JP3617425B2 - 半導体集積回路装置の入力インターフェイス回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力端子に電源電圧以上の高電圧が印加される可能性がある場合に、回路素子が破壊されることを防止するように構成される半導体集積回路装置の入力インターフェイス回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5は、CMOSロジックで構成されているICの入力インターフェイス回路であり、特に、高電圧の印加が想定される場合に高耐圧構成とした例を示すものである。入力端子1には、初段に配置されたPチャネルMOSFET2及びNMOSFET3のドレインが共通に接続されており、これらのFET2,3のゲートはハイレベル,ロウレベルに夫々固定されている(但し、入力インターフェイスとして使用される場合)。電源側のFET2のソース,ドレイン間並びにグランド側のFET3のドレイン,ソース間には寄生ダイオード2a,3aが形成されている。
【0003】
また、入力端子1には、次段に配置されているPチャネルMOSFET4及びNMOSFET5のゲートが共通に接続されており、これらのFET4,5のドレインは、ICの内部回路であるインバータゲート6の入力端子に接続されている。また、入力端子1には、電流制限用の抵抗7が直列に挿入されている。
【0004】
初段に配置されたFET2及びFET3の寄生ダイオード2a,3aは、入力端子1に印加された高電圧をクランプするための保護用素子として利用されている。また、FET2,3自体も、入力端子1に夫々負極性,正極性のサージ電圧が印加された場合にONとなることで、サージ電圧を電源側,グランド側に吸収させるための保護用素子として機能する。更に、FET2,3は、各ゲートに内部回路側からの出力信号が与えられる場合は、出力インターフェイスとしても機能するようになっている。
【0005】
斯様に構成される入力インターフェイス回路は、例えば、車両のECU(Electronic Control Unit) の入力部などに利用される。即ち、車両のバッテリ電圧は12V〜14V程度であり、ECUの動作用電源は、そのバッテリ電圧から生成される5V電源が供給される。ところが、ECUに入力される信号は、バッテリ電圧に等しいレベルを有している。従って、このように寄生ダイオード2a,3aを利用した保護回路によって、入力端子1に例えばハイレベルの信号(例えば+12V)が印加された場合は、その信号レベルを電源電圧+VF (VF は、ダイオード2aの順方向電圧)にクランプすることでECUの保護を図っている。この時、グランド側のFET3,5のゲート酸化膜には、高電界が加わるようになる。
【0006】
例えば、電源電圧を5V,VF を1Vとする。5V系のFETのゲート酸化膜厚は、通常150オングストローム(15nm)程度に形成されるが(図6(a)参照)、これに(電源電圧+VF )=6Vの電圧が印加されると、4MV/cmの電界が加わることになる。4MV/cmの電界は、一般に酸化膜寿命の限界と考えられており、4MV/cm以上の電界が酸化膜に長時間印加されると確率的に破壊に至る場合がある。
【0007】
そこで、酸化膜の破壊を防止するために、FET3,5のゲート酸化膜は通常よりも厚く200オングストローム(20nm)程度に形成して、6V印加時の電界が3MV/cmとなるようにしていた(図6(b)参照)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、酸化膜が厚いFETと薄いFETとを同一の半導体基板上に形成するためには、酸化膜を選択的に厚く積むためのガラスマスクや追加の工程が必要となる。また、FETの酸化膜厚が異なるとしきい値電圧も異なるので、しきい値電圧を調整するためにイオン打ち込み工程が別途必要となる。
【0009】
更に、グランド電位に差があるようなIC間で信号の伝送を行うと、入力端子1に負極性の高電圧が印加される場合も想定される。その場合には、電源側のFET2,4にも高電界が印加されるおそれがあるため、同様の対策を行う必要がある。
