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JP4797644B2 - Clamp circuit - Google Patents
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JP4797644B2 - Clamp circuit - Google Patents

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Description

本発明は、入力信号電圧の振幅を制限して集積回路などに出力するクランプ回路に関し、とくに信号の遅延が少なく、消費電流を抑えるようにしたクランプ回路に関する。   The present invention relates to a clamp circuit that limits the amplitude of an input signal voltage and outputs the same to an integrated circuit, and more particularly to a clamp circuit that suppresses current consumption with little signal delay.

外部データを取り込むシグナルコンディショナなどの集積回路においては、CMOSトランジスタなどで構成されたアナログスイッチを有するマルチプレクサやプログラマブルゲインアンプなどを内蔵している。そこでは、入力部には測定器などからの過大入力電圧が供給された場合でも集積回路を保護するために、クランプ回路などの保護回路が設けられている。   An integrated circuit such as a signal conditioner for taking in external data incorporates a multiplexer having an analog switch composed of a CMOS transistor or the like, a programmable gain amplifier, and the like. In this case, a protection circuit such as a clamp circuit is provided in the input unit in order to protect the integrated circuit even when an excessive input voltage from a measuring instrument or the like is supplied.

図5は、従来のクランプ回路の一例を示すブロック図である。
図において、外部データが入力する信号入力端子VINには、抵抗R1、ツェナーダイオードD1から構成されるクランプ回路10を介して、2つのインバータ回路U1,U2が直列に接続され、後段のインバータ回路U2からは、「1」、「0」の2値信号が信号出力端子VOUTに出力されている。
FIG. 5 is a block diagram showing an example of a conventional clamp circuit.
In the figure, a signal input terminal VIN to which external data is input is connected in series with two inverter circuits U1 and U2 via a clamp circuit 10 including a resistor R1 and a Zener diode D1, and an inverter circuit U2 in the subsequent stage. The binary signals “1” and “0” are output from the signal output terminal VOUT.

このようなクランプ回路10では、外部データの信号電圧ViがツェナーダイオードD1の降伏電圧Vzよりも小さいとき、信号入力端子VINに加えられた信号電圧がインバータ回路U1の入力電圧V1としてそのまま印加される。一方、信号入力端子VINの信号電圧が降伏電圧Vzより大きくなったときは、ツェナーダイオードD1が降伏してV1=Vzとなるから、入力電圧V1が降伏電圧Vzを超えることはない。したがって、信号入力端子VINに印加される外部データの信号電圧Viが、集積回路への入力電圧V1として許容される電圧値を超える可能性があるような場合、このクランプ回路10をインバータ回路U1,U2と信号入力端子VINとの間に設けることで、後段の集積回路を過大入力電圧から保護することができる。   In such a clamp circuit 10, when the signal voltage Vi of external data is smaller than the breakdown voltage Vz of the Zener diode D1, the signal voltage applied to the signal input terminal VIN is applied as it is as the input voltage V1 of the inverter circuit U1. . On the other hand, when the signal voltage at the signal input terminal VIN becomes larger than the breakdown voltage Vz, the Zener diode D1 breaks down to V1 = Vz, so that the input voltage V1 does not exceed the breakdown voltage Vz. Therefore, when there is a possibility that the signal voltage Vi of the external data applied to the signal input terminal VIN exceeds the voltage value allowed as the input voltage V1 to the integrated circuit, the clamp circuit 10 is connected to the inverter circuit U1, By providing it between U2 and the signal input terminal VIN, it is possible to protect the integrated circuit at the subsequent stage from an excessive input voltage.

