JP3536442B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3536442B2
JP3536442B2 JP16772095A JP16772095A JP3536442B2 JP 3536442 B2 JP3536442 B2 JP 3536442B2 JP 16772095 A JP16772095 A JP 16772095A JP 16772095 A JP16772095 A JP 16772095A JP 3536442 B2 JP3536442 B2 JP 3536442B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に関し、特
に入力端子に電位固定用のMOSトランジスタを備えた
半導体装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having an input terminal provided with a MOS transistor for fixing a potential.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4に以前の技術による回路例を示す。
入力端子の電位固定用MOSトランジスタ111・21
0の制御信号のバッファリングは、インバータ320と
その反転信号を出力するためのインバータ321の2素
子で行っていた。しかしチップサイズが大きくなるにつ
れ入出力数が増加し、数多くのプルアップ、プルダウン
用のMOSトランジスタを駆動する事が必要となってき
ている。例えば、200個のプルアップ・プルダウン抵
抗とその信号を伝搬させる信号配線の寄生容量は数百p
Fにもおよび、この様に大きな負荷を駆動するために
は、チップ外部へ信号を出力する出力セルと同程度の駆
動能力が必要であるため大きなレイアウト面積を必要と
する。
2. Description of the Related Art FIG. 4 shows an example of a circuit according to the prior art.
Input terminal potential fixing MOS transistors 111 and 21
The buffering of the control signal of 0 has been performed by the two elements of the inverter 320 and the inverter 321 for outputting its inverted signal. However, as the chip size increases, the number of inputs / outputs increases, and it becomes necessary to drive a large number of pull-up and pull-down MOS transistors. For example, the parasitic capacitance of 200 pull-up / pull-down resistors and the signal wiring for transmitting the signal is several hundred p
In order to drive F to such a large load, a large layout area is required because a driving capability equivalent to that of an output cell that outputs a signal to the outside of the chip is required.

【0003】動作電圧が3ないし5V程度の論理回路を
実現する0.7μmのサブミクロンプロセスを用いた半
導体装置のNMOSトランジスタのソース・ドレイン間
の耐圧は12V程度であり、この耐圧はプロセスの微細
化により更に低くなる傾向にある。テスターの選別試験
項目である静止電流測定やスクリーニングを行う時の電
源電圧は、使用電圧が3V〜5VのICでは、トランジ
スタの初期故障検出の精度向上とトランジスタ耐圧を考
慮して、通常8V前後の高い電圧が印加される。
The withstand voltage between the source and drain of the NMOS transistor of a semiconductor device using a 0.7 μm submicron process for realizing a logic circuit with an operating voltage of about 3 to 5 V is about 12 V, which is a fine process. However, it tends to become lower as a result. The power supply voltage when performing quiescent current measurement or screening, which is a test test item for testers, is usually around 8V in an IC with a working voltage of 3V to 5V, considering the improvement in the accuracy of initial failure detection of transistors and the transistor breakdown voltage. A high voltage is applied.

【0004】そしてパッケージを構成するリードフレー
ムや金線およびチップを構成するトランジスタや金属配
線に寄生する主としてインダクタンスの影響を受け、回
路動作によりチップ内部のVSS電源が振動する。この
電源の振れは特に出力セルの影響を大きく受け、高い駆
動能力の出力セルが同時変化する様な状態では大きな振
れ幅となる。パッケージリードフレームのインダクタン
スが15nH、IOL=24mA,VOL=0.4Vの高駆
動能力の出力セル2つが同時に変化し、それらの出力に
テスターの端子容量である100pFが付加された条件
によるシミュレーション結果では、チップ内部のVSS
電源ラインは最大でマイナス方向に3V程度振れる。ま
たプルアップ・プルダウン抵抗のオン・オフを制御する
ために入力制御端子300より制御信号を入力しインバ
ータ320の出力を変化させた時、そのインバータの出
力は前述の数百pFという大負荷とパッケージリードフ
レームのインダクタンスの影響を受けシミュレーション
結果ではプラス方向に2V程度振れる。よって、通常使
用電圧よりも高い電圧である8VでICをテストした時
には、電源電圧の8Vとチップ内部のVSS電源ライン
の振れ幅3Vおよびインバータ320の出力の振れ幅2
Vの和である13Vがインバータ320を構成するNM
OSトランジスタのソース・ドレイン間にかかる。その
ためNMOSトランジスタのソース・ドレイン間に耐圧
を越える電圧が印加されNMOSトランジスタが破壊す
る危険性がある。実際のチップでは更に多くの出力がス
イッチングするため、チップ内ではこの例よりも大きな
VSSの変動が発生し、同様にチップ内のVDD電源に
ついてもプラス側に振れる事が予測されるため、さらに
高い電位差が発生しこの現象を引き起こし易い状況にあ
った。
Then, the VSS power supply inside the chip is vibrated by the circuit operation due to the influence of the inductance mainly parasitic on the lead frame and the gold wire forming the package and the transistor and the metal wiring forming the chip. The fluctuation of the power source is greatly affected by the output cells, and the fluctuation range becomes large in a state where the output cells having high driving capability are simultaneously changed. According to the simulation result under the condition that two output cells with high driving capability of 15 nH of package lead frame, IOL = 24 mA and VOL = 0.4 V are changed at the same time, and 100 pF which is the terminal capacitance of the tester is added to those outputs. , VSS inside the chip
The power supply line can swing about 3V in the negative direction at the maximum. In addition, when a control signal is input from the input control terminal 300 to control the on / off of the pull-up / pull-down resistor and the output of the inverter 320 is changed, the output of the inverter is a large load of several hundred pF and the package. Due to the influence of the inductance of the lead frame, the simulation result shows a swing of about 2V in the positive direction. Therefore, when the IC is tested at 8V, which is higher than the normal use voltage, the power supply voltage is 8V, the swing width of the VSS power supply line inside the chip is 3V, and the swing width of the output of the inverter 320 is 2V.
13V, which is the sum of V, constitutes the inverter 320.
It is between the source and drain of the OS transistor. Therefore, there is a risk that a voltage exceeding the withstand voltage is applied between the source and drain of the NMOS transistor and the NMOS transistor is destroyed. Since more outputs are switched in the actual chip, a larger VSS fluctuation than in this example occurs in the chip, and it is predicted that the VDD power supply in the chip will also swing to the positive side, which is higher. There was a potential difference and it was easy to cause this phenomenon.

