JP2002116829A - 半導体集積回路 - Google Patents
半導体集積回路Info
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Abstract
抗)を面積の増大を抑えてあげる事。 【解決手段】 V/Rの出力トランジスタのバックゲー
ト電圧を制御することで、出力トランジスタのしきい値
電圧を変化させて出力トランジスタのON抵抗を下げる。
Description
におけるボルテージ・レギュレータ(以下V/Rと記載
する)の出力トランジスタや、チャージ・ポンプ回路
(以下CP回路と記載する)や、スイッチング・レギュレ
ータ(以下SWレギュレータと記載する)のスイッチン
グ素子(以下SW素子と記載する)としてMOSトランジス
タを使用したときの駆動能力を、MOSトランジスタの
基板電位(バックゲート電圧)を変化させることで増大
させることが可能な、半導体集積回路に関する。
は、図9の回路図に示されるようなV/Rが知られてい
た。即ち、従来のV/Rは基準電圧回路10の基準電圧
Vrefと、V/Rの出力端子5の電圧(以下出力電圧と記
載する)Voutを分圧するブリーダ抵抗11、12の接続
点の電圧との差電圧を、増幅するエラー・アンプ13か
らなるV/R制御回路と出力トランジスタ14とからな
っている。電源電圧端子15には正の電源電圧VDDが印
加される。エラー・アンプ13の出力電圧をVerr、基準
電圧回路10の出力電圧をVref、ブリーダ抵抗11、1
2の接続点の電圧をVaとすれば、Vref>Vaならば、Verr
は低くなり、逆にVref<Vaならば、Verrは高くなる。
4、この場合、P-ch MOSトランジスタであるので、ゲ
ート・ソース間電圧が大きくなり、ON抵抗が小さくな
り、出力電圧Voutを上昇させるように働き、逆にVerrが
高くなると、出力トランジスタ14のON抵抗を高くし
て、出力電圧を低くするように働き、出力電圧Voutを一
定値に保つ。
ート・ソース間電圧Vgsとトランジスタのしきい値電圧Vt
の関数となり、Vgs-Vtが大きいほうが、トランジスタの
ON抵抗は小さくなる。一般に、トランジスタのドレイン
・ソース間電圧の小さい領域でのON抵抗は、(1)式で
与えれる。
たりのゲート容量、Wはトランジスタのゲート幅、Lはゲ
ート長を示す。
トランジスタのゲート幅Wを大きくする必要があり、IC
の面積の増大、しいては、ICのコスト・アップにつなが
る。
しては、図10の回路図に示されるようなV/Rが知ら
れていた。即ち、従来のV/Rは基準電圧回路10の基
準電圧と、V/Rの出力端子5の電圧-Voutを分圧する
ブリーダ抵抗11、12の接続点の電圧との差電圧を、
増幅するエラー・アンプ13からなるV/R制御回路と
出力トランジスタ17とからなっている。電源電圧端子
16には負の電源電圧-VSSが印加される。エラー・アン
プ13の出力電圧を-Verr、基準電圧回路10の出力電
圧を-Vref、ブリーダ抵抗11、12の接続点の電圧を-
Vaとすれば、-Vref<-Vaならば、-Verrは低くなり(-VS
Sに近づき)、逆に-Vref>-Vaならば、-Verrは高く(GND
に近づく)なる。
7、この場合、N-ch MOSトランジスタであるので、ゲ
ート・ソース間電圧が大きくなり、ON抵抗が小さくな
り、出力電圧Voutを低下させるように働き、逆に-Verr
が低くなると、出力トランジスタ17のON抵抗を高くし
て、出力電圧を高くするように働き、出力電圧Voutを一
定値に保つ。
抵抗は(1)式で与えられる為、出力トランジスタのON
抵抗を下げるには、トランジスタのゲート幅Wを大きく
する必要があり、ICの面積の増大、しいては、ICのコス
ト・アップにつながる。
図11に示すような回路で構成されている。
とSWレギュレータ制御回路130の電源端子101に接
続され、前記コイル121の他端は、SW素子122のド
レインと転流用ダイオード123のアノードに接続さ
れ、前記ダイオード123のカソードがSWレギュレータ
制御回路130の出力電圧端子102に接続され、前記
出力電圧端子102には、コンデンサ124と負荷12
5が接続されている。SWレギュレータ制御回路130
は、出力電圧端子102の電圧をVoutとすれば、Voutが
一定となるようにSW素子122のON/OFFを制御する。SW
素子122のゲートは、SW素子の駆動回路131の端子
103に接続され、前記端子103の電圧Vextによって
駆動され、SW素子122をON/OFFする。図11では、SW
素子122はN-ch MOSトランジスタであり、ONさせるた
めには、駆動回路131の出力端子103の電圧Vext
は、正の電圧“H狽ニなり、SW素子122をOFFさせるた
めには、VextはGNDレベルの電圧を出力する。SW素子1
22のソースと基板は共にGNDレベルに接続されてい
る。
力の変換効率が高い事が望まれている。電力の変換効率
を高くするには、SW素子122がONした時のON抵抗によ
る損失を減少させる必要がある。SW素子がONした時の損
失Pronは、SW素子に流れる電流をI、SW素子のON抵抗をR
onとすれば、 Pron=I×I×Ron…(2) で与えられる。すなわち、SW素子の損失Pronを小さくす
るには、SW素子のON抵抗を下げる必要がある。一般に、
MOSトランジスタのドレイン・ソース間電圧の小さい領
域でのON抵抗は、前述のように(1)式で与えれる。
には、トランジスタのゲート幅Wを大きくする必要があ
り、ICの面積の増大、しいては、ICのコスト・アップに
つながる。さらに、ゲート幅Wを大きくする事は、MOSト
ランジスタのゲートの容量も増大し、MOSトランジスタ
