JPH10173499A - 出力ドライバ回路及び半導体装置 - Google Patents
出力ドライバ回路及び半導体装置Info
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- JPH10173499A JPH10173499A JP8329453A JP32945396A JPH10173499A JP H10173499 A JPH10173499 A JP H10173499A JP 8329453 A JP8329453 A JP 8329453A JP 32945396 A JP32945396 A JP 32945396A JP H10173499 A JPH10173499 A JP H10173499A
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- H03K—PULSE TECHNIQUE
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- H03K19/003—Modifications for increasing the reliability for protection
- H03K19/00315—Modifications for increasing the reliability for protection in field-effect transistor circuits
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Abstract
したり、出力ドライバ回路用の昇圧回路を設けたり、出
力ドライバ回路の出力端に接続されたMOSトランジス
タのゲート酸化膜を厚くしたりする必要をなくする。 【解決手段】電源回路121は、電源電位VDDと出力
端子の電位Voとのうち高い方の電位に略等しい電位V
wを生成することにより、pMOSトランジスタQuの
nウエルの電位VwをpMOSトランジスタQuのソー
スS及びドレインDの電位以上にする。電源回路122
は、Vo<VDDのとき、VDD−Vthに略等しい電位
Vsを生成し、Vo>VDDのとき、オフになって出力
端子OUTからpMOSトランジスタQuを通り電源電
位VDDへ電流が流れるのを防止している。ここにVth
は、MOSトランジスタの敷居電圧である。
Description
及びこれを備えた半導体装置に関する。
の微細化に伴い、電源電圧の低圧化及び多ピン化が行わ
れ、複数の半導体装置間が接続された装置では複数の電
源電圧が必要になっている。図4は、従来の出力ドライ
バ回路及びその周辺部を示す。
は、双方向バスライン30で接続されている。半導体装
置10内では、その出力段に、プリドライバ回路11の
出力信号S1及びS2で動作する出力ドライバ回路12
が形成されている。出力ドライバ回路12は、pMOS
トランジスタQuのソースS及びドレインDがそれぞれ
電源電位VDDの配線及び出力端子OUTに接続され、
nMOSトランジスタQdのソースS及びドレインDが
それぞれ基準電位VSSの配線及び出力端子OUTに接
続されている。例えば、半導体装置10は3.3Vで動
作し、半導体装置20は5.0Vで動作し、VDD=
3.3V、VSS=0Vである。
に信号が出力されているとき、出力ドライバ回路12の
出力をハイインピーダンス状態にするために信号S1及
びS2がそれぞれ高レベル及び低レベルにされる。
Tが5Vのとき、pMOSトランジスタQuのドレイン
Dとnウエルとのpn接合ダイオードに順方向電流が流
れ、pMOSトランジスタQuを通って電源電位VDD
へ電流が流れ、電源電位VDDの電位が5V近くまで上
昇する。これにより、電源電位VDDに接続された回
路、特に不図示の入力バッファ回路が誤動作する原因と
なったり、高い電圧ストレスにより劣化が速く進んで信
頼性が低下したりする。
0内の双方向バスライン30に接続されるMOSトラン
ジスタのゲート酸化膜を他のそれよりも厚くすると、製
造工程数が増加してコスト高になる。pMOSトランジ
スタQuに電流が逆流するのを防止するため、電源電位
VDDとして5Vを用いると、プリドライバ回路11と
出力ドライバ回路12との間にインターフェイス回路が
必要になる。さらに、5V電源電圧を半導体装置10の
外部から供給するように構成した場合には、半導体装置
10の信号入出力のピン数が制限されて多ピン化の要求
に反する。この要求を満たすために半導体装置10内に
出力ドライバ回路12用の昇圧回路を備えた場合には、
回路12の駆動能力が比較的大きいので昇圧回路の占有
