JP2626045B2 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路装置に関し、特に高出力耐
圧、高出力電流を通常の相補型MOS集積回路製造プロセ
スで実現可能で、またMPU(マイクロプロセツサユニツ
ト)、MCU(マイクロコントローラユニツト)等の一般I
Cで使用されている5V(VCC)の電源で出力に高電圧(V
DD)、高電流を必要とする半導体集積回路装置に関す
る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a semiconductor integrated circuit device capable of realizing a high output withstand voltage and a high output current in a normal complementary MOS integrated circuit manufacturing process. General I such as micro processor unit and MCU (micro controller unit)
5V (V CC ) power supply used in C and high voltage (V
DD ), a semiconductor integrated circuit device requiring a high current.
第3図は、消費電力を少なくしながら高出力耐圧、高
出力電流が必要でかつ出力電圧を変化させたいときに従
来使用していた半導体集積回路装置で、複数段の相補型
MOSトランジスタに出力トランジスタとしてバイポーラ
トランジスタを用いた、いわゆるBi−CMOSで構成した半
導体集積回路装置である。FIG. 3 shows a semiconductor integrated circuit device conventionally used when a high output withstand voltage and a high output current are required while reducing power consumption and the output voltage is to be changed.
This is a semiconductor integrated circuit device configured by a so-called Bi-CMOS using a bipolar transistor as an output transistor as a MOS transistor.
この図において、(1)は入力端子であり、相補型MO
Sトランジスタのゲート部分に接続されている。(2)
はPチヤネルMOSトランジスタ(3)とNチヤネルMOSト
ランジスタ(4)とから構成される複数段の相補型MOS
トランジスタで、(5),(6)はそれぞれ最終段のP
チヤネルMOSトランジスタ、Nチヤネル MOSトランジス
タである。(7)は出力電圧変化用電源である。(13
b)は最終段の相補型MOSトランジスタに応動するバイポ
ーラトランジスタでエミツタ部分はGND電位(17)に、
コレクタ部分は出力端子(14)に接続している。(15)
は電流制限抵抗である。(16)は発光素子ダイオード
(LED)で、そのアノードは出力電圧変化用電源(7)
の(+)側に、カソードは電流制限抵抗(15)に接続し
ている。In this figure, (1) is an input terminal, and a complementary MO
Connected to the gate of the S transistor. (2)
Is a multi-stage complementary MOS composed of a P-channel MOS transistor (3) and an N-channel MOS transistor (4).
Transistors (5) and (6) are the final stage P
They are a channel MOS transistor and an N channel MOS transistor. (7) is an output voltage changing power supply. (13
b) is a bipolar transistor that responds to the complementary MOS transistor in the final stage, and the emitter is at GND potential (17).
The collector is connected to the output terminal (14). (15)
Is a current limiting resistor. (16) is a light emitting element diode (LED), the anode of which is a power supply for output voltage change (7)
On the (+) side, the cathode is connected to a current limiting resistor (15).
次にこの半導体集積回路の動作について説明する。複
数段の相補型MOSトランジスタ(2)は、相補型MOSトラ
ンジスタ構造のため、高出力電流がとれない。このた
め、出力トランジスタとしてバイポーラトランジスタ
(13b)を用い出力電圧変化用電源(7)により高出力
電流を得ている。その動作は、複数段の相補型MOSトラ
ンジスタ(2)の出力が“H"のとき、バイポーラトラン
ジスタ(13b)はベース・エミツタ間にONするのに十分
な電圧が発生しONする。これにより出力電圧変化用電源
(7)により出力電流が流れLED(16)は点灯する。こ
れに対し、複数段の相補型MOSトランジスタ(2)の出
力が“L"のとき、バイポーラトランジスタ(13b)はOFF
し、LED(16)は点灯しない。Next, the operation of the semiconductor integrated circuit will be described. Since the complementary MOS transistor (2) of the plurality of stages has a complementary MOS transistor structure, a high output current cannot be obtained. For this reason, a bipolar transistor (13b) is used as the output transistor, and a high output current is obtained by the output voltage changing power supply (7). The operation is such that when the outputs of the complementary MOS transistors (2) in a plurality of stages are at "H", the bipolar transistor (13b) generates a voltage sufficient to turn on between the base and the emitter and turns on. As a result, the output current flows from the output voltage changing power supply (7), and the LED (16) is turned on. On the other hand, when the outputs of the complementary MOS transistors (2) in a plurality of stages are "L", the bipolar transistor (13b) is turned off.
However, the LED (16) does not light.
前記従来の半導体集積回路装置は、第3図のようなBi
−CMOS構成であるため、その構造が複雑で生産コストが
高くつくという問題点がある。The conventional semiconductor integrated circuit device has a structure as shown in FIG.
-There is a problem that the CMOS structure has a complicated structure and a high production cost.
しかし、通常のCMOSプロセスの複数段の相補型MOSト
ランジスタ(2)では高出力電流が期待できず、また耐
圧を高くすると電流ゲインが低くなり出力電流が取れな
くなる。However, a high output current cannot be expected from a plurality of stages of complementary MOS transistors (2) in a normal CMOS process, and if the withstand voltage is increased, the current gain decreases and an output current cannot be obtained.
本発明は、以上のような問題点を解決するためになさ
れたもので、 ・通常のCMOSプロセスで高出力電流が得られる。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems. A high output current can be obtained by a normal CMOS process.
