JP2018180576A - Voltage dropping circuit and semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、降圧回路及び半導体集積回路に関する。 The present invention relates to a step-down circuit and a semiconductor integrated circuit.
半導体集積回路の外部から供給される入力電位を、内部回路で電源電圧として使用される内部電位に降圧する回路として、nチャネル型MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を用いた降圧回路がある。なお、この降圧回路は、nMOSレギュレータとも呼ばれる。 There is a step-down circuit using an n-channel MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) as a circuit to step down an input potential supplied from the outside of a semiconductor integrated circuit to an internal potential used as a power supply voltage in an internal circuit. . This step-down circuit is also called an nMOS regulator.
従来のnチャネル型MOSFET(以下nMOSと略す)を用いた降圧回路は、内部電位を出力する出力トランジスタであるnMOSと、nMOSにゲート電位を供給するゲート電位生成回路を含む。出力トランジスタは、ゲート電位に基づいた内部電位を出力する。 A conventional step-down circuit using an n-channel MOSFET (hereinafter abbreviated as nMOS) includes an nMOS which is an output transistor for outputting an internal potential, and a gate potential generation circuit for supplying a gate potential to the nMOS. The output transistor outputs an internal potential based on the gate potential.
ゲート電位生成回路には、参照電位に基づいてゲート電位を制御する比較回路(たとえば、オペアンプを用いて実現される)が含まれる。また、ゲート電位生成回路は、出力トランジスタと同じ閾値電圧をもつMOSダイオードを含み、比較回路で制御された電位にその閾値電圧を加えたゲート電位を出力する。このようなゲート電位生成回路を含む降圧回路では、MOSダイオードの閾値電圧と、出力トランジスタの閾値電圧とが相殺される。そのため、出力トランジスタの閾値電圧が、製造プロセスまたは温度などの条件により変動し出力電位に影響を与えることが抑制される。 The gate potential generation circuit includes a comparison circuit (for example, implemented using an operational amplifier) that controls the gate potential based on the reference potential. The gate potential generation circuit includes a MOS diode having the same threshold voltage as the output transistor, and outputs a gate potential obtained by adding the threshold voltage to the potential controlled by the comparison circuit. In the step-down circuit including such a gate potential generation circuit, the threshold voltage of the MOS diode and the threshold voltage of the output transistor are offset. Therefore, the threshold voltage of the output transistor is suppressed from fluctuating due to conditions such as the manufacturing process or temperature to affect the output potential.
ところで、近年、半導体集積回路が多電源化しており、半導体集積回路において複数の異なる電源電圧が用いられる場合がある。ある入力電位から複数の異なる内部電位を電源電圧として同時に生成するためには、上記のような比較回路などを含む降圧回路を複数設ければよい。しかしその場合、回路面積が増大してしまうという問題がある。 By the way, in recent years, semiconductor integrated circuits have multiple power supplies, and a plurality of different power supply voltages may be used in semiconductor integrated circuits. In order to simultaneously generate a plurality of different internal potentials as a power supply voltage from a certain input potential, a plurality of step-down circuits including the above-described comparison circuit and the like may be provided. However, in that case, there is a problem that the circuit area is increased.
1つの側面では、本発明は、降圧回路の回路面積の増大を抑えることを目的とする。 In one aspect, the present invention aims to suppress an increase in circuit area of a step-down circuit.
1つの実施態様では、ダイオード接続された第1のnチャネル型MOSFETを含み、入力電位と参照電位とを受け、前記参照電位に基づいて第1の電位を生成し、前記第1のnチャネル型MOSFETの第1のドレイン端子から、前記第1の電位に前記第1のnチャネル型MOSFETの閾値電圧を加えた第1のゲート電位を出力する第1のゲート電位生成回路と、直列に接続された複数の抵抗素子を介して前記第1のドレイン端子に接続されるとともにダイオード接続された第2のnチャネル型MOSFETを有し、前記複数の抵抗素子に含まれる第1の抵抗素子と第2の抵抗素子の間の第1のノードから前記第1のゲート電位を抵抗分圧した第2のゲート電位を出力する、第2のゲート電位生成回路と、それぞれが、前記第1のゲート電位または前記第2のゲート電位に基づいて、前記入力電位より低い出力電位を出力する複数の第3のnチャネル型MOSFETと、を有する降圧回路が提供される。 One embodiment includes a first n-channel MOSFET diode-connected, receives an input potential and a reference potential, and generates a first potential based on the reference potential, the first n-channel type It is connected in series with a first gate potential generation circuit that outputs a first gate potential obtained by adding the threshold voltage of the first n-channel MOSFET to the first potential from a first drain terminal of the MOSFET. A second n-channel type MOSFET connected and diode-connected to the first drain terminal via a plurality of resistive elements, the first resistive element and the second resistive element included in the plurality of resistive elements A second gate potential generation circuit that outputs a second gate potential obtained by subjecting the first gate potential to resistance division from a first node between resistance elements, and each of the first gate potential generating circuits Position or based on the second gate potential, the step-down circuit having a plurality of third n-channel MOSFET for outputting a lower output voltage than the input voltage is provided.
