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JP2013033873A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2013033873A
JP2013033873A JP2011169706A JP2011169706A JP2013033873A JP 2013033873 A JP2013033873 A JP 2013033873A JP 2011169706 A JP2011169706 A JP 2011169706A JP 2011169706 A JP2011169706 A JP 2011169706A JP 2013033873 A JP2013033873 A JP 2013033873A
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JP
Japan
Prior art keywords
output
voltage
terminal
output terminal
switch element
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP2011169706A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsuyoshi Fujino
剛志 藤野
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.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso 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 Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2011169706A priority Critical patent/JP2013033873A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a configuration that can protect a switch element more securely when static electricity is applied to terminals while keeping its device configuration from becoming larger in a semiconductor device controlling output from an output terminal by means of the switch element for drive.SOLUTION: In a semiconductor device 1, a reference part made of one of a higher potential side power supply or a lower potential side power supply is connected to a first terminal of a switch element, and an output terminal P1 is connected to a second terminal of the switch element. Further, a first protection element is arranged in parallel with the first protection element. In addition, a second protection element is connected between the opposite side power supply (the other part) from the reference part and the output terminal. Then, nullification means is connected to the opposite side power supply (the other part) from the reference part. If driving voltage has been generated by application of surge voltage to the output terminal, the nullification means functions to nullify input of a current conduction signal to a control input terminal for a certain time period after the driving voltage generation, and cancel nullification after a prescribed time has passed.

Description

本発明は、半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device.

MOSトランジスタなどの半導体スイッチ素子を制御することで出力端子からの出力を制御する半導体装置などでは、入力端子や出力端子に静電気が印加されたときに内部の電子部品が破壊することが懸念されるため、このような静電気から回路内を保護することが求められている。   In a semiconductor device that controls output from an output terminal by controlling a semiconductor switch element such as a MOS transistor, there is a concern that internal electronic components may be destroyed when static electricity is applied to the input terminal or the output terminal. Therefore, it is required to protect the inside of the circuit from such static electricity.

特開2007−173444公報JP 2007-173444 A 特表2003−510827公報Special table 2003-510825 gazette

例えば、このような静電気から内部部品を保護する方法としては、例えば図16のような構成が想定される。この図16の構成では、駆動用のMOSトランジスタTa,Tbのオン破壊を防止するために、出力回路と出力端子との間に保護抵抗を設けている。しかしながら、このように保護抵抗だけでオン破壊を防止しようとすると、この保護抵抗が大きくなるほどMOSトランジスタTa,Tbのドライブ能力を制限してしまうことになる。逆に、出力回路の特性を向上するために保護抵抗を小さくしようとすると、静電気に対する耐圧が低下することになり、これらがトレードオフの関係にあった。   For example, as a method for protecting internal components from such static electricity, a configuration as shown in FIG. 16 is assumed, for example. In the configuration of FIG. 16, a protective resistor is provided between the output circuit and the output terminal in order to prevent the on-breakage of the driving MOS transistors Ta and Tb. However, if it is attempted to prevent the on-breakage by using only the protective resistance, the driving capability of the MOS transistors Ta and Tb is limited as the protective resistance increases. On the contrary, if the protection resistance is reduced to improve the characteristics of the output circuit, the withstand voltage against static electricity is lowered, and these have a trade-off relationship.

上記課題に関する技術として、特許文献1のようなものも提供されている。この特許文献1の技術では、出力部(1)において、出力保護回路(2)、出力PchMOSトランジスタ(POT1)、NchMOSトランジスタ(NT1)、インバータ(INV1)、保護ダイオード(PD1、PD2)、抵抗2などが設けられている。そして、出力保護回路(2)には、出力保護PchMOSトランジスタ(PPT1)、抵抗(R1)、抵抗(R3)、ダイオード(D2、D3、Dn)が設けられている。この構成では、出力PchMOSトランジスタ(POT1)のオン破壊を防止するために、出力保護PchMOSトランジスタ(PPT1)を動作させて出力PchMOSトランジスタ(POT1)をオフさせるように機能しているが、この構成では、出力PchMOSトランジスタ(POT1)以外に、プリバッファ(NT1)に打ち勝つ比較的サイズの大きい出力保護PchMOSトランジスタ(PPT1)を設ける必要があり、装置構成の大型化を招く懸念があった。   As a technique related to the above-described problem, Patent Document 1 is also provided. In the technique of Patent Document 1, in the output unit (1), an output protection circuit (2), an output PchMOS transistor (POT1), an NchMOS transistor (NT1), an inverter (INV1), a protection diode (PD1, PD2), a resistor 2 Etc. are provided. The output protection circuit (2) is provided with an output protection PchMOS transistor (PPT1), a resistor (R1), a resistor (R3), and diodes (D2, D3, Dn). In this configuration, in order to prevent the on breakdown of the output PchMOS transistor (POT1), the output protection PchMOS transistor (PPT1) is operated to turn off the output PchMOS transistor (POT1). In addition to the output PchMOS transistor (POT1), it is necessary to provide a relatively large output protection PchMOS transistor (PPT1) that can overcome the prebuffer (NT1), which may increase the size of the device configuration.

また、他の関連技術として、特許文献2のようなものも提供されている。この特許文献2の技術は、ゲートが合わせて接続されたVssラインとVddラインとの間に直列接続された出力ドライバPMOSトランジスタ(Pout)と出力ドライバNMOSトランジスタ(Nout)を有している。更に、2つの出力ドライバトランジスタ(Pout、Nout)の間のジャンクションに接続されるI/Oパッド(36)と、VddラインとVssラインとの間に直列に接続されるPMOSトランジスタ(Pdrv)とNMOSトランジスタ(Ndrv)を含むプレドライバステージとを有しており、プレドライバトランジスタ(Pdrv、Ndrv)の間のジャンクションに出力ドライバトランジスタ(Pout、Nout)のゲートが接続されている。そして、ゲートクランプが、VssラインとI/Oパッドとの間に接続され、プレドライバトランジスタ(Pdrv、Ndrv)と出力ドライバNMOSトランジスタ(Nout)のゲートとの間のジャンクションに接続されている。ESDクランプは、I/Oパッド、Vssラインとゲートクランプとの間に接続されている。この技術でも、出力MOSのオン破壊を防止するために、出力MOSをオフさせる動作を行っているが、ゲートクランプ44を主体とする出力ドライバNMOSトランジスタ(Nout)の駆動回路は、プレドライバトランジスタ(Pdrv、Ndrv)の出力と抵抗(Rdrv)を介して繋がっており、これらの出力が衝突、干渉するため、速度を犠牲にして抵抗Rdrvを大きくするか、ゲートクランプ44のサイズを大きくして確実に出力ドライバNMOSトランジスタ(Nout)をオフさせる必要がある。また、出力ドライバPMOSトランジスタ(Pout)と出力ドライバNMOSトランジスタ(Nout)のゲートが繋がっているため、HBMのように複数のサージ基準に対して耐量が要求される場合に、出力ドライバPMOSトランジスタ(Pout)を保護することができないという問題がある。   Further, as another related technique, Patent Document 2 is also provided. The technique of Patent Document 2 includes an output driver PMOS transistor (Pout) and an output driver NMOS transistor (Nout) connected in series between a Vss line and a Vdd line, which have gates connected together. Furthermore, an I / O pad (36) connected to the junction between the two output driver transistors (Pout, Nout), a PMOS transistor (Pdrv) and NMOS connected in series between the Vdd line and the Vss line A pre-driver stage including a transistor (Ndrv), and a gate of the output driver transistor (Pout, Nout) is connected to a junction between the pre-driver transistors (Pdrv, Ndrv). A gate clamp is connected between the Vss line and the I / O pad, and is connected to a junction between the pre-driver transistor (Pdrv, Ndrv) and the gate of the output driver NMOS transistor (Nout). The ESD clamp is connected between the I / O pad, the Vss line and the gate clamp. Even in this technique, the output MOS is turned off in order to prevent the output MOS from being destroyed. However, the drive circuit of the output driver NMOS transistor (Nout) mainly composed of the gate clamp 44 has a predriver transistor ( Pdrv, Ndrv) and the resistance (Rdrv) are connected to each other, and these outputs collide and interfere with each other. Therefore, the resistance Rdrv is increased at the expense of speed or the size of the gate clamp 44 is increased. It is necessary to turn off the output driver NMOS transistor (Nout). Further, since the gates of the output driver PMOS transistor (Pout) and the output driver NMOS transistor (Nout) are connected to each other, the output driver PMOS transistor (Pout) is required when a tolerance is required with respect to a plurality of surge standards as in the HBM. ) Cannot be protected.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、駆動用のスイッチ素子によって出力端子からの出力を制御する半導体装置において、端子に静電気が印加されたときに、スイッチ素子をより確実に保護し得る構成を、装置構成の大型化を抑えて実現することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and in a semiconductor device that controls output from an output terminal by a driving switch element, the switch element is more effective when static electricity is applied to the terminal. An object of the present invention is to realize a configuration that can be reliably protected while suppressing an increase in the size of the device configuration.

上記目的を達成するため、本発明は、
制御入力端子と、高電位側電源又は低電位側電源の一方からなる基準部に接続される第1端子と、所定の出力端子に接続される第2端子とを備え、前記制御入力端子に通電信号が入力されたときに通電状態となるスイッチ素子と、
一端側が前記基準部に接続され他端側が前記出力端子に接続されるように前記スイッチ素子と並列に接続され、前記出力端子にサージ電圧が印加されたときに前記一端側と前記他端側とが通電する第1保護素子と、
前記高電位側電源又は前記低電位側電源における前記基準部とは逆の他方部に接続され、前記出力端子にサージ電圧が印加されたときに通電されて前記他方部側に駆動電圧を発生させる第2保護素子と、
前記他方部側に接続されると共に、前記出力端子へのサージ電圧の印加によって前記駆動電圧が発生した場合に、当該駆動電圧の発生後の所定時間、前記制御入力端子への前記通電信号の入力を無効化し、前記所定時間の経過後に無効化を解除する無効化手段と、
を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
A control input terminal; a first terminal connected to a reference portion including one of a high-potential-side power supply and a low-potential-side power supply; and a second terminal connected to a predetermined output terminal. A switch element that is energized when a signal is input;
One end side is connected in parallel to the switch element so that the other end side is connected to the output terminal and the other end side is connected to the output terminal, and when the surge voltage is applied to the output terminal, the one end side and the other end side A first protective element that is energized,
Connected to the other part opposite to the reference part in the high-potential side power supply or the low-potential side power supply and energized when a surge voltage is applied to the output terminal to generate a drive voltage on the other part side A second protection element;
When the drive voltage is generated by applying a surge voltage to the output terminal while being connected to the other side, the energization signal is input to the control input terminal for a predetermined time after the drive voltage is generated. Invalidating means for canceling the invalidation after elapse of the predetermined time;
It is provided with.

請求項1の発明では、制御入力端子に通電信号が入力されたときに通電状態となるスイッチ素子が設けられ、高電位側電源又は低電位側電源の一方からなる基準部にスイッチ素子の第1端子が接続され、所定の出力端子にスイッチ素子の第2端子が接続されている。また、スイッチ素子と並列に第1保護素子が設けられ、この第1保護素子は、一端側が基準部に接続されると共に他端側が出力端子に接続され、出力端子にサージ電圧が印加されたときに一端側と他端側とが通電するように構成されている。また、高電位側電源又は低電位側電源における基準部とは逆側(他方部)と出力端子の間には第2保護素子が接続されており、この第2保護素子は、出力端子にサージ電圧が印加されたときに通電されて他方部側に駆動電圧を発生させるように機能している。そして、前記他方部側には無効化手段が接続され、出力端子へのサージ電圧の印加によって駆動電圧が発生した場合に、当該駆動電圧の発生後の所定時間、制御入力端子への通電信号の入力を無効化し、所定時間の経過後に無効化を解除するように機能している。   According to the first aspect of the present invention, a switch element that is energized when an energization signal is input to the control input terminal is provided, and the first of the switch elements is provided in the reference portion that is one of the high potential side power source and the low potential side power source. The terminal is connected, and the second terminal of the switch element is connected to the predetermined output terminal. In addition, a first protection element is provided in parallel with the switch element. The first protection element has one end connected to the reference portion and the other end connected to the output terminal, and a surge voltage is applied to the output terminal. The one end side and the other end side are energized. In addition, a second protection element is connected between the opposite side (the other part) of the high potential side power supply or the low potential side power supply (the other part) and the output terminal, and this second protection element is connected to the output terminal by a surge. When a voltage is applied, it is energized and functions to generate a drive voltage on the other side. And the invalidation means is connected to the other side, and when a drive voltage is generated by applying a surge voltage to the output terminal, the energization signal to the control input terminal is generated for a predetermined time after the drive voltage is generated. It functions to invalidate the input and cancel the invalidation after a lapse of a predetermined time.

