JP2902434B2 - 半導体集積回路内の電圧変換回路 - Google Patents
半導体集積回路内の電圧変換回路Info
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Description
特に待機中における消費電力の軽減及び安定な電圧の電
力供給を可能にする半導体集積回路内の電圧変換回路に
関する。
回路内の各種のトランジスタのサイズは微細化されるよ
うになってきている。
給電源の電圧の変動に対し安定した動作性能を得ること
が難しく、かつトランジスタの高集積化のため半導体集
積回路の消費電力が増加する傾向にある。
の電圧変換回路を介して電源から半導体チップ内の微細
化されたトランジスタに充分な一定電圧の電力を供給す
ることが行われている。
する発振部1と、該発振部1から発振される矩形波をド
ライブして該矩形波が外乱により変動するのを防ぐバッ
ファ2と、該バッファ2からの矩形波に同期して励振信
号を発生する励振部3と、該励振部3からの励振信号に
同期しパルス電力を出力するパワー部4から構成され
る。
の発振周波数の矩形波からなるパルスを発振しこのパル
スをドライブするバッファ2を介して励振部3に与え、
励振部3はパルスの発振周波数に合わせてパラメータ励
振された励振信号を発生しパワー部4へ送る。パワー部
4は励振信号に同期したピーク電位VOUTを有するパルス
電力を出力する。
ス電力を専用の電圧変換回路を介して半導体チップ内の
各トランジスタに充分に供給することができる。
での電位及び動作状態に関係なく常時動作されるもので
あるので、半導体チップが待機状態にあるとき必要な待
機電力をはるかに超えた電力が出力され電力消耗が大き
く不経済なことであった。
力量に係わりなく電圧変換回路が動作されるので、電圧
変換回路が出力した電圧値が変動してしまい半導体チッ
プ内のトランジスタが誤動作するという問題があった。
ので、その目的とするところは、半導体チップ内のトラ
ンジスタの待機中における電力消耗の軽減及び動作状態
に関係なく一定電圧の電力の供給を可能にする半導体集
積回路内の電圧変換回路を提供することである。
体集積回路内の電圧変換回路は、矩形波状のパルス信号
を発振する発振部と、該発振部から発振されるパルス信
号を反転すると共にドライブし反転パルス信号を出力す
るバッファと、該バッファから出力される反転パルス信
号に同期した反転パルス励振信号を発生する第一励振部
と、該第一励振部の反転パルス励振信号に同期して前記
パルス信号に対し反転した一定のピーク電位を有する第
一パルス電圧を出力端子に出力する第一パワー部とを備
える半導体集積回路の電圧変換回路において、前記出力
端子の電位を検出し検出信号を出力する検出部と、該検
出部から出力される検出信号及び前記発振部から発振さ
れるパルス信号を論理演算し電力供給信号あるいは電力
供給停止信号を出力する論理演算部と、該論理演算部か
ら電力供給信号が出力されたとき該電力供給信号に同期
して主励振信号を発生する第二励振部と、該第二励振部
と主励振信号に同期して一定のピーク電位を有する第二
パルス電力を前記出力端子に出力する第二パワー部とを
設けてなる主回路を一あるいは複数並列に備えたことを
特徴とする。
路は、矩形波状の第一パルス信号を発振する第一発振部
と、該第一発振部から発振される第一パルス信号を反転
すると共にドライブし反転パルス信号を出力するバッフ
ァと、該バッファから出力される反転パルス信号に同期
した反転パルス励振信号を発生する第一励振部と、該第
一励振部の反転パルス励振信号に同期して前記第一パル
ス信号に対し反転した一定のピーク電位を有する第一パ
ルス電力を出力端子に出力する第一パワー部とを備える
半導体集積回路の電圧変換回路において、矩形波状の第
