JP2013140518A - 半導体集積回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】電源電圧に応じて、シリーズレギュレータまたは電源スイッチの何れか一方として動作することが可能な半導体集積回路を提供する。
【解決手段】半導体集積回路は、電源電圧が第1の規定値以上の場合には、アンプ装置を活性化させることにより、モニタ電圧と基準電圧とが等しくなるように、第2の出力端子から主MOSトランジスタの動作を制御する制御電圧を主MOSトランジスタのゲートに出力させ、さらに、第1のスイッチ素子をオフにする。半導体集積回路は、電源電圧が第1の規定値未満の場合には、アンプ装置を非活性化させることにより、第2の出力端子をハイインピーダンスし、さらに、第1のスイッチ素子をオンにする。
【選択図】図1

Description

実施形態は、半導体集積回路に関する。
従来のレギュレータと電源スイッチ回路を有する半導体集積回路では、入力電源端子と出力電源端子の間にレギュレータ用pMOSトランジスタと電源スイッチ用pMOSトランジスタが並列に接続されている。
この上記従来の半導体集積回路は、入力電源電圧が高いときにはレギュレータを動作させて、入力電源電圧が低いときには電源スイッチが動作するように切り替えて使用される。
このように、上記従来の半導体集積回路では、レギュレータ回路とは別に大きな電源スイッチが必要となる。
このため、上記従来の半導体集積回路では、回路面積が増加し、製造コストも増加する問題があった。
特開2009−193401
電源電圧に応じて、シリーズレギュレータまたは電源スイッチの何れか一方として動作することが可能な半導体集積回路を提供する。
実施例に従った半導体集積回路は、電源電圧が印加される入力電源端子に一端が接続され、出力電圧を出力する出力電源端子に他端が接続された主MOSトランジスタを備える。半導体集積回路は、前記主MOSトランジスタがオンする値のゲート電圧を出力するゲート電圧生成回路を備える。半導体集積回路は、前記出力電源端子の出力電圧に応じたモニタ電圧と設定された基準電圧とを比較し、この比較結果に応じた制御電圧を出力するアンプ装置を備える。
半導体集積回路は、前記電源電圧が第1の規定値以上の場合には、前記アンプ装置を活性化させることにより、前記モニタ電圧と前記基準電圧とが等しくなるように、前記制御電圧を前記主MOSトランジスタのゲートに印加させる。
半導体集積回路は、前記電源電圧が前記第1の規定値未満の場合には、前記アンプ装置を非活性化させ、前記ゲート電圧を前記主MOSトランジスタのゲートに印加する。
図1は、実施例1に係る半導体集積回路100の構成の一例を示す回路図である。 図2は、図1に示すゲート電圧生成回路GGの構成の一例を示す回路図である。 図3は、実施例2に係る半導体集積回路200の構成の一例を示す回路図である。 図4は、実施例3に係る半導体集積回路300の構成の一例を示す回路図である。 図5は、実施例4に係る半導体集積回路400の構成の一例を示す回路図である。
以下、各実施例について、図面に基づいて説明する。
図1は、実施例1に係る半導体集積回路100の構成の一例を示す回路図である。また、図2は、図1に示すゲート電圧生成回路GGの構成の一例を示す回路図である。
図1に示すように、半導体集積回路100は、主MOSトランジスタ(pMOSトランジスタ)M1と、分圧回路Rと、ゲート電圧生成回路GGと、第1のスイッチ素子SW1と、バッファBと、インバータINと、アンプ装置ADと、制御回路CONと、を備える。
主MOSトランジスタM1は、電源電圧Vinが印加される入力電源端子Tinに一端(ソース)およびバッグゲートが接続され、出力電圧Voutを出力する出力電源端子Toutに他端(ドレイン)が接続されている。
分圧回路Rは、出力電源端子Toutの出力電圧Voutを分圧した(出力電圧Voutに応じた)モニタ電圧Vmを出力するようになっている。
この分圧回路Rは、例えば、図1に示すように、第1の分圧抵抗r1と、第2の分圧抵抗r2と、を有する。
第1の分圧抵抗r1は、出力電源端子Toutに一端が接続されている。
第2の分圧抵抗r2は、第1の分圧抵抗r1の他端に一端が接続され、接地に他端が接続されている。
