JPH04330821A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH04330821A
JPH04330821A JP3277507A JP27750791A JPH04330821A JP H04330821 A JPH04330821 A JP H04330821A JP 3277507 A JP3277507 A JP 3277507A JP 27750791 A JP27750791 A JP 27750791A JP H04330821 A JPH04330821 A JP H04330821A
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resistor
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transistor
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Toshikazu Sei
清 俊和
Yasunori Tanaka
康規 田中
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/04Modifications for accelerating switching
    • H03K17/042Modifications for accelerating switching by feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0422Anti-saturation measures

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  • Logic Circuits (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体装置に係わり、
特に出力ドライバ用のトランジスタを具備した出力ドラ
イバ回路において、その出力ドライバ用トランジスタの
深い飽和状態を防止するクランプ回路を備えたものに関
する。
【0002】
【従来の技術】図10は従来のクランプ回路を備えた半
導体装置の回路図である。
【0003】図10に示すように、Pチャネル型MOS
FET(以下PMOSと称す)MP1とNチャネル型M
OSFET(以下NMOSと称す)MN1とは電源電位
間に直列に接続され、インバ−タを構成している。イン
バ−タの出力端にはその出力をプルダウンするように出
力ドライバ用のNPN型バイポ−ラトランジスタQ1の
ベ−スが接続されている。トランジスタQ1のベ−スと
PMOS  MP1との相互間にはベ−ス電流を制御す
るための抵抗R1が接続されており、さらにベ−ス〜コ
レクタ間にはショットキバリアダイオ−ド(以下SBD
と称す)D1が接続されている。SBD  D1は、出
力電圧(出力信号)VOUTが所定の電圧以下(VOU
T <VBE−VFD1 ;VFD1 はSBD  D
1のしきい値)になった後にオンし、ベ−ス電流を減少
させるとともにベ−ス電流として流れていた電流をコレ
クタに流すことによりトランジスタQ1の深い飽和状態
を防止するものである。
【0004】このSBD  D1が無い場合、トランジ
スタQ1のベ−スへ流れ込む電流が出力電圧VOUT 
が小さくなっても変化せず、ベ−ス〜エミッタ接合およ
びベ−ス〜コレクタ接合がともに順方向となる。このよ
うな状態になると、ベ−ス電流を止めてもベ−スに蓄積
している少数キャリアがなくなるまでに時間を要し、出
力が“L”レベルから“H”レベルに遷移する時間が長
くなってしまう。
【0005】以上のような点からクランプ回路として、
ベ−ス〜エミッタ接合のしきい値電圧より低いしきい値
電圧VFD1 を持つSBD  D1をドライバ用トラ
ンジスタのベ−ス〜コレクタ間に接続し、そのトランジ
スタの深い飽和状態を防止する方法がよく使われている
【0006】しかしながら、SBDを用いることにより
、例えば製造プロセスが複雑になるとか、幾つかの弊害
がでている。特にマスタスライス手法を用いるゲ−トア
レ−の場合、SBDを用いたクランプ回路を使うには、
クランプ回路用のSBDをマスタスライス上に設けるこ
とが必要となるが、出力ドライバ用として使わないベ−
シックセルでは、そのSBDの領域が無駄になってしま
う。
【0007】この問題を解決するために図11に示すよ
うな、クランプ回路用のダイオ−ドD2にシリコンバイ
ポ−ラトランジスタのベ−ス〜エミッタ接合を使用する
ことが考えられている。この場合には、トランジスタQ
1のVBEとダイオ−ドD2のしきい値電圧VFD2 
とが互いに等しくなってしまうのでトランジスタQ1の
ベ−スとダイオ−ドD2のアノ−ドとの相互間に抵抗R
2が接続される。ダイオ−ドD2は、VOUT <VB
E+iB ×R2−VFD2 =iB ×R2となった
後にオンし、ベ−ス電流iB を減少させることができ
る。
