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JP4357916B2 - Power protection circuit - Google Patents
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Description

本発明は、半導体集積回路における静電対策用の電源保護回路に関し、特にESD(electrostatic discharge)等によって電源入力端子の電圧が異常に上昇することを防止する電源保護回路に関する。   The present invention relates to a power protection circuit for electrostatic countermeasures in a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a power protection circuit that prevents an abnormal increase in voltage at a power input terminal due to ESD (electrostatic discharge) or the like.

近年、半導体集積回路における微細化技術の進歩に伴って、ICの耐圧の低下が問題になっている。特に、MOSトランジスタを使用したICの場合、微細化を図るためには該MOSトランジスタにおける絶縁酸化膜の厚みを薄くしなければならず、これに伴って該MOSトランジスタの耐圧が低下する傾向にあった。このため、ICが動作していないときに、ESD等による電源入力端子の電圧上昇が原因でICに不具合が生じることがあった。このような現象は、ICの微細化が進むにしたがって顕著に現れるようになってきている。   In recent years, with the progress of miniaturization technology in a semiconductor integrated circuit, a decrease in breakdown voltage of an IC has become a problem. In particular, in the case of an IC using a MOS transistor, in order to achieve miniaturization, the thickness of the insulating oxide film in the MOS transistor has to be reduced, and this tends to lower the breakdown voltage of the MOS transistor. It was. For this reason, when the IC is not operating, a problem may occur in the IC due to a voltage increase at the power input terminal due to ESD or the like. Such a phenomenon becomes more prominent as IC miniaturization progresses.

そこで、従来一般的にESDに対する電源保護回路としては図10に示すような回路構成があった。
図10の電源保護回路100では、ESDによる電源電圧VCC2の上昇を、PMOSトランジスタ101を使用して他の電源系、例えば電源電圧VCC1へ電流を流すことにより電源電圧VCC2の上昇を緩和する。通常動作時は、高電圧側の電源電圧VCC1にPMOSトランジスタ101のゲートが接続されており、PMOSトランジスタ101がオフしているため電源電圧VCC1が供給される電源入力端子102から電源電圧VCC2が供給される電源入力端子103に電流が流れることはない。電源電圧VCC1及びVCC2が共に供給されていない状態で、ESDによって電源入力端子103の電圧が上昇した場合、PMOSトランジスタ101がオンして電源入力端子102へ電流が流れる。
Therefore, conventionally, a circuit configuration as shown in FIG. 10 has been generally used as a power protection circuit against ESD.
In the power supply protection circuit 100 of FIG. 10, the rise of the power supply voltage VCC2 due to ESD is mitigated by using the PMOS transistor 101 to flow current to another power supply system, for example, the power supply voltage VCC1. During normal operation, the gate of the PMOS transistor 101 is connected to the power supply voltage VCC1 on the high voltage side. Since the PMOS transistor 101 is off, the power supply voltage VCC2 is supplied from the power supply input terminal 102 to which the power supply voltage VCC1 is supplied. Current does not flow through the power input terminal 103. When the power supply voltage VCC1 and VCC2 are not supplied, and the voltage at the power supply input terminal 103 rises due to ESD, the PMOS transistor 101 is turned on and a current flows to the power supply input terminal 102.

図10のような電源保護回路100の場合、通常状態で、電源電圧VCC2のみ供給されていると定常的に電源入力端子103から電源入力端子102へ電流が流れるという問題があった。このような電流を防止するように考えられたのが図11の回路である(例えば、特許文献1参照。)。
図11のような電源保護回路110では、通常動作時に電源電圧VCC1及びVCC2の供給の有無にかかわらず、他の電源系へ電流が流れることを防止する。
In the case of the power supply protection circuit 100 as shown in FIG. 10, there is a problem that a current constantly flows from the power supply input terminal 103 to the power supply input terminal 102 when only the power supply voltage VCC2 is supplied in a normal state. The circuit of FIG. 11 has been considered to prevent such a current (see, for example, Patent Document 1).
The power supply protection circuit 110 as shown in FIG. 11 prevents current from flowing to other power supply systems regardless of whether or not the power supply voltages VCC1 and VCC2 are supplied during normal operation.

例えば、電源電圧VCC1のみ供給されている場合、PMOSトランジスタ111はオンするが、ダイオード112が、電源電圧VCC1が供給される電源入力端子113から電源電圧VCC2が供給される電源入力端子114へ電流が流れることを防止する。また、電源電圧VCC2のみ供給されている場合、PMOSトランジスタ111のゲートには電源電圧VCC2が印加されるため、PMOSトランジスタ111はオフして電源入力端子114から電源入力端子113へ電流が流れることを防止する。   For example, when only the power supply voltage VCC1 is supplied, the PMOS transistor 111 is turned on, but the diode 112 causes a current to flow from the power supply input terminal 113 supplied with the power supply voltage VCC1 to the power supply input terminal 114 supplied with the power supply voltage VCC2. Prevent it from flowing. When only the power supply voltage VCC2 is supplied, the power supply voltage VCC2 is applied to the gate of the PMOS transistor 111, so that the PMOS transistor 111 is turned off and current flows from the power supply input terminal 114 to the power supply input terminal 113. To prevent.

