(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部回路の一端を接続可能とする第１の外部端子と、
前記外部回路の他端を接続可能とする第２の外部端子と、
第１の抵抗素子と、
第２の抵抗素子と、
反転入力端子を前記第１の外部端子および前記第１の抵抗素子の一端に接続し、出力端子を前記第２の外部端子および前記第１の抵抗素子の他端に接続し、非反転入力端子を前記第２の抵抗素子を介してバイアス供給源に接続する差動増幅器と、
前記反転入力端子に接続される第１の静電保護回路と、
前記非反転入力端子に接続される第２の静電保護回路と、
を備え、
前記差動増幅器は、反転出力端子をさらに備え、
前記反転出力端子から内部回路に出力信号を出力するように構成し、
前記バイアス供給源を前記反転出力端子とすることを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項２】
外部回路の一端を接続可能とする第１の外部端子と、
前記外部回路の他端を接続可能とする第２の外部端子と、
第１の抵抗素子と、
第２の抵抗素子と、
反転入力端子を前記第１の外部端子および前記第１の抵抗素子の一端に接続し、出力端子を前記第２の外部端子および前記第１の抵抗素子の他端に接続し、非反転入力端子を前記第２の抵抗素子を介してバイアス供給源に接続する差動増幅器と、
前記反転入力端子に接続される第１の静電保護回路と、
前記非反転入力端子に接続される第２の静電保護回路と、
を備え、
前記バイアス供給源を前記第１の抵抗素子の所定の分割点とすることを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項３】
前記差動増幅器は、反転出力端子をさらに備え、
前記反転出力端子から内部回路に出力信号を出力するように構成することを特徴とする請求項２記載の半導体集積回路装置。
【請求項４】
前記第１の抵抗素子は、前記所定の分割点によって第３及び第４の抵抗素子に分割され、
前記反転入力端子は、前記第３の抵抗素子の一端に接続され、
前記出力端子は、前記第４の抵抗素子の一端に接続され、
前記第２の抵抗素子は、前記第３の抵抗素子の他端および前記第４の抵抗素子の他端に接続され、
前記第２の抵抗素子の抵抗値は、前記第３の抵抗素子の抵抗値に等しいことを特徴とする請求項２または３に記載の半導体集積回路装置。
【請求項５】
前記出力端子に接続される第３の静電保護回路をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一記載の半導体集積回路装置。
【請求項６】
前記外部回路は、固体振動子を含む回路であって、発振回路として機能することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一記載の半導体集積回路装置。
【請求項７】
前記第１の外部端子に接続される第１の容量素子と、
前記第２の外部端子に接続される第２の容量素子と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一記載の半導体集積回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路装置に係り、特に、静電保護回路を備える増幅器を含む半導体集積回路装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子、セラミック振動子などの固体振動子を用いた発振回路は、様々な電子機器に広く使用されている。発振回路は、帰還路にバイアス抵抗と共に固体振動子を並列に接続した反転増幅器あるいは差動増幅器によって構成されることが多い。
【０００３】
例えば、特許文献１には、差動増幅器の逆相出力から同相入力に水晶振動子を介して帰還するコルピッツ型水晶発振回路が記載されている。この回路は、差動増幅器の逆相入力にＮＲＺ受信データ変化点検出パルス信号を入力し、差動増幅器の同相出力からＮＲＺ受信データ変化点検出パルス信号に位相同期したタイミング信号を抽出する水晶同期発振器によるタイミング抽出回路として機能する。