【0008】しかしベ−ス電流iB の減少により抵抗
R2の電圧降下が小さくなるため、ダイオ−ドD2に流
れる電流を、ある出力電圧をさかいに急激に大きくする
こと、即ち、ベ−ス電流iB を小さくすることは難し
い。
【0009】また、電圧−電流特性についても、図10
に示すSBD  D1を用いる場合には、一方の電極と
なる金属材料を選ぶことによりPN接合に比べ電流を流
れやすくすることができるが、図11に示すダイオ−ド
D2を用いる場合には、PN接合であり電流が流れ難く
、SBD  D1よりベ−ス電流iB の減少は緩やか
になってしまう。
【0010】この点については、抵抗R2の抵抗値を大
きくし、出力電圧VOUT が充分に大きい時からダイ
オ−ドD2がオンするようにして改善できるが、このよ
うにすると出力ドライバ回路に必要なDC特性を実現で
きなくなってしまう。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、ドライ
バ用のトランジスタの深い飽和状態を防止するためにS
BDを用いたクランプ回路が使われてきたが、製造プロ
セスが複雑化する、あるいはゲ−トアレ−のようなマス
タスライス手法を採用する装置ではベ−シックセルにお
いてSBDの領域が無駄になるといった問題がある。
【0012】そこでSBDを用いず、シリコンPN接合
を用いたクランプ回路も考えられたが、クランプ回路の
動作において、もともとPN接合は電流を流し難いこと
や、ある出力電圧をさかいに急激に電流を流すことが難
しいことから充分なクランプ特性は得難い。またこれを
解決しようとすれば、出力ドライバ回路のDC特性等に
影響がでるという問題がある。この発明は上記のような
点に鑑み為されたもので、その目的は、SBDを用いる
ことなく、充分なクランプ特性が得られる半導体装置を
提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明の第1の態様は
入力および出力を有し、入力に電流が供給されることに
よりオン・オフされるスイッチ手段と、前記出力に接続
された出力端と、
【0014】前記入力に電流iを供給する電流供給手段
と、前記入力と電流供給手段との間に挿設された抵抗値
Rを有する抵抗と、前記抵抗の両端に生じる電位差i×
Rと前記出力端の電位Vとを比較し、i×R≧Vの関係
となった時、前記電流iを前記出力端へ流すように構成
された比較手段と、を具備することを特徴とする。
【0015】この発明に係わる半導体装置の第2の態様
は、入力および出力を有し、入力に電流が供給されるこ
とによりオン・オフされるスイッチ手段と、前記出力に
接続された出力端と、前記入力に電流iを供給する電流
供給手段と、前記入力と電流供給手段との間に挿設され
た抵抗値Rを有する抵抗と、前記抵抗の両端に生じる電
位差i×Rと前記出力端の電位Vとを比較し、i×R≧
Vの関係となった時、前記電流iを前記出力端へ流すよ
うに構成された比較手段と、前記比較手段と前記出力端
との接続配線に、比較手段〜出力端間順方向に少なくと
も1つ挿設されたダイオ−ドと、を具備することを特徴
とする。
【0016】この発明に係わる半導体装置の第3の態様
は、入力および出力を有し、入力に電流が供給されるこ
とによりオン・オフされる第1のスイッチ手段と、前記
第1のスイッチ手段の出力に接続された出力端と、前記
第1のスイッチ手段の入力に電流通路の一端を接続し、
他端を電位供給手段に接続した第2のスイッチ手段と、
前記第2のスイッチ手段の入力に電流iを供給する電流
供給手段と、前記入力と電流供給手段との間に挿設され
た抵抗値RA を有する第1の抵抗と、前記第1の抵抗
の両端に生じる電位差i×RA と前記出力端の電位V
とを比較し、i×RA ≧Vの関係となった時、前記電
流iを前記出力端へ流すように構成された比較手段と、
前記電位供給手段と前記第2のスイッチング手段との間
に挿設された抵抗値RB を有する第2の抵抗と、を具
備し、前記第2の抵抗の抵抗値RB を調節することに
より、前記第1のスイッチ手段の出力特性を制御するよ
うに構成したことを特徴とする。
【0017】この発明に係わる半導体装置の第4の態様
は、入力および出力を有し、入力に電流が供給されるこ
とによりオン・オフされるスイッチ手段と、前記出力に
接続された出力端と、前記入力に電流iを供給する電流
供給手段と、前記入力と前記電流供給手段との間に挿設
された抵抗値Rを有する抵抗と、前記抵抗の両端に生じ
る電位差i×Rと前記出力端の電位Vとを比較し、i×
R≧Vの関係となった時、前記電流iを前記出力端へ流
し、かつ前記出力端の電位が前記スイッチの入力端の電
位よりも高い時、前記出力端から前記スイッチ手段の入
力端へ電流を供給するように構成された比較手段と、を
具備することを特徴とする。
【0018】
【作用】上記第1の態様の半導体装置によれば、抵抗の
両端の電位差、すなわちi×Rと出力端の電位Vとが、
i×R≧Vの関係となった時、電流iをスイッチ手段の
入力から出力端へと変えて流す。したがって、SBDを