この構成では、低電位側電源を基準部とする場合、低電位側電源にスイッチ素子の第1端子が接続され、出力端子にスイッチ素子の第2端子が接続されることになる。そして、第1保護素子は、スイッチ素子と並列に設けられると共に一端側が低電位側電源に接続され他端側が出力端子に接続され、出力端子にサージ電圧が印加されたときに一端側と他端側とが通電するように機能する。また、高電位側電源が他方部となり、高電位側電源と出力端子の間に第2保護素子が設けられる。そして、第2保護素子は、出力端子にサージ電圧が印加されたときに通電されて高電位側電源の側に駆動電圧を発生させるように機能することになる。そして、高電位側電源に無効化手段が接続され、出力端子へのサージ電圧の印加によって駆動電圧が発生した場合に、当該駆動電圧の発生後の所定時間、制御入力端子への通電信号の入力を無効化し、所定時間の経過後に無効化を解除するように機能する。   In this configuration, when the low potential side power supply is used as the reference unit, the first terminal of the switch element is connected to the low potential side power supply, and the second terminal of the switch element is connected to the output terminal. The first protection element is provided in parallel with the switch element, and one end side is connected to the low-potential side power source, the other end side is connected to the output terminal, and one end side and the other end are applied when a surge voltage is applied to the output terminal. It functions to energize the side. In addition, the high-potential-side power supply is the other part, and the second protection element is provided between the high-potential-side power supply and the output terminal. The second protection element functions to be energized when a surge voltage is applied to the output terminal and generate a drive voltage on the high potential side power supply side. When a disabling means is connected to the high-potential side power supply and a drive voltage is generated by applying a surge voltage to the output terminal, an energization signal is input to the control input terminal for a predetermined time after the drive voltage is generated. It functions to invalidate and cancel the invalidation after a lapse of a predetermined time.

また、高電位側電源を基準部とする場合、高電位側電源にスイッチ素子の第1端子が接続され、出力端子にスイッチ素子の第2端子が接続されることになる。そして、第1保護素子は、スイッチ素子と並列に設けられると共に一端側が高電位側電源に接続され他端側が出力端子に接続され、出力端子にサージ電圧が印加されたときに一端側と他端側とが通電するように機能する。また、低電位側電源が他方部となり、低電位側電源と出力端子の間に第2保護素子が設けられる。そして、第2保護素子は、出力端子にサージ電圧が印加されたときに通電されて低電位側電源の側に駆動電圧を発生させるように機能することになる。そして、低電位側電源に無効化手段が接続され、出力端子へのサージ電圧の印加によって駆動電圧が発生した場合に、当該駆動電圧の発生後の所定時間、制御入力端子への通電信号の入力を無効化し、所定時間の経過後に無効化を解除するように機能する。   Further, when the high potential side power source is used as the reference portion, the first terminal of the switch element is connected to the high potential side power source, and the second terminal of the switch element is connected to the output terminal. The first protection element is provided in parallel with the switch element, and one end side is connected to the high-potential side power source, the other end side is connected to the output terminal, and one end side and the other end are applied when a surge voltage is applied to the output terminal. It functions to energize the side. In addition, the low-potential side power source is the other part, and the second protection element is provided between the low-potential side power source and the output terminal. The second protection element functions to be energized when a surge voltage is applied to the output terminal to generate a drive voltage on the low potential side power supply side. When a disabling means is connected to the low-potential side power supply and a drive voltage is generated by applying a surge voltage to the output terminal, an energization signal is input to the control input terminal for a predetermined time after the drive voltage is generated. It functions to invalidate and cancel the invalidation after a lapse of a predetermined time.

上記構成では、端子にサージ電圧が印加されたときに、印加端子から電源側に電流が回り込み、電源電圧が一時的に上昇する点に着目し、低電位側電源を基準部とする場合でも、高電位側電源を基準部とする場合でも、サージ電圧の印加直後の期間において強制的に制御入力端子への通電信号の入力を無効化し、スイッチ素子を強制的にオフ状態としている。このように、端子にサージ電圧が印加されているときに印加端子から回り込む電流を利用して、サージ電圧が印加される一定期間の間、強制的にスイッチをオフ状態に維持することができるため、サージ電圧に起因する大電流がスイッチ素子に流れることを防止することができ、スイッチ素子の熱破壊等をより確実に防ぐことができる。
また、所定時間経過後には通電信号の入力の無効化を解除して強制的なオフ状態を解除することができるため、通常使用する際には問題なく規定の動作を行うことができる。
In the above configuration, when a surge voltage is applied to the terminal, paying attention to the point that the current flows from the application terminal to the power supply side and the power supply voltage rises temporarily, even when the low potential power supply is used as the reference part, Even when the high potential side power source is used as the reference portion, the input of the energization signal to the control input terminal is forcibly disabled in the period immediately after the application of the surge voltage, and the switch element is forcibly turned off. In this way, the switch can be forcibly maintained in the OFF state for a certain period of time during which the surge voltage is applied by using the current that flows from the application terminal when the surge voltage is applied to the terminal. Thus, it is possible to prevent a large current due to the surge voltage from flowing to the switch element, and to more reliably prevent thermal destruction of the switch element.
Further, after the predetermined time elapses, it is possible to cancel the invalidation of the input of the energization signal and cancel the forced off state, so that it is possible to perform a specified operation without any problem during normal use.

請求項2の発明では、無効化手段は、前記他方部(基準部とは逆側の電源)に接続されるラインにサージ電圧が印加されているときに所定の時定数で出力電圧を変化させる出力部と、出力部からの出力電圧が閾値に達したか否かを判定する比較部と、比較部において出力電圧が閾値に達したと判定されるまではスイッチ素子を強制オフ状態とし、出力電圧が閾値に達したと判定された場合にスイッチ素子をオン許容状態とする切替部と、を有している。
即ち、高電位側電源を「他方部」とする構成では、出力部は、高電位側電源に接続されるラインにサージ電圧が回り込んだときに所定の時定数で出力電圧を変化させ、比較部は、出力部からの出力電圧が閾値に達したか否かを判定することになる。そして、切替部は、比較部において出力電圧が閾値に達したと判定されるまではスイッチ素子を強制オフ状態とし、出力電圧が閾値に達したと判定された場合にスイッチ素子をオン許容状態とするように機能する。
また、低電位側電源を「他方部」とする構成では、出力部は、低電位側電源に接続されるラインにサージ電圧が回り込んだときに所定の時定数で出力電圧を変化させ、比較部は、出力部からの出力電圧が閾値に達したか否かを判定することになる。そして、切替部は、比較部において出力電圧が閾値に達したと判定されるまではスイッチ素子を強制オフ状態とし、出力電圧が閾値に達したと判定された場合にスイッチ素子をオン許容状態とするように機能する。
いずれの構成でも、端子にサージ電圧が印加されて出力部に回り込んだときに、出力部は所定の時定数で出力電圧が変化し、この出力電圧はある程度遅れて閾値に接近することになり、切替部は、出力部からの出力電圧が閾値に達するまでの一定期間はスイッチを強制的にオフ状態とするように動作する。このように、サージ電圧が回りこんだ直後にスイッチ素子を一定期間安定的にオフ状態(動作規制状態)とし、一定時間経過後にスイッチ素子を安定的にオン許容状態(復帰状態)とし得る構成をより簡易に実現できる。
In the invention of claim 2, the invalidating means changes the output voltage with a predetermined time constant when a surge voltage is applied to a line connected to the other part (the power supply opposite to the reference part). The output unit, the comparison unit for determining whether or not the output voltage from the output unit has reached a threshold value, and until the output voltage has reached the threshold value in the comparison unit, the switch element is forcibly turned off and output And a switching unit that turns on the switch element when it is determined that the voltage has reached the threshold value.
That is, in the configuration in which the high-potential side power supply is the “other part”, the output section changes the output voltage with a predetermined time constant when the surge voltage wraps around the line connected to the high-potential side power supply, and compares The unit determines whether or not the output voltage from the output unit has reached a threshold value. Then, the switching unit forcibly turns off the switch element until the comparison unit determines that the output voltage has reached the threshold, and sets the switch element to the on-allowed state when it is determined that the output voltage has reached the threshold. To function.
In the configuration where the low-potential side power supply is the “other part”, the output section changes the output voltage with a predetermined time constant when the surge voltage wraps around the line connected to the low-potential side power supply, The unit determines whether or not the output voltage from the output unit has reached a threshold value. Then, the switching unit forcibly turns off the switch element until the comparison unit determines that the output voltage has reached the threshold, and sets the switch element to the on-allowed state when it is determined that the output voltage has reached the threshold. To function.
In any configuration, when a surge voltage is applied to the terminal and wraps around the output part, the output voltage of the output part changes with a predetermined time constant, and this output voltage approaches the threshold with a certain delay. The switching unit operates to forcibly turn off the switch for a certain period until the output voltage from the output unit reaches the threshold value. In this manner, the switch element can be stably turned off (operation restricted state) for a certain period of time immediately after the surge voltage has circulated, and the switch element can be stably turned on (returned) after a certain period of time. It can be realized more easily.

請求項3の発明は、前記他方部(基準部とは逆側の電源)に接続されると共に当該他方部に接続されるラインの電圧が所定電圧に達したときに所定のオン信号を出力する信号出力回路を備えている。そして、出力部は、信号出力回路からオン信号が出力されているときに所定の時定数で出力電圧を変化させるように構成されている。
この構成では、サージ電圧の印加からある程度の時間(「他方部」に接続されるラインの電圧が所定電圧に達するまでの時間)は、出力部に電圧が印加されることを抑えることができ、出力部に対する遅れを生じさせることができる。そして、出力部は、信号出力回路での遅れの時間が経過してから(即ち、信号出力回路からの出力が開始されてから)、所定の時定数で出力電圧を変化させることになるため、出力部ではより一層遅れを生じさせやすくなる。従って、このような信号出力回路を設けない構成と比較して相対的に時定数を低くしやすく、出力部の回路規模を抑え易くなる。
The invention of claim 3 is connected to the other part (the power source opposite to the reference part) and outputs a predetermined ON signal when the voltage of the line connected to the other part reaches a predetermined voltage. A signal output circuit is provided. The output unit is configured to change the output voltage with a predetermined time constant when the ON signal is output from the signal output circuit.
In this configuration, a certain amount of time from the application of the surge voltage (the time until the voltage of the line connected to the “other part” reaches a predetermined voltage) can suppress the voltage from being applied to the output unit, A delay with respect to the output unit can be caused. The output unit changes the output voltage with a predetermined time constant after the delay time in the signal output circuit has elapsed (that is, after the output from the signal output circuit is started). It becomes easier to cause a delay in the output section. Accordingly, the time constant can be relatively lowered and the circuit scale of the output unit can be easily suppressed as compared with a configuration in which such a signal output circuit is not provided.

請求項4の発明では、スイッチ素子は、制御入力端子に入力される信号に応じて出力端子と高電位側電源との間の通電路を導通状態又は非導通状態に切り替える構成をなし、出力端子と高電位側電源との間においてスイッチ素子と並列に、出力端子の側をアノードとし高電位側電源の側をカソードとするツェナーダイオードが接続されている。そして、出力端子と低電位側電源との間には、出力端子の側をカソードとし低電位側電源の側をアノードとするツェナーダイオードが接続されている。
この構成によれば、スイッチ素子によってハイサイド駆動を行う構成を好適に実現しつつ、端子にサージ電圧が印加されたときにこのスイッチ素子に不具合(サージ電圧に起因する熱破壊等)が生じることをより確実に防ぐことができる。
In the invention of claim 4, the switch element is configured to switch the conduction path between the output terminal and the high potential side power source to a conductive state or a non-conductive state in accordance with a signal input to the control input terminal. A zener diode having an output terminal side as an anode and a high potential side power supply side as a cathode is connected in parallel with the switch element between the power supply side and the high potential side power supply. A Zener diode is connected between the output terminal and the low-potential side power source, with the output terminal side serving as a cathode and the low-potential side power source side serving as an anode.
According to this configuration, a configuration in which a high-side drive is performed by the switch element is suitably realized, and when the surge voltage is applied to the terminal, a malfunction (such as a thermal breakdown due to the surge voltage) occurs in the switch element. Can be prevented more reliably.

請求項5の発明では、スイッチ素子は、制御入力端子に入力される信号に応じて出力端子と低電位側電源との間の通電路を導通状態又は非導通状態に切り替える構成をなし、出力端子と低電位側電源との間においてスイッチ素子と並列に、出力端子の側をカソードとし低電位側電源の側をアノードとするツェナーダイオードが接続されている。そして、出力端子と高電位側電源との間には、出力端子の側をアノードとし高電位側電源の側をカソードとするツェナーダイオードが接続されている。
この構成によれば、スイッチ素子によってローサイド駆動を行う構成を好適に実現しつつ、端子にサージ電圧が印加されたときにこのスイッチ素子に不具合(サージ電圧に起因する熱破壊等)が生じることをより確実に防ぐことができる。
In the invention of claim 5, the switch element is configured to switch the conduction path between the output terminal and the low-potential-side power source to a conductive state or a non-conductive state in accordance with a signal input to the control input terminal. A zener diode having an output terminal side as a cathode and a low potential side power supply side as an anode is connected in parallel with the switch element between the power supply and the low potential power supply. A Zener diode is connected between the output terminal and the high-potential power supply, with the output terminal side serving as an anode and the high-potential power supply side serving as a cathode.
According to this configuration, it is possible to suitably realize a configuration in which low-side driving is performed by the switch element, and that when the surge voltage is applied to the terminal, a malfunction (thermal destruction caused by the surge voltage) occurs in the switch element. This can be prevented more reliably.