また、1つの実施態様では、半導体集積回路が提供される。 Also, in one embodiment, a semiconductor integrated circuit is provided.
1つの側面では、本発明は、降圧回路の回路面積の増大を抑えることができる。 In one aspect, the present invention can suppress an increase in circuit area of a step-down circuit.
以下、発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の降圧回路の一例を示す図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First Embodiment
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the step-down circuit according to the first embodiment.
降圧回路10は、ゲート電位生成回路11,12、nMOS13a,13b,13cを有する。
ゲート電位生成回路11は、pチャネル型MOSFET(以下pMOSと略す)11a、nMOS11b、比較回路11c、抵抗素子11d,11eを有する。
The step-down
The gate
pMOS11aのゲート端子には、比較回路11cの出力端子が接続され、pMOS11aのソース端子及び基板端子には、入力電位VCCが供給される。pMOS11aのドレイン端子は、nMOS11bのドレイン端子及びゲート端子に接続されている。
The output terminal of the
nMOS11bは、ダイオード接続されている。すなわち、ゲート端子とドレイン端子とが接続されている。このため、nMOS11bは、MOSダイオードとして機能する。なお、nMOS11bの基板端子とソース端子には、抵抗素子11d,11eを介して基準電位VSSが供給される。基準電位VSSは、たとえば、0V(接地電位)である。なお、抵抗素子11dの抵抗値はR1であり、抵抗素子11eの抵抗値はR2である。
The nMOS 11 b is diode-connected. That is, the gate terminal and the drain terminal are connected. Therefore, the
比較回路11cは、たとえば、オペアンプ(差動増幅回路)で実現され、入力電位VCCと基準電位VSSに基づいて動作する。比較回路11cの反転入力端子(図1では“−”と表記されている)には、参照電位Vrefが供給される。比較回路11cの非反転入力端子(図1では“+”と表記されている)は、直列に接続されている抵抗素子11dと抵抗素子11eの間のノード11fに接続されている。また、比較回路11cの出力端子は、pMOS11aのゲート端子に接続されている。これにより、比較回路11cは、ノード11fの電位Vmoniが、参照電位Vrefに等しくなるように、pMOS11aのドレイン電流I1を制御する。
なお、参照電位Vrefは、降圧回路10の外部から供給される。
詳細は後述するが、ゲート電位生成回路11は、参照電位Vrefに基づいてnMOS11bのソース端子及び基板端子の電位Va1を生成する。そして、ゲート電位生成回路11は、nMOS11bのドレイン端子から、電位Va1にnMOS11bの閾値電圧Vthnを加えたゲート電位Vg1を出力する。
The reference potential Vref is supplied from the outside of the step-down
Although the details will be described later, the gate
ゲート電位生成回路12は、nMOS12a、抵抗素子12b,12c,12dを有する。
nMOS12aは、ダイオード接続されている。すなわち、ゲート端子とドレイン端子とが接続されている。このため、nMOS12aは、MOSダイオードとして機能する。nMOS12aのドレイン端子及びゲート端子は、抵抗素子12b,12c,12dを介して、nMOS11bのドレイン端子(及びpMOS11aのドレイン端子)に接続されている。nMOS12aのソース端子には、基準電位VSSが供給され、nMOS12aの基板端子はソース端子に接続されている。なお、抵抗素子12bの抵抗値はR3であり、抵抗素子12cの抵抗値はR4であり、抵抗素子12dの抵抗値はR5である。
The gate
The nMOS 12a is diode-connected. That is, the gate terminal and the drain terminal are connected. Therefore, the
