WO2000008759A1 - Mos integrated circuit - Google Patents

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WO2000008759A1
WO2000008759A1 PCT/JP1998/003440 JP9803440W WO0008759A1 WO 2000008759 A1 WO2000008759 A1 WO 2000008759A1 JP 9803440 W JP9803440 W JP 9803440W WO 0008759 A1 WO0008759 A1 WO 0008759A1
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WO
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integrated circuit
voltage
mos transistor
terminal
channel mos
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Application number
PCT/JP1998/003440
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French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
Toshiro Tsukada
Keiko Fukuda
Masanori Otsuka
Akihiro Kitagawa
Shuzo Ichiki
Original Assignee
Hitachi, Ltd.
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/06Modifications for ensuring a fully conducting state
    • H03K17/063Modifications for ensuring a fully conducting state in field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/6871Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor
    • H03K17/6872Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor using complementary field-effect transistors

Definitions

  • the present invention relates to a MOS (Metal Oxide Semiconductor) integrated circuit, and more particularly to a MOS integrated circuit provided with a drive circuit for driving an analog circuit.
  • MOS Metal Oxide Semiconductor
  • CMOS' ICs Complementary MOS 'ICs
  • CMOS' ICs Complementary MOS 'ICs
  • their logic gates invar, NAND, NOR, etc.
  • the degree of integration of MOS and IC is increasing year by year, and accordingly, the dimensions of transistors are becoming finer, and the CMOS process is becoming finer. Since miniaturization of transistor dimensions inevitably causes a decrease in the withstand voltage of the transistor, the power supply voltage Vdd of the CMOS IC has been steadily decreasing, and it has been 5 V for a long time to 3 V. Recently it has become lower. Therefore, the output amplitude of the logic gate is also reduced.
  • a circuit for increasing the output amplitude of the logic gate As a circuit for increasing the output amplitude of the logic gate, a circuit for shifting the signal level (for example, refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-'2162) or a voltage conversion is performed to increase the amplitude. There has been proposed a circuit (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-87008).
  • the former circuit uses a step-down circuit and a step-up circuit to expand the voltage range supplied to the MOS gate of the analog switch.
  • the step-down circuit and the step-up circuit are configured using switches that cannot be realized with ordinary CMOS ICs.
  • the latter circuit uses a voltage conversion circuit that uses a separate power supply, in addition to a circuit that combines bipolar and CMOS circuits.
  • the conventional drive circuit requires a separate circuit and a separate power supply, which further increases the cost, and is difficult to apply to recent miniaturized and low-cost CMOS ICs. . Disclosure of the invention
  • Fig. 17 shows a general example in which a CMOS circuit mounted on a CMOS IC is used as a drive circuit for driving a MOS analog switch.
  • the CMOS inverter includes an n-channel MOS transistor (hereinafter simply referred to as “nMOS transistor”) 1 and a p-channel MOS transistor (hereinafter simply referred to as “pMOS transistor”) 2.
  • nMOS transistor n-channel MOS transistor
  • pMOS transistor p-channel MOS transistor
  • the control signal Vc is output by inverting the input signal ⁇ at the input terminal 6.
  • the voltage Vc is supplied to the MOS gate terminal of the analog switch SW as a drive voltage, and controls on / off of the analog switch SW.
  • the switch SW When the analog switch SW is turned on, the switch SW A voltage Vout equal to the voltage Vin input to one terminal is output to the other terminal.
  • Vgs is Vc—Vin, so
  • Vgs-Vth Vc-Vin-Vth »0 (ON operation)
  • Vgs-Vth Vc-Vin-Vth «0 (OFF operation)
  • the analog switch SW requires that the control voltage Vc be sufficiently higher than Vin + Vth to be turned on, and that Vc be sufficiently lower than Vin + Vth to be turned off.
  • Vdd the power supply voltage
  • Vc the high level of the effective gate voltage (Vgs-Vth) of the analog switch SW decreases, and the ON operation becomes insufficient.
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • Vdd 2 V
  • Vss 0 V
  • Vth 0. 6 V
  • Vgs-Vth the high level of the effective gate voltage
  • Vgs-Vth the low level of the effective gate voltage
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to output a control signal having a high signal level exceeding a difference voltage (full scale) between a power supply voltage and a ground voltage, thereby achieving low power supply voltage.
  • An object of the present invention is to provide a MOS integrated circuit capable of driving an analog circuit such as an analog switch.
  • the object of the present invention is to reduce a current path formed by a pMOS transistor formed between a first power supply and an output terminal and a current path formed by an nMOS transistor formed between a second power supply (for example, ground) and an output terminal.
  • Both can be achieved by a drive circuit in which a semiconductor element for preventing current backflow is added to one of the current paths and a circuit means for shifting the voltage by capacitive coupling is provided at the output terminal.
  • the voltage shift circuit means includes a capacitance element having one terminal connected to the output terminal and a logical gate connected to the other terminal of the capacitance element. The logic gate delays an input signal to the input terminal of the drive circuit for a predetermined time, and outputs an inverted signal as a voltage change.
  • This predetermined delay time is a precharge period in which the capacitance element is charged by the current from the current path.
  • the logic gate outputs the voltage change at the same time as the end of the precharge period. The voltage change is transmitted to the output terminal via the capacitor.
  • the voltage at the output terminal either exceeds the first power supply voltage or falls below the second power supply voltage, and becomes a control voltage having a signal level exceeding the full scale.
  • the added semiconductor element prevents a current from flowing back to the pMOS transistor or the nMOS transistor by such a control voltage.
  • the above-described analog switch driving method a signal level exceeding the full scale can be secured, and a sufficient effective gate voltage for switching the analog switch can be obtained. Further, the above-described voltage shift circuit means by capacitive coupling and the semiconductor element for preventing current backflow can be formed by a miniaturized CMOS process, and can be easily incorporated into a MOS integrated circuit operating at a low power supply voltage.
  • FIG. 1 is a circuit diagram for explaining a first embodiment of a MOS integrated circuit according to the present invention
  • FIG. 2 is an operation timing for explaining the first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the integrated circuit structure for explaining the first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a sectional view of the integrated circuit structure of the present invention.
  • FIG. 5 is a circuit diagram for explaining a second embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of an integrated circuit structure for explaining a second embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. 7 is a circuit diagram for explaining a third embodiment
  • FIG. 7 is a waveform diagram showing operation timing for explaining a third embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of an integrated circuit structure for explaining a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a circuit diagram for explaining a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a circuit diagram for explaining a fifth embodiment of the present invention, and
  • FIG. 11 is a circuit diagram for explaining a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a circuit diagram for explaining a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a waveform diagram showing the operation timing for explaining the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is an integrated circuit structure for explaining the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a circuit diagram for explaining an eighth embodiment of the present invention, and
  • FIG. 16 is a circuit diagram for explaining a ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a circuit diagram, and FIG. 17 is a circuit diagram for explaining a conventional MOS integrated circuit.
  • 3 is a pn junction diode (hereinafter simply referred to as a “diode”) connected between the drain terminal of pMOS transistor 2 and output terminal 20, and 4 is the drain terminal and output terminal 2 of nMOS transistor 1.
  • a diode connected between 0, 5 is a signal line connecting the output terminal 20 to the gate terminal of the analog switch SW
  • C is a capacitive element having one terminal connected to the output terminal 20, that is, the signal line 5.
  • Numeral 8 denotes an inverter connected to the other terminal of the capacitor C (hereinafter referred to as “capacitor C”).
  • Inverter 7 is formed by transistors 1 and 2, diodes 3 and 4, and input / output terminals 5 and 20.
  • the inverter 8 and the capacitor C to which the input signal ⁇ ⁇ is applied form voltage shift circuit means by the above-described capacitive coupling, and the MOS drive for driving the analog switch SW by the circuit means and the inverter 7.
  • a circuit is formed.
  • the capacitance C is driven by the inverter 8 and when the output signal of the inverter 8 changes according to the input signal ⁇ , the level change is transmitted to the signal line 5 via the capacitor C. Thereby, the amplitude of the control voltage Vc is enlarged.
  • On / off of the analog switch SW is controlled by the control voltage Vc, and when the analog switch SW is turned on, a voltage Vout having a value equal to the input voltage Vin is output to the other terminal of the switch SW.
  • Either nMOS or pMOS transistors can be used for the switch SW.
  • a first current path is formed between the power supply of voltage Vdd (first power supply) and the output terminal 5 by the transistor 2, and a transistor is connected between the output terminal 5 and the ground of the voltage Vss (second power supply). 1 forms a second current path. Then, the stray capacitance (not shown) of the signal line 5 and the capacitance C are charged by the current of the first current path, and the stray capacitance of the signal line 5 and the capacitance to the capacitance C are charged by the current of the second current path. Discharge is performed to invert the input signal ⁇ Output signal is obtained.
  • Vf is the forward voltage of the diode 4, and since (Vdd-Vss) is generally larger than Vf, it can be seen that Vc is less than Vss, and the low voltage level is lower than the ground voltage Vss.
  • the signal line 5 is separated by the reverse bias of the diode 4 and the off operation of the pMOS transistor 2, so that the shifted low voltage level is maintained in the period T4.
  • the analog switch SW is an nMOS transistor
  • the high voltage level in period T2 turns on the switch SW sufficiently
  • the low voltage level in period T4 turns off the switch SW sufficiently.
  • Vdd 2 V
  • Vss-2 V V
  • Vth-0.6 V V
  • Vf 0.7 V, which is general, is adopted.
  • the analog switch SW is a pMOS transistor
  • the switch SW is sufficiently turned on by the low voltage level in the period T4, and is sufficiently turned off by the high voltage level in the period ⁇ 2.
  • the actual value of the capacitance C is lower than the above calculated value due to the charging / discharging time constant, and the actual value of the voltage Vc when the voltage Vb changes is that the signal line 5 has a stray capacitance. Is smaller than the above calculated value because Therefore, the charging / discharging time constant is set to be shorter than the period T1 and the period T3 so that the charging voltage of the capacitor C is close to the calculated value. Set by a time constant. Further, the capacitance value of the capacitor C is set to be larger than that of the stray capacitance of the signal line 5 so that the voltage Vc becomes a voltage close to the calculated value, and the lower limit thereof is set.
  • Figure 3 shows the integrated circuit structure of the circuit 7 of the same circuit.
  • the nMOS transistor 1 forming the inverter 7 is formed on the p-type substrate 21, and the pMOS transistor 2 is formed on the n-type transistor region formed in the p-type substrate 21. 22 formed.
  • the diode 3 is formed by a p-type diode 23 and an n-type diffusion layer in the n-type region 22, and the diode 4 is formed by an independent n-type diffusion layer 24 and a p-type diffusion layer in the same region.
  • the member 7 of this embodiment can be easily realized by a CMOS-IC.
  • the capacitance C is realized by the MOS capacitance formed by the gate and source terminals of the MOS transistor.
  • a MOS capacitor formed by a gate terminal and a drain terminal can be used as the capacitor C, and a capacitor using a normal metal wiring layer, a polysilicon wiring layer, a diffusion layer, or the like as an electrode is used. be able to. All of these can be realized with ordinary CMOS ICs. Needless to say, Inveru 8 is realized with a normal CMOS-IC.
  • the substrate 21 is of the p-type
  • the MOS-IC of the present invention can be similarly realized on an n-type substrate.
  • the MOS drive circuit of the present invention can be similarly configured in other integrated circuit processes, for example, SOI (Silicon On Insulator) and the like.
  • the output level of the logic gate can be significantly increased beyond the full scale of the power supply voltage (Vdd-Vss), and a low-voltage power supply is used.
  • the analog switch SW can be sufficiently driven. This makes it possible to integrate analog switches into integrated circuits (on-chip) even in miniaturized CMOS, thereby improving the functions of integrated circuits and preventing the number of components from increasing. The circuit can be reduced in price.
  • FIG. 4 shows an embodiment in which the diode for preventing current backflow in the first current path is arranged on the source side of the pMOS transistor.
  • 2a is a pMOS transistor of the first current path
  • 3a is a diode arranged on the source side of the pMOS transistor 2a
  • 7a is transistors 1, 2a, diodes 3a, 4 and This is an invar formed by the input / output terminals 5 and 20.
  • Other structures are the same as those shown in FIG.
  • the level change of the output of the inverter 8 is transmitted to the signal line 5 via the capacitor C driven by the inverter 8, and the control voltage Vc having an increased amplitude is thereby transmitted. can get.
  • the operation of the MOS drive circuit according to the present embodiment is performed in the same manner as in the first embodiment. That is, a voltage shift (Vdd-Vss) is performed through the capacitor C during the periods T2 and T4. At this time, since the signal line 5 is separated by the reverse bias of the diode 3a and the diode 4, the high voltage level and the low The level is held in period T2 and period T4, respectively.
  • the high voltage level in the period T2 and the low voltage level in the period T4 can sufficiently turn on and off the switch SW regardless of whether the analog switch SW is an nMOS transistor or a 'pMOS transistor.
  • Fig. 5 shows the integrated circuit structure of Invar 7a.
  • the nMOS transistor 1 is formed on the p-type substrate 21 and the pMOS transistor 2a is formed on the n-type well region 22 formed in the p-type substrate 21.
  • the diode 3a is realized by a p-type diffusion layer in the same well as the independent n-type transistor 25.
  • the diode 4 is realized by an independent n-type well 24 and a p-type diffusion layer in the same well.
  • the inverter 7a of this embodiment can be easily realized by a normal low-cost CMOS IC.
