(57)【要約】  【課題】  ２次高調波の発生がほとんどなく、高周波特性の優れた半導体集積回路を提供する。  【解決手段】  入出力端子と接地端子との間に、順方向に接続した第１のダイオードと、逆方向に接続した第２のダイオードとを直列に接続し、第１及び第２のダイオードから発生する２次高調波を相殺するようにダイオードのアノード幅、接続するダイオードの数を設定したり、ダイオードにバイアス電圧を印加したり、ダイオードと並列に抵抗素子を接続した静電保護回路を備える。【選択図】  図１
2008288236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入出力端子を有する高周波回路と、
前記入出力端子と接地端子との間に、順方向に接続した１個以上の第１のダイオードと、逆方向に接続した１個以上の第２のダイオードとを直列に接続し、前記第１及び第２のダイオードから発生する２次高調波を相殺するように前記第１のダイオードのアノード幅と前記第２のダイオードのアノード幅をそれぞれ設定した静電保護回路と、
を備えたことを特徴とする半導体集積回路。
【請求項２】
入出力端子を有する高周波回路と、
前記入出力端子と接地端子との間に、順方向に接続した１個以上の第１のダイオードと、逆方向に接続した１個以上の第２のダイオードとを直列に接続し、前記第１及び第２のダイオードから発生する２次高調波を相殺するように前記第１のダイオードの数と前記第２のダイオードの数をそれぞれ設定した静電保護回路と、
を備えたことを特徴とする半導体集積回路。
【請求項３】
入出力端子を有する高周波回路と、
前記入出力端子と接地端子との間に、順方向に接続した１個以上の第１のダイオードと、逆方向に接続した１個以上の第２のダイオードとを直列に接続し、前記第１及び第２のダイオードから発生する２次高調波を相殺するように前記第１のダイオードの数と前記第２のダイオードの数及び前記第１のダイオードのアノード幅と前記第２のダイオードのアノード幅をそれぞれ設定した静電保護回路と、
を備えたことを特徴とする半導体集積回路。
【請求項４】
入出力端子を有する高周波回路と、
前記入出力端子と接地端子との間に、順方向に接続した１個以上の第１のダイオードと、逆方向に接続した１個以上の第２のダイオードとを直列に接続し、前記第１及び第２のダイオードから発生する２次高調波を相殺するように少なくとも２つの前記ダイオードの接続点にバイアス電圧を印加する手段を備えた静電保護回路と、
を備えたことを特徴とする半導体集積回路。
【請求項５】
入出力端子を有する高周波回路と、
前記入出力端子と接地端子との間に、順方向に接続した１個以上の第１のダイオードと、逆方向に接続した１個以上の第２のダイオードとを直列に接続し、前記ダイオードに並列に抵抗素子を接続し、前記第１及び第２のダイオードから発生する２次高調波を相殺するように前記抵抗素子の抵抗値を設定した静電保護回路と、
を備えていることを特徴とする半導体集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電破壊から半導体集積回路を保護する静電保護回路を備えた半導体集積回路に関し、特に静電保護回路からの２次高調波の発生を抑制することができる半導体集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波用の半導体集積回路は静電耐圧が低い場合が多く、入出力端子と接地端子との間に保護ダイオードを用いた静電保護回路がしばしば用いられる。図９には、入出力端子に保護ダイオードを用いた静電保護回路を接続した従来の半導体集積回路の一例を示す。図９に示す静電保護回路は、高周波回路１の入出力端子２と接地端子３との間に、順方向に接続したダイオード４と逆方向に接続したダイオード５が直列に接続されている。このような半導体集積回路では、入出力端子２に直流電圧や交流電圧が加わってもダイオードには電流が流れず、サージ電圧のように高い電圧が加わったとき、ダイオード４とダイオード５がオン状態となり、電流が接地端子３に流れ、高周波回路１を静電破壊から保護することができる。この種の半導体集積回路は、例えば、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００２−５０６４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、保護ダイオードを用いた静電保護回路を備えた半導体集積回路では、保護ダイオードから不要な高調波が発生することが知られている。図９に示す半導体集積回路では、入出力端子２が接地電位と同じ場合には、入力する高周波信号の正の周期と負の周期で、ダイオード４とダイオード５から発生する２次高調波が相互に打ち消し合い（相殺し）、入出力端子２に２次高調波はほとんど発生しない。