JP5355414B2 - 半導体装置ならびにそれを備えた電源および演算処理装置 - Google Patents
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Description
[構成および基本動作]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の構成を示す図である。
図2を参照して、拡散抵抗R1は、p型基板(半導体領域)51と、n型拡散領域52と、n+型拡散領域53と、p−型拡散領域54と、p+型拡散領域55,56と、p型拡散領域57〜60とを備える。
図3を参照して、拡散抵抗R2は、p型基板(半導体領域)111と、n型拡散領域112と、n+型拡散領域113と、p−型拡散領域114と、p+型拡散領域115,116と、p型拡散領域117〜120とを備える。
図4を参照して、拡散抵抗R3は、p型基板(半導体領域)151と、n型拡散領域152と、n+型拡散領域153と、p−型拡散領域154と、p+型拡散領域155,156と、p型拡散領域157〜160とを備える。
図6を参照して、ダミートランジスタTDDは、p型基板(半導体領域)171と、n型拡散領域172と、n+型拡散領域173,176と、p−型拡散領域174と、p+型拡散領域175と、p型拡散領域177〜180とを備える。
図7を参照して、NPNトランジスタM1は、p型基板(半導体領域)191と、n型拡散領域192と、n+型拡散領域193,196と、p−型拡散領域194と、p+型拡散領域195と、p型拡散領域197〜200とを備える。
図8を参照して、NPNトランジスタM2は、p型基板(半導体領域)71と、n型拡散領域72と、n+型拡散領域73,76と、p−型拡散領域74と、p+型拡散領域75と、p型拡散領域77〜80とを備える。
図9を参照して、NPNトランジスタM24は、p型基板(半導体領域)211と、n型拡散領域212と、n+型拡散領域213,216と、p−型拡散領域214と、p+型拡散領域215と、p型拡散領域217〜220とを備える。
図10は、本発明の第1の実施の形態に係る電源の構成を示す図である。
図11を参照して、演算処理装置502は、CPU(Central Processing Unit)402と、半導体装置301とを備える。CPU402は、モノリシック集積回路である。また、半導体装置301は、モノリシック集積回路である。演算処理装置502は、CPU402および半導体装置301を同一のパッケージに封入することにより作製される。
本実施の形態は、第1の実施の形態に係る半導体装置と比べて基準電圧を選択するための制御信号を生成する構成を変更した半導体装置に関する。以下で説明する内容以外は第1の実施の形態に係る半導体装置と同様である。
図12を参照して、半導体装置302は、定電流源ISと、リーク電流補正回路CR1〜CR3と、温度検出部TDUと、バッファBUF1と、比較部CMPU1と、電圧選択回路21と、論理回路22と、第1基準電圧生成回路VSと、第2基準電圧生成回路23と、制御信号生成部24と、電源入力端子TPSと、出力端子TOUT1,TOUT2と、制御端子TC11,TC12と、電流ミラー回路MR5とを備える。
Claims (18)
- 所定値以上の電流が流れるために印加されるべき電圧が周囲温度に応じて変化する温度検出素子(TD1〜TD12)と、
前記温度検出素子(TD1〜TD12)を通して前記所定値以上の基準電流を流すために前記温度検出素子(TD1〜TD12)に電圧を印加する定電流源(IS)とを備え、
前記定電流源(IS)は、
第1の電源電圧が供給される第1電源ノードに結合された第1導通電極と、第2導通電極とを有し、前記基準電流を出力する基準電流トランジスタ(M2)と、
第1の拡散抵抗(R1)とを含み、
前記第1の拡散抵抗(R1)は、
前記第1電源ノードに結合された第1の電位固定ノードを有する第1導電型の第1の半導体領域(52)と、
前記基準電流トランジスタ(M2)の第2導通電極に結合された第1抵抗ノードと、第2の電源電圧が供給される第2電源ノードに結合された第2抵抗ノードとを有し、前記第1の半導体領域(52)の表面において前記第1の電位固定ノードと離間して形成された第2導電型の第2の半導体領域(54)とを含み、