【0005】そこで全ての入出力セル内に前記バッファ
リング用インバータを設け、負荷の軽減を図る対策が施
されている。
Therefore, the buffering inverter is provided in all the input / output cells to take a measure to reduce the load.

【0006】図3に前述の対策が施された入力端子の電
位固定用MOSトランジスタとその制御回路の従来技術
の一例を示す。入力電位固定用MOSトランジスタ11
1・210を制御することで入力セルの入力リークの測
定が可能となり、さらにICの静止電流の測定を容易な
ものとしたため、ICの品質向上に大きく貢献してい
る。前記MOSトランジスタ210・111のオン・オ
フは、制御信号入力端子300からの信号により制御さ
れる。前記入力端子300に与えられた信号は、全ての
入出力セル内に設けられたバッファリング用インバータ
212・213・112・113を経て、前記入力電位
固定用MOSトランジスタのゲートに入力される。前記
電位固定用MOSトランジスタの動作は、前記制御信号
入力端子が’High’の時オフ、’Low’の時オン
となる。前記MOSトランジスタ210・111がオン
のとき、外部入力端子200は’Low’、外部入力端
子100は’High’の電位に固定される。また、前
記制御入力端子300に外部からの入力がされない場
合、NMOSトランジスタ312により、前記入力端子
300は’Low’に固定され前記MOSトランジスタ
210・111はオン状態となり、前記入力端子100
・200の電位固定がされる。
FIG. 3 shows an example of a prior art of a potential fixing MOS transistor for an input terminal and a control circuit therefor, which is provided with the measures described above. Input potential fixing MOS transistor 11
By controlling 1.210, the input leak of the input cell can be measured, and the quiescent current of the IC can be easily measured, which greatly contributes to the quality improvement of the IC. ON / OFF of the MOS transistors 210 and 111 is controlled by a signal from the control signal input terminal 300. The signal applied to the input terminal 300 is input to the gate of the input potential fixing MOS transistor via the buffering inverters 212, 213, 112 and 113 provided in all the input / output cells. The operation of the potential fixing MOS transistor is off when the control signal input terminal is “High” and is on when the control signal input terminal is “Low”. When the MOS transistors 210 and 111 are turned on, the external input terminal 200 is fixed to "Low" and the external input terminal 100 is fixed to "High". When the control input terminal 300 receives no external input, the NMOS transistor 312 fixes the input terminal 300 to “Low” and the MOS transistors 210 and 111 are turned on.
・ The potential of 200 is fixed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図3の従来技
術を、複数の電圧を電源に持ちそれぞれの入出力セルが
独立してそれら電源のうちいずれか一つの電圧を電源と
する構造のICに適用した場合、以下に記す問題点を有
していた。図3に示す回路例を用い、入出力セルCEL
L1とCELL3へ電圧5Vを供給し、CELL2へは
電圧3Vを供給した場合で説明を行う。
However, in the prior art of FIG. 3, the IC having a structure in which a plurality of voltages are used as power supplies and each of the input / output cells is independently used as one of the power supplies is an IC. When applied to, it had the following problems. Using the circuit example shown in FIG. 3, the input / output cell CEL
A description will be given assuming that a voltage of 5V is supplied to L1 and CELL3, and a voltage of 3V is supplied to CELL2.

