JP3653658B2 - Power supply step-down circuit - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板上に形成される回路素子に安定した電圧供給を行う電源降圧回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、半導体基板上に形成された半導体記憶装置を含む集積回路を駆動するための電源は、その半導体基板上に形成された電源降圧回路により外部から供給された電源電圧を任意の電圧に変換して供給する場合が多い。
【0003】
このような電源降圧回路は、外部からの電源電圧や負荷変動による内部電圧に多少の変動があった場合でも比較的安定化した電圧を供給するように構成されている。
【0004】
例えば、特開平6−84357号公報には、図5に示すようにスタンバイ(待機)状態を含めて常時動作している第1の差動増幅トランジスタ対11,12と、アクティブ(動作)状態になったときに動作する第2の差動増幅トランジスタ対13,14とで構成され、内部電圧VINT のオーバーシュートを防ぎ、安定した電圧を供給する電源降圧回路が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前述した図5に記載される電源降圧回路は、スタンバイ状態における内部電圧VINT の電流値が極端に少なくなった場合、発振する可能性がある。さらに、その電流値が少なくなると、内部電圧VINT が基準電圧Vref を越えた大きな電圧になる恐れもある。
【0006】
そこで本発明は、アクティブ状態の時には所望する電圧を安定して供給し、スタンバイ状態の時には低消費電流で状態を維持し、且つ構造が簡単な電源降圧回路を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、半導体基板上に形成された回路素子からなる負荷に、アクティブ状態の時に駆動用所定電圧の電源を供給するための第1のPchトランジスタと、前記第1のPchトランジスタの出力に比べて微少な電流のスタンバイ用電源を前記負荷に常時供給する第2のPchトランジスタと、予め定めた基準電圧及び前記第1、第2のPchトランジスタからの出力和をそれぞれ入力して、それらの差分を増幅して、アクティブ状態の時には、前記第1のPchトランジスタが前記基準電圧と同等電圧を前記負荷に出力するように第1のトランジスタに掛かるゲート電圧を制御し、スタンバイ状態の時には、前記第1のトランジスタに掛かるゲート電圧をHレベルにして、ドレイン・ソース間を高インピーダンス化させて、前記負荷への前記所定電圧の供給を遮断し、前記負荷に前記第2のPchトランジスタからの前記スタンバイ用電源のみを供給させる差動増幅回路とを備える電源降圧回路を提供する。
【0008】
以上のような構成の電源降圧回路は、アクティブ状態の時には、差動増幅回路により制御される第1のPchトランジスタの出力と第2のPchトランジスタからの出力との和からなるアクティブ用電源が負荷に供給され、スタンバイ状態の時には、差動増幅回路が第1のトランジスタのドレイン・ソース間を高インピーダンス化させて、負荷への電源供給を遮断し、負荷には第2のPchトランジスタからのスタンバイ用電源のみが供給される。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【0010】
図1には、本発明による第1の実施形態に係る電源降圧回路の構成を示し説明する。
【0011】
この電源降圧回路は、半導体基板上に形成されたメモリ素子及び能動素子等からなる回路素子に所定電圧電流の駆動用電源を供給するものである。
【0012】
その構成として、基準電圧Vref と出力電圧Vddi を入力して、その差分を増幅出力する差動増幅トランジスタ対からなるアンプ1と、このアンプ1の出力によりアクティブ用電源供給するための1つのPchトランジスタ2と、出力電圧Vddi により常時動作して、スタンバイ用電源供給するための1つのPchトランジスタ3とを備えている。これらのトランジスタ2及びトランジスタ3には、電源Vddが供給される。例えば、電源Vddが3.3Vである場合に、トランジスタ1,2の出力電圧Vddi は、基準電圧Verf と同等な2.5V程度出力できるように設けられている。勿論、電源Vddは、3.3Vに限定されるものではない。
【0013】
図2には、図1に示したアンプ1の構成例を示す。
【0014】
図2(a)は、カレントミラー回路を利用した差動増幅型のアンプの構成例を示し、図2(b)のアンプは、同図(a)の変形例を示す図である。
【0015】
図2(a)に示すアンプは、カレントミラートランジスタ対5と、基準電圧Vrefにより駆動するnMOSトランジスタ6と、差動入力信号により駆動するnMOSトランジスタ7と、バイアス信号により駆動するnMOSトランジスタ8と、出力端に接続されたスタンバイ信号で駆動するnMOSトランジスタ9とで構成される。
【0016】
この構成により、スタンバイ時には、バイアス信号をHレベルに設定し、nMOSトランジスタ5のゲートにLレベルを入力する。この時アンプの出力は、Hレベルとなる。
【0017】
