JP3251861B2 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device

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JP3251861B2
JP3251861B2 JP23234996A JP23234996A JP3251861B2 JP 3251861 B2 JP3251861 B2 JP 3251861B2 JP 23234996 A JP23234996 A JP 23234996A JP 23234996 A JP23234996 A JP 23234996A JP 3251861 B2 JP3251861 B2 JP 3251861B2
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路装置
に関するもので、特に低電圧CMOS LSIに使用さ
れるものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a low voltage CMOS LSI.

【0002】[0002]

【従来の技術】CMOS集積回路の消費電力を低減する
有効な方法の一として、電源電圧を下げる方法が提案さ
れている。しかし、電源電圧を下げるとCMOS回路の
動作速度はMOSトランジスタのしきい値(Vth)に大
きく依存するようになる。例えば、3.3V電源の場合
には、Vthが0.15V高くなっても、回路の速度は5
%遅くなる程度である。ところが、1V電源の場合には
同じVth変動に対し、回路の動作速度は上記の2倍の1
0%も遅くなってしまう。
2. Description of the Related Art As an effective method of reducing the power consumption of a CMOS integrated circuit, a method of lowering a power supply voltage has been proposed. However, when the power supply voltage is reduced, the operation speed of the CMOS circuit greatly depends on the threshold value (V th ) of the MOS transistor. For example, in the case of a 3.3V power supply, even if Vth increases by 0.15V, the circuit speed is 5V.
% Slowdown. However, in the case of a 1 V power supply, the operating speed of the circuit is twice as high as the above, for the same Vth fluctuation.
0% slows down.

【0003】このような事情を考慮して、Vthのばらつ
きを小さくする回路技術が開発されている。例えば参考
文献:Kobayashi,T. and Sakurai,T., “Self-Adjusti
ng Threshold-Voltage Scheme (SATS) for Low-Voltage
High-Speed Operation.”Proc.IEEE 1994 CICC,pp.271
-274,May 1994 に記載された回路では、LSIのリーク
電流検出回路と基板バイアス回路を使って以下の動作を
行う。すなわち、Vthが目標値より低いときは、リーク
電流が目標値より増えるので、検出したリーク電流が設
定値より大きくなる。その結果、基板バイアス回路が作
動して、基板バイアスが深くなり、Vthは高く修正され
る。逆に、Vthが目標値より高いときは、リーク電流が
目標値より減るので、検出したリーク電流が設定値より
小さくなる。その結果、基板バイアス回路の動作が止ま
って、基板バイアスが浅くなり、Vthは低く修正され
る。こうして、Vth=±0.15Vに製造されたMOS
トランジスタのVthのばらつきを回路技術で±0.05
Vに低減することができる。
In view of such circumstances, a circuit technique for reducing the variation of Vth has been developed. For example, references: Kobayashi, T. and Sakurai, T., “Self-Adjusti
ng Threshold-Voltage Scheme (SATS) for Low-Voltage
High-Speed Operation. ”Proc.IEEE 1994 CICC, pp.271
The circuit described in -274, May 1994 performs the following operation using an LSI leak current detection circuit and a substrate bias circuit. That is, when V th is lower than the target value, the leak current increases beyond the target value, so that the detected leak current becomes higher than the set value. As a result, the substrate bias circuit operates, the substrate bias becomes deep, and Vth is corrected to be high. Conversely, when V th is higher than the target value, the leak current decreases below the target value, so that the detected leak current becomes lower than the set value. As a result, the operation of the substrate bias circuit stops, the substrate bias becomes shallow, and Vth is corrected to be low. Thus, the MOS manufactured at V th = ± 0.15 V
The variation in Vth of the transistor is ± 0.05 by circuit technology.
V.

【0004】サブスレッショルド領域、すなわちゆるく
オンしている状態におけるMOSトランジスタのドレイ
ン電流は次式で表される。
The drain current of a MOS transistor in a sub-threshold region, that is, in a state where it is loosely turned on, is expressed by the following equation.

【0005】[0005]

【数1】 ここで、式(1)中のSはいわゆるSパラメータ(テー
リング係数ともいう)と言われるもので、リーク電流を
1桁下げるために必要なVGSの値を示している。このS
パラメータは
(Equation 1) Here, S in the equation (1) is what is called a so-called S parameter (also referred to as a tailing coefficient), and indicates a value of V GS required to reduce the leakage current by one digit. This S
The parameters are

【0006】[0006]

【数2】 と表わされる。式(1)におけるVTCは、チャネル幅W
o のトランジスタに、ある一定のドレイン電流Io が流
れ始めるときのVGSである。式(2)よりSは温度に依
存することがわかる。
(Equation 2) It is expressed as V TC in equation (1) is the channel width W
the transistor of o, a V GS when the constant drain current I o there begins to flow. Equation (2) shows that S depends on the temperature.

【0007】従ってLSIのリーク電流は次式で表され
る。
Therefore, the leakage current of the LSI is expressed by the following equation.

【0008】[0008]

【数3】 従来のリーク電流検出回路の構成を図13に示す。(Equation 3) FIG. 13 shows a configuration of a conventional leak current detection circuit.

【0009】この回路において、ゲートが接地され、ソ
ースが電源に接続されたPチャネルMOSトランジスタ
1pのドレインと、ソースが接地された負荷としてのN
チャネルMOSトランジスタMLnのドレインとの接続点
に所定電圧V0 が印加され、そのゲートには抵抗R1お
よびR2でなる抵抗分圧回路の出力電圧Vb が与えられ
ている。このNチャネルMOSトランジスタMLnはリー
ク電流検出用のトランジスタである。MLnの右側にある
2つのトランジスタはLSI全体を等価的に表してお
り、ゲートが接地され、ソースが電源に接続されたPチ
ャネルMOSトランジスタM1pa と、ゲートおよびソー
スが接地され、ドレインがPチャネルMOSトランジス
タM1pa のドレインと接続されたNチャネルMOSトラ
ンジスタMLSI により表現されている。
In this circuit, the drain of a P-channel MOS transistor M1p whose gate is grounded and whose source is connected to a power supply, and N as a load whose source is grounded
Predetermined voltage V 0 is applied to the connection point of the drain channel MOS transistor M Ln, the output voltage V b of the resistor divider consisting of resistors R1 and R2 to the gate is provided. This N-channel MOS transistor M Ln is a transistor for detecting a leak current. The two transistors on the right side of M Ln equivalently represent the entire LSI, a P-channel MOS transistor M 1pa whose gate is grounded and whose source is connected to the power supply, a gate and source are grounded, and a drain is P It is represented by an N-channel MOS transistor M LSI connected to the drain of the channel MOS transistor M 1pa .

【0010】リーク電流検出回路で検出されるリーク電
流は式(1)より次式のようになる。
The leak current detected by the leak current detection circuit is given by the following equation from equation (1).

【0011】[0011]

【数4】 ここで、入力電圧Vb は次式で与えられる。(Equation 4) Here, the input voltage Vb is given by the following equation.

【0012】[0012]

【数5】 従って、LSI全体のリーク電流とリーク電流検出回路
が検出するリーク電流の比(以下、リーク電流検出倍率
と呼ぶ)は次式のようになる。
(Equation 5) Accordingly, the ratio of the leak current of the entire LSI to the leak current detected by the leak current detection circuit (hereinafter, referred to as a leak current detection magnification) is as follows.

【0013】[0013]

【数6】 (Equation 6)

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】式(6)から明らかな
ように、従来のリーク電流検出回路は、リーク電流検出
倍率が電源電圧VDDと温度に依存(Sは上述したように
温度に依存)し、正確にLSIのリーク電流を検出でき
なかった。
As is apparent from equation (6), in the conventional leak current detection circuit, the leak current detection magnification depends on the power supply voltage VDD and the temperature (S is dependent on the temperature as described above). ) However, the leak current of the LSI could not be accurately detected.

