JP2006331085A - 半導体装置および電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 高精度の電圧を出力することができる半導体装置、および、この半導体装置を備える電源装置を提供する。
【解決手段】 電圧調整時には、セレクタ23は外部から受けるデータD01(データD1)を電流調整部24に出力する。電流調整部24がデータD1に応じて電流I01を変化させることで電圧VOUTは変化する。電圧VOUTがある値に決定された際のデータD1がデータD2として記憶部22に記憶される。通常動作時には、セレクタ23は記憶部22から出力されるデータD2を電流調整部24に与える。よって、通常動作時においても、電源回路1は高精度の電圧VOUTを出力することができる。
【選択図】 図2
【解決手段】 電圧調整時には、セレクタ23は外部から受けるデータD01(データD1)を電流調整部24に出力する。電流調整部24がデータD1に応じて電流I01を変化させることで電圧VOUTは変化する。電圧VOUTがある値に決定された際のデータD1がデータD2として記憶部22に記憶される。通常動作時には、セレクタ23は記憶部22から出力されるデータD2を電流調整部24に与える。よって、通常動作時においても、電源回路1は高精度の電圧VOUTを出力することができる。
【選択図】 図2
Description
本発明は半導体装置、および、電源装置に関し、特に、電圧を安定して出力することが可能な半導体装置、および、この半導体装置を備える電源装置に関する。
安定した電圧を負荷に供給するための半導体装置として、レギュレータ等の電源IC(Integrated Circuit)が広く知られている。製品ごとに特性のばらつき、すなわち出力電圧のばらつきが大きくなるのを防ぐため、製品出荷前に特性のばらつきを低減するための調整が行なわれる。
このような半導体装置では、出力電圧を調整するために、複数のヒューズを含むヒューズ回路が一般的に設けられている。半導体ウェハの検査工程において、検査対象の半導体集積回路に含まれる複数のヒューズの一部または全部が切断される。対象のヒューズを切断して回路定数を変化させることにより、出力電圧の値が目標値に対して所定の範囲内に含まれるように調整することが可能になる。
図14は、従来の半導体装置において、ヒューズを含む回路の一例を示す図である。図14を参照して、出力部110は電圧VOUTを外部に出力する。出力部110は複数の抵抗R100と、抵抗R101と、抵抗R102と、複数のヒューズF100と、緩衝増幅器B100とを含む。
ノードW100とノードW101との間には抵抗R101と複数の抵抗R100とが直列に接続される。また、ノードW101と接地ノードとの間には抵抗R102と複数の抵抗R100が直列に接続される。複数のヒューズF100は複数の抵抗R100に対応してそれぞれ設けられ、対応する抵抗R100に並列に接続される。緩衝増幅器B100の入力端子はノードW101に接続され、出力端子はノードW102に接続される。
電圧VOUTはノードW101における電圧に等しい。ノードW101における電圧は、ノードW100とノードW101との間の抵抗値およびノードW101と接地ノードとの間の抵抗値に依存する。複数のヒューズF100のうちのいずれかを切断することで、これらの抵抗値を変化させることができる。よって、電圧VOUTを変化させることができる。
ヒューズの切断はたとえばレーザ装置等を用いて行なわれる。ヒューズ切断後に電圧VOUTが再度測定され、電圧VOUTが目標電圧に対して所定の範囲内に収まっているか否かが判定される。
図15は、従来の半導体装置において、ヒューズを含む回路の別の例を示す図である。図15を参照して、出力部120は基準電圧発生回路121と、差動増幅回路AMPと、複数の抵抗R100と、抵抗R101と、抵抗R102と、複数のヒューズF100とを含む。差動増幅回路AMPの非反転入力端子には基準電圧発生回路121が接続され、反転入力端子はノードW101に接続され、出力端子はノードW102に接続される。
ノードW102とノードW101との間には、抵抗R101と複数の抵抗R100とが直列に接続される。また、ノードW101と接地ノードとの間には抵抗R102と複数の抵抗R100とが直列に接続される。複数のヒューズF100は複数の抵抗R100に対応してそれぞれ設けられ、対応する抵抗R100に並列に接続される。
電圧VREFは基準電圧発生回路121から出力される電圧である。電圧VOUTは電圧VREFとノードW101における電圧との差に応じて決定される。ノードW101における電圧を決定するために複数のヒューズF100の中から切断すべきヒューズが選択され、レーザ装置等により選択されたヒューズが切断される。
出力電圧をヒューズにより補正する回路の例として、たとえば特開平9−34562号公報(特許文献1)では、入力電圧と基準電圧との比較に基づいてヒューズ選択信号を出力するレベル比較回路と、ヒューズ選択信号に基づいて複数のヒューズの中からいずれかを選択しそのヒューズにヒューズ切断電流を流すヒューズ選択回路と、複数のヒューズのいずれかが切断されたかに基づいて入力電圧の補正値を選択しその補正値に基づいて入力電圧を補正する電圧調整回路とを備える電圧補正回路が開示される。
特開平9−34562号公報
出力電圧は目標値に対してずれが少ないほど好ましい。換言すれば、出力電圧は高精度であることが求められる。ヒューズの切断により出力電圧を調整する場合の精度は、たとえば±1%程度になる。しかし、出力電圧の精度をより高くする場合(たとえば精度を±0.1%にする場合)、従来のようなヒューズ切断による調整方法では以下のような問題が生じる。
