JPS6328124A - Voltage detecting circuit - Google Patents

Voltage detecting circuit

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JPS6328124A
JPS6328124A JP61172171A JP17217186A JPS6328124A JP S6328124 A JPS6328124 A JP S6328124A JP 61172171 A JP61172171 A JP 61172171A JP 17217186 A JP17217186 A JP 17217186A JP S6328124 A JPS6328124 A JP S6328124A
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Abstract

PURPOSE:To reduce the power source voltage dependency of the difference potential between a logical threshold value and a source potential and to widen the range of a usable power source potential by utilizing the forward voltage of a PN junction diode. CONSTITUTION:The PN junction diode 9 is interposed between the source electrode of a 2nd MOS transistor(TR) 2 and a 2nd voltage source 14 in the direction so as to allow the current to flow. In this case, the logical threshold value is (power source potential)+(forward voltage of PN junction diode 9)+(increment in threshold voltage of the 2nd MOS TR 2). The dependency upon the forward current value of the PN junction diode is small comparatively and an increment in threshold voltage with the back gate voltage of the 2nd MOS TR 2 is about 0.1-0.3<v>, so the logical threshold value has an about +0.5<v>-1.0<v> difference potential to the power source potential. This difference potential does not utilize the difference in the mutual conductance between the MOS TRs, so the power source potential dependency is very small and deviation due to manufacture variance can be suppressed small.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、相補型MOSトランジスタを用いた半導体集
積回路装置中に形成さnる電圧検出回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a voltage detection circuit formed in a semiconductor integrated circuit device using complementary MOS transistors.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、半導体集積回路装置では高集積化、高密度化が進
行している。より多くの機能t−1つの半導体集積回路
装置に集積化することにより、装置が必要とする入出力
端子数は多くなってきているが、物理的限界がある。そ
こで、同一端子での入出力信号の多重化が要求されるよ
うになってきている。
In recent years, semiconductor integrated circuit devices have become increasingly highly integrated and densely packed. By integrating more functions into a single semiconductor integrated circuit device, the number of input/output terminals required by the device is increasing, but there are physical limits. Therefore, there is a growing demand for multiplexing input and output signals at the same terminal.

従来の相補型MOSトランジスタを用いた半導体集積回
路装置中に形成される電圧検出回路として第3図に示す
ものがある。第3図において、電圧検出回路はゲート電
極及びドレイン電極が第一の接続点11に接続されソー
ス電極が第一の電圧源13に接続された一導電型(N型
またはP型)の第1のMOSトランジスタ1と、ゲート
電極が信号入力端15に接4続されドレイン電極が第一
の接続点11に接続されソース電極が第二の電圧源14
に接続された反対導電型(P型またはN型)の第2のM
OSトランジスタ2と、ゲート電極が第一の接続点11
に接続されドレイン電極が出力端17に接続されソース
電極が第一の電圧源13に接続された一導電型の第3の
MOSトランジスタ3と、ゲート電極が比較電圧発生端
16に接続されドレイン電極が出力端17に接続されソ
ース電極が第二の電圧源14に接続された反対導電型の
第4のMOSトランジスタ4より成る電圧検出部19と
、ゲート電極及びドレイン電極が第二の接続点12に接
続され、ソース電極が第一の電圧源13に接続された一
導電型の第5のMOSトランジスタ5と、ゲート電極が
基準電圧入力端18に接続されドレイン電極が第二の接
続点12に接続されソース電極が第二の電圧源14に接
続された反対導電型の第6のM OS トランジスタロ
と、ゲート電極が第二の接続点12に接続されドレイン
電極が比較電圧発生端16に接続されソース電極が第一
の電圧源13に接続された一導電型の第7のMOS)ラ
ンジス掲7と、ゲート電極及びドレイン電極が比較電圧
発生端16に接続され、ソース電極が第二の電圧源14
に接続された反対導電型の第8のトランジスタ8より成
る比較電圧発生部20とで構成される。
There is a voltage detection circuit shown in FIG. 3 that is formed in a semiconductor integrated circuit device using conventional complementary MOS transistors. In FIG. 3, the voltage detection circuit has a first conductivity type (N type or P type) whose gate electrode and drain electrode are connected to the first connection point 11 and whose source electrode is connected to the first voltage source 13. A MOS transistor 1 has a gate electrode connected to a signal input terminal 15, a drain electrode connected to a first connection point 11, and a source electrode connected to a second voltage source 14.
A second M of opposite conductivity type (P type or N type) connected to
The OS transistor 2 and the gate electrode are the first connection point 11
a third MOS transistor 3 of one conductivity type, whose drain electrode is connected to the output end 17 and whose source electrode is connected to the first voltage source 13; and whose gate electrode is connected to the comparison voltage generation end 16 and whose drain electrode is connected to the output end 17 and the source electrode is connected to the second voltage source 14 . A voltage detection unit 19 comprising a fourth MOS transistor 4 of an opposite conductivity type, and a gate electrode and a drain electrode are connected to the second connection point 12 . a fifth MOS transistor 5 of one conductivity type, whose source electrode is connected to the first voltage source 13 , whose gate electrode is connected to the reference voltage input terminal 18 and whose drain electrode is connected to the second connection point 12 . A sixth MOS transistor of opposite conductivity type is connected and has a source electrode connected to the second voltage source 14, a gate electrode connected to the second connection point 12, and a drain electrode connected to the comparison voltage generation end 16. A seventh MOS transistor of one conductivity type has a source electrode connected to the first voltage source 13, a gate electrode and a drain electrode connected to the comparison voltage generating terminal 16, and a source electrode connected to the second voltage source 13. source 14
and a comparison voltage generating section 20 consisting of an eighth transistor 8 of opposite conductivity type connected to.