また、ESDによって電源電圧VCC2が上昇した場合、PMOSトランジスタ111のゲート電圧の上昇によりPMOSトランジスタ111がオフする。このオフする時間を遅延させることにより、電源入力端子114からPMOSトランジスタ111及びダイオード112を介して電源入力端子113へ電流を流し、電源電圧VCC2の上昇を緩和している。
特開2000−243842号公報
Further, when the power supply voltage VCC2 rises due to ESD, the PMOS transistor 111 is turned off by the rise of the gate voltage of the PMOS transistor 111. By delaying the turn-off time, a current flows from the power input terminal 114 to the power input terminal 113 via the PMOS transistor 111 and the diode 112, and the rise of the power supply voltage VCC2 is mitigated.
JP 2000-243842 A

しかし、図11の場合、通常動作時において、電源入力端子113のみ電源電圧の供給があった場合、PMOSトランジスタ111は、電源入力端子114に電源電圧の供給がないためオンする。したがって、電源入力端子113から電源入力端子114へ電流が流れるのを防止するため、ダイオード112が必要となっている。ESDによる電源電圧VCC2の上昇を電源電圧VCC1へ電流を流すことで緩和しているが、ESDによる電源電圧VCC1の電圧上昇に対しては、ダイオード112によりスムーズな電流経路がなくなるという問題があった。   However, in the case of FIG. 11, when the power supply voltage is supplied only to the power input terminal 113 during the normal operation, the PMOS transistor 111 is turned on because the power supply voltage is not supplied to the power input terminal 114. Therefore, the diode 112 is necessary to prevent a current from flowing from the power input terminal 113 to the power input terminal 114. The rise in the power supply voltage VCC2 due to ESD is mitigated by passing a current to the power supply voltage VCC1, but there is a problem that a smooth current path is lost due to the diode 112 when the power supply voltage VCC1 due to ESD rises. .

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、簡単な回路構成で、ESD等によって電圧が上昇した電源入力端子から他の電源入力端子に電流を流すことにより該電源入力端子の電圧上昇を抑制することができ、ESD等のサージ電圧の電源入力端子への印加に対して、各電源入力端子間で相互に電流を流すことで各電源入力端子における異常な電圧上昇をそれぞれ抑制することができる電源保護回路を得ることを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problem. With a simple circuit configuration, the power supply is caused to flow from a power supply input terminal whose voltage has been increased by ESD or the like to another power supply input terminal. The voltage rise at the input terminals can be suppressed, and an abnormal voltage rise at each power supply input terminal by flowing current between each power supply input terminal when surge voltage such as ESD is applied to the power supply input terminal An object of the present invention is to obtain a power protection circuit that can suppress each of the above.

この発明に係る電源保護回路は、複数の電源入力端子を備えた回路に対して、該電源入力端子に印加されたESD等の異常電圧から保護する電源保護回路において、
対応する電源入力端子間に接続された第1のMOSトランジスタと、
該第1のMOSトランジスタが接続された各電源入力端子の電圧を監視し、一方の電源入力端子に印加された電圧を対応する該第1のMOSトランジスタのサブストレートゲートに出力すると共に、該電源入力端子に印加された電圧を所定時間遅延させて該第1のMOSトランジスタのゲートに出力し、前記電源入力端子に電圧が印加されると、所定の期間、前記第1のMOSトランジスタをオンさせて該電源入力端子から他方の電源入力端子に電流を流す電源電圧モニタ回路と、
を備え、
前記電源電圧モニタ回路は、
入力された電圧を前記所定時間遅延させて前記第1のMOSトランジスタのゲートに出力する遅延回路と、
所定の第1の電源入力端子の電圧に応じて作動し、オンすると第1のMOSトランジスタのサブストレートゲートと該遅延回路の入力端を所定の第2の電源入力端子にそれぞれ接続する第2のMOSトランジスタと、
オンすると第1のMOSトランジスタのサブストレートゲートと該遅延回路の入力端を第1の電源入力端子にそれぞれ接続する第3のMOSトランジスタと、
第1の電源入力端子の電圧に応じて作動し、オンすると該第3のMOSトランジスタをオンさせる第4のMOSトランジスタと、
第1の電源入力端子の電圧に応じて作動し、オンすると該第3のMOSトランジスタのゲートに第2の電源入力端子の電圧を印加する、該第4のMOSトランジスタと相補形トランジスタをなす第5のMOSトランジスタと、
を備え、
前記第3のMOSトランジスタは、第4のMOSトランジスタがオフしているときにオンする第5のMOSトランジスタから第2の電源入力端子の電圧がゲートに入力されるようにしたものである。
A power protection circuit according to the present invention is a power protection circuit that protects a circuit having a plurality of power input terminals from an abnormal voltage such as ESD applied to the power input terminals.
A first MOS transistor connected between corresponding power input terminals;
The voltage of each power input terminal to which the first MOS transistor is connected is monitored, the voltage applied to one power input terminal is output to the substrate gate of the corresponding first MOS transistor, and the power The voltage applied to the input terminal is delayed for a predetermined time and output to the gate of the first MOS transistor. When the voltage is applied to the power input terminal, the first MOS transistor is turned on for a predetermined period. A power supply voltage monitor circuit for passing a current from the power supply input terminal to the other power supply input terminal ;
With
The power supply voltage monitor circuit is
A delay circuit that delays the input voltage for the predetermined time and outputs the delayed voltage to the gate of the first MOS transistor;
It operates according to the voltage of a predetermined first power supply input terminal, and when turned on, a second gate for connecting the substrate gate of the first MOS transistor and the input terminal of the delay circuit to the predetermined second power supply input terminal, respectively. A MOS transistor;
A third MOS transistor that, when turned on, connects the substrate gate of the first MOS transistor and the input terminal of the delay circuit to the first power input terminal;
A fourth MOS transistor which operates according to the voltage of the first power input terminal and turns on the third MOS transistor when turned on;
It operates in accordance with the voltage of the first power input terminal, and when turned on, applies the voltage of the second power input terminal to the gate of the third MOS transistor, and forms a complementary transistor with the fourth MOS transistor. 5 MOS transistors,
With
The third MOS transistor is configured such that the voltage of the second power input terminal is input to the gate from the fifth MOS transistor which is turned on when the fourth MOS transistor is turned off .