ゲート電位生成回路12は、抵抗素子12c,12dの間のノード12eからゲート電位Vg1を抵抗分圧したゲート電位Vg2を出力し、抵抗素子12b,12cの間のノード12fからゲート電位Vg1を抵抗分圧したゲート電位Vg3を出力する。
Gate
nMOS13a〜13cは、ゲート電位Vg1〜Vg3に基づいて、入力電位VCCよりも低い出力電位Vout1,Vout2,Vout3を出力する。
nMOS13aのゲート端子は、pMOS11aのドレイン端子(及びnMOS11bのゲート端子及びドレイン端子)に接続されており、nMOS13aのドレイン端子には入力電位VCCが供給される。nMOS13aのソース端子及び基板端子は、入力電位VCCより低い出力電位Vout1となる。
The
The gate terminal of the nMOS 13a is connected to the drain terminal of the
nMOS13bのゲート端子は、抵抗素子12cと抵抗素子12dの間のノード12eに接続されており、nMOS13bのドレイン端子には入力電位VCCが供給される。nMOS13bのソース端子及び基板端子は、入力電位VCCより低い出力電位Vout2となる。
The gate terminal of the
nMOS13cのゲート端子は、抵抗素子12bと抵抗素子12cの間のノード12fに接続されており、nMOS13cのドレイン端子には入力電位VCCが供給される。nMOS13cのソース端子及び基板端子は、入力電位VCCより低い出力電位Vout3となる。
The gate terminal of the nMOS 13c is connected to the
なお、nMOS11b,12a,13a〜13cは同じ閾値電圧Vthnをもつようにすることが望ましい。後述するように、互いの閾値電圧Vthnを相殺できるようにし、製造プロセスまたは温度などの条件による閾値電圧Vthnの変動が出力電位Vout1〜Vout3に影響を与えることを抑制するためである。同じ閾値電圧Vthnをもつようにするために、nMOS11b,12a,13a〜13cは、特性が同一になるように設計される。すなわち、nMOS11b,12a,13a〜13cは、形状、サイズなどが同じである。
The
以下、降圧回路10の動作を説明する。
なお、以下では、nMOS11b,12a,13a〜13cは同じ閾値電圧Vthnをもち、R1+R2=R3+R4+R5であるものとして説明する。R1+R2=R3+R4+R5とする理由については後述する。
Hereinafter, the operation of the step-down
In the following, it is assumed that the
ゲート電位生成回路11において、比較回路11cによって参照電位Vrefがノード11fの電位Vmoniと等しくなるように、pMOS11aのドレイン電流I1が制御されるとき、Vref≒Vmoni=I1×R1となる。
In the gate
このとき、nMOS11bのソース端子及び基板端子の電位Va1は、Va1=I1×(R1+R2)となる。また、nMOS11bを通電するための電圧が閾値電圧Vthnであるため、ゲート電位生成回路11が出力するゲート電位Vg1(pMOS11aのドレイン電位)は、Vg1=Va1+Vthnとなる。
At this time, the potential Va1 of the source terminal and the substrate terminal of the
ゲート電位Vg1を受けるnMOS13aは、ゲートソース間電圧Vgsが、Vgs=Vg1−Vout1≧Vthnとなると通電される。nMOS13aのゲート端子は、nMOS11bのゲート端子に接続されているため、ゲート電位生成回路11にドレイン電流I1が流れるとき、nMOS13aのドレイン端子とソース端子間にも同じ電流が流れる。このとき、Vg1−Vout1=Vthnとなる。上記のようにVg1=Va1+Vthnであるため、出力電位Vout1は、Vout1=Va1となる。
The
電位Va1は、上記のように参照電位Vrefに基づいて制御されるドレイン電流I1と抵抗値R1,R2によって決まるため、これらの値を調整することで、所望の出力電位Vout1を得ることができる。 Since the potential Va1 is determined by the drain current I1 controlled based on the reference potential Vref and the resistance values R1 and R2 as described above, the desired output potential Vout1 can be obtained by adjusting these values.
