(57)【要約】【課題】消費電力の増大を防止することが可能な入出力回路を提供する。【解決手段】本発明の入出力回路は、信号の入力部に接続された第１トランジスタと、前記第１トランジスタのゲートに接続されたノードの電位を制御するための第２トランジスタと、所定電圧に基づいて前記第２トランジスタを制御するためのバイアス電圧を生成し、当該バイアス電圧を前記第２トランジスタのゲートに印加するバイアス回路と、前記入力部と出力端子との間に設けられたインバータと、一方の入力に内部電圧が印加され、他方の入力に前記インバータの出力が接続された排他的論理積回路と、前記第１トランジスタのゲートと前記排他的論理積回路との間に設けられ、前記入力部の電位に基づいて前記第１トランジスタのゲートと前記排他的論理積回路との接続を導通／遮断するトランスファゲートとを有することを特徴とする。【選択図】図３
2010246159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号の入力部に接続された第１トランジスタと、
前記第１トランジスタのゲートに接続されたノードの電位を制御するための第２トランジスタと、
所定電圧に基づいて前記第２トランジスタを制御するためのバイアス電圧を生成し、当該バイアス電圧を前記第２トランジスタのゲートに印加するバイアス回路と、
前記入力部と出力端子との間に設けられたインバータと、
一方の入力に内部電圧が印加され、他方の入力に前記インバータの出力が接続された排他的論理積回路と、
前記第１トランジスタのゲートと前記排他的論理積回路との間に設けられ、前記入力部の電位に基づいて前記第１トランジスタのゲートと前記排他的論理積回路との接続を導通／遮断するトランスファゲートと
を有することを特徴とする入出力回路。
【請求項２】
前記入力部と前記インバータとの間に設けられたｎチャネル型の第３トランジスタを有することを特徴とする請求項１記載の入出力回路。
【請求項３】
前記入力部に接続されたｎチャネル型の第４トランジスタと、
前記第３トランジスタと前記出力部との間に設けられたｎチャネル型の第５トランジスタとをさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の入出力回路。
【請求項４】
前記第１トランジスタは前記第２トランジスタと比較して、ゲート幅が狭く且つゲート長が長いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の入出力回路。
【請求項５】
前記第２トランジスタは、フローティングウェル基板上に設けられており、
前記入力部の電位に基づいて前記第２トランジスタのフローティングウェルを充電するフローティングウェル充電回路をさらに有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の入出力回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入出力回路に関し、特に出力端子に動作電圧よりも高い外部電源電圧を印加可能とし、また、出力電位を外部電源電圧までプルアップ可能とするトレラント機能を有する入出力回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体集積回路は低消費電力化にともない、低電圧化が進んでいる。しかしながら、電源電圧が異なる、すなわち信号レベルが異なる半導体集積回路間を接続する場合、具体的には、例えば３．３Ｖの電源電圧で動作する半導体集積回路（以下、単に３Ｖ系の半導体集積回路と言う）と５Ｖの電源電圧で動作する半導体集積回路（以下、単に５Ｖ系の半導体集積回路と言う）とを接続する場合、低い方の電源電圧で動作する半導体集積回路（ここでは３Ｖ系の半導体集積回路）が高い方の電源電圧（ここでは５Ｖ）に耐えられず、破損してしまう可能性がある。
このような問題に対処するために、従来では、内部電源電圧より高い外部電源電圧を印加可能な入出力回路や、もしくは内部電源電圧より高い外部電源電圧にプルアップ可能な入出力回路を低電圧側の半導体集積回路に対する信号インタフェースとして用いることが一般的であった。
【０００３】
このような入出力回路は、例えば以下に示す特許文献１または特許文献２に開示されている。本従来技術は、プルアップのための第１のｐチャネル型ＭＯＳ（Metal-Oxide Semiconductor）トランジスタ（以下、単にＰ−ＭＯＳトランジスタと言う）と、プルダウンのための第１のｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ（以下、単にＮ−ＭＯＳトランジスタと言う）とが直列に接続され、この接続部分に外部パッドが接続された構成を有する。第１のＰ−ＭＯＳトランジスタのゲートと出力パッドとの間には、第２のＰ−ＭＯＳトランジスタによるスイッチが設けられている。また、第１のＮ−ＭＯＳトランジスタのドレインと出力パッドとの間には、第１のＮ−ＭＯＳトランジスタのソース−ドレイン間に印加される電圧を低減させるための第２のＮ−ＭＯＳトランジスタが設けられている。この構成において、例えば出力パッドに内部電源電圧よりも高い外部電圧が印加された場合、第２のＰ−ＭＯＳトランジスタがオンする。これにより、第２のＰ−ＭＯＳトランジスタが出力用のトランジスタとして機能する。この際、第１のＰ−ＭＯＳトランジスタのゲート電位が外部電圧となることで第１のＰ−ＭＯＳトランジスタがオフするので、出力パッドから内部電源電圧側への電流の流れ込みが防止される。また、第１のＮ−ＭＯＳトランジスタの耐圧以上の電圧が出力パッドに印加された場合でも、第２のＮ−ＭＯＳトランジスタにより第１のＮ−ＭＯＳトランジスタのソース−ドレイン間にかかる電圧が低減されるため、出力パッドに印加された電圧により第１のＮ−ＭＯＳトランジスタが破損することが防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１３９０８７号公報
【特許文献２】特開２００２−２８０８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した従来技術による入出力回路では、出力パッドに内部電源電圧よりも高い外部電圧が印加された際、ゲートに内部電源電圧が印加された第２のＰ−ＭＯＳトランジスタを介して、第１のＰ−ＭＯＳトランジスタのゲートに接続されたノードへ電流が流れ込む。これにより、このノード、すなわち第１のＰ−ＭＯＳトランジスタのゲートが外部電圧までプルアップされることで第１のＰ−ＭＯＳトランジスタがオフするため、出力パッドから内部電源電圧側への電流パスが遮断される。
【０００６】
しかしながら、このような構成では、例えば通常動作において第１のＰ−ＭＯＳトランジスタがオンしている状態で出力パッドに内部電源電圧以上の外部電源電圧が印加された場合、第１のＰ−ＭＯＳトランジスタがオフするまでに時間がかかる。すなわち、第１のＰ−ＭＯＳトランジスタのゲート電位を外部電源電圧レベルにプルアップするまでの間、第１のＰ−ＭＯＳトランジスタがオンし続けてしまい、外部電源電圧からの電流が第１のＰ−ＭＯＳトランジスタのゲートを充電する成分と、第１のＰ−ＭＯＳトランジスタを介して内部電源電圧側へ流れ込む成分とを含んでしまう。このため、第１のＰ−ＭＯＳトランジスタがオフするまでの間、第１のＰ−ＭＯＳトランジスタのゲート電位がプルアップされるのに時間がかかる（すなわち、プルアップ波形に段差が生じる）こととなり、結果、消費電力が増大するという問題が発生する。
【０００７】
そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、消費電力の増大を防止することが可能な入出力回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するために、本発明による入出力回路は、信号の入力部に接続された第１トランジスタと、前記第１トランジスタのゲートに接続されたノードの電位を制御するための第２トランジスタと、所定電圧に基づいて前記第２トランジスタを制御するためのバイアス電圧を生成し、当該バイアス電圧を前記第２トランジスタのゲートに印加するバイアス回路と、前記入力部と出力端子との間に設けられたインバータと、一方の入力に内部電圧が印加され、他方の入力に前記インバータの出力が接続された排他的論理積回路と、前記第１トランジスタのゲートと前記排他的論理積回路との間に設けられ、前記入力部の電位に基づいて前記第１トランジスタのゲートと前記排他的論理積回路との接続を導通／遮断するトランスファゲートとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、消費電力の増大を防止することが可能な入出力回路を実現することができる。すなわち、本発明に基づくことで、例えば、出力を迅速に外部電圧へプルアップすることが可能であると共に、出力が不定状態となった場合でも出力を受けるインバータに貫通電流が流れることを防止することが可能な入出力回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１によるトライステート出力回路１の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施例１によるトライステート出力回路１におけるワンショットパルス発生回路１０内部の信号の波形を示す図である。
【図３】本発明の実施例２によるトライステート出力回路２の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の実施例３によるトレラント入力回路３の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の実施例４による双方向回路４の構成を示す等価回路図である。
【図６】本発明の実施例５による双方向回路５の構成を示す等価回路図である。
【図７】本発明の実施例６による半導体入出力装置９の使用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
まず、本発明による実施例１について図面を用いて詳細に説明する。本実施例では、本発明による入出力回路として、出力端子に動作電圧よりも高い外部電源電圧を印加可能とし、また、出力電位を外部電源電圧までプルアップ可能とするトレラント機能を有するトライステート出力回路を例に挙げる。このトライステート出力回路は、出力インタフェースである。
【００１３】
〔構成〕
【００１４】
図１は本実施例によるトライステート出力回路１の構成を示す回路図である。図１に示すように、トライステート出力回路１は、ワンショットパルス発生回路１０とＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０とバイアス回路３０とフローティングウェル充電回路４０とトランスファゲート５０と２入力排他的論理積回路（以下、２入力ＮＡＮＤ回路と言う）６１とインバータ６２と２入力排他的論理和回路（以下、２入力ＮＯＲ回路と言う）６３とＰ−ＭＯＳトランジスタ６４（第２トランジスタ）および６５（第１トランジスタ）とＮ−ＭＯＳトランジスタ６６（第３トランジスタ）および６７（第４トランジスタ）と抵抗６８とを有し、入力端子Ａから入力された入力信号ａを出力パッドＰＡＤｏ（出力部）から出力する。
【００１５】
ただし、トライステート出力回路１には、アウトプットイネーブル信号（所定信号）ｏｅに基づいて出力を許可または不許可とする構成が設けられている。すなわち、例えば入力端子ＯＥにＨレベルのイネーブル信号ｏｅ（ここでは出力をイネーブルとするための信号とする）が入力された場合、トライステート出力回路１は入力端子Ａに入力された入力信号ａを出力パッドＰＡＤｏから出力する（出力許可）。例えば、入力端子ＯＥにＬレベルのイネーブル信号ｏｅ（ここでは出力をディスイネーブルとするための信号とする）が入力された場合、トライステート出力回路１は出力を不定状態、すなわちハイインピーダンス（以下、単にハイＺ状態と言う）とし、出力パッドＰＡＤｏからの出力を遮断する（出力不許可）。
【００１６】
トライステート出力回路１の構成をより詳細に説明する。図１に示すように、入力端子Ａは、トライステート出力回路１の入力段に設けられた２入力ＮＡＮＤ回路６１の一方の入力と２入力ＮＯＲ回路６３の一方の入力とにそれぞれ接続される。２入力ＮＡＮＤ回路６１の他方の入力には入力端子ＯＥが接続される。したがって、２入力ＮＡＮＤ回路６１は、入力信号ａとイネーブル信号ｏｅとが共にＨレベルであるときのみ、Ｌレベルを出力する。２入力ＮＡＮＤ回路６１の出力は、トライステート出力回路１の出力段に設けられたＰ−ＭＯＳトランジスタ６５のゲートに、後述するトランスファゲート５０を介して接続される。
【００１７】
また、２入力ＮＯＲ回路６３の他方の入力にはインバータ６２を介して入力端子ＯＥが接続される。したがって、２入力ＮＯＲ回路６３は、入力信号ａがＬレベルであってイネーブル信号ｏｅがＨレベル（インバータ６２の出力がＬレベル）であるときのみ、Ｈレベルを出力する。２入力ＮＯＲ回路６３の出力は、トライステート出力回路１の出力段に設けられたＮ−ＭＯＳトランジスタ６７のゲートに接続される。
【００１８】
トライステート出力回路１の出力段には、２入力ＮＡＮＤ回路６１の出力が後述するトランスファゲート５０を介してゲートに接続されたＰ−ＭＯＳトランジスタ６５と、２入力ＮＯＲ回路６３の出力がゲートに接続されたＮ−ＭＯＳトランジスタ６７とが設けられている。このＰ−ＭＯＳトランジスタ６５およびＮ−ＭＯＳトランジスタ６７は、出力パッドＰＡＤｏを駆動するためのトランジスタである。
【００１９】
Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５およびＮ−ＭＯＳトランジスタ６７の動作を具体的に説明すると、イネーブル信号ｏｅおよび入力信号ａが共にＨレベルであるとき、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５のゲートには２入力ＮＡＮＤ回路６１から出力されたＬレベルがトランスファゲート５０を介して印加される。これにより、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５がオンし、出力パッドＰＡＤｏと内部電源電圧ＶＤＤＩＯが印加された電源ライン（以下、単に内部電源電圧ＶＤＤＩＯと言う）とが短絡されるため、出力パッドＰＡＤｏの電位がＨレベルとなる。この際、２入力ＮＯＲ回路６３からはＬレベルが出力されているため、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ６７はオフしている。
【００２０】
また、イネーブル信号ｏｅがＨレベルであり且つ入力信号ａがＬレベルであるとき、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ６７のゲートには２入力ＮＯＲ回路６３から出力されたＨレベルが印加される。これにより、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ６７がオンし、出力パッドＰＡＤｏがＮ−ＭＯＳトランジスタ６６および６７を介して接地されるため、出力パッドＰＡＤｏの電位がＬレベルとなる。この際、２入力ＮＡＮＤ回路６１からはＨレベルが出力されているため、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５はオフしている。
【００２１】