【０００４】
また、特許文献２には、反転増幅器の入出力端子にそれぞれ保護回路を備え、さらに反転増幅器の入力端子と保護回路間に容量素子を備える発振回路が開示されている。この回路は、容量素子によって保護回路から入力端子側に流入あるいは流出するリーク電流を防止している。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１６５８５０号公報
【特許文献２】米国特許第６３２０４７３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以下の分析は本発明において与えられる。
【０００７】
固体振動子を用いた発振回路を半導体集積回路装置に実装する場合、半導体集積回路装置に外部端子を設け、固体振動子は、この外部端子に接続される。半導体集積回路装置において、外部端子は、外部に露出することから、外部の影響を受け、特に静電気による影響は、時として半導体集積回路装置に損傷を与えることもある。したがって、静電気が外部端子に印加された場合に半導体集積回路装置の損傷を防止するように、半導体集積回路装置の内部において外部端子に接続される静電保護回路を備えることが一般的である。
【０００８】
ところで、近年、半導体集積回路装置のファインパターン化に伴って半導体集積回路装置の電源などの低電圧化が進み、デバイスのしきい値が低下している。このため入出力保護回路におけるリーク電流が増大し、リーク電流の値が数μＡになることも稀ではなくなってきている。
【０００９】
一方、反転増幅器あるいは差動増幅器の入出力間に固体振動子と並列に接続されるバイアス抵抗の値は、非常に高く、通常数百Ωから場合によっては１ＭΩを超えることもある。したがって、特に高温においてリーク電流が増大すると、増幅器の入力端におけるバイアス点がずれてしまい、発振波形が歪み、時には発振が停止してしまうことも起こり得る。
【００１０】
ところで、特許文献２に記載の発振回路では、入力端子と保護回路間に備えた容量素子によってリーク電流を阻止するようにしている。しかしながら、発振回路を半導体集積回路装置に構成する場合、容量素子は占有面積が大きいため、容量素子を半導体集積回路装置内に実装しようとすると半導体集積回路装置が大型化してしまう虞があった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、このようなリーク電流遮断用の容量素子を削減しても、安定的に発振する構成を創案するに至った。
【００１２】
本発明の１つのアスペクト（側面）に係る半導体集積回路装置は、外部回路の一端を接続可能とする第１の外部端子と、外部回路の他端を接続可能とする第２の外部端子と、第１の抵抗素子と、第２の抵抗素子と、反転入力端子を第１の外部端子および第１の抵抗素子の一端に接続し、出力端子を第２の外部端子および第１の抵抗素子の他端に接続し、非反転入力端子を第２の抵抗素子を介してバイアス供給源に接続する差動増幅器と、反転入力端子に接続される第１の静電保護回路と、非反転入力端子に接続される第２の静電保護回路と、を備え、差動増幅器は、反転出力端子をさらに備え、反転出力端子から内部回路に出力信号を出力するように構成し、バイアス供給源を反転出力端子とする。
本発明の他のアスペクト（側面）に係る半導体集積回路装置は、外部回路の一端を接続可能とする第１の外部端子と、外部回路の他端を接続可能とする第２の外部端子と、第１の抵抗素子と、第２の抵抗素子と、反転入力端子を第１の外部端子および第１の抵抗素子の一端に接続し、出力端子を第２の外部端子および第１の抵抗素子の他端に接続し、非反転入力端子を第２の抵抗素子を介してバイアス供給源に接続する差動増幅器と、反転入力端子に接続される第１の静電保護回路と、非反転入力端子に接続される第２の静電保護回路と、を備え、バイアス供給源を第１の抵抗素子の所定の分割点とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、静電保護回路におけるリーク電流が増大した場合に反転入力端子および非反転入力端子のバイアス電圧が共に同一方向に変動して、差動増幅器の出力における直流電圧の変動を抑えることができる。