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JP2004363842A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

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JP2004363842A
JP2004363842A JP2003158803A JP2003158803A JP2004363842A JP 2004363842 A JP2004363842 A JP 2004363842A JP 2003158803 A JP2003158803 A JP 2003158803A JP 2003158803 A JP2003158803 A JP 2003158803A JP 2004363842 A JP2004363842 A JP 2004363842A
Authority
JP
Japan
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voltage
transistor
gate
signal
power supply
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2003158803A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Yazawa
隆幸 矢澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2003158803A priority Critical patent/JP2004363842A/en
Publication of JP2004363842A publication Critical patent/JP2004363842A/en
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Abstract

【課題】複数の電圧範囲の内のいずれかを選択して信号を出力できる半導体集積回路を提供する。
【解決手段】この半導体集積回路は、複数の電圧範囲の内のいずれかを選択して信号を出力することが可能な半導体集積回路であって、第1の電源電圧が供給され、第1の電圧範囲の信号を出力する出力ドライバ回路10と、出力ドライバ回路から出力された信号を、ソース・ドレインを介して、ゲート電圧によって定められる第2の電圧範囲の信号に変換して外部に出力するトランジスタQN2と、第1の電源電圧が供給され、制御信号が第1のレベルのときにトランジスタのゲートに第1の電圧を供給する第1のゲート電圧供給回路20と、第1の電源電圧よりも低い第2の電源電圧が供給され、制御信号が第2のレベルのときにトランジスタのゲートに第2の電圧を供給する第2のゲート電圧供給回路20とを具備する。
【選択図】 図1
A semiconductor integrated circuit capable of selecting one of a plurality of voltage ranges and outputting a signal.
The semiconductor integrated circuit is capable of selecting any one of a plurality of voltage ranges and outputting a signal. The semiconductor integrated circuit is supplied with a first power supply voltage. An output driver circuit 10 that outputs a signal in a voltage range, and a signal output from the output driver circuit is converted to a signal in a second voltage range determined by a gate voltage via a source / drain and output to the outside. A transistor QN2, a first power supply voltage supplied thereto, a first gate voltage supply circuit 20 for supplying a first voltage to the gate of the transistor when the control signal is at a first level, and a first power supply voltage And a second gate voltage supply circuit 20 that supplies a second voltage to the gate of the transistor when the control signal is at a second level.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電圧範囲の内のいずれかを選択して信号を出力することが可能な半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、各種の電子機器の高速動作や低消費電力を実現するために、これらの電子機器において使用されるICやLSI等の半導体集積回路の高集積化や低電圧化が進んでいる。しかし、全ての半導体集積回路の動作電圧を一律に低電圧化することは、デバイス固有の特性を考慮すると、極めて困難である。従って、異なる電源電圧で動作する複数の半導体集積回路が、半導体集積回路に内蔵されたインターフェース回路を介して互いに接続される場合が生じる。