さらに、イネーブル信号ｏｅがＬレベルであるときは、２入力ＮＡＮＤ回路６１がＨレベルを出力し、２入力ＮＯＲ回路６３がＬレベルを出力する。このため、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５およびＮ−ＭＯＳトランジスタ６７がオフし、出力パッドＰＡＤｏがハイＺ状態となる。
【００２２】
なお、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５のフローティングウェルの電位（以下、単にウェル電位と言う）、すなわちバックゲートの電位は、後述するフローティングウェル充電回路４０によりＶＤＤＩＯレベルもしくは外部電源電圧（これをＶＴＴとする）レベルまで充電される。フローティングウェル充電回路４０については、後述において触れる。また、本説明では、内部電源電圧ＶＤＤＩＯを例えば３．３Ｖ（ボルト）とし、外部電源電圧ＶＴＴを例えば５Ｖとする。
【００２３】
また、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ６７とグランドとの間に設けられたＮ−ＭＯＳトランジスタ６６（図１参照）は、ゲートに内部電源電圧ＶＤＤＩＯが常時印加されている。すなわち、常時オンしている。
【００２４】
このＮ−ＭＯＳトランジスタ６６は、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ６７の破損を防止するための保護素子である。すなわち、本実施例によるトレラント機能のうち、外部電源電圧ＶＴＴを印加可能とする機能を実現するための回路素子である。
【００２５】
例えば、出力パッドＰＡＤｏに内部電源電圧ＶＤＤＩＯ（＝３．３Ｖ）よりも高い外部電源電圧ＶＴＴ（＝５Ｖ）が印加されている場合、外部電源電圧ＶＴＴと接地電位との電位差（すなわち外部電源電圧ＶＴＴ＝５Ｖ）がそのままＮ−ＭＯＳトランジスタ６７のドレイン−ソース間にかかると、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ６７がこの電位差に耐えられず、破損してしまう可能性がある。
【００２６】
そこで、図１に示すように、ノーマリーオンしているＮ−ＭＯＳトランジスタ６６を出力パッドＰＡＤｏとＮ−ＭＯＳトランジスタ６７との間に設ける。これにより、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ６７のドレインに印加される電圧が、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ６６のゲートに印加された電圧からＮ−ＭＯＳトランジスタ６６のしきい値電圧Ｖthn分低減した電圧となるため（いわゆるＶｔ落ち）、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ６７のドレイン−ソース間に出力パッドＰＡＤｏ−グランド間の電位差がそのまま印加されることを回避できる。結果、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ６７の破損を防止することが可能となる。
【００２７】
また、図１に示すように、入力端子ＯＥから入力されたイネーブル信号ｏｅは、ワンショットパルス発生回路１０にも入力される。ワンショットパルス発生回路１０は、イネーブル信号ｏｅがＨレベルからＬレベルに遷移した際に所定時間幅のパルス状の信号（以下で言うところのパルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５に相当）を出力するための手段として機能する。
【００２８】
このワンショットパルス発生回路１０は、図１に示すように、インバータ１１（第１インバータ）と奇数個（図１では３つ）のインバータ１２，１３および１４（第２インバータ）と２入力ＮＡＮＤ回路１５とインバータ１６（第３インバータ）とを有する。なお、インバータ１１と２入力ＮＡＮＤ回路１５との間に直列に設けられるインバータ（図１ではインバータ１２〜１４）の数は、後述するパルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５の時間幅を決定するための要素である。このインバータの数は、図１で例示した３つに限らず、必要に応じて種々変更することができる。ただし、本実施例によるワンショットパルス発生回路１０は２入力ＮＡＮＤ回路１５を用いてパルス信号ｏｅ５を生成しているため、上記のインバータの数は奇数個である必要がある。
【００２９】
ワンショットパルス発生回路１０におけるインバータ１１は、当該ワンショットパルス発生回路１０の入力段に設けられる。入力端子ＯＥから入力されたイネーブル信号ｏｅは、まずこのインバータ１１の入力に入力される。インバータ１１の出力は２つに分岐される。分岐の一方は、ワンショットパルス発生回路１０の出力段に設けられた２入力ＮＡＮＤ回路１５の一方の入力に接続される。分岐の他方は、インバータ１２、１３および１４を介して、同じく２入力ＮＡＮＤ回路１５の他方の入力に接続される。
【００３０】
ここで、ワンショットパルス発生回路１０に入力されるイネーブル信号ｏｅと、各インバータ１１，１２，１３および１４がそれぞれ出力する信号ｏｅ１，ｏｅ２，ｏｅ３およびｏｅ４と、２入力ＮＡＮＤ回路１５が出力するパルス信号ｏｅ５との波形を図２に示す。
【００３１】
図２に示すように、入力端子ＯＥからは例えばＨレベルからＬレベルへ変化するイネーブル信号ｏｅ、すなわち出力をイネーブルからディスイネーブルとする際の信号状態が入力される。このイネーブル信号ｏｅはインバータ１１において反転された後（図２における信号ｏｅ１参照）、インバータ１２および２入力ＮＡＮＤ回路１５の一方の入力に入力される。
【００３２】
ただし、インバータ１１を通過する信号は遅延を受ける。後述する動作では、これと同様にインバータ１２、１３および１４を通過する信号も遅延を受ける。ここでは、各インバータ１１，１２，１３および１４による遅延時間をそれぞれｔdiとする。したがって、図２に示すように、信号ｏｅ１のアップエッジはイネーブル信号ｏｅのダウンエッジよりも遅延時間ｔdiだけ遅れる。同様に、インバータ１２、１３および１４を通過する信号も回路的な遅延を受けるため、信号ｏｅ２のダウンエッジは信号ｏｅ１のアップエッジよりも遅延時間ｔdiだけ遅れ、信号ｏｅ３のアップエッジは信号ｏｅ２のダウンエッジよりも遅延時間ｔdiだけ遅れ、信号ｏｅ４のダウンエッジは信号ｏｅ３のアップエッジよりも遅延時間ｔdiだけ遅れる。
【００３３】
この結果、２入力ＮＡＮＤ回路１５の他方の入力には、２入力ＮＡＮＤ回路１５の一方の入力に入力された信号ｏｅ１のアップエッジよりも３×ｔdiだけダウンエッジが遅れた信号ｏｅ４が入力される。換言すれば、信号ｏｅ４は信号ｏｅ１よりも３×ｔdi遅れて２入力ＮＡＮＤ回路１５に入力される。
【００３４】
２入力ＮＡＮＤ回路１５は、信号ｏｅ１と信号ｏｅ４との論理積を取るため、遅延時間の合計分だけの時間幅（３×ｔdi）を持つパルス信号ｏｅ５を出力する（図２参照）。ただし、２入力ＮＡＮＤ回路１５自体による回路的な遅延が存在するため、この遅延時間をｔdaとすると、パルス信号ｏｅ５のダウンエッジは信号ｏｅ１のアップエッジよりも遅延時間ｔdaだけ遅れ、パルス信号ｏｅ５のアップエッジは信号ｏｅ４のアップエッジよりも遅延時間ｔdaだけ遅れる（図２参照）。
【００３５】
図１に戻り、回路構成を説明する。ワンショットパルス発生回路１０の２入力ＮＡＮＤ回路１５から出力されたパルス信号ｏｅ５は、図１に示すように、そのままＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０に入力されると共に、インバータ１６を介することで反転された後、ＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０に入力される。
【００３６】
この構成を具体的に説明する。ワンショットパルス発生回路１０の出力段に設けられた２入力ＮＡＮＤ回路１５の出力は分岐される。分岐の一方は、ＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０における２入力ＮＯＲ回路２４の一方の入力と、同じくＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０におけるクロックドインバータ２２を構成するＰ−ＭＯＳトランジスタ２２ａのゲートとに接続される。すなわち、パルス信号ｏｅ５はＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０における２入力ＮＯＲ回路２４の一方の入力と、クロックドインバータ２２の動作／不動作を制御するためのＰ−ＭＯＳトランジスタ２２ａの制御端子（ゲート）とにそれぞれ入力される。
【００３７】
また、分岐の他方は、インバータ１６を介した後、同じくＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０におけるクロックドインバータ２２を構成するＮ−ＭＯＳトランジスタ２２ｄのゲートと、同じくＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０におけるＰ−ＭＯＳトランジスタ２３のゲートとにそれぞれ接続される。すなわち、反転されたパルス信号ｏｅ５（以下、単にパルス信号−ｏｅ５と言う）はクロックドインバータ２２の動作／不動作を制御するためのＮ−ＭＯＳトランジスタ２２ｄの制御端子（ゲート）と、クロックドインバータ２２が不動作の際に２入力ＮＯＲ回路２４の他方の入力に内部電源電圧ＶＤＤＩＯを入力するためのＰ−ＭＯＳトランジスタ２３の制御端子（ゲート）とにそれぞれ入力される。
【００３８】
このようにパルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５が入力されるＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０は、パルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５が出力されている期間、すなわちイネーブル信号ｏｅの信号レベルが遷移した際に、出力パッドＰＡＤｏの電位を判定し、この判定結果に基づいて後述するバイアス回路３０からバイアス電圧Ｖbiasを出力させるための電圧を出力する手段（電位判定出力回路）として機能する。
【００３９】
このＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０は、図１に示すように、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２１とクロックドインバータ２２とＰ−ＭＯＳトランジスタ２３と２入力ＮＯＲ回路２４とインバータ２５とを有する。
【００４０】
ＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０の入力段に設けられたＮ−ＭＯＳトランジスタ２１は、ゲートに内部電源電圧ＶＤＤＩＯが常時印加されている。すなわち、常時オンしている。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２１のソースは抵抗６８を介して出力パッドＰＡＤｏに接続される。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２１のドレインは、出力パッドＰＡＤｏから見て後段に位置するクロックドインバータ２２を構成するＰ−ＭＯＳトランジスタ２２ｂおよびＮ−ＭＯＳトランジスタ２２ｃのゲートにそれぞれ接続される。
【００４１】
このＮ−ＭＯＳトランジスタ２１は、クロックドインバータ２２における特にＮ−ＭＯＳトランジスタ２２ｃの破損を防止するための保護素子である。すなわち、本実施例によるトレラント機能のうち、外部電源電圧ＶＴＴを印加可能とする機能を実現するための回路素子である。
【００４２】
クロックドインバータ２２は抵抗６８を介して出力パッドＰＡＤｏの電位をモニタしているが、特に出力パッドＰＡＤｏの電位が内部電源電圧ＶＤＤＩＯ（＝３．３Ｖ）より高い外部電源電圧ＶＴＴ（＝５Ｖ）である場合、出力パッドＰＡＤｏの電位がそのままＮ−ＭＯＳトランジスタ２２ｃのゲートに印加されると、上述において説明したＮ−ＭＯＳトランジスタ６７と同様に、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２２ｃが外部電源電圧ＶＴＴに耐えられず、破損してしまう可能性がある。
【００４３】
そこで、図１に示すように、ノーマリーオンしているＮ−ＭＯＳトランジスタ２１を出力パッドＰＡＤｏとクロックドインバータ２２との間に設ける。これにより、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２１においてＶt落ちが起こるので、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２２ｃのゲートに印加される電位が、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２１のゲート電位（この場合内部電源電圧ＶＤＤＩＯ）からしきい値電圧Ｖthnを引いた電圧、すなわちＶＤＤＩＯ−Ｖthnとなり、出力パッドＰＡＤｏに印加された外部電圧ＶＴＴよりも低くなる。
【００４４】
このように、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２１を設けることで、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２２ｃのゲートに出力パッドＰＡＤｏの電位差がそのまま印加されることが回避され、結果、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２２ｃの破損が防止される。
【００４５】
また、ＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０に設けられたクロックドインバータ２２は、上述したように、出力パッドＰＡＤｏの電位をモニタし、この結果に基づいて後述するバイアス回路３０を動作させるための手段として機能する。このクロックドインバータ２２は、図１に示すように、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ２２ａおよび２２ｂとＮ−ＭＯＳトランジスタ２２ｃおよび２２ｄとが内部電源電圧ＶＤＤＩＯ−グランド間に直列に接続された構成を有する。
【００４６】
ただし、本実施例では４つのトランジスタ（２つのＰ−ＭＯＳトランジスタ２２ａおよび２２ｂ並びに２つのＮ−ＭＯＳトランジスタ２２ｃおよび２２ｄ）が内部電源電圧ＶＤＤＩＯ−グランド間に直列に接続された構成のクロックドインバータ２２を用いたが、本発明はこれに限定されず、少なくとも１つのＰ−ＭＯＳトランジスタと少なくとも１つのＮ−ＭＯＳトランジスタとを含む３つ以上のトランジスタが内部電源電圧ＶＤＤＩＯ−グランド間に直列に接続された構成であればよい。この際、出力パッドＰＡＤｏをモニタする１組のＰ−ＭＯＳトランジスタおよびＮ−ＭＯＳトランジスタ以外のトランジスタのゲートには、２入力ＮＡＮＤ回路１５またはインバータ１６の出力が接続されることで、パルス信号ｏｅ５または−ｏｅ５が出力されている期間以外は、内部電源電圧ＶＤＤＩＯ−グランド間を遮断するように構成される。
【００４７】