【0008】制御信号入力端子300に’Low’を入
力し、入力端子の電位固定用MOSトランジスタ111
・210をオン状態に設定させる。この時、直列接続さ
れた制御信号バッファリング用インバータ212・21
3・112・113の入力すなわち前段インバータの出
力はそれぞれ、’High(5V)’,’Low(0
V)’,’High(3V),’Low(0V),’H
igh(5V)’となる。CMOSインバータ回路で
は、接地電圧と電源電圧の間の中間的な電位をゲートに
入力した場合、そのインバータ回路ではショート電流が
流れる。図3の従来例ではインバータ213に3Vの電
源が供給され、次段に接続された前記インバータ112
には5Vの電源が供給されている。よって、前記インバ
ータ213の出力電圧は3Vとなり、その信号を入力と
し、5Vを電源とする前記インバータ112にはショー
ト電流が流れるため、発熱による品質劣化の加速、消費
電流の増加、電源ノイズによる回路動作への悪影響を引
き起こす危険性が高い。またその出力波形が不安定であ
るため、この信号により制御される入力端子の電位固定
用MOSトランジスタ111の動作は不安定となり、入
力端子の電位固定を確実に行う事が困難となる。
Inputting "Low" to the control signal input terminal 300, the potential fixing MOS transistor 111 at the input terminal is input.
-Set 210 to the ON state. At this time, the control signal buffering inverters 212 and 21 are connected in series.
The inputs of 3, 112, and 113, that is, the outputs of the preceding-stage inverters are respectively “High (5V)” and “Low (0
V) ',' High (3V), 'Low (0V),' H
high (5V) '. In the CMOS inverter circuit, when an intermediate potential between the ground voltage and the power supply voltage is input to the gate, a short circuit current flows in the inverter circuit. In the conventional example of FIG. 3, the inverter 213 is supplied with a 3V power source and connected to the next stage of the inverter 112.
Is supplied with a 5V power source. Therefore, the output voltage of the inverter 213 becomes 3V, and a short-circuit current flows through the inverter 112 which receives the signal as input and uses 5V as a power source, which accelerates quality deterioration due to heat generation, increases current consumption, and causes circuit due to power supply noise. There is a high risk of causing adverse effects on operation. Further, since the output waveform is unstable, the operation of the potential fixing MOS transistor 111 of the input terminal controlled by this signal becomes unstable, and it becomes difficult to reliably fix the potential of the input terminal.

【0009】そこで、低い電圧を電源とするインバータ
212・213を外し制御信号をバッファリングする方
法が考えられる。しかし3Vを電源とする入出力セル内
のNMOSトランジスタ210に5V系の制御信号を入
力した場合、そのオン抵抗値は5V系の電源の影響を受
ける。しかし5V系電源は、周辺回路を構成する素子の
動作電圧の低電圧化やパソコンのPCMCIAインター
フェースなどの対応をとるために、電源電圧を5Vから
3Vへ下げる要求が考えられる。
Therefore, a method of removing the inverters 212 and 213 using a low voltage as a power source and buffering the control signal can be considered. However, when a 5V system control signal is input to the NMOS transistor 210 in the input / output cell that uses 3V as a power supply, the ON resistance value thereof is affected by the 5V system power supply. However, for the 5V power supply, there is a need to reduce the power supply voltage from 5V to 3V in order to reduce the operating voltage of the elements constituting the peripheral circuit and to cope with the PCMCIA interface of a personal computer.

【0010】NchMOSトランジスタの飽和領域にお
けるドレイン・ソース間の電流値IDSはIDS=1/2・
β・(VGS−VTH)2乗となり、その時の抵抗値RはR
=VIN/IDSとなる。ここでβはMOSトランジスタの
利得係数、VGSはトランジスタのゲート・ソース間の電
圧、VTHはトランジスタのしきい値、VINは入力端子に
かかる入力電圧である。3V系の入力端子の入力電位を
固定するプルダウン抵抗を構成するNMOSトランジス
タのゲートに5Vが入力された場合と3Vが入力された
場合での抵抗値の比率は、R(5V)/R(3V)=
{VGS(3V)−VTH}2乗/{VGS(5V)−VTH}
2乗となる。例えば、トランジスタのしきい値が0.7
Vであった場合、5Vが入力されたプルダウン抵抗値
は、3Vが入力されたプルダウン抵抗値の約0.3倍と
なる。プルアップ・プルダウン抵抗値は、外部からのノ
イズの影響を考慮しつつ、有効な入力信号に対しては速
やかにその入力電位を変化させる事が理想的である為、
この例のように抵抗値が大きく変動する事は望ましい事
ではない。またそれぞれの機種の使用電圧の組合せに応
じ、最適な抵抗値のMOSトランジスタを用意するため
には、さまざまなサイズのトランジスタを用意する必要
がありレイアウト面積の増大を招いてしまう。
The drain-source current value IDS in the saturation region of the NchMOS transistor is IDS = 1 / 2.multidot.
β · (VGS-VTH) squared, and the resistance value R at that time is R
= VIN / IDS Here, β is the gain coefficient of the MOS transistor, VGS is the gate-source voltage of the transistor, VTH is the threshold value of the transistor, and VIN is the input voltage applied to the input terminal. The ratio of the resistance values when 5V is input to the gate of the NMOS transistor that forms the pull-down resistor that fixes the input potential of the 3V input terminal and when 3V is input is R (5V) / R (3V ) =
{VGS (3V) -VTH} squared / {VGS (5V) -VTH}
Squared. For example, the threshold value of the transistor is 0.7
In the case of V, the pull-down resistance value input with 5V is about 0.3 times the pull-down resistance value input with 3V. Ideally, the pull-up / pull-down resistance value should change the input potential promptly for an effective input signal while considering the influence of external noise.
It is not desirable that the resistance value greatly fluctuates as in this example. Further, in order to prepare MOS transistors having optimum resistance values according to combinations of operating voltages of the respective models, it is necessary to prepare transistors of various sizes, which causes an increase in layout area.

