JP2014089560A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の半導体装置では、動作中に蓄積したコンデンサの電荷を動作停止時に確実に低減することが出来ない問題があった。
【解決手段】一実施の形態によれば、半導体装置10は、外部に設けられたコンデンサの電荷を放電するトランジスタMN4を含むスイッチ回路15を有し、レギュレータ回路の動作停止に応じて、スイッチ回路15の電源を遮断すると共に少なくともコンデンサの電荷が安定するまでの期間トランジスタMN4をオン状態に維持する。
【選択図】図2A conventional semiconductor device has a problem that the charge of a capacitor accumulated during operation cannot be reliably reduced when the operation is stopped.
According to one embodiment, a semiconductor device has a switch circuit including a transistor MN4 that discharges the charge of a capacitor provided outside, and the switch circuit according to the stop of operation of the regulator circuit. The transistor MN4 is kept on for at least the period until the power supply of 15 is cut off and the charge of the capacitor is stabilized.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は半導体装置に関し、例えば動作停止時に外部に接続されたコンデンサの放電を行うスイッチ回路を含む半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, for example, a semiconductor device including a switch circuit that discharges an externally connected capacitor when operation is stopped.
スイッチングレギュレータ回路等の直流電圧変換回路では、外部に容量の大きな平滑コンデンサを設けて、当該平滑コンデンサへの電荷の蓄積量を制御することで予め設定された電圧値を有する出力電圧を生成する。このような直流電圧変換回路では、動作を停止した後に、平滑コンデンサに蓄積された電荷が十分に放電されずに、動作停止後も出力電圧が低下しない問題が生じる。そこで、特許文献1〜3に動作停止時に平滑コンデンサから電荷を放電する技術が開示されている。
In a DC voltage conversion circuit such as a switching regulator circuit, a smoothing capacitor having a large capacity is provided outside, and an output voltage having a preset voltage value is generated by controlling the amount of charge accumulated in the smoothing capacitor. In such a DC voltage conversion circuit, after the operation is stopped, the charge accumulated in the smoothing capacitor is not sufficiently discharged, and the output voltage does not decrease even after the operation is stopped. Therefore,
特許文献1では、負荷回路を駆動する電源回路と、負荷回路が持つ容量成分の電荷を放電させて負荷回路の電圧を低下させる放電回路と、シーケンス制御回路と、を有するシステムが開示されている。そして、このシステムでは、シーケンス制御回路によって、停止時に放電回路が負荷の有する容量成分を強制的に放電することによって出力電圧を制御する。
特許文献2では、コンデンサと並列に接続されるラッチ回路を有し、ラッチ回路のスイッチをオンさせることで、コンデンサの端子間電位が所定値以下になるまでラッチ回路と直列に接続される抵抗による放電を維持させる。
特許文献3では、パワーをオフするモードとオンするモードとを有し、常時電源が与えられているがパワーオンのモード時のみ実質的に所定の機能を果たす電気回路である。この電気回路は、パワーオフのモード時にリーク電流により充電または放電される可能性のあるコンデンサを含み、パワーオフのモード時にはダイオードを介してコンデンサの蓄積電荷を放電させるループを形成し、パワーオンのモード時には前記ダイオードを逆バイアス状態にして放電ループを閉じるコンデンサ制御回路を含む。これにより、特許文献3の電気回路は、スタンバイ時におけるコンデンサ電圧制御機能を実現する。
しかしながら、特許文献1−3に記載の従来技術では、回路全体の電源を遮断状態とした場合に、コンデンサの残留電荷を十分に引き抜くことが出来ない問題がある。つまり、従来の技術では、コンデンサの残留電荷を確実に減少させることは出来ない問題があった。 However, in the prior art described in Patent Documents 1-3, there is a problem that the residual charge of the capacitor cannot be sufficiently extracted when the power supply of the entire circuit is cut off. In other words, the conventional technique has a problem that the residual charge of the capacitor cannot be reduced reliably.
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.
一実施の形態によれば、半導体装置は、外部に設けられたコンデンサの電荷を放電するトランジスタを含むスイッチ回路を有し、レギュレータ回路の動作停止に応じて、前記スイッチ回路の電源を遮断すると共に少なくともコンデンサの電荷が安定するまでの期間当該トランジスタをオン状態に維持する。 According to one embodiment, a semiconductor device has a switch circuit including a transistor that discharges the charge of a capacitor provided outside, and shuts off the power supply of the switch circuit in response to the operation stop of the regulator circuit. The transistor is kept on for at least a period until the charge of the capacitor is stabilized.
なお、上記実施の形態の装置を方法やシステムに置き換えて表現したものなども、本発明の態様としては有効である。 In addition, what replaced the apparatus of the said embodiment with the method and the system, etc. are effective as an aspect of this invention.
前記一実施の形態によれば、コンデンサの残留電荷を確実に低減させることができる。 According to the embodiment, the residual charge of the capacitor can be reliably reduced.
説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。 For clarity of explanation, the following description and drawings are omitted and simplified as appropriate. Note that, in each drawing, the same element is denoted by the same reference numeral, and redundant description is omitted as necessary.
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。まず、図1に実施の形態1にかかる電源回路1のブロック図を示す。図1に示すように、実施の形態1にかかる電源回路1は、半導体装置10と、インダクタLと、コンデンサCとを有する。半導体装置10は、レギュレータ回路を含む。そして、インダクタLと、コンデンサCは、レギュレータ回路に対する外付け部品として設けられる。インダクタLは、レギュレータ回路の出力端子となる外部端子Toutに一端が接続される。また、コンデンサCは、一端が接地配線に接続され、他端がインダクタLの他端に接続される。そして、インダクタLとコンデンサCとを接続する配線に出力電圧VOUTが生成される。この出力電圧VOUTは、電源供給対象回路(例えば、負荷回路)に供給されると共に、半導体装置10において帰還端子として機能する外部端子Tfbに与えられる。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. First, FIG. 1 shows a block diagram of a
また、半導体装置10は、入力電圧VINが与えられる外部端子Tinと、スタンバイ制御信号Sinが与えられる外部端子Tsinと、を有する。半導体装置10は、入力電圧VINに基づき出力電圧VOUTを生成する。また、半導体装置10は、スタンバイ制御信号に基づき動作状態と非動作状態とを切り替える。半導体装置10は、非動作状態となると消費電力を抑制するために内部の回路素子への電源供給を極力抑制する。半導体装置10は、コントロール部11、内部電源生成回路12、レギュレータ回路13、スイッチ回路15を有する。
The
コントロール部11は、スタンバイ制御回路である。コントロール部11は、外部から入力されるスタンバイ制御信号に応じて内部電源生成回路12による第2電圧V2の生成と、レギュレータ回路13の動作と、を停止させる。コントロール部11は、スタンバイ制御信号Sinがイネーブル状態(例えば、ロウレベル)となったことに応じてイネーブル状態となるスタンバイ移行指示信号Scntを出力する。コントロール部11は、入力電圧VINに基づき動作するものとする。
The
内部電源生成回路12は、外部から入力される入力電圧VINに基づき第2電圧V2を生成する。この第2電圧V2は、例えば、入力電圧VINを降圧した内部電源電圧VDDである。レギュレータ回路13及びスイッチ回路15は、内部電源電圧VDDに基づき動作する。また、内部電源生成回路12は、コントロール部11が出力するスタンバイ移行指示信号がイネーブル状態となったことに応じて第2電圧V2の生成を停止する。なお、実施の形態1では、内部電源生成回路12は、レギュレータ回路13とスイッチ回路15とに対して同一の電圧値を有する内部電源電圧VDDを供給する形態としたが、レギュレータ回路13とスイッチ回路15は、異なる電圧で動作させることもできる。