  • FIG. 6 shows an embodiment in which the diode for preventing current backflow in the second current path of the first embodiment is omitted.
  • reference numeral 9 denotes an inverter in which the second current path is formed only by the nMOS transistor 1
  • SWn denotes an analog switch by the nMOS transistor
  • Vcn denotes a gate of the switch SWn. This is the control voltage applied to the terminal.
  • Other structures are the same as those shown in FIG.
  • FIG. 7 shows the operation timing of the MOS drive circuit of this embodiment.
  • This control voltage Vcn is the reverse bias of diode 3 and nMOS. Separated by the off operation of the transistor 1 and held in the period T2. In the subsequent period T3, the voltage Vcn drops and reaches almost Vss.
  • the operation in the period T4 is different from that in the first embodiment.
  • the inverter 8 reverses, and the output voltage Vb changes to the low level.
  • This voltage change (Vdd—Vss) acts to shift the voltage Vcn of the signal line 5 by (Vdd—Vss) through the capacitor C, but the signal line 5 is connected to Vss by the ON operation of the nMOS transistor 1. Therefore, the shifted low voltage level approaches Vss in the period T4.
  • the high voltage level of the control voltage Vcn in the period T2 can sufficiently turn on the switch SWn.
  • FIG. 8 shows the integrated circuit structure of Invar 9 of this embodiment.
  • the nMOS transistor 1 is formed on the p-type substrate 21 and the pMOS transistor 2 is formed on the n-type well region 22 in the p-type substrate 21.
  • the diode 3 is realized by an independent n-type well 25 and a P-type diffusion layer in the same well. In this way, the inverter 9 of the present embodiment can be easily realized by a normal low-cost CMOS IC.
  • the second current path is formed only by the nMOS transistor 1.
  • the present invention is not limited to this. It is possible to arrange a diode for preventing a current backflow between the nMOS transistor 1 and the ground. is there.
  • the voltage level of the control signal Vc in the period T 4 can be equal to or lower than the ground voltage Vss as in the first embodiment.
  • FIG. 9 shows an embodiment in which the diode of the fourth embodiment is replaced with an nMOS transistor.
  • 10 indicates a connection between the gate terminal and the drain terminal.
  • An nMOS transistor 9 a having its connection point connected to the drain terminal of the pMOS transistor 2 and its source terminal connected to the signal line 5 is an inverter having such a transistor 10.
  • Other structures are the same as those shown in FIG.
  • the nMOS transistor 10 that connects the gate terminal and the drain terminal behaves like a pn junction diode, flows current from the drain terminal to the source terminal, and transfers the charging current from the power supply voltage Vdd to the signal line 5. Form a current path. However, no current flows in the opposite direction.
  • the operation of the MOS drive circuit of this embodiment is performed in the same manner as the operation timing of the third embodiment shown in FIG.
  • the signal line 5 is separated by the nMOS transistor 10, and the control voltage Vcn is maintained at the high voltage level during the same period.
  • the analog switch SWn formed by the nMOS transistor can perform a sufficient ON operation.
  • the low voltage level in the period T4 becomes almost Vss, and the switch SWn is turned off.
  • the second current path is formed only by the nMOS transistor 1.However, the present invention is not limited to this.
  • the second current path can be formed by connecting the nMOS transistor 1 and a diode for preventing current backflow in series. is there.
  • the voltage level of the control signal Vc in the period T4 can be equal to or lower than the ground voltage Vss, as in the first embodiment.
  • FIG. 10 shows an embodiment in which the gate terminal of the diode operation nMOS transistor of the fourth embodiment is separated.
  • reference numeral 11 denotes an nMOS transistor in which a gate terminal is separated and an input signal X is applied to the terminal
  • reference numeral 9b denotes an inverter having such a transistor 11.
  • Other structures are the same as those shown in FIG.
  • the input signal X is at a high level
  • the channel of the nMOS transistor 11 is turned on, and X is at a low level. In the case of, the channel is turned off.
  • the operation of the MOS drive circuit of this embodiment is performed according to the operation timing of the third embodiment shown in FIG. However, the input signal X goes high during the period T1 and turns on the nMOS transistor 11. In a period T2 to a period T4, the input signal X is at a low level, and the nMOS transistor 11 is turned off.
  • the pMOS transistor 2 turns on and the nMOS transistor 1 turns off.
  • the channel of the nMOS transistor 11 is on, a charging current flows from the power supply Vdd toward the signal line 5, and the voltage Vcn rises.
  • the input signal ⁇ of the inverter 8 is at a high level, and the output voltage Vb is at a low level.
  • the inverter 8 is inverted and the output voltage Vb is changed to a high level.
  • This voltage change is transmitted to the signal line 5 through the capacitor C, and Vcn shifts to a high voltage level (Vcn> Vdd).
  • Vcn a high voltage level
  • the channel of the nMOS transistor 11 is turned off, and the signal line 5 is thereby separated, so that the shifted high voltage level is maintained in the period T2.
  • the analog switch SWn by the nMOS transistor can perform a sufficient ON operation.
  • the second current path is formed only by the nMOS transistor 1.However, the present invention is not limited to this.
  • the second current path can be formed by connecting the nMOS transistor 1 and a diode for preventing current backflow in series. is there.
  • Period T The voltage level of the control signal Vc in (4) can be equal to or lower than the ground voltage Vss, as in the first embodiment.
  • FIG. 11 shows an embodiment in which the pMOS transistor 2 of the embodiment 3 is replaced with a member.
  • reference numeral 13 denotes an inverter which receives an input signal ⁇ and the output side of which is connected to a diode 3
  • numeral 12 denotes an inverter having such an inverter 13.
  • Other structures are the same as those shown in FIG.
  • the operation of the MOS drive circuit of this embodiment is performed in the same manner as the operation timing of the third embodiment shown in FIG. Since the signal line 5 is separated by the diode 3, the high voltage level Vcn is held during the period T2. This allows the nMOS analog switch SWn to perform a sufficient ON operation. The low voltage level in the period T4 becomes almost Vss, and the switch SWn is turned off.
  • FIG. 12 shows an embodiment in which the diode for preventing current backflow in the first current path of the embodiment 1 is omitted.
  • reference numeral 14 denotes an inverter in which the first current path is formed only by the pMOS transistor 2
  • SWp denotes an analog switch formed by the pMOS transistor
  • Vcp denotes a control applied to the gate terminal of the switch SWp. Voltage.
  • the input signal 6 obtained by inverting the input signal ⁇ of the first embodiment is applied to the input terminal 6 of the inverter 14.
  • an input signal ⁇ that is the inverse of the input signal of the first embodiment is applied.
  • Other structures are the same as those shown in FIG.
  • the receiver outputs an inverted signal of the input signal ⁇ to the signal line 5.
  • the output signal of the inverter 8 that changes according to the input signal ⁇ is transmitted to the signal line 5 via the capacitor C.
  • the control signal Vcp of the signal line 5 is applied to the gate terminal of the analog switch SWp to control the on / off operation of the switch SWp.
  • FIG. 13 shows the operation timing of the MOS drive circuit of this embodiment. period
  • Vdd-Vss This voltage change (Vdd-Vss) is transmitted to the signal line 5 through the capacitor C, and Vcp is shifted by (Vdd-Vss) to reach a low voltage level of Vcp-Vss + Vf- (Vdd-Vss).
  • Vcp becomes Vss
  • Vcp becomes a low voltage level equal to or lower than the ground voltage Vss.
  • Vdd 2 V
  • Vss 0 V
  • Vth -0.6 V
  • FIG. 14 shows an integrated circuit structure of Invar 14 of this embodiment.
  • the nMOS transistor 1 is formed on the p-type substrate 21, and the pMOS transistor 2 is formed on the n-type well region 22 in the p-type substrate 21.
  • the diode 4 is realized by an independent n-type well 24 and a p-type diffusion layer in the same well.
  • the inverter 14 of this embodiment can be easily realized by a normal low-cost CMOS IC.
  • the diode 4 is used as an element for preventing a current backflow.
  • the present invention is not limited to this, and it is possible to use a pMOS transistor in which the gate terminal is connected to the drain terminal. Alternatively, it can be a pMOS transistor that provides an input signal X to the gate terminal. Further, in any of these cases, it is possible to dispose a diode for preventing current backflow between the pMOS transistor 2 and the power supply. (Example 8)
  • FIG. 15 An embodiment in which the analog switch is configured by connecting an nMOS transistor and a pMOS transistor in parallel, the nMOS transistor is driven by the MOS drive circuit of the third embodiment, and the pMOS transistor is driven by the MOS drive circuit of the second embodiment.
  • reference numeral 15 denotes an analog switch in which a switch SWn formed by an nMOS transistor and a switch SWp formed by a pMOS transistor are connected in parallel.
  • the MOS drive circuit for the switch SWn is the same as that shown in FIG. 6, and the MOS drive circuit for the switch SWp is the same as that shown in FIG.
  • the switch SWn is controlled by the control voltage Vcn of the signal line 5a
  • the switch SWp is controlled by the control voltage Vcp of the signal line 5b.
  • a high voltage level is obtained for the voltage Vcn by the capacitor 8 and the capacitor C and the capacitor 9
  • a low voltage level Vcp is obtained by another capacitor 8 and the capacitor C and the capacitor 14.
  • the input signal ⁇ and the input signal ⁇ and the input signal ⁇ are switched on in the period T2 according to the operation timings of FIGS. 7 and 13, respectively, to turn on the switch SWn and the switch SWp.
  • switch SWn and switch SWp are turned off.
  • the control voltage exceeding the full scale of the power supply voltage in the period T2 that is, the high voltage level of the voltage Vcn and the low voltage level of the voltage Vcp can sufficiently turn on the analog switch 15.
  • the inverters 8, 9, 14 and the capacitance C of this embodiment can be easily realized by a normal low-cost CMOS IC, and the present invention integrates an analog switch.
  • a low power supply voltage operation MOS integrated circuit can be realized.
  • FIG. 16 shows an embodiment in which the driving target is an output driver circuit.
  • 16 is an output driver circuit using an nMOS transistor, and L is an external load driven by the output driver circuit 16.
  • the output driver circuit 16 is driven by the MOS drive circuit according to the third embodiment shown in FIG.
  • the signal line 5 is connected to the gate terminal of the nMOS transistor constituting the output driver 16, and the on / off operation of the output driver 16 is controlled by the control voltage Vcn.
  • a high voltage level (Vcn> Vdd) can be obtained for the voltage Vcn by the inverter 9, the inverter 8 and the capacitance C. Due to this high voltage level, the output dryno 16 performs a sufficient ON operation, and can supply a sufficient drive current to the external load L even in the presence of the parasitic impedance r.
  • CMOS-ICs can be turned on, thereby improving the functions of integrated circuits and reducing the number of components. The increase can be prevented. As a result, various devices using integrated circuits can be reduced in price.
  • the present invention is useful for a MOS integrated circuit in which adoption of a low power supply voltage by a miniaturization process is inevitable, and is particularly suitable for application to a CMOS integrated circuit in which analog circuits are mixed.

Abstract

A MOS integrated circuit for driving an analog circuit, e.g. an analog switch, with a low power supply voltage by outputting a control voltage of high signal level exceeding the differential voltage (full scale) between the power supply voltage and the ground voltage, wherein a semiconductor element for blocking reverse current flow is provided in any one of a current path comprising a pMOS transistor formed between a first power supply and the output terminal or a current path comprising an nMOS transistor formed between a second power supply and the output terminal, and a circuit means for shifting the voltage through capacitive coupling is provided at the output terminal.

Description

明 細 書  Specification
MOS集積回路 MOS integrated circuit
技術分野 Technical field
本発明は、 MOS ( Metal Oxide Semiconductor) 集積回路、 特にアナ 口グ回路を駆動する駆動回路を備えた MOS集積回路に関する。  The present invention relates to a MOS (Metal Oxide Semiconductor) integrated circuit, and more particularly to a MOS integrated circuit provided with a drive circuit for driving an analog circuit.
背景技術 Background art
pチヤネル形 MOS トランジスタと nチャネル形 MOS トランジスタの 組み合わせを基本素子として用いる相補型 MOS ' IC (以下「 CMOS ' IC」 と記す) は、 その論理ゲ一ト (インバ一夕、 NAND、 NOR等) が電源電 圧 Vddと接地電圧 Vssの差電圧であるフルスケールまで信号振幅を出力 することができるほか、 出力信号が電源電圧 Vdd又は接地電圧 Vssとな つているときに流れる電流が極めて僅かであるため消費電力が少ない利 点があり、 MOS · ICの中で最も良く用いられる。  Complementary MOS 'ICs (hereinafter referred to as "CMOS' ICs") that use a combination of a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor as a basic element have their logic gates (invar, NAND, NOR, etc.) Can output a signal amplitude up to the full scale, which is the difference voltage between the power supply voltage Vdd and the ground voltage Vss, and very little current flows when the output signal is at the power supply voltage Vdd or the ground voltage Vss Therefore, it has the advantage of low power consumption, and is most often used in MOS ICs.
