JPH0744650B2 - 信号処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の背景〕 この発明は信号処理装置に、特に出力信号処理用半導体
装置を正または負極性の過渡的な高電圧により生ずる電
気的ストレスによる損傷から保護する回路に関する。

トランジスタ等の半導体装置を損壊し得る過渡的な高電
圧は種々の態様で発生し得るが、例えば画像再生用映像
管を具備するテレビ受像機では、高電圧の映像管にアー
ク放電が生じたときこの過渡高電圧が生ずることがあ
る。この過渡高電圧はその受像機の信号処理回路に含ま
れるトランジスタの逆耐電圧を越えて、そのトランジス
タの接合に過大電流を流すことによりそのトランジスタ
を損壊するに足る大きさ、極性および持続時間を持つこ
とがある。この効果は一般にトランジスタを接続した回
路点または端子に過渡高電圧が誘起されたとき観測さ
れ、高感度の低レベル信号処理用トランジスタ回路を含
む集積回路から成る装置では特に厄介である。過渡的に
誘起された過大電流はトランジスタの半導体接合を破壊
し、そのトランジスタの電流利得特性を恒久的に劣化す
ることもある。

この過渡高電圧の影響を抑制するために種々の保護回路
が利用されている。

半導体ダイオードを適当な極性で各回路点に用いて保護
すべき高感度のトランジスタ回路から過渡電流を分流す
ることもできる。この目的にはダイオードを標準的でな
い技法または構造で製造する必要があることもあるが、
この条件のダイオードはその条件により集積回路の製造
過程が複雑化するため特に集積回路に用いる場合は不都
合なことが多い。どのような場合もそのダイオードが破
壊されることなく過渡高電圧による電気的ストレスに耐
えるための充分なエネルギ放散能力を持つこと、およそ
のダイオードがそれだけでまたはバイアス回路網を決め
るすべての関連閾値レベルと共に、保護する信号回路の
所要のインピーダンス特性または高周波応答を損じない
ことを注意して確認する必要がある。

また過渡高電圧を抑制するように特別に設計した抵抗ま
たはインピーダンス装置を使用することもできるが、こ
の装置は多くの回路用として設計の点から不経済で実用
性がなく、使用する信号処理回路のインピーダンス特性
および高周波応答を害することがある。

また能動トランジスタ保護回路を感知用インピーダンス
と共に用い、これを過渡高電圧が生じる可能性のある回
路点と保護すべき回路の双方に結合することある。この
構成では、保護トランジスタは感知用インピーダンスに
発生する閾値導通電圧に応じて導通したとき保護すべき
回路から過渡的に誘起された電流を放流する働らきをす
る。この構成は信号処理回路の保護に用いると感知用イ
ンピーダンスがその保護される信号処理回路に関連する
他のインピーダンスを変えるため不都合であり、またそ
の回路点に生ずることのあるすべての寄生キヤパシタン
スと低域濾波器を形成してその回路点に普通生ずる高周
波数信号を減衰させることもある。

〔発明の概要〕

この発明によつて構成された過渡保護回路は上述のよう
な欠点がなく、特に保護すべき回路を含む集積回路の製
造に適する。すなわちこの保護回路は保護すべき回路の
所望信号処理特性（例えば高周波数応答またはインピー
ダンス特性）を損わずに正負両極性の過渡高電圧に対す
る保護を与える。

この発明による保護回路は不所望な過渡高電圧を生じ得
る信号出力端子とその過渡高電圧によつて生ずる電気的
ストレスによる損傷を受け易い半導体装置を含む信号処
理装置に含まれ、通常導通してその半導体装置からエミ
ツタ出力を介してその出力端子に信号を伝送する一方の
導電型の第１トランジスタと、通常非導通の反対導電型
の第２トランジスタを含んでいる。この第１および第２
のトランジスタのベース電極は一緒に接続され、エミツ
タ電極は共に出力端子に接続され、コレクタ電極は各動
作電位点に接続されている。出力端子における一方の極
性の過渡高電圧に付随する過渡電流は第１トランジスタ
のコレクタ・エミツタ電路を介して関連する動作電位点
に放流され、第２のトランジスタは出力端子の反対極性
の過渡高電圧に応じて導通して、付随する過渡電流をそ
のコレクタ・エミツタ電路を介して関連する動作電位点
に放流する。

