JP2007214605A - インバータ駆動回路、及びそれを備えたcmos出力回路並びにスイッチングレギュレータ - Google Patents
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Abstract
【課題】CMOSインバータの駆動回路において回路規模を拡大せずに貫通電流を防止する。
【解決手段】CMOSインバータ出力回路1はMOSトランジスタM11及びM12からなる。インバータ駆動回路2は、MOSトランジスタM21及びM22からなる第1のCMOS回路21と、MOSトランジスタM31及びM32からなる第2のCMOS回路22とからなる。MOSトランジスタM11,M12の各々のゲート入力容量をC11,C12、MOSトランジスタM21,M22,M31,M32の各々のオン抵抗をR21,R22,R31,R32とすると、R32・C12<R22・C11かつR21・C11<R31・C12となるように、設定する。MOSトランジスタM11,M12の各々がオンになるタイミングは、M12,M11がオフになるタイミングよりも遅れるため、MOSトランジスタM11及びM12が同時にオンにならず、貫通電流は発生しない。
【選択図】 図1
【解決手段】CMOSインバータ出力回路1はMOSトランジスタM11及びM12からなる。インバータ駆動回路2は、MOSトランジスタM21及びM22からなる第1のCMOS回路21と、MOSトランジスタM31及びM32からなる第2のCMOS回路22とからなる。MOSトランジスタM11,M12の各々のゲート入力容量をC11,C12、MOSトランジスタM21,M22,M31,M32の各々のオン抵抗をR21,R22,R31,R32とすると、R32・C12<R22・C11かつR21・C11<R31・C12となるように、設定する。MOSトランジスタM11,M12の各々がオンになるタイミングは、M12,M11がオフになるタイミングよりも遅れるため、MOSトランジスタM11及びM12が同時にオンにならず、貫通電流は発生しない。
【選択図】 図1
Description
本発明は、CMOSインバータ回路を駆動するインバータ駆動回路に関し、特に駆動信号レベルがハイからロー及びローからハイに遷移するときに、CMOSインバータ回路のpチャネルMOSトランジスタ及びnチャネルMOSトランジスタが同時にオンになることを防止する回路に関する。
FET駆動のスイッチングレギュレータコントローラでは、その出力段はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor :相補型金属酸化物半導体)インバータ回路を用いたプッシュプル型のMOSインバータに構成することが一般的である。CMOSインバータ回路は、周知のように、pチャネルMOSトランジスタ(以下、pMOSトランジスタと言う)及びnチャネルMOSトランジスタ(以下、nMOSトランジスタと言う)のドレイン同士及びゲート同士を共通に接続し、かつpMOSトランジスタのソースを電源に接続し、nMOSトランジスタのソースをグラウンド(GND)に接続した構成を有する。このCMOSインバータ回路では、共通に接続されたゲートに入力信号を供給し、共通に接続されたドレインから出力信号を取り出す。
CMOSインバータ回路では、入力信号のレベルがハイ(以下、”H”と言う)の時には、nMOSトランジスタがオン、pMOSトランジスタがオフとなり、入力信号のレベルがロー(以下、”L”と言う)の時には、pMOSトランジスタがオン、nMOSトランジスタがオフとなるので、入力信号のレベルが”H”と”L”との間を交互に遷移すると、pMOSトランジスタとnMOSトランジスタとが交互にオン/オフを繰り返すので、理論上はpMOSトランジスタとnMOSトランジスタとは同時にオンにならない。
しかし、実際にはpMOSトランジスタ及びnMOSトランジスタの動作速度の僅かな違いにより、入力信号のレベルが遷移する時に両チャネルのMOSトランジスタが同時にオンになり、電源からグラウンドへ貫通電流が流れ、消費電力の増大を招いてしまう。