【0010】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高耐圧とするために特別な形成工程を要すること無く、通常の形成工程よりなる回路構成によって高耐圧とすることができる半導体集積回路装置の入力インターフェイス回路を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の半導体集積回路装置の入力インターフェイス回路によれば、外部入力端子に正極性、または負極性の高電圧が印加された場合でも、その高電圧は、VF をダイオードの順方向電圧とすると、(電源電圧+VF )、または(グランド電位−VF )にクランプされる。
【0012】
ここで、正極性の高電圧が印加された場合について説明する。電源電圧をVcc,中間電位をVM ,グランド電位を0Vとする。ここで、中間電位とは、グランド電位と電源電圧との間の電位をいう。外部入力端子の電位が0V〜(VM −VF )の期間は、第3NMOSFETがオンとなり、前記電位が第2NMOSFETのゲートに印加され、そのゲート電位がVF 以上になると第2NMOSFETがオンして、第1NMOSFETもオンとなる。そして、外部入力端子の電位が(VM −VF )に達すると、第3NMOSFETはオフするので、第2NMOSFETのゲートはハイインピーダンスとなりその電位は(VM −VF )に保持されて、第1,第2NMOSFETはオンし続ける。
【0013】
一方、第3PMOSFETは、外部入力端子の電位が0V〜(VM +VF )の期間はオフしており、前記電位が(VM +VF )に達するとオンしてその電位が第1PMOSFETのゲートに印加される。第1PMOSFETは、ゲート電位が(Vcc−VF )に達するまではオンしており、第2PMOSFETの電源側端子には電源電圧Vccが印加される。すると、第2PMOSFETがオンするので、内部入力端子には電源電圧Vccが現れる。
【0014】
そして、外部入力端子の電位が(Vcc−VF )を超えると、第1PMOSFETはオフする。すると、第2PMOSFETの電源側端子の電位はVccから低下し、前記電位が(VM +VF )を下回ると第2PMOSFETもオフとなる。外部入力端子の電位が(Vcc+VF )になると、第1PMOSFETのゲートも同じ電位となって状態は変化しない。従って、第1及び第2PMOSFETがオフ,第1及び第2NMOSFETはオンとなって、内部入力端子の電位は0Vとなる。
【0015】
最終的に、各FETのゲート酸化膜に印加される電圧は、以下のようになる。(尚、便宜上、電源側の端子をソース,グランド側の端子をドレインとする)
第1PMOSFET
ゲート−ソース間 :(Vcc+VF )−Vcc=VF
ゲート−ドレイン間:(Vcc+VF )−(Vcc−VF )=2VF
第2PMOSFET
ゲート−ソース間 :Vcc−VF −VM
ゲート−ドレイン間:VM −0V=VM
第3PMOSFET :(Vcc+VF )−VM
第1NMOSFET :VM −0V=VM
第2NMOSFET :VM −VF −0V=VM −VF
第3NMOSFET
ゲート−ソース間 :(Vcc+VF )−VM
ゲート−ドレイン間:VM −(VM −VF )=VF
【0016】
また、外部入力端子に負極性の高電圧が印加された場合について説明する。外部入力端子の電位がVccから0Vにかけて低下して行くと、それに伴って第3PMOSFETの電源側端子の電位及び第1PMOSFETのゲート電位が低下し、その電位が(Vcc−VF )に達すると第1PMOSFETはオンとなり、第2PMOSFETの電源側端子にVccが印加される。すると、第2PMOSFETもオンとなる。この時、第3PMOSFETはオフとなり、第1PMOSFETのゲートはハイインピーダンスとなってその電位は(Vcc−VF )に維持されるので、第1,第2PMOSFETはオンし続ける。
【0017】
一方、第3NMOSFETは、外部入力端子の電位が(VM −VF )以下になるとオンとなり、第2NMOSFETのゲートに前記電位が印加され、第2NMOSFETもオンとなる。そして、外部入力端子の電位がVF 以下になると、第2NMOSFETはオフとなり、その内部入力端子側の電位は0Vから上昇する。そして、前記電位が(VM −VF )に達すると第1NMOSFETもオフとなり、外部入力端子の電位が(−VF )に低下すると、第2NMOSFETのゲート電位も(−VF )となる。従って、第1及び第2PMOSFETがオン,第1及び第2NMOSFETはオフとなり、内部入力端子の電位はVccとなる。
【0018】