特許文献1には、この種の集積回路に対する保護回路の一例として、正常入力範囲が広く、安定したクランプ動作が確保され、低消費電力の入力電圧クランプ回路が示されている。この入力電圧クランプ回路は、集積回路への入力電圧を集積回路の正の第一電源電圧以下あるいは負の第二電源電圧以上となるようにクランプする入力電圧クランプ回路であって、入力電圧が正の第一定電圧より大きい場合は、第一定電圧以上第一電源電圧以下の電圧に入力電圧をクランプして集積回路の入力とする第一電圧制御手段と、入力電圧が負の第二定電圧より小さい場合は、第二電源電圧以上第二定電圧以下の電圧に入力電圧をクランプして集積回路の入力とする第二電圧制御手段を具備したことを特徴とするものである。
特開2001−160719号公報(段落番号〔0002〕−〔0024〕、図1,4)
As an example of a protection circuit for this type of integrated circuit, Patent Document 1 discloses an input voltage clamp circuit with a wide normal input range, a stable clamping operation, and low power consumption. This input voltage clamp circuit is an input voltage clamp circuit that clamps an input voltage to an integrated circuit so that it is equal to or lower than a positive first power supply voltage or a negative second power supply voltage of the integrated circuit. The first voltage control means for clamping the input voltage to a voltage not lower than the first predetermined voltage and not higher than the first power supply voltage to be input to the integrated circuit, and a second constant negative in the input voltage. In the case where the voltage is smaller than the voltage, the second voltage control means for clamping the input voltage to a voltage not lower than the second power supply voltage and not higher than the second constant voltage to input the integrated circuit is provided.
JP 2001-160719 A (paragraph numbers [0002]-[0024], FIGS. 1 and 4)

しかし、図5に示す従来のクランプ回路10は、信号入力端子VINの信号電圧がツェナーダイオードD1の降伏電圧Vzよりも高いと、抵抗R1には定常的に電流が流れることになって、無駄な電力消費が生じるという問題点があった。この電流値は、抵抗R1を大きくすることにより低減可能ではあるが、そうするとインバータ回路U1の入力容量を駆動するために要する時間が増え、クランプ回路10を設けたことによって入力信号の遅延時間が増大するおそれがあった。   However, in the conventional clamp circuit 10 shown in FIG. 5, when the signal voltage at the signal input terminal VIN is higher than the breakdown voltage Vz of the Zener diode D1, a current constantly flows through the resistor R1, which is useless. There was a problem that power consumption occurred. This current value can be reduced by increasing the resistance R1, but in this case, the time required to drive the input capacitance of the inverter circuit U1 increases, and the delay time of the input signal increases due to the provision of the clamp circuit 10. There was a risk.

また、特許文献1に記載された入力電圧クランプ回路では、第一電圧制御手段は、入力電圧が第一定電圧より大きい場合に第一制御電圧を出力する第一演算増幅器と、第一制御電圧を入力して第一定電圧以上第一電源電圧以下の電圧を出力する第一出力トランジスタとを具備し、第二電圧制御手段は、入力電圧が第二定電圧より小さい場合に第二制御電圧を出力する第二演算増幅器と、第二制御電圧を入力して第二電源電圧以上第二定電圧以下の電圧を出力する第二出力トランジスタとを具備することから、これら第一、第二演算増幅器における電力消費を抑えることが困難であった。   Further, in the input voltage clamp circuit described in Patent Document 1, the first voltage control means includes a first operational amplifier that outputs a first control voltage when the input voltage is greater than a first constant voltage, and a first control voltage. And a first output transistor that outputs a voltage not lower than the first constant voltage and not higher than the first power supply voltage, and the second voltage control means has a second control voltage when the input voltage is smaller than the second constant voltage. And a second output transistor for inputting a second control voltage and outputting a voltage not lower than the second power supply voltage and not higher than the second constant voltage. It has been difficult to reduce power consumption in the amplifier.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、遅延時間が短く、かつ消費電流の少ないクランプ回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a clamp circuit with a short delay time and low current consumption.

本発明では、上記問題を解決するために、入力信号電圧の振幅を制限して所定電圧範囲の信号を出力するクランプ回路において、ゲート端子が第1の基準電源に接続され、ドレイン端子が信号入力端子と直接に接続された三端子クランプ素子と、前記三端子クランプ素子のソース端子と信号出力端子との間に直列に接続された偶数段のインバータ回路と、前記三端子クランプ素子の前記ソース端子と前記インバータ回路との接続点に一端が接続され、他端が第2の基準電源に接続された抵抗素子と、を備えたことを特徴とするクランプ回路が提供される。
In the present invention, in order to solve the above problem, in a clamp circuit that limits the amplitude of the input signal voltage and outputs a signal in a predetermined voltage range, the gate terminal is connected to the first reference power supply, and the drain terminal is the signal input. A three-terminal clamp element directly connected to a terminal; an even number of inverter circuits connected in series between a source terminal and a signal output terminal of the three-terminal clamp element; and the source terminal of the three-terminal clamp element And a resistor element having one end connected to a connection point of the inverter circuit and the other end connected to a second reference power supply.

