JPH0722928A - 半導体集積回路装置 - Google Patents
半導体集積回路装置Info
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- JPH0722928A JPH0722928A JP5152543A JP15254393A JPH0722928A JP H0722928 A JPH0722928 A JP H0722928A JP 5152543 A JP5152543 A JP 5152543A JP 15254393 A JP15254393 A JP 15254393A JP H0722928 A JPH0722928 A JP H0722928A
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 26
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 8
- 230000003068 static effect Effects 0.000 abstract description 8
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
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- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
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- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
- H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
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Abstract
(57)【要約】
【目的】半導体集積回路の出力素子を静電気等による異
常電圧の印加に対し保護する。 【構成】トランジスタQ1のコレクタエミッタ間に正常
動作時の電圧に対し十分大きい順方向電圧を有するよう
順方向極性に挿入される直列接続されたダイオードD3
A〜D3Fをさらに備える。
常電圧の印加に対し保護する。 【構成】トランジスタQ1のコレクタエミッタ間に正常
動作時の電圧に対し十分大きい順方向電圧を有するよう
順方向極性に挿入される直列接続されたダイオードD3
A〜D3Fをさらに備える。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路装置に関
し、特に外部からの異常電圧の印加に対する内部回路の
保護手段を備える半導体集積回路装置に関する。
し、特に外部からの異常電圧の印加に対する内部回路の
保護手段を備える半導体集積回路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】静電破壊は半導体集積回路(デバイス)
固有の故障要因ではないが、製造、組立、架設、フイー
ルドユースなど全般にわたって重要である。静電放電に
より、特性劣化、接合破壊、酸化膜破壊等が生じる。高
集積度化にともなう微細化により、静電破壊耐量は減少
する傾向にあるので、静電破壊故障対策は重要である。
静電破壊のよく知られた例は、人体に帯電した静電気に
よるもので、人体は容易に帯電し環境によっては数千V
にも達する。一方、人体の容量は約200pF、抵抗は
約1KΩであるので、上記帯電電圧が2KVととする
と、約0.4mJのエネルギーが蓄えられ、このエネル
ギーが約0.1μSでデバイスおよび人体を経由して放
電されることになる。平均電力は数KWにも達し、容易
に電極の溶断、接合の破壊または酸化膜破壊が起こる。
固有の故障要因ではないが、製造、組立、架設、フイー
ルドユースなど全般にわたって重要である。静電放電に
より、特性劣化、接合破壊、酸化膜破壊等が生じる。高
集積度化にともなう微細化により、静電破壊耐量は減少
する傾向にあるので、静電破壊故障対策は重要である。
静電破壊のよく知られた例は、人体に帯電した静電気に
よるもので、人体は容易に帯電し環境によっては数千V
にも達する。一方、人体の容量は約200pF、抵抗は
約1KΩであるので、上記帯電電圧が2KVととする
と、約0.4mJのエネルギーが蓄えられ、このエネル
ギーが約0.1μSでデバイスおよび人体を経由して放