をON/OFFさせるときに前記MOSトランジスタのゲート容
量を充放電するための損失も増大するとともに、大きな
容量を駆動するため、駆動回路自体の面積も増大する。
12に示すような回路で構成されている。
側がSW素子221、224と接続され、電源220のマ
イナス(負)側がSW素子222に接続されている。前期
SW素子221の他端には容量225とSW素子223が接
続され、前期SW素子222の他端には、前期容量225
の他端とSW素子224が接続されている。また、前期SW
素子223の他端には、容量226と負荷227が接続
される。SW素子221〜224はCPの制御回路228か
らの信号によってON/OFF制御される。
相補的にON/OFF動作する。すなわち、SW素子221、2
22がONする時には、SW素子223、224はOFFし、
逆に、SW素子223、224がONする時には、SW素子2
21,222はOFFする。これら、SW素子は、交互にON/
OFFを繰り返す。初めに、SW素子221、222が十分
に長い時間ONすると、容量225には、電源220と同
じ電圧が蓄えられる。電源220の電圧をVDDとすれ
ば、VDDの電圧が、容量225に蓄えられる。
素子223、224がONするとSW素子224側の容量2
25の電圧は電源220の電圧、すなわちVDDとなり、
容量225の電荷は保存されているので、容量225の
電圧のSW素子223側の電圧は、2×VDDの電圧にな
る。この電圧は、容量226に保存され、負荷227へ
電圧を供給する。
Hz程度のある周波数でON/OFFする。前記SW素子は、理想
的には、ON抵抗は0Ωで、ON/OFFの瞬間的に容量の電荷
の充放電ができることが望ましいが、実際には、SW素子
のON抵抗によって、容量とSW素子の時定数をもって充放
電が行われる。
成分による損失が発生する。
が高い事が望まれている。電力の変換効率を高くするに
は、SW素子221〜224がONした時のON抵抗による損
失を減少させる必要がある。SW素子がONした時の損失Pr
onは、SW素子に流れる電流をI、SW素子のON抵抗をRonと
すれば、前述のように(2)式で与えられ、SW素子の損
失Pronを小さくするには、SW素子のON抵抗を下げる必要
がある。
SトランジスタとP-ch MOSトランジスタで構成されてい
るときの例を図13に示す。図13の230がN-ch MOS
トランジスタであり、図12のSW素子222の役割を担
い、231がP-ch MOSトランジスタであり図12のSW
素子224の役割を担う。図13において、P-ch MOS
トランジスタ231のソースと基板は正の電源VDDに接
続されている。一方、N-ch MOSトランジスタ230の
ソースと基板は負の電源GNDに接続されている。
ている場合、一般に、MOSトランジスタのドレイン・ソ
ース間電圧の小さい領域でのON抵抗は、前述のように
(1)式で与えれる。
W素子のON抵抗を下げるには、トランジスタのゲート幅W
を大きくする必要があり、ICの面積の増大、しいては、
ICのコスト・アップにつながる。さらに、ゲート幅Wを
大きくする事は、MOSトランジスタのゲートの容量も増
大し、MOSトランジスタをON/OFFさせるときに前記MOSト
ランジスタのゲート容量を充放電するための損失も増大
するとともに、大きな容量を駆動するため、駆動回路自
体の面積も増大する。
集積回路では、出力トランジスタもしくはSW素子のON
抵抗を下げるには、MOSトランジスタの面積を増大さ
せる必要が有り、ICのコストが増大するという問題点が
あった。
な問題点を解決するために、出力トランジスタもしくは
SW素子のMOSトランジスタの面積の増大を抑えて、
MOSトランジスタのON抵抗を下げることを目的として
いる。
発明ではV/R回路の出力トランジスタやSWレギュレー
タ及びCP回路のSW素子の基板電圧切り換え回路を設け、
SW素子がONするときに、SW素子の基板電圧を切り換える
事でSW素子のしきい値電圧を下げて、SW素子のON抵抗を
下げるようにした。
施の形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の第
1の実施例を示すV/R回路図である。基準電圧回路1
0、ブリーダ抵抗11、12、エラー・アンプ13は従
来の正の電圧を出力するV/Rと同様である。
の回路では、正の電源電圧端子15の電源電圧VDDに接
続されるが、基板電圧切り換え回路21によって、トラ
ンジスタ20の基板電位は変化する。トランジスタ20
の基板電位は、コンパレータ25の出力信号によって切
り換えられる。コンパレータ25は、ブリーダ抵抗11
と12の接続点の電圧Vaと基準電圧回路10の出力電圧
Vrefに対してオフセット電圧用電源26の電圧V26を引
いた電圧、即ち、Vref-V26とを入力とし、Va>(Vref-V2
6)であれば、コンパレータ25の出力は禰狽ニなり、逆
にVa<(Vref-V26)であれば、コンパレータ25の出力は
猫狽ニなる。基板電圧切り換え回路21のスイッチ22
は、コンパレータ25の出力が禰狽フ時にONする。即
ち、Va>(Vref-V26)の時には、トランジスタ20の基板
電位は、VDDに接続される。一方、基板電圧切り換え回
路21のスイッチ23は、コンパレータ25の出力が猫
狽フ時にONする。即ち、 Va<(Vref-V26)の時には、トラ
ンジスタ20の基板電位は、VDDから基板電圧調整用電
源24の電圧V24だけ下がった電圧、即ち、VDD-V24に接
続される。
している時には、基準電圧回路10の電圧Vrefとブリー
ダ抵抗11,12の接続点の電圧Vaが等しくなるよう
に、即ち、Vref=Vaとなるように、エラーアンプ13の
