JP2020038504A - ボルテージレギュレータ及びボルテージレギュレータの試験方法 - Google Patents
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Abstract
Description
通常、ボルテージレギュレータには、形成されるゼロ点の周波数を調整することにより、応答性を向上させ、かつ、少ない出力容量でも発振などの誤動作を起こさずに安定動作させる位相補償回路が設けられている。
しかし、ボルテージレギュレータは、製造工程で実施されるテストにおいて、回路内部にある位相補償回路におけるコンデンサなどが問題なく形成されているか否か、すなわち酸化膜異常、コンタクト接続不良などの素子単体の不良の有無を直接に観察してテストを行なうことが困難である。
そこで、位相補償回路における位相補償容量の接続不良や、この位相補償容量の容量値が設計仕様の範囲にあるか否かなどの判定を間接的に行なうテスト方法がある。このテスト方法においては、位相補償容量に蓄積される電荷の放電時間あるいは放電電流を計測することにより、位相補償容量の接続不良及び容量値の判定を行なっている(例えば、特許文献1参照)。
また、このボルテージレギュレータには、位相補償回路110における位相補償容量111のテストを行なうテスト回路120が備えられている。テスト回路120は、pチャネル型MOSトランジスタ121及びnチャネル型MOSトランジスタ122の各々と、定電流源123とが備えられている。
そして、第2段階として、pチャネル型MOSトランジスタ121及びnチャネル型MOSトランジスタ122の各々をオフとして、ボルテージレギュレータの消費電流ICS1を測定する。
このとき、ボルテージレギュレータの消費電流ICS2は、上記消費電流ICS1に対して位相補償容量111の電荷を放電する放電電流が加わり、消費電流ICS1より大きな電流となっている。そして、位相補償容量111の放電を開始してから、消費電流ICS2がの測定を行ない、消費電流ICS2が消費電流ICS1と同等となるまでの時間Tを計測することにより、位相補償容量111の接続不良の判定及び容量値の推定を行なうことができる。
また、位相補償容量111の容量値が微少でなくとも、ボルテージレギュレータの他の回路における消費電流が非常に大きい場合、位相補償容量111の放電電流が相対的に微少な電流となる。
これにより、消費電流ICS1及びICS2の違いを十分に検出できず、すなわち放電電流を検出することができず、上述した時間Tを正確にあるいは全く測定できない可能性がある。
図1において、ボルテージレギュレータ1は、基準電源11、誤差増幅器12、位相補償回路13、出力トランジスタ14、帰還位相補償回路15、抵抗16、17、可変定電流源18、テスト回路19及び状態制限回路20の各々を備えている。
また、位相補償回路13は、抵抗R1、スイッチSW1及び位相補償容量C1の各々を備えている。帰還位相補償回路15は、スイッチSW2及び位相補償容量C2の各々を備えている。
誤差増幅器12は、接続点P2から非反転入力端子(+)に供給される帰還電圧Vfbと、反転入力端子(−)に供給される基準電圧Vrefとの差分の電圧を増幅し、出力端子から増幅電圧Vcmpを出力する。
スイッチSW1は、2端子のスイッチであり、他端が位相補償容量C1の一端と接続されている。
位相補償容量C1は、誤差増幅器12の出力端子から出力される信号波形の位相を遅延させる位相補償を行なうコンデンサであり、他端が出力電圧端子TVOUTと接続されている。
また、本実施形態においては、接続点P1から抵抗R1、スイッチSW1、位相補償容量C1の順番で接続する構成としているが、それぞれが直列に接続されていれば順番をどのように構成しても良い。