MOS · IC の集積度は年々高ま り、 それに伴って トランジス夕の寸法 が微細化され、 CMOSプロセスが微細化されている。 トランジスタ寸法 の微細化は、 必然的に トランジスタの耐圧低下を招くので、 CMOS · IC の電源電圧 Vddは、 低下の一途を迪つており、 長ら く 5 Vであったのが 3 Vになり、 最近はそれ以下となってきている。 従って、 論理ゲートの 出力振幅も低下している。  The degree of integration of MOS and IC is increasing year by year, and accordingly, the dimensions of transistors are becoming finer, and the CMOS process is becoming finer. Since miniaturization of transistor dimensions inevitably causes a decrease in the withstand voltage of the transistor, the power supply voltage Vdd of the CMOS IC has been steadily decreasing, and it has been 5 V for a long time to 3 V. Recently it has become lower. Therefore, the output amplitude of the logic gate is also reduced.
さて、 MOSアナログスィ ツチ等のアナログ回路を駆動する駆動回路と して、 上記の微細化プロセスによる CMOS ' ICの論理ゲートを用いる場 合、 振幅が不足するために駆動が不十分になるという問題がある。 アナ 口グスィ ツチの MOSゲート端子には、そのゲート ·ソース間電圧を Vgs、 閾値電圧を Vth として、 Vgs— Vth を十分に越える駆動電圧を与える必 要があるが、 それを確保することができないからである。 In the case where a logic gate of a CMOS IC using the above miniaturization process is used as a drive circuit for driving an analog circuit such as a MOS analog switch, the drive becomes insufficient due to insufficient amplitude. There is. It is necessary to apply a drive voltage sufficiently exceeding Vgs-Vth to the MOS gate terminal of the analog switch, with the gate-source voltage being Vgs and the threshold voltage being Vth. It is necessary, but it cannot be secured.
論理ゲ一卜の出力振幅を高める回路として、 信号のレベルをシフ トす る回路 (例えば特開平 7— ' 2 2 1 6 4 2号公報参照) や、 電圧変換を行 なって振幅を大きくする回路 (例えば特開平 8 - 8 7 0 8号公報参照) の提案がある。  As a circuit for increasing the output amplitude of the logic gate, a circuit for shifting the signal level (for example, refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-'2162) or a voltage conversion is performed to increase the amplitude. There has been proposed a circuit (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-87008).
前者の回路では、 降圧回路と昇圧回路を用い、 アナログスィ ッチの MOSゲー卜へ供給する電圧範囲を拡大している。 しかし、 降圧回路と昇 圧回路は、 通常の CMOS ' ICでは実現困難なスィ ツチを用いて構成され る。後者の回路では、 バイポーラと CMOS混載形回路を対象とするほか、 別電源を用いた電圧変換回路を採用している。 このように、 従来の駆動 回路は、 別回路や別電源が必要であり、 更に、 そのためにコス ト高とな り、 最近の微細化、 低コス ト CMOS · ICに適用することが困難である。 発明の開示  The former circuit uses a step-down circuit and a step-up circuit to expand the voltage range supplied to the MOS gate of the analog switch. However, the step-down circuit and the step-up circuit are configured using switches that cannot be realized with ordinary CMOS ICs. The latter circuit uses a voltage conversion circuit that uses a separate power supply, in addition to a circuit that combines bipolar and CMOS circuits. As described above, the conventional drive circuit requires a separate circuit and a separate power supply, which further increases the cost, and is difficult to apply to recent miniaturized and low-cost CMOS ICs. . Disclosure of the invention
MOS アナログスィ ッチを駆動する駆動回路として、 CMOS . IC に搭載 される CMOSィンバ一夕を用いた一般的な例を第 1 7図に示す。 CMOS インバ一夕は、 nチャネル形 MOS トランジスタ (以下単に 「nMOS ト ランジス夕」 という) 1 と pチャネル形 MOS トランジスタ (以下単に 「pMOS トランジスタ」 という) 2からなる。 双方のトランジスタのゲ ート端子は、 相互に接続されて入力端子 6 となり、 電源と出力端子 2 0 の間に pMOS トランジスタ 2による電流経路が形成され、接地と出力端 子 2 0の間に nMOS トランジスタ 1による電流経路が形成される。 Fig. 17 shows a general example in which a CMOS circuit mounted on a CMOS IC is used as a drive circuit for driving a MOS analog switch. The CMOS inverter includes an n-channel MOS transistor (hereinafter simply referred to as “nMOS transistor”) 1 and a p-channel MOS transistor (hereinafter simply referred to as “pMOS transistor”) 2. The gate terminals of both transistors are connected to each other to become input terminal 6, a current path is formed by the pMOS transistor 2 between the power supply and the output terminal 20, and an nMOS transistor is connected between the ground and the output terminal 20. A current path is formed by the transistor 1.
このような CMOSィンバ一夕は、入力端子 6の入力信号 Φを反転して 制御電圧 Vcを出力する。 電圧 Vcは、 駆動電圧としてアナログスィ ツチ SWの MOSゲート端子に与えられ、 アナログスィ ツチ SWのオン ·オフ を制御する。 アナログスイ ッチ SWがオンになるとき、 スィ ッチ SWの 一方の端子に入力された電圧 Vin と等しい電圧 Voutが他方の端子に出 力される。 In such a CMOS circuit, the control signal Vc is output by inverting the input signal Φ at the input terminal 6. The voltage Vc is supplied to the MOS gate terminal of the analog switch SW as a drive voltage, and controls on / off of the analog switch SW. When the analog switch SW is turned on, the switch SW A voltage Vout equal to the voltage Vin input to one terminal is output to the other terminal.
スィ ッチ SWが nMOS トランジスタである場合、 スィ ヅチ SWが十分 なオン 'オフ動作を行うためには、実効的なゲ一ト電圧である Vgs— Vth は、  When the switch SW is an nMOS transistor, in order for the switch SW to perform a sufficient on-off operation, the effective gate voltage Vgs—Vth is
Vgs- Vth» 0 (オン動作)  Vgs- Vth »0 (ON operation)
Vgs - Vth« 0 (オフ動作)  Vgs-Vth «0 (OFF operation)
となる必要がある。 この場合、 Vgsは Vc— Vinであるから、 Need to be In this case, Vgs is Vc—Vin, so
Vgs - Vth = Vc - Vin - Vth» 0 (オン動作)  Vgs-Vth = Vc-Vin-Vth »0 (ON operation)
Vgs - Vth = Vc - Vin - Vth« 0 (オフ動作)  Vgs-Vth = Vc-Vin-Vth «0 (OFF operation)
即ち、 That is,
Vc»Vin + Vth (オン動作)  Vc »Vin + Vth (ON operation)
Vc«Vin + Vth (オフ動作)  Vc «Vin + Vth (OFF operation)
が要求され、 アナログスィ ッチ SW は、 オンなるために制御電圧 Vcが Vin + Vthより十分高く、 オフとなるために Vcが Vin + Vthより十分低 いことが要求される。 The analog switch SW requires that the control voltage Vc be sufficiently higher than Vin + Vth to be turned on, and that Vc be sufficiently lower than Vin + Vth to be turned off.
通常の CMOSィンバ一夕においては、 Vcの高レベルが電源電圧 Vdd で制限されるため、 最近のように微細化プロセスに伴って Vddが低下す ると、 Vcも低下する。 その結果、 アナログスィ ヅチ SWの実効的なゲ一 ト電圧 (Vgs— Vth) の高レベルが低下し、 オン動作が不十分になる。 いま、 スィ ッチ SWが中間電圧 (Vdd + Vss) / 2の入力電圧 Vinを電 源電圧 Vddの制御電圧 Vcによってスィ ッチ (オン) する場合について 考えると、 旧来の CMOS (例、 Vdd= 5 V, Vss二 0 V, Vth = 1 . 0 V) では、  In normal CMOS circuits, the high level of Vc is limited by the power supply voltage Vdd. Therefore, if Vdd decreases with the miniaturization process, Vc also decreases. As a result, the high level of the effective gate voltage (Vgs-Vth) of the analog switch SW decreases, and the ON operation becomes insufficient. Now, consider the case where the switch SW switches (turns on) the input voltage Vin of the intermediate voltage (Vdd + Vss) / 2 by the control voltage Vc of the power supply voltage Vdd. 5 V, Vss2 0 V, Vth = 1.0 V)
Vgs— Vth = Vc— ( Vin + Vth) = 1 . 5 V  Vgs— Vth = Vc— (Vin + Vth) = 1.5 V
であるのに対し、 微細化 CMOS (例、 Vdd= 2 V, Vss = 0 V, Vth = 0 . 6 V) では、 However, miniaturized CMOS (e.g., Vdd = 2 V, Vss = 0 V, Vth = 0. 6 V)
Vgs - Vth = Vc- ( Vin + Vth) = 0 . 4 V  Vgs-Vth = Vc- (Vin + Vth) = 0.4 V
となり、 実効ゲート電圧 (Vgs— Vth) の高レベルが 1 . 5 Vから 0 . 4 Vに低下して、 スィ ッチ SWのオン動作が著しく不十分になることが分 かる。 It can be seen that the high level of the effective gate voltage (Vgs-Vth) drops from 1.5 V to 0.4 V, and the ON operation of the switch SW becomes extremely insufficient.
一方、 通常の CMOSインバー夕において、 Vcの低レベルが接地電圧 Vssで制限される。  On the other hand, in a normal CMOS inverter, the low level of Vc is limited by the ground voltage Vss.
いま、 スィ ッチ SWが接地電圧 Vssの入力電圧 Vinを接地電圧 Vssの 制御電圧 Vc によってスィ ッチ (オフ) する場合について考えると、 旧 来の CMOS (例、 Vdd= 5 V, Vss= 0 V, Vth = 1 . 0 V) では、  Consider the case where the switch SW switches (turns off) the input voltage Vin of the ground voltage Vss by the control voltage Vc of the ground voltage Vss. In the case of a conventional CMOS (eg, Vdd = 5 V, Vss = 0) V, Vth = 1.0 V)
Vgs - Vth = Vc - ( Vin + Vth) =ー 1 . 0 V  Vgs-Vth = Vc-(Vin + Vth) = ー 1.0 V
であるのに対し、 微細化 CMOS (例、 Vdd= 2 V, Vss二 0 V, Vth = 0 . 6 V) では、 On the other hand, in a miniaturized CMOS (eg, Vdd = 2 V, Vss−20 V, Vth = 0.6 V),
Vgs— Vth = Vc— ( Vin + Vth) =— 0 . 6 V  Vgs— Vth = Vc— (Vin + Vth) = — 0.6 V
となり、 実効ゲート電圧 (Vgs— Vth) の低レベルが— 1 . 0 ¥から— 0 .And the low level of the effective gate voltage (Vgs-Vth) is from -1.0 to -0.0.
6 Vに上がる。 但し、 この実効ゲート電圧の振幅縮小は、 オンの場合よ りも大きくなく、 従って、 その影響はオンの場合よりも少ない。 Go up to 6 V. However, the reduction of the effective gate voltage amplitude is not as large as in the case of ON, and therefore, the effect is smaller than in the case of ON.
以上は、 アナログスィ ツチ SWが nMOS トランジスタの場合を述べた が、 スイ ッチ SWが pMOS トランジス夕の場合についても同様に説明す ることができ、 微細化による低電圧化に伴って、 オン動作が不十分にな り、通常の CMOSィンバ一夕ではアナログスィ ツチを駆動することが困 難になる。  In the above, the case where the analog switch SW is an nMOS transistor has been described.However, the case where the switch SW is a pMOS transistor can be similarly described. And it becomes difficult to drive the analog switch in a normal CMOS chamber.
本発明の目的は、 従来技術の前記問題点を解決し、 電源電圧と接地電 圧の差電圧 (フルスケール) を越えた高い信号レベルの制御電圧を出力 することによって低電源電圧のもとでアナログスィ ツチ等のアナログ回 路を駆動することができる MOS集積回路を提供することにある。 本発明の前記目的は、 第 1の電源と出力端子の間に形成した pMOS ト ランジス夕による電流経路及び第 2の電源 (例えば接地) と出力端子の 間に形成した nMOS トランジスタによる電流経路の少なく ともいずれ か一方の電流経路に電流逆流阻止用の半導体素子を付加し、 かつ、 容量 結合によって電圧をシフ 卜する回路手段を出力端子に設けた駆動回路に よって達成することができる。 電圧シフ ト回路手段は、 一方の端子を出 力端子に接続した容量素子と、 当該容量素子の他方の端子に接続した論 理ゲートとからなる。 当該論理ゲートは、 駆動回路の入力端子への入力 信号を所定の時間遅延し、 かつ、 反転した信号を電圧変化として出力す る。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to output a control signal having a high signal level exceeding a difference voltage (full scale) between a power supply voltage and a ground voltage, thereby achieving low power supply voltage. An object of the present invention is to provide a MOS integrated circuit capable of driving an analog circuit such as an analog switch. The object of the present invention is to reduce a current path formed by a pMOS transistor formed between a first power supply and an output terminal and a current path formed by an nMOS transistor formed between a second power supply (for example, ground) and an output terminal. Both can be achieved by a drive circuit in which a semiconductor element for preventing current backflow is added to one of the current paths and a circuit means for shifting the voltage by capacitive coupling is provided at the output terminal. The voltage shift circuit means includes a capacitance element having one terminal connected to the output terminal and a logical gate connected to the other terminal of the capacitance element. The logic gate delays an input signal to the input terminal of the drive circuit for a predetermined time, and outputs an inverted signal as a voltage change.
この所定の遅延時間は、 電流経路からの電流によって容量素子を充電 するプリチャージ期間となるものである。 論理ゲートは、 プリチャージ 期間終了と同時に、 上記電圧変化を出力する。 その電圧変化が容量素子 を介して出力端子に伝えられる。  This predetermined delay time is a precharge period in which the capacitance element is charged by the current from the current path. The logic gate outputs the voltage change at the same time as the end of the precharge period. The voltage change is transmitted to the output terminal via the capacitor.