電圧Verrが変化する。その状態では、トランジスタ20
の基板電位は、スイッチ22がONしているので、VDDに
接続されており、従来と同じ動作をする。
くなると、トランジスタ20の駆動能力が不足し、やが
て、出力電圧端子5の電圧Voutが低下し、 Va<(Vref-V2
6)となると、トランジスタ20の基板電位は、スイッ
チ23がONするので、VDD-V24に接続される。トランジ
スタ20の基板電位が、VDD-V24に接続されると、トラ
ンジスタ20のしきい値電圧Vtが低下する。しきい値電
圧Vtが低下すると、(1)式に示されるように、トランジ
スタのON抵抗が下がり、より多くの電流を負荷に供給で
きるようになる。
は、トランジスタ20のソースの電位に対して、0.1〜
0.5V程度、トランジスタ20の基板電位を下げるような
値とする。V24の電圧の値が大きいほど、トランジスタ
20のしきい値電圧が下がるので、トランジスタ20の
ON抵抗を下げる事ができるが、トランジスタ20のソー
スの電位に対して、0.6Vを超えて下げるようにすると、
トランジスタ20のソースと基板間に存在する寄生のp
n接合がONするため、V24の電圧は、前記寄生のpn接
合がONしない範囲の電圧値に設定する必要がある。基板
電圧調整用電源24は、電源である必要はなく、電圧V2
4を発生させる回路であれば良い。また、スイッチ22
と23は簡単にスイッチの役割をするMOSトランジス
タに置き換えることが可能であり、スイッチ23と基板
電圧調整用電源24の位置関係は入れ替えても同様な効
果が得られる。
は、数mV〜100mV程度の値が適当である。
スの機能をもたせた方が動作はより安定化する。 (実施例2)図2は本発明の第2の実施例を示すV/R
回路図である。基準電圧回路10、ブリーダ抵抗11、
12、エラー・アンプ13は従来の正の電圧を出力する
V/Rと同様である。
の回路では、電源電圧のVDDに接続されるが、基板電圧
切り換え回路21によって、トランジスタ20の基板電
位は変化する。トランジスタ20の基板電位は、コンパ
レータ27の出力信号によって切り換えられる。コンパ
レータ27は、V/Rの出力端子5の電圧VoutとV/R
の入力電源電圧VDDに対してオフセット電圧用電源28
の電圧V28を引いた電圧、即ち、VDD-V28とを入力とし、
Vout<(VDD-V28)であれば、コンパレータ27の出力は
禰狽ニなり、逆にVout>(VDD-V28)であれば、コンパレー
タ27の出力は猫狽ニなる。基板電圧切り換え回路21
のスイッチ22は、コンパレータ27の出力が禰狽フ時
にONする。即ち、 Vout<(VDD-V28)の時には、トランジ
スタ20の基板電位は、VDDに接続される。一方、基板
電圧切り換え回路21のスイッチ23は、コンパレータ
27の出力が猫狽フ時にONする。即ち、 Vout>( VDD-V2
8)の時には、トランジスタ20の基板電位は、VDDから
基板電圧調整用電源24の電圧V24だけ下がった電圧、
即ち、VDD-V24に接続される。
が十分に大きいときには、トランジスタ20の基板電位
は、スイッチ22がONしているので、VDDに接続されて
おり、従来と同じ動作をする。
と、トランジスタ20を制御するためのゲート・ソース
間電圧が電源電圧以上かからないことから、トランジス
タ20のON抵抗が増大するため駆動能力が不足し、V/
Rが負荷に供給し得る電流が低下する。しかし、VDDが
低下しVout>(VDD-V28)となると、トランジスタ20の
基板電位は、スイッチ23がONするので、VDD-V24に接
続される。トランジスタ20の基板電位が、VDD-V24に
接続されると、トランジスタ20のしきい値電圧Vtが低
下する。しきい値電圧Vtが低下すると、(1)式に示され
るように、トランジスタのON抵抗が下がり、より多くの
電流を負荷に供給できるようになる。
は、トランジスタ20のソースの電位に対して、0.1〜
0.5V程度、トランジスタ20の基板電位を下げるような
値とする。V24の電圧の値が大きいほど、トランジスタ
20のしきい値電圧が下がるので、トランジスタ20の
ON抵抗を下げる事ができるが、トランジスタ20のソー
スの電位に対して、0.6Vを超えて下げるようにすると、
トランジスタ20のソースと基板間に存在する寄生のp
n接合がONするため、V24の電圧は、前記寄生のpn接
合がONしない範囲の電圧値に設定する必要がある。ま
た、スイッチ22と23は簡単にスイッチの役割をする
MOSトランジスタに置き換えることが可能であり、ス
イッチ23と基板電圧調整用電源24の位置関係は入れ
替えても同様な効果が得られる。
は、数mV〜数V程度の値が適当である。
スの機能をもたせた方が動作はより安定化する。 (実施例3)図3は本発明の第3の実施例を示すV/R
回路図である。基準電圧回路10、ブリーダ抵抗11、
12、エラー・アンプ13は従来の負の電圧を出力する
V/Rと同様である。
の回路では、負の電源電圧端子16の電源電圧-VSSに接
続されるが、基板電圧切り換え回路31によって、トラ
ンジスタ30の基板電位は、変化する。トランジスタ3
0の基板電位は、コンパレータ35の出力信号によって
切り換えられる。コンパレータ35は、ブリーダ抵抗1
1と12の接続点の電圧-Vaと基準電圧回路10の出力
電圧-Vrefに対してオフセット電圧用電源36の電圧V36
をたした電圧、即ち、-Vref+V36とを入力とし、-Va>(-
Vref+V36)であれば、コンパレータ35の出力は禰狽ニ
なり、逆に-Va<(-Vref+V36)であれば、コンパレータ
35の出力は猫狽ニなる。基板電圧切り換え回路31の
スイッチ32は、コンパレータ35の出力が猫狽フ時にO