【0015】また、リーク電流検出用のMOSトランジ
スタMLnは大きなチャネル幅(WLC M )を必要とする。
従って、MLnのドレインに寄生する容量は大きく、一方
Lnに流れる電流(ILn.LLCM )は小さいので、リーク
電流検出回路の応答時間が非常に長くなり、上記基板バ
イアスの制御の収束性が良好でないことが問題であっ
た。また、入力電圧Vb は抵抗分圧で得ているので、抵
抗に流れる電流Ibnの消費を小さくしようとすると大き
な抵抗値の抵抗が必要となる。例えば、電流Ibnを1μ
Aにするには、VDD=3Vのとき、R1とR2で3MΩ
の抵抗が必要になる。一般には拡散層で抵抗を作るが、
拡散層のシート抵抗を100Ωとすると、幅1μm、長
さ30mmのレイアウトパターンが必要になり、大きな
面積を占有して小型化、高集積化の要請に反するという
問題があった。
Further, the MOS transistor M Ln for detecting a leakage current requires a large channel width (W LC M ).
Therefore, the capacitance parasitic on the drain of M Ln is large, while the current (I Ln.LLCM ) flowing in M Ln is small, so that the response time of the leak current detection circuit becomes very long, and the convergence of the substrate bias control is improved. Was not good. Also, since the input voltage Vb is obtained by dividing the resistance, a resistor having a large resistance value is required to reduce the consumption of the current Ibn flowing through the resistor. For example, if the current I bn is 1 μm
To make A, when V DD = 3V, R1 and R2 are 3MΩ
Resistance is required. Generally, a resistor is made with a diffusion layer.
Assuming that the sheet resistance of the diffusion layer is 100Ω, a layout pattern having a width of 1 μm and a length of 30 mm is required, occupying a large area, and contradicting the demand for miniaturization and high integration.

【0016】したがって、本発明の目的は、電源電圧や
温度や製造ばらつきに依存しないリーク電流検出倍率を
有するリーク電流検出回路を含む半導体集積回路を提供
することである。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a semiconductor integrated circuit including a leak current detecting circuit having a leak current detecting magnification which does not depend on a power supply voltage, a temperature, or a manufacturing variation.

【0017】本発明の他の目的は高速動作が可能で、少
ないパターン面積でレイアウトすることのできるリーク
電流検出回路を含む半導体集積回路装置を提供すること
である。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device including a leak current detection circuit which can operate at high speed and can be laid out with a small pattern area.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ソース
が第1の電源に接続され、ドレイン端子が負荷を介して
第2の電源に接続された第1の第1導電型MOSトラン
ジスタと、ドレインが前記第1の第1導電型MOSトラ
ンジスタのゲートに接続され、ソースが前記第1の電源
に接続され、ゲートが第1の電流源に接続された第2の
第1導電型MOSトランジスタと、ソースが前記第1の
第1導電型MOSトランジスタのゲートに接続され、ド
レインが前記第1の電流源に接続され、ゲートがドレイ
ンに接続された第3の第1導電型MOSトランジスタと
を備え、前記第2の第1導電型MOSトランジスタのゲ
ートの電位と前記第1の電源の電位の差の絶対値が前記
第2および第3の第1導電型MOSトランジスタの閾値
電圧と等しいか小さくなるようにして前記第2および第
3の第1導電型MOSトランジスタをサブスレッシュホ
ールド領域で駆動するようにしたことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a first first conductivity type MOS transistor having a source connected to a first power supply and a drain terminal connected to a second power supply via a load. , A drain connected to the gate of the first first conductivity type MOS transistor, a source connected to the first power supply, and a gate connected to the first current source. And a third first conductivity type MOS transistor having a source connected to the gate of the first first conductivity type MOS transistor, a drain connected to the first current source, and a gate connected to the drain. An absolute value of a difference between a gate potential of the second first conductivity type MOS transistor and a potential of the first power supply is equal to or smaller than a threshold voltage of the second and third first conductivity type MOS transistors. In the Kunar so is characterized in that the said second and third first-conductivity type MOS transistor to drive a sub-threshold region.

【0019】この態様では、2つのトランジスタをサブ
スレッショルド領域で動作させて、リーク電流検出用ト
ランジスタの入力電圧Vb を発生するようにしているの
で、リーク電流検出倍率は電源電圧や温度に依存しなく
なる。これにより正確にLSIのNチャネルMOSトラ
ンジスタあるいはPチャネルMOSトランジスタのリー
ク電流を検出することができる。また、Vb は抵抗を使
わずにトランジスタで発生できるので、リーク電流検出
回路を少ないパターン面積でレイアウトすることができ
る。
In this embodiment, since the two transistors are operated in the sub-threshold region to generate the input voltage Vb of the leakage current detection transistor, the leakage current detection magnification depends on the power supply voltage and temperature. Disappears. This makes it possible to accurately detect the leak current of the N-channel MOS transistor or P-channel MOS transistor of the LSI. Further, since Vb can be generated by a transistor without using a resistor, the leak current detection circuit can be laid out with a small pattern area.

【0020】また、本発明の第2の態様によれば、ソー
スが第1の電源に接続された第1の第1導電型MOSト
ランジスタと、ドレインが前記第1の第1導電型MOS
トランジスタのゲートに接続され、ソースが前記第1の
電源に接続され、ゲートが第1の電流源に接続された第
2の第1導電型MOSトランジスタと、ソースが前記第
1の第1導電型MOSトランジスタのゲートに接続さ
れ、ドレインが前記第1の電流源に接続され、ゲートが
ドレインに接続された第3の第1導電型MOSトランジ
スタと、ソースが前記第1の第1導電型MOSトランジ
スタのドレインに接続され、ドレインが負荷を介して第
2の電源に接続され、ゲートに所定電位が与えられた第
4の第1導電型MOSトランジスタとを備え、前記第2
の第1導電型MOSトランジスタのゲートの電位と前記
第1の電源の電位の差の絶対値が前記第2および第3の
第1導電型MOSトランジスタの閾値電圧と等しいか小
さくなるようにして前記第2および第3の第1導電型M
OSトランジスタをサブスレッシュホールド領域で駆動
するようにするとともに、前記第4の第1導電型MOS
トランジスタのチャネル幅を前記第1の第1導電型MO
Sトランジスタのチャネル幅よりも小さくしたことを特
徴とする。
According to a second aspect of the present invention, a first first conductivity type MOS transistor having a source connected to a first power supply and a drain having the first first conductivity type MOS transistor are provided.
A second first conductivity type MOS transistor connected to the gate of the transistor, the source connected to the first power supply, and the gate connected to the first current source; and the source connected to the first first conductivity type A third first conductivity type MOS transistor connected to a gate of the MOS transistor, a drain connected to the first current source, and a gate connected to the drain, and a source connected to the first first conductivity type MOS transistor And a fourth first conductivity type MOS transistor whose drain is connected to a second power supply via a load and whose gate is given a predetermined potential.
The absolute value of the difference between the potential of the gate of the first conductivity type MOS transistor and the potential of the first power supply is equal to or smaller than the threshold voltage of the second and third first conductivity type MOS transistors. Second and third first conductivity types M
The OS transistor is driven in a sub-threshold region, and the fourth first conductivity type MOS transistor is driven.
The channel width of the transistor is set to the first first conductivity type MO.
The channel width is smaller than the channel width of the S transistor.

【0021】この態様では、上述した第1の態様と同様
の動作に加えてリーク電流検出MOSトランジスタのド
レイン端子の電位がクランプされ、リーク電流検出MO
Sトランジスタのドレインでの電位は小振幅となる。こ
れによりLSIのNMOSトランジスタあるいはPMO
Sトランジスタのリーク電流を高速に検出することがで
きる。
In this embodiment, in addition to the same operation as the above-described first embodiment, the potential of the drain terminal of the leakage current detection MOS transistor is clamped, and the leakage current detection MO
The potential at the drain of the S transistor has a small amplitude. This allows the NMOS transistor or PMO of the LSI
The leak current of the S transistor can be detected at high speed.