【0003】
例えば、ある半導体集積回路が、インターフェース回路を介して、3.3V電源で動作する回路に接続されたり、1.8V電源で動作する回路に接続されたりすることが考えられる。そのような半導体集積回路においては、3.3V系の出力信号と1.8V系の出力信号とを切り換えて、同一の外部入出力端子(パッド)から出力できれば便利である。
【0004】
また、そのような半導体集積回路に、5V電源で動作する回路から信号が印加されることも考えられる。従って、外部入出力端子(パッド)に5Vの電圧が印加されても、リーク電流が流れないことが要求される。
【0005】
関連する技術として、下記の特許文献1には、電圧トレラント回路としてのインターフェース回路において、信号入出力時に考えられるどのような電圧遷移状態においても、実質的に問題となる電流リークを防止することが、開示されている。しかしながら、複数の電圧範囲の内のいずれかを選択して信号を出力することに関しては、開示されていない。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−77996号公報 (第1頁、図2)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
そこで上記の点に鑑み、本発明は、複数の電圧範囲の内のいずれかを選択して信号を出力できる半導体集積回路を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明に係る半導体集積回路は、複数の電圧範囲の内のいずれかを選択して信号を出力することが可能な半導体集積回路であって、第1の電源電圧が供給され、第1の電圧範囲の信号を出力する出力ドライバ回路と、出力ドライバ回路から出力された信号を、ソース・ドレインを介して、ゲート電圧によって定められる第2の電圧範囲の信号に変換して外部に出力するトランジスタと、第1の電源電圧が供給され、制御信号が第1のレベルのときにトランジスタのゲートに第1の電圧を供給する第1のゲート電圧供給回路と、第1の電源電圧よりも低い第2の電源電圧が供給され、制御信号が第2のレベルのときにトランジスタのゲートに第2の電圧を供給する第2のゲート電圧供給回路とを具備する。
【0009】
ここで、出力ドライバ回路が、半導体基板内に設けられた第1のウエルにおいて形成され、ゲートに入力された信号を反転してドレインから出力する第2のトランジスタを含み、第1のゲート電圧供給回路が、半導体基板内に設けられた第2のウエルにおいて形成され、制御信号が第1のレベルのときにトランジスタのゲートに第1の電圧を供給する第3のトランジスタを含み、第2のゲート電圧供給回路が、第2のウエルにおいて形成され、制御信号が第2のレベルのときにトランジスタのゲートに第2の電圧を供給する第4のトランジスタを含むようにしても良い。
【0010】
また、本発明に係る半導体集積回路は、第1のゲート電圧供給回路に供給される制御信号を反転して第2のゲート電圧供給回路に供給するインバータを具備するようにしても良い。
【0011】
以上の様に構成した本発明に係る半導体集積回路によれば、出力ドライバ回路から出力された信号の電圧範囲を変換するトランジスタのゲートに、第1のゲート電圧供給回路によって供給される第1の電圧と、第2のゲート電圧供給回路によって供給される第2の電圧との内のいずれかを選択的に供給することにより、複数の電圧範囲の内のいずれかを選択して信号を出力することができる。その結果、入出力セルの数を減少させ、チップ面積を低減することが可能である。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体集積回路の構成の一部を示す回路図である。この半導体集積回路は、外部入出力端子(パッド)PDと、パッドPDに接続され、外部回路との間で信号の受け渡しを行う入出力セル100とを含んでいる。なお、一般的には、半導体基板の周辺部に、複数系統のパッド及び入出力セルが設けられるが、図1においては、1系統のパッド及び入出力セルのみを示している。
【0013】
入出力セル100には、電源電圧HVDD(本実施形態においては、3.3Vとする)、及び、電源電圧LVDD(本実施形態においては、1.8Vとする)が供給される。入出力セル以外の内部回路には、例えば、電源電圧LVDDが供給される。
【0014】
入出力セル100は、出力ドライバ10と、出力ドライバ回路10から出力された信号を、ソース・ドレインを介して、ゲート電圧によって定められる電圧範囲の信号に変換してパッドPDに出力するNチャネルMOSトランジスタQN2と、トランジスタQN2のゲートに電圧を供給するゲート電圧供給回路20及び30と、制御信号CNを反転して反転制御信号CNバーを出力するインバータ40と、入力バッファ50とを有している。なお、入力バッファ50を省略して、本実施形態に係るセルを出力セルとして用いても良い。
【0015】
出力ドライバ10は、PチャネルMOSトランジスタQP1とNチャネルMOSトランジスタQN1とによって構成されるインバータを含んでいる。ここで、トランジスタQP1は、図3に示すフローティングNウエル1に形成されており、トランジスタQP1のバックゲートは、フローティング構造となっている。これにより、後で詳しく説明するように、リーク電流を防止することができる。一方、トランジスタQN1のバックゲートは、接地電位に接続されている。出力ドライバ10は、他の内部回路から出力された出力データDOUTの電圧範囲を、電源電圧HVDDに適合するように変換し、トランジスタQN2に供給する。
【0016】