具体的には、前記電源電圧モニタ回路は、電源入力端子の電圧上昇から数nsecから数百nsec遅らせてオフさせるように、対応する前記第1のMOSトランジスタのゲート電圧を変化させるようにした。   Specifically, the power supply voltage monitor circuit changes the gate voltage of the corresponding first MOS transistor so that the power supply input monitor circuit is turned off with a delay of several nsec to several hundred nsec from the voltage rise of the power supply input terminal.

具体的には、前記遅延回路は、
該遅延回路の入力端と出力端との間に接続された抵抗と、
該遅延回路の出力端と接地電圧との間に接続されたコンデンサと、
を備えるようにした。
Specifically, the delay circuit includes:
A resistor connected between an input terminal and an output terminal of the delay circuit;
A capacitor connected between the output terminal of the delay circuit and the ground voltage;
I was prepared to.

また、前記第1のMOSトランジスタ及び電源電圧モニタ回路を、異なる電源入力端子間にそれぞれ対応して設けるようにした。   Further, the first MOS transistor and the power supply voltage monitor circuit are provided correspondingly between different power supply input terminals.

この場合、2以上の整数であるN個の電源入力端子に対して(N−1)個の前記第1のMOSトランジスタ及び電源電圧モニタ回路をそれぞれ備えるようにした。   In this case, (N-1) first MOS transistors and power supply voltage monitor circuits are provided for N power input terminals which are integers of 2 or more, respectively.

また、2以上の整数であるN個の電源入力端子に対してN個の前記第1のMOSトランジスタ及び電源電圧モニタ回路をそれぞれ備えるようにしてもよい。   Further, the N first MOS transistors and the power supply voltage monitor circuit may be provided for N power input terminals which are integers of 2 or more, respectively.

本発明の電源保護回路によれば、ESD等によって対応する電源入力端子のいずれかの電圧が上昇すると、所定の期間、電圧が上昇した電源入力端子から他の電源入力端子に電流を流すことができ、該電源入力端子の電圧上昇を抑制することができ、内部回路の不具合の発生を防止することができる。また、多数の電源入力端子を有するIC等において、異常な高電圧の印加による各電源入力端子の電圧上昇を抑制することができ、微細化によるICの耐圧の低下を補うことができ、ESD等によるICの不具合の発生を防止することができるため、信頼性の向上を図ることができる。   According to the power protection circuit of the present invention, when one of the corresponding power input terminals rises due to ESD or the like, a current flows from the power input terminal whose voltage has risen to another power input terminal for a predetermined period. The increase in voltage at the power input terminal can be suppressed, and the occurrence of malfunctions in the internal circuit can be prevented. In addition, in an IC or the like having a large number of power supply input terminals, it is possible to suppress a voltage increase at each power supply input terminal due to the application of an abnormally high voltage, and to compensate for a decrease in the breakdown voltage of the IC due to miniaturization. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of a malfunction of the IC due to the above, so that the reliability can be improved.

次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第1の実施の形態.
図1は、本発明の第1の実施の形態における電源保護回路の構成例を示した図である。
図1において、電源保護回路1は、第1電源電圧VCC1が供給される第1電源入力端子T1及び第2電源電圧VCC2が供給される第2電源入力端子T2の電圧をそれぞれモニタする電源電圧モニタ回路2と、PMOSトランジスタP1とを備えている。なお、PMOSトランジスタP1は第1のMOSトランジスタをなす。電源電圧モニタ回路2は、第1電源入力端子T1及び第2電源入力端子T2の電圧に応じてPMOSトランジスタP1のゲートG及びサブストレートゲート(バックゲートともいう)Bにそれぞれ電圧を供給する。
Next, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
First embodiment.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a power supply protection circuit according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a power supply protection circuit 1 includes a power supply voltage monitor that monitors voltages at a first power supply input terminal T1 to which a first power supply voltage VCC1 is supplied and a second power supply input terminal T2 to which a second power supply voltage VCC2 is supplied. A circuit 2 and a PMOS transistor P1 are provided. The PMOS transistor P1 forms a first MOS transistor. The power supply voltage monitor circuit 2 supplies a voltage to the gate G and the substrate gate (also referred to as a back gate) B of the PMOS transistor P1 in accordance with the voltages of the first power supply input terminal T1 and the second power supply input terminal T2.