なお、説明の便宜上、第3図に示す電圧検出回路は、電
圧検出部19と比較電圧発生部20とが対称形となるよ
うに構成されているものとする。
For convenience of explanation, it is assumed that the voltage detection circuit shown in FIG. 3 is configured such that the voltage detection section 19 and the comparison voltage generation section 20 are symmetrical.

即ち、第1のMOS トランジスタ1と第5のMOSト
ランジスタ5とは同一のバイアス条件下で同じ相互コン
ダクタンスを持つものとし、同様に、第2のMOSトラ
ンジスタ2と第6のMOSトランジスタロとの組、第3
のMOSトランジスタ3と第7のMOSトランジスタ7
との組、第4のMOSトランジスタ4と第8のMOSト
ランジスタ8との組の3対の組もそれぞれ同一の相互コ
ンダクタyxを持つものとする。ここで、同一の相互コ
ンダクタンスは、例えば、MOSトランジスタのチャン
ネル幅とチャンネル長とを、あるいはその比を同一にす
ることにより実現することができる。
That is, it is assumed that the first MOS transistor 1 and the fifth MOS transistor 5 have the same mutual conductance under the same bias condition, and similarly, the combination of the second MOS transistor 2 and the sixth MOS transistor 5 is assumed to have the same mutual conductance under the same bias condition. , 3rd
MOS transistor 3 and seventh MOS transistor 7
It is assumed that the three pairs of the fourth MOS transistor 4 and the eighth MOS transistor 8 have the same mutual conductor yx. Here, the same mutual conductance can be realized by, for example, making the channel width and channel length of the MOS transistors the same, or by making the ratio thereof the same.

又、信号入力端15に印加される入力電圧と、基準電圧
入力端18に印加される基準電圧とは同電圧であるとす
る。このような対称形の構成の電圧検出回路では、その
論理閾値は、基準電圧入力端18に与えられる基準電圧
と同一の値となる。
Further, it is assumed that the input voltage applied to the signal input terminal 15 and the reference voltage applied to the reference voltage input terminal 18 are the same voltage. In a voltage detection circuit having such a symmetrical configuration, its logical threshold value is the same value as the reference voltage applied to the reference voltage input terminal 18.

以下、第4図のMOSトランジスタの電流−電圧特性を
用いて第3図に示す電圧検出回路の動作の説明を行なり
。第5及び第7のMOSトランジスタ5,7は電流ミラ
ー回路を構成しており、ともに、その動作バイアス状態
が飽和領域になるよう設定しであるため、第7のMOS
トランジスタフに流几る電流を17  とし、第5.第
7のMOSトランジスタ5,7の相互コンダクタンスを
それぞggms、gmtとし、第5のMOSトランジス
タ5に流れる電流をis とすればi 7 == (g
rnンgms)・is  で与えられる。従って基準電
圧入力端18に印加される電圧により決定される第6の
MOSトランジスタ6の電流−電圧特性と第5のMOS
トランジスタ5の電流−電圧特性とにより第二の接続点
12の電位が決められ、その電位をゲート電極に与えら
れることにより第7のMOS トランジスタフには(g
m ’/gms )・i5の電流が流れることとなる。
The operation of the voltage detection circuit shown in FIG. 3 will be explained below using the current-voltage characteristics of the MOS transistor shown in FIG. 4. The fifth and seventh MOS transistors 5 and 7 constitute a current mirror circuit, and both are set so that their operating bias states are in the saturation region.
The current flowing through the transistor is assumed to be 17, and the fifth. If the mutual conductances of the seventh MOS transistors 5 and 7 are ggms and gmt, respectively, and the current flowing through the fifth MOS transistor 5 is is, then i 7 == (g
rngms)・is. Therefore, the current-voltage characteristics of the sixth MOS transistor 6 determined by the voltage applied to the reference voltage input terminal 18 and the current-voltage characteristics of the fifth MOS transistor 6 are determined by the voltage applied to the reference voltage input terminal 18.
The potential of the second connection point 12 is determined by the current-voltage characteristics of the transistor 5, and by applying that potential to the gate electrode, the seventh MOS transistor
A current of m'/gms)·i5 will flow.

