JP4660251B2 - Input circuit - Google Patents
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Description
本発明は、電源電位以上の電位を有する入力信号の入力される集積回路(IC)に搭載される入力回路に関する。 The present invention relates to an input circuit mounted on an integrated circuit (IC) to which an input signal having a potential equal to or higher than a power supply potential is input.
低消費電力化を目的としてICの高位電源(VDD)の低電圧化が進み、ICの電源電位以上の振幅を有する入力信号に対応可能な入力回路が必要とされてきている。ICに搭載された入力回路に電源電位以上の振幅を有する信号が入力される場合、ICの製造プロセスで規定される耐圧以上の振幅に対応可能な回路構成が要求される。電源電位以上の振幅を有する入力信号に対応可能な入力回路として、電位降下用のn型チャネルのMOSトランジスタ(以下において「nMOSトランジスタ」という。)を備える入力回路が知られている(例えば、特許文献1参照。)。即ち、入力信号は、nMOSトランジスタのドレインに入力され、ゲート電位に応じた電位に制限(クランプ)されてソースから出力される。この場合、nMOSトランジスタのゲートには、高位電源(VDD)の電位が供給される。よって、入力信号が入力されるnMOSトランジスタのゲート・ドレイン間電位Vgdは、最大でも入力信号のハイレベル電位と高位電源の電位との電位差となるため、nMOSトランジスタのゲート耐圧の範囲内での動作が可能である。 For the purpose of reducing power consumption, the voltage of the high-level power supply (VDD) of the IC has been lowered, and an input circuit capable of dealing with an input signal having an amplitude greater than the power supply potential of the IC has been required. When a signal having an amplitude greater than or equal to the power supply potential is input to an input circuit mounted on the IC, a circuit configuration that can handle an amplitude greater than or equal to a withstand voltage defined in the IC manufacturing process is required. An input circuit including an n-type channel MOS transistor for potential drop (hereinafter referred to as an “nMOS transistor”) is known as an input circuit that can handle an input signal having an amplitude greater than or equal to a power supply potential (for example, a patent) Reference 1). That is, the input signal is input to the drain of the nMOS transistor, is limited (clamped) to a potential corresponding to the gate potential, and is output from the source. In this case, the potential of the high potential power supply (VDD) is supplied to the gate of the nMOS transistor. Therefore, the gate-drain potential Vgd of the nMOS transistor to which the input signal is input is at most the potential difference between the high-level potential of the input signal and the potential of the high-level power supply, and therefore the operation within the range of the gate breakdown voltage of the nMOS transistor. Is possible.
しかしながら、待機電力抑制のため、ICが実装される機器全体の電源が投入された状態で、ICに対する電源供給を停止する手法が用いられ始めている。この場合、電源供給の停止されたICに対して信号が入力されることとなる。電源供給が停止すると、上述したnMOSトランジスタのゲート電位が0[V]となる。よって、nMOSトランジスタのゲート・ドレイン間電位Vgdが、nMOSトランジスタのゲート耐圧の範囲内に収まらない可能性があり、ICの信頼性上の問題が生じる。
本発明は、電源供給時及び電源停止時のいずれにおいても電源電位以上の振幅を有する入力信号に対して信頼性を高く維持できる入力回路を提供する。 The present invention provides an input circuit that can maintain high reliability with respect to an input signal having an amplitude greater than or equal to the power supply potential both when the power is supplied and when the power is stopped.
本発明の一態様は、入力信号を検知して電位を生成する電位生成回路と、電源供給時に高位電源からの電位を選択し、電源停止時に電位生成回路からの電位を選択する電位選択回路と、電位選択回路が選択した電位に応じて入力信号の電位を制限する制限回路とを備える入力回路であることを要旨とする。 One embodiment of the present invention includes a potential generation circuit that detects an input signal and generates a potential, a potential selection circuit that selects a potential from a high-level power supply when power is supplied, and selects a potential from the potential generation circuit when the power is stopped; The gist of the present invention is that the input circuit includes a limiting circuit that limits the potential of the input signal according to the potential selected by the potential selection circuit.
本発明によれば、電源供給時及び電源停止時のいずれにおいても電源電位以上の振幅を有する入力信号に対して信頼性を高く維持できる入力回路を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an input circuit that can maintain high reliability with respect to an input signal having an amplitude greater than or equal to the power supply potential both when the power is supplied and when the power is stopped.