図1の電源電圧モニタ回路2の通常時の動作について、図2〜図4を用いて説明する。なお、図2〜図4で、BはPMOSトランジスタP1のサブストレートゲートを、GはPMOSトランジスタP1のゲートをそれぞれ示している。
図2は、第1電源入力端子T1に第1電源電圧VCC1が供給され、第2電源入力端子T2に第2電源電圧VCC2が供給されていない場合を示している。図2の場合、電源電圧モニタ回路2は、PMOSトランジスタP1のゲート及びサブストレートゲートに第1電源電圧VCC1をそれぞれ供給する。
図3は、第2電源入力端子T2に第2電源電圧VCC2が供給され、第1電源入力端子T1に第1電源電圧VCC1が供給されていない場合を示している。図3の場合、電源電圧モニタ回路2は、PMOSトランジスタP1のゲート及びサブストレートゲートに第2電源電圧VCC2をそれぞれ供給する。
The normal operation of the power supply voltage monitor circuit 2 in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2 to 4, B indicates the substrate gate of the PMOS transistor P1, and G indicates the gate of the PMOS transistor P1.
FIG. 2 shows a case where the first power supply voltage VCC1 is supplied to the first power supply input terminal T1 and the second power supply voltage VCC2 is not supplied to the second power supply input terminal T2. In the case of FIG. 2, the power supply voltage monitor circuit 2 supplies the first power supply voltage VCC1 to the gate and the substrate gate of the PMOS transistor P1, respectively.
FIG. 3 shows a case where the second power supply voltage VCC2 is supplied to the second power supply input terminal T2 and the first power supply voltage VCC1 is not supplied to the first power supply input terminal T1. In the case of FIG. 3, the power supply voltage monitor circuit 2 supplies the second power supply voltage VCC2 to the gate and the substrate gate of the PMOS transistor P1, respectively.

図4は、第1電源入力端子T1に第1電源電圧VCC1が、第2電源入力端子T2に第2電源電圧VCC2がそれぞれ供給されている場合を示している。図4の場合、電源電圧モニタ回路2は、PMOSトランジスタP1のゲート及びサブストレートゲートに第1電源電圧VCC1をそれぞれ供給する。
また、図2及び図4において、電源電圧モニタ回路2は、PMOSトランジスタP1のゲート電圧Vgの上昇を第1電源電圧VCC1の上昇よりも数nsecから数百nsec遅らせている。同様に、図3及び図4において、電源電圧モニタ回路2は、PMOSトランジスタP1のゲート電圧Vgの上昇を第2電源電圧VCC2の上昇よりも数nsecから数百nsec遅らせている。
FIG. 4 shows a case where the first power supply voltage VCC1 is supplied to the first power supply input terminal T1, and the second power supply voltage VCC2 is supplied to the second power supply input terminal T2. In the case of FIG. 4, the power supply voltage monitor circuit 2 supplies the first power supply voltage VCC1 to the gate and substrate gate of the PMOS transistor P1, respectively.
2 and 4, the power supply voltage monitor circuit 2 delays the rise of the gate voltage Vg of the PMOS transistor P1 from several nsec to several hundreds of nsec from the rise of the first power supply voltage VCC1. Similarly, in FIGS. 3 and 4, the power supply voltage monitor circuit 2 delays the rise of the gate voltage Vg of the PMOS transistor P1 from several nsec to several hundreds nsec from the rise of the second power supply voltage VCC2.

PMOSトランジスタP1のゲート電圧Vgが第1電源電圧VCC1又は第2電源電圧VCC2よりも小さい場合、PMOSトランジスタP1は、完全にオフしない。しかし、図2〜図4で分かるように、通常、第1電源電圧VCC1及び第2電源電圧VCC2の各立ち上がり時間は、前記遅延時間よりも十分遅いため、通常動作時における電源のオン又はオフによって、第1電源入力端子T1から第2電源入力端子T2へ、又は第2電源入力端子T2から第1電源入力端子T1へ流れる電流はほとんどない。   When the gate voltage Vg of the PMOS transistor P1 is smaller than the first power supply voltage VCC1 or the second power supply voltage VCC2, the PMOS transistor P1 is not completely turned off. However, as can be seen from FIG. 2 to FIG. 4, the rise times of the first power supply voltage VCC1 and the second power supply voltage VCC2 are normally sufficiently slower than the delay time, and therefore, depending on whether the power supply is turned on or off during normal operation. There is almost no current flowing from the first power input terminal T1 to the second power input terminal T2 or from the second power input terminal T2 to the first power input terminal T1.

一方、ESDによる電圧上昇は数百nsec以下と考えられるため、ESDによって第1電源入力端子T1の電圧が上昇した場合、図5で示すように、電源電圧モニタ回路2は、PMOSトランジスタP1をオンさせて第2電源入力端子T2へ電流を流して第1電源入力端子T1の電圧上昇を制限することができる。同様に、ESDによって第2電源入力端子T2の電圧が上昇した場合、図6で示すように、電源電圧モニタ回路2は、PMOSトランジスタP1をオンさせて第1電源入力端子T1へ電流を流して第2電源入力端子T2の電圧上昇を制限することができる。なお、図5及び図6においても、BはPMOSトランジスタP1のサブストレートゲートを、GはPMOSトランジスタP1のゲートをそれぞれ示している。   On the other hand, since the voltage rise due to ESD is considered to be several hundred nsec or less, when the voltage at the first power input terminal T1 rises due to ESD, the power supply voltage monitor circuit 2 turns on the PMOS transistor P1 as shown in FIG. Thus, a current can be passed to the second power input terminal T2 to limit the voltage rise at the first power input terminal T1. Similarly, when the voltage at the second power supply input terminal T2 rises due to ESD, the power supply voltage monitor circuit 2 turns on the PMOS transistor P1 to flow current to the first power supply input terminal T1, as shown in FIG. The voltage increase at the second power input terminal T2 can be limited. In FIGS. 5 and 6, B represents the substrate gate of the PMOS transistor P1, and G represents the gate of the PMOS transistor P1.

