JPS6012757A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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Publication number
JPS6012757A
JPS6012757A JP58118345A JP11834583A JPS6012757A JP S6012757 A JPS6012757 A JP S6012757A JP 58118345 A JP58118345 A JP 58118345A JP 11834583 A JP11834583 A JP 11834583A JP S6012757 A JPS6012757 A JP S6012757A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
transistor
constant current
collector
pair
Prior art date
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Pending
Application number
JP58118345A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Kaneko
金子 憲二
Keizo Matsumoto
松本 圭三
Takahiro Okabe
岡部 隆博
Minoru Nagata
永田 穣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Microcomputer Engineering Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Hitachi Microcomputer Engineering Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP58118345A priority Critical patent/JPS6012757A/ja
Publication of JPS6012757A publication Critical patent/JPS6012757A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/0175Coupling arrangements; Interface arrangements
    • H03K19/018Coupling arrangements; Interface arrangements using bipolar transistors only
    • H03K19/01806Interface arrangements
    • H03K19/01818Interface arrangements for integrated injection logic (I2L)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路に関し、特にアナログ回路と
ディジタル回路を積層化した集積回路において、積層化
に伴って生ずる雑音を低減できる回路方式に関するもの
である。
〔発明の背景〕
I”L回路は、バイポーラ素子と簡単に接続されて、集
積回路内に共存することが可能であり、かつ集積密度が
高く、低電圧(0,6〜1.5V)、低電流で動作する
ので消費電力が小さくてすむという利点を有している。
第1図(a)は、I”L回路の断面構造図であシ、第1
図(b)はその等価回路図である。
第1図(a)に示すように、I”L回路は縦形のnpn
トランジスタ(6−4−3)と、横形のpnp)2ンジ
スタ(5−3−4)とが一体化されて構成されたもので
ある。また、使用方法も、従来のバイポーラ・トランジ
スタに比べて異なっておシ、npn)ランジスタ(6−
4〜3ンでは、従来はエピタキシャル層3をコレクタと
して用い、拡散層6tl−エミッタとして用いるのに対
して、■2L回路はエピタキシャル層3をエミッタとし
て用い、拡散層6iコレクタとして用いて、それぞれグ
ランド(GND)端子とマルチ・コレクタ(C1゜02
)端子が取り付けられる。また、I2L回路は、pnJ
))ランジスタ(5−3Q4)とnpn)ランジスタ(
6−4−3)が一体化され、pnpト2ンジスタのコレ
クタ4とnpn)ランジスタのペース4とが同一の拡散
層で共有される。さらに、pnp)ライジスタのベース
3と、npn)ランジスタのエミッタ3とは、エピタキ
シャル層で共有される。このようにして、I”Lでは、
p”p)ランジスタとnpn)ランジスタが一体的構造
をなし%I)np)ランジスタのエミッタ5から正孔が
注入されるので、P”P)ランジスタのエミッタはイン
ジェクタ(INJ)と呼ばれる。
第1図(a)の構造を等価回路で示すと、第1図(b)
のよウニ、マルチ・コレクタ(CI、C2)を備えたn
pnトランジスタのベース(B)にpnpトランジスタ
のコレクタを接続し、そのコレクタにペースを介してイ
ンジェクタ(INJ)から正孔を注入するため正電圧を
接続する。
I”L回路の利点でおる高集積密度は、pnp)2ンジ
スタとnpn)ランジスタが一体化されていること、お
よび、エミッタをエピタキシャル層領域3としているた
めに、npn)ランジスタを分離させる深い拡散による
分離層が不要となること、にもとづいている。また、I
”L回路の利点である低消費電力は、ダイオード1個分
程度の低い電源電圧で動作すること、および1ゲートが
pnptnpnの一体化されたトランジスタだけで用い
られること、にもとづいている。
第2図は、従来におけるI”L回路と高電圧動作回路と
の共存回路を示す図である。
実際に、集積回路としては、ILL回路だけで閉じた回
路は殆どなく、■lIL回路と他のアナログ回路やロジ
ック回路が共存している集積回路が圧倒的に多い。これ
