JPH043512A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH043512A
JPH043512A JP10381990A JP10381990A JPH043512A JP H043512 A JPH043512 A JP H043512A JP 10381990 A JP10381990 A JP 10381990A JP 10381990 A JP10381990 A JP 10381990A JP H043512 A JPH043512 A JP H043512A
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JP
Japan
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output
terminal
circuit
mos transistor
transistor
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JP10381990A
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Japanese (ja)
Inventor
Haruo Nishiura
晴男 西浦
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NEC Corp
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NEC Corp
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Publication of JPH043512A publication Critical patent/JPH043512A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent increase in power consumption by using an output buffer H bridge circuit and a buffer circuit driving the bridge circuit as output circuits so as to reduce a through-current. CONSTITUTION:A relative ratio of ON-resistance of P-channel and N-channel MOS transistors(TRs) in a CMOS inverter driving four N-channel MOS TRs 5-8 of an output buffer H bridge circuit is increased to obtain an output waveform with a slow leading and a fast trailing. That is, When an internal input terminal 1 goes to L and an internal input terminal 2 goes to H, the MOS TRs 5, 8 are turned off and the MOS TRs 6, 7 are turned on. A state of turning-on of both the TRs of power supply side and ground terminal side is caused in the transient state change and a through-current flows. Thus, the increase in the power consumption when the leading and trailing of the input signal are slow is prevented.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、モーター等をコントロールする半導体装置に
関し、特に、入力信号の立ち上り、立ち下りが遅い時に
、消費電力の増加を防止できるMO3半導体集積回路に
関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device that controls a motor, etc., and in particular, to an MO3 semiconductor integrated device that can prevent an increase in power consumption when the rise and fall of an input signal is slow. Regarding circuits.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第5図は、従来のモーター等をコントロールするMO8
半導体集積回路の一例である。第5図において1は入力
端子、2は電源端子1で電圧は■。。23は接地端子、
4は電源端子2で電圧はVM、5は第1M03トランジ
スタ、6は第2M08トランジスタ、7は第3M03ト
ランジスタ、8は第4M08トランジスタであり、この
5〜8の第1から第4のMOSトランジスタにより出カ
ッくツファHブリッジ回路を構成している。9は出力端
子1,10は出力端子2であり、この9と10の端子間
にモーター等の負荷が接続される。11は内部入力端子
1,12は内部入力端子2,13は内部入力端子3,1
4は内部入力端子4,15はCMOSインバータ回路l
、16はCMOSインバータ回路2,17はコントロー
ル回路である。
Figure 5 shows the MO8 that controls conventional motors, etc.
This is an example of a semiconductor integrated circuit. In Fig. 5, 1 is the input terminal, 2 is the power supply terminal 1, and the voltage is ■. . 23 is a ground terminal,
4 is the power supply terminal 2 whose voltage is VM, 5 is the first M03 transistor, 6 is the second M08 transistor, 7 is the third M03 transistor, and 8 is the fourth M08 transistor. It constitutes an output Zuffa H bridge circuit. 9 is an output terminal 1, and 10 is an output terminal 2, and a load such as a motor is connected between the terminals 9 and 10. 11 is internal input terminal 1, 12 is internal input terminal 2, 13 is internal input terminal 3, 1
4 is an internal input terminal 4, 15 is a CMOS inverter circuit l
, 16 is a CMOS inverter circuit 2, and 17 is a control circuit.