最終的に、各FETのゲート酸化膜に印加される電圧は、以下のようになる。
第1PMOSFET :Vcc−(Vcc−VF )=VF
第2PMOSFET :Vcc−VM
第3PMOSFET
ゲート−ソース間 :Vcc−VF −VM
ゲート−ドレイン間:VM −(−VF )=VM +VF
第1NMOSFET
ゲート−ソース間 :Vcc−VM
ゲート−ドレイン間:VM −(VM −VF )=VF
第2NMOSFET
ゲート−ソース間 :VM −VF −(−VF )=VM
ゲート−ドレイン間:0−VF =−VF
第3NMOSFET :VM −(−VF )=VM +VF
【0019】
以上のように、外部入力端子に正極性、または負極性の高電圧が印加され、その電圧が(Vcc+VF )、または(−VF )にクランプされた場合でも、各FETのゲート酸化膜には電源電圧Vccを超える電圧が印加されることはない。従って、従来とは異なり、一部のFETを高耐圧構成とするためにゲート酸化膜を厚く形成するためのプロセスは不要となるので、製造工程やコストを削減することが可能となる。
【0020】
請求項2記載の半導体集積回路装置の入力インターフェイス回路によれば、2つのダイオードをMOSFETの寄生ダイオードで構成するので、半導体集積回路装置全体をCMOSロジックで構成する場合はダイオードを別途形成する必要がなく、工程の増加を抑制することができる。
【0021】
請求項3記載の半導体集積回路装置の入力インターフェイス回路によれば、2つのダイオードを、第3及び第4PMOSFETの直列回路に形成される寄生ダイオードと、第3及び第4NMOSFETの直列回路に形成される寄生ダイオードとで構成する。従って、第3PMOSFETと第3NMOSFETとを、ダイオードを形成するためのFETと兼用することができるので、回路規模の増加を抑えることができる。
【0022】
請求項4記載の半導体集積回路装置の入力インターフェイス回路によれば、例えば、第1及び第2PMOSFETが何れもオフすると、両者の共通接続点はハイインピーダンス状態となる。このようにハイインピーダンスとなっている線路に外部よりESD(Electric Static Discharge) 等のサージ電圧が印加されると、注入された電荷を逃がす経路が無い場合は、その線路の電位が上昇または下降して破壊に至るおそれがある。また、サージ電圧の印加に限らず、ハイインピーダンス状態の線路に対する電荷のリークによって電位が上昇,或いは下降することも考えられる。
【0023】
そこで、保護用MOSFETを備えて、ハイインピーダンス状態の線路の電位が大きく変動した場合に、その線路の電位が(VM +VF ),または(VM −VF )に達するとオンさせることで、高電圧の電荷を中間電位の供給側に逃がす経路が形成されるので、各FETが破壊することを防止することができる。
【0024】
請求項5記載の半導体集積回路装置の入力インターフェイス回路によれば、PMOSFETのゲートに印加する中間電位を、NMOSFETのゲートに印加する中間電位よりも低く設定する。従って、PMOSFETをオンさせる場合のソース−ゲート間電圧がより低めに設定されるので、PMOSFETをより確実にオンさせることができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
(第1実施例)
以下、本発明をCMOSロジックで構成されるマイクロコンピュータの入力インターフェイス回路に適用した場合の第1実施例について図1を参照して説明する。図1は、マイクロコンピュータ(半導体集積回路装置)11における入力インターフェイス回路12部分の電気的構成を示すものである。外部より、マイクロコンピュータ(マイコン)11の入力端子(外部入力端子)13に伝達された信号は、マイコン11の内部回路を構成するインバータ14の入力端子(内部入力端子)15に伝達されるようになっている。
【0026】
電源Vccと入力端子15との間には、PチャネルMOSFET(第1,第2PMOSFET)16,17の直列回路が接続されており、入力端子15とグランドとの間には、NチャネルMOSFET(第1,第2NMOSFET)18,19の直列回路が接続されている。
【0027】
一方、電源Vccと入力端子13との間には、PチャネルMOSFET20(第4PMOSFET)及びPチャネルMOSFET21(第3PMOSFET)の直列回路が接続されており、入力端子13とグランドとの間には、NチャネルMOSFET22(第3NMOSFET)及びNチャネルMOSFET(第4NMOSFET)23の直列回路が接続されている。