しかし、入出力端子２に正の直流電圧が印加されている場合、ダイオード４は順バイアスされ、ダイオード５は逆バイアスされた状態となる。このような状態で高周波信号が入出力端子２に入力すると、正の周期と負の周期とで歪が異なり、入出力端子２に相殺されない２次高調波が残り、高周波特性を悪化させるという問題があった。本発明はこのような問題を解消し、静電保護回路で発生した２次高調波を相殺することができる静電保護回路を備えた半導体集積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】
【０００４】
上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、入出力端子を有する高周波回路と、前記入出力端子と接地端子との間に、順方向に接続した１個以上の第１のダイオードと、逆方向に接続した１個以上の第２のダイオードとを直列に接続し、前記第１及び第２のダイオードから発生する２次高調波を相殺するように前記第１のダイオードのアノード幅と前記第２のダイオードのアノード幅をそれぞれ設定した静電保護回路と、を備えたことを特徴とする。
【０００５】
本願請求項２に係る発明は、入出力端子を有する高周波回路と、前記入出力端子と接地端子との間に、順方向に接続した１個以上の第１のダイオードと、逆方向に接続した１個以上の第２のダイオードとを直列に接続し、前記第１及び第２のダイオードから発生する２次高調波を相殺するように前記第１のダイオードの数と前記第２のダイオードの数をそれぞれ設定した静電保護回路と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
本願請求項３に係る発明は、入出力端子を有する高周波回路と、前記入出力端子と接地端子との間に、順方向に接続した１個以上の第１のダイオードと、逆方向に接続した１個以上の第２のダイオードとを直列に接続し、前記第１及び第２のダイオードから発生する２次高調波を相殺するように前記第１のダイオードの数と前記第２のダイオードの数及び前記第１のダイオードのアノード幅と前記第２のダイオードのアノード幅をそれぞれ設定した静電保護回路と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本願請求項４に係る発明は、入出力端子を有する高周波回路と、前記入出力端子と接地端子との間に、順方向に接続した１個以上の第１のダイオードと、逆方向に接続した１個以上の第２のダイオードとを直列に接続し、前記第１及び第２のダイオードから発生する２次高調波を相殺するように少なくとも２つの前記ダイオードの接続点にバイアス電圧を印加する手段を備えた静電保護回路と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本願請求項５に係る発明は、入出力端子を有する高周波回路と、前記入出力端子と接地端子との間に、順方向に接続した１個以上の第１のダイオードと、逆方向に接続した１個以上の第２のダイオードとを直列に接続し、前記ダイオードに並列に抵抗素子を接続し、前記第１及び第２のダイオードから発生する２次高調波を相殺するように前記抵抗素子の抵抗値を設定した静電保護回路と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、静電保護回路が接続されている入出力端子に正の直流電圧が印加されている場合であっても、順方向に接続した１個以上の第１のダイオードから発生する２次高調波と逆方向に接続した１個以上の第２のダイオードから発生する２次高調波が、正の周期と負の周期で相殺され、入出力端子に２次高調波はほとんど発生しない。
【００１０】
具体的に本発明では、静電保護回路を構成するダイオードのアノード幅や接続するダイオードの数を、所定の幅や数に設定する。またダイオードに所定のバイアス電圧を印加する。さらに所定の抵抗値の抵抗素子をダイオードと並列に接続する。このような静電保護回路は、従来の静電保護回路をわずかに変更するだけで良く、非常に簡便な構成で大きな効果が得られるという利点もある。
【００１１】
本発明の半導体集積回路は、２次高調波の発生がほとんどなく、高周波特性の優れた半導体集積回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の半導体集積回路について、詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明の第１の実施例の説明図である。図１に示すように、静電保護回路は、高周波回路１の入出力端子２と接地端子３との間に、順方向に接続したダイオード４（請求項１の第１のダイオードに相当）と、逆方向に接続したダイオード５（請求項１の第２のダイオードに相当）が直列に接続した構成となっている。ここで、本実施例の静電保護回路では、ダイオード４のアノード幅とダイオード５のアノード幅が異なる構成となっている。
