JP5937503B2 - 半導体集積回路およびその動作方法 - Google Patents
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Description
まず、本願において開示される代表的な実施の形態についてその概要を説明する。代表的な実施の形態の概要説明で括弧を付して参照する図面の参照符号は、それが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
次に、実施の形態について更に詳述する。尚、発明を実施するための最良の形態を説明するための全図において、前記の図と同一の機能を有する部品には同一の符号を付して、その繰り返しの説明は省略する。
《DC−DCコンバータの構成》
図1は、実施の形態1のスイッチングレギュレータ方式のDC−DCコンバータの構成を示す図である。
図2は、図1に示した実施の形態1によるスイッチングレギュレータ方式のDC−DCコンバータにおいて、コントローラCNTが大素子サイズに設定されたトランジスタQ11に対し小素子サイズに設定されたトランジスタQ12を遅らせてオフ状態に制御する方式を示す動作波形図である。尚、トランジスタQ11の素子サイズ(分割個数)は、トランジスタQ12の素子サイズ(分割個数)と同一とすることも可能である。
図3は、実施の形態2のスイッチングレギュレータ方式のDC−DCコンバータの構成を示す図である。
図4は、実施の形態3のスイッチングレギュレータ方式のDC−DCコンバータの構成を示す図である。
図5は、図1と図3と図4に示した実施の形態1と実施の形態2と実施の形態3のいずれによるスイッチングレギュレータ方式のDC−DCコンバータにおいて、コントローラCNTがハイサイドスイッチ素子のNチャネルMOSトランジスタQ11、Q12とローサイドスイッチ素子のNチャネルMOSトランジスタQ2とを駆動する動作波形図である。
Q2…ローサイドスイッチ素子のNチャネルMOSトランジスタ
CNT…コントーラ
Chip1…半導体チップ
Lout…平滑インダクター
Cout…平滑コンデンサ
Lin…デカップリングインダクター
Cin…デカップリングコンデンサ
L11、L12…寄生インダクター
Claims (20)
- 半導体集積回路は、ハイサイドスイッチ素子と、ローサイドスイッチ素子と、コントローラとを具備して、
前記ハイサイドスイッチ素子の一端には、デカップリングインダクターを介して入力電圧が供給可能とされ、前記ハイサイドスイッチ素子の他端と前記ローサイドスイッチ素子の一端とはスイッチングノードに接続され、前記ローサイドスイッチ素子の他端は接地電位に接続可能とされ、
前記コントローラは、前記ハイサイドスイッチ素子をオン状態とオフ状態に駆動可能であり、
前記スイッチングノードは、平滑インダクターと平滑コンデンサとを含むローパスフィルタに接続可能とされ、
前記ハイサイドスイッチ素子の前記一端と前記接地電位との間に、デカップリングコンデンサが接続可能とされ、
前記ハイサイドスイッチ素子は、前記ハイサイドスイッチ素子の前記一端と前記ハイサイドスイッチ素子の前記他端との間に電流経路が並列接続された第1トランジスタと第2トランジスタとを含み、
前記ハイサイドスイッチ素子の前記一端と前記ハイサイドスイッチ素子の前記他端との間をオン状態からオフ状態に変化する際に、前記コントローラは前記第1トランジスタに対して前記第2トランジスタを遅らせて前記オン状態から前記オフ状態に制御して、
前記第1トランジスタと前記第2トランジスタの各トランジスタは、半導体チップの内部に複数に分割されて形成され、
前記第1トランジスタが分割された複数の部分第1トランジスタと前記第2トランジスタが分割された複数の部分第2トランジスタとは、前記半導体チップの内部において前記第1トランジスタと前記第2トランジスタの配置方向で交互に配置された
半導体集積回路。 - 請求項1において、
前記ローサイドスイッチ素子は、前記スイッチングノードと前記接地電位との間に電流経路が接続された第3トランジスタを含む
半導体集積回路。 - 請求項2において、
前記コントローラは、前記第1トランジスタの制御入力端子を駆動する第1ハイサイド駆動信号と、前記第2トランジスタの制御入力端子を駆動する第2ハイサイド駆動信号と、前記第3トランジスタの制御入力端子を駆動するローサイド駆動信号とを生成して、
前記第1ハイサイド駆動信号と前記第2ハイサイド駆動信号とは略同相であり、前記第1ハイサイド駆動信号および前記第2ハイサイド駆動信号と前記ローサイド駆動信号とは略逆位相である
半導体集積回路。 - 請求項3において、
前記ハイサイドスイッチ素子が前記オン状態であるオン期間と、前記ハイサイドスイッチ素子が前記オフ状態であるオフ期間と、前記入力電圧によって、前記ローパスフィルタから生成されるDC−DCコンバータの出力電圧が設定される
半導体集積回路。 - 請求項4において、
前記第1トランジスタと前記第2トランジスタと前記第3トランジスタとは、それぞれNチャネルMOSトランジスタである
半導体集積回路。 - 請求項5において、
