JP4501767B2 - 伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、異なる電源系を有する回路ブロック相互間で伝送線を通して信号を伝送する伝送装置に関する。

特許文献１には、集積回路が互いに伝送線を介して接続され、データ信号の送受信を１本の伝送線を介して行うインターフェース回路が示されている。伝送線と電源との間には、終端インピーダンスを変更可能に構成されたインピーダンス装置が設けられている。このインピーダンス装置は、付加的なＤＣ電流の発生を抑制するように作用する。
特開２０００−２６９８０１号公報

異なる電源系を有する回路ブロックを伝送線を介して接続すると、外部からのノイズの侵入、電源線の他電位部分への短絡等による電源系の変動などにより、両電源系の電位関係が変化し、伝送信号の送受信を誤る虞がある。特に、両回路ブロックが異なるグランド電位を持ち互いに絶縁されていると、両者の電位関係が定まらず、伝送信号の送受信を正常に行うことができない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、異なる電源系を有する回路ブロック相互間で伝送線を通して信号を正常に伝送することができる伝送装置を提供することにある。

請求項１に記載した手段によれば、異なる電源系を有する第１の回路ブロックと第２の回路ブロックとが第１の伝送線と第２の伝送線とにより接続されており、その各伝送線にはそれぞれインピーダンス素子（コンデンサ、抵抗等）が介挿されている。従って、インピーダンス素子がコンデンサの場合、両回路ブロックは、完全に絶縁された状態で信号の伝送が可能となっている。

第１の回路ブロックが、第１の伝送線と第２の伝送線にそれぞれ伝送信号の非反転信号と反転信号を出力すると、その差動信号が、第１の伝送線に介在するインピーダンス素子と、第１の伝送線と第２の伝送線との間に接続されたインピーダンス素子（以下、線間インピーダンス素子と称す）と、第２の伝送線に介在するインピーダンス素子との直列回路に印加され、上記線間インピーダンス素子の端子間に分圧電圧が生じる。この分圧電圧の向きは、第１の回路ブロックが出力する非反転信号の電圧と反転信号の電圧との大小関係すなわち伝送信号の論理（Ｈレベル／Ｌレベル）により定まる。

このように、線間インピーダンス素子の端子間電圧の向きは、１つの閉じたインピーダンス素子の直列回路において送信側である第１の回路ブロックの差動出力電圧の向きにより定まる。しかも、インピーダンス素子がコンデンサの場合にはノイズ等を除去するフィルタ作用（積分作用）があるため、外部からノイズが侵入したり各回路ブロックの電源電位に変動が生じても、線間インピーダンス素子の端子間電圧の向きが反転する誤動作は生じない。従って、第２の回路ブロックに設けられた比較回路により、線間インピーダンス素子の両端子の電圧を比較して被伝送信号を得ることにより、両回路ブロック間の電位関係が変動したり定まらない場合であっても、第１の回路ブロックから第２の回路ブロックに確実に信号を伝送することができる。

しかも、線間インピーダンス素子に対し第２の電源系の基準電位が与えられるので、ノイズなどにより第１の回路ブロックと第２の回路ブロックの電位関係が変化する過渡状態でも、比較回路に入力される電圧の大小関係が保たれ易くなる。これにより、両回路ブロック間に電位変動があっても、第１の回路ブロックから第２の回路ブロックに信号を誤りなく伝送することができる。また、比較回路への入力電圧を比較回路の同相入力電圧範囲内とすることができる。

請求項２に記載した手段によれば、第１の回路ブロックと第２の回路ブロックの電位関係が変化した過渡状態でも、第１の出力回路の出力電圧と第２の回路ブロックの基準電位とから定まる比較回路の一方の入力電圧と、第２の出力回路の出力電圧と第２の回路ブロックの基準電位とから定まる比較回路の他方の入力電圧との大小関係が保たれるので、第１の回路ブロックから第２の回路ブロックに一層確実に信号を伝送することができる。

請求項３に記載した手段によれば、第１の電源系の下で動作する第１の出力回路の出力端子と第２の出力回路の出力端子との間に第１ないし第Ｎ（Ｎ≧３）のインピーダンス素子が直列に接続され、第２の電源系の下で動作する比較回路は、第２のインピーダンス素子から第Ｎ−１のインピーダンス素子のうち、何れか１つのインピーダンス素子の両端子の電圧または直列接続された２以上のインピーダンス素子群の両端子の電圧を比較して被伝送信号を得る。このように複数のインピーダンス素子を直列に接続して１つのインピーダンス素子として機能させることにより、耐圧に余裕が生じ、ＩＣ化し易くなる。

請求項４、５に記載した手段によれば、伝送装置は、支持基板上にこれと絶縁した半導体層を備え、その半導体層に絶縁分離トレンチにより島状に区分された複数の素子形成領域を設けてなるトレンチ絶縁分離構造を備えた半導体集積回路装置として構成される。そして、酸化膜分離工程により、コンデンサの電極間の誘電体として、半導体層の上に形成された絶縁膜を用いているので、接合分離工程により形成されるコンデンサと比較して高温時のリーク電流を大幅に低減できる。上記線間コンデンサの両端子部分はインピーダンスが高いため、リーク電流の低減により伝送信号の劣化を改善できる。また、寄生容量も低減できるので、伝送により生じる信号の劣化を抑制することができる。

請求項６に記載した手段によれば、コンデンサの電極は、半導体層の上に形成された導電性膜（Ａｌ等の金属パターン、ポリシリコン膜など）と半導体層内の拡散層とから構成され、コンデンサが形成された素子形成領域と他の素子形成領域との間には絶縁され所定の電位が与えられたバッファ領域が形成されているので、隣接する素子形成領域間の結合容量を介した信号の伝搬を抑制することができ、伝送信号の劣化を改善できる。