トランジスタQN2のドレインは、出力ドライバ10の出力端子、及び、入力バッファ50の入力端子に電気的に接続されており、トランジスタQN2のソースは、パッドPDに電気的に接続されている。トランジスタQN2のゲート(ノードN1)に所定の電圧が供給されると、トランジスタQN2はオン状態となり、パッドPDを介して内部回路と外部回路との間で信号を伝達する。トランジスタQN2のしきい電圧VTNは、理想的には0Vであることが望ましく、例えば、しきい電圧VTNが約0.2V以下であるトランジスタが使用される。
【0017】
ゲート電圧供給回路20は、PチャネルMOSトランジスタQP2を含んでいる。トランジスタQP2のソースには、電源電位HVDD(3.3V)が供給され、ゲートには、制御信号CNが印加される。トランジスタQP2のドレインは、トランジスタQN2のゲートに電気的に接続されている。制御信号CNがローレベルになると、トランジスタQP2がオン状態となり、トランジスタQN2のゲートに約3.3Vの電圧を供給する。
【0018】
このとき、トランジスタQN2は、出力ドライバ10からドレインに入力される信号に基づいて、ソースからパッドPDに出力信号を供給する。ドレインに入力される信号の最大電圧は約3.3Vであり、また、ゲート電圧も約3.3Vであるので、トランジスタQN2の出力信号の最大電圧は、約(3.3−VTN)Vとなる。
【0019】
ゲート電圧供給回路30は、PチャネルMOSトランジスタQP3を含んでいる。トランジスタQP3のソースには、電源電圧LVDD(1.8V)が供給され、ゲートには、反転制御信号CNバーが供給される。トランジスタQP3のドレインは、トランジスタQN2のゲートに電気的に接続されている。制御信号CNがハイレベルとなって反転制御信号CNバーがローレベルになると、トランジスタQP3がオン状態となり、トランジスタQN2のゲートに約1.8Vの電圧を供給する。
【0020】
このとき、トランジスタQN2は、出力ドライバ10からドレインに入力される信号に基づいて、ソースからパッドPDに出力信号を供給する。ドレインに入力される信号の最大電圧は約3.3Vであるが、ゲート電圧が約1.8Vであるので、トランジスタQN2の出力信号の最大電圧は、約(1.8−VTN)Vとなる。
【0021】
ここで、トランジスタQP2及びQP3は、図2に示すフローティングNウエル2に形成されており、これらのトランジスタのバックゲートは、共通化されてフローティングされている。これにより、後で詳しく説明するように、リーク電流を防止することができる。
【0022】
入力バッファ50は、電源電圧LVDD(1.8V)が供給されて動作する2段のインバータ51及び52によって構成される。制御信号CNをハイレベルとすることにより、トランジスタQN2によって、パッドPDから供給される信号の電圧範囲を、インバータ51の電源電圧LVDDに適合するように変換することができる。
【0023】
次に、リーク電流を防止するための方策について説明する。
通常、PチャネルMOSトランジスタのバックゲート電極には、電源電位が印加される。即ち、トランジスタQP2のバックゲート電極には、電源電位HVDD(3.3V)が印加され、トランジスタQP3のバックゲート電極には、電源電位LVDD(1.8V)が印加される。
【0024】
図2は、図1に示すトランジスタQP2及びQP3を通常の構造とした場合の問題点を説明するための図である。図2に示すように、P型の半導体基板200内には、Nウエル210及び220が形成されている。Nウエル210上には、トランジスタQP2のゲート電極218が、ゲート絶縁膜を介して形成されている。また、Nウエル220上には、トランジスタQP3のゲート電極228が、ゲート絶縁膜を介して形成されている。
【0025】
Nウエル210内には、トランジスタQP2のソース・ドレインとなるP型不純物拡散領域212及び214と、トランジスタQP2のバックゲート電極に相当するN型不純物拡散領域216とが形成されている。また、Nウエル220内には、トランジスタQP3のソース・ドレインとなる不純物拡散領域222及び224と、トランジスタQP3のバックゲート電極に相当するN型不純物拡散領域226とが形成されている。
【0026】
トランジスタQP2及びQP3のドレインとなるP型不純物拡散領域212及び222は、トランジスタQN2のゲート(ノードN1)に電気的に接続される。トランジスタQP2のソースとなるP型不純物拡散領域214及びバックゲート電極に相当するN型不純物拡散領域216には、電源電圧HVDD(3.3V)が供給される。一方、トランジスタQP3のソースとなるP型不純物拡散領域224及びバックゲート電極に相当するN型不純物拡散領域226には、電源電圧LVDD(1.8V)が供給される。また、トランジスタQP2のゲート電極218には、制御信号CNが印加され、トランジスタQP3のゲート電極228には、反転制御信号CNバーが印加される。
【0027】
ここで、制御信号CNがローレベルとなって、トランジスタQP2がオン状態となり、トランジスタQP3がオフ状態となる場合を考える。このとき、トランジスタQP3はオフ状態であるにもかかわらず、P型不純物拡散領域222とNウエル220との接合面(PN接合)が順方向にバイアスされることにより、P型不純物拡散領域214からNウエル210を介してP型不純物拡散領域212に流れる電流の一部が、P型不純物拡散領域222からNウエル220を介してP型不純物拡散領域226に流れ込み、異なる電源電位間にリーク電流が流れてしまう。そのようなリーク電流を防止するために、本実施形態においては、図3に示すような構造を採用している。
【0028】
図3は、本実施形態におけるトランジスタQP1〜QP3及びQN1〜QN2の構造を示す図である。図3に示すように、P型の半導体基板300内には、いずれの電源電位にも接続されていないフローティングNウエル1及び2と、接地電位に接続されているPウエル3と、いずれの電源電位にも接続されていないフローティングPウエル4とが形成されている。
【0029】
