JP2008078730A

JP2008078730A - 半導体集積回路

Info

Publication number: JP2008078730A
Application number: JP2006252483A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsuzaki; 賞松崎
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】半導体集積回路の微小定電流源を共通化し小型化、低消費電力を図る。
【解決手段】発振回路４００と、発振回路４００で発振ＣＬＫが正しく行われているか否かを確認する発振停止検出回路３００と、電源電圧ＶＤＤから一定電圧ＶＲＬを発生して発振回路４００に一定電圧ＶＲＬを供給する定電圧発生回路２００と、を有する半導体集積回路１であって、定電圧発生回路２００と発振停止検出回路３００に微小定電流Ｉｒｅｆを供給する共通の微小定電流源１００を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、微小定電流源から供給される微小定電流により動作する定電圧発生回路と発振停止回路を具備した半導体集積回路に関する。

近年の集積化技術、通信技術などの進歩により、携帯電話や情報端末といった各種電子機器の携帯化が進み、これらに内蔵される半導体集積回路（Integrated Circuit：以下、ＩＣと略す。）には一層の低消費電力化が要求されている。

例えば、ウォッチ（腕時計）の場合、環境への配慮から一次電池を使わないものが増え、自動巻き、太陽電池や熱電効果などによって自己発電した電力を二次電池に蓄えて、モータや内蔵する制御用ＩＣの電源として用いるものがある。最近では、ゼンマイにより機械的に針を動かすとともに、同時に水晶振動子や内蔵する制御用ＩＣのための発電を行って、水晶時計レベルの正確な時間を保証するものが実用化されつつある。この場合、内蔵される制御用ＩＣに許容される動作電圧及び動作電流の上限は、それぞれ例えば０．５Ｖ、５０ｎＡとされる。

一般的に、上述した制御用ＩＣは、金属酸化膜半導体（Metal-Oxide-Semiconductor：以下、ＭＯＳと略す。）トランジスタにより構成される。この制御用ＩＣの消費電力を低減するためには、内蔵するＭＯＳトランジスタの寄生容量の低減は言うまでもないが、消費電力が動作電圧（電源電圧）の２乗に比例するため、動作電圧を低下させることが最も効果的である。

ウォッチ用ＩＣの場合、外付けされた水晶振動子が接続された水晶発振回路、発振出力の分周やタイミング制御を行う回路をＭＯＳ電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor：以下、ＦＥＴと略す。）により構成することによって、著しい低消費電流動作、低定電圧動作が可能となる。水晶発振回路では、発振回路による発振が行われているか否かを確認し、発振が行われていない期間は電圧供給を止めることによって更なる省電力化が図れる。

例えば、特許文献１では、発振回路で発振が正しく行われているか否かを確認する発振停止検出回路と、電源電圧から一定電圧を発生して発振回路に一定電圧を供給する定電圧発生回路と、定電圧回路を初期化するスタートアップ回路とを有するパワーオンリセット回路において、発振回路の発振状態に応じて電源をオン／オフする方法が記載されている。

また、従来は図４に示すように、微小定電流Ｉｒｅｆを供給するための微小定電流源１００は、発振停止検出回路３００と定電圧発生回路２００の各々が有するように構成されていた。

特開平１０−３３２７５０号公報

しかしながら、微小定電流源１００は、トランジスタ幅が数μｍ、トランジスタ長が数千μｍからなるデプレッション型のＮｃｈトランジスタ１０２を有し、数ｎＡ〜１０ｎＡ程度まで電流調整して微小定電流を供給するように構成されているため、半導体集積回路のレイアウト面積が大きくなり、チップサイズの小型化が困難であった。また、各々に微小定電流源１００を設置しているので、その分だけの電流パスが存在し、時計用のＩＣなどのように１００ｎＡ〜数百ｎＡで駆動する製品では、低消費電流化の妨げにもなっていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、発振停止検出回路と定電圧発生回路の微小定電流源を共通化することによりチップサイズの小型化と低消費電流化を実現できる半導体集積回路を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の半導体集積回路では、発振回路と、前記発振回路で発振が正しく行われているか否かを確認する発振停止検出回路と、電源電圧から一定電圧を発生して前記発振回路に前記一定電圧を供給する定電圧発生回路と、を有する半導体集積回路であって、前記定電圧発生回路と前記発振停止検出回路は、微小定電流の供給を受ける共通の微小定電流源を有することを要旨とする。

この構成によれば、半導体集積回路において従来は２つ必要だった微小定電流源を１つにすることができるのでチップサイズを小型にすることができ、さらに、電流パスが半分になるので低消費電流化ができる。

また、本発明の半導体集積回路では、前記微小定電流源は、エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴと、デプレッション型ＭＯＳＦＥＴと、から構成されている。

この構成によれば、デプレッション型ＭＯＳＦＥＴにより電流を数ｎＡから１０ｎＡ程度まで電流調整して微小定電流を供給することができる。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。
（第１実施形態）

