JP2009254148A - Semiconductor integrated device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor integrated device that includes an output circuit capable of preventing a through current in accordance with characteristics of a MOS transistor. <P>SOLUTION: The semiconductor integrated device is provided with an output circuit 11 having first/second MOS transistors M1, M2, a drive circuit 12 for alternately turning ON/OFF both of the first/second MOS transistors, and a control means 13. The control means calculates elapsed time ΔT during which a gate voltage Vg2 (Vg1) of the MOS transistor M2 (M1) in the ON state of the first/second MOS transistors M1, M2 changes from a first voltage V1, set between a voltage when the gate voltage Vg2 (Vg1) starts to reverse and a threshold Vth2 (Vth1) of the MOS transistor M2 (M1) in the ON state, to a second voltage V2, set between the first voltage V1 and the threshold Vth2 (Vth1), and outputs a signal, delayed in accordance with the elapsed time ΔT, to the drive circuit 12 as a control signal Vc1 (Vc2) that turns ON the MOS transistor M1 (M2) in the OFF state. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体集積装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor integrated device.

直列接続されたハイサイドMOSトランジスタおよびローサイドMOSトランジスタを交互にオンオフさせて、入力電圧を変圧した電圧を出力するDC−DCコンバータでは、ハイサイドおよびローサイドMOSトランジスタの動作タイミングの僅かな違いなどにより、反転するときに両方のMOSトランジスタが同時にオンになり、電源からグランドへ貫通電流が流れ、消費電流の増大を招く問題がある。   In the DC-DC converter that outputs a voltage obtained by transforming the input voltage by alternately turning on and off the high-side MOS transistor and the low-side MOS transistor connected in series, due to a slight difference in the operation timing of the high-side and low-side MOS transistors, When inverting, both MOS transistors are turned on at the same time, and there is a problem that a through current flows from the power source to the ground, resulting in an increase in current consumption.

そのため、駆動信号が反転するときに両方のMOSトランジスタを同時にオフするデッドタイムを設け、貫通電流を防止している(例えば特許文献1参照)。   Therefore, a dead time for simultaneously turning off both MOS transistors when the drive signal is inverted is provided to prevent a through current (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に開示されたDC−DCコンバータは、ローサイド・スイッチのボディー・ダイオード内の電流の導通を検出するセンスFETと、センスFETに結合され、電流の導通における変化を検出する電流検出/比較器回路と、電流検出/比較器回路に結合され、ハイサイド・スイッチとローサイド・スイッチとの間でスイッチングする際の遅延時間を予測し調整する遅延回路およびクロック/ロジック回路とを具備している。   The DC-DC converter disclosed in Patent Document 1 is a sense FET that detects current conduction in a body diode of a low-side switch, and a current detection / comparison that is coupled to the sense FET and detects a change in current conduction. And a delay circuit and a clock / logic circuit coupled to the current detection / comparator circuit for predicting and adjusting a delay time when switching between the high-side switch and the low-side switch. .

然しながら、ハイサイドMOSトランジスタおよびローサイドMOSトランジスタの少なくともいずれかを、特性の異なる別のMOSトランジスタに交換した場合に、ゲート入力容量の違いなどにより、ゲート信号の傾きが変わるので、デッドタイムの増加による変換効率の低下や、あるいは貫通電流の発生による損出が増加するなどの問題がある。   However, when at least one of the high-side MOS transistor and the low-side MOS transistor is replaced with another MOS transistor having different characteristics, the slope of the gate signal changes due to a difference in gate input capacitance, etc. There are problems such as a decrease in conversion efficiency and an increase in loss due to the occurrence of a through current.

特に、ハイサイドMOSトランジスタ、ローサイドMOSトランジスタ、およびドライバICを1パッケージ内に収納したMCM(Multi Chip Module)では、MOSトランジスタの仕様が変更されるたびに、デッドタイムの調整を行う必要があり、多大な時間と費用が発生するという問題がある。   In particular, in an MCM (Multi Chip Module) in which a high-side MOS transistor, a low-side MOS transistor, and a driver IC are housed in one package, it is necessary to adjust dead time each time the specification of the MOS transistor is changed. There is a problem that a great deal of time and money is generated.

特許文献1に開示されたDC−DCコンバータは、この点に関しては何も開示していない。
特開2005−94994号公報
The DC-DC converter disclosed in Patent Document 1 does not disclose anything about this point.
JP 2005-94994 A

本発明は、MOSトランジスタの特性に合わせて貫通電流を防止できる出力回路を有する半導体集積装置を提供する。   The present invention provides a semiconductor integrated device having an output circuit capable of preventing a through current in accordance with the characteristics of a MOS transistor.

本発明の一態様の半導体集積装置は、入力電圧と基準電位との間に直列接続された第1絶縁ゲート電界効果トランジスタと第2絶縁ゲート電界効果トランジスタとを有し、前記入力電圧を変圧した電圧を出力する出力回路と、駆動信号に応じて、前記第1絶縁ゲート電界効果トランジスタおよび前記第2絶縁ゲート電界効果トランジスタを交互にオンオフするドライブ回路と、前記第1絶縁ゲート電界効果トランジスタおよび前記第2絶縁ゲート電界効果トランジスタのうち、オン状態の絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲート電圧が、前記ゲート電圧が反転し始めるときの電圧とオン状態の前記絶縁ゲート電界効果トランジスタのしきい値との間に設定された第1電圧から、前記第1電圧と前記しきい値との間に設定された第2電圧に至るまでの経過時間を求め、前記経過時間に応じて遅延せしめた信号をオフ状態の前記絶縁ゲート電界効果トランジスタをオンさせる制御信号として前記ドライブ回路に出力する制御手段と、を具備することを特徴としている。   A semiconductor integrated device of one embodiment of the present invention includes a first insulated gate field effect transistor and a second insulated gate field effect transistor connected in series between an input voltage and a reference potential, and transforms the input voltage. An output circuit that outputs a voltage; a drive circuit that alternately turns on and off the first insulated gate field effect transistor and the second insulated gate field effect transistor according to a drive signal; the first insulated gate field effect transistor; Among the second insulated gate field effect transistors, the gate voltage of the insulated gate field effect transistor in the on state is between the voltage when the gate voltage starts to reverse and the threshold value of the insulated gate field effect transistor in the on state. From the first voltage set to the second voltage set between the first voltage and the threshold value. And a control means for outputting to the drive circuit as a control signal for turning on the insulated gate field effect transistor in an off state, a time delay until the elapsed time is obtained. Yes.

本発明によれば、MOSトランジスタの特性に合わせて貫通電流を防止できる出力回路を有する半導体集積装置が得られる。   According to the present invention, a semiconductor integrated device having an output circuit capable of preventing a through current in accordance with the characteristics of a MOS transistor can be obtained.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明の実施例1に係る半導体集積装置について図1乃至図6を用いて説明する。図1は半導体集積装置を示す図で、図1(a)はその構成を示すブロック図、図1(b)は要部を示すブロック図、図2は半導体集積装置の第1および第2電圧検出回路を示す回路図、図3は半導体集積装置の時間算出回路を示す回路図、図4は半導体集積装置の演算回路を示す回路図、図5は半導体集積装置の動作を示すタイミングチャート、図6は本実施例の効果を比較例と対比して示す図で、図6(a)が本実施例を示す図、図6(b)が比較例を示す図である。   A semiconductor integrated device according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a semiconductor integrated device, FIG. 1 (a) is a block diagram showing its configuration, FIG. 1 (b) is a block diagram showing essential parts, and FIG. 2 is a first and second voltage of the semiconductor integrated device. FIG. 3 is a circuit diagram showing a time calculation circuit of the semiconductor integrated device, FIG. 4 is a circuit diagram showing an arithmetic circuit of the semiconductor integrated device, and FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the semiconductor integrated device. 6 is a diagram showing the effect of the present embodiment in comparison with the comparative example, FIG. 6A is a diagram illustrating the present embodiment, and FIG. 6B is a diagram illustrating the comparative example.

