JP3557523B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、外来電磁波による電磁障害の対策を施した半導体集積回路装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路を1チップ化した場合のレイアウト構成を第7図に示す(例えば、培風館、飯塚著、CMOS超LSIの設計、pp.237がある)。1チップ化された半導体集積回路1の周辺に電源線2と接地線3が引き回され、電源線2は電源パッド4に接続され、接地線3は接地パッド5に接続されている。6は信号パッドであり、半導体集積回路1の信号線7に接続されている。なお、以降では、電源線2と接地線3はまとめて内部電源系配線と呼び、電源パッド4と接地パッド5はまとめて電源系パッドと呼ぶことがある。図7において、VDDは外部電源電圧、GNDは外部接地電圧、CKはクロック信号である。
【0003】
このチップを組み立てパッケージ化して、実際チップを動作させる場合、パッケージピン(図示せず)とチップパッド(4,5,6等)との間には、ボンディングワイヤやリードフレームといった長い配線が接続されるため、等価的にインダクタL1,L2,L3が形成されることになる。図7において、C1,C2,C3は外部接続のキャパシタである。また、C4,C5は電源線2,接地線3の寄生容量である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この半導体集積回路1の動作時に携帯電話等から外来電磁波が照射されると、それらのインダクタL1,L2,L3を介して各パッド4,5,6には外来電磁波と同じ周波数のRFノイズが重畳されることになる。
【0005】
このとき、電源系では、チップ外で電源系の安定化のため大容量のキャパシタC1,C2をつけるため、チップ外のインピーダンスはインダクタL1,L2の成分が支配的となる。一方、信号系では、高速化のため容量系を極力小さくするために、チップ外のインピーダンスはキャパシタC3の成分が支配的となる。
【0006】
このため、第8図に示すように、半導体集積回路1の内部でのRFノイズは、電源系(VDD,GND)と信号系(CK)で位相が180度ずれ、信号系の入力レベルが半導体集積回路1の論理しきい値を超えてしまうため、回路が誤動作するという問題があった。
【0007】
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目的は、電磁障害に強い半導体集積回路装置を実現することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このために第1の発明の半導体集積回路装置は、半導体集積回路用の電源系パッドと該半導体集積回路内に配線される内部電源系配線との間にインピーダンス素子を接続した半導体集積回路装置であって、前記インピーダンス素子をトランジスタで構成し、且つ該トランジスタを制御するインバータを設け、前記インバータは、その応答周波数を外部RFノイズの周波数より低く設定し、その入力端子を前記電源系パッドに接続し、出力端子を前記トランジスタのゲート又はベースに接続し、電源系端子の一方を前記電源系パッドに接続し、該電源系端子の他方を可変電源系パッドに接続したものである。
【0009】
第2の発明は、半導体集積回路用の電源系パッドと該半導体集積回路内に配線される内部電源系配線との間にインピーダンス素子を接続した半導体集積回路装置であって、前記半導体集積回路を、入力バッファ回路とコア回路と出力バッファ回路とで構成し、前記内部電源系配線を該各回路に共通として、該共通の内部電源系配線と前記電源系パッドとの間に前記インピーダンス素子を接続し、前記インピーダンス素子をトランジスタで構成し、且つ該トランジスタを制御するインバータを設け、前記インバータは、その応答周波数を外部RFノイズの周波数より低く設定し、その入力端子を前記電源系パッドに接続し、出力端子を前記トランジスタのゲート又はベースに接続し、電源系端子の一方を前記電源系パッドに接続し、該電源系端子の他方を可変電源系パッドに接続したものである。
【0010】