次に、図面を参照して、実施形態を説明する。以下の第1及び第2実施形態における図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。 Next, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings in the first and second embodiments, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態に係る集積回路(IC)10は、図1に示すように例えば外部バス20等に接続される。IC10は、入力端子30に接続された入力回路11a、及び入力回路11aに接続された内部回路12を備える。内部回路12としては、例えば映像信号処理回路又は音声信号処理回路等の信号処理回路が使用できる。入力回路11aは、電位生成回路1a、電位選択回路2a、制限回路4、及びバッファ回路3aを備える。電位生成回路1aは、入力信号Vinを検知して電位Vgenを生成する。電位選択回路2aは、電源供給時に高位電源VDDからの電位を選択し、電源停止時に電位生成回路1aからの電位Vgenを選択する。ここで、「電源停止時」とは、待機電力抑制を目的として、IC10が実装される機器全体の電源が投入された状態で、IC10に対する高位電源VDDの供給が停止されることを意味する。よって、IC10が実装される機器全体の電源が投入されていない状態は含まれない。制限回路4は、電位選択回路2aが選択した電位に応じて入力信号Vinの電位を制限する。バッファ回路3aは、2段のインバータ31及び32を備え、制限回路4の出力信号を波形整形する。尚、入力端子30と入力回路11aとの間に、入力端子30に印加されたサージ電位から入力回路11a及び内部回路12を保護する保護回路等を備えても良い。
(First embodiment)
An integrated circuit (IC) 10 according to the first embodiment of the present invention is connected to, for example, an
制限回路4は、入力端子30から入力信号Vinを伝達する入力ノードn1にドレインが接続され、電位選択回路2aにゲートが接続され、バッファ回路3aにソースが接続された電位制限用トランジスタMN1を備える。電位制限用トランジスタMN1としては、例えばnMOSトランジスタが使用できる。
The limiting
IC10の電源供給時及び電源停止時のいずれにおいても、高位電源VDDの電源電位以上の振幅を有する入力信号Vinが、外部バス20に接続された図示を省略するコントローラ又はアナログ回路等からIC10の入力端子30に入力される。
外部バス20から入力端子30を介して入力された入力信号Vinは、電位制限用トランジスタMN1のドレインに入力され、ゲート電位Vgに応じた電位に制限(クランプ)されてソースから出力される。電位制限用トランジスタMN1のソース電位Vsは、ゲート電位Vg以下に制限される。
The input signal Vin having an amplitude equal to or higher than the power supply potential of the high-level power supply VDD is input to the
The input signal Vin input from the
IC10の電源供給時には、高位電源VDDからの電位が電位制限用トランジスタMN1のゲートに供給される。具体的には、高位電源電位をVDD、電位制限用トランジスタMN1のソース電位をVs、ゲート電位をVg、及び閾値電圧をVThNとすると、
Vs=VDD-(VthN+a) ・・・(1)
が成り立つ。尚、式(1)において記号“a”は、プロセスに依存する定数である。
When power is supplied to the
Vs = VDD- (VthN + a) (1)
Holds. In equation (1), the symbol “a” is a constant depending on the process.
したがって、入力信号Vinの振幅(電位)が高位電源VDD以上であっても、電位制限用トランジスタMN1により入力信号Vinの振幅が電位制限用トランジスタMN1の閾値電圧VTh分減衰され、後段のバッファ回路3aにより波形整形されて出力される。よって、入力信号Vinの振幅が高位電源VDD以上であっても、バッファ回路3aの破壊を防止可能な構成となっている。
Therefore, even if the amplitude (potential) of the input signal Vin is equal to or higher than the high-level power supply VDD, the amplitude of the input signal Vin is attenuated by the threshold voltage VTh of the potential limiting transistor MN1 by the potential limiting transistor MN1, and the
これに対してIC10の電源停止時には、電位生成回路1aからの電位Vgenが電位制限用トランジスタMN1のゲートに供給される。電位生成回路1aからの電位をVgen、電位制限用トランジスタMN1のソース電位をVs、ゲート電位をVg、閾値電圧をVThNとすると、式(1)と同様に、
Vs=Vgen-(VthN+a) ・・・(2)
が成り立つ。尚、以下の記載においては、説明の便宜上、プロセスに依存する定数“a”を考慮せずに説明する。
On the other hand, when the power of the
Vs = Vgen- (VthN + a) (2)
Holds. In the following description, for convenience of explanation, explanation will be made without considering the constant “a” depending on the process.