【0011】そこで、本発明はこの様な問題点を解決す
るものでその目的とするところは、入力電位固定回路を
制御する信号のバッファリング回路に、最も高い電圧よ
りも低い電圧信号が入力され発生するショート電流を防
止し、回路の安定動作と品質の劣化防止の実現と、低い
側の電圧を電源とする入力端子のプルアップ・プルダウ
ン抵抗が、最も高い電圧の影響を受けることなく最適な
抵抗値を実現することにある。
Therefore, the present invention solves such a problem, and an object of the present invention is to input a voltage signal lower than the highest voltage to a signal buffering circuit for controlling an input potential fixing circuit. Prevents short-circuit current that occurs, realizes stable operation of the circuit and prevents deterioration of quality, and the pull-up / pull-down resistance of the input terminal that uses the low-side voltage as the power supply is optimal without being affected by the highest voltage. To realize the resistance value.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(手段1)半導体チップの主として中央部に作り込まれ
所定の論理回路を実現するための論理領域と、その論理
領域の周辺に作り込まれ、前記半導体チップの外部と前
記論理回路との間で入出力信号を取り扱う入力セル、或
は出力セルまたは双方向セル(以下入出力セルと記述す
る)を含む周辺領域と、前記入力セルあるいは双方向セ
ルの入力電位を固定するための入力電位固定回路を有
し、少なくとも2つ以上の異なる電位を電源とし、最も
高い電位である第1の電源系と、第1の電源系よりも低
い電位の第2の電源系の入出力セルを有する半導体装置
において、第1の電源系の入出力セル内にのみ前記入力
電位固定回路制御信号のバッファリング回路が具備され
ている事を特徴とする。
(Means 1) A logic region mainly formed in a central portion of the semiconductor chip for realizing a predetermined logic circuit, and a logic region formed around the logic region between the outside of the semiconductor chip and the logic circuit An input cell that handles input / output signals, or a peripheral area including an output cell or a bidirectional cell (hereinafter referred to as an input / output cell), and an input potential fixing circuit for fixing the input potential of the input cell or the bidirectional cell And a semiconductor device having input / output cells of a first power supply system having the highest potential and a second power supply system having a potential lower than that of the first power supply system, having at least two different potentials as power sources. In the second aspect, the input potential fixing circuit control signal buffering circuit is provided only in the input / output cell of the first power supply system.

【0013】(手段2)前記入出力セルと同じ周辺領域
で構成され、外部より異なる電位の電源を半導体装置内
部へ供給するための電源セル内に、前記第1の電源系を
電源とする前記バッファリング回路を具備したことを特
徴とする。
(Means 2) The first power supply system is used as a power supply in a power supply cell which is formed in the same peripheral area as the input / output cell and which supplies power supplies having different potentials from the outside to the inside of the semiconductor device. It is characterized by including a buffering circuit.

【0014】(手段3)半導体チップの主として中央部
に作り込まれ所定の論理回路を実現するための論理領域
と、その論理領域の周辺に作り込まれ、前記半導体チッ
プの外部と前記論理回路との間で入出力信号を取り扱う
入力セル、或は出力セルまたは双方向セル(以下入出力
セルと記述する)を含む周辺領域と、前記入力セルある
いは双方向セルの入力電位を固定するための入力電位固
定回路を有し、少なくとも2つ以上の異なる電位を電源
とし、最も高い電位である第1の電源系と、第1の電源
系よりも低い電位の第2の電源系の入出力セルを有する
半導体装置において、前記バッファリング回路出力と、
第2の電源系を電源とする前記入出力セル内に作り込ま
れた入力電位固定回路の制御入力との間に、それぞれの
入出力セルと同一の電源が供給される少なくとも1つ以
上の反転論理素子を具備した事を特徴とする。
(Means 3) A logic region mainly formed in a central portion of the semiconductor chip for realizing a predetermined logic circuit, and a logic region formed around the logic region, outside the semiconductor chip and the logic circuit. An input cell for handling input / output signals between, or a peripheral area including an output cell or a bidirectional cell (hereinafter referred to as an input / output cell) and an input for fixing the input potential of the input cell or the bidirectional cell An input / output cell of a first power supply system which has a potential fixing circuit and uses at least two different potentials as power supplies and which has the highest potential and a second power supply system which has a lower potential than the first power supply system. In a semiconductor device having, the buffering circuit output,
At least one or more inversions in which the same power supply as that of each input / output cell is supplied between it and the control input of the input potential fixing circuit built in the input / output cell using the second power supply system as the power supply. It is characterized by having a logic element.

【0015】(手段4)手段1から手段3に記載のバッ
ファリング回路が、少なくとも2つ以上の反転論理素子
により構成された正転論理回路であることを特徴とす
る。
(Means 4) The buffering circuit according to the means 1 to 3 is a normal logic circuit constituted by at least two or more inverting logic elements.

【0016】(手段5)手段1から手段4に記載の前記
バッファリング回路出力が、同一方向上最も近くに構成
されている前記バッファリング回路へと接続され、入出
力セルを構成する周辺領域上を一周するインバータの多
段直列接続回路であることを特徴とする。
(Means 5) The outputs of the buffering circuits described in the means 1 to 4 are connected to the buffering circuits which are arranged closest to each other in the same direction, and on the peripheral area which constitutes an input / output cell. It is characterized in that it is a multi-stage series connection circuit of inverters that go around.

【0017】[0017]

【作用】手段1〜手段2では、入力電位固定回路を制御
する信号のバッファリングを、最も高い電圧を電源とす
るインバータのみで行うことにより、それよりも低い電
圧のバッファリング信号によるショート電流の発生を防
止し、回路の安定動作を実現することができる。
In the means 1 and 2, the buffering of the signal for controlling the input potential fixing circuit is performed only by the inverter having the highest voltage as the power source, so that the short circuit current due to the buffering signal of the voltage lower than that is applied. It is possible to prevent the occurrence and to realize the stable operation of the circuit.

