JP2834034B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
周期パルス信号を用いたデジタル回路を内蔵する半導体
装置に関する。
々な製品の制御用途のために広く用いられている。たと
えば、図7は特開昭61−264747号公報に示され
ている半導体装置における電源および接地配線の配置図
である。
は、チップ内の電源および接地配線を次の2組に分けて
構成されている。一方は、入力回路および内部回路用電
源端子11とその配線15,入力回路および内部回路用
接地端子12とその配線16から構成され、もう一方
は、出力回路用電源端子13とその配線17,出力回路
用接地端子14とその配線18から構成されている。
線17および18に接続された出力回路の出力端子であ
り、端子20は、入力回路および内部回路用電源および
接地配線15および16に接続された入力回路の入力端
子である。
する。
流が流れ、チップ内の電源および接地配線の電位を大き
く揺する。しかし、入力回路および内部回路は、端子か
ら別の配線で電源の供給を受けているので、出力信号の
変化による電源変動を受けないで済む。これにより、入
力回路の電源が変動することにより生じる入力レベル変
動や内部回路の誤動作を防ぐことができる。
がオン/オフすると、それに応じた電源電流が流れる。
たとえば、図8は、周期パルス信号により動作するCM
OSデジタル回路の電源電流の波形を示す波形図であ
る。
は、多くの高調波成分を含み電磁放射し、その信号強度
も強い。たとえば、チューナに混入した場合、オートチ
ューニングシステムのデッドロックを引き起こすなど、
機器の誤動作の原因になっている。
チップ内部の回路である。特に、マイコンの場合、クロ
ック同期で動作しているため、ノイズレベルも大きい。
るノイズは小さくはないが、周期波の出す振幅の大きい
線スペクトルに対し、振幅の小さい連続スペクトルとな
り、高調波ノイズの電磁放射という面からの影響は少な
い。
および接地の配線および端子を分けることは重要であ
る。特に、出力回路はハイ/ロウレベルを出力する場
合、電源および接地レベルをそのまま出力する。電源お
よび接地の配線および端子にスペクトルノイズが重畳さ
れると、マイコンの数多い端子から電磁放射することに
なる。
ウンも同じ原因になる。特に、今までは、スペクトルノ
イズを発生する内部回路の電源および接地配線に入力回
路を接続していたため、このプルアップ/プルダウン回
路を経由して外部へ漏れ出すという問題点があった。
電磁放射される周期スペクトル高調波を低減することに
ある。
半導体装置は、周期パルス信号を発生または出力しこの
周期パルス信号により動作する内部回路とその出力回路
とが、別々に電源配線および接地配線ならびに電源端子
および接地端子をそれぞれ持つ半導体装置において、入
力端子をプルアップまたはプルダウンする負荷手段が、
前記出力回路を接続する電源配線または接地配線に接続
されている。
および接地端子と外部電源および外部接地との間にロー
パスフィルタ素子を挿入し、前記出力回路に接続された
電源および接地端子と外部電源および外部接地との間を
直結して用いられる。
る。
例を示す配置図である。
は、チップ内の電源および接地配線を次の2組に分けて
構成されている。
線5,内部回路用の接地端子2とその配線6から構成さ
れ、もう一方は、入力端子をプルアップまたはプルダウ
ンする負荷手段と出力端子を駆動する駆動手段とを含む
出力回路用の電源端子3とその配線7,出力回路用の接
地端子4とその配線8から構成されている。
線7および8に接続された出力回路の出力端子である。
配線5および6に接続された入力回路の入力端子であ
り、本実施例では、プルアップ付きの入力回路を示し
た。出力回路用の電源および接地配線7および8に接続
された負荷手段により、入力端子10がプルアップされ
ている。
ック信号を発生する回路,クロック信号ドライバ,クロ
ック信号により動作する回路を含み、出力端子を駆動す
るトランジスタ,入力端子をプルアップ/プルダウンす
るトランジスタなど、端子のDCレベルをIC側から供
給する手段を含まない範囲の回路を言う。また、出力回