次に、このように構成された回路の動作について説明す
る。11の内部入力端子1のレベルが「H」の時は、5
及び8のMOSトランジスタがオンするため、9の出力
端子lは1−になり、10の出力端子2は=Ovとなる
。12の内部入力端子2のレベルがrHJの時は、6及
び7のMOSトランジスタがオンするため、9の出力端
子1は=Ovとなり、10の出力端子2はユvHとなる
。ここで内部入力端子1.及び2のレベルは17のコン
トロール回路により、同時にrHJにならないようにコ
ントロールされる。しかし第5図の回路のように、出力
バッファHブリッジ回路を4つのNチャネルMO8トラ
ンジスタて構成した場合、4の電源端子2側のMOSト
ランジスタの方が接地端子側のMOSトランジスタに対
して、スイッチングスピードが遅いため、5及び6のM
OSトランジスタ、又は、7及び80M0Sトランジス
タが同時にオン状態となる時間が生じ、4の電源端子2
から、2つのMOSトランジスタを通り、3の接地端子
に向けて、貫通電流か流れ、その分余分の電力が消費さ
れてしまうことになる。
Next, the operation of the circuit configured as described above will be explained. When the level of internal input terminal 1 of 11 is "H", 5
Since the MOS transistors 8 and 8 are turned on, the output terminal 9 becomes 1-, and the output terminal 2 of 10 becomes =Ov. When the level of the internal input terminal 2 of 12 is rHJ, the MOS transistors 6 and 7 are turned on, so the output terminal 1 of 9 becomes =Ov, and the output terminal 2 of 10 becomes UvH. Here, internal input terminal 1. The levels of and 2 are controlled by 17 control circuits so that they do not become rHJ at the same time. However, when the output buffer H-bridge circuit is configured with four N-channel MO8 transistors as in the circuit shown in Figure 5, the MOS transistor on the power supply terminal 2 side of 4 has a higher switching ability than the MOS transistor on the ground terminal side. Due to slow speed, M of 5 and 6
There is a time when the OS transistor or the 7 and 80M0S transistors are on at the same time, and the power supply terminal 2 of 4
Therefore, a through current flows through the two MOS transistors toward the ground terminal 3, and that extra power is consumed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

以上述べたように、NチャネルMOSトランジスタで出
力Hブリッジ回路を構成する場合電源側トランジスタと
グランド側トランジスタのスイッチングスピードの差よ
り貫通電流が流れ、消費電力が大きくなるという問題点
がある。またこの貫通電流により4の電源端子2や、3
の接地端子に大きなスパイクノイズを発生し、ICが誤
動作する可能性も出てくる。
As described above, when an output H-bridge circuit is constructed using N-channel MOS transistors, there is a problem in that a through current flows due to the difference in switching speed between the power supply side transistor and the ground side transistor, resulting in increased power consumption. In addition, this through current causes the power terminals 2 and 3 of 4 to
A large spike noise is generated at the ground terminal of the IC, which may cause the IC to malfunction.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の回路では、出力バッファHブリッジ回路を駆動
する、前段のバッファであるCMOSインバータに対し
、PチャネルトランジスタとNチャネルトランジスタの
相対的なオン抵抗の比をたとえば40:1に大きくし、
出力波形が、立ち上がりを遅く、立ち下がりを速くして
いる。
In the circuit of the present invention, the relative on-resistance ratio of the P-channel transistor and the N-channel transistor is increased to, for example, 40:1 with respect to the CMOS inverter that is the previous stage buffer that drives the output buffer H-bridge circuit.
The output waveform has a slow rise and a fast fall.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.

第1図は本発明に関する回路図の一実施例である。第5
図に示す従来技術の回路図と異なるのは出力バッファH
ブリッジ回路の4つのNチャネルMO3トランジスタを
駆動するCMOSインバータのPチャネルMO3)ラン
シスタとNチャネルMO3トランジスタの相対的なオン
抵抗の比を例として40:1と大きくしである点である
。次に第1図の回路の動作について説明する。11の内
部入力端子1がrHJ、12の内部入力端子2がrLJ
の状態のときには、5と8のMOSトランジスタがオン
して、6と7のMOSトランジスタがオフしているため
、9の出力端子1のレベルは≧■、、、10の出力端子
2のレベルは= Ovである。次にこの状態から、11
の内部入力端子1がrLJ12の内部入力端子2がrH
J となるように変化させると、5と8のMOSトラン
ジスタがオフ、6と7のMOS トランジスタがオンす
る。
FIG. 1 is an embodiment of a circuit diagram related to the present invention. Fifth
The difference from the conventional circuit diagram shown in the figure is the output buffer H.
The point is that the relative on-resistance ratio of the P-channel MO3 transistor of the CMOS inverter that drives the four N-channel MO3 transistors of the bridge circuit and the N-channel MO3 transistor is set to be as large as 40:1, for example. Next, the operation of the circuit shown in FIG. 1 will be explained. 11 internal input terminal 1 is rHJ, 12 internal input terminal 2 is rLJ
In the state of , MOS transistors 5 and 8 are on and MOS transistors 6 and 7 are off, so the level of output terminal 1 of 9 is ≧■, , the level of output terminal 2 of 10 is = Ov. Next, from this state, 11
internal input terminal 1 of rLJ12 internal input terminal 2 of rH
When the voltage is changed to J, MOS transistors 5 and 8 are turned off, and MOS transistors 6 and 7 are turned on.