第4及びWJ8のMOSトランジスタ4,8は同じ相互
コンダクタンスを持ち電流ミラー回路を構成するため第
4図の電流−電圧特性図に示すように第7のMOSトラ
ンジスタの特性27と第8のMOSトランジスタの特性
28との交点で示すしる電位V1gが比較電圧発生端1
6の電位となり、この電位をゲート電極に受けることに
より第4のMOS トランジスタ4は特性24を示すこ
ととなる。電圧検出部19を構成する第1.第2.第3
のMOSトランジスタ1. 2. 3の動作状態は、対
称形の構成としであるため、第5.第6.第7のMOS
トランジスタ5. 6. 7の動作状態と同一であり、
よって、第3のMOSトランジスタ3の電流−電圧特性
23は第7のMOSトランジスタの特性27と同じとな
る。従って、出力端17の電位Vttは比較電圧出力端
16の電位V16と同じとなり、設計上、この電位は次
段の論理回路(図示せず)の入力閾値電圧になるよう定
められる。
Since the MOS transistors 4 and 8 of the fourth and WJ8 have the same mutual conductance and form a current mirror circuit, the characteristic 27 of the seventh MOS transistor and the characteristic 27 of the eighth MOS transistor as shown in the current-voltage characteristic diagram of FIG. The potential V1g shown at the intersection with characteristic 28 is the comparison voltage generation end 1.
By receiving this potential at the gate electrode, the fourth MOS transistor 4 exhibits characteristic 24. The first component that constitutes the voltage detection section 19. Second. Third
MOS transistor 1. 2. Since the operating state of No. 3 has a symmetrical configuration, the operating state of No. 5. 6th. 7th MOS
Transistor 5. 6. It is the same as the operating state of 7,
Therefore, the current-voltage characteristic 23 of the third MOS transistor 3 is the same as the characteristic 27 of the seventh MOS transistor. Therefore, the potential Vtt at the output terminal 17 is the same as the potential V16 at the comparison voltage output terminal 16, and this potential is designed to be the input threshold voltage of the next stage logic circuit (not shown).

今、入力端15の電位が基準電圧入力端18の電位より
低くなりた場合には第2のMOSトランジスタ2の相互
コンダクタンスは小さくなフ、よって、第1.第2のM
OSトランジスタ1.2に流れる電流は減少し、その結
果として電流ミラー回路を構成している第3のMOSト
ランジスタに流れる電流も減少し、その電流−電圧特性
は23より23′に変化する。従がって、電流−電圧特
性の23と24との交点で示される出力端17の電位は
V1?より■1?′へ変化する。同様にして、入力端1
5の電位が基準電圧入力端18の電位より高くなった場
合には、第3のMOSトランジスタの特性は23″に変
化し、出力端17の電位にV1/に変化する。
Now, when the potential of the input terminal 15 becomes lower than the potential of the reference voltage input terminal 18, the mutual conductance of the second MOS transistor 2 becomes small. second M
The current flowing through the OS transistor 1.2 decreases, and as a result, the current flowing through the third MOS transistor constituting the current mirror circuit also decreases, and its current-voltage characteristic changes from 23 to 23'. Therefore, the potential of the output terminal 17 indicated by the intersection of 23 and 24 in the current-voltage characteristic is V1? More■1? ’. Similarly, input terminal 1
When the potential of the third MOS transistor becomes higher than the potential of the reference voltage input terminal 18, the characteristic of the third MOS transistor changes to 23'', and the potential of the output terminal 17 changes to V1/.

以上、説明したように、対称形に構成された電圧検出回
路は、基準電圧入力端18に印加される電位が論理閾値
となり、その電位1<第一の電圧源13の電位と第二の
電圧源14の電位十反対導電型MO3トランジスタの蘭
値電圧との間に)抵抗分割等の手段によフ設定される場
合には容易に構成できるものである。
As explained above, in the symmetrically configured voltage detection circuit, the potential applied to the reference voltage input terminal 18 becomes the logical threshold, and the potential 1<the potential of the first voltage source 13 and the second voltage If the potential of the source 14 is set between the potential of the MO3 transistor of the opposite conductivity type and the voltage of the MO3 transistor of the opposite conductivity type by means of resistor division or the like, it can be easily constructed.

次に、この電圧検出回路の実際に適用される形態として
、基準電圧入力端18に印加される電位と異なる電位、
主として電源電位(以下、第二の電圧源14t″接地電
位とした場合の、第一の電圧源13の電位を電゛源電位
と称する。)、よ)高い電位を論理閾値に設定する場合
について説明する。
Next, as a form in which this voltage detection circuit is actually applied, a potential different from the potential applied to the reference voltage input terminal 18,
Mainly regarding the case where a high potential is set as the logic threshold (hereinafter, the potential of the first voltage source 13 is referred to as the power supply potential when the second voltage source 14t is set to the ground potential). explain.

この場合には、基準電圧入力端18を第一の電圧源13
に接続するとともに、例えば、信号入力端15に論理閾
値となる電位が印加さ几る条件下でのMOSトランジス
タ2の相互コンダクタンスが第6のMOSトランジスタ
ロの相互コンダクタンスと同一になるよう構成すれば実
現できる。又、このことは、他の第1と第5のMOS)
ランジメタ1,50組、第3と第7のMOSトランジス
タ3.70組、第4と第8のMOSトランジスタの組の
どの1組あるいは複数組の相互コンダクタンスを調整し
ても実現できることは言うまでもない。
In this case, the reference voltage input terminal 18 is connected to the first voltage source 13.
For example, if the mutual conductance of the MOS transistor 2 is configured to be the same as the mutual conductance of the sixth MOS transistor under the condition that a potential serving as a logic threshold is applied to the signal input terminal 15. realizable. This also applies to the other first and fifth MOS)
It goes without saying that this can be achieved by adjusting the mutual conductance of any one or more of the 1.50 sets of range metals, the 3.70 sets of third and seventh MOS transistors, and the fourth and eighth MOS transistor sets.