図1(a)に示すように、本実施例の半導体集積装置10は、入力電圧Vinと基準電位GNDとの間に直列接続されたNチャネル第1絶縁ゲート電界効果トランジスタ(以後第1MOSトランジスタという)M1とNチャネル第2絶縁ゲート電界効果トランジスタ(以後第2MOSトランジスタという)M2とを有し、入力電圧Vinを変圧した電圧Vout(以後出力電圧という)を出力する出力回路11と、駆動信号PWMに応じて、第1MOSトランジスタM1および第2MOSトランジスタM2を交互にオンオフするドライブ回路12とを具備している。   As shown in FIG. 1A, the semiconductor integrated device 10 of this embodiment includes an N-channel first insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as a first MOS transistor) connected in series between an input voltage Vin and a reference potential GND. ) M1 and an N-channel second insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as a second MOS transistor) M2, an output circuit 11 for outputting a voltage Vout (hereinafter referred to as an output voltage) obtained by transforming the input voltage Vin, and a drive signal PWM Accordingly, a drive circuit 12 for alternately turning on and off the first MOS transistor M1 and the second MOS transistor M2 is provided.

更に、第1MOSトランジスタM1および第2MOSトランジスタM2のうち、オン状態のMOSトランジスタM2(M1)のゲート電圧Vg2(Vg1)が、ゲート電圧Vg2(Vg1)が反転し始めるときの電圧とオン状態のMOSトランジスタM2(M1)のしきい値Vth2(Vth1)との間に設定された第1電圧V1から、第1電圧V1としきい値Vth2(Vht1)との間に設定された第2電圧V2に至るまでの経過時間ΔTを求め、経過時間ΔTに応じて遅延した信号を生成し、遅延した信号をオフ状態のMOSトランジスタM1(M2)をオンさせる制御信号Vc1(Vc2)としてドライブ回路12に出力する制御手段13を具備している。   Further, of the first MOS transistor M1 and the second MOS transistor M2, the gate voltage Vg2 (Vg1) of the on-state MOS transistor M2 (M1) is equal to the voltage at which the gate voltage Vg2 (Vg1) starts to be inverted and the on-state MOS From the first voltage V1 set between the threshold value Vth2 (Vth1) of the transistor M2 (M1) to the second voltage V2 set between the first voltage V1 and the threshold value Vth2 (Vht1). Elapsed time ΔT is obtained, a delayed signal is generated according to the elapsed time ΔT, and the delayed signal is output to the drive circuit 12 as a control signal Vc1 (Vc2) for turning on the MOS transistor M1 (M2) in the off state. Control means 13 is provided.

出力回路11において、第1MOSトランジスタM1(ハイサイドトランジスタ)は、ドレインが入力電圧Vinに接続され、ソースが出力ノードNoutに接続され、ゲートがドライブ回路12のハイサイドドライブ回路14に接続されている。
第2MOSトランジスタM2(ローサイドトランジスタ)は、ドレインが出力ノードNoutに接続され、ソースが基準電位GNDに接続され、ゲートがドライブ回路12のローサイドドライブ回路15に接続されている。
In the output circuit 11, the first MOS transistor M <b> 1 (high side transistor) has a drain connected to the input voltage Vin, a source connected to the output node Nout, and a gate connected to the high side drive circuit 14 of the drive circuit 12. .
The second MOS transistor M2 (low side transistor) has a drain connected to the output node Nout, a source connected to the reference potential GND, and a gate connected to the low side drive circuit 15 of the drive circuit 12.

出力ノードNoutには、インダクタLとキャパシタCを有するローパスフィルタが接続されている。ローパスフィルタにより平滑化された出力電圧Voutが、一定出力電圧Vdcとして外部に出力される。   A low pass filter having an inductor L and a capacitor C is connected to the output node Nout. The output voltage Vout smoothed by the low-pass filter is output to the outside as a constant output voltage Vdc.

ドライブ回路12において、ハイサイドドライブ回路14は、駆動信号PWMに応じて第1MOSトランジスタM1を駆動するハイレベルの駆動電圧を生成する。ローサイドドライブ回路15は、駆動信号PWMに応じて第2MOSトランジスタM2を駆動するローレベルの駆動電圧を生成する。   In the drive circuit 12, the high side drive circuit 14 generates a high level drive voltage for driving the first MOS transistor M1 in accordance with the drive signal PWM. The low side drive circuit 15 generates a low level drive voltage for driving the second MOS transistor M2 in accordance with the drive signal PWM.

図1(b)に示すように、制御回路13は、ゲート電圧Vg2(Vg1)と第1電圧V1とを比較し、第1比較結果Vo1を出力する第1電圧検出回路21と、ゲート電圧Vg2(Vg1)と第2電圧V2とを比較し、第2比較結果Vo2を出力する第2電圧検出回路22と、第1比較結果Vo1および第2比較結果Vo2を用いて、ゲート電圧Vg2(Vg1)が第1電圧V1から第2電圧V2に至るまでの経過時間ΔTを求める時間算出回路23と、第2比較結果Vo2を経過時間ΔTに応じて時間τ(ΔT)だけ遅延させ、遅延した第2比較結果Vo2を制御信号Vc1(Vc2)としてドライブ回路12に出力する演算回路24とを具備している。   As shown in FIG. 1B, the control circuit 13 compares the gate voltage Vg2 (Vg1) with the first voltage V1, outputs the first comparison result Vo1, and the gate voltage Vg2. (Vg1) is compared with the second voltage V2, and the second voltage detection circuit 22 that outputs the second comparison result Vo2 and the first comparison result Vo1 and the second comparison result Vo2 are used to determine the gate voltage Vg2 (Vg1). Is a time calculation circuit 23 for obtaining an elapsed time ΔT from the first voltage V1 to the second voltage V2, and a second comparison result Vo2 is delayed by a time τ (ΔT) according to the elapsed time ΔT. And an arithmetic circuit 24 that outputs the comparison result Vo2 to the drive circuit 12 as a control signal Vc1 (Vc2).

図2に示すように、第1電圧検出回路21は、負入力端子にゲート電圧Vg2(Vg1)が供給され、正入力端子に第1電圧V1に等しい第1基準電圧Vref1が供給される第1コンパレータ31を具備している。
同様に、第2電圧検出回路22は、負入力端子にゲート電圧Vg2(Vg1)が供給され、正入力端子に第2電圧V2に等しい第2基準電圧Vref2が供給される第2コンパレータ32を具備している。
第1基準電圧Vref1および第2基準電圧Vref2は、例えば電源Vccを抵抗R1、R2、R3で分圧することにより得られる。
As shown in FIG. 2, the first voltage detection circuit 21 is configured such that the gate voltage Vg2 (Vg1) is supplied to the negative input terminal, and the first reference voltage Vref1 equal to the first voltage V1 is supplied to the positive input terminal. A comparator 31 is provided.
Similarly, the second voltage detection circuit 22 includes a second comparator 32 in which the gate voltage Vg2 (Vg1) is supplied to the negative input terminal and the second reference voltage Vref2 equal to the second voltage V2 is supplied to the positive input terminal. is doing.
The first reference voltage Vref1 and the second reference voltage Vref2 are obtained, for example, by dividing the power supply Vcc with resistors R1, R2, and R3.

ゲート電圧Vg2(Vg1)が降下し、第1電圧V1に到る時間t1で、第1コンパレータ31の第1比較結果Vo1が“L”レベルから“H”レベルになる。
同様に、ゲート電圧Vg2(Vg1)が更に降下し、第2電圧V2に到る時間t2で、第2コンパレータ32の第2比較結果Vo2が“L”レベルから“H”レベルになる。
ゲート電圧Vg2(Vg1)が、第1電圧V1から第2電圧V2に到るまでの経過時間ΔTは、t2−t1になる。
At time t1 when the gate voltage Vg2 (Vg1) drops and reaches the first voltage V1, the first comparison result Vo1 of the first comparator 31 changes from “L” level to “H” level.
Similarly, the gate voltage Vg2 (Vg1) further decreases, and the second comparison result Vo2 of the second comparator 32 changes from the “L” level to the “H” level at the time t2 when the gate voltage Vg2 (Vg1) reaches the second voltage V2.
The elapsed time ΔT until the gate voltage Vg2 (Vg1) reaches the second voltage V2 from the first voltage V1 is t2-t1.