フローティングNウエル1上には、トランジスタQP1のゲート電極11が、ゲート絶縁膜を介して形成されている。ゲート電極11の両側のNウエル1内には、トランジスタQP1のソース・ドレインとなるP型不純物拡散領域12及び13が形成されている。ここで、Nウエル1がフローティング構造となっているために、P型不純物拡散領域13に、電源電位HVDDよりも高い電位が印加されても、リーク電流の流れる経路が存在しない。
【0030】
Pウエル3上には、トランジスタQN1のゲート電極31が、ゲート絶縁膜を介して形成されている。ゲート電極31の両側のPウエル3内には、トランジスタQN1のソース・ドレインとなるN型不純物拡散領域32及び33が形成されている。また、Pウエル3内には、トランジスタQN1のバックゲート電極に相当するP型不純物拡散領域34が形成されている。
【0031】
フローティングPウエル4上には、トランジスタQN2のゲート電極41が、ゲート絶縁膜を介して形成されている。ゲート電極41の両側のPウエル4内には、トランジスタQN2のソース・ドレインとなるN型不純物拡散領域42及び43が形成されている。ここで、Pウエル4がフローティング構造となっているために、パッドPDに高電位が印加されても、リーク電流の流れる経路が存在しない。
【0032】
フローティングNウエル2上には、トランジスタQP2及びQP3のゲート電極21及び22が、それぞれゲート絶縁膜を介して形成されている。ゲート電極21の両側のNウエル2内には、トランジスタQP2のソース・ドレインとなるP型不純物拡散領域23及び24が形成され、ゲート電極22の両側のNウエル2内には、トランジスタQP3のソース・ドレインとなるP型不純物拡散領域25及び26が形成されている。トランジスタQP2及びQP3が同一のNウエル2に形成されていることにより、トランジスタQP2及びQP3のバックゲートは、実質的に共通化されている。
【0033】
トランジスタQP2及びQP3のドレインとなるP型不純物拡散領域24及び26は、トランジスタQN2のゲート電極41(ノードN1)に電気的に接続される。トランジスタQP2のソースとなるP型不純物拡散領域23には、電源電圧HVDD(3.3V)が供給され、トランジスタQP3のソースとなるP型不純物拡散領域25には、電源電圧LVDD(1.8V)が供給される。また、トランジスタQP2のゲート電極21には、制御信号CNが印加され、トランジスタQP3のゲート電極22には、反転制御信号CNバーが印加される。
【0034】
制御信号CNがローレベルとなったときに、トランジスタQP2がオン状態となり、トランジスタQP3がオフ状態となって、トランジスタQN2のゲート電極41(ノードN1)に、約3.3Vの電圧が供給される。一方、制御信号CNがハイレベルとなったときに、トランジスタQP3がオフ状態となり、トランジスタQP2がオン状態となって、トランジスタQN2のゲート電極41(ノードN1)に、約1.8Vの電圧が供給される。いずれのモードにおいても、Nウエル2がフローティング構造となっているために、電源電位HVDDと電源電位LVDDとの間に、リーク電流の流れる経路が存在しない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る半導体集積回路の構成の一部を示す回路図。
【図2】トランジスタを通常の構造とした場合の問題点を説明するための図。
【図3】本実施形態におけるトランジスタQP1〜QP3等の構造を示す図。
【符号の説明】
10 出力ドライバ、 20、30 ゲート電圧供給回路、 40 インバータ、 50 入力バッファ、 100 入出力セル、 PD 外部入出力端子(パッド)、 QP1〜QP3 PチャネルMOSトランジスタ、 QN1〜QN2 NチャネルMOSトランジスタ、 1、2 フローティングNウエル、 3Pウエル、 4 フローティングPウエル、 11、21、22、31、41ゲート電極、 12、13、23〜26、34 P型不純物拡散領域、 32、33、42、43 N型不純物拡散領域、 300 半導体基板
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit capable of selecting any one of a plurality of voltage ranges and outputting a signal.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to realize high-speed operation and low power consumption of various electronic devices, high integration and low voltage of semiconductor integrated circuits such as ICs and LSIs used in these electronic devices have been advanced. However, it is extremely difficult to uniformly reduce the operating voltages of all the semiconductor integrated circuits in consideration of the characteristics unique to the device. Therefore, a plurality of semiconductor integrated circuits operating at different power supply voltages may be connected to each other via an interface circuit built in the semiconductor integrated circuit.
