JPS621190A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPS621190A
JPS621190A JP61131087A JP13108786A JPS621190A JP S621190 A JPS621190 A JP S621190A JP 61131087 A JP61131087 A JP 61131087A JP 13108786 A JP13108786 A JP 13108786A JP S621190 A JPS621190 A JP S621190A
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transistor
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Mitsuo Higuchi
樋口 光雄
Masanobu Yoshida
吉田 正信
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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】 本発明は半導体装置の出力回路に関し、特に半導体装置
の電源線および接地線の電位変動幅を減少した半導体装
置の出力回路に関する。
従来、MOS (金属酸化膜半導体)メモリ等の半導体
装置に高速動作が要求されるに従い、出力波形の立ち上
がりあるいは立ち下がり時間を短縮すべく、出力トラン
ジスタはそのW/L (ここで、Wはチャンネル幅、L
はチャンネル長)が大きいものが用いられるようになっ
て来ている。W/Lが大きくなると相互コンダクタンス
gmも大きくなるので、出力トランジスタの出力がハイ
レベル(以下、Hと称する)からローレベル(以下、L
と称する)あるいはLからHへ遷移するときに、出力ト
ランジスタ中を瞬時大電流が流れ、出力トランジスタの
出力に接続された配線等のもつ負荷容量を充放電する時
間が短くなり、従って出力波形の立上がりおよび立下が
りが急峻になる。
しかしながら、上述の従来技術により出力トランジスタ
のW/Lを大きくして、瞬時大電流を出力トランジスタ
に流すと、以下の問題が生じる。
すなわち、出力トランジスタおよび内部の集積回路(以
下、ICと称する)が接続されている電源線や接地線は
、一般に抵抗やインダクタンスを持つが、出力トランジ
スタを介して瞬時ではあるが大電流が流れることにより
、電源線や接地線の電位は、上記抵抗やインダクタンス
により、−瞬ではあるが変動する。電源線や接地線のこ
の電位変動は内部ICに雑音として与えられるので、出
力トランジスタの出力の遷移時に、例えばダイナミック
メモリではセンスアンプ、スタティックメモリでは入カ
バソファやセンスアンプ等の内部ICが干渉を受けて誤
動作を起したり、外部の集積回路に誤った情報を与えて
しまったりする。
一般に、ICの電源としては5V±5%、のものが用い
られるが、出力トランジスタを流れる瞬時大電流は、電
源電圧が高(なる程、そのゲートに印加される電圧が大
きくなるので大きくなる。
本発明の目的は、上述の従来技術における問題にかんが
み、半導体装置の出力トランジスタのドレイン及び又は
前段プルアップトランジスタのドレインにクランプ回路
を接続するという構想に基つき、半導体装置の電源線お
よび接地線の電位変動幅を減少させることにある。
以下、本発明の実施例を添付の図面に基づいて従来例と
対比しながら説明する。
第1図ないし第5図は従来例およびその問題点を説明す
るための図であり、第6図は本発明の1実施例を示す回
路図である。
第1図は半導体装置における従来の出カバソファを示す
回路図である。第1図において、出力バッファは3段の
増幅器からなる構成となっており、入力段インバータは
直列接続されたMOSトランジスタT+ 、Tt 、T
3.Taからなっており、最終出力段は直列接続された
MOSトランジスタT、およびTbからなっている。各
々のインバータは電源線Vccと接地線VSSの間に接
続されている。D、  D−はこの出力バッファの入力
端であり0、は出力端である。
出力段の出力側には(1)MOS トランジスタT、の
ソースおよびMOSトランジスタT6のドレインの接合
容量、(2)出力端o1の配線容量011丁、(3)出
力端o1に接続される外部トランジスタのゲート容量c
 ixt等の和である負荷容量C(C= CtNt +
 Cixt )が存在するため、出力端01に得られる
波形の立上りおよび立下りに時間がかかる1、いわゆる
波形のなまりを伴っている。この波形のなまりを急峻に
するために、出力トランジスタT、およびT、のW/L
は非常に大きくしである。このためトランジスタT、お
よびTbには、出力の遷移時に瞬間的に大電流が流れる
。例えば、入力端りおよび■がそれぞれLおよびHで、
出力端0.がHの定常状態がら、入力端りおよび丁がそ
れぞれHおよびLになり、出力端01がHからLに遷移
しようとするとき、負荷容量Cは充電された状態にあり
、トランジスタT。
がオフ、トランジスタT、がオンになると、Cの電荷は
急速にトランジスタT、を介して接地線Vssに放電さ
れる。この時の瞬時大電流により、集積回路の半導体チ
ップ上での接地線Vssと外部の接地線V、、fとの間
にある抵抗RやインダクタンスLに電圧降下を生じ、接