電源停止時において、電位生成回路1aが生成した電位Vgenを電位制限用トランジスタMN1のゲートに供給することにより、電位制限用トランジスタMN1のゲート・ドレイン間電位Vgdが、電位制限用トランジスタMN1のゲート耐圧を越えることを防止できる。
When the power supply is stopped, the potential Vgen generated by the
バッファ回路3aにおいて、インバータ31の出力信号は、電位制限用トランジスタMN1のソース電位Vsの反転信号となる。インバータ32は、インバータ31の出力信号を更に反転するため、インバータ32の出力信号Voutは、入力信号Vin及び電位制限用トランジスタMN1のソース電位Vsと同相の信号となる。
In the
さらに、電位選択回路2aは、図2に示すように、高位電源VDD及び電位生成回路1aが生成した電位Vgenのいずれか一方を自動的に選択する。この結果、電位制限用トランジスタMN1のゲート電位Vgは、電源供給時においては高位電源VDDの電位に設定され、電源停止時においては電位Vgenに設定される。
Further, as shown in FIG. 2, the
電位生成回路1aは、入力信号Vinのハイレベル電位VinHから電位Vgenを生成するが、上述したように、電位Vgenの値は入力回路11aの通常動作に関わるものではなく、電源停止時(高位電源VDD:オフ)の信頼性維持を目的として用いる。
The
このため、電位VgenはIC10の許容電位の最大値(信頼性として問題とならない最大電位)Vmaxより低く、且つ、入力信号Vinのハイレベル電位VinH−Vmaxより高ければ良く、精度はこだわらない。即ち、IC10の許容電位の最大値をVmax、入力信号Vinのハイレベル電位をVinHとすると、電位Vgenについて、
(VinH-Vmax)<Vgen<Vmax ・・・(3)
が成り立つ。
For this reason, the potential Vgen need only be lower than the maximum value (maximum potential that does not cause a problem as a reliability) Vmax of the
(VinH-Vmax) <Vgen <Vmax (3)
Holds.
電位生成回路1aは、図3に示すように、入力ノードn1と低位電源VSSとの間に直列に接続された第1抵抗R1及び第2抵抗R2を備える。図3においては、電位生成回路1aが2つの抵抗、即ち第1抵抗R1及び第2抵抗R2を備える一例を示しているが、3つ以上の抵抗を使用しても良い。また、抵抗として抵抗素子を使用する場合に限らず、例えば配線抵抗又はトランジスタのオン抵抗等を利用しても良い。
第1抵抗R1及び第2抵抗R2は、入力信号Vinの電位を分圧して電位Vgenを生成する。第1抵抗R1及び第2抵抗R2の抵抗比は、式(3)の条件を満たすように設計される。 The first resistor R1 and the second resistor R2 divide the potential of the input signal Vin to generate a potential Vgen. The resistance ratio between the first resistor R1 and the second resistor R2 is designed so as to satisfy the condition of Expression (3).
さらに、電位選択回路2aは、第1スイッチ回路SW1、第2スイッチ回路SW2、及び切り替え制御回路21aを備える。第1スイッチ回路SW1は、高位電源VDDからの電位を制限回路4に供給するか否か切り替える。第2スイッチ回路SW2は、電位生成回路1aからの電位Vgenを制限回路4に供給するか否か切り替える。
Further, the
切り替え制御回路21aは、図4に示すように、電源供給時に第1及び第2スイッチ回路SW1及びSW2をそれぞれ導通及び非導通とし、電源停止時に第1及び第2スイッチ回路SW1及びSW2をそれぞれ非導通及び導通とする。この結果、電位制限用トランジスタMN1のゲート電位Vgは、高位電源VDDの電位及び電位Vgenのいずれかに設定される。
As shown in FIG. 4, the switching
切り替え制御回路21aは、図5に示すように、第1インバータ211及び第2インバータ212を備える。第1インバータ211及び第2インバータ212は、電源供給時においては高位電源VDDがハイレベルであり、電源停止時においては高位電源VDDがロウレベルであることを利用して第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2の切り替えを制御する。
The switching
第1インバータ211は、電位生成回路1aからの電位及び低位電源VSSからの電位間で動作し、高位電源VDDからの電位を反転する。第2インバータ212は、電位生成回路1aからの電位及び低位電源VSSからの電位間で動作し、第1インバータ211の出力信号IV1を反転する。
The
即ち、第1インバータ211及び第2インバータ212は、電位Vgen及び低位電源VSSを動作電位(電源)として用いる。したがって、電源停止時(高位電源VDD=0[V])であっても切り替え制御回路21aの動作を確保できる。
That is, the
また、第1スイッチSW1は、高位電源VDDにソースが接続され、切り替え制御回路21aにゲートが接続され、電位制限用トランジスタMN1のゲートにドレインが接続された第1スイッチ用トランジスタMP12を備える。第2スイッチSW2は、電位生成回路1aにソースが接続され、切り替え制御回路21aにゲートが接続され、電位制限用トランジスタMN1のゲートにドレインが接続された第2スイッチ用トランジスタMP13を備える。第1スイッチ用トランジスタMP12及び第2スイッチ用トランジスタMP13のそれぞれとしては、例えばp型チャネルのMOSトランジスタ(以下において「pMOSトランジスタ」という。)が使用できる。
The first switch SW1 includes a first switch transistor MP12 having a source connected to the high-level power supply VDD, a gate connected to the switching
さらに、第1インバータ211は、第1pMOSトランジスタMP10及び第1nMOSトランジスタMN10を備える。第1pMOSトランジスタMP10は、電位生成回路1aにソースが接続され、高位電源VDDにゲートが接続される。第1nMOSトランジスタMN10は、第1pMOSトランジスタMP10のドレインにドレインが接続され、高位電源VDDにゲートが接続され、低位電源VSSにソースが接続される。
