JP4800478B2 - バッファ回路 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、集積回路の給電電圧をバッファリングするバッファ回路に関する。
【０００２】
上記のようなバッファ回路は通例、電圧をバッファリングするコンデンサを有する。このコンデンサが欠陥を有する場合、すなわちこのコンデンサを介して不所望の漏れ電流が流れる場合、バッファ回路はその役割をもはや果たすことができない。この場合にすなわちこの欠陥のあるコンデンサが原因で、バッファすべき電圧が短絡されてしまう。以下でコンデンサの欠陥とは、コンデンサの２つの電極間に電流が流れてしまう状態のことをいう。このような欠陥は、例えば製造時の誤りによって、または後の動作中に発生する過電圧によりコンデンサの誘電体が損傷されることによって引き起こされる。
【０００３】
本発明の課題は、集積回路の給電電圧のためのバッファ回路を改善して、バッファ回路に含まれるバッファコンデンサの欠陥に対して極めて耐性の高いバッファ回路を提供することである。
【０００４】
この課題は、請求項１および２の特徴部分に記載された構成を有するバッファ回路によって解決される。本発明の有利な実施形態および発展形態は従属請求項に記載されている。
【０００５】
本発明では、バッファ回路は、バッファすべき給電電圧が降下する第１および第２電位ノードの間に、少なくとも２つのバッファコンデンサを含む直列回路を有する。これらのコンデンサの間に配置された第３の電位ノードには、付加回路が接続されており、この付加回路は第３電位ノードの電位に作用して、バッファコンデンサの一方に漏れ電流が発生しても、この電位が上および／または下の限界値を超えないようにする。
【０００６】
給電電圧をバッファリングする２つのコンデンサからなる直列回路によって、２つのコンデンサの一方だけで個別にバッファリングを行うよりも高い電圧をバッファリングすることができる。本発明の付加回路がなければ、２つのバッファコンデンサの一方に欠陥がある場合、これに伴う電圧の低下によって極めて高い電圧が、まだ損傷されていないコンデンサの両端で降下してしまうことになる。この結果として多くの場合、この第２のコンデンサも破壊されてしまい、これによってこれらの２つのコンデンサを介して短絡電流が流れてしまう。この場合、バッファリングすべき給電電圧は短絡されてしまうことになる。
【０００７】
本発明の付加回路の役割は、２つのバッファコンデンサの間の電位が、２つのコンデンサの一方に欠陥がある場合にその短絡抵抗だけに依存しないで、付加的にこの付加回路にも依存するようにすることである。欠陥が発生した場合の第３電位ノードにおける電位の変化を制限することによって、まだ損傷していないコンデンサの両端で降下する電圧の高さも同様に制限された状態にとどめることができる。これによってまだ損傷されていないコンデンサを破壊するおそれのある電界強度を回避することができる。したがって有利にも、２つのバッファコンデンサの一方に欠陥があってもバッファ回路は少なくとも部分的には有効なままであり、バッファ回路の２つのコンデンサにおける短絡によって、バッファリングすべき給電電圧が短絡されてしまうことはない。
【０００８】
本発明の第１実施例では付加回路は抵抗素子を有し、この抵抗素子を介して第３電位ノードは、実質的に一定の電位に接続されている。この場合に第３電位ノードの電位は、バッファコンデンサが損傷されていなければ、この一定の電位に実質的に一致する。バッファコンデンサの一方に欠陥がある場合、第３電位ノードの電位は、抵抗素子と、欠陥のあるバッファコンデンサの短絡抵抗とによって構成される分圧比に依存して決まる。これに相応して抵抗素子の値を、第３電位ノードの電位が、欠陥の発生時に所望の限界内だけで変化するように設計することができる。ここでこの抵抗素子の設計は、使用されたコンデンサの、欠陥発生時の典型的な短絡抵抗値に基づいて行われる。
【０００９】
２つのバッファコンデンサを同じやり方で設計する場合、一定の電位の値を、第１電位ノードの電位と第２電位ノードの電位のちょうど中間にすると有利である。この場合にバッファ回路が損傷していなければ、２つのバッファコンデンサの各々の両端でバッファリングすべき給電電圧の半分が降下し、電流は抵抗素子を介して流れない。
【００１０】
高抵抗の抵抗素子は、例えばオーム抵抗、ダイオード、または抵抗として接続されたトランジスタによって実現することができる。
【００１１】
本発明の発展形態では、高抵抗の抵抗素子の抵抗値を、電圧制御器によって調整でき、この電圧制御器は、第３電位ノードの電位を制御して、この電位が上または下の限界値を超えないようにする。これによって調整可能な抵抗素子がない解決手段に比べて、第３電位ノードの電位を、欠陥のあるコンデンサの短絡抵抗が変わっても安定して維持できるという利点が得られる。