【００１４】
このような構成の半導体集積回路では、従来の静電保護回路同様、入出力端子２に交流信号が入力されてもダイオードには電流が流れない。一方、サージ電圧のように高い電圧が加わるとダイオードを介して接地端子に電流が流れ、静電破壊を防止することができる。
【００１５】
入出力端子２に正の直流バイアスを印加した場合、ダイオード４は順バイアスされ、ダイオード５は逆バイアスされる。本実施例では、ダイオード４とダイオード５のアノード幅を、このバイアス状態で入出力端子２に高周波信号が入力したとき、それぞれのダイオードから発生する２次高調波が入力信号の正の周期と負の周期で相殺されるように設定する。設定方法は、バイアス条件等を考慮したシミュレーションによる。
【００１６】
具体的には、入出力端子２を３Ｖにバイアスし、ダイオード４のアノード幅を大きくしたとき、入出力端子に発生する２次高調波のシミュレーション結果を図２に示す。ダイオード４のアノード幅をダイオード５のアノード幅の２．５倍程度にした時、２次高調波が大幅に抑制できることがわかる。なお、図９で説明した静電保護回路において、ダイオード４、５のアノード幅を共に大きくした場合についても同様のシミュレーションを行った結果を図１０に示す。図１０に示すように、ダイオードのアノード幅を単に大きくするだけでは、２次高調波の発生は抑制できなかった。
【００１７】
以上説明したように、直列に接続したダイオードのアノード幅を所定の値に設定することで、２次高調波の発生を抑制できることが確認された。このような２次高調波の抑制効果は、ダイオード４のアノード幅をダイオード５のアノード幅より大きくする場合に限らず、逆にダイオード５のアノード幅をダイオード４のアノード幅より大きくしても良い。アノード幅の比率は、入出力端子のバイアス電圧、ダイオードの特性等によって決定されるので、半導体集積回路の動作に応じて、最適な条件に設定すればよい。
【００１８】
なお、交流信号の振幅が大きく、ダイオードに電流が流れてしまう場合には、ダイオードを複数直列に接続させればよく、その場合もそれぞれのダイオードのアノード幅は、シミュレーションから最適な条件を設定することができる。
【実施例２】
【００１９】
図３は本発明の第２の実施例の説明図である。図３に示すように、静電保護回路は、高周波回路１の入出力端子２と接地端子３との間に、順方向に接続したダイオード４（請求項２の第１のダイオードに相当）と、逆方向に接続したダイオード５及びダイオード６（請求項２の第２のダイオードに相当）が直列に接続した構成となっている。ここで、本実施例の静電保護回路では、順方向に接続したダイオードの数と逆方向に接続したダイオードの数が異なる構成となっている。
【００２０】
このような構成の半導体集積回路では、従来の静電保護回路同様、入出力端子２に交流信号が入力されてもダイオードには電流が流れない。一方、サージ電圧のように高い電圧が加わるとダイオードを介して接地端子に電流が流れ、静電破壊を防止することができる。
【００２１】
入出力端子２に正の直流バイアスを印加した場合、ダイオード４は順バイアスされ、ダイオード５及びダイオード６は逆バイアスされる。本実施例では、順方向に接続したダイオードの数と逆方向に接続したダイオードの数を、このバイアス状態で入出力端子２に高周波信号が入力したとき、それぞれのダイオードから発生する２次高調波が入力信号の正の周期と負の周期で相殺されるように設定する。設定方法は、バイアス条件等を考慮したシミュレーションによる。
【００２２】
具体的には、入出力端子２を３Ｖにバイアスし、図３に示す半導体集積回路の入力端子に発生する２次高調波のシミュレーション結果は、−１１２ｄＢｃであった（図４において、順方向のアノード幅が１の場合に相当）。図９で説明した静電保護回路において、ダイオードの数が１個ずつ（同一）である場合のシミュレーション結果は、−９５ｄＢｃであり（ダイオードのアノード幅が１の場合に相当）ダイオードの数を変えることで、２次高調波を抑制できることがわかる。
【００２３】