【0028】
また、電源Vccと入力端子13との間には、FET20,21が形成されることに伴って半導体基板に形成される寄生ダイオード24が接続されており、入力端子13とグランドとの間には、FET22,23が形成されることに伴って半導体基板に形成される寄生ダイオード25が接続されている。そして、FET20のゲートには常時ハイレベル信号が与えられており、FET23のゲートには常時ロウレベル信号が与えられている(但し、何れも入力インターフェイスとして使用される場合である)。
【0029】
FET16のゲートは、FET20,21の共通接続点(A点)に接続されており、FET19のゲートは、FET22,23の共通接続点(B点)に接続されている。電源Vccの電圧は5Vであり、FET17,18,21及び22のゲートには、中間電位3Vが印加されている。この中間電位3Vは、マイコン11のコア部分が3V(実際は、3.3V)で動作するように構成されている場合、その動作用電源として電源Vccより生成されるものである。
また、FET16及び17の共通接続点をC点,FET18及び19の共通接続点をD点,入力端子15をG点とする。
【0030】
次に、本実施例の作用について説明する。
<入力端子13に正極性の高電圧が印加された場合>
図1(a)は、入力端子13に正極性の高電圧が印加された場合の各FETのON/OFF状態と、各部の電位を示すものである。この場合、高電圧は、VF (説明を簡単にするため1Vとする)をダイオード24,25の順方向電圧とすると、(電源電圧+VF )、即ち6Vにクランプされる。
【0031】
以下、入力端子13の電位が過渡的に上昇する場合について述べる。入力端子13の電位が0V〜2Vの期間はFET22がオンとなり、その電位がFET19のゲートに印加され、ゲート電位が1V以上になるとFET19がオンしてFET18もオンとなる。そして、入力端子13の電位が2Vに達するとFET22はオフするので、B点を含む線路はハイインピーダンス状態となりFET19のゲート電位は2Vに保持される。従ってFET18,19はオンし続ける。
【0032】
一方、FET21は、入力端子13の電位が0V〜4Vの期間はオフしており、その電位が4Vに達するとオンする。すると、入力端子13の電位がFET16のゲートに印加される。FET16は、ゲート電位が4Vに達するまではオンしており、FET17の電源側端子(C点)には電源電圧Vcc(=5V)が印加される。この場合、FET17はオンしているので、入力端子15(G点)には5Vが印加される。
【0033】
そして、入力端子13の電位が4Vを超えるとFET16はオフする。すると、C点の電位は5Vから低下し、その電位が4Vを下回るとFET17もオフとなる。入力端子13の電位が6Vになった場合は、FET16のゲートも同電位となるだけで状態は変化しない。従って、FET16,17がオフ,FET18,19はオンとなり、入力端子15(G点)の電位は0Vとなる。
【0034】
最終的に、各FETのゲート酸化膜に印加される電圧は、以下のようになる。
【0035】
即ち、入力端子13の電位が6VになるとFET16,17及び22がオフするが、その時FET17の電源側端子(C点)の電位,FET22のグランド側端子(B点)の電位は、ゲートに与えられている中間電位との電位差で定まる値に保持されるので、その結果、入力インターフェイス回路12の各部に生じる電位差を緩和する作用をなす。
【0036】
<入力端子13に負極性の高電圧が印加された場合>
次に、負極性の高電圧が印加された場合について図1(b)を参照して説明する。入力端子13に負極性の高電圧が印加されると、その負電圧は、ダイオード25によって−1Vにクランプされる。以下、印加電圧が正常なレベルにある範囲から過渡的に下降する状態について考える。
【0037】
入力端子13の電位が5Vから0Vにかけて低下して行くと、それに伴ってA点の電位,即ちFET16のゲート電位が低下し、その電位が4Vに達するとFET16はオンとなり、FET17の電源側端子(C点)に5Vが印加される。すると、FET17もオンとなる。この時、FET21はオフとなるので、A点を含む線路はハイインピーダンス状態となってFET16のゲート電位は4Vに維持され、FET16,17はオンし続ける。
