JPH01166552A - 半導体集積回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、半導体集積回路技術さらには半導体集積回
路における内部電圧の制御に適用して特に有効な技術に
関し１例えば内部電圧補償回路を内蔵した半導体集積回
路に利用して有効な技術に関する。

［従来の技術］ 従来、バイポーラ論理ＬＳＩには、外部から印加される
電源電圧の変動に応じて、内部の定電流用トランジスタ
に供給される定電圧を変化させ、これによって、回路に
流される電流を一定に保って、内部信号の振幅を一定に
するとともに、ＥＣＬ論理ゲートの参照用トランジスタ
に印加される参照電圧等の基準電圧を電源電圧の変動に
かかわらず一定に保つようにした電圧補償回路を内蔵し
たものがある。定電流回路、定電圧回路に関しては例え
ば１９８１年６月３０日■朝倉書店発行「集積回路応用
ハンドブック」ｐ４９〜Ｐ５１に記載されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 論理ＬＳＩの診断の一つに内部回路の動作マージンの試
験があるが、上記のような電圧補償回路を有しないＬＳ
Ｉにおいては、外部から印加する電源電圧を変化させる
ことでマージンの小さなＬＳＩを容易に発見してこれを
排除することができる。

一方、電圧補償回路を有するＬＳＩは、回路の遅延時間
の電源電圧依存性をなくす上では極めて有効な方法では
あるが、動作マージン試験においては極めて都合の悪い
結果をもたらす。すなわち、電圧補償回路を有する論理
ＬＳＩは、外部電源電圧を変化させても内部信号の振幅
は変化しないので動作マージンを強制的に下げてやるこ
とができない。ここで、外部電源電圧の操作によるマー
ジン測定方式をパスすれば、そのＬＳＩは良品とみなし
てもよいのではないかと一見錯覚してしまうが、動作マ
ージンの小さなＬＳＩは、内部で発生するクロストーク
やα線、電流切換等に起因したノイズに対しては、誤動
作を生じ易い。従って、動作マージンの小さなＬＳＩは
不良品として排除する必要がある。

しかるに、電圧補償回路を有するＬＳＩに対しては上述
したような外部電源電圧の操作による診断は無効である
とともに、上記のような内部ノイズによる誤動作を検出
するための有効な診断方式はまだ開発されていないのが
現状である。

そのため、電圧補償回路を内蔵したＬＳＩでは、動作マ
ージンの小さなＬＳＩが良品として出荷されてしまう危
険性が大きいという問題点があったこの発明の目的は、
電圧補償回路を内蔵した論理ＬＳＩにあっても、動作マ
ージンの小さなＬＳＩを容易に検出し、不良品として確
実に排除できるようにし、もってＬＳＩの信頼性を向上
させることにある。

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては、本明細書の記述および添附図面から明らかに
なるであろう。

［問題点を解決するための手段］ 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、電源電圧の変動にかかわらず一定の電流を流
し続ける経路を有し、その定電流経路上の電位に基づい
て電源電圧に依存しない一定の電圧と、電源電圧に依存
して変化する電圧とを発生することで電圧補償を行なう
ような内部電圧発生回路に、上記定電流経路に対してバ
イパス電流を流し込んだりバイパス電流を引き抜くこと
ができるトランジスタを設けるとともに、このトランジ
スタを外部から制御できるようにするための外部制御端
子を設けるようにした。

［作用］ 上記した手段によれば、外部からの制御信号によって内
部電圧発生回路内の定電流経路にバイパス電流を流し込
んだり電流を引き抜くことで１発生される内部電圧を自
由にコントロールすることができ、これによってＬＳＩ
の於断時に動作マージンを強制的に小さくすることで不
良品を簡単に検出できるようにし、ＬＳＩの信頼性を向
上させるという上記目的を達成することができる。

［実施例］ 第１図には、本発明をＥＣＬ型の論理集積回路における
バンドギャップリファレンス型の内部電圧発生回路に適
用した場合の一実施例が示されている。

第１図の回路において、破線１，２で囲まれている回路
が、本発明の目的とする診断機能を実現するために新た
に付加された回路である。破線１゜２で示されている回
路を除いた内部電圧発生回路は、既に一般に知られてい
る電圧補償機能を有する内部電圧発生回路と同様の構成
である。

