JPH0669435A - 入力保護回路、及び半導体集積回路 - Google Patents

入力保護回路、及び半導体集積回路

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JPH0669435A
JPH0669435A JP4236549A JP23654992A JPH0669435A JP H0669435 A JPH0669435 A JP H0669435A JP 4236549 A JP4236549 A JP 4236549A JP 23654992 A JP23654992 A JP 23654992A JP H0669435 A JPH0669435 A JP H0669435A
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JP
Japan
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circuit
power supply
mos transistor
field effect
effect transistor
Prior art date
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JP4236549A
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English (en)
Inventor
Shinobu Yabuki
忍 矢吹
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、電流消費を生ずること無し
に、動作電圧が異なる複数の回路間でのインタフェース
をとるための技術を提供することにある。 【構成】 MOSトランジスタ2,4のゲート電極に伝
達されるべき信号の伝達経路にMOSトランジスタ13
を直列接続し、このMOSトランジスタ13のゲート電
極を、MOSトランジスタ2と共通の電源3に結合する
ことにより、当該MOSトランジスタ13をソースフォ
ロアとして機能させ、MOSトランジスタ2,4のゲー
ト入力電圧レベルをを降圧することによって、ゲート酸
化膜の破壊防止を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、入力保護回路、さらに
は、MOSトランジスタのゲート酸化膜保護技術に関
し、例えば3.3ボルト(V)で動作する半導体集積回
路に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】動作電圧が5ボルトとされる半導体集積
回路(以下、「5ボルト動作LSI」という)の出力端
子を、動作電圧が3.3ボルトとされる半導体集積回路
(以下、「3.3ボルト動作LSI」という)の入力端
子に結合する場合、図4に示されるように、3.3ボル
ト動作LSI5の入力初段MOSトランジスタ2,4の
ゲート電極に抵抗体9を接続し、この抵抗体9を介し
て、5ボルト動作LSI6の出力バッファ7の論理出力
を受けるようにしている。しかし、その場合には、出力
バッファ7の論理出力がハイレベルの場合に、そのハイ
レベル電位、つまり5ボルト電位が、MOSトランジス
タ2,4のゲート電極に印加されることになるので、当
該MOSトランジスタ2のゲート酸化膜が破壊される虞
がある。
【0003】そこで、図4において8で示されるよう
に、MOSトランジスタ2のゲート電極と、3.3ボル
ト電源3との間にダイオード8を接続し、矢印10で示
すように電流を流すことによって、入力電位レベルを降
圧する方式が採用される。それにより、MOSトランジ
スタ2,4のゲート酸化膜の破壊が防止される。しかし
ながら、ダイオード8を介して5ボルト電源11から
3.3ボルト電源3に向かって流れる電流10は、抵抗
体8によって、ある程度制限されるものの、そのような
ゲート電極保護回路が数多く設けられた場合には、シス
テム全体の消費電流の低減を阻害する要因とされる。
【0004】尚、上記のようにダイオードを用いて入力