第3の発明は、半導体集積回路用の電源系パッドと該半導体集積回路内に配線される内部電源系配線との間にインピーダンス素子を接続した半導体集積回路装置であって、前記半導体集積回路を、入力バッファ回路とコア回路と出力バッファ回路とで構成し、前記内部電源系配線を前記各回路毎に分離して配線する共に、前記電源系パッドを前記各回路毎に設け、前記各々の内部電源系配線と前記各々の電源系パッドとの間に前記インピーダンス素子を個々に接続し、前記インピーダンス素子をトランジスタで構成し、且つ該トランジスタを制御するインバータを設け、前記インバータは、その応答周波数を外部RFノイズの周波数より低く設定し、その入力端子を前記電源系パッドに接続し、出力端子を前記トランジスタのゲート又はベースに接続し、電源系端子の一方を前記電源系パッドに接続し、該電源系端子の他方を可変電源系パッドに接続したものである。
【0011】
第4の発明は、第1,2又は3の発明において、前記インバータの前記入力端子を前記電源系パッドへの接続に代えて制御信号が印加する制御パッドに接続したものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
[第1の実施形態]
図1は本発明の第1の実施形態を示す半導体集積回路装置の説明図であって、1チップ化した半導体集積回路1の電源線2と電源パッド4との間にインピーダンス素子Z1を接続し、接地線3と接地パッド5との間にはインピーダンス素子Z2を接続している。
【0015】
本実施形態の構成では、インピーダンス素子Z1,Z2と電源線2や接地線3に生じる寄生容量C4,C5とにより、ローパスフィルタが形成されるので、第2図に示すように、内部電源系配線でのRFノイズを抑制でき、内部回路の誤動作を回避できる。図2において、VDD1は電源線2の電圧(内部電源電圧)、GND1は接地線3の電圧(内部接地電圧)、CKは信号線7のクロック信号である。
【0016】
なお、図1では電源系パッドである電源パッド4と接地パッド5の各々にインピーダンス素子Z1,Z2を接続したが、電源パッド4又は接地パッド5にのみインピーダンス素子を接続してもよい。また、インピーダンス素子は図1に示すように集中的に配置してもよいし、電源線2や接地線3の周辺に分散的に配置してもよい。このときは電源パッドや接地パッドも分散させてもよい。さらに、インピーダンス素子Z1,Z2としては、抵抗、ダイオード、パイポーラトランジスタ、MOSFET等、いずれの素子を用いてもよい。さらに、半導体集積回路1としては、ディジタル回路、メモリ、アナログ回路等、どんな回路であってもよい。
【0017】
また、ローパスフィルタの機能を強化するため、電源線2や接地線3を空パッドに接続して寄生容量値を増やしたり、MIM容量等を積極的に付加してもよい。MIMとは、Metal−Insulator−Metalの略で、LSIの配線系に使用され、容量部の層間膜厚を薄くすることで大容量値を実現できる。
【0018】
[第2の実施形態]
第3図は本発明の第2の実施形態の半導体集積回路装置の説明図であって、半導体集積回路1を集積回路のコア回路101,入力バッファ回路102,出力バッファ回路103の回路ブロックに分割した場合において、インピーダンス素子の接続法を示したものである。
【0019】
(a)に示すように、各回路101,102,103に共通の電源線2と接地線3を接続して、それらに各々インピーダンス素子Z1,Z2を接続してもよいし、(b)に示すように、各回路101,102,103の各電源線2にインピーダンス素子Z1A,Z1B,Z1Cを個別に接続し、各接地線3にインピーダンス素子Z2A,Z2B,Z2Cを個別に接続してもよい。(b)におけるVDD2,VDD3,VDD4は内部電源電圧、GND2,GND3,GND4は内部接地電圧である。
【0020】
[第3の実施形態]
第4図は本発明の第3の実施形態の半導体集積回路装置の要部の説明図であって、インピーダンス素子としてMOSFETを用いたものである。(a)はインピーダンス素子Z1としてp型MOSFET8を使用し、このMOSFET8が導通するように、ソース端子に接続する電源パッド4と極性が反対の接地パッド5をゲート端子に接続したものである。(b)はインピーダンス素子Z2としてn型MOSFET9を使用し、このMOSFET9が導通するように、ソース端子に接続する接地パッド5と極性が反対の電源パッド4をゲート端子に接続したものである。
【0021】
本構成では、内部の半導体集積回路1を構成するトランジスタと同じ工程でMOSFETを造り込むことになるため、集積回路を構成するトランジスタ特性がばらついても、インピーダンス素子も同方向にばらつくため、内部電源電圧VDD1や内部接地電圧GDN1のレベルの変動を抑えることができる。なお、MOSFET8はPNPトランジスタに、MOSFET9はNPNトランジスタに置換でき、そのベースはMOSFETのゲートに対応する。