本発明の第1実施形態に係る半導体装置を概略的に例示する回路図である。1 is a circuit diagram schematically illustrating a semiconductor device according to a first embodiment of the invention. 図2は、図1の半導体装置における、出力部の出力電圧と、外部からの入力信号と、各スイッチ素子の動作状態との関係を説明する説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the relationship among the output voltage of the output unit, the input signal from the outside, and the operating state of each switch element in the semiconductor device of FIG. 図3は、HBM試験などで出力端子に正の静電気ノイズが印加された時の出力端子電圧の変化、VDD側の電圧変化、出力部の出力電圧の変化、及び比較部の閾値電圧の変化を説明するグラフである。FIG. 3 shows changes in output terminal voltage, VDD side voltage change, output unit output voltage change, and comparison unit threshold voltage change when positive electrostatic noise is applied to the output terminal in an HBM test or the like. It is a graph to explain. 図4は、HBM試験などで出力端子に負の静電気ノイズが印加された時の出力端子電圧の変化、GND側の電圧変化、出力部の出力電圧の変化、及び比較部の閾値電圧の変化を説明するグラフである。FIG. 4 shows changes in the output terminal voltage, GND side voltage change, output unit output voltage change, and comparison unit threshold voltage change when negative electrostatic noise is applied to the output terminal in an HBM test or the like. It is a graph to explain. 図5は、第2実施形態に係る半導体装置を概略的に例示する回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram schematically illustrating a semiconductor device according to the second embodiment. 図6は、図5を変更した変更例1に係る半導体装置を概略的に例示する回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram schematically illustrating a semiconductor device according to the first modification obtained by modifying FIG. 図7は、図5を変更した変更例2に係る半導体装置を概略的に例示する回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram schematically illustrating a semiconductor device according to Modification 2 in which FIG. 5 is modified. 図8は、図5を変更した変更例3に係る半導体装置を概略的に例示する回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram schematically illustrating a semiconductor device according to Modification 3 in which FIG. 5 is modified. 図9は、他の実施形態の第4の例に係る半導体装置を概略的に例示する回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram schematically illustrating a semiconductor device according to a fourth example of another embodiment. 図10は、他の実施形態の第5の例に係る半導体装置を概略的に例示する回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram schematically illustrating a semiconductor device according to a fifth example of another embodiment. 図11は、他の実施形態の第6の例に係る半導体装置の一部を概略的に例示する回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram schematically illustrating a part of a semiconductor device according to a sixth example of another embodiment. 図12は、他の実施形態の第7の例に係る半導体装置の一部を概略的に例示する回路図である。FIG. 12 is a circuit diagram schematically illustrating a part of the semiconductor device according to the seventh example of the other embodiments. 図13は、他の実施形態の第8の例に係る半導体装置を概略的に例示する回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram schematically illustrating a semiconductor device according to an eighth example of another embodiment. 図14は、他の実施形態の第9の例に係る半導体装置を概略的に例示する回路図である。FIG. 14 is a circuit diagram schematically illustrating a semiconductor device according to a ninth example of another embodiment. 図15は、他の実施形態の第10の例に係る半導体装置を概略的に例示する回路図である。FIG. 15 is a circuit diagram schematically illustrating a semiconductor device according to a tenth example of another embodiment. 図16は、本願発明以外の別構成における問題点を説明する説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining a problem in another configuration other than the present invention.

[第1実施形態]
以下、本発明を具現化した第1実施形態について、図面を参照して説明する。
本発明の第1実施形態に係る半導体装置を概略的に例示する回路図である。図2は、図1の半導体装置における、出力部の出力電圧と、外部からの入力信号と、各スイッチ素子の動作状態との関係を説明する説明図である。図3は、HBM試験などで出力端子に正の静電気ノイズが印加された時の出力端子電圧の変化、VDD側の電圧変化、出力部の出力電圧の変化、及び比較部の閾値電圧の変化を説明するグラフである。図4は、HBM試験などで出力端子に負の静電気ノイズが印加された時の出力端子電圧の変化、GND側の電圧変化、出力部の出力電圧の変化、及び比較部の閾値電圧の変化を説明するグラフである。
[First embodiment]
Hereinafter, a first embodiment embodying the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a circuit diagram schematically illustrating a semiconductor device according to a first embodiment of the invention. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the relationship among the output voltage of the output unit, the input signal from the outside, and the operating state of each switch element in the semiconductor device of FIG. FIG. 3 shows changes in output terminal voltage, VDD side voltage change, output unit output voltage change, and comparison unit threshold voltage change when positive electrostatic noise is applied to the output terminal in an HBM test or the like. It is a graph to explain. FIG. 4 shows changes in the output terminal voltage, GND side voltage change, output unit output voltage change, and comparison unit threshold voltage change when negative electrostatic noise is applied to the output terminal in an HBM test or the like. It is a graph to explain.

図1に示す半導体装置1は、入力ラインINからの入力信号(例えばPWM信号)に応じてスイッチ素子T1,T2を動作させる駆動回路として構成され、且つ、出力端子P1にサージ電圧が印加されたときにスイッチ素子T1、T2を保護するように動作するものである。この半導体装置1は、スイッチ素子T1、T2、ツェナーダイオードZD1、ZD2、出力部10、比較部20、切替部30を備えており、高電位側電源としての電源VDDに接続されると共に、低電位側電源としてのグランドGNDに接続されるようになっている。   The semiconductor device 1 shown in FIG. 1 is configured as a drive circuit that operates the switch elements T1 and T2 in response to an input signal (for example, a PWM signal) from the input line IN, and a surge voltage is applied to the output terminal P1. Sometimes it operates to protect the switch elements T1, T2. The semiconductor device 1 includes switch elements T1 and T2, Zener diodes ZD1 and ZD2, an output unit 10, a comparison unit 20, and a switching unit 30, and is connected to a power source VDD as a high potential side power source and has a low potential. It is connected to a ground GND as a side power supply.

スイッチ素子T1は、P型のMOSEFT(Pチャネル型MOSFET)として構成されており、ソース端子が電源VDD側に接続されており、ドレイン端子が出力端子P1側に接続されている。スイッチ素子T1は、当該スイッチ素子T1のゲート端子(制御入力端子)に入力される信号に応じて出力端子P1と電源VDDとの間の通電路を導通状態又は非導通状態に切り替える構成をなしており、ゲート端子にオン信号(通電信号)が入力されたときに、電源VDDと出力端子P1との間の通電路を通電状態とし、オフ信号(非通電信号)が入力されたときに電源VDDと出力端子P1との間の通電路を非通電状態とするように動作している。なお、ここでは、Lレベルの信号がスイッチ素子T1に対するオン信号であり、Hレベルの信号がスイッチ素子T1に対するオフ信号とされている。   The switch element T1 is configured as a P-type MOSEFT (P-channel MOSFET), the source terminal is connected to the power supply VDD side, and the drain terminal is connected to the output terminal P1 side. The switch element T1 is configured to switch the conduction path between the output terminal P1 and the power supply VDD to a conductive state or a non-conductive state according to a signal input to the gate terminal (control input terminal) of the switch element T1. When the ON signal (energization signal) is input to the gate terminal, the energization path between the power supply VDD and the output terminal P1 is energized, and when the OFF signal (non-energization signal) is input, the power supply VDD And the output terminal P1 are operated so as to be in a non-energized state. Here, the L level signal is the ON signal for the switch element T1, and the H level signal is the OFF signal for the switch element T1.

スイッチ素子T2は、N型のMOSEFT(Nチャネル型MOSFET)として構成されており、ソース端子がグランドGND側に接続されており、ドレイン端子が出力端子P1側に接続されている。このスイッチ素子T2は、ゲート端子(制御入力端子)に入力される信号に応じて出力端子P1とグランドGNDとの間の通電路を導通状態又は非導通状態に切り替える構成をなしており、ゲート端子にオン信号(通電信号)が入力されたときに、グランドGNDと出力端子P1との間の通電路を通電状態とし、ゲート端子にオフ信号が入力されたときにグランドGNDと出力端子P1との間の通電路を非通電状態とするように構成されている。なお、ここでは、Hレベルの信号がスイッチ素子T2に対するオン信号であり、Lレベルの信号がスイッチ素子T2に対するオフ信号とされている。   The switch element T2 is configured as an N-type MOSEFT (N-channel MOSFET), the source terminal is connected to the ground GND side, and the drain terminal is connected to the output terminal P1 side. The switch element T2 is configured to switch the conduction path between the output terminal P1 and the ground GND to a conductive state or a non-conductive state according to a signal input to the gate terminal (control input terminal). When an ON signal (energization signal) is input to the gate terminal, the energization path between the ground GND and the output terminal P1 is energized, and when an OFF signal is input to the gate terminal, the ground GND and the output terminal P1 It is comprised so that the electricity supply path between may be made into a non-energized state. Here, the H level signal is the ON signal for the switch element T2, and the L level signal is the OFF signal for the switch element T2.

ツェナーダイオードZD1は、保護ダイオードとして構成されており、出力端子P1と電源VDDとの間においてスイッチ素子T1と並列に接続されている。このツェナーダイオードZD1は、アノードが出力端子P1とツェナーダイオードZD2のカソードとに接続されており、カソードが電源VDDに接続されている。また、ツェナーダイオードZD2は、出力端子P1とグランドGNDとの間においてスイッチ素子T2と並列に接続されている。このツェナーダイオードZD1は、カソードが出力端子P1とツェナーダイオードZD1のアノードとに接続されており、アノードがグランドGNDに接続されている。これらツェナーダイオードZD1、ZD2は、出力端子P1に静電気が印加されたときに、半導体装置1に設けられた素子の静電破壊を抑制するように機能する。   The Zener diode ZD1 is configured as a protection diode, and is connected in parallel with the switch element T1 between the output terminal P1 and the power supply VDD. The Zener diode ZD1 has an anode connected to the output terminal P1 and the cathode of the Zener diode ZD2, and a cathode connected to the power supply VDD. The zener diode ZD2 is connected in parallel with the switch element T2 between the output terminal P1 and the ground GND. The Zener diode ZD1 has a cathode connected to the output terminal P1 and the anode of the Zener diode ZD1, and an anode connected to the ground GND. These Zener diodes ZD1 and ZD2 function to suppress electrostatic breakdown of elements provided in the semiconductor device 1 when static electricity is applied to the output terminal P1.

出力部10は、抵抗R1とコンデンサC1とを備えた積分回路として機能するものであり、抵抗R1とコンデンサC1とが直列に接続されており、抵抗R1とコンデンサC1の間の電位を出力としている。以下では、この出力を出力電圧Vcrと称する。抵抗R1は、一端側が電源VDD、スイッチ素子T1のソース端子、及びツェナーダイオードZD1のカソードにそれぞれ接続され、他端側が後述の比較部20の入力側及びコンデンサC1の一端側(グランドGNDとは反対側)に接続されている。コンデンサC1は、一端側が抵抗R1の他端側(電源VDDとは反対側)及び比較部20の入力側に接続されており、他端側がグランドGND、スイッチ素子T2のソース端子、及びツェナーダイオードZD2のアノードにそれぞれ接続されている。   The output unit 10 functions as an integrating circuit including a resistor R1 and a capacitor C1, and the resistor R1 and the capacitor C1 are connected in series, and the potential between the resistor R1 and the capacitor C1 is output. . Hereinafter, this output is referred to as an output voltage Vcr. The resistor R1 has one end connected to the power supply VDD, the source terminal of the switch element T1, and the cathode of the Zener diode ZD1, and the other end connected to the input side of the comparison unit 20 and one end side of the capacitor C1 (opposite of the ground GND). Side). One end of the capacitor C1 is connected to the other end of the resistor R1 (the side opposite to the power supply VDD) and the input side of the comparator 20, and the other end is connected to the ground GND, the source terminal of the switch element T2, and the Zener diode ZD2. Are respectively connected to the anodes.

比較部20は、出力部10からの出力電圧Vcrが閾値電圧Vthに達したか否かを判定するように機能する。この比較部20は、出力部10からの出力電圧Vcr(抵抗R1の他端側とコンデンサC1の一端側との間に接続される入力ラインの電圧)と閾値電圧Vth(基準電圧)と比較するコンパレータを備えており、出力部10の出力電圧Vcrが閾値電圧Vth(基準電圧)を下回っている場合には、Lレベル信号を出力し、出力部10の出力電圧Vcrが閾値電圧Vthを上回っている場合にはHレベル信号を出力するように構成されている。このコンパレータの一方の入力とされる基準電圧(閾値電圧Vth)については、例えば公知のレベル変換回路により、電源VDDとグランドGNDの電位差の所定割合(例えば1/2)だけグランド電位よりも高い基準電圧を生成し、これを閾値電圧Vthとして設定するようになっている。なお、以下では、閾値電圧Vthが、電源VDDとグランドGNDの電位差の1/2の値だけグランド電位よりも高くなるように設定される場合を代表例として説明する。   The comparison unit 20 functions to determine whether or not the output voltage Vcr from the output unit 10 has reached the threshold voltage Vth. The comparison unit 20 compares the output voltage Vcr from the output unit 10 (voltage of the input line connected between the other end side of the resistor R1 and one end side of the capacitor C1) and the threshold voltage Vth (reference voltage). A comparator is provided, and when the output voltage Vcr of the output unit 10 is lower than the threshold voltage Vth (reference voltage), an L level signal is output, and the output voltage Vcr of the output unit 10 exceeds the threshold voltage Vth. If so, an H level signal is output. The reference voltage (threshold voltage Vth) used as one input of the comparator is, for example, a reference higher than the ground potential by a predetermined ratio (for example, ½) of the potential difference between the power supply VDD and the ground GND by a known level conversion circuit. A voltage is generated and set as a threshold voltage Vth. Hereinafter, a case where the threshold voltage Vth is set to be higher than the ground potential by a value that is ½ of the potential difference between the power supply VDD and the ground GND will be described as a representative example.

切替部30は、比較部20において出力電圧Vcrが閾値(基準電圧Vth)に達したと判定されるまでは保護対象のスイッチ素子T1、T2を強制オフ状態とし、出力電圧Vcrが閾値(基準電圧Vth)に達したと判定された場合に保護対象のスイッチ素子T1、T2をオン許容状態とするように機能している。   The switching unit 30 forcibly turns off the switch elements T1 and T2 to be protected until the comparison unit 20 determines that the output voltage Vcr has reached the threshold value (reference voltage Vth), and the output voltage Vcr is set to the threshold value (reference voltage). When it is determined that it has reached Vth), the switch elements T1 and T2 to be protected function so as to be in an ON-permitted state.