Further, the
第2インバータ212は、第2pMOSトランジスタMP11及び第2nMOSトランジスタMN11を備える。第2pMOSトランジスタMP11は、電位生成回路1aにソースが接続され、第1インバータ211の出力にゲートが接続される。第2nMOSトランジスタMN11は、第2pMOSトランジスタMP11のドレインにドレインが接続され、第1インバータ211の出力にゲートが接続され、低位電源VSSにソースが接続される。
The
次に、図5及び図6を参照して、第1実施形態に係る入力回路11aの動作を説明する。図6(c)に示すように、時刻T0〜T1の期間は電源供給時(高位電源VDD:オン)であり、時刻T1〜T2の期間は電源停止時(高位電源VDD:オフ)である。即ち、時刻T1のタイミングでIC10の高位電源VDDをオフ(0[V])にする場合について説明する。
Next, the operation of the
(A)時刻t1において、図6(a)に示す入力信号Vinがロウレベル(0[V])からハイレベルに立ち上がる。入力信号Vinがロウレベルからハイレベルに立ち上がると、図5に示す第1抵抗R1及び第2抵抗R2は、ハイレベルの入力信号VinHを分圧する。この結果、図6(b)の時刻t1に示すように、電位Vgenが生成される。ここで、電位Vgenは、式3を満たす値に設定される。 (A) At time t 1 , the input signal Vin shown in FIG. 6A rises from a low level (0 [V]) to a high level. When the input signal Vin rises from the low level to the high level, the first resistor R1 and the second resistor R2 shown in FIG. 5 divide the high level input signal VinH. As a result, the potential Vgen is generated as shown at time t 1 in FIG. Here, the potential Vgen is set to a value satisfying Equation 3.
(B)時刻t1においては、図6(d)に示すように、図6(c)に示す高位電源VDDがハイレベルであるために図5に示す第1インバータ211の出力信号IV1はロウレベルを維持する。第1インバータ211の出力信号IV1がゲートに供給される第1スイッチ用トランジスタMP12は、オン(導通)状態を維持する。
In (B) the time t 1, as shown in FIG. 6 (d), the output signal IV1 of the
(C)この結果、図6(f)に示すように、電位制限用トランジスタMN1のゲート電位Vgは、高位電源VDDの電位に設定される。電位制限用トランジスタMN1のゲート電位Vgが高位電源VDDの電位に設定されるため、図6(g)に示すように、電位制限用トランジスタMN1のソース電位Vsは、式(1)を満たす値に設定される。バッファ回路3aは、図6(h)に示すように、電位制限用トランジスタMN1のソース電位Vsと同相の出力信号Voutを出力する。
(C) As a result, as shown in FIG. 6F, the gate potential Vg of the potential limiting transistor MN1 is set to the potential of the high potential power supply VDD. Since the gate potential Vg of the potential limiting transistor MN1 is set to the potential of the high-level power supply VDD, as shown in FIG. 6G, the source potential Vs of the potential limiting transistor MN1 is set to a value that satisfies Equation (1). Is set. As shown in FIG. 6 (h), the
(D)時刻T1において、図6(d)に示すように、高位電源VDDがオフ(0[V])となる。また、時刻t3において、図6(a)に示す入力信号Vinがロウレベルからハイレベルに立ち上がる。よって、図6(d)に示すように、第1インバータ211の出力信号IV1はハイレベル(電位Vgen)となる。図6(e)に示すように、第2インバータ212の出力信号IV2はロウレベル(0[V])となる。この結果、時刻t3において、図6(f)に示すように、電位制限用トランジスタMN1のゲート電位Vgは電位Vgenに設定される。
In (D) the time T 1, as shown in FIG. 6 (d), the high potential power supply VDD is turned off (0 [V]). At time t 3 , the input signal Vin shown in FIG. 6A rises from the low level to the high level. Therefore, as shown in FIG. 6D, the output signal IV1 of the
(E)電位制限用トランジスタMN1のゲート電位Vgが電位Vgenに設定されるため、図6(g)に示すように、電位制限用トランジスタMN1のソース電位Vsは、式(2)を満たす値に設定される。ここで、図6(h)に示すように、バッファ回路3aに供給される高位電源VDDが0[V]であるため、バッファ回路3aは動作しない。
(E) Since the gate potential Vg of the potential limiting transistor MN1 is set to the potential Vgen, as shown in FIG. 6G, the source potential Vs of the potential limiting transistor MN1 is set to a value satisfying Expression (2). Is set. Here, as shown in FIG. 6H, since the high-level power supply VDD supplied to the