この過渡的状態変化において、電源側のMOSトランジ
スタのスイッチングスピードが接地端子側のMOS)ラ
ンシスタのものより遅いため、電源側のトランジスタと
、接地端子側のトランジスタの両方がオンしている状態
が現れ、貫通電流が流れることになる。このスイッチン
クスピードの差はそれぞれのトランジスタにおけるゲー
ト・ラス間電圧が異なるためにゲートの充放電時間に差
が生じ、ゲート電圧波形が異なるためである。
In this transient state change, since the switching speed of the MOS transistor on the power supply side is slower than that of the MOS transistor on the ground terminal side, a state appears in which both the transistor on the power supply side and the transistor on the ground terminal side are on. , a through current will flow. This difference in switching speed is due to the difference in gate-to-lase voltage in each transistor, resulting in a difference in gate charging/discharging time, resulting in a difference in gate voltage waveform.

以上の原因によって起こる貫通電流を防止するためには
、ゲートの充電時間に対する放電時間を短くすればよい
。そのために出力777781979回路の駆動バッフ
ァのPチャネルMO8トランジスタとNチャネルMOS
トランジスタの相対的なオン抵抗の比を大きくしている
のであり、PチャネルMO8トランジスタのオン抵抗が
NチャネルMOSトランジスタに対して大きいために、
出力Hブリッジ回路のMOSトランジスタのゲートを充
電する時間が放電時間に対して長くなる効果がある。以
上のことを図面を使って説明する。第6図に、第5図の
従来技術の回路と本発明の回路との出力7777819
79回路のMOSトランジスタのケート波形の違いを示
す。本発明の回路は、従来技術の回路に比べて立ち下り
が速く、立ち上りが遅くなるので、出力7777819
79回路の電源側のMOSトランジスタと接地端子側の
MOSトランジスタの両方がオンしている時間τが短く
なっていることがわかる。(τ2くτ1)以上に述べた
ことにより貫通電流を低減させることができる。この効
果は出力777781979回路を構成するMOSトラ
ンジスタのVT値を高くすることにより更に良くなる。
In order to prevent the through current caused by the above causes, it is sufficient to shorten the discharge time relative to the gate charge time. For this purpose, the P-channel MO8 transistor and N-channel MOS of the drive buffer of the output 777781979 circuit
This increases the relative on-resistance ratio of the transistors, and since the on-resistance of the P-channel MO8 transistor is larger than that of the N-channel MOS transistor,
This has the effect that the time for charging the gate of the MOS transistor of the output H-bridge circuit becomes longer than the discharging time. The above will be explained using drawings. FIG. 6 shows the output 7777819 of the prior art circuit of FIG. 5 and the circuit of the present invention.
It shows the difference in gate waveforms of MOS transistors in 79 circuits. The circuit of the present invention has a faster fall time and a slower rise time than the conventional circuit, so the output 7777819
It can be seen that the time τ during which both the MOS transistor on the power supply side and the MOS transistor on the ground terminal side of the 79 circuit are on is shortened. (τ2 × τ1) As described above, the through current can be reduced. This effect is further improved by increasing the VT value of the MOS transistors forming the output 777781979 circuit.