また図2(b)のアンプは接続構成が異なり、スタンバイ時には、バイアス信号をLレベルに設定し、nMOSトランジスタ5のゲートにLレベルを入力する。この時アンプの出力は、Hレベルとなる。
【0018】
図3(a)を参照して、この構成におけるアクティブ(動作)状態の時について説明する。
【0019】
この電源降圧回路の出力側に接続された回路素子からなる負荷4の抵抗値rは、数Ω程度であり、アクティブ中は時間的に負荷変動する。このとき、トランジスタ2に流れる電流値をib1とし、トランジスタ3に流れる電流値をib2とし、負荷4に流れる電流の電流値をIbとする。
【0020】
ここで、ib1>>ib2、Ib=ib1+ib2の関係があり、Ibの平均電流値は例えば、約1.5Aとする。
【0021】
まず、アンプ1にアクティブを指示するアクティブ信号が入力して、アンプ1を駆動し、トランジスタ2に駆動用出力(ゲート電圧)を出力する。トランジスタ2は、印加された駆動用出力により駆動して、電圧Vddが内部降圧した出力電圧Vddi を出力する。この出力電圧Vddi は、ほぼ基準電圧Vref になるようにアンプ1により調整され、負荷4に駆動用電源として供給される。
【0022】
次に図3(b)を参照して、スタンバイ状態の時について説明する。
【0023】
ここで、トランジスタ2に流れる電流値をis1とし、トランジスタ3に流れる電流値をis2とし、負荷4に流れる電流の電流値をIsとする。ここで、is1>>is2、Is=is1+is2の関係があり、Isの平均電流値は数mA程度である。また負荷4の抵抗値rは、数ΩK程度であり、スタンバイ中には問題とはならない程度に僅かに負荷変動する。
【0024】
まず、アンプ1にスタンバイを指示するスタンバイ信号が入力して、アンプ1を駆動し、電源Vddと同じ電圧値の駆動用出力Vdd’をトランジスタ2のゲートに出力する。トランジスタ2は、この駆動用出力Vdd’が印加されると、ソース・ドレイン間が高インピーダンス状態となり、トランジスタ2から出力する電流is1がほぼ0Aとなる。
【0025】
よってトランジスタ3から電圧Vddが内部降圧した出力電圧Vddi 、電流Is(=is2)が負荷4にスタンバイ電源として供給される。
【0026】
従って、本実施形態では、アクティブ状態用に1つのアンプを使用して、電源供給用トランジスタを駆動して、電源電圧を負荷に供給する。
【0027】
またスタンバイ時には、アンプの出力をHレベルに固定して、電源供給用のトランジスタの駆動を停止させ、常時動作しているトランジスタから、電源とほぼ同じ電圧で、数mAの出力を負荷に供給することにより、スタンバイ時でも負荷にかかる電圧が0Vまで降下せずに、アクティブ状態への立ち上がりが迅速に行われる。
【0028】
図4には、スタンバイ用電源を供給するためのトランジスタ3の変形例を示し説明する。
【0029】
図4(a)は、図1に示したPchトランジスタ3を2段接続した構成であり、図1においてトランジスタ3から出力される出力電圧Vddi よりも電圧降下した出力電圧Vddi'が出力される。
【0030】
図4(b)は、図4(a)に示したPchトランジスタをNchトランジスタに入れ替えた構成例である。この構成もトランジスタ3から出力される出力電圧Vddi よりも電圧降下した出力電圧Vddi'が出力される。
【0031】
以上説明したように実施形態によれば、従来、スタンバイ時にも一対の差動増幅トランジスタを駆動させていたが本実施形態では、1つのトランジスタを動作させているのみであるため、構造が簡単であり、さらに消費電流が低減できる。
【0032】
また、従来技術で問題となったスタンバイ状態の時に内部電圧の降下による発振を防止でき、且つ基準電圧を上回ることなく、電源降圧を行うことができる。また、スタンバイ時には、出力電流の小さいトランジスタにより、出力電圧Vddi'が保持されているため、0Vに降下せずに済む。
【0033】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、アクティブ時には所望する電圧を安定して供給し、スタンバイ時には低消費電流で状態を維持し、且つ構造が簡単な電源降圧回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による実施形態に係る電源降圧回路の構成例を示す図である。
【図2】図1に示したアンプの構成例を示す図である。
【図3】実施形態のアクティブ状態とスタンバイ状態について説明するための図である。
【図4】本実施形態の電源降圧回路の変形例を示す図である。
【図5】従来の電源降圧回路の構成例を示す図である。
【符号の説明】
1…アンプ
2,3…トランジスタ
4…負荷
Vddi …(トランジスタ2の)出力電圧
Vref …基準電圧
ib1,is1…トランジスタ2に流れる電流
ib2,is2…トランジスタ3に流れる電流
Ib…負荷に流れる電流の電流
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply step-down circuit that supplies a stable voltage to circuit elements formed on a semiconductor substrate.