用いなくても、スイッチ手段の深い飽和状態を防止する
ことが可能となる。
【0019】上記第2の態様の半導体装置によれば、比
較手段と出力端との間に、比較手段〜出力端間順方向に
ダイオ−ドが挿設されているので、出力端が非常に高い
レベルの電位となっても、比較手段が逆バイアスによっ
て破壊される恐れが軽減される。したがって、非常に高
いレベルの電位をスイッチングすることが可能となる。
【0020】上記第3の態様の半導体装置によれば、第
2の抵抗の抵抗値RB を変えれば、第1のスイッチ手
段の入力への供給電流量が種々変わる。結果、第1のス
イッチ手段の電流−電圧特性が変化するようになるので
、第2の抵抗の抵抗値RB を種々調節することにより
第1のスイッチ手段の出力特性を所望の特性に合わせ込
むことができる。
【0021】上記第4の態様の半導体装置によれば、ス
イッチ手段の入力へ供給される電流を、電流供給手段の
みならず、出力端からも供給することができる。したが
って、電流供給手段から供給する電流を減少でき、低消
費電力化できる。また、出力端から供給する電流を調節
することによりスイッチ手段の出力特性を所望の特性に
合わせ込むことができる。
【0022】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明を実施例によ
り説明する。
【0023】図1は、この発明の第1の実施例に係わる
半導体装置の回路図である。なお、この説明に際し、全
図に渡り共通の部分には共通の参照を符号を付し、重複
する説明はさけることにする。
【0024】図1に示すように、PMOS  MP1と
NMOS  MN1とは高電位電源VDDと低電位電源
VSS(例えば接地レベル)との間に直列に接続されて
おり、これらの相互間には出力ドライバ用のNPN型バ
イポ−ラトランジスタQ1のベ−スが接続されている。 PMOS  MP1およびNMOS  MN1各々のゲ
−トは互いに接続され、その接続点には入力電圧(入力
信号)VINが供給される。PMOS  MP1はトラ
ンジスタQ1へのベ−ス電流の電流源であり、PMOS
  MP1とトランジスタQ1のベ−スとの相互間に接
続されたベ−ス電流制御用の抵抗R1を介してその電流
を供給する。 NMOS  MN1はトランジスタQ1からベ−ス電荷
を引き抜き、トランジスタQ1をオフさせるトランジス
タである。抵抗R1とトランジスタQ1のベ−スとの相
互間には抵抗R3がさらに接続されている。抵抗R3と
トランジスタQ1のベ−スとの相互間のノ−ドAにはク
ランプ用NPN型バイポ−ラトランジスタQ2のコレク
タが接続され、抵抗R3と抵抗R1とのノ−ドBにはト
ランジスタQ2のベ−スが接続されている。このトラン
ジスタQ2のエミッタはノ−ドCにてトランジスタQ1
のコレクタに接続されるとともに、出力電圧VOUT 
が出力される出力端に接続されている。
【0025】その動作は、入力電圧VINが“L”レベ
ルの場合、PMOS  MP1がオンし、トランジスタ
Q1のベ−スにベ−ス電流が供給され、出力端をプルダ
ウンし、“L”レベルの出力電圧VOUT を出力する
ものである。この時、ノ−ドAの電位VBE1 は、ト
ランジスタQ1のベ−ス〜エミッタ接合の順方向降下電
圧VF と同じである。またノ−ドBの電位は、VBE
2 +VOUT =VBE1 +iB ×R3(VOU
T の電位は初期状態では“H”レベル)である。トラ
ンジスタQ2は出力電圧VOUT が“H”レベルのあ
いだ、VBE2 <VF であり、オフしている。この
状態では、PMOS  MP1から供給される電流はす
べてトランジスタQ1のベ−スに流れ込み、トランジス
タQ1の駆動力は高められている。トランジスタQ1が
動作すると出力電圧VOUT は下がりだし、出力電圧
VOUT =iB ×R3となった時点でノ−ドBの電
位はVBE2 =VF となり、トランジスタQ2がオ
ンする。 この時、ベ−ス電流iB はトランジスタQ2のコレク
タ電流とトランジスタQ1のベ−ス電流の合計となるが
、トランジスタQ2がオンしてもこれのベ−スに流れる
電流はベ−ス電流iB に比べてわずかであり、ノ−ド
Aの電位はほとんど変化しない。したがって、ノ−ドB
の電位の変化もわずかである。またVOUT =iB 
×R3の時は、VBE2 =VBE1でもあり、トラン
ジスタQ1のベ−スに流れ込む電流はベ−ス電流iB 
のエミッタ接地増幅率hFE(hFEは例えば100)
分の一となる。さらに出力電圧VOUT が下がり、V
BE2 >VBE1 となると、トランジスタQ2のベ
−スに流れ込む電流はさらに増加し、そのコレクタ電流
も増すためトランジスタQ1のベ−スに流れ込む電流は
さらに減少する。トランジスタQ2を介して流れる電流
はすべてトランジスタQ1のコレクタに流れ込む。この
ようにしてトランジスタQ1のベ−ス電流を減らし、そ
の分をコレクタ電流として流し込むことによりトランジ
スタQ1の深い飽和状態を防止することができる。
【0026】また、抵抗R3は抵抗R1と同一種類、例