クロックドインバータ２２において、ドレイン同士が接続されたＰ−ＭＯＳトランジスタ２２ｂおよびＮ−ＭＯＳトランジスタ２２ｃのゲートは、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２１および抵抗６８を介して出力パッドＰＡＤｏに接続される。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ２２ｂのソースは、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ２２ａを介して内部電源電圧ＶＤＤＩＯに接続される。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ２２ａのゲートは、ワンショットパルス発生回路１０における２入力ＮＡＮＤ回路１５の出力に接続される。すなわち、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ２２ａは、パルス信号ｏｅ５が入力されたときのみオンする。
【００４８】
また、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２２ｃのソースは、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２２ｄを介してグランドに接地される。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２２ｄのゲートは、ワンショットパルス発生回路１０におけるインバータ１６の出力に接続される。すなわち、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２２ｄは、パルス信号−ｏｅ５が入力されたときのみオンする。
【００４９】
これらの構成により、クロックドインバータ２２は、パルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５が入力されたときのみ、内部電源電圧ＶＤＤＩＯ−グランド間が接続されることで動作し、出力パッドＰＡＤｏの電位をモニタする。なお、本説明において、パルス信号ｏｅ５が「入力／出力」されている「とき／期間／際」とは、図２に示すパルス信号ｏｅ５のダウンエッジからアップエッジまでの期間を指す。同様に、パルス信号−ｏｅ５が「入力／出力」されている「とき／期間／際」とは、パルス信号−ｏｅ５のアップエッジからダウンエッジまでの期間を指す。
【００５０】
また、パルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５が入力された際、出力パッドＰＡＤｏの電位がＬレベルであると、クロックドインバータ２２は、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ２２ａおよび２２ｂを介して２入力ＮＯＲ回路２４の他方の入力に内部電源電圧ＶＤＤＩＯを入力する。一方、パルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５が入力された際、出力パッドＰＡＤｏの電位がＨレベルであると、クロックドインバータ２２は、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２２ｃおよび２２ｄを介して２入力ＮＯＲ回路２４の他方の入力に接地電位を入力する。
【００５１】
クロックドインバータ２２の出力、すなわちＰ−ＭＯＳトランジスタ２２ｂおよびＮ−ＭＯＳトランジスタ２２ｃのドレインは、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ２３のドレインおよび２入力ＮＯＲ回路２４の他方の入力に接続される。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ２３のゲートは、ワンショットパルス発生回路１０におけるインバータ１６の出力に接続される。すなわち、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ２３は、パルス信号−ｏｅ５が入力されていないときのみオンすることで、２入力ＮＯＲ回路２４の他方の入力に内部電源電圧ＶＤＤＩＯを印加する。
【００５２】
このように、ＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０における２入力ＮＯＲ回路２４の他方の入力には、パルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５が出力されている期間、クロックドインバータ２２の出力、すなわち出力パッドＰＡＤｏをモニタした結果が入力され、パルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５が出力されていない期間、内部電源電圧ＶＤＤＩＯが入力される。したがって、２入力ＮＯＲ回路２４は、パルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５が出力されている期間であって且つ出力パッドＰＡＤｏの電位がＨレベル（ここでは内部電源電圧ＶＤＤＩＯもしくは外部電源電圧ＶＴＴ）である期間、Ｈレベルを出力し、この期間以外ではＬレベルを出力する。
【００５３】
ＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０における２入力ＮＯＲ回路２４の出力は、後述するバイアス回路３０におけるＮ−ＭＯＳトランジスタ３１および３２のゲート、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ３４並びに後述するトランスファゲート３５を構成するＰ−ＭＯＳトランジスタ３５ａのゲートに接続される。
【００５４】
また、ＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０における入力に２入力ＮＯＲ回路２４の出力が入力されたインバータ２５の出力は、バイアス回路３０におけるＮ−ＭＯＳトランジスタ３３ｅ，３３ｆ、３３ｇおよびバイアス回路３０のトランスファゲート３５におけるＮ−ＭＯＳトランジスタ３５ｂのゲートに接続される。
【００５５】
ＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０からの２つの出力（２入力ＮＯＲ回路２４の出力およびインバータ２５の出力）が入力されるバイアス回路３０は、上記したワンショットパルス発生回路１０からパルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５が出力されている期間、トライステート出力回路１の出力段に設けられたＰ−ＭＯＳトランジスタ６５を制御するためのバイアス電圧Ｖbiasを生成し、これをＰ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲート、すなわちノードｐｇ（図１参照）に印加するための手段として機能する。また、このバイアス回路３０の出力にゲートが接続されたＰ−ＭＯＳトランジスタ６４は、バイアス回路３０からのバイアス電圧Ｖbiasに基づいてＰ−ＭＯＳトランジスタ６５のゲートに接続されたノードｐｇの電位を制御することで、これを出力パッドＰＡＤｏの電位までプルアップするための手段として機能する。
【００５６】
バイアス回路３０は、図１に示すように、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３１、３２および３３ａ〜３３ｇとＰ−ＭＯＳトランジスタ３４とトランスファゲート３５とを有する。また、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４は、ゲートがバイアス回路３０の出力、すなわち図１におけるノードｂｉａｓに接続され、ドレインが抵抗６８を介して出力パッドＰＡＤｏに接続され、ソースがノードｐｇを介してＰ−ＭＯＳトランジスタ６５のゲートに接続される。
【００５７】
バイアス回路３０におけるＮ−ＭＯＳトランジスタ３１、３３ａ〜３３ｄは、内部電源電圧ＶＤＤＩＯとグランドとの間にＮ段（図１ではＮ＝５）に直列接続される。すなわち、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３１のソースは内部電源電圧ＶＤＤＩＯに接続され、ドレインはＮ−ＭＯＳトランジスタ３３ａのドレインに接続される。また、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３ａのソースはＮ−ＭＯＳトランジスタ３３ｂのドレインに接続され、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３ｂのソースはＮ−ＭＯＳトランジスタ３３ｃのドレインに接続され、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３ｃのソースはＮ−ＭＯＳトランジスタ３３ｄのドレインに接続される。さらに、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３ａ〜３３ｃのゲートはそれぞれのドレインと接続される。さらにまた、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３ｄのソースおよびゲートは接地される。
【００５８】
以下の説明では、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３１およびＮ−ＭＯＳトランジスタ３３ａ〜３３ｄからなる構造を縦積み構成部と呼ぶ。この縦積み構成部において、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３１および３３ａのドレインは出力端として機能する。
【００５９】
バイアス回路３０における縦積み構成部の出力端、すなわちＮ−ＭＯＳトランジスタ３１のドレイン並びにＮ−ＭＯＳトランジスタ３３ａのドレインおよびゲートは、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３ｅのドレインにも接続される。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３ｅは、ソースが接地され、ゲートがＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０におけるインバータ２５の出力に接続される。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３ａのソース並びにＮ−ＭＯＳトランジスタ３３ｂのドレインおよびゲートは、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３ｆのドレインに接続される。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３ｆは、ソースが接地され、ゲートがＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０におけるインバータ２５の出力に接続される。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３ｂのソース並びにＮ−ＭＯＳトランジスタ３３ｃのドレインおよびゲートは、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３ｇのドレインに接続される。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３ｇは、ソースが接地され、ゲートがＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０におけるインバータ２５の出力に接続される。
【００６０】
この構成において、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３ｅ〜３３ｇはＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０におけるインバータ２５の出力に基づいてオン／オフが制御される。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３ａ〜３３ｄはＮ−ＭＯＳトランジスタ３３ｅ〜３３ｇのオン／オフに追従するようにオフ／オンが制御される。
【００６１】
また、バイアス回路３０における縦積み構成部の出力端、すなわちＮ−ＭＯＳトランジスタ３１のドレイン並びにＮ−ＭＯＳトランジスタ３３ａのドレインおよびゲートは、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３２のソースにも接続される。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３２のドレインは、ノードｂｉａｓを介してＰ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートに接続される。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３２のゲートは、ＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０における２入力ＮＯＲ回路２４の出力に接続される。縦積み構成部におけるＮ−ＭＯＳトランジスタ３１のゲートもＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０における２入力ＮＯＲ回路２４の出力に接続される。
【００６２】
このほか、バイアス回路３０におけるＰ−ＭＯＳトランジスタ３４のソースには内部電源電圧ＶＤＤＩＯが印加される。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ３４のドレインはＰ−ＭＯＳトランジスタ３５ａおよびＮ−ＭＯＳトランジスタ３５ｂで構成されるトランスファゲート３５およびノードｂｉａｓを介してＰ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートに接続される。
【００６３】
Ｐ−ＭＯＳトランジスタ３４のゲートおよびトランスファゲート３５におけるＰ−ＭＯＳトランジスタ３５ａのゲートには、ＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０における２入力ＮＯＲ回路２４の出力が接続される。また、トランスファゲート３５におけるＮ−ＭＯＳトランジスタ３５ｂのゲートには、ＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０におけるインバータ２５の出力が接続される。
【００６４】
この構成において、２入力ＮＯＲ回路２４からＬレベルが出力され且つインバータ２５からＨレベルが出力された場合、すなわちパルス信号−ｏｅ５が出力されていない期間および／または出力パッドＰＡＤｏの電位がＬレベルである期間、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ３４、トランスファゲート３５およびＮ−ＭＯＳトランジスタ３３ｅ〜３３ｇがオンし、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３１、３２および３３ａ〜３３ｄがオフする。これにより、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ３４のソースに印加された内部電源電圧ＶＤＤＩＯがＰ−ＭＯＳトランジスタ３４、トランスファゲート３５およびノードｂｉａｓを介してＰ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートに印加される。