The internal power
レギュレータ回路13は、入力電圧VINに基づき外部端子Toutに接続される平滑コンデンサ(例えば、コンデンサC)に電荷を充電して予め設定した電圧値を有する出力電圧VOUTを生成する。より具体的には、実施の形態1にかかる半導体装置10では、レギュレータ回路13としてスイッチングレギュレータ回路を用いる。レギュレータ回路13は、レギュレータ制御回路14、パワーPMOSトランジスタPMP、パワーNMOSトランジスタPMNを有する。
The
レギュレータ制御回路14は、出力電圧VOUTの電圧値の目標値となる基準電圧を有する。そして、レギュレータ制御回路14は、基準電圧と出力電圧VOUTとの電圧差に応じてデューティー比が変化するPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成する。また、実施の形態1では、レギュレータ制御回路14は、コントロール部11が出力するスタンバイ移行指示信号Scntがイネーブル状態となったことに応じて放電イネーブル信号ENをイネーブル状態とする。
The
パワーPMOSトランジスタPMPは、ソースに入力電圧VINが与えられ、ゲートにレギュレータ制御回路14が出力するPWM信号の一方が与えられる。パワーNMOSトランジスタPMNは、ソースに接地電圧が供給され、ゲートにレギュレータ制御回路14が出力するPWM信号の他方が与えられる。また、パワーPMOSトランジスタPMPのドレイン及びパワーNMOSトランジスタPMNのドレインは、外部端子Toutに接続される。
In the power PMOS transistor PMP, the input voltage VIN is applied to the source, and one of the PWM signals output from the
スイッチ回路15は、レギュレータ回路14が動作を停止したことに応じて平滑コンデンサ(例えば、コンデンサC)の電荷を放電する。より具体的には、スイッチ回路15は、放電制御回路16と第1MOSトランジスタ(例えば、トランジスタMN4)を有する。
The
放電制御回路16は、イネーブル信号ENがイネーブル状態となったことに応じてトランジスタMN4をオンさせる。また、放電制御回路16は、トランジスタMN4をオンさせた後に第2電圧V2(例えば、内部電源電圧VDD)が遮断状態となってもオン状態を維持する。トランジスタMN4は、放電制御回路16の制御を受けて、外部に設けられたコンデンサCから電荷を引き抜く。このトランジスタMN4は、スイッチトランジスタとして機能するものである。
The
上記説明より、半導体装置10は、入力電圧VINを降圧した内部電源電圧VDDに基づきレギュレータ回路13及びスイッチ回路15を動作させ、スタンバイ状態への移行に伴ってレギュレータ回路13の動作を停止させると共に内部電源電圧VDDの生成を停止する。また、半導体装置10は、内部電源電圧VDDの生成が停止された後もスイッチ回路15のトランジスタMN4をオン状態で維持して外部に設けられたコンデンサの電荷を引き抜く。そこで、スイッチ回路15のさらに詳細な構成について説明する。そこで、図2にスイッチ回路15の回路図を示す。
From the above description, the
図2に示すように、スイッチ回路15は、放電制御回路16とトランジスタMN4を有するが、以下の説明では、放電制御回路16とトランジスタMN4を含めた一体の回路としてスイッチ回路15を扱う。
As shown in FIG. 2, the
図2に示すように、スイッチ回路15は、インバータINV1、INV2、トランジスタMN1〜MN4を有する。インバータINV1、INV2は、イネーブル信号ENに基づき第1の制御信号NLと第2の制御信号NHとを生成する論理回路である。この論理回路は、第2電圧V2と第1電圧V1とに基づき動作する。実施の形態1では、第2電圧V2は、第2電源配線に供給される内部電源電圧VDDである。また、第1電圧V1は、第1電源配線に供給される接地電圧VSSであって、内部電源電圧VDDの供給が停止した状態であってもスイッチ回路15に供給される動作基準電圧である。このとき、供給を停止された第2電圧V2(内部電源電圧VDD)は、半導体装置10の回路および寄生回路により、第1電圧V1(接地電圧VSS)の電圧値に近づいていく。
As shown in FIG. 2, the
インバータINV1は、トランジスタMN5、MP1を有する。トランジスタMN5は、第1導電型(本実施の形態ではN型)のNMOSトランジスタである。トランジスタMP1は、第2導電型(本実施の形態ではP型)のPMOSトランジスタである。トランジスタMN5は、ソースが第1電圧V1が供給される第1電源配線に接続され、ドレインがトランジスタMP1のドレインに接続され、ゲートにイネーブル信号ENが入力される。トランジスタMP1は、ソースが第2電圧V2が供給される第2電源配線に接続され、ドレインがトランジスタMN5のドレインに接続され、ゲートにイネーブル信号ENが入力される。そして、インバータINV1は、トランジスタMN5のドレインとトランジスタMP1のドレインとを接続するノードからイネーブル信号ENを反転させた論理レベルを有する第2の制御信号を出力する。図2では、この第2の制御信号が伝達される第2の制御配線の符号にNHを用いたが、以下の説明では、第2の制御信号に対してNHの符号を付すことがある。 The inverter INV1 includes transistors MN5 and MP1. The transistor MN5 is a first conductivity type (N-type in this embodiment) NMOS transistor. The transistor MP1 is a PMOS transistor of the second conductivity type (P type in this embodiment). The transistor MN5 has a source connected to the first power supply line to which the first voltage V1 is supplied, a drain connected to the drain of the transistor MP1, and a gate to which the enable signal EN is input. The transistor MP1 has a source connected to the second power supply line to which the second voltage V2 is supplied, a drain connected to the drain of the transistor MN5, and an enable signal EN input to the gate. The inverter INV1 outputs a second control signal having a logic level obtained by inverting the enable signal EN from a node connecting the drain of the transistor MN5 and the drain of the transistor MP1. In FIG. 2, NH is used as the reference sign of the second control wiring to which the second control signal is transmitted. However, in the following description, the second control signal may be indicated with NH sign.
インバータINV2は、トランジスタMN6、MP2を有する。トランジスタMN6は、第1導電型(本実施の形態ではN型)のNMOSトランジスタである。トランジスタMP2は、第2導電型(本実施の形態ではP型)のPMOSトランジスタである。トランジスタMN6は、ソースが第1電圧V1が供給される第1電源配線に接続され、ドレインがトランジスタMP2のドレインに接続され、ゲートに第2の制御信号が入力される。トランジスタMP2は、ソースが第2電圧V2が供給される第2電源配線に接続され、ドレインがトランジスタMN6のドレインに接続され、ゲートに第2の制御信号が入力される。そして、インバータINV2は、トランジスタMN5のドレインとトランジスタMP2のドレインとを接続するノードから第2の制御信号を反転させた論理レベルを有する第1の制御信号を出力する。図2では、この第1の制御信号が伝達される第1の制御配線の符号にNLを用いたが、以下の説明では、第1の制御信号に対してNLの符号を付すことがある。 The inverter INV2 includes transistors MN6 and MP2. The transistor MN6 is a first conductivity type (N-type in this embodiment) NMOS transistor. The transistor MP2 is a PMOS transistor of the second conductivity type (P type in this embodiment). The transistor MN6 has a source connected to the first power supply line to which the first voltage V1 is supplied, a drain connected to the drain of the transistor MP2, and a gate to which a second control signal is input. The transistor MP2 has a source connected to the second power supply line to which the second voltage V2 is supplied, a drain connected to the drain of the transistor MN6, and a second control signal input to the gate. The inverter INV2 outputs a first control signal having a logic level obtained by inverting the second control signal from a node connecting the drain of the transistor MN5 and the drain of the transistor MP2. In FIG. 2, NL is used as the reference sign of the first control wiring to which the first control signal is transmitted. However, in the following description, the NL reference sign may be attached to the first control signal.