【0018】手段3では、高い電圧の制御信号を、低い
電圧を電源とするインバータで降圧させることにより、
入力電位固定用MOSトランジスタのオン抵抗値を低い
電圧の電源のみで固定化させる事が可能となる。
In the means 3, the high voltage control signal is stepped down by the inverter using the low voltage as the power source,
It is possible to fix the on-resistance value of the input potential fixing MOS transistor only with a low voltage power supply.

【0019】[0019]

【実施例】図1に本発明による入力電位固定回路の実施
例を示し、図2にその時の入出力セルと電源セルの配置
を表したチップレイアウト全体図を示す。図1におい
て、入力電位固定回路は、プルアップ,プルダウン制御
端子300とその信号をバッファリングするインバータ
310・331・332・112・113とそのバッフ
ァリングされた制御信号を入力とする電位固定用MOS
トランジスタ111、制御信号の電圧レベルを降圧させ
るインバータIN21・IN22およびその信号により
制御される電位固定用MOSトランジスタ210で構成
される。制御端子300に’Low’を入力する事で入
力電位固定用MOSトランジスタ111および210は
オン状態となり、入力端子100および200の電位は
固定される。また制御端子300に’High’を入力
する事で入力電位固定用MOSトランジスタ111およ
び210はオフ状態となる。これにより入力端子100
および200の入力リークの検査が可能となる他にIC
の静止電流を測定する際に問題となる、プルアップ抵抗
やプルダウン抵抗へ流れ込む電流を抑える事が可能とな
り、静止電流選別試験を容易に行う事が出来る。
1 shows an embodiment of an input potential fixing circuit according to the present invention, and FIG. 2 shows an overall chip layout showing the arrangement of input / output cells and power supply cells at that time. In FIG. 1, the input potential fixing circuit includes a pull-up / pull-down control terminal 300, inverters 310, 331, 332, 112, 113 for buffering the signal and a potential fixing MOS for inputting the buffered control signal.
It includes a transistor 111, inverters IN21 and IN22 for lowering the voltage level of the control signal, and a potential fixing MOS transistor 210 controlled by the signal. By inputting “Low” to the control terminal 300, the input potential fixing MOS transistors 111 and 210 are turned on, and the potentials of the input terminals 100 and 200 are fixed. By inputting “High” to the control terminal 300, the input potential fixing MOS transistors 111 and 210 are turned off. This allows the input terminal 100
And 200 input leaks can be inspected
It becomes possible to suppress the current flowing into the pull-up resistor and pull-down resistor, which is a problem when measuring the quiescent current of, and the quiescent current selection test can be easily performed.

【0020】図1の実施例では、入力セルCELL1・
CELL3には第1系電源5Vを供給し、入力セルCE
LL2には第2系電源3Vを供給している。電源セルP
OWER1は入出力セルと同じ周辺領域に構成され、外
部より供給される負極性電源や第1系電源や第2系電源
などのいくつかの正極性電源を半導体装置内部に供給す
るための役割を持ったセルであり、いずれの極性の電源
でも問題はない。制御端子300に’Low’が入力さ
れると、電源セルPOWER1内に作り込まれ第1系電
源を電源とするインバータ310・331を経由してイ
ンバータ332の出力313は’High’となる。隣
にある第2系電源を電源とするIOセルCELL2内で
はバッファリングを行わず金属配線によりスルーさせ、
その隣のIOセルであるCELL3内に作り込まれたイ
ンバータ112に入力され、その出力131より’Lo
w’が出力される。インバータ332の電源電圧は5V
であるため、その出力313からは5V’High’が
出力される。その信号を受けるインバータ112を構成
するPMOSトランジスタは完全なオフ状態となり、シ
ョート電流が流れる事はない。そのためその出力131
が中間電位となる事はなく、安定した’Low’レベル
信号となり、出力信号131により制御されるMOSト
ランジスタ111の安定したオン状態が実現される。よ
ってMOSトランジスタ111のオン抵抗値は、トラン
ジスタサイズと電源電圧により決定されるある一定のバ
ラツキをもった値となり、入力端子100の電位固定を
安定した電気的特性で行う事ができ、ショート電流によ
り発生するノイズや電源電圧低下による回路誤動作の危
険性を回避する事を可能としている。
In the embodiment of FIG. 1, the input cells CELL1.
The first cell power supply 5V is supplied to the CELL3, and the input cell CE
The second system power supply 3V is supplied to LL2. Power cell P
The OWER1 is configured in the same peripheral region as the input / output cell and has a role of supplying some positive power supplies such as a negative power supply, a first power supply and a second power supply, which are externally supplied, to the inside of the semiconductor device. It is a cell that has, and there is no problem with a power supply of either polarity. When “Low” is input to the control terminal 300, the output 313 of the inverter 332 becomes “High” via the inverters 310 and 331 which are built in the power supply cell POWER1 and use the first system power supply as a power supply. In the IO cell CELL2, which is powered by the adjacent second system power source, buffering is not performed and the through is performed by the metal wiring.
It is input to the inverter 112 built in CELL3, which is the IO cell next to it, and is output from the output 131 as'Lo.
w'is output. The power supply voltage of the inverter 332 is 5V
Therefore, 5V'High 'is output from the output 313. The PMOS transistor forming the inverter 112 that receives the signal is completely turned off, and a short current does not flow. Therefore its output 131
Does not become an intermediate potential, and becomes a stable'Low 'level signal, and a stable ON state of the MOS transistor 111 controlled by the output signal 131 is realized. Therefore, the on-resistance value of the MOS transistor 111 becomes a value having a certain variation determined by the transistor size and the power supply voltage, and the potential of the input terminal 100 can be fixed with stable electrical characteristics, and the short current causes It is possible to avoid the risk of circuit malfunction due to noise or power supply voltage drop.