さらに、
前記第1の電位固定ノードおよび前記第2抵抗ノードを介して前記第1電源ノードと前記第2電源ノードとの間に流れる電流と略同じ大きさでかつ同じ方向の電流を、前記第1の拡散抵抗(R1)を介さずに前記基準電流トランジスタ(M2)を介して前記第1電源ノードと前記第2電源ノードとの間に流す第1のリーク電流補正回路(CR1)を備える半導体装置。 - 前記第1のリーク電流補正回路(CR1)は、
前記第1電源ノードと前記第1の電位固定ノードとの間に接続された基準側トランジスタ(M4)と、前記第1電源ノードと前記第2電源ノードとの間に接続された出力側トランジスタ(M3)とを有する第1のミラー回路(MR1)と、
前記第1のミラー回路(MR1)の出力側トランジスタ(M3)を介して前記第1電源ノードと前記第2電源ノードとの間に接続された基準側トランジスタ(M6)と、前記基準電流トランジスタ(M2)の第2導通電極と前記第2電源ノードとの間に接続された出力側トランジスタ(M5)とを有する第2のミラー回路(MR2)とを含む請求項1記載の半導体装置。 - 前記第1の拡散抵抗(R1)は、さらに、
前記第2電源ノードに結合され、前記第1の半導体領域(52)が表面に形成された第2導電型の第3の半導体領域(51,57〜60)を含み、
前記第1のリーク電流補正回路(CR1)は、さらに、
前記第1のミラー回路(MR1)の出力側トランジスタ(M3)と前記第2のミラー回路(MR2)の基準側トランジスタ(M6)との間のノードに結合された第1導電型の第4の半導体領域(152)と、
前記第2電源ノードに結合され、前記第4の半導体領域(152)が表面に形成された第2導電型の第5の半導体領域(151,157〜160)とを含む請求項2記載の半導体装置。 - 前記第1の半導体領域(52)と前記第3の半導体領域(51,57〜60)との接合面積に前記第2のミラー回路(MR2)のミラー比を乗じた値と、前記第4の半導体領域(152)と前記第5の半導体領域(151,157〜160)との接合面積とが略同じである請求項3記載の半導体装置。
- 前記基準電流トランジスタ(M2)は、
前記第2電源ノードに結合された第2導電型の第6の半導体領域(71,77〜80)と、
前記第6の半導体領域(71,77〜80)の表面に形成され、前記第1電源ノードに結合された第1導電型の第7の半導体領域(72)と、
前記第7の半導体領域(72)の表面に形成された第2導電型の第8の半導体領域(74)と、
前記第8の半導体領域(74)の表面に形成され、前記第1の拡散抵抗(R1)の前記第1抵抗ノードに結合された第1導電型の第9の半導体領域(76)とを含み、
前記半導体装置は、さらに、
前記第6の半導体領域(71,77〜80)および前記第7の半導体領域(72)を介して前記第1電源ノードと前記第2電源ノードとの間に流れる電流と略同じ大きさでかつ同じ方向の電流を、前記第7の半導体領域(72)ないし前記第9の半導体領域(76)を介して前記第1電源ノードと前記第2電源ノードとの間に流す第2のリーク電流補正回路(CR3)を備える請求項1記載の半導体装置。 - 前記基準電流トランジスタ(M2)は、
前記第2電源ノードに結合された第2導電型の第6の半導体領域(71,77〜80)と、
前記第6の半導体領域(71,77〜80)の表面に形成され、前記第1電源ノードに結合された第1導電型の第7の半導体領域(72)と、
前記第7の半導体領域(72)の表面に形成された第2導電型の第8の半導体領域(74)と、
前記第8の半導体領域(74)の表面に形成され、前記第1の拡散抵抗(R1)に結合された第1導電型の第9の半導体領域(76)とを含み、
前記半導体装置は、さらに、第2のリーク電流補正回路(CR3)を備え、
前記第2のリーク電流補正回路(CR3)は、
前記第1電源ノードに結合された第1導電型の第10の半導体領域(212)と、
前記第2電源ノードに結合され、前記第10の半導体領域(212)が表面に形成された第2導電型の第11の半導体領域(211,217〜220)と、