このように、電源電位より高い電位を論理閾値とする場
合には、電源電位と論理閾値との差電位を同一のバイア
ス条件下におけるMOSトランジスタの相互コンダクタ
ンスの差により発生することができる。異なるバイアス
状態下で、同一の相互コンダクタンスを得る方法として
は、MOSトランジスタのチャンネル幅とチャンネル長
との比を異ならせること、あるいは、MOSトランジス
タのゲート領域直下の不純物濃度を異ならせ、よって、
トランジスタ自身の閾値電圧を変えること等がある。
In this way, when a potential higher than the power supply potential is used as the logic threshold, the difference potential between the power supply potential and the logic threshold can be generated by the difference in mutual conductance of the MOS transistors under the same bias condition. A method of obtaining the same mutual conductance under different bias conditions is to vary the ratio of the channel width to channel length of the MOS transistor, or to vary the impurity concentration directly under the gate region of the MOS transistor.
For example, the threshold voltage of the transistor itself may be changed.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上述した従来の電圧検出回路では以下に示す欠点があっ
た。
The conventional voltage detection circuit described above has the following drawbacks.

即ちMOSトランジスタの閾値電圧t−変える場合は、
トランジスタの相互コンダクタンスを異ならせることを
要件とするため、そのための追加の工程を必要とするこ
と、更には閾値電圧は製造上のバラツキにより所定の偏
移幅を内在すること、アルいは、トランジスタのチャン
ネル幅とチャンネル長との比を異ならせる場合にも、M
OSトランジスタの相互コンダクタンスに電源電位依存
性があるため、第5図に示すように、論理閾値31は比
較的大きな偏移幅32t−持つとともに、電源電位の低
い領域では論理閾値31と電源電位33との差電位34
は小さくなり、又、電源電位の高い領域では論理閾値3
1と電源電位33との差電位34は大きくなるという傾
向を示す、この結果、電源電位の低い領域での論理閾値
と電源電位との差電位がノイズ・マージン以下となり、
この電圧検出回路の使用可能な電源電位の下限を決定し
てしまうという欠点があった。
That is, when changing the threshold voltage t of a MOS transistor,
Since it is required that the transconductance of the transistors be different, an additional process is required for this purpose, and furthermore, the threshold voltage has a predetermined deviation width due to manufacturing variations. Even when the ratio of the channel width and channel length of M
Since the mutual conductance of the OS transistor is dependent on the power supply potential, the logic threshold 31 has a relatively large deviation width 32t- as shown in FIG. The difference potential between 34
becomes small, and in the region of high power supply potential, the logic threshold 3
The difference potential 34 between 1 and the power supply potential 33 shows a tendency to increase, and as a result, the difference potential between the logic threshold and the power supply potential in a region where the power supply potential is low becomes less than the noise margin,
This has the disadvantage that the lower limit of the power supply potential that can be used by the voltage detection circuit is determined.

本発明者の実験では、電源電位が2.5vの時の論理閾
値の下限が3.2v となる場合、電源電位が6、Ov
の時の閾値電位の下限及び上限は、1ov及び125v
となシ、ノイで・マージンt−10v以上とすれば電源
電位が3.5v以下では使用不可能となり、又、電源電
位の高い領域ではMOSトランジスタのゲート耐圧によ
り、使用電源電位の上限が定められることが判った。
In experiments conducted by the inventor, if the lower limit of the logic threshold when the power supply potential is 2.5V is 3.2V, the power supply potential is 6, Ov.
The lower and upper limits of the threshold potential are 1ov and 125v.
With noise, if the margin is t-10v or more, it becomes unusable when the power supply potential is less than 3.5V, and in the region of high power supply potential, the upper limit of the power supply potential that can be used is determined by the gate breakdown voltage of the MOS transistor. It turned out that it was possible.

本発明の目的は、論理閾値と電源電位との差電位の電源
電位依存性を小さくシ、よって、使用可能な電源電位の
範囲を拡大し得る電圧検出回路を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a voltage detection circuit that can reduce the dependence of the difference potential between a logic threshold value and a power supply potential on the power supply potential, thereby expanding the range of usable power supply potentials.