以上説明したように、順方向に接続したダイオードの数と逆方向に接続したダイオードの数を変えることで、２次高調波の発生を抑制できることが確認された。このような２次高調波の抑制効果は、順方向に接続したダイオードの数より逆方向に接続したダイオードの数を大きくする場合に限らず、逆に順方向に接続したダイオードの数を多くしても良い。しかしながら、直列に接続されるダイオードの数が増えれば、高調波の発生は低減できるものの、静電保護回路であるためには、保護する高周波回路の静電耐圧より耐圧が低くなければならない。本実施例の場合、マイナスのサージが印加した場合、静電保護回路の耐圧はダイオード４の逆耐圧で決まる。従って、図３に示すように順方向に接続したダイオードの数を逆方向に接続したダイオードの数より少なくすると、より低い静電耐圧の高周波回路を保護することができ、好適である。
【実施例３】
【００２４】
次に第３の実施例について説明する。前述の第２の実施例では、ダイオードのアノード幅は一定である場合について説明したが、図３に示す構成において、さらに順方向に接続したダイオードのアノード幅と逆方向に接続したダイオードのアノード幅が異なる構成とすることもできる。
【００２５】
このような構成の半導体集積回路では、従来の静電保護回路同様、入出力端子２に交流信号が入力されてもダイオードには電流が流れない。一方、サージ電圧のように高い電圧が加わるとダイオードを介して接地端子に電流が流れ、静電破壊を防止することができる。
【００２６】
入出力端子２に正の直流バイアスを印加した場合、ダイオード４は順バイアスされ、ダイオード５及びダイオード６は逆バイアスされる。本実施例では、順方向に接続したダイオードの数と逆方向に接続したダイオードの数、及びダイオードのアノード幅を、このバイアス状態で入出力端子２に高周波信号が入力したとき、それぞれのダイオードから発生する２次高調波が入力信号の正の周期と負の周期で相殺されるように設定する。設定方法は、バイアス条件等を考慮したシミュレーションによる。
【００２７】
具体的には、入出力端子２を３Ｖにバイアスし、図３に示す半導体集積回路においてダイオード４のアノード幅を大きくしたとき、入出力端子に発生する２次高調波のシミュレーション結果を図４に示す。ダイオード４のアノード幅をダイオード５、６のアノード幅の１．３倍程度にしたとき、２次高調波を大幅に抑制できることがわかる。
【００２８】
以上説明したように、順方向に接続したダイオードの数と逆方向に接続したダイオードの数、ダイオード４のアノード幅を所定の大きさとすることで、２次高調波の発生を抑制できることが確認された。このような２次高調波の抑制効果は、本実施例に限らず、例えばダイオード５のアノード幅をダイオード４のアノード幅より大きくしても良い。アノード幅の比率は、入出力端子のバイアス電圧、ダイオードの特性等によって決定されるので、半導体集積回路の動作に応じて、最適な条件に設定すればよい。また、順方向に接続したダイオードの数を多くしても良い。しかしながら、直列に接続されるダイオードの数が増えれば、高調波の発生は低減できるものの、静電保護回路であるためには、保護する高周波回路の静電耐圧より耐圧が低くなければならない。本実施例の場合、マイナスのサージが印加した場合、静電保護回路の耐圧はダイオード４の逆耐圧で決まる。従って、図３に示すように順方向に接続したダイオードの数を逆方向に接続したダイオードの数より少なくすると、より低い静電耐圧の高周波回路を保護することができ、好適である。
【実施例４】
【００２９】
図５は本発明の第４の実施例の説明図である。図５に示すように、静電保護回路は、高周波回路１の入出力端子２と接地端子３との間に、順方向に接続したダイオード４（請求項４の第１のダイオードに相当）と、逆方向に接続したダイオード５及びダイオード６（請求項４の第２のダイオードに相当）が直列に接続した構成となっている。ここで、本実施例の静電保護回路では、ダイオード４とダイオード５の間にバイアス端子７を、ダイオード５とダイオード６の間に別のバイアス端子８を設け、図示しないバイアス印加手段からバイアス電圧を印加する構成となっている。
【００３０】
このような構成の半導体集積回路では、従来の静電保護回路同様、入出力端子２に交流信号が入力されてもダイオードには電流が流れない。一方、サージ電圧のように高い電圧が加わるとダイオードを介して接地端子に電流が流れ、静電破壊を防止することができる。
【００３１】
入出力端子２に正の直流バイアスを印加した場合、ダイオード４は順バイアスされ、ダイオード５及びダイオード６は逆バイアスされる。本実施例では、バイアス端子７、８に印加するバイアス電圧を、このバイアス状態で入出力端子２に高周波信号が入力したとき、それぞれのダイオードから発生する２次高調波が入力信号の正の周期と負の周期で相殺されるように設定する。設定方法は、入出力端子のバイアス条件等を考慮したシミュレーションによる。
【００３２】