図3に示すように、時間算出回路23は、クロック信号を生成するクロック発生回路41と、インバータとNAND回路を有するロジック回路42と、JKフリップフロップFF1〜FFnとを有するカウンタである。   As shown in FIG. 3, the time calculation circuit 23 is a counter having a clock generation circuit 41 that generates a clock signal, a logic circuit 42 that includes an inverter and a NAND circuit, and JK flip-flops FF1 to FFn.

ロジック回路42は、第1比較結果Vo1が“L”レベルから“H”レベルになったときを検出し、JKフリップフロップFF1にクロック信号CLKを出力し、第2比較結果Vo2が“L”レベルから“H”レベルになったときを検出し、クロック信号CLKの出力を停止する。   The logic circuit 42 detects when the first comparison result Vo1 is changed from “L” level to “H” level, outputs the clock signal CLK to the JK flip-flop FF1, and the second comparison result Vo2 is “L” level. Is detected as “H” level, and the output of the clock signal CLK is stopped.

JKフリップフロップFF1〜FFnは、第1比較結果Vo1が検出されるとクロック信号CLKのカウントを開始し、第2比較結果Vo2が検出されるとクロック信号CLKのカウントを停止し、カウント結果Q1〜Qnを出力する。このときの経過時間ΔTはカウント数とクロック信号CLKの周期との積で表わされる。   The JK flip-flops FF1 to FFn start counting the clock signal CLK when the first comparison result Vo1 is detected, and stop counting the clock signal CLK when the second comparison result Vo2 is detected. Qn is output. The elapsed time ΔT at this time is represented by the product of the count number and the period of the clock signal CLK.

図4(a)に示すように、演算回路24は、経過時間ΔTに応じてCR時定数が調整されるCR時定数回路50と、インバータ51の直列回路を具備している。   As shown in FIG. 4A, the arithmetic circuit 24 includes a CR time constant circuit 50 in which the CR time constant is adjusted according to the elapsed time ΔT, and a series circuit of an inverter 51.

CR時定数回路50は、ソースが電源Vccに接続され、ドレインがノードN3に接続され、ゲートがノードN4に接続されたP−MOSトランジスタ52と、ドレインがノードN5に接続され、ソースが基準電位GNDに接続され、ゲートがノードN4に接続されたN−MOSトランジスタ53と、一端がノードN5に接続され、他端が基準電位GNDに接続されたキャパシタC1と、スイッチ素子S1〜Snを介してノードN3とノードN5との間に共通接続され抵抗R1a〜Rnaとを具備している。   The CR time constant circuit 50 has a source connected to the power supply Vcc, a drain connected to the node N3, a gate connected to the node N4, a drain connected to the node N5, and a source connected to the reference potential. Via an N-MOS transistor 53 connected to GND, having a gate connected to the node N4, a capacitor C1 having one end connected to the node N5 and the other end connected to the reference potential GND, and switching elements S1 to Sn. Resistors R1a to Rna are commonly connected between the node N3 and the node N5.

CR時定数回路50は、図3に示す時間算出回路23のJKフリップフロップFF1〜FFnの出力Q1〜Qnに基づいてスイッチ素子S1〜Snを切り替えることにより、経過時間ΔTに応じてCR時定数を調整し、遅延時間が可変できる遅延回路として機能する。   The CR time constant circuit 50 changes the CR time constant according to the elapsed time ΔT by switching the switch elements S1 to Sn based on the outputs Q1 to Qn of the JK flip-flops FF1 to FFn of the time calculation circuit 23 shown in FIG. It functions as a delay circuit that can be adjusted and the delay time can be varied.

図4(b)に示すように、時間t2で第2比較結果Vo2が“L”レベルから“H”レベルになると、N―MOSトランジスタ53がオン、P−MOSトランジスタ52がオフになるので、ノードN5に蓄積されていた電荷がN―MOSトランジスタ53のオン抵抗を介して放電され、ノードN3の電位VN3がCR時定数に応じて低下する。   As shown in FIG. 4B, when the second comparison result Vo2 changes from “L” level to “H” level at time t2, the N-MOS transistor 53 is turned on and the P-MOS transistor 52 is turned off. The electric charge accumulated at the node N5 is discharged through the on-resistance of the N-MOS transistor 53, and the potential VN3 of the node N3 decreases according to the CR time constant.

時間t3でノードN3の電位VN3が、インバータ51のしきい値Vth53になると、インバータ51の出力が“L”レベルから“H”レベルに反転する。   When the potential VN3 of the node N3 becomes the threshold value Vth53 of the inverter 51 at time t3, the output of the inverter 51 is inverted from the “L” level to the “H” level.

これにより、経過時間ΔTに応じて、第2比較結果Vo2をτ(ΔT)=t3−t2だけ遅延せしめた制御信号Vc1(Vc2)が得られる。   Accordingly, the control signal Vc1 (Vc2) obtained by delaying the second comparison result Vo2 by τ (ΔT) = t3−t2 according to the elapsed time ΔT is obtained.

図5は半導体集積装置10の動作を示すタイミングチャートである。
図5に示すように、初期状態として、駆動信号PWMが“L”レベルで、出力電圧Voutが”L”レベルのとき、第1MOSトランジスタM1がオフ、第2MOSトランジスタM2がオンであり、第1MOSトランジスタM1のゲート電圧Vg1が“L”レベル、第2MOSトランジスタM2のゲート電圧Vg2が“H”レベルにある。
FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the semiconductor integrated device 10.
As shown in FIG. 5, as an initial state, when the drive signal PWM is “L” level and the output voltage Vout is “L” level, the first MOS transistor M1 is off, the second MOS transistor M2 is on, and the first MOS The gate voltage Vg1 of the transistor M1 is at “L” level, and the gate voltage Vg2 of the second MOS transistor M2 is at “H” level.

時間t0で、駆動信号PWMが“L”レベルから“H”レベルに反転すると、第2MOSトランジスタM2のゲート入力容量にチャージされていた電荷がローサイドドライブ回路15の内部抵抗を介して放電され、ゲート電圧Vg2が反転し始め、“H”レベルから“L”レベルに向かって降下する。   When the drive signal PWM is inverted from the “L” level to the “H” level at time t0, the charge charged in the gate input capacitance of the second MOS transistor M2 is discharged through the internal resistance of the low side drive circuit 15, and the gate The voltage Vg2 starts to invert and drops from the “H” level toward the “L” level.

時間t1で、ゲート電圧Vg2が、ゲート電圧が反転し始める電圧である“H”レベルより小さく、第2MOSトランジスタM2のしきい値Vth2より大きい第1電圧V1になる。
時間t2で、ゲート電圧Vg2が第1電圧V1より小さく、しきい値Vth2より大きい第2電圧V2になる。
時間t3で、ゲート電圧Vg2がしきい値Vth2に等しくなり、第2MOSトランジスタM2がオフになる。
At time t1, the gate voltage Vg2 becomes smaller than the “H” level that is the voltage at which the gate voltage starts to invert, and becomes the first voltage V1 that is larger than the threshold value Vth2 of the second MOS transistor M2.
At time t2, the gate voltage Vg2 becomes a second voltage V2 that is smaller than the first voltage V1 and larger than the threshold value Vth2.
At time t3, the gate voltage Vg2 becomes equal to the threshold value Vth2, and the second MOS transistor M2 is turned off.