面積が比較的広くなり、半導体装置10の回路の高集積
化が妨げられる。
み、出力ドライバ回路用の電源電圧を外部から供給した
り、出力ドライバ回路用の昇圧回路を設けたり、出力ド
ライバ回路の出力端に接続されたMOSトランジスタの
ゲート酸化膜を厚くしたりする必要がない出力ドライバ
回路及び半導体装置を提供することにある。
明では、第1電源電位VDDが供給される第1配線と該
第1電源電位VDDより低い第2電源電位VSSが供給
される第2配線との間に、nウエル内に形成されたプル
アップ用pMOSトランジスタと、プルダウン用nMO
Sトランジスタとが、両MOSトランジスタのドレイン
を共通にして直列接続され、該ドレインが出力端子に接
続された出力ドライバ回路において、該第1電源電位V
DDと該出力端子の電位Voとに基づいて、該第1電源
電位VDDと該出力端子の電位Voのうち高い方の電位
に略等しい電位をnウエル電位Vwとして生成し、該n
ウエル電位Vwを該nウエルに供給する第1電源回路
と、該第1配線と該プルアップ用pMOSトランジスタ
のソースとの間に接続された高圧カット用スイッチ素子
と、Vo>VDDの場合に該高圧カット用スイッチ素子
をオフにし、Vo<VDDの場合に該高圧カット用スイ
ッチ素子をオンにするスイッチ制御回路とを備えた第2
電源回路と、を有する。
り、プルアップ用pMOSトランジスタのnウエル電位
Vwがプルアップ用pMOSトランジスタのソースS及
びドレインDの電位以上になるので、出力端子に第1電
源電位VDDより高い電位Voが印加されても、このn
ウエルとプルアップ用pMOSトランジスタのソースS
及びドレインDとの間の両pn接合のいずれにも順方向
電圧が印加されない。また、第2電源回路により、Vo
>VDDのときに出力端子OUTからプルアップ用pM
OSトランジスタを通って第1電源電位VDDへ電流が
流れるのが防止される。
圧を外部から供給したり、出力ドライバ回路用の昇圧回
路を設けたり、出力ドライバ回路の出力端に接続された
MOSトランジスタのゲート酸化膜を厚くしたりする必
要がないという効果を奏する。第1発明の第1態様で
は、上記第1電源回路は、上記第1配線と上記nウエル
との間に接続され、制御入力端に上記出力端の電位Vo
が供給され、Vo>VDDのときにオフになりVo<V
DDのときにオンになる第1スイッチ素子と、該出力端
と該nウエルとの間に接続され、制御入力端に上記第1
第1電源電位VDDが供給され、Vo>VDDのときに
オンになりVo<VDDのときにオフになる第2スイッ
チ素子と、を有する。
Dと出力端子の電位Voとのうち高い方の電位に略等し
い電位がnウエル電位Vwとして該nウエルに供給され
る。第1発明の第2態様では、上記第1スイッチ素子
は、そのnウエルに上記ウエル電位Vwが供給される第
1pMOSトランジスタであり、上記第2スイッチ素子
は、そのnウエルに該ウエル電位Vwが供給される第2
pMOSトランジスタである。
き、第2pMOSトランジスタの、ソースSとnウエル
とのpn接合に順方向電圧が印加され、電位Vwは電位
Voより低い略Voになる。このとき、第1pMOSト
ランジスタはオフになる。Vo<VDDのときには、第
1pMOSトランジスタの、ソースSとnウエルとのp
n接合に順方向電圧が印加され、第1pMOSトランジ
スタがオンになり、電位Vwは第1電源電位VDDより
低い略VDDになる。このとき、第2pMOSトランジ
スタはオフになる。
用スイッチ素子は、そのnウエルに上記ウエル電位Vw
が供給され、そのゲートの電位が上記スイッチ制御回路
により制御される第3pMOSトランジスタである。第
1発明の第4態様では、上記スイッチ制御回路は、上記
出力端と上記第3pMOSトランジスタのゲートとの間
に接続され、Vo>VDDのときにオンになりVo<V
DDのときにオンになる第3スイッチ素子と、上記第2
配線と該第3pMOSトランジスタのゲートとの間に接
続され、制御信号がアクティブのときにオンになり該制
御信号がインアクティブのときにオフになる第4スイッ
チ素子と、を有する。
力端から信号を出力する場合に制御信号をアクティブに
して第4スイッチ素子をオンにする。第3スイッチ素子
はオフになっている。したがって、高圧カット用スイッ
チ素子がオンになる。第1発明の第5態様では、上記第
3スイッチ素子は、そのnウエルに上記ウエル電位Vw
が供給され、そのゲートに上記第1電源電位が供給され
る第4MOSトランジスタである。
で表すと、Vo>VDD+Vthpのときには、第4pM
OSトランジスタがオンになり、電位Voが、第4pM
OSトランジスタを通り第3pMOSトランジスタのゲ
ートに、電位Vgとして供給される。電位Vwは、上記