トランジスタMN4は、第1MOSトランジスタとして機能するものである。トランジスタMN4は、第1導電型(本実施の形態ではN型)のNMOSトランジスタである。トランジスタMN4は、ソースが第1電圧V1が供給される第1電源配線に接続され、ゲートがスイッチ制御配線Ngateに接続され、ドレインが外部端子Toutに接続される。 The transistor MN4 functions as a first MOS transistor. The transistor MN4 is a first conductivity type (N-type in this embodiment) NMOS transistor. The transistor MN4 has a source connected to the first power supply line to which the first voltage V1 is supplied, a gate connected to the switch control line Ngate, and a drain connected to the external terminal Tout.
トランジスタMN2は、第2MOSトランジスタとして機能するものである。トランジスタMN2は、第1導電型(本実施の形態ではN型)のNMOSトランジスタである。トランジスタMN2は、ソース及びバックゲートが第1電圧V1が供給される第1電源配線に接続され、ドレインがスイッチ制御配線Ngateに接続され、ゲートに第1の制御信号が入力される。つまり、トランジスタMN2のゲートには第1の制御配線NLが接続される。 The transistor MN2 functions as a second MOS transistor. The transistor MN2 is a first conductivity type (N-type in this embodiment) NMOS transistor. The transistor MN2 has a source and a back gate connected to a first power supply line to which the first voltage V1 is supplied, a drain connected to the switch control line Ngate, and a gate to which a first control signal is input. That is, the first control wiring NL is connected to the gate of the transistor MN2.
トランジスタMN1は、第3MOSトランジスタとして機能するものである。トランジスタMN1は、第1導電型(本実施の形態ではN型)のNMOSトランジスタである。トランジスタMN1は、ソースがスイッチ制御配線Ngateに接続され、ドレインが第2電圧V2が供給される第2電源配線に接続され、ゲートに第1の制御信号とは反転した論理レベルを有する第2の制御信号が入力される。つまり、トランジスタMN1のゲートには第2の制御配線NHが接続される。 The transistor MN1 functions as a third MOS transistor. The transistor MN1 is a first conductivity type (N-type in this embodiment) NMOS transistor. The transistor MN1 has a source connected to the switch control line Ngate, a drain connected to a second power supply line to which the second voltage V2 is supplied, and a gate having a logic level that is inverted from the first control signal. A control signal is input. That is, the second control wiring NH is connected to the gate of the transistor MN1.
トランジスタMN3は、第4MOSトランジスタとして機能するものである。トランジスタMN3は、第1導電型(本実施の形態ではN型)のNMOSトランジスタである。トランジスタMN3は、ソースがスイッチ制御配線Ngateに接続され、ドレイン及びバックゲートが第3MOSトランジスタ(例えば、トランジスタMN1)のバックゲートに接続され、ゲートが第2電圧V2が供給される第2電源配線に接続される。 The transistor MN3 functions as a fourth MOS transistor. The transistor MN3 is a first conductivity type (N-type in this embodiment) NMOS transistor. The transistor MN3 has a source connected to the switch control line Ngate, a drain and a back gate connected to the back gate of the third MOS transistor (for example, the transistor MN1), and a gate connected to the second power supply line to which the second voltage V2 is supplied. Connected.
続いて、実施の形態1にかかる電源回路1の動作について説明する。実施の形態1にかかる電源回路1は、特に、レギュレータ回路13の動作停止時の動作に特徴があるため、以下の説明では、レギュレータ回路13の動作停止時の動作について詳細に説明する。そこで、まず、図3に内部電源生成回路12を動作させたままレギュレータ回路13の動作を停止した場合の実施の形態1にかかる電源回路1の動作を示すタイミングチャートを示す。
Next, the operation of the
図3に示すように、内部電源生成回路12に内部電源電圧VDDを生成させたまま、レギュレータ回路13の動作を停止する場合、タイミングt1でレギュレータ回路13が動作停止状態に移行することに応じてイネーブル信号ENをイネーブル状態(例えば、ロウレベル)とする。そして、イネーブル信号ENがイネーブル状態となったことに応じて、第1の制御信号NLがハイレベルからロウレベルとなることにより、トランジスタMN2がオンからオフに切り替わる。また、第2の制御信号NHがロウレベルからハイレベルとなることにより、トランジスタMN1がオフからオンに切り替わる。
As shown in FIG. 3, when the operation of the
このように、トランジスタMN2がオフ状態となり、トランジスタMN1がオン状態になることで、スイッチ制御配線Ngateは、ロウレベルからハイレベルに切り替わり、トランジスタMN4はオフ状態からオン状態に切り替わる。これにより、タイミングt1からコンデンサCの放電が開始され、出力電圧VOUTが第1電圧V1(例えば、接地電圧)まで低下する。また、トランジスタMN3は、ゲートに内部電源電圧VDDが与えられているため、オン状態を維持して、スイッチ制御配線Ngateに生じる電圧レベルとほぼ同一の電圧をトランジスタMN1のバックゲートに与える。 As described above, when the transistor MN2 is turned off and the transistor MN1 is turned on, the switch control wiring Ngate is switched from the low level to the high level, and the transistor MN4 is switched from the off state to the on state. Thereby, the discharge of the capacitor C is started from the timing t1, and the output voltage VOUT is lowered to the first voltage V1 (for example, the ground voltage). In addition, since the internal power supply voltage VDD is applied to the gate of the transistor MN3, the transistor MN3 is maintained in an ON state, and a voltage substantially equal to the voltage level generated in the switch control wiring Ngate is applied to the back gate of the transistor MN1.
このように、電源回路1では、イネーブル信号ENをイネーブル状態とすることでトランジスタMN4をオン状態にして、コンデンサCの電荷を引き抜く。そして、電源回路1では、内部電源電圧VDDの生成を停止した後であっても、トランジスタMN4のオン状態を維持することができる。そこで、図4に、レギュレータ回路13の動作を停止させると共に、内部電源電圧VDDの生成を停止させた場合の実施の形態1にかかる電源回路1の動作を示すタイミングチャートを示す。
As described above, in the
図4に示すように、スタンバイ制御信号をタイミングt2でハイレベルからロウレベル(ディスイネーブル状態からイネーブル状態)に切り替えることで、内部電源生成回路12が内部電源電圧VDDの生成を停止する。これにより、内部電源電圧VDDは、第1電圧V1まで低下する。また、図4に示すように、スタンバイ制御信号がロウレベルとなることに応じて、レギュレータ回路13はイネーブル信号ENをイネーブル状態(例えば、ロウレベル)とする。そして、イネーブル信号ENがイネーブル状態となったことに応じて、第1の制御信号HLがハイレベルからロウレベルとなることにより、トランジスタMN2がオンからオフに切り替わる。また、第2の制御信号NHがロウレベルからハイレベルとなることにより、トランジスタMN1がオフからオンに切り替わる。しかし、図4に示す例では、タイミングt2において内部電源電圧VDDの低下が開始されるため、第2の制御信号NHは、一旦電圧が上昇した後に、内部電源電圧VDDの低下に応じて低下する。
As shown in FIG. 4, the internal
また、図4に示す例では、一旦は、トランジスタMN2がオフ状態となり、トランジスタMN1がオン状態になることで、スイッチ制御配線Ngateは、ロウレベルからハイレベルに切り替わり、トランジスタMN4はオフ状態からオン状態に切り替わる。これにより、タイミングt2からコンデンサCの放電が開始され、出力電圧VOUTの電圧低下が開始される。このとき、スイッチ制御配線Ngateは、ほぼ第2電源V2よりNMOSトランジスタMN1の閾値(Vt)分だけ低い電圧値にまで充電され、その電圧値が、主にNMOSトランジスタMN4のゲート容量によって保持される。スイッチ制御配線Ngateの回路上の電荷の放電パスは、NMOSトランジスタMN2のドレイン電流、MNOSトランジスタMN1のソースドレイン電流と、NMOSトランジスタMN3を通したNMOSトランジスタMN1のボディダイオードによるパスの大きく3つのパスになる。これ以外に寄生のリークパスによる放電があるが、本実施例の効果を検討する場合は無視できる値である。 In the example shown in FIG. 4, once the transistor MN2 is turned off and the transistor MN1 is turned on, the switch control wiring Ngate is switched from the low level to the high level, and the transistor MN4 is turned on from the off state. Switch to Thereby, the discharge of the capacitor C is started from the timing t2, and the voltage drop of the output voltage VOUT is started. At this time, the switch control wiring Ngate is charged to a voltage value lower than the second power supply V2 by the threshold value (Vt) of the NMOS transistor MN1, and the voltage value is mainly held by the gate capacitance of the NMOS transistor MN4. . The discharge path of charge on the circuit of the switch control wiring Ngate is divided into three main paths by the drain current of the NMOS transistor MN2, the source / drain current of the MNOS transistor MN1, and the body diode of the NMOS transistor MN1 through the NMOS transistor MN3. Become. In addition to this, there is discharge due to a parasitic leak path, but this value can be ignored when the effect of this embodiment is examined.
