JP2005539345A - 電圧ダウンコンバータのモード変更を制御するためのシステム - Google Patents

Abstract

スタンバイモード、及びアクティブモードを有する、メモリ装置のための電圧ダウンコンバータシステムは、以下の構成要素を備える。充電ノード６８は充電を受けるように構成される。第１のトランジスタ５４は第１のゲートを有すると共に、メモリ装置に負荷電流を供給するように構成される。第１のスイッチ５８は、充電ノード及び第１のゲートに接続されると共に、スタンバイモードからアクティブモードへの遷移の間に、充電ノードにおいて第１のゲートに充電を行うように構成される。第２のトランジスタ６８は、第１のゲートと接続されると共に、スタンバイモードの間活動していない状態の第１のトランジスタにバイアスをかけるように構成される。第２のスイッチ６４は、第１のゲート及び第２のトランジスタに接続されると共に、スタンバイモードの間、第２のトランジスタにおける電圧差異を第１のゲートに加えるように構成される。

Description

本発明は、電圧コンバータに関するものである。更に特に、本発明は、外部電源をメモリ装置のための更に低電圧の内部電源に低下させるオンチップ電圧ダウンコンバータの管理、及び制御に関するものである。

半導体システムは、広い範囲の電力を必要とする回路構成を包含する。例えば、マイクロプロセッサは、メモリより一般的に更に高い電圧レベルで動作する。例えば、マイクロプロセッサ及びそのメモリの両方に互換性がある外部電源を作るために、外部電源からの電圧は、ダウンコンバートされなければならない。

図１は、従来技術の電圧ダウンコンバータの一例を説明する。増幅器２は、ｐ−チャネル金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）トランジスタ４のゲートを駆動する。トランジスタ４のソースは外部電源６に接続すると共に、トランジスタ４のドレインは負荷回路８に接続する。回路８における電流消費として低下する負荷回路８を横断する電圧が増進すると共に、電圧が基準生成回路１０の電圧より下に低下したとき、その場合には、増幅器２がトランジスタ４のゲートを横断する電圧を下げる。トランジスタ４は、そのゲート電圧を減少させると共に、その結果として負荷回路８に電流を供給するように、伝導率を増加させる。

図２は、従来技術の電圧ダウンコンバータの別の例を説明する。ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２０は、低いスレッショルド電圧を有していると共に、ソース・ホロワとして構成される。一つの例において、ドライバトランジスタ２０は、特別な移植なしで、かつ非常に大きな縦横比（Ｗ／Ｌ）を有する基板上に構築された普通のＭＯＳである。レプリカトランジスタ（Replica transistor）２２は、ドライバトランジスタ２０と接続されると共に、トランジスタ２０より更に小さな縦横比を有する。増幅器２４、及び抵抗器２６は、トランジスタ２２によって制御ループを完成させる。増幅器２４は、トランジスタ２２のゲートを制御すると共に、ノード２８における電圧を所望の範囲に保持する。従って、トランジスタ２０は、ノード２８における電圧が所定のレベル以下になるとき、ノード３０を通じて電流を供給する。

図３は、図２における電圧コンバータの更に詳細なバージョンを説明する。複製回路４０は、図２おけるトランジスタ２２の機能と類似した機能を備えている。スタンバイ回路４２、及び能動回路４４は、図２におけるドライバトランジスタ２０の機能を実行する。図３における従来技術の電圧コンバータは、スタンバイモード、及びアクティブモードの２つの操作モードを備えている。スタンバイモードにおいて、負荷への漏電電流は非常に低い。アクティブモードにおいて、トランジスタは、オンであると共に、電流の最大レベルまで供給する。