[0003]
For example, it is conceivable that a certain semiconductor integrated circuit is connected to a circuit that operates with a 3.3 V power supply or a circuit that operates with a 1.8 V power supply via an interface circuit. In such a semiconductor integrated circuit, it is convenient if the output signal of the 3.3 V system and the output signal of the 1.8 V system can be switched and output from the same external input / output terminal (pad).
[0004]
Further, it is conceivable that a signal is applied to such a semiconductor integrated circuit from a circuit operating with a 5V power supply. Therefore, it is required that no leak current flows even when a voltage of 5 V is applied to the external input / output terminal (pad).
[0005]
As a related technique, Patent Literature 1 listed below discloses that in an interface circuit as a voltage tolerant circuit, current leakage which substantially poses a problem in any voltage transition state considered during signal input / output is prevented. , Has been disclosed. However, it does not disclose selecting any one of a plurality of voltage ranges to output a signal.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-77996 (page 1, FIG. 2)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit capable of selecting any one of a plurality of voltage ranges and outputting a signal.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a semiconductor integrated circuit according to the present invention is a semiconductor integrated circuit capable of selecting any one of a plurality of voltage ranges and outputting a signal, and comprising a first power supply voltage And an output driver circuit for outputting a signal in a first voltage range, and converting a signal output from the output driver circuit into a signal in a second voltage range defined by a gate voltage via a source / drain A first gate voltage supply circuit that supplies a first voltage to a gate of the transistor when a control signal is at a first level; And a second gate voltage supply circuit that supplies a second voltage to the gate of the transistor when the control signal is at the second level.
[0009]
Here, the output driver circuit includes a second transistor formed in a first well provided in the semiconductor substrate and inverting a signal input to a gate and outputting the inverted signal from a drain, and a first gate voltage supply. A circuit is formed in a second well provided in the semiconductor substrate and includes a third transistor that supplies a first voltage to the gate of the transistor when the control signal is at a first level, the second gate The voltage supply circuit may include a fourth transistor formed in the second well and supplying a second voltage to the gate of the transistor when the control signal is at the second level.
[0010]
Further, the semiconductor integrated circuit according to the present invention may include an inverter that inverts a control signal supplied to the first gate voltage supply circuit and supplies the inverted signal to the second gate voltage supply circuit.
[0011]
According to the semiconductor integrated circuit of the present invention configured as described above, the first gate voltage supply circuit supplies the first gate voltage supply circuit to the gate of the transistor that converts the voltage range of the signal output from the output driver circuit. By selectively supplying one of the voltage and the second voltage supplied by the second gate voltage supply circuit, one of the plurality of voltage ranges is selected to output a signal. be able to. As a result, the number of input / output cells can be reduced, and the chip area can be reduced.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a part of the configuration of a semiconductor integrated circuit according to one embodiment of the present invention. This semiconductor integrated circuit includes an external input / output terminal (pad) PD, and an input / output cell 100 connected to the pad PD and exchanging signals with an external circuit. Generally, a plurality of systems of pads and input / output cells are provided in the peripheral portion of the semiconductor substrate, but FIG. 1 shows only one system of pads and input / output cells.
[0013]
The power supply voltage HV DD (3.3 V in the present embodiment) and the power supply voltage LV DD (1.8 V in the present embodiment) are supplied to the input / output cell 100. For example, the power supply voltage LV DD is supplied to the internal circuits other than the input / output cells.
