JP2993413B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JP2993413B2
JP2993413B2 JP7311232A JP31123295A JP2993413B2 JP 2993413 B2 JP2993413 B2 JP 2993413B2 JP 7311232 A JP7311232 A JP 7311232A JP 31123295 A JP31123295 A JP 31123295A JP 2993413 B2 JP2993413 B2 JP 2993413B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置に関し、特に、CMOSICにおけるラッチアップ防
止の技術に関るものである。
【0002】
【従来の技術】一般にCMOSICは、例えば携帯端末
用のような、低消費電力化が重要とされるICに多用さ
れている。図4は、携帯端末機器のコントローラ部に使
用されるCMOSICの、一例のブロック図である。図
4を参照して、このCMOSICには、CPU2,RA
M3およびA/Dコンバータ4が含まれている。尚、通
常、上記の回路の他に、例えばパラレルインタフェース
のような周辺回路も搭載されているが、図4には図示省
略されている。ここで、各回路は双方向データバス7で
接続され、回路間で相互にデータがやり取りされる。A
/Dコンバータ4では、出力データバス9が双方向デー
タバス7に接続されている。
【0003】ところで、A/Dコンバータ4はアナログ
回路を含んでおり、この回路に各種のバイアス電流が流
れることから他の回路ブロックよりも消費電力が大き
く、IC全体としての低消費電力化を妨げる一因となっ
ている。そこで、A/Dコンバータ4を間欠的にしか使
用しない場合に、その不使用の期間にはA/Dコンバー
タへの電力供給を外部のスイッチ10で遮断することに
よって消費電力を低減する技術が提唱されている。そし
てそのために、図4に示すCMOSICにおいては、A
/Dコンバータ4用の第2電源ライン6を他の回路用の
第1電源ライン5とは別にして、独立した電源端子33
を設けている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のCMO
SICにおいて、低消費電力化のためにA/Dコンバー
タ4に電力を供給する第2電源ライン6を接・断するに
際して、CPU2又はRAM3によって双方向データバ
ス7上にハイレベルの信号(このハイレベル電圧は、第
1電源ライン5の電圧に相当する)が出力されていると
きにA/Dコンバータ4の電源電圧が立ち上ると、ラッ
チアップが生じることがある。以下に、その説明を行
う。
【0005】図5は、上記のラッチアップ現象を説明す
るための、CMOSICの模式的断面図である。p型基
板上に形成されたCMOSトランジスタの断面および電
気的接続を模式的に示す。図5を参照して、第2電源ラ
イン6は、pチャネル型MOS型電界効果トランジスタ
(以後、pMOSトランジスタと記す)14のソース領
域27に接続されている。双方向データバス7は、pM
OSトランジスタ14のドレイン領域28とnチャネル
型MOS型電界効果トランジスタ(以後、nMOSトラ
ンジスタと記す)15のドレイン領域32に接続されて
いる。nMOSトランジスタ15のソース領域31は接
地されている。
【0006】このように接続されたCMOSICにおい
て、双方向データバス7にハイレベル電圧(=第1電源
電圧VDD1 )のみが印加されており、第2電源ライン6
ではスイッチ10がオフ状態にあって、pMOSトラン
ジスタ14には未だ第2電源電圧が印加されていない状
態を考える。pMOSトランジスタ14のソース領域2
7,nウェル層29,p型基板30及びnMOSトラン
ジスタ15のソース領域31によって、pnpnサイリ
スタが形成されている。
【0007】この状態で、第2電源ライン6の電圧が立
ち上る。このとき、第2電源電圧をVDD2 としてVDD2
<VDD1 −VF の領域では、上記のpnpnサイリスタ
が駆動されて第2電源ライン6から接地に向って電流が
流れ、ラッチアップ現象が起る。尚、上式のうちV
F は、ダイオードの順方向電圧である。
【0008】上述のラッチアップ現象を避けるために
は、双方向データバス7上の電圧を接地レベルに落して
から第2電源ライン6の電圧を立ち上る必要がある。し
かし、この対策では、第2電源電圧を立ち上る際にCP
U2やRAM3の使用に制限が加わることになってしま
う。
【0009】従って、本発明は、双方向データバスとイ
ンタフェースを持つ回路の電源ラインを、ラッチアップ
を起すことなく自在に接・断できるようにして、CMO
SICの消費電力を低減できるようにすることを目的と
するものである。
【0010】本発明の半導体集積回路は、同一チップ上
に第1の電源線と第2の電源線とを備え、前記第1の電