そこで、このような貫通電流の発生を防止する技術として特許文献1に開示された「CMOSインバータ回路の貫通電流防止回路」がある。図5に示すように、この回路では、CMOSインバータ回路を構成するpMOSトランジスタ101及びnMOSトランジスタ102の各々と直列に同一導電型のMOSトランジスタ、即ちpMOSトランジスタ101に対してはpMOSトランジスタ103を直列に接続し、nMOSトランジスタ102に対してはnMOSトランジスタ104を直列に接続する。また、MOSトランジスタ103及び104ゲートに対して遅延回路105を介して入力信号を供給する。MOSトランジスタ103及び104は、それぞれMOSトランジスタ101及び102に一定時間遅れで追従する動作を行うので、MOSトランジスタ101及び102が同時にオンなる期間においてもMOSトランジスタ103又は104が必ずオフになるようにすることで、貫通電流を防止することができるとされる。
しかしながら、特許文献1に開示された貫通電流防止回路では、CMOSインバータ回路の貫通電流を防止するために、CMOSインバータ回路を駆動するインバータ駆動回路とは別に遅延回路及び2個のMOSトランジスタが必要であるため、回路規模が増大するという問題点があった。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、CMOSインバータ回路を駆動するインバータ駆動回路において、回路規模を増大することなく貫通電流を防止することを目的とする。
請求項1に係る発明は、CMOSインバータ回路を駆動するインバータ駆動回路であって、ハイレベルとローレベルとの間を交互に遷移する第1の駆動信号を前記CMOSインバータ回路のpMOSトランジスタのゲートに供給する第1のCMOS回路と、前記第1の駆動信号の同相の第2の駆動信号を前記CMOSインバータ回路のnMOSトランジスタのゲートに供給する第2のCMOS回路とを備え、前記第1の駆動信号及び第2の駆動信号の各々により、前記CMOS出力インバータ回路の一対のMOSトランジスタの各々がオフからオンになるタイミングが、一対の相手のMOSトランジスタがオンからオフになるタイミングより遅れるように、前記CMOSインバータ回路の一対のMOSトランジスタの各々のゲート入力容量、及び前記第1のCMOS回路及び第2のCMOS回路の各MOSトランジスタのオン抵抗を設定したインバータ駆動回路である。
請求項2に係る発明は、請求項1に係るインバータ駆動回路において、前記第1のCMOS回路及び第2のCMOS回路はそれぞれ第1のCMOS駆動インバータ回路及び第2のCMOS駆動インバータ回路から構成されており、前記第1のCMOS駆動インバータ回路のnMOSトランジスタのオン抵抗と前記CMOSインバータ回路のpMOSトランジスタのゲート入力容量とによる第1の時定数よりも前記第2のCMOS駆動インバータ回路のnMOSトランジスタのオン抵抗と前記CMOSインバータ回路のnMOSトランジスタのゲート入力容量とによる第2の時定数が短くなり、かつ前記第1のCMOS駆動インバータ回路のpMOSトランジスタのオン抵抗と前記CMOSインバータ回路のpMOSトランジスタのゲート入力容量とによる第3の時定数が前記第2のCMOS駆動インバータ回路のpMOSトランジスタのオン抵抗と前記CMOSインバータ回路のpMOSトランジスタのゲート入力容量とによる第4の時定数よりも短くなるように前記第1のCMOS駆動インバータ回路及び第2のCMOS駆動インバータ回路の各々のpMOSトランジスタのオン抵抗及びnMOSトランジスタのオン抵抗を設定したインバータ駆動回路である。
請求項3に係る発明は、請求項2に係るインバータ駆動回路において、前記CMOSインバータ回路のpMOSトランジスタのゲート入力容量を前記CMOSインバータ回路のnMOSトランジスタのゲート入力容量のm倍に設定し、前記第1のCMOS駆動インバータ回路のpMOSトランジスタのオン抵抗、前記第1のCMOS駆動インバータ回路のnMOSトランジスタのオン抵抗、及び前記第2のCMOS駆動インバータ回路のpMOSトランジスタのオン抵抗を前記第2のCMOS駆動インバータ回路のnMOSトランジスタのオン抵抗のそれぞれ(1/m)倍、(k/m)倍、及びk倍に設定したインバータ駆動回路である(ただしk>1)。