破線１，２で示す回路を除いた内部電圧発生回路の動作
について簡単に説明しておくと、この回路は、ベース端
子が互いに共通接続された一対のトランジスタＱｚｔＱ
ｉＬ、−よって、Ｖｃｃ−ＶＥＥ間に直列接続された抵
抗ＲいトランジスタＱ□。

抵抗Ｒ２、トランジスタＱ２および抵抗Ｒ３からなる電
流経路に、トランジスタＱ２．Ｑ、のベース・エミッタ
間電圧の差を抵抗Ｒ１の抵抗値で割った値すなわち（Ｖ
　ａ　Ｅ２−ｖ　ａ　ｌ：ａ）　／Ｒａで示されるよう
な大きさの定電流Ｉ工を流すようにされている、この定
電流経路に流される電流工、は、上式より明らかなよう
にＶＢＨに依存し、電源電圧ＶＥＥに依存しない。つま
り、トランジ・スタＱ　２１Ｑ、のエミッタサイズとプ
ロセスに依存し、それが決まれば、ＶＥＨの変動にかか
わらず一定となる。また、トランジスタＱ１とＱ、は各
々のベースに同一の電圧が印加されているため、Ｒ４−
Ｒｓ−ＲＧ　Ｑ□なる経路には、Ｑ２とＱ、のエミッタ
サイズで決まる一定電流が流れる。そして、この一定電
流が流される抵抗Ｒ４とＲ５によって分割された定電圧
によって、トランジスタＱ、とＱ７と抵抗Ｒ７とからな
るエミッタフォロワが駆動されるため、トランジスタＱ
６のエミッタ端子からは一定の電圧が出力される。この
実施例では、このトランジスタＱ、のエミッタ電圧が第
２図に示すようにボルテージフォロワ４ａを介してＥＣ
Ｌ回路３を構成する参照用トランジスタＱｒに対する参
照電圧ＶＢＢとして供給されるようになっている。

一方、上記トランジスタロ工、Ｑ、のベース電位と同じ
電圧によって駆動されるトランジスタＱ１と抵抗Ｒ８と
からなるエミッタフォロワが設けられているとともに、
上記定電流経路上の抵抗Ｒ２とトランジスタＱ２との接
続ノードｎＬには、電源電圧ＶｃｃとＶＢＨ間に抵抗Ｒ
，，Ｒ工。とともに直列接続されたトランジスタＱ、の
ベース端子が接続されている。

従って、この場合、ノードｎ□の電位Ｖｎ□は、ＶＥＥ
よりもトランジスタＱ、のベース・エミッタ間電圧ＶＢ
Ｅ、分だけ高い電圧ＶＥＥ＋ＶＢＥ。

となる。しかして、抵抗Ｒ２には上述したように定電流
工、が流れる。そのため、ノードｎ工の電圧が一定であ
れば、トランジスタＱ□と抵抗Ｒ２との接続ノードの電
位はＶＥＥ＋ＶＢ　Ｅ、＋Ｒ，・Ｉ。

となり、Ｑ□のベース電圧は、さらにそれよりもＶＢＥ
、分高い電圧Ｖ　Ｅ　Ｅ　＋Ｖ　ｅ　Ｅ、＋Ｒ，・１．
＋ＶＢＥ、となる。従って、このベース電圧と同じ電圧
によって駆動されるエミッタフォロワ（Ｑ、。

Ｒｏ）の出力電圧は電源電圧ＶＥＥが変動すれば同じよ
うに変動することになる。

この実施例では、このエミッタフォロワ（Ｑ８゜ＲＳ）
の出力電圧が、第２図に示すようにボルテージフォロワ
４ｂを介してＥＣＬ回路のカレントスイッチの定電流用
トランジスタＱｃのベースに対する定電圧Ｖｃｓとして
供給されるようになっている。しかして、ＥＣＬ回路に
は内部電圧発生回路と同じ電源電圧ＶＥＥが印加されて
いるので、ＶＥＥが変動したとき定電流用トランジスタ
のベースに印加される電圧Ｖｃｓが同じように変動する
と、ベースとエミッタの電位差は一定になり、流れる電
流も一定となる。その結果、Ｗｉ源電圧ＶＥＥが変動し
てもＥＣＬ回路に流れる動作電流は一定とされ、信号の
振幅も一定とされるようになる。つまり、ＥＣＬ回路は
ＶＥＨの変動に対して動作が保証されている。

