JP2008140113A - Voltage regulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内部の素子の特性をテストする機能を搭載したボルテージレギュレータ(VR)に関する。 The present invention relates to a voltage regulator (VR) equipped with a function for testing the characteristics of internal elements.
VRは、年々、高精度化される傾向にある。そのため、製造されたICの素子特性を初期評価した後で、保証すべき製品仕様が満足できるように回路特性を調整するという手法が一般的によく用いられている。その評価の際には、外部から測定機器のプローブをICに設置された端子に接触させる必要がある。しかし、テストに使用するための端子(テスト端子)は、ICのチップ面積を増大させてしまうため望ましくない。このような点を考慮して、ICに専用のテスト端子を設けることなく、テストを行う手法としては、特許文献1、2に示されるような技術が開示されている。
従来の技術においては、出力端子をテスト時の入力端子として使用することにより、専用のテスト端子を追加することなく、テストモードに移行することができる。しかしながら、VRの内部素子の特性を評価するためには、テストモード信号を受けて動作する内部素子評価用の回路に、外部からプローブを当てるためのセンス端子を少なくとも1つ以上設ける必要がある。すなわち、特許文献1においては、テストモード制御手段の中にセンス端子を設ける必要があり、また、特許文献2においては、その他の回路に接続された入力端子や出力端子がセンス端子として利用されることになる。
In the conventional technique, the output terminal can be used as an input terminal for testing, thereby shifting to the test mode without adding a dedicated test terminal. However, in order to evaluate the characteristics of the internal element of the VR, it is necessary to provide at least one sense terminal for applying a probe from the outside to the internal element evaluation circuit that operates in response to the test mode signal. That is, in
本発明では、端子数の少ないVRにおいて、テストモードへ移行させるための端子はもちろんのこと、内部素子特性をセンスするための端子も全く追加せずに、高精度なテストを実施することが可能なテスト回路を提供することを目的とする。 In the present invention, in a VR with a small number of terminals, it is possible to carry out a high-accuracy test without adding a terminal for sensing internal element characteristics as well as a terminal for shifting to a test mode. An object of the present invention is to provide a simple test circuit.
本発明は、上記課題を解決するため、内部の素子の特性をテストする機能を搭載したボルテージレギュレータにおいて、出力端子とグランド端子との間に接続された分圧回路と、基準電圧回路と、前記基準電圧回路の出力が反転入力端子に接続され、前記分圧回路の第一出力が非反転入力端子に接続されたエラーアンプと、前記エラーアンプの出力にゲートが接続され、電源端子にソースが接続され、前記出力端子にドレインが接続された出力トランジスタと、前記分圧回路の第二出力が入力される電圧ディテクタと、前記電圧ディテクタの出力によって開閉が制御される、前記出力端子と前記グランド端子との間に設けられた第一スイッチと、前記出力端子と前記グランド端子との間に前記第一スイッチと直列に設けられ、前記第一スイッチの開閉によって電気的特性が前記出力端子と前記グランド端子とを用いて評価される評価対象素子と、前記電圧ディテクタの出力によって開閉が制御される、前記電源端子とトランジスタのゲートとの間に設けられた第二スイッチと、前記出力端子にソースが接続され、前記第二スイッチにゲートとドレインとが接続され、前記第二スイッチの開閉によって前記出力端子からの電流が遮断される前記トランジスタと、を備えていることを特徴とするボルテージレギュレータを提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a voltage regulator equipped with a function of testing the characteristics of an internal element, a voltage dividing circuit connected between an output terminal and a ground terminal, a reference voltage circuit, An output of the reference voltage circuit is connected to the inverting input terminal, an error amplifier in which the first output of the voltage dividing circuit is connected to the non-inverting input terminal, a gate is connected to the output of the error amplifier, and a source is connected to the power supply terminal An output transistor having a drain connected to the output terminal; a voltage detector to which a second output of the voltage dividing circuit is input; and opening and closing controlled by an output of the voltage detector; and the output terminal and the ground A first switch provided between the output terminal and the ground terminal, and is provided in series with the first switch. An element to be evaluated whose electrical characteristics are evaluated by using the output terminal and the ground terminal by opening and closing the circuit, and between the power supply terminal and the gate of the transistor whose opening and closing is controlled by the output of the voltage detector. The second switch, the source is connected to the output terminal, the gate and the drain are connected to the second switch, the transistor from which the current from the output terminal is cut off by opening and closing the second switch, A voltage regulator is provided.