c問題点全解決するための手段〕 本発明の電圧検出回路は、ゲート電極及びドレイン電極
が第一の接続点に接続されソース電極が第一の電圧源に
接続された一導電型の第1のMOSトランジスタと、ゲ
ート電極が信号入力端に接続されドレイン電極が前記第
一の接続点に接続されソース電極が第二の電圧源に接続
さnた反対導電型の第2の*osトランジスタと、ゲー
ト電極が前記第一の接続点に接続されドレイン電極が出
力端に接続されソース電極が前記第一の電圧源に接続さ
れた一導電型の第3のMOSトランジスタと、ゲート電
極が比較電圧発生端に接続されドレイン電極が前記出力
端に接続されソース電極が前記第二の電圧源に接続され
た反対導電型の第4のMOSトランジスタと、ゲート電
極及びドレイン電極が第二の接続点に接続されソース電
極が前記第一の電圧源に接続された一導電型の第5のM
OSトランジスタと、ゲート電極が前記第一の電圧源に
接続されドレイン電極が前記第二の接続点に接続されソ
ース電極が前記第二の電圧源に接続された反対導電型の
第6のMOSトランジスタと、ゲート電極が前記第二の
接続点に接続されドレイン電極が前記比較電圧発生端に
接続されソース電極が前記第一の電圧源に接続された一
導電型の第7のMOSトランジスタと、ゲート電極及び
ドレイン電極が前記比較電圧発生端に接続されソース電
極が前記第二の電圧源に接続された反対導電型の第8の
MOSトランジスタとを備えた相補型MOSトランジス
タ全用いた電圧検出回路において、前記第2のMOSト
ランジスタあるいは前記第6のMOSトランジスタの内
一方のソース電極と第二の電圧源との間に順方向電流を
流し得る方向に接続されたPN接合ダイオードとを含ん
で構成されトランジスタの組、第2と第6のMOSトラ
ンジスタの組、第3と第7のMOSトランジスタの組及
び第4と第8のMOSトランジスタの組のそれぞれにお
いてトランジスタ対の相互コンダクタンスが等しいよう
に構成されることもできる。
Means for Solving All Problems c] The voltage detection circuit of the present invention has a first voltage detection circuit of one conductivity type, in which a gate electrode and a drain electrode are connected to a first connection point, and a source electrode is connected to a first voltage source. a second *os transistor of opposite conductivity type, whose gate electrode is connected to the signal input terminal, whose drain electrode is connected to the first connection point, and whose source electrode is connected to a second voltage source; a third MOS transistor of one conductivity type, whose gate electrode is connected to the first connection point, whose drain electrode is connected to the output end, and whose source electrode is connected to the first voltage source; and whose gate electrode is connected to a comparison voltage. a fourth MOS transistor of an opposite conductivity type connected to the generating end, having a drain electrode connected to the output end and a source electrode connected to the second voltage source; and a fourth MOS transistor having a gate electrode and a drain electrode connected to a second connection point. a fifth M of one conductivity type connected and having a source electrode connected to the first voltage source;
an OS transistor, and a sixth MOS transistor of opposite conductivity type, the gate electrode of which is connected to the first voltage source, the drain electrode of which is connected to the second connection point, and the source electrode of which is connected to the second voltage source. a seventh MOS transistor of one conductivity type, whose gate electrode is connected to the second connection point, whose drain electrode is connected to the comparison voltage generation end, and whose source electrode is connected to the first voltage source; and an eighth MOS transistor of opposite conductivity type, the electrode and the drain electrode of which are connected to the comparison voltage generation end and the source electrode of which is connected to the second voltage source. , a PN junction diode connected in a direction that allows a forward current to flow between the source electrode of one of the second MOS transistor or the sixth MOS transistor and a second voltage source. The mutual conductances of the transistor pairs in each of the transistor set, the second and sixth MOS transistor set, the third and seventh MOS transistor set, and the fourth and eighth MOS transistor set are configured to be equal. You can also

また本発明の電圧検出回路は、第1と第5のMOSトラ
ンジスタの組、第2と第6のl1d08トランジスタの
組、第3と第7のMOSトランジスタの組及び第4と第
8のMOSトランジスタの組のうち少なくとも一組のト
ランジスタ対の相互コンダクタンスが異なるように構成
されることもできる。
Further, the voltage detection circuit of the present invention includes a set of first and fifth MOS transistors, a set of second and sixth l1d08 transistors, a set of third and seventh MOS transistors, and a set of fourth and eighth MOS transistors. It is also possible to configure at least one pair of transistors in the set to have different mutual conductances.

また本発明の電圧検出回路は、PN接合ダイオードが、
一導電型半導体基板中に形成される反対導電型のウェル
領域及び該ウェル領域中に形成される一導電型のソース
・ドレイン拡散層領域とにより形成されるバイポーラΦ
トランジスタのペース・エミッタ接合により構成される
ようにもできる。
Further, in the voltage detection circuit of the present invention, the PN junction diode is
A bipolar Φ formed by a well region of an opposite conductivity type formed in a semiconductor substrate of one conductivity type and a source/drain diffusion layer region of one conductivity type formed in the well region.
It can also be constructed by a pace-emitter junction of a transistor.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の実施例を9面を用いて説明する。 An embodiment of the present invention will be described using nine pages.

本発明の電圧検出回路では、論理閾値と電源電位との差
電位を構成する要素として、PN接合ダイオードの順方
向電圧と、この順方向電圧をバックゲート電圧とするこ
とによるMOSトランジスタの閾値電圧の増加分とを利
用するものである。
In the voltage detection circuit of the present invention, the forward voltage of the PN junction diode and the threshold voltage of the MOS transistor by using this forward voltage as the back gate voltage are used as elements constituting the difference potential between the logic threshold value and the power supply potential. This is to make use of the increased amount.

第1図は本発明の一実施例を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of the present invention.

本実施例は電圧検出部19゛と比較電圧発生部20’か
らなり、第1ないし第8のMOSトランジスタ1〜8は
、先に第3図に示す従来の電圧検出回路と同一の回路接
続が為され、第3図に示す基準電圧入力端18は第一の
電圧源13に接続される。
This embodiment consists of a voltage detection section 19' and a comparison voltage generation section 20', and the first to eighth MOS transistors 1 to 8 have the same circuit connections as the conventional voltage detection circuit shown in FIG. The reference voltage input terminal 18 shown in FIG. 3 is connected to the first voltage source 13.

更に、本実施例では、従来の回路と異なり、PN接合ダ
イオード9が第2のMOSトランジスタ2のソース電極
と第二の電圧源14との間に、順方向電流を流し得る方
向に挿入さルるものである。
Furthermore, in this embodiment, unlike the conventional circuit, the PN junction diode 9 is inserted between the source electrode of the second MOS transistor 2 and the second voltage source 14 in a direction that allows forward current to flow. It is something that

次に、本実施例の電圧検出回路の動作を説明する。Next, the operation of the voltage detection circuit of this embodiment will be explained.