請求項７に記載した手段によれば、コンデンサの電極は、半導体層の上に形成された一対の導電性膜から構成されており、コンデンサは、半導体層の上に形成されたシールド用導電性層（Ａｌ等の金属パターン、ポリシリコン膜など）と半導体層内の拡散層とに挟まれている。上述したように、線間コンデンサの両端子部分はインピーダンスが高いが、動作状態においてシールド用導電性層と半導体層内の拡散層には所定の電位が与えられるようになっているため、シールド作用により、ノイズの侵入等による線間コンデンサの分圧電圧の変動を抑制することができる。

請求項８に記載した手段によれば、コンデンサの電極は、半導体層の上に形成された一対の導電性膜から構成されており、コンデンサは、半導体層の上に形成された一対のシールド用導電性層に挟まれている。動作状態においてシールド用導電性層には所定の電位が与えられるようになっているため、上述した手段と同様にシールド作用が得られる。

請求項９、１０に記載した手段によれば、伝送装置は、支持基板上にこれと絶縁した半導体層を備え、その半導体層に素子分離領域により島状に絶縁区分された複数の素子形成領域を設けてなるトレンチ絶縁分離構造を備えた半導体集積回路装置として構成される。そして、その半導体層には、互いに絶縁分離され島状に区画された半導体領域が複数形成され、その半導体領域を電極とし、その半導体領域の間に設けられた素子分離領域を誘電体としてコンデンサが形成されている。この構成によれば、平面的な寸法を増やすことによりコンデンサの耐圧または静電容量を高めることができる。

請求項１１に記載した手段によれば、半導体層において半導体領域が連続的に(例えば行列状に)形成されており、コンデンサは、隣接する半導体領域を用いてなる単位コンデンサが直並列に接続されて構成されるので、平面的な寸法を増やすことにより直列接続数を増やし、耐圧を高めることができる。

請求項１２、１３に記載した手段によれば、インピーダンス素子を寄生容量の小さい薄膜抵抗または多結晶シリコン抵抗で構成したので、安定し且つ高速の信号伝送が可能となる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１ないし図３を参照しながら説明する。
図１は、車両のエアバッグシステム用半導体集積回路装置（ＩＣ）として構成された通信回路の電気的構成図である。このＩＣ１は、ハーネスの削減および衝突検出性能と安全性の向上を目的に、衝突検出センサとエアバッグ専用のサブネットワークに使用される通信プロトコルＳａｆｅ−ｂｙ−Ｗｉｒｅ（登録商標）を用いた通信を行うものである。この通信方式は電源重畳方式なのでハーネスの本数が減り、また、タイムスロット通信方式を採用しているので、送信メッセージが一定時間内に必ず送られることが保証される。

このＩＣ１に搭載された通信回路２は、絶縁され互いに異なる電源系を持つプロトコル変換部３とトランシーバ４とから構成されている。このプロトコル変換部３（第１または第２の回路ブロックに相当）とトランシーバ４（第２または第１の回路ブロックに相当）との間のデータ伝送に係る回路構成が本願発明の伝送装置に相当する。この伝送回路は、プロトコル変換部３からトランシーバ４に信号を伝送する伝送系統と、逆にトランシーバ４からプロトコル変換部３に信号を伝送する伝送系統の２系統を備えており、双方向の伝送が行えるようになっている。

プロトコル変換部３には、バッテリ（図示せず）からＩＣ１の端子５、６を介して第１の電源電圧であるバッテリ電圧ＶBATTが印加されるようになっている。このプロトコル変換部３は、ホストとなるマイコンＩＣ（図示せず）と共通の電位を持つグランド線を用いている。一方、トランシーバ４は、上記マイコンＩＣに対してフローティング状態とされており、ＩＣ１の端子７、８を介して第２の電源電圧Ｖｐが印加されるようになっている。この電源電圧Ｖｐは、バッテリ電圧ＶBATTを入力として非絶縁型の昇圧レギュレータ９により生成され、電源アイソレーション回路１０を介して端子７、８に与えられる。

プロトコル変換部３は、ＩＣ１の端子１１〜１３を介してマイコンＩＣと接続され、マイコンＩＣとの間で授受される送受信データに対してプロトコル変換を行う回路ブロックである。このプロトコル変換部３は、プロトコル変換回路１４、出力回路１５、１６、コンパレータ１７、コンデンサ１８および電源回路１９から構成されている。電源回路１９は、非絶縁の降圧型リニアレギュレータであって、バッテリ電圧ＶBATTを降圧してプロトコル変換部３全体を動作させるための電源電圧Ｖcc1（例えば５Ｖ）を生成するものである。

プロトコル変換回路１４は、マイコンＩＣから入力した送信データのプロトコル変換を行い、その変換した送信データ信号を出力回路１５、１６に出力するとともに、コンパレータ１７から入力した受信データのプロトコル変換を行い、その変換した受信データをマイコンＩＣに送るようになっている。

出力回路１５（第１の出力回路に相当）は、非反転バッファ回路から構成され、プロトコル変換部３とトランシーバ４との間を結ぶ伝送線２０（第１の伝送線に相当）に対し、送信データの非反転信号を出力するようになっている。一方、出力回路１６（第２の出力回路に相当）は、反転バッファ回路（インバータ回路）から構成され、プロトコル変換部３とトランシーバ４との間を結ぶ伝送線２１（第２の伝送線に相当）に対し、送信データの反転信号を出力するようになっている。これら一対の伝送線２０、２１には、それぞれコンデンサ２２、２３が介挿されている。