【0022】さらに本発明の第3の態様によれば、リー
ク電流検出回路の負荷としてMOSトランジスタを用
い、そのゲート電位を外部端子を介してチップの外から
自由に制御できるようにしており、これによりリーク電
流検出倍率を自在に設定することができる。
Further, according to the third aspect of the present invention, a MOS transistor is used as a load of the leak current detecting circuit, and its gate potential can be freely controlled from outside the chip via an external terminal. Thus, the leak current detection magnification can be set freely.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明に実施の形態のいく
つかにつき詳述する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Some embodiments of the present invention will be described below in detail.

【0024】本発明による半導体集積回路装置の第1の
実施の形態の構成をFIG. 1に示す。この半導体集積回路
装置は、LSIを等価的に表わしたNチャネルMOSト
ランジスタMLSI に対してリーク電流検出用にNチャネ
ルMOSトランジスタMLnが設けられている点はFIG.13
の従来技術と同じである。このNチャネルMOSトラン
ジスタMLnに対してゲート電圧Vbnを発生するために、
ソース接地されたNチャネルMOSトランジスタM
1nと、ドレインに電流源Mgpが接続され、ソースがNチ
ャネルMOSトランジスタM1nのドレインに接続された
NチャネルMOSトランジスタM2nとが設けられ、Nチ
ャネルMOSトランジスタM1nのゲート端子とNチャネ
ルMOSトランジスタM2nのゲート端子とM2nのドレイ
ン端子と電流源Mgpのドレイン端子が接続され、Nチャ
ネルMOSトランジスタM1nのドレイン端子とNチャネ
ルMOSトランジスタM2nのソース端子との接続点はN
チャネルMOSトランジスタMLnのゲートに接続されて
いる。
FIG. 1 shows the configuration of the first embodiment of the semiconductor integrated circuit device according to the present invention. This semiconductor integrated circuit device is different from FIG. 13 in that an N-channel MOS transistor M Ln for detecting a leak current is provided for an N-channel MOS transistor M LSI equivalently representing an LSI .
Is the same as the prior art. To generate a gate voltage V bn for this N-channel MOS transistor M Ln ,
N-channel MOS transistor M whose source is grounded
And 1n, a current source M gp is connected to the drain, source is provided and the N-channel MOS transistor M N-channel MOS transistor M 2n connected to the drain of 1n, the gate terminal and the N-channel N-channel MOS transistor M 1n MOS drain terminal of the transistor M 2n drain terminal and the current source M gp the gate terminal and the M 2n of being connected, the connection point between the source terminal of the drain terminal and the N-channel MOS transistor M 2n of N-channel MOS transistor M 1n is N
It is connected to the gate of the channel MOS transistor M Ln .

【0025】ここで、NチャネルMOSトランジスタM
1nとNチャネルMOSトランジスタM2nはサブスレッシ
ョルド領域で動作するように、電流源Mgpの電流値Ibp
とNチャネルMOSトランジスタM1nおよびNチャネル
MOSトランジスタM2nのチャネル幅が選ばれる。その
ように設定されたとき、NチャネルMOSトランジスタ
1nのゲート端子の電位であるVgnと接地電位GNDと
の電位差がNチャネルMOSトランジスタM1nおよびN
チャネルMOSトランジスタM2nのしきい値電圧に比べ
てほぼ等しいかあるいは小さくなる。
Here, an N-channel MOS transistor M
1n and the N-channel MOS transistor M 2n operate in the subthreshold region so that the current value I bp of the current source M gp is
And the channel widths of N channel MOS transistor M 1n and N channel MOS transistor M 2n are selected. When set as such, the potential difference between V gn , which is the potential of the gate terminal of N-channel MOS transistor M 1n , and ground potential GND is determined by N-channel MOS transistors M 1n and N 1
It is almost equal to or smaller than the threshold voltage of the channel MOS transistor M 2n .

【0026】このように構成された本発明の第1の実施
の形態にかかる半導体集積回路装置においては、Nチャ
ネルMOSトランジスタM1nとNチャネルMOSトラン
ジスタM2nはサブスレッショルド領域で動作するから、
そのドレイン電流は式(1)で表され、両者が等しいこ
とから、
In the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention, the N-channel MOS transistor M 1n and the N-channel MOS transistor M 2n operate in the sub-threshold region.
The drain current is represented by equation (1), and since both are equal,

【0027】[0027]

【数7】 となる。(Equation 7) Becomes

【0028】ここで、図2(a)に示すようにNチャネ
ルMOSトランジスタM1nのドレインとNチャネルMO
SトランジスタM2nの基板端子を接続すると、両トラン
ジスタのしきい値の差はほとんど無くなる。したがっ
て、式(7)の近似が成り立つ。この場合、LSIのN
チャネルMOSトランジスタのリーク電流のリーク電流
検出倍率は、
Here, as shown in FIG. 2A, the drain of the N-channel MOS transistor M 1n and the N-channel MOS
When the substrate terminal of the S transistor M 2n is connected, the difference between the threshold values of both transistors is almost eliminated. Therefore, the approximation of Expression (7) holds. In this case, the LSI N
The leak current detection magnification of the leak current of the channel MOS transistor is

【0029】[0029]

【数8】 となり、電源電圧の変動やデバイスのばらつきの影響を
全く受けず、NチャネルMOSトランジスタM1nとNチ
ャネルMOSトランジスタM2nのチャネル幅W1、W2
の比で設計できる。
(Equation 8) Next, not affected at all by the variation of the variation and device of the power supply voltage, the channel width of N-channel MOS transistor M 1n and the N-channel MOS transistor M 2n W1, W2
The ratio can be designed.

【0030】しかしながら図2(a)に示す回路接続を
可能にするには、NチャネルMOSトランジスタM1n
基板とNチャネルMOSトランジスタM2nの基板が電気
的に分離されていなければならない。両者が電気的に分
離されていない場合は、図2(b)に示すように、両者
の基板端子どうしが接続された回路接続になる。この場
合、NチャネルMOSトランジスタM2nには基板バイア
スがかかるので、バックゲート効果によりNチャネルM
OSトランジスタM2nのしきい値がNチャネルMOSト
ランジスタM1nのそれよりも少し高くなる。その結果、
式(7)の近似は成立しなくなる。従って、リーク電流
検出倍率は、わずかな温度依存性を持つことになる。こ
れを解決するためには図2(c)に示すようにNチャネ
ルMOSトランジスタM1nとNチャネルMOSトランジ
スタM2nの共通の基板に逆バイアスをかけると、この依
存性を更に小さくすることができる。
However, in order to enable the circuit connection shown in FIG. 2A, the substrate of the N-channel MOS transistor M 1n must be electrically separated from the substrate of the N-channel MOS transistor M 2n . When the two are not electrically separated from each other, a circuit connection is made in which the two board terminals are connected as shown in FIG. In this case, since a substrate bias is applied to the N-channel MOS transistor M 2n , the N-channel MOS transistor M 2n has a back-gate effect.
The threshold value of the OS transistor M 2n is slightly higher than that of the N-channel MOS transistor M 1n . as a result,
The approximation of equation (7) does not hold. Therefore, the leak current detection magnification has a slight temperature dependency. In order to solve this, as shown in FIG. 2C, when a reverse bias is applied to the common substrate of the N-channel MOS transistor M 1n and the N-channel MOS transistor M 2n , this dependency can be further reduced. .