本発明によれば、出力端子をテスト用の端子として使用できるので、専用のテスト用の端子を設けることなく評価対象素子の電気的特性をテストすることができる。 According to the present invention, since the output terminal can be used as a test terminal, the electrical characteristics of the evaluation target element can be tested without providing a dedicated test terminal.
実施形態を図1に示す。まず、回路構成について説明する。出力端子3とグランド端子2の間に分圧回路13が接続されている。基準電圧4が反転入力端子に接続され、分圧ノード5が非反転入力端子に接続されたエラーアンプ12の出力が出力トランジスタ11のゲートに接続されている。出力トランジスタ11のソースは電源端子1に接続され、ドレインは出力端子3に接続されている。分圧ノード6は、電圧ディテクタ14の入力に接続され、その出力によってスイッチ15及びスイッチ16が制御される。スイッチ15及び評価対象素子19は、出力端子3とグランド端子2との間に直列に接続されている。スイッチ16及びヒューズ17は、電源端子1とPMOS18のゲートとの間に直列に接続されている。PMOS18のソースは出力端子3に接続され、PMOS18のドレイン及びゲートとグランド端子2との間に内部回路20が接続されている。
An embodiment is shown in FIG. First, the circuit configuration will be described. A voltage dividing
次に、回路動作について説明する。エラーアンプ12が出力電圧3の分圧ノード5の電圧と基準電圧4とが一致するよう出力トランジスタ11を制御することにより、出力電圧3が一定になる。PMOS18及び内部回路20は、過電流制御や位相補償などの機能を果たす。ここで、分圧回路13や、PMOS18及び内部回路20が出力端子3とグランド端子2との間に接続されているので、出力端子3からグランド端子2に電流が流れ、テスト時に誤差が発生する。
Next, circuit operation will be described. When the
さらに具体化した例を図2及び図3に示す。図3で示す内部回路20の構成として、PMOS21のソースが電源端子1に接続され、ゲートがエラーアンプ12の出力に接続され、ドレインがPMOS22のソースに接続されている。PMOS22のゲートはPMOS18のゲートに接続され、ドレインは抵抗素子23を介してグランド端子2に接続されている。また、定電流源24がPMOS18のドレインとグランド端子2との間に接続されている。すなわち、定電流源24に流れる電流は、出力端子3からグランド端子2に流れる。
A more specific example is shown in FIGS. In the configuration of the
さて、本発明の内容は、分圧ノード6、電圧ディテクタ14、スイッチ15、評価対象素子19、スイッチ16及びヒューズ17によって構成される部分である。従来技術にもあるように、分圧ノード6の電圧により、電圧ディテクタ14の出力論理が切り替わる。例えば、出力端子3に高い電圧が印加されると、分圧ノード6の電圧も高くなり、分圧ノード6の電圧が規定電圧以上である場合、電圧ディテクタ14の出力がローになる。一方、出力端子3に低い電圧が印加されると、分圧ノード6の電圧も低くなり、分圧ノード6の電圧が規定電圧未満である場合、電圧ディテクタ14の出力がハイになる。なお、電圧ディテクタ14がコンパレータである場合、規定電圧は前述の論理を満たすような内部回路で生成されたバイアス電圧である。また、図2で説明するように、電圧ディテクタ14がMOSの反転増幅動作を利用する場合、規定電圧はMOSのしきい値電圧になる。さらに、出力端子3から通常出力される電圧と異なる電圧を印加するテスト時において、印加する電圧が高い場合も低い場合も、VRはテストモードであるという点が従来の技術と異なる点である。よって、評価対象素子19及び分圧回路13内の素子の評価が可能になる。
The content of the present invention is a part constituted by the