上述の設計に関する１つの問題は、ドライバと基準部品との間の完全なマッチングの必要性である。別の問題は、その温度であると共に、プロセス変動（process variations）は、複製回路で補償されなければならない。同様に、その従動部が動作するのにバイアスを必要とするので、基準回路は常にオンである。最終的に、問題は、アクティブモードとスタンバイモードとの間の切り替えの間に、以前の電圧ダウンコンバータにおいて発生する。以前の電圧ダウンコンバータは、電流のステップに対する良い応答を達成することができない可能性がある。以前の電圧ダウンコンバータは、同様に、交換モードの間、危険な電圧ノイズを有する可能性がある。

本発明は、アクティブ状態からスタンバイ状態への遷移、及びスタンバイ状態からアクティブ状態への遷移の切り替えを管理するシステムを提供する。アクティブモードからスタンバイモード、及びスタンバイモードからアクティブモードへの切り替えを管理するシステムは、２つの遷移を有している。第１の遷移は、スタンバイ状態からアクティブ状態への遷移である。一実施例において、電圧が下げられた内部の電力に関する負荷電流は、最初は、内部の電力ノード上の充電槽（charge tank）として機能する負荷コンデンサによって供給される。アクティブモードに入る前に、アクティブモードのためのレプリカトランジスタは、コンデンサを充電するためにバイアスをかけられる。内部電源ノードの電圧が決定されたレベルに下がるとき、スイッチは、レプリカトランジスタによりチャージされたコンデンサによって、ノードに対するドライバトランジスタにバイアスをかけ、従ってドライバトランジスタをアクティブ状態にすると共に、負荷回路に対する電流を増加させる。

システムの第２の遷移は、アクティブ状態からスタンバイ状態への遷移である。その遷移は、イネーブル信号の立ち下がりによって示される。一実施例において、遅延信号は、イネーブル信号の立ち下がりとスタンバイモードが入力される時間との間に挿入される。遅延信号は、ドライバトランジスタのゲートに放電されるための時間を提供すると共に、ノードにスタンバイ値まで充電されるための時間を提供する。遅延信号が“ハイ（high）状態”である限り、比較器は、ゲート及びノードを、充電すると共に放電する。イネーブル信号が立ち下がるとき、比較器がドライバトランジスタのゲートを放電する間、電流がドライバトランジスタから流出するのを止めるように、スイッチは、電源ノードからドライバトランジスタを分離する。システムは、遅延信号の終りで、スタンバイモードに入る。

当業者は、本発明の次の記述が、一例に過ぎず、決して制限しないことを認識することになる。本発明の他の実施例は、容易にこの開示の利益を得る当業者に明らかになる。

図４は、発明の一実施例を説明する構成図である。回路５０は、図３の能動回路４４に取って代わると共に、スタンバイモードからアクティブモードへの遷移を説明するために提供される。トランジスタ５４がドライバトランジスタとして機能する間、トランジスタ５２はレプリカトランジスタとして機能する。外部電源５６は、トランジスタ５２とトランジスタ５４の両方に接続する。スタンバイモードにおいて、スイッチ５８、スイッチ６０、及びスイッチ６２はオフであり、一方スイッチ６４はオンである。当業者は、スイッチがオンであるとき電気を伝導すると共に、スイッチがオフであるとき電気を伝導しないと認識する。トランジスタ５２は、トランジスタ６６からの電流によってバイアスをかけられると共に、一実施例において、コンデンサ７０を含むノード６８を、約２［Ｖ］まで充電する。一実施例において、コンデンサ７０は、４００［ｐＦ］である。ノード７２は、８００［ｍＶ］より低い、または約８００［ｍＶ］のしきい値に保持される。トランジスタ５４のゲートは、従って内部の電圧源ＶＣＣ７４と接続されるソースより低い８００［ｍＶ］であり、従ってオフである。更に、スイッチ６２は、電流がトランジスタ５４を通じて負荷回路（図示せず）へ流れることを防止する。一実施例において、本発明におけるトランジスタは、ｐチャンネルＭＯＳトランジスタである。