【0031】図9に図1のVbn−Ibn特性のシミュレー
ション結果を示す。式(7)で示したようにNチャネル
MOSトランジスタM1n,NチャネルMOSトランジス
タM2nのゲート電位Vg と接地電位GNDとの電位差が
NチャネルMOSトランジスタM1n,NチャネルMOS
トランジスタM2nのしきい値電圧Vthn =0.55Vよ
り小さいサブスレッショルド領域においては、Vb は電
流Ib に依存せず一定値となる。すなわち、Vb は電源
電圧の変動やデバイスのバラツキの影響を全く受けずに
NチャネルMOSトランジスタM1n,NチャネルMOS
トランジスタM2nのチャネル幅の比W2/W1によって
のみ決まる。
FIG. 9 shows a simulation result of the V bn -I bn characteristics of FIG. Wherein the N-channel MOS transistor M 1n as shown in (7), the potential difference between the gate electric potential V g of the N-channel MOS transistor M 2n and the ground potential GND N-channel MOS transistors M 1n, N-channel MOS
In a sub-threshold region where the threshold voltage V thn of the transistor M 2n is smaller than 0.55 V, V b has a constant value independent of the current I b . That is, Vb is not affected by the fluctuation of the power supply voltage or the variation of the device at all, and the N-channel MOS transistors M 1n and N 1
It is determined only by the channel width ratio W2 / W1 of the transistor M2n.

【0032】図10に図1のVb NチャネルMOSトラ
ンジスタ(W2/W1)特性をシミュレーションした結
果を示す。NチャネルMOSトランジスタM1nの基板電
位とNチャネルMOSトランジスタM2nの基板電位を電
気的に分離してNチャネルMOSトランジスタM2nの基
板バイアスをかけない場合(図2(a)参照)を破線で
示す。これに対し、NチャネルMOSトランジスタM1n
とM2nの基板電位を電気的に分離できずM2nに基板バイ
アスがかかる場合(図2(B)参照)を実線で示す。後
者は基板バイアス効果のためM2nのしきい値が少し高く
なり、式(7)の(VTC1 −VTC2 )の項が零となら
ず、負の値をとるため、前者に比べ少し低い値となる。
そのため、わずかな温度依存性を持つことになるが、実
際の使用は用途によっては影響のない範囲である。
FIG. 10 shows the result of simulating the characteristics of the Vb N-channel MOS transistor (W2 / W1) shown in FIG. If not to apply N-channel MOS transistor M 1n of the substrate potential and the N-channel MOS transistor M electrically bias the isolation to N-channel MOS transistor M 2n substrate potential of 2n (see FIG. 2 (a)) the dashed line Show. On the other hand, an N-channel MOS transistor M 1n
And indicating if the electrically bias the M 2n can not be separated according to (see FIG. 2 (B)) by the solid line substrate potential of M 2n. In the latter case, the threshold value of M 2n is slightly increased due to the substrate bias effect, and the term of (V TC1 −V TC2 ) in equation (7) does not become zero but takes a negative value. Value.
Therefore, it has a slight temperature dependency, but its practical use is within a range that does not affect the application.

【0033】図3は図1の構成におけるトランジスタの
導電型を反転させて構成した本発明の第2の実施例を示
すものである。
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention in which the conductivity type of the transistor in the configuration of FIG. 1 is inverted.

【0034】リーク電流検出用PチャネルMOSトラン
ジスタMLpに対してゲート電圧Vbpを発生するためにソ
ースが電源に接続されたPチャネルMOSトランジスタ
(M1p)と、ドレインに電流源Mgnが接続され、ソース
がPチャネルMOSトランジスタM1pのドレインに接続
されたPチャネルMOSトランジスタ(M2p)とが設け
られ、PチャネルMOSトランジスタM1pのゲート端子
とPチャネルMOSトランジスタM2pのゲート端子とM
2pのドレイン端子とMgnのドレイン端子が接続され、P
チャネルMOSトランジスタM1pのドレイン端子とPチ
ャネルMOSトランジスタM2pのソース端子との接続点
はPチャネルMOSトランジスタMLpのゲートに接続さ
れている。
A P-channel MOS transistor (M 1p ) having a source connected to a power supply for generating a gate voltage V bp for the P-channel MOS transistor M Lp for detecting leak current, and a current source M gn connected to a drain. A P-channel MOS transistor (M 2p ) having a source connected to the drain of the P-channel MOS transistor M 1p is provided. The gate terminal of the P-channel MOS transistor M 1p , the gate terminal of the P-channel MOS transistor M 2p , and M
The drain terminal of 2p and the drain terminal of Mgn are connected, and P
Connection point between the source terminal of the drain terminal and the P-channel MOS transistor M 2p channel MOS transistor M 1p is connected to the gate of the P-channel MOS transistor MLP.

【0035】ここで、PチャネルMOSトランジスタM
1pとPチャネルMOSトランジスタM2pはサブスレッシ
ョルド領域で動作するように、電流源の電流値IbpとP
チャネルMOSトランジスタM1pおよびPチャネルMO
SトランジスタM2pのチャネル幅が選ばれる。そのよう
に設定されたとき、電源電位とPチャネルMOSトラン
ジスタM1pのゲート端子の電位であるVgpとの電位差が
PチャネルMOSトランジスタM1pおよびPチャネルM
OSトランジスタM2pのしきい値電圧に比べてほぼ等し
いかあるいは小さくなる。
Here, a P-channel MOS transistor M
1p and the P-channel MOS transistor M 2p operate in the subthreshold region so that the current values I bp and P
Channel MOS transistor M 1p and P channel MO
The channel width of the S transistor M2p is selected. When set as such, the power supply potential and P-channel MOS transistor M potential difference P-channel MOS transistor with V gp is the potential of the gate terminal of the 1p M 1p and P-channel M
Approximately equal to or smaller than the threshold voltage of the OS transistor M 2p.

【0036】この場合も図1の場合と全く同様にLSI
のPチャネルMOSトランジスタのリーク電流を検出で
きる。
Also in this case, the LSI is the same as in FIG.
Of the P-channel MOS transistor can be detected.

【0037】次に本発明による半導体集積回路装置の第
3の実施の形態の構成を図4に示す。この半導体集積回
路装置は、図1の構成に対し、負荷トランジスタM1p
ドレインとNチャネルMOSトランジスタMLnのドレイ
ンの間にNチャネルMOSトランジスタMc1n を接続
し、そのゲートにはM3nのソースがGNDに、ドレイン
およびゲートが第2の電流源であるNチャネルMOSト
ランジスタMc1p のドレインに接続されたNチャネルM
OSトランジスタM3nのゲートが接続されている。 こ
こで、NチャネルMOSトランジスタMc1n のチャネル
幅をNチャネルMOSトランジスタMLnのチャネル幅に
比べて小さくするとともに、NチャネルMOSトランジ
スタM3nのゲート端子の電位Vcnと接地電位GNDとの
電位差がNチャネルMOSトランジスタM3nおよびNチ
ャネルMOSトランジスタMc1n のしきい値電圧に比べ
ほぼ等しいかあるいは大きくなる様にNチャネルMOS
トランジスタM3nとNチャネルMOSトランジスタM
c1n のチャネル幅が選ばれる。ただし、NチャネルMO
SトランジスタM3nのチャネル幅をあまり小さくすると
精度上の問題が発生するので適当な幅を維持することが
必要である。
Next, the configuration of a third embodiment of the semiconductor integrated circuit device according to the present invention is shown in FIG. The semiconductor integrated circuit device, to the configuration of FIG. 1, the source of the load transistor M is connected to N-channel MOS transistor M C1N between drains of N-channel MOS transistor M Ln of 1p, to the gate M 3n Is connected to GND, and an N-channel MOS transistor whose drain and gate are connected to the drain of an N-channel MOS transistor M c1p which is a second current source.
The gate of the OS transistor M 3n is connected. Here, the channel width of the N-channel MOS transistor M c1n is made smaller than the channel width of the N-channel MOS transistor M Ln , and the potential difference between the potential V cn of the gate terminal of the N-channel MOS transistor M 3n and the ground potential GND is reduced. An N-channel MOS transistor M 3n and an N-channel MOS transistor M c1n so that the N-channel MOS transistors M 3n and M c1n have substantially the same or larger threshold voltages.
Transistor M 3n and N-channel MOS transistor M
The channel width of c1n is chosen. However, N channel MO
If the channel width of the S-transistor M 3n is too small, a problem in accuracy occurs, so it is necessary to maintain an appropriate width.