[0014]
The input / output cell 100 includes an output driver 10 and an N-channel MOS for converting a signal output from the output driver circuit 10 to a signal in a voltage range determined by a gate voltage via a source / drain and outputting the signal to a pad PD. It has a transistor QN2, gate voltage supply circuits 20 and 30 for supplying a voltage to the gate of the transistor QN2, an inverter 40 for inverting the control signal CN and outputting an inverted control signal CN bar, and an input buffer 50. . Note that the input buffer 50 may be omitted, and the cell according to the present embodiment may be used as an output cell.
[0015]
Output driver 10 includes an inverter constituted by P-channel MOS transistor QP1 and N-channel MOS transistor QN1. Here, the transistor QP1 is formed in the floating N well 1 shown in FIG. 3, and the back gate of the transistor QP1 has a floating structure. As a result, a leak current can be prevented as will be described later in detail. On the other hand, the back gate of transistor QN1 is connected to the ground potential. The output driver 10 converts the voltage range of the output data D OUT output from another internal circuit so as to be compatible with the power supply voltage HV DD , and supplies the converted voltage to the transistor QN2.
[0016]
The drain of the transistor QN2 is electrically connected to the output terminal of the output driver 10 and the input terminal of the input buffer 50, and the source of the transistor QN2 is electrically connected to the pad PD. When a predetermined voltage is supplied to the gate (node N1) of transistor QN2, transistor QN2 is turned on, and transmits a signal between an internal circuit and an external circuit via pad PD. Ideally, the threshold voltage V TN of the transistor QN2 is 0 V. For example, a transistor having a threshold voltage V TN of about 0.2 V or less is used.
[0017]
Gate voltage supply circuit 20 includes a P-channel MOS transistor QP2. The power supply potential HV DD (3.3 V) is supplied to the source of the transistor QP2, and the control signal CN is applied to the gate. The drain of transistor QP2 is electrically connected to the gate of transistor QN2. When the control signal CN goes low, the transistor QP2 is turned on, and supplies a voltage of about 3.3 V to the gate of the transistor QN2.
[0018]
At this time, the transistor QN2 supplies an output signal from the source to the pad PD based on a signal input from the output driver 10 to the drain. Since the maximum voltage of the signal input to the drain is about 3.3 V and the gate voltage is also about 3.3 V, the maximum voltage of the output signal of the transistor QN2 is about (3.3−V TN ) V It becomes.
[0019]
Gate voltage supply circuit 30 includes a P-channel MOS transistor QP3. The power supply voltage LV DD (1.8 V) is supplied to the source of the transistor QP3, and the inversion control signal CN is supplied to the gate. The drain of transistor QP3 is electrically connected to the gate of transistor QN2. When the control signal CN goes high and the inverted control signal CN goes low, the transistor QP3 is turned on and supplies a voltage of about 1.8 V to the gate of the transistor QN2.
[0020]
At this time, the transistor QN2 supplies an output signal from the source to the pad PD based on a signal input from the output driver 10 to the drain. Although the maximum voltage of the signal input to the drain is about 3.3 V, the maximum voltage of the output signal of the transistor QN2 is about (1.8−V TN ) V because the gate voltage is about 1.8 V. Become.
[0021]
Here, the transistors QP2 and QP3 are formed in the floating N-well 2 shown in FIG. 2, and the back gates of these transistors are shared and floated. As a result, a leak current can be prevented as will be described later in detail.
[0022]
The input buffer 50 is configured by two-stage inverters 51 and 52 that operate by being supplied with the power supply voltage LV DD (1.8 V). By the control signal CN to the high level, the transistors QN2, the voltage range of the signal supplied from the pad PD, can be converted to match the power supply voltage LV DD inverter 51.
[0023]
Next, a measure for preventing a leak current will be described.
Normally, a power supply potential is applied to the back gate electrode of a P-channel MOS transistor. That is, the power supply potential HV DD (3.3 V) is applied to the back gate electrode of the transistor QP 2, and the power supply potential LV DD (1.8 V) is applied to the back gate electrode of the transistor QP 3.
[0024]
FIG. 2 is a diagram for explaining a problem when the transistors QP2 and QP3 shown in FIG. 1 have a normal structure. As shown in FIG. 2, N wells 210 and 220 are formed in a P type semiconductor substrate 200. On N well 210, gate electrode 218 of transistor QP2 is formed via a gate insulating film. On the N well 220, the gate electrode 228 of the transistor QP3 is formed via a gate insulating film.