請求項4に係る発明は、CMOSインバータ回路と、そのCMOSインバータ回路を駆動するインバータ駆動回路とを備えたCMOS出力回路であって、前記インバータ駆動回路は、ハイレベルとローレベルとの間を交互に遷移する第1の駆動信号を前記CMOSインバータ回路のpMOSトランジスタのゲートに供給する第1のCMOS回路と、前記第1の駆動信号の同相の第2の駆動信号を前記CMOSインバータ回路のnMOSトランジスタのゲートに供給する第2のCMOS回路とを備え、前記第1の駆動信号及び第2の駆動信号の各々により、前記CMOSインバータ回路の一対のMOSトランジスタの各々がオフからオンになるタイミングが、一対の相手のMOSトランジスタがオンからオフになるタイミングより遅れるように、前記CMOSインバータ回路の一対のMOSトランジスタの各々のゲート入力容量、及び前記第1のCMOS回路及び第2のCMOS回路の各MOSトランジスタのオン抵抗を設定したCMOS出力回路である。
請求項5に係る発明は、請求項4に係るCMOS出力回路を備えたスイッチングレギュレータである。
請求項1、4及び5に係る発明によれば、入力信号のレベルが”L”から”H”に遷移する時は、第1の駆動信号及び第2の駆動信号の双方のレベルがH”から”L”に遷移する。この時、CMOSインバータ回路の一対のMOSトランジスタの一方がオフからオンになるタイミングが、一対のMOSトランジスタの他方がオンからオフになるタイミングより遅れる。また、入力信号のレベルが”H”から”L”に遷移する時は、第1の駆動信号及び第2の駆動信号の双方のレベルが”L”から”H”に遷移する。この時、CMOSインバータ回路の一対のMOSトランジスタの前記他方がオフからオンになるタイミングが、一対のMOSトランジスタの前記一方がオンからオフになるタイミングより遅れる。
請求項2及び3に係る発明によれば、インバータ駆動回路において、入力信号のレベルが”L”から”H”に遷移するときは、第1のCMOS駆動インバータ回路のnMOSトランジスタがオンになり、CMOSインバータ回路のpMOSトランジスタのゲートに供給される第1の駆動信号のレベルが”H”から”L”に遷移する。また、第2のCMOS駆動インバータ回路のnMOSトランジスタがオンになり、CMOSインバータ回路のnMOSトランジスタのゲートに供給される第2の駆動信号のレベルが”H”から”L”に遷移する。
このとき、CMOSインバータ回路のpMOSトランジスタのゲート電圧は第1の時定数に従って下降し、所定のレベルまで下降した時点で、そのpMOSトランジスタがオフからオンに遷移する。また、CMOSインバータ回路のnMOSトランジスタのゲート電圧は第2の時定数に従って下降し、所定のレベルまで下降した時点で、そのnMOSトランジスタがオンからオフに遷移する。ここで、第2の時定数が第1の時定数よりも短いので、CMOSインバータ回路のnMOSトランジスタがオンからオフに遷移した後、pMOSトランジスタがオフからオンに遷移する。
一方、入力信号のレベルが”H”から”L”に遷移するときは、第1のCMOS駆動インバータ回路のpMOSトランジスタがオンになり、CMOSインバータ回路のpMOSトランジスタのゲートに供給される第1の駆動信号のレベルが”L”から”H”に遷移する。また、第2のCMOS駆動インバータ回路のpMOSトランジスタがオンになり、CMOSインバータ回路のpMOSトランジスタのゲートに供給される第2の駆動信号のレベルが”L”から”H”に遷移する。