・さまざまな入力レベルで高出力電流、高出力耐圧の回
路を駆動できる。・ Can drive circuits with high output current and high output withstand voltage at various input levels.
ことを特徴とする半導体集積回路装置を提供することを
目的とする。It is another object of the present invention to provide a semiconductor integrated circuit device.
本発明に係る半導体集積回路装置は、接地電位より高
い第1の電源電位が印加される第1の電源電位ノードと
第1の中間出力ノードとの間に接続されるとともにゲー
ト電極が入力端子に接続され、バックゲート電極が第1
の電源電位より高い第2の電源電位が印加される第2の
電源電位ノードに接続されるPチャネルMOSトランジス
タ、及び第1の中間出力ノードと接地電位ノードとの間
に接続されるとともにゲート電極が入力端子に接続さ
れ、バックゲート電極が接地電位ノードに接続されるN
チャネルMOSトランジスタを有する入力回路と、第1の
中間出力ノードに現れた出力をレベル変換して第2の中
間出力ノードに出力するレベル変換回路と、第2の電源
電位ノードにソース電極及びバックゲート電極が接続さ
れるPチャネルMOSトランジスタ、及びこのPチャネルM
OSトランジスタのドレイン電極と接地電位ノードとの間
に接続されるとともにゲート電極がPチャネルMOSトラ
ンジスタのゲート電極に接続され、バックゲート電極が
接地電位ノードに接続されるNチャネルMOSトランジス
タとを有する相補型MOSトランジスタが複数段縦続接続
され、初段の相補型MOSトランジスタの入力が第2の中
間出力ノードに接続され、最終段の相補型MOSトランジ
スタの出力が第3の中間出力ノードに接続される制御回
路と、第2の電源電位ノードにコレクタ電極が接続され
るとともに出力端子にエミッタ電極が接続され、ベース
電極が第3の中間出力ノードに接続される縦型npnトラ
ンジスタ、及び出力端子と接地電位ノードとの間に接続
されるNチャネルMOSトランジスタを有する出力回路と
を設けたものである。A semiconductor integrated circuit device according to the present invention is connected between a first power supply potential node to which a first power supply potential higher than a ground potential is applied and a first intermediate output node, and has a gate electrode connected to an input terminal. Connected and the back gate electrode is
P-channel MOS transistor connected to a second power supply potential node to which a second power supply potential higher than the power supply potential is applied, and a gate electrode connected between the first intermediate output node and the ground potential node Is connected to the input terminal and the back gate electrode is connected to the ground potential node.
An input circuit having a channel MOS transistor; a level conversion circuit for converting the level of an output appearing at the first intermediate output node to output to a second intermediate output node; a source electrode and a back gate connected to a second power supply potential node P-channel MOS transistor to which an electrode is connected, and this P-channel M
A complementary N-channel MOS transistor is connected between the drain electrode of the OS transistor and the ground potential node, has a gate electrode connected to the gate electrode of the P-channel MOS transistor, and has a back gate electrode connected to the ground potential node. Control in which a plurality of type MOS transistors are cascaded, an input of a first-stage complementary MOS transistor is connected to a second intermediate output node, and an output of a last-stage complementary MOS transistor is connected to a third intermediate output node A circuit, a vertical npn transistor having a collector electrode connected to the second power supply potential node, an emitter electrode connected to the output terminal, and a base electrode connected to the third intermediate output node; and an output terminal connected to the ground potential And an output circuit having an N-channel MOS transistor connected to the node.
[作用] この発明においては、入力回路を構成するPチャネル
MOSトランジスタが第2の電源電位にてバックゲートバ
イアスを与えられるため、NチャネルMOSトランジスタ
とで構成し、第1の電源電位にて駆動される入力回路の
しきい値電圧を低く設定でき、出力回路を構成する縦型
npnトランジスタが、入力回路及び制御回路を構成する
P及びNチャネルMOSトランジスタの製造プロセスにて
形成でき、かつ、この縦型npnトランジスタを制御する
縦続接続された複数段の相補型MOSトランジスタにて構
成される制御回路における相補型MOSトランジスタを構
成するPチャネルMOSトランジスタが第2の電源電位に
てバックゲートバイアスを与えられるため、高い耐圧が
得られ、つまり、第2の電源電位にても駆動できる制御
回路が得られ、しかも、この制御回路にレベル変換回路
を介して入力回路からの出力が与えられるため、縦型np
nトランジスタから高出力電源を出力端子に流すことが
できる。[Operation] In the present invention, a P-channel constituting an input circuit is provided.
Since the back gate bias is applied to the MOS transistor at the second power supply potential, the threshold voltage of the input circuit driven by the first power supply potential can be set low by configuring the N-channel MOS transistor. Vertical type that constitutes the circuit
An npn transistor can be formed in a manufacturing process of P and N channel MOS transistors constituting an input circuit and a control circuit, and is constituted by a plurality of cascade-connected complementary MOS transistors controlling the vertical npn transistor. Since the back-channel bias is applied to the P-channel MOS transistor constituting the complementary MOS transistor in the control circuit to be applied at the second power supply potential, a high breakdown voltage is obtained, that is, the transistor can be driven even at the second power supply potential. A control circuit is obtained, and the output from the input circuit is given to this control circuit via the level conversion circuit.
High output power can be supplied to the output terminal from the n transistor.