地線Vssの電位が一瞬ではあるが上昇してしまう、こ
の逆に、出力端OIがLからHに遷移しようとするとき
は、トランジスタT、がオン、T、がオフになり、負荷
容量Cは電源線VccからトランジスタT、を介する電
流により急速に充電される。この時の瞬時大電流により
、チップ上の電源線Vccの電位は、チップ上の電源線
Vccと外部の電源線V CCEとの間の抵抗やインダ
クタンスによる電圧降下により一瞬ではあるあ(低下す
る。
上述した接地線電位の瞬間的上昇および電源線電位の瞬
間的低下は、出カバソファに接続されている内部ICや
、外部ICに様々の問題すなわち性能の劣化やはなはだ
しくは誤動作を引き起す。
第2図は、第1図の出カバソファが内部ICおよび外部
ICに接続された系の概略ブロック図である。第2図に
おいて、半導体装置ICI の出力バッファOUTは接
地線Vs5、電源線Vcc、入力端りおよび■をそれぞ
れ介して内部のIC+oに接続されている。出力端OI
は外部のICzの人力バッファに接続されている。IC
zの大カバ、ファば、IC+の電源線Vccおよび接地
線Vssと異なる電源線Vcc’および接地線Vss’
の間に直列に接続されたトランジスタQlおよびQ2か
らなっており、o2はこの人力バッファの出力端である
。OlがHおよびLに応じてOtはそれぞれLおよびH
になる。
第3図は第2図の出力バッファOUTの出力端O1の電
位レベルと外部ICZの入カバソファの出力端O1の電
位レベルの関係を示すグラフである。第3図かられかる
ように、出力端O3のしからHへの遷移に応じて出力端
02はHからLに遷移する。今、出力端O1がHレベル
の点Aにあるとする。°この時、電源線Vccに瞬時大
電流が流れて電源線電位が低下すると、これに伴って出
力端0、のレベルも低下し、点Bのレベルになった場合
、外部のIC,の入カバソファの出力端atはLからH
に反転してしまう、このように、出力端01が完全に反
転していないにもかかわらず、外部IC2の入力バッフ
ァの出力が反転するという誤動作が生ずる。
接地線Vssの電位変動は内部のIC,。の動作にも影
響を与える。第4図は第3図のIC,が周知の半導体記
憶装置である場合の要部回路図である。
第4図において、IC+である半導体記憶装置は、メモ
リセルMC,このメモリセルMCの出力を増幅するセン
スアンプSAおよびセンスアンプSAの出力を増幅出力
する出カバソファOUTを備えている。センスアンプS
Aは、メモリセルMCの出力を検出する検出部SEN、
HとLの中間レベルの信号を出力する基準部REFおよ
びSENとREFの差を増幅する差動増幅器DEFから
なっている。SENはMOSトランジスタTIO,Tl
l。
TIzおよびTI3から構成されている。REFはMO
5I−ランジスタTzo、  Tz++  Tzz、 
TllおよびT’z4とフローティングゲートトランジ
スタTt。
から構成されている。周知の如くフローティングゲート
トランジスタT2sのgmを他のトランジスタのそれの
半分にしておけば、上記中間レベルがREFの出力に得
られる。DEFはMOSトランジスタTts+ TI&
l T171 Tll+、およびTllから構成されて
いる。DEFはトランジスタTI&のゲートにSENの
出力を受は取り、トランジスタT18のゲートにREF
の出力を受は取り、これらの比較により、出力バッファ
OUTの入力端り。
m−にHまたはLのレベルの信号を与える。
今、出カバソファOUTの動作MOSトランジスタT、
(第1図)に瞬時大電流が流れて出カバソファOUTの
近傍の接地線Vccの電位が上昇したとする。出カバソ
ファOUTの近傍にはセンスアンプSAの基準部REF
が配置されていたとすると、この基準部の接地電位はS
EN、DEFあるいはメモリセルMCのそれより高くな
り中間レベルの電位が上昇する。この結果、差動増幅器
DEFの動作トランジスタT0のゲートの電位が、本来
ならばHレベルであるにもかかわらず、上昇した中間レ
ベルより低いという事態が発生し、出カバソファOUT
の入力端り、Dに誤った信号が伝達される。
出カバソファOUTの近傍に配置されたものが、DEF
やSENである場合、あるいはメモリセルMCである場
合も、同様に接地線電位の変動の影響を受ける。
第5図を参照すれば接地線電位の変動が各回路に及ぼす
影響が一層よく理解できる。第5図は周知の1チツプ半
導体記憶装置の平面図である。第5図において接地線V
ssは縦横に延伸して配置されており、横方向の接地線
V sshにはn個のセンスアンプSA1.SA!、・
・・・・・、SAnおよび各センスアンプ近傍の出カバ
ソファOUT、、OUT、。
・・・・・・、0UTnが接続されている。縦方向の接
地線V ssvにはメモリセルMCが接地されている。
接地線VssはパッドPにおいて、リード線Eに接続さ
れ、リード線lを介して外部電源(図示せず)cmの負
端子に接続されている。
今、出力バッファOUT+において出力の動作トランジ
スタを介して瞬時大電流が接地線に流れ込んだとする。
この瞬時大電流は横方向の接地線V sshからリード
線lを介して外部に流れるため接地線電位が上昇するの
は主に出力バッファ0υT。
の近傍のみである。従って、接地電位の変動の影響を最
も強く受けるのはこの場合センスアンプSA、である。
以上、第2図ないし第5図について述べて来たように、
出カバソファの出力トランジスタに瞬時大電流が流れる