【0022】
[第4の実施形態]
第5図は本発明の第4の実施形態の半導体集積回路装置の要部の説明図であって、インピーダンス素子としてMOSFETとCMOSインバータを用いて、電源線2と接地線3の間の電圧、つまり内部電源電圧を制御できるようにしたものである。
【0023】
まず、(a)はインピーダンス素子Z1として、p型MOSFET8とこのMOSFET8のゲートに出力端子を接続したCMOSインバータ10(その応答周波数が外来RFノイズの周波数より低く設定されている)を使用し、そのインバータ10の入力端子と電源端子(電源系端子の一方)を電源パッド4に接続し、さらにこのインバータ10の接地端子(電源系端子の他方)を可変接地パッド11(可変電源系パッド)に接続して、この可変接地パッド11に印加する可変外部接地電圧GND’によって、インバータ10の出力電圧レベルを変化させ、MOSFET8の内部インピーダンスを制御できるようにし、内部電源電圧VDD1を細かく制御できるようにしたものである。
【0024】
(b)はインピーダンス素子Z2として、n型MOSFET9とこのMOSFET9のゲートに出力端子を接続したCMOSインバータ12(その応答周波数が外来RFノイズの周波数より低く設定されている)を使用し、そのインバータ12の入力端子と接地端子(電源系端子の一方)を接地パッド5に接続し、さらに、このインバータ12の電源端子(電源系端子の他方)を可変電源パッド13(可変電源系パッド)に接続して、この可変電源パッド13に印加する可変外部電源電圧VDD’によって、インバータ12の出力電圧レベルを変化させ、MOSFET9の内部インピーダンスを制御できるようにし、内部接地電圧GND1を細かく制御できるようにしたものである。
【0025】
(c)は(a)の構成において、インバータ10の入力端子を制御パッド14に接続した構成に変更したもので、この制御パッド14に印加する制御電圧VCと可変接地パッド11に印加する可変外部接地電圧GND’の組み合わせによってインバータ10の出力電圧レベルを変化させ、MOSFET8の内部インピーダンスを制御できるようにしたものである。この(c)の構成では、MOSFET8の内部インピーダンス値をより細かく制御でき、内部電源電圧VDD1をより細かく制御できる。
【0026】
(d)は(b)の構成において、インバータ12の入力端子を制御パッド14に接続した構成に変更したもので、この制御パッド14に印加する制御電圧VCと可変電源パッド13に印加する可変外部電源電圧VDD’の組み合わせによってインバータ12の出力電圧レベルを変化させ、MOSFET9の内部インピーダンスを制御できるようにしたものである。この(d)の構成では、MOSFET9の内部インピーダンス値をより細かく制御でき、内部接地電圧GND1をより細かく制御できる。
【0027】
なお、以上の図5の(a)〜(d)のいずれにおいても、MOSFET8はPNPトランジスタに、MOSFET9はNPNトランジスタに置換でき、そのベースはMOSFETのゲートに対応する。
【0028】
[実験例]
第6図は本発明の実験例を示すものであって、第5図に示すようにMOSFETとインバータからインピーダンス素子を構成した場合に、外部電磁波として、800MHz帯の正弦波成分をもつ電磁波を、分周回路として構成した半導体集積回路1に照射した場合、該半導体集積回路1が誤動作する外部電磁波の臨界電界と電源電圧との関係を調べたものである。本発明の構成(○印)をとることにより、従来例(図7)の構成(●印)に比べて、外来電磁波に対して耐性を2倍向上できることが分かる。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体集積回路装置によれば、電源系パッドと内部電源系配線と間にインピーダンス素子を接続したので、このインピーダンス素子と寄生容量により形成されるローパスフィルタにより外来電磁波による電磁障害の影響を抑えられる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体集積回路装置の説明図である。
【図2】図1の装置において、外来電磁波照射時の半導体集積回路内部での電源線、接地線、信号線の電圧波形図である。
【図3】(a)は半導体集積回路の電源線と接地線を共通化した例の説明図、(b)は個別化した例の説明図である。