【0038】
一方、FET22は、入力端子13の電位が2V以下になるとオンとなり、FET19のゲートに前記電位が印加され、FET19もオンとなる。そして、入力端子13の電位が1V以下になるとFET19はオフとなり、入力端子15側の電位は0Vから上昇する。そして、前記電位が2Vに達するとFET18もオフとなり、入力端子13の電位が−1Vに低下するとFET19のゲート電位も−1Vとなる。従って、FET16,17がオン,FET18,19はオフとなり、入力端子15の電位は5Vとなる。
【0039】
最終的に、各FETのゲート酸化膜に印加される電圧は、以下のようになる。
【0040】
即ち、入力端子13の電位が−1VになるとFET18,19及び21がオフするが、その時FET19の入力端子側(D点)の電位,FET21の電源側端子(A点)の電位は、ゲートに与えられている中間電位との電位差で定まる値に保持され、その結果、正極性高電圧の場合と同様に、入力インターフェイス回路12の各部に生じる電位差を緩和する作用をなしている。
【0041】
以上のように本実施例によれば、入力端子13に、正極性の高電圧、または負極性の高電圧が印加された場合はダイオード24,25によって電圧を6V,−1Vにクランプし、FET17,18,21及び22のゲートには中間電位3Vを印加しておき、これらのFET17〜22をそのゲート電位とソース電位との電位差によってオンオフさせるようにした。そして、FET16,19のゲートには、FET21,22を夫々直列に介して入力端子13の電位を与えるようにした。
【0042】
即ち、入力端子13に正極性、または負極性の高電圧が印加された場合でも、各FETのゲート酸化膜には電源電圧5Vを超える電圧が印加されることはない。従って、従来とは異なり、一部のFETを高耐圧構成とするためにゲート酸化膜を厚く形成するためのプロセスは不要となるので、製造工程やコストを従来よりも削減することが可能となる。
【0043】
また、ダイオード24,25を、FET20及び21,22及び23の寄生ダイオードで構成したので、マイコン11全体をCMOSロジックで構成する場合にダイオードを別途形成する必要がなく、工程の増加を抑制することができる。そして、FET21,22を、ダイオード24,25を形成するためのFETと兼用することで、回路規模の増加を抑えることができる。
【0044】
ところで、以上の構成は、見方を変えれば、一定電圧レベルの外部信号を入力するための入力インターフェイスを、前記一定電圧に対してより低い耐圧構造のFETで構成することを可能にしている。例えば、中間電圧の値を適宜調整することで、5Vの外部信号が与えられる入力インターフェイス回路を3.3V耐圧のFETによって構成したり、或いは、3.3Vの外部信号が与えられる入力インターフェイス回路を、2.5V耐圧のFETによって構成することができる。このように、高電圧が印加される可能性がほとんど想定されることがない環境で使用される半導体集積回路装置については、本発明の入力インターフェイス回路を上記のように応用しても良い。
【0045】
(第2実施例)
図2は本発明の第2実施例を示すものであり、第1実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第2実施例では、FET16のゲートは、FET21の電源側端子から切り離されており、入力端子13とFET16のゲートとの間には、PチャネルMOSFET(第3PMOSFET)26が直列に接続されている。同様に、FET19のゲートはFET22のグランド側端子から切り離されており、入力端子13とFET19のゲートとの間には、NチャネルMOSFET(第3NMOSFET)27が直列に接続されている。
【0046】
そして、FET27のゲートには、FET18のゲートと共に中間電圧3Vが付与されているが、FET26のゲートには、FET17のゲートと共に中間電圧1Vが付与されている。その他の構成は第1実施例と同様であり、以上が入力インターフェイス回路28を構成している。
【0047】
即ち、第2実施例では、FET21及び22は第3PMOSFET,第3NMOSFETとして機能しておらず、これらのFETは、独立した初段の保護回路として機能するために使用されている。そして、新たに付加されたFET26,27がFET21,22に代わって夫々第3PMOSFET,第3NMOSFETとして機能している。従って、FET26及び27による作用は、第1実施例におけるFET21及び22と基本的に同様である。