[0025]
In N well 210, P-type impurity diffusion regions 212 and 214 serving as the source and drain of transistor QP2 and N-type impurity diffusion region 216 corresponding to the back gate electrode of transistor QP2 are formed. In the N well 220, impurity diffusion regions 222 and 224 serving as the source / drain of the transistor QP3 and an N-type impurity diffusion region 226 corresponding to the back gate electrode of the transistor QP3 are formed.
[0026]
P-type impurity diffusion regions 212 and 222 serving as drains of transistors QP2 and QP3 are electrically connected to the gate (node N1) of transistor QN2. The power supply voltage HV DD (3.3 V) is supplied to the P-type impurity diffusion region 214 serving as the source of the transistor QP2 and the N-type impurity diffusion region 216 corresponding to the back gate electrode. On the other hand, the power supply voltage LV DD (1.8 V) is supplied to the P-type impurity diffusion region 224 serving as the source of the transistor QP3 and the N-type impurity diffusion region 226 corresponding to the back gate electrode. The control signal CN is applied to the gate electrode 218 of the transistor QP2, and the inversion control signal CN is applied to the gate electrode 228 of the transistor QP3.
[0027]
Here, it is assumed that the control signal CN goes low, the transistor QP2 is turned on, and the transistor QP3 is turned off. At this time, although the transistor QP3 is off, the junction surface (PN junction) between the P-type impurity diffusion region 222 and the N well 220 is biased in the forward direction, so that the P-type impurity diffusion region 214 Part of the current flowing to the P-type impurity diffusion region 212 via the N-well 210 flows from the P-type impurity diffusion region 222 to the P-type impurity diffusion region 226 via the N-well 220, and a leakage current flows between different power supply potentials. Will flow. In order to prevent such a leak current, the present embodiment employs a structure as shown in FIG.
[0028]
FIG. 3 is a diagram showing the structure of the transistors QP1 to QP3 and QN1 to QN2 in the present embodiment. As shown in FIG. 3, in a P-type semiconductor substrate 300, floating N wells 1 and 2 not connected to any power supply potential, a P well 3 connected to ground potential, and any power supply A floating P well 4 not connected to the potential is formed.
[0029]
On floating N well 1, gate electrode 11 of transistor QP1 is formed via a gate insulating film. In the N well 1 on both sides of the gate electrode 11, P-type impurity diffusion regions 12 and 13 serving as the source and drain of the transistor QP1 are formed. Here, since N well 1 has a floating structure, even if a potential higher than power supply potential HV DD is applied to P-type impurity diffusion region 13, there is no path through which a leak current flows.
[0030]
On P well 3, gate electrode 31 of transistor QN1 is formed via a gate insulating film. In the P well 3 on both sides of the gate electrode 31, N-type impurity diffusion regions 32 and 33 serving as the source and drain of the transistor QN1 are formed. In the P well 3, a P-type impurity diffusion region 34 corresponding to the back gate electrode of the transistor QN1 is formed.
[0031]
On floating P well 4, gate electrode 41 of transistor QN2 is formed via a gate insulating film. In the P well 4 on both sides of the gate electrode 41, N-type impurity diffusion regions 42 and 43 serving as the source and drain of the transistor QN2 are formed. Here, since the P well 4 has a floating structure, even if a high potential is applied to the pad PD, there is no path through which a leak current flows.
[0032]
On the floating N-well 2, gate electrodes 21 and 22 of the transistors QP2 and QP3 are formed via gate insulating films, respectively. In the N well 2 on both sides of the gate electrode 21, P-type impurity diffusion regions 23 and 24 serving as the source and drain of the transistor QP2 are formed. In the N well 2 on both sides of the gate electrode 22, the source of the transistor QP3 -P-type impurity diffusion regions 25 and 26 serving as drains are formed. Since the transistors QP2 and QP3 are formed in the same N well 2, the back gates of the transistors QP2 and QP3 are substantially shared.
[0033]
P-type impurity diffusion regions 24 and 26 serving as drains of transistors QP2 and QP3 are electrically connected to gate electrode 41 (node N1) of transistor QN2. The power supply voltage HV DD (3.3 V) is supplied to the P-type impurity diffusion region 23 serving as the source of the transistor QP2, and the power supply voltage LV DD (1. 8V) is supplied. The control signal CN is applied to the gate electrode 21 of the transistor QP2, and the inversion control signal CN is applied to the gate electrode 22 of the transistor QP3.