源線から電力を供給される第1の回路と前記第2の電源
線から電力を供給される第2の回路とが双方向データバ
スで接続される構成の半導体集積回路装置において、前
記第1の電源線の電圧と前記第2の電源線の電圧との差
異がpn接合ダイオードの順方向電圧以上であるか否か
を検知して、その検知結果を二値の信号に変換する検知
手段と、前記第2の回路と前記双方向データバスとの間
のデータバス中に設けられて、前記検知手段からの信号
に応じて、前記データバスを接続し又は切断するトラン
スファゲートとを設けたことを特徴としている。
【0011】上記の信号授受遮断手段は、前記第1の電
源線の電圧と前記第2の電源線の電圧との差異がpn接
合ダイオードの順方向電圧以上であるか否かを検知し
て、その検知結果を二値の信号に変換する検知手段と、
前記第2の回路と前記双方向データバスとの間のデータ
バス中に設けられて、前記検知手段からの信号に応じ
て、前記データバスを接続し又は切断するトランスファ
ゲートとを含んでなる。
【0012】前記検知手段はこれを、アノード電極が前
記第1の電源線に接続されカソード電極が電流源を介し
て基準電位点に接続されたpn接合ダイオードと、その
pn接合ダイオードのカソード電極の電圧と前記第2の
電源線の電圧とを比較する電圧比較器とで構成し、又、
前記トランスファゲートはこれを、pチャネル型MOS
型電界効果トランジスタとnチャネル型MOS型電界効
果トランジスタの並列接続回路で構成することができ
る。そして、前記トランスファゲートを構成する二つの
MOS型電界効果トランジスタのゲート電極に、前記電
圧比較器からの出力信号を互いに逆位相になるように、
入力する。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施
の形態によるCMOSICのブロック図である。図1を
参照して、本実施の形態のCMOSICは、CPU2,
RAM3,A/Dコンバータ4の各回路に加えて、分離
回路11を備えている。A/Dコンバータ4以外の回路
は第1電源ライン5から電力を供給され、双方向データ
バス7に直接接続されており、相互にデータがやり取り
される。A/Dコンバータ4は第2電源ライン6から電
力を供給され、分離回路11を介して双方向データバス
7に接続されている。
【0014】ここで、本実施の形態において、A/Dコ
ンバータ4に電力を供給するための第2電源ライン6
は、他の回路用の第1電源ライン5とは別にされてお
り、独立した電源端子33を持つ。尚、分離回路11に
も第2電源ライン6が接続されているが、これは第2電
源ライン6の電圧を監視するためであり、分離回路11
への電力は第1電源ライン5から供給されている。
【0015】図1において、消費電流低減のためにA/
Dコンバータ4を使用しない期間に外部スイッチ10に
より第2電源ライン6を切断すると、分離回路11が第
2電源ライン6の電圧低下を検知する。そして、VDD2
<VDD1 −VF の領域では、A/Dコンバータ4の出力
データバス9を双方向データバス7から分離する。次い
で第2電源ライン6が接続されたときも、VDD2 <V
DD1 −VF の間はA/Dコンバータ4の出力データバス
9は分離されている。従って、たとえ双方向データバス
7上にハイレベルの電圧が印加されていたとしても、ラ
ッチアップ現象が生じることはない。このように、本実
施の形態においては、CPU2,RAM3の使用に何ら
制限を加えることなしに、第2電源ライン6を接・断で
きる。
【0016】図2は、図1に示したブロック図中の分離
回路11およびA/Dコンバータ4の出力部の、トラン
ジスタレベルの回路図である。図2を参照して、A/D
コンバータ4は、トライステートバッファの出力段16
を備えている。この出力段16は、pMOSトランジス
タ14とnMOSトランジスタ15とで構成されてお
り、第2電源ライン6に接続されている。
【0017】分離回路11は、トランスファゲート17
と、電圧比較器20とから構成されている。トランスフ
ァゲート17は、pMOSトランジスタ18とnMOS
トランジスタ19との並列接続回路からなる。A/Dコ
ンバータ4の出力段16から双方向データバス7に至る
出力データバス9A,9B中に挿入され、比較器20の
出力信号によってオン・オフを制御されて、出力データ
バス9A,9Bを双方向データバス7に接続し又はこれ
から切り離す。電圧比較器20では、第1電源ライン5
と接地点との間にpn接合ダイオード21と電流源22
とをこの順に直列に接続することにより、ダイオード2
1のカソード電極にVDD1 −VF の電圧を生成し、この
電圧を比較器20の反転入力端子に加えている。一方、
比較器20の非反転入力端子には第2電源ライン6の電
圧を入力している。このようにすることにより、VDD2
>VDD1 −VF の領域ではトランスファゲート17がオ
ン状態となり、A/Dコンバータ4の出力データバス9
A,9Bは双方向データバス7に接続される。一方、V