らのアナログ回路やロジック回路は、通常3〜30V程
度の電源電圧を使用している場合が多く、いずれもI”
L回路の使用電圧よシ高い電圧を使用している。第2図
のVccは高電圧動作回路9を動作させるための高電圧
電源であり、この高電圧動作回路9とI”L回路8が集
積回路内に混在している場合には、I”L回路のインジ
ェクタ電流を高い電源電圧Vccから抵抗比を介して供
給している。
しかしこのような回路構成では、大規模なI”L回路を
接続する場合には、電流も多くなるため、抵抗比におけ
る消費電力が大きくなってしまい、電源利用効率が低下
する。
そこで、これを改善するため、I”L回路と混在する他
の高電圧動作回路内において、信号電流が流れずに一定
値の直流電流のみが流れている回路部分にI”L回路を
組み込むことによって、電源利用効率を向上させる方法
が提案された(蒔願昭56−5178CII号明細書「
半導体集積回路」参照)。
第3図(a)(b)は、改良型半導体集積回路のブロッ
ク構成図である。
第3図(a)(b)は、いずれも高電圧動作回路がアナ
ログ回路である場合を示し、第3図(a)ではI”L回
路8が電源Vcc側の定電流回路部分に、また第3図(
b)ではI”L回路8が接地側の定電流回路部分に、そ
れぞれ組み込まれている。例えば、スイッチング・レギ
ュレータ、演算増幅器、コンパレータ、あるいはラジオ
、テレビジョン、ステレオ用の増幅器、チューナ等に、
I”L回路を組み込むことによシ、これらアナログ回路
の高電圧動作回路の無効電流を有効に利用して、集積回
路の消費電力を大幅に低減することができる。
しかし、I”L回路を高電圧動作回路に組み込む場合に
は、I”L回路から出るクロック性の雑音が高電圧動作
回路に悪影響を及ばず。
また、高電圧動作回路として、他のロジック回路にI”
L回路を組み込んだ場合には、I”L回路から生ずるク
ロック性雑音によシこのロジック回路が誤動作すること
もある。
第4図は、集積回路で非常に人混に用いられている定電
流回路にI”L回路10を組み込んだ場合の例を示して
いる。また、第5図は第4図の定電流回路を用いた差動
増幅回路にI”L回路lOを組み込んだ場合の例を示し
ている。
まず、第4図の場合はI”L回路が動作することによっ
てI”L回路のインジェクタ端子に当るA点の電位が変
動する。この電位変動は、I”L回路の動作電流値、ゲ
ート数等によって異なるが、大体数mVから10mV程
度である。この小さな電位変動を雑音電圧v11と考え
ると、このvIlの変動に起因して生じる出力電流値I
oの変動成分Δi6は、はは Δi、=ヱL ・・・・・・(1) 几B となる。出力電流値1.と変動成分Δioとの比でおる
変動率αは ・・・・・・(2) となる。ここで、VmzはトランジスタQtのベース・
エミッタ間電圧、およびインジェクタ電圧とした。
アナログ回路が、高精度かつ安定に動作するためには、
この変動率αが小さい方が良いわけであるが、上式から
れかるように回路に必要な定電流値工0が与えられた場
合には、電源電圧Vccを上げるしか、αを小さくする
方策がない。Vccが10V% rnがl OmV(D
7fo/回路とI”L回路を積層化した場合には、αは
0.1%程度となシ、この値で回路動作が十分許°容さ
れる回路もあるが、高精度な性能を要求される回路では
不充分な値である。
また、第5図の回路例の場合は、先に述べた電流変動に
よって差動増幅回路の出力に雑音電圧Δv0が現われる
。この雑音電圧Δv6は、となる。一方、差動増幅回路
の利得A、は・・・・・・(4) となる。ここで、VTはpn接合の熱電圧である。
式(4)を式(3)へ代入して、増幅器の利得と出力雑
音電圧の関係をみると A v V T ΔVQ = −v ll ・−・・・(5)Vcc −
2Vag となる。この式かられかるように、増幅回路の利得A、
が与えられると、出力雑音電圧Δv6を低減するには、
電源電圧Vccを大きくするしかない。
逆に言うと、電源電圧Vccが与えられると、増幅器の
利得に比例して出力雑音電圧が大きくなってしまうとい
う問題が生じる。
このように、アナログ−I”L積層化回路そのままでは
、高精度や高利得のアナログ回路を構成する場合にI”
L回路からアナログ回路に漏れる雑音が問題となってい
た。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、このような欠点を解消するため、I”
L回路を高電圧動作回路に組み込む場合に、PL回路か
ら生ずる雑音が高電圧動作回路に影響を及ばさないよう
にして、安定かつ高精度に動作させることができる半導
体集積回路を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の半導体集積回路は、高電圧動作回路内の定電流
部にI”L回路を組み込んで構成された半導体集積回路
、特にトランジスタ対による定電流回路のエミッタ側、
又はソース側にI”L回路が組み込まれる場合に、上記
トランジスタ対のうち一定電流を決定しているトランジ
スタのベース・コレクタの結合点、又はゲート・ドレイ
ンの結合点に、上記トランジスタとは極性の異なる定電
流発生用トランジスタ対の一方のトランジスタのコレク
タ、又はドレインを接続することに特徴がある。
〔発明の実施例〕
第6図は、本発明の実施例を示す半導体集積回路の一例
である。本発明では、第4図の従来例で示した定電流用
トランジスタ対Ql、Qgに別の定電流用トランジスタ
対Qs 、Qaを接続する。
このトランジスタ対Qs 、Q4は、前記トランジスタ
対Q!、Q2と反対極性を有し、トランジスタQs の
コレクタとQ!のコレクタを接続する。
本回路においては、トランジスタQ4と抵抗Rntによ
ってトランジスタQ!の出力電流を決定する。
本発明の回路によれば、I”L回路10の動作によって
A点の電位が変動し、これに対応してB点の電位が変動
しても、B点からみたトランジスタQ3のコレクタ側の
インピーダンスは非常に高いので、トランジスタQl 