このとき、CMOSインバータ回路のpMOSトランジスタのゲート電圧は第3の時定数に従って上昇し、所定のレベルまで上昇した時点で、そのpMOSトランジスタがオンからオフに遷移する。また、CMOSインバータ回路のnMOSトランジスタのゲート電圧は第4の時定数に従って上昇し、所定のレベルまで上昇した時点で、nMOSトランジスタがオフからオンに遷移する。ここで、第3の時定数が第4の時定数よりも短いので、CMOSインバータ回路のpMOSトランジスタがオンからオフに遷移した後、nMOSトランジスタがオフからオンに遷移する。
本発明によれば、CMOSインバータ回路の一対のMOSトランジスタの各々のゲート入力容量、及び第1のCMOS回路及び第2のCMOS回路の各MOSトランジスタのオン抵抗を設定するのみで、CMOSインバータ回路の一対のMOSトランジスタの各々がオフからオンに遷移するタイミングが、一対の相手方のMOSトランジスタがオンからオフに遷移するタイミングより遅れるように、CMOSインバータ回路へ駆動信号を供給することができる。したがって、回路規模を拡大することなく、CMOSインバータ回路の貫通電流を防止することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
〔第1の実施形態〕
図1は本発明の第1の実施形態に係るCMOS出力回路の回路図、図2はその動作タイミングチャート、図3は上記CMOS出力回路におけるインバータ駆動回路のnMOSトランジスタの縦構造を示す断面図である。
〔第1の実施形態〕
図1は本発明の第1の実施形態に係るCMOS出力回路の回路図、図2はその動作タイミングチャート、図3は上記CMOS出力回路におけるインバータ駆動回路のnMOSトランジスタの縦構造を示す断面図である。
図1に示すCMOS出力回路は、CMOS出力インバータ回路1と、インバータ駆動回路2とから構成されている。CMOS出力インバータ回路1は、互いに直列接続されたpMOSトランジスタM11と、nMOSトランジスタM12とからなる。pMOSトランジスタM11のソースには電源電圧VDDが印加され、nMOSトランジスタM12のソースは接地されている。また、これら一対のMOSトランジスタM11,M12のドレイン同士が接続されており、それらのドレイン間を接続しているCMOSインバータ回路1の出力側の導電体には出力端子(OUT)が接続されている。さらに、pMOSトランジスタM11のゲートは後述する第1のCMOS回路2Aの出力側に接続されており、nMOSトランジスタM12のゲートには後述する第2のCMOS回路2Bの出力側に接続されている。MOSトランジスタM11,M12の入力側であるゲート側には、それぞれ入力容量C11,C12が存在する。
インバータ駆動回路2は、第1のCMOS回路2Aと、第2のCMOS回路2Bとから構成されている。第1のCMOS回路2Aは、互いに直列接続されたpMOSトランジスタM21と、nMOSトランジスタM22とからなるCMOSインバータ回路で構成されている。また、第2のCMOS回路2Bは、互いに直列接続されたpMOSトランジスタM31と、nMOSトランジスタM32とからなるCMOSインバータ回路で構成されている。pMOSトランジスタM21及びM31の各々のソースには電源電圧VDDが印加され、nMOSトランジスタM22及びM32の各々のソースは接地されている。さらに、一対のMOSトランジスタM21,M22のドレイン同士が接続されており、それらのドレイン間を接続している第1のCMOS回路2Aの出力側の導電体はpMOSトランジスタM11のゲートに接続されている。また、一対のMOSトランジスタM31,M32のドレイン同士が接続されており、それらのドレイン間を接続している第2のCMOS回路2Bの出力側の導電体はnMOSトランジスタM12のゲートに接続されている。さらに、第1のCMOS回路2Aの一対のMOSトランジスタM21,M22のゲート同士が接続されており、それらのゲート間を接続している第1のCMOS回路2Aの入力側の導電体には入力端子(IN)が接続されている。また、第2のCMOS回路2Bの一対のMOSトランジスタM31,M32のゲート同士が接続されており、それらのゲート間を接続している第2のCMOS回路2Bの入力側の導電体には入力端子(IN)が接続されている。