上記のように電圧補償機能を有する内部電圧発生回路に
おいて、この実施例では、上記抵抗Ｒ２とトランジスタ
Ｑ２との接続ノードｎ１に対して、電流供給用のトラン
ジスタＱ□、と電流引抜き用のトランジスタＱ１□を接
続した。また、抵抗Ｒ１とＲＳとの接続ノードｎ２に対
しては、電流供給用のトランジスタＱ４．と電流引抜き
用のトランジスタロ工、を接続した。そして、電流供給
用のトランジスタロ工□とＱ　１３のコレクタ端子およ
びベース端子は各々外部端子Ａ、ＥおよびＢ、Ｆに接続
した。

さらに、電流引抜き用トランジスタＱ□２とＱ８．のベ
ース端子は外部端子ＣとＧに、またエミッタ端子は抵抗
を介して外部端子りと電源電圧ＶＥＥにそれぞれ接続し
た。

従って、上記実施例の内部電圧発生回路においては、外
部端子Ａ、Ｂに適当な電圧を印加して。

トランジスタＱ１□よりノードｎ１に対して電流を流し
込んでやると、トランジスタＱ２を流れる電流は工、の
まま一定であり続けようとするため、トランジスタＱ１
の電流が減少し、ベース電圧が下がる。その結果、トラ
ンジスタＱ６のエミッタ電圧すなわち発蛋電圧Ｖｃｓが
下がる。一方、外部端子Ｃ，Ｄを制御して、トランジス
タＱ□１の代わりにＱ工２をオンさせると、ノードｎ１
から電流を引き抜くことができるので、その分だけトラ
ンジスタＱ１に流される電流が増加し、ベース電位が上
昇する。その結果１発生電圧Ｖｃｓが上がる。

また、外部端子Ｅ、Ｆを制御してトランジスタＱ　１３
をオンさせてノードｎ２に電流を流し込むと、トランジ
スタＱ４のコレクタ電流は一定であるため抵抗Ｒ４に流
れる電流が減少する。そのため、ノードｎ２の電位が上
昇し１発生電圧Ｖａｎが上がる。一方、外部端子Ｇを制
御してトランジスタＱ１４をオンさせてノードｎ２から
電流を引き抜くようにすると、抵抗Ｒ４に流れる電流が
増加し。

ノードｎ２の電位が降下して発生電圧ＶＢＢが下がる。

従って、この実施例の内部電圧発生回路は、外部端子Ａ
−Ｇをオープンもしくは高抵抗素子を介して回路の最も
低い電源電圧に固定して動作させれば、発生電圧Ｖｃｓ
は電源電圧ＶＥＥの変動と同じように変動し、発生電圧
ＶＢＢはｆ！ｇｔａ圧ＶＥＥの変動にかかわらず一定と
なるような電圧補償の働きをするとともに、ＬＳＩの診
断時に上記のごとく外部端子Ａ−Ｇを制御することで発
生電圧ＶｃｓやＶＢｅのレベルを自由に変化させ、動作
マージンを故意に小さくしてマージンの小さなＬＳＩの
検出を行なうことができる。

なお、第１図に示す回路はＥＣＬ回路からなる論理ＬＳ
Ｉのみならず、ＮＴＬ　（ノン・スレッショールド・ロ
ジック）回路やＶＴＬ　（バリアプル・スレッショール
ド・ロジック）回路からなる論理ＬＳＩにも使用するこ
とができる。