えば抵抗の構造を同一とし、同一の製造工程にて形成す
ると、次のような利点をさらに得ることができる。すな
わち、同一の製造工程で形成することにより、抵抗R1
の抵抗値と抵抗R3の抵抗値とのばらつきをほぼ等しく
できる。例えば製造上、抵抗R3の抵抗値がばらつき低
めになると、抵抗R1の抵抗値もばらつき低めとなる。 抵抗R1の抵抗値が低くなると抵抗R1からの供給電流
が増す。したがって、抵抗R3の電圧降下は実質的に変
わらなくなる。反対に、抵抗R3の抵抗値がばらつき高
めとなると、抵抗R1の抵抗値もばらつき高めとなって
供給電流が減ずる。このため上記同様、抵抗R3の電圧
降下は実質的に変わることはない。結果、抵抗R3と抵
抗R1とをを同一種類の抵抗で構成し、同一の製造工程
で形成することにより、製造プロセスによる抵抗値のば
らつきを相殺でき、抵抗R1の抵抗値と抵抗R3の抵抗
値の差(R1−R3)を、設計時に設定された差に常に
、ほぼ合わせられるようになる。図2はこの発明の第2
の実施例に係わる半導体装置の回路図である。
【0027】図2に示すように、NPN型バイポ−ラト
ランジスタQ3とNMOS  MN1とは電源電位相互
間に直列に接続されており、これらの相互間には出力ド
ライバ用の第1のNPN型バイポ−ラトランジスタQ1
1のベ−スが接続されている。トランジスタQ11のコ
レクタは電位制御用の抵抗R4に接続されており、その
エミッタは出力ドライバ用の第2のNPN型バイポ−ラ
トランジスタQ12のベ−スにダ−リントン接続される
とともに、トランジスタQ11をプルダウンするための
NMOS  MN2に接続されている。NMOS  M
N1およびMN2各々のゲ−トは互いに接続され、さら
にトランジスタQ3のベ−スにインバ−タを介して接続
されている。これらの相互接続点には入力電圧VINが
供給される。トランジスタQ3はトランジスタQ11へ
のベ−ス電流の電流源であり、トランジスタQ3のエミ
ッタとトランジスタQ1のベ−スとの相互間に接続され
たベ−ス電流制限用の抵抗R1を介してその電流を供給
する。抵抗R1とトランジスタQ1のベ−スとの相互間
には抵抗R3が接続されており、この抵抗R3とトラン
ジスタQ1のベ−スとのノ−ドAにはクランプ用の第1
のバイポ−ラトランジスタQ21および第2のバイポ−
ラトランジスタQ22のコレクタがそれぞれ接続されて
いる。トランジスタQ21のエミッタはトランジスタQ
22のベ−スにダ−リントン接続され、トランジスタQ
21のベ−スは抵抗R1とR3との相互間のノ−ドBに
接続されている。トランジスタQ22のエミッタはノ−
ドCにてトランジスタQ12のコレクタに接続されると
ともに、出力電圧VOUT が供給される出力端に接続
されている。
【0028】その動作は、第1の実施例と同様に、入力
電圧VINが“L”レベルの場合、トランジスタQ3が
オンし、NMOS  MN1がオフすることにより、ト
ランジスタQ11、トランジスタQ12と順次ベ−ス電
流が供給され、出力端をプルダウンし、“L”レベルの
出力電圧VOUT を出力するものである。この時、ノ
−ドAの電位はVBE11+VBE12=2VF であ
り、ノ−ドBの電位は2VF +iB ×R3となり、
互いにダ−リントン接続されたトランジスタQ21、Q
22は、出力電圧VOUT ≦iB ×R3となるまで
オンしない。トランジスタQ3から供給された電流はト
ランジスタQ11により一度増幅され、トランジスタQ
12のベ−スに流れ込むため、第1の実施例の回路より
駆動力を高めることができる。 また、トランジスタQ12の駆動力は抵抗R4によって
そのベ−ス電流を制御することにより調節することが可
能である。出力電圧VOUT が下がりVOUT ≦i
B ×R3となると、トランジスタQ3より供給されて
いた電流のほとんどは、トランジスタQ21、Q22を
介してトランジスタQ12のコレクタに流れ込む。トラ
ンジスタQ11のベ−スに流れ込む電流は、第1の実施
例同様にわずかであり、トランジスタQ11により増幅
されてもトランジスタQ12に供給されるベ−ス電流は
わずかであり、トランジスタQ12の深い飽和状態は防
止できる。 図3はこの発明の第3の実施例に係わる半導体装置の回
路図である。
【0029】図3に示すように、ゲ−トに入力電圧VI
N2 が供給されるPMOS  MP1のソ−スは電源
VDDに接続され、そのドレインは抵抗R1を介してN
MOS  MN1のドレインに接続されている。NMO
S  MN1はそのゲ−トに入力電圧VIN2 が供給
され、そのソ−スは電源VSSに接続されている。抵抗
R1とNMOS  MN1とのノ−ドBには抵抗R3の
一端およびクランプ用のトランジスタQ2のベ−スがそ
れぞれ接続されている。抵抗R3の他端は、トランジス
タQ11のベ−スとトランジスタQ2のコレクタとのノ
−ドAに接続されている。トランジスタQ11のコレク
タは抵抗R4を介して高電位電源VDDに接続され、そ
のエミッタは出力用のトランジスタQ11のベ−スに接
続されるとともに、ゲ−トに入力電圧VIN2 が供給