この分圧回路Rは、第1の分圧抵抗r1の他端と第2の分圧抵抗r2の一端との間の電圧をモニタ電圧Vmとして出力する。
なお、半導体集積回路100は、この分圧回路Rに代えて、少なくとも出力電圧Voutに応じたモニタ電圧Vm(モニタ電圧Vmが出力電圧Voutと等価である場合も含む)を取得できる回路構成を有するようにしてもよい。
また、ゲート電圧生成回路GGは、主MOSトランジスタM1がオンする値のゲート電圧VGを第1の出力端子T1から出力するようになっている
このゲート電圧生成回路GGは、ここでは、例えば、負のゲート電圧VGを第1の出力端子T1から出力するようになっている。
このゲート電圧生成回路GGは、例えば、図2に示すように、第3のスイッチ素子SW3と、第4のスイッチ素子SW4と、第5のスイッチ素子SW5と、第6のスイッチ素子SW6と、第1のキャパシタC1と、第2のキャパシタC2と、を有する。
第3のスイッチ素子SW3は、入力電源端子Tinに一端が接続されている。
第4のスイッチ素子SW4は、第3のスイッチ素子SW3の他端に一端が接続され、接地に他端が接続されている。
第1のキャパシタC1は、第3のスイッチ素子SW3の他端に一端が接続されている。
第5のスイッチ素子SW5は、第1のキャパシタC1の他端に一端が接続され、第1の出力端子T1に他端が接続されている。
第6のスイッチ素子SW6は、第1のキャパシタC1の他端に一端が接続され、接地に他端が接続されている。
第2のキャパシタC2は、接地に一端が接続され、第1の出力端子T1に他端が接続されている。
ゲート電圧生成回路GGは、例えば、第3および第6のスイッチ素子SW3、SW6が同期してオン/オフを繰り返し、且つ、第3のスイッチ素子SW3と第4のスイッチ素子SW4とが相補的にオン/オフするように、第4および第5のスイッチ素子SW4、SW5が同期してオン/オフを繰り返す。これにより、ゲート電圧生成回路GGは、第1の出力端子T1から負のゲート電圧VGを出力する。
また、図1に示すように、第1のスイッチ素子SW1は、主MOSトランジスタM1のゲートとゲート電圧生成回路GGの第1の出力端子T1との間に接続されている。
この第1のスイッチ素子SW1は、ここでは、例えば、第2の出力端子T2にドレインが接続され、第1の出力端子T1にソースおよびバッグゲートが接続された第1のスイッチnMOSトランジスタM2である。
アンプ装置ADは、モニタ電圧Vmと設定された基準電圧Vrefとを比較し、この比較結果に応じた制御電圧SVを、主MOSトランジスタM1のゲートに接続された第2の出力端子T2から出力するようになっている。
このアンプ装置ADは、ここでは、例えば、出力pMOSトランジスタMpと、出力nMOSトランジスタMnと、第2のスイッチ素子SW2と、アンプ回路AMPと、を有する。
出力pMOSトランジスタMpは、入力電源端子Tinにソースが接続され、第2の出力端子T2にドレインが接続され、ソースとバッグゲートとが接続されている。この出力pMOSトランジスタMpは、アンプ回路AMPが出力する信号により制御されるようになっている。
出力nMOSトランジスタMnは、第2の出力端子T2にドレインが接続され、ソースとバッグゲートとが接続されている。この出力nMOSトランジスタMnは、アンプ回路AMPが出力する信号により制御されるようになっている。
第2のスイッチ素子SW2は、出力nMOSトランジスタMnのソースと接地との間に接続されている。
この第2のスイッチ素子SW2は、ここでは、例えば、出力nMOSトランジスタMnのソースと接地との間に接続され、ドレインとバッグゲートが接続された第2のスイッチnMOSトランジスタM3である。
アンプ回路AMPは、基準電圧Vrefおよびモニタ電圧Vmが入力されるようになっている。
このアンプ回路AMPは、活性化した場合には、基準電圧Vrefがモニタ電圧Vmよりも高い場合には、出力pMOSトランジスタMpをオフする信号を出力し且つ出力nMOSトランジスタMnをオンする信号を出力するようになっている。
また、アンプ回路AMPは、活性化した場合には、基準電圧Vrefがモニタ電圧Vmよりも低い場合には、出力pMOSトランジスタMpをオンする信号を出力し且つ出力nMOSトランジスタMnをオフする信号を出力するようになっている。
