JP2003295988A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2003295988A
JP2003295988A JP2002104420A JP2002104420A JP2003295988A JP 2003295988 A JP2003295988 A JP 2003295988A JP 2002104420 A JP2002104420 A JP 2002104420A JP 2002104420 A JP2002104420 A JP 2002104420A JP 2003295988 A JP2003295988 A JP 2003295988A
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JP
Japan
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regulator
power supply
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mode
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JP2002104420A
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English (en)
Inventor
Kazuaki Shinkawa
和明 新川
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置において、歩留まりを低下させず
最小限度のコストアップで、スタンバイモード時におけ
るレギュレータの消費電力を低減させる。 【解決手段】 第1の電源電圧(VDD1)が供給さ
れ、モード信号(MODE)が動作モードからスタンバ
イモードに遷移し、レギュレータ1が非活性化される際
に、レベルシフタ2からのデータをラッチするラッチ回
路8を設けた。これにより、レギュレータ1が非活性化
され第2の電源電圧(VDD2)が遮断されるスタンバ
イモード時に、データ出力端子7の状態が不定になるこ
とを回避することが可能となり、データ出力端子に接続
されている外部装置の誤動作を防ぐことができ、且つデ
ータ出力端子における貫通電流も防ぐことが可能とな
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、半導体装置に関
し、特に民生、産業機器等幅広く用いられるマイクロコ
ントローラに関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、マイクロコントローラにレギ
ュレータを内蔵し、内部降圧を行うことにより、高速動
作時における消費電力の低減を実現してきた。
【0003】しかし、マイクロコントローラを停止する
スタンバイモードでは、レギュレータ自身に数百マイク
ロアンペアもの自己電流が発生するため、機器の待機電
力が増大してしまうという問題があった。このため、ス
タンバイモード時にレギュレータを非活性化するという
方法があるが、以下の問題がある。
【0004】図4は、従来の半導体装置の一構成例を示
す機能ブロック図である。図4において、1はレギュレ
ータ(REG.)、2はデータレジスタ(DR)、3は
レベルシフタ(LS)、4は出力バッファ、5はレギュ
レータ1のモード切り替え端子、6は電源入力端子、7
はデータ出力端子である。
【0005】次に、このように構成された従来の半導体
装置の動作について説明する。
【0006】まず、レギュレータ1が動作モードにある
場合、データレジスタ2はレギュレータ1から供給され
る低電圧電源(VDD2)で動作し、出力バッファ4は
外部から電源入力端子6に印加される高電圧電源(VD
D1)で動作している。この時、データレジスタ2に格
納されているデータ信号が、レベルシフタ3により高電
圧レベルに変換され、出力バッファ4から出力される。
【0007】次に、スタンバイモード時に、レギュレー
タ1のモード切り替え端子5によってレギュレータ1の
動作を停止させた場合、データレジスタ2は、レギュレ
ータ1からの電源供給が遮断されるため不定状態にな
り、レベルシフタ3も不定となる。出力バッファ4は外
部から印加される高電圧電源VDD1で動作している
が、レベルシフタ3が不定の場合、出力バッファ4から
の出力信号の論理状態は不定となる。
【0008】このように、スタンバイモード時にレギュ
レータ1を非活性化すると、レギュレータ1により電源
を供給されていた内部回路が不定状態になり、データ出
力端子7の論理も不定の状態となる。
【0009】この場合、データ出力端子7に接続されて
いる外部装置、例えばモータ、LED、ブザーなどが誤
動作してしまうという問題や、データ出力端子7自体に