【００６５】
一方、２入力ＮＯＲ回路２４からＨレベルが出力され且つインバータ２５からＬレベルが出力された場合、すなわちパルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５が出力されている期間であって且つ出力パッドＰＡＤｏの電位がＨレベル（ここでは内部電源電圧ＶＤＤＩＯもしくは外部電源電圧ＶＴＴ）である期間、具体的には出力パッドＰＡＤｏの電位がＨレベルであってイネーブル信号ｏｅがＬレベルに遷移した際、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３１、３２および３３ａ〜３３ｄがオンし、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ３４、トランスファゲート３５およびＮ−ＭＯＳトランジスタ３３ｅ〜３３ｇがオフする。これにより、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３１のソースに印加された内部電源電圧ＶＤＤＩＯに基づいてバイアス電圧Ｖbiasが生成され、これがノードｂｉａｓを介してＰ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートに印加される。
【００６６】
ただし、バイアス回路３０におけるＮ−ＭＯＳトランジスタ３１および３２を介した電圧、すなわちパルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５が出力されている期間であって且つ出力パッドＰＡＤｏの電位がＨレベル（ここでは内部電源電圧ＶＤＤＩＯもしくは外部電源電圧ＶＴＴ）である期間に出力されるバイアス電圧Ｖbiasは、これらＮ−ＭＯＳトランジスタ３１および３２のしきい値電圧Ｖthnにより低減する。このため、バイアス電圧Ｖbiasは、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３１のソースに印加された電圧、すなわち内部電源電圧ＶＤＤＩＯから、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３１および３２のしきい値電圧Ｖthnを引いた電圧（＝ＶＤＤＩＯ−２Ｖthn）となる。すなわち、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートには、内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりもしきい値電圧Ｖthnの２倍低い値を持つバイアス電圧Ｖbias（＝ＶＤＤＩＯ−２Ｖthn）がノードｂｉａｓを介して印加される。これにより、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４が電流を流しやすい状態となる。すなわち、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４に流れる電流量を増加させることが可能となる。この結果、ノードｐｇの電位、すなわちＰ−ＭＯＳトランジスタ６５のゲート電位を、出力パッドＰＡＤｏに印加された外部電源電圧ＶＴＴへ速やかにプルアップすることが可能となる。
【００６７】
また、図１におけるフローティングウェル充電回路４０は、フローティングウェル基板上に形成されたＰ−ＭＯＳトランジスタ５１、６４および６５のフローティングウェルを充電するための手段として機能する。このフローティングウェル充電回路４０は、図１に示すように、３つのＰ−ＭＯＳトランジスタ４１、４２および４３を有する。
【００６８】
フローティングウェル充電回路４０におけるＰ−ＭＯＳトランジスタ４１のゲートは抵抗６８を介して出力パッドＰＡＤｏが接続される。すなわち、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４１のゲートには出力パッドＰＡＤｏの電位が印加される。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４１のソースには、内部電源電圧ＶＤＤＩＯが印加される。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４１のドレインは、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４１、４２および４３のバックゲート（フローティングウェルとも言う）、並びにＰ−ＭＯＳトランジスタ５１および６５のバックゲートが接続される。
【００６９】
また、フローティングウェル充電回路４０におけるＰ−ＭＯＳトランジスタ４２および４３のソースは、抵抗６８を介して出力パッドＰＡＤｏに接続される。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４２のゲートには内部電源電圧ＶＤＤＩＯが印加される。一方、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４２のゲートは、これらＰ−ＭＯＳトランジスタ４１、４２および４３のドレインおよびバックゲート、並びにＰ−ＭＯＳトランジスタ５１および６５のバックゲートが接続される。すなわち、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４３のゲートには、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４１、４２、４３、５１、６４および６５のウェル電位が印加される。
【００７０】
この構成において、例えば出力パッドＰＡＤｏの電位がＬレベルであるとき、フローティングウェル充電回路４０におけるＰ−ＭＯＳトランジスタ４１がオンするため、内部電源電圧ＶＤＤＩＯから電荷がウェルに流れ込み、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４１、４２、４３、５１および６５のウェル電位がＶＤＤＩＯレベルにプルアップされる。このとき、フローティングウェル充電回路４０におけるＰ−ＭＯＳトランジスタ４２のゲートには内部電源電圧ＶＤＤＩＯが印加されており、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４３のゲートにはウェル電位がフィードバックされているため、これらを介した出力パッドＰＡＤｏへの電流の流れ出しは無い。その後、ウェル電位がＶＤＤＩＯとなった時点で、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４１がオフし、充電が終了する。
【００７１】
また、例えば出力パッドＰＡＤｏの電位がＨレベル（ただし、ＶＤＤＩＯレベル）であるとき、フローティングウェル充電回路４０におけるＰ−ＭＯＳトランジスタ４１がオフし、代わりにＰ−ＭＯＳトランジスタ４３がオンするため、出力パッドＰＡＤｏからウェルに電荷が流れ込み、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４１、４２、４３、５１および６５のウェル電位がＶＤＤＩＯレベルにプルアップされる。このとき、フローティングウェル充電回路４０におけるＰ−ＭＯＳトランジスタ４２のゲートには内部電源電圧ＶＤＤＩＯが印加されているため、これを介した出力パッドＰＡＤｏへの電流の流れ出しは無い。その後、ウェル電位がＶＤＤＩＯとなった時点で、全てのＰ−ＭＯＳトランジスタ４１、４２および４３がオフし、充電が終了する。
【００７２】
さらに、例えば出力パッドＰＡＤｏの電位が内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりも高いＶＴＴレベルであるとき、フローティングウェル充電回路４０におけるＰ−ＭＯＳトランジスタ４１がオフし、代わりにＰ−ＭＯＳトランジスタ４２および４３がオンするため、出力パッドＰＡＤｏからウェルに電荷が流れ込み、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４１、４２、４３、５１、６４および６５のウェル電位がプルアップされる。この際、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４１は、ゲートに抵抗６８を介して出力パッドＰＡＤｏの電位が印加され且つドレインがウェル電位の上昇に追従するため、オフしたままとなる。したがって、このＰ−ＭＯＳトランジスタ４１を介した電源電圧ＶＤＤＩＯへの電流の流れ出しは無い。
【００７３】
また、ウェル電位がＶＤＤＩＯとなった時点で、フローティングウェル充電回路４０におけるＰ−ＭＯＳトランジスタ４２がオフするが、ゲートにウェル電位がフィードバックされたＰ−ＭＯＳトランジスタ４３がオンのままであるため、フローティングウェルは出力パッドＰＡＤｏの電位（＝ＶＴＴ）まで充電される。このように動作することで、内部電源電圧ＶＤＤＩＯへ電流が流れ出すパスが形成されることなく、ウェル電位を速やかに外部電源電圧ＶＴＴまで上昇させることができる。その後、ウェル電位がＶＴＴとなった時点で、フローティングウェル充電回路４０における全てのＰ−ＭＯＳトランジスタ４１、４２および４３がオフし、充電が終了する。
【００７４】
また、図１におけるトランスファゲート５０は、出力パッドＰＡＤｏの電位に基づいて、２入力ＮＡＮＤ回路６１の出力とＰ−ＭＯＳトランジスタ６５のゲートとの接続を導通／遮断するための手段として機能する。このトランスファゲート５０は、図１に示すように、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ５１とＮ−ＭＯＳトランジスタ５２とを有する。
【００７５】
トランスファゲート５０におけるＰ−ＭＯＳトランジスタ５１のドレインおよびＮ−ＭＯＳトランジスタ５２のソースは、共通して２入力ＮＡＮＤ回路６１の出力に接続される。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ５１のソースおよびＮ−ＭＯＳトランジスタ５２のドレインは、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のソースおよびＰ−ＭＯＳトランジスタ６５のゲートに接続される。また、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ５１のゲートは、抵抗６８を介して出力パッドＰＡＤｏが接続され、バックゲートは上述したようにフローティングウェル充電回路４０に接続される。一方、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ５２のゲートには内部電源電圧ＶＤＤＩＯが印加される。
【００７６】
この構成において、例えば入力信号ａがＨレベルで且つイネーブル信号ｏｅがＨレベルである、すなわち２入力ＮＡＮＤ回路６１および２入力ＮＯＲ回路６３の出力が共にＬレベルであるとき、ノードｐｇ（Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５のゲート）は、トランスファゲート５０のＮ−ＭＯＳトランジスタ５２を介してＬレベルとなる。この際、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ５１、６４および６５のウェル電位（バックゲート電位）はフローティングウェル充電回路４０によりＶＤＤＩＯに充電されている。
【００７７】
また、例えば入力信号ａがＬレベルで且つイネーブル信号ｏｅがＨレベルである、すなわち２入力ＮＡＮＤ回路６１および２入力ＮＯＲ回路６３の出力が共にＨレベルであるとき、ノードｐｇ（Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５のゲート）は、トランスファゲート５０のＰ−ＭＯＳトランジスタ５１を介してＨレベル（ただし、ＶＤＤＩＯレベル）となる。この際、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ５１、６４および６５のウェル電位はフローティングウェル充電回路４０によりＶＤＤＩＯに充電されている。
【００７８】
また、例えばイネーブル信号ｏｅがＬレベルである場合、すなわち２入力ＮＯＲ回路６３の出力がＬレベルであり且つ２入力ＮＡＮＤ回路６１の出力がＨレベルである場合、出力パッドＰＡＤｏは不定状態（ハイＺ）であるが、この際、出力ＰＡＤｏが内部電源電圧ＶＤＤＩＯより高いＶＴＴレベルであるとすると、ノードｐｇ（Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５のゲート）はＶＴＴレベルに充電されている。これは、イネーブル信号ｏｅがＬレベルへ遷移した際にワンショットパルス発生回路１０から出力されたパルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５に基づいてバイアス回路３０が動作することで、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートにバイアス電圧Ｖbiasが印加され、これにより、抵抗６８およびＰ−ＭＯＳトランジスタ６４を介して出力パッドＰＡＤｏからノードｐｇへ電流が流れ込むためである。
【００７９】
この際、トランスファゲート５０におけるＰ−ＭＯＳトランジスタ５１のウェル電位はＶＴＴとなっているため、ノードｐｇの電位がＶＴＴとなった時点でＰ−ＭＯＳトランジスタ５１はオフする。また、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のウェル電位もフローティングウェル充電回路４０によりＶＴＴに充電される。
【００８０】
このように、ウェル電位がＶＴＴとなり、ドレイン電位がＶＴＴ（すなわち出力パッドＰＡＤｏに印加された外部電源電圧ＶＴＴ）となるため、ソース電位、すなわちノードｐｇの電位がＶＴＴとなった時点で、トランスファゲート５０におけるＰ−ＭＯＳトランジスタ５１はオフする。
【００８１】
なお、上記の際、出力パッドＰＡＤｏがＬレベルあるいはＶＤＤＩＯレベルであるとすると、ノードｐｇ（Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５のゲート）は、トランスファゲート５０またはＰ−ＭＯＳトランジスタ６４を介してＶＤＤＩＯレベルに充電されている。
【００８２】
〔動作〕
【００８３】
次に、本実施例によるトライステート出力回路１の動作について説明する。以下では、イネーブル信号ｏｅがＨレベルからＬレベルへ遷移することで出力パッドＰＡＤｏに図示しないプルアップ抵抗を介して外部電源電圧ＶＴＴが印加される場合（これをケース１とする）と、イネーブル信号ｏｅがＬレベルである際に出力パッドＰＡＤｏが中間電位となった場合（これをケース２とする）との動作について、それぞれ例を挙げて説明する。ただし、中間電位はＶＤＤＩＯの半分の電位に限らず、出力パッドＰＡＤｏの電位をモニタするＰ−ＭＯＳトランジスタ（例えば図１における２２ｂ）およびＮ−ＭＯＳトランジスタ（例えば図１における２２ｃ）を同時にオンさせることが可能な範囲の電位であればよい。
