JPH09293835A - 入力保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ブレークダウン電圧を可変に制御
することができる保護回路を有する信号入力保護回路を
提供することを目的としている。 【解決手段】 信号入力部５と、この入力部に入力され
る信号を処理する回路３との間に一方の端子が並列的に
接続され、他方の端子が接地されるダイオード成分２１
と、このダイオード成分のブレークダウン電圧を変化さ
せる制御手段２９とを備える入力保護回路。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、入力保護回路で
あって、特にブレークダウン電圧を制御することが可能
な過電圧保護機能をもつ入力保護回路に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】 一般的な電装装置においては、その入
力部において処理するべき信号を取り入れる際に、サー
ジ電圧等の突発的な過電圧に対する保護回路として、例
えばダイオード等をグランド端子の間に設けることが行
われている。これにより、通常の規格の電圧で信号が供
給された場合はダイオードの整流機能により信号はグラ
ンドに流れることはない。しかし、ダイオードのブレー
クダウン電圧を越える過電圧等があれば、この電圧はグ
ランドに流入するため、後の処理回路には過電圧等が供
給することはないので、過電圧等から処理回路を保護す
ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年の電装装
置の多様化により、例えば一つの入力端子を用いて３．
３Ｖ規格の信号と５Ｖ規格の信号とが場合により、それ
ぞれ供給される使われ方がされる場合がある。このよう
な場合、一種類のダイオードを保護ダイオードとして設
けたのでは、ブレークダウン電圧も一種類であるため、
格規格の信号に応じたきめ細かな保護が難しいという問
題がある。又、保護ダイオードに適切な不純物濃度が回
路トランジスタに適切な不純物濃度と必ずしも一致しな
いため、ブレークダウン電圧の設定のためにマスク、イ
オン注入の工程を加える必要が生じるという問題もあ
る。

【０００４】本発明は、上述した課題に応じてなされる
ものであり、適正なブレークダウン電圧を可変に設定す
ることにより、適切な保護機能を実現する入力保護回路
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、信号入力部と
前記信号入力部から入力される信号を処理する信号処理
回路との間に一方の端子が並列的に接続され、他方の端
子が接地されるダイオードと、前記ダイオードのブレー
クダウン電圧の制御手段とを備える入力保護回路に係
る。

【０００６】又、本発明は、前記ダイオードは、単一の
ゲート電極を備え、前記制御手段は前記単一のゲート電
極に定電圧を継続的に印加する定電圧回路を備えること
を特徴とする入力保護回路に係る。前記ダイオードは、
浮遊ゲート電極と制御ゲート電極とからなる積層ゲート
構造を備えるものであれば好適である。前記浮遊ゲート
電極に蓄積される電荷量を制御する電荷調整手段を備え
るものであれば更に好適である。前記電荷調整手段は、
複数の動作モードを有し、前記動作モードの切り換えを
行う切り換え手段を更に備えるものであれば好適であ
る。

【０００７】又、本発明は、信号入力部と前記信号入力
部から入力される信号を処理する信号処理回路との間に
並列的に接続されるドレイン電極と、接地されたソース
電極と、浮遊ゲート電極と制御ゲート電極とからなる積
層ゲート電極とを備える浮遊ゲート型トランジスタと、
前記浮遊ゲート電極に蓄積される電荷量を制御すること
で前記浮遊ゲート型トランジスタのダイオードとしての
ブレークダウン電圧を制御可能にする制御手段とを備え
る入力保護回路に係る。

【０００８】更に、本発明は、信号入力部と前記信号入
力部から入力される信号を処理する信号処理回路との間
に並列的に接続されるドレイン電極と、浮遊ゲート電極
と制御電極とからなる積層ゲート電極とを備え基板が接
地される浮遊ゲート型トランジスタと、前記浮遊ゲート
電極に蓄積される電荷量を制御することで前記浮遊ゲー
ト型トランジスタのダイオードとしてのブレークダウン
電圧を制御可能にする制御手段とを備える入力保護回路
に係る。