二パルス信号を発振する第二発振部と、前記出力端子の
電位を検出し検出信号を出力する検出部と、該検出部か
ら出力される検出信号及び前記第二発振部から発振され
る第二パルス信号を論理演算し電力供給信号あるいは電
力供給停止信号を出力する論理演算部と、該論理演算部
から電力供給信号が出力されたとき該電力供給信号に同
期して主励振信号を発生する第二励振部と、該第二励振
部の主励振信号に同期して一定のピーク電位を有する第
二パルス電力を前記出力端子に出力する第二パワー部と
を設けてなる主回路を一あるいは複数並列に備えたこと
を特徴とする。
は、半導体チップ内のトランジスタが待機状態にある場
合、発振部が所定の発振周波数の矩形波からなるパルス
信号をバッファ及び論理演算部へ発振する。バッファは
上記パルス信号を反転すると共にドライブし反転パルス
信号を第一励振部へ出力する。第一励振部は反転パルス
信号を入力して反転パルス信号に同期した反転パルス励
振信号を発生し、この反転パルス励振信号を第一パワー
部へ出力する。第一パワー部は反転パルス励振信号に同
期して前記第一パルス信号に対し反転した一定のピーク
電位を有する第一パルス電力を出力端子へ出力する。こ
の出力端子へ出力された第一パルス電力は半導体チップ
内のトランジスタの待機用の電力として消費される。
パルス電力は半導体チップ内のトランジスタを待機させ
るに充分な電力量であり主回路を動作させる必要がな
い。
ピーク電位と等しい値、即ち高電位であることを検出部
が検出し論理演算部へ出力する。論理演算部は発振部か
ら発振されるパルス信号の論理レベルに関係なく電力供
給停止信号を第二励振部へ出力する。すると、第二励振
部はいかなる信号も発生しない。それで、第二パワー部
は電力を出力端子へ出力することがない。
ある場合、発振部、バッファ、第一励振部、及び第一パ
ワー部のみが動作し、主回路からは電力が出力されない
ので、トランジスタでの電力の消耗は最小限に押さえら
れる。
る場合、発振部、バッファ、第一励振部、及び第一パワ
ー部は上記トランジスタが待機状態にある場合と同様に
動作する。
る第一パルス電力は半導体チップ内のトランジスタを動
作させるに充分な電力量ではない。
した電位を検出部が検出し論理演算部へ出力する。論理
演算部は発振部から発振されるパルス信号の論理レベル
に合わせて、例えばパルス信号の位相に一致した電力供
給信号を第二励振部へ出力する。すると、第二励振部は
電力供給信号に同期した主励振信号を発生し第二パワー
部へ出力する。第二パワー部は主励振信号に同期して一
定のピーク電位を有する第二パルス電力を出力端子へ出
力する。
ある場合、発振部、バッファ、第一励振部、及び第一パ
ワー部のみならず主回路あるいは主回路群も動作するの
で、半導体集積回路内の電圧変換回路は上記トランジス
タが動作するため必要な電力を上記トランジスタへ充分
に供給できる。
は、請求項(1)記載の半導体集積回路内の電圧変換回
路と同様に、半導体チップ内のトランジスタが待機状態
にある場合、第一発振部、バッファ、第一励振部、及び
第一パワー部のみが動作し、トランジスタでの電力の消
耗は最小限に押さえられる。
る場合、上記トランジスタが待機状態にある場合と同様
に発振部、バッファ、第一励振部、及び第一パワー部が
動作する。次いで、論理演算部は第二発振部からの第二
パルス信号、及び請求項(1)記載の半導体集積回路内
の電圧変換回路と同様に検出部からの検出信号を入力し
て電力供給信号を第二励振部へ出力する。それで、請求
項(1)記載の半導体集積回路内の電圧変換回路と同様
に第二パルス電力が出力端子へ出力される。
ある場合、請求項(1)記載の半導体集積回路内の電圧
変換回路と同様に、上記トランジスタが動作するため必