pMOSトランジスタM21,M31はそれぞれのゲートに印加される電圧のレベルが”H”)のときにオフとなり、”L”のときにオンになる。逆に、nMOSトランジスタM22,M32はそれぞれのゲートに印加される電圧のレベルが”L”のときにオフとなり、”H”のときにオンになる。MOSトランジスタM21,M22,M31,M32のそれぞれのオン抵抗をR21,R22,R31,R32とすると、R21,R22,R31,R32が下記[1]、[2]を満たすように設定されている。
R32・C12<R22・C11 …式[1]
R21・C11<R31・C12 …式[2]
R21・C11<R31・C12 …式[2]
ここで、式[1]の左辺はMOSトランジスタM32のオン抵抗とMOSトランジスタM12の入力容量とからなる第2の時定数T2であり、右辺はMOSトランジスタM22のオン抵抗とMOSトランジスタM12の入力容量とからなる第1の時定数T1である。また、式[2]の左辺はMOSトランジスタM21のオン抵抗とMOSトランジスタM11の入力容量とからなる第3の時定数T3であり、右辺はMOSトランジスタM31のオン抵抗とMOSトランジスタM12の入力容量とからなる第4の時定数T4である。
以上のように構成されたCMOS出力回路の動作を図2のタイミングチャートを参照しながら説明する。この図において、(a)は入力端子(IN)に入力されるインバータ駆動回路2の入力電圧、(b)はMOSトランジスタM11のゲート電圧、(c)はMOSトランジスタM12のゲート電圧、(d)は出力端子(OUT)から出力されるCMOSインバータ回路1の出力電圧である。また、各電圧波形において、”H”はVDD、”L”は0である。
まず時刻t0では入力電圧は”L”であるため、pMOSトランジスタM21,M31はオン、nMOSトランジスタM22,M32はオフである。したがって、pMOSトランジスタM21のドレイン電圧は”H”であり、その電圧がpMOSトランジスタM11のゲートに印加される。同様に、pMOSトランジスタM31のドレイン電圧は”H”であり、その電圧がnMOSトランジスタM12のゲートに印加される。このため、pMOSトランジスタM11はオフ、nMOSトランジスタM12はオンとなり、CMOSインバータ回路1の出力電圧は”L”である。このとき、MOSトランジスタM11,M12の入力容量C11,C12の各々には”H”の電圧に対応する電荷が蓄積されている。
次に時刻t1で入力電圧が”H”に遷移すると、pMOSトランジスタM21,M31はオフ、nMOSトランジスタM22,M32はオンとなる。したがって、pMOSトランジスタM11のゲートはnMOSトランジスタM22を介して接地され、nMOSトランジスタM12のゲートはnMOSトランジスタM32を介して接地される。このため、pMOSトランジスタM11のゲート電圧は図2(b)に示すように、第2の時定数T2(=R22・C11)に従って下降し、VDD/2のレベルに達した時点t3でpMOSトランジスタM11はオンになる。同様に、nMOSトランジスタM12のゲート電圧は図2(c)に示すように、第1の時定数T1(=R32・C12)に従って下降し、VDD/2のレベルに達した時点t2でnMOSトランジスタM12はオフになる。ここで、第1の時定数T1の方が第2の時定数T2より短いので、nMOSトランジスタM12がオフになった後にpMOSトランジスタM11がオンになる。つまり、pMOSトランジスタM11とnMOSトランジスタM12とが同時にオンになることはない。pMOSトランジスタM11がオンになると、CMOSインバータ回路1の出力電圧は”H”となる。