このとき、ゲート電圧Vg2の変化を直線近似すると、その傾きαは、下記式で表される。
α=(V2−V1)/(t2―t1)=(V2−V1)/ΔT (1)
ゲート電圧Vg2がしきい値Vth2に等しくなる時間t3は、下記式により予測できる。
t3=t2+(Vth2−V2)ΔT/(V2−V1) (2)
従って、時間t2から、下記式で表される遅延時間τ(ΔT)が経過した後に、オフ状態の第1MOSトランジスタM1をオンすれば良いことになる。
τ(ΔT)=t3−t2=(Vth2−V2)ΔT/(V2−V1) (3)
これにより、第1および第2MOSトランジスタM1、M2が同時にオンになることを防止しするとともに、第2MOSトランジスタM2がオフになったことを検知してから、第1MOSトランジスタM1をオンさせる動作を開始する場合に比べて、時間遅れが少なく、第1および第2MOSトランジスタM1、M2が同時にオフしているデッドタイムを最適化することが可能である。
At this time, when the change of the gate voltage Vg2 is approximated by a straight line, the slope α is expressed by the following equation.
α = (V2−V1) / (t2−t1) = (V2−V1) / ΔT (1)
The time t3 when the gate voltage Vg2 becomes equal to the threshold value Vth2 can be predicted by the following equation.
t3 = t2 + (Vth2-V2) ΔT / (V2-V1) (2)
Therefore, after the delay time τ (ΔT) represented by the following expression has elapsed from time t2, the off-state first MOS transistor M1 may be turned on.
τ (ΔT) = t3−t2 = (Vth2−V2) ΔT / (V2−V1) (3)
This prevents the first and second MOS transistors M1 and M2 from being turned on at the same time, and starts the operation of turning on the first MOS transistor M1 after detecting that the second MOS transistor M2 is turned off. Compared to the case, the time delay is small, and it is possible to optimize the dead time in which the first and second MOS transistors M1 and M2 are simultaneously turned off.

本来、予測した時間t3で第1MOSトランジスタM1をオンすることが理想であるが、予測のばらつきを考慮して、余裕時間δを見込んだ時間t4=t3+δで第1MOSトランジスタをオンすることが望ましい。   Originally, it is ideal to turn on the first MOS transistor M1 at the predicted time t3, but it is desirable to turn on the first MOS transistor at time t4 = t3 + δ that allows for the allowance time δ in consideration of the variation in prediction.

時間t4で、第1制御信号Vc1が“L”レベルから“H”レベルになり、第1MOSトランジスタM1のゲート電圧Vg1が立ち上がる。
時間t5で、ゲート電圧Vg1が第1MOSトランジスタM1のしきい値Vth1に等しくなると、第1MOSトランジスタM1がオンになり、出力電圧Voutが“L”レベルから“H”レベルになる。
時間(t5−t3)が、第1MOSトランジスタM1および第2MOSトランジスタM2が、ともにオフされているデッドタイムtdである。
At time t4, the first control signal Vc1 changes from “L” level to “H” level, and the gate voltage Vg1 of the first MOS transistor M1 rises.
When the gate voltage Vg1 becomes equal to the threshold value Vth1 of the first MOS transistor M1 at time t5, the first MOS transistor M1 is turned on and the output voltage Vout is changed from the “L” level to the “H” level.
Time (t5-t3) is a dead time td in which both the first MOS transistor M1 and the second MOS transistor M2 are turned off.

図6は本実施例の効果を比較例と対比して示す図で、図6(a)が本実施例を示す図、図6(b)が比較例を示す図である。
ここで比較例とは、第2MOSトランジスタM2のしきい値Vth2より低いしきい値Vthoffを設定し、ゲート電圧Vg2がしきい値Vthoffに等しくなると、即ち第2MOSトランジスタM2が完全にオフした後に、オフ状態の第1MOSトランジスタをオンさせる場合を示している。始めに、比較例について説明する。
6A and 6B are diagrams showing the effects of the present embodiment in comparison with the comparative example. FIG. 6A is a diagram illustrating the present embodiment, and FIG. 6B is a diagram illustrating the comparative example.
Here, in the comparative example, a threshold value Vthoff lower than the threshold value Vth2 of the second MOS transistor M2 is set, and when the gate voltage Vg2 becomes equal to the threshold value Vthoff, that is, after the second MOS transistor M2 is completely turned off, The case where the first MOS transistor in the off state is turned on is shown. First, a comparative example will be described.

図6(b)に示すように、比較例では、ゲート電圧Vg2が反転を開始して実線60のように“H”レベルから“L”レベルに降下するときに、時間t8で、ゲート電圧Vg2がしきい値Vth2に等しくなると、第2MOSトランジスタM2がオフになる。
第2MOSトランジスタM2が完全にオフした後に、時間t8aで、ゲート電圧Vg2がしきい値Vthoffに等しくなると、実線60aに示すように、ゲート電圧Vg1が立ち上がる。
時間t8bで、ゲート電圧Vg1がしきい値Vth1に等しくなると、第1MOSトランジスタM1がオンになる。デッドタイムtd60はt8b−t8となる。
As shown in FIG. 6B, in the comparative example, when the gate voltage Vg2 starts to invert and drops from the “H” level to the “L” level as indicated by the solid line 60, at time t8, the gate voltage Vg2 Becomes equal to the threshold value Vth2, the second MOS transistor M2 is turned off.
When the gate voltage Vg2 becomes equal to the threshold value Vthoff at time t8a after the second MOS transistor M2 is completely turned off, the gate voltage Vg1 rises as shown by the solid line 60a.
When the gate voltage Vg1 becomes equal to the threshold value Vth1 at time t8b, the first MOS transistor M1 is turned on. The dead time td60 is t8b-t8.

第1MOSトランジスタM1はそのままで、第2MOSトランジスタM2が、より小さいゲート入力容量を有するMOSトランジスタに変更されたとすると、ゲート電圧Vg2は実線61に示すように、実線60より急に降下する。   If the first MOS transistor M1 is left as it is, and the second MOS transistor M2 is changed to a MOS transistor having a smaller gate input capacitance, the gate voltage Vg2 drops rapidly from the solid line 60 as shown by the solid line 61.

その結果、時間t8より早い時間t7で、ゲート電圧Vg2がしきい値Vth2に等しくなり、第2MOSトランジスタM2がオフになる。
第2MOSトランジスタM2が完全にオフした後に、時間t8aより早い時間t7aでゲート電圧Vg2がしきい値Vthoffに等しくなると、実線61aに示すように、時間t7aでゲート電圧Vg1が立ち上がる。
As a result, at time t7 earlier than time t8, the gate voltage Vg2 becomes equal to the threshold value Vth2, and the second MOS transistor M2 is turned off.
When the gate voltage Vg2 becomes equal to the threshold value Vthoff at a time t7a earlier than the time t8a after the second MOS transistor M2 is completely turned off, the gate voltage Vg1 rises at the time t7a as shown by a solid line 61a.

時間t7bで、ゲート電圧Vg1がしきい値Vth1に等しくなると、第1MOSトランジスタM1がオンになる。
時間(t7a−t7)は時間(t8a−t8)より短く、時間(t7b−t7a)は時間(t8b−t8a)に等しいので、デッドタイムtd61は、デッドタイムtd60より短くなる。
これにより、第1および第2MOSトランジスタM1、M2がともにオンになり、貫通電流が流れる恐れが増大する。
When the gate voltage Vg1 becomes equal to the threshold value Vth1 at time t7b, the first MOS transistor M1 is turned on.
Since the time (t7a-t7) is shorter than the time (t8a-t8) and the time (t7b-t7a) is equal to the time (t8b-t8a), the dead time td61 is shorter than the dead time td60.
As a result, both the first and second MOS transistors M1 and M2 are turned on, increasing the possibility that a through current flows.

第1MOSトランジスタM1はそのままで、第2MOSトランジスタM2が、より大きいゲート入力容量を有するMOSトランジスタに変更されたとすると、ゲート電圧Vg2は実線62に示すように、実線60より緩やかに降下する。   If the first MOS transistor M1 is left as it is and the second MOS transistor M2 is changed to a MOS transistor having a larger gate input capacity, the gate voltage Vg2 falls more slowly than the solid line 60 as shown by the solid line 62.

その結果、時間t8より遅い時間t9で、ゲート電圧Vg2がしきい値Vth2に等しくなり、第2MOSトランジスタM2がオフする。
第2MOSトランジスタM2が完全にオフした後に、時間t8aより遅い時間t9aで、ゲート電圧Vg2がしきい値Vthoffに等しくなると、実線62aに示すように、時間t9aで、ゲート電圧Vg1が立ち上がる。
As a result, at time t9 later than time t8, the gate voltage Vg2 becomes equal to the threshold value Vth2, and the second MOS transistor M2 is turned off.
After the second MOS transistor M2 is completely turned off, when the gate voltage Vg2 becomes equal to the threshold value Vthoff at a time t9a later than the time t8a, the gate voltage Vg1 rises at the time t9a as shown by the solid line 62a.