次に、図7は、図1の電源電圧モニタ回路2の回路例を示した図である。
図7において、電源電圧モニタ回路2は、PMOSトランジスタP2〜P4、NMOSトランジスタN1及び遅延回路11で構成されている。なお、PMOSトランジスタP2は第2のMOSトランジスタを、PMOSトランジスタP3は第3のMOSトランジスタを、PMOSトランジスタP4は第5のMOSトランジスタを、NMOSトランジスタN1は第4のMOSトランジスタをそれぞれなす。
Next, FIG. 7 is a diagram showing a circuit example of the power supply voltage monitor circuit 2 of FIG.
In FIG. 7, the power supply voltage monitor circuit 2 includes PMOS transistors P2 to P4, an NMOS transistor N1, and a delay circuit 11. The PMOS transistor P2 serves as a second MOS transistor, the PMOS transistor P3 serves as a third MOS transistor, the PMOS transistor P4 serves as a fifth MOS transistor, and the NMOS transistor N1 serves as a fourth MOS transistor.

第2電源入力端子T2と接地電圧との間には、PMOSトランジスタP4及びNMOSトランジスタN1が直列に接続されており、PMOSトランジスタP4及びNMOSトランジスタN1の各ゲートは第1電源入力端子T1にそれぞれ接続されている。また、PMOSトランジスタP4において、サブストレートゲートはソースに接続され、NMOSトランジスタN1において、サブストレートゲートはソースに接続されている。   A PMOS transistor P4 and an NMOS transistor N1 are connected in series between the second power input terminal T2 and the ground voltage, and the gates of the PMOS transistor P4 and the NMOS transistor N1 are connected to the first power input terminal T1, respectively. Has been. In the PMOS transistor P4, the substrate gate is connected to the source, and in the NMOS transistor N1, the substrate gate is connected to the source.

第1電源入力端子T1と第2電源入力端子T2との間には、PMOSトランジスタP3及びPMOSトランジスタP2が直列に接続されており、PMOSトランジスタP2のゲートは第1電源入力端子T1に、PMOSトランジスタP3のゲートは、PMOSトランジスタP4とNMOSトランジスタN1との接続部に接続されている。PMOSトランジスタP1、P2及びP3の各サブストレートゲートはそれぞれ接続され、該接続部はPMOSトランジスタP2とPMOSトランジスタP3との接続部に接続されると共に遅延回路11の入力端に接続されている。更に、遅延回路11の出力端は、PMOSトランジスタP1のゲートに接続されている。   A PMOS transistor P3 and a PMOS transistor P2 are connected in series between the first power input terminal T1 and the second power input terminal T2, and the gate of the PMOS transistor P2 is connected to the first power input terminal T1 and the PMOS transistor. The gate of P3 is connected to the connection between the PMOS transistor P4 and the NMOS transistor N1. The substrate gates of the PMOS transistors P1, P2, and P3 are connected to each other, and the connection is connected to the connection between the PMOS transistor P2 and the PMOS transistor P3 and to the input terminal of the delay circuit 11. Furthermore, the output terminal of the delay circuit 11 is connected to the gate of the PMOS transistor P1.

このような構成において、第1電源電圧VCC1及び第2電源電圧VCC2が供給されていない状態で、ESDによって第1電源入力端子T1の電圧が上昇した場合、PMOSトランジスタP2及びP4がそれぞれオフすると共にNMOSトランジスタN1がオンし、PMOSトランジスタP3のゲートがNMOSトランジスタN1を介して接地電圧に接続される。このため、PMOSトランジスタP3がオンし、第1電源入力端子T1の電圧がPMOSトランジスタP3を介してPMOSトランジスタP1のサブストレートゲート及び遅延回路11の入力端にそれぞれ印加される。遅延回路11の入力端に入力された第1電源入力端子T1の電圧は、遅延回路11で遅延されてPMOSトランジスタP1のゲートに印加される。   In such a configuration, when the first power supply voltage VCC1 and the second power supply voltage VCC2 are not supplied and the voltage of the first power supply input terminal T1 rises due to ESD, the PMOS transistors P2 and P4 are turned off, respectively. The NMOS transistor N1 is turned on, and the gate of the PMOS transistor P3 is connected to the ground voltage via the NMOS transistor N1. Therefore, the PMOS transistor P3 is turned on, and the voltage of the first power input terminal T1 is applied to the substrate gate of the PMOS transistor P1 and the input terminal of the delay circuit 11 via the PMOS transistor P3. The voltage of the first power input terminal T1 input to the input terminal of the delay circuit 11 is delayed by the delay circuit 11 and applied to the gate of the PMOS transistor P1.