位相補償容量C2は、電圧調整端子TVADJから供給される調整電圧VADJが抵抗16及び17で分圧された帰還電圧Vfbの波形の位相を進める位相補償を行なうコンデンサであり、他端が接続点P2に接続されている。
また、本実施形態においては、電圧調整端子TVADJからスイッチSW2、位相補償容量C2の順番で接続する構成としているが、それぞれが直列に接続されていれば順番をどのように構成しても良い。
抵抗17は、一端が接続点P2に接続され、他端が入力電圧(接地電圧)VSSの配線に接続されている。
ここで、抵抗16及び17の各々は、分圧回路を構成しており、電圧調整端子TVADJから入力される調整電圧VADJを抵抗比で分圧し、分圧された電圧を接続点P2から帰還電圧Vfbとして出力する。
また、この可変定電流源18は、入力電圧VINの配線と誤差増幅器12の正側電源端子との間に介挿される構成としても良い。
ここで、テスト回路19は、テスト信号として、例えばテスト信号SG1、SG2及びSG3の各々が供給される。テスト信号SG1がLレベルの場合に通常モードであり、一方、テスト信号SG1がHレベルの場合にテストモードとなる。
一方、テスト回路19は、テスト信号SG1がHレベルの場合、可変定電流源18に対して、通常モードに比較して少ない電流量のバイアス電流I1を流すことを指示する制御信号SIB(例えばHレベル)を出力する。
また、テスト回路19は、テスト信号SG1がLレベルの場合、スイッチSW1及びSW2の各々をオン状態とする制御信号S1A、S2Aそれぞれ(例えば、Hレベル)を出力する。
テスト回路19は、テスト信号SG2がLレベルの場合に、オフ状態とすることを指示する制御信号S1A(例えば、Lレベル)を、スイッチSW1に対して出力し、スイッチSW1をオフ状態とする。
一方、テスト信号SG2がHレベルの場合に、オン状態とすることを指示する制御信号S1A(例えば、Hレベル)を、スイッチSW1に対して出力し、スイッチSW1をオン状態とする。
一方、テスト信号SG3がHレベルの場合に、オン状態とすることを指示する制御信号S2A(例えば、Hレベル)を、スイッチSW2に対して出力し、スイッチSW2をオン状態とする。
通常モードの場合、出力電圧端子TVOUT及び電圧調整端子TVADJの各々が接続され、スイッチSW1及びSW2の各々はオン状態である。ボルテージレギュレータ1は、所定の出力電圧を出力電圧端子TVOUTから出力する動作を行なう。これにより、出力電圧VOUTが抵抗R16及びR17の抵抗比により分圧され、接続点P1から帰還電圧Vfbとして誤差増幅器12の正側入力端子(+)に供給される。
そして、誤差増幅器12は、帰還電圧Vfbと基準電圧Vrefとの各々を比較し、帰還電圧Vfb、基準電圧Vrefそれぞれの差分に対応した増幅電圧Vcmpを出力する。
そして、出力電圧VOUTの波形が位相補償容量C1により微分され、この微分により生成された微分波形信号がスイッチSW1及び抵抗R1を介して接続点P1へ供給される。
上記増幅電圧Vcmpの電圧波形に対し、微分波形信号の位相が反転しているため、接続点P1における増幅電圧Vcmpによる電圧変化を妨げることになり、出力トランジスタ14にゲートに供給される増幅電圧Vcmpの位相を遅延させる。
そして、出力電圧VOUTの波形が位相補償容量C2により微分され、この微分により生成された微分波形信号がスイッチSW2を介して、接続点P2へ供給される。
この接続点P2においては、抵抗16及び17の抵抗比により、帰還電圧Vfbが生成される。この帰還電圧Vfbの電圧波形に対し、微分波形信号の位相が同相のため、接続点P2における帰還電圧Vfbによる電圧変化を早くすることになり、誤差増幅器12の正側入力端子(+)に供給される帰還電圧Vfbの位相を進める。
位相補償容量C1及びC2のテストは、位相補償容量C1、C2の各々を個別に接続の有無及び容量値の判定を行なう必要があるため、それぞれ独立して行なう。