ことにより、この出カバソファに接続される回路に種々
の悪影響を及ぼす。
本発明は出カバソファの出力トランジスタを流れる瞬時
大電流を極力抑えようとするものであり、次に第6図に
ついて本発明の詳細な説明する。
第6図は半導体装置における本発明による出カバソファ
の1実施例を示す回路図である。第6図において、第1
図と同一部分には同一符号を付してあり、第1°図と異
なるところは、出力段インバータの負荷MO3トランジ
スタTsのドレインがドレイン電圧クランプ回路を介し
て電流線Vccに接続されていることである。さらに、
TS、T、のゲートの前段のプルアップトランジスタT
 1. T zのドレインがドレインに電圧クランプ回
路を介して電源線Vceに接続されていることである。
すなわち、本実施例では出力トランジスタT、。
T、のゲートに印加される電位が5V−5%以内にクラ
ンプされるようにするために、プルアップトランジスタ
T1.T3のドレイン電圧及び出力トランジスタT、の
ドレイン電圧が高くならないように制御している。
この制御はトランジスタT s l、  T s z、
抵抗R1゜Rt、Rsよりなるドレイン電圧クランプ回
路で行なわれ、TSIは電源VccとV ccoとの間
に設けられている。その動作は次のとおりである。
すなわちVccは抵抗R、Rzにより分割されてTst
とR1よりなるインバータに印加される。
R1は抵抗であるため、TStのゲート電圧に対してこ
のインバータの出力IVはリニアに変化する。
そこでこの出力をトランジスタTSIのゲートに印加す
る。このためVccより高くなろうとするとTS!のゲ
ートが高くなり、IVが低くなり’rs+のgmは小と
なり、V ccoは低いレベルにクランプされる。その
結果T5、Taのゲート電位は所定値以下にクランプさ
れる。従って、出力トランジスタT5、Taを流れる過
渡電流は小さく抑えられ、それにより、電流線Vccの
電位変動の幅も小さく抑えられる。それと共にT、のド
レイン電位自体もクランプされT、を流れる電流値を抑
えることができる。従って本発明では、T1.T3のド
レイン側のみをクランプしても良く、T、のドレイン側
のみをクランプしてもよい。双方クランプすれば最良で
ある。
以上の説明から明らかなように、本発明により半導体装
置の電源線の電位変動幅は減少されるので、半導体装置
内部における誤動作やこれに接続される外部回路への悪
影響を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は半導体装置における従来の出カバソファを示す
回路図、第2図ないし第5図は第1図の回路の問題点を
説明するための図であって第2図は第1図の出力バッフ
ァが内部ICおよび外部Icに接続された系の概略ブロ
ック図、第3図は第2図の出カバソファの出力端O3の
電位レベルと外部rcの入カバソファの出力端0□の電
位レベルの関係を示すグラフ、第4図は第3図のIC。 が周知の半導体記憶装置である場合の要部回路図、第5
図は周知の1チツプ半導体記憶装置の平面図、そして第
6図は本発明の実施例による出カバソファを示す回路図
である。 OUT・・・・・・出力バッファ、Vcc・・・・・・
電源線、Vss・・・・・・接地線、T1・・・・・・
入力段インバータの負荷MOSトランジスタ、T2・旧
・・入力段インバータの動作’MO3トランジスタ、T
、・・・・・・出力段インバータの負荷MOSトランジ
スタ、T4・・・出力段インバータの動作MO3トラン
ジスタ、C・旧・・負荷容量、R・・・・・・抵抗、L
・・・・・・インダクタンス、TS、、  T5、・・
・・・・クランプ回路を構成するトランジスタ、R3−
R5・・・・・・クランプ回路を構成する抵抗。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、直列に接続された第1、第2のMOSトランジスタ
    (T_5、T_6)を具備し、 該第1、第2のMOSトランジスタの接続点が出力端子
    に接続されてなり、 該第1、第2のMOSトランジスタのゲートにそれぞれ
    第1、第2の信号が印加され、該第1、第2の信号の高
    レベル又は低レベル電圧に応じて該第1、第2のMOS
    トランジスタが交互にオン、オフされ、 該第1、第2のMOSトランジスタのゲートにプルアッ
    プトランジスタ(T_1、T_3)がそれぞれ設けられ
    て、該第1、第2の信号の高レベル電位が該プルアップ
    トランジスタを介して印加され、該プルアップトランジ
    スタのドレイン及び又は該第1のMOSトランジスタの
    ドレインと電源線との間にドレイン電圧クランプ回路(
    T_5_1)が設けられ、 該電源線の電位が所定値以上になるのを検知して該クラ
    ンプ回路に所定のクランプ電位を与え、該ドレインの電
    位を該電源線の通常電位以下の所定値以下にクランプす
    るようにしたクランプ制御回路(T_5_2)を設けた
    ことを特徴とする半導体装置の出力回路。
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Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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