JP2013197358A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低電圧用回路部と高電圧用回路部とを備える半導体集積回路に関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit including a low voltage circuit section and a high voltage circuit section.
半導体集積回路(IC)には、例えばプログラムメモリやデータメモリ、或いはアナログ回路の調整データの保持用として、EPROMやEEPROM或いはフラッシュメモリ等の書き換え可能な不揮発性メモリを内蔵しているものがある。このようなICでは、不揮発性メモリにデータを書き込む際には、一般的な入力信号のハイレベルよりも高い電圧を入力端子に印加する必要があるので、そのための端子を別途設けることになる。しかし、ICの入出力端子数を増加させると、不断に要求されているチップサイズ又はパッケージサイズの小型化に逆行するため、特殊な用途に使用される端子は極力減らしたいという事情がある。 Some semiconductor integrated circuits (ICs) have a built-in rewritable nonvolatile memory such as an EPROM, an EEPROM, or a flash memory for holding adjustment data of a program memory, a data memory, or an analog circuit, for example. In such an IC, when data is written in the nonvolatile memory, it is necessary to apply a voltage higher than a high level of a general input signal to the input terminal, and therefore a terminal for that purpose is provided separately. However, when the number of input / output terminals of the IC is increased, the chip size or package size that is constantly required is reduced, and there is a situation that the number of terminals used for special purposes is to be reduced as much as possible.
例えば特許文献1には、不揮発性メモリの書き込み時に高電圧を印加する端子と、マイコンの実動作モードとテストモードとを切り替えるためのモード切り替え用端子とを共通化して、モード切り替え回路への入力経路には、2個のインバータ回路(反転ゲート)を直列接続してなるレベルシフト回路を挿入する構成が開示されている。
For example, in
しかしながら、特許文献1の構成では、レベルシフト回路の構成が比較的大きくなるため、小型化という観点からはやはり問題がある。また、高電圧用の端子と兼用化可能な端子はデジタル入力端子に限定されるという問題点がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、付加する回路が大型化することなく、高電圧が印加される端子と、より低い電圧範囲で変化するデジタル又はアナログの信号を入力するための端子とを兼用できる半導体集積回路を提供することにある。
However, the configuration of
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a terminal to which a high voltage is applied and a digital or analog signal changing in a lower voltage range without increasing the size of a circuit to be added. An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit that can also serve as a terminal for inputting.
請求項1記載の半導体集積回路によれば、外部入力端子を、低電圧用回路部並びに高電圧用回路部の共通の入力端子とする。そして、外部入力端子と、低電圧用回路部の入力端子との間にNチャネルMOSFETを接続し、そのゲートに、低電圧用回路部の入力電圧の最大値VL以上で、且つ低電圧用回路部について設定されている最大許容入力電圧VLMAXに、NチャネルMOSFETの閾値電圧Vthを加えた電位よりも低い電位を付与する。これにより、外部入力端子に電圧VLを超える電圧が印加された際に、低電圧用回路部の入力端子の電位を、低電圧用回路部について設定されている最大許容入力電圧VLMAX以下にする。 According to the semiconductor integrated circuit of the first aspect, the external input terminal is used as a common input terminal for the low voltage circuit unit and the high voltage circuit unit. Then, an N-channel MOSFET is connected between the external input terminal and the input terminal of the low voltage circuit section, and the gate is connected to the low voltage circuit section which is equal to or higher than the maximum input voltage VL of the low voltage circuit section. A potential lower than the potential obtained by adding the threshold voltage Vth of the N-channel MOSFET to the maximum allowable input voltage VL MAX set for the unit is applied. Accordingly, when a voltage exceeding the voltage VL is applied to the external input terminal, the potential of the input terminal of the low voltage circuit unit is set to be equal to or lower than the maximum allowable input voltage VL MAX set for the low voltage circuit unit. .
このように構成すれば、外部入力端子に電圧VHが印加されても、NチャネルMOSFETのソース電位はNチャネルMOSFETのゲート電位よりも低くなるので、低電圧用回路部の入力端子の電位を最大許容入力電圧VLMAX以下にすることができる。したがって、外部入力端子を高電圧用回路部の入力端子と共通化しても、極めて簡単な構成によって、低電圧用回路部の入力端子に過大な電圧が印加されることを防止できる。また、低電圧用回路部の入力端子は、アナログ信号,デジタル信号の何れが入力される端子でも高電圧用回路部の入力端子と兼用化できる。 With this configuration, even when the voltage VH is applied to the external input terminal, the source potential of the N-channel MOSFET becomes lower than the gate potential of the N-channel MOSFET. The allowable input voltage VL MAX or less can be set. Therefore, even if the external input terminal is shared with the input terminal of the high voltage circuit unit, it is possible to prevent an excessive voltage from being applied to the input terminal of the low voltage circuit unit with a very simple configuration. In addition, the input terminal of the low voltage circuit unit can be used as the input terminal of the high voltage circuit unit regardless of whether an analog signal or a digital signal is input.