【0021】次に第2系電源側の回路動作について説明
する。5Vの’High’レベル信号313を受けイン
バータIN21は’Low’を出力し、次段インバータ
IN22の出力信号222は供給される電源電圧と同じ
3Vの’High’を出力する。制御信号222により
制御される入力端子電位固定用MOSトランジスタ21
0はオン状態となり、入力端子200は’Low’レベ
ルに固定される。このようにインバータIN21・IN
22は5V振幅の信号313を3V振幅の信号222に
降圧変換するレベルシフトの機能を果たす。そして、高
い側の電圧である第1系電源の電源電圧に関係なく、常
に第2系電源電圧と同一の振幅の信号がMOSトランジ
スタ210の制御信号となる。そのためMOSトランジ
スタ210のオン抵抗値を決定する要因は、トランジス
タサイズと第2系の電源電圧だけとなり、それ以外の電
源の影響を受けることはない。よって将来第1系の電源
電圧を低くしようともMOSトランジスタ210のサイ
ズ変更や周辺回路の変更を行う必要がない。また、第1
系電源の電圧を第2系電源の電圧範囲内で上下させるよ
うなアプリケーションにおいても、第2系電源のプルア
ップ・プルダウン抵抗値への変動が無いため周辺回路と
の整合性を容易にとる事を可能としている。
Next, the circuit operation of the second system power supply side will be described. The inverter IN21 outputs "Low" when receiving the 5V "High" level signal 313, and the output signal 222 of the next-stage inverter IN22 outputs 3V "High" which is the same as the supplied power supply voltage. Input terminal potential fixing MOS transistor 21 controlled by control signal 222
0 is turned on, and the input terminal 200 is fixed at the'Low 'level. In this way, the inverter IN21 ・ IN
22 performs a level shift function of step-down converting the signal 313 of 5V amplitude into the signal 222 of 3V amplitude. A control signal for the MOS transistor 210 is always a signal having the same amplitude as the second system power supply voltage, regardless of the power supply voltage of the first system power supply, which is the higher voltage. Therefore, the factors that determine the on resistance value of the MOS transistor 210 are only the transistor size and the power supply voltage of the second system, and are not affected by other power supplies. Therefore, it is not necessary to change the size of the MOS transistor 210 or change the peripheral circuits even if the power supply voltage of the first system is lowered in the future. Also, the first
Even in applications where the voltage of the system power supply is raised or lowered within the voltage range of the second system power supply, there is no fluctuation in the pull-up / pull-down resistance value of the second system power supply, so that consistency with peripheral circuits can be easily taken. Is possible.

【0022】ゲートアレイやエンベデットアレイのよう
に予め作り込まれたトランジスタを用い配線の切り替え
により論理回路を実現する半導体装置においては、イン
バータIN21・IN22・331・332・112・
113を構成するためのPMOSトランジスタのウエル
を他のトランジスタと分離し、サブ電位の変更が可能な
レイアウトを用意する事で、配線切り替えにより3Vも
しくは5Vの電圧を電源とするインバータを構成する事
ができるため、別々にトランジスタを用意する必要はな
くレイアウト面積の拡大を抑えることが可能となる。
In a semiconductor device, such as a gate array or an embedded array, which realizes a logic circuit by switching wirings using prefabricated transistors, inverters IN21, IN22, 331, 332, 112.
By separating the well of the PMOS transistor for forming 113 from other transistors and preparing a layout in which the sub-potential can be changed, it is possible to configure an inverter that uses a voltage of 3 V or 5 V as a power source by switching wiring. Therefore, it is not necessary to separately prepare transistors, and it is possible to suppress an increase in layout area.

【0023】図2に本発明による入出力セルと電源セル
の配置を表したチップレイアウト全体図を示す。図2に
示すCELL1内に設けられた入力電位固定回路の制御
入力端子からの制御信号は、バッファリング回路により
図2に示す様に左廻りにCELL1からPOWER1、
CELL2、CELL3、CELL4を経てCELLn
まで伝般し半導体装置の周辺領域を一周する。そして第
1系電源の入出力セル内と電源セル内に作り込まれたバ
ッファリングインバータにより制御信号のバッファリン
グがされる。この例では制御入力端子を有する入力セル
CELL1をチップ左上隅に配置しているが、半導体装
置の周辺領域上であればいかなる位置にも配置できる。
また制御信号の伝搬方向についても、右廻り左廻りどち
らでも問題はない。バッファリング用インバータ331
・332・112・113などやレベルシフト用インバ
ータIN21・IN22などがあるインバータ回路列1
0はチップを一周する形で配置される事となり、全ての
入力回路のプルアップ・プルダウン抵抗のコントロール
を、わずか一端子によりコントロールすることが可能で
ある。図1に示すように、各第1系電源側の入出力セル
と電源セルに偶数個のインバータを挿入しておけば、イ
ンバータ回路列10は第1系電源の入出力セルに作り込
まれたプルアップ抵抗とプルダウン抵抗の両方の制御に
使用することができる。
FIG. 2 shows an overall chip layout showing the arrangement of input / output cells and power supply cells according to the present invention. The control signal from the control input terminal of the input potential fixing circuit provided in CELL1 shown in FIG. 2 is rotated counterclockwise from CELL1 to POWER1 by the buffering circuit as shown in FIG.
CELLn through CELL2, CELL3, and CELL4
And travels around the peripheral area of the semiconductor device. Then, the control signals are buffered by the buffering inverters formed in the input / output cells of the first system power supply and in the power supply cells. In this example, the input cell CELL1 having the control input terminal is arranged at the upper left corner of the chip, but it can be arranged at any position on the peripheral region of the semiconductor device.
Regarding the propagation direction of the control signal, there is no problem whether it is clockwise or counterclockwise. Inverter 331 for buffering
・ Inverter circuit row 1 including 332, 112, 113, etc. and level shift inverters IN21, IN22, etc.
The 0s are arranged so as to go around the chip, and the pull-up / pull-down resistors of all input circuits can be controlled by only one terminal. As shown in FIG. 1, if an even number of inverters are inserted in the input / output cells and the power supply cells on the side of the first system power supply, the inverter circuit array 10 is built in the input / output cells of the first system power supply. It can be used to control both pull-up and pull-down resistors.