また、図4に示す例では、タイミングt2から内部電源電圧VDDの電圧が低下しはじめる。これらの3つのパスのうち、NMOSトランジスタMN2は内部電源電圧VDDの電圧値によらずオフのままであるため、検討から除外してよい。この実施例で、残りの2つの放電パスが、VDDの電圧低下とともに遮断されることを以下に説明する。まず、NMOSトランジスタMN1のゲート電圧は内部電源電圧VDDとほぼ同じ電圧であるため、NMOSトランジスタMN1のドレインとゲートがほぼ同じ電圧のまま低下することになる。このときの各部の電圧の関係は、内部電源電圧VDDが先に低下し、オンしたNMOSトランジスタMN1を通してスイッチ制御配線Ngateの電圧が低下していく。つまり、内部電源電圧VDDの電圧の方が、スイッチ制御配線Ngateの電圧より先に低下していく。そして、NMOSトランジスタMN1は、内部電源電圧VDDの電圧が、スイッチ制御配線Ngateの電圧よりも低くなった時にドレインとソースが入れ替わり、オフになる。つまり、それまでドレインとゲートの電圧値が内部電源電圧VDDで、ソースのスイッチ制御配線Ngateの電圧より高い電圧値であったためにオンしていたものが、内部電源電圧VDDの電圧が低下して、スイッチ制御配線Ngateの電圧よりも低くなることでNMOSトランジスタMN1のドレインとソースが入れ替わるため、ゲート電圧もそれまでのドレイン電圧から、新しいソース電圧に変わることになる。そのため、NMOSトランジスタMN1のゲート電圧がソース電圧と同じになるため、NMOSトランジスタMN1はオフに変わる。これにより、NMOSトランジスタMN1を通した、スイッチ制御配線Ngateの電荷放電パスが遮断される。 In the example shown in FIG. 4, the internal power supply voltage VDD starts to decrease from timing t2. Of these three paths, the NMOS transistor MN2 remains off regardless of the voltage value of the internal power supply voltage VDD, and may be excluded from the examination. In this embodiment, it will be described below that the remaining two discharge paths are cut off as the VDD voltage decreases. First, since the gate voltage of the NMOS transistor MN1 is substantially the same voltage as the internal power supply voltage VDD, the drain and gate of the NMOS transistor MN1 are lowered with substantially the same voltage. At this time, the internal power supply voltage VDD decreases first, and the voltage of the switch control wiring Ngate decreases through the NMOS transistor MN1 that is turned on. That is, the voltage of the internal power supply voltage VDD decreases before the voltage of the switch control wiring Ngate. The NMOS transistor MN1 is turned off when the internal power supply voltage VDD is lower than the voltage of the switch control wiring Ngate, and the drain and source are switched. In other words, the voltage of the drain and gate is the internal power supply voltage VDD, which has been turned on because it is higher than the voltage of the source switch control wiring Ngate. Since the drain and source of the NMOS transistor MN1 are switched by being lower than the voltage of the switch control wiring Ngate, the gate voltage is also changed from the previous drain voltage to a new source voltage. Therefore, since the gate voltage of the NMOS transistor MN1 becomes the same as the source voltage, the NMOS transistor MN1 is turned off. As a result, the charge discharge path of the switch control wiring Ngate through the NMOS transistor MN1 is blocked.
さらに、トランジスタMN3は、ゲートに内部電源電圧VDDが与えられているため、タイミングt2より以前からオン状態のままであるが、内部電源電圧VDDが低下してスイッチ制御配線Ngateの電圧より低くなった時点でオフ状態になる。この動作の詳細は、図5、図6の説明の後に説明する。これにより、スイッチ制御配線Ngate上の電荷の主な放電経路が2つとも遮断されるため、スイッチ制御配線Ngateの電圧は若干低下した後に一定の電圧を維持する状態となる。そのため、図4に示す例では、内部電源電圧VDDの生成が停止された後もトランジスタMN4によりコンデンサCの放電が行われ、出力電圧VOUTの電圧を低下させる。なお、トランジスタMN1のバックゲートNBGの電圧は、トランジスタMN1のバックゲートとドレインとの間に形成される寄生ダイオードにより放電されるため、内部電源電圧VDDの低下と共に低下する。 Further, since the internal power supply voltage VDD is applied to the gate of the transistor MN3, the transistor MN3 remains in the on state from before the timing t2, but the internal power supply voltage VDD is decreased to be lower than the voltage of the switch control wiring Ngate. It turns off at that point. Details of this operation will be described after the description of FIGS. As a result, the two main discharge paths of the charges on the switch control wiring Ngate are cut off, so that the voltage of the switch control wiring Ngate is maintained at a constant voltage after being slightly lowered. Therefore, in the example shown in FIG. 4, even after the generation of the internal power supply voltage VDD is stopped, the capacitor C is discharged by the transistor MN4, and the voltage of the output voltage VOUT is lowered. Note that the voltage of the back gate NBG of the transistor MN1 is discharged by the parasitic diode formed between the back gate and the drain of the transistor MN1, and thus decreases as the internal power supply voltage VDD decreases.
ここで、実施の形態1にかかる電源回路1の動作をさらに説明するために、スイッチ回路15からトランジスタMN3を除いたスイッチ回路100を備える電源回路について説明する。まず、実施の形態1にかかるスイッチ回路15の比較例となるスイッチ回路100の回路図を図5に示す。図5に示すように、スイッチ回路100は、スイッチ回路15からトランジスタMN3を削除し、トランジスタMN1のバックゲートをスイッチ制御配線Ngateに接続したものである。
Here, in order to further describe the operation of the
続いて、スイッチ回路100を含む電源回路の動作を示すタイミングチャートを図6に示す。なお、図6に示したタイミングチャートは、スイッチ回路100を含む電源回路(以下、比較電源回路と称す)に図4で示した電源回路1の動作を行ったものである。そのため、図6に関する説明では、図4で説明した動作とは異なる動作についてのみ説明する。
Next, a timing chart showing the operation of the power supply circuit including the
図6に示すように、比較電源回路では、トランジスタMN1のバックゲートがスイッチ制御配線Ngateに接続されるため、トランジスタMN1のバックゲートに関するタイミングチャートがない。また、図6に示す例では、タイミングt2において、第1の制御信号HL及び第2の制御信号NHの論理レベルが切り替わったことに応じて、スイッチ制御配線Ngateの電圧が上昇する。しかしながら、比較電源回路では、スイッチ制御配線NgateがトランジスタMN1のバックゲートに接続されているため、スイッチ制御配線Ngateの電圧が内部電源電圧VDDの低下に応じて低下する。これは、トランジスタMN1のバックゲートNBGがP型半導体で、内部電源電圧VDDに接続するトランジスタMN1のドレインがN型半導体であるため、バックゲートNBGとドレインとの接点にダイオード(ボディダイオード)が形成されているためである。 As shown in FIG. 6, in the comparative power supply circuit, since the back gate of the transistor MN1 is connected to the switch control wiring Ngate, there is no timing chart regarding the back gate of the transistor MN1. In the example illustrated in FIG. 6, the voltage of the switch control wiring Ngate increases in response to the switching of the logic levels of the first control signal HL and the second control signal NH at the timing t2. However, in the comparative power supply circuit, since the switch control wiring Ngate is connected to the back gate of the transistor MN1, the voltage of the switch control wiring Ngate decreases according to the decrease of the internal power supply voltage VDD. This is because the back gate NBG of the transistor MN1 is a P-type semiconductor and the drain of the transistor MN1 connected to the internal power supply voltage VDD is an N-type semiconductor, so that a diode (body diode) is formed at the contact point between the back gate NBG and the drain. It is because it has been.