【０００９】本発明は上記構造により、従来のように回
路を形成する際に回路定数として単一のブレークダウン
電圧が与えられるのではなく、上記の制御手段により必
要に応じてブレークダウン電圧を適切な値に設定するこ
とが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１１】図１は、本発明に係る第１の実施形態であ
る入力保護回路を示す回路図、図２は、本発明に係る第
１の実施形態である入力保護回路を示す断面図である。
これらの図において、入力端子５は、保護回路１１と、
信号を処理すべき処理回路３に接続されている。

【００１２】又、図２において、保護回路１１は、Ｎ型
拡散層１７と接地電位に接続されるＰ型拡散層１９とを
もち、更に、フローティングゲート１５、コントロール
ゲート１３をもつ。又、各ゲートと拡散層１７、１９と
の間は絶縁膜で満たされている。

【００１３】上記構造により、本発明に係る入力保護回
路では、拡散層のＰＮ接合のブレークダウン電圧は、コ
ントロールゲートから印加された電圧に応じて、フロー
ティングゲートに対して電荷の注入及び引き抜きを行な
うことで決定される。つまり、コントロールゲートにプ
ラス側の電圧を印加することでフローティングゲートに
適宜注入或いは引き抜かれた所定の電荷量に応じて、拡
散層１７、１９のＰＮ接合のブレークダウン電圧は変動
するものである。従って、フローティングゲートに電荷
を注入又は引き抜きを行ない電荷量を適宜設定すること
で、所望のブレークダウン電圧を得ることができる。こ
れにより、例えば、５Ｖ信号を入力して処理回路を使用
している場合から今度は３．３Ｖ信号を入力して使用し
ている場合に切り替える際に、ブレーク電圧も例えば、
５．５Ｖから３．６Ｖに変更することができる。従っ
て、５．５Ｖから３．６Ｖへ或いは３．６Ｖから５．５
Ｖへの変更量に応じた所定の電圧をコントロールゲート
に印加することにより、ブレークダウン電圧の適切な変
更が可能となる。

【００１４】又、図３は、本発明に係る第２の実施形態
である入力保護回路を示す回路図、図４は、本発明に係
る第２の実施形態である入力保護回路を示す断面図であ
る。

【００１５】これらの図において、この実施例では、保
護回路としてフローティングゲートＦＥＴ２１が与えら
れるものである。断面図４においては、Ｎ型拡散層２
３、Ｐ型拡散層２７が更に加わり、一般的なフローティ
ングゲートＦＥＴの構成を示している。

【００１６】この場合も、図示しない電荷制御回路から
印加される電位に応じて適宜電荷の注入又は引き抜きを
行ったフローティングゲートにより、適切なブレークダ
ウン電圧が設定されることは上記した場合と同様であ
る。

【００１７】又、図５は、本発明に係る第３の実施形態
である入力保護回路を示す回路図である。

【００１８】この図において、入力保護回路は、より実
際的な複数の形態を取っている。入力端子５は、それぞ
れ保護回路２１に接続されて、信号処理回路３に接続さ
れる。更に、保護回路２１のフローティングゲートＦＥ
Ｔのコントロールゲートは、電荷制御回路２９にそれぞ
れ接続されている。

【００１９】上記した構造により、保護回路２１は、電
荷制御回路２９からコントロールゲートに印加される電
圧に応じて、そのフローティングゲートに対し所定量の
電荷を注入又は引き抜きを行い電荷量を調整する。これ
により、このフローティングゲートＦＥＴのＰＮ構造の
ブレークダウン電圧は適切に変更されることになる。従
って、従来のように固定的なダイオードのブレークダウ
ン電圧ではなく、必要に応じたブレークダウン電圧を自
在に設定することができる。

【００２０】又、この電荷制御回路２９は、浮遊ゲート
型トランジスタ２１の浮遊ゲート電極に蓄積される電荷
量を調整する。具体的には、浮遊ゲート電極へ電荷を注
入する場合には、パッド５に５Ｖ（又は３．３Ｖ）が印
加されている状態において、制御ゲート電極に１２Ｖを
印加して、ホットエレクトロン注入による電荷の注入を
行なう。一方、浮遊ゲートから電荷を引き抜く場合に
は、パッド５に５Ｖ（又は３．３Ｖ）が印加されている
状態において、制御ゲート電極に−１０Ｖを印加して、
Ｆ−Ｎトンネル電流による電荷の注入を行う。