アクティブモードへ遷移するために、スイッチ５８、スイッチ６０、及びスイッチ６２はターンオンされる（turned on）と共に、スイッチ６４はターンオフされる（turned off）。トランジスタ５４は、ノード７２から分離されると共に、約２［Ｖ］であるノード６８と接続される。トランジスタ５４はアクティブ状態になると共に、新たに接続されたトランジスタ７６を通じて負荷回路（図示せず）に電流を流すことができる。スイッチ５８、スイッチ６０、及びスイッチ６２のオン、及びスイッチ６４のオフによって、回路５０はアクティブモードとなる。

図５は、イネーブル信号、遅延信号、及びイネーブル遅延信号（enable-delayed signals）に関するタイミングダイアグラムを説明する。イネーブル信号７８は、スタンバイモード８０の間、“ロウ（low）状態”である。イネーブル信号７８は、スタンバイモード８０からアクティブモード８２への遷移を通知するために立ち上がる。従来技術において、立ち下がるイネーブル信号は、アクティブモードからスタンバイモードへの遷移を通知する。本発明は、アクティブモードからスタンバイモードへ遷移する前に遅延を与える。一実施例において、その遅延は、約３００［ｎｓ］である。遅延信号８４は、スタンバイ移行モード（to-stand-by mode）８６の間、“ハイ（high）状態”であると共に、スタンバイモード８８ではオフである。イネーブル遅延信号９０は、アクティブモード８２の始まりにおいて立ち上がると共に、スタンバイ移行モード８６の終りまで、“ハイ（high）状態”を維持する。

図６は、発明の一実施例を説明する構成図である。図６は、図４において説明された回路の更に詳細な実例である。回路１００は、図３の能動回路４４に取って代わると共に、アクティブモードからスタンバイモードへの遷移を説明するために提供される。トランジスタ１０４がドライバトランジスタとして機能する間、トランジスタ１０２はレプリカトランジスタとして機能する。外部電源１０６は、トランジスタ１０２とトランジスタ１０４の両方に接続する。アクティブモードにおいて、スイッチ１０８、スイッチ１１０、及びスイッチ１１２はオンであり、一方スイッチ１１４はオフである。システム１００と関連付けられた回路構成（図示せず）が、イネーブル信号７８（図５を参照）から低い入力を受信するとき、スイッチ１０８、スイッチ１１０、及びスイッチ１１２はターンオフする（turn off）。スイッチ１１４は、アクティブモード８２の間オフであると共に、イネーブル遅延信号９０の立ち下がりまでオフの状態を維持し、そこでスイッチ１１４はターンオンする（turns on）（すなわち、スイッチ１１４は、スタンバイモード８８までオフの状態を維持する）。トランジスタ１１６からの電流は、トランジスタ１０２にバイアスをかける。ノード１１８は、トランジスタ１０４のゲートから分離される。

比較器１２０、及び比較器１２２は、遅延信号８４によって、スタンバイ移行モード８６（図５を参照）の間にアクティブ状態にされる。スイッチ１１０、及びスイッチ１１４がスタンバイ移行モード８６の間にオフすることによって、比較器１２０は、ノード１２４における電圧をノード１２６における電圧と比較すると共に、ノード１２４における電位がノード１２６における電位より大きい限り、ノード１２４をグランド電圧（接地電圧）まで放電する。比較器１２２は、ノード１１８を、一実施例において約２［Ｖ］である所定の値まで充電する。イネーブル遅延信号９０がスタンバイ移行モード８６（図５を参照）の終わりにおいて立ち下がるとき、スイッチ１１４はターンオンすると共に、トランジスタ１０４のゲートをノード１２６と接続し、トランジスタ１０４を遮断する。