次に、電圧ディテクタ14の出力に基づき、スイッチ15及びスイッチ16が開閉する。この時、スイッチ15は、評価対象素子19を出力端子3とグランド端子2との間に接続するか否かを決定している。よって、スイッチ15がオンした場合、ユーザは、出力端子3及びグランド端子2に外部から測定プローブを当てれば、評価対象素子19の電圧−電流特性を評価できる。なお、PMOS18に流れる電流及び分圧回路13に流れる電流が誤差になる。そこで、スイッチ16が、PMOS18に電流を流す通常モードか流さないテストモードかの切り替えを行う。さらに、ここで、評価対象素子19と分圧回路13内の素子とのインピーダンスには大小関係がある。インピーダンスが高い方の素子は、出力端子3に電圧をかけた時に流れる電流が小さくなるので、PMOS18に流れる電流による誤差の影響を大きく受ける。よって、評価対象素子19と分圧回路13内の素子との中で高いインピーダンスの素子の電圧−電流特性を評価する場合、ユーザは、スイッチ16をオンしてPMOS18に電流を流さないテストモードにすることになる。図1の例では、分圧回路13内の素子の方が評価対象素子19よりもインピーダンスが高い場合を示してあり、スイッチ15をオフして分圧回路13内の素子の電圧−電流特性を評価する時に、スイッチ16はオンしている。なお、ユーザは、評価対象素子19の電圧−電流特性を評価する場合、分圧回路13に流れる電流を下式によって算出し、その電流を出力端子3とグランド端子2との間に流れる電流から減算することにより、より高精度な評価対象素子19の評価を行うことができる。ここで、I2’は評価対象素子19に流れる電流(補正後)、I2は出力端子3とグランド端子2との間に流れた電流の実測定値(補正前)、I1は分圧回路13に流れた電流、V2は評価対象素子19をテストする時の(スイッチ15はオン)出力端子3に印加された電圧、V1は分圧回路13をテストする時の(スイッチ15はオフ)出力端子3に印加された電圧とすると、
I2’=I2−{I1×(V2/V1)}
が成立する。
Next, the
I2 ′ = I2− {I1 × (V2 / V1)}
Is established.
ヒューズ17は、テスト終了後に切断され、通常動作時の出力電圧でPMOS18に電流が流れないテストモードにならないようにしている。評価対象素子19及び分圧回路13内の素子の評価後、ヒューズ17が切断され、その状態でVRの他の評価が行われることもある。
The
このようなボルテージレギュレータによると、新たにテストモード移行用端子及び評価対象素子19のセンス用端子が追加されることなく、VRにもともと存在する端子である電源端子1とグランド端子2と出力端子3とのみが使用され、評価対象素子19及び分圧回路13内の素子の電圧−電流特性が評価される。また、内部回路20に流れる電流を止めるスイッチ16及び評価対象素子19を出力端子3とグランド2との間に接続するスイッチ15が設けられたことにより、出力端子3に印加する電圧に基づいて評価対象素子19及び分圧回路13内の素子の電圧−電流特性がより高精度に評価される。
According to such a voltage regulator, the
図2は、電圧ディテクタ14、スイッチ15及びスイッチ16を具体的に示したものである。
FIG. 2 specifically shows the
まず、電圧ディテクタ14の構成として、NMOS34のゲートが分圧ノード6に接続され、ソースはグランド端子2に接続され、ドレインはヒューズ38及びプルアップ用抵抗31を介して電源端子1に接続されている。ヒューズ38の一端は、PMOS32及びNMOS33で構成されるインバータの入力に接続されている。インバータの出力が、PMOS36(スイッチ16)のゲートとNMOS35(スイッチ15)のゲートとに接続されている。PMOS36のソースは電源端子1に接続され、ドレインはヒューズ17に接続されている。ヒューズ37と評価対象素子19とNMOS35とは、出力端子3とグランド端子2との間に直列に接続されている。なお、評価対象素子19とNMOS35とは、順不同である。また、ヒューズ37は、図1には図示されていない。
First, as a configuration of the
次に、回路動作について説明する。分圧ノード6の電圧がNMOS34のしきい値電圧よりも高くなった時、NMOS34がオンし、NMOS34のドレイン電圧がローになる。その結果、PMOS32及びNMOS33で構成されるインバータの出力はハイになり、NMOS35はオンになり、PMOS36はオフになる。したがって、評価対象素子19に電流が流れ、出力端子3とグランド端子2との二端子を用いて評価対象素子19の電圧−電流特性が評価される。一方、分圧ノード6の電圧がNMOS34のしきい値電圧よりも低くなった時、NMOS34がオフし、NMOS34のドレイン電圧がハイになるので、インバータの出力はローになる。その結果、NMOS35はオフし、PMOS36はオンし、評価対象素子19及びPMOS18に電流が流れなくなることで、分圧回路13内の素子の電圧−電流特性が評価される。