JP2003037488A - 集積回路の供給電圧範囲を拡大する方法および制御回路 - Google Patents

集積回路の供給電圧範囲を拡大する方法および制御回路

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JP2003037488A JP2002083445A JP2002083445A JP2003037488A JP 2003037488 A JP2003037488 A JP 2003037488A JP 2002083445 A JP2002083445 A JP 2002083445A JP 2002083445 A JP2002083445 A JP 2002083445A JP 2003037488 A JP2003037488 A JP 2003037488A
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Ulrich Wicke
ヴィッケ ウルリッヒ
Martin Berhorst
ベルホルスト マルチン
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    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
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    • G11C5/14Power supply arrangements, e.g. power down, chip selection or deselection, layout of wirings or power grids, or multiple supply levels
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 集積回路(IS)の供給電圧範囲を拡大す
る。従来技術では、集積回路の電気的パラメータは製造
中に、所定供給電圧に適合されている。 【解決手段】 電気的パラメータを、集積された制御回
路によって供給電圧に適合させる。供給電圧の変化によ
って生じる電気的パラメータの変化を、1つまたは複数
のスイッチング素子を用いて、制御回路が補償する。供
給電圧(Vdd)の大きさの関数として制御信号(Ucont
rol)が生成され、スイッチング素子(SEL1、SE
L2)が制御信号(Ucontrol)によって制御され、集
積回路(IS)の少なくとも1つの電気的パラメータが
該スイッチング素子(SEL1、SEL2)により設定
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路の供給電
圧範囲を拡大する方法および制御回路に関する。なお、
本明細書において、「スイッチイン(be switched i
n)」とは対象物を回路中に挿入することを指し、「短
絡(be bridged)」とは回路中の回路要素の両端を低抵抗
路で接続することを指す。
【0002】
【従来の技術】かかる方法は米国特許公報第58251
66号に開示されている。この例では、アナログ回路要
素およびデジタル回路要素に供給される参照電圧は、供
給電圧ユニットにより供給される供給電圧の関数として
生成され、それにより各回路ブロックの内部参照電圧を
設定する。この例の欠点は、非常に高価な、いわゆる混
合信号回路によって参照電圧が生成されることである。
【0003】集積回路の消費電力を低下させるために、
ますます低い供給電圧が回路に印加される。しかしなが
ら、同時に、できる限り多様な低い供給電圧で使用でき
る集積回路が求められている。そのため、集積回路がさ
まざまな供給電圧で使用できるために、複雑さの度合い
を増し、入力感度をますます高くすることが重要となっ
ている。かかる集積回路の重要な応用分野の1つは、赤
外線データ通信の分野である。
【0004】公知の集積回路は、製造工程において、供
給電圧に合わせて調整される。その後においては、供給
電圧に応じて変更したり適合させたりすることは不可能
である。かかる回路の例としては、ATMELドイツG
mbH社から入手可能なT2548BやT2524B回
路がある。そのデータシートの仕様によれば、これらの
回路はそれぞれ、1つの供給電圧のみで使用される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、さま
ざまな供給電圧で回路を動作させることが可能な方法を
提供することである。
【0006】本発明の他の目的はその方法を実施するた
めの、容易にかつ経済的に製造できる回路構成を提供す
ることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の1観点によれ
ば、供給電圧(Vdd)の大きさの関数として制御信号
(Ucontrol)が生成され、スイッチング素子(SEL
1、SEL2)が制御信号(Ucontrol)によって制御
され、集積回路(IS)の少なくとも1つの電気的パラ
メータが該スイッチング素子(SEL1、SEL2)に
より設定されること、を特徴とする集積回路(IS)の
供給電圧範囲を拡大する方法が提供される。
【0008】本発明の他の観点によれば、制御ユニット
(SE)とスイッチング素子(SEL1、SEL2)と
を有し、制御信号(Ucontrol)を生成するための集積
回路(IS)の制御回路(ST)であって、制御ユニッ
ト(SE)が、シュミット・トリガ(TR)の第1の入
力に結合された電圧分割回路とシュミット・トリガ(T
R)の第2の入力に結合された参照電圧源(Uref)と
を有し、シュミット・トリガ(TR)の出力は、スイッ
チング素子(SEL1、SEL2)に結合されており、
スイッチング素子(SEL1、SEL2)が集積回路
(IS)の少なくとも1つの回路要素に接続されるこ
と、を特徴とする集積回路(IS)の制御回路(ST)
が提供される。
【0009】人手による調整を要することなく、可逆的
な方法で、集積電気回路の選択された電気的パラメータ
を、外部から供給される供給電圧の大きさの関数として
設定する。このために、制御ユニットによって供給電圧
の大きさに対応する制御信号が生成され、それにより少
なくとも1つのスイッチング素子が制御され、それによ
り集積回路の1つまたは複数の電気的パラメータが設定
される。
【0010】本方法の有利な発展形態においては、集積
回路の電気的パラメータが設定され、その場合に、1つ
または複数の回路要素が1つまたは複数のスイッチング
素子によってスイッチインされ(be switched in)、また
は短絡(be bridged)される。このために、スイッチング
素子は、切り替えられる回路要素に対して並列または直
列に配設される。さらなるオプションは、スイッチング
素子によって回路のノードにおける電位を参照電位に接
続することであり、あるいは回路素子が並列になるよう
に回路素子をスイッチすることである。
【0011】出願人が行った研究では、1つまたは複数
のMOSトランジスタによって、回路要素のスイッチイ
ンまたは短絡を集積回路内で遂行すると有利であること
が示された。MOSトランジスタの損失のない制御の結
果として、集積回路はスイッチング素子による影響をほ
とんど受けない。特に、複数のMOSトランジスタがト
ランスミッションゲートとして接続される場合には、残
留電圧が低く残留抵抗が小さいので、電気的パラメータ
は追加のスイッチング素子の影響をほとんど受けない。
このようにして、フィルターのクオリティ、信号の立上
がり時間、回路素子の動作点等の電気的パラメータを、
回路素子によって容易に設定できる。特に、供給電圧の
変化から生じる回路の電気的パラメータの変化を補償で
きる。
【0012】
【発明の実施の形態】図1に図示する集積回路の構成
は、追加的に集積化された制御回路STによって、例え
ば、集積回路要素ISの2つの電気的パラメータ、たと
えばトランジスタの動作点、または出力電圧の立上がり
時間等を、供給電圧(電源電圧)Vddの大きさの関数と
して設定する。かかる回路は例えば赤外線データ送信に
おいて受信回路として使用される。制御回路STの構成
を以下に説明する。
【0013】制御回路STは、制御ユニットSE、第1
の回路ユニットSB1に接続された第1のスイッチング
素子SEL1、および第2の回路ユニットSB2に接続
された第2のスイッチング素子SEL2を有する。制御
ユニットSEは、供給電圧Vddに接続される抵抗R1と
参照電位(接地電位)に接続される抵抗R2を有する。
2つの抵抗R1とR2は電圧分割回路を構成し、その出
力は反転シュミット・トリガTRの第1の入力に接続さ
れている。参照電圧源Urefがシュミット・トリガTR
の第2の入力に接続されている。制御電圧Ucontrolが
得られるシュミット・トリガTRの出力は、第1のスイ
ッチング素子SEL1の制御入力と第2のスイッチング
素子SEL2の制御入力に接続されている。
【0014】この回路構成の2つの動作原理を以下に説
明する。ここで、供給電圧Vddは第1の動作例では第2
の動作例よりも実質的に低くなっている。第1の動作例
ではシュミット・トリガTRの第1の入力に供給される
電圧分割回路の電圧は、シュミット・トリガTRのスイ
ッチング電圧よりも低く、シュミット・トリガTRの出