電されることになる。平均電力は数KWにも達し、容易
に電極の溶断、接合の破壊または酸化膜破壊が起こる。
【0003】このような静電破壊故障に対して保護対策
を行なった従来のこの種の半導体集積回路装置として、
特開昭63−72146号公報明細書記載のように、出
力端子と電源との間に電源電圧に対し順方向となるよう
な極性にダイオードを挿入し、静電気等による異常電圧
を電源電圧レベルにクランプすることにより、内部回路
の破壊を防止するという回路が提案されている。
を行なった従来のこの種の半導体集積回路装置として、
特開昭63−72146号公報明細書記載のように、出
力端子と電源との間に電源電圧に対し順方向となるよう
な極性にダイオードを挿入し、静電気等による異常電圧
を電源電圧レベルにクランプすることにより、内部回路
の破壊を防止するという回路が提案されている。
【0004】従来の半導体集積回路装置の一例を示す回
路図である図4を参照すると、この半導体集積回路装置
は、出力トランジスタQ1,Q2と、差動回路を構成し
各々コレクタ負荷抵抗R1,R2を有するトランジスタ
Q3,Q4と、その電流源のトランジスタQ5と、出力
側の端子T1と電源電圧VCおよび接地電位Gとの間に
これら電圧VC,Gに対して順方向となるような極性に
挿入したダイオードD1,D2とを備える。
路図である図4を参照すると、この半導体集積回路装置
は、出力トランジスタQ1,Q2と、差動回路を構成し
各々コレクタ負荷抵抗R1,R2を有するトランジスタ
Q3,Q4と、その電流源のトランジスタQ5と、出力
側の端子T1と電源電圧VCおよび接地電位Gとの間に
これら電圧VC,Gに対して順方向となるような極性に
挿入したダイオードD1,D2とを備える。
【0005】動作について説明すると、端子T1に電源
電圧VCより静電気等による高い異常電圧が印加される
とダイオードD1が導通し、この異常電圧が電源電圧V
Cの電圧にクランプされる。また、端子T1に接地電位
Gの電圧より低い負の異常電圧が印加されるとダイオー
ドD2が導通し、この異常電圧が接地電位Gの電圧にク
ランプされる。したがって、電源電圧VCおよび接地電
位Gを越える電圧の印加が防止されることにより、外部
からの異常電圧に対し出力トランジスタQ1,Q2を含
む内部回路の破壊から保護する。
電圧VCより静電気等による高い異常電圧が印加される
とダイオードD1が導通し、この異常電圧が電源電圧V
Cの電圧にクランプされる。また、端子T1に接地電位
Gの電圧より低い負の異常電圧が印加されるとダイオー
ドD2が導通し、この異常電圧が接地電位Gの電圧にク
ランプされる。したがって、電源電圧VCおよび接地電
位Gを越える電圧の印加が防止されることにより、外部
からの異常電圧に対し出力トランジスタQ1,Q2を含
む内部回路の破壊から保護する。
【0006】しかし、図4にさらに示すように、トラン
ジスタQ1のベースと電源との間に抵抗R1が存在する
場合に、端子T1に対して電源VC側に静電気による高
い異常電圧が印加されると、このトランジスタQ1は抵
抗R1による高入力インピーダンスによりコレクタ側イ
ンピーダンスが高く保持されるので、印加電圧上昇によ
る電流増加は殆どなくこの異常電圧のクランプ作用が不
完全となり、コレクタエミッタ間電圧が上昇し、遂には
耐電圧を越えることにより破壊に至るという問題点があ
る。
ジスタQ1のベースと電源との間に抵抗R1が存在する
場合に、端子T1に対して電源VC側に静電気による高
い異常電圧が印加されると、このトランジスタQ1は抵
抗R1による高入力インピーダンスによりコレクタ側イ
ンピーダンスが高く保持されるので、印加電圧上昇によ
る電流増加は殆どなくこの異常電圧のクランプ作用が不
完全となり、コレクタエミッタ間電圧が上昇し、遂には
耐電圧を越えることにより破壊に至るという問題点があ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
集積回路装置は、出力側トランジスタの入力インピーダ
ンスが高い場合に、出力端子に対して電源端子側に電源
電圧と同極性の静電気等による高い異常電圧が印加され
た場合に、この異常電圧のクランプ作用が不完全とな
り、上記出力側トランジスタの破壊防止ができないとい
う欠点があった。
集積回路装置は、出力側トランジスタの入力インピーダ
ンスが高い場合に、出力端子に対して電源端子側に電源
電圧と同極性の静電気等による高い異常電圧が印加され
た場合に、この異常電圧のクランプ作用が不完全とな
り、上記出力側トランジスタの破壊防止ができないとい