【0048】
但し、FET17及び26のゲートには3Vよりも低い中間電圧1Vが付与されているので、これらのFET17及び26がターンオン,ターンオフするソース電圧が異なると共に、電源側の構成においてハイインピーダンス状態となった線路で保持される電位が異なる。
【0049】
即ち、図2(a)に示すように、入力端子13に正極性の高電圧が印加されて6Vにクランプされる場合、FET26は、入力端子13の電位が2Vを超えるとオンするようになり、FET16のゲート(E点)には6Vが印加される。そして、最終的にFET17がオフした場合、FET17の電源側端子の電位は2Vとなる。また、図2(b)に示すように、入力端子13に負極性の高電圧が印加されて−1Vにクランプされた場合、FET26がオフした時のFET16のゲート(F点)電位は2Vとなる。
【0050】
以上のように構成された第2実施例によれば、FET17及び26のゲートに3Vよりも低い中間電圧1Vを与えたことにより、入力端子13に負極性の高電圧が印加され、FET26がオフしてハイインピーダンス状態となった時のFET16のゲート電位は2Vとなる。即ち、FET16は、第1実施例の上記ケースでは電源電圧5Vとの電位差1Vによりオンし続けたのに対して、第2実施例では、電源電圧5Vとの電位差3Vによってオンし続けるので、FET16をより確実にオンさせることができる。
【0051】
(第3実施例)
図3は本発明の第3実施例を示すものであり、第1実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第3実施例では、PチャネルMOSFET(保護用MOSFET)29のソースはそのゲートと共にFET16及び17の共通接続点に接続されており、FET29のドレインはFET17のゲートに接続されている。また、NチャネルMOSFET (保護用MOSFET)30のソースはそのゲートと共にFET18及び19の共通接続点に接続されており、FET30のドレインはFET18のゲートに接続されている。
【0052】
また、PチャネルMOSFET(保護用MOSFET)31のドレインはそのゲートと共にFET20及び21の共通接続点に接続されており、FET31のソースはFET21のゲートに接続されている。また、NチャネルMOSFET(保護用MOSFET)32のドレインはそのゲートと共にFET22及び23の共通接続点に接続されており、FET32のソースはFET23のゲートに接続されている。以上が入力インターフェイス回路33を構成している。
【0053】
次に、第3実施例の作用について説明する。第3実施例において追加されたFET29〜32は、何れも、ハイインピーダンス状態になった線路にサージ電圧が直接印加されることで電荷が注入されて当該線路の電圧が上昇した場合に、電圧をクランプする作用をなすものである。
【0054】
即ち、第1実施例の構成である入力インターフェイス回路12では、図1(a)に示す場合のように、入力端子13に正極性の高電圧が印加されると、FET16及び17,FET22及び23が何れもオフとなるので、C点を含む線路とB点を含む線路とが何れもハイインピーダンス状態となる。この状態でB点を含む線路に正極性のサージ電圧などが直接印加され電荷が注入されると、B点を含む線路の電位が上昇して各FETが破壊されるおそれがある。また、C点を含む線路に負極性のサージ電圧などが直接印加され電荷が注入されると、C点を含む線路の電位が負方向に上昇して各FETが破壊されるおそれがある。
【0055】
同様に、第1実施例の構成では、図1(b)に示す場合のように、入力端子13に負極性のサージ電圧が印加されるとFET18及び19,FET20及び21が何れもオフとなるので、D点を含む線路とA点を含む線路とが何れもハイインピーダンス状態となる。この状態でA点を含む線路に負極性のサージ電圧などが直接印加され電荷が注入された場合も、各点を含む線路の電位が負方向に上昇して各FETが破壊されるおそれがある。また、D点を含む線路に正極性のサージ電圧などが直接印加され電荷が注入された場合も、各点を含む線路の電位が正方向に上昇して各FETが破壊されるおそれがある。
【0056】
