JPS62241429A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPS62241429A
JPS62241429A JP61084137A JP8413786A JPS62241429A JP S62241429 A JPS62241429 A JP S62241429A JP 61084137 A JP61084137 A JP 61084137A JP 8413786 A JP8413786 A JP 8413786A JP S62241429 A JPS62241429 A JP S62241429A
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input
resistance
electronic switch
integrated circuit
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Masahiro Iwamura
将弘 岩村
Ikuro Masuda
郁朗 増田
Hideaki Uchida
英明 内田
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体集積回路装置に関し、詳しくは入力及び
/又は出力の動作速度を制御できる半導体集積回路装置
に関するものであろう 〔従来の技術〕 従来の半導体集積回路!(fitの入力回路としては。
第11図に示す回路が1例えば特開昭59−18104
4号公報の第1図に記載されている。
図において、1は入力端子、2は保護抵抗、3は保護ダ
イオード、4はPMO8,5fiMiO8であシ、4と
5で内部回路の一部である入力バッファ回路を構成し、
2と3は人力保護回路を構成している。この保護回路は
入力端子1に印加される静電気等によるサージにより、
トランジスタ4.5が破壊されるのを防止するために必
要であり、その動作は次のとおりである。
入力端子1に正のサージが印加された場合、ダイオード
3がブレークダウンし、サージ電流は入力端子1から、
抵抗2.ダイオード3を通って接地に流れ、ノードN+
の電位を所定の大きさに抑制し、トランジスタ4.5を
保護する。
次に、入力端子1に負のサージが印加された場合、ダイ
オード3が導通し、サージ電流は接地から抵抗2を通っ
て入力端子1に流れ、ノードN+の電位を所定の大きさ
に抑制し、トランジスタ4゜5を保護する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の回路では抵抗2を大きくすると静電破壊耐圧が向
上するが、ノードN1の寄生容量と抵抗2の時定数によ
り遅延時間が増大し、一方高速化のために抵抗を小さく
すると静電気破壊耐圧が低下するため、高速性と高信頼
性を両立させる事は不可能であった。
また、従来の回路では抵抗2の値は製造時点から、実動
作時点まで、固定的に不変であり、単に保護回路として
の機能のみしか果せなかった。
本発明の第1の目的は高速性と高信頼性を両立させた半
導体集積回路装置を提供することにあり。
本発明の第2の目的は保護回路を素子の保護目的以外の
他の有用な機能にも利用し得る半導体集積回路装置を提
供する事にある。
〔問題点を解決するための手段〕
半導体集積回路が静電気破壊の危険に晒されるのは内部
回路が活性状態となる実動作時以外のテスティング、パ
ッケージング、運搬、プリント基板への実装時などの内
部回路が非活性状態にあるときであることに着目し、内
部回路の活性状態時と非活性状態時で抵抗の大きさが異
なる電子的スイッチ手段を具備する。さらに、動作時に
は、リアルタイムで抵抗の大きさを変えられるようにし
本来の目的の保護機能以外の他の有用な作用もなし得る
ようにする。
〔作用〕
本願発明により設けられた電子的制御手段は内部回路が
非活性状態にあるときには保護抵抗が大きくなるように
作用し、内部回路が活性状態にあるときには十分小さく
なるように作用する。また。
動作時は内部電子回路からの信号や、外部からの信号に
より、抵抗の大きさを制御できるように作用するう 〔実施例〕 以下1本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