この電圧検出回路でi、PN接合ダイオード9を除き、
他の第1ないし第8のMOSトランジスタ1〜8が第3
図の回路で説明した如く、対称形に構成される場合には
、第2のMOSトランジスタ2のソース電極の電位はP
N接合ダイオード90順方向電位の分だけ%第二の電圧
源14の電位より高くなり、MOSトランジスタのバッ
クゲート特性のため、その閾値電圧は同一のバイアス条
件下で同じ相互コンダクタンスを持つ第6のMOSトラ
ンジスタ6の閾値電圧より高くなる。従って。
In this voltage detection circuit, except for i and the PN junction diode 9,
The other first to eighth MOS transistors 1 to 8 are the third MOS transistors.
As explained in the circuit shown in the figure, in the case of a symmetrical configuration, the potential of the source electrode of the second MOS transistor 2 is P
% higher than the potential of the second voltage source 14 by the forward potential of the N-junction diode 90, and due to the back gate characteristics of the MOS transistor, its threshold voltage is higher than that of the sixth voltage source 14 with the same transconductance under the same bias condition. It becomes higher than the threshold voltage of MOS transistor 6. Therefore.

この場合の論理閾値に。to the logical threshold in this case.

(電源電位)+(PN接合ダイオード9の順方向電圧)
+(第2のMOSトランジスタ2の[[電圧の増加分) で示されることとなる。PN接合ダイオードの順方向電
圧の値は温度依存性は大きいが、順方向電流値に対する
依存性は比較的小さく、基準電圧源として半導体集積回
路装置中では適宜使用されるものであり、製造方法によ
フ異なるがほぼO14〜0.7v程度を示す。又、第2
のMOSトランジスタ2の0.4〜0.7vのバックゲ
ート電圧による閾値電圧の増加分は0.1〜0.3v程
度であるため、結果として、論理閾値は電源電位に対し
ほぼ+0.5v〜LOv程度の差電位を持つこととなる
。この差電位d、MO3トランジスタの相互コンダクタ
ンスの差を利用していないため、電源電位依存性が極め
て小さく、又、製造バラツキ、にょる偏移も小さく抑え
ることができる。
(Power supply potential) + (forward voltage of PN junction diode 9)
+(increase in voltage of second MOS transistor 2). The value of the forward voltage of a PN junction diode has a large temperature dependence, but its dependence on the forward current value is relatively small, and it is used as a reference voltage source in semiconductor integrated circuit devices as appropriate, and is suitable for manufacturing methods. Although it varies greatly, it shows approximately O14 to 0.7v. Also, the second
Since the increase in the threshold voltage due to the back gate voltage of 0.4 to 0.7V of the MOS transistor 2 is about 0.1 to 0.3V, as a result, the logic threshold is approximately +0.5V to +0.5V with respect to the power supply potential. It has a potential difference of about LOv. Since this differential potential d and the difference in mutual conductance of the MO3 transistors are not utilized, dependence on the power supply potential is extremely small, and manufacturing variations and deviations can also be suppressed to a small level.

又、ノイズ・マージン等の必要性より論理閾値と電源電
圧との差電位をより大きく設定する場合には、前述の如
く、4組のトランジスタ対の相互コンダクタンスに差を
与えることにより実現できるが、この場合の相互コンダ
クタンスの差は、従来例に示した場合に比べて小さくて
ることができるため、よシ対称形に近い状態で電圧検出
回路を構成するどとができるため、論理閾値とtS電位
との差電位の電源電位依存性を小はぐ抑えることができ
る。
In addition, if the difference potential between the logic threshold and the power supply voltage is set to be larger due to the necessity of noise margin, etc., this can be achieved by giving a difference to the mutual conductance of the four transistor pairs as described above. In this case, the difference in mutual conductance can be made smaller than in the case shown in the conventional example, so it is possible to configure a voltage detection circuit in a state that is nearly symmetrical, so that the logic threshold and tS potential can be It is possible to suppress the dependence of the potential difference with the power supply potential to a small extent.

更に、PN接合ダイオードの順方向電圧と、MOSトラ
ンジスタの相互コンダクタンスとは温度変化に対して反
対方向に変化するため、両者の素子寸法を調整すること
により、電圧検出回路の温度依存性を相殺することも可
能である。
Furthermore, since the forward voltage of the PN junction diode and the mutual conductance of the MOS transistor change in opposite directions with respect to temperature changes, the temperature dependence of the voltage detection circuit can be offset by adjusting the dimensions of both elements. It is also possible.

更に、上述の実施例ではPN接合ダイオード9t1第2
のMOSトランジスタ2のソース電極と第二の電圧源1
4との間に挿入したが、第6のMOSトランジスタ6の
ソース電極と第二の電圧源14との間に挿入することも
可能である。回路構成が対称形である時の、この場合の
論理閾値は、(電源電位)−(PN接合ダイオード9の
順方向電圧)−(第6のMOS トランジスタロのff
a[電圧の増加分) で与えられることは、多くの説明を要しない。
Furthermore, in the above embodiment, the PN junction diode 9t1 second
The source electrode of the MOS transistor 2 and the second voltage source 1
4, but it can also be inserted between the source electrode of the sixth MOS transistor 6 and the second voltage source 14. When the circuit configuration is symmetrical, the logic threshold in this case is (power supply potential) - (forward voltage of PN junction diode 9) - (ff of the sixth MOS transistor)
What is given by a[voltage increase] does not require much explanation.