つまり、ドレイン(カソード)に接続するVDDがバックゲートNBG(アノード)に接続するスイッチ制御配線Ngateの電圧より一定値(例えば、ダイオードの順方向電圧VF)以上低い電圧になると、ボディダイオードが順方向バイアスになってオンするからである。ここで、ダイオードの順方向電圧VFはボディダイオードの順方向電圧降下の値であり、例えばシリコン半導体では約0.7V程度になる。このとき、スイッチ制御配線Ngateの電圧は、VDD+VFの値になる。そのため、内部電源電圧VDDがほぼ0V(VSS電圧)になると、スイッチ制御配線Ngateの電圧は約0.7V程度になる。この電圧値は、NMOSトランジスタMN4の閾値よりも低い。そのため、比較電源回路では、内部電源電圧VDDを遮断した後にコンデンサCの電荷を十分に引き抜くことが出来ずに出力電圧VOUTが高い電圧で維持されてしまう状態となる。 That is, when the VDD connected to the drain (cathode) becomes a voltage lower than the voltage of the switch control wiring Ngate connected to the back gate NBG (anode) by a certain value (for example, the forward voltage VF of the diode), the body diode moves forward. This is because it turns on with bias. Here, the forward voltage VF of the diode is a value of the forward voltage drop of the body diode, and is about 0.7 V in a silicon semiconductor, for example. At this time, the voltage of the switch control wiring Ngate has a value of VDD + VF. For this reason, when the internal power supply voltage VDD becomes approximately 0 V (VSS voltage), the voltage of the switch control wiring Ngate becomes approximately 0.7 V. This voltage value is lower than the threshold value of the NMOS transistor MN4. Therefore, in the comparison power supply circuit, the charge of the capacitor C cannot be sufficiently extracted after the internal power supply voltage VDD is cut off, and the output voltage VOUT is maintained at a high voltage.
これに対して、実施の形態1の放電制御回路16では、NMOSトランジスタMN1のバックゲートNBGとスイッチ制御配線Ngateとの間にNMOSトランジスタMN3を接続することによって、このボディダイオードを介したスイッチ制御配線Ngateの電荷の放電を防ぐことができる。以下詳しく説明する。図4のタイミングt2より前では、NMOSトランジスタMN3のゲートはこのスイッチ回路15内の最高電位である内部電源電圧VDDに接続しているため、NMOSトランジスタMN3はオンしている。これにより、NMOSトランジスタMN1のバックゲートNBGには、オンしているNMOSトランジスタMN3を通して、スイッチ制御配線Ngateの電圧が供給されている。ここで、図4のタイミングt2を過ぎると、内部電源電圧VDDの電圧が低下していく。バックゲートNBGの電圧は、図6と同じ原理でVDDの低下に合わせて低下していく。この間、スイッチ制御配線Ngateの電圧も、オンしているNMOSトランジスタMN3を通して同様に低下していく。しかし、このとき、内部電源電圧VDDの電圧低下が最も早く、しかもNMOSトランジスタMN1のバックゲートNBGの電圧がVDD+VFの値になるため、バックゲートNBGに接続するNMOSトランジスタMN3のソース電圧よりも、内部電源電圧VDDに接続するNMOSトランジスタMN3のゲート電圧の方が低くなり、NMOSトランジスタMN3はオフする。そのため、比較電源回路では止まらなかった、スイッチ制御配線Ngateの、NMOSトランジスタMN1のボディダイオードを通した電荷の放電が遮断される。これにより、NMOSトランジスタMN4のゲート電圧を与えるスイッチ制御配線Ngateの電圧の低下を抑制することができるようになる。
In contrast, in the
上記説明より、実施の形態1にかかる電源回路1では、トランジスタMN1のバックゲートNBGにバックゲート電圧を与えるトランジスタMN3を有し、スイッチ回路に供給する内部電源電圧VDDの遮断に応じてトランジスタMN3をオフ状態とすることで、スイッチ制御配線Ngateからの電荷の流出経路を遮断する。これにより、電源回路1では、レギュレータ回路13の動作を停止させると共に内部電源電圧VDDの生成を停止する場合においても、内部電源電圧VDDの生成停止後もトランジスタMN4のオン状態を維持し、確実にコンデンサCの電荷を削減することができる。
From the above description, the
また、特許文献1では、容量に蓄積された電荷を放電させるために、シーケンス制御回路を動作状態で維持する必要があるため、シーケンス制御回路の消費電力が必要であった。しかしながら、実施の形態1にかかる半導体装置10では、スイッチ回路15による電荷引き抜きを内部電源電圧VDDの遮断後も継続できるため、特許文献1のような放電動作維持のための消費電力の無駄をなくすことができる。
Further, in
また、特許文献3では、電源遮断後に電荷の引き抜き動作を行うダイオードを、電源供給時に非動作とするために、電源遮断前の通常動作時に当該ダイオードに逆バイアスを印加する抵抗に電流を供給し続けなければならない。そのため、特許文献3に記載の技術では、通常動作時の消費電力が増加する問題がある。しかしながら、実施の形態1にかかる半導体装置10では、抵抗に静電流を流しておく必要がない。特に、この実施の形態1のようにスイッチ回路15が全て低消費電力なCMOSトランジスタ構造で形成される場合は、この実施の形態1にかかる半導体装置10の目的の1つが低消費電力化であることを考えると、抵抗に静電流を流す回路は使用できない。このように、実施の形態1にかかる半導体装置10では、特許文献3に記載の技術よりも、通常動作時の消費電力を低減することができる。
Further, in
また、特許文献3では、ダイオードを電荷引き抜きに利用するため、電荷の引き抜き対象のコンデンサに少なくともダイオードの順方向バイアス電圧降下程度の残留電荷が残る問題がある。また、特許文献2では、電荷の引き抜き対象のコンデンサに並列に接続された抵抗と、当該抵抗に直列に接続されたラッチ回路を用いる。また、特許文献2では、このラッチ回路は、サイリスタ構造の回路により構成する。そのため、ラッチ回路は、コンデンサの残留電荷が少なくなって電圧が低下すると動作しなくなり、コンデンサの残留電荷を十分に削減することが出来ない問題がある。しかしながら、実施の形態1にかかる半導体装置10では、電荷引き抜きにNMOSトランジスタ(例えば、トランジスタMN4)を用いる。そのため、半導体装置10では、トランジスタMN4のドレイン電圧がソース電圧(例えば、接地電圧)になるまでコンデンサCの電荷を引き抜くことができ、他の技術よりも残留電荷を削減することができる。
Further, in
また、実施の形態1にかかる半導体装置10では、内部電源生成回路12により、入力電圧VINを降圧した内部電源電圧VDDを生成し、レギュレータ回路13及びスイッチ回路15を当該内部電源電圧VDDに基づき動作させる。これにより、半導体装置10では、レギュレータ回路13(特に、及びレギュレータ制御回路14)及びスイッチ回路15を構成するトランジスタに必要とされる耐圧電圧を小さくすることができる。一般的に、耐圧電圧が小さなトランジスタは、耐圧電圧の大きなトランジスタよりも小さな素子サイズを有する。そのため、実施の形態1にかかる半導体装置10は、内部電源生成回路12を有していない場合に比べチップサイズを削減することができる。
In the
また、実施の形態1にかかる半導体装置10では、内部回路を入力電圧VINよりも低い電圧値の内部電源電圧VDDで動作させるため、消費電力を削減することができる。さらに、実施の形態1にかかる半導体装置10では、スタンバイ状態において、内部電源電圧VDDの生成を停止することで、単に、回路動作を停止した場合に比べて、リーク電流を削減できる。そのため、半導体装置10は、内部電源生成回路12を有していない場合に比べてスタンバイ時の消費電力を削減することができる。
Further, in the
実施の形態2
実施の形態2では、トランジスタMN4の接続先の別の形態について説明する。そこで、図7に実施の形態2にかかる半導体装置20を備える電源回路2のブロック図を示す。図7に示すように、半導体装置20では、トランジスタMN4のドレインが帰還信号(例えば、出力電圧VOUT)を入力する入力端子となる外部端子Tfbに接続される。
In the second embodiment, another form of connection destination of the transistor MN4 will be described. FIG. 7 shows a block diagram of the
このように、外部端子TfbにトランジスタMN4のドレインを接続することで、コンデンサCの電荷は、インダクタLを介することなくトランジスタMN4により引き抜かれる。そのため、実施の形態2にかかる半導体装置20では、実施の形態1にかかる半導体装置10よりも早く放電動作を完了することができる。