同様に、トランシーバ４とプロトコル変換部３との間には、もう一つの伝送系統を構成する一対の伝送線２４、２５（第１、第２の伝送線に相当）が存在し、これら伝送線２４、２５にも、それぞれコンデンサ２６、２７が介挿されている。プロトコル変換部３のコンデンサ１８は、これら伝送線２４と２５との間に接続されている。そして、コンパレータ１７（比較回路に相当）の非反転入力端子にはコンデンサ１８の両端子のうち伝送線２４側の端子が接続され、反転入力端子には伝送線２５側の端子が接続されている。コンパレータ１７は、コンデンサ１８の両端子の電圧を比較し、その比較結果信号である受信信号をプロトコル変換回路１４に出力するようになっている。

続いて、トランシーバ４の構成について説明する。
フローティングの状態とされたトランシーバ４は、ＩＣ１の端子２８、２９に接続された通信線３０、３１（バスＡ、Ｂ）を介してスレーブ側のＩＣ（図示せず）と接続され、データ通信を行うものである。トランシーバ４は、駆動回路３２、受信回路３３、コンパレータ３４（比較回路に相当）、コンデンサ３５、出力回路３６、３７（第１、第２の出力回路に相当）および電源回路３８から構成されている。電源回路３８は、非絶縁のリニアレギュレータであって、電源電圧Ｖｐからトランシーバ４全体を動作させるための電源電圧Ｖcc2（例えば１４Ｖ）を生成するものである。

ここで、伝送線２０、２１に対するコンパレータ３４とコンデンサ３５の接続は、上述した伝送線２４、２５に対するコンパレータ１７とコンデンサ１８の接続と同様であり、伝送線２４、２５に対する出力回路３６、３７の接続は、上述した伝送線２０、２１に対する出力回路１５、１６の接続と同様である。駆動回路３２は、コンパレータ３４から出力された送信データを通信線３０、３１に送出するもので、受信回路３３は、通信線３０、３１から送られてきたデータを受信して出力回路３６、３７に与えるものである。

ＩＣ１は、互いに絶縁されたプロトコル変換部３とトランシーバ４を備えているため、トレンチ絶縁分離工程により製造されている。図２は、ＩＣとして構成されたコンデンサ１８、２２、２３、２６、２７、３５の模式的な縦断面図である。単結晶シリコン基板３９（支持基板）上に絶縁分離層４０を介して単結晶シリコン層４１（半導体層に相当）を形成したＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を使用しており、その単結晶シリコン層４１に対し、絶縁分離トレンチ４２により囲まれた島状の独立フィールド４３（素子形成領域に相当）が複数形成されている。単結晶シリコン層４１の上には、絶縁分離層４４を介して層間絶縁膜４５（あるいは配線層）が形成されている。

コンデンサ１８（他のコンデンサも同じ）は、絶縁分離層４４または層間絶縁膜４５に形成されたポリシリコンまたは金属（例えばＡｌ）の薄膜４６（導電性膜に相当）と、単結晶シリコン層４１の表層部に形成されたＮ＋拡散層４７とを対向電極とし、絶縁分離層４４または層間絶縁膜４５の絶縁膜を電極間の誘電体として用いている。Ｎ＋拡散層４７は、コンタクト４８を介して配線層と接続されている。

次に、本実施形態の伝送回路の作用について図３も参照しながら説明する。
ホスト側のマイコンＩＣと接続されて用いられるマスタ側のＩＣ１と、周辺側の装置と接続されて用いられるスレーブ側のＩＣ（図示せず）とは、通信線３０、３１を介して双方向の通信を行う。トランシーバ４は、通信線３０、３１とともにマイコンＩＣからフローティング状態とされているため、ＩＣ１においてプロトコル変換部３とトランシーバ４との間で絶縁された状態でのデータ伝送を行う必要がある。以下においては、伝送線２０、２１を用いてプロトコル変換部３からトランシーバ４にデータを伝送する場合について説明するが、伝送線２４、２５を用いてトランシーバ４からプロトコル変換部３にデータを伝送する場合も同様となる。

図３は、このデータ伝送に関するグランド電位と各信号の電圧波形を示している。上から順に、プロトコル変換部３のグランド電位ＶＧ１、トランシーバ４のグランド電位ＶＧ２、プロトコル変換回路１４から出力される送信データ信号ＶＡ（出力回路１５の出力信号ＶＢと同じ）、出力回路１６の出力信号ＶＣ、コンパレータ３４の非反転入力信号ＶＤ、コンパレータ３４の反転入力信号ＶＥ、コンパレータ３４の出力信号ＶＦ（被伝送信号に相当）を表している。信号ＶＡ、ＶＢ、ＶＣはグランド電位ＶＧ１を基準電位として表しており、信号ＶＤ、ＶＥ、ＶＦはグランド電位ＶＧ２を基準電位として表している。ここでは、伝送途中の時刻ｔ１において車両に衝突事故等が発生し、通信線３０（バスＡ）が車体アースと短絡した場合を想定している。

送信データ信号ＶＡがＨレベルの場合、出力回路１５は５Ｖの送信データ信号ＶＡを出力し、出力回路１６は０Ｖの出力信号ＶＢを出力する。この差動電圧は、伝送線２０に設けられたコンデンサ２２と、伝送線２０、２１間に接続されたコンデンサ３５と、伝送線２１に設けられたコンデンサ２３との直列回路に印加され、コンデンサ３５の端子間に分圧電圧が生じる。