のように略Voになる。他方、プルアップ用pMOSト
ランジスタのゲートに印加される電位は最大でも第1電
源電位VDDであるので、出力端子OUTにVo>VD
D+Vthpなる電位Voが加わると、プルアップ用pM
OSトランジスタがオンになり、第3pMOSトランジ
スタのドレインDの電位はVgに略等くなる。したがっ
て、第3pMOSトランジスタがオフになり、第1電源
電位VDDへ電流が流れるのが防止される。
チ素子は、そのゲートに上記制御信号が供給される第1
nMOSトランジスタを有する。第1発明の第7態様で
は、上記第4スイッチ素子は、そのゲートに、上記第1
nMOSトランジスタがオンのときにオンになる第3電
源電位VGG、例えば第1電源電位に等しい電位が供給
され、上記第3pMOSトランジスタの上記ゲートと上
記第1nMOSトランジスタとの間に接続された第2n
MOSトランジスタ、を有する。
ンジスタのソース電位が略VGG−Vthnとなるので、
第2nMOSトランジスタがない場合に第1nMOSト
ランジスタのドレイン・ソース間に高圧が加わって第1
nMOSトランジスタの劣化が速められるのが防止され
るという効果を奏する。ここにVthnは、nMOSトラ
ンジスタの敷居電圧である。
プルダウン用nMOSトランジスタがオンのときにオン
になる第4電源電位が供給され、該プルダウン用nMO
Sトランジスタと上記第2配線との間に接続された第3
nMOSトランジスタ、を有する。この第8態様によれ
ば、第3nMOSトランジスタが上記第2nMOSトラ
ンジスタと同様に機能するので、プルダウン用nMOS
トランジスタの劣化が速められるのが防止されるという
効果を奏する。
1つの出力ドライバ回路が半導体チップに形成されてい
る。
施形態を説明する。 [第1実施形態]図1は、図4の出力ドライバ回路12
を改良した出力ドライバ回路12A及びその周辺部を示
す。この周辺部は、図4のそれと同一である。
は、双方向バスライン30で接続されている。半導体装
置10A内では、その出力段に、プリドライバ回路11
の信号S1及びS2で動作する出力ドライバ回路12A
が形成されている。例えば、半導体装置10Aは3.3
Vで動作し、半導体装置20は5.0Vで動作し、VD
D=3.3V、VSS=0Vである。プリドライバ回路
11は、第1電源電位としての電源電位VDDと第2電
源電位としての基準電位VSSとの間の電圧で動作し、
また、制御信号としてのイネーブル信号ENの電位は、
高レベル及び低レベルのときそれぞれ略VDD及び略V
SSである。
用pMOSトランジスタQu及びプルダウン用nMOS
トランジスタQdの両ドレインDが半導体装置10Aの
出力端子OUTに接続されている。pMOSトランジス
タQuは、p形のソースSとp形のドレインDとがnウ
エル内に形成されている。pMOSトランジスタQuの
nウエルには、電源回路121から電位Vwが供給され
る。電源回路121は、電源電位VDDと出力端子OU
Tの電位Voとに基づいて、電源電位VDD及び電位V
oのうち高い方の電位に略等しい電位Vwを生成する。
これにより、pMOSトランジスタQuのnウエルの電
位VwがpMOSトランジスタQuのソースS及びドレ
インDの電位以上になり、pMOSトランジスタQuの
ウエルとpMOSトランジスタQuのソースS及びドレ
インDとの間の両pn接合のいずれにも順方向電圧が印
加されない。
は、電源回路122から電位Vsが供給される。電源回
路122は、電源電位VDD、電位Vo及びイネーブル
信号ENに基づき、イネーブル信号ENが高レベルでV
o<VDDのとき、VDD−Vthに略等しい電位Vsを
生成し、イネーブル信号ENが低レベルかつVo>VD
Dのときオフになる。ここにVthは、MOSトランジス
タの敷居電圧であり、0.5〜1V程度である。後者の
とき、出力端子OUTからpMOSトランジスタQuを
通って電源電位VDDへ電流が流れるのが防止される。
基準電位VSSに接続されている。電源回路121及び
122の構成例をそれぞれ図2(A)及び(B)に示
す。この電源回路121は、第1スイッチ素子としての
pMOSトランジスタQp1と第2スイッチ素子として
のpMOSトランジスタQp2とが直列に接続され、p
MOSトランジスタQp1のソースS及びpMOSトラ
ンジスタQp2のゲートに電源電位VDDが供給され、
pMOSトランジスタQp1のゲート及びpMOSトラ
ンジスタQp2のソースSに電位Voが供給される。共
通に接続されたpMOSトランジスタQp1とpMOS
トランジスタQp2の両ドレインDの電位Vwは、pM
OSトランジスタQp1及びQp2のnウエルに供給さ
れる。