次に、第1電源電圧VCC1及び第2電源電圧VCC2が供給されていない状態で、ESDによって第2電源入力端子T2の電圧が上昇した場合、PMOSトランジスタP4がオンすると共にNMOSトランジスタN1がオフし、PMOSトランジスタP3のゲートに第2電源入力端子T2の電圧が印加されてPMOSトランジスタP3はオフする。第1電源入力端子T1には第1電源電圧VCC1が供給されていないことからPMOSトランジスタP2がオンし、第2電源入力端子T2の電圧がPMOSトランジスタP2を介してPMOSトランジスタP1のサブストレートゲート及び遅延回路11の入力端にそれぞれ印加される。遅延回路11の入力端に入力された第2電源入力端子T2の電圧は、遅延回路11で遅延されてPMOSトランジスタP1のゲートに印加される。   Next, in a state where the first power supply voltage VCC1 and the second power supply voltage VCC2 are not supplied, when the voltage of the second power input terminal T2 rises due to ESD, the PMOS transistor P4 is turned on and the NMOS transistor N1 is turned off. The voltage of the second power input terminal T2 is applied to the gate of the PMOS transistor P3, and the PMOS transistor P3 is turned off. Since the first power supply voltage VCC1 is not supplied to the first power supply input terminal T1, the PMOS transistor P2 is turned on, and the voltage of the second power supply input terminal T2 passes through the PMOS transistor P2 and the substrate gate of the PMOS transistor P1. Each is applied to the input terminal of the delay circuit 11. The voltage of the second power input terminal T2 input to the input terminal of the delay circuit 11 is delayed by the delay circuit 11 and applied to the gate of the PMOS transistor P1.

また、通常動作時に、第1電源入力端子T1に第1電源電圧VCC1が、第2電源入力端子T2に第2電源電圧VCC2がそれぞれ供給されている場合、第1電源電圧VCC1及び第2電源電圧VCC2が同電圧である場合、又は第1電源電圧VCC1が第2電源電圧VCC2よりも大きい場合であっても、PMOSトランジスタP2及びP4がそれぞれオフすると共にNMOSトランジスタN1がオンする。このため、PMOSトランジスタP3がオンし、第1電源電圧VCC1がPMOSトランジスタP3を介してPMOSトランジスタP1のサブストレートゲート及び遅延回路11の入力端にそれぞれ印加される。遅延回路11の入力端に入力された第1電源入力端子T1の電圧は、遅延回路11で遅延されてPMOSトランジスタP1のゲートに印加されて、PMOSトランジスタP1は必ずオフする。   In the normal operation, when the first power supply voltage VCC1 is supplied to the first power supply input terminal T1 and the second power supply voltage VCC2 is supplied to the second power supply input terminal T2, the first power supply voltage VCC1 and the second power supply voltage are supplied. Even when VCC2 is the same voltage or when the first power supply voltage VCC1 is larger than the second power supply voltage VCC2, the PMOS transistors P2 and P4 are turned off and the NMOS transistor N1 is turned on. For this reason, the PMOS transistor P3 is turned on, and the first power supply voltage VCC1 is applied to the substrate gate of the PMOS transistor P1 and the input terminal of the delay circuit 11 via the PMOS transistor P3. The voltage of the first power input terminal T1 input to the input terminal of the delay circuit 11 is delayed by the delay circuit 11 and applied to the gate of the PMOS transistor P1, and the PMOS transistor P1 is always turned off.

また、PMOSトランジスタP1のゲートへの電圧供給の遅延を行う遅延回路11は、図8のような簡単な回路で実現することができる。図8において、遅延回路11は、抵抗R1とコンデンサC1で構成されている。抵抗R1は、PMOSトランジスタP2及びP3の接続部とPMOSトランジスタP1のゲートとの間に接続されており、PMOSトランジスタP1のゲートと抵抗R1との接続部と接地電圧との間にコンデンサC1が接続されている。また、PMOSトランジスタP1は、大きな電流を流す必要があるため、トランジスタ幅の大きなものが必要になるが、電源電圧モニタ回路2は、大きな電流を流す必要がないため、簡単な回路構成で、小領域での実現が可能となる。   Further, the delay circuit 11 for delaying the voltage supply to the gate of the PMOS transistor P1 can be realized by a simple circuit as shown in FIG. In FIG. 8, the delay circuit 11 includes a resistor R1 and a capacitor C1. The resistor R1 is connected between the connection portion of the PMOS transistors P2 and P3 and the gate of the PMOS transistor P1, and the capacitor C1 is connected between the connection portion of the gate of the PMOS transistor P1, the resistor R1 and the ground voltage. Has been. Further, the PMOS transistor P1 needs to flow a large current, so that a transistor with a large transistor width is required. However, the power supply voltage monitor circuit 2 does not need to flow a large current, and thus has a simple circuit configuration and a small size. Realization in the area becomes possible.

一方、ESDにより複数の電源入力端子のいずれかの電圧が上昇しても、他の電源入力端子へ電流を流すことによって、ESDによる電源入力端子の電圧上昇を抑制することができる。このため、図9で示すように複数の電源保護回路1を各電源入力端子間に設けることにより、複数の電流経路を確保することができ、ESDに対する更にスムーズな電流経路を設けることができる。なお、図9では、4つの電源入力端子T1〜T4を有する場合を例にして示しているが、N(N>1の整数)個の電源入力端子に対してN個又は(N−1)個の電源保護回路1を設けるようにする。図9では、3個の電源保護回路1を設けた場合を例にして示したが、4個の電源保護回路1を設ける場合、電源入力端子T1とT4との間にも電源保護回路1を設けるようにする。   On the other hand, even if the voltage of any of the plurality of power supply input terminals rises due to ESD, the voltage rise of the power supply input terminal due to ESD can be suppressed by flowing current to the other power supply input terminals. Therefore, by providing a plurality of power protection circuits 1 between the power input terminals as shown in FIG. 9, a plurality of current paths can be secured, and a smoother current path for ESD can be provided. FIG. 9 shows an example in which four power input terminals T1 to T4 are provided, but N or (N−1) for N (an integer of N> 1) power input terminals. One power protection circuit 1 is provided. FIG. 9 shows an example in which three power protection circuits 1 are provided. However, when four power protection circuits 1 are provided, the power protection circuit 1 is also provided between the power input terminals T1 and T4. Make it.