Nする。即ち、 -Va<(-Vref+V36)の時には、トランジ
スタ30の基板電位は、-VSSに接続される。一方、基板
電圧切り換え回路31のスイッチ33は、コンパレータ
35の出力が禰狽フ時にONする。即ち、 -Va>(-Vref+V3
6) の時には、トランジスタ30の基板電位は、-VSSか
ら基板電圧調整用電源34の電圧V34だけ上がった電
圧、即ち、-VSS+V34に接続される。
している時には、基準電圧回路10の電圧-Vrefとブリ
ーダ抵抗11,12の接続点の電圧-Vaが等しくなるよ
うに、即ち、-Vref=-Vaとなるように、エラーアンプ1
3の電圧-Verrが変化する。その状態では、トランジス
タ30の基板電位は、スイッチ32がONしているので、
-VSSに接続されており、従来と同じ動作をする。
くなると、トランジスタ30の駆動能力が不足し、やが
て、出力電圧端子5の電圧-Voutが上昇し(GNDに近づ
き)、-Va>(-Vref+V36)となると、トランジスタ30
の基板電位は、スイッチ33がONするので、-VSS+V34に
接続される。トランジスタ30の基板電位が、-VSS+V34
に接続されると、トランジスタ30のしきい値電圧Vtが
低下する。しきい値電圧Vtが低下すると、(1)式に示さ
れるように、トランジスタのON抵抗が下がり、より多く
の電流を負荷に供給できるようになる。
は、トランジスタ30のソースの電位に対して、0.1〜
0.5V程度、トランジスタ30の基板電位を下げるような
値とする。V34の電圧の値が大きいほど、トランジスタ
30のしきい値電圧が下がるので、トランジスタ30の
ON抵抗を下げる事ができるが、トランジスタ30のソー
スの電位に対して、0.6Vを超えて上げるようにすると、
トランジスタ30のソースと基板間に存在する寄生のp
n接合がONするため、V34の電圧は、前記寄生のpn接
合がONしない範囲の電圧値に設定する必要がある。ま
た、スイッチ32と33は簡単にスイッチの役割をする
MOSトランジスタに置き換えることが可能であり、ス
イッチ33と基板電圧調整用電源34の位置関係は入れ
替えても同様な効果が得られる。
は、数mV〜100mV程度の値が適当である。また、コンパ
レータ35には、ヒステリシスの機能をもたせた方が動
作はより安定化する。 (実施例4)図4は本発明の第4の実施例を示すV/R
回路図である。基準電圧回路10、ブリーダ抵抗11、
12、エラー・アンプ13は従来の負の電圧を出力する
V/Rと同様である。
の回路では、電源電圧の-VSSに接続されるが、基板電圧
切り換え回路31によって、トランジスタ30の基板電
位は、変化する。トランジスタ30の基板電位は、コン
パレータ37の出力信号によって切り換えられる。コン
パレータ37は、V/Rの出力端子5の電圧-VoutとV
/Rの入力電源電圧-VSSに対してオフセット電圧用電源
38の電圧V38をたした電圧、即ち、-VSS+V38とを入力
とし、-Vout<(-VSS+V38)であれば、コンパレータ37
の出力は禰狽ニなり、逆に-Vout>(-VSS+V38)であれば、
コンパレータ37の出力は猫狽ニなる。基板電圧切り換
え回路31のスイッチ32は、コンパレータ37の出力
が猫狽フ時にONする。
ンジスタ30の基板電位は、-VSSに接続される。一方、
基板電圧切り換え回路31のスイッチ33は、コンパレ
ータ37の出力が禰狽フ時にONする。即ち、-Vout<(-VSS
+V38)の時には、トランジスタ30の基板電位は、-VSS
から基板電圧調整用電源34の電圧V34だけ上がった電
圧、即ち、-VSS+V34に接続される。
絶対値の-VSSと-Voutの差が十分に大きいときには、ト
ランジスタ30の基板電位は、スイッチ32がONしてい
るので、-VSSに接続されており、従来と同じ動作をす
る。
が減少)すると、トランジスタ30を制御するためのゲ
ート・ソース間電圧が電源電圧以上かからないことか
ら、トランジスタ30の駆動能力が不足し、V/Rが負
荷に供給し得る電流が低下する。しかし、-VSSが低下
(絶対値が減少)し-Vout<(-VSS+V38)となると、トラ
ンジスタ30の基板電位は、スイッチ33がONするの
で、-VSS+V34に接続される。トランジスタ30の基板電
位が、-VSS+V34に接続されると、トランジスタ30のし
きい値電圧Vtが低下する。しきい値電圧Vtが低下する
と、(1)式に示されるように、トランジスタのON抵抗が
下がり、より多くの電流を負荷に供給できるようにな
る。
は、トランジスタ30のソースの電位に対して、0.1〜
0. 5V程度、トランジスタ30の基板電位を下げるよう
な値とする。V34の電圧の値が大きいほど、トランジス
タ30のしきい値電圧が下がるので、トランジスタ30
のON抵抗を下げる事ができるが、トランジスタ30のソ
ースの電位に対して、0.6Vを超えて下げるようにする
と、トランジスタ30のソースと基板間に存在する寄生
のpn接合がONするため、V24の電圧は、前記寄生のp
n接合がONしない範囲の電圧値に設定する必要がある。
また、スイッチ32と33は簡単にスイッチの役割をす
るMOSトランジスタに置き換えることが可能であり、
スイッチ33と基板電圧調整用電源34の位置関係は入
れ替えても同様な効果が得られる。
は、数mV〜数V程度の値が適当である。
スの機能をもたせた方が動作はより安定化する。 (実施例5)図5は本発明の第5の実施例を示すSWレ
ギュレータである。入力の電源120、コイル121、
ダイオード123、SWレギュレータ制御回路130、コ
ンデンサ124と負荷125は従来と同じである。図5
では、従来のSW素子122の換わりにSW素子140が接
続されている。SW素子140のドレイン、ゲート、ソー