一方、アンプ回路AMPは、非活性化した場合には、出力pMOSトランジスタMpおよび出力nMOSトランジスタMnをオフする信号を出力するようになっている。
なお、アンプ回路AMPは、出力pMOSトランジスタMpと出力nMOSトランジスタMnとの間に、貫通電流が流れないように、出力pMOSトランジスタMpとnMOSトランジスタとを制御する信号を出力する。
制御回路CONは、電源電圧Vinに応じて、制御信号S1、S2を出力し、第1のスイッチ素子SW1およびアンプ装置ADの動作を制御するようになっている。
制御回路CONが出力した制御信号S1は、バッファBを介して、第1のスイッチ素子SW1の制御端子(ゲート)に入力されるとともに、インバータINを介して、第2のスイッチ素子SW2の制御端子(ゲート)に入力されるようになっている。
すなわち、制御回路CONは、第1のスイッチ素子SW1と第2のスイッチ素子SW2とが相補的にオン/オフするように制御するようになっている。
また、制御回路CONが出力した制御信号S1、S2により、アンプ装置ADの活性化状態と非活性化状態とが切り替えられるようになっている。
ここで、制御回路CONは、電源電圧Vinが第1の規定値(例えば、1.8V)以上の場合には、制御信号S1、S2により、アンプ装置ADを活性化させるようになっている。すなわち、制御回路CONは、電源電圧Vinが第1の規定値以上の場合には、制御信号S1により第2のスイッチ素子SW2をオンし、且つ、制御信号S2によりアンプ回路AMPを活性化するようになっている。
これにより、電源電圧Vinが第1の規定値以上の場合には、アンプ装置ADは、モニタ電圧Vmと基準電圧Vrefとが等しくなるように、第2の出力端子T2から主MOSトランジスタM1の動作を制御する制御電圧SVを主MOSトランジスタM1のゲートに出力する。
さらに、制御回路CONは、電源電圧Vinが第1の規定値以上の場合には、制御信号S1により、第1のスイッチ素子SW1をオフにする。これにより、ゲート電圧生成回路GGの第1の出力端子T1は、主MOSトランジスタM1のゲートと絶縁された状態になる。
このように、制御回路CONは、電源電圧Vinが第1の規定値以上の場合には、半導体集積回路100がシリーズレギュレータとして機能するように切り替える動作を制御するようになっている。
一方、制御回路CONは、電源電圧Vinが第1の規定値未満の場合には、制御信号S1、S2により、アンプ装置ADを非活性化させる。すなわち、制御回路CONは、電源電圧Vinが第1の規定値未満の場合には、制御信号S1により第2のスイッチ素子SW2をオフし、且つ、制御信号S2によりアンプ回路AMPを非活性化するようになっている。
これにより、電源電圧Vinが第1の規定値未満の場合には、アンプ装置ADは、第2の出力端子T2をハイインピーダンスにする。
さらに、制御回路CONは、電源電圧Vinが第1の規定値未満の場合には、制御信号S1により、第1のスイッチ素子SW1をオンにする。これにより、ゲート電圧生成回路GGの第1の出力端子T1は、主MOSトランジスタM1のゲートと導通された状態になる。すなわち、制御回路CONは、ゲート電圧生成回路GGが出力した第1の出力端子T1のゲート電圧VGを主MOSトランジスタM1のゲートに印加する。これにより、主MOSトランジスタM1がオンする。
このように、制御回路CONは、電源電圧Vinが第1の規定値未満の場合には、半導体集積回路100が電源スイッチとして機能するように切り替える動作を制御するようになっている。
ここで、既述のように、ゲート電圧生成回路GGが出力するゲート電圧VGは、負電圧である。したがって、半導体集積回路100が電源スイッチとして機能する場合、ゲート電圧VGが主MOSトランジスタM1のゲートに印加されることにより、主MOSトランジスタM1の抵抗値をより低くすることができる。すなわち、主MOSトランジスタM1の小型化が可能であり、回路面積の縮小を図ることができる。
このように、半導体集積回路100では、制御回路CONが入力電源電圧Vinと出力電源電圧Vinを監視して、自動的にレギュレータ動作させるか電源スイッチ動作させるかを判別する。したがって、半導体集積回路100は、システム的な使い方が容易である。