51!1図は本発明の第1の実施例を示すっ図において
、11は入力端子、12は抵抗、13はダイオード、1
4は内部回路の一部である入力バッファ回路でアシ、抵
抗12とダイオード13で入力保護回路を構成し、aで
一つの半導体基板内に集積化されている。15は本発明
の目的を達成するために新たに付加された電子的スイッ
チ手段であり、制御信号C+により、オン、オフの動作
が制御される。通常バッファ回路とは、動作レベルを変
換及び/またはインピーダンスを変換するために設ける
回路である、 電子的スイッチ手段15の一例としては第12図(a)
に示す様なPMOSトランジスタ、第12図(b)に示
す様なNMO8MOSトランジスタ2図(C)に示す様
なPMO8)ランジスタ、NMO8)ランジスタを並列
接続したもの1図示はしないが、バイポーラトランジス
タで構成したものやパイボーラトランジxpとMOSト
ランジスタとを組み合わせた複合回路等が挙げられるう
尚、第12図(c)の場合は、2つの制御信号C+ 、
Czによりオン、オフが制御される。
また、内部回路としては、バイポーラトランジスタで構
成されたもの、NMO8トランジスタで構成されたもの
、PMOSトランジスタで構成されたもの、PMO8,
NMO8の0MO8トランジスタで構成されたもの、バ
イポーラトランジスタとMOSトランジスタとの複合回
路で構成されたもの、及びこれらが゛混在したもの等が
挙げられる。
いま、電子的スイッチ手段15のオン抵抗をr、とする
と、スイッチがオフのとき、入力端子11とノードNl
の抵抗はR−となり、電子的スイッチ手段がオンのとき
は、几咥・’s/R+t+r。
となる。したがって、静電気によるサージの危険に晒さ
れる非動作時に十分な破壊強度が得られる工うな大きさ
にR+の値を決めておき、動作時には電子的スイッチ1
5をオンさせる事により、入力端子11とノードN1間
の抵抗値を十分小さな値に切り換え、保護抵抗とノード
N1の寄生容量による信号遅延を最小にすることができ
る。したがって1本願発明では、従来不可能であった静
電破壊強度の向上と高速動作の実現を両立させることが
できる。
第2図は1本発明の第2の実施例を示すつ本実施例では
電子的スイッチ手段15は電源VccKより制御される
。すなわち、電源が供給されていない時(内部回路が非
活性状態にある時)。
スイッチ15はオフになっており、スイッチ15の抵抗
は略無限大となり所定の大きさに設計された抵抗12と
ダイオード13により、入カバツ7ア回路14を静電気
のサージから保護する。次に、電源が供給されて動作状
態(内部回路が活性状態)になるとスイッチ15がオン
し、端子11とノードN1間を低抵抗に切換えることに
より、信号遅延を最小にし、高速動作を可能にする。
第3図は、本発明の第3の実施例を示す。
本実施例では電子スイッチ15は内部回路の電子回路1
6により制御される。すなわち、活性状態においても、
電子スイッチ15を所定の時期にオン、オフ制御するこ
とにより入力端子11とノードN1間の抵抗をダイナミ
ックにえられるようにしている。この機能を有効に利用
することにより1例えば、入力端子11からの入力信号
を内部回路に高速に導入して内部回路の所定の動作を開
始し、内部回路の処理が開始してから一定の期間は入力
端子11とノードN1との間の抵抗を大きくして、入力
信号に対する応答を遅く(ノイズ除去効果)することや
、人力信号の前縁だけの遅延。
入力信号の後縁だけを遅延させたパルスストレッチ回路
など1本来の入力回路の目的とする機能以外のいろいろ
な機能を持たせることができる。
第4図は本発明の第4の実施例を示す。本実施例では電
子スイッチ45aは電源Vccにより制御されるが、電
子スイッチ45b、45Cは入カパツファ44aの出力
により直接、または、入力バッファ回路44aの出力4
15答して動作する内部電子回路46の出力により、制
御される所に特徴がある。すなわち、入力端子418の
信号は電子スイッチ45b、45cl制御する信号とし
てチップの外部から供給される。
従来の人カバツ7ア回路では、半導体チップが完成した