＜半導体集積回路の構成＞
まず、第１実施形態に係る半導体集積回路の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体集積回路の構成を示すブロック図である。図１に示すように、水晶振動子４１０からリアルタイムクロックを生成する半導体集積回路１は、微小定電流源１００と、定電圧発生回路２００と、発振停止検出回路３００と、発振回路４００と、制御回路５００と、から概略構成されている。

微小定電流源１００は、定電圧発生回路２００と発振停止検出回路３００に微小定電流Ｉｒｅｆを供給する。定電圧発生回路２００は、電源電圧ＶＤＤと微小定電流Ｉｒｅｆに基づき発振回路４００や制御回路５００に対し定電圧ＶＲＬを供給する。発振停止検出回路３００は、制御回路５００を介し発振回路４００から出力されるクロック信号ＣＬＫを入力し、発振回路４００の発振が正しく行われているか否かを検出し、制御回路５００に検出信号ＦＳＴＯＰを出力する。

次に、微小定電流源と定電圧発生回路と発振停止検出回路の構成について図２を参照して説明する。図２は、微小定電流源と定電圧発生回路と発振停止検出回路の構成を示す回路図である。

＜微小定電流源の構成＞
図２に示すように、微小定電流源１００は、エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴであるＰｃｈトランジスタ１０１と、デプレッション型ＭＯＳＦＥＴであるＮｃｈトランジスタ１０２と、から構成されている。Ｐｃｈトランジスタ１０１とＮｃｈトランジスタ１０２は、電源電圧ＶＤＤと接地電位の間に直列に接続され、Ｐｃｈトランジスタ１０１のゲートとドレインが相互に接続され、Ｎｃｈトランジスタ１０２のゲートとソースが相互に接続されている。Ｐｃｈトランジスタ１０１とＮｃｈトランジスタ１０２の接続点から微小定電流Ｉｒｅｆが出力される。Ｎｃｈトランジスタ１０２は、トランジスタ幅が数μｍ、トランジスタ長が数千μｍのデプレッション型ＭＯＳＦＥＴであり、半導体集積回路１のチップ面積を大きく占有している。

＜定電圧発生回路の構成＞
次に、定電圧発生回路２００は、電源電圧ＶＤＤと接地電位の間に直列に接続されたＰｃｈトランジスタ２０１とＮｃｈトランジスタ２０２と、電源電圧ＶＤＤとＮｃｈトランジスタ２０７を介して接地電位の間に直列に接続されたＰｃｈトランジスタ２０３とＮｃｈトランジスタ２０４と、電源電圧ＶＤＤとＮｃｈトランジスタ２０７を介して接地電位の間に直列に接続されたＰｃｈトランジスタ２０５とＮｃｈトランジスタ２０６と、電源電圧ＶＤＤと接地電位の間に直列に接続されたＰｃｈトランジスタ２０８、２０９とＮｃｈトランジスタ２１０と、コンデンサ２１２と、から構成されている。

Ｐｃｈトランジスタ２０１のゲートには、微小定電流Ｉｒｅｆが入力されている。Ｎｃｈトランジスタ２０２のゲートとドレインは、相互に接続されている。Ｐｃｈトランジスタ２０３のゲートとＰｃｈトランジスタ２０５のゲートは、相互に接続され、Ｐｃｈトランジスタ２０５のゲートとドレインが相互に接続されている。Ｎｃｈトランジスタ２０４のゲートは、Ｐｃｈトランジスタ２０１とＮｃｈトランジスタ２０２の接続点に接続されている。Ｎｃｈトランジスタ２０７のゲートは、Ｎｃｈトランジスタ２０２のドレインと接続されている。

コンデンサ２１２は、Ｐｃｈトランジスタ２０８のゲートとドレイン間に接続されている。Ｐｃｈトランジスタ２０８のゲートは、Ｐｃｈトランジスタ２０３とＮｃｈトランジスタ２０４の接続点に接続されている。Ｐｃｈトランジスタ２０９は、ゲートとドレインが相互に接続され、バックゲートとソースが相互に接続されている。Ｎｃｈトランジスタ２０６のゲートは、Ｐｃｈトランジスタ２０８、２０９の接続点に接続されている。Ｎｃｈトランジスタ２１０のゲートは、Ｎｃｈトランジスタ２０２のドレインと接続されている。Ｐｃｈトランジスタ２０８、２０９の接続点から定電圧ＶＲＬが出力される。

＜発振停止検出回路の構成＞
次に、発振停止検出回路３００は、電源電圧ＶＤＤと接地電位の間に直列に接続されたＰｃｈトランジスタ３０１とＮｃｈトランジスタ３０２と、電源電圧ＶＤＤとコンデンサ３２１を介して接地電位の間に直列に接続されたＰｃｈトランジスタ３０３、３０４と、Ｐｃｈトランジスタ３０３、３０４の接続点と接地電位の間に接続されたコンデンサ３２０と、２つのインバータ３１０、３１１と、Ｐｃｈトランジスタ３０４とコンデンサ３２１の接続点と接地電位の間に接続されたＮｃｈトランジスタ３０５と、から構成されている。