力において得られる制御電圧Ucontrolは「低く」、ス
イッチング素子SEL1とスイッチング素子SEL2は
共に閉じる(オンする)。回路ユニットSB1と回路ユ
ニットSB2におけるそれぞれの電気的パラメータは変
更される。
【0015】第2の動作例ではシュミット・トリガTR
の第1の入力に供給される電圧分割回路の電圧は、シュ
ミット・トリガTRのスイッチング電圧よりも高く、す
なわちシュミット・トリガTRの出力において得られる
制御電圧Ucontrolは「高く」、スイッチング素子SE
L1とスイッチング素子SEL2は開く(オフする)。
回路ユニットSB1と回路ユニットSB2におけるそれ
ぞれの電気的パラメータは、プリセット値を維持する。
【0016】供給電圧がシュミット・トリガTRの2つ
のスイッチイング電圧の中間にある場合には、シュミッ
ト・トリガTRのヒステリシスによって安定した動作状
態が維持される。
【0017】追加的スイッチング素子を制御する追加的
シュミット・トリガを設けて、図示された回路構成を拡
張することができる。追加的電気的パラメータを設定し
たり、あるいはひとつの電気的パラメータを複数回設定
したりすることができる。
【0018】図2に図示される実施例は回路ユニットS
B1の動作点を、供給される供給電圧Vddの関数として
設定する。このために、PMOSトランジスタT2がス
イッチング素子SEL1(SEL2)として使用され
る。トランジスタT2のゲートに供給される制御電圧U
controlは、図1の実施例に関する説明に従って生成さ
れる。
【0019】回路ユニットSB1を以下に説明する。供
給電圧Vdd側に配置された抵抗R3と、直列に配置され
ている抵抗R4は、参照電位(接地電位)に接続されて
いる抵抗R5とともに、電圧分割回路を形成する。電圧
分割回路の出力は、トランジスタT1のベースに接続さ
れる。トランジスタT1のベースには入力信号IN1も
同時に接続されている。トランジスタT1はベース・コ
レクタ接続に配置されている。すなわち出力信号OUT
1がトランジスタT1のエミッタ側に配置されている抵
抗R6を介してアクセスされる。
【0020】回路ユニットSB1の動作原理を以下に説
明する。トランジスタT2のゲートに供給される制御電
圧Ucontrolが「低い」場合には、PMOSトランジス
タT2は閉路(オン)され、トランジスタT2と並列に
配置されている抵抗R3は短絡(bridge)される。トラ
ンジスタT2は非常に低い残留電圧しか持っていないの
で、トランジスタT1の動作点は、R4とR5で構成さ
れる電圧分割回路によって、低い供給電圧で決定され
る。トランジスタT2のゲートに供給される制御電圧U
controlが「高い」場合には、トランジスタT2は開路
(オフ)され、供給電圧Vddと抵抗R4との間に抵抗
R3がスイッチイン(be switched in,挿入)される。抵
抗R3とR4の直列接続は抵抗5とともに、電圧分割回
路を形成する。従って、トランジスタT1の動作点は、
より高い供給電圧に対して低下される。
【0021】図3に示される実施例は、供給される供給
電圧Vddの関数として立上がり時間を設定する。このた
めに、回路ユニットSB2の容量が、スイッチング素子
SEL2によって増加されたり,減少されたりする。ス
イッチング素子SEL2はいわゆるトランスミッション
ゲートとして設計され、コンデンサC1を回路ユニット
SB2に接続、またはそれから分離する。より詳細に
は、キャパシタC1と直列に接続されたスイッチング素
子により、キャパシタC1がキャパシタC2に並列にス
イッチインされたり、キャパシタC2から切り離された
りする。スイッチング素子SEL2に供給される制御電
圧Ucontrolは、図1の実施例に関する説明に従って生
成される。
【0022】回路ユニットSB2の回路をその動作原理
とともに以下に説明する。供給電圧Vddに接続された電
流源Q1が、参照電位(接地電位)に接続されたコンデ
ンサC2を充電する。同時に、コンデンサC2の充電電
圧が回路ユニットSB2の出力電圧OUT2を決定す
る。「高い」値の入力信号IN2がトランジスタT5の制
御入力に供給されると、参照電位(接地電位)に接続さ
れたトランジスタT5によってコンデンサC2が放電す
る。すると、今度は、供給される制御電圧Ucontrolの
値の関数に従い、コンデンサC1のトランスミッション
ゲートを回路ユニットSB2に接続、あるいはそれから
分離する。制御電圧Ucontrolが「高い」場合には、ト
ランスミッションゲートはコンデンサC1を回路ユニッ
トSB2から分離し、出力電圧OUT2の立上がり時間
が小さくなる。制御電圧Ucontrolが「低い」場合に