本発明に係る半導体集積回路装置の一実施例を第1図
に示す。この図において、(1)は入力信号が入力され
る入力端子、(8)はVcc電源(以下、第1の電源と称
す)からの第1の電源電位Vcc(例えば、5V)が印加さ
れる第1の電源電位ノード(10)にソース部分(ソース
電極)が接続されるとともに第1の中間出力ノードにド
レイン部分(ドレイン電極)が接続され、上記入力端子
(1)にゲート部分(ゲート電極)が接続され、上記第
1の電源電位Vccより高い電位である第2の電源電位VDD
(例えば、20V)を発生する出力電圧変化用電源(7)
(VDD電源、以下、第2の電源と称す)からの第2の電
源電位VDDが印加される第2の電源電位ノードにバルク
部分(バックゲート電極)が接続されるPチャネルMOS
トランジスタである。FIG. 1 shows an embodiment of a semiconductor integrated circuit device according to the present invention. In this figure, (1) is an input terminal to which an input signal is input, and (8) is applied with a first power supply potential Vcc (for example, 5 V) from a Vcc power supply (hereinafter, referred to as a first power supply). A source portion (source electrode) is connected to the first power supply potential node (10), a drain portion (drain electrode) is connected to the first intermediate output node, and a gate portion (gate electrode) is connected to the input terminal (1). ) Is connected to the second power supply potential V DD which is higher than the first power supply potential Vcc.
Power supply for output voltage change (for example, 20V) (7)
(V DD power, hereinafter referred to as a second power source) P-channel MOS which the second power supply potential node to a bulk portion of the second power supply potential V DD from is applied (back gate electrode) is connected
It is a transistor.
(9)は接地電位GND(17)にされる接地電位ノード
にソース部分(ソース電極)が接続されるとともに上記
第1の中間出力ノードにドレイン部分(ドレイン電極)
が接続され、上記入力端子(1)にゲート部分(ゲート
電極)が接続され、バルク部分(バックゲート電極)が
上記接地電位ノードに接続されるNチャネルMOSトラン
ジスタである。上記PチャネルMOSトランジスタとNチ
ャネルMOSトランジスタとで、上記入力端子(1)に入
力された信号に基づいた信号を上記第1の中間出力ノー
ドに出力する入力回路を構成している。(9) The source portion (source electrode) is connected to the ground potential node which is set to the ground potential GND (17), and the drain portion (drain electrode) is connected to the first intermediate output node.
Are connected, a gate portion (gate electrode) is connected to the input terminal (1), and a bulk portion (back gate electrode) is connected to the ground potential node. The P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor constitute an input circuit that outputs a signal based on the signal input to the input terminal (1) to the first intermediate output node.
なお、PチャネルMOSトランジスタ(8)のバックゲ
ートバイアスとして第1の電源電位より高い第2の電源
電位が与えられているため、PチャネルMOSトランジス
タのバックゲートバイアスとして第1の電源電位が与え
られているものに対してPチャネルMOSトランジスタ
(8)のしきい値電圧(スレッショルド電圧)が大きく
なり、入力回路としてのしきい値電圧(スレッショルド
電圧)を小さくできる。その結果、入力端子(1)に入
力される信号として、例えばCMOSレベル(一般に、Hレ
ベルが約4.0V、Lレベルが約0.8Vで、入力回路のしきい
値電圧として約2.5Vが要求される。)の信号を用いるこ
とができることはもちろんのこと、例えばTTLレベル
(一般に、Hレベルが約2.0V、Lレベルが約0.8Vで、入
力回路のしきい値電圧として約1.3Vが要求される。)の
信号を用いることもできるものであり、さまざまな入力
レベルに対応可能になっている。Since the second power supply potential higher than the first power supply potential is applied as the back gate bias of the P-channel MOS transistor (8), the first power supply potential is applied as the back gate bias of the P-channel MOS transistor. However, the threshold voltage (threshold voltage) of the P-channel MOS transistor (8) is increased, and the threshold voltage (threshold voltage) of the input circuit can be reduced. As a result, as a signal input to the input terminal (1), for example, a CMOS level (generally, an H level is about 4.0 V, an L level is about 0.8 V, and about 2.5 V is required as a threshold voltage of an input circuit) TTL level (generally, the H level is about 2.0 V, the L level is about 0.8 V, and the threshold voltage of the input circuit is about 1.3 V). ) Can be used, and it can correspond to various input levels.
(11)は上記第1の電源系(Vcc電源系)の出力を上
記第2の電源系(VDD電源系)の入力にレベル変換する
レベル変換回路で、上記第1の中間出力ノードに現れた
出力をレベル変換して第2の中間出力ノードに出力する
ものである。(11) a level conversion circuit for level-converting the output of the first power supply system (Vcc power supply system) to the input of the second power supply system ( VDD power supply system), which appears at the first intermediate output node The output is level-converted and output to the second intermediate output node.