[0034]
When the control signal CN goes low, the transistor QP2 is turned on and the transistor QP3 is turned off, and a voltage of about 3.3 V is supplied to the gate electrode 41 (node N1) of the transistor QN2. . On the other hand, when the control signal CN becomes high level, the transistor QP3 is turned off, the transistor QP2 is turned on, and a voltage of about 1.8 V is supplied to the gate electrode 41 (node N1) of the transistor QN2. Is done. In any mode, since the N-well 2 has a floating structure, there is no path through which a leak current flows between the power supply potential HV DD and the power supply potential LV DD .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a part of a configuration of a semiconductor integrated circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a problem in a case where a transistor has a normal structure.
FIG. 3 is a diagram showing a structure of transistors QP1 to QP3 and the like in the embodiment.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 output driver, 20, 30 gate voltage supply circuit, 40 inverter, 50 input buffer, 100 input / output cell, PD external input / output terminal (pad), QP1 to QP3 P channel MOS transistor, QN1 to QN2 N channel MOS transistor, 1 2, floating N well, 3P well, 4 floating P well, 11, 21, 22, 31, 41 gate electrode, 12, 13, 23 to 26, 34 P type impurity diffusion region, 32, 33, 42, 43 N type Impurity diffusion region, 300 semiconductor substrate

Claims (3)

複数の電圧範囲の内のいずれかを選択して信号を出力することが可能な半導体集積回路であって、
第1の電源電圧が供給され、第1の電圧範囲の信号を出力する出力ドライバ回路と、
前記出力ドライバ回路から出力された信号を、ソース・ドレインを介して、ゲート電圧によって定められる第2の電圧範囲の信号に変換して外部に出力するトランジスタと、
前記第1の電源電圧が供給され、制御信号が第1のレベルのときに前記トランジスタのゲートに第1の電圧を供給する第1のゲート電圧供給回路と、
前記第1の電源電圧よりも低い第2の電源電圧が供給され、制御信号が第2のレベルのときに前記トランジスタのゲートに第2の電圧を供給する第2のゲート電圧供給回路と、を具備する半導体集積回路。
A semiconductor integrated circuit capable of selecting one of a plurality of voltage ranges and outputting a signal,
An output driver circuit supplied with a first power supply voltage and outputting a signal in a first voltage range;
A transistor that converts a signal output from the output driver circuit to a signal in a second voltage range determined by a gate voltage via a source and a drain, and outputs the signal to the outside;
A first gate voltage supply circuit that supplies the first power supply voltage and supplies a first voltage to the gate of the transistor when a control signal is at a first level;
A second gate voltage supply circuit that supplies a second power supply voltage lower than the first power supply voltage and supplies a second voltage to the gate of the transistor when the control signal is at a second level; A semiconductor integrated circuit provided.
前記出力ドライバ回路が、半導体基板内に設けられた第1のウエルにおいて形成され、ゲートに入力された信号を反転してドレインから出力する第2のトランジスタを含み、
前記第1のゲート電圧供給回路が、前記半導体基板内に設けられた第2のウエルにおいて形成され、制御信号が第1のレベルのときに前記トランジスタのゲートに第1の電圧を供給する第3のトランジスタを含み、
前記第2のゲート電圧供給回路が、前記第2のウエルにおいて形成され、制御信号が第2のレベルのときに前記トランジスタのゲートに第2の電圧を供給する第4のトランジスタを含む、請求項1記載の半導体集積回路。
The output driver circuit includes a second transistor formed in a first well provided in a semiconductor substrate and inverting a signal input to a gate and outputting the inverted signal from a drain,
The first gate voltage supply circuit is formed in a second well provided in the semiconductor substrate, and supplies a first voltage to a gate of the transistor when a control signal is at a first level. Including transistors,
The second gate voltage supply circuit includes a fourth transistor formed in the second well and supplying a second voltage to a gate of the transistor when a control signal is at a second level. 2. The semiconductor integrated circuit according to 1.
前記第1のゲート電圧供給回路に供給される制御信号を反転して前記第2のゲート電圧供給回路に供給するインバータをさらに具備する請求項1又は2記載の半導体集積回路。3. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, further comprising an inverter that inverts a control signal supplied to the first gate voltage supply circuit and supplies the inverted signal to the second gate voltage supply circuit.
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