Thus, by connecting the drain of the transistor MN4 to the external terminal Tfb, the charge of the capacitor C is extracted by the transistor MN4 without passing through the inductor L. Therefore, the
実施の形態3
実施の形態3では、スイッチ回路15の別の形態となるスイッチ回路15aについて説明する。スイッチ回路15aは、例えば、出力電圧VOUTが負電圧である場合にコンデンサCの残留電荷(実施の形態3では電荷量が負になる負の残留電荷)を削減することが出来るものである。なお、スイッチ回路15aを備える半導体装置は、図1又は図7に示した半導体装置の内部電源生成回路12において第2電圧V2として負電圧を生成し、レギュレータ回路13を例えばチャージポンプ回路で負電圧を発生する回路に置き換えたものとする。また、スイッチ回路15aには、第1電圧V1を上限電圧とし、第2電圧V2を下限電圧とするイネーブル信号ENが与えられるものとする。
In the third embodiment, a
そこで、図8に実施の形態3にかかるスイッチ回路15aの回路図を示す。図8に示すように、スイッチ回路15aは、インバータINV3、INV4、トランジスタMP11〜MP14を有する。インバータINV3、INV4は、イネーブル信号ENに基づき第1の制御信号NLと第2の制御信号NHとを生成する論理回路である。この論理回路は、第2電圧V2と第1電圧V1とに基づき動作する。実施の形態3では、第2電圧V2は、接地電圧よりも低い負電圧であって、第2電源配線に供給される内部電源電圧である。また、第1電圧V1は、第1電源配線に供給される接地電圧VSSであって、内部電源電圧供給が停止した状態であってもスイッチ回路15aに供給される動作基準電圧である。
FIG. 8 is a circuit diagram of the
インバータINV3は、トランジスタMN11、MP15を有する。トランジスタMN11は、第2導電型(本実施の形態ではN型)のNMOSトランジスタである。トランジスタMP15は、第1導電型(本実施の形態ではP型)のPMOSトランジスタである。トランジスタMN11は、ソースが第2電圧V2が供給される第2電源配線に接続され、ドレインがトランジスタMP15のドレインに接続され、ゲートにイネーブル信号ENが入力される。トランジスタMP15は、ソースが第1電圧V1が供給される第1電源配線に接続され、ドレインがトランジスタMN11のドレインに接続され、ゲートにイネーブル信号ENが入力される。そして、インバータINV3は、トランジスタMN11のドレインとトランジスタMP15のドレインとを接続するノードからイネーブル信号ENを反転させた論理レベルを有する第2の制御信号を出力する。図8では、この第2の制御信号が伝達される第2の制御配線の符号にNHを用いたが、以下の説明では、第2の制御信号に対してNHの符号を付すことがある。 The inverter INV3 includes transistors MN11 and MP15. The transistor MN11 is a second conductivity type (N-type in this embodiment) NMOS transistor. The transistor MP15 is a PMOS transistor of the first conductivity type (P type in this embodiment). The transistor MN11 has a source connected to the second power supply line to which the second voltage V2 is supplied, a drain connected to the drain of the transistor MP15, and an enable signal EN input to the gate. The transistor MP15 has a source connected to the first power supply line to which the first voltage V1 is supplied, a drain connected to the drain of the transistor MN11, and an enable signal EN input to the gate. The inverter INV3 outputs a second control signal having a logic level obtained by inverting the enable signal EN from a node connecting the drain of the transistor MN11 and the drain of the transistor MP15. In FIG. 8, NH is used as the reference sign of the second control wiring to which the second control signal is transmitted. However, in the following description, the second control signal may be indicated with NH sign.
インバータINV4は、トランジスタMN12、MP16を有する。トランジスタMN12は、第2導電型(本実施の形態ではN型)のNMOSトランジスタである。トランジスタMP16は、第1導電型(本実施の形態ではP型)のPMOSトランジスタである。トランジスタMN12は、ソースが第2電圧V2が供給される第2電源配線に接続され、ドレインがトランジスタMP16のドレインに接続され、ゲートに第2の制御信号が入力される。トランジスタMP16は、ソースが第1電圧V1が供給される第1電源配線に接続され、ドレインがトランジスタMN12のドレインに接続され、ゲートに第2の制御信号が入力される。そして、インバータINV4は、トランジスタMN12のドレインとトランジスタMP16のドレインとを接続するノードから第2の制御信号を反転させた論理レベルを有する第1の制御信号を出力する。図8では、この第1の制御信号が伝達される第1の制御配線の符号にNLを用いたが、以下の説明では、第1の制御信号に対してNLの符号を付すことがある。 The inverter INV4 includes transistors MN12 and MP16. The transistor MN12 is a second conductivity type (N-type in this embodiment) NMOS transistor. The transistor MP16 is a PMOS transistor of the first conductivity type (P type in this embodiment). The transistor MN12 has a source connected to a second power supply line to which the second voltage V2 is supplied, a drain connected to the drain of the transistor MP16, and a gate to which a second control signal is input. The transistor MP16 has a source connected to the first power supply line to which the first voltage V1 is supplied, a drain connected to the drain of the transistor MN12, and a gate to which a second control signal is input. The inverter INV4 outputs a first control signal having a logic level obtained by inverting the second control signal from a node connecting the drain of the transistor MN12 and the drain of the transistor MP16. In FIG. 8, NL is used as the reference sign of the first control wiring to which the first control signal is transmitted. However, in the following description, the NL reference sign may be attached to the first control signal.
トランジスタMP14は、第1MOSトランジスタとして機能するものである。トランジスタMP14は、第1導電型(本実施の形態ではP型)のPMOSトランジスタである。トランジスタMP14は、ソースが第1電圧V1が供給される第1電源配線に接続され、ゲートがスイッチ制御配線Ngateに接続され、ドレインが外部端子Toutに接続される。 The transistor MP14 functions as a first MOS transistor. The transistor MP14 is a first conductivity type (P-type in the present embodiment) PMOS transistor. The transistor MP14 has a source connected to the first power supply line to which the first voltage V1 is supplied, a gate connected to the switch control line Ngate, and a drain connected to the external terminal Tout.