時間t9bで、ゲート電圧Vg1がしきい値Vth1に等しくなると、第1MOSトランジスタM1がオンになる。
時間(t9a−t9)は時間(t8a−t8)より長く、時間(t9b−t9a)は時間(t8b−t8a)に等しいので、デッドタイムtd62は、デッドタイムtd60より長くなる。これにより、DC―DC変換効率が低下してしまう。
When the gate voltage Vg1 becomes equal to the threshold value Vth1 at time t9b, the first MOS transistor M1 is turned on.
Since time (t9a-t9) is longer than time (t8a-t8) and time (t9b-t9a) is equal to time (t8b-t8a), dead time td62 is longer than dead time td60. Thereby, DC-DC conversion efficiency will fall.

一方、図6(a)に示すように、本実施例では、ゲート電圧Vg2が実線60のように降下すると、ゲート電圧Vg2が第1電圧V1から第2電圧V2に至るまでの経過時間ΔT60に応じた遅延時間τ(ΔT60)後に、第1MOSトランジスタM1のゲート電圧Vg1が、実線60bのように立ち上がる。ここでは、図5に示す余裕時間δ=0としている。   On the other hand, as shown in FIG. 6A, in this embodiment, when the gate voltage Vg2 drops as shown by the solid line 60, the elapsed time ΔT60 until the gate voltage Vg2 reaches the second voltage V2 from the first voltage V1. After a corresponding delay time τ (ΔT60), the gate voltage Vg1 of the first MOS transistor M1 rises as indicated by a solid line 60b. Here, the margin time δ = 0 shown in FIG. 5 is set.

次に、ゲート電圧Vg2が実線61のように、実線60より急に降下すると、ゲート電圧Vg2が第1電圧V1から第2電圧V2に至るまでの経過時間ΔT61に応じた遅延時間τ(ΔT61)後に、第1MOSトランジスタM1のゲート電圧Vg1が、実線61bのように立ち上がる。   Next, when the gate voltage Vg2 drops abruptly from the solid line 60 as shown by the solid line 61, a delay time τ (ΔT61) corresponding to the elapsed time ΔT61 until the gate voltage Vg2 reaches the second voltage V2 from the first voltage V1. Later, the gate voltage Vg1 of the first MOS transistor M1 rises as indicated by the solid line 61b.

ゲート電圧Vg2が実線62のように、実線60より緩やかに降下すると、ゲート電圧Vg2が第1電圧V1から第2電圧V2に至るまでの経過時間ΔT62に応じた遅延時間τ(ΔT62)後に、第1MOSトランジスタM1のゲート電圧Vg1が、実線62bのように立ち上がる。   When the gate voltage Vg2 gradually drops from the solid line 60 as shown by the solid line 62, after the delay time τ (ΔT62) corresponding to the elapsed time ΔT62 until the gate voltage Vg2 reaches the second voltage V2 from the first voltage V1. The gate voltage Vg1 of the 1MOS transistor M1 rises as indicated by a solid line 62b.

この結果、ゲート電圧Vg2の傾きに応じて、第1MOSトランジスタM1のゲート電圧Vg1が立ち上がる時間がシフトするので、ゲート電圧Vg2の傾きに依らず、一定のデッドタイムを得ることが可能である。   As a result, the rise time of the gate voltage Vg1 of the first MOS transistor M1 shifts according to the slope of the gate voltage Vg2, so that a constant dead time can be obtained regardless of the slope of the gate voltage Vg2.

図7は半導体集積装置10を、1パッケージ内に収納したMCM(Multi Chip Module)を示す図である。
図7に示すように、MCM16は、基板17、例えばセラミックス基板上に、半導体チップ、即ち第1MOSトランジスタM1、第2MOSトランジスタM2、ドライブ回路12および制御手段13を集積したドライバIC18を搭載し、ボンディングワイヤ19により電気的に接続し、全体が樹脂(図示せず)でモールドされている。
FIG. 7 is a view showing an MCM (Multi Chip Module) in which the semiconductor integrated device 10 is housed in one package.
As shown in FIG. 7, the MCM 16 includes a driver IC 18 on which a semiconductor chip, that is, a first MOS transistor M1, a second MOS transistor M2, a drive circuit 12, and a control means 13 are integrated on a substrate 17, for example, a ceramic substrate, and is bonded. The wire 19 is electrically connected and the whole is molded with resin (not shown).

MCM16の仕様に応じて、搭載する第1MOSトランジスタM1および第2MOSトランジスタM2のいずれかの特性が変わった場合でも、デッドタイムを再調整する必要がないので、少ない時間と費用でMCM16を製造することが可能である。   Even if the characteristics of the first MOS transistor M1 and the second MOS transistor M2 to be mounted are changed according to the specifications of the MCM 16, there is no need to readjust the dead time, so the MCM 16 can be manufactured with less time and cost. Is possible.

ここで、第1、第2MOSトランジスタM1、M2の特性、例えば電流駆動能力が変わった場合に、それに応じて第1、第2MOSトランジスタM1、M2のゲート入力容量が変わるが、第1、第2MOSトランジスタM1、M2のしきい値Vth1、Vth2は基本的には変わらないことを意味している。   Here, when the characteristics of the first and second MOS transistors M1 and M2, such as the current driving capability, change, the gate input capacitances of the first and second MOS transistors M1 and M2 change accordingly. This means that the threshold values Vth1 and Vth2 of the transistors M1 and M2 are basically unchanged.

以上説明したように、本実施例の半導体集積装置10は、第1MOSトランジスタM1および第2MOSトランジスタM2のうち、オン状態のMOSトランジスタのゲート電圧が、第1電圧V1から、第2電圧V2に至るまでの経過時間ΔTを求め、経過時間ΔTに応じて遅延した信号を生成し、遅延した信号をオフ状態のMOSトランジスタをオンさせる制御信号Vc2としてドライブ回路12に出力する制御手段13を具備している。   As described above, in the semiconductor integrated device 10 of the present embodiment, the gate voltage of the on-state MOS transistor of the first MOS transistor M1 and the second MOS transistor M2 reaches from the first voltage V1 to the second voltage V2. The control means 13 is provided for determining the elapsed time ΔT until the drive circuit 12 is generated, generating a delayed signal according to the elapsed time ΔT, and outputting the delayed signal to the drive circuit 12 as a control signal Vc2 for turning on the off-state MOS transistor. Yes.

その結果、ゲート電圧Vg2の傾きに応じて、第1MOSトランジスタM1のゲート電圧Vg1が立ち上がる時間がシフトするので、ゲート電圧Vg2の傾きに依らず、一定のデッドタイムを得ることができる。
従って、出力用MOSトランジスタM1、M2の特性に合わせて、貫通電流を防止できる出力回路11を有する半導体集積装置10が得られる。
As a result, the rise time of the gate voltage Vg1 of the first MOS transistor M1 shifts according to the slope of the gate voltage Vg2, so that a constant dead time can be obtained regardless of the slope of the gate voltage Vg2.
Therefore, the semiconductor integrated device 10 having the output circuit 11 capable of preventing the through current according to the characteristics of the output MOS transistors M1 and M2 is obtained.

ここでは、初期状態として、第1MOSトランジスタM1がオフ、第2MOSトランジスタM2がオンである場合について説明したが、第1MOSトランジスタM1がオン、第2MOSトランジスタM2がオフである場合でも、カッコ内の記号に示すとおり、同様である。   Here, the case where the first MOS transistor M1 is off and the second MOS transistor M2 is on is described as the initial state. However, even if the first MOS transistor M1 is on and the second MOS transistor M2 is off, symbols in parentheses are used. As shown in FIG.

ゲート電圧Vg2の変化を直線近似した場合について説明したが、直線近似以外の近似、例えば多項式近似などを用いることも可能である。   Although the case where the change of the gate voltage Vg2 is linearly approximated has been described, approximation other than linear approximation, such as polynomial approximation, can be used.