スは従来のSW素子と同様に接続されるが、SW素子140
の基板電位は、基板電位切り換え回路150によって切
り換えられる。基板電位切り換え回路150は、SW素子
140のゲートと同じ信号を受けて、スイッチ152、
153のON/OFFを制御する。SW素子140は、図5の場
合N-ch MOSトランジスタで構成されており、SW素子の
ゲートの電位、即ち、SW素子制御回路131の端子10
3の電圧Vextが禰狽ノなると、SW素子140はONする。
基板電位切り換え回路150は、SW素子がONするとき、
即ち、Vextが禰狽フ時に、スイッチ152をONし、逆
に、SW素子がOFFするとき、即ちVextが猫狽フ時に、スイ
ッチ153をONする。
子140の基板電位は、ソースと同じ電圧となり、従来
のSW素子と同じ動作をする。スイッチ152がONしてい
るときは、基板電圧調整用電源151の電圧をV151とす
ると、SW素子の基板電位はソース電位よりもV151だけ高
い電圧になる。
りもV151だけ高い電圧に接続されると、SW素子140の
しきい値電圧Vtが低下する。しきい値電圧Vtが低下する
と、(1)式に示されるように、トランジスタのON抵抗が
下がる。トランジスタのON抵抗が下がれば、トランジス
タがONしているときに発生する(2)式に示される損失が
小さくなり、SWレギュレータの電力変換効率を上げる事
ができる。
を下げると、OFF時のリーク電流が増大する。スイッチ
素子がOFFする時に、スイッチ素子にリーク電流がある
と、無効電力となり、SWレギュレータの電力変換効率を
下げることになるが、本発明ではスイッチ素子がOFFす
るときには、SW素子のしきい値電圧を、通常と同じにす
るので、リーク電流の増大による効率の低下は発生しな
い。
は、SW素子140のソースの電位に対して、0.1〜0.5V
程度、SW素子140の基板電位を上げるような値とす
る。V151の電圧の値が大きいほど、SW素子140のしき
い値電圧Vtが下がるので、SW素子140のON抵抗を下げ
る事ができるが、SW素子140のソースの電位に対し
て、0.6Vを超えて上げるようにすると、SW素子140の
ソースと基板間に存在する寄生のpn接合がONするた
め、V151の電圧は、前記寄生のpn接合がONしない範囲
の電圧値に設定する必要がある。また、基板電圧調整用
電源151は、電源である必要はなく、電圧V151を発生
させる回路であれば良い。
は、SW素子140のゲートの信号によって、スイッチ1
52,153のON/OFFを制御しているが、SW素子140
がONする時に、スイッチ152をONし、スイッチ素子1
40がOFFする時に、スイッチ153をONさせればよい
ので、同じ効果を発生する別の信号によって基板電圧切
り換え回路150を制御しても構わない。
イッチの役割をするMOSトランジスタに置き換えるこ
とが可能であり、スイッチ152と基板電圧調整用電源
151の位置関係は入れ替えても同様な効果が得られ
る。 (実施例6)図5では、昇圧型のSWレギュレータの例を
示したが、図6に示すような降圧型のSWレギュレータに
おいても、スイッチ素子160の基板電位を切り換える
ことで同様な効果が得られる。図6において、スイッチ
素子160はP-ch MOSトランジスタであり、その基板
電位は、基板電位切り換え回路150によって、切り換
えられる。スイッチ素子160がONする時に、スイッチ
152がONし、スイッチ素子160がOFFする時に、ス
イッチ153がONする。即ち、スイッチ素子160がOF
Fする時の基板電位は、スイッチ素子160のソースと
同電位となるが、スイッチ素子160がONする時には、
スイッチ素子160の基板電位を入力電源120の電圧
Vinよりも、基板電圧調整用電源151の電圧V151だけ
低い電圧、即ち、Vin-V151にする。スイッチ素子160
は、基板電位が下がったことで、しきい値電圧がさがり
ON時の抵抗が低下し、SWの電力変換効率が上昇する。
イッチの役割をするMOSトランジスタに置き換えるこ
とが可能であり、スイッチ152と基板電圧調整用電源
151の位置関係は入れ替えても同様な効果が得られ
る。 (実施例7)図7は本発明の第7の実施例を示すCP回路
である。入力の電源220、容量225、226、負荷
227、SW素子221、223と制御回路228は従来
と同じである。図7では、従来のSW素子222、224
の換わりにSW素子242、244が接続されている。SW
素子242、244のドレイン、ゲート、ソースは従来
のSW素子222、224と同様に接続されるが、SW素子
242、244の基板電位は、基板電位切り換え回路2
52、254によって切り換えられる。基板電位切り換
え回路252は、SW素子242のゲートと同じ信号を受
けて、スイッチ255、256のON/OFFを制御する。同
様に基板電位切り換え回路254は、SW素子244のゲ
ートと同じ信号を受けて、スイッチ257、258のON
/OFFを制御する。
の動作について述べる。スイッチ255、256はそれ
ぞれ相補的にON/OFFする。SW素子242のゲート信号を
受けて、SW素子242がONするとき(この場合、SW素子
242はN-ch MOSトランジスタなのでゲート信号が“H
狽フとき)、スイッチ256がONし、SW素子242がOFF
するとき(この場合、SW素子242はN-ch MOSトラン
ジスタなのでゲート信号が“L狽フとき)、スイッチ25
5がONする。 SW素子242がOFFするときは、SW素子2
42の基板電圧はソースと同電位になるため、従来と同
じである。SW素子242がONするときには、SW素子24
2の基板電位は、ソースよりも、基板電位調整用電源2
51の電圧V251だけ高い電位となる。