一方、ゲート電位生成回路12において、抵抗素子12c,12d間のノード12eの電位であるゲート電位Vg2は、Vg2=Vg1−I2×R5である。また、抵抗素子12b,12c間のノード12fの電位であるゲート電位Vg3は、Vg3=Vg1−I2×(R4+R5)である。電流I2は、nMOS12aと、抵抗素子12b,12c,12dによる直列回路に流れる電流である。
On the other hand, in gate
nMOS12aを通電するための電圧は、閾値電圧Vthnであり、さらに、R1+R2=R3+R4+R5であるため、I2=I1となる。したがって、ゲート電位Vg2,Vg3は、Vg2=Vg1−I1×R5、Vg3=Vg1−I1×(R4+R5)となる。さらに、Vg1=Vout1+Vthnであるから、ゲート電位Vg2,Vg3は、Vg2=Vout1+Vthn−I1×R5、Vg3=Vout1+Vthn−I1×(R4+R5)と表せる。
The voltage for energizing the
したがって、出力電位Vout2は、Vout2=Vg2−Vthn=Vout1+Vthn−I1×R5−Vthn=Vout1−I1×R5となる。また、出力電位Vout3は、Vout3=Vg3−Vthn=Vout1+Vthn−I1×(R4+R5)−Vthn=Vout1−I1×(R4+R5)となる。 Therefore, the output potential Vout2 is Vout2 = Vg2−Vthn = Vout1 + Vthn−I1 × R5−Vthn = Vout1−I1 × R5. Further, the output potential Vout3 is Vout3 = Vg3-Vthn = Vout1 + Vthn-I1 * (R4 + R5) -Vthn = Vout1-I1 * (R4 + R5).
このように、降圧回路10によれば、簡素な回路で、複数の降圧電位を同時に出力でき、たとえば、以下に示すような比較例の降圧回路に比べて、回路面積の増大を抑えられる。
As described above, according to the step-
(比較例)
図2は、比較例の降圧回路を示す図である。図2において、図1と同じ要素については同一符号が付されている。
(Comparative example)
FIG. 2 is a diagram showing a step-down circuit of a comparative example. In FIG. 2, the same elements as in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
比較例の降圧回路10aは、ゲート電位生成回路11とnMOS13aを有する降圧部10a1と、ゲート電位生成回路14とnMOS13bを有する降圧部10a2を有する。降圧部10a1は、出力電位Vout1を出力し、降圧部10a2は、出力電位Vout2を出力する。
The step-down circuit 10a of the comparative example includes a step-down unit 10a1 having a gate
ゲート電位生成回路14は、nMOS13bのゲート端子のゲート電位Vg2を生成する。ゲート電位生成回路14は、pMOS14a、nMOS14b、比較回路14c、抵抗素子14d,14eを有し、ゲート電位生成回路11と同じ回路構成となっている。
The gate
このような降圧回路10aにおいて、出力電位Vout1は、図1に示した降圧回路10と同様に、Vout1=Va1となる。
一方、出力電位Vout2は、以下のように生成される。
In such a step-down circuit 10a, the output potential Vout1 is Vout1 = Va1 as in the step-
On the other hand, the output potential Vout2 is generated as follows.
ゲート電位生成回路14において、比較回路14cによって参照電位Vrefがノード14fの電位Vmoniaと等しくなるように、pMOS14aのドレイン電流I1aが制御されるとき、Vref≒Vmonia=I1a×R1aとなる。なお、R1aは抵抗素子14dの抵抗値である。
In the gate
このとき、nMOS14bのソース端子及び基板端子の電位Va2は、Va2=I1a×(R1a+R2a)となる。なお、R2aは抵抗素子14eの抵抗値である。また、nMOS14bの閾値電圧をVthnとすると、ゲート電位生成回路14が出力するゲート電位Vg2(pMOS14aのドレイン電位)は、Vg2=Va2+Vthnとなる。
At this time, the potential Va2 of the source terminal and the substrate terminal of the
ゲート電位Vg2を受けるnMOS13bは、ゲートソース間電圧Vgsが、Vgs=Vg2−Vout2≧Vthnとなると通電される。nMOS13bのゲート端子は、nMOS14bのゲート端子に接続されているため、ゲート電位生成回路14にドレイン電流I1aが流れるとき、nMOS13bのドレイン端子とソース端子間にも同じ電流が流れる。このとき、Vg2−Vout2=Vthnとなる。上記のようにVg2=Va2+Vthnであるため、出力電位Vout2は、Vout2=Va2となる。
The
このような、降圧回路10aでも図1に示した降圧回路10と同様に、閾値電圧Vthnの変動に影響されない複数の出力電位Vout1,Vout2を同時に出力できる。しかし、それぞれ比較回路を含む複数のゲート電位生成回路11,14が用いられるため回路規模が大きくなり、消費電力も増大する。図2の例では、2つの出力電位Vout1,Vout2を出力する降圧回路10aを示したが、同時に出力する出力電位の数が増えるほど、回路面積はより増大していく。