この分圧電圧は、上記差動電圧とコンデンサ２２、２３、３５の静電容量によって一意に定まり、プロトコル変換部３のグランド電位ＶＧ１とトランシーバ４のグランド電位ＶＧ２との電位差によっては影響を受けない。この例ではコンデンサ３５の伝送線２０側が高電位、伝送線２１側が低電位となるため、コンパレータ３４はＨレベルの出力信号ＶＦを出力する。同様にして、送信データ信号ＶＡがＬレベルの場合には、コンパレータ３４はＬレベルの出力信号ＶＦを出力する。

時刻ｔ１において、グランド電位ＶＧ２がステップ的に低下すると、そのグランド電位ＶＧ２を基準として見たコンパレータ３４の非反転入力信号ＶＤと反転入力信号ＶＥの電位は相対的に高くなる。しかしながら、コンデンサ３５の電荷自体に変化はなく、コンデンサ３５の端子間電圧は変化しないことから、コンパレータ３４は、グランド電位ＶＧ２の変化にかかわらず変化前と同様の出力信号ＶＦを出力し続ける。

以上説明したように、本実施形態の伝送回路では伝送線２０、２１、２４、２５にそれぞれコンデンサ２２、２３、２６、２７を介在させることによりプロトコル変換部３とトランシーバ４とを絶縁し、出力回路１５、１６間に上記コンデンサ２２、３５、２３の直列回路を構成してその第２のコンデンサ３５の両端子の電圧を比較して被伝送データを得るとともに、出力回路３６、３７間に上記コンデンサ２６、１８、２７の直列回路を構成してその第２のコンデンサ１８の両端子の電圧を比較して被伝送データを得るように構成した。これにより、互いに異なる電源系を有し絶縁されたプロトコル変換部３とトランシーバ４との間で双方向のデータ伝送を行うことができる。

上記直列回路内でのコンデンサ相互の分圧作用により被伝送側に設けられたコンデンサ３５、１８に伝送データに応じた向きと大きさの分圧電圧を生成させるため、プロトコル変換部３の基準電位（グランド電位ＶＧ１）またはトランシーバ４の基準電位（グランド電位ＶＧ２）が変化しても正常にデータを伝送できる。また、コンデンサにはノイズ等を除去するフィルタ作用があるため、外部からノイズが侵入したり上記基準電位に急激な変化が生じても、コンデンサ３５、１８の端子間電圧の向きが反転する誤動作は極めて生じにくい。

ＩＣ１はＳＯＩ基板を用いて構成されており、コンデンサ１８、２２、２３、２６、２７、３５は、接合分離工程ではなく酸化膜分離工程により形成したため、接合分離工程により形成されるコンデンサと比較して高温時のリーク電流を大幅に低減できる。コンデンサ１８、３５の両端子部分はインピーダンスが高いため、リーク電流の低減により伝送信号の劣化を改善できる。また、寄生容量も低減できるので、伝送により生じる信号の劣化を抑制することができる。なお、コンデンサ１８、２２、２３、２６、２７、３５の静電容量値が設計値から多少ずれても、伝送特性を劣化させることはない。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図４を参照しながら説明する。
図４は、図１に示した通信回路で用いられる伝送回路に対し変更を加えたものであり、プロトコル変換部３からトランシーバ４への伝送回路部分のみを示している。また、図１と同一構成部分には同一符号を付している。

出力回路１５の出力端子と出力回路１６の出力端子との間には、Ｎ個（Ｎ≧３）のコンデンサ４９ａ、４９ｂ、…、４９ｌ、５０、５１ａ、…、５１(m-1)、５１ｍ（第１から第Ｎのコンデンサに相当）が直列に接続されている。ここで、ｌ＋１＋ｍ＝Ｎの関係がある。このうち、コンデンサ４９ａ、４９ｂ、…、４９ｌ（ｌ≧１）は伝送線２０において直列に接続されており、コンデンサ５１ａ、…、５１(m-1)、５１ｍは伝送線２１において直列に接続されている。ｌ＝１且つｍ＝１の場合が、第１の実施形態に相当する。

本実施形態の伝送回路は、データ伝送に関して第１の実施形態と同様の作用、効果を有する。また、ｌ≧２、ｍ≧２として伝送線２０、２１に複数のコンデンサを直列に設けると、各コンデンサ４９ａ、…、５１ａ、…の絶縁膜厚が薄くても耐圧を高めることができ、ＩＣの破壊耐量を高めることができる。その結果、プロトコル変換部３とトランシーバ４との電位差が大きい動作環境または高いノイズ電圧が侵入する虞のある動作環境で用いても高い信頼性を確保できる。なお、コンデンサ５０についても、複数のコンデンサを直列に接続して構成してもよい。また、ｌ＝１且つｍ＝１とし、コンデンサ５０のみを複数のコンデンサの直列接続としてもよい。

図５ないし図９は、それぞれ上述した第１または第２の実施形態の伝送回路に用いるコンデンサ１８、２２、２３、２６、２７、４９（４９ａ、４９ｂ、…、４９ｌ）、５０、５１（５１ａ、…、５１(m-1)、５１ｍ）の構造に変更を加えた実施形態であり、図２と同一構成部分には同一符号を付して示している。伝送回路としての作用、効果は、何れも第１または第２の実施形態と同じである。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態を示すコンデンサの模式的な縦断面図である。コンデンサは、層間絶縁膜４５（または配線層）に形成されたポリシリコンまたは金属（例えばＡｌ）の薄膜５２と５３（導電性膜に相当）を対向電極とし、層間絶縁膜４５を電極間の誘電体として用いている。この構造によっても図２に示したコンデンサと同様の作用、効果が得られる。