要な電力を上記トランジスタへ充分に供給できる。
の電圧変換回路のブロック図を示す。
圧変換回路を構成する発振器1と、バッファ2及び励振
部3並びにパワー部4からなる待機用回路10と、発振器
1の矩形波を待機用回路10と並列に入力し待機用回路10
よりも高容量の電力を出力する主回路20と、該主回路20
及び待機回路10から出力される電力の電位VOUTを検出し
この検出信号を主回路20へフィードバックする検出部5
とを備える。
く検出部5からの信号を入力し電力使用量に合わせ電力
供給の必要の有無を論理演算して決める論理演算部2′
と、励振部3に対し通電能力の大きい励振部3′と、パ
ワー部4に対し通電能力の大きいパワー部4′とから形
成される。
ンバータI1、I2、I3からなり、該インバータ群は発生し
た矩形波を整形する態様となっている。
5、I6からなりノードAにて発振器1と接続する。
とドレイン側とを連結してノードBと電荷の交換を行う
キャパシタ用MOSトランジスタM1と、ソース側とドレイ
ン側を接続して2段直列となるMOSトランジスタM2、M3
とを備え、キャパシタ用MOSトランジスタM1及びMOSトラ
ンジスタM2、M3で昇圧された励振信号をノードCを介し
てパワー部4へ送る態様となっている。
以下に押さえるバイアス回路6と、該バイアス回路6に
より所定電位に押さえられた励振信号を受けドレイン側
に接続する電位VCCの供給電源から所定の電位VOUTの電
力をソース側からノードDへ出力するパワートランジス
タM4とを備える。
れるように、ノードCとノードEとの間で4段直列接続
してなるダイオード用MOSトランジスタM5乃至M8と、ダ
イオード用MOSトランジスタM8のドレイン側にノードE
を介して接続する抵抗器R1と、ゲート側をノードEに接
続しソース側をノードCに接続するバイアス用MOSトラ
ンジスタM9とを備え、ノードCの電位が所定の電位以上
になるとノードEの電位がHレベルになりバイアス用MO
SトランジスタM9が導通する。即ち、バイアス回路6は
ノードCの電位が所定の電位以上になるとノードCの電
荷を接地電位VSSの端子に逃がし、ノードCの電位を所
定の電位に押さえる態様となっている。
部5の検出信号を入力しNAND論理に従ってNAND信号を出
力するNANDゲートND1と、該NANDゲートND1から出力され
るNAND信号を反転し得られた反転NAND信号をノードFを
介して励振部3′へ出力するインバータ17とを備える。
ンジスタM1より通電能力の大きいキャパシタ用MOSトラ
ンジスタM10と、MOSトランジスタM2、M3より通電能力の
大きいMOSトランジスタM11、M12とを備えたものであ
り、ノードGを介してパワー部4′と接続する。
り通電能力の大きいバイアス回路6′と、パワートラン
ジスタM4より通電能力の大きいパワートランジスタM13
とを備えたものであり、ノードDでパワー部4と連結さ
れる。
列接続する電圧分配用抵抗器R2、R3と、該抵抗器R2と抵
抗器R3との間の電位からなる信号、即ち分配電位信号を
反転しノードHへ検出信号を出力するインバータI8と、
該インバータI8が出力する検出信号を反転しノードIへ
制御信号を出力するインバータI9と、ノードGにソース
側を接続し制御信号をゲート側に入力し導通時にノード
Gの電荷を接地電位VSSの端子へ逃がす出力制限用MOSト
ランジスタM14とを備える。
て、電圧変換回路から電力の供給を受ける半導体チップ
内のトランジスタが待機状態になり待機用の小電力のみ
を必要とする場合、例えば動作状態から待機状態への過
渡期の電圧変換回路の動作を第4図に示される各信号の
タイムチャート図を参照して説明する。
号(第4図(a))をバッファ2及び論理演算部2′へ
出力する。バッファ2は入力したパルス信号を奇数段の