この切替部30は、NAND回路31と、NOR回路32と、OR回路33と、AND回路34と、反転回路35とを備えている。NAND回路31の第1入力端子は、入力ラインINに接続されている。また、NAND回路31の第2入力端子は、比較部20の出力端子に接続されている。なお、入力ラインは外部から入力信号が与えられるラインであり、図1の例では、スイッチ素子T1をオン状態とし、スイッチ素子T2をオフ状態とするための信号を第1信号(Hレベル信号)とし、スイッチ素子T1をオフ状態とし、スイッチ素子T2をオン状態とする信号を第2信号(Lレベル信号)としている。   The switching unit 30 includes a NAND circuit 31, a NOR circuit 32, an OR circuit 33, an AND circuit 34, and an inverting circuit 35. A first input terminal of the NAND circuit 31 is connected to the input line IN. The second input terminal of the NAND circuit 31 is connected to the output terminal of the comparison unit 20. The input line is a line to which an input signal is applied from the outside. In the example of FIG. 1, a signal for turning on the switch element T1 and turning off the switch element T2 is a first signal (H level signal). A signal for turning off the switch element T1 and turning on the switch element T2 is a second signal (L level signal).

反転回路35は、比較部20の出力端子及びNAND回路31の第2入力端子に接続されており、比較部20の出力端子からの信号を反転して出力するように構成されている。   The inverting circuit 35 is connected to the output terminal of the comparison unit 20 and the second input terminal of the NAND circuit 31, and is configured to invert the signal from the output terminal of the comparison unit 20 and output it.

NOR回路32は、第1入力端子が反転回路35の出力端子に接続されており、第2入力端子が入力ラインIN及びNAND回路31の第1入力端子に接続されている。   The NOR circuit 32 has a first input terminal connected to the output terminal of the inverting circuit 35, and a second input terminal connected to the input line IN and the first input terminal of the NAND circuit 31.

OR回路33は、第1入力端子がNAND回路31の出力端子に接続されており、第2入力端子がAND回路34の出力端子及びスイッチ素子T2のゲート端子に接続されている。また、出力端子がスイッチ素子T1のゲート端子に接続されている。   The OR circuit 33 has a first input terminal connected to the output terminal of the NAND circuit 31, and a second input terminal connected to the output terminal of the AND circuit 34 and the gate terminal of the switch element T2. The output terminal is connected to the gate terminal of the switch element T1.

AND回路34は、第1入力端子がOR回路33の出力端子及びスイッチ素子T1のゲート端子に接続されており、第2入力端子がNOR回路32の出力端子に接続されている。また、出力端子がスイッチ素子T2のゲート端子に接続されている。   The AND circuit 34 has a first input terminal connected to the output terminal of the OR circuit 33 and the gate terminal of the switch element T 1, and a second input terminal connected to the output terminal of the NOR circuit 32. The output terminal is connected to the gate terminal of the switch element T2.

この切替部30では、図2で概念的に示すように、出力部10からの出力電圧VcrがLレベルのとき(即ち、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthを下回っている)ときには、入力ラインINの信号状態に関わらず、スイッチ素子T1(以下、Pchとも称する)及びスイッチ素子T2(以下、Nchとも称する)をオフ状態とするように動作している。   In the switching unit 30, as conceptually shown in FIG. 2, when the output voltage Vcr from the output unit 10 is at L level (that is, the output voltage Vcr is lower than the threshold voltage Vth), Regardless of the signal state, the switch element T1 (hereinafter also referred to as Pch) and the switch element T2 (hereinafter also referred to as Nch) are operated to be in an OFF state.

具体的には、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthを下回っている場合には、比較部20からLレベル信号が出力され、このLレベル信号がNAND回路31の第2入力端子に入力される。この場合、入力ラインINの状態に関係なくNAND回路31からは常にHレベル信号が出力されることになる。また、比較部20からLレベル信号が出力される場合、このLレベル信号は、反転回路35に入力され、NOR回路32の第1入力端子にはHレベル信号が入力されることになる。この場合、入力ラインINの状態に関係なくNOR回路32からは常にLレベル信号が出力されることになる。そして、NAND回路31からは常にHレベル信号が出力されるため、OR回路33からは常にHレベル信号が出力されることになり、OR回路33の出力がゲート端子に印加されるスイッチ素子T1はオフ状態で維持される。また、この場合、NOR回路32が常にLレベル信号を出力するため、AND回路34からは常にLレベル信号が出力され、AND回路34の出力がゲート端子に印加されるスイッチ素子T2はオフ状態で維持される。このように、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthを下回っている間はスイッチ素子T1、T2がいずれもオフ状態で維持されることになる。つまり、切替部30は、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthを下回っている間はスイッチ素子T1、T2を強制オフ状態で維持する。   Specifically, when the output voltage Vcr is lower than the threshold voltage Vth, an L level signal is output from the comparison unit 20, and this L level signal is input to the second input terminal of the NAND circuit 31. In this case, an H level signal is always output from the NAND circuit 31 regardless of the state of the input line IN. When the L level signal is output from the comparison unit 20, the L level signal is input to the inverting circuit 35, and the H level signal is input to the first input terminal of the NOR circuit 32. In this case, an L level signal is always output from the NOR circuit 32 regardless of the state of the input line IN. Since the H level signal is always output from the NAND circuit 31, the H level signal is always output from the OR circuit 33. The switch element T1 to which the output of the OR circuit 33 is applied to the gate terminal is Maintained in the off state. In this case, since the NOR circuit 32 always outputs the L level signal, the AND circuit 34 always outputs the L level signal, and the switch element T2 to which the output of the AND circuit 34 is applied to the gate terminal is in the OFF state. Maintained. Thus, while the output voltage Vcr is lower than the threshold voltage Vth, both the switch elements T1 and T2 are maintained in the off state. That is, the switching unit 30 maintains the switch elements T1 and T2 in the forced-off state while the output voltage Vcr is lower than the threshold voltage Vth.

一方、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthを上回っている場合には、比較部20からHレベル信号が出力され、このHレベル信号がNAND回路31の第2入力端子に入力される。この場合、NAND回路31は、入力ラインINがLレベルの場合にHレベルを出力し、入力ラインINがHレベルの場合にLレベルを出力する。つまり、入力ラインINの信号を反転して出力するように機能する。また、反転回路35は比較部20からのHレベル信号が入力されるため、Lレベル信号を出力し、NOR回路32の第1入力端子にはLレベル信号が入力され続ける。この場合、NOR回路32は、入力ラインINがLレベルの場合には、Hレベルを出力し、入力ラインINがHレベルの場合にはLレベルを出力する。つまり、入力ラインINの信号を反転して出力する。   On the other hand, when the output voltage Vcr exceeds the threshold voltage Vth, an H level signal is output from the comparison unit 20, and this H level signal is input to the second input terminal of the NAND circuit 31. In this case, the NAND circuit 31 outputs an H level when the input line IN is at an L level, and outputs an L level when the input line IN is at an H level. That is, it functions to invert and output the signal of the input line IN. Further, since the H level signal from the comparison unit 20 is input to the inverting circuit 35, the L level signal is output, and the L level signal is continuously input to the first input terminal of the NOR circuit 32. In this case, the NOR circuit 32 outputs the H level when the input line IN is at the L level, and outputs the L level when the input line IN is at the H level. That is, the signal of the input line IN is inverted and output.

上述したように、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthを上回っている場合には、NAND回路31及びNOR回路32のいずれもが入力ラインINの信号を反転して出力することになる。この場合、入力ラインINがLレベルの場合には、NAND回路31からHレベル信号が出力されてOR回路33からはHレベルが出力され、スイッチ素子T1のゲート端子にHレベル信号が印加されるため、スイッチ素子T1はオフ状態となる。また、このように入力ラインINがLレベルの場合、NOR回路32からはHレベルが出力されてAND回路34の第2入力端子に入力され、AND回路34の第1入力端子には、OR回路33から出力されたHレベル信号が出力されるため、AND回路34からはHレベル信号が出力される。従って、スイッチ素子T2のゲート端子にはHレベル信号が印加されるため、スイッチ素子T2はオン状態となる。   As described above, when the output voltage Vcr exceeds the threshold voltage Vth, both the NAND circuit 31 and the NOR circuit 32 invert the signal of the input line IN and output it. In this case, when the input line IN is at the L level, the H level signal is output from the NAND circuit 31, the H level is output from the OR circuit 33, and the H level signal is applied to the gate terminal of the switch element T1. Therefore, the switch element T1 is turned off. When the input line IN is at the L level as described above, the NOR level 32 is output at the H level and input to the second input terminal of the AND circuit 34. The AND circuit 34 has an OR circuit connected to the first input terminal. Since the H level signal output from 33 is output, the AND circuit 34 outputs the H level signal. Accordingly, since the H level signal is applied to the gate terminal of the switch element T2, the switch element T2 is turned on.

また、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthを上回っている場合において、入力ラインINがHレベルの場合には、NOR回路32からLレベル信号が出力されて、AND回路34からもLレベル信号が出力される。従って、このAND回路34からの出力(Lレベルの出力)がゲート端子に印加されるスイッチ素子T2は、オフ状態で維持される。また、AND回路34からのLレベルの出力はOR回路33の第2入力端子に入力され、OR回路33の第2入力端子はLレベルで維持されることになる。また、入力ラインINがHレベルの場合には、NAND回路31からはLレベルの信号が出力されてOR回路33の第1入力端子に入力されるため、OR回路33からはLレベルの信号が出力されることになる。従って、このOR回路33からの出力(Lレベルの出力)がゲート端子に印加されるスイッチ素子T1は、オン状態となる。   When the output voltage Vcr exceeds the threshold voltage Vth and the input line IN is at the H level, an L level signal is output from the NOR circuit 32 and an L level signal is also output from the AND circuit 34. The Therefore, the switch element T2 to which the output (L level output) from the AND circuit 34 is applied to the gate terminal is maintained in the OFF state. The L level output from the AND circuit 34 is input to the second input terminal of the OR circuit 33, and the second input terminal of the OR circuit 33 is maintained at the L level. Further, when the input line IN is at the H level, an L level signal is output from the NAND circuit 31 and is input to the first input terminal of the OR circuit 33, so that an L level signal is output from the OR circuit 33. Will be output. Therefore, the switch element T1 to which the output from the OR circuit 33 (L level output) is applied to the gate terminal is turned on.

以上のように、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthを上回っている場合には、入力ラインINの入力が反転されてスイッチ素子T1、T2に入力されることになり、スイッチ素子T1、T2は入力ラインINの状態に応じて動作することになる。即ち、入力ラインINがLレベルの場合には、スイッチ素子T1、T2のゲート端子にHレベル信号が入力され、スイッチ素子T1(Pch)はオフ状態、スイッチ素子T2(Nch)はオン状態となる(図2参照)。また、入力ラインINがHレベルの場合には、スイッチ素子T1、T2のゲート端子にLレベル信号が入力され、スイッチ素子T1はオン状態、スイッチ素子T2はオフ状態となる。つまり、切替部30は、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthを上回っている場合には、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthを下回っているときの強制オフ状態を解除し、スイッチ素子T1、T2をオン許容状態とするように機能している。   As described above, when the output voltage Vcr exceeds the threshold voltage Vth, the input of the input line IN is inverted and input to the switch elements T1 and T2, and the switch elements T1 and T2 are input to the input line. It operates according to the state of IN. That is, when the input line IN is at the L level, an H level signal is input to the gate terminals of the switch elements T1 and T2, the switch element T1 (Pch) is turned off, and the switch element T2 (Nch) is turned on. (See FIG. 2). When the input line IN is at the H level, an L level signal is input to the gate terminals of the switch elements T1 and T2, and the switch element T1 is turned on and the switch element T2 is turned off. That is, when the output voltage Vcr is higher than the threshold voltage Vth, the switching unit 30 cancels the forced OFF state when the output voltage Vcr is lower than the threshold voltage Vth, and allows the switch elements T1 and T2 to be turned on. It is functioning as a state.

次に、静電気により通常使用時の電圧よりも高い電圧が出力端子P1とグランドGNDとの間に印加された場合(グランド基準、正印加の場合)について説明する。出力端子P1に例えば正の電圧Vzが印加された場合、出力端子P1から保護用のツェナーダイオードZD1を通じて電流が流れ、電源VDD側の電圧が上昇する。なお、以下では上昇後のVDD側の電圧をVe1とし、後述するHBM(Human Body Model)評価の場合ではVe1はVz−Vfとなる。そして、電源VDD側の電圧がVe1に上昇するのに伴い、出力部10の出力電圧Vcrは徐々に上昇し、一定時間経過後にVth(電源VDDとグランドGNDの電位差の所定割合(例えば1/2)だけグランド電位よりも高い閾値電圧)に達することになる。この構成では、出力端子P1に高電圧が印加されたときでも、出力部10からの出力は急激に上昇せずに所定の時定数で変化することになり、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthに達するまでの一定時間は比較部20からの出力はLレベルで維持されることになる。   Next, a case where a voltage higher than the voltage during normal use is applied between the output terminal P1 and the ground GND due to static electricity (ground reference, positive application) will be described. For example, when a positive voltage Vz is applied to the output terminal P1, a current flows from the output terminal P1 through the protective Zener diode ZD1, and the voltage on the power supply VDD side rises. In the following, the voltage on the VDD side after the rise is Ve1, and in the case of HBM (Human Body Model) evaluation described later, Ve1 is Vz−Vf. As the voltage on the power supply VDD side increases to Ve1, the output voltage Vcr of the output unit 10 gradually increases, and after a predetermined time has elapsed, Vth (a predetermined ratio of the potential difference between the power supply VDD and the ground GND (for example, 1/2) ) Only reaches a threshold voltage higher than the ground potential). In this configuration, even when a high voltage is applied to the output terminal P1, the output from the output unit 10 does not rapidly increase but changes with a predetermined time constant, and the output voltage Vcr reaches the threshold voltage Vth. The output from the comparison unit 20 is maintained at the L level for a certain period of time.