この電圧伝達により、 出力端子の電圧は、 第 1の電源電圧を越えるか 又は第 2の電源電圧を下回るかのいずれかとなり、 フルスケールを越え た信号レベルの制御電圧となる。 なお、 付加した半導体素子は、 そのよ うな制御電圧によって pMOS トランジスタ又は nMOS トランジスタに 電流が逆流するのを阻止する。  By this voltage transmission, the voltage at the output terminal either exceeds the first power supply voltage or falls below the second power supply voltage, and becomes a control voltage having a signal level exceeding the full scale. The added semiconductor element prevents a current from flowing back to the pMOS transistor or the nMOS transistor by such a control voltage.
以上のアナログスィ ッチ駆動方式によって、 フルスケールを越えた信 号レベルの確保が可能となり、 アナログスィ ッチをスィ ッチするために 十分な実効ゲート電圧を得ることができる。 更に、 上記の容量結合によ る電圧シフ ト回路手段及び電流逆流阻止用の半導体素子は、 微細化 CMOSプロセスによって形成可能であり、 低電源電圧動作の MOS集積 回路に容易に組み込むことができる。 図面の簡単な説明 With the above-described analog switch driving method, a signal level exceeding the full scale can be secured, and a sufficient effective gate voltage for switching the analog switch can be obtained. Further, the above-described voltage shift circuit means by capacitive coupling and the semiconductor element for preventing current backflow can be formed by a miniaturized CMOS process, and can be easily incorporated into a MOS integrated circuit operating at a low power supply voltage. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
第 1図は、 本発明に係る MOS集積回路の第 1の実施例を説明するた めの回路図であり、 第 2図は、 本発明の第 1の実施例を説明するための 動作タイ ミングを示す波形図であり、 第 3図は、 本発明の第 1の実施例 を説明するための集積回路構造の断面図であり、 第 4図は、 本発明の第 FIG. 1 is a circuit diagram for explaining a first embodiment of a MOS integrated circuit according to the present invention, and FIG. 2 is an operation timing for explaining the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of the integrated circuit structure for explaining the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a sectional view of the integrated circuit structure of the present invention.
2の実施例を説明するための回路図であり、 第 5図は、 本発明の第 2の 実施例を説明するための集積回路構造の断面図であり、 第 6図は、 本発 明の第 3の実施例を説明するための回路図であり、 第 7図は、 本発明の 第 3の実施例を説明するための動作タイミングを示す波形図であり、 第FIG. 5 is a circuit diagram for explaining a second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a cross-sectional view of an integrated circuit structure for explaining a second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 7 is a circuit diagram for explaining a third embodiment; FIG. 7 is a waveform diagram showing operation timing for explaining a third embodiment of the present invention;
8図は、 本発明の第 3の実施例を説明するための集積回路構造の断面図 であり、 第 9図は、 本発明の第 4の実施例を説明するための回路図であ り、 第 1 0図は、 本発明の第 5の実施例を説明するための回路図であり、 第 1 1図は、 本発明の第 6の実施例を説明するための回路図であり、 第FIG. 8 is a cross-sectional view of an integrated circuit structure for explaining a third embodiment of the present invention. FIG. 9 is a circuit diagram for explaining a fourth embodiment of the present invention. FIG. 10 is a circuit diagram for explaining a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a circuit diagram for explaining a sixth embodiment of the present invention.
1 2図は、 本発明の第 7の実施例を説明するための回路図であり、 第 1FIG. 12 is a circuit diagram for explaining a seventh embodiment of the present invention.
3図は、 本発明の第 7の実施例を説明するための動作タイ ミングを示す 波形図であり、 第 1 4図は、 本発明の第 7の実施例を説明するための集 積回路構造の断面図であり、 第 1 5図は、 本発明の第 8の実施例を説明 するための回路図であり、 第 1 6図は、 本発明の第 9の実施例を説明す るための回路図であり、 第 1 7図は、 従来の MOS集積回路を説明する ための回路図である。 FIG. 3 is a waveform diagram showing the operation timing for explaining the seventh embodiment of the present invention. FIG. 14 is an integrated circuit structure for explaining the seventh embodiment of the present invention. FIG. 15 is a circuit diagram for explaining an eighth embodiment of the present invention, and FIG. 16 is a circuit diagram for explaining a ninth embodiment of the present invention. FIG. 17 is a circuit diagram, and FIG. 17 is a circuit diagram for explaining a conventional MOS integrated circuit.
発明を実施するための最良の形態 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、 本発明に係る MOS集積回路を図面に示した幾つかの実施例を 参照して更に詳細に説明する。 なお、 第 1図〜第 1 7図において、 同一 機能を有するものには同一記号を付け、 その繰り返しの説明を省略する こととする。 (実施例 1 ) Hereinafter, a MOS integrated circuit according to the present invention will be described in more detail with reference to some embodiments shown in the drawings. In FIGS. 1 to 17, those having the same functions are denoted by the same reference symbols, and their repeated description will be omitted. (Example 1)
第 1図において、 3は、 pMOS トランジスタ 2のドレイン端子と出力 端子 2 0の間に接続した pn接合ダイオード(以下単に 「ダイオード」 と いう)、 4は、 nMOS トランジスタ 1のドレイン端子と出力端子 2 0の間 に接続したダイオード、 5は、 出力端子 2 0をアナログスィ ッチ SWの ゲート端子に接続する信号線、 Cは、 一方の端子を出力端子 2 0即ち信 号線 5に接続した容量素子、 8は、 容量素子 C (以下 「容量 C」 という) の他方の端子に接続したインバ一夕である。 トランジスタ 1, 2、 ダイ オード 3, 4及び入出力端子 5, 2 0によってインバー夕 7が形成され る。 また、 入力信号 Ψが与えられるインバー夕 8及び容量 Cにより、 前 記容量結合による電圧シフ ト回路手段が形成され、 同回路手段とィンバ —夕 7とによってアナログスィ ッチ SWを駆動する MOS駆動回路が形 成される。  In FIG. 1, 3 is a pn junction diode (hereinafter simply referred to as a “diode”) connected between the drain terminal of pMOS transistor 2 and output terminal 20, and 4 is the drain terminal and output terminal 2 of nMOS transistor 1. A diode connected between 0, 5 is a signal line connecting the output terminal 20 to the gate terminal of the analog switch SW, and C is a capacitive element having one terminal connected to the output terminal 20, that is, the signal line 5. Numeral 8 denotes an inverter connected to the other terminal of the capacitor C (hereinafter referred to as “capacitor C”). Inverter 7 is formed by transistors 1 and 2, diodes 3 and 4, and input / output terminals 5 and 20. The inverter 8 and the capacitor C to which the input signal 与 え is applied form voltage shift circuit means by the above-described capacitive coupling, and the MOS drive for driving the analog switch SW by the circuit means and the inverter 7. A circuit is formed.
容量 Cはィンバ一夕 8によって駆動され、 入力信号 Ψに応じてィンバ —夕 8の出力信号が変化すると、 容量 Cを介して、 このレベル変化が信 号線 5に伝えられる。 これによつて、 制御電圧 Vcの振幅が拡大される。 制御電圧 Vc により、 アナログスィ ッチ SWのオンオフが制御され、 ァ ナログスィ ツチ SWがオンになると入力電圧 Vinと等しい値の電圧 Vout がスィ ッチ SW の他端子に出力される。 スィ ッチ SW には、 nMOS、 pMOSのいずれのトランジスタも採用可能である。  The capacitance C is driven by the inverter 8 and when the output signal of the inverter 8 changes according to the input signal Ψ, the level change is transmitted to the signal line 5 via the capacitor C. Thereby, the amplitude of the control voltage Vc is enlarged. On / off of the analog switch SW is controlled by the control voltage Vc, and when the analog switch SW is turned on, a voltage Vout having a value equal to the input voltage Vin is output to the other terminal of the switch SW. Either nMOS or pMOS transistors can be used for the switch SW.
なお、 電圧 Vddの電源 (第 1の電源) と出力端子 5の間に トランジス 夕 2によって第 1の電流経路が形成され、 出力端子 5 と電圧 Vssの接地 (第 2の電源) の間に トランジスタ 1によって第 2の電流経路が形成さ れる。 そして、 第 1の電流経路の電流によって信号線 5の浮遊容量 (図 示せず) と容量 Cへの充電が行なわれ、 第 2の電流経路の電流によって 信号線 5の浮遊容量と容量 Cへの放電が行なわれて入力信号 Φを反転し た出力信号が得られる。 A first current path is formed between the power supply of voltage Vdd (first power supply) and the output terminal 5 by the transistor 2, and a transistor is connected between the output terminal 5 and the ground of the voltage Vss (second power supply). 1 forms a second current path. Then, the stray capacitance (not shown) of the signal line 5 and the capacitance C are charged by the current of the first current path, and the stray capacitance of the signal line 5 and the capacitance to the capacitance C are charged by the current of the second current path. Discharge is performed to invert the input signal Φ Output signal is obtained.
このような MOS 駆動回路の動作を第 2図に示したタイ ミング波形を 用いて更に詳細に説明する。 容量 Cを充電するプリチャージ期間 T 1で 入力信号 Φが低レベルになると、 ィンバ一夕 Ίの pMOS トランジスタ 2 がオンし、 nMOS トランジスタ 1がオフする。 これにより、 信号線 5に は電源 Vddから充電電流が供給され、 制御電圧 Vcは上昇していく。 ダ ィォード 3の順方向電圧を Vf とすると、 電圧 Vcは、 Vc = Vdd— Vf に至 る。 期間 T 1では、 イ ンバー夕 8の入力信号 Ψは高レベルであり、 イン バ一夕 8の出力電圧 Vbは低レベル Vssにある。 従って、 容量 Cの充電 電圧はほぼ Vc _ Vssとなる。  The operation of such a MOS drive circuit will be described in more detail with reference to the timing waveform shown in FIG. When the input signal Φ goes low during the precharge period T1 for charging the capacitor C, the pMOS transistor 2 of the inverter turns on and the nMOS transistor 1 turns off. As a result, the charging current is supplied from the power supply Vdd to the signal line 5, and the control voltage Vc increases. Assuming that the forward voltage of diode 3 is Vf, the voltage Vc reaches Vc = Vdd-Vf. In the period T1, the input signal の of the inverter 8 is at a high level, and the output voltage Vb of the inverter 8 is at a low level Vss. Therefore, the charging voltage of the capacitor C is approximately Vc_Vss.
続いて、 スイ ッチ SWをスィ ツチングする期間 T 2で入力信号 Ψを低 レベルに変化させると、 即ち、 入力信号 Ψが入力信号 Φより期間 T 1だ け遅れて低レベルになると、 インバー夕 8は反転し、 出力電圧 Vb は、 高レベル Vdd に変化する。 この電圧変化は、 ほぼ (Vdd— Vss) に等し く、 容量 Cを通じて信号線 5に伝えられ、 電圧 Vcは (Vdd— Vss) だけ シフ トして高電圧レベルに至り、 Vc = Vdd— Vf+ ( Vdd - Vss) となる。 ( Vd - Vss) は一般的に Vf より大きいので、 Vc > Vdd となり、 高電圧 レベルは電源電圧を越えることが分かる。 このとき、 信号線 5は、 ダイ ォ一ド 3の逆方向バイァス及び nMOS トランジスタ 1のオフ動作によ つて分離されるので、 シフ ト した高電圧レベルは、 期間 T 2において保 持される。  Subsequently, when the input signal Ψ is changed to a low level during the switching period T2 of the switch SW, that is, when the input signal に な る becomes low after a delay of the period T1 from the input signal Φ, an inverting signal is generated. 8 is inverted and the output voltage Vb changes to the high level Vdd. This voltage change is almost equal to (Vdd-Vss) and is transmitted to the signal line 5 through the capacitor C. The voltage Vc shifts by (Vdd-Vss) to the high voltage level, and Vc = Vdd-Vf + (Vdd-Vss). Since (Vd-Vss) is generally larger than Vf, Vc> Vdd, and it can be seen that the high voltage level exceeds the power supply voltage. At this time, the signal line 5 is separated by the reverse bias of the diode 3 and the off operation of the nMOS transistor 1, so that the shifted high voltage level is maintained in the period T2.
次に、 容量 Cを放電するプリチャージ期間 T 3に入力信号 Φが高レべ ルに変化すると、 イ ンバー夕 7の pMOS トランジスタ 2がオフ し、 nMOS トランジスタ 1がオンする。 これにより、 信号線 5から Vssに向 かって放電電流が流れて電圧 Vc は下降する。 ダイオード 4の順方向電 圧を Vf とすると、 電圧 Vcは、 Vc二 Vss + Vf に至る。 期間 T 3では、 ィ ンバ一夕 8の入力信号 Ψは低レベルのままであり、 インバ一夕 8の出力 電圧 Vb は高 Vddにある。 従って、 容量 Cの充電電圧はほぼ Vc— Vdd となる。 Next, when the input signal Φ changes to a high level during the precharge period T3 for discharging the capacitor C, the pMOS transistor 2 of the inverter 7 turns off and the nMOS transistor 1 turns on. As a result, a discharge current flows from the signal line 5 to Vss, and the voltage Vc decreases. Assuming that the forward voltage of the diode 4 is Vf, the voltage Vc reaches Vc−Vss + Vf. In period T3, The input signal の at night 8 remains low, and the output voltage Vb at night 8 is high Vdd. Therefore, the charging voltage of the capacitor C is almost Vc-Vdd.