【００２１】なお、図５、図６における浮遊ゲートトラ
ンジスタ２１を図１における浮遊ゲート型トランジスタ
１１に置き換えることも可能である。この場合、浮遊ゲ
ート型トランジスタ１１の浮遊ゲート電極に蓄積される
電荷量を調整する電荷制御回路２９は次のように動作さ
せる必要がある。すなわち、浮遊ゲート電極へ電荷を注
入する場合には、パッド５に０Ｖとして、制御ゲート電
極に２０Ｖを印加して、Ｆ−Ｎトンネル電流による電荷
の引き抜きを行う。一方、パッド５に５Ｖ（又は３．３
Ｖ）が印加されている状態において、制御ゲート電極に
−１０Ｖを印加して、Ｆ−Ｎトンネル電流による電荷の
引き抜きを行なう。

【００２２】従って、図５及び図６に示す態様並びにこ
れらの図における浮遊ゲート型トランジスタ２１を図１
における浮遊ゲート型トランジスタ１１に置き換えた形
態においては、パッド５の印加電圧を制御する図示しな
いパッド電圧制御手段が必要となる。この図示しないパ
ッド電圧制御手段と電荷制御回路２９とはタイミング制
御され、浮遊ゲート電極に蓄積される電荷量の制御を行
なう。

【００２３】又、図６は、本発明に係る第４の実施形態
である入力保護回路を示す回路図である。

【００２４】これらの図において、３．３Ｖ／５Ｖの切
換回路３１は、入力端子５と電荷制御回路２９に接続さ
れている。

【００２５】この切換回路３１により、例えば入力端子
から与えられる信号は３．３Ｖと５Ｖとの間で切り替え
ることができる。この切換は、入力端子からの指示信号
で変更が可能である。ここで、例えば３．３Ｖから５Ｖ
に入力信号が変更になると、この変更に応じて電荷制御
回路２９に指示が与えられ、３．３Ｖのブレークダウン
電圧３．６Ｖから、５Ｖのブレークダウン電圧５．５Ｖ
へ変更されるべく、それに適した電圧がフローティング
ゲートＦＥＴのコントロールゲートに印加される。これ
により、ブレークダウン電圧は自動的に入力信号に適し
たものに変更されることになる。

【００２６】又、図７は、本発明に係る第５の実施形態
である入力保護回路を示すブロック図である。この入力
保護回路は、シングルゲートトランジスタ３１を備えて
いる。このトランジスタ３１のソース電極は接地され、
ドレイン電極は入力手段５と信号処理回路３とを接続す
るライン上のノードＮに接続され、このトランジスタが
入力手段５と信号処理回路３との関係において並列に接
続される。このようなトランジスタ３１は実質的にダイ
オードが接続しているのと等価である。トランジスタ３
１のゲート電極には所定の定電圧が電荷制御回路３９に
より印加され、信号処理回路３の入力保護が必要とされ
る間、その低電圧は維持される。これにより等価ダイオ
ードの電圧を更に別の値に設定する必要がある場合に
は、モード切換回路４１により定電圧値を変更すること
ができる。

【００２７】なお、図７では一つのシングルゲート型ト
ランジスタ３１が電荷制御回路３９に接続されている
が、図５及び図６に示すように、一つの電荷制御回路に
対して複数のトランジスタ３１が接続する態様は本発明
に係る変形例の一つであり、本願発明の技術思想を逸脱
するものではない。

【００２８】本発明は、上記の実施例に限定されるもの
ではなく、その技術思想の範囲内で様々に変更して実施
が可能であることは言うまでもない。例えば、ブレーク
ダウン電圧は降下するだけでなく、調整される電荷の極
性により上昇させることも可能である。又更に、供給さ
れる電位は３．３Ｖ／５Ｖに限るものではなく様々な値
に対応することは言うまでもない。