（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態を示すコンデンサの模式的な縦断面図である。層間絶縁膜４５（または配線層）において、コンデンサの電極となる薄膜５２の上方には、薄膜５２の全体を覆うようにポリシリコンまたは金属（例えばＡｌ）の薄膜５４（シールド用導電性層に相当）が形成されている。一方、コンデンサの電極となる薄膜５３の下に絶縁分離層４４を介して形成されているＮ＋拡散層４７は、コンタクト５５により薄膜５４と電気的に接続されている。

これら導電性の薄膜５４と低抵抗のＮ＋拡散層４７は、低インピーダンスの回路部分と接続されており、ＩＣの動作状態において薄膜５４とＮ＋拡散層４７は安定した電位を有する。低インピーダンスの回路部分とは、例えば図１に示すプロトコル変換部３の電源線（電源電位Ｖcc1またはグランド電位ＶＧ１）、トランシーバ４の電源線（電源電位Ｖcc2またはグランド電位ＶＧ２）、出力回路１５、１６、３６、３７の出力端子、コンパレータ１７、３４の出力端子などである。

一般に、コンデンサの面積は配線の面積と比べて大きいため、ＩＣチップ内外のノイズの影響を受け易い。また、上述したように、例えば図１に示すコンデンサ１８、３５の両端子部分はインピーダンスが高いためノイズの影響を受け易い。これに対し、本実施形態の構造を採用すれば、コンデンサは静電シールドされるため、ノイズの侵入による端子間電圧の変化を低減することができ、上述の伝送回路を内蔵したＩＣのノイズ耐量を高めることができる。

（第５の実施形態）
図７は、本発明の第５の実施形態を示すコンデンサの模式的な縦断面図である。
層間絶縁膜４５（または配線層）において、コンデンサの電極となる薄膜５３の下方には、薄膜５３の全体を下から覆うようにポリシリコンまたは金属（例えばＡｌ）の薄膜５６（シールド用導電性層に相当）が形成されている。薄膜５４と５６は、ビア５７により電気的に接続されている。

これら導電性の薄膜５４と５６は、低インピーダンスの回路部分と接続されており、ＩＣの動作状態において薄膜５４と５６は安定した電位を有する。このようにコンデンサを薄膜５４と５５との間に挟み込んだ構造とすることにより、第４の実施形態と同様のシールド作用が得られ、ノイズの侵入によるコンデンサの端子間電圧の変化を低減することができる。

（第６の実施形態）
図８は、本発明の第６の実施形態を示すコンデンサの模式的な縦断面図（ａ）および図中Ｘ−Ｘ線に沿う横断面図（ｂ）である。図８（ｂ）には、対応する位置に、コンデンサの電極を構成する薄膜４６とコンタクト４８、５９が二点鎖線により示されている。

この図８において、コンデンサが形成された島状の独立フィールド４３と隣接する独立フィールド４３′との間には、独立フィールド４３を囲うようにバッファ領域５８が形成されている。バッファ領域５８と独立フィールド４３、４３′との間には、それぞれ絶縁分離トレンチ４２が形成されている。バッファ領域５８は、コンタクト５９を介して配線層と接続されており、動作状態において安定した電位が与えられるようになっている。

コンデンサの一方の電極であるＮ＋拡散層４７が形成された独立フィールド４３は、隣接する独立フィールド４３′と僅かではあるが容量結合している。このため、隣接する独立フィールド４３′の電位の交流成分がコンデンサに伝わる虞がある。これに対し、本実施形態によれば、コンデンサが形成された独立フィールド４３は隣接する独立フィールド４３′から静電シールドされるため、伝送信号の劣化を低減することができる。

（第７の実施形態）
図９は、本発明の第７の実施形態を示すコンデンサの模式的な縦断面図（ａ）および図中Ｙ−Ｙ線に沿う横断面図（ｂ）である。図９（ｂ）には、対応する位置にコンタクト６２と電極６３、６４が二点鎖線により示されている。

この図９において、単結晶シリコン層４１には、横断面が正方形をなす複数の独立フィールド６０（半導体領域に相当）が行列状に区画形成されている。独立フィールド６０は、絶縁分離トレンチ４２により互いに絶縁分離されている。各独立フィールド６０には下から順に埋め込み拡散層（Ｎ＋拡散層）、Ｎ−拡散層およびＮ＋拡散層が形成されており、コンデンサの電極として機能する。また、隣接する独立フィールド６０相互間の絶縁分離トレンチ６１（素子分離領域に相当）は、コンデンサの誘電体として機能する。つまり、隣接する独立フィールド６０とその間に挟まれた絶縁分離トレンチ６１とによりコンデンサ（単位コンデンサに相当）が形成されている。

各独立フィールド６０は、コンタクト６２により配線層の電極６３または電極６４に接続されている。この場合、行方向または列方向に沿って隣接する独立フィールド６０が互いに異なる電極に接続されるように、電極６３、６４は、行方向または列方向に対して４５°の角度を持つように形成されている。上記単位コンデンサは、電極６３と６４を介して互いに直並列に接続されるようになっている。

この構成によれば、平面的な寸法を増やすことにより単位コンデンサの直列接続数を増やすことができ、コンデンサの耐圧を高めることができる。また、単位コンデンサの並列接続数を増やし、コンデンサの静電容量を増やすこともできる。本実施形態のコンデンサを図１に示すプロトコル変換部３とトランシーバ４との間の伝送回路に用いることにより、プロトコル変換部３とトランシーバ４との間で十分な絶縁耐量を確保することができる。なお、独立フィールド６０の形状は正方形に限らず、矩形、６角形等であってもよい。