このように、第1実施形態に係る入力回路11aによれば、IC10において高位電源VDD以上の振幅を有する入力信号Vinを入力する際、電位制限用トランジスタMN1のゲートを高位電源VDDの電位状態によって自動的に切り替えることができる。したがって、電位制限用トランジスタMN1をゲート耐圧内で動作させることが可能となる。このため、電源供給時の安定した動作を確保しつつ、電源停止時であっても電源電位以上の振幅を有する入力信号Vinに対して、信頼性を高く維持可能な入力回路11aを提供できる。
As described above, according to the
(第1実施形態の第1変形例)
本発明の第1実施形態の第1変形例に係る入力回路11bは、図7に示すように、切り替え制御回路21bが、第1インバータ211のみを備える点が図5と異なる。また、第2スイッチ回路SW20が、電位生成回路1aにソースが接続され、高位電源VDDにゲートが接続され、電位制限用トランジスタMN1のゲートにドレインが接続された第2スイッチ用トランジスタMP130を備える点が図5と異なる。
(First modification of the first embodiment)
The
第1スイッチ用トランジスタMP12は、図5と同様に、第1インバータ211の出力信号IV1に応じて、高位電源VDDからの電位を電位制限用トランジスタMN1のゲートに供給する。
Similarly to FIG. 5, the first switch transistor MP12 supplies the potential from the high potential power supply VDD to the gate of the potential limiting transistor MN1 in accordance with the output signal IV1 of the
第2スイッチ用トランジスタMP130は、高位電源VDDからの電位に応じて、電位生成回路1aからの電位Vgenを電位制限用トランジスタMN1のゲートに供給する。
The second switch transistor MP130 supplies the potential Vgen from the
電源供給時においては、高位電源VDDがハイレベルであるため、第1インバータ211の出力信号IV1がロウレベルとなり、第1スイッチ用トランジスタMP12が導通状態、第2スイッチ用トランジスタMP130が非導通状態となる。この結果、電位制限用トランジスタMN1のゲート電位Vgは高位電源VDDと等しくなる。
At the time of power supply, since the high-level power supply VDD is at a high level, the output signal IV1 of the
これに対して電源停止時では、高位電源VDDがロウレベル、第1インバータ211の出力信号IV1がハイレベル(電位Vgen)となり、第1スイッチ用トランジスタMP12が非導通状態、第2スイッチ用トランジスタMP130が導通状態となる。したがって、電位制限用トランジスタMN1のゲート電位Vgは電位Vgenと等しくなる。
On the other hand, when the power supply is stopped, the high-level power supply VDD is low level, the output signal IV1 of the
このように、図7に示す電位選択回路2bによれば、図5に示す電位選択回路2aよりも回路規模を削減できる。
Thus, according to the
(第1実施形態の第2変形例)
本発明の第1実施形態の第2変形例に係る入力回路11cは、図8に示すように、切り替え制御回路21bが、第1インバータ211のみを備える点が図5と異なる。また、第2スイッチ回路SW21が、電位生成回路1aにドレインが接続され、第1インバータ211の出力にゲートが接続され、電位制限用トランジスタMN1のゲートにソースが接続された第2スイッチ用トランジスタMN12を備える点が図5と異なる。第2スイッチ用トランジスタMN12としては、例えばnMOSトランジスタが使用できる。
(Second modification of the first embodiment)
The
第1スイッチ用トランジスタMP12は、第1インバータ211の出力信号IV1に応じて、高位電源VDDからの電位を電位制限用トランジスタMN1のゲートに供給する。
The first switching transistor MP12 supplies the potential from the high-level power supply VDD to the gate of the potential limiting transistor MN1 according to the output signal IV1 of the
第2スイッチ用トランジスタMN12は、第1インバータ211の出力信号IV1に応じて、電位生成回路1aからの電位Vgenを電位制限用トランジスタMN1のゲートに供給する。
In response to the output signal IV1 of the
電源供給時では高位電源VDDがハイレベル、第1インバータ211の出力信号IV1がロウレベルとなり、第1スイッチ用トランジスタMP12が導通、第2スイッチ用トランジスタMN12が非導通となる。この結果、電位制限用トランジスタMN1のゲート電位Vgは高位電源VDDと等しくなる。
At the time of power supply, the high-level power supply VDD is at a high level, the output signal IV1 of the
これに対して電源停止時では、高位電源VDDがロウレベル、第1インバータ211の出力信号IV1がハイレベル(電位Vgen)となり、第1スイッチ用トランジスタMP12が非導通、第2スイッチ用トランジスタMN12が導通となる。
On the other hand, when the power supply is stopped, the high level power supply VDD is low level, the output signal IV1 of the
ここで、ゲート電位Vgは、第2スイッチ用トランジスタMN12の閾値電圧VTh分減衰する。よってゲート電位Vgは、電位Vgen−閾値電圧VThNとなる。したがって、電位生成回路1aにおいて、予め電位Vgenが閾値電圧VThN分高くなるよう、第1及び第2抵抗R1及びR2を設計することで所望の値を得ることができる。
Here, the gate potential Vg attenuates by the threshold voltage VTh of the second switch transistor MN12. Therefore, the gate potential Vg becomes potential Vgen−threshold voltage VThN. Therefore, in the