う欠点があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体集積回路
装置は、出力端子と電源端子との間に電源電圧に対して
順方向の極性で挿入され前記出力端子に印加される異常
電圧を前記電源電圧にクランプすることにより前記電源
端子から電源の供給を受ける第1の電極を有する保護対
象トランジスタを含む内部回路を保護する保護用の第1
のダイオードを備える半導体集積回路装置において、前
記保護対象トランジスタの前記第1の電極と他の2つの
電極のうちのいずれか1つの電極である第2の電極との
間にこれら第1および第2の電極間の正常動作時の電圧
に対し十分大きい順方向電圧を有するよう順方向極性に
挿入される予め定めた直列接続数の第2のダイオードを
さらに備えて構成されている。
装置は、出力端子と電源端子との間に電源電圧に対して
順方向の極性で挿入され前記出力端子に印加される異常
電圧を前記電源電圧にクランプすることにより前記電源
端子から電源の供給を受ける第1の電極を有する保護対
象トランジスタを含む内部回路を保護する保護用の第1
のダイオードを備える半導体集積回路装置において、前
記保護対象トランジスタの前記第1の電極と他の2つの
電極のうちのいずれか1つの電極である第2の電極との
間にこれら第1および第2の電極間の正常動作時の電圧
に対し十分大きい順方向電圧を有するよう順方向極性に
挿入される予め定めた直列接続数の第2のダイオードを
さらに備えて構成されている。
【0009】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。本発明の半導体集積回路装置の第1の実施
例を図4に示す従来の半導体集積回路装置と同じ構成要
素は同一の参照符号を付して示した回路図である図1を
参照すると、この実施例の半導体集積回路装置は、上述
の従来の半導体集積回路装置と同様のトランジスタQ1
〜Q5と、ダイオードD1,D2とに加えて、電源電圧
VCと出力端子T1との間すなわちトランジスタQ1の
コレクタエミッタ間に電源電圧VCと同一極性すなわち
順方向の極性に挿入された直列接続のダイオードD3A
〜D3Fをさらに備える。
て説明する。本発明の半導体集積回路装置の第1の実施
例を図4に示す従来の半導体集積回路装置と同じ構成要
素は同一の参照符号を付して示した回路図である図1を
参照すると、この実施例の半導体集積回路装置は、上述
の従来の半導体集積回路装置と同様のトランジスタQ1
〜Q5と、ダイオードD1,D2とに加えて、電源電圧
VCと出力端子T1との間すなわちトランジスタQ1の
コレクタエミッタ間に電源電圧VCと同一極性すなわち
順方向の極性に挿入された直列接続のダイオードD3A
〜D3Fをさらに備える。
【0010】本実施例の動作について説明すると、ま
ず、端子T1に異常電圧が印加された場合は、上述の従
来の技術で説明したように、その極性によりダイオード
D1あるいはダイオードD2のクランプ動作により保護
される。
ず、端子T1に異常電圧が印加された場合は、上述の従
来の技術で説明したように、その極性によりダイオード
D1あるいはダイオードD2のクランプ動作により保護
される。
【0011】次に、電源端子に異常電圧が印加される場
合について説明する。ここで、電源電圧VCが5V、端
子T1の正常動作時の出力電圧VOを3Vととする。ま
た、ダイオードD3A〜D3Fの各々が導通する順方向
電圧Vfを0.6Vとすると、この6個直列分の順方向
電圧は3.6Vとなる。一方、正常動作時には電源電圧
VCと出力電圧VOとの差は5−3=2(V)であり、
したがって、これら直列ダイオードD3A〜D3Fはト
ランジスタQ1の動作には影響しない。電源に順方向の
異常電圧が印加され電源と端子T1との間の電圧が3.
6Vを越えると、ダイオードD3A〜D3Fが導通しこ
の異常電圧は3.6Vにクランプされる。これにより、
電源端子に印加される静電気等による異常電圧によるト
ランジスタQ1の破壊を防止することができる。
合について説明する。ここで、電源電圧VCが5V、端
子T1の正常動作時の出力電圧VOを3Vととする。ま
た、ダイオードD3A〜D3Fの各々が導通する順方向
電圧Vfを0.6Vとすると、この6個直列分の順方向
電圧は3.6Vとなる。一方、正常動作時には電源電圧
VCと出力電圧VOとの差は5−3=2(V)であり、
したがって、これら直列ダイオードD3A〜D3Fはト
ランジスタQ1の動作には影響しない。電源に順方向の
異常電圧が印加され電源と端子T1との間の電圧が3.