更に、当業者にとっては、第二の電圧源14を接地電位
とし、第一の電圧源13を負電位とし、PN接合ダイオ
ード9の方向を逆方向に挿入することにより、負電位側
の電圧検出が行ない得ることも明らかであろう。
Furthermore, for those skilled in the art, by setting the second voltage source 14 to the ground potential, setting the first voltage source 13 to a negative potential, and inserting the PN junction diode 9 in the opposite direction, it is possible to detect voltage on the negative potential side. It is also clear that this can be done.

次に、本実施例のPN接合ダイオード9が、新たなる工
程の追加を要することなく製造できることを図面を用い
て説明する。第2図は本実施例の電圧検出回路に使用す
るPN接合ダイオードの構造を示すための断面図である
。第2図において41は一導電型半導体基板であり、こ
の一導電型半導体基板41中に形成される反対導電型ウ
ェル領域42内に、一導電型MOSトランジスタ(図示
せず)のソース・ドレイン拡散層を形成すると同一工程
で、一導電型の拡散領域43が形成でn、よって、一導
電型半導体基板41と反対導電型ウェル領域42と一導
電型拡散領域43とをそれぞれコレクタ、ペース、エミ
ッタとする縦型バイポーラトランジスタが構成できる。
Next, it will be explained with reference to the drawings that the PN junction diode 9 of this example can be manufactured without adding any new process. FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a PN junction diode used in the voltage detection circuit of this embodiment. In FIG. 2, reference numeral 41 denotes a semiconductor substrate of one conductivity type, and a source/drain of a MOS transistor (not shown) of one conductivity type is diffused in a well region 42 of an opposite conductivity type formed in this semiconductor substrate 41 of one conductivity type. When the layer is formed, a diffusion region 43 of one conductivity type is formed in the same process. Therefore, the semiconductor substrate 41 of one conductivity type, the well region 42 of opposite conductivity type, and the diffusion region 43 of one conductivity type are used as collector, paste, and emitter, respectively. A vertical bipolar transistor can be constructed.

44及び45はそれぞれ一導電型拡散領域及び反対導電
型拡散領域であり、一導電型半導体基板41及び反対導
電型ウェル領域42への1!気的接続を行なうために設
けられるものである。反対導電型ウェル領域42及び一
導電型拡散領域43,44、反対導電型拡散領域45は
すべて一導電型MOSトランジスタ及び反対導電型MO
Sトランジスタの製造時に同時に形成されるものである
44 and 45 are one conductivity type diffusion region and the opposite conductivity type diffusion region, respectively, and 1! It is provided for the purpose of making an electrical connection. The opposite conductivity type well region 42, the one conductivity type diffusion regions 43 and 44, and the opposite conductivity type diffusion region 45 are all one conductivity type MOS transistor and the opposite conductivity type MOS transistor.
This is formed at the same time as the S transistor is manufactured.

本実施例の電圧検出回路に使用するPN接合ダイオード
9は上述構成のバイポーラトランジスタのベース領域と
なる反対導電型ウェル領域42とエミッタ領域となる一
導電型拡散領域43との間のPN接合により構成される
The PN junction diode 9 used in the voltage detection circuit of this embodiment is constituted by a PN junction between the opposite conductivity type well region 42 which becomes the base region of the bipolar transistor configured as described above and the one conductivity type diffusion region 43 which becomes the emitter region. be done.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳細に説明したよりに、本発明はPN接合ダイオー
ドの順方向電圧を利用することによフ、論理閾値と電源
電位との差電位の電源電位依存性を小さくすることがで
き、よって使用可能な電源電位の範囲を広げることがで
きる効果がある。更には、論理1dl([の変動を小さ
くできる効果がある。
As explained in detail above, the present invention can reduce the dependence of the difference potential between the logic threshold and the power supply potential by utilizing the forward voltage of the PN junction diode, and therefore can be used. This has the effect of widening the range of power supply potentials. Furthermore, there is an effect that the fluctuation of the logic 1dl([ can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例の回路因、第2図は第1図に
示すPN接合ダイオード9の断面図、第3図は従来の電
圧検出回路の回路図、第4図は第3図に示す電圧検出回
路の動作を説明するための電流−電圧特性図、第5図は
第3図に示す電圧検出回路の動作特性t−説明するため
の論理閾値−電源電位特性図である。 1〜8・−・・・・MOSトランジスタ、9・・、−・
PN接合ダイオード、11.12・・−・・・接続点、
13.14−・・・・電圧源、15・・・・−・信号入
力端、16・・・・・・比較電圧発生端、17 ・−−
−−−出力端、19.19’−・・・・電圧検出部、2
0.20’−・・・・・比較電圧発生部。 葛′2区
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the PN junction diode 9 shown in FIG. 1, FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional voltage detection circuit, and FIG. FIG. 5 is a current-voltage characteristic diagram for explaining the operation of the voltage detection circuit shown in FIG. 1-8・-・・MOS transistor, 9・・・・・・
PN junction diode, 11.12... connection point,
13.14-... Voltage source, 15...- Signal input end, 16... Comparison voltage generation end, 17...
---Output end, 19.19'--Voltage detection section, 2
0.20'-... Comparison voltage generation section. Kuzu'2 Ward