路とは、逆に、出力端子を駆動するトランジスタ,入力
端子をプルアップ/プルダウンするトランジスタなど、
端子のDCレベルをIC側から供給する手段を含み、ク
ロック信号を発生する回路,クロック信号ドライバ,ク
ロック信号により動作する回路を含まない範囲の回路を
言う。
単に説明する。
ロック信号に代表される周期波とデータや各種リクエス
ト信号のような周波数の一定しない孤立波形に近いパル
スとが混在している。この中で、前者の周期波は強い高
調波を放射する。したがって、この周期波の信号を扱う
割合が大きい回路を内部回路として1まとめにし、入力
端子をプルアップまたはプルダウンする負荷手段と出力
端子を駆動する駆動手段とを含む出力回路の電源系と別
にすることにより、内部回路で発生した高調波ノイズ
は、出力端子だけでなくプルアップまたはプルダウンさ
れた入力端子からもIC外部へ放射されることなく、内
部回路の電源系からのみの放射に制限できる。
種類の電源系間の信号授受の1例を示す回路図である。
D1およびGND1と出力回路の電源系VDD2および
GND2との間の信号配線手段は、同一の電源または接
地配線を対極とするPN接合をもつ拡散層またはトラン
ジスタのゲート電極に接続されている。したがって、こ
れら2種類の電源系間の信号授受はゲート電極への入力
のみを介して行われる。これは、たとえば、トランスフ
ァゲートを用いた場合、2つの電源系間に電位差が発生
したとき、トランスファゲートのソース,ドレインとウ
ェルとのPN接合を順方向バイアスすることになり、結
果として、ラッチアップに至る可能性があるためであ
る。
電破壊保護対策の1例を示す回路図である。
または接地端子4に1端を共通に接続する静電破壊保護
素子P1〜P8からなり、静電破壊保護素子P5〜P6
の他端は入力端子10に接続され、静電破壊保護素子P
7〜P8の他端は出力端子9に接続されている。同時
に、静電破壊保護素子P1〜P2およびP3〜P4の他
端は、内部回路の電源端子1および接地端子2に接続さ
れ、電源系を分けたことによる静電破壊耐圧およびラッ
チアップ耐量の低下を防止している。これら静電破壊保
護素子P1〜P8として、一般に、PおよびNチャネル
トランジスタが用いられている。
装例を示すブロック図である。
電源端子1および接地端子2と外部電源VDDおよび外
部接地GNDとの間にローパスフィルタ素子Z1および
Z2を挿入し、出力回路に接続された電源端子3および
接地端子4と外部電源VDDおよび外部接地GNDとの
間を直結して用いられている。
地端子4は、出力数およびドライブ電流の増減が激しい
ため、外部電源との間にローパスフィルタ素子を挿入で
きない。しかし、内部回路に接続された電源端子1およ
び接地端子2は、大きく変化しない。唯一変化するの
は、HALTまたはスタンバイ状態であるが、これは動
作停止中であり実用上の問題は生じない。このとき、ボ
ードの電源VDDと接地GNDとの間にバイパスコンデ
ンサがあると一層効果がある。
例を示す配置図である。
は、図1のチップ内の電源および接地配線に、アナログ
回路の電源および接地配線を加え、次の2組に分けて構
成されている。
配線25,内部回路用の接地端子22とその配線26か
ら構成され、もう一方は、入力端子をプルアップまたは
プルダウンする負荷手段と出力端子を駆動する駆動手段
とを含む出力回路用の電源端子23とその配線27およ
びアナログ回路用の電源配線33,出力回路用の接地端
子24とその配線28およびアナログ回路用の接地配線
34から構成されている。また、アナログ回路用の電源
配線33および接地配線34は、出力回路用の電源端子
23および接地端子24にそれぞれ接続されている。
配線27および28に接続された出力回路の出力端子で
ある。
配線25および26に接続された入力回路の入力端子で
あり、本実施例では、プルアップ付きの入力回路を示し
た。出力回路用の電源および接地配線27および28に
接続された負荷手段により、入力端子30がプルアップ
されている。
するとき発生するノイズはおろか、内部回路の動作にも
影響を受け易い。通常は、それ自体独立した別電源系を
採用している。ところが、本実施例のように、電源系が
既に複数存在する場合、さらに別に必要となるとICの