ヒューズの切断の前に、半導体テスタ等の試験装置により出力電圧が測定され、測定結果と目標電圧との誤差が検出される。検出された誤差に基づいて、切断すべきヒューズが特定される。切断すべきヒューズの特定は、たとえば切断されるヒューズの本数に対する出力電圧の変化を示すデータに基づいて行なわれる。このデータは予め別の半導体集積回路により測定されたデータである。よって、データに基づいて選択したヒューズを切断しても、出力電圧が予測結果と異なる可能性がある。このため、出力電圧の精度をより高くすることができない。
また、製造プロセスのばらつきにより、同一のウェハ面内の位置に応じてヒューズ抵抗の抵抗値が異なる。よって、ヒューズを切断して出力電圧を調整しても、出力電圧の精度をより高くすることができない。
さらに、レーザ光によりヒューズを切断した場合、レーザ光が照射された部分にダメージが生じ得る。ダメージを受けた部分にはリーク電流が発生する可能性がある。リーク電流の影響を受けて、ヒューズ切断後の出力電圧の値が予測値に対して大きくずれる可能性がある。
さらに、ヒューズを切断したにも拘らず、出力電圧と目標値との差が大きいチップがウェハに多数存在する場合、たとえば作業員がチップ表面を観察してヒューズが切断されているか否かを調べる必要がある。しかし、作業員による確認方法は多くの時間および労力を要するためコスト上昇の要因となる。
本発明の目的は、高精度の電圧を出力することができる半導体装置、および、この半導体装置を備える電源装置を提供することである。
本発明は要約すれば、半導体装置であって、入出力される制御電流に応じて出力電圧を変化させる電圧出力部と、制御データに応じて制御電流の電流値を決定し、電圧出力部に対して制御電流を入出力する電流制御部と、設定データを不揮発的に内部に記憶可能に構成され、電圧調整時においては、入力される電圧調整データを制御データとして出力し、通常動作時においては、設定データを制御データとして出力する制御データ出力部とを備える。
好ましくは、制御データは、出力電圧を第1の割合で変化させるための第1のデータと、出力電圧を第1の割合よりも小さい第2の割合で変化させるための第2のデータとを含み、電流制御部は、第1のデータに応じ、電圧出力部に対して制御電流を入出力する第1の電流調整部と、第2のデータに応じ、電圧出力部に対して制御電流を入出力する第2の電流調整部とを含む。
より好ましくは、電圧出力部は、電源ノードと、制御電流が入出力される第1のノードとの間に接続される第1の抵抗と、第1のノードと接地ノードとの間に接続される第2の抵抗と、第1のノードに入力端子が接続され、出力電圧を出力する第2のノードに出力端子が接続される緩衝増幅器とを含む。
より好ましくは、電圧出力部は、基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、基準電圧を非反転入力端子に受け、制御電流が入出力される第1のノードに反転入力端子が接続され、出力電圧を出力する第2のノードに出力端子が接続される差動増幅回路と、第1のノードと第2のノードとの間に接続される第1の抵抗と、第1のノードと接地ノードとの間に接続される第2の抵抗とを含む。
より好ましくは、制御データ出力部は、外部から電圧調整データが入力される入力部と、設定データを不揮発的に記憶する記憶部と、電圧調整時と通常動作時とのいずれか一方を示す切替信号に応じ、電圧調整データと設定データとのいずれか一方を制御データとして選択する選択部とを含む。
さらに好ましくは、半導体装置は、選択部から受ける制御データを外部に出力するモニタデータ出力部をさらに備える。
さらに好ましくは、入力部は、通常動作時において、出力電圧が目標電圧になるように補正するための補正データを受け、電流制御部は、入力部を経由して与えられる補正データに応じ、電圧出力部に対して制御電流を入出力する第3の電流調整部をさらに含む。
さらに好ましくは、電源装置は、上述のいずれかの半導体装置を備える。
本発明の半導体装置および電源装置によれば、電圧調整時には入力される制御データに応じて出力電圧を変化させて出力電圧を目標値に設定するための制御データである最適データを記憶し、通常動作時にはこの最適データに応じた出力電圧を出力する。よって、本発明の半導体装置および電源装置によれば、通常動作時において高精度の電圧を出力することができる。
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
[実施の形態1]
図1は、本発明の半導体装置を搭載する電源装置の適用例を示す図である。図1を参照して、電子機器100は、たとえば画像表示装置である。電子機器100は、電圧VINを受けて電圧VOUTを出力する電源回路1と、電圧VOUTを受けて画像表示に必要な所定の処理を行なう表示回路2と、電圧VINを受け表示回路2の動作を制御する制御回路3とを含む。電圧VINは電源電圧である。なお、電源回路1は本発明の電源装置に相当する。
図1は、本発明の半導体装置を搭載する電源装置の適用例を示す図である。図1を参照して、電子機器100は、たとえば画像表示装置である。電子機器100は、電圧VINを受けて電圧VOUTを出力する電源回路1と、電圧VOUTを受けて画像表示に必要な所定の処理を行なう表示回路2と、電圧VINを受け表示回路2の動作を制御する制御回路3とを含む。電圧VINは電源電圧である。なお、電源回路1は本発明の電源装置に相当する。
電源回路1は電圧VINを受けると表示回路2を駆動するための電圧VOUTを出力する。電圧VOUTは、たとえば表示回路2に供給される電源電圧である。なお、電圧VOUTは表示回路2の機能を設定するための信号として入力されてもよい。たとえば電圧VOUTは表示回路2に表示される画像の色の階調を調整するための信号であってもよい。
なお、図1では電子機器100の例として表示装置を示すが、本発明の半導体装置は一般的な電子機器に対して定電源を供給する装置として適用可能である。
図2は、図1の電源回路1の構成を示すブロック図である。図2を参照して、電源回路1は、制御データ出力部11を含む。