タQp2の、ソースSとnウエルとのpn接合に順方向
電圧が印加され、電位Vwは電位Voより低い略Voに
なる。このとき、pMOSトランジスタQp1はオフに
なる。Vo<VDDのときには、pMOSトランジスタ
Qp1の、ソースSとnウエルとのpn接合に順方向電
圧が印加され、pMOSトランジスタQp1がオンにな
り、電位Vwは電源電位VDDより低い略VDDにな
る。このとき、pMOSトランジスタQp2はオフにな
る。
ットオフ用スイッチ素子としてのpMOSトランジスタ
Qp3のソースS及びゲートにそれぞれ電源電位VDD
及び電位Vgが供給され、pMOSトランジスタQp3
のドレインDから電位Vsが取り出される。電位Voの
配線と基準電位VSSの配線との間には、pMOSトラ
ンジスタQp3に対するスイッチ制御回路が接続されて
いる。
子としてのpMOSトランジスタQp4と、第4スイッ
チ素子としてのnMOSトランジスタQn2及びnMO
SトランジスタQn1とが直列接続されている。pMO
SトランジスタQp4、nMOSトランジスタQn2及
びQn1のゲートにはそれぞれ、電源電位VDD、電源
電位VGG及びイネーブル信号ENが供給され、pMO
SトランジスタQp4及びnMOSトランジスタQn2
の両ドレインの電位が電位VgとしてpMOSトランジ
スタQp3のゲートに供給される。pMOSトランジス
タQp3及びQp4の各nウエルには、電源回路121
から出力される電位Vwが供給され、nMOSトランジ
スタQn1及びQn2の各pウエルには基準電位VSS
が供給される。電源電位VGGは、例えば電源電位VD
Dに等しい。
ン30に信号を出力する場合 この場合、半導体装置10Aではイネーブル信号ENが
低レベルにされ、nMOSトランジスタQn1がオフに
なる。pMOSトランジスタの敷居電圧をVthpで表す
と、Vo>VDD+Vthpのときには、pMOSトラン
ジスタQp4がオンになり、電位Voが、pMOSトラ
ンジスタQp4を通りpMOSトランジスタQp3のゲ
ートに、電位Vgとして供給される。電位Vwは、上記
のように略Voになる。他方、信号S1の電位は最大で
も電源電位VDDであるので、出力端子OUTにVo>
VDD+Vthpなる電位Voが加わると、pMOSトラ
ンジスタQuがオンになり、pMOSトランジスタQp
3のドレインDの電位はVgに略等くなる。したがっ
て、pMOSトランジスタQp3がオフになり、電源電
位VDDへ電流が流れるのが防止される。
く、nMOSトランジスタQn2はオンになるが、nM
OSトランジスタQn2のソースSの電位は略VGG−
Vthnとなるので、nMOSトランジスタQn2がない
場合にnMOSトランジスタQn1のドレイン・ソース
間に高圧が加わってnMOSトランジスタQn1の劣化
が速められるのが防止される。ここにVthnは、nMO
Sトランジスタの敷居電圧である。
SトランジスタQp4がオフになり、ゲート及び配線の
容量に電位Vgが保持されるが、pMOSトランジスタ
Qp3がオンになっても電位Vsは電源電位VDDより
低い。イネーブル信号ENが低レベルのときには、信号
S1及びS2がそれぞれ高レベル及び低レベルにされ
て、pMOSトランジスタQu及びnMOSトランジス
タQdがオフになり、出力ドライバ回路12Bの出力は
ハイインピーダンス状態になる。
イン30に信号を出力する場合 この場合、半導体装置20の出力端がハイインピーダン
ス状態にされ、半導体装置10Aではイネーブル信号E
Nが高レベルにされてnMOSトランジスタQn1及び
nMOSトランジスタQn2がオンになる。このとき、
電位Voが電源電位VDD以下であるので、pMOSト
ランジスタQp4はオフになっている。これにより、p
MOSトランジスタQp3がオンになり、電源電位VD
DがpMOSトランジスタQp3を通り電位Vsとして
pMOSトランジスタQuのソースSに供給される。し
たがって、pMOSトランジスタQu及びnMOSトラ
ンジスタQdはそれぞれ信号S1及びS2に応じた通常
の動作をする。
装置20から双方向バスライン30へ電源電位VDDよ
り高い電位の信号、例えば5Vの信号が出力されている
場合、nMOSトランジスタQdのドレイン・ソース間
にこの電圧が加わるので、nMOSトランジスタQdの
劣化が速められる。
示す如く、半導体装置10Bの出力ドライバ回路12B
において、nMOSトランジスタQdと出力端子OUT
との間にnMOSトランジスタQn3が接続されてい
る。nMOSトランジスタQn3のゲートには電源電位
VGGが供給される。このnMOSトランジスタQn3
は、図2(B)のnMOSトランジスタQn2と同様に
機能するので、nMOSトランジスタQdの劣化が速め