Ｐｃｈトランジスタ３０１のゲートには、微小定電流源１００から出力された微小定電流Ｉｒｅｆが入力されている。Ｎｃｈトランジスタ３０２のドレインは、ゲートと相互に接続され、さらにＮｃｈトランジスタ３０５のゲートと接続されている。制御回路５００を介して発振回路４００から出力されるクロック信号ＣＬＫは、インバータ３１０とＰｃｈトランジスタ３０３のゲートに入力される。インバータ３１０の出力信号は、Ｐｃｈトランジスタ３０４のゲートに入力される。インバータ３１１は、Ｐｃｈトランジスタ３０４とコンデンサ３２１の接続点に接続され、検出信号ＦＳＴＯＰを出力する。

発振停止検出回路３００は、発振回路４００から出力されるクロック信号ＣＬＫが正常に動作している間は、Ｈレベルの検出信号ＦＳＴＯＰを制御回路５００に出力し、クロック信号ＣＬＫが動作していない期間は、Ｌレベルの検出信号ＦＳＴＯＰを制御回路５００に出力する。制御回路５００は、Ｌレベルの検出信号ＦＳＴＯＰが入力されると、動作を停止し消費電力を抑えるように働く。

以上に述べた前記実施形態によれば、以下の効果が得られる。

本実施形態では、半導体集積回路において従来２つ必要だった微小定電流源を１つにすることができるのでチップサイズを小型にすることができ、さらに、電流パスが半分になるので低消費電流化を実現できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることができる。以下、変形例を挙げて説明する。

（変形例１）本発明に係る半導体集積回路の第１変形例について説明する。前記第１実施形態では、微小定電流源１００を定電圧発生回路２００と発振停止検出回路３００に対し共通にする構成を説明したが、本変形例１では、発振停止検出回路３００のＰｃｈトランジスタ３０１とＮｃｈトランジスタ３０２を、定電圧発生回路２００のＰｃｈトランジスタ２０１とＮｃｈトランジスタ２０２と共通にする構成を示す。

図３は、変形例１における微小定電流源と定電圧発生回路と発振停止検出回路の構成を示す回路図である。図３に示すように、定電圧発生回路２００のＰｃｈトランジスタ２０１とＮｃｈトランジスタ２０２の接続点からの出力される電流Ｉｒｅｆ２を発振停止検出回路３００のＮｃｈトランジスタ３０５のゲートに入力する。

この構成によれば、第１実施形態の構成に対して発振停止検出回路３００のＰｃｈトランジスタ３０１とＮｃｈトランジスタ３０２を削減できる分、チップサイズを小型化でき、さらに電流パスを減らせるので、低消費電力化を実現できる。

本発明の第１実施形態に係る半導体集積回路の構成を示すブロック図。微小定電流源と定電圧発生回路と発振停止検出回路の構成を示す回路図。変形例１における微小定電流源と定電圧発生回路と発振停止検出回路の構成を示す回路図。従来の微小定電流源と定電圧発生回路と発振停止検出回路の構成を示す回路図。

符号の説明

１…半導体集積回路、１００…微小定電流源、１０１…Ｐｃｈトランジスタ、１０２…Ｎｃｈトランジスタ、２００…定電圧発生回路、２０１…Ｐｃｈトランジスタ、２０２…Ｎｃｈトランジスタ、２０３…Ｐｃｈトランジスタ、２０４…Ｎｃｈトランジスタ、２０５…Ｐｃｈトランジスタ、２０６…Ｎｃｈトランジスタ、２０７…Ｎｃｈトランジスタ、２０８…Ｐｃｈトランジスタ、２０９…Ｐｃｈトランジスタ、２１０…Ｎｃｈトランジスタ、２１２…コンデンサ、３００…発振停止検出回路、３０１…Ｐｃｈトランジスタ、３０２…Ｎｃｈトランジスタ、３０３…Ｐｃｈトランジスタ、３０４…Ｐｃｈトランジスタ、３０５…Ｎｃｈトランジスタ、３１０…インバータ、３１１…インバータ、３２０…コンデンサ、３２１…コンデンサ、４００…発振回路、４１０…水晶振動子、５００…制御回路。

Claims

発振回路と、前記発振回路で発振が正しく行われているか否かを確認する発振停止検出回路と、電源電圧から一定電圧を発生して前記発振回路に前記一定電圧を供給する定電圧発生回路と、を有する半導体集積回路であって、
前記定電圧発生回路と前記発振停止検出回路は、微小定電流の供給を受ける共通の微小定電流源を有する、
ことを特徴とする半導体集積回路。
請求項１に記載の半導体集積回路において、前記微小定電流源は、エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴと、デプレッション型ＭＯＳＦＥＴと、から構成されていることを特徴とする半導体集積回路。