本発明によれば、測定器などからの外部データが過大入力電圧で供給された場合でも、出力される信号の応答時間における遅延を短くでき、かつ消費電流の少ないクランプ回路が提供できる。   According to the present invention, even when external data from a measuring instrument or the like is supplied with an excessive input voltage, a delay in response time of an output signal can be shortened and a clamp circuit with low current consumption can be provided.

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係るクランプ回路を示すブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a clamp circuit according to the first embodiment.

図1において、クランプ回路11は外部データが供給される信号入力端子VINに対する保護回路として設けられ、外部データの入力電圧Viがクランプ回路11でクランプされて出力電圧V1となり、直列に接続された2つのインバータ回路U1,U2からなるバッファを介して、出力電圧Voとして信号出力端子VOUTへ出力されるように構成されている。   In FIG. 1, a clamp circuit 11 is provided as a protection circuit for a signal input terminal VIN to which external data is supplied, and an input voltage Vi of external data is clamped by the clamp circuit 11 to become an output voltage V1, which is connected in series 2 The output voltage Vo is output to the signal output terminal VOUT through a buffer including two inverter circuits U1 and U2.

クランプ回路11は、基板端子が接地されたNチャネル型のMOSFETQn1と抵抗R1から構成されている。MOSFETQn1は、そのドレイン端子と信号入力端子VINとが接続され、ソース端子はインバータ回路U1の入力側に接続されている。また、MOSFETQn1のゲート端子はゲートバイアス信号入力端子Vbと接続され、ゲートバイアス信号が供給されている。抵抗R1は、一端がMOSFETQn1とインバータ回路U1との接続点に接続され、他端が接地されている。   The clamp circuit 11 includes an N-channel MOSFET Qn1 whose substrate terminal is grounded and a resistor R1. MOSFET Qn1 has its drain terminal connected to signal input terminal VIN, and its source terminal connected to the input side of inverter circuit U1. The gate terminal of the MOSFET Qn1 is connected to the gate bias signal input terminal Vb and supplied with a gate bias signal. The resistor R1 has one end connected to a connection point between the MOSFET Qn1 and the inverter circuit U1, and the other end grounded.

このように構成されたクランプ回路11において、外部データの入力電圧Viが十分に低いときは、MOSFETQn1が導通(非飽和領域で動作)している。いま、MOSFETQn1のオン抵抗が抵抗R1に比べて無視できる大きさであるとすると、出力電圧V1は入力電圧Viに等しい。一方、外部データが規定値を越える大きさの入力電圧Viとして信号入力端子VINに供給された場合は、出力電圧V1をソース電位とするソースフォロアとしてMOSFETQn1が動作する。いま、ゲートバイアス信号の電位をVg、MOSFETQn1のしきい値電圧をVth1とすると、インバータ回路U1に出力される電位は(Vg−Vth1)を超えることはない。したがって、ゲートバイアス信号の電位Vgを適切な値に設定することによって、外部データの入力電圧Viが大きくなった場合でも、インバータ回路U1,U2を介して制限された振幅の信号を集積回路に出力できる。   In the clamp circuit 11 configured as described above, when the input voltage Vi of the external data is sufficiently low, the MOSFET Qn1 is conductive (operates in the non-saturated region). Now, assuming that the on-resistance of the MOSFET Qn1 is negligible compared to the resistor R1, the output voltage V1 is equal to the input voltage Vi. On the other hand, when external data is supplied to the signal input terminal VIN as an input voltage Vi having a magnitude exceeding a specified value, the MOSFET Qn1 operates as a source follower having the output voltage V1 as a source potential. Now, assuming that the potential of the gate bias signal is Vg and the threshold voltage of the MOSFET Qn1 is Vth1, the potential output to the inverter circuit U1 does not exceed (Vg−Vth1). Therefore, by setting the potential Vg of the gate bias signal to an appropriate value, even when the input voltage Vi of the external data increases, a signal having a limited amplitude is output to the integrated circuit via the inverter circuits U1 and U2. it can.