されるNMOS  MN2のドレイン〜ソ−スを介して
低電位電源VSSに接続されている。トランジスタQ1
2のエミッタは低電位電源VSSに接続され、そのコレ
クタはNPN型トランジスタQ52のエミッタに接続さ
れている。トランジスタQ52のベ−スはそのコレクタ
に接続され、そのコレクタは、ベ−スに入力電圧VIN
1 が供給されるNPN型トランジスタQ51のエミッ
タに接続されている。トランジスタQ51のコレクタは
電源VDDに接続されている。また、トランジスタQ2
のエミッタは、コレクタ〜ベ−ス間をショ−トさせたト
ランジスタQ4のコレクタに接続されている。トランジ
スタQ4のエミッタは、トランジスタQ52のエミッタ
とトランジスタQ12とのノ−ドCに接続され、このノ
−ドCには出力電圧VOUT が出力される出力端が接
続されている。
【0030】その動作は、入力電圧VIN1 、VIN
2 がともに“L”レベルの時、それらのレベルはイン
バ−タ100、102によりそれぞれ反転されるので、
NMOS  MN1がオン、PMOS  MP1がオフ
し、ノ−ドBはVSSレベル(例えば接地レベル)とな
る。よって、トランジスタQ11がオフ、NMOS  
MN2がオンし、トランジスタQ12がオフとなる。ま
た、トランジスタQ51はオンするので、ノ−ドCは“
H”レベルとなる。この時、クランプ用のトランジスタ
Q2のベ−ス〜エミッタ接合には逆バイアスがかかる。
【0031】しかし、この第3の実施例ではトランジス
タQ2とノ−ドCとの間にダイオ−ド接続されたトラン
ジスタQ4が挿設されているため、トランジスタQ4が
トランジスタQ2と同じサイズである場合には、上記逆
バイアスはトランジスタQ4を設けない場合の半分とな
る。
【0032】このように第3の実施例によれば、出力端
とトランジスタQ2のエミッタとの間にダイオ−ドを挿
設することにより、クランプ用のトランジスタQ2のベ
−ス〜エミッタ接合に加わる逆バイアスを緩和すること
ができる。したがって、この発明に係わる半導体装置に
おいて、例えばマ−ジンを除いてベ−ス〜エミッタ間の
耐圧の、2倍近いレベルの電圧信号をスイッチングする
ことが可能となる。図4は、この発明の第4の実施例に
係わる半導体装置の回路図である。
【0033】この第4の実施例は、第3の実施例に準じ
た回路であり、クランプ用のトランジスタQ2のベ−ス
〜エミッタ接合に加わる逆バイアスを緩和するために、
通常のPN拡散によるダイオ−ドD4を、トランジスタ
Q2とノ−ドCとの間に挿設したものである。このよう
な構成でも、第3の実施例と同様な効果を得ることがで
きる。次に、この発明の第5の実施例について説明する
【0034】図2、図3および図4それぞれに示した半
導体装置において、ドライバ用のトランジスタにベ−ス
電流を供給する抵抗R4の抵抗値を変化させると、ベ−
ス電流の量を変えることができる。この現象を利用すれ
ば、ドライバ用のトランジスタQ12のコレクタ〜エミ
ッタ間を流れる電流の飽和値を適宜変えることができ、
結果、出力電圧VOUT を所望の値に種々制御できる
ようになる。
【0035】図5は、ドライバ用のトランジスタの出力
電流IOUT と出力電圧VOUT との関係を示す特
性図である。図6は、その特性の測定に使用した出力回
路の回路図である。
【0036】図5において、線I、線I´が出力スペッ
ク電流64mAの場合を示しており、抵抗R4の抵抗値
が400Ωである時、出力電流IOUT と出力電圧V
OUT との関係が線Iのように得られる。そして、抵
抗R4の抵抗値を400Ωから1.4kΩへと変えると
、上記関係が線I´に示すように変化する。
【0037】同様に、線II、線II´が出力スペック
電流48mAの場合で、線IIが抵抗値400Ωの時の
関係を、線II´が抵抗値1.4kΩの時の関係をそれ
ぞれ示している。また、線III 、線III’が出力
スペック電流24mAの場合で、線III が抵抗値4
00Ωの時の関係を、線III’が抵抗値2.0kΩの
時の関係をそれぞれ示している。
【0038】このような出力電圧VOUT に対する出
力電流IOUT の制御方法は、上記第1〜第4の実施
例で説明した装置ばかりでなく、図7に示すようなSB
D  D1を用いた出力回路においても、使用すること
が可能である。図8はこの発明の第6の実施例に係わる
半導体装置の回路図である。
【0039】図8(a)に示すように、ゲ−トに入力電
圧VINが供給されるPMOS  MP1のソ−スは電
源VDDに接続され、そのドレインは抵抗R1、R3を
介してNMOS  MN2のドレインに接続されている
。NMOS  MN2のゲ−トには入力電圧VINが供
給され、そのソ−スは電源VSSに接続されている。抵
抗R1と抵抗R3とのノ−ドBには、クランプ用のトラ
ンジスタQ2のベ−スが接続されている。トランジスタ
Q2のコレクタは抵抗R3に接続されている。トランジ
スタQ2のコレクタと抵抗R3とのノ−ドAには、NM
OS  MN2のドレイン、ソライバ用のトランジスタ
Q1、およびダイオ−ド  D5のカソ−ドがそれぞれ