6Vを越えると、ダイオードD3A〜D3Fが導通しこ
の異常電圧は3.6Vにクランプされる。これにより、
電源端子に印加される静電気等による異常電圧によるト
ランジスタQ1の破壊を防止することができる。
【0012】本発明の第2の実施例を示す図2を参照す
ると、コレクタエミッタ間のダイオードD3A〜D3F
の代りにトランジスタQ1のコレクタベース間に電源電
圧に順方向の極性に挿入された直列接続のダイオードD
4A〜D4Eを備える。トランジスタQ1のベースエミ
ッタ間順方向導通電圧VBEを0.6Vとすると、第1
の実施例と同様に、異常電圧が3.6Vを越えるとこれ
らダイオードD4A〜D4EおよびトランジスタQ1の
ベースエミッタ間が導通し、これによりトランジスタQ
1が導通しコレクタ電流が流れるので上記異常電圧は
3.6Vにクランプされる。この回路は第1の実施例に
比較してダイオードD4の直列個数を一個分減少でき
る。
ると、コレクタエミッタ間のダイオードD3A〜D3F
の代りにトランジスタQ1のコレクタベース間に電源電
圧に順方向の極性に挿入された直列接続のダイオードD
4A〜D4Eを備える。トランジスタQ1のベースエミ
ッタ間順方向導通電圧VBEを0.6Vとすると、第1
の実施例と同様に、異常電圧が3.6Vを越えるとこれ
らダイオードD4A〜D4EおよびトランジスタQ1の
ベースエミッタ間が導通し、これによりトランジスタQ
1が導通しコレクタ電流が流れるので上記異常電圧は
3.6Vにクランプされる。この回路は第1の実施例に
比較してダイオードD4の直列個数を一個分減少でき
る。
【0013】本発明の効果を計算機によりシミュレーシ
ョンした結果を示す図3を参照すると、この図の横軸は
時間tを縦軸は電源電圧VCと端子T1との間の電圧V
Sをそれぞれ表し、+250Vの電圧を容量200pF
のコンデンサに充電し電源電圧VCに印加した場合の電
圧VSの変化を示す。従来例(曲線1)に比し、第1お
よび第2の実施例(曲線2および3)では、ダイオード
D3あるいはD4によるクランプ動作により電圧VSは
短時間で放電される。ここで、抵抗R1は20KΩ、ト
ランジスタQ1はエミッタサイズが1.5μm×8μm
のバイポーラトランジスタ、ダイオードD3A〜D3F
はトランジスタQ1のコレクタとベースとを共通接続し
て形成したダイオードを用いた。
ョンした結果を示す図3を参照すると、この図の横軸は
時間tを縦軸は電源電圧VCと端子T1との間の電圧V
Sをそれぞれ表し、+250Vの電圧を容量200pF
のコンデンサに充電し電源電圧VCに印加した場合の電
圧VSの変化を示す。従来例(曲線1)に比し、第1お
よび第2の実施例(曲線2および3)では、ダイオード
D3あるいはD4によるクランプ動作により電圧VSは
短時間で放電される。ここで、抵抗R1は20KΩ、ト
ランジスタQ1はエミッタサイズが1.5μm×8μm
のバイポーラトランジスタ、ダイオードD3A〜D3F
はトランジスタQ1のコレクタとベースとを共通接続し
て形成したダイオードを用いた。
【0014】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明は上記実施例に限られることなく種々の変形が可能で
ある。例えば、MOSトランジスタを用いる回路におい
ても、本発明の主旨を逸脱しない限り適用できることは
勿論である。
明は上記実施例に限られることなく種々の変形が可能で
ある。例えば、MOSトランジスタを用いる回路におい
ても、本発明の主旨を逸脱しない限り適用できることは
勿論である。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体集
積回路装置は、トランジスタの保護対象電極間に正常動
作時の電圧に対し十分大きい順方向電圧を有するよう順
方向極性に挿入される直列接続された第2のダイオード
をさらに備えることにより、電源端子側に電源電圧と同
極性の静電気等による高い異常電圧が印加されたときで
も、この異常電圧に対するクランプ作用が完全にできる
ので、内部回路の破壊が防止できるという効果がある。
積回路装置は、トランジスタの保護対象電極間に正常動
作時の電圧に対し十分大きい順方向電圧を有するよう順
方向極性に挿入される直列接続された第2のダイオード
をさらに備えることにより、電源端子側に電源電圧と同
極性の静電気等による高い異常電圧が印加されたときで
も、この異常電圧に対するクランプ作用が完全にできる
ので、内部回路の破壊が防止できるという効果がある。
【図1】本発明の半導体集積回路装置の第1の実施例を
示す回路図である。
示す回路図である。
【図2】本発明の半導体集積回路装置の第1の実施例を
示す回路図である。
示す回路図である。
【図3】本発明の効果の一例を示すグラフである。
【図4】従来の半導体集積回路装置の一例を示す回路図
である。
である。
D1,D2,D3A〜D3F,D4A〜D4E ダイ
オード Q1〜Q5 トランジスタ
オード Q1〜Q5 トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03K 17/66 C 9184−5J
Claims (5)
- 【請求項1】 出力端子と電源端子との間に電源電圧に
対して順方向の極性で挿入され前記出力端子に印加され
る異常電圧を前記電源電圧にクランプすることにより前
記電源端子から電源の供給を受ける第1の電極を有する
保護対象トランジスタを含む内部回路を保護する保護用
の第1のダイオードを備える半導体集積回路装置におい
て、 前記保護対象トランジスタの前記第1の電極と他の2つ
の電極のうちのいずれか1つの電極である第2の電極と
の間にこれら第1および第2の電極間の正常動作時の電