以下のテストモードの説明を、便宜的に、位相補償容量C1のテストを行なった後に、位相補償容量C2のテストを行なう順番で行うが、いずれを先にテストしても良い。
この状態で、電圧調整端子TVADJに対して試験パルスを供給する。この試験パルスは、抵抗16及び17で分圧されて帰還電圧Vfbとなった際、基準電圧Vrefを交差する電圧レベルで変化するパルスである。
そして、試験パルスの位相と、この試験パルスに対応して変化する出力電圧VOUTとの位相とを計測し、試験パルスの位相と出力電圧VOUTとの位相差Pdiff1Aを求める。
この状態で、電圧調整端子TVADJに対して、上述した位相補償容量C1を位相補償の動作において無効とした場合と同様の試験パルスを供給する。
そして、試験パルスの位相と、この試験パルスに対応して変化する出力電圧VOUTとの位相とを計測し、試験パルスの位相と出力電圧VOUTとの位相差Pdiff2Aを求める。
また、可変定電流源18によりバイアス電流を通常モードモードに比較して、テストモードにおいては減少させている。このため、誤差増幅器12が出力する電流が減少することにより、通常モードに比較して増幅電圧Vcmpの電圧変化の傾きが緩やかになる。通常モードのバイアス電流I1の場合に比較して、位相差Pdiff2A及びPdiff1Aの差分の大きさ(絶対値)を拡大することができ、位相補償容量C1の製造工程における接続の有無、あるいは容量値を推定を容易に高い精度で行なうことができる。
この状態で、位相補償容量C1のテストの場合と同様の試験パルスを、電圧調整端子TVADJに対して試験パルスを供給する。
そして、試験パルスの位相と、この試験パルスに対応して変化する出力電圧VOUTとの位相とを計測し、試験パルスの位相と出力電圧VOUTとの位相差Pdiff1Bを求める。
この状態で、電圧調整端子TVADJに対して、上述した位相補償容量C2を位相補償の動作において無効とした場合と同様の試験パルスを供給する。
そして、試験パルスの位相と、この試験パルスに対応して変化する出力電圧VOUTとの位相とを計測し、試験パルスの位相と出力電圧VOUTとの位相差Pdiff2Bを求める。
また、可変定電流源18によりバイアス電流を通常モードモードに比較して、テストモードにおいては減少させている。このため、誤差増幅器12が出力する電流が減少することにより、通常モードに比較して増幅電圧Vcmpの電圧変化の傾きが緩やかになる。これにより、通常モードのバイアス電流I1の場合に比較して、位相差Pdiff2B及びPdiff1Bの差分の大きさ(絶対値)を拡大させることができ、位相補償容量C2の製造工程における接続の有無、あるいは容量値を推定を容易に高い精度で行なうことができる。
しかしながら、位相補償容量C1及びC2の容量値の推定に精度を必要としない場合や、製造工程における接続の有無のみの試験を行う場合など、可変定電流源18の代わりに誤差増幅器12の動作電流のみを流す定電流源としても良い。
この構成の場合、テスト回路19におけるテスト信号は、テスト信号SG1及びSG2の各々となり、テスト信号SG1の動作については、上記実施形態の説明と同様である。
一方、テスト回路19は、テスト信号SG2がHレベルで供給された場合、制御信号S1AをHレベルでスイッチSW1へ供給し、スイッチSW1をオン状態とする。
位相差Pdiff2A及びPdiff1Aの差分による位相補償容量C1の接続の判定及び容量値の推定ついては上述した説明と同様である。
一方、テスト回路19は、テスト信号SG2がHレベルで供給された場合、制御信号S2AをHレベルでスイッチSW2へ供給し、スイッチSW2をオン状態とする。
位相差Pdiff2B及びPdiff1Bの差分による位相補償容量C2の接続の判定及び容量値の推定ついては上述した説明と同様である。
しかしながら、出荷時において、テスト端子TTESTがパッケージの端子として外部に出ない場合においては、状態制限回路20を設けない構成としても良い。