Similar to the step-
これに対して、図1に示した降圧回路10によれば、ゲート電位Vg1を、nMOS12aと抵抗素子12b〜12dを含む直列回路で抵抗分圧したゲート電位Vg2,Vg3に基づいて、出力電位(降圧電位)Vout2,Vout3が得られる。これにより、簡素な回路で、複数の降圧電位を同時に出力する降圧回路10が実現でき、上記の比較例の降圧回路10aに比べて、回路面積の増大を抑えられる。また、回路面積増大に伴う消費電流の増大を抑えられる。
On the other hand, according to the step-
また、降圧回路10は、nMOS11b,12aを有することで、nMOS13a〜13cの閾値電圧Vthnの変動が出力電位Vout1〜Vout3に影響を与えることを抑制できる。この効果は、上記のようにnMOS11b,12a,13a〜13cが同じ閾値電圧Vthnをもつようにすることで、出力電位Vout1〜Vout3の式から閾値電圧Vthnの項を消すことができるため、より顕著となる。ただし、nMOS11b,12a,13a〜13cの閾値電圧が一致していなくても、その差分だけ出力電位Vout1〜Vout3の値に影響を与えるものの、閾値電圧の変動の影響は小さい。
Further, the step-
また、nMOS11b,12a,13a〜13cが同じ閾値電圧Vthnをもつようにした上で、R1+R2=R3+R4+R5とすることで、I2=I1とすることができる。このため、上記のように出力電位Vout2,Vout3を、ドレイン電流I1を用いた式で表すことができる。ドレイン電流I1は、Vref≒Vmoni=I1×R1の関係から得られるため、所望の出力電位Vout2,Vout3を得るための抵抗値R3〜R5の決定が容易になる。
Further, I2 = I1 can be obtained by setting R1 + R2 = R3 + R4 + R5 after the
なお、図1では、3つの出力電位Vout1〜Vout3を出力する降圧回路10を示したが、これに限定されない。nMOS13aを設けずに(出力電位Vout1を出力せずに)、2つの出力電位Vout2,Vout3が出力されるようにしてもよい。また、ゲート電位生成回路12に含まれる抵抗素子の数を増やし、抵抗分割により3つ以上のゲート電位が生成されるようにし、各ゲート電位が供給されるnMOSを設けることで、4つ以上の出力電位を出力する降圧回路を、少ない回路素子の追加で実現できる。
Although FIG. 1 shows the step-
また、ゲート電位生成回路12に含まれる抵抗素子の数を2つとし、抵抗分割により1つのゲート電位Vg2が生成されるようにし、ゲート電位Vg1とゲート電位Vg2とに基づいて、2つ出力電位が出力されるようにしてもよい。
Further, the number of resistance elements included in the gate
ところで、図1の例では、nMOS13a〜13cは、それぞれ1つであるものとしたが、より大きい電流負荷に対応できるようにするために、nMOS13a〜13cのそれぞれに対して、並列に1または複数のnMOSを接続してもよい。
By the way, in the example of FIG. 1, although the
図3は、複数のnMOSを用いて各出力電位を出力する降圧回路の一例を示す図である。図3において、図1と同じ要素については同一符号が付されている。
図3に示されている降圧回路20は、並列にn1個接続されたnMOS13a1〜13an1を有する。たとえば、nMOS13a1が、図1に示した降圧回路10のnMOS13aに相当する。また、降圧回路20は、並列にn2個接続されたnMOS13b1〜13bn2を有する。たとえば、nMOS13b1が、図1に示した降圧回路10のnMOS13bに相当する。さらに、降圧回路20は、並列にn3個接続されたnMOS13c1〜13cn3を有する。たとえば、nMOS13c1が、図1に示した降圧回路10のnMOS13cに相当する。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a step-down circuit that outputs each output potential using a plurality of nMOS. In FIG. 3, the same elements as in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
The step-down circuit 20 shown in FIG. 3 includes n1 pieces of nMOSs 13a1 to 13an1 connected in parallel. For example, the nMOS 13a1 corresponds to the
nMOS13a1〜13an1のゲート端子にはゲート電位Vg1が供給され、nMOS13a1〜13an1のドレイン端子には入力電位VCCが供給される。nMOS13a1〜13an1のソース端子及び基板端子は、入力電位VCCより低い出力電位Vout1となる。 The gate potential Vg1 is supplied to the gate terminals of the nMOSs 13a1 to 13an1, and the input potential VCC is supplied to the drain terminals of the nMOSs 13a1 to 13an1. The source terminals and the substrate terminals of the nMOSs 13a1 to 13an1 have an output potential Vout1 lower than the input potential VCC.