インバータI4、I5、I6でドライブすると共に反転して得
られる反転パルス信号(第4図(b))を励振部3へ出
力する。励振部3はキャパシタ用MOSトランジスタM1が
反転パルス信号に同期してMOSトランジスタM3のゲート
側へパルスを与えることにより反転パルス信号に同期し
た励振信号、換言すればパルス信号と180度位相がずれ
た昇圧された矩形状の励振信号をMOSトランジスタM2、M
3からパワー部4へ出力する。
超えた場合、バイアス回路6を動作させて励振信号のピ
ーク電位を所定の電位に押さえる。即ち、バイアス用MO
SトランジスタM9が導通して励振信号の過剰な電荷を接
地電位VSSの端子へ逃がす。それで、第5図に半導体チ
ップ内のトランジスタへ供給する電力の電位の特性図を
示すように、パワートランジスタM4のドレイン側に接続
される供給電源の電位VCCが通常の5V電位に対し変動し
ても、パワートランジスタM4のソース側から出力される
電位VOUTは4・VT(ここで、VTはMOSトランジスタのス
レッショルド電圧である。)に維持される。
あるので該トランジスタに供給される電力は待機回路10
から出力される電力で充分である。即ち、ノードDでは
電位降下が生じなく抵抗器R2と抵抗器R3との間の電位は
高く保持される。
電位信号がHレベルであることを検出し上記信号を反転
して得られるLレベルの検出信号(第4図(c))をNA
NDゲートND1へ出力する。NANDゲートND1はLレベルの検
出信号及び発振部1からのパルス信号(第4図(a))
を入力し、NAND論理に従ってNAND信号を出力する。ここ
で,NAND信号は検出信号が常時Lレベルであるのでパル
ス信号の論理レベルに関係なくHレベルになる。
力しLレベルの反転NAND信号(第4図(d))をキャパ
シタ用MOSトランジスタM10へ出力する。すると、該トラ
ンジスタM10は電荷を放出しMOSトランジスタM11、M12は
非導通となりパワートランジスタM13への励振信号の送
信が停止される。
出信号を反転してHレベルの制御信号(第4図(e))
を出力制限用MOSトランジスタM14のゲート側へ送信す
る。すると、出力制限用MOSトランジスタM14が導通する
ので、ノードGの電荷は接地電位VSSの端子へ放出され
ノードGはLレベルになる。即ちパワートランジスタM1
3は非導通へ変化する。これは、主回路20は動作せず半
導体チップ内のトランジスタに対し電力を供給しないこ
とを意味する。
る場合、例えば待機状態から動作状態への過渡期の電圧
変換回路の動作を第6図に示される各信号のタイムチャ
ート図を参照して説明する。
回路10のみの動作によりノードDへ供給される電力以上
の電力を消費しようとするので、ノードDの電圧は降下
する。それで、抵抗器R2と抵抗器R3との間の電位は低下
しインバータI8はその入力側の電位、即ち分配電位信号
がLレベルに変化したことを検出しHレベルに反転した
検出信号(第6図(c))をNANDゲートND1へ出力す
る。NANDゲートND1はHレベルの検出信号及び発振部1
からのパルス信号(第6図(a))を入力し、NAND論理
に従ってNAND信号を出力する。即ち,NAND信号はパルス
信号の論理レベルを反転した論理レベル,換言すればパ
ルス信号に対し180度位相がずれた信号になる。
ND信号(第6図(d))、即ちパルス信号と位相が一致
した信号を励振部3′へ出力する。
出信号を反転してLレベルの制御信号(第6図(e))
をMOSトランジスタM14のゲート側へ送信し、MOSトラン
ジスタM14を非導通に変える。
される励振信号と180度位相がずれた励振信号を発生す
る。次いで、パワー部4′は、電圧VOUTをノードDへ供
給する。
なった場合には待機用回路10のみが動作してトランジス