接続されている。ダイオ−ドD5のアノ−ドは、トラン
ジスタQ2のエミッタに接続されている。トランジスタ
Q1のエミッタは電源VSSに接続され、そのコレクタ
は出力端に接続されている。トランジスタQ1のコレク
タと出力端とのノ−ドCと、ダイオ−ドD5のアノ−ド
とトランジスタQ2のエミッタとのノ−ドDとは、NM
OS  MN3の電流通路を介して互いに接続されてい
る。NMOSMN3のゲ−トは、PMOS  MP1の
ドレインと抵抗R1とのノ−ドEに接続されている。上
記構成の半導体装置の動作を次に説明する。
【0040】まず、入力電圧VINが“H”レベルの時
、PMOS  MP1はオフ、NMOSMN2はオン、
NMOS  MN3はオフし、トランジスタQ1はベ−
スに電流が流れ込まないためオフ、トランジスタQ2も
同様にオフする。
【0041】この時、出力端に外部より高電位を加えて
も、NMOS  MN3がオフしているため、トランジ
スタQ2のベ−ス・エミッタ間には、逆バイアスが加わ
らない。
【0042】また、入力電圧VINが“L”レベルの時
、PMOS  MP1はオン、NMOSMN2はオフ、
NMOS  MN3はオンする。出力端の電位が抵抗R
3の両端の電位差よりも大きい期間は、トランジスタQ
2はオフしており、PMOS  MP1よりから流れ出
る電流はトランジスタQ1のベ−スにベ−ス電流iB1
として流れ込む。さらに、NMOS  MN3もオンし
ているため、トランジスタQ1のベ−スには、出力端か
らダイオ−ドD5を介してもベ−ス電流iB2が流れ込
む。この電流iB2は、出力端の電位VOUT が低く
なり、ダイオ−ドD5に加わる電圧が順方向降下電圧を
維持できなくなるまで流れる。
【0043】出力端の電位VOUT がノ−ドBの電位
よりも低くなると、トランジスタQ2がオンする。PM
OS  MP1から流れ出た電流のほとんどは、トラン
ジスタQ2のコレクタからエミッタへと流れ、トランジ
スタQ1のベ−スへ流れる電流は減少する。トランジス
タQ2のエミッタへと流れた電流は、NMOS  MN
3を介してトランジスタQ1のコレクタへと流れ込み、
トランジスタQ1が深い飽和状態となることを防止する
【0044】尚、この時、ダイオ−ドD5のアノ−ドの
電位、すなわち、ノ−ドDの電位は、カソ−ドの電位よ
り低いか、あるいはわずかに高い程度であり、ダイオ−
ドD5を流れる電流は0に近く、トランジスタのQ1の
ベ−ス電流に与える電流に与える影響は無視できる。ま
た、図8(b)に示すように、ダイオ−ドD5を、例え
ばNPN型トランジスタのコレクタとベ−スとを短絡す
ることにより得ることも可能である。図9は、図8(a
)に示した第6の実施例に係わる半導体装置の出力電圧
−出力電流特性を示す図である。
【0045】図9に示すように、出力電圧が2V以上の
点では、トランジスタQ1の電流駆動能力は高くなる。 このため、出力端に付く寄生容量に蓄えられた電荷を素
早く引き抜き、高速のスイッチングを行える。
【0046】出力端からトランジスタQ1のベ−スに流
れる電流は、出力端に付く寄生容量に蓄えられた電荷や
、半導体装置外部の電源VDD等から抵抗を流れ込む電
流で、本来、トランジスタQ1のコレクタから引き抜く
べき電流である。このため、消費電力の増加はない。
【0047】以上、第1〜第6の実施例により説明した
この発明によれば、出力用トランジスタのベ−スとベ−
ス電流制御用抵抗との相互間に、抵抗R3が接続され、
この抵抗R3両端のノ−ドA、ノ−ドBにコレクタ、ベ
−スが各々接続され、エミッタが出力用トランジスタの
コレクタおよび出力端に接続されたトランジスタを設け
、これによりクランプ回路を構成する。このようなクラ
ンプ回路であると、出力電圧VOUT が、抵抗R3の
両端に現れる電位差、即ちiB ×R3と同じか、ある
いはそれ以下になると動作する。これにより例えば図1
1に示したシリコンPN接合ダイオ−ドを用いた回路よ
り、ドライバトランジスタへ流れ込むベ−ス電流を小さ
くでき、充分なクランプ特性が得られるとともに、かつ
これを特定の出力電圧をさかいに急激に行うことができ
る。
【0048】また図10に示したSBDを用いた回路よ
り、SBDを作り込まない分だけ製造プロセスを簡略化
できる他、パタ−ン面積縮小が実現できる。さらにマス
タ−スライス手法を採用する半導体装置(ASIC)に
おいても、SBDのない通常型のバイポ−ラトランジス
タだけでベ−シックセルを構成できるので、上記同様、
プロセスの簡略化、パタ−ン面積の縮小、ひいてはAS
ICの納期期間の短縮にも貢献できる。もちろんながら
上記のようなクランプ回路を持った半導体装置は、この
ベ−シックセルに作り込まれる通常型のトランジスタの
結線状態を変更するだけで得ることができる。
【0049】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
SBDを用いることなく、充分なクランプ特性が得られ
る半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の第1の実施例に係わる半導体