なお、上述したクランプ回路11では、定常的にV1/R1の電流を消費することになるから、抵抗R1の抵抗値はなるべく大きな値に設定することが好ましい。その場合に、クランプ回路11の抵抗R1として大きな値のものを用いたとしても、インバータ回路U1への入力信号が変化する(クランプされていない)領域では、オン抵抗の低いMOSFETQn1を通してインバータ回路U1が駆動されるため、信号入力端子VINに供給された外部データに対して、少ない遅延で応答可能となる。   Note that, in the clamp circuit 11 described above, a current of V1 / R1 is constantly consumed, so it is preferable to set the resistance value of the resistor R1 as large as possible. In this case, even if a large value is used as the resistor R1 of the clamp circuit 11, in the region where the input signal to the inverter circuit U1 changes (not clamped), the inverter circuit U1 is connected through the MOSFET Qn1 having a low on-resistance. Since it is driven, it can respond to the external data supplied to the signal input terminal VIN with a small delay.

以上、実施の形態1のクランプ回路11は、集積回路などに供給される外部データの電圧振幅を制限して所定電圧範囲の信号を出力するクランプ回路であって、ゲート端子がゲートバイアス信号入力端子Vbに接続されて第1の基準電源となるゲートバイアス信号が供給され、ドレイン端子が信号入力端子VINに、ソース端子が2つのインバータ回路U1,U2を介して信号出力端子VOUTに接続されたNチャネル型のMOSFETQn1と、このMOSFETQn1のソース端子と信号出力端子VOUTとの接続点に一端が接続され、他端が接地された抵抗R1とから構成され、入力電圧Viの電圧振幅の上側での過大入力を制限して、後段の集積回路を保護するようにしたものである。以上のように、クランプ回路11を設けたことによる遅延時間の増加を少なく、かつクランプ回路11自身による電流の消費も少なくすることができる。   As described above, the clamp circuit 11 according to the first embodiment is a clamp circuit that outputs a signal in a predetermined voltage range by limiting the voltage amplitude of external data supplied to an integrated circuit or the like, and the gate terminal is a gate bias signal input terminal. A gate bias signal connected to Vb and serving as a first reference power supply is supplied, a drain terminal connected to the signal input terminal VIN, and a source terminal connected to the signal output terminal VOUT via the two inverter circuits U1 and U2. The channel type MOSFET Qn1 and a resistor R1 having one end connected to a connection point between the source terminal of the MOSFET Qn1 and the signal output terminal VOUT and the other end grounded, are excessively large on the upper side of the voltage amplitude of the input voltage Vi. The input is limited to protect the integrated circuit at the subsequent stage. As described above, an increase in delay time due to the provision of the clamp circuit 11 can be reduced, and current consumption by the clamp circuit 11 itself can be reduced.

なお、実施の形態1のクランプ回路11では、外部データの電圧振幅が高電位側に超える場合に入力電圧Viをクランプして制限された振幅の信号に変換する構成のものについて説明したが、クランプ回路11を構成するNチャネル型のMOSFETQn1に代えてPチャネル型のMOSFETQp1を用いるとともに、抵抗R1の他端を高電位の基準電源(例えば集積回路の高電位側電源や上記のゲートバイアス信号入力端子Vbなど)に接続し、Pチャネル型のMOSFETQp1のゲートを接地電位などの低電位の基準電源に接続することによって、電圧振幅の下限を下廻る入力電圧Viをクランプして過少入力を制限することも可能である。   The clamp circuit 11 according to the first embodiment has been described with respect to a configuration in which the input voltage Vi is clamped and converted into a limited amplitude signal when the voltage amplitude of the external data exceeds the high potential side. A P-channel MOSFET Qp1 is used instead of the N-channel MOSFET Qn1 constituting the circuit 11, and the other end of the resistor R1 is connected to a high-potential reference power supply (for example, a high-potential-side power supply of the integrated circuit or the gate bias signal input terminal described above). Vb, etc.), and the gate of the P-channel MOSFET Qp1 is connected to a low-potential reference power source such as a ground potential, thereby clamping the input voltage Vi below the lower limit of the voltage amplitude and limiting the underinput. Is also possible.