タが待機状態を維持するのに必要最小限の待機電力のみ
をトランジスタへ供給するので、半導体チップ内のトラ
ンジスタの待機中における消費電力の軽減を計ることが
できる。
った場合には待機用回路10のみならず通電能力の大き
い、換言すれば電力供給能力の大きな主回路20が動作す
るので、トランジスタが動作するに必要な電力をトラン
ジスタに供給することができる。
位が主回路10へフィードバックされるので、電圧変換回
路の出力端子に電圧降下が生ずると自動的に主回路が速
やかに動作して電力を出力端子へ供給することができ
る。即ち、電圧変換回路は常時一定電圧の電力の供給が
可能である。
導体チップ内の各トランジスタの動作状態によりトラン
ジスタ群が必要とする動作時の電力量が異なる場合、必
要とする電力量の種類に合わせて主回路を複数並列に設
け、きめ細く供給電力量の調整を行えるようにしても良
い。この場合には検出回路は主回路ごとに複数並列に設
けるのが良い。
部を設けても同様である。
も良い。
宜の設計的変更により、適宜の態様で実施し得るもので
ある。
積回路内の電圧変換回路によれば、矩形波状のパルス信
号を発振する発振部と、該発振部から発振されるパルス
信号を反転すると共にドライブし反転パルス信号を出力
するバッファと、該バッファから出力される反転パルス
信号に同期した反転パルス励振信号を発生する第一励振
部と、該第一励振部の反転パルス励振信号に同期して前
記パルス信号に対し反転した一定のピーク電位を有する
第一パルス電力を出力端子に出力する第一パワー部とを
備える半導体集積回路内の電圧変換回路において、前記
出力端子の電位を検出し検出信号を出力する検出部と、
該検出部から出力される検出信号及び前記発振部から発
振されるパルス信号を論理演算し電力供給信号あるいは
電力供給停止信号を出力する論理演算部と、該論理演算
部から電力供給信号が出力されたとき該電力供給信号に
同期して主励振信号を発生する第二励振部と、該第二励
振部の主励振信号に同期して一定のピーク電位を有する
第二パルス電力を前記出力端子に出力する第二パワー部
とを設けてなる主回路を一あるいは複数並列に備えたの
で、半導体チップ内のトランジスタの待機中における電
力消耗の軽減及び動作状態に関係なく一定電圧の電力の
供給が可能である。
路は、矩形波状の第一パルス信号を発振する第一発振部
と、該第一発振部から発振される第一パルス信号を反転
すると共にドライブし反転パルス信号を出力するバッフ
ァと、該バッファから出力される反転パルス信号に同期
した反転パルス励振信号を発生する第一励振部と、該第
一励振部の反転パルス励振信号に同期して前記第一パル
ス信号に対し反転した一定のピーク電位を有する第一パ
ルス電力を出力端子に出力する第一パワー部とを備える
半導体集積回路内の電圧変換回路において、矩形波状の
第二パルス信号を発振する第二発振部と、前記出力端子
の電位を検出し検出信号を出力する検出部と、該検出部
から出力される検出信号及び前記第二発振部から発振さ
れる第二パルス信号を論理演算し電力供給信号あるいは
電力供給停止信号を出力する論理演算部と、該論理演算
部から電力供給信号が出力されたとき該電力供給信号に
同期して主励振信号を発生する第二励振部と、該第二励
振部の主励振信号に同期して一定のピーク電位を有する
第二パルス電力を前記出力端子に出力する第二パワー部
とを設けてなる主回路を一あるいは複数並列に備えたの
で、請求項(1)と同様に半導体チップ内のトランジス
タの待機中における電力消耗の軽減及び動作状態に関係
なく一定電圧の電力の供給が可能である。
電圧変換回路のブロック図、 第2図は第1図に示した半導体集積回路内の電圧変換回
路の回路図、 第3図は第2図に示したバイアス回路の詳細な回路図、 第4図は半導体チップ内のトランジスタが待機状態にあ