【００２９】特に、本発明は以下に述べるような種々の
発明に係る形態１〜１４を包含するものである。

【００３０】形態１ 処理回路に信号を供給する入力端
子と、前記入力端子と前記処理回路との間に並列に結合
し、前記信号を受ける第１導電型の第１拡散層と、前記
第１拡散層に隣合って設けられ接地端子に接続される第
２導電型の第２拡散層と、前記第２拡散層の上方に絶縁
層を介して設けられる浮遊型ゲート端子と、前記浮遊型
ゲート端子の上方に絶縁層を介して設けられる制御ゲー
ト端子と、を具備する入力保護回路。

【００３１】本発明は上記構造により、いわゆるフロー
ティングゲートＦＥＴの構造（不完全ではあるが）によ
り、フローティングゲート電極に蓄電されている電荷量
に応じて、ブレークダウン電圧を可変に設定することが
できる。つまり、このフローティングゲート電極に蓄電
する電荷の量を調整することで、ブレークダウン電圧を
入力信号の大きさ、例えば３．３Ｖや５Ｖ等に応じて設
定することができる。

【００３２】形態２ 処理回路に信号を供給する入力端
子と、前記入力端子と前記処理回路との間に並列に結合
し、前記信号を受ける第１導電型の第１拡散層と、前記
第１拡散層に隣合って設けられ接地端子に接続される第
２導電型の第２拡散層と、前記第２拡散層に隣合って設
けられ第１導電型の第３拡散層と、前記第２拡散層の上
方に絶縁層を介して設けられる浮遊型ゲート端子と、前
記浮遊型ゲート端子の上方に絶縁層を介して設けられる
制御ゲート端子と、を具備する入力保護回路。

【００３３】上記構造により、フローティングゲートＦ
ＥＴの構造を用いた入力保護回路の場合も同様に、フロ
ーティングゲート電極に蓄電する電荷量に応じて、ブレ
ークダウン電圧を制御することができる。

【００３４】形態３ 処理回路に信号を供給する入力端
子と、前記入力端子と前記処理回路との間に並列に結合
し、前記信号が供給される導電路の一端と、接地端子に
接続される前記導電路の他端と、前記導電路の上方に絶
縁層を介して設けられる浮遊型ゲート端子と、前記浮遊
型ゲート端子の上方に絶縁層を介して設けられる制御ゲ
ート端子と、を有するＦＡＭＯＳＦＥＴと、を具備する
入力保護回路。

【００３５】形態４ 前記浮遊型ゲート端子に蓄積され
る電荷の量を調整することで、前記第１拡散層と第２拡
散層との間のＰＮ接合のブレークダウン電圧を可変に設
定する電荷制御手段、を更に具備する形態１又は２の入
力保護回路。

【００３６】上記構造により、電荷制御回路をも具備す
る入力保護回路であり、これにより適切な電荷がフロー
ティングゲートに供給される。

【００３７】形態５ 前記浮遊型ゲート端子に蓄積され
る電荷の量を調整することで、前記第１及び第２拡散層
間のＰ−Ｎ接合のブレークダウン電圧を可変に設定する
電荷制御手段、を更に具備する形態３の入力保護回路。

【００３８】本発明も、電荷制御回路をも具備する入力
保護回路であり、これにより適切な電荷がフローティン
グゲートに供給される。

【００３９】形態６ 前記処理回路が３．３Ｖの信号を
処理するか、５Ｖの信号を処理するかを指示する指示信
号を出力する信号切換回路と、前記指示信号を受けこれ
に応じた電荷量の電荷を前記浮遊型ゲート端子に供給す
ることで、前記第１拡散層と第２拡散層との間のＰＮ接
合のブレークダウン電圧を、前記処理回路に供給される
信号の電圧量に応じた値に設定する電荷制御手段と、を
更に有することを特徴とする形態１又は２の入力保護回
路。

