JP3722611B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
磁気ディスク装置の1つであるFDD(フロッピーディスクドライブ)装置のブロック図を図4に示す。同図において、1はインターフェースドライバ回路、2はコントロール回路、3はリードライト回路、4はステッピングモータドライバ回路、5はスピンドルモータドライバ回路、6はリードライトヘッド、7はイレーズヘッド、8はステッピングモータ、9はスピンドルモータ、10はインデックスセンサ、11はトラックセンサ、100は、例えばパーソナルコンピュータなど、外部のホスト装置である。尚、インターフェースドライバ回路1、コントロール回路2、リードライト回路3、及び、ステッピングモータドライバ回路4は1チップの半導体集積回路(以下、「FDD用IC」と呼ぶ)となっている。
【0003】
各部の動作について説明する。インターフェースドライバ回路1はホスト装置100とコントロール回路2との間でやりとりが行われるデータ、並びに、ホスト装置100とリードライト回路3との間でやりとりが行われる、不図示の磁気ディスクに書き込むデータ、及び、磁気ディスクから読み出されたデータの形式や転送の方式の整合をとる。
【0004】
コントロール回路2はインターフェースドライバ回路1を介してホスト装置100から入力したデータに応じて磁気ディスクに対してデータの書き込み及び読み出しを制御し、また、FDD装置の動作状態を示すデータなどをインターフェースドライバ回路1を介してホスト装置100へ出力する。
【0005】
リードライト回路3は、コントロール回路2の制御の下で、データの書き込み時には、ホスト装置100からインターフェースドライバ回路1を介して入力したデータに応じて、磁気ディスクに対してデータの書き込み及び読み出しを行うためのリードライトヘッド6、磁気ディスクに記録されているデータを消去するためのイレーズヘッド7をそれぞれ構成するコイルに電流を流すことによってデータを磁気ディスクに書き込む。一方、データの読み出し時には、記録されているデータに応じてリードライトヘッド6を構成するコイルに生じる電圧によって磁気ディスクからデータを読み出し、読み出したデータをインターフェースドライバ回路1を介してホスト装置100に出力する。
【0006】
ステッピングモータドライバ回路4は、コントロール回路2の制御の下で、リードライトヘッド6及びイレーズヘッド7を磁気ディスクの半径方向へ移送するステッピングモータ8を駆動する。スピンドルモータドライバ回路5は、コントロール回路2の制御の下で、磁気ディスクを回転させるスピンドルモータ9を駆動する。
【0007】
インデックスセンサ10は磁気ディスクが正常に回転しているかいないかを、また、トラックセンサ11はリードライトヘッド6及びイレーズヘッド7が磁気ディスクの最外周に位置しているかいないかを、コントロール回路2が検出するためのものである。
【0008】
ここで、FDD用ICでは、リードライト回路3がアナログ信号を取り扱うアナログ回路、それ以外の回路がデジタル信号を取り扱うデジタル回路であるが、これらの全ての回路を共通の電源電圧VCC(通常5V)で動作させるようになっており、単一の電源を使用することになるので、デジタル回路の動作に起因してノイズが電源ラインに回り込んで電源電圧が変動し、これにより、アナログ回路の特性が劣化することを勘案して、従来のFDD用ICでは、図5に示すように、インターフェースドライバ回路1には電源端子IVCC及びグランド端子IGND、コントロール回路2には電源端子DVCC及びグランド端子DGND、リードライト回路3には電源端子AVCC及びグランド端子AGND、ステッピングモータドライバ回路4には電源端子SVCC及びグランド端子SGNDというように、各回路毎に電源の出力に接続される電源端子及び接地されるグランド端子を別個に設けていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このように、FDD用ICとしては電源端子及びグランド端子を各回路毎に別個に設けたとしても、外部で同一の電源につながることにかわりはないので、特に、アナログ回路が微小信号を取り扱う場合はアナログ回路の特性劣化を防ぎ切れていなかった。このように、アナログ回路すなわちリードライト回路3の特性が劣化するということは、FDD装置としては磁気ディスクに対するデータの書き込み及び読み出しの精度が劣化するということに他ならない。
【0010】
また、このFDD用ICにおいては、大電流を消費するインターフェースドライバ回路1の出力段及びステッピングモータドライバ回路4を内蔵しており、IC内部の温度上昇が著しいため、コントロール回路2をMOS(電解効果トランジスタ)で構成している場合は、MOSは温度上昇に伴い電流能力が低下することから、ハイレベルとローレベルとを誤判定するなどして、誤動作に至るケースがあり、コントロール回路2の動作マージン、ひいては、FDD装置としての信頼性が低かった。
【0011】
また、FDD用ICでは全ての回路が共通の電源電圧で動作することから消費電流が大きいという問題があった。
【0012】