貫通電流が発生し、待機電流が増加するという問題が発
生する。
【0010】かかる問題を解決するため、高速動作時用
のアクティブレギュレータのほかに、スタンバイ時専用
にスリープレギュレータを設け、スタンバイ時における
レギュレータ自身の自己電流を数十マイクロアンペアに
減少させる方法がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の構成では、スリープレギュレータには、数十メガ
オームという高抵抗が必要なため、チップ面積の増大に
つながり、歩留まりの低下や大幅なコストアップにつな
がる。
【0012】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、歩留まりを低下させず最
小限度のコストアップで、スタンバイモード時における
レギュレータの消費電力を低減させた半導体装置を提供
することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る第1の半導体装置は、外部からのモー
ド信号(MODE)が動作モードを示す場合に活性化さ
れ、外部からの第1の電源電圧(VDD1)を第2の電
源電圧(VDD2)に変換して内部回路に供給するレギ
ュレータと、データ出力端子から外部へとデータを出力
するために、内部回路からのデータを第2の電源電圧の
レベルから第1の電源電圧のレベルに変換するレベルシ
フタと、第1の電源電圧が供給され、モード信号が動作
モードからスタンバイモードに遷移し、レギュレータが
非活性化される際に、レベルシフタからのデータをラッ
チするラッチ回路とを備えたことを特徴とする。
【0014】この構成によれば、レギュレータの動作を
停止するスタンバイモードに移行する場合に、ラッチ回
路が移行前のデータレベルを保持することで、データ出
力端子に接続されている外部装置の誤動作を防ぐことが
可能となるとともに、データ出力端子における貫通電流
も防ぐことが可能となる。
【0015】本発明に係る半導体装置において、ラッチ
回路は、モード信号(MODE)と、内部回路の動作状
態を初期化するためのリセット信号(RS)との論理積
をとった信号に応じて動作することが好ましい。
【0016】この構成によれば、モード信号MODEと
リセット信号RSとの論理積をとった信号をラッチ回路
のイネーブル信号とすることで、ラッチ回路がリセット
解除時まではデータを保持し続けることが、簡単な回路
追加で容易に実現できる。このため、レギュレータから
の第2の電源電圧(VDD2)の立ち上がりが遅れた場
合でも、ラッチ回路が不定となることがなく、データ出
力端子の状態も不定となることはない。
【0017】前記の目的を達成するため、本発明に係る
第2の半導体装置は、外部からのモード信号が動作モー
ドを示す場合に活性化され、外部からの第1の電源電圧
(VDD1)を第2の電源電圧(VDD2)に変換して
内部回路に供給するレギュレータと、データ出力端子か
ら外部へとデータを出力するために、内部回路からのデ
ータを第2の電源電圧のレベルから第1の電源電圧のレ
ベルに変換するレベルシフタと、第1の電源電圧が供給
され、モード信号が動作モードからスタンバイモードに
遷移し、レギュレータが非活性化される際に、データ出
力端子の状態を論理「H」レベル、論理「L」レベル、
およびハイインピーダンスのうちのいずれかに設定する
出力設定回路とを備えたことを特徴とする。
【0018】この構成によれば、レギュレータの動作を
停止するスタンバイモードに移行する場合に、出力設定
回路によりデータ出力端子が任意の出力レベルを維持
し、データ出力端子に接続されている外部装置の誤動作
を防ぐことが可能となるとともに、データ出力端子にお
ける貫通電流も防ぐことが可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照しながら説明する。
【0020】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態に係る半導体装置の一構成例を示す機能ブロ
ック図である。なお、図1において、図4に示す従来例
と同じ構成および機能を有する要素については、同一の
符号を付して説明を省略する。
【0021】本実施形態が従来例と異なるのは、レベル
シフタ3と出力バッファ4との間に接続されるラッチ回
路8と、モード切り替え端子5からのモード信号(MO
DE)とリセット端子10からノイズフィルタ9(N
F)を介したリセット信号(RS)とが入力され、ラッ
チ回路8にイネーブル信号として出力するANDゲート
11とを設けた点にある。
【0022】次に、このように構成された半導体装置の
動作について、図1と共に図2を参照して説明する。図
2は、図1の各部信号波形を示すタイミングチャートで
ある。
【0023】まず、レギュレータ1が動作モード(モー
ド信号MODEが論理「H」レベル)にある場合、デー