(2)は上記第2の電源電位ノードにソース部分(ソ
ース電極)及びバルク部分(バックゲート電極)が接続
されるPチャネルMOSトランジスタ(3)(5)と、こ
のPチャネルMOSトランジスタ(3)(5)のドレイン
部分(ドレイン電極)と上記接地電位ノードとの間に接
続されるとともにゲート部分(ゲート電極)が上記Pチ
ャネルMOSトランジスタ(3)(5)のゲート部分(ゲ
ート電極)に接続され、バルク部分(バックゲート電
極)が接地電位ノードに接続されるNチャネルMOSトラ
ンジスタ(4)(6)とを有する相補型MOSトランジス
タが複数段縦続接続され、初段の相補型MOSトランジス
タ(3)(4)の入力が上記第2の中間出力ノード(レ
ベル変換回路の出力ノードに相当)に接続され、最終段
の相補型MOSトランジスタ(5)(6)の出力が第3の
中間出力ノードに接続される制御回路である。これらP
チャネルMOSトランジスタ(3)(5)は第2の電源電
位にてバックゲートバイアスが与えられるため、高い耐
圧が得られる。したがって、制御回路(2)は第2の電
源電位にて駆動でき、その出力として、上記レベル変換
回路(11)からの出力に応じて、Hレベルを第2の電源
電位(正確には、第2の電源電位からPチャネルMOSト
ランジスタ(5)のしきい値電圧を引いた値)に、Lレ
ベルに接地電位(正確には、接地電位にNチャネルMOS
トランジスタ(6)のしきい値電圧を足した値)にでき
る。(2) P-channel MOS transistors (3) and (5) in which a source portion (source electrode) and a bulk portion (back gate electrode) are connected to the second power supply potential node, and the P-channel MOS transistor (3) The gate portion (gate electrode) is connected between the drain portion (drain electrode) of (5) and the ground potential node and the gate portion (gate electrode) of the P-channel MOS transistor (3) (5). N-channel MOS transistors (4) and (6) having a bulk portion (back gate electrode) connected to the ground potential node are connected in cascade in a plurality of stages, and the first stage complementary MOS transistor (3) The input of (4) is connected to the second intermediate output node (corresponding to the output node of the level conversion circuit), and the final stage complementary MOS transistors (5) (6) A control circuit output is connected to the third intermediate output node. These P
Since a back gate bias is applied to the channel MOS transistors (3) and (5) at the second power supply potential, a high withstand voltage can be obtained. Therefore, the control circuit (2) can be driven by the second power supply potential, and as its output, changes the H level to the second power supply potential (more precisely, the second power supply potential) in accordance with the output from the level conversion circuit (11). 2 minus the threshold voltage of the P-channel MOS transistor (5)) and the L level to the ground potential (more precisely, the N-channel MOS to the ground potential).
(The value obtained by adding the threshold voltage of the transistor (6)).
(13a)はコレクタ部分(コレクタ電極)が上記第2
の電源電位ノード(第2の電源(7)の(+)側)に、
エミッタ部分(エミッタ電極)が出力端子(14)に接続
されるとともに、ベース電極が上記第3の中間出力ノー
ド(上記制御回路(2)の出力ノードに相当)に接続さ
れる縦型npnトランジスタである。この縦型npnトランジ
スタは、第2図の断面構造図に示すように、基板(n
型)をコレクタ部分、ウェル(p型)をベース部分、ウ
ェル内に形成したn+拡散層をエミッタ部分としたもので
ある。したがって、上記した入力回路及び制御回路を構
成するP及びNチャネルMOSトランジスタの製造プロセ
スにて形成できる。しかもコレクタ部分を第2の電源電
位に接続しているため、コレクタ部分を構成する基板が
第2の電源電位になるが、基板とPN接合をなす接合面に
は逆方向の電位が印加されることになり、上記した入力
回路及び制御回路を構成するP及びNチャネルMOSトラ
ンジスタに対して悪影響を及ぼすことがない。(13a) is the collector part (collector electrode)
Power supply potential node ((+) side of the second power supply (7))
A vertical npn transistor having an emitter portion (emitter electrode) connected to the output terminal (14) and a base electrode connected to the third intermediate output node (corresponding to the output node of the control circuit (2)). is there. This vertical npn transistor has a substrate (n) as shown in the sectional structural view of FIG.
(Type) as a collector portion, a well (p-type) as a base portion, and an n + diffusion layer formed in the well as an emitter portion. Therefore, it can be formed by the manufacturing process of the P and N channel MOS transistors constituting the input circuit and the control circuit described above. In addition, since the collector portion is connected to the second power supply potential, the substrate constituting the collector portion has the second power supply potential, but a reverse potential is applied to the junction surface forming the PN junction with the substrate. That is, there is no adverse effect on the P and N channel MOS transistors constituting the input circuit and the control circuit.
(12)は出力端子(14)と上記接地電位ノードとの間
に接続されるとともにゲート電極が上記制御回路(2)
の最終段の相補型MOSトランジスタ(5)(6)の入力
に接続され、バルク部分(バックゲート電極)が上記接
地電位ノードに接続されるNチャネルMOSトランジスタ
で、上記縦型npnトランジスタ(13a)とで出力回路を構
成し、縦型npnトランジスタ(13a)のオンオフ動作と逆
にオンオフ動作し、縦型npnトランジスタ(13a)がオフ
の時に、出力端子(14)の電位を接地電位にして安定化
するためのプルダウンとして用いられるものである。(12) is connected between the output terminal (14) and the ground potential node and has a gate electrode connected to the control circuit (2).
Is an N-channel MOS transistor connected to the input of the complementary MOS transistors (5) and (6) at the final stage and having a bulk portion (back gate electrode) connected to the ground potential node. The vertical npn transistor (13a) And the output circuit is configured to turn on and off in reverse to the on / off operation of the vertical npn transistor (13a). When the vertical npn transistor (13a) is off, the potential of the output terminal (14) is set to the ground potential and stable. This is used as a pull-down for conversion.
(15)は一端が上記出力端子(14)に接続された電流
制限抵抗、(16)はアノード側がこの電流制限抵抗に接
続され、カソード側が接地電位ノードに接続されたLED
である。(15) is a current limiting resistor having one end connected to the output terminal (14), and (16) is an LED having an anode connected to the current limiting resistor and a cathode connected to the ground potential node.
