしてのPチャネル型MOSトランジスタ27
と、出力トランジスタとしてのnチャネル型MOSトラ
ンジスタ28とを備える。なお、VREF は定電圧、VCC
は高電位側電源、VSSは低電位側電源、R1 、R2 は抵
抗である。
【0012】差動増幅段20は、反転入力(−)に加え
られた検出手段di の出力(すなわち基板電位またはウ
ェル電位)と非反転入力(+)の電位(VSS)との電位
差を所定ゲインで反転増幅するものであり、駆動段21
は、出力電圧レンジを拡大すると共に、操作手段nci
を駆動するのに充分な駆動電力を発生するものである。
【0013】図3は操作手段nci の好ましい構成図で
ある。この操作手段nci は、P-基板30にPウェル
31を形成し、そのPウェル31の界面付近に形成した
PSD(P+ )32に、増幅手段Ai の出力を与えるよ
うに構成している。なお、33はポリシリコン、34は
Fox、35はPチャネル型MOSトランジスタ等に用
いられるPタイプのI・I層である。
【0014】図4は操作手段nci の他の好ましい構成
図である。この操作手段nci は、P- 基板40にPウ
ェル41を形成し、そのPウェル41の界面付近に形成
したn+ 層42に、メタル配線43を介して増幅手段A
i の出力を与えるように構成している。なお、44はP
SG、45はFox、46は空乏層である。このような
構成によれば、検出手段di によってチップ10上の適
宜位置(検出手段di の位置)の基板電位またはウェル
電位が検出され、その基板電位又はウェル電位が増幅手
段Ai によって所定ゲインで反転増幅された後、操作手
段nci によってチップ10上の適宜位置(操作手段n
i の位置)の基板電位又はウェル電位が調節される。
ここで、調節方向は、増幅手段Ai が反転増幅器である
から、検出された基板電位又はウェル電位の変動を抑え
る方向である。また、増幅手段Ai の増幅ゲインは、マ
イコン・コア12の内部で最も大きなノイズを発生する
部分(例えばIPLA部11)からADC13の寄生容
量Cs0 、Cs 1 までの距離と、その増幅手段Ai の入
力に繋がる検出手段di から同増幅手段Ai の出力に繋
がる操作手段nci までの距離の比に応じた値に設定す
ればよい。
【0015】なお、検出手段di と操作手段nci の組
み合せは、例えばd0 とnc2 のように直近のもの同士
を組み合せてもよいが、d0 とnc4 のように離れたも
の同士を組み合せるのが望ましい。こうすると、操作手
段nc4 から検出手段d0 までの距離が離れるため、操
作手段nc4 から検出手段d0 への干渉を軽減できる。
【0016】図5は検出手段di 及び増幅手段Ai の他
の構成例であり、増幅手段Ai の動作を、ADC13の
サンプリング・クロック(図8のサンプリング・クロッ
ク参照)と同じ周期でオン/オフさせるようにしたもの
である。すなわち、差動増幅段50と駆動段51との間
にスイッチ要素52を設け、このスイッチ要素52をA
DC13のサンプリング・クロック(又はそれに同期し
た信号)の周期でオン/オフさせることにより、サンプ
ルド・アナログ回路(ADC13)の動作に同期したク
ロックで基板電位又はウェル電位の変動を標本化でき
る。
【0017】また、図6は複数の検出手段d0 、d1
3 の出力を演算処理し、その演算結果を各操作手段n
1 、nc2 、nc3 に振り分けるようにした例であ
る。図6において、B0 、B1 、B2 はバッファ、Z00
〜Z0n、Z10〜Z1n、Z20〜Z2nは遅延回路、W00〜W
0n、W10〜W1n、W20〜W2nは重み付け回路、Σは加算
回路、MUXは振り分け回路である。それぞれの重み付
け回路には、検出手段と操作手段の位置関係から割り出
された適宜の重み値(便宜的にW00〜W0n、W10
1n、W20〜W2nとする)が与えられており、各重み付
け回路は、遅延回路の各タップから取り出された検出信
号と重み値との乗算値を出力し、加算回路は、全ての乗
算値の加算値を求め、振り分け回路は、その加算値を操
作手段ごとに振り分けて出力する。
【0018】なお、かかる構成では重み付け回路の数が
遅延回路のタップ数×検出信号の数だけ必要になり、回
路規模が増大するので好ましくない。そこで、重み付け