[0002]
[Prior art]
In general, a power source for driving an integrated circuit including a semiconductor memory device formed on a semiconductor substrate converts a power source voltage supplied from the outside into an arbitrary voltage by a power step-down circuit formed on the semiconductor substrate. Often supplied.
[0003]
Such a power supply step-down circuit is configured to supply a relatively stabilized voltage even when there is some fluctuation in the internal power supply voltage due to external power supply voltage or load fluctuation.
[0004]
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 6-84357, as shown in FIG. 5, a first differential amplifier transistor pair 11 and 12 that is always operating including a standby (standby) state and an active (operating) state are disclosed. A power supply step-down circuit that includes a second differential amplifier transistor pair 13 and 14 that operates when the internal voltage VINT is reached, prevents overshoot of the internal voltage VINT, and supplies a stable voltage has been proposed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described power supply step-down circuit shown in FIG. 5 may oscillate when the current value of the internal voltage VINT in the standby state becomes extremely small. Further, when the current value decreases, the internal voltage VINT may become a large voltage exceeding the reference voltage Vref.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a power supply step-down circuit that stably supplies a desired voltage in an active state, maintains a state with a low current consumption in a standby state, and has a simple structure.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a first Pch transistor for supplying a power of a predetermined voltage for driving to a load composed of circuit elements formed on a semiconductor substrate in an active state, The second Pch transistor that always supplies a standby power supply with a small current compared to the output of the Pch transistor to the load, the predetermined reference voltage, and the output sum from the first and second Pch transistors, respectively. Input, amplify the difference between them, and control the gate voltage applied to the first transistor so that the first Pch transistor outputs a voltage equivalent to the reference voltage to the load when active. In the standby state, the gate voltage applied to the first transistor is set to H level to increase the impedance between the drain and source, and A power supply step-down circuit is provided that includes a differential amplifier circuit that cuts off supply of the predetermined voltage to a load and supplies only the standby power supply from the second Pch transistor to the load.
[0008]
In the power supply step-down circuit configured as described above, when in the active state, the active power supply comprising the sum of the output of the first Pch transistor and the output of the second Pch transistor controlled by the differential amplifier circuit is loaded. In the standby state, the differential amplifier circuit increases the impedance between the drain and source of the first transistor to cut off the power supply to the load, and the load has a standby state from the second Pch transistor. Only power is supplied.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0010]
FIG. 1 shows and describes the configuration of a power supply step-down circuit according to a first embodiment of the present invention.
[0011]
This power supply step-down circuit supplies a driving power supply having a predetermined voltage and current to circuit elements including a memory element and an active element formed on a semiconductor substrate.
[0012]
As its configuration, an amplifier 1 composed of a differential amplification transistor pair that inputs a reference voltage Vref and an output voltage Vddi and amplifies and outputs the difference, and one Pch transistor for supplying active power from the output of the amplifier 1 2 and one Pch transistor 3 that is always operated by the output voltage Vddi and supplies standby power. A power supply Vdd is supplied to the transistors 2 and 3. For example, when the power supply Vdd is 3.3 V, the output voltage Vddi of the transistors 1 and 2 is provided so that about 2.5 V, which is equivalent to the reference voltage Verf, can be output. Of course, the power supply Vdd is not limited to 3.3V.
[0013]
FIG. 2 shows a configuration example of the amplifier 1 shown in FIG.
[0014]
FIG. 2A shows a configuration example of a differential amplification type amplifier using a current mirror circuit, and the amplifier in FIG. 2B shows a modification of FIG.