（第８の実施形態）
次に、本発明の第８の実施形態について図１０を参照しながら説明する。
図１０は、図１に示した通信回路で用いられる伝送回路に対し変更を加えたものであり、プロトコル変換部６５からトランシーバ６６への伝送回路部分のみを示している。また、図１と同一構成部分には同一符号を付している。

トランシーバ６６において、伝送線２０と２１との間にはコンデンサ６７と６８が直列に接続されている。抵抗７０と７１は、電源電圧Ｖcc2を分圧して基準電圧Ｖｒを生成するもので、その基準電圧Ｖｒは、ボルテージフォロアの形式を持つオペアンプ６９（基準電位設定回路に相当）を介して、上記コンデンサ６７と６８との共通接続点に与えられている。基準電圧Ｖｒは、コンパレータ３４の同相入力電圧範囲の中央値付近に設定するのが好ましく、本実施形態では抵抗７０と７１の抵抗値を等しく設定している。なお、図示しないがトランシーバ６６からプロトコル変換部６５への伝送回路も同様の構成となっている。

この構成によれば、伝送線２０に設けられたコンデンサ２２と、伝送線２０、２１間に接続されたコンデンサ６７、６８と、伝送線２１に設けられたコンデンサ２３との直列回路において、コンデンサ６７と６８との共通接続点の電位がトランシーバ６６の電源系の下で基準電圧Ｖｒに固定される。従って、プロトコル変換部６５とトランシーバ６６との間の電位が変化する過渡状態においても、出力回路１５、１６からの出力信号ＶＢ、ＶＣによりコンパレータ３４の非反転入力信号ＶＤと反転入力信号ＶＥの大小関係が定まる。これにより、プロトコル変換部６５とトランシーバ６６との間で双方向のデータ伝送を安定して行うことができる。また、非反転入力信号ＶＤと反転入力信号ＶＥをコンパレータ３４の同相入力電圧範囲内とすることができる。

（第９の実施形態）
次に、本発明の第９の実施形態について図１１および図１２を参照しながら説明する。
図１１に示す伝送回路は、図１に示した通信回路で用いられる伝送回路に対し変更を加えたものであり、プロトコル変換部７２からトランシーバ７３への伝送回路部分のみを示している。また、図１および図１０と同一構成部分には同一符号を付している。

伝送線２０、２１には、それぞれコンデンサに替えて抵抗７４、７５が介挿されている。トランシーバ７３において、伝送線２０と２１との間には抵抗７６と７７が直列に接続されており、その共通接続点にはオペアンプ６９の出力端子が接続されている。図示しないが、トランシーバ７３からプロトコル変換部７２への伝送回路も同様の構成となっている。

抵抗７４〜７７は、薄膜抵抗または多結晶シリコン抵抗から構成されている。図１２は薄膜抵抗の模式的な縦断面図である。絶縁分離層４４の上には蒸着によりＣｒＳｉやＮｉＣｒなどの金属の薄膜７８が形成されており、その両端部はアルミ配線７９を介して相互に接続されている。薄膜抵抗や多結晶シリコン抵抗は寄生容量が小さいので、高速の信号伝送が可能となる。

本実施形態によれば、出力回路１５、１６から出力された差動電圧は、伝送線２０に設けられた抵抗７４と、伝送線２０、２１間に接続された抵抗７６、７７と、伝送線２１に設けられた抵抗７５との直列回路に印加され、抵抗７６と７７の直列回路の両端子間に分圧電圧が生じる。この分圧電圧は、上記差動電圧と抵抗７４〜７７の抵抗値とによって一意に定まり、プロトコル変換部７２のグランド電位ＶＧ１とトランシーバ７３のグランド電位ＶＧ２との電位差によっては影響を受けない。各信号の電圧波形は、図３に示す通りである。

また、抵抗７４、７６、７７、７５からなる直列回路において、抵抗７６と７７との共通接続点の電位がトランシーバ７３の電源系の下で基準電圧Ｖｒに固定されている。従って、ノイズなどによりプロトコル変換部７２とトランシーバ７３との電位関係が変化した場合でも、コンパレータ３４に入力される電圧の大小関係が保たれる。これにより、データ伝送をより安定して行うことができる。また、基準電圧Ｖｒをコンパレータ３４の同相入力電圧範囲内に設定することにより、非反転入力信号ＶＤと反転入力信号ＶＥをコンパレータ３４の同相入力電圧範囲内とすることができる。

さらに、本実施形態においては、抵抗７４、７５、７６、７７の抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４とすると、Ｒ３／Ｒ１＝Ｒ４／Ｒ２の関係が成立するように各抵抗値を設定することが好ましい。このように設定すると、プロトコル変換部７２とトランシーバ７３との電位関係が変化する過渡状態でも、出力回路１５の出力電圧と基準電圧Ｖｒとから定まるコンパレータ３４の非反転入力信号ＶＤと、出力回路１５の出力電圧と基準電圧Ｖｒとから定まるコンパレータ３４の反転入力信号ＶＥとの大小関係が保たれる。従って、電位変動が生じた過渡時であっても、プロトコル変換部７２とトランシーバ７３との間で確実に信号を伝送することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
上述した伝送回路は、異なるＩＣ間または異なるディスクリート回路間での伝送にも適用できる。
例えばコンデンサ２２、３５、２３の直列回路において、各コンデンサの静電容量は等しくてもあるいは異なっていてもよい。

第８の実施形態において、伝送線２０と２１との間に２つのコンデンサ６７と６８を直列に接続したが、さらに多くのコンデンサを直列に接続してもよい。この場合、直列接続されたコンデンサ同士の接続点の何れかに対して基準電圧Ｖｒを与えればよい。第９の実施形態についても同様である。
第８の実施形態において、コンデンサ２２、２３、６７、６８の静電容量をそれぞれＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４とすると、Ｃ１／Ｃ３＝Ｃ２／Ｃ４の関係が成立するように各容量値を設定することが好ましい。