したがって、広い温度範囲において安定的に発振する回路規模の小さい発振回路が構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態に係る半導体集積回路装置は、外部回路の一端を接続可能とする第１の外部端子と、外部回路の他端を接続可能とする第２の外部端子と、第１の抵抗素子と、第２の抵抗素子と、反転入力端子を第１の外部端子および第１の抵抗素子の一端に接続し、出力端子を第２の外部端子および第１の抵抗素子の他端に接続し、非反転入力端子を第２の抵抗素子を介してバイアス供給源に接続する差動増幅器と、反転入力端子に接続される第１の静電保護回路と、非反転入力端子に接続される第２の静電保護回路と、を備える。
【００１５】
本発明の実施形態に係る半導体集積回路装置において、差動増幅器は、反転出力端子をさらに備え、反転出力端子から内部回路に出力信号を出力するように構成してもよい。
【００１６】
本発明の実施形態に係る半導体集積回路装置において、バイアス供給源を反転出力端子とするようにしてもよい。
【００１７】
本発明の実施形態に係る半導体集積回路装置において、バイアス供給源を第１の抵抗素子の所定の分割点とするようにしてもよい。
【００１８】
本発明の実施形態に係る半導体集積回路装置において、出力端子に接続される第３の静電保護回路をさらに備えるようにしてもよい。
【００１９】
本発明の実施形態に係る半導体集積回路装置において、外部回路は、固体振動子を含む回路であって、発振回路として機能させることが好ましい。
【００２０】
以下、実施例に即し、図面を参照して詳しく説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施例に係る半導体集積回路装置の回路図である。図１において、半導体集積回路装置１０は、差動増幅器ＯＰ、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、外部端子Ｐ１、Ｐ２、静電保護回路１１ａ、１１ｂ、１１ｃを備える。差動増幅器ＯＰは、反転入力端子（−）を外部端子Ｐ１、抵抗素子Ｒ１の一端および静電保護回路１１ｂに接続し、出力端子を外部端子Ｐ２、抵抗素子Ｒ１の他端および静電保護回路１１ｃに接続し、非反転入力端子（＋）を静電保護回路１１ａに接続すると共に抵抗素子Ｒ２を介して反転出力端子に接続する。この場合、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の抵抗値を等しくすることが好ましい。静電保護回路１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、例えば直列接続された逆方向の２個のダイオードを電源、接地間に接続し、２個のダイオードの接続点を差動増幅器ＯＰの非反転入力端子（＋）、反転入力端子（−）、出力端子にそれぞれ接続する構成とされる。
【００２２】
また、半導体集積回路装置１０は、外部において、外部端子Ｐ１、Ｐ２間に水晶振動子ＸＴＬの両端を接続し、外部端子Ｐ１に一端が接地された容量素子Ｃ１の他端を接続し、外部端子Ｐ２に一端が接地された容量素子Ｃ２の他端を接続し、発振回路を構成する。さらに、発振回路による出力ＯＵＴは、差動増幅器ＯＰの反転出力端子から図示されない半導体集積回路装置１０の内部回路に与えられる。この反転出力端子は、半導体集積回路装置の外部には接続されない。なお、容量素子Ｃ１、Ｃ２は、必要に応じて半導体集積回路装置内部に実装してもよい。
【００２３】