りもV251だけ高い電圧に接続されると、SW素子242の
しきい値電圧Vtが低下する。しきい値電圧Vtが低下する
と、(1)式に示されるように、トランジスタのON抵抗が
下がる。トランジスタのON抵抗が下がれば、トランジス
タがONしているときに発生する(2)式に示される損失が
小さくなり、CP回路の電力変換効率を上げる事ができ
る。
を下げると、OFF時のリーク電流が増大する。SW素子がO
FFする時に、SW素子にリーク電流があると、無効電力と
なり、CP回路の電力変換効率を下げることになるが、本
発明ではSW素子がOFFするときには、SW素子のしきい値
電圧を、通常と同じにするので、リーク電流の増大によ
る効率の低下は発生しない。
は、SW素子242のソースの電位に対して、0.1〜0.5V
程度、SW素子242の基板電位を上げるような値とす
る。V251の電圧の値が大きいほど、SW素子242のしき
い値電圧Vtが下がるので、SW素子242のON抵抗を下げ
る事ができるが、SW素子242のソースの電位に対し
て、0.6Vを超えて上げるようにすると、SW素子242の
ソースと基板間に存在する寄生のpn接合がONするた
め、V251の電圧は、前記寄生のpn接合がONしない範囲
の電圧値に設定する必要がある。また、基板電圧調整用
電源251は、電源である必要はなく、電圧V251を発生
させる回路であれば良い。
は、SW素子242のゲートの信号によって、スイッチ2
55、256のON/OFFを制御しているが、SW素子242
がONする時に、スイッチ256をONし、SW素子242が
OFFする時に、スイッチ255をONさせればよいので、
同じ効果を発生する別の信号によって基板電圧切り換え
回路252を制御しても構わない。
について述べる。スイッチ257、258はそれぞれ相
補的にON/OFFする。SW素子244のゲート信号を受け
て、SW素子244がONするとき(この場合、SW素子24
4はP-ch MOSトランジスタなのでゲート信号が“L狽フ
とき)、スイッチ258がONし、SW素子244がOFFす
るとき(この場合、SW素子244はP-ch MOSトランジ
スタなのでゲート信号が“H狽フとき)、スイッチ257
がONする。 SW素子244がOFFするときは、SW素子24
4の基板電圧はソースと同電位になるため、従来と同じ
である。SW素子244がONするときには、SW素子244
の基板電位は、ソースよりも、基板電位調整用電源25
3の電圧V253だけ低い電位となる。
りもV253だけ低い電圧に接続されると、SW素子244の
しきい値電圧Vtが低下する。しきい値電圧Vtが低下する
と、(1)式に示されるように、トランジスタのON抵抗が
下がる。トランジスタのON抵抗が下がれば、トランジス
タがONしているときに発生する(1)式に示される損失が
小さくなり、CP回路の電力変換効率を上げる事ができ
る。
を下げると、OFF時のリーク電流が増大する。SW素子がO
FFする時に、SW素子にリーク電流があると、無効電力と
なり、CP回路の電力変換効率を下げることになるが、本
発明ではSW素子がOFFするときには、SW素子のしきい値
電圧を、通常と同じにするので、リーク電流の増大によ
る効率の低下は発生しない。
は、SW素子244のソースの電位に対して、0.1〜0.5V
程度、SW素子244の基板電位を下げるような値とす
る。V253の電圧の値が大きいほど、SW素子244のしき
い値電圧Vtが下がるので、SW素子244のON抵抗を下げ
る事ができるが、SW素子244のソースの電位に対し
て、0.6Vを超えて下げるようにすると、SW素子244の
ソースと基板間に存在する寄生のpn接合がONするた
め、V253の電圧は、前記寄生のpn接合がONしない範囲
の電圧値に設定する必要がある。また、基板電圧調整用
電源253は、電源である必要はなく、電圧V253を発生
させる回路であれば良い。
は、SW素子244のゲートの信号によって、スイッチ2
57、258のON/OFFを制御しているが、SW素子244
がONする時に、スイッチ258をONし、スイッチ素子2
44がOFFする時に、スイッチ257をONさせればよい
ので、同じ効果を発生する別の信号によって基板電圧切
り換え回路254を制御しても構わない。
素子242と244の2つに実施しているが、どちらか
片方であってもCP回路の電力変換効率を上げる事ができ
る。
をSW素子242と244について実施しているが、SW素
子221、223についても同様に、各SW素子がONする
ときに、しきい値電圧が下がるように基板電圧切り換え
を行うことで同じ効果があることは明白である。 CP回
路の電力変換効率を上げるためには、できるだけ多くの
SW素子に本発明の基板電圧切り換えを実施することが望
ましい。
が、製品機能にとらわれることなく降圧型や昇降圧型の
CP回路のSW素子の本発明を適用しても同様の効果が得ら
れることは明白である。
イッチの役割をするMOSトランジスタに置き換えるこ
とが可能であり、スイッチ256と基板電圧調整用電源
251の位置関係及びスイッチ258と基板電圧調整用
電源253の位置関係は入れ替えても同様な効果が得ら
れる。 (実施例8)前述の実施例1〜7において、出力トラン
ジスタ及びSW素子の基板電位を切り換えているが、V/
R回路、SWレギュレータの制御回路、SW素子駆動回路、C
P制御回路及びSW素子等を集積化した場合、基板の不純
物型によって基板電位の切り換えができない場合が発生
する。例えば、p型基板上にはn-wellを作成し、前記n-
well内にP-chMOSトランジスタを作製するため、n-well
の電位を変更することで、P-chMOSトランジスタの基板