なお、制御回路CONは、半導体集積回路100の外部に設けられていてもよい。
また、半導体集積回路100は、シリーズレギュレータまたは電源スイッチとして機能するための主MOSトランジスタM1が同じであるため、回路面積を削減できる。
以上のように、本実施例1に係る半導体集積回路によれば、電源電圧に応じて、回路面積の縮小を図りつつ、シリーズレギュレータまたは電源スイッチの何れか一方として動作することができる。
既述の実施例1では、主MOSトランジスタがpMOSトランジスタである場合について、説明した。
本実施例2においては、主MOSトランジスタがnMOSトランジスタである場合について、説明する。
図3は、実施例2に係る半導体集積回路200の構成の一例を示す回路図である。図3において、図1の符号と同じ符号は、実施例1と同様の構成を示す。
図3に示すように、半導体集積回路200は、主MOSトランジスタ(nMOSトランジスタ)M1aと、分圧回路Rと、ゲート電圧生成回路GGと、第1のスイッチ素子SW1と、バッファBと、インバータINと、アンプ装置ADと、制御回路CONと、を備える。
既述のように、主MOSトランジスタM1aは、入力電源端子Tinにドレインが接続され、出力端子Toutにソースおよびバッグゲートが接続されたnMOSトランジスタである。
ゲート電圧生成回路GGは、ここでは、正のゲート電圧VGを第1の出力端子T1から出力するようになっている。
また、第1のスイッチ素子SW1は、第2の出力端子T2にソースおよびバッグゲートが接続され、前記第1の出力端子T1にドレインが接続された第1のスイッチpMOSトランジスタM2aである。
また、アンプ装置ADは、第2のスイッチ素子SW2と、出力pMOSトランジスタMpと、出力nMOSトランジスタMnと、アンプ回路AMPと、を有する。
第2のスイッチ素子SW2は、入力電源端子Tinに一端が接続されている。
この第2のスイッチ素子SW2は、入力電源端子Tinと出力pMOSトランジスタMpのソースとの間に接続され、ドレインとバッグゲートが接続された第2のスイッチpMOSトランジスタM3aである。
出力pMOSトランジスタMpは、第2のスイッチ素子SW2の他端にソースが接続され、第2の出力端子T2にドレインが接続され、ソースとバッグゲートとが接続されている。この出力pMOSトランジスタMpは、アンプ回路AMPが出力する信号により制御されるようになっている。
出力nMOSトランジスタMnと、第2の出力端子T2にドレインが接続され、接地にソースが接続され、ソースとバッグゲートとが接続されている。この出力nMOSトランジスタMnは、アンプ回路AMPが出力する信号により制御されるようになっている。
アンプ回路AMPは、基準電圧Vrefおよびモニタ電圧Vmが入力されるようになっている。
このアンプ回路AMPは、活性化した場合であって、基準電圧Vrefがモニタ電圧Vmよりも高い場合には、出力pMOSトランジスタMpをオンする信号を出力し且つ出力nMOSトランジスタMnをオフする信号を出力するようになっている。
また、アンプ回路AMPは、活性化した場合であって、基準電圧Vrefがモニタ電圧Vmよりも低い場合には、出力pMOSトランジスタMpをオフする信号を出力し且つ出力nMOSトランジスタMnをオンする信号を出力するようになっている。
一方、アンプ回路AMPは、非活性化した場合には、出力pMOSトランジスタMpおよび出力nMOSトランジスタMnをオフする信号を出力するようになっている。
なお、実施例2に係る半導体集積回路200のその他の構成および機能は、実施例1と同様である。
すなわち、実施例1と同様に、制御回路CONは、電源電圧Vinが第1の規定値以上の場合には、制御信号S1、S2により、アンプ装置ADを活性化させるようになっている。すなわち、制御回路CONは、電源電圧Vinが第1の規定値以上の場合には、制御信号S1により第2のスイッチ素子SW2をオンし、且つ、制御信号S2によりアンプ回路AMPを活性化するようになっている。
これにより、電源電圧Vinが第1の規定値以上の場合には、アンプ装置ADは、モニタ電圧Vmと基準電圧Vrefとが等しくなるように、第2の出力端子T2から主MOSトランジスタM1aの動作を制御する制御電圧SVを主MOSトランジスタM1aのゲートに出力する。