【００８４】
・ケース１
【００８５】
まず、イネーブル信号ｏｅがＨレベルからＬレベルへ遷移することで出力パッドＰＡＤｏに図示しないプルアップ抵抗を介して外部電源電圧ＶＴＴが印加される場合の動作を例に挙げて説明する。
【００８６】
この動作の初期状態において、イネーブル信号ｏｅはＨレベルである。ここで、例えば入力信号ａがＨレベルである場合、２入力ＮＡＮＤ回路６１の出力はＬレベルであり、２入力ＮＯＲ回路６３の出力はＬレベルである。さらに、出力パッドの電位がＨ（ＶＤＤＩＯ）レベルである場合、ＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０の２入力ＮＯＲ回路２４はＬレベルを出力し、インバータ２５はＨレベルを出力する。したがって、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートには、バイアス回路３０から出力された内部電源電圧ＶＤＤＩＯが印加される。
【００８７】
また、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のウェル電位は、フローティングウェル充電回路４０によりＶＤＤＩＯレベルまでプルアップされている。したがって、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４は、ソース電位、すなわちノードｐｇをＶＤＤＩＯレベルまでプルアップした後、オフした状態となる。
【００８８】
ここで、イネーブル信号ｏｅがＨレベルからＬレベルへ遷移すると、２入力ＮＡＮＤ回路６１の出力はＨレベルとなる。これにより、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５のゲートにトランスファゲート５０を介してＨレベルが印加されるため、出力パッドＰＡＤｏが不定状態（ハイＺ状態）となる。本動作説明では、この際に、出力パッドＰＡＤｏに図示しないプルアップ抵抗を介して外部電源電圧ＶＴＴが印加される場合を例に挙げる。すなわち、出力パッドＰＡＤｏの電位がＶＴＴとなった場合を説明する。
【００８９】
また、上述にあるイネーブル信号ｏｅがＨレベルからＬレベルへ遷移した際、ワンショットパルス発生回路１０は図２に示した動作をすることで、パルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５を出力する。これにより、ＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０は一時的に動作し、出力パッドＰＡＤｏの電位をモニタする。具体的には、出力パッドＰＡＤｏの電位がＶＴＴ（＞ＶＤＤＩＯ）であるため、パルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５が出力されている期間、ＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０の２入力ＮＯＲ回路２４からはＨレベルが出力され、インバータ２５からはＬレベルが出力される。
【００９０】
このように、ＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０の２入力ＮＯＲ回路２４からＨレベルが出力され、インバータ２５からＬレベルが出力されると、バイアス回路３０では、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３１および３２がオンする。この際、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３ａ〜３３ｄもオンする。これにより、内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりも２倍のしきい値電圧Ｖthn分低いバイアス電圧Ｖbias（＝ＶＤＤＩＯ−２Ｖthn）がノードｂｉａｓへ印加される。
【００９１】
このとき、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のウェル（バックゲート）は、フローティングウェル充電回路４０を介してＶＴＴレベルに充電されている。このため、内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりも低いバイアス電圧Ｖbias（＝ＶＤＤＩＯ−２Ｖthn）がゲートに印加されたＰ−ＭＯＳトランジスタ６４は、ゲートにＶＤＤＩＯが印加されているときと比べて電流を通しやすい状態となる。したがって、抵抗６８およびＰ−ＭＯＳトランジスタ６４を介してノードｐｇに速やかに電流が流れ込む。これにより、ノードｐｇ、すなわちＰ−ＭＯＳトランジスタ６５のゲート電位がＶＴＴレベルまで速やかにプルアップされる。結果、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５のゲート電位、バックゲート電位およびドレイン電位（出力パッドＰＡＤｏの電位に相当）が全てＶＴＴとなるため、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５がオフする。これにより、出力パッドＰＡＤｏと内部電源電圧ＶＤＤＩＯとを結ぶ電流パスが遮断されるため、出力パッドＰＡＤｏからＰ−ＭＯＳトランジスタ６５を介して内部電源電圧ＶＤＤＩＯへ電流が流れ込むことが防止される。すなわち、消費電力の増加が防止される。
【００９２】
また、ノードｐｇの電位がＶＴＴレベルとなった時点で、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のソース電位とドレイン電位とウェル電位とが全てＶＴＴレベルとなるため、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４はオフする。
【００９３】
その後、パルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５の所定時間幅に相当する時間が経過すると、すなわちパルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５が出力されていない状態となると、ＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０の２入力ＮＡＮＤ回路２４からはＬレベルが出力され、インバータ２５からはＨレベルが出力されるため、バイアス回路３０からは内部電源電圧ＶＤＤＩＯが出力される。この内部電源電圧ＶＤＤＩＯはＰ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートに印加される。したがって、この際、例えば出力パッドＰＡＤｏの電位が例えば中間電位となったとしても、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４はオフしたままとなる。これにより、２入力ＮＡＮＤ回路６１に印加された内部電源電圧ＶＤＤＩＯからトランスファゲート５０、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４および抵抗６８を介して出力パッドＰＡＤｏへ電流が流れ出すことが防止される。すなわち、消費電力の増加が防止される。
【００９４】
・ケース２
【００９５】
次に、イネーブル信号ｏｅがＬレベルである際に出力パッドＰＡＤｏが中間電位となった場合の動作を例に挙げて説明する。
【００９６】
この動作では、２入力ＮＡＮＤ回路６１の出力がＨレベルであり、２入力ＮＯＲ回路６３の出力がＬレベルであるため、出力パッドＰＡＤｏは不定状態（ハイＺ状態）となっている。本動作説明では、この際に、出力パッドＰＡＤｏの電位が例えばＶＤＤＩＯの半分の電位（以下、単に中間電位と言う）となった場合を例に挙げる。
【００９７】
出力パッドＰＡＤｏに印加された中間電位は、抵抗６８およびＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０におけるＮ−ＭＯＳトランジスタ２１を介して、同じくＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０におけるクロックドインバータ２２を構成するＰ−ＭＯＳトランジスタ２２ｂのゲートおよびＮ−ＭＯＳトランジスタ２２ｃのゲートにそれぞれ印加される。これにより、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ２２ｂおよびＮ−ＭＯＳトランジスタ２２ｃが同時にオンする。
【００９８】
ただし本実施例は、上述したように、イネーブル信号ｏｅがＬレベルへ遷移した際のみ、ワンショットパルス発生回路１０からパルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５が出力されて、クロックドインバータ２２が動作するように構成されている。このため、中間電位によりＰ−ＭＯＳトランジスタ２２ｂおよびＮ−ＭＯＳトランジスタ２２ｃが同時にオンした場合でも、パルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５が出力されていない期間ではＰ−ＭＯＳトランジスタ２２ａおよびＮ−ＭＯＳトランジスタ２２ｄがオフする。したがって、この期間にクロックドインバータ２２、すなわちＰ−ＭＯＳトランジスタ２２ａおよび２２ｂ並びにＰ−ＭＯＳトランジスタ２２ｃおよび２２ｄを介して内部電源電圧ＶＤＤＩＯ−グランド間に貫通電流が流れることは無い。これにより、消費電力の増加が防止される。
【００９９】
また、以上のような中間電位は、抵抗６８を介して、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のドレインにも印加される。ただし本実施例は、パルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５が出力されていない期間、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートにバイアス回路３０から出力された内部電源電圧ＶＤＤＩＯが印加されるように構成されている。また、この際、フローティングウェル充電回路４０がＰ−ＭＯＳトランジスタ６４のウェルを内部電源電圧ＶＤＤＩＯまで充電するように構成されている。したがって、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のドレインに中間電位が印加されたとしても、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４がオンすることは無く、この結果、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４および抵抗６８を介して出力パッドＰＡＤｏにＤＣ電流が流れ込むことが無い。これにより、消費電力の増加が防止される。
【０１００】
〔作用効果〕
【０１０１】
以上のように、本実施例は、入力端子ＯＥとＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０の入力である２入力ＮＯＲ回路２４の一方の入力との間にワンショットパルス発生回路１０を設け、ワンショットパルス発生回路１０からパルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５が出力されている期間、出力パッドＰＡＤｏの電位が内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりも高い電位（ＶＴＴ）となった場合に、バイアス回路３０が動作することでＰ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートに内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりも低い電圧（バイアス電圧Ｖbias＝ＶＤＤＩＯ−２Ｖthn）が印加される構成であるため、イネーブル信号ｏｅがＬレベルへ遷移した際に、抵抗６８およびＰ−ＭＯＳトランジスタ６４を介して、出力パッドＰＡＤｏと内部電源電圧ＶＤＤＩＯとの間に設けられたＰ−ＭＯＳトランジスタ６５のゲート電位を外部電源電圧ＶＴＴまで速やかにプルアップすることが可能となる。これにより、プルアップ時に出力パッドＰＡＤｏからＰ−ＭＯＳトランジスタ６５を介して内部電源電圧ＶＤＤＩＯ側へ電流が流れることを防止できるため、消費電力の増大を防止することが可能となる。
【０１０２】
また、本実施例は、ワンショットパルス発生回路１０からパルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５が出力されている期間のみ、バイアス回路３０が動作する、すなわちＰ−ＭＯＳトランジスタ６４が電流を流しやすくするためのバイアス電圧Ｖbias（＝ＶＤＤＩＯ−２Ｖthn）がバイアス回路３０からＰ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートへ印加され、この期間以外では、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートに内部電源電圧ＶＤＤＩＯが印加される構成であるため、出力パッドＰＡＤｏが不定状態となった後に、出力パッドＰＡＤｏの電位が例えば中間電位となったとしても、パルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５が出力されていない期間であれば、ゲートに内部電源電圧ＶＤＤＩＯが印加されたＰ−ＭＯＳトランジスタ６４がオンすることはない。したがって、上記のような状況であっても、２入力ＮＡＮＤ回路６１に印加された内部電源電圧ＶＤＤＩＯからトランスファゲート５０、出力パッドＰＡＤｏへのＰ−ＭＯＳトランジスタ６４を介した電流パスが形成されることを防止できる。すなわち、出力パッドＰＡＤｏへの電流の流れ出しを防止できる。結果、消費電力の増大を防止することが可能となる。
【０１０３】
さらに、本実施例は、ＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０が、ワンショットパルス発生回路１０からパルス信号ｏｅ５および−ｏｅ５が出力されている期間のみ動作するクロックドインバータ２２を用いて出力パッドＰＡＤｏの電位をモニタする構成であるため、出力パッドＰＡＤｏが中間電位となったとしても、クロックドインバータ２２を介して内部電源電圧ＶＤＤＩＯ−グランド間に貫通電流が流れることがない。これにより、消費電力の増大が防止される。
【０１０４】
さらにまた、本実施例は、出力パッドＰＡＤｏとＮ−ＭＯＳトランジスタ６７との間および、出力パッドＰＡＤｏとクロックドインバータ２２のゲートとの間にＶｔ落ちさせるためのＮ−ＭＯＳトランジスタ６６および２１が設けられた構成であるため、出力パッドＰＡＤｏの電位が内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりも高い外部電源電圧ＶＴＴとなった場合でも、出力パッドＰＡＤｏの電位を駆動するＮ−ＭＯＳトランジスタ６７および出力パッドＰＡＤｏの電位をモニタするクロックドインバータ２２が破損することがない。
【実施例２】
【０１０５】
次に、本発明の実施例２について図面を用いて詳細に説明する。尚、以下の説明において、実施例１と同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、特記しない構成に関しては実施例１と同様である。