制御データ出力部11は、端子T1を介して外部からデータD01を受けるためのインターフェース部21と、データを不揮発的に記憶する記憶部22と、セレクタ23とを含む。
インターフェース部21は電圧VOUTの調整時に受けるデータD01に応じ、データD1を出力する。後述するように、データD01の変化に応じて電圧VOUTは変化する。インターフェース部21は、具体的には3線式シリアルインターフェースやI2Cバスインターフェース等のシリアルインターフェースである。インターフェース部21は入力されるシリアルデータ(データD01)をパラレルデータ(データD1)に変換して出力する。
記憶部22は、データD2を不揮発的に記憶し、電源回路1の通常動作時に、データD2を出力する。データD2はパラレルデータである。記憶部22は具体的には電気的に書換えや消去が可能なEEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)や複数のヒューズを含むヒューズ回路などである。なお、「通常動作」とは、図1に示すように、電源回路1が電子機器100に実装された状態での電源回路1の動作を意味する。
セレクタ23は端子T2を介して入力される信号SWに応じてデータD1とデータD2とのいずれを出力するかを選択する。信号SWがHレベルの場合には、セレクタ23はデータD1を出力する。一方、信号SWがLレベルの場合にはセレクタ23はデータD2を出力する。電圧調整時および通常動作時において、信号SWのレベルはそれぞれHレベルおよびLレベルである。
電源回路1は、さらに、セレクタ23から出力されるデータD1またはデータD2に応じて、電流I01を出力するか、電流I01を引き抜くかのいずれかを行なう電流調整部24と、セレクタ23から出力されるデータを外部に出力するモニタデータ出力部25と、電流I01の入出力に応じ、出力する電圧VOUTを変化させる電圧出力部26とを含む。
なお、電流調整部24は本発明における電流制御部に相当する。データD1またはデータD2は本発明における制御データに相当する。電流I01は本発明の制御電流に相当する。
電源回路1の動作の概略を説明する。電圧調整時には、セレクタ23は外部から受けるデータD01(データD1)を電流調整部24に出力する。電流調整部24がデータD1に応じて電流I01を変化させることで電圧VOUTは変化する。電圧VOUTがある値に決定された際のデータD1がデータD2として記憶部22に記憶される。通常動作時には、セレクタ23は記憶部22から出力されるデータD2を電流調整部24に与える。よって、通常動作時においても、電源回路1は高精度の電圧VOUTを出力することができる。
電源回路1における電圧VOUTの調整方法について説明する。電圧VOUTの調整は、半導体ウェハでの検査工程において行なわれる。この場合、端子T1〜T4の各々は回路内に設けられたパッドを示す。
まず、調整を行なう前の状態で電圧VOUTが半導体テスタ(図示せず)により測定される。次に、半導体テスタは測定した電圧VOUTの値と目標値との差に応じて、電圧VOUTを調整するためのデータD01を出力する。よって、インターフェース部21にデータD01が入力される。
また、電圧VOUTの調整時には、半導体テスタからセレクタ23にHレベルの信号SWが入力される。セレクタ23はHレベルの信号SWに応じ、インターフェース部21から受けるデータD1を電流調整部24に対して出力する。
電流調整部24はデータD1に応じて電流I01を入力または出力する。データD1が電圧VOUTを昇圧するためのデータであれば電流調整部24は電流I01を出力する。データD1が電圧VOUTを降圧するためのデータであれば電流調整部24は電圧出力部26から電流I01を受ける。
電圧出力部26は電流I01の入出力に応じて電圧VOUTを変化させる。変化後の電圧VOUTが目標電圧に対して所定の範囲内に達すると、そのときのデータD1がデータD2として記憶部22に書込まれる。記憶部22がEEPROMであればデータD2が電気的に書込まれる。記憶部22がヒューズ回路であればレーザ光を用いてヒューズを切断することによりデータD2が書込まれる。
ウェハ状態での検査が終了すると、ウェハは多数のチップに分割され、各チップはパッケージに実装される。パッケージへの実装の際に、端子T1〜T4の各々はパッケージのピンにワイヤボンディングされる。このとき、端子T2は接地電位が与えられるピンに接続される。よって完成品の状態で電源回路1を動作させると、セレクタ23に入力される信号SWは常時、Lレベルになる。
電源回路1の通常動作時、セレクタ23は信号SWがLレベルであることに応じ、記憶部22から受けるデータD2を出力する。電流調整部24はデータD2に応じて電流I01を入力または出力する。よって、通常動作時には、電圧出力部26から高精度の電圧VOUTが出力される。
なお、セレクタ23から出力されるデータは、モニタデータ出力部25を介して外部にデータDOUTとして出力される。これにより、通常動作時でもデータD2を参照することができる。なお、データDOUTはシリアルデータである。
図3は、図2に示す電源回路1の構成をさらに詳細に示す図である。図3を参照して、図2の記憶部22、セレクタ23、およびモニタデータ出力部25の各ブロックの構成が示される。
記憶部22は、データ保持部22A,22Bを含む。データ保持部22A,22BはデータD21,D22をそれぞれ保持し、通常動作時にはデータD21,D22をそれぞれ出力する。なお、インターフェース部21から出力されるデータD1はデータD11およびデータD12を含む。
データD11は電圧VOUTを目標値に大まかに近づけるためのデータである。データD12はデータD11により電圧VOUTを目標値に近づけた後に、電圧VOUTを微調整するためのデータである。データの変化分に対する電圧VOUTの変化の割合は、データD11よりもデータD12のほうが小さい。なお、データD21は電圧調整時に決定されたデータD11に等しい。またデータD22は電圧調整時に決定されたデータD12に等しい。