装置の回路図。
【図2】図2はこの発明の第2の実施例に係わる半導体
装置の回路図。
【図3】図3はこの発明の第3の実施例に係わる半導体
装置の回路図。
【図4】図4はこの発明の第4の実施例に係わる半導体
装置の回路図。
【図5】図5はこの発明の第5の実施例に係わる半導体
装置を説明するための出力電圧と出力電流との関係を示
す図。
【図6】図6は図5に示す出力電圧と出力電流との関係
を測定するのに用いた出力回路の回路図。
【図7】図7はこの発明の第5の実施例に係わる半導体
装置のその他を態様を示す回路図。
【図8】図8はこの発明の第6の実施例に係わる半導体
装置の回路図で、(a)はその全体構成を示す図、(b
)はその要部の変形例を示す図。
【図9】図9はこの発明の第6の実施例に係わる半導体
装置の出力電圧と出力電流との関係を示す図。
【図10】図10は従来のクランプ回路を備えた半導体
装置の回路図。
【図11】図11は従来のその他のクランプ回路を備え
た半導体装置の回路図。
【符号の説明】
Q1、Q2,Q3、Q11、Q12,Q21、Q22…
NPN型バイポ−ラトランジスタ、MN1、MN2…N
チャネル型MOSFET、MP1…Pチャネル型MOS
FET、R1、R2、R3…抵抗、D4,D5…ダイオ
−ド。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  入力および出力を有し、入力に電流が
    供給されることによりオン・オフされるスイッチ手段と
    、前記出力に接続された出力端と、前記入力に電流iを
    供給する電流供給手段と、前記入力と電流供給手段との
    間に挿設された抵抗値Rを有する抵抗と、前記抵抗の両
    端に生じる電位差i×Rと前記出力端の電位Vとを比較
    し、i×R≧Vの関係となった時、前記電流iを前記出
    力端へ流すように構成された比較手段と、を具備するこ
    とを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】  前記比較手段は、前記抵抗と前記電流
    供給手段との間にベ−スを接続し、前記抵抗と前記スイ
    ッチ手段の入力との間にコレクタを接続し、前記出力端
    にエミッタを接続したバイポ−ラトランジスタでなるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】  前記スイッチ手段は、前記抵抗を介し
    て前記電流供給手段にベ−スを接続し、前記出力端にコ
    レクタを接続したバイポ−ラトランジスタでなることを
    特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】  前記比較手段は、前記抵抗と前記電流
    供給手段との間にベ−スを接続し、前記抵抗と前記スイ
    ッチ手段の入力との間にコレクタを接続した第1のバイ
    ポ−ラトランジスタと、前記第1のバイポ−ラトランジ
    スタのエミッタにベ−スを接続し、前記第1のバイポ−
    ラトランジスタのコレクタにコレクタを接続し、前記出
    力端にエミッタを接続した第2のバイポ−ラトランジス
    タでなることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置
  5. 【請求項5】  前記スイッチ手段は、前記抵抗を介し
    て前記電流供給手段にベ−スを接続し、電位供給手段に
    コレクタを接続した第3のバイポ−ラトランジスタと、
    前記第3のバイポ−ラトランジスタのエミッタにベ−ス
    を接続し、前記出力端にコレクタを接続した第4のバイ
    ポ−ラトランジスタでなることを特徴とする請求項4に
    記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】  前記比較手段と前記出力端との接続配
    線に、比較手段〜出力端間順方向に少なくとも1つ挿設
    されたダイオ−ドと、を具備することを特徴とする請求
    項1ないし5いずれかに記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】  前記ダイオ−ドは、コレクタ〜ベ−ス
    間を短絡したバイポ−ラトランジスタでなることを特徴
    とする請求項6に記載の半導体装置。
  8. 【請求項8】  入力および出力を有し、入力に電流が
    供給されることによりオン・オフされる第1のスイッチ
    手段と、前記第1のスイッチ手段の出力に接続された出
    力端と、前記第1のスイッチ手段の入力に電流通路の一
    端を接続し、他端を電位供給手段に接続した第2のスイ
    ッチ手段と、前記第2のスイッチ手段の入力に電流iを
    供給する電流供給手段と、前記入力と電流供給手段との
    間に挿設された抵抗値RA を有する第1の抵抗と、前