【００４０】これにより、例えば３．３Ｖと、５Ｖとの
信号の切換に応じてブレークダウン電圧を可変すること
ができる。

【００４１】形態７ 前記処理回路が３．３Ｖの信号を
処理するか、５Ｖの信号を処理するかを指示する指示信
号を出力する信号切換回路と、前記指示信号を受けこれ
に応じた電荷量の電荷を前記浮遊型ゲート端子に供給す
ることで、前記第１及び第２拡散層間のＰ−Ｎ接合のブ
レークダウン電圧を、前記処理回路に供給される信号の
電圧量に応じた値に設定する電荷制御手段と、を更に有
することを特徴とする形態３の入力保護回路。

【００４２】形態８ 処理回路に複数の信号を供給する
複数の入力端子と、前記複数の入力端子のそれぞれと前
記処理回路との間に並列に結合し、前記複数の信号をそ
れぞれ受ける第１導電型の複数の第１拡散層と、前記複
数の第１導電型にそれぞれ隣合って設けられ接地端子に
接続される第２導電型の複数の第２拡散層と、前記複数
の第２拡散層の上方にそれぞれ絶縁層を介して設けられ
る複数の浮遊型ゲート端子と、前記複数の浮遊型ゲート
端子の上方にそれぞれ絶縁層を介して設けられる複数の
制御ゲート端子と、を具備する入力保護回路。

【００４３】形態９ 前記処理回路に複数の信号を供給
する複数の入力端子と、前記複数の入力端子のそれぞれ
と前記処理回路との間に並列に結合し、前記複数の信号
をそれぞれ受ける第１導電型の複数の第１拡散層と、前
記複数の第１導電型にそれぞれ隣合って設けられ接地端
子に接続される第２導電型の複数の第２拡散層と、前記
複数の第２拡散層にそれぞれ隣合って設けられ第１導電
型の複数の第３拡散層と、前記複数の第２拡散層の上方
にそれぞれ絶縁層を介して設けられる複数の浮遊型ゲー
ト端子と、前記複数の浮遊型ゲート端子の上方にそれぞ
れ絶縁層を介して設けられる複数の制御ゲート端子と、
を具備する入力保護回路。

【００４４】形態１０ 処理回路に複数の信号を供給す
る複数の入力端子と、前記複数の入力端子と前記処理回
路との間に並列に結合し、前記複数の信号の一つが供給
される導電路の一端と、接地端子に接続される前記導電
路の他端と、前記導電路の上方に絶縁層を介して設けら
れる浮遊型ゲート端子と、前記浮遊型ゲート端子の上方
に絶縁層を介して設けられる制御ゲート端子と、を有す
る複数のＦＡＭＯＳＦＥＴと、を具備する入力保護回
路。

【００４５】形態１１ 前記複数の浮遊型ゲート端子に
所定の電荷をそれぞれ供給することで、前記複数の第１
拡散層と第２拡散層との間のＰＮ接合のブレークダウン
電圧をそれぞれ可変に設定する複数の電荷制御手段、を
更に具備する形態８又は９の入力保護回路。

【００４６】形態１２ 前記複数の浮遊型ゲート端子に
所定の電荷をそれぞれ供給することで、前記第１及び第
２拡散層間のＰ−Ｎ接合のブレークダウン電圧をそれぞ
れ可変に設定する複数の電荷制御手段、を更に具備する
形態１０の入力保護回路。

【００４７】形態１３ 前記処理回路が３．３Ｖの信号
を処理するか、５Ｖの信号を処理するかを指示する指示
信号を出力する信号切換回路と、前記指示信号を受けこ
れに応じた電荷量の電荷を前記複数の浮遊型ゲート端子
にそれぞれ供給することで、前記複数の第１拡散層と第
２拡散層との間のＰＮ接合のブレークダウン電圧を、前
記処理回路に供給される信号の電圧量に応じた値にそれ
ぞれ設定する電荷制御手段と、を更に有することを特徴
とする形態８又は９の入力保護回路。