セレクタ23はレジスタRA,RBおよび切換回路SA,SBを含む。レジスタRA,RBはデータD11,D12をそれぞれ一時的に格納するために設けられる。切換回路SAは入力される信号SWに応じ、レジスタRAから出力されるデータD11かデータ保持部22Aから出力されるデータD21かのいずれかを出力するよう切換わる。同様に、切換回路SBは信号SWに応じ、レジスタRBから出力されるデータD12かデータ保持部22Bから出力されるデータD22かのいずれかを出力するよう切換わる。
モニタデータ出力部25は、入力されるパラレルデータをシリアルデータに変換して出力するデータ変換部25A,25Bを含む。データD11,D12,D21,D22はいずれもパラレルデータである。データ変換部25AはデータD11またはデータD21をシリアルデータに変換し、変換後のデータとしてデータDTAを出力する。データ変換部25BはデータD12またはデータD22をシリアルデータに変換し、変換後のデータとしてデータDTBを出力する。データDTA,DTBはともにデータDOUTに含まれるデータである。
図4は、図2に示す電源回路1の構成をさらに詳細に示す別の図である。図4を参照して、電流調整部24および電圧出力部26の構成が示される。電流調整部24は、調整部24A,24Bを含む。
調整部24Aは入力されるデータD11(またはデータD21)に応じて電流IAを入出力する。調整部24Bは入力されるデータD12(またはデータD22)に応じて電流IBを入出力する。調整部24A,24Bからそれぞれ電流IA,IBが出力される場合には電流調整部24から電流IA,IBを合わせた電流I01が出力される。調整部24A,24Bにそれぞれ電流IA,IBが入力される場合には、電流調整部24に電流IA,IBを合わせた電流I01が入力される。
電圧出力部26はノードW0とノードW1との間に接続される抵抗RA1と、ノードW1と接地ノードとの間に接続される抵抗RA2と、ノードW1に入力端子が接続され、端子T4に出力端子が接続される緩衝増幅器B1とを含む。電圧VOUTはノードW1における電圧に等しい。よって、電圧VOUTはノードW0における電圧VIN、抵抗RA1,RA2の抵抗値、および電流I01により決定される。抵抗RA1,RA2の抵抗値をそれぞれR1,R2とすると、電圧VOUTは、以下の式(1)〜(3)に従って表わされる。
VOUT=(R2/R1+R2)×VIN±ΔVN …(1)
ΔVN=(R1×R2)/(R1+R2)×I01 …(2)
I01=I1×N …(3)
ここで、Nは入力されるデータD01により定まる10進数の値である。ΔVNは電圧変動幅を示す。I1は電流I01の増減の単位となる電流値を示す。式(1)において、電流調整部24が電流I01を出力する場合には、ΔVNの符号は正となり、電流調整部24が電流I01を受ける場合にはΔVNの符号は負となる。
ΔVN=(R1×R2)/(R1+R2)×I01 …(2)
I01=I1×N …(3)
ここで、Nは入力されるデータD01により定まる10進数の値である。ΔVNは電圧変動幅を示す。I1は電流I01の増減の単位となる電流値を示す。式(1)において、電流調整部24が電流I01を出力する場合には、ΔVNの符号は正となり、電流調整部24が電流I01を受ける場合にはΔVNの符号は負となる。
図5は、図4の調整部24Aおよび調整部24Bの構成を示す図である。図5を参照して、調整部24Aは、指示回路24ADと、電流入力部24A1と、電流出力部24A2とを含む。
指示回路24ADは入力されるデータD11(またはデータD21)に応じ、入力データに応じた電圧信号を電流入力部24A1または電流出力部24A2に送る。電流入力部24A1は指示回路24ADから信号を受けた場合に、ノードW1から電流IAを受ける。電流出力部24A2は指示回路24ADから信号を受けた場合に、電流IAをノードW1に出力する。
データD11はnビット(nは自然数)のデータである。電流入力部24A1は指示回路24ADから入力される信号に応じ、電流IAを0から−(2n−1)×I1まで、I1ずつ変化させる。同様に電流出力部24A2は指示回路24ADから入力される信号に応じ、電流IAを0から+(2n−1)×I1まで、I1ずつ変化させる。なお、以下ではn=7とする。
調整部24Bは、指示回路24BDと、電流入力部24B1と、電流出力部24B2とを含む。
指示回路24BDは入力されるデータD12(またはデータD22)に応じ、入力データに応じた電圧信号を電流入力部24B1または電流出力部24B2に送る。電流入力部24B1は指示回路24BDから信号を受けた場合に、ノードW1から電流IBを受ける。電流出力部24B2は指示回路24BDから信号を受けた場合に、電流IBをノードW1に出力する。
電流入力部24B1は、ノードW1から電流I1を各々受ける複数の電流ユニットC1を含む。電流出力部24B2は、ノードW1に電流I1を各々出力する複数の電流ユニットC2を含む。電流ユニットC1,C2の個数は適切に定められる。
このように、調整部24Bを構成することにより、制御データの値がNである場合に、電流調整部24は上述の式(3)で示す電流I01を電圧出力部26に対して出力したり、電圧出力部26から電流I01を引き抜いたりすることができる。
図6は、図5の電流入力部24A1の具体例を示す回路図である。図6を参照して、電流入力部24A1は、抵抗R0〜R7およびPNPトランジスタQ0〜Q7を含む。
抵抗R0は一方の端子がノードW0に接続される。PNPトランジスタQ0は、エミッタが抵抗R0の他方の端子に接続され、ベースおよびコレクタがノードN0に接続される。PNPトランジスタQ0のコレクタからは電流I1が出力される。