タレジスタ2はレギュレータ1から供給される低電圧電
源(VDD2)で動作し、出力バッファ4とラッチ回路
8は外部から印加される高電圧電源(VDD1)で動作
している。この時、データレジスタ2に格納されている
データ信号(DROUT)は、レベルシフタ3にて高電
圧(VDD1)レベルに変換され、ラッチ回路8を介し
て出力バッファ4によりデータ出力端子7に出力データ
(DOUT)として出力される。
【0024】次に、スタンバイモード時に、モード切り
替え端子5からのモード信号MODEを論理「H」レベ
ルから論理「L」レベルにすることによってレギュレー
タ1を停止させた場合、レギュレータ1からの電源供給
(VDD2)が遮断されるため、データレジスタ2から
のデータ信号DROUTは不定状態(Hiz)になり、
レベルシフタ3も不定となる。
【0025】ここで、レギュレータ1が停止する前にお
けるデータレジスタ2からのデータ信号DROUTの値
をラッチ回路8にて保持することにより、出力バッファ
4はレギュレータ1が停止した後も、ラッチ回路8のデ
ータ信号を出力し続けることが可能となる。
【0026】この時、ラッチ回路8にデータを保持する
ためのイネーブル信号は、スタンバイモードに移行する
前に発生させればよいため、CPUによる命令等によっ
て発生させることで実現できる。しかし、モード切り替
え端子5から入力されるモード信号MODEの動作モー
ド(論理「H」レベル)からスタンバイモード(論理
「L」レベル)への切り替えエッジを使用することによ
り、ラッチ回路8がデータをラッチするタイミングを容
易に得られ、よって、更に少ない回路追加で本実施形態
の構成を実現することが可能となる。
【0027】次に、再びレギュレータ1を動作させる場
合、モード信号MODEを論理「L」レベルから論理
「H」レベルにすると同時に、内部回路を初期化するた
め、論理「L」レベルのリセット信号RSを入力する。
【0028】この時、レギュレータ1の出力電源電圧V
DD2の立ち上がりが遅れた場合でも、ラッチ回路8が
不定となることがないように、ラッチ回路8のデータ保
持解除のタイミングは、レギュレータ1を動作させるタ
イミングから更に遅延させる必要がある。
【0029】そこで、通常は、モード信号の論理「L」
レベルから論理「H」レベルへの切り替えエッジを遅延
させる遅延回路を挿入するが、本実施形態では、AND
ゲート11によりモード信号MODEとリセット信号R
Sとの論理積をとることで、ラッチ回路8がリセット解
除時まではデータを保持し続けることが、簡単な回路追
加で容易に実現できる。
【0030】このため、レギュレータ1の出力電源電圧
VDD2の立ち上がりが遅れた場合でも、ラッチ回路8
が不定となることがなく、したがって出力バッファ4も
不定となることはない。
【0031】なお、本実施形態では、外部印加電源が高
電圧VDD1で、レギュレータ1の出力電源が低電圧V
DD2として説明を行ったが、それぞれが同電位、また
は外部印加電源が低電圧、レギュレータの出力電源が高
電圧でも同様である。
【0032】また、同一チップに複数のレギュレータを
内蔵し、複数の独立した回路グループを形成している場
合に、グループ間での信号伝送経路においても同様に効
果を得ることが可能である。
【0033】更に、リセット端子10とANDゲート1
1の一方の入力端子との間にノイズフィルタ9を挿入す
ることにより、リセット信号RSに対する耐ノイズ性の
向上も実現可能となる。
【0034】以上のように、本実施形態によれば、レギ
ュレータの停止時に、データレジスタのデータ信号を、
レベルシフタを介した後にラッチする機能を付加するこ
とにより、レギュレータの動作を停止するスタンバイモ
ードに移行する際に、出力バッファが任意の出力レベル
を維持し、データ出力端子に接続されている外部装置の
誤動作を防ぐとともに、データ出力端子における貫通電
流も防ぐことが、わずかな回路追加で可能となる。
【0035】(第2の実施形態)図3は、本発明の第2
の実施形態に係る半導体装置の一構成例を示す機能ブロ
ック図である。なお、図3において、図1に示す第1の
実施形態と同じ構成および機能を有する要素について
は、同一の符号を付して説明を省略する。
【0036】本実施形態が第1の実施形態と主に異なる
のは、ラッチ回路8の代わりに、出力設定回路12を構
成するレベル制御回路13を設けた点にある。
【0037】このレベル制御回路13は、レギュレータ
1の停止時に、出力バッファ4の出力状態をデータ出力
端子ごとに、論理「H」レベル、論理「L」レベル、ハ
イインピーダンスのうちのいずれかに任意に設定するこ
とができる。
【0038】この出力状態は、マイクロコントローラの
マスク設計時にデータ出力端子ごとにあらかじめ設定し
ておくことにより、追加回路の更なる減少が可能とな
る。
【0039】また、レギュレータ1の停止時の出力状態