〔詳細な説明〕

信号源10からの輝度信号と信号源12からのクロミナンス
信号は、カラーテレビジヨン受像機に含まれる輝度およ
びクロミナンス信号処理回路15の２つの信号入力端子1
3、14に供給される。処理回路15（例えば集積回路）は
公知のように輝度信号とクロミナンス信号を組合せて出
力端子21、22、23にそれぞれ色画像信号ｒ、ｇ、ｂを発
生する。この色信号は映像管駆動増幅器24、25、26によ
り増幅されて高レベルの増幅色映像信号Ｒ、Ｇ、Ｂとな
り、カラー映像管30の各別の強度制御陰極に印加され
る。動作電圧源35は映像管30用の複数種の動作電圧を供
給する。この電圧には映像管30の陽極バイアス用の2500
0V級の高電圧や、他の電極（例えば陰極、遮蔽格子およ
び集束電極）バイアス用の数100V級の電圧が含まれる。

処理回路15は出力端子21、22、23に結合されて、その端
子に高電圧が生じたとき損壊される怖れのある出力回路
を有する。テレビジヨン受像機では、このような高電圧
の主要源は映像管のアーク放電の発生による過渡であ
る。映像管のアーク放電は例えば受像機の調整時に高電
圧陽極と受像機シヤーシとの間に生じることがあり、ま
た受像機の正常動作中に陽極と他の（定電位の）１つ以
上の電極との間で予想外に起ることもあるが、何れの場
合にも、振動性を持ち、正負の電圧ピークがその回路端
子においてしばしば100Vを起え、持続時間がないし数μ
秒に達する過渡高電圧を発生させる。

半導体回路装置が過渡高電圧により損壊される確率は、
その回路が高電圧源の近傍に位置して高電圧の過渡的変
化の可能性が大きいとき増大する。ここでは処理回路15
の信号出力端子が映像管30の陰極に高電圧出力信号を供
給する映像管駆動増幅器24、25、26に接続され、その増
幅器24、25、26が電源35により供給されるような高電圧
（例えば＋230V）で一般にバイアスされている。電源35
は上述のように映像管30の動作電圧も供給する。

処理回路15は各色信号を出力端子21、22、23に印加する
複数個の信号処理回路を含んでいる。図では端子21に結
合された赤の色信号ｒに関係する信号処理出力結合回路
網の部分だけをトランジスタ40、44、45と抵抗41で構成
されたように示したが、他の色信号ｇ、ｂの出力端子2
2、23にも同様の構成の信号処理結合回路が付随する。

トランジスタ40はコレクタ負荷抵抗41の両端間の増幅信
号を生ずる低電圧低電力信号増幅器を構成し、映像管の
アーク放電により出力端子21に生じ得るような過渡高電
圧を受け得る状態にあれば、損壊され易い。このような
過渡高電圧は（しばしばピーク・ピーク振幅が100V以上
あり）またトランジスタ40と抵抗41が同じ集積回路に形
成されているとき、小面積の集積回路抵抗は一般に過渡
誘起大電流に付随するような大量の熱エネルギを速やか
に放散し得ないため、負荷抵抗41を損壊することがあ
る。

信号トランジスタ40と抵抗41はnpnトランジスタ44とpnp
トランジスタ45を含む回路により過渡高電圧から保護さ
れる。トランジスタ44は信号処理回路のため通常導通し
ており、トランジスタ40から端子21に低エミツタ出力イ
ンピーダンスで出力信号を伝送するエミツタホロワを構
成している。このホロワトランジスタ44のエミツタは集
積処理回路15の外部に設けた負荷抵抗51を介して基準接
地電位に戻されている。抵抗51を処理回路15の外部に設
けることは、その処理回路15の集積回路の抵抗51の放散
エネルギによる加熱を減ずる上で望ましい。しかし抵抗
51を処理回路15に含めることもできる。ホロワトランジ
スタ44のコレクタは正の直流動作電位源＋Vccに直結さ
れている。

pnpトランジスタ45のベースおよび低インピーダンスエ
ミツタ電極はnpnトランジスタ44のベースおよび低イン
ピーダンスエミツタ電極にそれぞれ直結され、トランジ
スタ45のコレクタは接地基準電位点に直結されている。
正常状態では、pnpトランジスタ45のベース・エミツタ
接合バイアス電圧が、通常導通するトランジスタ44のベ
ース・エミツタ接合電圧により直接設定されるため、正
規の信号処理状態ではpnpトランジスタのベース・エミ
ツタ接合がトランジスタ44の順バイアスベース・エミツ
タ接合に生ずる電圧により逆バイアスされ、従つてpnp
トランジスタ45は通常非導通で、通常増幅トランジスタ
40とホロワトランジスタ44を介して出力端子21に伝送さ
れる信号に影響しない。

端子21に生ずる負向き過渡高電圧に付随する電流はこれ
を信号増幅トランジスタ40を避けて放流するための電流
路を与えるnpnトランジスタ44を流れる。この電流路の
過渡誘起電流は動作電位源＋Vccからトランジスタ44の
コレクタ・エミツタ電路と端子21を通つて過渡高電圧源
に流れる。pnpトランジスタ45は負の過渡高電圧に対し
ては非導通のまゝである。