抵抗R1は一方の端子がノードW0に接続される。PNPトランジスタQ1はエミッタが抵抗R1の他方の端子に接続され、ベースがノードN0に接続され、コレクタがノードN1に接続される。
同様に、抵抗R2〜R7の各抵抗の一方の端子はノードW0に共通に接続される。PNPトランジスタQ2〜Q7のそれぞれのエミッタは抵抗R2〜R7のそれぞれの他方の端子に接続される。PNPトランジスタQ2〜Q7のそれぞれのベースは、ノードN0に共通に接続される。PNPトランジスタQ2〜Q7のそれぞれのコレクタは、ノードN2〜N7にそれぞれ接続される。
抵抗R0〜R7およびPNPトランジスタQ0〜Q7により、7つの出力を有するカレントミラー回路が構成される。PNPトランジスタQm(mは1〜7の自然数)には2m-1×I1の電流が流れる。
電流入力部24A1は、さらに、各々が互いに同様の構成を有するカレントミラー回路CM1〜CM7を含む。
カレントミラー回路CM1は、NPNトランジスタQ1A,Q1B、抵抗R1A,R1BおよびNチャネルMOSトランジスタM1を含む。
NPNトランジスタQ1AはコレクタおよびベースがノードN1に接続される。NPNトランジスタQ1BはコレクタがノードW1に接続されベースがノードN1に接続される。抵抗R1Aは一方の端子がNPNトランジスタQ1Aのエミッタに接続され、他方の端子が接地ノードに接続される。抵抗R1Bは一方の端子がNPNトランジスタQ1Bのエミッタに接続され、他方の端子が接地ノードに接続される。NチャネルMOSトランジスタM1はノードN1と接地ノードとの間に接続される。NチャネルMOSトランジスタのゲートは図5の指示回路24ADに接続される。
なお、カレントミラー回路CM2の構成は、カレントミラー回路CM1の構成に対し、NPNトランジスタQ1A,Q1Bに代えてNPNトランジスタQ2A,Q2Bとし、抵抗R1A,R1Bに代えて抵抗R2A,R2Bとし、NチャネルMOSトランジスタM1に代えてNチャネルMOSトランジスタM2とし、ノードN1に代えてノードN2としたものである。NPNトランジスタQ2A,Q2Bの電流能力はNPNトランジスタQ1A,Q1Bの電流能力の2倍である。カレントミラー回路CM2の他の部分の構成はカレントミラー回路CM1と同様であるので以後の説明は繰返さない。
同様に、カレントミラー回路CM3の構成は、カレントミラー回路CM1の構成に対し、NPNトランジスタQ1A,Q1Bに代えてNPNトランジスタQ3A,Q3Bとし、抵抗R1A,R1Bに代えて抵抗R3A,R3Bとし、NチャネルMOSトランジスタM1に代えてNチャネルMOSトランジスタM3とし、ノードN1に代えてノードN3としたものである。NPNトランジスタQ3A,Q3Bの電流能力はNPNトランジスタQ1A,Q1Bの電流能力の4倍である。カレントミラー回路CM3の他の部分の構成はカレントミラー回路CM1と同様であるので以後の説明は繰返さない。
同様に、カレントミラー回路CM7の構成は、カレントミラー回路CM1の構成に対しNPNトランジスタQ1A,Q1Bに代えてNPNトランジスタQ7A,Q7Bとし、抵抗R1A,R1Bに代えて抵抗R7A,R7Bとし、NチャネルMOSトランジスタM1に代えてNチャネルMOSトランジスタM7とし、ノードN1に代えてノードN7としたものである。NPNトランジスタQ7A,Q7Bの電流能力はNPNトランジスタQ1A,Q1Bの電流能力の64倍である。カレントミラー回路CM7の他の部分の構成はカレントミラー回路CM1と同様であるので以後の説明は繰返さない。
カレントミラー回路CM1の動作について説明する。なお、カレントミラー回路CM2〜CM7の各々の動作は、カレントミラー回路CM1の動作と同様であるので以後の説明は繰返さない。
NチャネルMOSトランジスタM1は「0」のデータに応じた電圧がゲートに印加されると非導通となり、「1」のデータに応じた電圧がゲートに印加されると導通する。NチャネルMOSトランジスタM1が非導通の場合には、NPNトランジスタQ1Aが動作する。この場合、PNPトランジスタQ1は電流I1を出力し、NPNトランジスタQ1AはPNPトランジスタQ1から電流I1を受ける。NPNトランジスタQ1Aに電流I1が流れることに応じ、NPNトランジスタQ1Bにも電流I1が流れる。よって、ノードW1からNPNトランジスタQ1Bに向けて電流I1が流れる。
NチャネルMOSトランジスタM1が導通した場合には、ノードN1の電位が接地電位に等しくなるのでNPNトランジスタQ1Aは動作しない。NPNトランジスタQ1Aに電流I1が流れないので、NPNトランジスタQ1Bは動作しない。よって、ノードW1からNPNトランジスタQ1Bに向けて電流は流れない。
図7は、図5の電流出力部24A2の構成を示す図である。図7を参照して、電流出力部24A2は、NPNトランジスタQ11A,Q11B,Q12〜Q17、抵抗R11A,11B,R12〜R17、およびNチャネルMOSトランジスタM11〜M17を含む。
NPNトランジスタQ11AはコレクタおよびベースがノードN10に接続される。NPNトランジスタQ11BはコレクタがノードN11に接続され、ベースがノードN10に接続される。抵抗R11AはNPNトランジスタQ11Aのエミッタと接地ノードとの間に接続される。抵抗R11BはNPNトランジスタQ11Bのエミッタと接地ノードとの間に接続される。
同様に、NPNトランジスタQ2〜Q7のそれぞれのコレクタは、ノードN12〜N17にそれぞれ接続される。NPNトランジスタQ12〜Q17のそれぞれのベースは、ノードN10に共通に接続される。NPNトランジスタQ12〜Q17のそれぞれのエミッタは抵抗R12〜抵抗R17のそれぞれの一方の端子に接続される。抵抗R12〜抵抗R17の各々は他方の端子が接地ノードに接続される。