をあらかじめ設定せず、マイクロコントローラを使用す
るユーザーが、論理「H」レベル、論理「L」レベル、
ハイインピーダンスのうちからデータ出力端子ごとに任
意に選択し設定できるようにすることにより、例えば、
LEDに接続するデータ出力端子は論理「H」レベルが
望ましいというように、用途によって異なるデータ出力
端子の接続先の回路に幅広く対応が可能となる。
【0040】以上のように、本実施形態によれば、レギ
ュレータの停止時におけるデータ出力端子の状態を、論
理「H」レベル、論理「L」レベル、ハイインピーダン
スのうちからいずれかに任意に設定する機能を付加する
ことにより、レギュレータの動作を停止するスタンバイ
モードに移行する際に、出力バッファが任意の出力レベ
ルを維持し、データ出力端子に接続されている装置の誤
動作を防ぐとともに、データ出力端子における貫通電流
も防ぐことが、わずかな回路追加で可能となる。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
スタンバイモード時にデータ出力端子の状態が不定にな
ることを回避することが可能となり、データ出力端子に
接続されている外部装置の誤動作を防ぐことができると
ともに、データ出力端子における貫通電流も防ぐことが
可能となる。
【0042】また、外部電源を立ち上げてからレギュレ
ータの出力電源が安定するまでに、一定のタイムラグが
生じるが、この間に出力バッファが不定となることによ
る誤動作を防ぐことも可能となる。
【0043】さらに、本発明はわずかな回路追加で実現
できるため、コストパフォーマンスが高い優れた半導体
装置を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の
一構成例を示す機能ブロック図
【図2】 図1の半導体装置における各部信号のタイミ
ングチャート
【図3】 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の
一構成例を示す機能ブロック図
【図4】 従来の半導体装置の一構成例を示す機能ブロ
ック図
【符号の説明】
1 レギュレータ(REG.) 2 データレジスタ(DR) 3 レベルシフタ(LS) 4 出力バッファ 5 モード切り替え端子 6 電源入力端子 7 データ出力端子 8 ラッチ回路 9 ノイズフィルタ(NF) 10 リセット端子 11 ANDゲート 12 出力設定回路 13 レベル制御回路(LC)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部からのモード信号が動作モードを示
    す場合に活性化され、外部からの第1の電源電圧を第2
    の電源電圧に変換して内部回路に供給するレギュレータ
    と、 データ出力端子から外部へとデータを出力するために、
    前記内部回路からのデータを前記第2の電源電圧のレベ
    ルから前記第1の電源電圧のレベルに変換するレベルシ
    フタと、 前記第1の電源電圧が供給され、前記モード信号が動作
    モードからスタンバイモードに遷移し、前記レギュレー
    タが非活性化される際に、前記レベルシフタからのデー
    タをラッチするラッチ回路とを備えたことを特徴とする
    半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記ラッチ回路は、前記モード信号と、
    前記内部回路の動作状態を初期化するためのリセット信
    号との論理積をとった信号に応じて動作することを特徴
    とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 外部からのモード信号が動作モードを示
    す場合に活性化され、外部からの第1の電源電圧を第2
    の電源電圧に変換して内部回路に供給するレギュレータ
    と、 データ出力端子から外部へとデータを出力するために、
    前記内部回路からのデータを前記第2の電源電圧のレベ
    ルから前記第1の電源電圧のレベルに変換するレベルシ
    フタと、 前記第1の電源電圧が供給され、前記モード信号が動作
    モードからスタンバイモードに遷移し、前記レギュレー
    タが非活性化される際に、前記データ出力端子の状態を
    論理「H」レベル、論理「L」レベル、およびハイイン
    ピーダンスのうちのいずれかに設定する出力設定回路と
    を備えたことを特徴とする半導体装置。
JP2002104420A 2002-04-05 2002-04-05 半導体装置 Withdrawn JP2003295988A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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