次いで、 スィ ッチ SWをスイ ッチングする期間 T 4で入力信号 Ψを高 レベルにすると、 即ち、 入力信号 Ψが入力信号 Φより期間 T 3だけ遅れ て高レベルになると、 インバー夕 8は反転し、 出力電圧 Vb は低レベル Vssに変化する。 この電圧変化 (Vdd— Vss) は、 容量 Cを通じて信号線 5の電圧 Vcを、 (Vdd— Vss) だけシフ トして低電圧レベルに至り、 Vc 二 Vss + Vf— (Vdd— Vss) となる。 Vfはダイオード 4の順方向電圧であ り、 (Vdd— Vss) は一般的に Vf より大きいので、 Vcく Vssとなり、 低 電圧レベルは接地電圧 Vss以下になることが分かる。 このとき、 信号線 5は、 ダイォ一ド 4の逆方向バイァス及び pMOS トランジスタ 2のオフ 動作によって分離されるので、 シフ トした低電圧レベルは期間 T 4にお いて保持される。  Next, when the input signal Ψ is set to the high level during the switching period T4 of the switch SW, that is, when the input signal に な る is set to the high level with a delay of the period T3 from the input signal Φ, the inverter 8 is inverted. The output voltage Vb changes to the low level Vss. This voltage change (Vdd-Vss) shifts the voltage Vc of the signal line 5 through the capacitor C by (Vdd-Vss) to a low voltage level, and becomes Vc-2Vss + Vf- (Vdd-Vss) . Vf is the forward voltage of the diode 4, and since (Vdd-Vss) is generally larger than Vf, it can be seen that Vc is less than Vss, and the low voltage level is lower than the ground voltage Vss. At this time, the signal line 5 is separated by the reverse bias of the diode 4 and the off operation of the pMOS transistor 2, so that the shifted low voltage level is maintained in the period T4.
アナログスィ ッチ SWが nMOS トランジス夕の場合、期間 T 2の高電 圧レベルによってスイ ッチ SWが十分にオンになり、 期間 T 4の低電圧 レベルによってスイ ッチ SWが十分にオフになる。 具体的には、 Vdd = 2 V、 Vss二 0 V、 Vth二 0 . 6 V とし、 Vf として一般的な = 0 . 7 V を採用して、  When the analog switch SW is an nMOS transistor, the high voltage level in period T2 turns on the switch SW sufficiently, and the low voltage level in period T4 turns off the switch SW sufficiently. . Specifically, Vdd = 2 V, Vss-2 V, Vth-0.6 V, and Vf = 0.7 V, which is general, is adopted.
オン動作では、 In the ON operation,
Vgs— Vth = Vc— ( Vin + Vth) = 1 . 7 V  Vgs— Vth = Vc— (Vin + Vth) = 1.7 V
オフ動作では、 In off operation,
Vgs - Vth = Vc - (Vin + Vth) =— 1 . 9 V  Vgs-Vth = Vc-(Vin + Vth) = — 1.9 V
となり、 従来のそれそれ 0 . 4 V, — 0 . 6 Vを大幅に上回り、 スイ ツ チ SWが十分にオンオフされることが分かる。 It can be seen that the switch SW is sufficiently turned on and off, which greatly exceeds the conventional values of 0.4 V and —0.6 V.
また、 アナログスィ ツチ SWが pMOS トランジス夕の場合は、 逆に、 期間 T 4の低電圧レベルによってスィ ツチ SWが十分にオンになり、 期 間 Τ 2の高電圧レベルによってスィ ツチ SWが十分にオフになる。 On the other hand, when the analog switch SW is a pMOS transistor, The switch SW is sufficiently turned on by the low voltage level in the period T4, and is sufficiently turned off by the high voltage level in the period Τ2.
なお、 容量 Cの実際は、 充放電時定数のため前記した計算値を下回り、 また、 電圧 Vbが変化したときの電圧 Vcの実際は、 信号線 5に浮遊容量 がありそれによつて容量 Cの充電電圧が変化するため、 前記した計算値 を下回る。 従って、 容量 Cの充電電圧が前記計算値に近い電圧となるよ ぅ充放電時定数が期間 T 1及び期間 T 3よりも短かく設定され、 容量 C の容量値の上限がそのような充放電時定数によって設定される。 また、 電圧 Vcが前記計算値に近い電圧となるよう、 容量 Cの容量値は、 信号 線 5の浮遊容量のそれよりも大きく設定され、 その下限が設定される。  The actual value of the capacitance C is lower than the above calculated value due to the charging / discharging time constant, and the actual value of the voltage Vc when the voltage Vb changes is that the signal line 5 has a stray capacitance. Is smaller than the above calculated value because Therefore, the charging / discharging time constant is set to be shorter than the period T1 and the period T3 so that the charging voltage of the capacitor C is close to the calculated value. Set by a time constant. Further, the capacitance value of the capacitor C is set to be larger than that of the stray capacitance of the signal line 5 so that the voltage Vc becomes a voltage close to the calculated value, and the lower limit thereof is set.
ここで、 本実施例の MOS駆動回路の集積回路構造について説明する。 同回路のィンバ一夕 7の集積回路構造を第 3図に示す。 同図の CMOS · IC の断面構造において、 インバー夕 7を構成する nMOS トランジスタ 1は、 p形基板 2 1に形成され、 pMOS トランジスタ 2は、 p形基板 2 1内に形成された n形ゥヱル領域 2 2に形成される。 ダイオード 3は、 n形ゥエル領域 2 2内の p形ゥヱル 2 3 と n形拡散層によって形成され、 ダイオード 4は、 独立した n形ゥエル 2 4と同ゥヱル領域内の p形拡散 層によって形成される。このように本実施例のィンバ一夕 7は、 CMOS - ICにより容易に実現することができる。  Here, the integrated circuit structure of the MOS drive circuit of the present embodiment will be described. Figure 3 shows the integrated circuit structure of the circuit 7 of the same circuit. In the cross-sectional structure of the CMOS IC shown in the figure, the nMOS transistor 1 forming the inverter 7 is formed on the p-type substrate 21, and the pMOS transistor 2 is formed on the n-type transistor region formed in the p-type substrate 21. 22 formed. The diode 3 is formed by a p-type diode 23 and an n-type diffusion layer in the n-type region 22, and the diode 4 is formed by an independent n-type diffusion layer 24 and a p-type diffusion layer in the same region. You. As described above, the member 7 of this embodiment can be easily realized by a CMOS-IC.
容量 C は、 MOS トランジスタのゲート端子とソース端子によって形 成される MOS容量によって実現される。 容量 C としてその他に、 ゲ一 ト端子と ドレイン端子によって形成される MOS 容量を用いることがで きるほか、 通常のメタル配線層やポリシリコン配線層、 拡散層等を電極 として採用した容量素子を用いることができる。 これらは、 いずれも通 常の CMOS · ICで実現することができるものである。 また、 インバー夕 8は、 云うまでもなく通常の CMOS - ICで実現される。 なお、 基板 2 1は p形としたが、 n形基板においても同様に本発明の MOS · IC を実現することができる。 さらに、 他の集積回路プロセス、 例えば SOI ( Silicon On Insulator) 等においても同様に本発明の MOS 駆動回路を構成することが可能である。 The capacitance C is realized by the MOS capacitance formed by the gate and source terminals of the MOS transistor. In addition, a MOS capacitor formed by a gate terminal and a drain terminal can be used as the capacitor C, and a capacitor using a normal metal wiring layer, a polysilicon wiring layer, a diffusion layer, or the like as an electrode is used. be able to. All of these can be realized with ordinary CMOS ICs. Needless to say, Inveru 8 is realized with a normal CMOS-IC. Although the substrate 21 is of the p-type, the MOS-IC of the present invention can be similarly realized on an n-type substrate. Furthermore, the MOS drive circuit of the present invention can be similarly configured in other integrated circuit processes, for example, SOI (Silicon On Insulator) and the like.
以上により、本実施例によれば、電源電圧のフルスケール(Vdd— Vss) を越えて論理ゲート (インバー夕 7 ) の出力レベルを大幅に拡大するこ とができ、低電圧の電源を採用する場合において、アナログスィ ツチ SW を十分駆動することができる。 これにより、 微細化 CMOSにおいても、 アナログスィ ッチを集積回路化 (オンチップ化) することが可能になり、 それによつて集積回路の機能を向上させ、 更に、 部品点数の増大を防ぎ、 集積回路を低価格化することができる。  As described above, according to this embodiment, the output level of the logic gate (inverter 7) can be significantly increased beyond the full scale of the power supply voltage (Vdd-Vss), and a low-voltage power supply is used. In such a case, the analog switch SW can be sufficiently driven. This makes it possible to integrate analog switches into integrated circuits (on-chip) even in miniaturized CMOS, thereby improving the functions of integrated circuits and preventing the number of components from increasing. The circuit can be reduced in price.
(実施例 2 )  (Example 2)
第 1の電流経路の電流逆流阻止用ダイオードを pMOS トランジスタ のソース側に配置した実施例を第 4図に示す。 同図において、 2 aは、 第 1の電流経路の pMOS トランジスタ、 3 aは、 pMOS トランジスタ 2 aのソース側に配置したダイオード、 7 aは、 トランジスタ 1 , 2 a、 ダ ィオード 3 a, 4及び入出力端子 5 , 2 0によって形成されるインバ一 夕である。 その他の構造は、 第 1図に示したのと同一である。  FIG. 4 shows an embodiment in which the diode for preventing current backflow in the first current path is arranged on the source side of the pMOS transistor. In the figure, 2a is a pMOS transistor of the first current path, 3a is a diode arranged on the source side of the pMOS transistor 2a, 7a is transistors 1, 2a, diodes 3a, 4 and This is an invar formed by the input / output terminals 5 and 20. Other structures are the same as those shown in FIG.
本実施例も実施例 1 と同様、 ィンバ一夕 8によって駆動される容量 C を介してインバ一夕 8の出力のレベル変化が信号線 5に伝えられ、 それ によって振幅が拡大した制御電圧 Vcが得られる。  In this embodiment, as in the first embodiment, the level change of the output of the inverter 8 is transmitted to the signal line 5 via the capacitor C driven by the inverter 8, and the control voltage Vc having an increased amplitude is thereby transmitted. can get.
本実施例の MOS 駆動回路の動作は、 実施例 1の夕イ ミングと同様に 行なわれる。 即ち、 期間 T 2及び T 4期間に容量 Cを通じて電圧シフ ト ( Vdd - Vss ) が行なわれる。 このとき、 信号線 5は、 ダイオード 3 a 及びダイオード 4の逆方向バイアスによって分離されるので、 シフ トに よって電源電圧のフルスケール以上に拡大した高電圧レベル及び低電圧 レベルがそれそれ期間 T 2及び期間 T 4において保持される。期間 T 2 の高電圧レベル及び期間 T 4の低電圧レベルは、 アナログスィ ツチ SW が nMOS トランジスタ及び' pMOS トランジスタのいずれの場合も、 ス イ ッチ SWを十分にオンオフすることができる。 The operation of the MOS drive circuit according to the present embodiment is performed in the same manner as in the first embodiment. That is, a voltage shift (Vdd-Vss) is performed through the capacitor C during the periods T2 and T4. At this time, since the signal line 5 is separated by the reverse bias of the diode 3a and the diode 4, the high voltage level and the low The level is held in period T2 and period T4, respectively. The high voltage level in the period T2 and the low voltage level in the period T4 can sufficiently turn on and off the switch SW regardless of whether the analog switch SW is an nMOS transistor or a 'pMOS transistor.
次に、インバー夕 7 aの集積回路構造を第 5図に示す。同図の CMOS · ICの断面構造において、 nMOS トランジスタ 1は p形基板 2 1に形成 され、 pMOS トランジスタ 2 aは p形基板 2 1内に形成された n形ゥェ ル領域 2 2に形成される。 ダイオード 3 aは、 独立した n形ゥヱル 2 5 と同ゥエル内の p形拡散層で実現される。 また、 ダイオード 4は、 独立 した n形ゥエル 2 4と同ゥエル内の p形拡散層で実現される。 このよう に、 本実施例のインバー夕 7 aは、 通常の低価格 CMOS · ICで容易に実 現することができる。  Next, Fig. 5 shows the integrated circuit structure of Invar 7a. In the cross-sectional structure of the CMOS IC shown in FIG. 1, the nMOS transistor 1 is formed on the p-type substrate 21 and the pMOS transistor 2a is formed on the n-type well region 22 formed in the p-type substrate 21. You. The diode 3a is realized by a p-type diffusion layer in the same well as the independent n-type transistor 25. Further, the diode 4 is realized by an independent n-type well 24 and a p-type diffusion layer in the same well. As described above, the inverter 7a of this embodiment can be easily realized by a normal low-cost CMOS IC.
(実施例 3 )  (Example 3)
実施例 1の第 2の電流経路の電流逆流阻止用ダイォードを省略した実 施例を第 6図に示す。 同図において、 9は、 第 2の電流経路が nMOS ト ランジス夕 1のみによって形成されるィンバ一夕、 SWnは、 nMOS トラ ンジス夕によるアナログスィ ツチ、 Vcn は、 スィ ッチ SWn のゲ一ト端 子に与える制御電圧である。 その他の構造は、 第 1図に示したのと同一 である。  FIG. 6 shows an embodiment in which the diode for preventing current backflow in the second current path of the first embodiment is omitted. In the figure, reference numeral 9 denotes an inverter in which the second current path is formed only by the nMOS transistor 1, SWn denotes an analog switch by the nMOS transistor, and Vcn denotes a gate of the switch SWn. This is the control voltage applied to the terminal. Other structures are the same as those shown in FIG.