図6に示す電流入力部24A1と同様に、NPNトランジスタQ11A,Q11B,Q12〜Q17および抵抗R11A,11B,R12〜R17により、7つの出力を有するカレントミラー回路が構成される。NPNトランジスタQ11Bに流れる電流はI1である。NPNトランジスタQ1m(mは2〜7の自然数)には2m-1×I1の電流が流れる。
NPNトランジスタQ11B,Q12〜Q17のそれぞれのコレクタと接地ノードとの間にNチャネルMOSトランジスタM11〜M17が接続される。NチャネルMOSトランジスタM11〜M17の各ゲートは図5の指示回路24BDに接続される。
電流出力部24A2は、さらに、各々が互いに同様の構成を有するカレントミラー回路CM11〜CM17を含む。
カレントミラー回路CM11は、PNPトランジスタQ10A,Q10B、抵抗R10A,R10Bを含む。PNPトランジスタQ10AはコレクタおよびベースがノードN11に接続される。PNPトランジスタQ10BはコレクタがノードW0に接続されベースがノードN11に接続される。抵抗R10AはPNPトランジスタQ10AのエミッタとノードW0との間に接続される。抵抗R1BはPNPトランジスタQ10BのエミッタとノードW0との間に接続される。
カレントミラー回路CM12の構成はカレントミラー回路CM11の構成に対し、PNPトランジスタQ10A,Q10Bに代えてPNPトランジスタQ12A,Q12Bとし、抵抗R10A,R10Bに代えて抵抗R12A,R12Bとし、ノードN11に代えてノードN12としたものである。なお、PNPトランジスタQ12A,Q12Bの電流能力はPNPトランジスタQ11A,Q11Bの2倍である。カレントミラー回路CM12の他の部分の構成はカレントミラー回路CM11と同様であるので以後の説明は繰返さない。
同様に、カレントミラー回路CM13の構成はカレントミラー回路CM11の構成に対し、PNPトランジスタQ10A,Q10Bに代えてPNPトランジスタQ13A,Q13Bとし、抵抗R10A,R10Bに代えて抵抗R13A,R13Bとし、ノードN11に代えてノードN13としたものである。なお、PNPトランジスタQ13A,Q13Bの電流能力はPNPトランジスタQ11A,Q11Bの4倍である。カレントミラー回路CM13の他の部分の構成はカレントミラー回路CM11と同様であるので以後の説明は繰返さない。
同様に、カレントミラー回路CM17の構成はカレントミラー回路CM11の構成に対し、PNPトランジスタQ10A,Q10Bに代えてPNPトランジスタQ17A,Q17Bとし、抵抗R10A,R10Bに代えて抵抗R17A,R17Bとし、ノードN11に代えてノードN17としたものである。なお、PNPトランジスタQ17A,Q17Bの電流能力はPNPトランジスタQ11A,Q11Bの64倍である。カレントミラー回路CM17の他の部分の構成はカレントミラー回路CM11と同様であるので以後の説明は繰返さない。
NチャネルMOSトランジスタM11は「0」のデータに応じた電圧がゲートに印加されると非導通となり、「1」のデータに応じた電圧がゲートに印加されると導通する。カレントミラー回路CM11はNチャネルMOSトランジスタM11が非導通であればノードW0に電流I01を出力する。カレントミラー回路CM11はNチャネルMOSトランジスタM11が導通していれば、NPNトランジスタQ11Bが動作しないので電流I01を出力しない。なお。カレントミラー回路CM12〜CM17の各々の動作はカレントミラー回路CM11の動作と同様であるので以後の説明は繰返さない。
図8は、図5の電流ユニットC1の構成を示す図である。図8を参照して、電流ユニットC1は、抵抗R21,R22とPNPトランジスタQ21,Q22とを含む。抵抗R21は一方の端子がノードW0に接続される。PNPトランジスタQ21はエミッタが抵抗R21の他方の端子に接続され、ベースおよびコレクタがノードN21に接続される。抵抗R22は一方の端子がノードW0に接続される。PNPトランジスタQ22はエミッタが抵抗R22の他方の端子に接続され、ベースがノードN21に接続され、コレクタがノードN25に接続される。PNPトランジスタQ22のコレクタからは電流I1が出力される。
電流ユニットC1は、さらに、抵抗R23と、NPNトランジスタQ23,Q24とを含む。抵抗R23はノードW0とノードN22との間に接続される。NPNトランジスタQ23はコレクタおよびベースがノードN22に接続され、エミッタがノードN23に接続される。NPNトランジスタQ24はコレクタがノードN21に接続され、ベースがノードN22に接続され、エミッタがノードN24に接続される。
電流ユニットC1は、さらに、NPNトランジスタQ25,Q26と、抵抗R25,R26とを含む。NPNトランジスタQ25はコレクタがノードN23に接続され、ベースがノードN24に接続され、エミッタが抵抗R25の一方の端子に接続される。NPNトランジスタQ26はコレクタがノードN24に接続され、ベースがノードN23に接続され、エミッタが抵抗R26の一方の端子に接続される。抵抗R25,R26は各々の他方の端子が接地ノードに接続される。
電流ユニットC1は、さらに、NPNトランジスタQ27,Q28を含む。NPNトランジスタQ27はコレクタおよびベースがノードN25に共通に接続され、エミッタが接地ノードに接続される。NPNトランジスタQ28はコレクタがノードW1に接続され、ベースがノードN25に接続され、エミッタが接地ノードに接続される。
電流ユニットC1は、さらに、ノードN23と接地ノードとの間に接続され、ゲートに「1」のデータに応じた電圧を受けて導通し、「0」のデータに応じた電圧を受けると非導通になるNチャネルMOSトランジスタM21を含む。NチャネルMOSトランジスタM21のゲートは図5に示す指示回路24BDに接続される。
NPNトランジスタQ26の電流供給能力はNPNトランジスタQ25の電流供給能力の5倍である。抵抗R26の抵抗値をRbiasとすると、電流I1は以下の式(4)のように示される。