【００４８】この場合も同様に、３．３Ｖと、５Ｖとの
信号の切換に応じてブレークダウン電圧を可変すること
ができる。

【００４９】形態１４ 前記処理回路が３．３Ｖの信号
を処理するか、５Ｖの信号を処理するかを指示する指示
信号を出力する信号切換回路と、前記指示信号を受けこ
れに応じた電荷量の電荷を前記複数の浮遊型ゲート端子
にそれぞれ供給することで、前記第１及び第２拡散層間
のＰ−Ｎ接合のブレークダウン電圧を、前記処理回路に
供給される信号の電圧量に応じた値にそれぞれ設定する
電荷制御手段と、を更に有することを特徴とする形態１
０の入力保護回路。

【００５０】この場合は、より実際的な扱う信号が複数
の場合の、本発明の特徴を持つ入力保護回路であり、同
様にブレークダウン電圧を適宜変更することができる。

【００５１】

【発明の効果】以上、本発明によれば、ブレークダウン
電圧を可変に制御することができ、これにより、例えば
異なる電位の入力信号を切り替えて用いる場合、適切な
ブレークダウン電位を設定することができる保護回路を
有する信号入力保護回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施形態である入力保護回
路を示す回路図。

【図２】本発明に係る第１の実施形態である入力保護回
路を示す断面図。

【図３】本発明に係る第２の実施形態である入力保護回
路を示す回路図。

【図４】本発明に係る第２の実施形態である入力保護回
路を示す断面図。

【図５】本発明に係る第３の実施形態である入力保護回
路を示す回路図。

【図６】本発明に係る第４の実施形態である入力保護回
路を示す回路図。

【図７】本発明に係る第５の実施形態である入力保護回
路を示すブロック図。

【符号の説明】

３ … 処理回路 ５ … 入力パッド １１ … フローティングゲートＦＥＴ（不完全） １３ … 制御ゲート端子 １５ … フローティングゲート端子 ２１ … フローティングゲートＦＥＴ ２９ … 電荷制御回路 ３１ … ３．３Ｖ／５Ｖ切換回路

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号入力部と前記信号入力部から入力さ
   れる信号を処理する信号処理回路との間に一方の端子が
   並列的に接続され、他方の端子が接地されるダイオード
   と、前記ダイオードのブレークダウン電圧の制御手段と
   を備える入力保護回路。
2. 【請求項２】 前記ダイオードは、単一のゲート電極を
   備え、前記制御手段は前記単一のゲート電極に定電圧を
   継続的に印加する定電圧回路を備えることを特徴とする
   請求項１に記載の入力保護回路。
3. 【請求項３】 前記ダイオードは、浮遊ゲート電極と制
   御ゲート電極とからなる積層ゲート構造を備えることを
   特徴とする請求項１に記載の入力保護回路。
4. 【請求項４】 前記浮遊ゲート電極に蓄積される電荷量
   を制御する電荷調整手段を備えることを特徴とする請求
   項２に記載の入力保護回路。
5. 【請求項５】 前記電荷調整手段は、複数の動作モード
   を有し、前記動作モードの切り換えを行う切り換え手段
   を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の入力保
   護回路。
6. 【請求項６】 信号入力部と前記信号入力部から入力さ
   れる信号を処理する信号処理回路との間に並列的に接続
   されるドレイン電極と、接地されたソース電極と、浮遊
   ゲート電極と制御ゲート電極とからなる積層ゲート電極
   とを備える浮遊ゲート型トランジスタと、前記浮遊ゲー
   ト電極に蓄積される電荷量を制御することで前記浮遊ゲ
   ート型トランジスタのダイオードとしてのブレークダウ
   ン電圧を制御可能にする制御手段とを備える入力保護回
   路。
7. 【請求項７】 信号入力部と前記信号入力部から入力さ
   れる信号を処理する信号処理回路との間に並列的に接続
   されるドレイン電極と、浮遊ゲート電極と制御電極とか
   らなる積層ゲート電極とを備え基板が接地される浮遊ゲ
   ート型トランジスタと、前記浮遊ゲート電極に蓄積され
   る電荷量を制御することで前記浮遊ゲート型トランジス
   タのダイオードとしてのブレークダウン電圧を制御可能
   にする制御手段とを備える入力保護回路。