さらに、制御回路CONは、電源電圧Vinが第1の規定値以上の場合には、制御信号S1により、第1のスイッチ素子SW1をオフにする。これにより、ゲート電圧生成回路GGの第1の出力端子T1は、主MOSトランジスタM1aのゲートと絶縁された状態になる。
このように、制御回路CONは、電源電圧Vinが第1の規定値以上の場合には、半導体集積回路100がシリーズレギュレータとして機能するように切り替える動作を制御するようになっている。
一方、制御回路CONは、電源電圧Vinが第1の規定値未満の場合には、制御信号S1、S2により、アンプ装置ADを非活性化させる。すなわち、制御回路CONは、電源電圧Vinが第1の規定値未満の場合には、制御信号S1により第2のスイッチ素子SW2をオフし、且つ、制御信号S2によりアンプ回路AMPを非活性化するようになっている。
これにより、電源電圧Vinが第1の規定値未満の場合には、アンプ装置ADは、第2の出力端子T2をハイインピーダンスにする。
さらに、制御回路CONは、電源電圧Vinが第1の規定値未満の場合には、制御信号S1により、第1のスイッチ素子SW1をオンにする。これにより、ゲート電圧生成回路GGの第1の出力端子T1は、主MOSトランジスタM1aのゲートと導通された状態になる。すなわち、主MOSトランジスタM1aのゲートにゲート電圧生成回路GGが生成したゲート電圧VGが印加され、主MOSトランジスタM1aがオンする。
このように、制御回路CONは、電源電圧Vinが第1の規定値未満の場合には、半導体集積回路100が電源スイッチとして機能するように切り替える動作を制御するようになっている。
以上のように、本実施例2に係る半導体集積回路によれば、実施例1と同様に、電源電圧に応じて、回路面積の縮小を図りつつ、シリーズレギュレータまたは電源スイッチの何れか一方として動作することができる。
本実施例3においては、制御回路が電源電圧と出力電圧との電位差に基づいて、制御動作を実行する例について説明する。
図4は、実施例3に係る半導体集積回路300の構成の一例を示す回路図である。図4において、図1の符号と同じ符号は、実施例1と同様の構成を示す。
図4に示すように、半導体集積回路300は、実施例1と同様に、主MOSトランジスタ(pMOSトランジスタ)M1と、分圧回路Rと、ゲート電圧生成回路GGと、第1のスイッチ素子SW1と、バッファBと、インバータINと、アンプ装置ADと、制御回路CONと、を備える。
ここで、制御回路CONは、電源電圧Vin(例えば、1.8V以上)と出力電圧Vout(例えば、1.2V)との電位差が、第2の規定値(例えば、0.6V)以上である場合には、電源電圧Vinが第1の規定値(1.8V)以上であると判断するようになっている。
一方、制御回路CONは、該電位差が、第2の規定値(例えば、0.6V)未満である場合には、電源電圧Vinが第1の規定値(1.8V)未満であると判断するようになっている。
このように、制御回路CONは、電源電圧と出力電圧との電位差に基づいて、制御動作を実行するようになっている。
なお、実施例3に係る半導体集積回路300のその他の構成および機能は、実施例1と同様である。
すなわち、本実施例3に係る半導体集積回路によれば、実施例1と同様に、電源電圧に応じて、シリーズレギュレータまたは電源スイッチの何れか一方として動作することができる。
本実施例4においては、実施例3と同様に、制御回路が電源電圧と出力電圧との電位差に基づいて、制御動作を実行する他の例について説明する。
図5は、実施例4に係る半導体集積回路400の構成の一例を示す回路図である。図5において、図3の符号と同じ符号は、実施例2と同様の構成を示す。
図5に示すように、半導体集積回路400は、実施例2と同様に、主MOSトランジスタ(nMOSトランジスタ)M1aと、分圧回路Rと、ゲート電圧生成回路GGと、第1のスイッチ素子SW1と、バッファBと、インバータINと、アンプ装置ADと、制御回路CONと、を備える。
ここで、制御回路CONは、電源電圧Vin(例えば、1.8V以上)と出力電圧Vout(例えば、1.2V)との電位差が、第2の規定値(例えば、0.6V)以上である場合には、電源電圧Vinが第1の規定値(1.8V)以上であると判断するようになっている。