回路を時分割で使用するようにしてもよい。例えば、重
み付け回路を1個とした場合には、その重み付け回路
に、d0 、d1 、d2 からの検出信号と各重み値(W00
〜W0n、W10〜W1n、W20〜W2n)とを順次に与え、以
下のステップを繰り返して行えばよい。
【0019】ステップ1 (d0 からの検出信号)−(d1 からの干渉分)−(d
2 からの干渉分) ステップ2 (d1 からの検出信号)−(d0 からの干渉分)−(d
2 からの干渉分) ステップ3 (d2 からの検出信号)−(d0 からの干渉分)−(d
1 からの干渉分) 3つのステップを1順するごとに干渉を排除した真の検
出信号が得られる。
【0020】また、図6の例では、加算回路Σの出力
を、各操作手段nc1 、nc2 、nc 3 に振り分けてい
るが、これに限るものではなく、例えば、加算回路Σの
出力でADCのディジタル出力を補正してもよく、ある
いは、加算回路Σの出力を全ての操作手段に同時に与え
てもよい。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、以上のように構成した
ので、ディジタル回路部とアナログ回路部とを混載する
半導体集積回路の特にアナログ回路部の動作を安定化さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例のチップレイアウト及び検出手段と操
作手段の一例配置図である。
【図2】一実施例の検出手段及び増幅手段の構成図であ
る。
【図3】一実施例の操作手段の構成図である。
【図4】一実施例の操作手段の他の構成図である。
【図5】一実施例の検出手段及び増幅手段の他の構成図
である。
【図6】一実施例の複数の検出手段の出力を演算処理す
る処理構成図である。
【図7】従来例のチップレイアウトである。
【図8】図7のマイコン・コアの等価回路及びADCの
概略構成図である。
【符号の説明】
i :検出手段 Ai :増幅手段 nci :操作手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/04 H01L 21/822

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板電位又はウェル電位を検出する検出手
    段と、 該検出手段により検出された電位と基準電位の間の電位
    差を反転増幅する増幅手段と、 該増幅手段の出力を基板又はウェルに供給することによ
    り、前記基板電位又はウェル電位を操作する操作手段と
    を備え、 共通基板上にディジタル回路部とサンプルド・アナログ
    回路部とを形成する半導体集積回路であって、 前記検出手段は、主としてディジタル回路部の動作に起
    因して発生する基板電位又はウェル電位の変動を検出す
    るものであり、かつ、その検出動作がサンプルド・アナ
    ログ回路部のサンプリング・クロックに同期して行われ
    るものである ことを特徴とする半導体集積回路。
  2. 【請求項2】共通基板上の異なる位置の基板電位又はウ
    ェル電位を検出すべく配置された複数の検出手段と、 該複数の検出手段の出力が入力され、各検出手段の出力
    を所定の重み付けをして加算する演算処理を行う演算手
    段と、 該演算手段の出力を基板又はウェルに供給することによ
    り、前記基板電位又はウェル電位を操作する操作手段と
    を備え、 共通基板上にディジタル回路部とサンプルド・アナログ
    回路部とを形成する半導体集積回路であって、 前記検出手段は、主としてディジタル回路部の動作に起
    因して発生する基板電位又はウェル電位の変動を検出す
    るものであり、かつ、その検出動作がサンプルド・アナ
    ログ回路部のサンプリング・クロックに同期して行われ
    るものである ことを特徴とする半導体集積回路。
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KR102607335B1 (ko) * 2021-04-14 2023-11-29 송우신 일체형 원터치 성찬식 컵

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