出力回路11がNチャネルの第1および第2MOSトランジスタM1、M2を有する場合について説明したが、第1MOSトランジスタM1をPチャネルMOSトランジスタとしたCMOS出力回路でも構わない。
この場合、第1ゲート電圧Vg1が反対になるので、第1電圧V1をゲート電圧Vg1が反転し始めるときの電圧より大きく、しきい値Vth1より小さく設定し、第2電圧V2を第1電圧V1より大きく、しきい値Vth1より小さく設定する。
Although the case where the output circuit 11 has the N-channel first and second MOS transistors M1 and M2 has been described, a CMOS output circuit in which the first MOS transistor M1 is a P-channel MOS transistor may be used.
In this case, since the first gate voltage Vg1 is opposite, the first voltage V1 is set larger than the voltage at which the gate voltage Vg1 starts to be inverted and smaller than the threshold value Vth1, and the second voltage V2 is set to the first voltage V1. It is set larger and smaller than the threshold value Vth1.

本発明の実施例2に係る半導体集積装置について、図8を用いて説明する。図8は半導体集積装置の第1および第2電圧検出回路を示す回路図である。本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。
本実施例が実施例1と異なる点は、第1および第2電圧検出回路をCMOSインバータで構成したことにある。
A semiconductor integrated device according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a circuit diagram showing first and second voltage detection circuits of the semiconductor integrated device. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different portions will be described.
The present embodiment is different from the first embodiment in that the first and second voltage detection circuits are composed of CMOS inverters.

即ち、図8に示すように、本実施例の半導体集積装置の第1電圧検出回路は、第1電圧V1に等しいしきい値を有する第1CMOSインバータ71を具備している。
同様に、第2電圧検出回路は、第2電圧V2に等しいしきい値を有する第2CMOSインバータ72を具備している。
That is, as shown in FIG. 8, the first voltage detection circuit of the semiconductor integrated device of the present embodiment includes a first CMOS inverter 71 having a threshold value equal to the first voltage V1.
Similarly, the second voltage detection circuit includes a second CMOS inverter 72 having a threshold value equal to the second voltage V2.

第1CMOSインバータ71は、P―MOSトランジスタ73およびN−MOSトランジスタ74を有し、第2CMOSインバータ72は、P―MOSトランジスタ75およびN−MOSトランジスタ76を有している。   The first CMOS inverter 71 has a P-MOS transistor 73 and an N-MOS transistor 74, and the second CMOS inverter 72 has a P-MOS transistor 75 and an N-MOS transistor 76.

周知のように、CMOSインバータのしきい値は、入出力伝達特性の入力電圧と出力電圧とが等しくなる電圧値で、P―MOSトランジスタおよびN−MOSトランジスタのゲート幅Wやゲート長Lを変えることにより、所要のしきい値が得られる。   As is well known, the threshold value of the CMOS inverter is a voltage value at which the input voltage and output voltage of the input / output transfer characteristics are equal, and the gate width W and gate length L of the P-MOS transistor and N-MOS transistor are changed. Thus, a required threshold value is obtained.

以上説明したように、本実施例の半導体集積装置は、第1および第2電圧検出回路として、第1および第2CMOSインバータを具備している。第1および第2電圧検出回路をMOSトランジスタで構成することにより、コンパレータと分割抵抗を用いる場合より、回路構成が簡単になり、チップサイズを小さくすることができる利点がある。   As described above, the semiconductor integrated device of the present embodiment includes the first and second CMOS inverters as the first and second voltage detection circuits. By configuring the first and second voltage detection circuits with MOS transistors, the circuit configuration can be simplified and the chip size can be reduced as compared with the case where a comparator and a dividing resistor are used.

本発明の実施例3に係る半導体集積装置について、図9を用いて説明する。図9は半導体集積装置の時間算出回路を示す回路図である。本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施例が実施例1と異なる点は、時間算出回路を多段接続されたインバータで構成したことにある。   A semiconductor integrated device according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a circuit diagram showing a time calculation circuit of the semiconductor integrated device. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different portions will be described. The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the time calculation circuit is composed of inverters connected in multiple stages.

即ち、図9に示すように、本実施例の半導体集積装置の時間算出回路80は、第1比較結果Vo1により信号の伝播を開始し、第2比較結果Vo2により信号の伝播を停止する多段接続されたインバータ回路81と、信号が何段目のインバータまで伝播したかを検出する検出回路82とを具備している。   That is, as shown in FIG. 9, the time calculation circuit 80 of the semiconductor integrated device according to the present embodiment starts the signal propagation based on the first comparison result Vo1 and stops the signal propagation based on the second comparison result Vo2. The inverter circuit 81 and a detection circuit 82 for detecting how many stages of the inverter the signal has propagated are provided.

インバータ回路81は、スイッチ素子S1a〜Snaを介して多段接続されたインバータINV1〜INVnと、インバータINV1〜INVnのうち偶数段のインバータの入力端に接続されたインバータ84とを具備している。   The inverter circuit 81 includes inverters INV1 to INVn that are connected in multiple stages via switch elements S1a to Sna, and an inverter 84 that is connected to an input terminal of an even-numbered inverter among the inverters INV1 to INVn.

インバータ回路81は、初期状態ではスイッチ素子83がオフ、スイッチ素子S1a〜S1nがオンしているので、インバータINV1〜INVnのうち、奇数段のインバータの入力が“L”レベル、偶数段のインバータの入力が“H”レベルにある。   In the inverter circuit 81, since the switch element 83 is off and the switch elements S1a to S1n are on in the initial state, the input of the odd-numbered inverter among the inverters INV1 to INVn is “L” level, The input is at the “H” level.

時間t1で、第1比較結果Vo1により、スイッチ素子83がオンすると、インバータINV1の入力が“H”レベルになり、インバータの遅延時間Δtd後に、インバータINV1の出力が“L”レベルになり、以後、インバータの遅延時間Δtd毎に次段のインバータの出力が反転し、信号が伝播していく。   When the switch element 83 is turned on by the first comparison result Vo1 at time t1, the input of the inverter INV1 becomes “H” level, and after the delay time Δtd of the inverter, the output of the inverter INV1 becomes “L” level. The output of the next inverter is inverted every time the inverter delay time Δtd, and the signal propagates.

時間t2で、第2比較結果Vo2により、スイッチ素子S1a〜S1nがオフになると、信号の伝播が停止し、インバータINV1〜INVnの入出力レベルが保持される。   When the switch elements S1a to S1n are turned off by the second comparison result Vo2 at time t2, signal propagation stops and the input / output levels of the inverters INV1 to INVn are held.

これにより、奇数段のインバータの入力およびインバータ84の出力を通してみた偶数段のインバータの入力のうち、信号が伝播した段数目までのインバータの入力が全て“H”レベルになる。
信号が伝播した段数目の次段のインバータの入力は、信号がまだ伝播していないので、“L”レベルになる。
As a result, among the inputs of the odd-numbered inverters and the inputs of the even-numbered inverters viewed through the output of the inverter 84, all the inputs of the inverters up to the number of stages where the signal has propagated become the “H” level.
Since the signal has not yet propagated, the input of the next-stage inverter of the number of stages where the signal has propagated becomes “L” level.

従って、入力が“H”レベルで、次段のインバータの入力が“L”レベルであるインバータまで信号が伝播しているので、経過時間ΔT=t2−t1はインバータの遅延時間Δtdと信号が伝播したインバータの段数との積で求められる。   Therefore, since the signal is propagated to the inverter whose input is “H” level and the input of the next stage inverter is “L” level, the elapsed time ΔT = t2−t1 is the delay time Δtd of the inverter and the signal propagates. It is obtained by the product of the number of inverter stages.

例えば、インバータINV3まで信号が伝播したとすると、経過時間ΔT=3Δtd+Tdとなる。但し、Tdは第1比較結果Vo1が出力されてから、インバータINV1が動作するまでのインバータ回路81の固有の遅延時間である。   For example, if the signal propagates to the inverter INV3, the elapsed time ΔT = 3Δtd + Td. However, Td is the inherent delay time of the inverter circuit 81 from when the first comparison result Vo1 is output until the inverter INV1 operates.