このように、図8に示す電位選択回路2cによれば図7と同様に、図5に示す電位選択回路2aよりも回路規模を削減できる。
Thus, according to the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態に係る入力回路11dは、図9に示すように、電位生成回路1bが、入力ノードn1にドレインが接続され、第1抵抗R1及び第2抵抗R2の接続ノードにゲートが接続され、電位選択回路2aにソースが接続された電位制御用トランジスタMN9をさらに備える点が図5と異なる。電位制御用トランジスタMN9としては、例えばnMOSトランジスタが使用できる。
(Second Embodiment)
電位制御用トランジスタMN9は、ドレインに入力される入力信号Vinに対して、第1抵抗R1及び第2抵抗R2による分圧出力VRに応じて入力信号Vinの電位を制御して電位Vgenを生成する。 The potential control transistor MN9 generates the potential Vgen by controlling the potential of the input signal Vin according to the divided output VR by the first resistor R1 and the second resistor R2 with respect to the input signal Vin input to the drain. .
電位Vgenは、第1抵抗R1及び第2抵抗R2による分圧出力VR−電位制御用トランジスタMN9の閾値電圧VThNとなる。したがって、IC10の許容電位の最大値をVmax、第1抵抗R1及び第2抵抗R2による分圧出力をVR、電位制御用トランジスタMN9の閾値電圧をVThNとすると、
VR-VthN<Vmax ・・・(4)
が成り立つ。即ち、
VR<Vmax+VthN ・・・(5)
を満たすように、第1抵抗R1及び第2抵抗R2を設計することで所望の電位Vgenが得られる。
The potential Vgen becomes a divided output VR by the first resistor R1 and the second resistor R2−the threshold voltage VThN of the potential control transistor MN9. Therefore, when the maximum value of the allowable potential of the
VR-VthN <Vmax (4)
Holds. That is,
VR <Vmax + VthN (5)
A desired potential Vgen can be obtained by designing the first resistor R1 and the second resistor R2 so as to satisfy the above.
さらに、バッファ回路3bは、インバータ31、インバータ32、及びnMOSトランジスタMN92を備える。nMOSトランジスタMN92は、高位電源VDDにドレイン及びゲートが接続され、インバータ31にソースが接続される。ゲートを高位電源VDDに接続したnMOSトランジスタMN92を用いることにより、電位制限用トランジスタMN1と同様に、インバータ31のハイレベルが高位電源VDD−閾値電圧VThNに制限される。この結果、インバータ31は、電位制限用トランジスタMN1のソース電位Vsに最適化された閾値となり、安定した動作が得られる。
Further, the
インバータ31は、pMOSトランジスタMP94及びnMOSトランジスタMN94を備える。pMOSトランジスタMP94は、nMOSトランジスタMN92のソースにソースが接続され、電位制限用トランジスタMN1のソースにゲートが接続される。nMOSトランジスタMN94は、pMOSトランジスタMP94のドレインにドレインが接続され、電位制限用トランジスタMN1のソースにゲートが接続され、低位電源VSSにソースが接続される。
The
また、インバータ32は、pMOSトランジスタMP95及びnMOSトランジスタMN95を備える。pMOSトランジスタMP95は、高位電源VDDにソースが接続され、pMOSトランジスタMP94及びnMOSトランジスタMN94のそれぞれのドレインにゲートが接続される。nMOSトランジスタMN95は、pMOSトランジスタMP95のドレインにドレインが接続され、pMOSトランジスタMP94及びnMOSトランジスタMN94のそれぞれのドレインにゲートが接続され、低位電源VSSにソースが接続される。その他の構成については、図5と同様であるので、重複する説明を省略する。
The
次に、図9及び図10を参照して、第2実施形態に係る入力回路11dの動作を説明する。但し、第1実施形態に係る入力回路11aと同様の動作については、重複する説明を省略する。
Next, the operation of the
(A)図10(a)に示す入力信号VinがハイレベルVinHのとき、図10(b)に示す電位Vgenは、VinHを第1抵抗R1と第2抵抗R2で抵抗分圧した分圧出力VRにより制限される電位(分圧出力VR−電位制御用トランジスタMN9の閾値電圧VThN)となる。一方、入力信号Vinがロウレベルの時は、VR=0[V]、且つ、電位制御用トランジスタMN9がオフとなるため電位Vgenは寄生リークにより徐々に電位降下する。 (A) When the input signal Vin shown in FIG. 10A is at the high level VinH, the potential Vgen shown in FIG. 10B is a voltage-divided output obtained by dividing VinH by the first resistor R1 and the second resistor R2. The potential is limited by VR (divided voltage output VR−threshold voltage VThN of potential control transistor MN9). On the other hand, when the input signal Vin is at a low level, VR = 0 [V] and the potential control transistor MN9 is turned off, so that the potential Vgen gradually drops due to parasitic leakage.