I1=VTln5/Rbias …(4)
ここでVTは熱電圧を示す。
ここでVTは熱電圧を示す。
電流ユニットC1の動作は、図5、図6に示すカレントミラー回路CM1〜CM17の各々の動作と同様である。すなわちNチャネルMOSトランジスタM21の非導通時には電流ユニットC1はノードW1から電流I1を受ける。一方、NチャネルMOSトランジスタM21の導通時にはNPNトランジスタQ25がオフするのでノードW1から電流ユニットC1に電流I1は流れない。
図9は、図5の電流ユニットC2の構成を示す図である。図9を参照して、電流ユニットC2はPNPトランジスタQ22のコレクタがノードW1に接続される点、および、PNPトランジスタQ27,Q28を含まない点で図8の電流ユニットC1と異なるが他の部分の構成は同様であるので以後の説明は繰返さない。電流ユニットC2はNチャネルMOSトランジスタM21の非導通時にはノードW1に電流I1を出力し、NチャネルMOSトランジスタM21の導通時には電流I1を出力しない。
電源回路1は電流I01を電流I1ずつ変化させることで電圧VOUTを目標値に対して±1/2ΔVNの範囲内に調整することができる。たとえば目標値が15Vであり、ΔVNが5mVであるとする。電源回路1は調整前の電圧VOUTが15V+4mVであれば電圧VOUTをΔVNだけ下げることが可能である。よって調整後の電圧は15V−0.1mVとなる。すなわち電圧VOUTは目標値に対して±1/2ΔVNの範囲内に調整される。
以上のように実施の形態1によれば入力データに応じて出力部に供給する電流を調整して出力電圧を調整し、最適なデータを記憶させることにより高精度に調整された電圧を常時出力することができる。
[実施の形態2]
図10は、実施の形態2の半導体装置の構成を示す図である。図10を参照して、電源回路1Aは電圧出力部26に代えて電圧出力部26Aを含む点において図2の電源回路1と異なる。電源回路1Aの他の部分の構成は電源回路1の対応する部分の構成と同様であるので、以後の説明は繰返さない。
図10は、実施の形態2の半導体装置の構成を示す図である。図10を参照して、電源回路1Aは電圧出力部26に代えて電圧出力部26Aを含む点において図2の電源回路1と異なる。電源回路1Aの他の部分の構成は電源回路1の対応する部分の構成と同様であるので、以後の説明は繰返さない。
図11は、図10の電圧出力部26Aの構成を示す図である。図11を参照して、電圧出力部26Aは基準電圧である電圧VREFを出力する基準電圧発生回路27と、差動増幅回路28と、抵抗RB1,RB2とを含む。差動増幅回路28は非反転入力端子に基準電圧を受け、反転入力端子はノードW1に接続される。差動増幅回路28の出力端子は端子T4に接続される。抵抗RB1は端子T4とノードW1との間に接続される。抵抗RB2はノードW1と接地ノードとの間に直列に接続される。
実施の形態2において電圧VOUTは、以下の式(5)〜(7)で表わされる。
VOUT=(R1+R2)/R2×VREF+ΔVN …(5)
ΔVN=R1×N×I01 …(6)
または ΔVN=−R2×N×I01 …(7)
式(6)に示すΔVNは電流調整部24から電流I01が出力される場合の電圧変動幅である。式(7)に示すΔVNは電流調整部24に電流I01が入力される場合の電圧変動幅である。
VOUT=(R1+R2)/R2×VREF+ΔVN …(5)
ΔVN=R1×N×I01 …(6)
または ΔVN=−R2×N×I01 …(7)
式(6)に示すΔVNは電流調整部24から電流I01が出力される場合の電圧変動幅である。式(7)に示すΔVNは電流調整部24に電流I01が入力される場合の電圧変動幅である。
図4に示すように、実施の形態1において電圧出力部26は抵抗RA1,RA2および緩衝増幅器B1とにより構成される。実施の形態1では電圧出力部の構成が簡単であるという利点が得られる。しかしながら、実施の形態1では電圧VINが変動すると電圧VOUTも変動する。
図11に示すように電圧出力部26Aは差動増幅回路28を含む。よって電圧VINが変動したとしても電圧VOUTは変動しにくくなるので電圧VOUTを安定させることが可能になる。
以上のように、実施の形態2によれば出力部に差動増幅回路を設けることによって出力電圧を安定させることが可能になる。
[実施の形態3]
図12は、実施の形態3の半導体装置の構成を示す図である。図12を参照して、電源回路1Bはインターフェース部21から出力されるデータを一時的に格納するレジスタ31をさらに含む点において図2の電源回路1と異なる。また、電源回路1Bは電流調整部24に代えて電流調整部241を含む点において電源回路1と異なる。電源回路1Bの他の部分の構成は電源回路1と同様であるので、以後の説明は繰返さない。
図12は、実施の形態3の半導体装置の構成を示す図である。図12を参照して、電源回路1Bはインターフェース部21から出力されるデータを一時的に格納するレジスタ31をさらに含む点において図2の電源回路1と異なる。また、電源回路1Bは電流調整部24に代えて電流調整部241を含む点において電源回路1と異なる。電源回路1Bの他の部分の構成は電源回路1と同様であるので、以後の説明は繰返さない。
レジスタ31は、信号SWがLレベルである状態、すなわち通常動作時においてインターフェース部21から受けるデータを一時的に格納する。よって、外部から電源回路1Bにデータを一度与えれば、そのデータは電圧VINが供給されている間、レジスタ31に保持される。なおレジスタ31に格納されたデータDTCは電流調整部241に送られる。
実施の形態1、実施の形態2では半導体チップがパッケージに実装されると、セレクタ23により、電流調整部24には記憶部22からデータD2が送られる。よって、長期間の使用によって電圧VOUTの精度が下がった場合、実施の形態1および実施の形態2では電圧VOUTを調整することができない。これに対し、実施の形態3では通常動作時においても入力されるデータD01(補正データ)に応じて電圧VOUTを調整し、電圧VOUTを目標電圧に設定することができる。なお、データD01は、たとえば図1における制御回路3やメモリ等から送られる。