時点で、入力バッファ回路の性能は固定されているが1
本実施例によると、チップ完成後の動作状態において人
カバソファ回路の性能を外部からの制御信号により、ダ
イナミックにプログラムできる効果がある。
第5図に本発明のg5の実施例を示す。
本実施例では54a、54b、54cの3ケの人力バッ
ファ回路があり、電源Vccが供給されない非動作(内
部回路が非活性状態である)時は、電子スイッチ手段5
5b、55cがオフであり。
人力抵抗の大きさはすべてルミである。電源Vccが供
給されると電子スイッチ55b、55cがオンになり、
入力バッファ回路54bの入力抵抗は胆、入力バッファ
回路54cの入力抵抗は零になる。(電子スイッチ55
b、55cのオン抵抗を零と仮定)すなわち、三つの入
力回路は夫々に異なる入力時定数を持つようになり、夫
々異なる速度で動作することになる。このような機能は
電子装置の設計において、複数信号間のスキューの制御
等に活用すると有効である。
第6図に本発明の第6の実施例を示す。
図において、67.68はインバータ回路であり、ノー
ドNt に結合された正帰還ラッチとして作用する。6
9は電子スイッチ65を制御するための内部電子回路で
ある。岐初に電子スイッチ65をオンにしておき入力端
子61の信号をノードN1に取り込み2次いて電子回路
69の出力により、電子スイッチ65をオフさせる。こ
のとき。
抵抗62の値を十分大きな値に設定しておくと。
入力端子61の18号レベルが変化してもその変化がノ
ードN+ に伝わらないようにすることができる。かく
して、入力バッファ回路64はラッチ機能を備えた入カ
バソファ回路として作用する。本実施例のラッチ機能付
人口バッファ回路は従来の入力バッファ回路64の出力
側てラッチ回路を付加したものに比べて、余分な回路段
数が付加されないため、入力端子61の信号をより高速
に内部の回路に伝達できるという効果がある。さら〈。
電子回路69の制御方法を変える事により、ラッチ機能
の有無を自由に選択できるという効果がある。
第7図は本発明の第7の実施例を示す。
図において、71は出力端子、72は出力端子72とノ
ードN2間に設けられた抵抗、74は出力バツフア回路
、75は電子スイッチである。
本実施例では電子スイッチ75#i電源Vccによって
制御され、非動作時はオフになり、抵抗R0により、f
fl力端子71に印加されたサージ電圧から内部回路の
一部である出力バッファ回路74を保護する。lt電源
ccが確立した動作(内部回路が活性状態にある)時は
電子スイッチ75がオンになり、ノードNz と端子1
1間を低抵抗で短絡する。このため、出力パラフッ回路
74は抵抗72の影響を受けずに高速に動作できる。
第8図に本発明の第8の実施例を示す。
図Kkイテ、 84 a、  84 b、  84 c
tf )ライステートバッファ回路であり、制御信号8
8の制御Kjす1人力信号87 a、  87 b、 
 87 Cを夫夫対応する出力端子81 a、 81 
b、 131 cに出力する。88F1制御信号86に
より動作する電子回路であり、その出力で電子スイッチ
85a。
85b、85cを制御する。82a、82b。
82crjこの場合、ダンピング抵抗として作用する。
本実施例では電子スイッチ85 a、 85 b。
85Cを通常オンしておき、制御信号88が印加された
とき、すなわち、出力バッファ回路84a。
84b、84cが同時に動作するときオフさせることに
より、出力抵抗を大きくして出方端子81a。
81b、81cにおける電圧変化率dv/dtを抑制す
る。これにより、多数の出力バッファ回路の同時JIE
K動による電源線や接地線のノイズを抑制できる効果が
ある。
第9図に本発明の第9の実施例を示す。
図において、94a、94bは、夫々別チップに設けら
れたトライステート出力パラフッ回路であり、夫々の出
力は出力端子91a、91bにより外部で共通接続され
ている。このような回路では電源が投入されてからある
一定期間制御信号98a、98bが共にアクティブにな
ることがあり、このとき、出力バッファ94aと94b
の出力同志が短絡されることにより過大電流が流れ。
配線の溶断や素子の破壊を引き起すことになる。。