電位を変更することは可能であるが、N-chMOSトランジ
スタはp型基板上に作製し、かつ、p型基板は、集積回
路の最低の電位に接続するため、N-chMOSトランジスタ
の基板電位はp型基板と同電位になるため自由に切り換
えることが出来ない。
レーションを行うことで、基板の不純物型にとらわれる
ことなく、V/R回路の出力トランジスタの基板電位を自
由に変更することが可能である。図8では、アイソレー
ションされたN-chMOSトランジスタとP-chMOSトランジス
タの断面構造を示している。P型基板上にアイソレーシ
ョンされたN型領域がある。P-chMOSトランジスタは前記
N型領域中に作製し、前記N型領域の電位を変えること
で、P-chMOSトランジスタの基板電位を変更することが
できる。N-chMOSトランジスタは、前記N型領域中にp-we
ll領域を作製し、前記p-well領域中にN-chMOSトランジ
スタは作製される。p-well領域の電位を変えることでN-
chMOSトランジスタの基板電位を変更することができ
る。BG端子がMOSトランジスタの基板電圧を供給する端
子である。
構造でトランジスタを作製することで、Bi-CMOS同様に
基板の不純物型にとらわれることなく、V/R回路の出力
トランジスタの基板電位を自由に変更することが可能で
あることは明白である。
は、出力トランジスタの基板電位を変更することで、出
力トランジスタの面積を増大させずに駆動能力を上げる
事ができるという効果がある。
は、SW素子がONするときに、SW素子の基板電圧を変える
ことで、ON抵抗を下げるので、SW素子の面積の増大を抑
えて電力変換効率を高めることができるという効果があ
る。
ある。
ある。
ある。
ある。
タの説明図である。
タの説明図である。
である。
である。
図である。
ある。
スタ 21、31、150、252、254 基板電位切り
換え回路 140、160、242、244 SW素子
1)
とSWレギュレータ制御回路130の電源端子101に接
続され、前記コイル121の他端は、SW素子122のド
レインと転流用ダイオード123のアノードに接続さ
れ、前記ダイオード123のカソードがSWレギュレータ
制御回路130の出力電圧端子102に接続され、前記
出力電圧端子102には、コンデンサ124と負荷12
5が接続されている。SWレギュレータ制御回路130
は、出力電圧端子102の電圧をVoutとすれば、Voutが
一定となるようにSW素子122のON/OFFを制御する。SW
素子122のゲートは、SW素子の駆動回路131の端子
103に接続され、前記端子103の電圧Vextによって
駆動され、SW素子122をON/OFFする。図11では、SW
素子122はN-ch MOSトランジスタであり、ONさせるた
めには、駆動回路131の出力端子103の電圧Vext
は、正の電圧Hとなり、SW素子122をOFFさせるために
は、VextはGNDレベルの電圧を出力する。SW素子122
のソースと基板は共にGNDレベルに接続されている。
の回路では、負の電源電圧端子16の電源電圧-VSSに接
続されるが、基板電圧切り換え回路31によって、トラ
ンジスタ30の基板電位は、変化する。トランジスタ3
0の基板電位は、コンパレータ35の出力信号によって
切り換えられる。コンパレータ35は、ブリーダ抵抗1
1と12の接続点の電圧-Vaと基準電圧回路10の出力
電圧-Vrefに対してオフセット電圧用電源36の電圧V36
をたした電圧、即ち、-Vref+V36とを入力とし、-Va>(-
Vref+V36)であれば、コンパレータ35の出力はHとな
り、逆に-Va<(-Vref+V36)であれば、コンパレータ3
5の出力はLとなる。基板電圧切り換え回路31のスイ
ッチ32は、コンパレータ35の出力がLの時にONす
る。即ち、-Va<(-Vref+V36)の時には、トランジスタ
30の基板電位は、-VSSに接続される。一方、基板電圧
切り換え回路31のスイッチ33は、コンパレータ35
の出力がHの時にONする。即ち、-Va>(-Vref+V36)の時
には、トランジスタ30の基板電位は、-VSSから基板電
圧調整用電源34の電圧V34だけ上がった電圧、即ち、-
VSS+V34に接続される。
スの機能をもたせた方が動作はより安定化する。 (実施例5)図5は本発明の第5の実施例を示すSWレ
ギュレータである。入力の電源120、コイル121、
ダイオード123、SWレギュレータ制御回路130、コ
ンデンサ124と負荷125は従来と同じである。図5
では、従来のSW素子122の換わりにSW素子140が接
続されている。SW素子140のドレイン、ゲート、ソー
スは従来のSW素子と同様に接続されるが、SW素子140
の基板電位は、基板電位切り換え回路150によって切
り換えられる。基板電位切り換え回路150は、SW素子
140のゲートと同じ信号を受けて、スイッチ152、
153のON/OFFを制御する。SW素子140は、図5の場
合N-ch MOSトランジスタで構成されており、SW素子の
ゲートの電位、即ち、SW素子制御回路131の端子10
3の電圧VextがHになると、SW素子140はONする。基
板電位切り換え回路150は、SW素子がONするとき、即
ち、VextがHの時に、スイッチ152をONし、逆に、SW
素子がOFFするとき、即ちVextがLの時に、スイッチ15
3をONする。
の動作について述べる。スイッチ255、256はそれ
ぞれ相補的にON/OFFする。SW素子242のゲート信号を
受けて、SW素子242がONするとき(この場合、SW素子
242はN-ch MOSトランジスタなのでゲート信号がHの
とき)、スイッチ256がONし、SW素子242がOFFす
るとき(この場合、SW素子242はN-ch MOSトランジ