【0038】前述した第1の実施の形態では負荷M1p
通じて充電したMLnのドレインの電位をVo として取り
出すため、チャネル幅の大きなMLnのドレイン容量の充
電で遅延が生じる。
In the above-described first embodiment, since the potential of the drain of M Ln charged through the load M 1p is taken out as V o , a delay occurs in charging the drain capacitance of M Ln having a large channel width.

【0039】これに対し、第3の実施の形態では負荷M
1pを通じてMc1n のソース・ドレイン容量とMLnのドレ
イン容量を充電し、Mc1n のドレインの電位をVo とし
て取り出すようにしている。この場合、MLnのドレイン
の電位はクランプ作用によりM3nのゲート端子の電位V
cnとMLnのしきい値との差しか上がらず、MLnのドレイ
ン容量の充電時間が大幅に短縮される。しかも、MLn
比べチャネル幅の小さなMc1n のドレインの電位をVo
として取り出すため充電時間も速い。換言すれば、Vo
から回路内部を見たときの充電すべき容量はMc1n のド
レイン容量であるので、応答性が向上する。
On the other hand, in the third embodiment, the load M
Charging the drain capacitance of the source-drain capacitance and M Ln of M c1n through 1p, so that takes out the potential of the drain of the M c1n as V o. In this case, the potential of the drain of M Ln becomes the potential V 3 of the gate terminal of M 3n due to the clamping action.
The difference between cn and the threshold value of M Ln does not increase, and the charging time of the drain capacitance of M Ln is greatly reduced. Moreover, the potential of the drain of M c1n having a smaller channel width than M Ln is set to V o.
Charging time is fast because it is taken out. In other words, V o
Since the capacity to be charged when the inside of the circuit is viewed from is the drain capacity of M c1n , the response is improved.

【0040】したがって遅延時間がMLnとMc1n のドレ
イン容量の充電時間の和であっても第1の実施の形態に
比べて高速化が図られる。
Therefore, even if the delay time is the sum of the charging times of the drain capacitances of M Ln and M c1n , the speed can be increased as compared with the first embodiment.

【0041】図5は負荷M1pと接地間のトランジスタを
もう1段増加させた変形例を示しており、他の構成は図
4の場合と全く同じである。
FIG. 5 shows a modification in which the number of transistors between the load M1p and the ground is increased by one more stage, and the other configuration is exactly the same as that of FIG.

【0042】この変形例は、図4の場合にはNチャネル
MOSトランジスタMc1n のゲート電圧を高くすること
が困難であり、この低いゲート電圧が充電電流を律速し
てしまうという問題を解決するものである。このため、
図5においては該ゲート電圧を高めるためにトランジス
タM3nのソースにドレインおよびゲートが接続され、ソ
ースが接地されたトランジスタM4nをもう1段追加して
おり、2つのトランジスタM3nおよびM4nによる電圧ク
ランプ作用でトランジスタMc1n のゲート電圧を高くし
てさらに高速化を図ることができる。
This modification solves the problem that it is difficult to increase the gate voltage of the N-channel MOS transistor Mc1n in the case of FIG. 4, and that this low gate voltage limits the charging current. It is. For this reason,
5 is connected to drain and gate to the source of the transistor M 3n to increase the gate voltage, the source has to add another stage transistors M 4n which is grounded, due to the two transistors M 3n and M 4n The gate voltage of the transistor M c1n can be increased by the voltage clamping action to further increase the speed.

【0043】図6は図4の構成における各トランジスタ
の導電型を反転させてLSIのPチャネルMOSトラン
ジスタのリーク電流を検出できるようにした第4の実施
例を示すものであり、構成および動作は図4の場合とほ
ぼ同じであるので詳細な説明を省略する。
FIG. 6 shows a fourth embodiment in which the conductivity type of each transistor in the configuration of FIG. 4 is inverted so that the leakage current of the P-channel MOS transistor of the LSI can be detected. Since it is almost the same as the case of FIG. 4, detailed description will be omitted.

【0044】図7は図6の実施例における変形例を示す
もので、図5の場合と同様にVo を出力するために充電
されるトランジスタMc1p のゲート電圧を上昇させるた
め、トランジスタM4pを電源とトランジスタM3pとの間
に挿入したもので、高速化を図っている。
[0044] Figure 7 shows a modification of the embodiment of FIG. 6, to increase the gate voltage of the transistor M C1P to be charged in order to output the same manner V o in the case of FIG. 5, the transistor M 4p Is inserted between the power supply and the transistor M3p to achieve higher speed.

【0045】次に本発明による半導体集積回路装置の第
5の実施の形態の構成を図8に示す。この実施例では第
1の実施例における負荷トランジスタであるNチャネル
MOSトランジスタM1pのゲート端子の電位を接地電位
GNDではなく外部から任意の電圧を印加することがで
きるように外部入力端子PADとし、この外部入力電圧
に応じてリーク電流を任意の値で検出することができる
ようにしたものである。 図11は本発明と従来技術と
のVth=0.2Vでのシミュレーションによる性能比較
結果を示す図表である。この図表において、VDD依存
性はVDD=3.3V±0.3V、温度依存性は0〜7
0℃、Vthn 依存性はVthn =0.2V±0.1Vと
し、リーク電流検出倍率が標準条件のときに比べて何%
変動するかを示している。各項目において、図1および
図4の構成を採用すれば、ほぼ1/10になって著しく
改善が図られることがわかる。また、図4の構成では従
来回路に比べて同等である図1の構成に比べ、応答時間
が1/4に減少する。さらに、本発明では従来回路のよ
うな抵抗が不要であるので、面積が1/60に低減され
たことがわかる。
FIG. 8 shows the configuration of a fifth embodiment of the semiconductor integrated circuit device according to the present invention. In this embodiment, the potential of the gate terminal of the N-channel MOS transistor M1p , which is the load transistor in the first embodiment, is set to the external input terminal PAD so that an arbitrary voltage can be applied from outside instead of the ground potential GND. The leak current can be detected at an arbitrary value according to the external input voltage. FIG. 11 is a table showing performance comparison results of simulations of the present invention and the prior art at V th = 0.2 V. In this chart, the VDD dependency is VDD = 3.3 V ± 0.3 V, and the temperature dependency is 0 to 7
0 ° C., V thn dependence is V thn = 0.2 V ± 0.1 V, and the leakage current detection magnification is what percentage compared to the standard condition.
Or fluctuate. In each item, it can be seen that if the configuration of FIG. 1 and FIG. Further, the response time of the configuration of FIG. 4 is reduced to 1 / compared to the configuration of FIG. 1 which is equivalent to the conventional circuit. Furthermore, since the present invention does not require a resistor like the conventional circuit, it can be seen that the area is reduced to 1/60.

【0046】以上の各実施の形態において、種々の変形
が可能である。例えば、電流源はすべて能動素子として
説明されているが、図12に示すように抵抗R1,R
2,R3を用いることもできる。また、CMOS回路の
それぞれの両導電型ウェル内で本発明の構成を採用する
ことができる。
Various modifications are possible in each of the above embodiments. For example, all current sources have been described as active elements, but as shown in FIG.
2, R3 can also be used. Further, the configuration of the present invention can be employed in each of the two conductivity type wells of the CMOS circuit.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、リーク電
流検出トランジスタのゲートに、サブスレシュホールド
領域で動作させた2つのトランジスタにより形成した電
圧を供給するようにしているので、リーク電流検出倍率
は電源電圧や温度に依存しなくなり、正確なリーク電流
の検出が可能となる。
As described above, according to the present invention, the voltage formed by the two transistors operated in the sub-threshold region is supplied to the gate of the leak current detecting transistor. The magnification does not depend on the power supply voltage or the temperature, and accurate leak current can be detected.

【0048】また、大面積を占有する抵抗を使わずにト
ランジスタで発生できるので、リーク電流検出回路を少
ないパターン面積でレイアウトすることができる。
Further, since it can be generated by a transistor without using a resistor occupying a large area, the leak current detection circuit can be laid out with a small pattern area.