【０１０６】
本実施例では、実施例１で例示したトライステート出力回路１の他の構成を例に挙げる。
【０１０７】
〔構成〕
【０１０８】
図３は本実施例によるトライステート出力回路２の構成を示す回路図である。図３に示すように、トライステート出力回路２は、バイアス回路３０とフローティングウェル充電回路４０とトランスファゲート５０と２入力ＮＡＮＤ回路６１とインバータ６２、７２および７３と２入力ＮＯＲ回路６３とＰ−ＭＯＳトランジスタ６４（第２トランジスタ）、６５（第１トランジスタ）および７１（第３トランジスタ）とＮ−ＭＯＳトランジスタ６６（第４トランジスタ）および６７（第５トランジスタ）と抵抗６８とを有し、入力端子Ａから入力された入力信号ａを出力パッドＰＡＤｏから出力する。なお、トライステート出力回路２にも、実施例１によるトライステート出力回路１と同様に、アウトプットイネーブル信号ｏｅに基づいて出力を許可または不許可とする構成が設けられている。
【０１０９】
上記の構成において、バイアス回路３０とフローティングウェル充電回路４０とトランスファゲート５０と２入力ＮＡＮＤ回路６１とインバータ６２と２入力ＮＯＲ回路６３とＰ−ＭＯＳトランジスタ６４および６５とＮ−ＭＯＳトランジスタ６６および６７と抵抗６８とは、実施例１によるトライステート出力回路１における構成と同様である。したがって、本実施例ではその詳細な説明を省略する。
【０１１０】
また、本実施例によるトライステート出力回路２は、実施例１によるトライステート出力回路１におけるワンショットパルス発生回路１０が削除され、ＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路２０が、直列に接続された２つのインバータ７２および７３に置き換えられている。さらに、本実施例によるトライステート出力回路２は、実施例１によるトライステート出力回路１が有する構成の他に、ゲートが抵抗６８を介して出力パッドＰＡＤｏに接続されたＰ−ＭＯＳトランジスタ７１を有する。
【０１１１】
この構成において、バイアス回路３０はインバータ７２および７３からの出力に基づいて動作する。すなわち、イネーブル信号ｏｅの信号レベルに基づいてＰ−ＭＯＳトランジスタ６４を制御するためのバイアス電圧Ｖbiasを生成し、これをＰ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートに印加する。
【０１１２】
具体的には、イネーブル信号ｏｅがＨレベル、すなわち出力がイネーブルされた状態では、インバータ７２はＬレベルを出力し、インバータ７３はＨレベルを出力する。インバータ７２の出力は、バイアス回路３０におけるＮ−ＭＯＳトランジスタ３１および３２、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ３４並びにトランスファゲート３５を構成するＰ−ＭＯＳトランジスタ３５ａのそれぞれのゲートに接続される。また、インバータ７３の出力は、バイアス回路３０におけるＮ−ＭＯＳトランジスタ３３ｅ〜３３ｇのゲートと、トランスファゲート３５を構成するＮ−ＭＯＳトランジスタ３５ｂのゲートとにそれぞれ接続される。
【０１１３】
したがって、出力がイネーブルされた状態では、実施例１において２入力ＮＯＲ回路２４がＬレベルを出力し且つインバータ２５がＨレベルを出力した状態と同様に、バイアス回路３０におけるＮ−ＭＯＳトランジスタ３１および３２がオフし、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ３４およびトランスファゲート３５がオンするため、ノードｂｉａｓには内部電源電圧ＶＤＤＩＯが印加される。なお、この際、バイアス回路３０におけるＮ−ＭＯＳトランジスタ３３ｅ〜３３ｇはオンしている。このため、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３ａ〜３３ｄはオフしている。
【０１１４】
一方、イネーブル信号ｏｅがＬレベル、すなわち出力がディスイネーブルされた状態では、インバータ７２はＨレベルを出力し、インバータ７３はＬレベルを出力する。したがって、この状態では、実施例１において２入力ＮＯＲ回路２４がＨレベルを出力し、インバータ２５がＬレベルを出力した状態と同様に、バイアス回路３０におけるＰ−ＭＯＳトランジスタ３４およびトランスファゲート３５はオフし、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３１および３２並びにＮ−ＭＯＳトランジスタ３３ａ〜３３ｄがオンするため、ノードｂｉａｓには、内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりも２倍のしきい値電圧Ｖthn分低いバイアス電圧Ｖbias（＝ＶＤＤＩＯ−２Ｖthn）が印加される。
【０１１５】
このように、本実施例では、イネーブル信号ｏｅがＬレベルである期間、バイアス回路３０を動作させ続けるように構成されている。
【０１１６】
また、トライステート出力回路２におけるＰ−ＭＯＳトランジスタ７１は、出力パッドＰＡＤｏの電位に基づいてノードｂｉａｓの電位を切り替える、換言すればＰ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートに印加する電圧をバイアス電圧Ｖbiasと内部電源電圧ＶＤＤＩＯとのいずれかに切り替える手段として機能する。
【０１１７】
このＰ−ＭＯＳトランジスタ７１は、ドレインが内部電源電圧ＶＤＤＩＯに接続され、ソースがノードｂｉａｓ、すなわちＰ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートに接続される。また、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ７１ゲートは、上述したように、抵抗６８を介して出力パッドＰＡＤｏに接続されている。
【０１１８】
さらに、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ７１のバックゲート（フローティングウェル）は、フローティングウェル充電回路４０の出力に接続される。すなわち、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ７１のウェル電位は、出力パッドＰＡＤｏの電位がＶＤＤＩＯ以下である場合、ＶＤＤＩＯレベルに充電され、出力パッドＰＡＤｏの電位がＶＤＤＩＯよりも高い場合、例えば外部電源電圧ＶＴＴである場合、ＶＴＴレベルに充電される。
【０１１９】
したがって、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ７１は、出力パッドＰＡＤｏが内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりも低い電圧レベルである期間、ノードｂｉａｓに内部電源電圧ＶＤＤＩＯを印加し、出力パッドＰＡＤｏが内部電源電圧ＶＤＤＩＯ以上の電圧レベルである期間、オフする。
【０１２０】
以上のこと、すなわちバイアス回路３０の出力とＰ−ＭＯＳトランジスタ７１の出力とに基づくことで、本実施例では、イネーブル信号ｏｅがＬレベルであって且つ出力パッドＰＡＤｏが内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりも高い電圧レベルである期間、ノードｂｉａｓの電位が内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりも低いバイアス電圧Ｖbias（＝ＶＤＤＩＯ−２Ｖthn）となり、これ以外の期間、すなわちイネーブル信号ｏｅがＨレベルである期間および／または出力パッドＰＡＤｏが内部電源電圧ＶＤＤＩＯ以下の電圧レベルである期間、ノードｂｉａｓの電位が内部電源電圧ＶＤＤＩＯとなる。
【０１２１】
〔動作〕
【０１２２】
次に本実施例によるトライステート出力回路２の動作について説明する。以下では、イネーブル信号ｏｅがＨレベルからＬレベルへ遷移することで出力パッドＰＡＤｏに図示しないプルアップ抵抗を介して外部電源電圧ＶＴＴが印加される場合（これをケース１とする）と、イネーブル信号ｏｅがＬレベルである際に出力パッドＰＡＤｏが中間電位となった場合（これをケース２とする）との動作について、それぞれ例を挙げて説明する。
【０１２３】
・ケース１
【０１２４】
まず、イネーブル信号ｏｅがＨレベルからＬレベルへ遷移することで出力パッドＰＡＤｏに図示しないプルアップ抵抗を介して外部電源電圧ＶＴＴが印加される場合の動作を例に挙げて説明する。
【０１２５】
この動作の初期状態では、インバータ７２がＬレベルを出力し、インバータ７３がＨレベルを出力する。したがって、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートには、バイアス回路３０から出力された内部電源電圧ＶＤＤＩＯが印加される。
【０１２６】
また、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のウェル電位は、フローティングウェル充電回路４０によりＶＤＤＩＯレベルまでプルアップされている。したがって、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４は、ソース電位、すなわちノードｐｇをＶＤＤＩＯレベルまでプルアップした後、オフした状態となる。
【０１２７】
ここで、イネーブル信号ｏｅがＨレベルからＬレベルへ遷移すると、２入力ＮＡＮＤ回路６１の出力はＨレベルとなる。これにより、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５のゲートにトランスファゲート５０を介してＨレベルが印加されるため、出力パッドＰＡＤｏが不定状態（ハイＺ状態）となる。本動作説明では、この際に、出力パッドＰＡＤｏに図示しないプルアップ抵抗を介して外部電源電圧ＶＴＴが印加される場合を例に挙げる。すなわち、出力パッドＰＡＤｏの電位がＶＴＴレベルとなった場合を説明する。
【０１２８】
また、上述したようにイネーブル信号ｏｅがＨレベルからＬレベルへ遷移すると、インバータ７２はＨレベルを出力し、インバータ７３はＬレベルを出力する。
【０１２９】
このようにインバータ７２からＨレベルが出力され、インバータ７３からＬレベルが出力されると、バイアス回路３０は、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３１および３２をオンすることで、内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりも２倍のしきい値電圧Ｖthn分低いバイアス電圧Ｖbias（＝ＶＤＤＩＯ−２Ｖthn）をノードｂｉａｓへ出力する。
【０１３０】
また、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ７１は、ゲートに外部電源電圧ＶＴＴが印加され、フローティングウェル（バックゲート）がフローティングウェル充電回路４０によりＶＴＴレベルにまで充電されるため、オフする。したがって、ノードｂｉａｓの電位はバイアス電位Ｖbias（＝ＶＤＤＩＯ−２Ｖthn）となる。
【０１３１】
このとき、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のウェル（バックゲート）は、フローティングウェル充電回路４０を介してＶＴＴレベルに充電されている。このため、ＶＤＤＩＯよりも低いバイアス電圧Ｖbias（＝ＶＤＤＩＯ−２Ｖthn）がゲートに印加されたＰ−ＭＯＳトランジスタ６４は、ゲートにＶＤＤＩＯが印加されているときと比べて電流を通しやすい状態となる。したがって、抵抗６８およびＰ−ＭＯＳトランジスタ６４を介してノードｐｇに速やかに電流が流れ込む。これにより、ノードｐｇ、すなわちＰ−ＭＯＳトランジスタ６５のゲート電位がＶＴＴレベルまで速やかにプルアップされる。結果、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５のゲート電位、バックゲート電位およびドレイン電位（出力パッドＰＡＤｏの電位に相当）が全てＶＴＴとなるため、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５がオフする。これにより、出力パッドＰＡＤｏと内部電源電圧ＶＤＤＩＯとを結ぶ電流パスが遮断されるため、出力パッドＰＡＤｏからＰ−ＭＯＳトランジスタ６５を介して内部電源電圧ＶＤＤＩＯへ電流が流れ込むことが防止される。すなわち、消費電力の増加が防止される。
【０１３２】
また、ノードｐｇの電位がＶＴＴレベルとなった時点で、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のソース電位とドレイン電位とウェル電位とが全てＶＴＴレベルとなるため、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４はオフする。
【０１３３】
その後、例えば出力パッドＰＡＤｏの電位が中間電位となると、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ７１がオンするため、ノードｂｉａｓ、すなわちＰ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートには内部電源電圧ＶＤＤＩＯが印加される。したがって、上記のように出力パッドＰＡＤｏの電位が中間電位となったとしても、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４はオフしたままである。これにより、２入力ＮＡＮＤ回路６１に印加された内部電源電圧ＶＤＤＩＯからトランスファゲート５０、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４および抵抗６８を介して出力パッドＰＡＤｏへ電流が流れ出すことが防止される。すなわち、消費電力の増加が防止される。
【０１３４】
・ケース２
【０１３５】
次に、イネーブル信号ｏｅがＬレベルである際に出力パッドＰＡＤｏが中間電位となった場合の動作を例に挙げて説明する。
【０１３６】
この動作では、２入力ＮＡＮＤ回路６１の出力がＨレベルであり、２入力ＮＯＲ回路６３の出力がＬレベルであるため、出力パッドＰＡＤｏは不定状態（ハイＺ状態）となっている。本動作説明では、この際に、出力パッドＰＡＤｏの電位が中間電位となった場合を例に挙げる。
【０１３７】
出力パッドＰＡＤｏに印加された中間電位は、抵抗６８を介してＰ−ＭＯＳトランジスタ７１のゲートに印加される。この際、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ７１のウェル電位は、フローティングウェル充電回路４０によりＶＤＤＩＯレベルに充電されているため、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ７１がオンする。これにより、ノードｐｇ、すなわちＰ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートには内部電源電圧ＶＤＤＩＯが印加される。
【０１３８】