DD2 <VDD1 −VF の領域では、トランスファゲート1
7はオフ状態となる。これにより、A/Dコンバータ4
の出力データバス9A,9Bは、双方向データバス7か
ら分離される。従って、たとえ双方向データバス7上に
ハイレベルの電圧が存在していたとしても、ラッチアッ
プを起すことはない。
【0018】図3は、本発明の他の実施の形態におけ
る、A/Dコンバータ24及び分離回路11の部分の回
路図である。図3を参照して、本実施の形態のA/Dコ
ンバータ24は、トライステートバッファ出力段16と
入力バッファ26とを備えており、双方向データバス9
A,9Bにより双方向データバス7とデータをやり取り
する。このような構成においても、分離回路11が第1
の実施の形態におけると同様に作用するので、ラッチア
ップを起すことなく第2電源ライン6を接・断できる。
【0019】尚、これまでの実施の形態では、A/Dコ
ンバータを用いた例について説明したが、本発明はこれ
に限られるものではない。使用しない期間に電源ライン
を切断する構成の他の回路を搭載するCMOSICにお
いても、実施の形態におけると同様の効果を得ることが
できる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、同一チ
ップ上に第1の電源線と第2の電源線とを備え、第1の
電源線から電力を供給される第1の回路と第2の電源線
から電力を供給される第2の回路とが双方向データバス
で接続される構成の半導体集積回路装置に対し、第2の
回路と双方向データバスとの間のデータバス中に、第2
の電源線の電圧の低下を検出して第2の回路と双方向デ
ータバスとの間の信号の授受を遮断する手段を設けてい
る。これにより本発明によれば、ラッチアップを起すこ
となく、第2の電源ラインを自在に接・断し、消費電力
を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態のブロック図である。
【図2】図1中の分離回路及びA/Dコンバータの出力
部の回路図である。
【図3】本発明の他の実施例における分離回路及びA/
Dコンバータの出力部の回路図である。
【図4】従来のCMOSICの一例のブロック図であ
る。
【図5】CMOSICにおけるラッチアップ現象を説明
するための、CMOSトランジスタの模式的断面図であ
る。
【符号の説明】
1 CMOSIC 2 CPU 3 RAM 4,24 A/Dコンバータ 5,6 電源ライン 7 双方向データバス 9,9A,9B 出力データバス 10 スイッチ 11 分離回路 14,18 pMOSトランジスタ 15,19 nMOSトランジスタ 16 出力バッファ 17 トランスファゲート 20 電圧比較器 21 pn接合ダイオード 22 電流源 26 入力バッファ 27,31 ソース領域 28,32 ドレイン領域 29 nウェル層 30 p型基板 33 電源端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H03K 19/00 H01L 27/08 321L 19/003

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一チップ上に第1の電源線と第2の電
    源線とを備え、前記第1の電源線から電力を供給される
    第1の回路と前記第2の電源線から電力を供給される第
    2の回路とが双方向データバスで接続される構成の半導
    体集積回路装置において、 前記第1の電源線の電圧と前記第2の電源線の電圧との
    差異がpn接合ダイオードの順方向電圧以上であるか否
    かを検知して、その検知結果を二値の信号に変換する検
    知手段と、 前記第2の回路と前記双方向データバスとの間のデータ
    バス中に設けられて、前記検知手段からの信号に応じ
    て、前記データバスを接続し又は切断するトランスファ
    ゲートとを設けたことを特徴とする半導体集積回路装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体集積回路装置にお
    いて、 前記検知手段を、アノード電極が前記第1の電源線に接
    続されカソード電極が電流源を介して基準電位点に接続
    されたpn接合ダイオードと、そのpn接合ダイオード
    のカソード電極の電圧と前記第2の電源線の電圧とを比
    較する電圧比較器とで構成すると共に、前記トランスフ
    ァゲートを、pチャネル型MOS型電界効果トランジス
    タとnチャネル型MOS型電界効果トランジスタの並列
    接続回路で構成して、 前記トランスファゲートを構成する二つのMOS型電界
    効果トランジスタのゲート電極に、前記電圧比較器から
    の出力信号を、互いに逆位相になるように入力すること
    を特徴とする半導体集積回路装置。
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