、Qsを流れる電流値の変動は皆無に近い。すなわち、
トランジスタQ3は定電流供給用トランジスタとして動
作しており、Qsのコレクタ電位変動によって生じる電
流変動は、トランジスタQ3のコレクタでのアーり効果
による変動だけになる。このトランジスタQsの出力イ
ンピーダンスは通常数100にΩから数MΩ程度はある
ので、本発明の回路は従来発明の回路で生じる電流変動
を数10分の1から数100分の1に低減することが可
能となる。したがって、トランジスタQ8の出力電流も
変動することがないという大きな利点を有している。
また、第6図のような実施例の場合には、トランジスタ
Q4に流れる電流は無効に消費されることになるが、第
7図の実施例に示すようにトランジスタQl、(hと同
じ機能を果たすトランジスタQs”Qゎを多数並列接続
して用いる場合には、全体で消費される電流のほんの一
部となるので、本発明の元の意義であるアナログ回路と
I”L回路の積層化による低消費電力化という利点が失
われることはない。
第8図は、第6図の回路の定電流を決定する部分にトラ
ンジスタQ5を付加して、更に精度のよい定電流回路と
した場合の本発明の実施例である。
また、第9図は、第6図の回路のトランジスタQs 、
(hのエミッタ側に抵抗を入れて、トランジスタQl 
、 Chに流れる電流値にある比を持たせた場合の本発
明の実施例である。
第10図は、第6図の回路のトランジスタの極性を全て
反対にした場合の本発明の実施例である。
このように本発明は、今まで述べてきた実施例のトラン
ジスタの極性を各々反対にした場合にも有効である。
さらに、第11図、第12図に示した実施例のように、
定電流トランジスタ対をMOB)ランジスタとした場合
にも本発明は有効でおる。第12図のように、一方のト
ランジスタ対をMOB)ランジスタ(Qs 、 Q4)
、他の一方をバイポーラトランジスタ(Ql 、(h 
)とした場合も本発明は有効であるし、これらトランジ
スタ対を入れ換えた場合にも木兄−は有効である。
第13図は、本発明を差動増幅回路に応用した場合の実
施例である。本実施例の場合も、第6図の実施例で述べ
たように、定電流回路の電流変動が皆無に近いので、出
力に現われる雑音電圧も皆無となる。特に、差動増幅回
路の場合には、従来例では、出力雑音電圧が増幅回路の
利得に比例するという問題を含んでいたが、本実施例の
場合には雑音電圧を考慮することなく、自由に利得を、
設定できるという大きな利点がある。本実施例では、定
電流回路部、差動対トランジスタとしてバイポーラ・ト
ランジスタの例を示したが、これらのトランジスタのい
ずれか、又は全てをMOB)ランジスタで構成した場合
にも本発明が有効であることは明らかである。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、アナログ回路と
I2L回路を積層化して集積回路の低消費電力化を図る
場合には、I”、L回路から発生する雑音のアナログ回
路への漏れを防止できるので、アナログ回路の高精度動
作、安定動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図はI”L回路の断面構造および等価回路を示す図
、第2図はI”L回路と高電圧動作回路とが共存する集
積回路の構成図、第3図は改良型半導体集積回路の構成
図、第4図、第5図は改良型集積回路の具体的回路図、
第6図〜第13図は本発明の具体的実施例を示す回路図
である。 1・・・p形Bi基板、2・・・n+形埋入層、3・・
・n形Biエピタキシャル層、4・・・p形ペース領域
、5・・・p形インジェクタ領域、6・・・nゝ形コレ
クタ領域、7・・・n3形領域、8・・・I”L回路、
9・・・高電圧回路、Ql〜Qa・・・バイポーラトラ
ンジスタ、T1〜T4・・・MOB)ランジスタ、Rn
、R旧。 欠 1 口 第 2 口 cc ¥i31] (α)(b) 第 4 図 cc Y、to 図 VCC 冗 11 日 ′V113 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. L 定電流発生回路を構成するトランジスタ対のエミッ
    タ側、又はソース側にI”L回路を組み込んで用いる半
    導体集積回路において、上記定電流発生回路のトランジ
    スタのうち、一定電流を決定しているトランジスタのコ
    レクタ・ベース結合、又はドレイ/・ゲート結合全上記
    トランジスタとは極性の異なる別の定′峨流発生用トラ
    ンジスタ対のコレクタ、又はドレインと接続することを
    特徴とする半導体集積回路。
JP58118345A 1983-07-01 1983-07-01 半導体集積回路 Pending JPS6012757A (ja)

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JP58118345A JPS6012757A (ja) 1983-07-01 1983-07-01 半導体集積回路

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JP58118345A Pending JPS6012757A (ja) 1983-07-01 1983-07-01 半導体集積回路

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0864584A (ja) * 1994-02-25 1996-03-08 Fusion Syst Corp マイクロ波トラップを有するプラズマアッシャー

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0864584A (ja) * 1994-02-25 1996-03-08 Fusion Syst Corp マイクロ波トラップを有するプラズマアッシャー

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