ここで、図2(a)は、電圧調整端子TVADJに入力する試験パルスの波形を示しており、縦軸が電圧を示し、横軸が時間を示している。
また、図2(b)は、誤差増幅器12の正側入力端子(+)に供給される、上記試験パルスの電圧が抵抗16及び17により分圧された帰還電圧Vfbの変化波形を示しており、縦軸が電圧を示し、横軸が時間を示している。
また、図2(c)は、接続点P1における増幅電圧Vcmpの変化波形を示しており、縦軸が電圧を示し、横軸が時間を示している。
また、図2(d)は、出力電圧端子TVOUTから出力される出力電圧VOUTの変化波形を示しており、縦軸が電圧を示し、横軸が時間を示している。
図2(c)及び図2(d)の各々において、実線で示されている増幅電圧Vcmpの変化波形、出力電圧VOUTの変化波形のそれぞれが、テスト回路19に供給されるテスト信号SG1がLレベル、すなわち通常モードにおける場合を示している(位相補償容量C1及びC2の各々が位相補償に対して有効)。
時刻t3:図2(d)に示す様に、試験パルスの立ち上がりに対応して、一点鎖線の出力電圧VOUTの電圧波形がHレベルからLレベルに変化する。この際の試験パルスと出力電圧VOUTの電圧波形との位相差Pdiff1Aは、時間tf2である。
時刻t4:図2(d)に示す様に、試験パルスの立ち上がりに対応して、二点鎖線の出力電圧VOUTの電圧波形がHレベルからLレベルに変化する。この際の試験パルスと出力電圧VOUTの電圧波形との位相差Pdiff2Aは、時間tf3である。
また、時刻t5、t6、t7及びt8の各々においても、上述した時刻t1、t2、t3、t4それぞれと同様である。
出力電圧端子TVOUTから接続点P1へ信号の伝搬方向に対して、位相補償容量C1の後段に増幅器A1が配置されれば、スイッチSW1を直列接続におけるいずれの位置に配置する構成としても良い。
トランジスタ21は、ソースが入力電圧VINの配線に接続され、ゲートが接続点P1に接続され、ドレインが接続点P3(出力トランジスタ14のゲート)に接続されている。
定電流源22は、一端がトランジスタ21のドレインに接続され、他端が電源VSSの配線に接続されている。
トランジスタ21及び定電流源22の各々は、誤差増幅器12から出力される増幅電圧Vcmpをさらに増幅する増幅回路を構成している。
この構成以外の、テストモードにおける動作については、図1における説明と同様である。
また、本実施形態においては、位相補償容量C1及び位相補償容量C2のテストを行なう際、電圧調整端子TVADJに対して試験パルスを試験信号として供給する説明を行なった。しかしながら、試験信号の伝搬遅延を検出するので、信号レベルの立ち上がり波形あるいは立ち下がり波形のいずれかが有れば検出可能であるため、立ち上がり及び立ち下がりの双方を有する試験パルスではなく、立ち上がりあるいは立ち下がりのいずれかの波形を有する信号を試験信号として供給し、試験信号の伝搬遅延を検出するテストを行なっても良い。
11…基準電源
12…誤差増幅器
13…位相補償回路
14…出力トランジスタ
15…帰還位相補償回路
16,17,R1…抵抗
18…可変定電流源
19…テスト回路
20…状態制限回路
21…トランジスタ
22…定電流源
C1,C2…位相補償容量
Claims (8)
- 所定の出力電圧を出力する出力電圧端子と、前記出力電圧を検知するための電圧調整端子と、前記出力電圧及び基準電圧の各々を比較して前記出力電圧を制御する誤差増幅器と、位相補償容量との各々を備えたボルテージレギュレータであって、
前記位相補償容量を有効あるいは無効とするスイッチと、
前記ボルテージレギュレータが通常に前記出力電圧を出力する通常モードに比較して、前記位相補償容量の試験を行なうテストモードにおける前記誤差増幅器のバイアス電流を低下させる定電流源と