一方、制御回路CONは、該電位差が、第2の規定値(例えば、0.6V)未満である場合には、電源電圧Vinが第1の規定値(1.8V)未満であると判断するようになっている。
このように、制御回路CONは、電源電圧と出力電圧との電位差に基づいて、制御動作を実行するようになっている。
なお、実施例4に係る半導体集積回路400のその他の構成および機能は、実施例2と同様である。
すなわち、本実施例4に係る半導体集積回路によれば、実施例2と同様に、電源電圧に応じて、シリーズレギュレータまたは電源スイッチの何れか一方として動作することができる。
なお、実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。
100〜400 半導体集積回路
M1 主MOSトランジスタ(pMOSトランジスタ)
R 分圧回路
GG ゲート電圧生成回路
SW1 第1のスイッチ素子
B バッファ
IN インバータ
AD アンプ装置
CON 制御回路

Claims (8)

  1. 電源電圧が印加される入力電源端子に一端が接続され、出力電圧を出力する出力電源端子に他端が接続された主MOSトランジスタと、
    前記主MOSトランジスタがオンする値のゲート電圧を出力するゲート電圧生成回路と、
    前記出力電源端子の出力電圧に応じたモニタ電圧と設定された基準電圧とを比較し、この比較結果に応じた制御電圧を出力するアンプ装置と、を備え、
    前記電源電圧が第1の規定値以上の場合には、前記アンプ装置を活性化させることにより、前記モニタ電圧と前記基準電圧とが等しくなるように、前記制御電圧を前記主MOSトランジスタのゲートに印加させ、
    一方、前記電源電圧が前記第1の規定値未満の場合には、前記アンプ装置を非活性化させ、前記ゲート電圧を前記主MOSトランジスタのゲートに印加する
    ことを特徴とする半導体集積回路。
  2. 前記主MOSトランジスタのゲートと前記ゲート電圧生成回路の出力端子との間に接続された第1のスイッチ素子をさらに備え、
    前記電源電圧が前記第1の規定値以上の場合には、前記第1のスイッチ素子をオフにし、
    一方、前記電源電圧が前記第1の規定値未満の場合には、前記第1のスイッチ素子をオンにする
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。
  3. 前記電源電圧が前記第1の規定値未満の場合には、前記アンプ装置の出力はハイインピーダンス出力にすることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体集積回路。
  4. 前記電源電圧に応じて、前記第1のスイッチ素子および前記アンプ装置の動作を制御する制御回路を備え、
    前記制御回路は、
    前記電源電圧が前記第1の規定値以上の場合には、前記アンプ装置を活性化させ、さらに、前記第1のスイッチ素子をオフにし、
    一方、前記電源電圧が前記第1の規定値未満の場合には、前記アンプ装置を非活性化させる、さらに、前記第1のスイッチ素子をオンにする制御信号を生成する
    ことを特徴とする請求項2に記載の半導体集積回路。
  5. 前記主MOSトランジスタは、前記入力電源端子にソースおよびバッグゲートが接続され、前記出力電源端子にドレインが接続されたpMOSトランジスタであることを特徴とする請求項2に記載の半導体集積回路。
  6. 前記ゲート電圧生成回路は、負の電圧を生成する回路を備え、前記負の電圧を生成する回路の出力を前記主MOSトランジスタのゲートに印加することを特徴とする請求項5に記載の半導体集積回路。
  7. 前記主MOSトランジスタは、前記入力電源端子にドレインが接続され、前記出力電源端子にソースおよびバッグゲートが接続されたnMOSトランジスタである
    ことを特徴とする請求項2に記載の半導体集積回路。
  8. 前記ゲート電圧生成回路は、正の電圧を生成する回路を備え、前記正の電圧を生成する回路の出力を主MOSトランジスタのゲートに印加することを特徴とする請求項7に記載の半導体集積回路。
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