図13は、図12の電流調整部241の構成を示す図である。図12を参照して、電流調整部241は調整部24Cをさらに含む点において図4の電流調整部24と異なるが、他の部分の構成は同様であるので以後の説明は繰返さない。
調整部24Cはインターフェース部21からレジスタ31を介して受けるデータDTCに応じて電流ICを入出力する。電流I01は電流IA,IB,ICを合わせた電流となる。なお、調整部24Cの構成は調整部24Bの構成と同様であるので、以後の説明は繰返さない。
以上のように、実施の形態3によればインターフェース部に入力されるデータを電流調整部に送ることにより通常動作時において出力電圧を調整することが可能になる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1,1A,1B 電源回路、2 表示回路、3 制御回路、11 制御データ出力部、21 インターフェース部、22 記憶部、22A,22B データ保持部、23 セレクタ、24AD,24BD 指示回路、24,241 電流調整部、24A〜24C 調整部、24A1,24B1 電流入力部、24A2,24B2 電流出力部、25 モニタデータ出力部、25A,25B データ変換部、26,26A 電圧出力部、27,121 基準電圧発生回路、28,AMP 差動増幅回路、31,RA,RB レジスタ、100 電子機器、110,120 出力部、B1,B100 緩衝増幅器、C1,C2 電流ユニット、CM1〜CM17 カレントミラー回路、F100 ヒューズ、M1〜M21 NチャネルMOSトランジスタ、N0〜N25,W0,W1,W100〜W102 ノード、Q0〜Q7,Q10A〜Q17A,Q10B〜Q17B,Q21,Q22 PNPトランジスタ、Q1A〜Q7A,Q1B〜Q7B,Q11A,Q11B,Q12〜Q17,Q23〜Q28 NPNトランジスタ、R0〜R7,R12〜R17,R21〜R23,R25,R26,R100〜R102,R1A〜R7A,R1B〜R7B,R10A〜R17A,R10B〜R17B,RA1,RA2,RB1,RB2 抵抗、SA,SB 切換回路、T1〜T4 端子。
Claims (8)
- 入出力される制御電流に応じて出力電圧を変化させる電圧出力部と、
制御データに応じて前記制御電流の電流値を決定し、前記電圧出力部に対して前記制御電流を入出力する電流制御部と、
設定データを不揮発的に内部に記憶可能に構成され、電圧調整時においては、入力される電圧調整データを前記制御データとして出力し、通常動作時においては、前記設定データを前記制御データとして出力する制御データ出力部とを備える、半導体装置。 - 前記制御データは、
前記出力電圧を第1の割合で変化させるための第1のデータと、
前記出力電圧を第1の割合よりも小さい第2の割合で変化させるための第2のデータとを含み、
前記電流制御部は、
前記第1のデータに応じ、前記電圧出力部に対して前記制御電流を入出力する第1の電流調整部と、
前記第2のデータに応じ、前記電圧出力部に対して前記制御電流を入出力する第2の電流調整部とを含む、請求項1に記載の半導体装置。 - 前記電圧出力部は、
電源ノードと、前記制御電流が入出力される第1のノードとの間に接続される第1の抵抗と、
前記第1のノードと接地ノードとの間に接続される第2の抵抗と、
前記第1のノードに入力端子が接続され、前記出力電圧を出力する第2のノードに出力端子が接続される緩衝増幅器とを含む、請求項2に記載の半導体装置。 - 前記電圧出力部は、
基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、
前記基準電圧を非反転入力端子に受け、前記制御電流が入出力される第1のノードに反転入力端子が接続され、前記出力電圧を出力する第2のノードに出力端子が接続される差動増幅回路と、
前記第1のノードと前記第2のノードとの間に接続される第1の抵抗と、
前記第1のノードと接地ノードとの間に接続される第2の抵抗とを含む、請求項2に記載の半導体装置。 - 前記制御データ出力部は、
外部から前記電圧調整データが入力される入力部と、
前記設定データを不揮発的に記憶する記憶部と、
前記電圧調整時と前記通常動作時とのいずれか一方を示す切替信号に応じ、前記電圧調整データと前記設定データとのいずれか一方を前記制御データとして選択する選択部とを含む、請求項2に記載の半導体装置。 - 前記選択部から受ける前記制御データを外部に出力するモニタデータ出力部をさらに備える、請求項5に記載の半導体装置。
- 前記入力部は、前記通常動作時において、前記出力電圧が目標電圧になるように補正するための補正データを受け、
前記電流制御部は、
前記入力部を経由して与えられる前記補正データに応じ、前記電圧出力部に対して前記制御電流を入出力する第3の電流調整部をさらに含む、請求項5に記載の半導体装置。 - 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の半導体装置を備える、電源装置。
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080515 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110301 |
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A02 | Decision of refusal |
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