抵抗92.電子的スイッチ手段95.電子回路96はこ
のような問題点に有効な解決法を提供する。電子回路9
6は電源Vccが投入されてから一定期間スイッチ95
がオフになるように作用し。
その後はオンになるように作用する。
したがって、電源投入直後の一定期間は抵抗92により
短絡電流を制限し、その後の定常状態では出力抵抗を小
さくして高速動作を行えるようにする。
第10図は本発明の効果を確認するために、第2図の実
施例についてのシミュレーション結果ヲ示す。図におい
て、直線へは従来の人口バッファ回路の特性を示し、直
線Bけ本発明の実施例における入カバツ7ア回路の特性
を示す。図より明らかなように、従来の回路では抵抗を
大きくして信頼性を高める程遅延時間が増大して高速動
作ができなくなるが1本発明の実施例における回路では
抵抗を大きくして行っても遅延時間の増加はなく高速動
作が可能である。
〔発明の効果〕
以上の説明で明らかなように1本発明によれば静電破壊
に対する素子の高信頼性と回路の高速動作が両立できる
ため、高速、高信頼性の半導体集積回路装置を実現でき
る効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示す図、第2図は本発
明の第2の実施例を示す図、第3図は本発明の第3の実
施例を示す図、第4図は本発明の第4の実施例を示す図
、第5図は本発明の第5の実施例を示す1g、第6図は
本発明のNX6の実施例を示す図、第7図は本発明の第
7の実施例を示す図、第8図は本発明の第8の実施例を
示す図、第9図は本発明の第9の実施例を示す図、第1
0図は本発明の入力回路の特性を示す図、第11図は従
来の入力回路を示す図、第12図は本発明に使用する電
子的スイッチ手段の具体例を示す図である。 12・・・保護抵抗、11・・・入力端子、15・・・
電子的峯11!1 $Zの a た3口 第4 目 も6ω       第1の Yll 寮jO口 σ   −亀Iた

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、少なくとも一つの入力端子と、 少なくとも一つの出力端子と、 少なくとも一つの半導体素子から構成され、該入力端子
    からの入力信号に基づき所定の動作を行ない、該出力端
    子へ出力信号を出力する内部回路と、 該入力端子及び/又は該出力端子と該内部回路との間に
    設けられた少なくとも抵抗から構成される保護回路と、 を有する半導体集積回路装置において、 前記保護回路は、前記抵抗に並列接続され、前記内部回
    路が活性状態のとき抵抗値が小さく、且つ、前記内部回
    路が非活性状態のとき抵抗値が大きい電子的スイッチ手
    段を具備する ことを特徴とする半導体集積回路装置。 2、特許請求の範囲第1項において、前記電子的スイッ
    チ手段は電源電圧または電源電圧に基づいて内部回路で
    生成された信号によつてオン、オフを制御される電子的
    スイッチ手段である事を特徴とする半導体集積回路装置
    。 3、特許請求の範囲第1項において、前記電子的スイッ
    チ手段は、内部回路の一部の電子回路の出力によつてオ
    ン、オフを制御される電子的スイッチ手段であることを
    特徴とする半導体集積回路装置。 4、特許請求の範囲第1項において、前記電子的スイッ
    チ手段は、外部から導入された電気信号、又は該電気信
    号に基づいて内部回路で生成された信号によつてオン、
    オフが制御される電子的スイッチ手段であることを特徴
    とする半導体集積回路装置。 5、特許請求の範囲第1項において、電子的スイッチ手
    段により制御された内部回路のうちの入力バッファ回路
    の抵抗値は他の入力バツフア回路の抵抗値と異なる値に
    設定される事を特徴とする半導体集積回路装置。 6、入力端子から入力抵抗を介して信号を受ける入力バ
    ツフア回路において、入力抵抗と入力バッファ回路の結
    合ノードにラッチ回路を設けた事を特徴とする半導体集
    積回路装置。
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