は、コンデンサC2とコンデンサC1が並列に接続さ
れ、出力電圧OUT2の立上がり時間が増加する。トラ
ンスミッションゲートの残留電圧が低く、残留抵抗が極
めて低いことにより、出力電圧OUT2の立上がり時間
は、実質的に2つのコンデンサC1とC2の容量値によ
って決定される。
【0023】以上、実施例に沿って本発明を説明した
が,本発明はこれらに制限されるものではない。例え
ば,種々の変更、改良、組み合わせが可能なことは、当
業者にとって自明であろう。
【0024】
【発明の効果】供給電圧に応じて,回路の特性を自動的
に調整することができる。複数の供給電圧のいずれでも
動作可能な集積回路が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による方法を実施する第1の回
路構成を示す回路図である。
【図2】動作点を設定する方法を実施する回路構成を示
す回路図である。
【図3】コンデンサの充電時間を設定する方法を実施す
る回路構成を示す回路図である。
【符号の説明】
IS 集積回路要素 ST 制御回路 SE 制御ユニット SEL スイッチング素子 SB 回路ユニット R 抵抗 TR シュミット・トリガ Vdd 供給(電源)電圧 Uref 参照電圧 Ucontrol 制御電圧 T トランジスタ IN 入力信号 OUT 出力信号 Q 電流源 C キャパシタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルチン ベルホルスト ドイツ ハイルブロン メリアンシュトラ ーセ29 Fターム(参考) 5H410 BB02 CC02 CC05 DD02 EA11 EA12 EA32 EA33 EA37 EB01 EB13 EB14 EB37 FF03 FF16 FF18 FF22 GG05 5H420 NA12 NA25 NA36 NA38 NB02 NB18 NB24 NB26 NB37 NC06 NC12 NC14 NC32 NC33 5J056 BB58 BB59 CC00 CC01 CC03 CC11 DD02 DD13 DD27 DD35 DD37 DD51

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 供給電圧(Vdd)の大きさの関数として
    制御信号(Ucontrol)が生成され、 スイッチング素子(SEL1、SEL2)が制御信号
    (Ucontrol)によって制御され、 集積回路(IS)の少なくとも1つの電気的パラメータ
    が該スイッチング素子(SEL1、SEL2)により設
    定されること、を特徴とする集積回路(IS)の供給電
    圧範囲を拡大する方法。
  2. 【請求項2】 集積回路(IS)の回路要素の動作点
    が、該電気的パラメータとして設定されることを特徴と
    する請求項1記載の集積回路(IS)の供給電圧範囲を
    拡大する方法。
  3. 【請求項3】 集積回路(IS)の少なくとも1つの回
    路要素が、該電気的パラメータを設定するために、スイ
    ッチインされ、あるいは短絡されることを特徴とする請
    求項1記載の集積回路(IS)の供給電圧範囲を拡大す
    る方法。
  4. 【請求項4】 スイッチインあるいは短絡が1つまたは
    複数のMOSトランジスタにより遂行される請求項2記
    載の集積回路(IS)の供給電圧範囲を拡大する方法。
  5. 【請求項5】 請求項1から4のいずれか1項に記載の
    方法を遂行するため、制御ユニット(SE)とスイッチ
    ング素子(SEL1、SEL2)とを有し、制御信号
    (Ucontrol)を生成するための集積回路(IS)の制
    御回路(ST)であって、 制御ユニット(SE)が、シュミット・トリガ(TR)
    の第1の入力に結合された電圧分割回路とシュミット・
    トリガ(TR)の第2の入力に結合された参照電圧源
    (Uref)とを有し、シュミット・トリガ(TR)の出
    力は、スイッチング素子(SEL1、SEL2)に結合
    されており、 スイッチング素子(SEL1、SEL2)が集積回路
    (IS)の少なくとも1つの回路要素に接続されるこ
    と、 を特徴とする集積回路(IS)の制御回路(ST)。
  6. 【請求項6】 該スイッチング素子(SEL1、SEL
    2)が集積回路(IS)の少なくとも1つの回路要素に
    直列または並列に接続されることを特徴とする請求項5
    記載の集積回路の制御回路(ST)。
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