このような構成の半導体集積回路装置１０において、静電保護回路にリーク電流が生じたとする。ここで電源側から静電保護回路１１ｂを介して抵抗素子Ｒ１に流れるリーク電流をＩ１とし、電源側から静電保護回路１１ａを介して抵抗素子Ｒ２に流れるリーク電流をＩ２とする。静電保護回路１１ａ、１１ｂは、半導体集積回路装置１０内にあって同一プロセスで製造されるので、等価であって、リーク電流Ｉ１、Ｉ２の値は等しい。また、差動増幅器ＯＰの出力端子および反転出力端子の直流電位は等しい。したがって、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の抵抗値を等しくすることで差動増幅器ＯＰの反転入力端子（−）および非反転入力端子（＋）のリーク電流による電位変動が等しくなる。すなわち、温度上昇等でリーク電流Ｉ１、Ｉ２が増大した場合であっても、反転入力端子（−）および非反転入力端子（＋）における電位の上昇が等しく、差動増幅器ＯＰの出力端子および反転出力端子の直流電位の変動を防ぐことができる。このため、半導体集積回路装置１０は、広い温度範囲に亘って安定した発振動作を行うことが可能である。なお、リーク電流は、静電保護回路１１ｃにも流れるが、差動増幅器ＯＰの出力端子におけるインピーダンスは低いので、静電保護回路１１ｃに流れるリーク電流によって出力端子の電位が変動することはない。
【００２４】
以上の説明では、リーク電流が電源側から流れ込むものとして説明した。一方、リーク電流が接地側に流れ出す場合であっても、反転入力端子（−）および非反転入力端子（＋）の電位下降が等しく、同様に差動増幅器ＯＰの出力端子および反転出力端子の直流電位の変動を防ぐことができる。
【００２５】
また、差動増幅器ＯＰの反転出力端子は、半導体集積回路装置１０の外部に端子として直接出力されていない。したがって、環境ノイズの多い所で使用したとしても内部回路にノイズの影響を極めて少なくすることができる。無論、外部端子Ｐ１から入力されうるノイズは、差動増幅器ＯＰによって増幅される。しかし、差動増幅器ＯＰの周波数上限がシングルエンドの回路で構成される一般の発振回路に比べて１から２桁低く、ノイズに対する感度は鈍く、ノイズの影響は少ない。
【実施例２】
【００２６】
図２は、本発明の第２の実施例に係る半導体集積回路装置の回路図である。図２において、図１と同一の符号は同一物を表し、その説明を省略する。図２の半導体集積回路装置１０ａは、図１の抵抗素子Ｒ１を２つの直列接続される抵抗素子Ｒ３、Ｒ４に分割すると共に、抵抗素子Ｒ１に相当する抵抗素子Ｒ５を差動増幅器ＯＰの非反転入力端子（＋）と抵抗素子Ｒ３、Ｒ４の接続点との間に接続する。この場合、抵抗素子Ｒ３、Ｒ５の抵抗値を等しくすることが好ましい。
【００２７】
このような構成の半導体集積回路装置１０ａにおいて、第１の実施例と同様に静電保護回路にリーク電流が生じたとする。ここで電源側から静電保護回路１１ｂを介して抵抗素子Ｒ３に流れるリーク電流と、電源側から静電保護回路１１ａを介して抵抗素子Ｒ５に流れるリーク電流との値は等しい。したがって、抵抗素子Ｒ３、Ｒ５の抵抗値を等しくすることで差動増幅器ＯＰの反転入力端子（−）および非反転入力端子（＋）におけるリーク電流による電位変動が等しくなる。したがって、第１の実施例と同様に半導体集積回路装置１０ａは、安定した発振動作を行うことが可能である。
【実施例３】
【００２８】
図３は、本発明の第３の実施例に係る半導体集積回路装置の回路図である。図３において、図１と同一の符号は同一物を表し、その説明を省略する。図３の半導体集積回路装置１０ｂは、差動増幅器ＯＰの替わりに反転出力端子を省いた差動増幅器ＯＰａを備え、出力端子を出力ＯＵＴとして半導体集積回路装置１０ａの内部回路に接続する。また、抵抗素子Ｒ１に相当する抵抗素子Ｒ６を差動増幅器ＯＰａの非反転入力端子（＋）とバイアス供給源Ｖｂとの間に接続する。この場合、抵抗素子Ｒ１、Ｒ６の抵抗値を等しく、かつバイアス供給源Ｖｂの電位と差動増幅器ＯＰａの出力端子の直流電位（振幅中心電位）とを等しくすることが好ましい。
【００２９】