検出回路82は、時間t2で第2比較結果Vo2が出力されると、第2比較結果Vo2とインバータINV1〜INVnの入力とのNAND演算を行うNAND回路NA0〜NAnと、時間t2で第2比較結果Vo2が出力されたときにNAND回路NA0〜NAnのNAND演算結果を次に伝えるためのスイッチ部85と、隣り合うNAND演算結果に対してXOR演算を行うXOR演算部86とを具備している。   When the second comparison result Vo2 is output at time t2, the detection circuit 82 performs a second comparison at time t2 with the NAND circuits NA0 to NAn that perform NAND operation on the second comparison result Vo2 and the inputs of the inverters INV1 to INVn. When the result Vo2 is output, a switch unit 85 for transmitting the NAND operation result of the NAND circuits NA0 to NAn to the next and an XOR operation unit 86 for performing an XOR operation on adjacent NAND operation results are provided. .

これにより、XOR演算部86の出力X0〜Xnのうち、隣り合うNAND演算結果が異なるときにXOR演算結果が、“H”レベルになるので、信号が何段目までのインバータに伝播したかを検出することができる。
例えば、インバータINV3まで信号が伝播したとすると、XOR演算部86の出力X3が“H”レベルになる。
As a result, among the outputs X0 to Xn of the XOR operation unit 86, when the adjacent NAND operation results are different, the XOR operation result becomes “H” level. Can be detected.
For example, if the signal propagates to the inverter INV3, the output X3 of the XOR operation unit 86 becomes “H” level.

以上説明したように、本実施例の半導体集積装置は、時間算出回路80として、第1比較結果Vo1により信号の伝播を開始し、第2比較結果Vo2により信号の伝播を停止する多段接続されたインバータ回路81と、信号が何段目のインバータまで伝播したかを検出する検出回路82とを具備している。
インバータ回路81、検出回路82は、CMOS回路などで構成できるので、クロック発生回路とカウンタを用いる場合より、回路構成が簡単になる利点がある。
As described above, the semiconductor integrated device of the present embodiment is connected in multiple stages as the time calculation circuit 80, which starts signal propagation based on the first comparison result Vo1 and stops signal propagation based on the second comparison result Vo2. An inverter circuit 81 and a detection circuit 82 for detecting how many stages of the inverter the signal has propagated are provided.
Since the inverter circuit 81 and the detection circuit 82 can be configured by a CMOS circuit or the like, there is an advantage that the circuit configuration is simplified as compared with the case where a clock generation circuit and a counter are used.

本発明の実施例4に係る半導体集積装置について、図10を用いて説明する。図10は半導体集積装置の演算回路を示す回路図である。本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施例が実施例1と異なる点は、演算回路を互いに異なる遅延時間を有する遅延回路を設け、経過時間ΔTに応じていずれかを選択するようにしたことにある。   A semiconductor integrated device according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a circuit diagram showing an arithmetic circuit of the semiconductor integrated device. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different portions will be described. The present embodiment is different from the first embodiment in that a delay circuit having a different delay time is provided for the arithmetic circuit, and any one is selected according to the elapsed time ΔT.

即ち、図10に示すように、本実施例の半導体集積装置の演算回路90は、互いに異なるCR時定数を有するCR時定数回路91とインバータ92との直列回路を複数具備し、スイッチ素子S1b〜Snbに応じて経過時間ΔTに応じていずれかの直列回路が選択されるようにしている。   That is, as shown in FIG. 10, the arithmetic circuit 90 of the semiconductor integrated device of this embodiment includes a plurality of series circuits of CR time constant circuits 91 and inverters 92 having different CR time constants, and switching elements S1b˜ One of the series circuits is selected according to the elapsed time ΔT according to Snb.

CR時定数回路91は、1つの抵抗R1b〜RnbとキャパシタC1aによる互いに異なる時定数を有すること以外は、図4(a)に示すCR時定数回路50と回路構成、動作原理が同じであり、その説明は省略する。   The CR time constant circuit 91 has the same circuit configuration and operating principle as the CR time constant circuit 50 shown in FIG. 4A, except that the CR time constant circuit 91 has different time constants due to one resistor R1b to Rnb and the capacitor C1a. The description is omitted.

図9に示す時間算出回路80の出力X0〜Xn−1により、スイッチ素子S1b〜Snbを駆動することにより、経過時間ΔTに応じていずれかの互いに異なるCR時定数を有するCR時定数回路91とインバータ92との直列回路が選択される。
これにより、第2比較結果Vo2を経過時間ΔTに応じて遅延させた信号Vc1(Vc2)を得ることができる。
By driving the switch elements S1b to Snb with the outputs X0 to Xn-1 of the time calculation circuit 80 shown in FIG. 9, a CR time constant circuit 91 having any CR time constant different from each other according to the elapsed time ΔT; A series circuit with the inverter 92 is selected.
Thereby, a signal Vc1 (Vc2) obtained by delaying the second comparison result Vo2 according to the elapsed time ΔT can be obtained.

以上説明したように、本実施例の半導体集積装置の演算回路90は、互いに異なるCR時定数を有するCR時定数回路91とインバータ92との直列回路を複数具備し、スイッチ素子S1b〜Snbに応じて経過時間ΔTに応じていずれかの直列回路が選択されるようにしている。   As described above, the arithmetic circuit 90 of the semiconductor integrated device according to the present embodiment includes a plurality of series circuits of the CR time constant circuit 91 and the inverter 92 having different CR time constants, depending on the switch elements S1b to Snb. Any one of the series circuits is selected according to the elapsed time ΔT.

これにより、各CR時定数回路91とインバータ92との直列回路において、所定の第2比較結果Vo2の遅延時間を得るのに、直列回路ごとに抵抗、キャパシタ、トランジスタなどの回路定数などを個別に最適化することができる利点がある。   Thereby, in the series circuit of each CR time constant circuit 91 and the inverter 92, in order to obtain the delay time of the predetermined second comparison result Vo2, circuit constants such as resistors, capacitors, transistors, etc. are individually set for each series circuit. There are advantages that can be optimized.