【0049】また、リーク電流検出MOSトランジスタ
のドレイン端子の電位をクランプする構成をさらに備え
た本発明では、リーク電流検出MOSトランジスタのド
レインでの電位は小振幅となるため、リーク電流検出を
高速化できる。
Further, according to the present invention further comprising a configuration for clamping the potential of the drain terminal of the leak current detecting MOS transistor, the potential at the drain of the leak current detecting MOS transistor has a small amplitude, so that the leak current can be detected at high speed. it can.

【0050】さらに、リーク電流検出回路の負荷とし
て、ゲート電位を外部端子を介してチップの外から自由
に制御できるMOSトランジスタを用いるようにした本
発明では、リーク電流検出倍率を自在に設定することが
可能となる。
Further, according to the present invention in which a MOS transistor capable of freely controlling the gate potential from outside the chip via an external terminal is used as the load of the leak current detection circuit, the leak current detection magnification can be set freely. Becomes possible.

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

【図1】本発明の第1の実施例の構成を示す回路図。FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の構成において基板電位の与え方を説明す
る回路図。
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating how to apply a substrate potential in the configuration of FIG. 1;

【図3】本発明の第2の実施例の構成を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施例の構成を示す回路図。FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a third embodiment of the present invention.

【図5】図4の変形例の構成を示す回路図。FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a modification of FIG. 4;

【図6】本発明の第4の実施例の構成を示す回路図。FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a fourth embodiment of the present invention.

【図7】図6の変形例の構成を示す回路図。FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a modification of FIG. 6;

【図8】本発明の第5の実施例の構成を示す回路図。FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a fifth embodiment of the present invention.

【図9】図1のVbn−Ibn特性をシミュレーションした
結果を示すグラフ。
FIG. 9 is a graph showing a result of simulating the V bn -I bn characteristics of FIG. 1;

【図10】図1のVbn−(W2/W1)特性をシミュレ
ーションした結果を示すグラフ。
FIG. 10 is a graph showing a result of simulating the V bn- (W2 / W1) characteristic of FIG. 1;

【図11】本発明と従来発明とのVth=0.2Vでのシ
ミュレーションによる性能比較結果を示す図表。
FIG. 11 is a chart showing performance comparison results of simulations of the present invention and the conventional invention at V th = 0.2 V;

【図12】第1の実施例において電流源としての抵抗を
用いた構成を示す回路図。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration using a resistor as a current source in the first embodiment.

【図13】従来のリーク電流検出回路の構成を示す回路
図。
FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional leak current detection circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1n,M2n,M3n,M4n nチャネルMOSトランジス
タ Mgp,Mgn 電流源 M1p,M2p,M3p,M4p pチャネルMOSトランジス
タ MLp,MLn リーク検出用トランジスタ
M 1n , M 2n , M 3n , M 4n n-channel MOS transistors M gp , M gn current sources M 1p , M 2p , M 3p , M 4p p-channel MOS transistors M Lp , M Ln leak detection transistors