(実施の形態2)
図2は、実施の形態2に係るクランプ回路を示すブロック図である。
図2のクランプ回路12は、対象とする外部データが「1」、「0」の2値信号である場合に、ラッチ回路13と組み合わせて構成したものである。図1に示す実施の形態1に係るクランプ回路11はアナログ信号のクランプにも適用できるものであるが、図2に示すクランプ回路12は2値信号にのみ適用できるものである。クランプ回路12はアナログ信号のクランプには適用できないものの、定常状態では電流を消費しないという利点を有している。このクランプ回路12は、Nチャネル型のMOSFETQn1と抵抗R2から構成され、MOSFETQn1のゲート端子がゲートバイアス信号入力端子Vbと接続され、ドレイン端子が信号入力端子VINと接続され、ソース端子はインバータ回路U1の入力側に接続されている。抵抗R2は、MOSFETQn1のソース端子と信号出力端子VOUTとの間に直列に接続された2段のインバータ回路U1,U2と並列に接続されている。すなわち、インバータ回路U1,U2と、その初段の入力端子と終段の出力端子との間を帰還抵抗として接続する抵抗R2によって、ラッチ回路13が構成されている。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a block diagram showing a clamp circuit according to the second embodiment.
The clamp circuit 12 of FIG. 2 is configured in combination with the latch circuit 13 when the target external data is a binary signal of “1” and “0”. The clamp circuit 11 according to the first embodiment shown in FIG. 1 can be applied to analog signal clamping, but the clamp circuit 12 shown in FIG. 2 can be applied only to binary signals. Although the clamp circuit 12 is not applicable to analog signal clamping, it has the advantage of not consuming current in a steady state. The clamp circuit 12 includes an N-channel MOSFET Qn1 and a resistor R2. The gate terminal of the MOSFET Qn1 is connected to the gate bias signal input terminal Vb, the drain terminal is connected to the signal input terminal VIN, and the source terminal is the inverter circuit U1. Is connected to the input side. The resistor R2 is connected in parallel with the two-stage inverter circuits U1 and U2 connected in series between the source terminal of the MOSFET Qn1 and the signal output terminal VOUT. That is, the latch circuit 13 is configured by the inverter circuits U1 and U2 and the resistor R2 that connects the input terminal of the first stage and the output terminal of the final stage as a feedback resistor.

このように構成されたクランプ回路12において、外部データの入力電圧Viが接地電位であるときには、出力電圧V1と信号出力端子VOUTの出力電圧Voはいずれも接地電位と等しくなって、抵抗R2には電流が流れない。一方、外部データが規定値を越える大きさの入力電圧Viとなるときには、信号出力端子VOUTにはラッチ回路13の電源電圧が出力される。この場合、ゲートバイアス信号の電位Vgを適切な値に設定することによって、MOSFETQn1が遮断状態となり(この状態ではV1=VOUTとなる)、実施の形態1のように抵抗R2には定常的な電流が流れないから、無駄な電力消費がなくなる。また、インバータ回路U1,U2をCMOSで構成すれば、インバータ回路U1,U2で電流を消費することもない。   In the clamp circuit 12 configured as described above, when the input voltage Vi of the external data is the ground potential, the output voltage V1 and the output voltage Vo of the signal output terminal VOUT are both equal to the ground potential, and the resistor R2 Current does not flow. On the other hand, when the external data becomes the input voltage Vi having a magnitude exceeding the specified value, the power supply voltage of the latch circuit 13 is output to the signal output terminal VOUT. In this case, by setting the potential Vg of the gate bias signal to an appropriate value, the MOSFET Qn1 is cut off (V1 = VOUT in this state), and the resistor R2 has a steady current as in the first embodiment. Since there is no flow, unnecessary power consumption is eliminated. Further, if the inverter circuits U1 and U2 are formed of CMOS, the inverter circuits U1 and U2 do not consume current.