(B)この結果、図10(b)に示す電位Vgen、図10(d)に示す第1インバータ211の出力信号IN1、図10(e)に示す第2インバータ211の出力信号IN2、及び図10(f)に示す電位制限用トランジスタMN1のゲート電位Vgは、それぞれ直流(DC)的な波形となる。
(B) As a result, the potential Vgen shown in FIG. 10B, the output signal IN1 of the
このように、第2実施形態によれば、第1実施形態と同様に、電源停止時であっても電位制限用トランジスタMN1のゲート・ドレイン間電位Vgdが耐圧(Vmax)を超えることは無く、信頼性上問題となることが無い入力回路11dを実現できる。
Thus, according to the second embodiment, as in the first embodiment, the gate-drain potential Vgd of the potential limiting transistor MN1 does not exceed the breakdown voltage (Vmax) even when the power supply is stopped. The
(第2実施形態の変形例)
本発明の第2実施形態の変形例に係る電位生成回路1cは、図11に示すように、入力ノードn1と低位電源VSSとの間に直列に接続された第1負荷トランジスタMP60及び第2負荷トランジスタMP61を備える点が図9に示す電位生成回路1bと異なる。即ち、図9に示した第1抵抗R1及び第2抵抗R2として、第1負荷トランジスタMP60及び第2負荷トランジスタMP61を使用する。第1負荷トランジスタMP60及び第2負荷トランジスタMP61としては、例えばpMOSトランジスタが利用できる。
(Modification of the second embodiment)
As shown in FIG. 11, the
第1負荷トランジスタMP60は、入力ノードn1にソース及びバックゲートが接続され、電位制御用トランジスタMN9のゲートにドレイン及びゲートが接続される。 The first load transistor MP60 has a source and a back gate connected to the input node n 1, a drain and a gate connected to the gate potential control transistor MN9.
第2負荷トランジスタMP61は、電位制御用トランジスタMN9のゲートにソース及びバックゲートが接続され、低位電源VSSにドレイン及びゲートが接続される。 In the second load transistor MP61, the source and the back gate are connected to the gate of the potential control transistor MN9, and the drain and the gate are connected to the low potential power supply VSS.
第1負荷トランジスタMP60及び第2負荷トランジスタMP61のバックゲートバイアスは高位電源VDDとせず、自己のソースと接続している。これにより、第1負荷トランジスタMP60及び第2負荷トランジスタMP61は、フローティングウェル構造の抵抗素子として機能する。 The back gate bias of the first load transistor MP60 and the second load transistor MP61 is not the high power supply VDD but is connected to its own source. As a result, the first load transistor MP60 and the second load transistor MP61 function as resistance elements having a floating well structure.
したがって、式(5)を満たすように第1負荷トランジスタMP60及び第2負荷トランジスタMP61のそれぞれのサイズを設計することで、所望の電位Vgenが得られる。 Therefore, the desired potential Vgen can be obtained by designing the sizes of the first load transistor MP60 and the second load transistor MP61 so as to satisfy Expression (5).
或いは、負荷トランジスタの個数を増大させることより所望の電位Vgenを得る構成としても良い。 Alternatively, a desired potential Vgen may be obtained by increasing the number of load transistors.