nMOS13b1〜13bn2のゲート端子にはゲート電位Vg2が供給され、nMOS13b1〜13bn2のドレイン端子には入力電位VCCが供給される。nMOS13b1〜13bn2のソース端子及び基板端子は、入力電位VCCより低い出力電位Vout2となる。 The gate potential Vg2 is supplied to the gate terminals of the nMOSs 13b1 to 13bn2, and the input potential VCC is supplied to the drain terminals of the nMOSs 13b1 to 13bn2. The source terminals and the substrate terminals of the nMOSs 13b1 to 13bn2 have an output potential Vout2 lower than the input potential VCC.
nMOS13c1〜13cn3のゲート端子にはゲート電位Vg3が供給され、nMOS13c1〜13cn3のドレイン端子には入力電位VCCが供給される。nMOS13c1〜13cn3のソース端子及び基板端子は、入力電位VCCより低い出力電位Vout3となる。 The gate potential Vg3 is supplied to the gate terminals of the nMOSs 13c1 to 13cn3 and the input potential VCC is supplied to the drain terminals of the nMOSs 13c1 to 13cn3. The source terminals and the substrate terminals of the nMOSs 13c1 to 13cn3 have an output potential Vout3 lower than the input potential VCC.
1つのnMOSのゲート幅を拡大した場合でもより大きな電流負荷への対応が可能となるが、特性が変わってしまう。降圧回路20では、それぞれがnMOS11b,12aと同じ特性のnMOS13a1〜13cn3を用いる。これにより、閾値電圧Vthnの変動が出力電位Vout1〜Vout3に影響を与えることを抑制できるという効果を維持したまま、より大きい電流負荷への対応が可能になる。図3の降圧回路20の例では、nMOS13a1〜13an1による並列回路は、n1×I1の電流負荷に対応可能な電流供給能力を備え、nMOS13b1〜13bn2による並列回路は、n2×I1の電流負荷に対応可能な電流供給能力を備える。また、nMOS13c1〜13cn3による並列回路は、n3×I1の電流負荷に対応可能な電流供給能力を備える。
Even if the gate width of one nMOS is expanded, it is possible to cope with a larger current load, but the characteristics change. The step-down circuit 20 uses nMOSs 13a1 to 13cn3 each having the same characteristics as the
(第2の実施の形態)
図4は、第2の実施の形態の降圧回路の一例を示す図である。図4において、図1と同じ要素については同一符号が付されている。
Second Embodiment
FIG. 4 is a diagram showing an example of the step-down circuit according to the second embodiment. In FIG. 4, the same elements as in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
第2の実施の形態の降圧回路30において、nMOS13b,13cのドレイン端子には、入力電位VCCが供給される代わりに、出力電位Vout1が供給される。
半導体集積回路に使用される素子は微細化が進んでおり、nMOS13a〜13cのゲート長が短くなると短チャネル効果が生じる可能性がある。短チャネル効果は、ドレイン電流−ドレイン電圧特性の飽和領域において、ドレイン電圧の上昇に対してドレイン電流が増加する現象である。
In the step-down circuit 30 of the second embodiment, the output potential Vout1 is supplied to the drain terminals of the
The elements used for the semiconductor integrated circuit are miniaturized and there is a possibility that the short channel effect may occur when the gate length of the
図1に示した降圧回路10において、nMOS13a〜13cのドレイン電圧である入力電位VCCが変化する場合、短チャネル効果によりドレイン電流が変化する可能性がある。このとき、出力電位Vout1〜Vout3も、(入力電位VCCの変化の数%程度に低減されるものの)変化する。
In the step-
これに対して、第2の実施の形態の降圧回路30では、nMOS13b,13cのドレイン電圧として、出力電位Vout1が用いられているため、入力電位VCCの変化による出力電位Vout2,Vout3の変化を低減することができる。
On the other hand, in the step-down circuit 30 of the second embodiment, since the output potential Vout1 is used as the drain voltage of the
なお、第2の実施の形態の降圧回路30では、nMOS13aのソース端子に対して、nMOS13b,13cのドレイン端子が接続されている。そのため、図3に示したようにnMOS13b1〜nMOS13bn2を用いた場合、同じ電流負荷に対応できるように、nMOS13aの代わりに並列に接続されたn2個のnMOSが用いられることになる。同様に、図3に示したようにnMOS13c1〜nMOS13cn3を用いた場合、同じ電流負荷に対応できるように、nMOS13aの代わりに並列に接続されたn3個のnMOSが用いられることになる。
In the step-down circuit 30 according to the second embodiment, the drain terminals of the
また、上記の降圧回路30の例では、nMOS13b,13cのドレイン電圧として、出力電位Vout1が用いられているが、これに限定されず、たとえば、nMOS13cのドレイン電圧として、出力電位Vout2が用いられていてもよい。
Further, in the example of the step-down circuit 30 described above, the output potential Vout1 is used as the drain voltage of the
(半導体集積回路の一例)