つぎに、上述したクランプ回路の具体的な実施例について説明する。
図3は、実施の形態2に係るクランプ回路の実施例を示す回路図である。
ここでは、MOSFETQn1のゲート端子にはゲートバイアス信号として電源電圧VDDが印加され、その基板端子は接地されている。また、インバータ回路U1,U2を構成するMOSFETとして、電源電圧VDDと接地間で直列に接続されたNチャネル型のMOSFETQn2とPチャネル型のMOSFETQp2からなる第1のCMOS回路、およびNチャネル型のMOSFETQn3とPチャネル型のMOSFETQp3からなる第2のCMOS回路をそれぞれカスケード接続するとともに、帰還抵抗として抵抗R2が用いられている。
Next, a specific embodiment of the above-described clamp circuit will be described.
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the clamp circuit according to the second embodiment.
Here, the power supply voltage VDD is applied as a gate bias signal to the gate terminal of the MOSFET Qn1, and its substrate terminal is grounded. Further, as MOSFETs constituting the inverter circuits U1 and U2, a first CMOS circuit including an N-channel MOSFET Qn2 and a P-channel MOSFET Qp2 connected in series between the power supply voltage VDD and the ground, and an N-channel MOSFET Qn3 And a second CMOS circuit composed of a P-channel type MOSFET Qp3 are cascade-connected, and a resistor R2 is used as a feedback resistor.

これらのMOSFETQn1,Qn2,Qn3,Qp2およびQp3は、図中に併記した数字によってそれぞれのデバイスサイズ(ゲート幅とゲート長の比、Wμm/Lμm)が表されている。   Each of these MOSFETs Qn1, Qn2, Qn3, Qp2 and Qp3 represents the device size (ratio of gate width to gate length, W μm / L μm) by the numbers shown in the figure.

ここでは、MOSFETQn1のゲート電位が電源電圧VDDに固定されているため、ゲートバイアス信号を生成するための特別な回路を必要としない。MOSFETQn1のしきい値電圧をVth1としたとき、ラッチ回路13のしきい値は、(VDD−Vth1)よりも十分に低い必要がある。ラッチ回路13のしきい値電圧に関しては、第1のCMOS回路を構成しているMOSFETQn2,Qp2のデバイスサイズを変えることで、ある程度まで調整できる。たとえば、MOSFETQn2のゲート幅Wを大きく設定すれば、しきい値を低く設定することが可能である。   Here, since the gate potential of the MOSFET Qn1 is fixed to the power supply voltage VDD, a special circuit for generating a gate bias signal is not required. When the threshold voltage of the MOSFET Qn1 is Vth1, the threshold value of the latch circuit 13 needs to be sufficiently lower than (VDD−Vth1). The threshold voltage of the latch circuit 13 can be adjusted to some extent by changing the device sizes of the MOSFETs Qn2 and Qp2 constituting the first CMOS circuit. For example, if the gate width W of the MOSFET Qn2 is set large, the threshold value can be set low.

図4は、図3のクランプ回路における各部のシミュレーション電圧値を示す電圧波形図である。図4において、記号△で示す波形は入力電圧Vi、記号■で示す波形は出力電圧Vo、記号×で示す波形は出力電圧V1である。なお、抵抗R2の抵抗値は100kΩとした。   FIG. 4 is a voltage waveform diagram showing simulation voltage values at various parts in the clamp circuit of FIG. In FIG. 4, the waveform indicated by symbol Δ is the input voltage Vi, the waveform indicated by symbol ■ is the output voltage Vo, and the waveform indicated by symbol x is the output voltage V1. The resistance value of the resistor R2 was 100 kΩ.

いま、クランプ電圧が電源電圧VDD(=5V)によって設定されているクランプ回路において、0Vから10Vの範囲で変化する外部データを信号入力端子VINに入力電圧Viとして供給する。入力電圧Viが変化した時点で、クランプ回路12の出力電圧V1も0Vから徐々に電源電圧VDDに規定されて5Vまで上昇する。このとき、ラッチ回路13の第1のCMOS回路では、MOSFETQp2がオフし、MOSFETQn2がオンする。そして、第2のCMOS回路ではMOSFETQn3がオフし、MOSFETQp3がオンすることで、信号出力端子VOUTに対して電源電圧VDD(=5V)でクランプされた出力信号を生成する。   Now, in the clamp circuit in which the clamp voltage is set by the power supply voltage VDD (= 5V), external data that changes in the range of 0V to 10V is supplied as the input voltage Vi to the signal input terminal VIN. When the input voltage Vi changes, the output voltage V1 of the clamp circuit 12 is also gradually regulated from 0V to the power supply voltage VDD and rises to 5V. At this time, in the first CMOS circuit of the latch circuit 13, the MOSFET Qp2 is turned off and the MOSFET Qn2 is turned on. In the second CMOS circuit, the MOSFET Qn3 is turned off and the MOSFET Qp3 is turned on to generate an output signal clamped at the power supply voltage VDD (= 5 V) with respect to the signal output terminal VOUT.