この際、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のウェル電位は、フローティングウェル充電回路４０によりＶＤＤＩＯレベルに充電されている。したがって、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のドレインに中間電位が印加されたとしても、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４がオンすることは無く、この結果、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４および抵抗６８を介して出力パッドＰＡＤｏにＤＣ電流が流れ込むことが無い。これにより、消費電力の増加が防止される。
【０１３９】
〔作用効果〕
【０１４０】
以上のように、本実施例は、イネーブル信号ｏｅがＬレベルとなっている期間、出力パッドＰＡＤｏの電位が内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりも高い電圧（ＶＴＴ）となった場合に、バイアス回路３０が動作することでＰ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートに内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりも低い電圧（バイアス電圧Ｖbias＝ＶＤＤＩＯ−２Ｖthn）が印加される構成であるため、実施例１と同様に、イネーブル信号ｏｅがＬレベルへ遷移した際に、抵抗６８およびＰ−ＭＯＳトランジスタ６４を介して、出力パッドＰＡＤｏと内部電源電圧ＶＤＤＩＯとの間に設けられたＰ−ＭＯＳトランジスタ６５のゲート電位を外部電源電圧ＶＴＴまで速やかにプルアップすることが可能となる。これにより、プルアップ時に出力パッドＰＡＤｏからＰ−ＭＯＳトランジスタ６５を介して内部電源電圧ＶＤＤＩＯ側へ電流が流れることを防止できるため、消費電力の増大を防止することが可能となる。
【０１４１】
また、本実施例は、イネーブル信号ｏｅがＬレベルであって且つ出力パッドＰＡＤｏが内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりも高い電圧レベルである期間のみ、バイアス回路３０が動作する、すなわちＰ−ＭＯＳトランジスタ６４が電流を流しやすくするためのバイアス電圧Ｖbias（＝ＶＤＤＩＯ−２Ｖthn）がバイアス回路３０から出力され、この期間以外、すなわちイネーブル信号ｏｅがＨレベルである期間および／または出力パッドＰＡＤｏが内部電源電圧ＶＤＤＩＯ以下の電圧レベルである期間、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートにはバイアス回路３０またはＰ−ＭＯＳトランジスタ７１から出力された内部電源電圧ＶＤＤＩＯが印加される構成である。したがって、出力パッドＰＡＤｏが不定状態となった後に、出力パッドＰＡＤｏの電位が例えば中間電位となると、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートには内部電源電圧ＶＤＤＩＯが印加される。このため、出力パッドＰＡＤｏが不定状態となった後に出力パッドＰＡＤｏの電位が例えば中間電位となったとしても、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４がオンすることはない。これにより、上記のような状況であっても、２入力ＮＡＮＤ回路６１に印加された内部電源電圧ＶＤＤＩＯからトランスファゲート５０、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４および抵抗６８を介した電流パスが形成されることを防止できる。すなわち、出力パッドＰＡＤｏへの電流の流れ出しを防止できる。結果、消費電力の増大を防止することが可能となる。
【０１４２】
さらに、本実施例は、出力パッドＰＡＤｏの電位を例えばインバータなどのようなＣ−ＭＯＳ（Complementary Metal OxideSemiconductor）のゲートで受ける構成を有していないため、出力パッドＰＡＤｏの電位が例えば中間電位になった場合でも、これを介して内部電源電圧ＶＤＤＩＯ−グランド間に貫通電流が流れることがない。これにより、消費電力の増大が防止される。
【０１４３】
さらにまた、本実施例は、出力パッドＰＡＤｏとＮ−ＭＯＳトランジスタ６７との間にＶｔ落ちさせるためのＮ−ＭＯＳトランジスタ６６が設けられた構成であるため、出力パッドＰＡＤｏの電位が内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりも高い外部電源電圧ＶＴＴとなった場合でも、出力パッドＰＡＤｏの電位を駆動するＮ−ＭＯＳトランジスタ６７が破損することがない。
【０１４４】
このほか、本実施例によれば、以上のような効果を奏するトライステート出力回路を、少ない回路数で実現することができる。例えば本実施例によるトライステート出力回路２は、実施例１によるトライステート出力回路１と比較して、少ない回路数で同様の効果を実現している。
【実施例３】
【０１４５】
次に、本発明の実施例３について図面を用いて詳細に説明する。尚、以下の説明において、実施例１または実施例２と同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、特記しない構成に関しては実施例１または実施例２と同様である。
【０１４６】
本実施例では、実施例２で例示したトライステート出力回路２の回路構成を用いて、入力インタフェース（これも入出力回路である）であるトレラント入力回路３を構成した場合を例に挙げて説明する。
【０１４７】
〔構成〕
【０１４８】
図４は本実施例によるトレラント入力回路３の構成を示す回路図である。図４に示すように、トレラント入力回路３は、バイアス回路３０とフローティングウェル充電回路４０とトランスファゲート５０と２入力ＮＡＮＤ回路６１とインバータ７２、７３、８２および８３と２入力ＮＯＲ回路６３とＰ−ＭＯＳトランジスタ６４（第２トランジスタ）、６５Ｗ（第１トランジスタ）および７１とＮ−ＭＯＳトランジスタ６６（第４トランジスタ）、６７（第５トランジスタ）および８１（第３トランジスタ）と抵抗６８とを有し、入力パッドＰＡＤｉ（入力部）から入力された入力信号ｐａｄを出力端子Ｙから出力する。
【０１４９】
上記の構成において、インバータ７２および７３とバイアス回路３０とフローティングウェル充電回路４０とトランスファゲート５０とは実施例２によるトライステート出力回路２における構成と同様である。
【０１５０】
すなわち、バイアス回路３０は、実施例２と同様に、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３１、３２、３３ａ〜３３ｇ、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ３４およびトランスファゲート３５を有し、インバータ７２および７３から出力された電圧レベルに基づいて、バイアス電圧Ｖbiasをノードｂｉａｓへ印加する。ただし、本実施例では、インバータ７２の入力に、入力端子ＯＥ（図１または図３参照）ではなく、内部電源電圧ＶＤＤＩＯ（所定電圧）が接続される。したがって、本実施例によるインバータ７２は常時、Ｌレベルを出力し、インバータ７３は常時、Ｈレベルを出力する。この結果、バイアス回路３０は常時、内部電源電圧ＶＤＤＩＯをノードｂｉａｓ、すなわちＰ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートに印加する。
【０１５１】
また、フローティングウェル充電回路４０は、実施例２と同様に、３つのＰ−ＭＯＳトランジスタ４１〜４３を有し、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４、６５Ｗおよび７１のバックゲートをＶＤＤＩＯレベルもしくは入力パッドＰＡＤｉに印加された外部電源電圧ＶＴＴ（＞ＶＤＤＩＯ）レベルに充電する。
【０１５２】
さらに、トランスファゲート５０は、実施例２と同様に、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ５１とＮ−ＭＯＳトランジスタ５２とを有し、入力パッドＰＡＤｉの電位に基づいて２入力ＮＡＮＤ回路６１の出力とＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗのゲートとの間を導通／遮断する。
【０１５３】
この他の構成を説明する。本実施例によるトレラント入力回路３では、図４に示すように、２入力ＮＡＮＤ回路６１の一方の入力に、入力端子Ａ（図１または図３参照）の代わりに、内部電源電圧ＶＤＤＩＯが接続される。２入力ＮＡＮＤ回路６１の他方の入力には、後述するインバータ８２の出力が接続される。したがって、２入力ＮＡＮＤ回路６１は、インバータ８２の出力がＨレベルである場合のみ、Ｌレベルを出力する。
【０１５４】
また、本実施例によるトレラント入力回路３は、トライステート出力回路１または２におけるインバータ６２が削除され、２入力ＮＯＲ回路６３の一方の入力に、インバータ６２の出力（図１または図３参照）の代わりに、内部電源電圧ＶＤＤＩＯが接続される。２入力ＮＯＲ回路６３の他方の入力には、２入力ＮＡＮＤ回路６１と同様に、後述するインバータ８２の出力が接続されるが、一方の入力に内部電源電圧ＶＤＤＩＯが印加されているため、２入力ＮＯＲ回路６３は、常にＬレベルを出力する。
【０１５５】
２入力ＮＡＮＤ回路６１の出力は、実施例１または２と同様に、トランスファゲート５０を介して、入力パッドＰＡＤｉの電位を駆動するためのＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗのゲートに接続される。
【０１５６】
このＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗは、実施例１または２におけるＰ−ＭＯＳトランジスタ６５に相当する構成である。ただし、本実施例では、例えば実施例１または２で採用したＰ−ＭＯＳトランジスタ６５と比較して、そのゲート幅が狭く、且つゲート長が長いＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗを採用している。
【０１５７】
なお、ゲート幅が狭いということは、ゲート幅が広い場合と比較して、Ｐ−ＭＯＳトランジスタの電流を流す能力（ただし、同一ゲート電位に対する能力。以下、これを駆動力と言う）が低いと言うことである。また、ゲート長が長いということは、ゲート長が短い場合と比較して、Ｐ−ＭＯＳトランジスタの駆動力が低いと言うことである。すなわち、本実施例では比較的駆動力の低いＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗが用いられている。
【０１５８】
このようなＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗを用いることで、内部電源電圧ＶＤＤＩＯと入力パッドＰＡＤｉとの間に比較的大きな負荷を設けることが可能となるため、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗを介して入力パッドＰＡＤｉから内部電源電圧ＶＤＤＩＯへ、またはＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗを介して内部電源電圧ＶＤＤＩＯから入力パッドＰＡＤｉへ流れ込む電流を少なくすることができる。
【０１５９】
また、２入力ＮＯＲ回路６３の出力は、実施例１または２と同様に、入力パッドＰＡＤｉの電位を駆動するためのＮ−ＭＯＳトランジスタ６７のゲートに接続される。
【０１６０】
このほか、図４に示すように、入力パッドＰＡＤｉは、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ８１を介してインバータ８２の入力に接続される。換言すれば、入力パッドＰＡＤｉと出力端子Ｙとの間にはインバータ８２が設けられている。
【０１６１】
入力パッドＰＡＤｉとインバータ８２との間に設けられたＮ−ＭＯＳトランジスタ８１は、ゲートに内部電源電圧ＶＤＤＩＯが常時印加されている。すなわち、常時オンしている。このＮ−ＭＯＳトランジスタ８１は、入力パッドＰＡＤｉから見て後段に設けられたインバータ８２における特にＮ−ＭＯＳトランジスタの破損を防止するための保護素子である。すなわち、本実施例によるトレラント機能のうち、外部電源電圧ＶＴＴを印加可能とする機能を実現するための回路素子である。
【０１６２】
インバータ８２は抵抗６８を介して入力パッドＰＡＤｉの電位をモニタしているが、特に出力パッドＰＡＤｉの電位が内部電源電圧ＶＤＤＩＯ（＝３．３Ｖ）より高い外部電源電圧ＶＴＴ（＝５Ｖ）である場合、入力パッドＰＡＤｉの電位がそのままインバータ８２におけるＮ−ＭＯＳトランジスタのゲートに印加されると、実施例１において説明したＮ−ＭＯＳトランジスタ６７または２２ｃと同様に、このＮ−ＭＯＳトランジスタが外部電源電圧ＶＴＴに耐えられず、破損してしまう可能性がある。
【０１６３】
そこで、図４に示すように、ノーマリーオンしているＮ−ＭＯＳトランジスタ８１を入力パッドＰＡＤｉとドインバータ８２との間に設ける。これにより、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ８１においてＶt落ちが起こるため、インバータ８２を構成するＮ−ＭＯＳトランジスタのゲートに印加される電位が入力パッドＰＡＤｉに印加された外部電圧ＶＴＴよりも低くなる。
【０１６４】
このように、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ８１を設けることで、インバータ８２を構成するＮ−ＭＯＳトランジスタのゲートに入力パッドＰＡＤｉの電位差がそのまま印加されることが回避され、結果、インバータ８２の特にＮ−ＭＯＳトランジスタの破損が防止される。
【０１６５】
また、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ８１の後段に設けられたインバータ８２の出力は、上述したように、２入力ＮＡＮＤ回路６１の他方の入力と、２入力ＮＯＲ回路６３の他方の入力とにそれぞれ接続される。したがって、２入力ＮＡＮＤ回路６１は、入力パッドＰＡＤｉから入力されたデータがＨレベル（例えば“１”のデータ）である場合のみ、Ｌレベルを出力する。ただし、２入力ＮＯＲ回路６３からは、入力パッドＰＡＤｉにＨレベル（例えば“１”のデータ）が入力された場合でも、Ｌレベル（例えば“０”のデータ）が入力された場合でも、共にＬレベルを出力する。したがって、２入力ＮＯＲ回路６３の出力がゲートに接続されたＮ−ＭＯＳトランジスタ６７は常にオフ状態となる。
【０１６６】
また、インバータ８２の出力、すなわち入力パッドＰＡＤｉから入力されたデータは、インバータ８３を介することで、元のデータ（反転されていないデータ）に戻された後、出力端子Ｙから出力される。
【０１６７】
この他の構成は、実施例１または２と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１６８】
〔動作〕
【０１６９】