また、上述のようなサージ電圧が印加される場合に限らず、ハイインピーダンス状態の線路に対する電荷のリークによって、線路の電位が上昇したり下降したりする場合も考えられる。
【0057】
そこで、第3実施例では、B点を含む線路の電位が上昇して(3V+VF )を超えた場合にFET32をオンさせることで、電荷を中間電位3Vの供給側に逃がす経路を作り、電位の上昇が4Vにとどまるようにクランプさせる。また、C点を含む線路の電位が下降して(3V−VF )を下回った場合にFET29をオンさせることで、電位の下降が2Vにとどまるようにクランプさせる。
【0058】
また、A点を含む線路の電位が低下して(3V−VF )を下回った場合は、FET31をオンさせることで、電位の低下が2Vにとどまるようにクランプさせる。そして、D点を含む線路の電位が上昇して低下して(3V+VF )を上回った場合は、FET30をオンさせることで、電位の低下が4Vにとどまるようにクランプさせる。
【0059】
以上のように第3実施例によれば、直列接続されている2つのFETが何れもオフしてハイインピーダンスとなる場合がある線路に保護用のFET29〜32を備えたので、ハイインピーダンスとなった線路の電位が大きく変動した場合に、各FETが破壊されることを防止することができる。
【0060】
(第4実施例)
図4は本発明の第4実施例を示すものであり、第2,第3実施例と異なる部分についてのみ説明する。第4実施例の構成は、第2実施例の入力インターフェイス回路28に、第3実施例と同様のFET29〜32を備えていると共に、更に2つのFET(保護用MOSFET)34,35を備えたものである。
【0061】
即ち、PチャネルMOSFET34のドレインは、そのゲートと共にFET16のゲートに接続されており、ソースはFET17のゲートに接続されている。また、NチャネルMOSFET35のドレインは、そのゲートと共にFET19のゲートに接続されており、ソースはFET18のゲートに接続されている。以上が入力インターフェイス回路36を構成している。
【0062】
次に、第4実施例の作用について説明する。FET29〜32がなす作用については第3実施例の場合と全く同様であり、単に第2実施例の入力インターフェイス回路28に適用したものである。
【0063】
そして、第2実施例の入力インターフェイス回路28では、FET26,27が夫々オフした場合には、点E,点Fを含む線路もハイインピーダンス状態となる。従って、図2(a)に示すように、入力端子13に正極性のサージ電圧が印加され、FET27がオフしてF点を含む線路がハイインピーダンスとなった状態でF点を含む線路に正極性のサージ電圧が直接印加され電荷が注入されると、各点を含む線路の電位が上昇して各FETが破壊されるおそれがある。
【0064】
同様に、第2実施例の構成では、図2(b)に示す場合のように、入力端子13に負極性のサージ電圧が印加されると、FET26がオフとなるので、E点を含む線路がハイインピーダンス状態となる。この状態でE点を含む線路に負極性のサージ電圧が直接印加され電荷が注入された場合も、各点を含む線路の電位が負方向に上昇して各FETが破壊されるおそれがある。
【0065】
そこで、第4実施例では、F点を含む線路の電位が上昇して4Vを超えた場合にFET35をオンさせることで、電荷を中間電位3Vの供給側に逃がす経路を作り、電位の上昇が4Vにとどまるようにクランプさせている。また、E点を含む線路の電位が低下して0Vを下回った場合は、FET34をオンさせることで、電位の低下が0Vにとどまるようにクランプさせている。
以上のように第4実施例によれば、第2実施例の構成についても、第3実施例と同様の効果が得られる。
【0066】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
第2実施例において、FET21のゲートに与える中間電圧についても、1Vに設定しても良い。また、第1実施例においても、FET17,21のゲートに与える中間電圧を1Vに設定しても良い。
更に、第2実施例において、FET17,21のゲートに与える中間電圧を3Vに設定しても良い。
ダイオードは、MOSFETの寄生ダイオードを利用するものに限らず、ダイオードだけを別途形成しても良い。
また、中間電圧は、3Vや1Vに限ることなく、
(0V+VF )≦VM ≦(Vcc−VF )
となる範囲で適宜設定すれば良い。