ただし、ＮＴＬ回路からなる論理ＬＳＩではＮＴＬ［路
が参照電圧Ｖｅｓを必要としない。従って内部電圧発生
回路で参照電圧ＶＢＢを発生する必要はない。しかるに
、ＮＴＬ回路には入力段の電源電圧とエミッタフォロワ
の電源電圧のレベルが異なっており、入力段用の電源電
圧ＶＥＥｉを発生する回路が設けられる。そしてそのＶ
Ｅｅｉ発生回路として例えば第３図に示すような基準電
圧ＶＲＥＦを必要とする電流引抜き型のボルテージフォ
ロワ回路５を使用することがある。従って、そのような
回路を使用する場合には、内部電圧発生回路によって、
ボルテージフォロワ回路に必要な基準電圧ＶＲＥＦを供
給するようにすればよい。

なお、第３図において、符号６で示されているのは、ボ
ルテージフォロワ回路５で発生された電圧ＶＥＥｉの供
給を受けるＮＴＬ回路の一つである。

以上説明したように上記実施例は、電源電圧の変動にか
かわらず一定の電流を流し続ける経路を有し、その定電
流経路上の電位に基づいて電源電圧に依存しない一定の
電圧と、電源電圧に依存して変化する電圧とを発生する
ことで電圧補償を行なうような内部電圧発生回路に、上
記定電流経路に対してバイパス電流を流し込んだりバイ
パス電流を引き抜くことができるトランジスタを設ける
とともに、このトランジスタを外部から制御できるよう
にするための外部制御端子を設けるようにしたので、外
部からの制御信号に依って内部電圧発生回路内の定電流
経路にバイパス電流を流し込んだり電流を引き抜くこと
で、発生される内部電圧を自由にコントロールすること
ができるという作用により、ＬＳＩの診断時に動作マー
ジンを強制的に小さくすることで不良品を簡単に検出で
きるようにし、これによってＬＳＩの信頼性が大幅に向
上されるという効果がある。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。例えば上記実施例では、
内部電圧発生回路内の定電流経路に電流を流し込むため
のトランジスタと、電流の一部を引き抜くためのトラン
ジスタの両方を設けているが、例えば発生電圧Ｖｃｓに
関しては電源電圧ＶＥＥの上昇に対するマージンのみを
検出できれば足りることがある。その場合、上記トラン
ジスタＱ工、とＱ。のうちＱ１□のみ設け、Ｑ工２を省
略することが可能である。また、内部電圧発生回路の形
式は第１図のものに限定されず他の形式の回路に対して
も適用することができる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるバイポーラ論理ＬＳ
Ｉに適用した場合について説明したが、この発明はそれ
に限定されず、内部電圧補償型の基準電圧発生回路を有
する半導体集積回路一般に利用することができる。

［発明の効果］ 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである
。

すなわち、電圧補償回路を内蔵した論理ＬＳＩにおいて
、動作マージンの小さなＬＳＩを容易に検出し、不良品
として確実に排除できるようにし、もってＬＳＩの信頼
性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をＥＣＬ型の論理集積回路におけるバン
ドギャップリファランス型の内部電圧発生回路に適用し
た場合の一実施例を示す回路図、第２図はその内部電圧
発生回路を、ＥＣＬ回路からなる論理ＬＳＩに利用する
場合の回路構成例を示す回路図、 第３図はその内部電圧発生回路を、ＮＴＬ回路からなる
論理ＬＳＩに利用する場合の回路構成例を示す回路図で
ある。 １・・・・Ｖｃｓ制御回路、２・・・・Ｖａａ制御回路
、３・・・・ＥＣＬ回路、４ａ、４ｂ、５・・・・ボル
テージフォロワ、６・・・・ＮＴＬ回路、１０・・・・
内部電圧発生回路。 第　　１　　図 第　２　　図　　　　　　３ 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電圧補償を行なう内部電圧発生回路を備えた半導体
   集積回路において、少なくとも内部電圧発生回路内の定
   電流経路に対して電流を流し込むためのトランジスタを
   設けるとともに、上記トランジスタの制御端子を外部端
   子に接続したことを特徴とする半導体集積回路。 ２、上記定電流経路から電流の一部を引き抜くためのト
   ランジスタと、そのトランジスタの外部制御端子を設け
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体
   集積回路。 ３、上記定電流経路が２以上設けられ、それぞれに対応
   して電流供給用のトランジスタと電流引き抜き用のトラ
   ンジスタとを設けたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項もしくは第２項記載の半導体集積回路。