(第1実施例)
図1において、半導体集積回路の外部入力端子1は、半導体集積回路の外部より、内部の低電圧用回路部2に信号を入力するための端子と、高電圧用回路部3に電圧を印加するための端子を兼用している。低電圧用回路部2は、例えば入力信号の電圧範囲が0V〜3V(最大値VL)に設定されている3V系の回路である。また、高電圧用回路部3は、例えばフラッシュメモリ等の書き換え可能な不揮発性メモリであり、図示しないバスを介してデータの書き換えを行う際に例えば9V(最大値VH)の書き込み電圧を印加する必要がある。
(First embodiment)
In FIG. 1, an
外部入力端子1は、高電圧用回路部3の上述した書き込み電圧印加用の端子に直結されていると共に、低電圧用回路部2の信号入力端子には、NチャネルMOSFET4のドレイン,ソースを介して接続されている。NチャネルMOSFET4のゲートには、例えば5Vのゲート電圧が供給されている。NチャネルMOSFET4の閾値電圧Vthは、例えば1V程度に設定されている。外部入力端子1を介して低電圧用回路部2に入力される信号は、例えば電圧が0V〜3Vの範囲で変化するアナログ信号である。
The
次に、本実施例の作用について説明する。NチャネルMOSFET4のゲート電位は5Vであり、低電圧用回路部2の入力信号電圧の最大値3V(VL)に、NチャネルMOSFET4の閾値電圧Vthを加えた電圧よりも高い電圧に設定されている。したがって、NチャネルMOSFET4は、半導体集積回路が起動していれば常時オン状態となっている。そして、外部入力端子1に印加される信号電圧が0V〜3Vの範囲で変化すると、それに伴いNチャネルMOSFET4のソース,すなわち、低電圧用回路部2の信号入力端子の電圧も0V〜3Vの範囲でアナログ的に変化する。尚、上記範囲の電圧が外部入力端子1に印加されても、高電圧用回路部3側には影響を与えない。
Next, the operation of this embodiment will be described. The gate potential of the N-
また、外部入力端子1に高電圧用回路部3の書き込み電圧9Vを印加した場合、NチャネルMOSFET4のソース電位は、ゲート電位の5Vより閾値電圧Vthだけ低下した4V程度になる。そして、低電圧用回路部2の信号入力端子には、最大値VLを超えるレベルの電圧が印加されることになるが、この電圧は低電圧用回路部2の最大許容電圧VLMAX以下であるとする(すなわち、ゲート電位の5Vは、最大許容電圧VLMAXに閾値電圧Vthを加えた電位よりも低い電位である)。但し、低電圧用回路部2は、この期間に入力される信号を処理対象とせずに無視する。
When the
図2において、マイクロコンピュータ11(半導体集積回路)は、低電圧用回路部2に相当するアナログ回路部2Aと、高電圧用回路部3に相当するフラッシュメモリ3Mと、CPUなどのデジタル回路部12とを備えている。アナログ回路部2Aと、フラッシュメモリ3M,デジタル回路部12とはそれぞれバスを介して接続されている。尚、これらは共通のバスでも良い。また、アナログ回路部2AはA/Dコンバータを含んでいる。
In FIG. 2, a microcomputer 11 (semiconductor integrated circuit) includes an
このように構成すれば、フラッシュメモリ3Mの消去や書き換えを行うため外部入力端子1に9Vの電圧を印加しても、アナログ回路部2Aの信号入力端子の電圧を最大許容電圧以下にできる。また、アナログ回路部2Aの入力端子に対しては、外部入力端子1に印加されるアナログ信号レベルが0V〜3Vの範囲で変化すれば、NチャネルMOSFET4がない場合と同様に0V〜3Vの信号変化を伝達できる。尚、NチャネルMOSFET4については、ドレインに9Vが印加された場合に、対ゲート間及び対ソース間の電位差をカバーする耐圧の素子を用いることは言うまでもない。
With this configuration, even when a voltage of 9 V is applied to the
以上のように本実施例によれば、外部入力端子1を、低電圧用回路部2並びに高電圧用回路部3の共通の入力端子とする。そして、外部入力端子1と、低電圧用回路部2の信号入力端子との間にNチャネルMOSFET4を接続し、そのゲートに、低電圧用回路部2の入力電圧の最大値3V以上で、且つ低電圧用回路部2について設定されている最大許容入力電圧VLMAXに、NチャネルMOSFET4の閾値電圧Vthを加えた電位よりも低い電位を付与してNチャネルMOSFET4をオン状態に維持する。これにより、外部入力端子1に不揮発性メモリの書き換え電圧である9Vが印加された際に、NチャネルMOSFET4のソース電位を低電圧用回路部2について設定されている最大許容入力電圧VLMAX以下にする。
As described above, according to this embodiment, the
したがって、外部入力端子1を高電圧用回路部3の入力端子と共通化しても、極めて簡単な構成によって、低電圧用回路部2の信号入力端子に過大な電圧が印加されることを防止できる。具体的には、NチャネルMOSFET4のゲート電位を、低電圧用回路部2の入力電圧の最大値3Vに閾値電圧Vthである1Vを加えた電圧よりも高い5Vに設定したので、外部入力端子1における信号レベルが0V〜3Vの範囲でアナログ的に変化した場合に、低電圧用回路部2の信号入力端子の電位を上記の変化に連動して変化させることができる。
Therefore, even if the
(第2実施例)
以下、第1実施例と異なる部分のみ説明する。第2実施例では、NチャネルMOSFET4のソースが、抵抗素子5を介して3V電源にプルアップされている。このプルアップは、低電圧用回路部2の入力保護を行う目的で配置されている。そのため、外部入力端子1に9Vが印加されると、NチャネルMOSFET4のソースよりプルアップ電源側に電流が逆流しようとするが、抵抗素子5の抵抗値を例えば数10kΩ程度に設定しておけば、電流値を無視できるレベルに抑えることができる。