図７は、アクティブモードからスタンバイモードへの遷移の方法を説明するフローチャートである。ブロック１５０において、アクティブモードからスタンバイモードへの遷移の間に、スタンバイ移行信号（to-stand-by signal）を受信する。ブロック１５５において、負荷回路からドライバトランジスタを分離する。ブロック１６０において、ドライブトランジスタのゲート電圧を第１の所定のノード電圧と比較すると共に、ゲート電圧が所定のノード電圧より大きい限り、ゲートをグランド電圧（接地電圧）まで放電する。ブロック１６５において、第２の所定のノードにおける電圧を所定の電圧と比較すると共に、第２の所定のノードを所定の電圧まで充電する。ブロック１７０において、ドライバトランジスタを遮断する。

本発明の実施例、及びアプリケーションが示されると共に説明される一方、当業者にとって、ここでは、発明の概念からはずれずに、上述のものより更に多く修正が可能であるということが明白になる。従って、発明は、添付の請求項の精神を除いて制限されるべきではない。

従来技術の電圧ダウンコンバータの構成図である。 従来技術の電圧ダウンコンバータの構成図である。 図２における従来技術の電圧ダウンコンバータの更に詳細な構成図である。 スタンバイモードからアクティブモードへの遷移のための電圧ダウンコンバータシステムの一部分の構成図である。 アクティブモードからスタンバイモードへの遷移のために使用されるタイミング信号のダイアグラムである。 アクティブモードからスタンバイモードへの遷移のための回路構成を有する図４におけるシステムの詳細な構成図である。 本発明の一実施例によるアクティブモードからスタンバイモードへの遷移の方法を説明するフローチャートである。

符号の説明

２ 増幅器
４ ｐ−チャネル金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）トランジスタ
６ 外部電源
８ 負荷回路
１０ 基準生成回路
２０ ＮチャネルＭＯＳトランジスタ（ドライバトランジスタ）
２２ レプリカトランジスタ（Replica transistor）
２４ 増幅器
２６ 抵抗器
２８、３０ ノード
４０ 複製回路
４２ スタンバイ回路
４４ 能動回路
５０ 回路
５２、５４ トランジスタ
５６ 外部電源
５８、６０、６２、６４ スイッチ
６６ トランジスタ
６８ ノード
７０ コンデンサ
７２ ノード
７４ 内部の電圧源ＶＣＣ
７６ トランジスタ
７８ イネーブル信号
８０ スタンバイモード
８２ アクティブモード
８４ 遅延信号
８６ スタンバイ移行モード（to-stand-by mode）
９０ イネーブル遅延信号
１００ 回路
１０２、１０４ トランジスタ
１０６ 外部電源
１０８、１１０、１１２、１１４ スイッチ
１１６ トランジスタ
１１８ ノード
１２０、１２２ 比較器
１２４、１２６ ノード

Claims (19)