圧に対し十分大きい順方向電圧を有するよう順方向極性
に挿入される予め定めた直列接続数の第2のダイオード
をさらに備えることを特徴とする半導体集積回路装置。 - 【請求項2】 前記トランジスタは前記第1および第2
の電極がそれぞれコレクタおよびエミッタであるバイポ
ーラトランジスタであり、 前記第2のダイオードの各々の順方向電圧の前記直列接
続数倍が前記コレクタと前記エミッタ間の正常時の動作
電圧の最大値より大きくなるように設定することを特徴
とする請求項1記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項3】 前記トランジスタは前記第1および第2
の電極がそれぞれコレクタおよびベースであるバイポー
ラトランジスタであり、 前記第2のダイオードの各々の順方向電圧の前記直列接
続数倍が正常動作時のコレクタベース間の電圧とベース
エミッタ間の順方向導通電圧との和の最大値より大きく
なるように設定す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。 - 【請求項4】 前記トランジスタは前記第1および第2
の電極がそれぞれドレインおよびソースであるMOSト
ランジスタであり、 前記第2のダイオードの各々の順方向電圧の前記直列接
続数倍が前記ドレインと前記ソース間の正常時の動作電
圧の最大値より大きくなるように設定することを特徴と
する請求項1記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項5】 前記トランジスタは前記第1および第2
の電極がそれぞれドレインおよびゲートであるMOSト
ランジスタであり、 前記第2のダイオードの各々の順方向電圧の前記直列接
続数倍が正常動作時のドレインゲート間の電圧とゲート
ソース間の順方向導通電圧との和の最大値より大きくな
るように設定す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。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5152543A JPH0722928A (ja) | 1993-06-24 | 1993-06-24 | 半導体集積回路装置 |
EP94109827A EP0631318A1 (en) | 1993-06-24 | 1994-06-24 | An integrated circuit having a diode voltage clamp for preventing damage by electrostatic discharge |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5152543A JPH0722928A (ja) | 1993-06-24 | 1993-06-24 | 半導体集積回路装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0722928A true JPH0722928A (ja) | 1995-01-24 |
Family
ID=15542761
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5152543A Pending JPH0722928A (ja) | 1993-06-24 | 1993-06-24 | 半導体集積回路装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0631318A1 (ja) |
JP (1) | JPH0722928A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6801087B2 (en) * | 2000-06-28 | 2004-10-05 | Infineon Technologies Ag | Integrated circuit with an analog amplifier |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6400541B1 (en) | 1999-10-27 | 2002-06-04 | Analog Devices, Inc. | Circuit for protection of differential inputs against electrostatic discharge |
Citations (5)
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JPS5869118A (ja) * | 1981-09-25 | 1983-04-25 | Fujitsu Ltd | スイッチング増幅方式 |
JPS6342217A (ja) * | 1986-08-07 | 1988-02-23 | Nec Corp | 半導体集積回路 |
JPS6316722B2 (ja) * | 1982-06-04 | 1988-04-11 | Nippon Kogaku Kk | |
JPH01318430A (ja) * | 1988-05-06 | 1989-12-22 | Salplex Ltd | モス エフ イー ティーパワースイッチ回路 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6068721A (ja) * | 1983-09-22 | 1985-04-19 | Fujitsu Ltd | Ecl回路 |
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