このように、信号入力端子VINでの入力電圧Viが電源電圧VDDを超えて変化したとき、信号出力端子VOUTでは外部データの信号振幅を接地電位と電源電圧VDDとの間にクランプして、しかも遅延時間が短い出力電圧Voとして出力できる。なお、図3のクランプ回路において、MOSFETQn1に代えてPチャネル型のMOSFETQp1を用い、Pチャネル型のMOSFETQp1のゲートを接地することにより、電圧振幅の下限(GND)を下廻る入力電圧Viをクランプして過少入力を制限することも可能である。   Thus, when the input voltage Vi at the signal input terminal VIN changes beyond the power supply voltage VDD, the signal amplitude of the external data is clamped between the ground potential and the power supply voltage VDD at the signal output terminal VOUT. The output voltage Vo can be output with a short delay time. In the clamp circuit of FIG. 3, a P-channel type MOSFET Qp1 is used instead of the MOSFET Qn1, and the gate of the P-channel type MOSFET Qp1 is grounded to clamp the input voltage Vi below the lower limit (GND) of the voltage amplitude. It is also possible to limit the underinput.

以上、実施の形態2のクランプ回路12は、集積回路などに供給される外部データの電圧振幅を制限して所定電圧範囲の信号を出力するクランプ回路であって、ゲート端子がゲートバイアス信号入力端子Vbに接続されて第1の基準電源となるゲートバイアス信号が供給され、ドレイン端子が信号入力端子VINに接続され、基板端子が第2の基準電源となる大地に接続されたNチャネル型のMOSFETQn1と、このMOSFETQn1のソース端子と信号出力端子VOUTとの間に直列に接続された2段のインバータ回路U1,U2、およびインバータ回路U1,U2のうち初段の入力端子と終段の出力端子とを接続する抵抗R2からなるラッチ回路13とから構成され、入力電圧Viの電圧振幅の上側での過大入力を制限して、後段の集積回路を保護するようにしたものである。したがって、ここではクランプ回路12を設けたことによって信号出力までの遅延時間の増加は少なく、かつ消費電流が増えることもない。   As described above, the clamp circuit 12 according to the second embodiment is a clamp circuit that limits the voltage amplitude of external data supplied to an integrated circuit or the like and outputs a signal in a predetermined voltage range, and the gate terminal is a gate bias signal input terminal. A gate bias signal that is connected to Vb and serves as the first reference power supply is supplied, a drain terminal is connected to the signal input terminal VIN, and a substrate terminal is connected to the ground serving as the second reference power supply. And the two-stage inverter circuits U1, U2 connected in series between the source terminal of the MOSFET Qn1 and the signal output terminal VOUT, and the first-stage input terminal and the final-stage output terminal of the inverter circuits U1, U2. And a latch circuit 13 composed of a resistor R2 to be connected to limit the excessive input above the voltage amplitude of the input voltage Vi, and It is obtained so as to protect the integrated circuit. Therefore, here, the provision of the clamp circuit 12 causes little increase in delay time until signal output and does not increase current consumption.

なお、上記のように、実施の形態2のクランプ回路12は、実施の形態1のものと同様に、クランプ回路12を構成するNチャネル型のMOSFETQn1に代えてPチャネル型のMOSFETを用いることも可能である。その場合に、基板端子の電位やゲートバイアス信号の電位が図2のものとは異なることはいうまでもない。   As described above, the clamp circuit 12 of the second embodiment may use a P-channel MOSFET instead of the N-channel MOSFET Qn1 constituting the clamp circuit 12 as in the first embodiment. Is possible. In that case, needless to say, the potential of the substrate terminal and the potential of the gate bias signal are different from those in FIG.

実施の形態1に係るクランプ回路を示すブロック図である。3 is a block diagram illustrating a clamp circuit according to the first embodiment. FIG. 実施の形態2に係るクランプ回路を示すブロック図である。6 is a block diagram illustrating a clamp circuit according to a second embodiment. FIG. 実施の形態2に係るクランプ回路の実施例を示す回路図である。6 is a circuit diagram showing an example of a clamp circuit according to Embodiment 2. FIG. 図3のクランプ回路の各部におけるシミュレーション電圧値を示す電圧波形図である。FIG. 4 is a voltage waveform diagram showing simulation voltage values in each part of the clamp circuit of FIG. 3. 従来のクランプ回路の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the conventional clamp circuit.