このように、本第1の実施の形態における電源保護回路は、第1電源入力端子T1及び第2電源入力端子T2のいずれか一方に電圧が印加されると、該電圧を、PMOSトランジスタP1のサブストレートゲートに印加すると共に、遅延回路11で遅延させて第1電源入力端子T1と第2電源入力端子T2との間に接続されたPMOSトランジスタP1のゲートに印加するようにした。このことから、ESD等によって第1電源入力端子T1又は第2電源入力端子T2のいずれかの電圧が上昇すると、所定の期間、電圧が上昇した電源入力端子から他の電源入力端子に電流を流すことができ、該電源入力端子の電圧上昇を抑制することができ、内部回路の不具合の発生を防止することができる。また、多数の電源入力端子を有するIC等において、異常な高電圧の印加による各電源入力端子の電圧上昇を抑制することができ、微細化によるICの耐圧の低下を補うことができ、ESD等によるICの不具合の発生を防止することができるため、信頼性の向上を図ることができる。   As described above, when a voltage is applied to one of the first power input terminal T1 and the second power input terminal T2, the power protection circuit according to the first embodiment uses the voltage of the PMOS transistor P1. In addition to being applied to the substrate gate, it is delayed by the delay circuit 11 and applied to the gate of the PMOS transistor P1 connected between the first power input terminal T1 and the second power input terminal T2. From this, when the voltage of either the first power input terminal T1 or the second power input terminal T2 rises due to ESD or the like, a current flows from the power input terminal whose voltage has risen to another power input terminal for a predetermined period. It is possible to suppress an increase in voltage at the power input terminal, and to prevent occurrence of a malfunction in the internal circuit. In addition, in an IC or the like having a large number of power supply input terminals, it is possible to suppress a voltage increase at each power supply input terminal due to the application of an abnormally high voltage, and to compensate for a decrease in the breakdown voltage of the IC due to miniaturization. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of a malfunction of the IC due to the above, so that the reliability can be improved.

本発明の第1の実施の形態における電源保護回路の構成例を示した図である。It is the figure which showed the structural example of the power supply protection circuit in the 1st Embodiment of this invention. 図1の電源電圧モニタ回路2における通常時の動作例を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of normal operation in the power supply voltage monitor circuit 2 of FIG. 図1の電源電圧モニタ回路2における通常時の他の動作例を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing another example of normal operation in the power supply voltage monitor circuit 2 of FIG. 1. 図1の電源電圧モニタ回路2における通常時の他の動作例を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing another example of normal operation in the power supply voltage monitor circuit 2 of FIG. 1. 図1の電源電圧モニタ回路2における第1電源入力端子T1にESDが加わったときの動作例を示した図である。It is the figure which showed the operation example when ESD is added to the 1st power supply input terminal T1 in the power supply voltage monitor circuit 2 of FIG. 図1の電源電圧モニタ回路2における第2電源入力端子T2にESDが加わったときの動作例を示した図である。It is the figure which showed the operation example when ESD is added to 2nd power supply input terminal T2 in the power supply voltage monitor circuit 2 of FIG. 図1の電源電圧モニタ回路2の回路例を示した図である。It is the figure which showed the circuit example of the power supply voltage monitor circuit 2 of FIG. 図7の遅延回路11の回路例を示した図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a circuit example of the delay circuit 11 in FIG. 7. 図1の電源保護回路1を複数使用した場合を示した図である。It is the figure which showed the case where two or more power supply protection circuits 1 of FIG. 1 were used. 従来の電源保護回路の例を示した図である。It is the figure which showed the example of the conventional power supply protection circuit. 従来の電源保護回路の他の例を示した図である。It is the figure which showed the other example of the conventional power supply protection circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1 電源保護回路
2 電源電圧モニタ回路
11 遅延回路
P1〜P4 PMOSトランジスタ
N1 NMOSトランジスタ
T1 第1電源入力端子
T2 第2電源入力端子
T3 第3電源入力端子
T4 第4電源入力端子
R1 抵抗
C1 コンデンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply protection circuit 2 Power supply voltage monitor circuit 11 Delay circuit P1-P4 PMOS transistor N1 NMOS transistor T1 1st power supply input terminal T2 2nd power supply input terminal T3 3rd power supply input terminal T4 4th power supply input terminal R1 Resistance C1 Capacitor

Claims (6)