【００１２】
本発明の第２実施例では付加回路は、第４および第５電位ノード間に配置された分圧器を有し、この分圧器の両端で実質的に一定の電圧が降下する。ここでこの分圧器は２つの抵抗素子を有し、これらの抵抗素子の間に第３電位ノードに接続された第６の電位ノードが配置されている。殊に有利であるのは、第４電位ノードが第１電位ノードに、また第５電位ノードが第２電位ノードに接続されている場合である。この場合、分圧器の両端で降下する一定の電圧は、バッファリングすべき給電電圧と等しく、また別の一定の電圧は不要である。
【００１３】
殊に有利であるのは、分圧器の少なくとも一方の抵抗素子、有利には両方の抵抗素子が変更可能な抵抗値を有する場合である。ここでこれらの抵抗素子の相応の制御入力側は電圧制御器に接続されており、この電圧制御器が第３電位ノードの電位を、これらの抵抗素子を介して制御する。
【００１４】
付加回路が電圧制御器を有する、上記の本発明の実施形態は、第３ノードの電位が、バッファコンデンサの一方に欠陥がある場合に極めて精確に設定できるという大きな利点を有する。第３電位ノードに対する分圧比を、欠陥のあるコンデンサの短絡抵抗値に依存して適合させることにより、欠陥のあるコンデンサの短絡抵抗値が大きく変わっても、欠陥のないコンデンサは損傷されない。
【００１５】
本発明は、バッファ回路が、上記のようなバッファコンデンサを２つずつ含む複数の直列回路を有する場合に殊に有利であり、ここでこれらのバッファコンデンサの間にある電位ノードは、別個の付加回路に接続されているか、またはそれぞれ第１の直列回路の第３電位ノードに接続されており、これによりすべての直列回路がただ１つの付加回路によって作用を及ぼされる。これらの直列回路の１つのバッファ容量が、この直列回路のバッファコンデンサの１つの欠陥によって制限されてしまう場合でも、残りの直列回路によって給電電圧のバッファリングをほぼ制限なしに保証することができる。
【００１６】
本発明を以下、図面に基づいて詳しく説明する。
【００１７】
図１〜４は、本発明のバッファ回路の様々な実施例を示している。
【００１８】
図１は本発明のバッファ回路の第１実施例を示している。ここでは第１電位ノード１は、第１バッファコンデンサＣ１と、第２バッファコンデンサＣ２とを介して第２電位ノード２に接続されている。この第１電位ノード１と第２電位ノード２との間で、集積回路のバッファリングすべき給電電圧Ｕが降下する。図示のバッファ回路はこの集積回路の構成部材である。２つのコンデンサＣ１，Ｃ２の間に第３電位ノード３が配置されており、この第３電位ノード３はオーム抵抗Ｒを介して一定の電位Ｖ_constに接続されている。第２電位ノード２はアース電位を有する。この一定の電位Ｖ_constは、例えば給電電圧Ｕから導出することができる。この一定の電位Ｖ_constの役割は抵抗Ｒと共に、２つのコンデンサＣ１，Ｃ２の一方に欠陥がある場合に第３電位ノード３の電位が所定の限界内だけで変化するようにすることである。欠陥がある時に第３電位ノード３に調整設定すべき電位は、抵抗Ｒと、欠陥のあるコンデンサの短絡抵抗とによって構成される分圧器の分圧比から得られる。抵抗Ｒの値は、この抵抗とコンデンサの短絡抵抗の典型値とによって所望の分圧比が得られるように設計される。欠陥のあるコンデンサの短絡抵抗の典型値は実験によって決定される。
【００１９】
本発明の付加回路がない場合、コンデンサの一方に欠陥があると、このコンデンサの短絡抵抗は損傷されていない別のコンデンサの（理想的には）無限大の抵抗よりも格段に小さいため、給電電圧Ｕのほぼ全体が、損傷されていないコンデンサの両端で降下する。この場合に第３電位ノード３の電位は、２つの電位ノード１，２の一方の電位に極めて近くなるおそれがある。この場合、その両端で給電電圧Ｕのほぼ全体が降下する損傷されていないコンデンサは、これに伴う高い電界強度によって破壊されてしまうことになる。このようなことは本発明では第３電位ノード３の電位に作用することによって回避される。
【００２０】