本実施例も実施例 1 と同様、 インバ一夕 8によって駆動される容量 In this embodiment, as in the first embodiment, the capacity driven by the inverter 8
Cを介してインバ一夕 8の出力のレベル変化が信号線 5に伝えられるが、 制御電圧の低電圧レベルは、 後述するように、 ほぼ Vssに抑えれる。 本実施例の MOS 駆動回路の動作タイ ミングを第 7図に示す。 期間 T 1〜期間 T 3の動作は、 実施例 1の場合と同様であり、 制御電圧 Vcnは、 電源電圧を越える高電圧レベルの Vcn = Vdd— Vf+ ( Vdd - Vss) > Vdd に至る。この制御電圧 Vcnは、ダイォード 3の逆方向バイァス及び nMOS トランジスタ 1のオフ動作によって分離され、 期間 T 2において保持さ れる。 続く期間 T 3で電圧 Vcnは下降し、 ほぼ Vssに至る。 The level change of the output of the inverter 8 is transmitted to the signal line 5 via C, but the low voltage level of the control voltage is suppressed to almost Vss as described later. FIG. 7 shows the operation timing of the MOS drive circuit of this embodiment. The operation in the period T1 to the period T3 is the same as that in the first embodiment, and the control voltage Vcn reaches a high voltage level Vcn = Vdd-Vf + (Vdd-Vss)> Vdd exceeding the power supply voltage. This control voltage Vcn is the reverse bias of diode 3 and nMOS. Separated by the off operation of the transistor 1 and held in the period T2. In the subsequent period T3, the voltage Vcn drops and reaches almost Vss.
期間 T 4の動作は、 実施例 1の場合と異なる。 期間 T 4で入力信号 Ψ を高レベルにすると、 インバ一夕 8は反転し、 出力電圧 Vb は低レベル に変化する。 この電圧変化 (Vdd— Vss) は、 容量 C を通じて信号線 5 の電圧 Vcn を (Vdd— Vss) だけシフ トするように作用するが、 信号線 5は、 nMOS トランジスタ 1のオン動作によって Vssに接続されるので、 シフ トした低電圧レベルは期間 T 4において Vssに漸近する。  The operation in the period T4 is different from that in the first embodiment. When the input signal Ψ is set to the high level during the period T4, the inverter 8 reverses, and the output voltage Vb changes to the low level. This voltage change (Vdd—Vss) acts to shift the voltage Vcn of the signal line 5 by (Vdd—Vss) through the capacitor C, but the signal line 5 is connected to Vss by the ON operation of the nMOS transistor 1. Therefore, the shifted low voltage level approaches Vss in the period T4.
期間 T 2の制御電圧 Vcnの高電圧レベルは、 スィ ッチ SWnを十分に オンすることができる。 一方、 期間 T 4の低電圧レベルは、 ほぼ Vssで あるが、 実施例 1の場合と同じ電圧条件で、 Vgs— Vth =— 0 . 6 Vとな り、 スィ ッチ SWnのオフが確保される。  The high voltage level of the control voltage Vcn in the period T2 can sufficiently turn on the switch SWn. On the other hand, the low voltage level in the period T4 is almost Vss, but under the same voltage condition as in the first embodiment, Vgs—Vth = —0.6 V, and the switch SWn is turned off. You.
次に、 本実施例のインバ一夕 9の集積回路構造を第 8図に示す。 同図 の CMOS · ICの断面構造において、 nMOS トランジスタ 1は p形基板 2 1に、 また pMOS トランジスタ 2は p形基板 2 1内の n形ゥエル領域 2 2に形成される。 ダイオード 3は、 独立した n形ゥエル 2 5 と同ゥェ ル内の P形拡散層で実現される。 このようにして、 本実施例のインバー 夕 9は、 通常の低価格 CMOS · ICで容易に実現することができる。  Next, FIG. 8 shows the integrated circuit structure of Invar 9 of this embodiment. In the cross-sectional structure of the CMOS IC shown in the figure, the nMOS transistor 1 is formed on the p-type substrate 21 and the pMOS transistor 2 is formed on the n-type well region 22 in the p-type substrate 21. The diode 3 is realized by an independent n-type well 25 and a P-type diffusion layer in the same well. In this way, the inverter 9 of the present embodiment can be easily realized by a normal low-cost CMOS IC.
なお、 本実施例では、 第 2の電流経路を nMOS トランジスタ 1のみに よって形成したが、 これに限らず、 nMOS トランジスタ 1 と接地との間 に電流逆流阻止用のダイオードを配置することが可能である。 期間 T 4 の制御信号 Vc の電圧レベルを、 実施例 1の場合と同様、 接地電圧 Vss 以下とすることができる。  In the present embodiment, the second current path is formed only by the nMOS transistor 1. However, the present invention is not limited to this. It is possible to arrange a diode for preventing a current backflow between the nMOS transistor 1 and the ground. is there. The voltage level of the control signal Vc in the period T 4 can be equal to or lower than the ground voltage Vss as in the first embodiment.
(実施例 4 )  (Example 4)
実施例 4のダイオードを nMOS トランジスタに置き換えた実施例を 第 9図に示す。 同図において、 1 0は、 ゲート端子と ドレイ ン端子を結 び、 その接続点を pMOS トランジスタ 2のドレイン端子に接続し、 ソー ス端子を信号線 5に接続した nMOS トランジスタ、 9 aは、 そのような トランジスタ 1 0を有するインバ一夕である。 その他の構造は、 第 6図 に示したのと同一である。 FIG. 9 shows an embodiment in which the diode of the fourth embodiment is replaced with an nMOS transistor. In the figure, 10 indicates a connection between the gate terminal and the drain terminal. An nMOS transistor 9 a having its connection point connected to the drain terminal of the pMOS transistor 2 and its source terminal connected to the signal line 5 is an inverter having such a transistor 10. Other structures are the same as those shown in FIG.
ゲ一ト端子と ドレイ ン端子を結んだ nMOS トランジスタ 1 0は、 pn 接合ダイォードと同様に振舞い、 ドレイン端子からソース端子に向かつ て電流を流し、 電源電圧 Vddから信号線 5への充電電流の電流経路を形 成する。 しかし、 逆方向には電流を流さない。  The nMOS transistor 10 that connects the gate terminal and the drain terminal behaves like a pn junction diode, flows current from the drain terminal to the source terminal, and transfers the charging current from the power supply voltage Vdd to the signal line 5. Form a current path. However, no current flows in the opposite direction.
本実施例の MOS 駆動回路の動作は、 第 7図に示した実施例 3の動作 タイ ミングと同様に行なわれる。期間 T 2に nMOS トランジスタ 1 0に よって信号線 5が分離され、 同期間に制御電圧 Vcnが高電圧レベルに保 持される。 これにより、 nMOS トランジスタによるアナログスィ ヅチ SWnは、 十分なオン動作を行なうことができる。期間 T 4の低電圧レべ ルは、 ほぼ Vssとなり、 スイ ッチ SWnのオフが確保される。  The operation of the MOS drive circuit of this embodiment is performed in the same manner as the operation timing of the third embodiment shown in FIG. During the period T2, the signal line 5 is separated by the nMOS transistor 10, and the control voltage Vcn is maintained at the high voltage level during the same period. As a result, the analog switch SWn formed by the nMOS transistor can perform a sufficient ON operation. The low voltage level in the period T4 becomes almost Vss, and the switch SWn is turned off.
なお、 本実施例では、 第 2の電流経路を nMOS トランジスタ 1のみに よって形成したが、 これに限らず、 nMOS トランジスタ 1 と電流逆流阻 止用ダイォ一ドの直列接続によって形成することが可能である。 期間 T 4の制御信号 Vcの電圧レベルを、 実施例 1の場合と同様、 接地電圧 Vss 以下とすることができる。  In the present embodiment, the second current path is formed only by the nMOS transistor 1.However, the present invention is not limited to this. The second current path can be formed by connecting the nMOS transistor 1 and a diode for preventing current backflow in series. is there. The voltage level of the control signal Vc in the period T4 can be equal to or lower than the ground voltage Vss, as in the first embodiment.
(実施例 5 )  (Example 5)
実施例 4のダイォード動作 nMOS トランジス夕のゲ一ト端子を分離 した実施例を第 1 0図に示す。 同図において、 1 1は、 ゲート端子を分 離し、同端子に入力信号 Xを印加するようにした nMOS トランジスタ、 9 bは、 そのような トランジスタ 1 1を有するインバー夕である。 その 他の構造は、 第 9図に示したのと同一である。 入力信号 Xが高レベルの ときは nMOS トランジスタ 1 1のチャネルはオンとなり、 Xが低レベル のときはチャネルはオフとなる。 FIG. 10 shows an embodiment in which the gate terminal of the diode operation nMOS transistor of the fourth embodiment is separated. In the figure, reference numeral 11 denotes an nMOS transistor in which a gate terminal is separated and an input signal X is applied to the terminal, and reference numeral 9b denotes an inverter having such a transistor 11. Other structures are the same as those shown in FIG. When the input signal X is at a high level, the channel of the nMOS transistor 11 is turned on, and X is at a low level. In the case of, the channel is turned off.
本実施例の MOS 駆動回路の動作は、 第 7図に示した実施例 3の動作 タイ ミングに準じて行なわれる。 但し、 入力信号 Xは、 期間 T 1に高レ ベルとなり、 nMOS トランジスタ 1 1をオンにする。 期間 T 2〜期間 T 4では、 入力信号 Xは、 低レベルとなり、 nMOS トランジスタ 1 1をォ フにする。  The operation of the MOS drive circuit of this embodiment is performed according to the operation timing of the third embodiment shown in FIG. However, the input signal X goes high during the period T1 and turns on the nMOS transistor 11. In a period T2 to a period T4, the input signal X is at a low level, and the nMOS transistor 11 is turned off.
期間 T 1において入力信号 Φが低レベルになると、 pMOS トランジス 夕 2がオンになり、 nMOS トランジスタ 1がオフになる。 このとき、 nMOS トランジスタ 1 1のチャネルがオンになっているので、 電源 Vdd から信号線 5に向かって充電電流が流れ、 電圧 Vcnは上昇する。 期間 T 1では、 インバ一夕 8の入力信号 Ψは高レベルであり、 出力電圧 Vb は低レベルにある。  When the input signal Φ goes low during the period T1, the pMOS transistor 2 turns on and the nMOS transistor 1 turns off. At this time, since the channel of the nMOS transistor 11 is on, a charging current flows from the power supply Vdd toward the signal line 5, and the voltage Vcn rises. In the period T1, the input signal の of the inverter 8 is at a high level, and the output voltage Vb is at a low level.
次に、 期間 T 2で入力信号 Ψを低レベルに変化させると、 インバー夕 8は反転し、 出力電圧 Vb は高レベルに変化する。 この電圧変化は、 容 量 C を通じて信号線 5に伝えられ、 Vcn は高電圧レベル (Vcn > Vdd) にシフ トする。 このとき、 nMOS トランジスタ 1 1のチャネルはオフに なっており、 これによつて信号線 5が分離されるので、 シフ トした高電 圧レベルは T 2期間において保持される。 これにより、 nMOS トランジ ス夕によるアナログスィ ッチ SWn は、 十分なオン動作を行なうことが できる。  Next, when the input signal Ψ is changed to a low level in the period T2, the inverter 8 is inverted and the output voltage Vb is changed to a high level. This voltage change is transmitted to the signal line 5 through the capacitor C, and Vcn shifts to a high voltage level (Vcn> Vdd). At this time, the channel of the nMOS transistor 11 is turned off, and the signal line 5 is thereby separated, so that the shifted high voltage level is maintained in the period T2. Thus, the analog switch SWn by the nMOS transistor can perform a sufficient ON operation.
期間 T 3及び期間 T 4の動作は、 実施例 4と同じであり、 期間 T 4に おいて Vssに漸近する制御電圧 Vcnが得られ、 スイ ッチ SWnのオフが 確保される。  The operations in the period T3 and the period T4 are the same as those in the fourth embodiment. In the period T4, the control voltage Vcn asymptotic to Vss is obtained, and the OFF state of the switch SWn is ensured.
なお、 本実施例では、 第 2の電流経路を nMOS トランジスタ 1のみに よって形成したが、 これに限らず、 nMOS トランジスタ 1 と電流逆流阻 止用ダイォ一ドの直列接続によって形成することが可能である。 期間 T 4の制御信号 Vcの電圧レベルを、 実施例 1の場合と同様、 接地電圧 Vss 以下とすることができる。 In the present embodiment, the second current path is formed only by the nMOS transistor 1.However, the present invention is not limited to this. The second current path can be formed by connecting the nMOS transistor 1 and a diode for preventing current backflow in series. is there. Period T The voltage level of the control signal Vc in (4) can be equal to or lower than the ground voltage Vss, as in the first embodiment.