次に本実施例によるトレラント入力回路３の動作について説明する。以下では、入力パッドＰＡＤｉにＬレベルの信号（例えば“０”のデータ）が入力された場合（これをケース１とする）と、入力パッドＰＡＤｉにＨレベルの信号（例えば“１”のデータ）が入力された場合（これをケース２とする）と、入力パッドＰＡＤｉに内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりも高い外部電源電圧ＶＴＴが印加された場合（これをケース３とする）との動作について、それぞれ例を挙げて説明する。
【０１７０】
・ケース１
【０１７１】
まず、入力パッドＰＡＤｉにＬレベルの信号（例えば“０”のデータ）が入力された場合の動作を例に挙げて説明する。
【０１７２】
この動作では、インバータ８２に抵抗６８およびＮ−ＭＯＳトランジスタ８１を介してＬレベルが入力されるため、インバータ８２はＨレベルを出力している。したがって、２入力ＮＡＮＤ回路６１はＬレベルを出力している。これにより、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗのゲートにはトランスファゲート５０を介してＬレベルが印加され、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗがオンする。なお、出力端子Ｙからは、インバータ８３の出力、すなわちＬレベルが出力されている。
【０１７３】
ここで、本実施例によるＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗは、上述したように駆動力が比較的低い。したがって、例えば入力パッドＰＡＤｉがハイＺ状態になったとしても、駆動力が低いＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗには微量の電流しか流れない。このため、電源電圧ＶＤＤＩＯからＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗを介して入力パッドＰＡＤｉへは微量の電流しか流れず、これにより、入力パッドＰＡＤｉをゆっくりＶＤＤＩＯレベルまでプルアップさせることが可能となる。
【０１７４】
・ケース２
【０１７５】
次に、入力パッドＰＡＤｉにＨ（ＶＤＤＩＯ）レベルの信号（例えば“１”のデータ）が入力された場合の動作を例に挙げて説明する。
【０１７６】
この動作では、インバータ８２に抵抗６８およびＮ−ＭＯＳトランジスタ８１を介してＨレベルが入力されるため、インバータ８２はＬレベルを出力している。したがって、２入力ＮＡＮＤ回路６１はＨレベルを出力している。これにより、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗのゲートにはトランスファゲート５０を介してＨレベルが印加され、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗがオフする。なお、出力端子Ｙからは、インバータ８３の出力、すなわちＨレベルが出力されている。
【０１７７】
・ケース３
【０１７８】
次に、入力パッドＰＡＤｉに内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりも高い外部電源電圧ＶＴＴが印加された場合の動作を例に挙げて説明する。
【０１７９】
この動作では、インバータ８２に抵抗６８およびＮ−ＭＯＳトランジスタ８１を介してＨレベルが入力されるため、インバータ８２はＬレベルを出力している。したがって、２入力ＮＡＮＤ回路６１はＨレベルを出力している。これにより、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗのゲートにはトランスファゲート５０を介してＨレベルが印加され、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗがオフする。なお、出力端子Ｙからは、インバータ８３の出力、すなわちＨレベルが出力されている。
【０１８０】
このような場合であっても、電源電圧ＶＤＤＩＯと入力パッドＰＡＤｉとの間に駆動力の低いＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗを設けることで、このＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗには微量の電流しか流れないため、例えば入力パッドＰＡＤｉに内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりも高い外部電源電圧ＶＴＴが印加されたとしても、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗのゲートおよびフローティングウェルが共にＶＴＴレベルに充電されているため、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗはオフ状態となる。このため、入力パッドＰＡＤｉからＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗを介して電源電圧ＶＤＤＩＯへは電流が流れない。これにより、入力パッドＰＡＤｉからＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗを介して内部電源電圧ＶＤＤＩＯ側へ流れる電流を低減できるため、消費電力の増大を抑制することが可能となる。
【０１８１】
また、ノードｐｇの電位がＶＴＴレベルとなった時点で、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４のソース電位とドレイン電位とウェル電位とが全てＶＴＴレベルとなるため、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４はオフする。
【０１８２】
〔作用効果〕
【０１８３】
以上のように、本実施例は、電源電圧ＶＤＤＩＯと入力パッドＰＡＤｉとの間に駆動力の低いＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗを設けた構成であるため、例えば入力パッドＰＡＤｉがハイＺ状態になったとしても、駆動力が低いＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗには微量の電流しか流れない。このため、電源電圧ＶＤＤＩＯからＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗを介して入力パッドＰＡＤｉへは微量の電流しか流れず、これにより、入力パッドＰＡＤｉをゆっくりＶＤＤＩＯレベルまでプルアップさせることが可能となる。
【０１８４】
また、本実施例は、電源電圧ＶＤＤＩＯと入力パッドＰＡＤｉとの間に駆動力の低いＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗを設けた構成であるため、このＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗには微量の電流しか流れない。このため、例えば入力パッドＰＡＤｉに内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりも高い外部電源電圧ＶＴＴが印加されたとしても、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗのゲートおよびフローティングウェルが共にＶＴＴレベルに充電されているため、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗはオフ状態となる。このため、入力パッドＰＡＤｉからＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗを介して電源電圧ＶＤＤＩＯへは電流が流れない。これにより、入力パッドＰＡＤｉからＰ−ＭＯＳトランジスタ６５Ｗを介して内部電源電圧ＶＤＤＩＯ側へ流れる電流を低減できるため、消費電力の増大を抑制することが可能となる。
【０１８５】
さらに、本実施例は、入力パッドＰＡＤｉに内部電源電圧ＶＤＤＩＯよりも高い外部電源電圧ＶＴＴが印加された後に、例えば出力パッドＰＡＤｉの電位が中間電位となったとしても、ノードｂｉａｓ、すなわちＰ−ＭＯＳトランジスタ６４のゲートには内部電源電圧ＶＤＤＩＯが印加されることで、これがオフしたままとなる構成であるため、２入力ＮＡＮＤ回路６１に印加された内部電源電圧ＶＤＤＩＯからトランスファゲート５０、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ６４および抵抗６８を介して入力パッドＰＡＤｉへ電流が流れ出すことはなく、消費電力の増加が防止される。
【０１８６】
このほか、本実施例によれば、以上のような効果を奏するトレラント入力回路を、少ない回路数で実現することができる。
【実施例４】
【０１８７】
次に、本発明の実施例４について図面を用いて詳細に説明する。尚、以下の説明において、実施例１から実施例３のいずれかと同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、特記しない構成に関しては実施例１から３のいずれかと同様である。
【０１８８】
本実施例では、実施例１で例示したトライステート出力回路１と実施例３で例示したトレラント入力回路３とを用いて、入出力インタフェースである双方向回路（これも入出力回路である）を構成した場合を例に挙げて説明する。
【０１８９】
〔構成〕
【０１９０】
図５は本実施例による双方向回路４の構成を示す等価回路図である。図５に示すように、双方向回路４は、実施例１によるトライステート出力回路１と実施例３によるトレラント入力回路３とを有し、トライステート出力回路１の出力パッドＰＡＤｏとトレラント入力回路３の入力パッドＰＡＤｉとが接続された構成を有する。なお、この接続部分は入出力パッドＰＡＤとして機能する。
【０１９１】
トライステート出力回路１の構成は実施例１と同様である。また、トレラント入力回路３の構成も実施例３と同様である。したがって、ここではこれらの詳細な説明を省略する。
【０１９２】
〔動作〕
【０１９３】
また、本実施例による双方向回路４におけるトライステート出力回路１の動作は、実施例１で説明した動作と同様であるため、ここでは説明を省略する。ただし、イネーブル信号ｏｅは、例えばトレラント入力回路３が動作する際にＬレベルとされる。これにより、トライステート出力回路１の動作時とトレラント入力回路３の動作時とを分離することができる。また、双方向回路４におけるトレラント入力回路３の動作は、実施例３で説明した動作と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【０１９４】
〔作用効果〕
【０１９５】
以上のように、本実施例によれば、実施例１によるトライステート出力回路１と実施例３によるトレラント入力回路３とを組み合わせることで、これらの効果を有する双方向回路４を実現することができる。
【実施例５】
【０１９６】
次に、本発明の実施例５について図面を用いて詳細に説明する。尚、以下の説明において、実施例１から実施例４のいずれかと同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、特記しない構成に関しては実施例１から４のいずれかと同様である。
【０１９７】
本実施例では、実施例２で例示したトライステート出力回路２と実施例３で例示したトレラント入力回路３とを用いて、入出力インタフェースである双方向回路（これも入出力回路である）を構成した場合を例に挙げて説明する。
【０１９８】
〔構成〕
【０１９９】
図６は本実施例による双方向回路５の構成を示す等価回路図である。図６に示すように、双方向回路５は、実施例２によるトライステート出力回路２と実施例３によるトレラント入力回路３とを有し、トライステート出力回路２の出力パッドＰＡＤｏとトレラント入力回路３の入力パッドＰＡＤｉとが接続された構成を有する。なお、この接続部分は入出力パッドＰＡＤとして機能する。
【０２００】
トライステート出力回路２の構成は実施例２と同様である。また、トレラント入力回路３の構成も実施例３と同様である。したがって、ここではこれらの詳細な説明を省略する。
【０２０１】
〔動作〕
【０２０２】
また、本実施例による双方向回路５におけるトライステート出力回路２の動作は、実施例２で説明した動作と同様であるため、ここでは説明を省略する。ただし、イネーブル信号ｏｅは、例えばトレラント入力回路３が動作する際にＬレベルとされる。これにより、トライステート出力回路２の動作時とトレラント入力回路３の動作時とを分離することができる。また、双方向回路５におけるトレラント入力回路３の動作は、実施例３で説明した動作と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【０２０３】
〔作用効果〕
【０２０４】
以上のように、本実施例によれば、実施例２によるトライステート出力回路２と実施例３によるトレラント入力回路３とを組み合わせることで、これらの効果を有する双方向回路５を実現することができる。
【実施例６】
【０２０５】
次に、本発明の実施例６について図面を用いて詳細に説明する。尚、以下の説明において、実施例１から実施例５のいずれかと同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、特記しない構成に関しては実施例１から５のいずれかと同様である。
【０２０６】
上記した実施例４から６のいずれかによる双方向回路４から８は、図７（ａ）または（ｂ）に示すように、１チップ化された半導体入出力装置９に組み込まれる。この半導体入出力装置９は、例えば図７（ａ）または（ｂ）に示すように、従来の入力回路１０１と出力回路１０３とからなる双方向回路１０４が組み込まれた半導体入出力装置１０９や従来の出力回路１０１が組み込まれた半導体入出力装置１１０などと組み合わせて使用することが可能である。
【０２０７】
なお、上記実施例１から実施例６は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【０２０８】
１、２ トライステート出力回路
３ トレラント入力回路
４、５、６、７、８ 双方向回路
９ 半導体入出力回路
１０ ワンショットパルス発生回路
１１、１２、１３、１４、１６、２５、６２、７２、７３、８２、８３ インバータ
１５、６１ ２入力ＮＡＮＤ回路
２０ ＯＥ・ＰＡＤ電位判定回路
２１、２２ｃ、３３ｄ、３１、３２、３３ａ〜３３ｇ，３５ｂ、５２、６６、６７、８１ Ｎ−ＭＯＳトランジスタ
２２ クロックドインバータ
２２ａ、２２ｂ、２３，３４、３５ａ、４１、４２、４３、５１、６４、６５、７１ Ｐ−ＭＯＳトランジスタ
２４、６３ ２入力ＮＯＲ回路
３０ バイアス回路
３５、５０ トランスファゲート
４０ フローティングウェル充電回路
６８ 抵抗
Ａ 入力端子
ＯＥ アウトプットイネーブル信号入力端子
ＰＡＤ 入出力パッド
ＰＡＤｏ 出力パッド
ＰＡＤｉ 入力パッド
Ｙ 出力端子
ｂｉａｓ、ｐｇ ノード
ｏｅ アウトプットイネーブル信号
ｏｅ１、ｏｅ２、ｏｅ３、ｏｅ４ 信号
ｏｅ５、−ｏｅ５ パルス信号
ｔda、ｔdi 遅延時間
【図１】
2010246159.tif 000003
【図２】
2010246159.tif 000004
【図３】
2010246159.tif 000005
【図４】
2010246159.tif 000006
【図５】
2010246159.tif 000007
【図６】
2010246159.tif 000008
【図７】
2010246159.tif 000009