この場合、スイッチ素子T2を保護対象素子とし、グランドGND(低電位側電源)が基準部となる。また、ツェナーダイオードZD2が第1保護素子となり、出力端子P1に所定のブレーク電圧を超えるサージ電圧が印加されたときに一端側と他端側とが通電するように機能する。また、電源VDD(高電位側電源)が「他方部」となり、電源VDDと出力端子P1の間に配置されるツェナーダイオードZD1が第2保護素子に相当することになる。そして、ツェナーダイオードZD1は、出力端子P1にサージ電圧Vzが印加されたときに通電されて電源VDD側に駆動電圧(Ve1:HBMの場合はVz−Vf)を発生させるように機能することになる。上述の保護回路(無効化手段)は、駆動電圧(Ve)が発生する電源VDD側に接続されており、出力端子P1へのサージ電圧Vzの印加によって駆動電圧(Ve1)が発生した場合に、当該駆動電圧(Ve1)の発生後の所定時間、スイッチ素子T1、T2のゲート端子(制御入力端子)への通電信号の入力を無効化し、所定時間の経過後に無効化を解除するように機能することになる。   In this case, the switch element T2 is the protection target element, and the ground GND (low potential side power supply) is the reference portion. Also, the Zener diode ZD2 serves as a first protection element, and functions so that one end side and the other end side are energized when a surge voltage exceeding a predetermined break voltage is applied to the output terminal P1. Further, the power supply VDD (high potential side power supply) becomes the “other part”, and the Zener diode ZD1 disposed between the power supply VDD and the output terminal P1 corresponds to the second protection element. The Zener diode ZD1 is energized when the surge voltage Vz is applied to the output terminal P1, and functions to generate a drive voltage (Vz-Vf in the case of Ve1: HBM) on the power supply VDD side. . The protection circuit (invalidating means) described above is connected to the power supply VDD side where the drive voltage (Ve) is generated, and when the drive voltage (Ve1) is generated by applying the surge voltage Vz to the output terminal P1, It functions to invalidate the input of energization signals to the gate terminals (control input terminals) of the switch elements T1 and T2 for a predetermined time after the generation of the drive voltage (Ve1), and to cancel the invalidation after the lapse of the predetermined time. It will be.

次に、静電気により通常使用時の電圧よりも低い電圧が出力端子P1と電源VDDとの間に印加された場合(電源VDD基準、負印加の場合)について説明する。出力端子P1に例えば負の電圧−Vzが印加された場合、保護用のツェナーダイオードZD2を通じて電流が流れ、グランドGND側の電圧は急激に変化する。以下では、この変化後の電圧を−Ve2とし、後述するHBM評価の場合には、−Ve2は、−Vz+Vfとなる。そして、このようにグランドGND側の電圧が急激に−Ve2となった後には、出力部10の出力電圧Vcrは徐々に上昇し、一定時間経過後にVth(電源VDDとグランドGNDの電位差の所定割合(例えば1/2)だけグランド電位よりも高い閾値電圧)に達することになる。この構成では、出力端子P1に大きな負電圧が印加されたときでも、出力部10からの出力は急激に上昇せずに所定の時定数で変化することになり、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthに達するまでの一定時間は比較部20からの出力はLレベルで維持されることになる。   Next, the case where a voltage lower than the voltage during normal use is applied between the output terminal P1 and the power supply VDD due to static electricity (when the power supply VDD is a reference, negative application) will be described. For example, when a negative voltage −Vz is applied to the output terminal P1, a current flows through the protective Zener diode ZD2, and the voltage on the ground GND side changes rapidly. In the following, the voltage after this change is assumed to be −Ve2, and in the case of HBM evaluation described later, −Ve2 becomes −Vz + Vf. After the voltage on the ground GND side suddenly becomes −Ve2 in this way, the output voltage Vcr of the output unit 10 gradually increases, and after a predetermined time has passed, Vth (a predetermined ratio of the potential difference between the power supply VDD and the ground GND). (For example, a threshold voltage higher than the ground potential by 1/2). In this configuration, even when a large negative voltage is applied to the output terminal P1, the output from the output unit 10 does not rapidly increase but changes with a predetermined time constant, and the output voltage Vcr becomes the threshold voltage Vth. The output from the comparison unit 20 is maintained at the L level for a certain time until it reaches.

この場合、スイッチ素子T1を保護対象素子とし、電源VDD(高電位側電源)が基準部となる。そして、ツェナーダイオードZD1が第1保護素子に相当し、出力端子P1に所定のブレーク電圧を超えるサージ電圧が印加されたときに一端側と他端側とが通電するように機能する。また、グランドGND(低電位側電源)が「他方部」となり、グランドGNDと出力端子P1の間に設けられるツェナーダイオードZD2が第2保護素子に相当する。そして、ツェナーダイオードZD2は、出力端子P1にサージ電圧−Vzが印加されたときに通電されてグランドGNDの側に駆動電圧(−Ve2:後述するHBM評価では−Vz+Vf)を発生させるように機能することになる。そして、上記保護回路(無効化手段)は、グランドGND(低電位側電源)に接続され、出力端子P1へのサージ電圧−Vzの印加によって駆動電圧(−Ve2)が発生した場合に、当該駆動電圧(−−Ve2)の発生後の所定時間、スイッチ素子T1のゲート(制御入力端子)への通電信号の入力を無効化し、所定時間の経過後に無効化を解除するように機能する。   In this case, the switch element T1 is the protection target element, and the power supply VDD (high potential side power supply) is the reference portion. The Zener diode ZD1 corresponds to the first protection element, and functions so that one end side and the other end side are energized when a surge voltage exceeding a predetermined break voltage is applied to the output terminal P1. Further, the ground GND (low potential side power supply) is the “other part”, and the Zener diode ZD2 provided between the ground GND and the output terminal P1 corresponds to the second protection element. The Zener diode ZD2 is energized when the surge voltage −Vz is applied to the output terminal P1, and functions to generate a drive voltage (−Ve2: −Vz + Vf in the HBM evaluation described later) on the ground GND side. It will be. The protection circuit (invalidating means) is connected to the ground GND (low potential side power supply), and when the drive voltage (-Ve2) is generated by applying the surge voltage -Vz to the output terminal P1, the drive circuit It functions to invalidate the input of the energization signal to the gate (control input terminal) of the switch element T1 for a predetermined time after the voltage (--Ve2) is generated, and to cancel the invalidation after the elapse of the predetermined time.

本実施形態では、出力部10、比較部20、切替部30によって構成される保護回路が「無効化手段」の一例に相当し、出力部10は、前記他方部(基準部とは逆側の電源)に接続されるラインにサージ電圧が印加されているときに所定の時定数で出力電圧Vcrを変化させるように機能している。例えば、電源VDD(高電位側電源)を「他方部」とする場合(グランド基準、正印加の場合)、出力部10は、電源VDDに接続されるライン(電源VDDから出力部10に至るまでのライン)にサージ電圧が回り込んだときに所定の時定数で出力電圧Vcrを変化させ、比較部20は、出力部10からの出力電圧Vcrが閾値Vthに達したか否かを判定することになる。そして、切替部30は、比較部20において出力電圧Vcrが閾値Vthに達したと判定されるまではスイッチ素子T1、T2を強制オフ状態とし、出力電圧Vcrが閾値Vthに達したと判定された場合にスイッチ素子T1、T2をオン許容状態とするように機能する。また、グランドGND(低電位側電源)を「他方部」とする場合(電源VDD基準、負印加の場合)、出力部10は、グランドGNDに接続されるライン(グランドGNDから出力部10に至るライン)にサージ電圧が回り込んだときに所定の時定数で出力電圧Vcrを変化させ、比較部20は、出力部10からの出力電圧Vcrが閾値Vthに達したか否かを判定することになる。そして、切替部30は、比較部20において出力電圧Vcrが閾値Vthに達したと判定されるまではスイッチ素子T1、T2を強制オフ状態とし、出力電圧Vcrが閾値Vthに達したと判定された場合にスイッチ素子T1、T2をオン許容状態とするように機能する。
いずれの場合でも、出力端子P1にサージ電圧が印加されて出力部10に回り込んだときに、出力部10は所定の時定数で出力電圧Vcrが変化することになり、この出力電圧Vcrは、サージ電圧の印加からある程度遅れて閾値Vthに接近することになり、切替部30は、出力部10からの出力電圧Vcrが閾値Vthに達するまでの一定期間はスイッチ素子T1、T2を強制的にオフ状態とするように動作する。
In the present embodiment, the protection circuit configured by the output unit 10, the comparison unit 20, and the switching unit 30 corresponds to an example of “invalidating means”, and the output unit 10 includes the other unit (the side opposite to the reference unit). It functions to change the output voltage Vcr with a predetermined time constant when a surge voltage is applied to the line connected to the power source. For example, when the power supply VDD (high potential side power supply) is set as the “other part” (ground reference, positive application), the output unit 10 is connected to the power supply VDD (from the power supply VDD to the output unit 10). The output voltage Vcr is changed with a predetermined time constant when the surge voltage wraps around the line), and the comparison unit 20 determines whether or not the output voltage Vcr from the output unit 10 has reached the threshold value Vth. become. Then, the switching unit 30 forcibly turns off the switch elements T1 and T2 until the comparison unit 20 determines that the output voltage Vcr has reached the threshold value Vth, and has determined that the output voltage Vcr has reached the threshold value Vth. In this case, the switch elements T1 and T2 function to be in an on-allowed state. Further, when the ground GND (low potential side power supply) is set to the “other part” (power supply VDD reference, negative application), the output unit 10 is connected to the ground GND (from the ground GND to the output unit 10). The output voltage Vcr is changed with a predetermined time constant when the surge voltage wraps around the line), and the comparison unit 20 determines whether or not the output voltage Vcr from the output unit 10 has reached the threshold value Vth. Become. Then, the switching unit 30 forcibly turns off the switch elements T1 and T2 until the comparison unit 20 determines that the output voltage Vcr has reached the threshold value Vth, and has determined that the output voltage Vcr has reached the threshold value Vth. In this case, the switch elements T1 and T2 function to be in an on-allowed state.
In any case, when a surge voltage is applied to the output terminal P1 and wraps around the output unit 10, the output unit 10 changes the output voltage Vcr with a predetermined time constant, and the output voltage Vcr is The switching unit 30 forcibly turns off the switch elements T1 and T2 for a certain period until the output voltage Vcr from the output unit 10 reaches the threshold value Vth after a certain delay from the application of the surge voltage. Operates to state.

次に、スイッチ素子T1、T2のESD耐圧について、図面を参照して説明する。図3、図4は、規定のHBM(Human Body Model)試験で評価した場合の出力端子P1の電圧(OUT)、電源VDD側の電圧、比較部20の閾値電圧Vth、出力部10の出力電圧Vcrのそれぞれの変化を示すグラフである。なお、図3は、グランドGNDを基準部とし、出力端子P1に正電圧を印加した場合を示すものであり、図4は、電源VDDを基準部とし、出力端子P1に負電圧を印加した場合を示すものである。なお、このHBM評価では、電源VDD側に電源電圧(実際の使用時の電源電圧)を印加せずに評価している。   Next, the ESD withstand voltage of the switch elements T1, T2 will be described with reference to the drawings. 3 and 4 show the voltage (OUT) of the output terminal P1, the voltage on the power supply VDD side, the threshold voltage Vth of the comparison unit 20, and the output voltage of the output unit 10 when evaluated in a specified HBM (Human Body Model) test. It is a graph which shows each change of Vcr. 3 shows the case where the ground GND is used as a reference part and a positive voltage is applied to the output terminal P1, and FIG. 4 shows the case where the power supply VDD is used as a reference part and a negative voltage is applied to the output terminal P1. Is shown. In this HBM evaluation, evaluation is performed without applying a power supply voltage (power supply voltage during actual use) to the power supply VDD side.

図3の例では、被試験デバイスである半導体装置1のグランドGNDと出力端子P1との間に容量100pFの充放電キャパシタを接続し、充放電キャパシタと出力端子P1の間には、抵抗値1.5kΩの抵抗を接続している。そして、充放電キャパシタに電源を用いて電力を供給してチャージし、その後、充放電キャパシタを放電して出力端子P1に正電圧を印加するように動作させている。この場合、図3のように正電圧が印加された時間t1で、出力端子P1(OUT)には正電圧Vzが印加されることになり、時間t1の時点でVDD側の電圧はVz−Vfに急上昇する。一方、出力部10の出力電圧Vcrは、所定の時定数で徐々に立ち上がることになる。また、閾値電圧Vthは、電源VDD側の電圧の1/2となるように推移する。時間t1から時間t2までの所定時間は、出力電圧Vcrは閾値電圧Vthに到達しないため、比較部20からはLレベル信号が出力されることになり、スイッチ素子T1、T2は入力ラインINの状態に関係なく強制的にオフ状態とされて保護される。一方、所定時間が経過したt2の時点で出力電圧Vcrが閾値電圧Vthに到達し、比較部20からHレベル信号が出力されるため、この後には、スイッチ素子T1、T2は、入力ラインINの状態に応じて動作する。   In the example of FIG. 3, a charge / discharge capacitor having a capacity of 100 pF is connected between the ground GND of the semiconductor device 1 being the device under test and the output terminal P1, and a resistance value of 1 is provided between the charge / discharge capacitor and the output terminal P1. .5 kΩ resistor is connected. Then, power is supplied to the charge / discharge capacitor by using a power supply to charge, and then the charge / discharge capacitor is discharged to operate so as to apply a positive voltage to the output terminal P1. In this case, the positive voltage Vz is applied to the output terminal P1 (OUT) at the time t1 when the positive voltage is applied as shown in FIG. 3, and the voltage on the VDD side is Vz−Vf at the time t1. Soaring. On the other hand, the output voltage Vcr of the output unit 10 gradually rises with a predetermined time constant. Further, the threshold voltage Vth changes so as to be ½ of the voltage on the power supply VDD side. Since the output voltage Vcr does not reach the threshold voltage Vth during a predetermined time from the time t1 to the time t2, an L level signal is output from the comparison unit 20, and the switch elements T1 and T2 are in the state of the input line IN. Regardless of whether it is forcibly turned off and protected. On the other hand, since the output voltage Vcr reaches the threshold voltage Vth at time t2 when the predetermined time has elapsed and the H level signal is output from the comparison unit 20, the switch elements T1 and T2 are connected to the input line IN. Operates according to the state.