符号の説明Explanation of symbols

11,12 クランプ回路
13 ラッチ回路
VIN 信号入力端子
VOUT 信号出力端子
U1,U2 インバータ回路
R1,R2 抵抗
D1 ツェナーダイオード
V1 インバータ回路U1の入力電圧
Qn1,Qn2,Qn3,Qp2,Qp3 MOSFET
11, 12 Clamp circuit 13 Latch circuit VIN Signal input terminal VOUT Signal output terminal U1, U2 Inverter circuit R1, R2 Resistor D1, Zener diode V1 Input voltage of inverter circuit U1 Qn1, Qn2, Qn3, Qp2, Qp3 MOSFET

Claims (6)

入力信号電圧の振幅を制限して所定電圧範囲の信号を出力するクランプ回路において、
ゲート端子が第1の基準電源に接続され、ドレイン端子が信号入力端子と直接に接続された三端子クランプ素子と、
前記三端子クランプ素子のソース端子と信号出力端子との間に直列に接続された偶数段のインバータ回路と、
前記三端子クランプ素子の前記ソース端子と前記インバータ回路との接続点に一端が接続され、他端が第2の基準電源に接続された抵抗素子と、
を備えたことを特徴とするクランプ回路。
In the clamp circuit that limits the amplitude of the input signal voltage and outputs a signal in a predetermined voltage range,
A gate terminal is connected to a first reference power supply, and a three-pole terminal device drain pin is directly connected to the signal input terminal,
An even number of inverter circuits connected in series between a source terminal and a signal output terminal of the three-terminal clamp element;
A resistance element having one end connected to a connection point between the source terminal of the three-terminal clamp element and the inverter circuit, and the other end connected to a second reference power supply;
A clamp circuit comprising:
前記第1の基準電源の電位が前記第2の基準電源の電位より高く、前記三端子クランプ素子がNチャネル型のMOSFETであることを特徴とする請求項1記載のクランプ回路。   2. The clamp circuit according to claim 1, wherein the potential of the first reference power source is higher than the potential of the second reference power source, and the three-terminal clamp element is an N-channel type MOSFET. 前記第1の基準電源の電位が前記第2の基準電源の電位より低く、前記三端子クランプ素子がPチャネル型のMOSFETであることを特徴とする請求項1記載のクランプ回路。   2. The clamp circuit according to claim 1, wherein the potential of the first reference power source is lower than the potential of the second reference power source, and the three-terminal clamp element is a P-channel type MOSFET. 入力信号電圧の振幅を制限して所定電圧範囲の信号を出力するクランプ回路において、
ゲート端子が第1の基準電源に接続され、ドレイン端子が信号入力端子と接続された三端子クランプ素子と、
前記三端子クランプ素子のソース端子と信号出力端子との間に直列に接続された偶数段のインバータ回路、および前記インバータ回路のうち初段の入力端子と終段の出力端子とを接続する帰還抵抗からなるラッチ回路と、
を備えたことを特徴とするクランプ回路。
In the clamp circuit that limits the amplitude of the input signal voltage and outputs a signal in a predetermined voltage range,
A three-terminal clamp element having a gate terminal connected to a first reference power supply and a drain terminal connected to a signal input terminal;
An even number of inverter circuits connected in series between the source terminal and the signal output terminal of the three-terminal clamp element, and a feedback resistor that connects the first-stage input terminal and the final-stage output terminal of the inverter circuit And a latch circuit
A clamp circuit comprising:
前記三端子クランプ素子がNチャネル型のMOSFETであることを特徴とする請求項4記載のクランプ回路。   5. The clamp circuit according to claim 4, wherein the three-terminal clamp element is an N-channel type MOSFET. 前記三端子クランプ素子がPチャネル型のMOSFETであることを特徴とする請求項4記載のクランプ回路。   5. The clamp circuit according to claim 4, wherein the three-terminal clamp element is a P-channel type MOSFET.
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