    記第1の抵抗の両端に生じる電位差i×RA と前記出
    力端の電位Vとを比較し、i×RA ≧Vの関係となっ
    た時、前記電流iを前記出力端へ流すように構成された
    比較手段と、前記電位供給手段と前記第2のスイッチン
    グ手段との間に挿設された抵抗値RB を有する第2の
    抵抗と、を具備し、前記第2の抵抗の抵抗値RB を調
    節することにより、前記第1のスイッチ手段の出力特性
    を制御するように構成したことを特徴とする半導体装置
  9. 【請求項9】  前記比較手段は、前記第1の抵抗と前
    記電流供給手段との間にベ−スを接続し、前記第1の抵
    抗と前記スイッチ手段の入力との間にコレクタを接続し
    た第1のバイポ−ラトランジスタと、前記第1のバイポ
    −ラトランジスタのエミッタにベ−スを接続し、前記第
    1のバイポ−ラトランジスタのコレクタにコレクタを接
    続し、前記出力端にエミッタを接続した第2のバイポ−
    ラトランジスタでなることを特徴とする請求項8に記載
    の半導体装置。
  10. 【請求項10】  前記比較手段と前記出力端との接続
    配線に、比較手段〜出力端間順方向に少なくとも1つ挿
    設されたダイオ−ドをさらに具備することを特徴とする
    請求項8に記載の半導体装置。
  11. 【請求項11】  入力および出力を有し、入力に電流
    が供給されることによりオン・オフされるスイッチ手段
    と、前記出力に接続された出力端と、前記入力に電流i
    を供給する電流供給手段と、前記入力と前記電流供給手
    段との間に挿設された抵抗値Rを有する抵抗と、前記抵
    抗の両端に生じる電位差i×Rと前記出力端の電位Vと
    を比較し、i×R≧Vの関係となった時、前記電流iを
    前記出力端へ流し、かつ前記出力端の電位が前記スイッ
    チの入力端の電位よりも高い時、前記出力端から前記ス
    イッチ手段の入力端へ電流を供給するように構成された
    比較手段と、を具備することを特徴とする半導体装置。
  12. 【請求項12】  前記比較手段は、前記抵抗と前記電
    流供給手段との間にベ−スを接続し、前記抵抗と前記ス
    イッチ手段の入力との間にコレクタを接続し、前記出力
    端にエミッタを接続した少なくとも1つのバイポ−ラト
    ランジスタと、前記出力端〜前記スイッチ手段の入力間
    順方向に少なくとも1つ挿設されたダイオ−ドでなるこ
    とを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。
  13. 【請求項13】  入力および出力を有し、入力に電流
    が供給されることによりオン・オフされる第2のスイッ
    チ手段が、前記比較手段と前記出力端との接続配線にさ
    らに挿設されていることを特徴とする請求項11に記載
    の半導体装置。
  14. 【請求項14】  前記スイッチ手段は、前記抵抗を介
    して前記電流供給手段にベ−スを接続し、前記出力端に
    コレクタを接続したバイポ−ラトランジスタで成り、前
    記第2のスイッチ手段は、前記電流供給手段にゲ−トを
    接続し、前記比較手段〜前記出力端間に電流通路を挿設
    した絶縁ゲ−ト型FETで成ることを特徴とする請求項
    13に記載の半導体装置。
  15. 【請求項15】  前記電流供給手段は、前記スイッチ
    手段の入力と前記電流供給手段との間に挿設された抵抗
    と同一種類の抵抗を有し、製造上、抵抗値がばらつき低
    めになると供給電流を増し、高めになると供給電流を減
    ずる特性を有するように構成されていることを特徴とす
    る請求項1ないし請求項14いずれかに記載の半導体装
    置。
  16. 【請求項16】  入力および出力を有し、入力に電流
    が供給されることによりオン・オフされる第1のスイッ
    チ手段と、前記第1のスイッチ手段の出力に接続された
    出力端と、前記第1のスイッチ手段の入力に電流通路の
    一端を接続し、他端を電位供給手段に接続した第2のス
    イッチ手段と、前記第2のスイッチ手段の入力に電流i
    を供給する電流供給手段と、前記入力と電流供給手段と
    の相互接続点と前記出力端との間に挿設され、前記相互
    接続点の電位V1 と前記出力端の電位V2 とを比較
    し、V1 −V2 が一定値以下となった時、前記電流
    iを前記出力端へ流すように構成された比較手段と、前
    記電位供給手段と前記第2のスイッチング手段との間に
    挿設された抵抗値Rを有する第2の抵抗と、を具備し、
    前記第2の抵抗の抵抗値Rを調節することにより、前記
    第1のスイッチ手段の出力特性を制御するように構成し
    たことを特徴とする半導体装置。
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