前記第1電源ノードと前記第10の半導体領域(212)との間に接続された基準側トランジスタ(M21)と、前記第1電源ノードと前記第7の半導体領域(72)との間に接続された出力側トランジスタ(M23)とを含む第3のミラー回路(MR4)とを有する請求項1記載の半導体装置。 - 前記温度検出素子(TD1〜TD12)は、
前記第2電源ノードに結合された第2導電型の第12の半導体領域(91,97〜100)と、
前記第12の半導体領域(91,97〜100)の表面に形成され、前記第1電源ノードに結合された第1導電型の第13の半導体領域(92)と、
前記第13の半導体領域(92)の表面に形成され、前記第1電源ノードに結合された第2導電型の第14の半導体領域(94)と、
前記第14の半導体領域(94)の表面に形成され、前記第2電源ノードに結合された第1導電型の第15の半導体領域(96)とを含み、
前記半導体装置は、さらに、
前記第12の半導体領域(91,97〜100)および前記第13の半導体領域(92)を介して前記第1電源ノードと前記第2電源ノードとの間に流れる電流と略同じ大きさでかつ同じ方向の電流を、前記第14の半導体領域(94)および前記第15の半導体領域(96)を介して前記第1電源ノードと前記第2電源ノードとの間に流す第3のリーク電流補正回路(CR2)を備える請求項1記載の半導体装置。 - 前記温度検出素子(TD1〜TD12)は、
前記第2電源ノードに結合された第2導電型の第12の半導体領域(91,97〜100)と、
前記第12の半導体領域(91,97〜100)の表面に形成され、前記第1電源ノードに結合された第1導電型の第13の半導体領域(92)と、
前記第13の半導体領域(92)の表面に形成され、前記第1電源ノードに結合された第2導電型の第14の半導体領域(94)と、
前記第14の半導体領域(94)の表面に形成され、前記第2電源ノードに結合された第1導電型の第15の半導体領域(96)とを含み、
前記半導体装置は、さらに、第3のリーク電流補正回路(CR2)を備え、
前記第3のリーク電流補正回路(CR2)は、
前記第1電源ノードに結合された第1導電型の第16の半導体領域(172)と、
前記第2電源ノードに結合され、前記第16の半導体領域(172)が表面に形成された第2導電型の第17の半導体領域(171,177〜180)と、
前記第1電源ノードと前記第16の半導体領域(172)との間に接続された基準側トランジスタ(M11)と、前記第1電源ノードと前記第13の半導体領域(92)および前記第14の半導体領域(94)との間に接続された出力側トランジスタ(M12〜M15)とを有する第4のミラー回路(MR3)とを含む請求項1記載の半導体装置。 - 前記半導体装置は、さらに、
前記基準電流を変換して基準電圧を生成する第2の拡散抵抗(R2)を含み、
前記第2の拡散抵抗(R2)は、
前記第1電源ノードに結合された第2の電位固定ノードを有する第1導電型の第18の半導体領域(112)と、
前記基準電流トランジスタ(M2)に結合された第3抵抗ノードと、第2の電源電圧が供給される第2電源ノードに結合された第4抵抗ノードとを有し、前記第18の半導体領域(112)の表面において前記第2の電位固定ノードと離間して形成された第2導電型の第19の半導体領域(114)とを含み、
前記半導体装置は、さらに、
前記第2の電位固定ノードおよび前記第4抵抗ノードを介して前記第1電源ノードと前記第2電源ノードとの間に流れる電流と略同じ大きさでかつ同じ方向の電流を、前記第4抵抗ノードを介さずに前記第3抵抗ノードを介して前記第1電源ノードと前記第2電源ノードとの間に流す第4のリーク電流補正回路(CR1)を備える請求項1記載の半導体装置。 - 前記第4のリーク電流補正回路(CR1)は、
前記第1電源ノードと前記第2の電位固定ノードとの間に接続された基準側トランジスタ(M4)と、前記第1電源ノードと前記第2電源ノードとの間に接続された出力側トランジスタ(M3)とを有する第5のミラー回路(MR1)と、