本発明の第１の実施形態を示す通信用ＩＣの電気的構成図 ＩＣとして構成されたコンデンサの模式的な縦断面図 伝送回路におけるグランド電位と各信号の電圧波形を示す図 本発明の第２の実施形態を示す伝送回路の要部構成図 本発明の第３の実施形態を示す図２相当図 本発明の第４の実施形態を示す図２相当図 本発明の第５の実施形態を示す図２相当図 本発明の第６の実施形態を示し、（ａ）はＩＣとして構成されたコンデンサの模式的な縦断面図、（ｂ）は（ａ）の縦断面図におけるＸ−Ｘ線に沿う横断面図 本発明の第７の実施形態を示す図８相当図 本発明の第８の実施形態を示す図４相当図 本発明の第９の実施形態を示す図４相当図 ＩＣとして構成された抵抗の模式的な縦断面図

符号の説明

１はＩＣ（半導体集積回路装置）、３、６５、７２はプロトコル変換部（第１または第２の回路ブロック）、４、６６、７３はトランシーバ（第２または第１の回路ブロック）、１５、３６は出力回路（第１の出力回路）、１６、３７は出力回路（第２の出力回路）、１７、３４はコンパレータ（比較回路）、１８、２２、２３、２６、２７、３５、４９（４９ａ、４９ｂ、…、４９ｌ）、５０、５１（５１ａ、…、５１(m-1)、５１ｍ）、６７、６８はコンデンサ（インピーダンス素子）、２０、２４は伝送線（第１の伝送線）、２１、２５は伝送線（第２の伝送線）、４１は単結晶シリコン層（半導体層）、４２、６１は絶縁分離トレンチ（素子分離領域）、４３は独立フィールド（素子形成領域）、４４は絶縁分離層（絶縁膜）、４５は層間絶縁膜（絶縁膜）、４６は薄膜（導電性膜、電極）、４７はＮ＋拡散層（拡散層、電極）、５２、５３は薄膜（導電性膜）、５４、５６は薄膜（シールド用導電性層）、５８はバッファ領域、６０は独立フィールド（半導体領域、電極）、６９はオペアンプ（基準電位設定回路）、７４、７５、７６、７７は抵抗（インピーダンス素子）である。

Claims (13)