トランジスタMP12は、第2MOSトランジスタとして機能するものである。トランジスタMP12は、第1導電型(本実施の形態ではP型)のPMOSトランジスタである。トランジスタMP12は、ソース及びバックゲートが第1電圧V1が供給される第1電源配線に接続され、ドレインがスイッチ制御配線Ngateに接続され、ゲートに第1の制御信号が入力される。つまり、トランジスタMP12のゲートには第1の制御配線NLが接続される。 The transistor MP12 functions as a second MOS transistor. The transistor MP12 is a first conductivity type (P-type in this embodiment) PMOS transistor. The transistor MP12 has a source and a back gate connected to the first power supply line to which the first voltage V1 is supplied, a drain connected to the switch control line Ngate, and a gate to which a first control signal is input. That is, the first control wiring NL is connected to the gate of the transistor MP12.
トランジスタMP11は、第3MOSトランジスタとして機能するものである。トランジスタMP11は、第1導電型(本実施の形態ではP型)のPMOSトランジスタである。トランジスタMP11は、ソースがスイッチ制御配線Ngateに接続され、ドレインが第2電圧V2が供給される第2電源配線に接続され、ゲートに第1の制御信号とは反転した論理レベルを有する第2の制御信号が入力される。つまり、トランジスタMP11のゲートには第2の制御配線NHが接続される。 The transistor MP11 functions as a third MOS transistor. The transistor MP11 is a first conductivity type (P-type in this embodiment) PMOS transistor. The transistor MP11 has a source connected to the switch control line Ngate, a drain connected to the second power supply line to which the second voltage V2 is supplied, and a gate having a logic level that is inverted from the first control signal. A control signal is input. That is, the second control wiring NH is connected to the gate of the transistor MP11.
トランジスタMP13は、第4MOSトランジスタとして機能するものである。トランジスタMP13は、第1導電型(本実施の形態ではP型)のPMOSトランジスタである。トランジスタMP13は、ソースがスイッチ制御配線Ngateに接続され、ドレイン及びバックゲートが第3MOSトランジスタ(例えば、トランジスタMP11)のバックゲートに接続され、ゲートが第2電圧V2が供給される第2電源配線に接続される。 The transistor MP13 functions as a fourth MOS transistor. The transistor MP13 is a PMOS transistor of the first conductivity type (P type in this embodiment). The transistor MP13 has a source connected to the switch control line Ngate, a drain and a back gate connected to the back gate of a third MOS transistor (for example, the transistor MP11), and a gate connected to a second power supply line to which the second voltage V2 is supplied. Connected.
つまり、スイッチ回路15aは、スイッチ回路15のNMOSトランジスタをPMOSトランジスタに置き換えたものである。このスイッチ回路15aは、イネーブル信号ENがイネーブル状態(例えば、ハイレベル)となったことに応じてトランジスタMP12をオフ状態かつトランジスタMP11をオン状態としてトランジスタMP14をオン状態とすることで、コンデンサCの放電(負の残留電荷の減少)を行う。
That is, the
また、スイッチ回路15aは、イネーブル信号ENをイネーブル状態とし、かつ、内部電源電圧の供給を停止させた場合、スイッチ回路15と同様の原理で、トランジスタMP13を遮断状態として、スイッチ制御配線Ngateの電荷がトランジスタMP11の寄生ダイオードを介して第2の電源配線に流出することを防止して、トランジスタMP14をオン状態で維持する。
In addition, when the enable signal EN is enabled and the supply of the internal power supply voltage is stopped, the
つまり、実施の形態3にかかるスイッチ回路15aは、出力電圧VOUTが負電圧である場合に対応するものであって、実施の形態1にかかるスイッチ回路15と同様に、コンデンサCの残留電荷を確実に減少させ、かつ、消費電力を抑制することができる。
In other words, the
実施の形態4
実施の形態4では、複数の電源回路を利用した電源システム3について説明する。そこで、実施の形態4にかかる電源システムのブロック図を図9に示す。図9に示すように、実施の形態4にかかる電源システム3は、実施の形態1にかかる半導体装置10に加えて、半導体装置300、301、電源供給対象回路40、41を有する。なお、図9では、半導体装置10、300、301の出力端子VOUT0に接続するインダクタL及びコンデンサCについては図示を省略している。
Embodiment 4
In the fourth embodiment, a
なお、実施の形態4では、半導体装置10の入力電圧VINは、5V〜12V程度の電圧値を有し、出力電圧VOUT0は、5V程度に設定されるものとする。また、実施の形態4では、実施の形態1で説明した構成要素については、実施の形態1と同じ符号を付して説明を省略する。
In the fourth embodiment, the input voltage VIN of the
主電源回路10は、実施の形態1にかかる半導体装置10と基本的に同じ回路である。違いは、レギュレータ回路13から、ハイレベルが出力電圧VOUT0と同一で、ロウレベルが動作基準電圧V1と同一であるスタンバイ移行指示信号Scnt1を出力する部分である。半導体装置300は、レギュレータ回路330及びスイッチ回路350を有する。レギュレータ回路330は、半導体装置10が出力する出力電圧VOUT0を入力電圧として、出力電圧VOUT1を生成する。この出力電圧VOUT1は、1V程度に設定されるものとする。また、レギュレータ回路330は、入力電圧が予め設定した動作可能電圧を下回ったことを検出してイネーブル信号ENをイネーブル状態とする入力電圧検出回路(不図示)を有する。また、レギュレータ回路330は、入力電圧を動作電源電圧とするものである。つまり、レギュレータ回路330は、実施の形態1にかかるレギュレータ回路13に入力電圧検出回路を追加して、入力電圧に基づき動作させたものである。また、レギュレータ回路330は、主電源回路10から、スタンバイ移行指示信号Scnt1を入力し、スイッチ回路350に放電イネーブル信号ENを出力する。スイッチ回路350は、実施の形態1にかかるスイッチ回路15と同じ回路であるが、入力電圧を動作電源電圧とするものである。つまり、スイッチ回路350は、第2電源配線には第2電圧V2として外部から入力される入力電圧が供給される。
The main
半導体装置301は、レギュレータ回路331及びスイッチ回路351を有する。レギュレータ回路331は、半導体装置10が出力する出力電圧VOUT0を入力電圧として、出力電圧VOUT2を生成する。この出力電圧VOUT2は、3V程度に設定される。また、レギュレータ回路331は、入力電圧が予め設定した動作可能電圧を下回ったことを検出してイネーブル信号ENをイネーブル状態とする入力電圧検出回路(不図示)を有する。また、レギュレータ回路331は、入力電圧を動作電源電圧とするものである。つまり、レギュレータ回路331は、実施の形態1にかかるレギュレータ回路13に入力電圧検出回路を追加して、入力電圧に基づき動作させたものである。また、レギュレータ回路331は、主電源回路10から、スタンバイ移行指示信号Scnt1を入力し、スイッチ回路351に放電イネーブル信号ENを出力する。スイッチ回路351は、実施の形態1にかかるスイッチ回路15と同じ回路であるが、入力電圧を動作電源電圧とするものである。つまり、スイッチ回路351は、第2電源配線には第2電圧V2として外部から入力される入力電圧が供給される。
The
電源供給対象回路40は、出力電圧VOUT1を動作電圧として動作する回路であって、例えば、マイクロコンピュータ等の機能回路である。電源供給対象回路41は、出力電圧VOUT2を動作電圧として動作する回路であって、例えば、マイクロコンピュータ等の機能回路である。
The power
続いて、実施の形態4にかかる電源システム3の動作について説明する。実施の形態4にかかる電源システム3では、半導体装置10が入力電圧VINを降圧して出力電圧VOUT0を生成する。そして、電源システム3は、当該出力電圧VOUT0を入力電圧として半導体装置300、301により出力電圧VOUT1、VOUT2を生成し、当該出力電圧VOUT1、VOUT2により電源供給対象回路40、41を動作させる。
Next, the operation of the
このとき、電源システム3では、半導体装置10、300、301がそれぞれ実施の形態1にかかるスイッチ回路15と同じ構成のスイッチ回路を有するため、スタンバイ制御信号Sinによりスタンバイ状態への移行が指示された場合に、出力電圧VOUT0〜VOUT2を確実に低下させる。また、電源システム3では、スイッチ回路によりコンデンサCからの放電動作に電力を消費する必要がないため半導体装置の消費電力を削減することができる。
At this time, in the
上記説明より、電源システム3では、半導体装置10により生成された出力電圧VOUTに基づき動作する半導体装置300、301については、入力電圧の電圧値が低いため、内部電源生成回路を用いることなく耐圧電圧の小さなトランジスタにより回路を構成することができる。つまり、半導体装置10が、半導体装置300、301に共通のコントロール部および内部電源生成回路の働きを担っていることになる。そのため、電源システム3では、半導体装置300、301について内部電源制生成回路及びコントロール回路を設ける必要がないため、回路素子数を削減することができる。つまり、電源システム3では、半導体装置10に制御される半導体装置300、301のチップサイズを小さくすることができる。なお、実施の形態4の半導体装置300、301においても、実施の形態2と同様にトランジスタMN4のドレインの接続先を外部端子Tfbとすることが可能である。
From the above description, in the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the embodiments already described, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. It goes without saying that it is possible.