次に本発明の回路と従来技術の回路との貫通電流の比較
を行う。第3図は従来回路の場合であり、内部入力端子
のレベレを変化させると、図に示すような貫通電流が流
れ斜線で示した電力が消費される。
Next, a comparison will be made of the through current between the circuit of the present invention and the circuit of the prior art. FIG. 3 shows the case of a conventional circuit, and when the level of the internal input terminal is changed, a through current as shown in the figure flows, and power shown by diagonal lines is consumed.

力木発明の回路における貫通電流を示したのが第4図で
あり、ゲートの立ち上り時間が立ち下り時間に対して長
くなった分、貫通電流が少なくなり、電力消費も第3図
に比べて非常に小さくなる。
Figure 4 shows the through current in the circuit invented by Rikiki.As the gate rise time is longer than the fall time, the through current is reduced and the power consumption is also lower than in Figure 3. becomes very small.

第2図は本発明の実施例2の回路図である。動作は実施
例1の回路と同様であるが、この場合は出力ハッファH
ブリッジ回路を構成するMOS)ランシスタがDMO8
トランジスタで構成されている。DMO8トランジスタ
を使用する場合でも、十分に貫通電流を防止でき、通常
のMOS)ランシスタと同等の効果がある。
FIG. 2 is a circuit diagram of a second embodiment of the present invention. The operation is similar to the circuit of Example 1, but in this case the output huffer H
The MOS) run transistor that makes up the bridge circuit is DMO8.
Consists of transistors. Even when DMO8 transistors are used, the through current can be sufficiently prevented and the effect is equivalent to that of a normal MOS transistor.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、出力バッファHフリッジ
回路を駆動する、前段のバッファのPチャネルMO3ト
ランジスタと、NチャネルMOSトラジスタの相対的な
オン抵抗の比を大きくすることにより出力回路の貫通電
流が流れる時間を短くすることができるので、立ち上が
り及び立ち下がり時間の大きな入力信号に対しても消費
電力の増加を防ぐことができ、また、貫通電流によって
起こる電源端子やグランド端子に発生するスパイクノイ
ズを低減できる効果がある。
As explained above, the present invention improves the through-current of the output circuit by increasing the relative on-resistance ratio of the P-channel MO3 transistor and the N-channel MOS transistor of the preceding buffer, which drive the output buffer H-fridge circuit. This reduces the amount of time that the current flows, which prevents an increase in power consumption even for input signals with long rise and fall times.It also reduces spike noise that occurs at power supply terminals and ground terminals due to through current. It has the effect of reducing

は従来回路の貫通電流を示す図、第4図は本発明の回路
の貫通電流を示す図、第5図は従来の技術の回路図、第
6図は出力777781979回路のMOSトランジス
タのゲート電圧波形図である。
4 is a diagram showing the through current of the conventional circuit, FIG. 4 is a diagram showing the through current of the circuit of the present invention, FIG. 5 is a circuit diagram of the conventional technology, and FIG. 6 is the gate voltage waveform of the MOS transistor of the output 777781979 circuit. It is a diagram.

1・・・・・・入力端子、2・・・・・・電源端子l、
3・・・・・・接地端子、4・・・・・・電源端子2.
5・・・・・・第lMOSトランジスタ、6・・・・・
第2M08)ランシスタ、7・・・・・第3M03トラ
ンジスタ、8・・・・・第4M0Sトランジスタ、9・
・・・・・出力端子1.10・・・・・出力端子2.1
1・・・・・・内部入力端子1.12・・・・内部入力
端子2.13・・・・・・内部入力端子3.1496.
1...Input terminal, 2...Power terminal l,
3... Ground terminal, 4... Power terminal 2.
5...1st MOS transistor, 6...
2nd M08) Runsistor, 7...3rd M03 transistor, 8...4th M0S transistor, 9...
...Output terminal 1.10 ...Output terminal 2.1
1...Internal input terminal 1.12...Internal input terminal 2.13...Internal input terminal 3.1496.
.