以上のように構成される第2実施例によれば、低電圧用回路部2の入力端子をプルアップする構成についても、第1実施例と同様の効果が得られる。
(Second embodiment)
Only the parts different from the first embodiment will be described below. In the second embodiment, the source of the N-
According to the second embodiment configured as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained with respect to the configuration of pulling up the input terminal of the low-
(第3実施例)
第3実施例の低電圧用回路部6は、低電圧用回路部2とは異なり、取り扱う信号がローレベル(0V),ハイレベル(3V)の二値信号,すなわちデジタル信号である。この場合、NチャネルMOSFET4のゲート電位を上記ハイレベルと同じ3Vに設定する。外部入力端子1がローレベルになると、ドレイン,ゲート間の電位差によりNチャネルMOSFET4はオンするので、ソース電位は0Vとなる。
(Third embodiment)
Unlike the low-
そして、外部入力端子1がハイレベルになるとNチャネルMOSFET4はオフするが、ソース電位はプルアップにより3Vとなる。したがって、低電圧用回路部6の信号入力端子は、外部入力端子1の二値レベル変化に応じて変化する。また、外部入力端子1に9Vが印加された場合も、NチャネルMOSFET4はオフするので、ソース電位は3Vになる。
When the
以上のように第3実施例によれば、NチャネルMOSFET4のゲート電位を、低電圧用回路部6に入力される二値信号のハイレベル3Vと同じ電圧に設定したので、低電圧用回路部6がデジタル信号を取り扱う場合に対応することができる。
As described above, according to the third embodiment, since the gate potential of the N-
(第4実施例)
第4実施例は、第2実施例の構成にツェナーダイオード7を加えたものであり、ツェナーダイオード7のカソードは外部入力端子1に接続され、アノードはグランドに接続されている。ツェナーダイオード7は、ESD(Electro-Static Discharge)対策用として配置されており、そのツェナー電圧は、VH=9Vよりも高い電圧に設定されている。このように構成される第4実施例による場合も、第2実施例と同様の効果が得られる。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, a
(第5実施例)
第5実施例は、第1実施例のようにマイクロコンピュータ21に適用した場合を示すが、外部入力端子1は、マイクロコンピュータ21のリセット端子RESN(ローアクティブ)となっている。この場合、NチャネルMOSFET4のソースは、シュミットトリガバッファ22(低電圧用回路部)を介してデジタル回路12(低電圧用回路部)のリセット信号入力端子に接続されている。また、マイクロコンピュータ21は、アナログ回路等を含む周辺回路部23を備えている。
(5th Example)
Although the fifth embodiment shows a case where the present invention is applied to the
ここで、外部入力端子1に与えられるリセット信号は、第3実施例と同様にハイ,ローの二値レベルで変化するデジタル信号であるから、NチャネルMOSFET4のゲート電位は第3と同様に3Vに設定しても良い。しかし、第1実施例と同じく5Vに設定されているのは、シュミットトリガバッファ22を介していることに伴うデジタル回路部12への信号入力応答を遅延させないためである。そして、リセット信号は、マイクロコンピュータ21が稼働している間は常時インアクティブ;ハイレベルとなるので、フラッシュメモリ3Mの書き換え等を行うため外部入力端子1に9Vが印加されたとしても全く影響はない。
Here, since the reset signal applied to the
以上のように第5実施例によれば、外部入力端子1を、マイクロコンピュータ21のデジタル回路部12にリセット信号を与える端子と、フラッシュメモリ3Mの書き換え用電圧9Vを印加するための端子とに兼用することができる。
As described above, according to the fifth embodiment, the
本発明は上記した、又は図面に記載した実施例に限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
各電圧の具体数値については、発明の要旨を逸脱しない範囲で、個別の設計に応じて適宜変更して良い。例えば、NチャネルMOSFET4のゲート電位については、最大許容入力電圧VLMAXに閾値電圧Vthを加えた電位よりも低い電位となる範囲で設定すれば良い。
高電圧用回路部は、書き換え可能な不揮発性メモリに限ることはない。
また、半導体集積回路は、マイクロコンピュータを構成するものに限らない。
The present invention is not limited to the embodiments described above or shown in the drawings, and the following modifications or expansions are possible.