前記第5のミラー回路(MR1)の出力側トランジスタ(M3)を介して前記第1電源ノードと前記第2電源ノードとの間に接続された基準側トランジスタ(M6)と、前記第3抵抗ノードと前記第2電源ノードとの間に接続された出力側トランジスタ(M5)とを有する第6のミラー回路(MR2)とを含む請求項9記載の半導体装置。 - 前記第2の拡散抵抗(R2)は、さらに、
前記第2電源ノードに結合され、前記第18の半導体領域(112)が表面に形成された第2導電型の第20の半導体領域(111,117〜120)を含み、
前記第4のリーク電流補正回路(CR1)は、さらに、
前記第5のミラー回路(MR1)の出力側トランジスタ(M3)と前記第6のミラー回路(MR2)の基準側トランジスタ(M6)との間のノードに結合された第1導電型の第21の半導体領域(152)と、
前記第2電源ノードに結合され、前記第21の半導体領域(152)が表面に形成された第2導電型の第22の半導体領域(151,157−160)とを含む請求項10記載の半導体装置。 - 前記第1のリーク電流補正回路(CR1)および前記第4のリーク電流補正回路(CR1)は、
前記第1電源ノードと前記第1の電位固定ノードおよび前記第2の電位固定ノードとの間に接続された基準側トランジスタ(M4)と、前記第1電源ノードと前記第2電源ノードとの間に接続された第1の出力側トランジスタ(M3)とを有する第1のミラー回路(MR1)と、
前記第1のミラー回路(MR1)の出力側トランジスタ(M3)を介して前記第1電源ノードと前記第2電源ノードとの間に接続された基準側トランジスタ(M4)と、前記基準電流トランジスタ(M2)の第2導通電極と前記第2電源ノードとの間に接続された第1の出力側トランジスタ(M5)と、前記第3抵抗ノードと前記第2電源ノードとの間に接続された第2の出力側トランジスタとを有する第2のミラー回路(MR2)とを含む請求項9記載の半導体装置。 - 前記半導体装置は、さらに、
前記基準電流に基づいて第1の基準電圧を生成する第1の基準電圧生成回路(VS)と、
前記第1の基準電圧に基づいて複数の第2の基準電圧を生成する第2の基準電圧生成回路(13)と、
前記複数の第2の基準電圧のうちのいずれか1個を選択する基準電圧選択回路(11)と、
前記定電流源(IS)によって前記温度検出素子(TD1〜TD12)に印加される電圧と前記選択された第2の基準電圧とを比較する比較部(CMPU1)とを備える請求項1記載の半導体装置。 - 前記半導体装置は、さらに、
制御端子(TC11,TC12)と、
前記制御端子(TC11,TC12)の電位状態に基づいて制御信号を生成する制御信号生成回路(24)とを備え、
前記制御信号生成回路(24)は、
中間電圧を受ける入力端子と、前記制御端子(TC11,TC12)に結合される出力端子とを有するボルテージフォロア回路(CMP15,CMP16)と、
前記中間電圧より大きい第1の制御電圧を受ける第1入力端子と、前記ボルテージフォロア回路(CMP15,CMP16)の出力端子に結合される第2入力端子とを有し、前記第1入力端子の電圧および前記第2入力端子の電圧を比較し、前記比較結果を示す第1の制御信号を前記基準電圧選択回路(11)へ出力する第1の比較回路(CMP11,CMP13)と、
前記中間電圧より小さい第2の制御電圧を受ける第1入力端子と、前記ボルテージフォロア回路(CMP15,CMP16)の出力端子に結合される第2入力端子とを有し、前記第1入力端子の電圧および前記第2入力端子の電圧を比較し、前記比較結果を示す第2の制御信号を前記基準電圧選択回路(11)へ出力する第2の比較回路(CMP12,CMP14)とを含み、
前記基準電圧選択回路(11)は、前記第1の制御信号および前記第2の制御信号に基づいて、前記複数の第2の基準電圧のうちのいずれか1個を選択する請求項13記載の半導体装置。 - 前記第2の基準電圧生成回路(13)は、さらに、前記第1の基準電圧に基づいて前記中間電圧、前記第1の制御電圧および前記第2の制御電圧を生成する請求項14記載の半導体装置。
- 所定値以上の電流が流れるために印加されるべき電圧が周囲温度に応じて変化する温度検出素子(TD1〜TD12)と、
前記温度検出素子(TD1〜TD12)を通して前記所定値以上の基準電流を流すために前記温度検出素子(TD1〜TD12)に電圧を印加する定電流源(IS)と、