内部入力端子4.15・・・・・・CMOSインバータ
1.16・・・・・・CMOSインバータ2,17・・
・・・・コントロール回路。
Internal input terminal 4.15...CMOS inverter 1.16...CMOS inverter 2, 17...
...Control circuit.

代理人 弁理士  内 原   晋Agent Patent Attorney Susumu Uchihara

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1の実施例の回路図、第2図は本発
明の第2の実施例を示す回路図、第3図8/圓 第3胆 第4図 ! l#1tnsノ 8tFIII(yb) 第 聞
FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a second embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention. l#1tnsノ8tFIII(yb) 1st episode

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)出力バッファHブリッジ回路と、それを駆動するバ
ッファ回路を出力回路としていて、貫通電流を低減する
ことを特徴とする半導体装置。 2)出力バッファHブリッジ回路は、NチャネルMOS
トランジスタ4個で構成され、それは第1のMOSトラ
ンジスタのドレインが電源端子、ソースが出力端子1に
接続され、第2のMOSトランジスタのドレインが出力
端子、ソースが接地端子に接続され、第3のMOSトラ
ンジスタのドレインが電源端子、ソースが出力端子2に
接続され、第4のMOSトランジスタのドレインが出力
端子2、ソースが接地端子に接続され、第1のMOSト
ランジスタと第4のMOSトランジスタのゲート端子を
共通の入力端子1とし、第2のMOSトランジスタと第
3のMOSトランジスタのゲート端子を共通の入力端子
2とし、出力端子1と出力端子2の間に負荷を接続する
出力回路であり、出力回路を駆動するバッファ回路は、
PチャネルMOSトランジスタ1個とNチャネルMOS
トランジスタ1個で構成されるCMOSインバータを2
個使用し、それぞれの出力端子を出力バッファHブリッ
ジ回路の入力端子1、入力端子2に接続し、CMOSイ
ンバータのPチャネルMOSトランジスタと、Nチャネ
ルMOSトランジスタのオン抵抗比を大きくすることに
より貫通電流を低減することを特徴とする請求項1記載
の半導体装置。 3)出力バッファHブリッジ回路を構成するNチャネル
MOSトランジスタは、2重拡散型MOS(DMOS)
トランジスタであり、出力バッファHブリッジ回路の入
力端子1、および入力端子2の入力電圧は、出力バッフ
ァHブリッジ回路の電源電圧以上に昇圧されていること
を特徴とする請求項1記載の半導体装置。
[Scope of Claims] 1) A semiconductor device characterized in that an output buffer H-bridge circuit and a buffer circuit that drives the circuit are used as output circuits to reduce through current. 2) Output buffer H bridge circuit is N channel MOS
Consisting of four transistors, the drain of the first MOS transistor is connected to the power supply terminal and the source is connected to the output terminal 1, the drain of the second MOS transistor is connected to the output terminal and the source is connected to the ground terminal, and the third The drain of the MOS transistor is connected to the power supply terminal, the source is connected to the output terminal 2, the drain of the fourth MOS transistor is connected to the output terminal 2, the source is connected to the ground terminal, and the gates of the first MOS transistor and the fourth MOS transistor are connected. An output circuit in which a terminal is a common input terminal 1, a gate terminal of the second MOS transistor and a third MOS transistor is a common input terminal 2, and a load is connected between the output terminal 1 and the output terminal 2, The buffer circuit that drives the output circuit is
One P-channel MOS transistor and one N-channel MOS
Two CMOS inverters consisting of one transistor
By connecting the respective output terminals to input terminals 1 and 2 of the output buffer H-bridge circuit, and increasing the on-resistance ratio of the P-channel MOS transistor and N-channel MOS transistor of the CMOS inverter, the through-current 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein: 3) The N-channel MOS transistor that constitutes the output buffer H-bridge circuit is a double-diffused MOS (DMOS).
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a transistor, and the input voltages of input terminals 1 and 2 of the output buffer H-bridge circuit are boosted to a level higher than a power supply voltage of the output buffer H-bridge circuit.
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