なお、分圧回路13内の素子が評価対象素子19に比べて高いインピーダンスの場合として、この状態でPMOS36はオンしている。出力電圧3は電源電圧1以上にはしないため、PMOS18のゲート電圧はソース電圧以上になり、PMOS18はオフする。また、内部回路20に電源端子1からPMOS36を通って電流が流れるが、この電流は出力端子3とグランド端子2との間に接続された測定系には影響しない。ヒューズ17、ヒューズ38及びヒューズ37はテスト終了後に切断されることにより、VRの通常動作時に、PMOS36がオンとなり起こるPMOS18の機能消失が防止され、また、評価対象素子19及びNMOS34の経路の電流が流れない。
Next, circuit operation will be described. When the voltage at the
また、出力端子3に印加する電圧レベルとスイッチ15及びスイッチ16の開閉との論理関係が変更される場合、PMOS32及びNMOS33で構成されるインバータが取り外されたり、NMOS34とプルアップ抵抗31との代わりにソースを出力端子3に接続したPMOSとプルダウン抵抗とが設けられたり、NMOS35及びPMOS36のチャネルの極性が変更されたりする。
Further, when the logical relationship between the voltage level applied to the
次に、図4及び図5を用い、分圧回路13の構成について説明する。分圧ノード5の電圧は基準電圧4と同電位になり、分圧ノード6の反転レベルはNMOS34のしきい値電圧になるとすれば、図4に示すように、分圧ノード5の電圧は分圧ノード6の電圧よりも高くなる。但し、出力電圧3の要求仕様が低電圧化されている中で、必要に応じて基準電圧4を分圧することも考えられ、第1の分圧が第2の分圧よりも低くなる場合がないとも言い切れない。また、図5に示す分圧回路13でもよい。図5に示す分圧回路13は、抵抗41(Ra)、トリミングできる抵抗42(Rb)、抵抗43(Rc)、抵抗44(Rd)によって構成されている。ICが製造された直後は、ヒューズ45によって抵抗42は短絡されているので、分圧ノード5の分圧比n1及び分圧ノード6の分圧比n2は、
n1=(Rc+Rd)/(Ra+Rc+Rd)
n2=Rd/(Ra+Rc+Rd)
となる。また、初期評価の後、ヒューズを切断してトリミングが行われると、分圧ノード5の分圧比n1’及び分圧ノード6の分圧比n2’は、
n1’=(Rc+Rd)/(Ra+Rb+Rc+Rd)
n2’=Rd/(Ra+Rb+Rc+Rd)
となる。ここで、出力電圧3の最大値をVmaxとし、電圧ディテクタ14の反転レベルをVthとしたときに、次の式が成り立つように各抵抗の値を設定する。すると、ユーザは、評価対象素子19及び分圧回路13内の素子のテストを行え、トリミング調整後のVRでは、通常動作時にPMOS36がオンとなり起こるPMOS18の機能消失を防止でき、評価対象素子19及びNMOS34の経路の電流が流れない。
Vmax×n2>Vth>Vmax×n2’
例えば、Vmax=5.0V、Vth=0.5Vの場合、n2>1/10、
n2’<1/10となるから、Rd=1とすると、Ra+Rc+Rd<10、Ra+Rb+Rc+Rd>10となるように、各抵抗の値を決定すればよい。
以上のことから、分圧ノード6の分圧比が1/10程度となる。
Next, the configuration of the
n1 = (Rc + Rd) / (Ra + Rc + Rd)
n2 = Rd / (Ra + Rc + Rd)
It becomes. After the initial evaluation, when the fuse is cut and trimming is performed, the voltage dividing ratio n1 ′ of the
n1 ′ = (Rc + Rd) / (Ra + Rb + Rc + Rd)
n2 ′ = Rd / (Ra + Rb + Rc + Rd)
It becomes. Here, when the maximum value of the
Vmax × n2>Vth> Vmax × n2 ′
For example, when Vmax = 5.0V and Vth = 0.5V, n2> 1/10,
Since n2 ′ <1/10, when Rd = 1, the values of the resistors may be determined so that Ra + Rc + Rd <10 and Ra + Rb + Rc + Rd> 10.