It is.
次にこの一実施例の動作について説明する。上記のよ
うに構成された半導体集積回路装置において、例えば、
TTLレベルにおけるLレベルの信号が入力端子1に入力
されたとすると、P及びNチャネルMOSトランジスタ
(8)及び(9)にて構成される入力回路からの出力、
つまり、第1の中間出力ノードの電位は、第1の電源Vc
c系に基づいたHレベルの信号が出力される。この時、
入力回路を構成するPチャネルMOSトランジスタ(8)
は第2の電源VDD(7)によってバックゲートバイアス
が与えられているため、PチャネルMOSトランジスタ
(8)のしきい値電圧は高く、入力回路としてのしきい
値電圧を低くしているので、例えばTTLレベルの信号で
も確実に精度よくLレベルとHレベルとを区別して出力
する。Next, the operation of this embodiment will be described. In the semiconductor integrated circuit device configured as described above, for example,
Assuming that an L-level signal at the TTL level is input to the input terminal 1, an output from an input circuit composed of P and N-channel MOS transistors (8) and (9)
That is, the potential of the first intermediate output node is equal to the first power supply Vc
An H-level signal based on the c-system is output. At this time,
P-channel MOS transistor constituting an input circuit (8)
Since the back gate bias is given by the second power supply V DD (7), the threshold voltage of the P-channel MOS transistor (8) is high and the threshold voltage of the input circuit is low. For example, a TTL level signal is accurately and accurately distinguished between an L level and an H level and output.
この入力回路からの第1の電源Vcc系に基づいたHレ
ベルの信号はレベル変換回路(11)により第2の電源V
DD系に基づいたHレベルの信号にレベル変換され、第2
の中間出力ノード、つまり、制御回路(2)の入力ノー
ドに入力される。An H-level signal from the input circuit based on the first power supply Vcc system is supplied to a second power supply Vcc by a level conversion circuit (11).
The signal is level-converted to an H-level signal based on the DD system.
, Ie, the input node of the control circuit (2).
制御回路(2)では、その出力ノード、つまり、第3
の中間出力ノードに、入力ノードに入力されたHレベル
の信号に応じた信号、この例ではレベルの信号を出力す
る。つまり、制御回路(2)を構成する最終段のPチャ
ネルMOSトランジスタ(5)がオンし、NチャネルMOSト
ランジスタ(6)がオフする。その結果、第2の電源電
位ノードからPチャネルMOSトランジスタ(5)を介し
て縦型npnトランジスタ(13a)のベース電極に、第2の
電源電位によるベース電位が与えられることになる。こ
の時、制御回路(2)を構成するPチャネルMOSトラン
ジスタ(3)(5)は第2の電源VDD(7)により駆動
され、そのバックゲートバイアスとして第2の電源VDD
(7)によって与えられているため、制御回路(2)と
して高い耐圧の回路が得られているものである。In the control circuit (2), its output node, ie, the third
, Output a signal corresponding to the H-level signal input to the input node, in this example, a level signal. That is, the last-stage P-channel MOS transistor (5) constituting the control circuit (2) turns on, and the N-channel MOS transistor (6) turns off. As a result, the base potential of the second power supply potential is applied from the second power supply potential node to the base electrode of the vertical npn transistor (13a) via the P-channel MOS transistor (5). At this time, the P-channel MOS transistors (3) and (5) constituting the control circuit (2) are driven by the second power supply V DD (7), and the second power supply V DD is used as the back gate bias.
Since it is provided by (7), a circuit with a high withstand voltage is obtained as the control circuit (2).
そして、縦型npnトランジスタ(13a)は第2の電源V
DD(7)によってPチャネルMOSトランジスタ(5)を
介してベース電位が与えられているため、十分にオン
し、高い出力電流を第2の電源VDD(7)から出力端子
(14)、電流制限抵抗(15)を介してLED(16)に流さ
せ、LED(16)が点灯する。The vertical npn transistor (13a) is connected to the second power supply V
Since the base potential is given via the P-channel MOS transistor (5) by the DD (7), the base is sufficiently turned on, and a high output current is supplied from the second power supply V DD (7) to the output terminal (14). The LED (16) is caused to flow through the LED (16) via the limiting resistor (15), and the LED (16) is turned on.
なお、この時、NチャネルMOSトランジスタ(12)
は、ゲート電位としてLレベルが与えられているため、
オフしている。At this time, the N-channel MOS transistor (12)
Is given an L level as a gate potential,
Off.
一方、例えば、TTLレベルにおけるHレベルの信号が
入力端子1に入力されたとすると、P及びNチャネルMO
Sトランジスタ(8)及び(9)にて構成される入力回
路からの出力、つまり、第1の中間出力ノードの電位
は、第1の電源Vcc系に基づいたLレベルの信号が出力
される。On the other hand, for example, if an H level signal at the TTL level is input to the input terminal 1, the P and N channel MO
As the output from the input circuit constituted by the S transistors (8) and (9), that is, the potential of the first intermediate output node, an L-level signal based on the first power supply Vcc system is output.
この入力回路からの第1の電源Vcc系に基づいたLレ
ベルの信号はレベル変換回路(11)により第2の電源V
DD系に基づいたLレベルの信号にレベル変換(両者とも
接地電位)され、第2の中間出力ノード、つまり、制御
回路(2)の入力ノードに入力される。An L-level signal from the input circuit based on the first power supply Vcc system is supplied to the second power supply Vcc by the level conversion circuit (11).