そこで、本発明は、アナログ回路の特性劣化を軽減し及びデジタル回路の動作マージンを改善するとともに、消費電流を低減した半導体装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の第1の構成では、単一の電源を用いて動作させるアナログ回路とデジタル回路とを有する半導体装置において、前記デジタル回路は、温度が第1温度から該第1温度よりも高い第2温度に変化したときに動作マージンが低下し、且つ、自身に対する動作電圧が第1電圧から該第1電圧よりも高い第2電圧に変化したときに前記動作マージンが増加するものであり、前記電源から供給される電圧よりも低く、かつ、正の温度特性を有する出力電圧を送出するレギュレータ回路を設け、該レギュレータ回路の出力電圧で前記デジタル回路を動作させるようにしている。
【0014】
以上の構成により、デジタル回路の動作に起因して発生するノイズはレギュレータにより遮断される形となって電源ラインに回り込むことはなくなり、アナログ回路へ供給される動作電圧の変動が抑制される。また、デジタル回路が電源電圧よりも低い電圧で動作するので、消費電流が低減される。
【0015】
そして、レギュレータの出力電圧に正の温度特性をもたせる、すなわち、レギュレータの出力電圧が温度の上昇に比例して高くなる構成にしておけば、デジタル回路の動作電圧が温度上昇に伴って高くなるので、温度上昇に伴うMOSの電流能力の低下がキャンセルされ、MOSで構成されたデジタル回路の動作マージンが改善される。
【0016】
尚、制御系のデジタル回路では、ハイレベルとローレベルの判定ができればよいわけで、必ずしも所定の電圧で動作させる必要はなく、ある程度のマージン(ハイレベルとローレベルを判定する余裕度)が確保される範囲であれば、動作電圧を低くすることができる。
また、本発明の第2の構成では、単一の電源を用いて動作させるアナログ回路とMOSで構成された回路とを有する半導体装置において、前記MOSで構成された回路は、温度が第1温度から該第1温度よりも高い第2温度に変化したときに動作マージンが低下し、且つ、自身に対する動作電圧が第1電圧から該第1電圧よりも高い第2電圧に変化したときに前記動作マージンが増加するものであり、前記電源から供給される電圧よりも低く、かつ、正の温度特性を有する出力電圧を送出するレギュレータ回路を設け、該レギュレータ回路の出力電圧で前記MOSで構成された回路を動作させるようにしている。
また、本発明の第3の構成では、単一の電源を用いて動作させるアナログ回路とMOSで構成された回路とを有する半導体装置において、前記MOSで構成された回路は、温度が第1温度から該第1温度よりも高い第2温度に変化したときに動作マージンが低下し、且つ、自身に対する動作電圧が第1電圧から該第1電圧よりも高い第2電圧に変化したときに前記動作マージンが増加するものであり、前記電源から供給される電圧よりも低く、かつ、トランジスタの順方向降下電圧の温度変化を利用することによって出力電圧を送出するレギュレータ回路を設け、該レギュレータ回路の出力電圧で前記MOSで構成された回路を動作させるようにしている。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施形態であるFDD用ICの電源系統の構成を示す図である。尚、従来技術として示した図5と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。また、FDD装置としてのブロック図は図4と同一である。
【0018】
図1において、REGはレギュレータであり、電源端子DVCCから入力する電圧に応じて安定した電圧を出力するが、その出力電圧は電源電圧VCC(5V)よりも低くなっている。また、レギュレータREGは正の温度特性を有している、すなわち、レギュレータREGの出力電圧は、図2にその温度特性を示すように、温度の上昇に伴って高くなり、また、温度の下降に伴って低くなる。そして、コントロール回路2はレギュレータREG1の出力電圧によって動作する。
【0019】
尚、本実施形態では、電源端子DVCCを電源電圧VCCに接続し、すなわち、レギュレータREGの入力電圧を5Vにし、また、レギュレータREGは、出力電圧が電源電圧VCCよりも0.5V以上低くなっているとともに、5V入力時には、2mV/℃以上の正の温度特性を有する構成となっている。また、コントロール回路2とレギュレータREGとはグランド端子DGNDを共用している。
【0020】
レギュレータREGの一構成例を図3に示す。同図において、NPN型のトランジスタQ1、Q2が差動対を形成しており、これらのエミッタは抵抗R0を介してグランド端子DGNDに接続されている。トランジスタQ1、Q2のコレクタは2つのPNP型のトランジスタQ3、Q4で形成されたカレントミラー回路CMの入力側、出力側にそれぞれ接続されている。トランジスタQ1、Q2のコレクタ同士がコンデンサCを介して接続されている。トランジスタQ3、Q4のエミッタは電源端子DVCCに接続されている。
【0021】
トランジスタQ5のコレクタは電源端子DVCCに接続されており、また、そのエミッタは直列接続された2つの抵抗R1、R2を介してグランド端子DGNDに接続されており、また、そのベースはトランジスタQ2のコレクタに接続されている。トランジスタQ1のベースはダイオード接続された2つのNPN型のトランジスタQ6、Q7及び抵抗R3を介して電源端子DVCCに接続されている。トランジスタQ2のベースは直列に接続された2つの抵抗R1、R2同士の接続点にそれぞれ接続されている。トランジスタQ5のエミッタと抵抗R1との接続点に出力端子が接続されている。