端子数をそれだけ制限し、ICの実使用範囲まで制限し
かねない状況となる。このため、たとえば、特開平1−
177630号公報(図示せず)に示されているよう
に、アナログ動作中のI/O機能を停止する使い方によ
り、アナログ回路は内部回路の動作にも影響を受けず、
新たな電源系の端子も増えない。
例を示す配置図である。
は、図1の内部回路から入力端子の信号を入力する入力
回路を分離し、入力回路の電源および接地配線を内部回
路および出力回路の電源および接地配線から分離し、チ
ップ内の電源および接地配線を次の2組に分けて構成し
ている。
配線45,内部回路用の接地端子42とその配線46か
ら構成され、もう一方は、入力端子をプルアップまたは
プルダウンする負荷手段と出力端子を駆動する駆動手段
とを含む出力回路用の電源端子43とその配線47およ
び入力回路用電源配線37,出力回路用の接地端子44
とその配線48および入力回路用接地配線38から構成
されている。また、入力回路用電源配線37および接地
配線38は、出力回路用の電源端子43および接地端子
44にそれぞれ接続されている。
配線47および48に接続された出力回路の出力端子で
ある。
配線45および46に接続された入力回路の入力端子で
あり、本実施例では、プルアップ付きの入力回路を示し
た。出力回路用の電源および接地配線47および48に
接続された負荷手段により、入力端子50がプルアップ
されている。
るのは、クロック系を含む内部回路であり、その発生原
因は電源電流の変化にある。使用上の問題が無い限り、
IC内のゲート回路の負荷は変わらないため、電源電圧
を下げると電源電流の変化は緩やかな方向になり、スペ
クトルノイズが減る結果になる。このとき、IC全体の
電源電圧を下げるとIC外部とのインタフェースの問題
が生じる。
げると、とりあえず致命的なインタフェースの問題は生
じない。しかし、このとき、入力回路が内部回路の電源
に接続されていると、入力レベルが変化するためインタ
フェース規格を変更する必要がある。また、入力回路が
出力回路の電源に接続されていると、特開昭61−26
4747号公報で示されているように、出力トランジス
タのスイッチングノイズにより入力レベル変動が生じ
る。
路の電源配線と分け、電源端子のみを共有することによ
り出力回路の電源配線の配線抵抗分の影響から逃れら
れ、さらに、端子を入力回路用と出力回路用とに分けケ
ース側でまとめることにより、ボンディングワイヤのイ
ンピーダンスによる影響も減じることができる。
体装置は、周期パルス信号を扱う割合が大きい回路を内
部回路として1まとめにし、入力端子をプルアップまた
はプルダウンする負荷手段と出力端子を駆動する駆動手
段とを含む出力回路の電源系と別にすることにより、内
部回路で発生した高調波ノイズは、出力端子だけでなく
プルアップまたはプルダウンされた入力端子からもIC
外部へ放射されなくなるため、内部回路の電源系からの
みの放射に制限でき、半導体装置から電磁放射される周
期スペクトル高調波を低減できる効果がある。
図である。
信号授受の1例を示す回路図である。
1例を示す回路図である。
ク図である。
図である。
図である。
ル回路の電源電流の波形を示す波形図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 周期パルス信号を発生または出力しこの
周期パルス信号により動作する内部回路とその出力回路
とが、別々に電源配線および接地配線ならびに電源端子
および接地端子をそれぞれ持つ半導体装置において、 入力端子をプルアップまたはプルダウンする負荷手段
が、前記出力回路を接続する電源配線または接地配線に
接続されることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記内部回路に接続された電源端子およ
び接地端子と外部電源および外部接地との間にローパス
フィルタ素子を挿入し、前記出力回路に接続された電源
および接地端子と外部電源および外部接地との間を直結
して用いられる請求項1記載の半導体装置。
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