前記基準電流を変換して基準電圧を生成する拡散抵抗(R2)とを備え、
前記拡散抵抗(R2)は、
第1の電源電圧が供給される第1電源ノードに結合された電位固定ノードを有する第1導電型の第1の半導体領域(112)と、
前記基準電流トランジスタ(M2)に結合された第1抵抗ノードと、第2の電源電圧が供給される第2電源ノードに結合された第2抵抗ノードとを有し、前記第1の半導体領域(112)の表面において前記電位固定ノードと離間して形成された第2導電型の第2の半導体領域(114)とを含み、
さらに、
前記電位固定ノードおよび前記第2抵抗ノードを介して前記第1電源ノードと前記第2電源ノードとの間に流れる電流と略同じ大きさでかつ同じ方向の電流を、前記第2抵抗ノードを介さずに前記第1抵抗ノードを介して前記第1電源ノードと前記第2電源ノードとの間に流すリーク電流補正回路(CR1)を備える半導体装置。 - 電圧生成回路(401)と、
前記電圧生成回路(401)の温度を検出する半導体装置(301,302)とを備え、
前記半導体装置(301,302)は、
所定値以上の電流が流れるために印加されるべき電圧が周囲温度に応じて変化する温度検出素子(TD1〜TD12)と、
前記温度検出素子(TD1〜TD12)を通して前記所定値以上の基準電流を流すために前記温度検出素子(TD1〜TD12)に電圧を印加する定電流源(IS)とを含み、
前記定電流源(IS)は、
第1の電源電圧が供給される第1電源ノードに結合された第1導通電極と、第2導通電極とを有し、前記基準電流を出力する基準電流トランジスタ(M2)と、
拡散抵抗(R1)とを含み、
前記拡散抵抗(R1)は、
前記第1電源ノードに結合された電位固定ノードを有する第1導電型の第1の半導体領域(52)と、
前記基準電流トランジスタ(M2)の第2導通電極に結合された第1抵抗ノードと、第2の電源電圧が供給される第2電源ノードに結合された第2抵抗ノードとを有し、前記第1の半導体領域(52)の表面において前記電位固定ノードと離間して形成された第2導電型の第2の半導体領域(54)とを含み、
前記半導体装置(301,302)は、さらに、
前記電位固定ノードおよび前記第2抵抗ノードを介して前記第1電源ノードと前記第2電源ノードとの間に流れる電流と略同じ大きさでかつ同じ方向の電流を、前記拡散抵抗(R1)を介さずに前記基準電流トランジスタ(M2)を介して前記第1電源ノードと前記第2電源ノードとの間に流すリーク電流補正回路(CR1)を含む電源。 - CPU(402)と、
前記CPU(402)の温度を検出する半導体装置(301,302)とを備え、
前記半導体装置(301,302)は、
所定値以上の電流が流れるために印加されるべき電圧が周囲温度に応じて変化する温度検出素子(TD1〜TD12)と、
前記温度検出素子(TD1〜TD12)を通して前記所定値以上の基準電流を流すために前記温度検出素子(TD1〜TD12)に電圧を印加する定電流源(IS)とを含み、
前記定電流源(IS)は、
第1の電源電圧が供給される第1電源ノードに結合された第1導通電極と、第2導通電極とを有し、前記基準電流を出力する基準電流トランジスタ(M2)と、
拡散抵抗(R1)とを含み、
前記拡散抵抗(R1)は、
前記第1電源ノードに結合された電位固定ノードを有する第1導電型の第1の半導体領域(52)と、
前記基準電流トランジスタ(M2)の第2導通電極に結合された第1抵抗ノードと、第2の電源電圧が供給される第2電源ノードに結合された第2抵抗ノードとを有し、前記第1の半導体領域(52)の表面において前記電位固定ノードと離間して形成された第2導電型の第2の半導体領域(54)とを含み、
前記半導体装置(301,302)は、さらに、
前記電位固定ノードおよび前記第2抵抗ノードを介して前記第1電源ノードと前記第2電源ノードとの間に流れる電流と略同じ大きさでかつ同じ方向の電流を、前記拡散抵抗(R1)を介さずに前記基準電流トランジスタ(M2)を介して前記第1電源ノードと前記第2電源ノードとの間に流すリーク電流補正回路(CR1)を含む演算処理装置。
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