複数の電源入力端子を備えた回路に対して、該電源入力端子に印加されたESD等の異常電圧から保護する電源保護回路において、
対応する電源入力端子間に接続された第1のMOSトランジスタと、
該第1のMOSトランジスタが接続された各電源入力端子の電圧を監視し、一方の電源入力端子に印加された電圧を対応する該第1のMOSトランジスタのサブストレートゲートに出力すると共に、該電源入力端子に印加された電圧を所定時間遅延させて該第1のMOSトランジスタのゲートに出力し、前記電源入力端子に電圧が印加されると、所定の期間、前記第1のMOSトランジスタをオンさせて該電源入力端子から他方の電源入力端子に電流を流す電源電圧モニタ回路と、
を備え、
前記電源電圧モニタ回路は、
入力された電圧を前記所定時間遅延させて前記第1のMOSトランジスタのゲートに出力する遅延回路と、
所定の第1の電源入力端子の電圧に応じて作動し、オンすると第1のMOSトランジスタのサブストレートゲートと該遅延回路の入力端を所定の第2の電源入力端子にそれぞれ接続する第2のMOSトランジスタと、
オンすると第1のMOSトランジスタのサブストレートゲートと該遅延回路の入力端を第1の電源入力端子にそれぞれ接続する第3のMOSトランジスタと、
第1の電源入力端子の電圧に応じて作動し、オンすると該第3のMOSトランジスタをオンさせる第4のMOSトランジスタと、
第1の電源入力端子の電圧に応じて作動し、オンすると該第3のMOSトランジスタのゲートに第2の電源入力端子の電圧を印加する、該第4のMOSトランジスタと相補形トランジスタをなす第5のMOSトランジスタと、
を備え、
前記第3のMOSトランジスタは、第4のMOSトランジスタがオフしているときにオンする第5のMOSトランジスタから第2の電源入力端子の電圧がゲートに入力されることを特徴とする電源保護回路。
In a power protection circuit for protecting a circuit having a plurality of power input terminals from an abnormal voltage such as ESD applied to the power input terminals,
A first MOS transistor connected between corresponding power input terminals;
The voltage of each power input terminal to which the first MOS transistor is connected is monitored, the voltage applied to one power input terminal is output to the substrate gate of the corresponding first MOS transistor, and the power The voltage applied to the input terminal is delayed for a predetermined time and output to the gate of the first MOS transistor. When the voltage is applied to the power input terminal, the first MOS transistor is turned on for a predetermined period. A power supply voltage monitor circuit for passing a current from the power supply input terminal to the other power supply input terminal ;
With
The power supply voltage monitor circuit is
A delay circuit that delays the input voltage for the predetermined time and outputs the delayed voltage to the gate of the first MOS transistor;
It operates according to the voltage of a predetermined first power supply input terminal, and when turned on, a second gate for connecting the substrate gate of the first MOS transistor and the input terminal of the delay circuit to the predetermined second power supply input terminal, respectively. A MOS transistor;
A third MOS transistor that, when turned on, connects the substrate gate of the first MOS transistor and the input terminal of the delay circuit to the first power input terminal;
A fourth MOS transistor which operates according to the voltage of the first power input terminal and turns on the third MOS transistor when turned on;
It operates in accordance with the voltage of the first power input terminal, and when turned on, applies the voltage of the second power input terminal to the gate of the third MOS transistor, and forms a complementary transistor with the fourth MOS transistor. 5 MOS transistors,
With
In the third MOS transistor, the voltage of the second power input terminal is inputted to the gate from the fifth MOS transistor which is turned on when the fourth MOS transistor is turned off. .
前記電源電圧モニタ回路は、電源入力端子の電圧上昇から数nsecから数百nsec遅らせてオフさせるように、対応する前記第1のMOSトランジスタのゲート電圧を変化させることを特徴とする請求項1記載の電源保護回路。   2. The gate voltage of the corresponding first MOS transistor is changed so that the power supply voltage monitor circuit is turned off with a delay of several nsec to several hundred nsec from a rise in voltage of a power supply input terminal. Power protection circuit. 前記遅延回路は、
該遅延回路の入力端と出力端との間に接続された抵抗と、
該遅延回路の出力端と接地電圧との間に接続されたコンデンサと、
を備えることを特徴とする請求項1又は2記載の電源保護回路。
The delay circuit is
A resistor connected between an input terminal and an output terminal of the delay circuit;
A capacitor connected between the output terminal of the delay circuit and the ground voltage;
Power supply protection circuit according to claim 1, wherein further comprising a.
前記第1のMOSトランジスタ及び電源電圧モニタ回路は、異なる電源入力端子間にそれぞれ対応して設けられることを特徴とする請求項1、2又は3記載の電源保護回路。 Said first MOS transistor and the power supply voltage monitoring circuit, the power supply protection circuit according to claim 1, 2 or 3, wherein the provided corresponding to the different power supply input terminal. 2以上の整数であるN個の電源入力端子に対して(N−1)個の前記第1のMOSトランジスタ及び電源電圧モニタ回路をそれぞれ備えることを特徴とする請求項4記載の電源保護回路。 5. The power supply protection circuit according to claim 4 , further comprising (N-1) first MOS transistors and a power supply voltage monitor circuit for N power supply input terminals which are integers of 2 or more . 2以上の整数であるN個の電源入力端子に対して個の前記第1のMOSトランジスタ及び電源電圧モニタ回路をそれぞれ備えることを特徴とする請求項記載の電源保護回路。 5. The power supply protection circuit according to claim 4 , further comprising N first MOS transistors and a power supply voltage monitor circuit for N power supply input terminals which are integers of 2 or more.
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