1. スタンバイモード、及びアクティブモードを有する、メモリ装置のための電圧ダウンコンバータシステムであって、
   充電を受けるように構成された充電ノードと、
   第１のゲートを有する第１のトランジスタと、
   充電ノード、及び第１のゲートに接続された第１のスイッチと、
   第１のゲートと接続されると共に、スタンバイモードの間インアクティブ状態の第１のトランジスタにバイアスをかけるように構成された第２のトランジスタと、
   第１のゲート及び第２のトランジスタに接続された第２のスイッチと
   を備え、
   第１のトランジスタが、メモリ装置と接続されると共に、メモリ装置に負荷電流を供給するように構成され、
   第１のスイッチが、スタンバイモードからアクティブモードへの遷移の間に、充電ノードにおいて第１のゲートに充電を行うように構成され、
   第２のスイッチが、スタンバイモードの間、第１のゲートに電圧差異を加えるように構成される
   ことを特徴とする電圧ダウンコンバータシステム。
2. 充電ノードと接続されると共に、第２のトランジスタによってバイアスをかけられるように構成され、かつスタンバイモードの間に充電ノードを充電するように構成された第３のトランジスタを更に備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の電圧ダウンコンバータシステム。
3. 第１のトランジスタ、及びメモリ装置に接続されると共に、スタンバイモードの間、第１のトランジスタを通じたメモリ装置への負荷電流の流れを阻止し、アクティブモードの間、第１のトランジスタを通じたメモリ装置への負荷電流の流れを許可するように構成された第３のスイッチを更に備える
   ことを特徴とする請求項２に記載の電圧ダウンコンバータシステム。
4. 第１のトランジスタ、及び第２のトランジスタが、それぞれ外部電源と接続される
   ことを特徴とする請求項３に記載の電圧ダウンコンバータシステム。
5. 第１のトランジスタが、内部の電圧源と接続される
   ことを特徴とする請求項４に記載の電圧ダウンコンバータシステム。
6. 充電ノードが、コンデンサである
   ことを特徴とする請求項４に記載の電圧ダウンコンバータシステム。
7. スタンバイモード、及びアクティブモードを有する、メモリ装置のための電圧ダウンコンバータシステムであって、
   第１の充電を受けるように構成された第１の充電ノードと、
   第１の充電ノードと接続されると共に信号を受信し、信号を受信している間、第１の充電ノード電圧をグランド電圧と比較し、第１の充電ノードをグランド電圧まで放電するように構成された第１の比較器と、
   第２の充電を受けるように構成された第２の充電ノードと、
   第２の充電ノードと接続されると共に信号を受信し、信号を受信している間、第２の充電ノード電圧を基準電圧と比較し、第２の充電を基準電圧まで充電するように構成された第２の比較器と
   を備えることを特徴とする電圧ダウンコンバータシステム。
8. ゲートを有する第１のトランジスタを更に備え、
   第１のトランジスタが、第１の充電ノードと接続されると共にメモリ装置と接続され、メモリ装置に負荷電流を供給するように構成される
   ことを特徴とする請求項７に記載の電圧ダウンコンバータシステム。
9. ゲート、及び第１のノードに接続された第１のスイッチを更に有する
   ことを特徴とする請求項８に記載の電圧ダウンコンバータシステム。
10. 第１のスイッチが、アクティブモードからスタンバイモードへの遷移の終りにターンオフすると共に、ゲートと第１のノードとを電気的に接続するように構成される
    ことを特徴とする請求項９に記載の電圧ダウンコンバータシステム。
11. 第１のトランジスタ、及びメモリ装置と接続されると共に、アクティブモードからスタンバイモードへの遷移の終りにターンオンするように構成された第２のスイッチを更に有する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の電圧ダウンコンバータシステム。
12. 第２の充電ノードが、第２のトランジスタと接続される
    ことを特徴とする請求項１１に記載の電圧ダウンコンバータシステム。
13. 第２の充電ノードが、コンデンサと接続される
    ことを特徴とする請求項１２に記載の電圧ダウンコンバータシステム。
14. アクティブモードからスタンバイモードへの遷移の間に、信号がシステムに送信される
    ことを特徴とする請求項１３に記載の電圧ダウンコンバータシステム。
15. 信号が、約３００［ｍｓ］の間持続する
    ことを特徴とする請求項１４に記載の電圧ダウンコンバータシステム。
16. メモリ装置のための電圧ダウンコンバータシステムでアクティブモードからスタンバイモードへ遷移する方法であって、
    アクティブモードからスタンバイモードへの遷移の間に、スタンバイ移行信号を受信する処理と、
    ドライブトランジスタのゲート電圧を第１の所定のノード電圧と比較すると共に、ゲート電圧が所定のノード電圧より大きい限り、ゲートをグランド電圧まで放電する処理と
    を有することを特徴とする方法。
17. 第２の所定のノードにおける電圧を所定の電圧と比較すると共に、第２の所定のノードを所定の電圧まで充電する処理を更に有する
    ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 負荷回路からドライバトランジスタを分離する処理を更に有する
    ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. ドライバトランジスタを遮断する処理を更に有する
    ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
    

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