Claims (36)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ソースが第1の電源に接続され、ドレイン
端子が負荷を介して第2の電源に接続された第1の第1
導電型MOSトランジスタと、 ドレインが前記第1の第1導電型MOSトランジスタの
ゲートに接続され、ソースが前記第1の電源に接続さ
れ、ゲートが第1の電流源に接続された第2の第1導電
型MOSトランジスタと、 ソースが前記第1の第1導電型MOSトランジスタのゲ
ートに接続され、ドレインが前記第1の電流源に接続さ
れ、ゲートがドレインに接続された第3の第1導電型M
OSトランジスタとを備え、 前記第2の第1導電型MOSトランジスタのゲートの電
位と前記第1の電源の電位の差の絶対値が前記第2およ
び第3の第1導電型MOSトランジスタの閾値電圧と等
しいかまたは小さくなるようにして前記第2および第3
の第1導電型MOSトランジスタをサブスレッシュホー
ルド領域で駆動するようにしたことを特徴とする半導体
集積回路装置。
A first source connected to a first power source and a drain terminal connected to a second power source via a load;
A second MOS transistor having a drain connected to the gate of the first MOS transistor of the first conductivity type, a source connected to the first power supply, and a gate connected to the first current source; A first conductivity type MOS transistor; a third first conductivity type having a source connected to the gate of the first first conductivity type MOS transistor, a drain connected to the first current source, and a gate connected to the drain; Type M
An OS transistor, wherein an absolute value of a difference between a potential of a gate of the second first conductivity type MOS transistor and a potential of the first power supply is a threshold voltage of the second and third first conductivity type MOS transistors. The second and third so as to be equal to or less than
Wherein the first conductivity type MOS transistor is driven in a sub-threshold region.
【請求項2】前記第1導電型MOSトランジスタはNチ
ャネルMOSトランジスタであり、前記第1の電源は低
電位電源であり、前記第2の電源は高電位電源であるこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路装置。
2. The power supply according to claim 1, wherein said first conductivity type MOS transistor is an N-channel MOS transistor, said first power supply is a low potential power supply, and said second power supply is a high potential power supply. 2. The semiconductor integrated circuit device according to 1.
【請求項3】前記第1の第1導電型MOSトランジスタ
の基板電位は第1導電型とは逆導電型であるP型ウェル
電位であることを特徴とする請求項2に記載の半導体集
積回路装置。
3. The semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein the substrate potential of said first first conductivity type MOS transistor is a P type well potential which is a conductivity type opposite to said first conductivity type. apparatus.
【請求項4】前記第1導電型MOSトランジスタはPチ
ャネルMOSトランジスタであり、前記第1の電源は高
電位電源であり、前記第2の電源は低電位電源であるこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路装置。
4. The power supply according to claim 1, wherein said first conductivity type MOS transistor is a P-channel MOS transistor, said first power supply is a high potential power supply, and said second power supply is a low potential power supply. 2. The semiconductor integrated circuit device according to 1.
【請求項5】前記第1の第1導電型MOSトランジスタ
の基板電位は第1導電型とは逆導電型であるN型ウェル
電位であることを特徴とする請求項4に記載の半導体集
積回路装置。
5. The semiconductor integrated circuit according to claim 4, wherein the substrate potential of said first first conductivity type MOS transistor is an N-type well potential which is a conductivity type opposite to said first conductivity type. apparatus.
【請求項6】前記第3の第1導電型MOSトランジスタ
の基板端子を前記第3の第1導電型MOSのトランジス
タのソース端子に接続したことを特徴とする請求項1に
記載の半導体集積回路装置。
6. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein a substrate terminal of said third first conductivity type MOS transistor is connected to a source terminal of said third first conductivity type MOS transistor. apparatus.
【請求項7】前記第2および第3の第1導電型MOSト
ランジスタの基板端子に前記接地電源の電位あるいはそ
れよりも低い所定電位を与えたことを特徴とする請求項
2に記載の半導体集積回路装置。
7. The semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein a potential of said ground power supply or a predetermined potential lower than said potential is applied to substrate terminals of said second and third first conductivity type MOS transistors. Circuit device.
【請求項8】前記第2および第3の第1導電型MOSト
ランジスタの基板端子に前記電源の電位あるいはそれよ
りも高い所定電位を与えたことを特徴とする請求項4に
記載の半導体集積回路装置。
8. The semiconductor integrated circuit according to claim 4, wherein a potential of said power source or a predetermined potential higher than said potential is applied to substrate terminals of said second and third first conductivity type MOS transistors. apparatus.
【請求項9】前記所定電位は、ソースが設置電源に接続
され、ドレインとゲートが第2の電流源に接続された第
5の第1導電型MOSトランジスタのゲート出力として
与えられることを特徴とする請求項7に記載の半導体集
積回路装置。
9. The predetermined potential is provided as a gate output of a fifth first conductivity type MOS transistor having a source connected to an installation power supply and a drain and a gate connected to a second current source. The semiconductor integrated circuit device according to claim 7.
【請求項10】前記所定電位は、ソースが電源に接続さ
れ、ドレインとゲートが第2の電流源に接続された第5
の第1導電型MOSトランジスタのゲート出力として与
えられることを特徴とする請求項8に記載の半導体集積
回路装置。
10. The predetermined potential is a fifth potential having a source connected to a power supply, a drain and a gate connected to a second current source.
9. The semiconductor integrated circuit device according to claim 8, wherein the signal is provided as a gate output of said first conductivity type MOS transistor.
【請求項11】前記第1の電流源および前記第2の電流
源は、ゲートが接地電源に接続され、ソースが電源に接
続され、ドレインが前記第3または第5のNチャネルM
OSトランジスタのドレインと接続された第1のPチャ
ネルMOSトランジスタであることを特徴とする請求項
9に記載の半導体集積回路装置。
11. The first current source and the second current source have a gate connected to a ground power supply, a source connected to a power supply, and a drain connected to the third or fifth N channel M.
10. The semiconductor integrated circuit device according to claim 9, wherein the first integrated circuit is a first P-channel MOS transistor connected to the drain of the OS transistor.
【請求項12】前記第1の電流源および前記第2の電流
源は、ゲートが電源に接続され、ソースが接地電源に接
続され、ドレインが前記第3または第5のPチャネルM
OSトランジスタのドレインと接続された第1のNチャ
ネルMOSトランジスタであることを特徴とする請求項
10に記載の半導体集積回路装置。
12. The first current source and the second current source have a gate connected to a power supply, a source connected to a ground power supply, and a drain connected to the third or fifth P channel M.
11. The semiconductor integrated circuit device according to claim 10, wherein the semiconductor integrated circuit device is a first N-channel MOS transistor connected to a drain of the OS transistor.
【請求項13】前記第1および第2の電流源は、抵抗で
あることを特徴とする請求項9に記載の半導体集積回路
装置。
13. The semiconductor integrated circuit device according to claim 9, wherein said first and second current sources are resistors.
【請求項14】前記第1および第2の電流源は、抵抗で
あることを特徴とする請求項10に記載の半導体集積回
路装置。
14. The semiconductor integrated circuit device according to claim 10, wherein said first and second current sources are resistors.
【請求項15】前記負荷は、ゲートが接地電源に接続さ
れ、ソースが電源に接続され、ドレインが第1あるいは
第4のNチャネルMOSトランジスタのドレインに接続
された第2のPチャネルMOSトランジスタであること
を特徴とする請求項2に記載の半導体集積回路装置。
15. The load is a second P-channel MOS transistor having a gate connected to the ground power supply, a source connected to the power supply, and a drain connected to the drain of the first or fourth N-channel MOS transistor. 3. The semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein:
【請求項16】前記負荷は、ゲートが電源に接続され、
ソースが接地電源に接続され、ドレインが第1あるいは
第4のPチャネルMOSトランジスタのドレインに接続
された第2のNチャネルMOSトランジスタであること
を特徴とする請求項4に記載の半導体集積回路装置。
16. The load has a gate connected to a power supply,
5. The semiconductor integrated circuit device according to claim 4, wherein a source is connected to a ground power supply, and a drain is a second N-channel MOS transistor connected to a drain of the first or fourth P-channel MOS transistor. .
【請求項17】ソースが第1の電源に接続された第1の
第1導電型MOSトランジスタと、 ドレインが前記第1の第1導電型MOSトランジスタの
ゲートに接続され、ソースが前記第1の電源に接続さ
れ、ゲートが第1の電流源に接続された第2の第1導電
型MOSトランジスタと、 ソースが前記第1の第1導電型MOSトランジスタのゲ
ートに接続され、ドレインが前記第1の電流源に接続さ
れ、ゲートがドレインに接続された第3の第1導電型M
OSトランジスタと、 ソースが前記第1の第1導電型MOSトランジスタのド
レインに接続され、ドレインが負荷を介して第2の電源
に接続され、ゲートに所定電位が与えられた第4の第1
導電型MOSトランジスタとを備え、 前記第2の第1導電型MOSトランジスタのゲートの電
位と前記第1の電源の電位の差の絶対値が前記第2およ
び第3の第1導電型MOSトランジスタの閾値電圧と等
しいか小さくなるようにして前記第2および第3の第1
導電型MOSトランジスタをサブスレッシュホールド領
域で駆動するようにするとともに、前記第4の第1導電
型MOSトランジスタのチャネル幅を前記第1の第1導
電型MOSトランジスタのチャネル幅よりも小さくした
ことを特徴とする半導体集積回路装置。
17. A first first conductivity type MOS transistor having a source connected to a first power supply, a drain connected to a gate of the first first conductivity type MOS transistor, and a source connected to the first first conductivity type MOS transistor. A second first conductivity type MOS transistor connected to a power supply and having a gate connected to the first current source; a source connected to the gate of the first first conductivity type MOS transistor; and a drain connected to the first first conductivity type MOS transistor. And the third first conductivity type M having a gate connected to the drain.
An OS transistor, a source connected to a drain of the first first conductivity type MOS transistor, a drain connected to a second power supply via a load, and a fourth first MOS transistor having a gate supplied with a predetermined potential.
A conductivity type MOS transistor, wherein an absolute value of a difference between a potential of a gate of the second first conductivity type MOS transistor and a potential of the first power supply is equal to that of the second and third first conductivity type MOS transistors. The second and third first signals are set so as to be equal to or smaller than the threshold voltage.