このような構成の半導体集積回路装置１０ｂにおいて、第１の実施例と同様に静電保護回路にリーク電流が生じたとする。ここで電源側から静電保護回路１１ｂを介して抵抗素子Ｒ１に流れるリーク電流と、電源側から静電保護回路１１ａを介して抵抗素子Ｒ６に流れるリーク電流との値は等しい。したがって、抵抗素子Ｒ１、Ｒ６の抵抗値を等しく、かつバイアス供給源Ｖｂの電位と差動増幅器ＯＰａの出力端子の直流電位（振幅中心電位）とを等しくすることで、差動増幅器ＯＰａの反転入力端子（−）および非反転入力端子（＋）におけるリーク電流による電位変動が等しくなる。したがって、第１の実施例と同様に半導体集積回路装置１０ｂは、安定した発振動作を行うことが可能である。
【実施例４】
【００３０】
図４は、本発明の第４の実施例に係る半導体集積回路装置の回路図である。図４において、図３と同一の符号は同一物を表し、その説明を省略する。図４の半導体集積回路装置１０ｃは、電源と差動増幅器ＯＰａの非反転入力端子（＋）との間に抵抗素子Ｒ７を備え、差動増幅器ＯＰａの非反転入力端子（＋）と接地との間に抵抗素子Ｒ８を備える。この場合、抵抗素子Ｒ１の抵抗値と、抵抗素子Ｒ７、Ｒ８の並列接続の抵抗値を等しく、かつ抵抗素子Ｒ７、Ｒ８の接続点の電位と差動増幅器ＯＰａの出力端子の直流電位（振幅中心電位）とを等しくすることが好ましい。
【００３１】
このような構成の半導体集積回路装置１０ｃにおいて、第１の実施例と同様に静電保護回路にリーク電流が生じたとする。ここで電源側から静電保護回路１１ｂを介して抵抗素子Ｒ１に流れるリーク電流と、電源側から静電保護回路１１ａを介して抵抗素子Ｒ７、Ｒ８に流れるリーク電流との値は等しい。したがって、抵抗素子Ｒ１の抵抗値と、抵抗素子Ｒ７、Ｒ８の並列接続の抵抗値を等しく、かつ抵抗素子Ｒ７、Ｒ８の接続点の電位と差動増幅器ＯＰａの出力端子の直流電位とを等しくすることで、差動増幅器ＯＰａの反転入力端子（−）および非反転入力端子（＋）におけるリーク電流による電位変動が等しくなる。したがって、第３の実施例と同様に半導体集積回路装置１０ｃは、安定した発振動作を行うことが可能である。
【００３２】
なお、上記の第３および第４の実施例において、反転出力端子を省いた差動増幅器ＯＰａを用いた例を示した。しかし、これに限定されることなく、反転出力端子を備える差動増幅器ＯＰを用い、非反転入力端子（＋）へのバイアスの供給を第３および第４の実施例のように構成してもよいことは言うまでもない。
【００３３】
なお、以上の説明において、反転入力端子に接続される静電保護回路と非反転入力端子に接続される静電保護回路とは、同じものとして説明した。しかしながら、非反転入力端子は外部端子に接続されない端子であるので、外部端子に付ける静電保護回路と同様のリーク特性を持つ回路を非反転入力端子に接続する事も可能である。静電保護回路は、静電エネルギーを消費する目的があるので回路サイズが大きく作られている。静電保護回路と同様のリーク特性を持つ回路を用いれば、その分回路サイズを縮小することで集積度の向上に寄与することができる。
【００３４】
なお、前述の特許文献等の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体集積回路装置の回路図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係る半導体集積回路装置の回路図である。
【図３】本発明の第３の実施例に係る半導体集積回路装置の回路図である。
【図４】本発明の第４の実施例に係る半導体集積回路装置の回路図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  半導体集積回路装置
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ  静電保護回路
Ｃ１、Ｃ２  容量素子
Ｉ１、Ｉ２  リーク電流
ＯＰ、ＯＰａ  差動増幅器
ＯＵＴ  出力
Ｐ１、Ｐ２  外部端子
Ｒ１〜Ｒ８  抵抗素子
Ｖｂ  バイアス供給源
ＸＴＬ  水晶振動子
【図１】
0005075716.tif 000002
【図２】
0005075716.tif 000003
【図３】
0005075716.tif 000004
【図４】
0005075716.tif 000005