【図4】(a)は電源線側のインピーダンス素子をMOSFETで構成した例の説明図、(b)は接地線側のインピーダンス素子をMOSFETで構成した例の説明図である。
【図5】(a)は電源線側のインピーダンス素子をMOSFETとインバータで構成した例の説明図、(b)は接地線側のインピーダンス素子をMOSFETとインバータで構成した例の説明図、(c)は電源線側のインピーダンス素子をMOSFETとインバータで構成した別の例の説明図、(d)は接地線側のインピーダンス素子をMOSFETとインバータで構成した別の例の説明図である。
【図6】インピーダンス素子をMOSFETとインバータで構成した本発明とインピーダンス素子を使用しない従来例の場合の電源電圧に対する臨界電界の特性図である。
【図7】従来の半導体集積回路装置の説明図である。
【図8】図7の装置において、外来電磁波照射時の半導体集積回路内部での電源線、接地線、信号線の電圧波形図である。
【符号の説明】
1:半導体集積回路、101:コア回路、102:入力バッファ回路、103:出力バッファ回路、2:電源線、3:接地線、4:電源パッド、5:接地パッド、6:信号パッド、7:信号線、8:p型MOSFET、9:n型MOSFET、10:CMOSインバータ、11:可変接地パッド、12:インバータ、13:可変電源パッド、14,15:制御パッド
C1,C2,C3:外部接続キャパシタ、C4,C5:寄生容量
VDD:外部電源電圧、VDD1,VDD2,VDD3,VDD4:内部電源電圧、VDD’:可変外部電源電圧
GND:外部接地電圧、GND1,GND2,GND3,GND4:内部接地電圧、GND’:可変外部接地電圧
Claims (4)
- 半導体集積回路用の電源系パッドと該半導体集積回路内に配線される内部電源系配線との間にインピーダンス素子を接続した半導体集積回路装置であって、
前記インピーダンス素子をトランジスタで構成し、且つ該トランジスタを制御するインバータを設け、
前記インバータは、その応答周波数を外部RFノイズの周波数より低く設定し、その入力端子を前記電源系パッドに接続し、出力端子を前記トランジスタのゲート又はベースに接続し、電源系端子の一方を前記電源系パッドに接続し、該電源系端子の他方を可変電源系パッドに接続したことを特徴とする半導体集積回路装置。 - 半導体集積回路用の電源系パッドと該半導体集積回路内に配線される内部電源系配線との間にインピーダンス素子を接続した半導体集積回路装置であって、
前記半導体集積回路を、入力バッファ回路とコア回路と出力バッファ回路とで構成し、前記内部電源系配線を該各回路に共通として、該共通の内部電源系配線と前記電源系パッドとの間に前記インピーダンス素子を接続し、
前記インピーダンス素子をトランジスタで構成し、且つ該トランジスタを制御するインバータを設け、
前記インバータは、その応答周波数を外部RFノイズの周波数より低く設定し、その入力端子を前記電源系パッドに接続し、出力端子を前記トランジスタのゲート又はベースに接続し、電源系端子の一方を前記電源系パッドに接続し、該電源系端子の他方を可変電源系パッドに接続したことを特徴とする半導体集積回路装置。 - 半導体集積回路用の電源系パッドと該半導体集積回路内に配線される内部電源系配線との間にインピーダンス素子を接続した半導体集積回路装置であって、
前記半導体集積回路を、入力バッファ回路とコア回路と出力バッファ回路とで構成し、前記内部電源系配線を前記各回路毎に分離して配線する共に、前記電源系パッドを前記各回路毎に設け、前記各々の内部電源系配線と前記各々の電源系パッドとの間に前記インピーダンス素子を個々に接続し、
前記インピーダンス素子をトランジスタで構成し、且つ該トランジスタを制御するインバータを設け、
前記インバータは、その応答周波数を外部RFノイズの周波数より低く設定し、その入力端子を前記電源系パッドに接続し、出力端子を前記トランジスタのゲート又はベースに接続し、電源系端子の一方を前記電源系パッドに接続し、該電源系端子の他方を可変電源系パッドに接続したことを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項1、2又は3に記載の半導体集積回路装置において、
前記インバータの前記入力端子を前記電源系パッドへの接続に代えて制御信号が印加する制御パッドに接続したことを特徴とする半導体集積回路装置。
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