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、ゲート電極及びドレイン電極が第一の接続点に接続
されソース電極が第一の電圧源に接続された一導電型の
第1のMOSトランジスタと、ゲート電極が信号入力端
に接続されドレイン電極が前記第一の接続点に接続され
ソース電極が第二の電圧源に接続された反対導電型の第
2のMOSトランジスタと、ゲート電極が前記第一の接
続点に接続されドレイン電極が出力端に接続されソース
電極が前記第一の電圧源に接続された一導電型の第3の
MOSトランジスタと、ゲート電極が比較電圧発生端に
接続されドレイン電極が前記出力端に接続されソース電
極が前記第二の電圧源に接続された反対導電型の第4の
MOSトランジスタと、ゲート電極及びドレイン電極が
第二の接続点に接続され、ソース電極が前記第一の電圧
源に接続された一導電型の第5のMOSトランジスタと
、ゲート電極が前記第一の電圧源に接続されドレイン電
極が前記第二の接続点に接続され、ソース電極が前記第
二の電圧源に接続された反対導電型の第6のMOSトラ
ンジスタと、ゲート電極が前記第二の接続点に接続され
ドレイン電極が前記比較電圧発生端に接続されソース電
極が前記第一の電圧源に接続された一導電型の第7のM
OSトランジスタと、ゲート電極及びドレイン電極が前
記比較電圧発生端に接続されソース電極が前記第二の電
圧源に接続された反対導電型の第8のMOSトランジス
タとを備えた相補型MOSトランジスタを用いた電圧検
出回路において、前記第2のMOSトランジスタあるい
は前記第6のMOSトランジスタの内一方のソース電極
と第二の電圧源との間に順方向電流を流し得る方向に接
続されたPN接合ダイオードとを含むことを特徴とする
電圧検出回路。 2、第1と第5のMOSトランジスタの組、第2と第6
のMOSトランジスタの組、第3と第7のMOSトラン
ジスタの組及び第4と第8のMOSトランジスタの組の
4組それぞれにおいてトランジスタ対の相互コンダクタ
ンスが等しい特許請求の範囲第1項記載の電圧検出回路
。 3、第1と第5のMOSトランジスタの組、第2と第6
のMOSトランジスタの組、第3と第7のMOSトラン
ジスタの組及び第4と第8のMOSトランジスタの組の
うち少なくとも一組のトランジスタ対の相互コンダクタ
ンスが異なる特許請求の範囲第1項記載の電圧検出回路
。 4、PN接合ダイオードが、一導電型半導体基板中に形
成される反対導電型のウェル領域及び該ウェル領域中に
形成される一導電型のソース・ドレイン拡散層領域とに
より形成されるバイポーラ・トランジスタのベース・エ
ミッタ接合により構成された特許請求の範囲第1項ない
し第3項記載の電圧検出回路。
[Claims] 1. A first MOS transistor of one conductivity type whose gate electrode and drain electrode are connected to a first connection point and whose source electrode is connected to a first voltage source, and whose gate electrode is connected to a signal input point. a second MOS transistor of an opposite conductivity type connected to the end, a drain electrode connected to the first connection point, a source electrode connected to a second voltage source; and a gate electrode connected to the first connection point. a third MOS transistor of one conductivity type, whose drain electrode is connected to the output terminal and whose source electrode is connected to the first voltage source, and whose gate electrode is connected to the comparison voltage generation terminal and whose drain electrode is connected to the output terminal. a fourth MOS transistor of an opposite conductivity type connected and having a source electrode connected to the second voltage source; a fourth MOS transistor having a gate electrode and a drain electrode connected to the second connection point and having a source electrode connected to the first voltage source; a fifth MOS transistor of one conductivity type, the gate electrode being connected to the first voltage source, the drain electrode being connected to the second connection point, and the source electrode being connected to the second voltage source; A sixth MOS transistor of opposite conductivity type is connected, and has a gate electrode connected to the second connection point, a drain electrode connected to the comparison voltage generation end, and a source electrode connected to the first voltage source. Seventh M of one conductivity type
A complementary MOS transistor comprising an OS transistor and an eighth MOS transistor of an opposite conductivity type whose gate electrode and drain electrode are connected to the comparison voltage generation end and whose source electrode is connected to the second voltage source is used. a PN junction diode connected in a direction that allows a forward current to flow between the source electrode of one of the second MOS transistor or the sixth MOS transistor and a second voltage source; A voltage detection circuit comprising: 2. Set of first and fifth MOS transistors, second and sixth MOS transistors
Voltage detection according to claim 1, in which the mutual conductances of the transistor pairs are equal in each of the four sets of MOS transistors, the third and seventh MOS transistors, and the fourth and eighth MOS transistors. circuit. 3. Set of first and fifth MOS transistors, second and sixth MOS transistors
The voltage according to claim 1, in which at least one pair of transistors among a set of MOS transistors, a set of third and seventh MOS transistors, and a set of fourth and eighth MOS transistors have different mutual conductances. detection circuit. 4. A bipolar transistor in which a PN junction diode is formed by a well region of an opposite conductivity type formed in a semiconductor substrate of one conductivity type and a source/drain diffusion layer region of one conductivity type formed in the well region. 4. The voltage detection circuit according to claim 1, wherein the voltage detection circuit is configured by a base-emitter junction.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5267279A (en) * 1990-01-12 1993-11-30 Hitachi, Ltd. Method and structure for repairing an elongated metal hollow member
US5278817A (en) * 1988-01-07 1994-01-11 Ricoh Company, Ltd. Optical pick-up for use with an opto-magnetic signal

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