(実施例 6 )  (Example 6)
実施例 3の pMOS トランジスタ 2をィンバ一夕に置き換えた実施例 を第 1 1図に示す。 同図において、 1 3は、 入力信号 Φを入力し、 出力 側をダイオード 3に接続したインバ一夕、 1 2は、 そのようなインバー 夕 1 3を有するィンバ一夕である。 その他の構造は、 第 6図に示したの と同一である。  FIG. 11 shows an embodiment in which the pMOS transistor 2 of the embodiment 3 is replaced with a member. In the figure, reference numeral 13 denotes an inverter which receives an input signal Φ and the output side of which is connected to a diode 3, and numeral 12 denotes an inverter having such an inverter 13. Other structures are the same as those shown in FIG.
入力信号 Φが低レベルのときは、 イ ンバ一夕 1 3の出力は電源電圧 Vddになり、 信号線 5を高レベルに充電する。 また、 入力信号 Φが高レ ベルのときは、 ィンバ一夕 1 3の出力は接地電圧 Vssになると共にダイ オード 3がオフとなり、オンとなる nMOS トランジスタ 1を通じて信号 線 5は、 低レベル Vssに放電される。  When the input signal Φ is low, the output of the inverter 13 goes to the power supply voltage Vdd, and the signal line 5 is charged to a high level. When the input signal Φ is at a high level, the output of the inverter 13 goes to the ground voltage Vss and the diode 3 turns off, and the signal line 5 goes to the low level Vss through the nMOS transistor 1 which turns on. Discharged.
本実施例の MOS駆動回路の動作は、 第 7図に示した実施例 3の動作 タイ ミングと同様に行なわれる。 ダイオード 3によって信号線 5の分離 がなされるため、 期間 T 2に高電圧レベルの Vcnが保持される。 これに より、 nMOSのアナログスィ ツチ SWnは十分なオン動作を行うことが できる。 期間 T 4の低電圧レベルは、 ほぼ Vss となり、 スィ ッチ SWn のオフが確保される。  The operation of the MOS drive circuit of this embodiment is performed in the same manner as the operation timing of the third embodiment shown in FIG. Since the signal line 5 is separated by the diode 3, the high voltage level Vcn is held during the period T2. This allows the nMOS analog switch SWn to perform a sufficient ON operation. The low voltage level in the period T4 becomes almost Vss, and the switch SWn is turned off.
(実施例 7 )  (Example 7)
実施例 1の第 1の電流経路の電流逆流阻止用ダイォードを省略した 実施例を第 1 2図に示す。 同図において、 1 4は、 第 1の電流経路が pMOS トランジスタ 2のみによって形成されるィ ンバ一夕、 SWp は、 pMOS トランジスタによるアナログスィ ツチ、 Vcp は、 スィ ッチ SWp のゲート端子に与える制御電圧である。 インバー夕 1 4の入力端子 6に は、 実施例 1の入力信号 Φを反転した入力信号 ¥が印加され、 イ ンバ一 夕 8には、 実施例 1の入力信号 を反転した入力信号 ¥が印加される。 その他の構造は、 第 1図に示したのと同一である。 FIG. 12 shows an embodiment in which the diode for preventing current backflow in the first current path of the embodiment 1 is omitted. In the figure, reference numeral 14 denotes an inverter in which the first current path is formed only by the pMOS transistor 2, SWp denotes an analog switch formed by the pMOS transistor, and Vcp denotes a control applied to the gate terminal of the switch SWp. Voltage. The input signal 6 obtained by inverting the input signal Φ of the first embodiment is applied to the input terminal 6 of the inverter 14. In the evening 8, an input signal ¥ that is the inverse of the input signal of the first embodiment is applied. Other structures are the same as those shown in FIG.
ィンバ一夕 1 4は、 入力信号 ¥の反転信号を信号線 5に出力する。 入 力信号 ¥に応じて変化するィンバ一夕 8の出力信号が容量 C を介して 信号線 5に伝えられる。 また、 信号線 5の制御信号 Vcpは、 アナログス ィ ツチ SWpのゲ一ト端子に印加され、 スィ ッチ SWpのオンオフ動作を 制御する。  The receiver outputs an inverted signal of the input signal ¥ to the signal line 5. The output signal of the inverter 8 that changes according to the input signal ¥ is transmitted to the signal line 5 via the capacitor C. The control signal Vcp of the signal line 5 is applied to the gate terminal of the analog switch SWp to control the on / off operation of the switch SWp.
本実施例の MOS駆動回路の動作タイ ミングを第 1 3図に示す。 期間 FIG. 13 shows the operation timing of the MOS drive circuit of this embodiment. period
T 1で入力信号 Φが高レベルになると、 ィンバ一夕 1 4は、 nMOS トラ ンジス夕 1がオンになり、 pMOS トランジスタ 2がオフになる。 これに より、信号線 5から接地電圧 Vssに向かって放電電流が流れて、電圧 Vcp は下降し、 Vcp = Vss + Vf に至る。 Vf はダイオード 4の順方向電圧であ る。 期間 T 1では、 ィンバ一夕 8の入力信号 ¥は低レベルにあり、 出力 電圧 は高レベル Vddにある。 When the input signal Φ goes high at T1, the NMOS transistor 14 turns on the nMOS transistor 1 and turns off the pMOS transistor 2. As a result, a discharge current flows from the signal line 5 toward the ground voltage Vss, and the voltage Vcp decreases to reach Vcp = Vss + Vf. Vf is the forward voltage of diode 4. In the period T1, the input signal ¥ of the receiver 8 is at the low level, and the output voltage is at the high level Vdd.
次に、 期間 T 2で入力信号 ¥を高レベルに変化させると、 インバー夕 8は反転し、 出力電圧 は、 低レベル Vss に変化する。 この電圧変化 ( Vdd— Vss) は、 容量 C を通じて信号線 5に伝えられ、 Vcp は (Vdd - Vss) だけシフ ト して低電圧レベルの Vcp二 Vss + Vf— (Vdd— Vss) に至る。 実施例 1 と同じ電圧条件で Vcpく Vss となり、 Vcp は接地電圧 Vss 以下の低電圧レベルになる。 このとき、 信号線 5は、 ダイオード 4 の逆方向バイァス及び pMOS トランジスタ 2のオフ動作によって分離 されるので、 上記低電圧レベルが期間 T 2において保持される。  Next, when the input signal ¥ is changed to the high level in the period T2, the inverter 8 is inverted, and the output voltage changes to the low level Vss. This voltage change (Vdd-Vss) is transmitted to the signal line 5 through the capacitor C, and Vcp is shifted by (Vdd-Vss) to reach a low voltage level of Vcp-Vss + Vf- (Vdd-Vss). Under the same voltage conditions as in the first embodiment, Vcp becomes Vss, and Vcp becomes a low voltage level equal to or lower than the ground voltage Vss. At this time, since the signal line 5 is separated by the reverse bias of the diode 4 and the off operation of the pMOS transistor 2, the low voltage level is maintained in the period T2.
T 3期間に入力信号 ¥が低レベルに変化すると、 pMOS トランジスタ 2がオンになり、 nMOS トランジスタ 1がオフになる。 これにより、 電 源 Vddから信号線 5に向かって充電電流が流れ、 電圧 Vcpは上昇し、 ほ ぼ Vddに至る。 次いで、 期間 T 4で入力信号 ¥を低レベルにし、 ィンバ一夕 8を反転 すると、 出力電圧 ^は高レベル Vdd に変化する。 この電圧変化 (Vdd - Vss) は、 容量 Cを通じて信号線 5の電圧 Vcpを、 (Vdd— Vss) だけ シフ 卜するように作用するが、 信号線 5は、 pMOS トランジスタ 2のォ ン動作によって Vddに接続されるので、 シフ トした高電圧レベルは、 期 間 T 4において Vddに漸近していく。 When the input signal ¥ changes to low level during the period T3, the pMOS transistor 2 turns on and the nMOS transistor 1 turns off. As a result, a charging current flows from the power supply Vdd toward the signal line 5, and the voltage Vcp rises to almost Vdd. Next, when the input signal ¥ is changed to the low level in the period T4 and the inverter 8 is inverted, the output voltage ^ changes to the high level Vdd. This voltage change (Vdd-Vss) acts to shift the voltage Vcp of the signal line 5 through the capacitor C by (Vdd-Vss), but the signal line 5 is turned on by the pMOS transistor 2 turning on Vdd. , The shifted high voltage level asymptotically approaches Vdd in period T4.
期間 T 2の制御電圧 Vcpの低電圧レベルは、 スィ ッチ SWpを十分に オンすることができる。 具体的には、 Vdd= 2 V、 Vss = 0 V、 Vth = - 0 . 6 Vとし、 Vf として一般的な = 0 . 7 Vを採用して、  The low voltage level of the control voltage Vcp in the period T2 can sufficiently turn on the switch SWp. Specifically, Vdd = 2 V, Vss = 0 V, Vth = -0.6 V, and a general = 0.7 V is adopted as Vf.
Vgs - Vth = Vc - ( Vin + Vth) =— 1 . 7 V  Vgs-Vth = Vc-(Vin + Vth) = — 1.7 V
となり、 従来の一 0 . 4 Vを大幅に低下させることができる。 Thus, the conventional value of 0.4 V can be greatly reduced.
一方、 期間 T 4の高電圧レベルは、 ほぼ Vddであるが、 実施例 1の場 合と同じ電圧条件で、 Vgs— Vth = 0 . 6 Vとなり、 スィ ヅチ SWpのォ フが確保される。  On the other hand, the high voltage level in the period T4 is almost Vdd, but under the same voltage conditions as in the first embodiment, Vgs−Vth = 0.6 V, and the switch SWp is off.
次に、 本実施例のインバ一夕 1 4の集積回路構造を第 1 4図に示す。 同図の CMOS · ICの断面構造において、 nMOS トランジスタ 1は p形 基板 2 1に、 また、 pMOS トランジスタ 2は p形基板 2 1内の n形ゥェ ル領域 2 2に形成される。 ダイオード 4は、 独立した n形ゥエル 2 4と 同ゥエル内の p形拡散層で実現される。 このように、 本実施例のインバ —夕 1 4は、 通常の低価格 CMOS · ICで容易に実現することができる。 なお、 本実施例においては、 電流逆流阻止用の素子をダイオード 4と したが、 これに限らず、 ゲ一ト端子を ドレイン端子に接続した pMOS ト ランジス夕とすることが可能であり、 それとは別に、 ゲート端子に入力 信号 Xを与える pMOS トランジスタとすることが可能である。 更に、 こ れらのいずれの場合も、 pMOS トランジスタ 2 と電源との間に、 電流逆 流阻止用のダイォードを配置することが可能である。 (実施例 8 ) Next, FIG. 14 shows an integrated circuit structure of Invar 14 of this embodiment. In the cross-sectional structure of the CMOS IC shown in FIG. 1, the nMOS transistor 1 is formed on the p-type substrate 21, and the pMOS transistor 2 is formed on the n-type well region 22 in the p-type substrate 21. The diode 4 is realized by an independent n-type well 24 and a p-type diffusion layer in the same well. As described above, the inverter 14 of this embodiment can be easily realized by a normal low-cost CMOS IC. In this embodiment, the diode 4 is used as an element for preventing a current backflow. However, the present invention is not limited to this, and it is possible to use a pMOS transistor in which the gate terminal is connected to the drain terminal. Alternatively, it can be a pMOS transistor that provides an input signal X to the gate terminal. Further, in any of these cases, it is possible to dispose a diode for preventing current backflow between the pMOS transistor 2 and the power supply. (Example 8)
アナログスィ ヅチを nMOS トランジスタと pMOS トランジスタの並 列接続で構成し、 nMOS トランジスタを実施例 3の MOS駆動回路で、 pMOS トランジス夕を実施例 Ίの MOS駆動回路で駆動するようにした 実施例を第 1 5図に示す。 同図において、 1 5は、 nMOS トランジスタ によるスイ ッチ SWnと pMOS トランジスタによるスィ ッチ SWpとを並 列接続したアナログスィ ツチである。スィ ッチ SWn用の MOS駆動回路 は、 第 6図に示したのと同一であり、 スィ ツチ SWp用の MOS駆動回路 は、 第 1 2図に示したのと同一である。  An embodiment in which the analog switch is configured by connecting an nMOS transistor and a pMOS transistor in parallel, the nMOS transistor is driven by the MOS drive circuit of the third embodiment, and the pMOS transistor is driven by the MOS drive circuit of the second embodiment. See Figure 15. In the figure, reference numeral 15 denotes an analog switch in which a switch SWn formed by an nMOS transistor and a switch SWp formed by a pMOS transistor are connected in parallel. The MOS drive circuit for the switch SWn is the same as that shown in FIG. 6, and the MOS drive circuit for the switch SWp is the same as that shown in FIG.