図２はバッファ回路の第２実施例を示している。この実施例は、図１の実施例と、オーム抵抗Ｒの代わりにｎチャネルトランジスタＴ１が設けられている点が異なる。このトランジスタＴ１のゲートは電圧制御器ＣＴＲの出力側に接続されている。この電圧制御器ＣＴＲの入力側は第３電位ノード３に接続されている。電圧制御器ＣＴＲは第３電位ノード３の電位を、ｎチャネルトランジスタＴ１の抵抗値を変更することによって制御し、これによりその電位が、コンデンサＣ１，Ｃ２の一方に欠陥がある場合にもコンデンサが損傷されていない時とほぼ同じ値を有するようにする。第３電位ノード３の電位を制御することによって、２つのコンデンサＣ１，Ｃ２のうちの損傷されていないコンデンサの両端で降下する電圧は、別のコンデンサの状態に依存しなくなり、したがってこのコンデンサが破壊されることもない。２つのコンデンサの一方に欠陥がある場合に、別の各々のコンデンサの破壊が回避されることにより、バッファリングされる給電電圧Ｕは短絡されず、集積回路はバッファ回路が損傷されていても引き続き動作可能である。
【００２１】
２つのコンデンサＣ１，Ｃ２からなる図示の直列回路に加えて別の同種の直列回路が複数個、この直列回路に並列に接続されており、コンデンサ間にある電位ノードが第３電位ノード３の接続されている場合、供給電圧Ｕを欠陥発生時にも十分にバッファリングすることができる。この場合、これらの直列回路のうちの１つに含まれる２つのコンデンサの一方に欠陥があると、第３電位ノード３の電位を最大限に損なわずに維持するために残りの直列回路が使用される。
【００２２】
図３は本発明の第３実施例を示しており、ここでは第４電位ノード４と第５電位ノード５との間に、分圧器を構成する２つのトランジスタＴ２，Ｔ３からなる直列回路が配置されている。これらのトランジスタＴ２，Ｔ３の間に配置された第６電位ノード６は第３電位ノード３に接続されている。第４電位ノード４と第５電位ノード５との間で一定の電圧が降下する場合、第３電位ノード３の電位は、可能な限り２つのトランジスタＴ２，Ｔ３の分圧比から決まる。ここでこの一定の電圧としてバッファリングすべき給電電圧Ｕを使用することができ、したがって図３に示したように第１電位ノードは第４電位ノードに、また第２電位ノード２は第５電位ノードに電気的に接続されている。図３の分圧比は、トランジスタＴ２，Ｔ３のゲートを介して電圧制御器ＣＴＲによって変更することができる。この電圧制御器ＣＴＲは、図２と同様に第３電位ノード３の電位を、分圧比を変更することによって制御する。本発明の別の実施例では２つのトランジスタＴ２，Ｔ３の一方だけの抵抗値を電圧制御器ＣＴＲによって変更することもできる。
【００２３】
図４は本発明の第４実施例を示しており、ここでは図３と異なり電圧制御器ＣＴＲが設けられておらず、トランジスタＴ２，Ｔ３はダイオードＤ１，Ｄ２によって置き換えられている。この場合、第３電位ノード３の電位はこれらの２つのダイオードの分圧比から得られる。ダイオードまたはトランジスタの代わりにオーム抵抗を使用して分圧器を構成することもできる。図４の回路は図１の回路と同様に機能する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のバッファ回路の第１実施例を示す図である。
【図２】 本発明のバッファ回路の第２実施例を示す図である。
【図３】 本発明のバッファ回路の第３実施例を示す図である。
【図４】 本発明のバッファ回路の第４実施例を示す図である。

Claims (1)

1. ２つの電位ノード（１，２）の間に印加された、集積回路の給電電圧（Ｕ）をバッファリングするバッファ回路において、
   該バッファ回路は、２つの電位ノード（１，２）の間に配置された、少なくとも２つのバッファコンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）からなる直列回路を有しており、前記コンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）の間に第３の電位ノード（３）が配置されており、
   前記バッファ回路はさらに当該の第３電位ノード（３）に接続された付加回路を有しており、
   該付加回路は、第３電位ノード（３）の電位に作用して、漏れ電流がコンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）の一方に発生する場合に、前記電位が上および／または下の限界値を超えないようにし、
   前記の付加回路は、抵抗素子（Ｔ１）と、１つの入力側と１つの出力側を備えた電圧制御器（ＣＴＲ）とを有しており、
   前記抵抗素子（Ｔ１）を介して第３電位ノード（３）が実質的に一定の電位（Ｖconst）に接続され、
   前記電圧制御器は、前記抵抗素子（Ｔ１）の抵抗値を変更することによって第３電位ノード（３）の電位を制御し、
   前記の入力側は第３電位ノード（３）に接続されており、
   前記の出力側によって前記抵抗素子（Ｔ１）の抵抗値が制御されることを特徴とする、
   バッファ回路。

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