次に時刻t4で入力電圧が”L”に遷移すると、pMOSトランジスタM21,M31はオン、nMOSトランジスタM22,M32はオフとなる。したがって、pMOSトランジスタM11のゲートはpMOSトランジスタM21を介して電源に接続され、nMOSトランジスタM12のゲートはpMOSトランジスタM31を介して電源に接続される。このため、pMOSトランジスタM11のゲート電圧は図2(b)に示すように、第3の時定数T3(=R21・C11)に従って上昇し、VDD/2のレベルに達した時点t5でpMOSトランジスタM11はオフになる。同様に、nMOSトランジスタM12のゲート電圧は図2(c)に示すように、第4の時定数T4(=R31・C12)に従って上昇し、VDD/2のレベルに達した時点t6でnMOSトランジスタM12はオンになる。ここで、第3の時定数T3 の方が第4の時定数T4 より短いので、pMOSトランジスタM11がオフになった後にnMOSトランジスタM12がオンになる。つまり、pMOSトランジスタM11とnMOSトランジスタM12とが同時にオンになることはない。nMOSトランジスタM12がオンになると、CMOSインバータ回路1の出力電圧は”L”となる。
前述したMOSトランジスタM11,M12の入力容量C11,C12は、pMOSトランジスタ及びnMOSトランジスタの製造プロセスの関係で、通常、
C11≧C12 …式[3]
となる。そこで、
C12=C …式[4]
とおくと、
C11=m・C(m≧1) …式[5]
となる。
C11≧C12 …式[3]
となる。そこで、
C12=C …式[4]
とおくと、
C11=m・C(m≧1) …式[5]
となる。
さらに、
R32=R …式[6]
とおく。
R32=R …式[6]
とおく。
第1のCMOS回路2Aの時定数と第2のCMOS回路2Bの時定数とのバランスを取るため、
R31=k・R32(k>1)=k・R …式[7]
R21=(1/m)・R32=(1/m)・R …式[8]
R22=(1/m)・R31=(k/m)・R …式[9]
のように設定することが好適である。
R31=k・R32(k>1)=k・R …式[7]
R21=(1/m)・R32=(1/m)・R …式[8]
R22=(1/m)・R31=(k/m)・R …式[9]
のように設定することが好適である。
式[4]〜[9]を式[1]、[2]に代入すると、それぞれ
R・C<(k/m)・R・m・C=k・R・C …式[10]
(1/m)・R・m・C=R・C<k・R・C …式[11]
となる。
R・C<(k/m)・R・m・C=k・R・C …式[10]
(1/m)・R・m・C=R・C<k・R・C …式[11]
となる。
つまり、
第1の時定数T1=第4の時定数T4=k×第2の時定数T2=k×第3の時定数T3
である。
第1の時定数T1=第4の時定数T4=k×第2の時定数T2=k×第3の時定数T3
である。
次に、図3を参照しながら、nMOSトランジスタM22,M32のオン抵抗を設定する方法について説明する。図3に示すように、このnMOSトランジスタは、p型シリコン基板11上に形成されたnエピタキシャル層12と、nエピタキシャル層12内に形成されたp+埋込層13とを備えている。p+埋込層13上にはpウェル領域14が形成されている。また、pウェル領域14内の左上端付近および中央上端付近には、n+のソース領域15及びドレイン領域16が形成され、pウェル領域14内の右上端付近にはp+領域17が形成されている。さらに、pウェル領域14内の左端とソース領域15との間、ドレイン領域16とp+領域17との間、及びpウェル領域14内の右端とp+領域17との間には、それぞれアイソレーション用のp+領域18、19、及び20が形成されている。また、ソース領域15、ドレイン領域16、p+領域17、p+領域18、19、及び20の上面には、酸化膜21が形成されている。酸化膜21は、ソース領域15、ドレイン領域16、p+領域17の上面の厚みがその他の部分よりも薄く構成されている。さらに、酸化膜21の上面には層間絶縁膜22が形成されている。また、層間絶縁膜22内でソース領域15とドレイン領域16とを跨ぎ、かつ酸化膜21の上面に接触するようにポリシリコンゲート24が形成されている。さらに、ソース領域15、ドレイン領域16、及びp+領域17の上側の酸化膜21及び層間絶縁膜22には、コンタクトホールが空けられ、それらの内部にソース電極23、ドレイン電極25、及びバックゲート電極26が形成されている。