[0015]
The amplifier shown in FIG. 2A includes a current mirror transistor pair 5, an nMOS transistor 6 driven by a reference voltage Vref, an nMOS transistor 7 driven by a differential input signal, an nMOS transistor 8 driven by a bias signal, The nMOS transistor 9 is driven by a standby signal connected to the output terminal.
[0016]
With this configuration, during standby, the bias signal is set to the H level, and the L level is input to the gate of the nMOS transistor 5. At this time, the output of the amplifier becomes H level.
[0017]
Further, the amplifier shown in FIG. 2B has a different connection configuration. In standby mode, the bias signal is set to L level and the L level is input to the gate of the nMOS transistor 5. At this time, the output of the amplifier becomes H level.
[0018]
With reference to FIG. 3A, the case of the active (operation) state in this configuration will be described.
[0019]
The resistance value r of the load 4 composed of circuit elements connected to the output side of the power supply step-down circuit is about several ohms, and the load fluctuates with time during active. At this time, the current value flowing through the transistor 2 is ib1, the current value flowing through the transistor 3 is ib2, and the current value of the current flowing through the load 4 is Ib.
[0020]
Here, there is a relationship of ib1 >> ib2, Ib = ib1 + ib2, and the average current value of Ib is about 1.5 A, for example.
[0021]
First, an active signal instructing activation is input to the amplifier 1, the amplifier 1 is driven, and a driving output (gate voltage) is output to the transistor 2. The transistor 2 is driven by the applied driving output and outputs an output voltage Vddi whose voltage Vdd is internally reduced. The output voltage Vddi is adjusted by the amplifier 1 so as to be approximately the reference voltage Vref, and is supplied to the load 4 as a driving power source.
[0022]
Next, the standby state will be described with reference to FIG.
[0023]
Here, the current value flowing through the transistor 2 is set as is1, the current value flowing through the transistor 3 is set as is2, and the current value flowing through the load 4 is set as Is. Here, there is a relationship of is1 >> is2, Is = is1 + is2, and the average current value of Is is about several mA. The resistance value r of the load 4 is about several ΩK, and the load fluctuates slightly to the extent that it does not cause a problem during standby.
[0024]
First, a standby signal instructing standby is input to the amplifier 1, the amplifier 1 is driven, and a driving output Vdd 'having the same voltage value as that of the power supply Vdd is output to the gate of the transistor 2. When the driving output Vdd ′ is applied to the transistor 2, the source and drain are in a high impedance state, and the current is1 output from the transistor 2 is approximately 0A.
[0025]
Therefore, the output voltage Vddi and the current Is (= is2) obtained by internally reducing the voltage Vdd from the transistor 3 are supplied to the load 4 as a standby power source.
[0026]
Therefore, in this embodiment, the power supply transistor is driven using one amplifier for the active state to supply the power supply voltage to the load.
[0027]
In standby mode, the output of the amplifier is fixed at the H level, the drive of the power supply transistor is stopped, and an output of several mA is supplied to the load at a voltage almost the same as that of the power supply from the transistor that is always operating. As a result, the voltage applied to the load does not drop to 0 V even during standby, and the rise to the active state is quickly performed.
[0028]
FIG. 4 shows a modification of the transistor 3 for supplying standby power.
[0029]
FIG. 4A shows a configuration in which the Pch transistors 3 shown in FIG. 1 are connected in two stages, and an output voltage Vddi ′ that is lower than the output voltage Vddi output from the transistor 3 in FIG. 1 is output.
[0030]
FIG. 4B shows a configuration example in which the Pch transistor shown in FIG. 4A is replaced with an Nch transistor. This configuration also outputs an output voltage Vddi ′ that is lower than the output voltage Vddi output from the transistor 3.
[0031]
As described above, according to the embodiment, a pair of differential amplification transistors has been conventionally driven even during standby, but in this embodiment, only one transistor is operated, so that the structure is simple. In addition, current consumption can be further reduced.
[0032]
In addition, it is possible to prevent oscillation due to a drop in the internal voltage in the standby state, which is a problem in the prior art, and to perform power supply step-down without exceeding the reference voltage. In standby mode, the output voltage Vddi ′ is held by a transistor having a small output current, so that it is not necessary to drop it to 0V.