1. 第１の電源系を有する第１の回路ブロックから第２の電源系を有する第２の回路ブロックに伝送線を通して信号を伝送する伝送装置であって、
   前記伝送線は、第１の伝送線と第２の伝送線から構成され、
   前記第１の回路ブロックは、前記第１の伝送線に対し前記伝送信号の非反転信号を出力する第１の出力回路と、第２の伝送線に対し前記伝送信号の反転信号を出力する第２の出力回路とを備え、
   前記第２の回路ブロックは、前記第１の伝送線と前記第２の伝送線との間に接続されたインピーダンス素子と、このインピーダンス素子の両端子の電圧を比較して被伝送信号を出力する比較回路とを備え、
   前記第１の回路ブロックと前記第２の回路ブロックとの間の前記第１および第２の伝送線には、それぞれ前記インピーダンス素子と同種のインピーダンス素子が介挿され、
   前記第１の伝送線と前記第２の伝送線との間に接続されたインピーダンス素子は、直列接続された複数のインピーダンス素子から構成されており、その複数のインピーダンス素子同士の接続点の何れかに対し前記第２の電源系の基準電位を与える基準電位設定回路を備えたことを特徴とする伝送装置。
2. 前記第１、第２の伝送線に介在するインピーダンス素子のインピーダンスをそれぞれＺ１、Ｚ２とし、前記第１、第２の伝送線と前記基準電位が与えられる接続点との間のインピーダンス素子のインピーダンスをそれぞれＺ３、Ｚ４としたとき、Ｚ３／Ｚ１＝Ｚ４／Ｚ２の関係が成立していることを特徴とする請求項１記載の伝送装置。
3. 第１の電源系の下で動作する回路ブロックから第２の電源系の下で動作する回路ブロックに信号を伝送する伝送装置であって、
   前記第１の電源系の下で前記伝送信号の非反転信号を出力する第１の出力回路と、
   前記第１の電源系の下で前記伝送信号の反転信号を出力する第２の出力回路と、
   前記第１の出力回路の出力端子と前記第２の出力回路の出力端子との間に直列に接続された第１ないし第Ｎ（Ｎ≧３）のインピーダンス素子と、
   前記第２の電源系の下で前記第２のインピーダンス素子から第Ｎ−１のインピーダンス素子のうち、何れか１つのインピーダンス素子の両端子の電圧または直列接続された２以上のインピーダンス素子群の両端子の電圧を比較して被伝送信号を出力する比較回路とを備えていることを特徴とする伝送装置。
4. 第１の電源系を有する第１の回路ブロックから第２の電源系を有する第２の回路ブロックに伝送線を通して信号を伝送する伝送装置であって、
   前記伝送線は、第１の伝送線と第２の伝送線から構成され、
   前記第１の回路ブロックは、前記第１の伝送線に対し前記伝送信号の非反転信号を出力する第１の出力回路と、第２の伝送線に対し前記伝送信号の反転信号を出力する第２の出力回路とを備え、
   前記第２の回路ブロックは、前記第１の伝送線と前記第２の伝送線との間に接続されたインピーダンス素子と、このインピーダンス素子の両端子の電圧を比較して被伝送信号を出力する比較回路とを備え、
   前記第１の回路ブロックと前記第２の回路ブロックとの間の前記第１および第２の伝送線には、それぞれ前記インピーダンス素子と同種のインピーダンス素子が介挿されており、
   トレンチ絶縁分離構造を備えた半導体集積回路装置として構成され、
   前記インピーダンス素子はコンデンサからなり、
   そのコンデンサは、電極間の誘電体として、半導体層の上に形成された絶縁膜を用いて構成されていることを特徴とする伝送装置。
5. 第１の電源系の下で動作する回路ブロックから第２の電源系の下で動作する回路ブロックに信号を伝送する伝送装置であって、
   前記第１の電源系の下で前記伝送信号の非反転信号を出力する第１の出力回路と、
   前記第１の電源系の下で前記伝送信号の反転信号を出力する第２の出力回路と、
   前記第１の出力回路の出力端子と前記第２の出力回路の出力端子との間に直列に接続された第１ないし第Ｎ（Ｎ≧３）のインピーダンス素子と、
   前記第２の電源系の下で前記第２のインピーダンス素子から第Ｎ−１のインピーダンス素子のうち、何れか１つのインピーダンス素子の両端子の電圧または直列接続された２以上のインピーダンス素子群の両端子の電圧を比較して被伝送信号を出力する比較回路とを備え、
   トレンチ絶縁分離構造を備えた半導体集積回路装置として構成され、
   前記インピーダンス素子はコンデンサからなり、
   そのコンデンサは、電極間の誘電体として、半導体層の上に形成された絶縁膜を用いて構成されていることを特徴とする伝送装置。
6. 前記コンデンサの電極は、前記半導体層の上に形成された導電性膜と前記半導体層内の拡散層とから構成され、
   前記半導体層において前記コンデンサが形成された素子形成領域と他の素子形成領域との間にはトレンチにより絶縁分離されたバッファ領域が形成され、動作状態において当該バッファ領域に所定の電位が与えられるように構成されていることを特徴とする請求項４または５記載の伝送装置。
7. 前記コンデンサの電極は、前記半導体層の上に形成された一対の導電性膜から構成され、
   前記コンデンサは、前記半導体層の上に形成されたシールド用導電性層と前記半導体層内の拡散層との間に形成され、動作状態において当該シールド用導電性層と拡散層に所定の電位が与えられるように構成されていることを特徴とする請求項４または５記載の伝送装置。
8. 前記コンデンサの電極は、前記半導体層の上に形成された一対の導電性膜から構成され、
   前記コンデンサは、前記半導体層の上に形成された一対のシールド用導電性層の間に形成され、動作状態において当該シールド用導電性層に所定の電位が与えられるように構成されていることを特徴とする請求項４または５記載の伝送装置。
9. 第１の電源系を有する第１の回路ブロックから第２の電源系を有する第２の回路ブロックに伝送線を通して信号を伝送する伝送装置であって、
   前記伝送線は、第１の伝送線と第２の伝送線から構成され、
   前記第１の回路ブロックは、前記第１の伝送線に対し前記伝送信号の非反転信号を出力する第１の出力回路と、第２の伝送線に対し前記伝送信号の反転信号を出力する第２の出力回路とを備え、
   前記第２の回路ブロックは、前記第１の伝送線と前記第２の伝送線との間に接続されたインピーダンス素子と、このインピーダンス素子の両端子の電圧を比較して被伝送信号を出力する比較回路とを備え、
   前記第１の回路ブロックと前記第２の回路ブロックとの間の前記第１および第２の伝送線には、それぞれ前記インピーダンス素子と同種のインピーダンス素子が介挿されており、
   トレンチ絶縁分離構造を備えた半導体集積回路装置として構成され、
   前記インピーダンス素子はコンデンサからなり、
   そのコンデンサは、半導体層において互いに絶縁分離されて島状に複数形成された半導体領域を電極とし、前記半導体領域間に設けられた素子分離領域を誘電体として用いて構成されていることを特徴とする伝送装置。
10. 第１の電源系の下で動作する回路ブロックから第２の電源系の下で動作する回路ブロックに信号を伝送する伝送装置であって、
    前記第１の電源系の下で前記伝送信号の非反転信号を出力する第１の出力回路と、
    前記第１の電源系の下で前記伝送信号の反転信号を出力する第２の出力回路と、
    前記第１の出力回路の出力端子と前記第２の出力回路の出力端子との間に直列に接続された第１ないし第Ｎ（Ｎ≧３）のインピーダンス素子と、
    前記第２の電源系の下で前記第２のインピーダンス素子から第Ｎ−１のインピーダンス素子のうち、何れか１つのインピーダンス素子の両端子の電圧または直列接続された２以上のインピーダンス素子群の両端子の電圧を比較して被伝送信号を出力する比較回路とを備え、
    トレンチ絶縁分離構造を備えた半導体集積回路装置として構成され、
    前記インピーダンス素子はコンデンサからなり、
    そのコンデンサは、半導体層において互いに絶縁分離されて島状に複数形成された半導体領域を電極とし、前記半導体領域間に設けられた素子分離領域を誘電体として用いて構成されていることを特徴とする伝送装置。
11. 前記半導体層において前記半導体領域が連続的に形成されており、前記コンデンサは、隣接する半導体領域を用いてなる単位コンデンサが直並列に接続された構成を備えていることを特徴とする請求項１０記載の伝送装置。
12. トレンチ絶縁分離構造を備えた半導体集積回路装置として構成され、
    前記インピーダンス素子は抵抗からなることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の伝送装置。
13. 前記抵抗は、薄膜抵抗または多結晶シリコン抵抗により構成されていることを特徴とする請求項１２記載の伝送装置。

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