以上の構成を有するnMOSトランジスタにおけるオン抵抗Ronは下記の式[12]で表される。
Ron=1/{(W/L)・μs ・Cox・(VG−VT)} …式[12]
Ron=1/{(W/L)・μs ・Cox・(VG−VT)} …式[12]
式[12]において、Wはチャネル幅(ポリシリコンゲート24の図3の紙面に垂直な方向の長さ)、Lはチャネル長である。また、μs はキャリアの表面移動度、Coxは単位面積当たりのゲート容量、VGはゲート電圧、VTはしきい値電圧である。したがって、例えばチャネル幅を変えることにより、オン抵抗Ronを変化させることができる。
以上、nMOSトランジスタについて説明した。pMOSトランジスタについては、nMOSトランジスタの構成から明らかであるから、図示及びその説明は省略する。
なお、本実施形態のように、MOSトランジスタM21,M22,M31,M32のオン抵抗R21,R22,R31,R32を異なる値に設定する代わりに、MOSトランジスタM21,M22,M31,M32のオン抵抗は同じ値とし、別に抵抗素子を付加することにより、同様な作用を行うように構成することが考えられる。しかし、その構成の場合、本実施形態と比較すると、付加する抵抗素子の抵抗値の分だけMOSトランジスタのオン抵抗が小さいため、MOSトランジスタの面積が大きくなる。つまり、(1)MOSトランジスタの面積が小さい、(2)抵抗素子を付加する必要がない、という2点で本実施形態の方が優れている。
〔第2の実施形態〕
図4は本発明の第2の実施形態に係るスイッチングレギュレータの回路図である。この図において、図1と同一の回路には図1で使用した符号を付した。このスイッチングレギュレータは、第1の実施形態に係るCMOS出力回路、即ちインバータ回路1及びインバータ駆動回路2を備えたスイッチングレギュレータである。
図4は本発明の第2の実施形態に係るスイッチングレギュレータの回路図である。この図において、図1と同一の回路には図1で使用した符号を付した。このスイッチングレギュレータは、第1の実施形態に係るCMOS出力回路、即ちインバータ回路1及びインバータ駆動回路2を備えたスイッチングレギュレータである。
このスイッチングレギュレータは、CMOSインバータ回路1と、CMOSインバータ回路1にレベルが”H”と”L”との間を交互に遷移する駆動信号(矩形波)を供給するインバータ駆動回路2と、CMOSインバータ回路1の出力によりオン/オフされるpMOSトランジスタM1と、pMOSトランジスタM1の出力を平滑し、このスイッチングレギュレータの出力電圧Voutを生成するする平滑回路3とを備えている。また、このスイッチングレギュレータは、平滑回路3の出力電圧Voutの分圧電圧を取り出す抵抗分圧回路4と、抵抗分圧回路4の出力電圧と基準電源Vrefの電圧とを比較し、それらの差電圧を増幅する誤差電圧増幅回路5と、三角波発生回路を有し、三角波発生回路の出力電圧を誤差電圧増幅回路5の出力電圧でスライスすることによりPWM波を生成し、インバータ駆動回路2に供給する比較回路6とを備えている。
このスイッチングレギュレータの出力電圧Voutは抵抗分圧回路4により取り出され、誤差電圧増幅回路5により基準電圧との誤差が増幅され、比較回路6において、誤差電圧に応じたデューティー比を有するPWM波に変換され、インバータ駆動回路2に供給される。インバータ駆動回路2は、比較回路2から供給されたPWM波から同様なPWM波を生成し、駆動信号としてCMOSインバータ回路1に供給する。CMOSインバータ回路1は、この駆動信号により動作し、その出力電圧がpMOSトランジスタM1をオン/オフする。平滑回路3の入力には、pMOSトランジスタM1のオン時に電源電圧VDDが入力され、オフ時に遮断されるので、平滑回路3の出力電圧Voutは、電源電圧VDDを前記デューティー比に応じて平滑したレベルとなる。この結果、平滑回路3の出力電圧Voutが一定になるようにフィードバック制御される。
このスイッチングレギュレータによれば、CMOSインバータ回路1に貫通電流が流れないため、消費電力を低減することができる。