図5は、降圧回路を備えた半導体集積回路の一例を示す図である。
半導体集積回路40は、たとえば、図1に示したような降圧回路10の他に、内部回路41を有する。
(An example of a semiconductor integrated circuit)
FIG. 5 is a diagram showing an example of a semiconductor integrated circuit provided with a step-down circuit.
The semiconductor integrated circuit 40 has an
内部回路41は、出力電位Vout1を電源電位として用いて動作する回路41a、出力電位Vout2を電源電位として用いて動作する回路41b、出力電位Vout3を電源電位として用いて動作する回路41cを有する。
The
回路41a〜41cは、たとえば、デジタル論理回路、アナログ回路、メモリ回路などであり、特に限定されるものではない。
入力電位VCCから複数の出力電位Vout1〜Vout3を同時に出力する降圧回路として、図1に示したような降圧回路10を用いることで、半導体集積回路40の回路面積の増大を抑えられる。
The
By using the step-
なお、図1に示した降圧回路10の代わりに、図3に示した降圧回路20または図4に示した降圧回路30を用いてもよい。
以上、実施の形態に基づき、本発明の降圧回路及び半導体集積回路の一観点について説明してきたが、これらは一例にすぎず、上記の記載に限定されるものではない。
The step-down circuit 20 shown in FIG. 3 or the step-down circuit 30 shown in FIG. 4 may be used instead of the step-
As described above, one aspect of the step-down circuit and the semiconductor integrated circuit of the present invention has been described based on the embodiments, but these are merely examples, and the present invention is not limited to the above description.
10 降圧回路
11,12 ゲート電位生成回路
11a pMOS
11b,12a,13a〜13c nMOS
11c 比較回路
11d,11e,12b〜12d 抵抗素子
11f,12e,12f ノード
R1〜R5 抵抗値
I1 ドレイン電流
I2 電流
Va1,Vmoni 電位
VCC 入力電位
Vg1〜Vg3 ゲート電位
Vout1〜Vout3 出力電位
Vref 参照電位
VSS 基準電位
Vthn 閾値電圧
10 Step-
11b, 12a, 13a to 13c nMOS
Claims (8)
直列に接続された複数の抵抗素子を介して前記第1のドレイン端子に接続されるとともにダイオード接続された第2のnチャネル型MOSFETを有し、前記複数の抵抗素子に含まれる第1の抵抗素子と第2の抵抗素子の間の第1のノードから前記第1のゲート電位を抵抗分圧した第2のゲート電位を出力する、第2のゲート電位生成回路と、
それぞれが、前記第1のゲート電位または前記第2のゲート電位に基づいて、前記入力電位より低い出力電位を出力する複数の第3のnチャネル型MOSFETと、
を有する降圧回路。 A first n-channel MOSFET diode-connected, receives an input potential and a reference potential, generates a first potential based on the reference potential, and generates a first drain of the first n-channel MOSFET A first gate potential generation circuit that outputs a first gate potential obtained by adding a threshold voltage of the first n-channel MOSFET to the first potential from a terminal;
A second n-channel type MOSFET connected and diode-connected to the first drain terminal via a plurality of resistance elements connected in series, the first resistance included in the plurality of resistance elements A second gate potential generation circuit that outputs a second gate potential obtained by subjecting the first gate potential to resistance division from a first node between the element and the second resistive element;
A plurality of third n-channel type MOSFETs each outputting an output potential lower than the input potential based on the first gate potential or the second gate potential;
Step-down circuit having
前記第1のゲート電位生成回路は、さらに、
第2のゲート端子と、前記第1のドレイン端子に接続された第2のドレイン端子と、前記入力電位が供給される第2のソース端子及び第2の基板端子と、を有する第1のpチャネル型MOSFETと、
前記第3の抵抗素子と前記第4の抵抗素子との間の第2のノードに接続された第1の入力端子と、前記参照電位が供給される第2の入力端子と、前記第2のゲート端子に接続された出力端子を有し、前記第2のノードの電位が、前記参照電位に等しくなるように前記第1のpチャネル型MOSFETのドレイン電流を制御する比較回路と、を有し、
前記第2のnチャネル型MOSFETは、前記複数の抵抗素子を介して前記第1のドレイン端子に接続された第3のドレイン端子と、前記第3のドレイン端子に接続された第3のゲート端子と、前記基準電位が供給される第3のソース端子と、前記第3のソース端子に接続された第3の基板端子と、を有する、
請求項1に記載の降圧回路。 The first n-channel MOSFET is supplied with a reference potential via a first gate terminal connected to the first drain terminal, and a third resistance element and a fourth resistance element connected in series. A first source terminal, and a first substrate terminal connected to the first source terminal;