[0033]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a power supply step-down circuit that stably supplies a desired voltage when active, maintains a state with low current consumption during standby, and has a simple structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a power supply step-down circuit according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a configuration example of an amplifier illustrated in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a diagram for describing an active state and a standby state according to the embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a modification of the power supply step-down circuit according to the present embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a conventional power supply step-down circuit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Amplifier 2, 3 ... Transistor 4 ... Load Vddi ... Output voltage Vref (of transistor 2) Reference voltage ib1, is1 ... Current ib2, is2 flowing through transistor 2 ... Current flowing through transistor 3 Ib ... Current flowing through load

Claims (4)

半導体基板上に形成された回路素子からなる負荷に、アクティブ状態の時に駆動用所定電圧の電源を供給するための第1の供給手段と、
前記第1の供給手段の出力に比べて微少な電流のスタンバイ用電源を前記負荷に常時供給する第2の供給手段と、
アクティブ状態の時には、前記第1の供給手段を制御して、予め定めた基準電圧に準ずるように調整した前記駆動用所定電圧を前記負荷に供給させ、スタンバイ状態の時には、前記第1の供給手段の駆動を停止させて、前記負荷に前記スタンバイ用電源のみを供給させる電源降圧選択手段と、
を具備することを特徴とする電源降圧回路。
First supply means for supplying power of a predetermined voltage for driving to a load made of circuit elements formed on a semiconductor substrate in an active state;
A second supply means for always supplying a standby power supply with a small current compared to the output of the first supply means to the load;
In the active state, the first supply means is controlled to supply the predetermined voltage for driving adjusted to conform to a predetermined reference voltage to the load, and in the standby state, the first supply means Power supply step-down selection means for stopping the driving of the power supply and supplying only the standby power supply to the load;
A power supply step-down circuit comprising:
半導体基板上に形成された回路素子からなる負荷に、アクティブ状態の時に駆動用所定電圧の電源を供給するための第1のPchトランジスタと、
前記第1のPchトランジスタの出力に比べて微少な電流のスタンバイ用電源を前記負荷に常時供給する第2のPchトランジスタと、
予め定めた基準電圧と、前記第1、第2のPchトランジスタからの出力和とをそれぞれ入力して、それらの差分に基づき増幅して、アクティブ状態の時には、前記第1のPchトランジスタが前記基準電圧と同等電圧を前記負荷に出力するように第1のトランジスタに掛かるゲート電圧を制御し、スタンバイ状態の時には、前記第1のトランジスタに掛かるゲート電圧をHレベルにして、ドレイン・ソース間を高インピーダンス化させて、前記負荷への前記所定電圧の供給を遮断し、前記負荷に前記第2のPchトランジスタからの前記スタンバイ用電源のみを供給させる差動増幅回路と、
を具備することを特徴とする電源降圧回路。
A first Pch transistor for supplying power of a predetermined voltage for driving to a load composed of circuit elements formed on a semiconductor substrate in an active state;
A second Pch transistor that constantly supplies a standby power supply with a small current compared to the output of the first Pch transistor to the load;
A predetermined reference voltage and a sum of outputs from the first and second Pch transistors are inputted and amplified based on the difference between them, and when in the active state, the first Pch transistor is connected to the reference voltage. The gate voltage applied to the first transistor is controlled so that a voltage equivalent to the voltage is output to the load. In the standby state, the gate voltage applied to the first transistor is set to H level so that the drain-source voltage is high. A differential amplifying circuit configured to impedance, cut off the supply of the predetermined voltage to the load, and supply only the standby power source from the second Pch transistor to the load;
A power supply step-down circuit comprising:
前記第2のPchトランジスタを複数用いて、多段接続化することにより、前記スタンバイ用電源の電圧値を調整することを特徴とする請求項2に記載の電源降圧回路。3. The power supply step-down circuit according to claim 2, wherein a voltage value of the standby power supply is adjusted by using a plurality of the second Pch transistors to make a multistage connection. 前記第2のPchトランジスタをNchトランジスタに代えて該Nchトランジスタを多段接続化することにより、前記スタンバイ用電源の電圧値を調整することを特徴とする請求項3に記載の電源降圧回路。4. The power supply step-down circuit according to claim 3, wherein the voltage value of the standby power supply is adjusted by replacing the second Pch transistor with an Nch transistor and connecting the Nch transistors in multiple stages.
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