In the semiconductor device, the conductivity type MOS transistor is driven in the sub-threshold region, and the channel width of the fourth first conductivity type MOS transistor is smaller than the channel width of the first first conductivity type MOS transistor. A semiconductor integrated circuit device characterized by the above-mentioned.
【請求項18】前記第1導電型MOSトランジスタはN
チャネルMOSトランジスタであり、前記第1の電源は
低電位電源であり、前記第2の電源は高電位電源である
ことを特徴とする請求項17に記載の半導体集積回路装
置。
18. The method according to claim 18, wherein the first conductivity type MOS transistor is N-type.
18. The semiconductor integrated circuit device according to claim 17, wherein the first power supply is a low-potential power supply, and the second power supply is a high-potential power supply.
【請求項19】前記第1の第1導電型MOSトランジス
タの基板電位は第1導電型とは逆導電型であるP型ウェ
ル電位であることを特徴とする請求項18に記載の半導
体集積回路装置。
19. The semiconductor integrated circuit according to claim 18, wherein the substrate potential of said first first conductivity type MOS transistor is a P-type well potential which is a conductivity type opposite to said first conductivity type. apparatus.
【請求項20】前記第1導電型MOSトランジスタはP
チャネルMOSトランジスタであり、前記第1の電源は
高電位電源であり、前記第2の電源は低電位電源である
ことを特徴とする請求項17に記載の半導体集積回路装
置。
20. The first conductivity type MOS transistor is a P-type MOS transistor.
18. The semiconductor integrated circuit device according to claim 17, wherein the first power supply is a high-potential power supply, and the second power supply is a low-potential power supply.
【請求項21】前記第1の第1導電型MOSトランジス
タの基板電位は第1導電型とは逆導電型であるN型ウェ
ル電位であることを特徴とする請求項20に記載の半導
体集積回路装置。
21. The semiconductor integrated circuit according to claim 20, wherein the substrate potential of said first first conductivity type MOS transistor is an N-type well potential which is a conductivity type opposite to said first conductivity type. apparatus.
【請求項22】前記所定電位は、ソースが接地電源に接
続され、ドレインとゲートが第2の電流源に接続された
第5の第1導電型MOSトランジスタのゲート出力とし
て与えられることを特徴とする請求項18に記載の半導
体集積回路回路装置。
22. The predetermined potential is provided as a gate output of a fifth first conductivity type MOS transistor having a source connected to a ground power supply and a drain and a gate connected to a second current source. The semiconductor integrated circuit device according to claim 18.
【請求項23】前記所定電位は、ソースが電源に接続さ
れ、ドレインとゲートが第2の電流源に接続された第5
の第1導電型MOSトランジスタのゲート出力として与
えられることを特徴とする請求項20に記載の半導体集
積回路回路装置。
23. The fifth potential as claimed in claim 5, wherein a source is connected to a power supply, and a drain and a gate are connected to a second current source.
21. The semiconductor integrated circuit circuit device according to claim 20, wherein the signal is provided as a gate output of said first conductivity type MOS transistor.
【請求項24】前記第3の第1導電型MOSトランジス
タの基板端子を前記第3の第1導電型MOSのトランジ
スタのソース端子に接続したことを特徴とする請求項1
7に記載の半導体集積回路装置。
24. The semiconductor device according to claim 1, wherein a substrate terminal of said third first conductivity type MOS transistor is connected to a source terminal of said third first conductivity type MOS transistor.
8. The semiconductor integrated circuit device according to 7.
【請求項25】前記第2および第3の第1導電型MOS
トランジスタの基板端子に前記接地電源の電位あるいは
それよりも低い電位を与えたことを特徴とする請求項1
8に記載の半導体集積回路装置。
25. The MOS of the second and third first conductivity types.
2. The transistor according to claim 1, wherein a potential of said ground power supply or a potential lower than said potential is applied to a substrate terminal of said transistor.
9. The semiconductor integrated circuit device according to item 8.
【請求項26】前記第2および第3の第1導電型MOS
トランジスタの基板端子に前記電源の電位あるいはそれ
よりも高い電位を与えたことを特徴とする請求項20に
記載の半導体集積回路装置。
26. The second and third first conductivity type MOSs.
21. The semiconductor integrated circuit device according to claim 20, wherein a potential of the power supply or a potential higher than the power supply is applied to a substrate terminal of the transistor.
【請求項27】前記第1の電流源および前記第2の電流
源は、ゲートが接地電源に接続され、ソースが電源に接
続され、ドレインが前記第3または第5のNチャネルM
OSトランジスタのドレインと接続された第1のPチャ
ネルMOSトランジスタであることを特徴とする請求項
22に記載の半導体集積回路装置。
27. The first current source and the second current source having a gate connected to a ground power supply, a source connected to a power supply, and a drain connected to the third or fifth N channel M.
23. The semiconductor integrated circuit device according to claim 22, wherein the semiconductor integrated circuit device is a first P-channel MOS transistor connected to a drain of the OS transistor.
【請求項28】前記第1の電流源および前記第2の電流
源は、ゲートが電源に接続され、ソースが接地電源に接
続され、ドレインが前記第3または第5のPチャネルM
OSトランジスタのドレインと接続された第1のNチャ
ネルMOSトランジスタであることを特徴とする請求項
23に記載の半導体集積回路装置。
28. The first current source and the second current source having a gate connected to a power supply, a source connected to a ground power supply, and a drain connected to the third or fifth P channel M.
24. The semiconductor integrated circuit device according to claim 23, wherein the semiconductor integrated circuit device is a first N-channel MOS transistor connected to a drain of the OS transistor.
【請求項29】前記第1および第2の電流源は抵抗であ
ることを特徴とする請求項22に記載の半導体集積回路
装置。
29. The semiconductor integrated circuit device according to claim 22, wherein said first and second current sources are resistors.
【請求項30】前記第1および第2の電流源は抵抗であ
ることを特徴とする請求項23に記載の半導体集積回路
装置。
30. The semiconductor integrated circuit device according to claim 23, wherein said first and second current sources are resistors.
【請求項31】前記負荷は、ゲートが接地電源に接続さ
れ、ソースが電源に接続され、ドレインが第1あるいは
第4のNチャネルMOSトランジスタのドレインに接続
された第2のPチャネルMOSトランジスタであること
を特徴とする請求項18に記載の半導体集積回路装置。
31. The load is a second P-channel MOS transistor having a gate connected to the ground power supply, a source connected to the power supply, and a drain connected to the drain of the first or fourth N-channel MOS transistor. 19. The semiconductor integrated circuit device according to claim 18, wherein:
【請求項32】前記負荷は、ゲートが電源に接続され、
ソースが接地電源に接続され、ドレインが第1あるいは
第4のPチャネルMOSトランジスタのドレインに接続
された第2のNチャネルMOSトランジスタであること
を特徴とする請求項20に記載の半導体集積回路装置。
32. The load, having a gate connected to a power supply,
21. The semiconductor integrated circuit device according to claim 20, wherein a source is connected to a ground power supply, and a drain is a second N-channel MOS transistor connected to a drain of the first or fourth P-channel MOS transistor. .
【請求項33】前記第4の第1導電型MOSトランジス
タのゲートに与えられる所定電位が少なくとも2段の直
列接続されたトランジスタによる前記第1および第2の
電源電圧のクランプ電位として与えられることを特徴と
する請求項17に記載の半導体集積回路装置。
33. A method according to claim 33, wherein a predetermined potential applied to the gate of the fourth first conductivity type MOS transistor is applied as a clamp potential of the first and second power supply voltages by at least two stages of transistors connected in series. 18. The semiconductor integrated circuit device according to claim 17, wherein:
【請求項34】ソースが第1の電源に接続され、ドレイ
ン端子が負荷を介して第2の電源に接続された第1の第
1導電型MOSトランジスタと、 ドレインが前記第1の第1導電型MOSトランジスタの
ゲートに接続され、ソースが前記第1の電源に接続さ
れ、ゲートが電流源に接続された第2の第1導電型MO
Sトランジスタと、 ソースが前記第1の第1導電型MOSトランジスタのゲ
ートに接続され、ドレインが前記電流源に接続され、ゲ
ートがドレインに接続された第3の第1導電型MOSト
ランジスタとを備え、 前記負荷は、ゲートが外部端子に接続された第2導電型
MOSトランジスタであり、前記第2の第1導電型MO
Sトランジスタのゲートの電位と前記第1の電源の電位
の差の絶対値が前記第2および第3の第1導電型MOS
トランジスタの閾値電圧と等しいかまたは小さくなるよ
うにして前記第2および第3の第1導電型MOSトラン
ジスタをサブスレッシュホールド領域で駆動するととも
に、前記外部端子により設定されたゲート電位により電
流検出倍率を可変としたことを特徴とする半導体集積回
路装置。
34. A first first conductivity type MOS transistor having a source connected to a first power supply and a drain terminal connected to a second power supply via a load, and a drain connected to the first first conductivity type. Connected to the gate of the MOS transistor, the source is connected to the first power supply, and the gate is connected to the current source.
An S transistor; and a third first conductivity type MOS transistor having a source connected to the gate of the first first conductivity type MOS transistor, a drain connected to the current source, and a gate connected to the drain. The load is a second conductivity type MOS transistor having a gate connected to an external terminal;
The absolute value of the difference between the potential of the gate of the S transistor and the potential of the first power supply is equal to the second and third first conductivity type MOS transistors.
The second and third first conductivity type MOS transistors are driven in a sub-threshold region so as to be equal to or smaller than a threshold voltage of the transistor, and a current detection magnification is determined by a gate potential set by the external terminal. A semiconductor integrated circuit device characterized by being variable.
【請求項35】前記負荷は、ソースが電源に接続され、
ドレインが第1のNチャネルMOSトランジスタのドレ
インに接続されたPチャネルMOSトランジスタである
ことを特徴とする請求項28に記載の半導体集積回路装
置。
35. The load, wherein a source is connected to a power supply,
29. The semiconductor integrated circuit device according to claim 28, wherein the drain is a P-channel MOS transistor connected to the drain of the first N-channel MOS transistor.
【請求項36】前記負荷は、ソースが接地電源に接続さ
れ、ドレインが第1のPチャネルMOSトランジスタの
ドレインに接続されたNチャネルMOSトランジスタで
あることを特徴とする請求項35に記載の半導体集積回
路装置。
36. The semiconductor according to claim 35, wherein the load is an N-channel MOS transistor having a source connected to the ground power supply and a drain connected to the drain of the first P-channel MOS transistor. Integrated circuit device.
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