図4の例では、被試験デバイスである半導体装置1の電源VDDと出力端子P1との間に容量100pFの充放電キャパシタを接続し、充放電キャパシタと出力端子P1の間には、抵抗値1.5kΩの抵抗を接続している。そして、充放電キャパシタに電源を用いて電力を供給してチャージし、その後、充放電キャパシタを放電して出力端子P1に負電圧を印加するように動作させている。この場合、図4のように負電圧が印加された時間t1で、出力端子P1(OUT)には負電圧−Vzが印加されることになり、時間t1の時点でグランドGND側の電圧は−Vz+Vfに変化する。一方、出力部10の出力電圧Vcrは、所定の時定数で徐々に立ち上がることになる。また、閾値電圧Vthは、グランドGNDの電位よりも、電源VDDとグランドGNDの電位差の1/2分だけ高くなるように推移する。時間t1から時間t2までの所定時間は、出力電圧Vcrは閾値電圧Vthに到達しないため、比較部20からはLレベル信号が出力されることになり、スイッチ素子T1、T2は入力ラインINの状態に関係なく強制的にオフ状態とされて保護される。一方、所定時間が経過したt2の時点で出力電圧Vcrが閾値電圧Vthに到達し、比較部20からHレベル信号が出力されるため、この後には、スイッチ素子T1、T2は、入力ラインINの状態に応じて動作する。   In the example of FIG. 4, a charge / discharge capacitor having a capacity of 100 pF is connected between the power supply VDD of the semiconductor device 1 being the device under test and the output terminal P1, and a resistance value of 1 is provided between the charge / discharge capacitor and the output terminal P1. .5 kΩ resistor is connected. And it is made to operate | move so that electric power may be supplied and charged using a power supply to a charging / discharging capacitor, and a charging / discharging capacitor may be discharged after that, and a negative voltage may be applied to output terminal P1. In this case, the negative voltage −Vz is applied to the output terminal P1 (OUT) at the time t1 when the negative voltage is applied as shown in FIG. 4, and the voltage on the ground GND side at the time t1 is − It changes to Vz + Vf. On the other hand, the output voltage Vcr of the output unit 10 gradually rises with a predetermined time constant. The threshold voltage Vth changes so as to be higher than the potential of the ground GND by ½ of the potential difference between the power supply VDD and the ground GND. Since the output voltage Vcr does not reach the threshold voltage Vth during a predetermined time from the time t1 to the time t2, an L level signal is output from the comparison unit 20, and the switch elements T1 and T2 are in the state of the input line IN. Regardless of whether it is forcibly turned off and protected. On the other hand, since the output voltage Vcr reaches the threshold voltage Vth at time t2 when the predetermined time has elapsed and the H level signal is output from the comparison unit 20, the switch elements T1 and T2 are connected to the input line IN. Operates according to the state.

(第1実施形態の主な効果)
上記半導体装置1では、出力端子P1にサージ電圧が印加されたときに、印加端子から電源側に電流が回り込み、電源電圧が一時的に上昇する点に着目し、低電位側電源を基準部とする場合でも、高電位側電源を基準部とする場合でも、サージ電圧の印加直後の期間において強制的に制御入力端子への通電信号の入力を無効化し、スイッチ素子を強制的にオフ状態としている。このように、端子にサージ電圧が印加されているときに印加端子から回り込む電流を利用して、サージ電圧が印加される一定期間の間、強制的にスイッチをオフ状態に維持することができるため、サージ電圧に起因する大電流がスイッチ素子に流れることを防止することができ、スイッチ素子の熱破壊等をより確実に防ぐことができる。
また、所定時間経過後には通電信号の入力の無効化を解除して強制的なオフ状態を解除することができるため、通常使用する際には問題なく規定の動作を行うことができる。
(Main effects of the first embodiment)
In the semiconductor device 1, focusing on the point that when a surge voltage is applied to the output terminal P 1, current flows from the application terminal to the power supply side and the power supply voltage temporarily rises, the low-potential-side power supply is used as the reference portion. Even when the high-potential side power supply is used as a reference part, the input of the energization signal to the control input terminal is forcibly disabled and the switch element is forcibly turned off in the period immediately after the surge voltage is applied. . In this way, the switch can be forcibly maintained in the OFF state for a certain period of time during which the surge voltage is applied by using the current that flows from the application terminal when the surge voltage is applied to the terminal. Thus, it is possible to prevent a large current due to the surge voltage from flowing to the switch element, and to more reliably prevent thermal destruction of the switch element.
Further, after the predetermined time elapses, it is possible to cancel the invalidation of the input of the energization signal and cancel the forced off state, so that it is possible to perform a specified operation without any problem during normal use.

また、無効化手段は、前記他方部(基準部とは逆側の電源)に接続されるラインにサージ電圧が印加されているときに所定の時定数で出力電圧を変化させる出力部10と、出力部10からの出力電圧Vcrが閾値電圧Vthに達したか否かを判定する比較部20と、比較部20において出力電圧Vcrが閾値電圧Vthに達したと判定されるまではスイッチ素子を強制オフ状態とし、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthに達したと判定された場合にスイッチ素子をオン許容状態とする切替部30とを有している。
この構成では、出力端子P1にサージ電圧が印加されて出力部10に回り込んだときに、出力部10は所定の時定数で出力電圧Vcrが変化し、この出力電圧Vcrはある程度遅れて閾値電圧Vthに接近することになる。そして、切替部30は、出力部10からの出力電圧Vcrが閾値電圧Vthに達するまでの一定期間はスイッチ素子を強制的にオフ状態とするように動作する。このように、サージ電圧が回りこんだ直後にスイッチ素子を一定期間安定的にオフ状態(動作規制状態)とし、一定時間経過後にスイッチ素子を安定的にオン許容状態(復帰状態)とし得る構成をより簡易に実現できる。
The invalidating means includes an output unit 10 that changes an output voltage with a predetermined time constant when a surge voltage is applied to a line connected to the other part (a power source opposite to the reference unit), The comparison unit 20 that determines whether or not the output voltage Vcr from the output unit 10 has reached the threshold voltage Vth, and the switch element is forced until the comparison unit 20 determines that the output voltage Vcr has reached the threshold voltage Vth The switching unit 30 is set to an off state, and when the output voltage Vcr is determined to have reached the threshold voltage Vth, the switching element is set to an on-allowed state.
In this configuration, when a surge voltage is applied to the output terminal P1 and wraps around the output unit 10, the output unit 10 changes the output voltage Vcr with a predetermined time constant, and this output voltage Vcr is delayed to some extent by a threshold voltage. It approaches Vth. The switching unit 30 operates to forcibly turn off the switch element for a certain period until the output voltage Vcr from the output unit 10 reaches the threshold voltage Vth. In this manner, the switch element can be stably turned off (operation restricted state) for a certain period of time immediately after the surge voltage has circulated, and the switch element can be stably turned on (returned) after a certain period of time. It can be realized more easily.

また、スイッチ素子T1は、当該スイッチ素子T1のゲート(制御入力端子)に入力される信号に応じて出力端子P1と電源VDD(高電位側電源)との間の通電路を導通状態又は非導通状態に切り替える構成をなしている。そして、出力端子P1と電源VDDとの間においてスイッチ素子T1と並列に、出力端子P1の側をアノードとし電源VDDの側をカソードとするツェナーダイオードZD1が接続されている。さらに、出力端子P1とグランドGNDとの間には、出力端子P1の側をカソードとしグランドGNDの側をアノードとするツェナーダイオードZD2が接続されている。
この構成によれば、スイッチ素子T1によってハイサイド駆動を行う構成を好適に実現しつつ、出力端子P1にサージ電圧が印加されたときにこのスイッチ素子T1に不具合(サージ電圧に起因する熱破壊等)が生じることをより確実に防ぐことができる。
Further, the switch element T1 is in a conductive state or a non-conductive state in an energization path between the output terminal P1 and the power supply VDD (high potential side power supply) according to a signal input to the gate (control input terminal) of the switch element T1. It is configured to switch to the state. A Zener diode ZD1 having an output terminal P1 side as an anode and a power supply VDD side as a cathode is connected between the output terminal P1 and the power supply VDD in parallel with the switch element T1. Further, a Zener diode ZD2 having a cathode on the output terminal P1 side and an anode on the ground GND side is connected between the output terminal P1 and the ground GND.
According to this configuration, a configuration in which high-side driving is performed by the switch element T1 is preferably realized, and when a surge voltage is applied to the output terminal P1, the switch element T1 has a problem (such as thermal destruction caused by the surge voltage). ) Can be prevented more reliably.

同様に、スイッチ素子T2は、当該スイッチ素子T2のゲート(制御入力端子)に入力される信号に応じて出力端子P1とグランドGNDとの間の通電路を導通状態又は非導通状態に切り替える構成をなしている。そして、出力端子P1とグランドGNDとの間においてスイッチ素子T2と並列に、出力端子P1の側をカソードとしグランドGNDの側をアノードとするツェナーダイオードZD2が接続されている。そして、出力端子P1と電源VDDとの間には、出力端子P1の側をアノードとし電源VDDの側をカソードとするツェナーダイオードZD1が接続されている。
この構成によれば、スイッチ素子T2によってローサイド駆動を行う構成を好適に実現しつつ、出力端子P1にサージ電圧が印加されたときにこのスイッチ素子T2に不具合(サージ電圧に起因する熱破壊等)が生じることをより確実に防ぐことができる。
Similarly, the switch element T2 is configured to switch the conduction path between the output terminal P1 and the ground GND to a conductive state or a nonconductive state according to a signal input to the gate (control input terminal) of the switch element T2. There is no. A Zener diode ZD2 having a cathode on the output terminal P1 side and an anode on the ground GND side is connected in parallel with the switch element T2 between the output terminal P1 and the ground GND. A Zener diode ZD1 having an anode on the output terminal P1 side and a cathode on the power source VDD side is connected between the output terminal P1 and the power source VDD.
According to this configuration, a configuration in which low-side driving is performed by the switch element T2 is suitably realized, and when the surge voltage is applied to the output terminal P1, this switch element T2 has a defect (thermal destruction caused by the surge voltage). Can be prevented more reliably.

[第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明する。
図5は、第2実施形態に係る半導体装置を概略的に例示する回路図である。図6は、第2実施形態の変更例1に係る半導体装置を概略的に例示する回路図である。図7は、第2実施形態の変更例2に係る半導体装置を概略的に例示する回路図である。図8は、第2実施形態の変更例3に係る半導体装置を概略的に例示する回路図である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 5 is a circuit diagram schematically illustrating a semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 6 is a circuit diagram schematically illustrating a semiconductor device according to Modification 1 of the second embodiment. FIG. 7 is a circuit diagram schematically illustrating a semiconductor device according to Modification 2 of the second embodiment. FIG. 8 is a circuit diagram schematically illustrating a semiconductor device according to Modification 3 of the second embodiment.

図5の構成は、図1の構成に対してパワーオンリセット回路201を追加した点が第1実施形態と異なり、それ以外の構成は、第1実施形態と同様である。従って、第1実施形態と同様の構成については、第1実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。   The configuration of FIG. 5 is different from that of the first embodiment in that a power-on reset circuit 201 is added to the configuration of FIG. 1, and the other configurations are the same as those of the first embodiment. Accordingly, the same configurations as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.

パワーオンリセット回路201は、「信号出力回路」の一例に相当するものであり、グランドGNDに対する電源VDD側の電位を入力とし、この入力電圧が所定値を超えるときにHレベルの信号を出力し続け、この入力電圧が所定値に達しない間はLレベル信号を出力し続けるように構成されている。   The power-on reset circuit 201 corresponds to an example of a “signal output circuit”. The power-on reset circuit 201 inputs a potential on the power supply VDD side with respect to the ground GND, and outputs an H level signal when the input voltage exceeds a predetermined value. Subsequently, while the input voltage does not reach a predetermined value, the L level signal is continuously output.

この構成では、例えば、出力端子P1に例えば正の電圧Vzが印加された場合、出力端子P1から保護用のツェナーダイオードZD1を通じて電流が流れ、電源VDD側の電圧がVe1上昇する。このように電源VDD側の電圧がVe1に上昇する過程で、電源VDD側の電圧が所定値(パワーオンリセット回路201の閾値)となるまでは、出力部10には電圧が印加されなくなる。そして、電源VDD側の電圧が所定値となってから、パワーオンリセット回路201からHレベル信号が出力され、その出力時点から出力電圧Vcrの上昇が始まることになる。出力部10は、パワーオンリセット回路201からHレベル信号が出力されてから、所定の時定数で出力電圧が上昇するように動作することになる。なお、比較部20、切替部30等の動作は第1実施形態と同様である。   In this configuration, for example, when a positive voltage Vz is applied to the output terminal P1, for example, a current flows from the output terminal P1 through the protective Zener diode ZD1, and the voltage on the power supply VDD side increases by Ve1. Thus, in the process in which the voltage on the power supply VDD side rises to Ve1, no voltage is applied to the output unit 10 until the voltage on the power supply VDD side reaches a predetermined value (threshold value of the power-on reset circuit 201). Then, after the voltage on the power supply VDD side becomes a predetermined value, an H level signal is output from the power-on reset circuit 201, and the output voltage Vcr starts to increase from the output time point. The output unit 10 operates so that the output voltage increases with a predetermined time constant after the H level signal is output from the power-on reset circuit 201. The operations of the comparison unit 20 and the switching unit 30 are the same as those in the first embodiment.