The signal is level-converted into an L-level signal based on the DD system (both are ground potentials) and input to a second intermediate output node, that is, an input node of the control circuit (2).
制御回路(2)では、その出力ノード、つまり、第3
の中間出力ノードに、入力ノードに入力されたLレベル
の信号に応じた信号、この例ではLレベルの信号を出力
する。つまり、制御回路(2)を構成する最終段のPチ
ャネルMOSトランジスタ(5)がオフ、NチャネルMOSト
ランジスタ(6)がオンする。その結果、縦型npnトラ
ンジスタ(13a)のベース電位はNチャネルMOSトランジ
スタ(6)を介して接地電位ノードの電位にされる。In the control circuit (2), its output node, ie, the third
, Outputs a signal corresponding to the L-level signal input to the input node, in this example, an L-level signal. That is, the last-stage P-channel MOS transistor (5) constituting the control circuit (2) is turned off, and the N-channel MOS transistor (6) is turned on. As a result, the base potential of the vertical npn transistor (13a) is set to the potential of the ground potential node via the N-channel MOS transistor (6).
したがって、縦型npnトランジスタ(13a)はオフして
LED(16)への電流の供給を断つため、LED(16)は消灯
する。Therefore, the vertical npn transistor (13a) is turned off.
The LED (16) is turned off to cut off the current supply to the LED (16).
なお、この時、NチャネルMOSトランジスタ(12)
は、ゲート電位としてHレベルが与えられているため、
オンし、出力端子(14)の電位を接地電位ノードの電位
にし、出力端子(14)の電位を安定化している。At this time, the N-channel MOS transistor (12)
Is given an H level as a gate potential,
On, the potential of the output terminal (14) is set to the potential of the ground potential node, and the potential of the output terminal (14) is stabilized.
この様に構成された半導体集積回路装置にあっては、
出力回路を構成し、高い出力電流を流すためのトランジ
スタとして縦型npnトランジスタを用いているため、入
力回路及び制御回路を構成するP及びNチャネルMOSト
ランジスタ(3)〜(8)(12)の製造プロセスにて形
成でき、製造が容易であるとともに、N型の基板にて形
成されるコレクタ電極を第2の電源電位ノードに接続す
るため、基板とpn接合をなすp型の拡散層との間には常
に逆方向の電圧が加わることになり、他の回路素子、特
にpチャネルMOSトランジスタに対して悪影響を及ぼす
ことがない。In the semiconductor integrated circuit device configured as described above,
Since an output circuit is formed and a vertical npn transistor is used as a transistor for flowing a high output current, the P and N channel MOS transistors (3) to (8) and (12) forming the input circuit and the control circuit are used. It can be formed by a manufacturing process, is easy to manufacture, and connects a collector electrode formed of an N-type substrate to a second power supply potential node with a p-type diffusion layer forming a pn junction with the substrate. A voltage in the opposite direction is always applied between them, and there is no adverse effect on other circuit elements, especially on p-channel MOS transistors.
入力回路を構成するPチャネルMOSトランジスタ
(8)は第1の電源Vcc(例えば5V)によって駆動さ
れ、第2の電源VDD(7)(例えば20V)によってバック
ゲートバイアスが与えられているため、PチャネルMOS
トランジスタ(8)のしきい値電圧は高く、入力回路と
してのしきい値電圧を低く設定でき、入力端子(1)に
入力される信号が例えばTTLレベルの信号でも確実に精
度よくLレベルとHレベルとを区別して出力できる。The P-channel MOS transistor (8) constituting the input circuit is driven by the first power supply Vcc (for example, 5 V) and is supplied with the back gate bias by the second power supply V DD (7) (for example, 20 V). P-channel MOS
The threshold voltage of the transistor (8) is high, and the threshold voltage of the input circuit can be set low. Even if the signal input to the input terminal (1) is, for example, a TTL level signal, the L level and the H level are reliably and accurately determined. The output can be distinguished from the level.
制御回路(2)を構成するPチャネルMOSトランジス
タ(3)(5)は、第2の電源電位にてバックゲートバ
イアスを与えられるため、高い耐圧が得られ、制御回路
(2)を第2の電源電位にて駆動できる。その結果、第
1の電源Vcc系で動作する入力回路からの出力をレベル
変換回路(11)を介して受けた制御回路(2)は、第2
の電源VDD系で動作し、縦型npnトランジスタ(13a)か
ら高出力電流を出力端子(14)に流すことができる。Since the P-channel MOS transistors (3) and (5) constituting the control circuit (2) are provided with a back gate bias at the second power supply potential, a high withstand voltage is obtained, and the control circuit (2) is connected to the second circuit. It can be driven by the power supply potential. As a result, the control circuit (2) that has received the output from the input circuit operating on the first power supply Vcc system via the level conversion circuit (11),
The power supply operates at the power supply V DD system, and a high output current can flow from the vertical npn transistor (13a) to the output terminal (14).
なお、上記一実施例では、出力トランジスタとして縦
型npnトランジスタ(13a)を用いたが、pnpトランジス
タであつてもよく、同様の効果が得られる。In the above embodiment, the vertical npn transistor (13a) is used as the output transistor, but a pnp transistor may be used, and the same effect can be obtained.