【0024】図1および図2に示す例ではCELL3は
第1系電源の入力セルであるため、入力電位固定回路の
制御信号のバッファリングが行われるが、電源セル内の
インバータによるバッファリングを行わず、CELL4
以降の入出力セル全てが第2系電源の入出力セルのみで
あった場合、CELL3内のバッファリング用インバー
タが残り全ての電位固定回路を駆動する事となり、この
バッファリングインバータに過大な負荷がかかってしま
う。一方、回路の安定動作確保や出力セルへの電流供給
の目的で、外部より供給される電源を半導体装置内部に
供給するための電源セルは、図2に示すPOWER1・
POWER2・POWER3・POWER4の配置例の
ように半導体チップ全体に均等かつ充分な数を配置する
ことが一般的であるため、電源セル内にもバッファリン
グ用インバータを設け制御信号のバッファリングを行う
ことで、一対のバッファリング用インバータが駆動する
入力電位固定用MOSトランジスタの寄生容量や配線イ
ンダクタンスを小さく抑えることが可能となる。そのた
め、CELL4以降に第1系電源の入出力セルが無い場
合でも電源セル内のバッファリング用インバータにより
バッファリングを行う事ができ、バッファリングインバ
ータの破壊の問題や、制御信号配線の断線の危険性を回
避する為の補完の役割を果たしている。
In the example shown in FIGS. 1 and 2, since the cell 3 is the input cell of the first system power supply, the control signal of the input potential fixing circuit is buffered, but the inverter in the power supply cell performs the buffering. No, CELL4
When all the subsequent input / output cells are the input / output cells of the second system power supply, the buffering inverter in CELL3 drives all the remaining potential fixing circuits, and an excessive load is applied to this buffering inverter. It will take. On the other hand, for the purpose of ensuring stable operation of the circuit and supplying current to the output cell, the power supply cell for supplying the power supplied from the outside to the inside of the semiconductor device is the POWER1.
Since it is common to arrange an equal and sufficient number on the entire semiconductor chip as in the arrangement example of POWER2, POWER3, and POWER4, a buffering inverter should be provided in the power supply cell to buffer control signals. Thus, the parasitic capacitance and wiring inductance of the input potential fixing MOS transistor driven by the pair of buffering inverters can be reduced. Therefore, even if there is no input / output cell of the first system power supply after CELL4, buffering can be performed by the buffering inverter in the power supply cell, and there is a risk of destruction of the buffering inverter and a risk of disconnection of the control signal wiring. It plays a complementary role to avoid sex.

【0025】[0025]

【発明の効果】手段1〜手段2記載の発明によれば、入
力電位固定回路を制御する信号のバッファリングを、最
も高い電圧を電源とするインバータ群の直列接続回路構
成としたことにより、それよりも低い電圧の信号が入力
され発生するショート電流の発生を防止し、回路の安定
動作と品質の劣化防止を実現することができる。
According to the inventions described in Means 1 and 2, the buffering of the signal for controlling the input potential fixing circuit is constituted by the series connection circuit configuration of the inverter group using the highest voltage as the power source. It is possible to prevent the occurrence of short-circuit current that occurs when a signal of a lower voltage is input, and to realize stable operation of the circuit and prevention of quality deterioration.

【0026】手段3の発明によれば、高い電圧の制御信
号を低い電圧を電源とするインバータで降圧させ、入力
電位固定用MOSトランジスタのオン・オフを制御する
回路を構成したことにより、低い側の電圧を電源とする
入力端子のプルアップ・プルダウン抵抗が、最も高い電
圧の影響を受けることなく最適な抵抗値を実現すること
ができる。
According to the invention of the means 3, the control signal of a high voltage is stepped down by the inverter using the low voltage as a power source, and the circuit for controlling the ON / OFF of the input potential fixing MOS transistor is constituted, so that the low side is controlled. The pull-up / pull-down resistance of the input terminal that uses the voltage as the power source can realize the optimum resistance value without being affected by the highest voltage.

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

【図1】本発明の実施例を示す回路図。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例を施したチップの全体レイアウ
ト図。
FIG. 2 is an overall layout diagram of a chip according to an embodiment of the present invention.

【図3】従来技術を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing a conventional technique.