この構成では、サージ電圧の印加からある程度の時間(「他方部」に接続されるラインの電圧が所定電圧に達するまでの時間)は、出力部10に電圧が印加されることを抑えることができ、出力部10に対する遅れを生じさせることができる。そして、出力部10は、パワーオンリセット回路201(信号出力回路)での遅れの時間が経過してから(即ち、信号出力回路からの出力が開始されてから)、所定の時定数で出力電圧を変化させることになるため、出力部10ではより一層遅れを生じさせやすくなる。従って、このような信号出力回路を設けない構成と比較して相対的に時定数を低くしやすく、出力部10の回路規模を抑え易くなる。   In this configuration, the voltage applied to the output unit 10 can be suppressed for a certain period of time after the surge voltage is applied (the time until the voltage of the line connected to the “other part” reaches a predetermined voltage). A delay with respect to the output unit 10 can be caused. The output unit 10 outputs the output voltage with a predetermined time constant after the delay time in the power-on reset circuit 201 (signal output circuit) has elapsed (that is, after the output from the signal output circuit is started). Therefore, the output unit 10 is more likely to cause a delay. Therefore, the time constant can be relatively lowered and the circuit scale of the output unit 10 can be easily suppressed as compared with a configuration in which such a signal output circuit is not provided.

[他の実施形態]
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the embodiments described with reference to the above description and drawings. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

図5の構成に代えて、図6〜図8のような構成を採用してもよい。図6の半導体装置210では、パワーオンリセット回路201に代えて、他の基準電圧生成回路211が設けられている。この基準電圧生成回路211は、所定の基準電圧を生成する回路であり、バンドギャップレギュレータや抵抗分圧などによって基準電圧を生成する公知の基準電圧回路として構成されている。また、図6のような基準電圧生成回路211に代えて、図7のような電源回路221を設けるようにしてもよい。図7の半導体装置220では、電源回路221が公知の電源回路として構成されており、所定の電源電圧を出力するように構成されている。また、図8の半導体装置230ように、車載バッテリの電源電圧やIG電源の電源電圧が出力部10に入力されるように構成されていてもよい。   Instead of the configuration in FIG. 5, configurations as in FIGS. 6 to 8 may be adopted. In the semiconductor device 210 of FIG. 6, another reference voltage generation circuit 211 is provided instead of the power-on reset circuit 201. The reference voltage generation circuit 211 is a circuit that generates a predetermined reference voltage, and is configured as a known reference voltage circuit that generates a reference voltage using a band gap regulator, a resistance voltage divider, or the like. Further, a power supply circuit 221 as shown in FIG. 7 may be provided instead of the reference voltage generation circuit 211 as shown in FIG. In the semiconductor device 220 of FIG. 7, the power supply circuit 221 is configured as a known power supply circuit, and is configured to output a predetermined power supply voltage. Further, as in the semiconductor device 230 of FIG. 8, the power supply voltage of the in-vehicle battery or the power supply voltage of the IG power supply may be input to the output unit 10.

また、図9のようにハイサイド側のスイッチ素子T1だけが設けられていてもよい。図9の構成でも、出力端子P1にサージ電圧が印加されたときに、出力部10の出力電圧Vcrが徐々に上昇し、閾値電圧Vthに達したときに比較部20からHレベル信号が出力されることになる。この構成では、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthに達するまでは、NAND回路331にLレベル信号が入力され続け、NAND回路331からHレベルが出力され続ける。従って、スイッチ素子T1は、強制オフ状態で維持される。出力電圧Vcrが閾値電圧Vthに達した後には、NAND回路331の一方の端子にHレベル信号が入力され続けるため、入力ラインINの状態に応じてスイッチ素子T1が動作する。この場合、入力ラインINからHレベル信号が入力されたときには、NAND回路331からLレベル信号が出力されて、スイッチ素子T1がオン状態となり、入力ラインINからLレベル信号が入力されたときには、NAND回路331からHレベル信号が出力されて、スイッチ素子T1がオフ状態となる。   Further, as shown in FIG. 9, only the switch element T1 on the high side may be provided. Even in the configuration of FIG. 9, when a surge voltage is applied to the output terminal P1, the output voltage Vcr of the output unit 10 gradually increases, and when the threshold voltage Vth is reached, an H level signal is output from the comparison unit 20. Will be. In this configuration, until the output voltage Vcr reaches the threshold voltage Vth, the L level signal is continuously input to the NAND circuit 331, and the H level is continuously output from the NAND circuit 331. Therefore, the switch element T1 is maintained in the forced off state. After the output voltage Vcr reaches the threshold voltage Vth, since the H level signal is continuously input to one terminal of the NAND circuit 331, the switch element T1 operates according to the state of the input line IN. In this case, when an H level signal is input from the input line IN, an L level signal is output from the NAND circuit 331, the switch element T1 is turned on, and when an L level signal is input from the input line IN, An H level signal is output from the circuit 331, and the switch element T1 is turned off.

また、図10のようにローサイド側のスイッチ素子だけが設けられていてもよい。図10の構成では、出力端子P1にサージ電圧が印加されたときに、出力部10の出力電圧Vcrが徐々に上昇し、閾値電圧Vthに達したときに比較部20からLレベル信号が出力されるようになっている。なお、出力電圧Vcrが閾値電圧Vth以下のときには、比較部20からHレベル信号が出力されるようになっている。この構成では、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthに達するまでは、NOR回路432にHレベル信号が入力され続け、NOR回路432からLレベルが出力され続ける。従って、スイッチ素子T2は、強制オフ状態で維持される。出力電圧Vcrが閾値電圧Vthに達した後には、NOR回路432の一方の端子にLレベル信号が入力され続けるため、入力ラインINの状態に応じてスイッチ素子T2が動作する。この場合、入力ラインINからHレベル信号が入力されたときには、NOR回路432からLレベル信号が出力されて、スイッチ素子T2がオフ状態となり、入力ラインINからHレベル信号が入力されたときには、NOR回路432からHレベル信号が出力されて、スイッチ素子T2がオン状態となる。   Further, as shown in FIG. 10, only the low-side switch element may be provided. In the configuration of FIG. 10, when a surge voltage is applied to the output terminal P1, the output voltage Vcr of the output unit 10 gradually increases, and when the threshold voltage Vth is reached, an L level signal is output from the comparison unit 20. It has become so. When the output voltage Vcr is equal to or lower than the threshold voltage Vth, the comparison unit 20 outputs an H level signal. In this configuration, until the output voltage Vcr reaches the threshold voltage Vth, the H level signal is continuously input to the NOR circuit 432 and the L level is continuously output from the NOR circuit 432. Therefore, the switch element T2 is maintained in the forced off state. After the output voltage Vcr reaches the threshold voltage Vth, since the L level signal continues to be input to one terminal of the NOR circuit 432, the switch element T2 operates according to the state of the input line IN. In this case, when an H level signal is input from the input line IN, an L level signal is output from the NOR circuit 432, the switch element T2 is turned off, and when an H level signal is input from the input line IN, NOR is output. An H level signal is output from the circuit 432, and the switch element T2 is turned on.

また、上記実施形態では、第1保護素子、第2保護素子としてツェナーダイオードを用いた例を示したが、図11、図12のように、ツェナーダイオードに代えて保護用のMOSトランジスタT3、T4を設けるようにしてもよい。この図11、図12の例では、MOSのスナップバック動作をESD保護の動作の動作として用いている。なお、図11、図12の構成は、ツェナーダイオードに代えて保護用のMOSトランジスタを設け、更に微小抵抗を追加している点が第1実施形態と異なり、それ以外の構成(特に、出力部10、比較部20、切替部30等)は第1実施形態と同様である。図11は、保護用のMOSトランジスタT3のVdsが出力用のMOSトランジスタ(スイッチ素子T1)のVdsよりも小さく、保護用のMOSトランジスタT4のVdsが出力用のMOSトランジスタ(スイッチ素子T2)のVdsよりも小さい場合を示している。このように一般的なPureCMOSプロセスで製造される装置でも出力用のMOSトランジスタを確実に保護することができる。また、図12の例では、保護用のMOSトランジスタT3のVdsが出力用MOSトランジスタ(スイッチ素子T1)のVdsと同程度であり、保護用のMOSトランジスタT4のVdsが出力用のMOSトランジスタ(スイッチ素子T2)のVdsと同程度である場合を示している。この構成は、出力用のMOSトランジスタと保護用のMOSトランジスタが同時並行的にスナップバックする構成であるため、保護用のMOSトランジスタを小型化し易くなる。   In the above embodiment, an example in which Zener diodes are used as the first protection element and the second protection element has been described. However, as shown in FIGS. 11 and 12, protection MOS transistors T3 and T4 are used instead of the Zener diodes. May be provided. In the examples of FIGS. 11 and 12, the MOS snapback operation is used as the operation of the ESD protection operation. 11 and 12 differs from the first embodiment in that a protection MOS transistor is provided in place of the Zener diode and a minute resistance is added, and other configurations (especially the output section) are different. 10, the comparison unit 20, the switching unit 30 and the like are the same as those in the first embodiment. FIG. 11 shows that Vds of the protective MOS transistor T3 is smaller than Vds of the output MOS transistor (switch element T1), and Vds of the protective MOS transistor T4 is Vds of the output MOS transistor (switch element T2). The smaller case is shown. As described above, even in a device manufactured by a general PureCMOS process, the output MOS transistor can be reliably protected. In the example of FIG. 12, the Vds of the protection MOS transistor T3 is substantially the same as the Vds of the output MOS transistor (switch element T1), and the Vds of the protection MOS transistor T4 is the output MOS transistor (switch This shows a case where it is approximately equal to Vds of the element T2). In this configuration, since the output MOS transistor and the protection MOS transistor snap back simultaneously in parallel, it is easy to reduce the size of the protection MOS transistor.

また、図13のような構成としてもよい。
図13の半導体装置500では、出力用のスイッチ素子T2がNPN型のバイポーラトランジスタとして構成されており、コレクタ端子が出力端子P1に接続され、エミッタ端子がグランドGNDに接続されている。そして、ベース端子は、抵抗R3の一端側に接続され、抵抗R3の他端側は、MOSトランジスタTaのドレイン端子に接続されている。また、ベース端子は、抵抗R4の一端側に接続され、抵抗R4の他端側はグランドGNDに接続されている。図13の構成では、出力端子P1にサージ電圧が印加されたときに、出力部10の出力電圧Vcrが徐々に上昇し、閾値電圧Vthに達したときに比較部20からHレベル信号が出力されるようになっている。なお、出力電圧Vcrが閾値電圧Vth以下のときには、比較部20からLレベル信号が出力されるようになっている。この構成では、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthに達するまでは、NAND回路501にLレベル信号が入力され続け、NAND回路501からHレベルが出力され続ける。従って、MOSトランジスタTaは、強制オフ状態で維持され、このときスイッチ素子T2のベースはLレベル状態で維持されるため、スイッチ素子T2も強制オフ状態で維持される。
一方、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthに達した後には、NAND回路501の一方の端子にHレベル信号が入力され続けるため、入力ラインINの状態に応じてMOSトランジスタTaが動作し、MOSトランジスタTaの動作状態に応じてスイッチ素子T2が動作する。この場合、入力ラインINからHレベル信号が入力されたときには、NAND回路501からLレベル信号が出力されて、MOSトランジスタTaがオン状態となり、スイッチ素子T2はオン状態となる。一方、入力ラインINからLレベル信号が入力されたときには、NAND回路501からHレベル信号が出力されて、MOSトランジスタTaがオフ状態となり、スイッチ素子T2はオフ状態となる。
Moreover, it is good also as a structure like FIG.
In the semiconductor device 500 of FIG. 13, the output switch element T2 is configured as an NPN bipolar transistor, the collector terminal is connected to the output terminal P1, and the emitter terminal is connected to the ground GND. The base terminal is connected to one end side of the resistor R3, and the other end side of the resistor R3 is connected to the drain terminal of the MOS transistor Ta. The base terminal is connected to one end of the resistor R4, and the other end of the resistor R4 is connected to the ground GND. In the configuration of FIG. 13, when a surge voltage is applied to the output terminal P1, the output voltage Vcr of the output unit 10 gradually increases, and when the threshold voltage Vth is reached, an H level signal is output from the comparison unit 20. It has become so. Note that when the output voltage Vcr is equal to or lower than the threshold voltage Vth, the comparison unit 20 outputs an L level signal. In this configuration, the L level signal is continuously input to the NAND circuit 501 and the H level is continuously output from the NAND circuit 501 until the output voltage Vcr reaches the threshold voltage Vth. Accordingly, the MOS transistor Ta is maintained in the forced-off state, and at this time, the base of the switch element T2 is maintained in the L-level state, so that the switch element T2 is also maintained in the forced-off state.
On the other hand, after the output voltage Vcr reaches the threshold voltage Vth, the H level signal continues to be input to one terminal of the NAND circuit 501, so that the MOS transistor Ta operates according to the state of the input line IN, and the MOS transistor Ta The switch element T2 operates according to the operating state. In this case, when an H level signal is input from the input line IN, an L level signal is output from the NAND circuit 501, the MOS transistor Ta is turned on, and the switch element T2 is turned on. On the other hand, when an L level signal is input from the input line IN, an H level signal is output from the NAND circuit 501, the MOS transistor Ta is turned off, and the switch element T2 is turned off.