1・・・CMOS出力インバータ回路、2,3・・・CMOS出力回路、M11,M12,M21,M22,M31,M32・・・MOSトランジスタ、C11,C12・・・ゲート入力容量、R21,R22,R31,R32・・・オン抵抗。
Claims (5)
- CMOSインバータ回路を駆動するインバータ駆動回路であって、ハイレベルとローレベルとの間を交互に遷移する第1の駆動信号を前記CMOSインバータ回路のpMOSトランジスタのゲートに供給する第1のCMOS回路と、前記第1の駆動信号の同相の第2の駆動信号を前記CMOSインバータ回路のnMOSトランジスタのゲートに供給する第2のCMOS回路とを備え、前記第1の駆動信号及び第2の駆動信号の各々により、前記CMOSインバータ回路の一対のMOSトランジスタの各々がオフからオンになるタイミングが、一対の相手のMOSトランジスタがオンからオフになるタイミングより遅れるように、前記CMOS出力インバータ回路の一対のMOSトランジスタの各々のゲート入力容量、及び前記第1のCMOS回路及び第2のCMOS回路の各MOSトランジスタのオン抵抗を設定したインバータ駆動回路。
- 前記第1のCMOS回路及び第2のCMOS回路はそれぞれ第1のCMOS駆動インバータ回路及び第2のCMOS駆動インバータ回路から構成されており、前記第1のCMOS駆動インバータ回路のnMOSトランジスタのオン抵抗と前記CMOSインバータ回路のpMOSトランジスタのゲート入力容量とによる第1の時定数よりも前記第2のCMOS駆動インバータ回路のnMOSトランジスタのオン抵抗と前記CMOSインバータ回路のnMOSトランジスタのゲート入力容量とによる第2の時定数が短くなり、かつ前記第1のCMOS駆動インバータ回路のpMOSトランジスタのオン抵抗と前記CMOSインバータ回路のpMOSトランジスタのゲート入力容量とによる第3の時定数が前記第2のCMOS駆動インバータ回路のpMOSトランジスタのオン抵抗と前記CMOSインバータ回路のpMOSトランジスタのゲート入力容量とによる第4の時定数よりも短くなるように前記第1のCMOS駆動インバータ回路及び第2のCMOS駆動インバータ回路の各々のpMOSトランジスタのオン抵抗及びnMOSトランジスタのオン抵抗を設定した請求項1記載のインバータ駆動回路。
- 前記CMOSインバータ回路のpMOSトランジスタのゲート入力容量を前記CMOSインバータ回路のnMOSトランジスタのゲート入力容量のm倍に設定し、前記第1のCMOSインバータ駆動回路のpMOSトランジスタのオン抵抗、前記第1のCMOS駆動インバータ回路のnMOSトランジスタのオン抵抗、及び前記第2のCMOS駆動インバータ回路のpMOSトランジスタのオン抵抗を前記第2のCMOS駆動インバータ回路のnMOSトランジスタのオン抵抗のそれぞれ(1/m)倍、(k/m)倍、及びk倍に設定した請求項2記載のインバータ駆動回路(ただしk>1)。
- CMOSインバータ回路と、そのCMOSインバータ回路を駆動するインバータ駆動回路とを備えたCMOS出力回路であって、前記インバータ駆動回路は、ハイレベルとローレベルとの間を交互に遷移する第1の駆動信号を前記CMOSインバータ回路のpMOSトランジスタのゲートに供給する第1のCMOS回路と、前記第1の駆動信号の同相の第2の駆動信号を前記CMOSインバータ回路のnMOSトランジスタのゲートに供給する第2のCMOS回路とを備え、前記第1の駆動信号及び第2の駆動信号の各々により、前記CMOSインバータ回路の一対のMOSトランジスタの各々がオフからオンになるタイミングが、一対の相手のMOSトランジスタがオンからオフになるタイミングより遅れるように、前記CMOSインバータ回路の一対のMOSトランジスタの各々のゲート入力容量、及び前記第1のCMOS回路及び第2のCMOS回路の各MOSトランジスタのオン抵抗を設定したCMOS出力回路。
- 請求項4記載のCMOS出力回路を備えたスイッチングレギュレータ。
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