1 電源回路
10、20、300、301 半導体装置
20 半導体装置
11 コントロール部
12 内部電源生成回路
13、330、301 レギュレータ回路
14 レギュレータ制御回路
15、350、351 スイッチ回路
16 放電制御回路
40、41 電源供給対象回路
C コンデンサ
L インダクタ
Tin 外部端子
Tout 外部端子
Tfb 外部端子
Tsin 外部端子
VIN 入力電圧
VOUT 出力電圧
INV1 インバータ
INV2 インバータ
NL 第1の制御配線
NH 第2の制御配線
NBG バックゲート制御配線
Ngate スイッチ制御配線
DESCRIPTION OF
Claims (20)
ソース及びバックゲートが前記第1電源配線に接続され、ドレインが前記スイッチ制御配線に接続され、ゲートに第1の制御信号が入力される前記第1導電型の第2MOSトランジスタと、
ソースが前記スイッチ制御配線に接続され、ドレインが第2電源配線に接続され、ゲートに前記第1の制御信号とは反転した論理レベルを有する第2の制御信号が入力される前記第1導電型の第3MOSトランジスタと、
ソースが前記スイッチ制御配線に接続され、ドレイン及びバックゲートが前記第3MOSトランジスタのバックゲートに接続され、ゲートが前記第2電源配線に接続される前記第1導電型の第4MOSトランジスタと、
を有する半導体装置。 A first conductivity type first MOS transistor having a source connected to a first power supply line, a gate connected to a switch control line, and a drain connected to an external terminal;
A second MOS transistor of the first conductivity type in which a source and a back gate are connected to the first power supply wiring, a drain is connected to the switch control wiring, and a first control signal is input to the gate;
The first conductivity type in which a source is connected to the switch control wiring, a drain is connected to a second power supply wiring, and a second control signal having a logic level inverted from the first control signal is input to a gate A third MOS transistor of
A fourth MOS transistor of the first conductivity type having a source connected to the switch control wiring, a drain and a back gate connected to a back gate of the third MOS transistor, and a gate connected to the second power supply wiring;
A semiconductor device.
前記出力電圧は、前記コンデンサと前記外部端子との間に接続されるインダクタと、前記コンデンサとを接続するノードに生成される請求項4に記載の半導体装置。 The external terminal is an output terminal of the regulator circuit,
The semiconductor device according to claim 4, wherein the output voltage is generated at a node connecting the inductor connected between the capacitor and the external terminal and the capacitor.
前記出力電圧は、前記コンデンサと前記外部端子との間に接続されるインダクタと、前記コンデンサとを接続するノードに生成される請求項4に記載の半導体装置。 The external terminal is an input terminal that feeds back the output voltage to the regulator circuit,
The semiconductor device according to claim 4, wherein the output voltage is generated at a node connecting the inductor connected between the capacitor and the external terminal and the capacitor.
前記出力電圧は、前記コンデンサと前記外部端子との間に接続されるインダクタと、前記コンデンサとを接続するノードに生成される請求項9に記載の半導体装置。 The external terminal is an output terminal of the regulator circuit,
The semiconductor device according to claim 9, wherein the output voltage is generated at a node connecting the inductor connected between the capacitor and the external terminal and the capacitor.
前記出力電圧は、前記コンデンサと前記外部端子との間に接続されるインダクタと、前記コンデンサとを接続するノードに生成される請求項9に記載の半導体装置。 The external terminal is an input terminal that feeds back the output voltage to the regulator circuit,
The semiconductor device according to claim 9, wherein the output voltage is generated at a node connecting the inductor connected between the capacitor and the external terminal and the capacitor.
前記レギュレータ回路が動作を停止したことに応じて前記コンデンサの電荷を放電するスイッチ回路と、を有し、
前記スイッチ回路は、
ソースが第1電源配線に接続され、ゲートがスイッチ制御配線に接続され、ドレインが外部端子に接続される第1導電型の第1MOSトランジスタと、
ソース及びバックゲートが前記第1電源配線に接続され、ドレインが前記スイッチ制御配線に接続され、ゲートに前記レギュレータ回路が動作を停止したことに応じて第1の論理レベルとなる第1の制御信号が入力される前記第1導電型の第2MOSトランジスタと、
ソースが前記スイッチ制御配線に接続され、ドレインが第2電源配線に接続され、ゲートに前記第1の制御信号とは反転した論理レベルを有する第2の制御信号が入力される前記第1導電型の第3MOSトランジスタと、
ソースが前記スイッチ制御配線に接続され、ドレイン及びバックゲートが前記第3MOSトランジスタのバックゲートに接続され、ゲートが前記第2電源配線に接続される前記第1導電型の第4MOSトランジスタと、
を有する半導体装置。 A regulator circuit that generates an output voltage having a preset voltage value by charging a capacitor connected to an external terminal based on an input voltage;
A switch circuit that discharges the charge of the capacitor in response to the regulator circuit stopping operation,
The switch circuit is
A first conductivity type first MOS transistor having a source connected to a first power supply line, a gate connected to a switch control line, and a drain connected to an external terminal;
A source and a back gate are connected to the first power supply wiring, a drain is connected to the switch control wiring, and a first control signal having a first logic level in response to the operation of the regulator circuit being stopped at the gate Is input to the first conductivity type second MOS transistor,
The first conductivity type in which a source is connected to the switch control wiring, a drain is connected to a second power supply wiring, and a second control signal having a logic level inverted from the first control signal is input to a gate A third MOS transistor of
A fourth MOS transistor of the first conductivity type having a source connected to the switch control wiring, a drain and a back gate connected to a back gate of the third MOS transistor, and a gate connected to the second power supply wiring;
A semiconductor device.
前記出力電圧は、前記コンデンサと前記外部端子との間に接続されるインダクタと、前記コンデンサとを接続するノードに生成される請求項14に記載の半導体装置。 The external terminal is an output terminal of the regulator circuit,
The semiconductor device according to claim 14, wherein the output voltage is generated at a node connecting the inductor connected between the capacitor and the external terminal and the capacitor.
前記出力電圧は、前記コンデンサと前記外部端子との間に接続されるインダクタと、前記コンデンサとを接続するノードに生成される請求項14に記載の半導体装置。 The external terminal is an input terminal that feeds back the output voltage to the regulator circuit,
The semiconductor device according to claim 14, wherein the output voltage is generated at a node connecting the inductor connected between the capacitor and the external terminal and the capacitor.
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WO2017208705A1 (en) * | 2016-05-31 | 2017-12-07 | ローム株式会社 | Switching regulator, semiconductor integrated circuit, and electronic device |
US20180262098A1 (en) * | 2017-03-13 | 2018-09-13 | Rohm Co., Ltd. | Step-up/down dc-dc converter |
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