【図4】従来技術を示す回路図。FIG. 4 is a circuit diagram showing a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10・・・・・インバータ回路列 50・・・・・半導体チップ 51・・・・・論理領域 100,200,300,301・・・・・パッド 111,210・・・・・入力論理固定回路 112,113,320,321,331,332,I
N21,IN22,120,121,220,221,
・・・・・インバータ回路 CELL1、CELL2・・・CELL(n−1),C
ELLn・・・入出力セル POWER1、POWER2,POWER3,POWE
R4・・・・・電源セル
10 ... Inverter circuit array 50 ... Semiconductor chip 51 ... Logic area 100, 200, 300, 301 ... Pad 111, 210 ... Input logic fixed circuit 112, 113, 320, 321, 331, 332, I
N21, IN22, 120, 121, 220, 221,
... Inverter circuits CELL1, CELL2 ... CELL (n-1), C
ELLn ... I / O cells POWER1, POWER2, POWER3, POWER
R4: Power cell

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体チップの主として中央部に作り込ま
れ所定の論理回路を実現するための論理領域と、その論
理領域の周辺に作り込まれ、前記半導体チップの外部と
前記論理回路との間で入出力信号を取り扱う入力セル、
或は出力セルまたは双方向セル(以下入出力セルと記述
する)を含む周辺領域と、前記入力セルあるいは双方向
セルの入力電位を固定するための入力電位固定回路を有
し、少なくとも2つ以上の異なる電位を電源とし、最も
高い電位である第1の電源系と、第1の電源系よりも低
い電位の第2の電源系の入出力セルを有する半導体装置
において、第1の電源系の入出力セル内にのみ前記入力
電位固定回路制御信号のバッファリング回路が具備され
ている事を特徴とする半導体装置。
1. A logic area mainly formed in a central portion of a semiconductor chip for realizing a predetermined logic circuit, and a logic area formed around the logic area between the outside of the semiconductor chip and the logic circuit. Input cells that handle input and output signals with
Or at least two or more peripheral areas including output cells or bidirectional cells (hereinafter referred to as input / output cells) and an input potential fixing circuit for fixing the input potential of the input cells or bidirectional cells. Of the first power supply system having the highest potential and the second power supply system having a lower potential than the first power supply system as the power supply, A semiconductor device comprising the input potential fixing circuit control signal buffering circuit only in an input / output cell.
【請求項2】請求項1記載の入出力セルと同じ周辺領域
で構成され、外部より異なる電位の電源を半導体装置内
部へ供給するための電源セル内に、前記第1の電源系を
電源とする前記バッファリング回路を具備したことを特
徴とする半導体装置。
2. The first power supply system is used as a power supply in a power supply cell which is formed in the same peripheral region as the input / output cell according to claim 1 and which supplies power supplies having different potentials from the outside to the inside of the semiconductor device. A semiconductor device comprising the buffering circuit described above.
【請求項3】半導体チップの主として中央部に作り込ま
れ所定の論理回路を実現するための論理領域と、その論
理領域の周辺に作り込まれ、前記半導体チップの外部と
前記論理回路との間で入出力信号を取り扱う入力セル、
或は出力セルまたは双方向セル(以下入出力セルと記述
する)を含む周辺領域と、前記入力セルあるいは双方向
セルの入力電位を固定するための入力電位固定回路を有
し、少なくとも2つ以上の異なる電位を電源とし、最も
高い電位である第1の電源系と、第1の電源系よりも低
い電位の第2の電源系の入出力セルを有する半導体装置
において、前記バッファリング回路出力と、第2の電源
系を電源とする前記入出力セル内に作り込まれた入力電
位固定回路の制御入力との間に、それぞれの入出力セル
と同一の電源が供給される少なくとも1つ以上の反転論
理素子を具備した事を特徴とする半導体装置。
3. A logic area mainly formed in a central portion of the semiconductor chip for realizing a predetermined logic circuit, and a logic area formed around the logic area between the outside of the semiconductor chip and the logic circuit. Input cells that handle input and output signals with
Or at least two or more peripheral areas including output cells or bidirectional cells (hereinafter referred to as input / output cells) and an input potential fixing circuit for fixing the input potential of the input cells or bidirectional cells. Of the first power supply system having the highest potential and the second power supply system having a lower potential than the first power supply system, the buffering circuit output and , At least one or more of the same power supply as each input / output cell is supplied between the input / output cell and the control input of the input potential fixing circuit formed in the input / output cell using the second power supply system as a power supply. A semiconductor device having an inverting logic element.
【請求項4】請求項1から請求項3に記載のバッファリ
ング回路が、少なくとも2つ以上の反転論理素子により
構成された正転論理回路であることを特徴とする半導体
装置。
4. A semiconductor device, wherein the buffering circuit according to any one of claims 1 to 3 is a non-inverting logic circuit composed of at least two or more inverting logic elements.
【請求項5】請求項1から請求項4に記載の前記バッフ
ァリング回路出力が、同一方向上最も近くに構成されて
いる前記バッファリング回路へと接続され、入出力セル
を構成する周辺領域上を一周するインバータの多段直列
接続回路であることを特徴とする半導体装置。
5. The buffering circuit output according to any one of claims 1 to 4 is connected to the buffering circuit which is arranged closest in the same direction, and on the peripheral region which constitutes an input / output cell. A semiconductor device, which is a multi-stage series connection circuit of inverters that make a round.
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