The first gate potential generation circuit further includes:
A first p having a second gate terminal, a second drain terminal connected to the first drain terminal, and a second source terminal and a second substrate terminal to which the input potential is supplied A channel type MOSFET,
A first input terminal connected to a second node between the third resistance element and the fourth resistance element, a second input terminal to which the reference potential is supplied, and the second And a comparison circuit having an output terminal connected to the gate terminal, and controlling the drain current of the first p-channel MOSFET such that the potential of the second node is equal to the reference potential. ,
The second n-channel MOSFET includes a third drain terminal connected to the first drain terminal via the plurality of resistive elements, and a third gate terminal connected to the third drain terminal. And a third source terminal supplied with the reference potential, and a third substrate terminal connected to the third source terminal.
The step-down circuit according to claim 1.
前記複数の第3のnチャネル型MOSFETの1つであり、前記第4のnチャネル型MOSFETの前記出力電位が供給される第5のドレイン端子を有する第5のnチャネル型MOSFETと、
を有する請求項1乃至5の何れか一項に記載の降圧回路。 A fourth n-channel MOSFET that is one of the plurality of third n-channel MOSFETs and has a fourth drain terminal to which the input potential is supplied;
A fifth n-channel MOSFET that is one of the plurality of third n-channel MOSFETs and has a fifth drain terminal to which the output potential of the fourth n-channel MOSFET is supplied;
The step-down circuit according to any one of claims 1 to 5, comprising:
直列に接続された複数の抵抗素子を介して前記第1のドレイン端子に接続されるとともにダイオード接続された第2のnチャネル型MOSFETを有し、前記複数の抵抗素子に含まれる第1の抵抗素子と第2の抵抗素子の間の第1のノードから前記第1のゲート電位を抵抗分圧した第2のゲート電位を出力する、第2のゲート電位生成回路と、
それぞれが、前記第1のゲート電位または前記第2のゲート電位に基づいて、前記入力電位より低い出力電位を出力する複数の第3のnチャネル型MOSFETと、
を備えた降圧回路と、
前記出力電位を用いて動作する内部回路と、
を有する半導体集積回路。 A first n-channel MOSFET diode-connected, receives an input potential and a reference potential, generates a first potential based on the reference potential, and generates a first drain of the first n-channel MOSFET A first gate potential generation circuit that outputs a first gate potential obtained by adding a threshold voltage of the first n-channel MOSFET to the first potential from a terminal;
A second n-channel type MOSFET connected and diode-connected to the first drain terminal via a plurality of resistance elements connected in series, the first resistance included in the plurality of resistance elements A second gate potential generation circuit that outputs a second gate potential obtained by subjecting the first gate potential to resistance division from a first node between the element and the second resistive element;
A plurality of third n-channel type MOSFETs each outputting an output potential lower than the input potential based on the first gate potential or the second gate potential;
A step-down circuit with
An internal circuit that operates using the output potential;
A semiconductor integrated circuit having
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