電位レベルを制限することについては、1990アイ・
エス・エス・シー・シー、ダイジェスト オブ テクニ
カルペーパーズ (1990年)第48頁から第49頁
(1990ISSCC、Digest of Tech
nical Papers(1990)pp48−4
9)に記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来技術
によれば、5ボルト動作LSI6の出力端子を、3.3
ボルト動作LSI5の入力端子に結合する場合、5ボル
ト電圧がMOSトランジスタ2,4のゲート電極に印加
されることにより、当該MOSトランジスタ2,4のゲ
ート酸化膜が破壊される虞があり、また、それを回避す
るためダイオード8を接続した場合には、このダイオー
ド8を介して5ボルト電源から3.3ボルト電源に向か
って電流10が流れてしまい、消費電流の低減が阻害さ
れる。
【0006】本発明の目的は、電流消費を生ずること無
しに、動作電圧が異なる複数の回路間でのインタフェー
スをとるための技術を提供することにある。
【0007】本発明の前記並びにその他の目的と新規な
特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるで
あろう。
【0008】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記
の通りである。
【0009】すなわち、第1電界効果トランジスタのゲ
ート電極に伝達されるべき信号の伝達経路に第2電界効
果トランジスタを直列接続し、この第2電界効果トラン
ジスタのゲート電極を、上記第1電界効果トランジスタ
と共通の電源に結合して、上記第1電界効果トランジス
タの入力保護回路を形成するものである。また、そのよ
うな入力保護回路を含んで半導体集積回路を構成するも
のである。さらに、比較的高い電位の電源電圧によって
動作される高電源動作回路と、比較的低い電源電圧によ
って動作される低電源動作回路とが結合されて一つの半
導体集積回路が構成されるとき、上記入力保護回路を含
んで上記低電源動作回路を構成するものである。
【0010】
【作用】上記した手段によれば、上記第2電界効果トラ
ンジスタは、上記第1電界効果トランジスタのゲート電
極に伝達されるべき信号の伝達経路上で、入力電圧を降
下させることによって第1電界効果トランジスタのゲー
ト酸化膜を保護するように作用し、このことが、動作電
圧が異なる複数の回路間でのインタフェースを達成す
る。また、上記第1電界効果トランジスタのゲート電極
に伝達されるべき信号の伝達経路上に設けられた第2電
界効果トランジスタは、電流パスを形成するものではな
く、このことが、電流消費を抑える。
【0011】
【実施例】図1には本発明の一実施例回路が示される。
【0012】図1に示される回路は、特に制限されない
が、動作電圧が3.3ボルトとされる3.3ボルト動作
LSI5と、動作電圧が5ボルトとされる5ボルト動作
LSI6とを含む。3.3ボルト動作LSI5,5ボル
ト動作LSI6は、特に制限されないが、それぞれ公知
の半導体集積回路製造技術によりシリコンなどの一つの
半導体基板に形成される。
【0013】3.3ボルト動作LSI5と、5ボルト動
作LSI6とは、特に制限されないが、一つのボードに
載置され、3.3ボルト動作LSIの信号入力端子が、
5ボルト動作LSI6の信号出力端子に結合されること
によって、5ボルト動作LSI6から3.3ボルト動作
LSI5への信号伝達が可能とされる。5ボルト動作L
SI6は、5ボルト電源電圧11によって動作される出
力バッファ7を含み、この出力バッファ7の論理出力
が、3.3ボルト動作LSIの入力端子に伝達される。
【0014】3.3ボルト動作LSI5は、特に制限さ
れないが、pチャンネル型MOSトランジスタ2とnチ
ャンネル型MOSトランジスタ4とが直列接続されて成
る入力バッファ20を含み、この入力バッファ20を介
して取込まれた信号が、図示されない内部回路に伝達さ
れるようになっている。この入力バッファ20は、3.