るとき第1図に示した半導体集積回路内の電圧変換回路
の動作を説明するタイムチャート図、 第5図は第1図に示した半導体集積回路内の電圧変換回
路から出力される電力の電圧値の供給電源の変動に対す
る特性を説明する特性図、 第6図は半導体チップ内のトランジスタが動作状態にあ
るとき第1図に示した半導体集積回路内の電圧変換回路
の動作を説明するタイムチャート図、 第7図は従来の半導体集積回路内の電圧変換回路のブロ
ック図である。 1……発振部 2……バッファ 2′……論理演算部 3、3′……励振部 4、4′……パワー部 5……検出部 10……待機用回路 20……主回路
Claims (2)
- 【請求項1】出力端子(D)に接続される半導体集積回
路の内部電圧変換回路にして; 矩形波信号を生成する発振装置(1)と; 前記発振装置(1)からの矩形波信号を受ける第1バッ
ファ(2)および、前記第1バッファ(2)からの出力
を受けて昇圧された出力を生成する第1励振回路(3)
および、前記第1励振回路(3)からの出力を所定の内
部電圧レベルに制御し且つこの内部電圧に基づいて外部
電源端子から前記出力端子(D)へ所定レベルの第1供
給電圧を供給する第1パワー部(4)を含むサブ回路
(10)と; 前記発振装置(1)からの矩形波信号を受ける第2バッ
ファ(2′)および、前記第2バッファ(2′)からの
出力を受けて昇圧された出力を生成する第2励振回路
(3′)および、前記第2励振回路(3′)の出力を所
定の内部電圧レベルに制御し且つこの内部電圧に基づい
て前記外部電源端子から前記出力端子(D)へ所定レベ
ルの第2供給電圧を供給する第2パワー部(4′)を含
む主回路(20)と; 前記第1及び第2パワー部(4、4′)が共通接続され
た前記出力端子(D)と前記第2バッファ(2′)の入
力端子との間に接続され、前記出力端子(D)における
供給電圧に応じて前記主回路(20)の動作を制御する検
出回路(5)と; を備え; 前記出力端子(D)における供給電圧が所定電圧以下に
降下する度に、前記主回路(20)を動作せしめることを
特徴とする内部電圧変換回路。 - 【請求項2】出力端子(D)に接続される半導体集積回
路の内部電圧変換回路にして; 第1矩形波信号を生成する第1発振装置(1)と; 前記第1発振装置(1)からの第1矩形波信号を受ける
第1バッファ(2)および、前記第1バッファ(2)か
らの出力を受けて昇圧された出力を生成する第1励振回
路(3)および、前記第1励振回路(3)からの出力を
所定の内部電圧レベルに制御し且つこの内部電圧に基づ
いて外部電源端子から前記出力端子(D)へ所定レベル
の第1供給電圧を供給する第1パワー部(4)を含むサ
ブ回路(10)と; 第2矩形波信号を生成する第2発振装置と; 前記第2発振装置からの第2矩形波信号を受ける第2バ
ッファ(2′)および、前記第2バッファ(2′)から
の出力を受けて昇圧された出力を生成する第2励振回路
(3′)および、前記第2励振回路(3′)の出力を所
定の内部電圧レベルに制御し且つこの内部電圧に基づい
て前記外部電源端子から前記出力端子(D)へ所定レベ
ルの第2供給電圧を供給する第2パワー部(4′)を含
む主回路(20)と; 前記第1及び第2パワー部(4、4′)が共通接続され
た前記出力端子(D)と前記第2バッファ(2′)の入
力端子との間に接続され、前記出力端子(D)における
供給電圧に応じて前記主回路(20)の動作を制御する検
出回路(5)と; を備え; 前記出力端子(D)における供給電圧が所定電圧以下に
降下する度に、前記主回路(20)を動作せしめることを
特徴とする内部電圧変換回路。
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