第2実施形態の変形例に係る電位生成回路1cによれば、第1負荷トランジスタ及び第2負荷トランジスタを用いるため、抵抗を用いる場合よりも電位生成回路1cの面積を削減できる。
According to the
(その他の実施形態)
上記のように、本発明は第1及び第2実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the first and second embodiments. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
上述した第1実施形態の第1変形例に係る電位選択回路2b、及び第1実施形態の第2変形例に係る電位選択回路2cは、第2実施形態に係る電位生成回路1b又は第2実施形態の変形例に係る電位生成回路1cと組み合わせて使用可能である。
The
上述した第1及び第2実施形態においては、スイッチング素子としてMOSトランジスタを使用する一例を説明したが、スイッチング素子としてはMOSトランジスタに限らずMISトランジスタを使用可能である。「MISトランジスタ」とは、金属・絶縁物・半導体構造を有するスイッチング素子を意味し、金属・酸化物・半導体構造のMOSトランジスタが含まれる。 In the first and second embodiments described above, an example in which a MOS transistor is used as a switching element has been described. However, the switching element is not limited to a MOS transistor, and an MIS transistor can be used. The “MIS transistor” means a switching element having a metal / insulator / semiconductor structure, and includes a metal / oxide / semiconductor MOS transistor.
このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。 Thus, it should be understood that the present invention includes various embodiments and the like not described herein. Therefore, the present invention is limited only by the invention specifying matters in the scope of claims reasonable from this disclosure.
1a〜1c…電位生成回路
2a〜2c…電位選択回路
4…制限回路
11a〜11e…入力回路
21a、21b…切り替え制御回路
SW1…第1スイッチ回路
SW2…第2スイッチ回路
R1…第1抵抗
R2…第2抵抗
MN9…電位制御用トランジスタ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
電源供給時に高位電源からの電位を選択し、電源停止時に前記電位生成回路からの電位を選択する電位選択回路と、
前記電位選択回路が選択した電位に応じて前記入力信号の電位を制限する制限回路とを備え、
前記電位選択回路は、
前記高位電源からの電位を前記制限回路に供給するか否か切り替える第1スイッチ回路と、
前記電位生成回路からの電位を前記制限回路に供給するか否か切り替える第2スイッチ回路と、
前記電源供給時に前記第1及び第2スイッチ回路をそれぞれ導通及び非導通とし、前記電源停止時に前記第1及び第2スイッチ回路をそれぞれ非導通及び導通とする切り替え制御回路とを備え、
前記切り替え制御回路は、
前記電位生成回路からの電位及び低位電源からの電位間で動作し、前記高位電源からの電位を反転する第1インバータと、
前記電位生成回路からの電位及び前記低位電源からの電位間で動作し、前記第1インバータの出力信号を反転する第2インバータとを備え、
前記第1スイッチ回路は前記第1インバータの出力信号に応じて導通し、前記第2スイッチ回路は前記第2インバータの出力信号に応じて導通することを特徴とする入力回路。 A potential generation circuit that detects an input signal and generates a potential;
A potential selection circuit that selects a potential from a high-level power supply when power is supplied and selects a potential from the potential generation circuit when the power is stopped;
A limiting circuit that limits the potential of the input signal according to the potential selected by the potential selection circuit;
The potential selection circuit includes:
A first switch circuit for switching whether to supply a potential from the high-level power supply to the limiting circuit;
A second switch circuit for switching whether to supply the potential from the potential generation circuit to the limiting circuit;
A switching control circuit for making the first and second switch circuits conductive and non-conductive when the power is supplied, and for making the first and second switch circuits non-conductive and conductive when the power is stopped, respectively.
The switching control circuit includes:
A first inverter that operates between a potential from the potential generation circuit and a potential from a low-level power supply and inverts a potential from the high-level power supply;
A second inverter that operates between a potential from the potential generation circuit and a potential from the lower power supply, and inverts an output signal of the first inverter;
The first switch circuit is said first conductive according to the inverter output signal, the second switch circuit input circuitry you characterized by conducting in response to the output signal of the second inverter.
電源供給時に高位電源からの電位を選択し、電源停止時に前記電位生成回路からの電位を選択する電位選択回路と、
前記電位選択回路が選択した電位に応じて前記入力信号の電位を制限する制限回路とを備え、
前記電位生成回路は、
前記入力信号の電位を分圧する複数の抵抗成分と、
前記複数の抵抗成分により分圧された前記入力信号を制御電圧として、前記入力信号の電位を制御して前記電位選択回路に供給する電位制御用トランジスタとを備えることを特徴とする入力回路。 A potential generation circuit that detects an input signal and generates a potential;
A potential selection circuit that selects a potential from a high-level power supply when power is supplied and selects a potential from the potential generation circuit when the power is stopped;
A limiting circuit that limits the potential of the input signal according to the potential selected by the potential selection circuit;
The potential generation circuit includes:
A plurality of resistance components for dividing the potential of the input signal;
As a control voltage the input signal divided by said plurality of resistance components, the input to control a potential of the input signal you characterized by obtaining Bei the potential control transistor to be supplied to the potential selection circuit circuit.
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