入力端子13を入出力端子として使用する場合には、FET20,23のゲートに内部回路側からの出力信号を与えることで出力トランジスタとして使用すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例であり、マイクロコンピュータにおける入力インターフェイス回路部分の電気的構成を示すもので、(a)は正極性の高電圧が印加された場合、(b)は負極性の高電圧が印加された場合を示す図
【図2】本発明の第2実施例を示す図1相当図
【図3】本発明の第3実施例を示す図1相当図
【図4】本発明の第4実施例を示す図1相当図
【図5】従来技術を示す図1相当図
【図6】FETを構成する半導体装置を模式的に示す断面図であり、(a)は通常構成の場合、(b)は高耐圧構成の場合を示す図
【符号の説明】
11はマイクロコンピュータ(半導体集積回路装置)、12は入力インターフェイス回路、13は入力端子(外部入力端子)、14はインバータ(内部回路)、15は入力端子(内部入力端子)、16,17はPチャネルMOSFET(第1,第2PMOSFET)、20,21はPチャネルMOSFET(第4,第3PMOSFE)、22,23はNチャネルMOSFET22(第3,第4NMOSFET)、24,25は寄生ダイオード、26はPチャネルMOSFET(第3PMOSFET)、27はNチャネルMOSFET(第3NMOSFET)、28は入力インターフェイス回路、29はPチャネルMOSFET(保護用MOSFET)、30はNチャネルMOSFET(保護用MOSFET)、31はPチャネルMOSFET(保護用MOSFET)、32はNチャネルMOSFET(保護用MOSFET)、33は入力インターフェイス回路、34はPチャネルMOSFET(保護用MOSFET)、35はNチャネルMOSFET(保護用MOSFET)、36は入力インターフェイス回路を示す。
Claims (5)
- 電源と外部入力端子との間及びその外部入力端子とグランドとの間に接続される2つのダイオードと、
電源と内部回路に接続されている内部入力端子との間に直列接続される第1及び第2PMOSFETと、
内部入力端子とグランドとの間に直列接続される第1及び第2NMOSFETと、
前記外部入力端子と前記第1PMOSFETのゲートとの間に直列接続される第3PMOSFETと、
前記外部入力端子と前記第2NMOSFETのゲートとの間に直列接続される第3NMOSFETとを備え、
前記第1NMOSFET及び第2PMOSFET,並びに前記第3PMOSFET及び第3NMOSFETのゲートには、電源電圧に対して中間電位となる電圧が印加されることを特徴とする半導体集積回路装置の入力インターフェイス回路。 - 前記2つのダイオードは、MOSFETの寄生ダイオードで構成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置の入力インターフェイス回路。
- 前記外部入力端子と電源との間に、前記第3PMOSFETと共に直列に接続される第4PMOSFETと、
前記外部入力端子とグランドとの間に前記第3NMOSFETと共に直列に接続される第4NMOSFETとを備え、
前記第4PMOSFET及び第4NMOSFETは常時遮断状態となるように構成され、
前記2つのダイオードは、前記第3及び第4PMOSFETの直列回路に形成される寄生ダイオードと、前記第3及び第4NMOSFETの直列回路に形成される寄生ダイオードとで構成されていることを特徴とする請求項2記載の半導体集積回路装置の入力インターフェイス回路。 - ゲートが出力側端子の一方に接続され、ハイインピーダンス状態となっている線路に高電圧が印加された場合にオンとなり、その高電圧を前記中間電位供給側に逃がすように作用する複数の保護用MOSFETを備えてなることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の半導体集積回路装置の入力インターフェイス回路。
- 前記PMOSFETのゲートに印加する中間電位を、前記NMOSFETのゲートに印加する中間電位よりも低く設定することを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の半導体集積回路装置の入力インターフェイス回路。
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