3ボルト動作LSI5の入力初段回路とされ、3.3ボ
ルト電源3とグランドとに結合される。
【0015】また、本実施例においては、MOSトラン
ジスタ2,4のゲート電極に伝達されるべき信号の伝達
経路にnチャンネル型MOSトランジスタ13が直列接
続され、このnチャンネル型MOSトランジスタ13の
ゲート電極が、pチャンネル型MOSトランジスタ2と
共通の電源3に結合されている。このように接続された
nチャンネル型MOSトランジスタ13は、ソースフォ
ロアとして機能し、出力電圧は、当該MOSトランジス
タ13のゲート電圧から当該MOSトランジスタ13の
しきい値(Vth)を差引いた電位に等しくなる。つま
り、nチャンネル型MOSトランジスタ13のゲート電
極には、3.3ボルトが印加されるから、出力バッファ
7の論理出力がハイレベル(5ボルト)となった場合、
MOSトランジスタ2,4のゲート電極の電位レベル
は、(3.3−Vth)ボルトとなる。
【0016】図2には本実施例回路の特性が、従来回路
との関係で示される。
【0017】図2に示される特性図では、縦軸が電位、
横軸が時間となっている。出力バッファ7の論理出力1
4が5ボルトになると、従来回路(ダイオード8が無い
場合)のMOSトランジスタ2,4のゲート入力電圧1
5は5ボルトまで上昇するのに対して、本実施例回路で
は、nチャンネル型MOSトランジスタ13を設けるこ
とにより、MOSトランジスタ2,4のゲート入力電圧
16は(3.3−Vth)ボルトまでしか上昇しない。
そのように入力電圧が降下されることにより、MOSト
ランジスタ2,4のゲート酸化膜の破壊が防止される。
しかも本実施例回路では、nチャンネル型MOSトラン
ジスタ13を設けたことによって、新たに電流パスが形
成されるわけではないので、図4に示されるようにダイ
オード8を設けた場合と異なり、無駄な電流10が流れ
ることもない。
【0018】上記実施例によれば以下の作用効果が得ら
れる。
【0019】MOSトランジスタ2,4のゲート電極に
伝達されるべき信号の伝達経路にnチャンネル型MOS
トランジスタ13が直列接続され、このnチャンネル型
MOSトランジスタ13のゲート電極が、pチャンネル
型MOSトランジスタ2と共通の電源3に結合されるこ
とにより、当該MOSトランジスタ13がソースフォロ
アとして機能し、出力電圧が、当該MOSトランジスタ
13のゲート電圧から当該MOSトランジスタ13のし
きい値(Vth)を差引いた電位に等しくなるので、M
OSトランジスタ2,4のゲート酸化膜の破壊が防止さ
れる。しかも、その場合に、新たに電流パスが形成され
るわけではないので、無駄な電流を消費することがない
ので、LSI5,6を含むシステム全体の消費電力の低
下を図る上で有効とされる。
【0020】図3には他の実施例回路が示される。
【0021】上記実施例では、3.3ボルト動作LS
I,5ボルト動作LSIを含むシステムにおいて、5ボ
ルト動作LSIの入力初段回路、すなわち、入力バッフ
ァ20にゲート保護回路を設けたものについて説明した
が、図3に示されるように、一つの半導体基板に形成さ
れたLSI30において、互いに異なる複数種類の電源
を使用する回路が結合される場合にも、本発明は有効で
ある。例えば、図3に示されるように、pチャンネル型
MOSトランジスタ41と、nチャンネル型MOSトラ
ンジスタ42とが直列接続されて成るインバータ31
が、5ボルト電源によって動作され、pチャンネル型M
OSトランジスタ33と、nチャンネル型MOSトラン
ジスタ34とが直列接続されて成るインバータ32が
3.3ボルト電源によって動作される場合において、そ
れら二つのインバータ31,32間の信号伝達経路にn
チャンネル型MOSトランジスタ13を直列接続し、こ
のMOSトランジスタ13のゲート電極を、3.3ボル
ト電源に接続するようにする。
【0022】このように、一つのLSI30において、
互いに異なる電源が使用される場合にも、上記nチャン
ネル型MOSトランジスタ13を設けるようにすれば、
MOSトランジスタ33,34のゲート酸化膜の破壊を
防止することができ、上記実施例の場合と同様の効果を
得ることができる。
【0023】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲におい
て種々変更可能であることは言うまでもない。
【0024】例えば、上記実施例ではnチャンネル型M
OSトランジスタ13を利用してMOSトランジスタ
2,4あるいは33,34のゲート酸化膜の破壊防止を
図る場合について説明したが、このnチャンネル型MO
Sトランジスタ13に代えてpチャンネル型MOSトラ
ンジスタを適用することもできる。例えば、−3.3ボ
ルト電源によって動作される回路と、−5ボルト電源に
よって動作される回路とが結合される場合には、それら
二つの回路間にpチャンネル型MOSトランジスタを設
け、当該pチャンネル型MOSトランジスタのゲート電
極を−3.3ボルト電源に結合すればよい。さらに、上
記実施例における電源電圧の値は、一例として一般的な
値を示したものであり、その値に限定されるものではな
い。
【0025】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野である半導体