【0022】
以上の構成により、レギュレータREGでは、トランジスタQ6、Q7の順方向降下電圧をVFとすると、出力電圧がほぼ(R1+R2)・(VCC−2VF)/R2の電圧で安定するようにフィードバック制御される。そして、トランジスタの順方向降下電圧は温度が高いほど小さくなり、温度が低いほど大きくなるという温度変化を示すので、レギュレータREGの出力電圧は温度の上昇に伴って高くなり、また、温度の下降に伴って低くなる。このように、例えば、トランジスタの順方向降下電圧の温度変化を利用することによって、レギュレータの出力電圧に正の温度特性をもたすことができる。
【0023】
以上のように、本実施形態のFDD装置では、コントロール回路2と電源ラインとの間にはレギュレータREGが介在し、コントロール回路2の動作に起因してノイズが電源ラインに回り込む経路が断たれるので、リードライト回路3へ供給される動作電圧の変動が抑制される。したがって、リードライト回路3の特性劣化が軽減され、FDD装置としては磁気ディスクに対するデータの書き込み及び読み出しの精度が向上する。
【0024】
また、レギュレータREGが正の温度特性を有する構成であり、温度が上昇するほどコントロール回路2の動作電圧が高くなるので、温度上昇に伴うMOSの電流能力の低下がキャンセルされ、コントロール回路2がMOSで構成されている場合は、その動作マージンが改善される。このように、各回路の動作を制御するコントロール回路2の動作マージンが改善されることにより、FDD装置としての信頼性が向上する。
【0025】
さらに、レギュレータの出力電圧を変化させることができるようにしておけば、素子のばらつきによる動作不良をなくすことができるので、動作マージンの一層の改善をすることができるようになる。また、本実施形態では、各ブロックの電源端子を個別にしている場合のみを説明したが、例えば、端子IVCC、DVCC、SVCCを1つにまとめても構わない。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置によれば、アナログ回路の特性劣化を軽減し及びデジタル回路の動作マージンを改善するとともに、消費電流を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態であるFDD用ICの電源系統の構成を示す図である。
【図2】 レギュレータの出力電圧の温度特性を示す図である。
【図3】 レギュレータの一構成例を示す回路図である。
【図4】 磁気ディスク装置の1つであるFDD装置のブロック図である。
【図5】 従来のFDD用ICの電源系統の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 インターフェースドライバ回路
2 コントロール回路
3 リードライト回路
4 ステッピングモータドライバ回路
5 スピンドルモータドライバ回路
6 リードライトヘッド
7 イレーズヘッド
8 ステッピングモータ
9 スピンドルモータ
10 インデックスセンサ
11 トラックセンサ
REG レギュレータ
Claims (3)
- 単一の電源を用いて動作させるアナログ回路とデジタル回路とを有する半導体装置において、
前記デジタル回路は、温度が第1温度から該第1温度よりも高い第2温度に変化したときに動作マージンが低下し、且つ、自身に対する動作電圧が第1電圧から該第1電圧よりも高い第2電圧に変化したときに前記動作マージンが増加するものであり、
前記電源から供給される電圧よりも低く、かつ、正の温度特性を有する出力電圧を送出するレギュレータ回路を設け、
該レギュレータ回路の出力電圧で前記デジタル回路を動作させる
ことを特徴とする半導体装置。 - 単一の電源を用いて動作させるアナログ回路とMOSで構成された回路とを有する半導体装置において、
前記MOSで構成された回路は、温度が第1温度から該第1温度よりも高い第2温度に変化したときに動作マージンが低下し、且つ、自身に対する動作電圧が第1電圧から該第1電圧よりも高い第2電圧に変化したときに前記動作マージンが増加するものであり、
前記電源から供給される電圧よりも低く、かつ、正の温度特性を有する出力電圧を送出するレギュレータ回路を設け、
該レギュレータ回路の出力電圧で前記MOSで構成された回路を動作させる
ことを特徴とする半導体装置。 - 単一の電源を用いて動作させるアナログ回路とMOSで構成された回路とを有する半導体装置において、
前記MOSで構成された回路は、温度が第1温度から該第1温度よりも高い第2温度に変化したときに動作マージンが低下し、且つ、自身に対する動作電圧が第1電圧から該第1電圧よりも高い第2電圧に変化したときに前記動作マージンが増加するものであり、
前記電源から供給される電圧よりも低く、かつ、トランジスタの順方向降下電圧の温度変化を利用することによって出力電圧を送出するレギュレータ回路を設け、
該レギュレータ回路の出力電圧で前記MOSで構成された回路を動作させる
ことを特徴とする半導体装置。
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