具体的には、入出力端子２に３Ｖをバイアスし、図５に示す半導体集積回路においてバイアス端子８に印加するバイアス電圧を変化させたとき、入出力端子に発生する２次高調波のシミュレーション結果を図６に示す。バイアス端子８に印加するバイアス電圧を２．８Ｖ程度にしたとき、２次高調波を大幅に抑制できることがわかる。
【００３３】
以上説明したように、バイアス端子８に印加するバイアス電圧を所定の値に設定することで、２次高調波の発生を抑制できることが確認された。このような２次高調波の抑制効果は、バイアス端子８にバイアス電圧を印加する場合に限らず、バイアス端子７、８のいずれか、あるいは両方にバイアス電圧を印加する構成としたり、直列に接続するダイオードの数を増やし、バイアス端子の数を増やしたり種々変更しても良い。バイアス端子に印加するバイアス電圧は、入出力端子のバイアス電圧、ダイオードの特性等によって決定されるので、半導体集積回路の動作に応じて、最適な条件に設定すればよい。
【実施例５】
【００３４】
図７は本発明の第５の実施例の説明図である。図７に示すように、静電保護回路は、高周波回路１の入出力端子２と接地端子３との間に、順方向に接続したダイオード４（請求項５の第１のダイオードに相当）と、逆方向に接続したダイオード５、ダイオード６（請求項５の第２のダイオードに相当）が直列に接続した構成となっている。ここで、本実施例の静電保護回路では、ダイオード４、５、６それぞれに並列に抵抗素子９、１０、１１を接続する構成となっている。
【００３５】
このような構成の半導体集積回路では、従来の静電保護回路同様、入出力端子２に交流信号が入力されてもダイオードには電流が流れない。一方、サージ電圧のように高い電圧が加わるとダイオードを介して接地端子に電流が流れ、静電破壊を防止することができる。
【００３６】
入出力端子２に正の直流バイアスを印加した場合、ダイオード４は順バイアスされ、ダイオード５及びダイオード６は逆バイアスされる。本実施例では、抵抗素子９、１０、１１の抵抗値を、このバイアス状態で入出力端子２に高周波信号が入力したとき、それぞれのダイオードから発生する２次高調波が入力信号の正の周期と負の周期で相殺させるように設定する。設定方法は、入出力端子のバイアス条件等を考慮したシミュレーションによる。
【００３７】
具体的には、入出力端子２に３Ｖをバイアスし、図７に示す半導体集積回路において抵抗素子９の抵抗値を５ｋΩ、抵抗素子１０の抵抗値を１０ｋΩとし、抵抗素子１１の抵抗値を変化させたとき、入出力端子に発生する２次高調波のシミュレーション結果を図８に示す。抵抗素子１１の抵抗値を２４０ｋΩ程度としたとき、２次高調波を大幅に抑制できることがわかる。
【００３８】
以上説明したように、抵抗素子１１の抵抗値を所定の値に設定することで、２次高調波の発生を抑制できることが確認された。このような２次高調波の抑制効果は、抵抗素子１１の抵抗値が変化させる場合に限らず、抵抗素子９、１０の抵抗値を変化させる等種々変更しても良い。抵抗素子の抵抗値は、バイアス電圧、ダイオードの特定等によって決定されるので、半導体集積回路の動作に応じて、最適な条件に設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施例の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施例で入出力端子に発生する２次高調波のシミュレーション結果である。
【図３】本発明の第２の実施例の説明図である。
【図４】本発明の第２の実施例及び第３の実施例で入出力端子に発生する２次高調波のシミュレーション結果である。
【図５】本発明の第４の実施例を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施例で入出力端子に発生する２次高調波のシミュレーション結果である。
【図７】本発明の第５の実施例を示す図である。
【図８】本発明の第５の実施例で入出力端子に発生する２次高調波のシミュレーション結果である。
【図９】従来の半導体集積回路の説明図である。
【図１０】従来の半導体集積回路の２次高調波のシミュレーション結果である。
【符号の説明】
【００４０】
１：高周波回路
２：入出力端子
３：接地端子
４、５、６：ダイオード
７、８：バイアス端子
９、１０、１１：抵抗
【図１】
2008288236.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008288236.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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