スィ ッチ SWnは信号線 5 aの制御電圧 Vcnによって制御され、 スィ ツチ SWpは信号線 5 bの制御電圧 Vcp によって制御される。 ィンバ一 夕 8及び容量 Cとィンバ一夕 9 とによって電圧 Vcnは高電圧レベルが得 られ、 同じく別のィンバ一夕 8及び容量 Cとィンバ一夕 1 4とによって Vcp は低電圧レベルが得られる。 ここで、 入力信号 Φと 及び入力信号 ¥と¥は、 それぞれ第 7図及び第 1 3図の動作タイ ミングに従い、 期間 T 2においてスイ ッチ SWn及びスィ ツチ SWpをそれそれオンにし、 期 間 T 4においてスィ ツチ SWn及びスィ ツチ SWpをそれそれオフにする。 期間 T 2の電源電圧のフルスケールを越えた制御電圧、 即ち電圧 Vcn の高電圧レベルと電圧 Vcpの低電圧レベルによって、 アナログスィ ツチ 1 5は十分にオン動作を行うことができる。  The switch SWn is controlled by the control voltage Vcn of the signal line 5a, and the switch SWp is controlled by the control voltage Vcp of the signal line 5b. A high voltage level is obtained for the voltage Vcn by the capacitor 8 and the capacitor C and the capacitor 9 and a low voltage level Vcp is obtained by another capacitor 8 and the capacitor C and the capacitor 14. . Here, the input signal Φ and the input signal ¥ and the input signal ¥ are switched on in the period T2 according to the operation timings of FIGS. 7 and 13, respectively, to turn on the switch SWn and the switch SWp. At T4, switch SWn and switch SWp are turned off. The control voltage exceeding the full scale of the power supply voltage in the period T2, that is, the high voltage level of the voltage Vcn and the low voltage level of the voltage Vcp can sufficiently turn on the analog switch 15.
本実施例のインバー夕 8 , 9, 1 4及び容量 Cは、 上述のように、 通 常の低価格 CMOS ' ICで容易に実現することができ、 本発明により、 ァ ナログスィ ツチを集積化した低電源電圧動作の MOS集積回路を実現す ることができる。  As described above, the inverters 8, 9, 14 and the capacitance C of this embodiment can be easily realized by a normal low-cost CMOS IC, and the present invention integrates an analog switch. A low power supply voltage operation MOS integrated circuit can be realized.
(実施例 9 )  (Example 9)
駆動対象を出力 ドライバ回路とした実施例を第 1 6図に示す。 同図に おいて、 1 6は、 nMOS トランジスタによる出力 ドライバ回路、 Lは、 出力 ドライバ回路 1 6が駆動する外部負荷である。 出力ドライバ回路 1 6は、 第 6図に示した実施例 3の MOS駆動回路によって駆動される。 FIG. 16 shows an embodiment in which the driving target is an output driver circuit. In the figure Here, 16 is an output driver circuit using an nMOS transistor, and L is an external load driven by the output driver circuit 16. The output driver circuit 16 is driven by the MOS drive circuit according to the third embodiment shown in FIG.
即ち、信号線 5が出力 ドライバ 1 6を構成する nMOS トランジスタ のゲート端子に接続され、 制御電圧 Vcnによって出力ドライバ 1 6のォ ンオフ動作が制御される。 実施例 3の場合と同様に、 イ ンバー夕 9 と、 インバ一夕 8及び容量 Cとによって、 電圧 Vcnは、 高電圧レベル (Vcn > Vdd) を得ることができる。 この高電圧レベルにより、 出力 ドライノ 1 6は、 十分なオン動作を行ない、 寄生イ ンピーダンス rが存在する場 合にも、 外部負荷 Lに十分な駆動電流を供給することができる。  That is, the signal line 5 is connected to the gate terminal of the nMOS transistor constituting the output driver 16, and the on / off operation of the output driver 16 is controlled by the control voltage Vcn. As in the case of the third embodiment, a high voltage level (Vcn> Vdd) can be obtained for the voltage Vcn by the inverter 9, the inverter 8 and the capacitance C. Due to this high voltage level, the output dryno 16 performs a sufficient ON operation, and can supply a sufficient drive current to the external load L even in the presence of the parasitic impedance r.
以上述べたように、 本発明によれば、 電源電圧のフルスケールを越え た信号レベルの制御電圧を出力する駆動回路を実現することができるの で、 アナログスィ ツチ等を十分にオン · オフ動作させることが可能な低 電圧電源動作の微細化プロセスによる MOS集積回路を提供することが できる。 低電圧動作が困難になるアナログ回路、 特に MOS アナログス ィ ツチの微細化 CMOS ' ICへのオンチヅプ化が可能となり、 これによつ て集積回路の機能を向上させることができると共に、 部品点数の増大を 防ぐことができる。 その結果、 集積回路を用いた各種機器を低価格化す ることができる。  As described above, according to the present invention, it is possible to realize a drive circuit that outputs a control voltage having a signal level exceeding the full scale of the power supply voltage, so that the analog switch and the like can be sufficiently turned on and off. It is possible to provide a MOS integrated circuit by a miniaturization process of a low-voltage power supply operation that can be performed. Analog circuits that are difficult to operate at low voltage, especially MOS analog switches, can be miniaturized. CMOS-ICs can be turned on, thereby improving the functions of integrated circuits and reducing the number of components. The increase can be prevented. As a result, various devices using integrated circuits can be reduced in price.
産業上の利用可能性 Industrial applicability
以上のように、 本発明は、 微細化プロセスによって低い電源電圧の採 用が避けられない MOS 集積回路に有用であり、 特にアナログ回路が混 在する CMOS集積回路に適用して好適である。  As described above, the present invention is useful for a MOS integrated circuit in which adoption of a low power supply voltage by a miniaturization process is inevitable, and is particularly suitable for application to a CMOS integrated circuit in which analog circuits are mixed.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
1 . pチャネル形 MOS ( Metal Oxide Semiconductor) トランジスタの ゲ一ト端子と nチャネル形 MOS トランジス夕のゲ一ト端子とを相互に 接続して入力端子とし、 当該入力端子に入力した信号を反転して出力す る MOS集積回路において、 1.The gate terminal of a p-channel MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor and the gate terminal of an n-channel MOS transistor are connected to each other as an input terminal, and the signal input to the input terminal is inverted. Output MOS integrated circuit,
第 1の電源と出力端子の間に形成される pチャネル形 MOS トランジ ス夕による電流経路及び第 2の電源と出力端子の間に形成される nチヤ ネル形 MOS トランジスタによる電流経路の少なく ともいずれか一方の 電流経路に電流逆流阻止用の半導体素子を付加し、 かつ、 容量結合によ つて電圧をシフ 卜する回路手段を出力端子に設けたことを特徴とする At least one of the current path formed by the p-channel MOS transistor formed between the first power supply and the output terminal and the current path formed by the n-channel MOS transistor formed between the second power supply and the output terminal A semiconductor device for preventing current backflow is added to one of the current paths, and circuit means for shifting the voltage by capacitive coupling is provided at an output terminal.
MOS集積回路。 MOS integrated circuit.
2 . 前記電圧シフ ト回路手段は、 一方の端子を前記出力端子に接続した 容量素子と、 当該容量素子の他方の端子に接続した論理ゲートとからな り、 当該論理ゲートは、 前記入力端子への入力信号を反転し、 かつ、 所 定の時間遅延した信号を出力するものであることを特徴とする請求の範 囲第 1項に記載の MOS集積回路。  2. The voltage shift circuit means includes a capacitor having one terminal connected to the output terminal and a logic gate connected to the other terminal of the capacitor, and the logic gate is connected to the input terminal. 2. The MOS integrated circuit according to claim 1, wherein the MOS integrated circuit inverts the input signal and outputs a signal delayed by a predetermined time.
3 . 前記容量素子は、 その容量値が、 前記電流経路の呈する時定数が前 記所定の遅延時間となる容量値よりも小さく、 前記出力端子に付加され る浮遊容量の容量値よりも大きいことを特徴とする請求の範囲第 2項に 記載の MOS集積回路。  3. The capacitance value of the capacitance element is smaller than the capacitance value at which the time constant of the current path exhibits the predetermined delay time, and larger than the capacitance value of the stray capacitance added to the output terminal. 3. The MOS integrated circuit according to claim 2, wherein:
4 . pチャネル形 MOS トランジスタと出力端子の間に pn接合ダイォー ドを電流逆流阻止用の半導体素子として接続し、更に、 nチャネル形 MOS トランジスタと出力端子の間に別の pn 接合ダイォ一ドを別の電流逆流 阻止用の半導体素子として接続したことを特徴とする請求の範囲第 2項 に記載の MOS集積回路。 4.A pn junction diode is connected between the p-channel MOS transistor and the output terminal as a semiconductor element for preventing current backflow, and another pn junction diode is connected between the n-channel MOS transistor and the output terminal. 3. The MOS integrated circuit according to claim 2, wherein the MOS integrated circuit is connected as another semiconductor element for preventing current backflow.
5 . pチャネル形 MOS トランジスタと出力端子の間に pn接合ダイォー ドを電流逆流阻止用の半導体素子として接続したことを特徴とする請求 の範囲第 2項に記載の MOS集積回路。 5. The MOS integrated circuit according to claim 2, wherein a pn junction diode is connected between the p-channel MOS transistor and the output terminal as a semiconductor element for preventing current backflow.
6 . nチャネル形 MOS トランジスタと出力端子の間に pn接合ダイォ一 ドを電流逆流阻止用の半導体素子として接続したことを特徴とする請求 の範囲第 2項に記載の MOS集積回路。  6. The MOS integrated circuit according to claim 2, wherein a pn junction diode is connected between the n-channel MOS transistor and the output terminal as a semiconductor element for preventing current backflow.
7 . p チャネル形 MOS トランジスタと出力端子の間にゲート端子を ド レイン端子に接続した別の nチャネル形 MOS トランジス夕を電流逆流 阻止用の半導体素子として接続したことを特徴とする請求の範囲第 2項 に記載の MOS集積回路。  7. Another n-channel MOS transistor having a gate terminal connected to the drain terminal between the p-channel MOS transistor and the output terminal is connected as a semiconductor element for preventing current reverse flow. 3. The MOS integrated circuit according to item 2.
8 . n チャネル形 MOS トランジスタと出力端子の間にゲート端子を ド レイン端子に接続した別の pチャネル形 MOS トランジス夕を電流逆流 阻止用の半導体素子として接続したことを特徴とする請求の範囲第 2項 に記載の MOS集積回路。  8. Another p-channel MOS transistor having a gate terminal connected to the drain terminal between the n-channel MOS transistor and the output terminal is connected as a semiconductor element for preventing current reverse flow. 3. The MOS integrated circuit according to item 2.
9 . pチャネル形 MOS トランジスタと出力端子の間に別の nチャネル 形 MOS トランジスタを電流逆流阻止用の半導体素子として接続し、 か つ、 当該別の nチャネル形 MOS トランジスタのゲート端子を別の入力 端子として用いることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の MOS 集 積回路。 9.Another n-channel MOS transistor is connected between the p-channel MOS transistor and the output terminal as a semiconductor element for preventing current backflow, and the gate terminal of the other n-channel MOS transistor is connected to another input. 3. The MOS integrated circuit according to claim 2, wherein the MOS integrated circuit is used as a terminal.
1 0 . nチャネル形 MOS トランジスタと出力端子の間に別の pチヤネ ル形 MOS トランジスタを電流逆流阻止用の半導体素子として接続し、 かつ当該別の pチャネル形 MOS トランジス夕のゲ一ト端子を別の入力 端子として用いることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の MOS 集 積回路。  10 .Another p-channel MOS transistor is connected between the n-channel MOS transistor and the output terminal as a semiconductor element for preventing current backflow, and the gate terminal of the other p-channel MOS transistor is connected. 3. The MOS integrated circuit according to claim 2, wherein the MOS integrated circuit is used as another input terminal.
1 1 . nチャネル形 MOS トランジスタと第 2の電源の間に別の pn接合 ダイォードを別の電流逆流阻止用の半導体素子として接続したことを特 徴とする請求の範囲第 5項に記載の MOS集積回路。 11.1 Another pn junction diode was connected between the n-channel MOS transistor and the second power supply as another semiconductor element for preventing current backflow. 6. The MOS integrated circuit according to claim 5, wherein:
1 2 · nチャネル形 MOS トランジスタと第 2の電源の間に pn接合ダイ ォードを別の電流逆流阻止用の半導体素子として接続したことを特徴と する請求の範囲第 7項に記載の MOS集積回路。  8. The MOS integrated circuit according to claim 7, wherein a pn junction diode is connected as another semiconductor device for preventing current backflow between the 1 2n-channel MOS transistor and the second power supply. .
1 3 . nチャネル形 MOS トランジスタと第 2の電源の間に pn接合ダイ ォードを別の電流逆流阻止用の半導体素子として接続したことを特徴と する請求の範囲第 9項に記載の MOS集積回路。  13. The MOS integrated circuit according to claim 9, wherein a pn junction diode is connected between the n-channel MOS transistor and the second power supply as another semiconductor element for preventing current backflow. .
1 4 . pチャネル形 MOS トランジスタと第 1の電源の間に別の pn接合 ダイォードを別の電流逆流阻止用の半導体素子として接続したことを特 徴とする請求の範囲第 6項に記載の MOS集積回路。  14. The MOS according to claim 6, characterized in that another pn junction diode is connected between the p-channel MOS transistor and the first power supply as another semiconductor element for preventing current backflow. Integrated circuit.
1 5 . pチャネル形 MOS トランジスタと第 1の電源の間に pn接合ダイ ォードを別の電流逆流阻止用の半導体素子として接続したことを特徴と する請求の範囲第 8項に記載の MOS集積回路。  15. The MOS integrated circuit according to claim 8, wherein a pn junction diode is connected between the p-channel type MOS transistor and the first power supply as another semiconductor element for preventing current backflow. .
1 6 . pチャネル形 MOS トランジスタと第 1の電源の間に pn接合ダイ ォードを別の電流逆流阻止用の半導体素子として接続したことを特徴と する請求の範囲第 1 0項に記載の MOS集積回路。  16. The MOS integrated circuit according to claim 10, wherein a pn junction diode is connected between the p-channel type MOS transistor and the first power supply as another semiconductor element for preventing current backflow. circuit.
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