端子21の正の過渡高電圧はpnpトランジスタ45を順バイ
アスしてこれを導通させ、トランジスタ45はその過渡高
電圧で誘起された電流をトランジスタ40を避けて放流す
る電流路を与える。この場合、過渡誘起電流はトランジ
スタ45のエミツタ・コレクタ電路を通つて大地に放流さ
れる。またトランジスタ45のベース電流は過渡高電圧に
より誘起された遥かに大きいトランジスタ45のエミツタ
電流に比例して増大し、npnトランジスタ44のベース電
圧をそれに比例して上昇させる。トランジスタ44のベー
ス電圧がトランジスタ44のベース・コレクタ接合を順バ
イアスするに足る大きさになれば、過渡誘起電流放流用
の電路が今１つできる。この電流はpnpトランジスタ45
のエミツタ・ベース接合、npnトランジスタ44の順バイ
アスベース・コレクタ接合および＋Vcc電源を含んでい
る。この電路を流れるすべての電流はpnpトランジスタ4
5のエミツタ・ベース電路を介して大地に放流される過
渡誘起電流より著しく小さい。

上述の保護回路は僅かの部品しか要しない利点があり、
トランジスタ44、45も大型の高電力装置である必要はな
い。このためこの保護回路は限られた利用面積しかない
集積回路に用いるのに有利である。トランジスタ44、45
は過渡高電圧に応じて導通したとき本来自己制限型過渡
電流導通を示すが、このような固有の制限された過渡電
流導通はトランジスタ44、45の分布コレクタ抵抗に起因
し、このためトランジスタ44、45を通常のベース・エミ
ツタ接合型で使用することができる。その上、この保護
回路は正規の信号処理における処理回路15の出力周波数
応答または出力インピーダンスを変えない。これについ
てはホロワトランジスタ44が負の過渡高電圧の存在する
とき保護を与えつゝ、通常映像管駆動増幅器24の入力条
件に従つて低インピーダンスで出力信号を生ずる。

トランジスタ44、45は通常の構成の装置でよい。例えば
映像管の放電に付随する過渡高電圧の場合には、実効高
インピーダンスを介して出力端子21に過渡高電圧が誘起
されるが、そのインピーダンスはトランジスタ44、45の
低エミツタインピーダンスと共働してその過渡高電圧を
著しく減衰させる。しかしこのような過渡電圧には一般
に極めて破壊的な電流が付随する。前述のように、トラ
ンジスタ44、45を流れる過渡電流はその大きさがそのト
ランジスタの固有分布コレクタ抵抗により制限される
上、この大過渡電流に付随する熱エネルギは、通常のト
ランジスタではコレクタ領域が比較的大きくてその熱エ
ネルギを非破壊的に拡散させる助けをするため、トラン
ジスタ44、45によつて耐えることができる。

上述の保護回路は過渡高電圧に付随し得るような大量の
エネルギを完全に放散または制限することのできない比
較的小面積の形状を持つすべての半導体装置（例えば特
に集積回路のトランジスタ、ダイオード、抵抗等）の保
護に適している。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明による保護回路を備えた回路網を含むテレ
ビジヨン受像機の一部を示す図である。 21……出力端子、40……半導体装置、44……第１のトラ
ンジスタ、45……第２のトランジスタ、＋Vcc……第１
の動作電位。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】不所望な過渡高電圧が生じ得る出力端子
   と、過渡高電圧で生ずる電気的ストレスで損傷され易い
   半導体装置とを含み； 上記半導体装置に結合された入力第１電極と、上記出力
   端子に結合された低インピーダンスの第２電極と、第１
   の動作電位点に直接結合された第３電極とを有し、上記
   第２電極がその主電流導通路を決定し、また通常上記半
   導体装置から上記出力端子へ信号を伝送する一方の導電
   型の通常導通の第１のトランジスタと、 上記第１のトランジスタの第１電極に結合された入力第
   １電極と、上記第１のトランジスタの第２電極と上記出
   力端子とに結合された低インピーダンスの第２電極と、
   第２の動作電位点に直接結合された第３電極とを有し、
   上記第２電極がその主電流導通路を決定する上記第１の
   トランジスタと反対の導電型の通常非導通の第２のトラ
   ンジスタとを具備し、 上記第２のトランジスタは上記出力端子に第１の極性で
   生じる過渡高電圧に応じて導通してその過度高電圧に関
   連する過渡電流を当該第２のトランジスタの主電流導通
   路を介して上記第２の動作電位点に放流し、上記第１の
   トランジスタは反対極性の過渡高電圧に関連する過渡電
   流をその主電流導通路を介して上記第１の動作電位点に
   放流するように動作する、信号処理装置。