また、図14のような構成としてもよい。
図14の半導体装置600では、出力用のスイッチ素子T1がPNP型のバイポーラトランジスタとして構成されており、コレクタ端子が出力端子P1に接続され、エミッタ端子が電源VDDに接続されている。そして、ベース端子は、抵抗R6の一端側に接続され、抵抗R6の他端側は、MOSトランジスタTbのドレイン端子に接続されている。また、ベース端子は、抵抗R5の一端側に接続され、抵抗R5の他端側は電源VDDに接続されている。図14の構成では、出力端子P1にサージ電圧が印加されたときに、出力部10の出力電圧Vcrが徐々に上昇し、閾値電圧Vthに達したときに比較部20からLレベル信号が出力されるようになっている。なお、出力電圧Vcrが閾値電圧Vth以下のときには、比較部20からHレベル信号が出力されるようになっている。この構成では、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthに達するまでは、NOR回路601にHレベル信号が入力され続け、NOR回路601からLレベルが出力され続ける。従って、MOSトランジスタTbは、強制オフ状態で維持され、このときスイッチ素子T1のベースは電源VDD側と同じHレベル状態で維持されるため、スイッチ素子T1も強制オフ状態で維持される。
一方、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthに達した後には、NOR回路601の一方の端子にLレベル信号が入力され続けるため、入力ラインINの状態に応じてMOSトランジスタTbが動作し、MOSトランジスタTbの動作状態に応じてスイッチ素子T1が動作する。この場合、入力ラインINからHレベル信号が入力されたときには、NOR回路601からLレベル信号が出力されて、MOSトランジスタTaがオフ状態となり、スイッチ素子T1はオフ状態となる。一方、入力ラインINからLレベル信号が入力されたときには、NOR回路601からHレベル信号が出力されて、MOSトランジスタTbがオン状態となり、スイッチ素子T2はオン状態となる。
Moreover, it is good also as a structure like FIG.
In the semiconductor device 600 of FIG. 14, the output switch element T1 is configured as a PNP-type bipolar transistor, the collector terminal is connected to the output terminal P1, and the emitter terminal is connected to the power supply VDD. The base terminal is connected to one end of the resistor R6, and the other end of the resistor R6 is connected to the drain terminal of the MOS transistor Tb. The base terminal is connected to one end of the resistor R5, and the other end of the resistor R5 is connected to the power supply VDD. In the configuration of FIG. 14, when a surge voltage is applied to the output terminal P1, the output voltage Vcr of the output unit 10 gradually increases, and when the threshold voltage Vth is reached, an L level signal is output from the comparison unit 20. It has become so. When the output voltage Vcr is equal to or lower than the threshold voltage Vth, the comparison unit 20 outputs an H level signal. In this configuration, until the output voltage Vcr reaches the threshold voltage Vth, the H level signal is continuously input to the NOR circuit 601 and the L level is continuously output from the NOR circuit 601. Accordingly, the MOS transistor Tb is maintained in the forced-off state, and at this time, the base of the switch element T1 is maintained in the same H level state as that of the power supply VDD side, so that the switch element T1 is also maintained in the forced-off state.
On the other hand, after the output voltage Vcr reaches the threshold voltage Vth, since the L level signal is continuously input to one terminal of the NOR circuit 601, the MOS transistor Tb operates according to the state of the input line IN, and the MOS transistor Tb The switch element T1 operates according to the operating state. In this case, when an H level signal is input from the input line IN, an L level signal is output from the NOR circuit 601, the MOS transistor Ta is turned off, and the switch element T 1 is turned off. On the other hand, when an L level signal is input from the input line IN, an H level signal is output from the NOR circuit 601, the MOS transistor Tb is turned on, and the switch element T2 is turned on.

また、図15のようにしてもよい。図15の半導体装置700では、スイッチ素子T2としてIGBTが用いられており、スイッチ素子T2のコレクタ端子が出力端子P1に接続され、スイッチ素子T2のエミッタ端子がグランドGNDに接続されている。また、スイッチ素子T2のゲート端子は、P型MOSトランジスタTcのドレイン端子、及びN型MOSトランジスタTdのドレイン端子に其々接続されている。P型MOSトランジスタTcのソース端子は電源Vddに接続され、N型MOSトランジスタTdのソース端子はグランドGNDに接続されるようになっている。
この図15の構成では、出力端子P1にサージ電圧が印加されたときに、出力部10の出力電圧Vcrが徐々に上昇し、閾値電圧Vthに達したときに比較部20からHレベル信号が出力されるようになっている。なお、出力電圧Vcrが閾値電圧Vth以下のときには、比較部20からLレベル信号が出力されるようになっている。この構成では、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthに達するまでは、NAND回路701にLレベル信号が入力され続け、NAND回路701からHレベルが出力され続ける。従って、P型MOSトランジスタTcは、オフ状態で維持され、N型MOSトランジスタTdは、オン状態で維持される。このとき、スイッチ素子T2は強制オフ状態で維持される。
一方、出力電圧Vcrが閾値電圧Vthに達した後には、NAND回路701の一方の端子にHレベル信号が入力され続ける。この場合、入力ラインINからHレベル信号が入力されたときには、NAND回路701からLレベル信号が出力されるため、P型MOSトランジスタTcは、オン状態で維持され、N型MOSトランジスタTdは、オフ状態で維持される。従って、スイッチ素子T2はオン状態となる。一方、入力ラインINからLレベル信号が入力されたときには、NAND回路701からHレベル信号が出力されるため、P型MOSトランジスタTcは、オフ状態で維持され、N型MOSトランジスタTdは、オン状態で維持される。このとき、スイッチ素子T2はオフ状態で維持される。
Moreover, you may make it like FIG. In the semiconductor device 700 of FIG. 15, an IGBT is used as the switch element T2, the collector terminal of the switch element T2 is connected to the output terminal P1, and the emitter terminal of the switch element T2 is connected to the ground GND. The gate terminal of the switch element T2 is connected to the drain terminal of the P-type MOS transistor Tc and the drain terminal of the N-type MOS transistor Td, respectively. The source terminal of the P-type MOS transistor Tc is connected to the power supply Vdd, and the source terminal of the N-type MOS transistor Td is connected to the ground GND.
In the configuration of FIG. 15, when a surge voltage is applied to the output terminal P1, the output voltage Vcr of the output unit 10 gradually increases, and when the threshold voltage Vth is reached, an H level signal is output from the comparison unit 20. It has come to be. Note that when the output voltage Vcr is equal to or lower than the threshold voltage Vth, the comparison unit 20 outputs an L level signal. In this configuration, until the output voltage Vcr reaches the threshold voltage Vth, the L level signal is continuously input to the NAND circuit 701, and the H level is continuously output from the NAND circuit 701. Therefore, the P-type MOS transistor Tc is maintained in the off state, and the N-type MOS transistor Td is maintained in the on state. At this time, the switch element T2 is maintained in a forced off state.
On the other hand, after the output voltage Vcr reaches the threshold voltage Vth, the H level signal continues to be input to one terminal of the NAND circuit 701. In this case, when an H level signal is input from the input line IN, an L level signal is output from the NAND circuit 701. Therefore, the P-type MOS transistor Tc is maintained in an on state, and the N-type MOS transistor Td is turned off. Maintained in a state. Accordingly, the switch element T2 is turned on. On the other hand, when an L level signal is input from the input line IN, an H level signal is output from the NAND circuit 701. Therefore, the P-type MOS transistor Tc is maintained in an off state, and the N-type MOS transistor Td is in an on state. Maintained at. At this time, the switch element T2 is maintained in the off state.

1,200,210,220,230,300,400,500,600,700…半導体装置
10…出力部(無効化手段)
20…比較部(無効化手段)
30…切替部(無効化手段)
50…パワーオンリセット回路(信号出力回路)
T1…スイッチ素子
T2…スイッチ素子
ZD1…ツェナーダイオード
ZD2…ツェナーダイオード
VDD…電源(高電位側電源)
GND…グランド(低電位側電源)
1,200,210,220,230,300,400,500,600,700 ... semiconductor device 10 ... output unit (invalidation means)
20: Comparison unit (invalidation means)
30 ... Switching unit (invalidation means)
50 ... Power-on reset circuit (signal output circuit)
T1 ... Switch element T2 ... Switch element ZD1 ... Zener diode ZD2 ... Zener diode VDD ... Power supply (high potential side power supply)
GND: Ground (Low-potential side power supply)

Claims (5)

制御入力端子と、高電位側電源又は低電位側電源の一方からなる基準部に接続される第1端子と、所定の出力端子に接続される第2端子とを備え、前記制御入力端子に通電信号が入力されたときに通電状態となるスイッチ素子と、
一端側が前記基準部に接続され他端側が前記出力端子に接続されるように前記スイッチ素子と並列に接続され、前記出力端子にサージ電圧が印加されたときに前記一端側と前記他端側とが通電する第1保護素子と、
前記高電位側電源又は前記低電位側電源における前記基準部とは逆の他方部に接続され、前記出力端子にサージ電圧が印加されたときに通電されて前記他方部側に駆動電圧を発生させる第2保護素子と、
前記他方部側に接続されると共に、前記出力端子へのサージ電圧の印加によって前記駆動電圧が発生した場合に、当該駆動電圧の発生後の所定時間、前記制御入力端子への前記通電信号の入力を無効化し、前記所定時間の経過後に無効化を解除する無効化手段と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
A control input terminal; a first terminal connected to a reference portion including one of a high-potential-side power supply and a low-potential-side power supply; and a second terminal connected to a predetermined output terminal. A switch element that is energized when a signal is input;
One end side is connected in parallel to the switch element so that the other end side is connected to the output terminal and the other end side is connected to the output terminal, and when the surge voltage is applied to the output terminal, the one end side and the other end side A first protective element that is energized,
Connected to the other part opposite to the reference part in the high-potential side power supply or the low-potential side power supply and energized when a surge voltage is applied to the output terminal to generate a drive voltage on the other part side A second protection element;
When the drive voltage is generated by applying a surge voltage to the output terminal while being connected to the other side, the energization signal is input to the control input terminal for a predetermined time after the drive voltage is generated. Invalidating means for canceling the invalidation after elapse of the predetermined time;
A semiconductor device comprising:
前記無効化手段は、前記他方部に接続されるラインにサージ電圧が印加されているときに所定の時定数で出力電圧を変化させる出力部と、
前記出力部からの前記出力電圧が閾値に達したか否かを判定する比較部と、
前記比較部において前記出力電圧が前記閾値に達したと判定されるまでは前記スイッチ素子を強制オフ状態とし、前記出力電圧が前記閾値に達したと判定された場合に前記スイッチ素子をオン許容状態とする切替部と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The invalidating means, an output section for changing an output voltage with a predetermined time constant when a surge voltage is applied to a line connected to the other section;
A comparison unit for determining whether the output voltage from the output unit has reached a threshold;
The switch element is forcibly turned off until it is determined by the comparator that the output voltage has reached the threshold value, and the switch element is turned on when the output voltage has been determined to have reached the threshold value. A switching unit and
The semiconductor device according to claim 1, comprising:
前記他方部に接続され、前記他方部に接続されるラインの電圧が所定電圧に達したときに所定のオン信号を出力する信号出力回路を備え、
前記出力部は、前記信号出力回路からオン信号が出力されているときに所定の時定数で前記出力電圧を変化させることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
A signal output circuit that outputs a predetermined ON signal when a voltage of a line connected to the other part and connected to the other part reaches a predetermined voltage;
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the output unit changes the output voltage with a predetermined time constant when an ON signal is output from the signal output circuit.
前記スイッチ素子は、前記制御入力端子に入力される信号に応じて前記出力端子と前記高電位側電源との間の通電路を導通状態又は非導通状態に切り替える構成をなし、
前記出力端子と前記高電位側電源との間において前記スイッチ素子と並列に、前記出力端子の側をアノードとし前記高電位側電源の側をカソードとするツェナーダイオードが接続されており、
前記出力端子と前記低電位側電源との間には、前記出力端子の側をカソードとし前記低電位側電源の側をアノードとするツェナーダイオードが接続されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の半導体装置。
The switch element is configured to switch a conduction path between the output terminal and the high-potential-side power source to a conductive state or a non-conductive state according to a signal input to the control input terminal,
A Zener diode is connected between the output terminal and the high potential side power source in parallel with the switch element, the output terminal side being an anode and the high potential side power source side being a cathode,
2. A Zener diode having a cathode on the output terminal side and an anode on the low potential power source side is connected between the output terminal and the low potential power source. The semiconductor device according to claim 3.
前記スイッチ素子は、前記制御入力端子に入力される信号に応じて前記出力端子と前記低電位側電源との間の通電路を導通状態又は非導通状態に切り替える構成をなし、
前記出力端子と前記低電位側電源との間において前記スイッチ素子と並列に、前記出力端子の側をカソードとし前記低電位側電源の側をアノードとするツェナーダイオードが接続されており、
前記出力端子と前記高電位側電源との間には、前記出力端子の側をアノードとし前記高電位側電源の側をカソードとするツェナーダイオードが接続されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の半導体装置。
The switch element is configured to switch a conduction path between the output terminal and the low-potential-side power source to a conductive state or a non-conductive state according to a signal input to the control input terminal,
A Zener diode is connected between the output terminal and the low-potential side power supply in parallel with the switch element, the output terminal side being a cathode and the low-potential side power supply side being an anode,
2. A zener diode having an anode on the output terminal side and a cathode on the high potential power source side is connected between the output terminal and the high potential power source. The semiconductor device according to claim 3.
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