以上に述べたように、本発明は、接地電位より高い第
1の電源電位が印加される第1の電源電位ノードと第1
の中間出力ノードとの間に接続されるとともにゲート電
極が入力端子に接続され、バックゲート電極が第1の電
源電位より高い第2の電源電位が印加される第2の電源
電位ノードに接続されるPチャネルMOSトランジスタ、
及び第1の中間出力ノードと接地電位ノードとの間に接
続されるとともにゲート電極が入力端子に接続され、バ
ックゲート電極が接地電位ノードに接続されるNチャネ
ルMOSトランジスタを有する入力回路と、第1の中間出
力ノードに現れた出力をレベル変換して第2の中間出力
ノードに出力するレベル変換回路と、第2の電源電位ノ
ードにソース電極及びバックゲート電極が接続されるP
チャネルMOSトランジスタ、及びこのPチャネルMOSトラ
ンジスタのドレイン電極と接地電位ノードとの間に接続
されるとともにゲート電極がPチャネルMOSトランジス
タのゲート電極に接続され、バックゲート電極が接地電
位ノードに接続されるNチャネルMOSトランジスタとを
有する相補型MOSトランジスタが複数段縦続接続され、
初段の相補型MOSトランジスタの入力が第2の中間出力
ノードに接続され、最終段の相補型MOSトランジスタの
出力が第3の中間出力ノードに接続される制御回路と、
第2の電源電位ノードにコレクタ電極が接続されるとと
もに出力端子にエミッタ電極が接続され、ベース電極が
第3の中間出力ノードに接続される縦型npnトランジス
タ、及び出力端子と接地電位ノードとの間に接続される
NチャネルMOSトランジスタを有する出力回路とを設け
たので、第1の電源電位にて駆動される入力回路のしき
い値電圧を低く設定でき、MPU(マイクロプロセッサユ
ニット)、MCU(マイクロコントロールユニット)等、
一般に使用されている5V(Vcc)の電源で駆動する半導
体集積回路装置と一緒に使用できるという効果を有する
とともに、出力回路を構成する縦型npnトランジスタ
が、入力回路及び制御回路を構成するP及びNチャネル
MOSトランジスタの製造プロセスにて形成できるという
効果を有し、かつ、制御回路における相補型MOSトラン
ジスタを構成するPチャネルMOSトランジスタとして高
い耐圧が得られ、つまり、第2の電源電位にても駆動で
きる制御回路が得られるという効果を有する。As described above, the present invention relates to the first power supply potential node to which the first power supply potential higher than the ground potential is applied and the first power supply potential node.
, The gate electrode is connected to the input terminal, and the back gate electrode is connected to a second power supply potential node to which a second power supply potential higher than the first power supply potential is applied. P-channel MOS transistor,
An input circuit having an N-channel MOS transistor connected between the first intermediate output node and the ground potential node, having a gate electrode connected to the input terminal, and a back gate electrode connected to the ground potential node; A level conversion circuit for level-converting the output appearing at the first intermediate output node and outputting the output to the second intermediate output node; and a P-type transistor having a source electrode and a back gate electrode connected to the second power supply potential node.
A channel MOS transistor, connected between the drain electrode of the P-channel MOS transistor and a ground potential node, a gate electrode connected to the gate electrode of the P-channel MOS transistor, and a back gate electrode connected to the ground potential node A complementary MOS transistor having an N-channel MOS transistor is cascaded in a plurality of stages,
A control circuit having an input of the first-stage complementary MOS transistor connected to the second intermediate output node and an output of the last-stage complementary MOS transistor connected to the third intermediate output node;
A vertical npn transistor having a collector electrode connected to the second power supply potential node, an emitter electrode connected to the output terminal, and a base electrode connected to the third intermediate output node; Since an output circuit having an N-channel MOS transistor connected between them is provided, the threshold voltage of the input circuit driven by the first power supply potential can be set low, and the MPU (microprocessor unit) and the MCU ( Micro control unit), etc.
This has the effect of being able to be used together with a commonly used semiconductor integrated circuit device driven by a power supply of 5 V (Vcc), and the vertical npn transistor constituting the output circuit is composed of P and P constituting the input circuit and the control circuit. N channel
It has the effect that it can be formed in the manufacturing process of the MOS transistor, and has a high breakdown voltage as a P-channel MOS transistor constituting a complementary MOS transistor in the control circuit, that is, it can be driven even at the second power supply potential This has an effect that a control circuit can be obtained.
つまり、本発明は高い出力電流を得るための出力回路
を構成するトランジスタとしてP及びNチャネルMOSト
ランジスタの製造プロセスにて形成できる縦型npnトラ
ンジスタを用いても、第1の電源系からの信号を入力信
号として受け、高い出力電流を出力できる半導体集積回
路装置が得られるという効果を有するものである。In other words, according to the present invention, even if a vertical npn transistor that can be formed in a manufacturing process of P and N channel MOS transistors is used as a transistor constituting an output circuit for obtaining a high output current, a signal from the first power supply system is used. This has an effect that a semiconductor integrated circuit device which can receive an input signal and output a high output current can be obtained.