を備えることを特徴とするボルテージレギュレータ。 - 所定の出力電圧を出力する出力電圧端子と、前記出力電圧を検知するための電圧調整端子と、前記出力電圧及び基準電圧の各々を比較して前記出力電圧を制御する誤差増幅器と、位相補償容量との各々を備えたボルテージレギュレータであって、
前記位相補償容量を有効あるいは無効とするスイッチと、
前記電圧調整端子より試験信号を入力させ、前記位相補償容量を有効あるいは無効の場合のそれぞれにおける前記出力電圧の位相の変化を計測することで当該位相補償容量のテストを行なうテストモードにおいて、前記スイッチを有効あるいは無効のいずれかに制御するテスト回路と
を備えることを特徴とするボルテージレギュレータ。 - 前記ボルテージレギュレータが通常に前記出力電圧を出力する通常モードに比較して、前記位相補償容量の試験を行なう前記テストモードにおける前記誤差増幅器のバイアス電流を低下させる定電流源を
さらに備えることを特徴とする請求項2に記載のボルテージレギュレータ。 - 前記テストモードではない通常モードの際、前記スイッチを前記位相補償容量を有効とした状態に固定し、前記定電流源を通常モードにおける前記バイアス電流に固定する状態制限回路をさらに備える
ことを特徴とする請求項1または請求項3に記載のボルテージレギュレータ。 - 前記位相補償容量が前記出力電圧端子と前記誤差増幅器の出力端子との間に設けられており、前記誤差増幅器から出力される出力電圧の位相を遅延させる
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のボルテージレギュレータ。 - 前記位相補償容量が前記電圧調整端子と前記誤差増幅器の前記基準電圧と比較する電圧が入力される入力端子との間に設けられており、前記誤差増幅器に入力される出力電圧の位相を早める
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のボルテージレギュレータ。 - 所定の出力電圧を出力する出力電圧端子と、前記出力電圧を検知するための電圧調整端子と、前記出力電圧及び基準電圧の各々を比較して前記出力電圧を制御する誤差増幅器と、位相補償容量との各々を備えたボルテージレギュレータであって、
前記位相補償容量の試験を行なうテストモードにおいて、
前記位相補償容量を有効とし、前記電圧調整端子に対して試験信号を供給し、当該試験信号の変動に対応して出力される前記出力電圧の第1電圧波形を計測する過程と、
前記位相補償容量を無効とし、前記電圧調整端子に対して前記試験信号を供給し、当該試験信号の変動に対応して出力される前記出力電圧の第2電圧波形を計測する過程と、
前記第1電圧波形と前記第2電圧波形との位相を比較し、前記位相補償容量の試験を行なう過程と
を含む試験を製造工程において行ない、前記位相補償容量に対して良品と判定された
ことを特徴とするボルテージレギュレータ。 - 所定の出力電圧を出力する出力電圧端子と、前記出力電圧を検知するための電圧調整端子と、前記出力電圧及び基準電圧の各々を比較して前記出力電圧を制御する誤差増幅器と、位相補償容量との各々を備えたボルテージレギュレータの試験を行なう試験方法であって、
前記位相補償容量の試験を行なうテストモードにおいて、
前記位相補償容量を有効とし、前記電圧調整端子に対して試験信号を供給し、当該試験信号の変動に対応して出力される前記出力電圧の第1電圧波形を計測する過程と、
前記位相補償容量を無効とし、前記電圧調整端子に対して前記試験信号を供給し、当該試験信号の変動に対応して出力される前記出力電圧の第2電圧波形を計測する過程と、
前記第1電圧波形と前記第2電圧波形との位相を比較し、前記位相補償容量の試験を行なう過程と
を含むことを特徴とするボルテージレギュレータの試験方法。
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