From the above, the voltage dividing ratio of the
1 電源端子 2 グランド端子
3 出力端子 4 基準電圧
5 分圧ノード 6 分圧ノード
11 出力トランジスタ 12 エラーアンプ
13 分圧回路 14 電圧ディテクタ
15,16 スイッチ 17,38,37,45 ヒューズ
19 評価対象素子 20 内部回路
23 抵抗素子 24 定電流源
31 プルアップ抵抗 33,34,35 NMOS
41,42,43,44 抵抗
18,32,36,21,22 PMOS
1
41, 42, 43, 44
Claims (1)
出力端子とグランド端子との間に接続された分圧回路と、
基準電圧回路と、
前記基準電圧回路の出力が反転入力端子に接続され、前記分圧回路の第一出力が非反転入力端子に接続されたエラーアンプと、
前記エラーアンプの出力にゲートが接続され、電源端子にソースが接続され、前記出力端子にドレインが接続された出力トランジスタと、
前記分圧回路の第二出力が入力される電圧ディテクタと、
前記電圧ディテクタの出力によって開閉が制御される、前記出力端子と前記グランド端子との間に設けられた第一スイッチと、
前記出力端子と前記グランド端子との間に前記第一スイッチと直列に設けられ、前記第一スイッチの開閉によって電気的特性が前記出力端子と前記グランド端子とを用いて評価される評価対象素子と、
前記電圧ディテクタの出力によって開閉が制御される、前記電源端子とトランジスタのゲートとの間に設けられた第二スイッチと、
前記出力端子にソースが接続され、前記第二スイッチにゲートとドレインとが接続され、前記第二スイッチの開閉によって前記出力端子からの電流が遮断される前記トランジスタと、
を備えていることを特徴とするボルテージレギュレータ。 In a voltage regulator equipped with a function to test the characteristics of internal elements,
A voltage dividing circuit connected between the output terminal and the ground terminal;
A reference voltage circuit;
An error amplifier in which an output of the reference voltage circuit is connected to an inverting input terminal, and a first output of the voltage dividing circuit is connected to a non-inverting input terminal;
An output transistor having a gate connected to the output of the error amplifier, a source connected to a power supply terminal, and a drain connected to the output terminal;
A voltage detector to which a second output of the voltage dividing circuit is input;
A first switch provided between the output terminal and the ground terminal, the opening and closing of which is controlled by the output of the voltage detector;
An evaluation target element provided in series with the first switch between the output terminal and the ground terminal, the electrical characteristics of which are evaluated using the output terminal and the ground terminal by opening and closing the first switch; ,
A second switch provided between the power supply terminal and the gate of the transistor, the opening and closing of which is controlled by the output of the voltage detector;
A source connected to the output terminal, a gate and a drain connected to the second switch, and the transistor from which current from the output terminal is cut off by opening and closing the second switch;
A voltage regulator characterized by comprising:
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