第1図は、本発明に係る半導体集積回路装置の一実施例
を示す回路構成図である。第2図は第1図の縦型npnト
ランジスタの断面構造図である。第3図は従来のBi−CM
OS構成の半導体集積回路装置を示す回路構成図である。 図において、(2)は複数段の相補型MOSトランジス
タ、(7)は出力電圧変化用電源、(8)はバルク部分
にバツクゲートバイアスを印加したPチヤネルMOSトラ
ンジスタ、(11)は電源VCC系の出力を電源VDD系の出力
にレベル変換する回路、(13a)は縦型npnトランジスタ
である。 なお、各図中の同一符号は同一または同一部分を示す。FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of a semiconductor integrated circuit device according to the present invention. FIG. 2 is a sectional structural view of the vertical npn transistor of FIG. Fig. 3 shows a conventional Bi-CM
FIG. 2 is a circuit configuration diagram illustrating a semiconductor integrated circuit device having an OS configuration. In the figure, (2) is a plurality of stages of complementary MOS transistors, (7) is a power supply for output voltage change, (8) is a P-channel MOS transistor having a back gate bias applied to a bulk portion, and (11) is a power supply V CC. A circuit for level-converting the output of the system to the output of the power supply VDD system, (13a) is a vertical npn transistor. The same reference numerals in the drawings indicate the same or the same parts.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03K 19/0948 (56)参考文献 特開 昭53−87187(JP,A) 特開 昭62−123826(JP,A) 特開 昭63−299161(JP,A) 特公 昭62−9225(JP,B2) 特公 昭56−7331(JP,B2) 特公 昭60−4619(JP,B2)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Agency reference number FI Technical display location H03K 19/0948 (56) References JP-A-53-87187 (JP, A) JP-A-62 123826 (JP, A) JP-A-63-299161 (JP, A) JP-B-69225 (JP, B2) JP-B-56-7331 (JP, B2) JP-B-60-4619 (JP, B2)
Claims (1)
の電源電位ノード、 上記第1の電源電位より高い第2の電源電位が印加され
る第2の電源電位ノード、 入力信号が入力される入力端子、 出力信号を出力する出力端子、 上記第1の電源電位ノードと第1の中間出力ノードとの
間に接続されるとともにゲート電極が上記入力端子に接
続され、バックゲート電極が上記第2の電源電位ノード
に接続されるPチャネルMOSトランジスタと、上記第1
の中間出力ノードと上記接地電位ノードとの間に接続さ
れるとともにゲート電極が上記入力端子に接続され、バ
ックゲート電極が上記接地電位ノードに接続されるNチ
ャネルMOSトランジスタとを有する入力回路、 上記第1の中間出力ノードに現れた出力をレベル変換し
て第2の中間出力ノードに出力するレベル変換回路、 上記第2の電源電位ノードにソース電極及びバックゲー
ト電極が接続されるPチャネルMOSトランジスタと、こ
のPチャネルMOSトランジスタのドレイン電極と上記接
地電位ノードとの間に接続されるとともにゲート電極が
上記PチャネルMOSトランジスタのゲート電極に接続さ
れ、バックゲート電極が接地電位ノードに接続されるN
チャネルMOSトランジスタとを有する相補型MOSトランジ
スタが複数段縦続接続され、初段の相補型MOSトランジ
スタの入力が上記第2の中間出力ノードに接続され、最
終段の相補型MOSトランジスタの出力が第3の中間出力
ノードに接続される制御回路、 上記第2の電源電位ノードにコレクタ電極が接続される
とともに上記出力端子にエミッタ電極が接続され、ベー
ス電極が上記第3の中間出力ノードに接続される縦型np
nトランジスタと、上記出力端子と上記接地電位ノード
との間に接続されるNチャネルMOSトランジスタとを有
する出力回路を備えた半導体集積回路装置。A ground potential node to which a ground potential is applied; a first potential to which a first power supply potential higher than the ground potential is applied;
A power supply potential node; a second power supply potential node to which a second power supply potential higher than the first power supply potential is applied; an input terminal to which an input signal is input; an output terminal to output an output signal; A P-channel MOS transistor connected between a power supply potential node and a first intermediate output node, a gate electrode connected to the input terminal, and a back gate electrode connected to the second power supply potential node; First
An N-channel MOS transistor connected between the intermediate output node and the ground potential node and having a gate electrode connected to the input terminal and a back gate electrode connected to the ground potential node; A level conversion circuit for converting the level of an output appearing at the first intermediate output node to output the output to a second intermediate output node; a P-channel MOS transistor having a source electrode and a back gate electrode connected to the second power supply potential node Connected between the drain electrode of the P-channel MOS transistor and the ground potential node, the gate electrode is connected to the gate electrode of the P-channel MOS transistor, and the back gate electrode is connected to the ground potential node.
A complementary MOS transistor having a channel MOS transistor is connected in cascade at a plurality of stages, an input of the first stage complementary MOS transistor is connected to the second intermediate output node, and an output of the last stage complementary MOS transistor is connected to the third stage. A control circuit connected to the intermediate output node; a vertical line having a collector electrode connected to the second power supply potential node, an emitter electrode connected to the output terminal, and a base electrode connected to the third intermediate output node. Type np
A semiconductor integrated circuit device including an output circuit having an n-transistor and an N-channel MOS transistor connected between the output terminal and the ground potential node.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP1098144A JP2626045B2 (en) | 1989-04-17 | 1989-04-17 | Semiconductor integrated circuit device |
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---|---|---|---|
JP1098144A JP2626045B2 (en) | 1989-04-17 | 1989-04-17 | Semiconductor integrated circuit device |
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ID=14212008
Family Applications (1)
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JP1098144A Expired - Lifetime JP2626045B2 (en) | 1989-04-17 | 1989-04-17 | Semiconductor integrated circuit device |
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JPS5249613B2 (en) * | 1973-08-14 | 1977-12-19 | ||
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- 1989-04-17 JP JP1098144A patent/JP2626045B2/en not_active Expired - Lifetime
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