本発明の実施例1に係る半導体集積装置を示す図で、図1(a)はその構成を示すブロック図、図1(b)は要部を示すブロック図。1A and 1B are diagrams illustrating a semiconductor integrated device according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a block diagram illustrating the configuration, and FIG. 本発明の実施例1に係る半導体集積装置の第1および第2電圧検出回路を示す回路図。1 is a circuit diagram showing first and second voltage detection circuits of a semiconductor integrated device according to Embodiment 1 of the present invention; 本発明の実施例1に係る半導体集積装置の時間算出回路を示す回路図。1 is a circuit diagram showing a time calculation circuit of a semiconductor integrated device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例1に係る半導体集積装置の演算回路を示す回路図。1 is a circuit diagram showing an arithmetic circuit of a semiconductor integrated device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例1に係る半導体集積装置の動作を示すタイミンクチャート。3 is a timing chart showing the operation of the semiconductor integrated device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施例1に係る半導体集積装置の効果を比較例と対比して示す図で、図6(a)が本実施例を示す図、図6(b)が比較例を示す図。FIGS. 6A and 6B are diagrams illustrating the effects of the semiconductor integrated device according to the first embodiment of the present invention in comparison with the comparative example, in which FIG. 6A illustrates the present example and FIG. 6B illustrates the comparative example. 本発明の実施例1に係る半導体集積装置を用いたMCMを示す図。1 is a diagram showing an MCM using a semiconductor integrated device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例2に係る半導体集積装置の第1および第2電圧検出回路を示す回路図。FIG. 6 is a circuit diagram showing first and second voltage detection circuits of a semiconductor integrated device according to Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施例3に係る半導体集積装置の時間算出回路を示す回路図。FIG. 6 is a circuit diagram showing a time calculation circuit of a semiconductor integrated device according to Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施例4に係る半導体集積装置の演算回路を示す回路図。FIG. 6 is a circuit diagram showing an arithmetic circuit of a semiconductor integrated device according to Embodiment 4 of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 半導体集積装置
11 出力回路
12 ドライブ回路
13 制御手段
14 ハイサイドドライブ回路
15 ローサイドドライブ回路
16 MCM
17 基板
18 ドライバIC
19 ボンディングワイヤ
21 第1電圧検出回路
22 第2電圧検出回路
23、80 時間算出回路
24、90 演算回路
31 第1コンパレータ
32 第2コンパレータ
41 クロック発生回路
42 ロジック回路
50、91 CR時定数回路
51、84、92、INV1〜INVn インバータ
52、73、75、93 P−MOSトランジスタ
53、74、76、94 N−MOSトランジスタ
71 第1CMOSインバータ
72 第2CMOSインバータ
81 インバータ回路
82 検出回路
83、S1〜Sn、S1a〜Sna、S1b〜Snb スイッチ素子
85 スイッチ部
86 XOR演算部
M1 第1MOSトランジスタ
M2 第2MOSトランジスタ
Nout 出力ノード
Vin 入力電圧
Vout 出力電圧
Vc1 第1制御信号
Vc2 第2制御信号
Vo1 第1比較結果
Vo2 第2比較結果
R1、R2、R3、R1a〜Rna、R1b〜Rnb 抵抗
FF1〜FFn JKフリップフロップ
C1、C1a〜Cna キャパシタ
NA0〜NAn NAND回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor integrated device 11 Output circuit 12 Drive circuit 13 Control means 14 High side drive circuit 15 Low side drive circuit 16 MCM
17 Board 18 Driver IC
19 Bonding wire 21 First voltage detection circuit 22 Second voltage detection circuit 23, 80 Time calculation circuit 24, 90 Arithmetic circuit 31 First comparator 32 Second comparator 41 Clock generation circuit 42 Logic circuit 50, 91 CR time constant circuit 51, 84, 92, INV1 to INVn Inverters 52, 73, 75, 93 P-MOS transistors 53, 74, 76, 94 N-MOS transistor 71 First CMOS inverter 72 Second CMOS inverter 81 Inverter circuit 82 Detection circuit 83, S1 to Sn, S1a to Sna, S1b to Snb switch element 85 switch unit 86 XOR operation unit M1 first MOS transistor M2 second MOS transistor Nout output node Vin input voltage Vout output voltage Vc1 first control signal Vc2 second control signal Vo1 First comparison result Vo2 Second comparison results R1, R2, R3, R1a to Rna, R1b to Rnb Resistors FF1 to FFn JK flip-flop C1, C1a to Cna Capacitors NA0 to NAn NAND circuit

Claims (5)

入力電圧と基準電位との間に直列接続された第1絶縁ゲート電界効果トランジスタと第2絶縁ゲート電界効果トランジスタとを有し、前記入力電圧を変圧した電圧を出力する出力回路と、
駆動信号に応じて、前記第1絶縁ゲート電界効果トランジスタおよび前記第2絶縁ゲート電界効果トランジスタを交互にオンオフするドライブ回路と、
前記第1絶縁ゲート電界効果トランジスタおよび前記第2絶縁ゲート電界効果トランジスタのうち、オン状態の絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲート電圧が、前記ゲート電圧が反転し始めるときの電圧とオン状態の前記絶縁ゲート電界効果トランジスタのしきい値との間に設定された第1電圧から、前記第1電圧と前記しきい値との間に設定された第2電圧に至るまでの経過時間を求め、前記経過時間に応じて遅延せしめた信号をオフ状態の前記絶縁ゲート電界効果トランジスタをオンさせる制御信号として前記ドライブ回路に出力する制御手段と、
を具備することを特徴とする半導体集積装置。
An output circuit having a first insulated gate field effect transistor and a second insulated gate field effect transistor connected in series between an input voltage and a reference potential, and outputting a voltage obtained by transforming the input voltage;
A drive circuit that alternately turns on and off the first insulated gate field effect transistor and the second insulated gate field effect transistor in response to a drive signal;
Of the first insulated gate field effect transistor and the second insulated gate field effect transistor, the gate voltage of the insulated gate field effect transistor in the on state is the same as the voltage when the gate voltage starts to reverse and the insulated gate in the on state. An elapsed time from a first voltage set between the threshold of the field effect transistor to a second voltage set between the first voltage and the threshold is obtained, and the elapsed time Control means for outputting to the drive circuit a control signal for turning on the insulated gate field effect transistor in an off state, a signal delayed according to
A semiconductor integrated device comprising:
前記制御手段は、
前記ゲート電圧と前記第1電圧とを比較し、第1比較結果を出力する第1電圧比較回路と、
前記ゲート電圧と前記第2電圧とを比較し、第2比較結果を出力する第2電圧比較回路と、
前記第1比較結果および前記第2比較結果を用いて、前記ゲート電圧が前記第1電圧から前記第2電圧に至るまでの経過時間を求める時間算出回路と、
前記第2比較結果を前記経過時間に応じて遅延させ、遅延した前記第2比較結果を前記ドライブ回路に出力する演算回路と、
を具備することを特徴とする請求項1に記載の半導体集積装置。
The control means includes
A first voltage comparison circuit that compares the gate voltage with the first voltage and outputs a first comparison result;
A second voltage comparison circuit that compares the gate voltage with the second voltage and outputs a second comparison result;
A time calculation circuit for obtaining an elapsed time from the first voltage to the second voltage using the first comparison result and the second comparison result;
An arithmetic circuit that delays the second comparison result according to the elapsed time and outputs the delayed second comparison result to the drive circuit;
The semiconductor integrated device according to claim 1, comprising:
前記第1電圧比較回路が、一方の入力端に前記ゲート電圧が供給され、他方の入力端に前記第1電圧に等しい第1基準電圧が供給された第1コンパレータ、または前記第1電圧に等しいしきい値を有する第1CMOSインバータを具備し、前記第2電圧比較回路が、一方の入力端に前記ゲート電圧が供給され、他方の入力端に前記第2電圧に等しい第2基準電圧が供給された第2コンパレータ、または前記第2電圧に等しいしきい値を有する第2CMOSインバータを具備することを特徴とする請求項2に記載の半導体集積装置。   The first voltage comparison circuit is equal to a first comparator in which the gate voltage is supplied to one input terminal and a first reference voltage equal to the first voltage is supplied to the other input terminal, or equal to the first voltage A first CMOS inverter having a threshold value, wherein the second voltage comparison circuit is supplied with the gate voltage at one input terminal and supplied with a second reference voltage equal to the second voltage at the other input terminal; 3. The semiconductor integrated device according to claim 2, further comprising a second comparator or a second CMOS inverter having a threshold value equal to the second voltage. 前記時間算出回路が、前記第1比較結果によりクロックのカウントを開始し、前記第2比較結果によりクロックのカウントを停止し、カウント結果を出力するカウンタ、または前記第1比較結果により信号の伝播を開始し、前記第2比較結果により前記信号の伝播を停止する多段接続されたインバータ回路と、前記信号が何段目のインバータまで伝播したかを検出する検出回路とを具備することを特徴とする請求項2に記載の半導体集積装置。   The time calculation circuit starts counting a clock based on the first comparison result, stops counting a clock based on the second comparison result, and outputs a signal based on the first comparison result. A multi-stage connected inverter circuit that starts and stops propagation of the signal according to the second comparison result, and a detection circuit that detects to which inverter stage the signal has propagated are provided. The semiconductor integrated device according to claim 2. 前記演算回路は、前記経過時間に応じてCR時定数が調節されるCR時定数回路とインバータとの直列回路を具備する、または互いに異なるCR時定数を有するCR時定数回路とインバータとの直列回路を複数具備し、前記経過時間に応じていずれかの前記直列回路が選択されることを特徴とする請求項2に記載の半導体集積装置。   The arithmetic circuit includes a series circuit of a CR time constant circuit in which a CR time constant is adjusted according to the elapsed time and an inverter, or a series circuit of a CR time constant circuit and an inverter having different CR time constants. The semiconductor integrated device according to claim 2, wherein any one of the series circuits is selected according to the elapsed time.
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