集積回路に適用した場合について説明したが、本発明は
それに限定されるものではなく、例えば個別的な素子に
よって構成される各種電子回路に広く適用することがで
きる。
【0026】本発明は、少なくとも互いに電位の異なる
電源によって動作される複数の回路が存在することを条
件に適用することができる。
【0027】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
の通りである。
【0028】すなわち、第1電界効果トランジスタのゲ
ート電極に伝達されるべき信号の伝達経路に第2電界効
果トランジスタが直列接続され、この第2電界効果トラ
ンジスタのゲート電極が、上記第1電界効果トランジス
タと共通の電源に結合されることにより、第1電界効果
トランジスタのゲート電極に伝達されるべき信号の電位
レベルが降圧され、第1電界効果トランジスタのゲート
酸化膜が保護される。また、このとき上記第1電界効果
トランジスタのゲート電極に伝達されるべき信号の伝達
経路上に設けられた第2電界効果トランジスタは、電流
パスを形成するものではないので、無駄な電流消費が抑
えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例回路の電気結線図である。
【図2】本発明の一実施例回路の動作特性図である。
【図3】本発明の他の実施例回路の電気結線図である。
【図4】従来回路の電気結線図である。
【符号の説明】
2 pチャンネル型MOSトランジスタ 3 3.3ボルト電源 4 nチャンネル型MOSトランジスタ 5 3.3ボルト動作LSI 6 5ボルト動作LSI 7 出力バッファ 13 nチャンネル型MOSトランジスタ 31 インバータ 32 インバータ 33 pチャンネル型MOSトランジスタ 34 nチャンネル型MOSトランジスタ 41 pチャンネル型MOSトランジスタ 42 nチャンネル型MOSトランジスタ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1電界効果トランジスタのゲート酸化
    膜を、当該第1電界効果トランジスタの電源電圧よりも
    高い入力電圧から保護するための入力保護回路におい
    て、上記第1電界効果トランジスタのゲート電極に伝達
    されるべき信号の伝達経路に第2電界効果トランジスタ
    を直列接続し、この第2電界効果トランジスタのゲート
    電極が、上記第1電界効果トランジスタと共通の電源に
    結合されて成ることを特徴とする入力保護回路。
  2. 【請求項2】 外部から供給される信号を取込むための
    入力初段回路を含み、この入力初段回路は、請求項1記
    載の入力保護回路を含んで成ることを特徴とする半導体
    集積回路。
  3. 【請求項3】 比較的高い電位の電源電圧によって動作
    される高電源動作回路と、比較的低い電源電圧によって
    動作される低電源動作回路とが結合されて成る半導体集
    積回路において、上記低電源動作回路は、請求項1記載
    の入力保護回路を含んで成ることを特徴とする半導体集
    積回路。
JP4236549A 1992-08-12 1992-08-12 入力保護回路、及び半導体集積回路 Withdrawn JPH0669435A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7663354B2 (en) 2004-01-21 2010-02-16 Renesas Technology Corp. Voltage clamp circuit, a switching power supply device, a semiconductor integrated circuit device, and a voltage level conversion circuit
JP2011061232A (ja) * 2010-11-15 2011-03-24 Renesas Electronics Corp 半導体装置

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US8638078B2 (en) 2004-01-21 2014-01-28 Renesas Electronics Corporation Voltage clamp circuit, a switching power supply device, a semiconductor integrated circuit device, and a voltage level conversion circuit
JP2011061232A (ja) * 2010-11-15 2011-03-24 Renesas Electronics Corp 半導体装置

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Legal Events

Date Code Title Description
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Effective date: 19991102