The specific numerical value of each voltage may be appropriately changed according to the individual design without departing from the scope of the invention. For example, the gate potential of the N-
The high-voltage circuit unit is not limited to a rewritable nonvolatile memory.
Further, the semiconductor integrated circuit is not limited to that constituting a microcomputer.
図面中、1は外部入力端子、2は低電圧用回路部、3は高電圧用回路部、4はNチャネルMOSFET、5は抵抗素子、11はマイクロコンピュータ(半導体集積回路)を示す。 In the drawings, 1 is an external input terminal, 2 is a low voltage circuit section, 3 is a high voltage circuit section, 4 is an N-channel MOSFET, 5 is a resistance element, and 11 is a microcomputer (semiconductor integrated circuit).
Claims (5)
入力電圧の最大値がVH(>VL)に設定されている高電圧用回路部(3,3M)と、
ソースが前記低電圧用回路部(2,2A,6,12,22)の入力端子に接続され、ドレインが外部入力端子(1)に接続されると共に前記高電圧用回路部(3,3M)の入力端子に接続されるNチャネルMOSFET(4)とを備え、
前記NチャネルMOSFET(4)のゲートに、前記電圧VL以上で且つ前記低電圧用回路部(2,2A,6,12,22)について設定されている最大許容入力電圧VLMAXに、NチャネルMOSFETの閾値電圧Vthを加えた電位よりも低い電位を付与することで、前記外部入力端子(1)に前記電圧VLを超える電圧が印加された際に、前記低電圧用回路部(2,2A,6,12,22)の入力端子の電位を、前記低電圧用回路部(2,2A,6,12,22)について設定されている最大許容入力電圧VLMAX以下にすることを特徴とする半導体集積回路。 A low voltage circuit portion (2, 2A, 6, 12, 22) in which the maximum value of the input voltage is set to VL;
A high voltage circuit section (3, 3M) in which the maximum value of the input voltage is set to VH (>VL);
The source is connected to the input terminal of the low voltage circuit section (2, 2A, 6, 12, 22), the drain is connected to the external input terminal (1), and the high voltage circuit section (3, 3M) N-channel MOSFET (4) connected to the input terminal of
At the gate of the N-channel MOSFET (4), an N-channel MOSFET is applied to the maximum allowable input voltage VL MAX that is equal to or higher than the voltage VL and set for the low-voltage circuit section (2, 2A, 6, 12, 22). When a voltage exceeding the voltage VL is applied to the external input terminal (1) by applying a potential lower than the potential obtained by adding the threshold voltage Vth of the low voltage circuit portion (2, 2A, 6, 12, 22) input terminal potential is made to be equal to or lower than the maximum allowable input voltage VL MAX set for the low voltage circuit section (2, 2 A, 6, 12, 22). Integrated circuit.
前記高電圧用回路部(3)の入力端子には、前記不揮発性メモリ(3M)の書き換え用電圧が印加されることを特徴とする請求項1ないし4の何れかに記載の半導体集積回路。 The high-voltage circuit section is (3), a rewritable nonvolatile memory (3M),
5. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein a rewriting voltage of the nonvolatile memory (3M) is applied to an input terminal of the high voltage circuit section (3).
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Citations (3)
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| JPS63239857A (en) * | 1987-03-27 | 1988-10-05 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit device |
| JPH08204134A (en) * | 1995-01-27 | 1996-08-09 | Toshiba Microelectron Corp | Semiconductor integrated circuit |
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