られるのが防止される。
態によれば、出力ドライバ回路12Bの全てのMOSト
ランジスタについてゲート酸化膜を厚くすることなく、
出力端子OUTの許容電圧が該MOSトランジスタの耐
圧の1.5〜2.0倍になる。
その周辺部を示す図である。
121及び122の構成例を示す図である。
その周辺部を示す図である。
図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 第1電源電位VDDが供給される第1配
線と該第1電源電位VDDより低い第2電源電位VSS
が供給される第2配線との間に、nウエル内に形成され
たプルアップ用pMOSトランジスタと、プルダウン用
nMOSトランジスタとが、両MOSトランジスタのド
レインを共通にして直列接続され、該ドレインが出力端
子に接続された出力ドライバ回路において、 該第1電源電位VDDと該出力端子の電位Voとに基づ
いて、該第1電源電位VDDと該出力端子の電位Voの
うち高い方の電位に略等しい電位をnウエル電位Vwと
して生成し、該nウエル電位Vwを該nウエルに供給す
る第1電源回路と、 該第1配線と該プルアップ用pMOSトランジスタのソ
ースとの間に接続された高圧カット用スイッチ素子と、
Vo>VDDの場合に該高圧カット用スイッチ素子をオ
フにし、Vo<VDDの場合に該高圧カット用スイッチ
素子をオンにするスイッチ制御回路とを備えた第2電源
回路と、 を有することを特徴とする出力ドライバ回路。 - 【請求項2】 上記第1電源回路は、 上記第1配線と上記nウエルとの間に接続され、制御入
力端に上記出力端の電位Voが供給され、Vo>VDD
のときにオフになりVo<VDDのときにオンになる第
1スイッチ素子と、 該出力端と該nウエルとの間に接続され、制御入力端に
上記第1電源電位VDDが供給され、Vo>VDDのと
きにオンになりVo<VDDのときにオフになる第2ス
イッチ素子と、 を有することを特徴とする請求項1記載の出力ドライバ
回路。 - 【請求項3】 上記第1スイッチ素子は、そのnウエル
に上記ウエル電位Vwが供給される第1pMOSトラン
ジスタであり、 上記第2スイッチ素子は、そのnウエルに該ウエル電位
Vwが供給される第2pMOSトランジスタである、 ことを特徴とする請求項2記載の出力ドライバ回路。 - 【請求項4】 上記高圧カット用スイッチ素子は、その
nウエルに上記ウエル電位Vwが供給され、そのゲート
の電位が上記スイッチ制御回路により制御される第3p
MOSトランジスタである、 ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載
の出力ドライバ回路。 - 【請求項5】 上記スイッチ制御回路は、 上記出力端と上記第3pMOSトランジスタのゲートと
の間に接続され、Vo>VDDのときにオンになりVo
<VDDのときにオンになる第3スイッチ素子と、 上記第2配線と該第3pMOSトランジスタのゲートと
の間に接続され、制御信号がアクティブのときにオンに
なり該制御信号がインアクティブのときにオフになる第
4スイッチ素子と、 を有することを特徴とする請求項4記載の出力ドライバ
回路。 - 【請求項6】 上記第3スイッチ素子は、そのnウエル
に上記ウエル電位Vwが供給され、そのゲートに上記第
1電源電位が供給される第4MOSトランジスタであ
る、 ことを特徴とする請求項5記載の出力ドライバ回路。 - 【請求項7】 上記第4スイッチ素子は、そのゲートに
上記制御信号が供給される第1nMOSトランジスタを
有する、 ことを特徴とする請求項5又は6記載の出力ドライバ回
路。 - 【請求項8】 上記第4スイッチ素子は、そのゲート
に、上記第1nMOSトランジスタがオンのときにオン
になる第3電源電位が供給され、上記第3pMOSトラ
ンジスタの上記ゲートと上記第1nMOSトランジスタ
との間に接続された第2nMOSトランジスタ、 を有することを特徴とする請求項7記載の出力ドライバ
回路。 - 【請求項9】 ゲートに、上記プルダウン用nMOSト
ランジスタがオンのときにオンになる第4電源電位が供
給され、該プルダウン用nMOSトランジスタと上記第
2配線との間に接続された第3nMOSトランジスタ、 を有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1
つに記載の出力ドライバ回路。 - 【請求項10】 請求項1乃至9のいずれか1つに記載
の出力ドライバ回路が半導体チップに形成されている、 ことを特徴とする半導体装置。
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