スタなのでゲート信号がLのとき)、スイッチ255がO
Nする。SW素子242がOFFするときは、SW素子242の
基板電圧はソースと同電位になるため、従来と同じであ
る。SW素子242がONするときには、SW素子242の基
板電位は、ソースよりも、基板電位調整用電源251の
電圧V251だけ高い電位となる。
について述べる。スイッチ257、258はそれぞれ相
補的にON/OFFする。SW素子244のゲート信号を受け
て、SW素子244がONするとき(この場合、SW素子24
4はP-ch MOSトランジスタなのでゲート信号がLのと
き)、スイッチ258がONし、SW素子244がOFFする
とき(この場合、SW素子244はP-ch MOSトランジス
タなのでゲート信号がHのとき)、スイッチ257がON
する。SW素子244がOFFするときは、SW素子244の
基板電圧はソースと同電位になるため、従来と同じであ
る。SW素子244がONするときには、SW素子244の基
板電位は、ソースよりも、基板電位調整用電源253の
電圧V253だけ低い電位となる。
Claims (12)
- 【請求項1】 出力電圧を分圧するブリーダ抵抗と、前
記ブリーダ抵抗からの出力と基準電圧との差電圧を増幅
するエラー・アンプ回路とP-ch MOSトランジスタを含
み、前記P-ch MOSトランジスタから負荷に電力を供給
するボルテージ・レギュレータにおいて、前記ブリーダ
抵抗からの出力と前記基準電圧を比較するコンパレータ
回路を含み、前記コンパレータ回路の出力によって前記
P-chMOSトランジスタの基板電位を、変更する手段を具
備することを特徴とするボルテージ・レギュレータ。 - 【請求項2】 出力電圧を分圧するブリーダ抵抗と、前
記ブリーダ抵抗からの出力と基準電圧との差電圧を増幅
するエラー・アンプ回路とP-ch MOSトランジスタを含
み、前記P-ch MOSトランジスタから負荷に電力を供給
するボルテージ・レギュレータにおいて、前記ボルテー
ジ・レギュレータの入力電圧と出力電圧の差電圧を検出
する回路を含み、前記差電圧の値によって、前記P-ch
MOSトランジスタの基板電位を、変更する手段を具備す
ることを特徴とするボルテージ・レギュレータ。 - 【請求項3】 出力電圧を分圧するブリーダ抵抗と、前
記ブリーダ抵抗からの出力と基準電圧との差電圧を増幅
するエラー・アンプ回路とN-ch MOSトランジスタを含
み、前記N-ch MOSトランジスタから負荷に電力を供給
するボルテージ・レギュレータにおいて、前記ブリーダ
抵抗からの出力と前記基準電圧を比較するコンパレータ
回路を含み、前記コンパレータ回路の出力によって前記
N-chMOSトランジスタの基板電位を、変更する手段を具
備することを特徴とするボルテージ・レギュレータ。 - 【請求項4】 出力電圧を分圧するブリーダ抵抗と、前
記ブリーダ抵抗からの出力と基準電圧との差電圧を増幅
するエラー・アンプ回路とN-ch MOSトランジスタを含
み、前記N-ch MOSトランジスタから負荷に電力を供給
するボルテージ・レギュレータにおいて、前記ボルテー
ジ・レギュレータの入力電圧と出力電圧の差電圧を検出
する回路を含み、前記差電圧の値によって、前記N-ch
MOSトランジスタの基板電位を、変更する手段を具備す
ることを特徴とするボルテージ・レギュレータ。 - 【請求項5】 前記回路を構成する素子の一部、もしく
は、全てがSOI(Silicon On Insulator)構造であるこ
と特徴とする請求項1もしくは請求項2もしくは請求項
3もしくは請求項4記載のボルテージ・レギュレータ。 - 【請求項6】 前記回路を構成する素子の一部、もしく
は、全てがBi-CMOS(Bipolar CMOS)構造であること特
徴とする請求項1もしくは請求項2もしくは請求項3も
しくは請求項4記載のボルテージ・レギュレータ。 - 【請求項7】 少なくとも、MOS構造のスイッチング素
子と、前記スイッチング素子をON/OFFさせる駆動回路を
有するスイッチング・レギュレータにおいて、前記スイ
ッチング素子の基板電圧を変更する手段を具備し、前記
スイッチング素子がONするときに前記スイッチング素子
のしきい値電圧が低下するように前記スイッチ素子の基
板電圧を制御することを特徴とするスイッチング・レギ
ュレータ。 - 【請求項8】 前記回路を構成する素子の一部、もしく
は、全てがSOI(Silicon On Insulator)構造である
こと特徴とする請求項7記載のスイッチング・レギュレ
ータ。 - 【請求項9】 前記回路を構成する素子の一部、もしく
は、全てがBi-CMOS(Bipolar C MOS)構造であること
特徴とする請求項7記載のスイッチング・レギュレー
タ。 - 【請求項10】 少なくとも、MOS構造のスイッチング
素子と、前記スイッチング素子をON/OFFさせる駆動回路
を有するチャージ・ポンプ回路において、前記スイッチ
ング素子の基板電圧を変更する手段を具備し、前記スイ
ッチング素子がONするときに前記スイッチング素子のし
きい値電圧が低下するように前記スイッチング素子の基
板電圧を制御することを特徴とするチャージ・ポンプ回
路。 - 【請求項11】 前記回路を構成する素子の一部、もし
くは、全てがSOI(Silicon On Insulator)構造であ
ること特徴とする請求項10記載のチャージ・ポンプ回
路。 - 【請求項12】 前記回路を構成する素子の一部、もし
くは、全てがBi-CMOS(Bipolar CMOS)構造であること
特徴とする請求項10記載のチャージ・ポンプ回路。
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