前記ハイサイドスイッチ素子としての前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとは第1半導体チップに形成され、前記ローサイドスイッチ素子としての前記第3トランジスタは第2半導体チップに形成され、前記コントローラは第3半導体チップに形成され、
前記第1半導体チップと前記第2半導体チップと前記第3半導体チップとは、1個のパッケージに封止された
半導体集積回路。 - 請求項6において、
前記ハイサイドスイッチ素子としての前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとは、トレンチゲート型Nチャネル縦型MOSトランジスタ構造によって形成され、
前記第1トランジスタの複数のトレンチゲートと前記第2トランジスタの複数のトレンチゲートとは、前記第1半導体チップの内部において前記第1トランジスタと前記第2トランジスタの前記配置方向で交互に配置された
半導体集積回路。 - 請求項7において、
前記ローサイドスイッチ素子としての前記第3トランジスタは、前記トレンチゲート型Nチャネル縦型MOSトランジスタ構造によって形成された
半導体集積回路。 - 請求項8において、
前記1個のパッケージと前記デカップリングインダクターと前記デカップリングコンデンサと前記平滑インダクターと前記平滑コンデンサとは、スイッチング・レギュレータ方式のDC−DCコンバータを構成する
半導体集積回路。 - 請求項5において、
前記ハイサイドスイッチ素子としての前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタと、前記ローサイドスイッチ素子としての前記第3トランジスタと、前記コントローラとは、単一の半導体チップに集積化されて形成され、
前記単一の半導体チップは、1個のパッケージに封止された
半導体集積回路。 - 請求項10において、
前記ハイサイドスイッチ素子としての前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとは、プレーナ型Nチャネル横型MOSトランジスタ構造によって形成され、
前記第1トランジスタの複数のゲートと前記第2トランジスタの複数のゲートとは、前記単一の半導体チップの内部において前記第1トランジスタと前記第2トランジスタの前記配置方向で交互に配置された
半導体集積回路。 - 請求項11において、
前記ローサイドスイッチ素子としての前記第3トランジスタは、前記プレーナ型Nチャネル横型MOSトランジスタ構造によって前記単一の半導体チップの内部に形成された
半導体集積回路。 - 請求項12において、
前記単一の半導体チップと前記デカップリングインダクターと前記デカップリングコンデンサと前記平滑インダクターと前記平滑コンデンサとは、スイッチング・レギュレータ方式のDC−DCコンバータを構成する
半導体集積回路。 - ハイサイドスイッチ素子と、ローサイドスイッチ素子と、コントローラとを具備する半導体集積回路の動作方法であって、
前記ハイサイドスイッチ素子の一端には、デカップリングインダクターを介して入力電圧が供給可能とされ、前記ハイサイドスイッチ素子の他端と前記ローサイドスイッチ素子の一端とはスイッチングノードに接続され、前記ローサイドスイッチ素子の他端は接地電位に接続可能とされ、
前記コントローラは、前記ハイサイドスイッチ素子をオン状態とオフ状態に駆動可能であり、
前記スイッチングノードは、平滑インダクターと平滑コンデンサとを含むローパスフィルタに接続可能とされ、
前記ハイサイドスイッチ素子の前記一端と前記接地電位との間に、デカップリングコンデンサが接続可能とされ、
前記ハイサイドスイッチ素子は、前記ハイサイドスイッチ素子の前記一端と前記ハイサイドスイッチ素子の前記他端との間に電流経路が並列接続された第1トランジスタと第2トランジスタとを含み、
前記ハイサイドスイッチ素子の前記一端と前記ハイサイドスイッチ素子の前記他端との間をオン状態からオフ状態に変化する際に、前記コントローラは前記第1トランジスタに対して前記第2トランジスタを遅らせて前記オン状態から前記オフ状態に制御して、
前記第1トランジスタと前記第2トランジスタの各トランジスタは、半導体チップの内部に複数に分割されて形成され、
前記第1トランジスタが分割された複数の部分第1トランジスタと前記第2トランジスタが分割された複数の部分第2トランジスタとは、前記半導体チップの内部において前記第1トランジスタと前記第2トランジスタの配置方向で交互に配置された
半導体集積回路の動作方法。 - 請求項14において、
前記ローサイドスイッチ素子は、前記スイッチングノードと前記接地電位との間に電流経路が接続された第3トランジスタを含む
半導体集積回路の動作方法。 - 請求項15において、
前記コントローラは、前記第1トランジスタの制御入力端子を駆動する第1ハイサイド駆動信号と、前記第2トランジスタの制御入力端子を駆動する第2ハイサイド駆動信号と、前記第3トランジスタの制御入力端子を駆動するローサイド駆動信号とを生成して、
前記第1ハイサイド駆動信号と前記第2ハイサイド駆動信号とは略同相であり、前記第1ハイサイド駆動信号および前記第2ハイサイド駆動信号と前記ローサイド駆動信号とは略逆位相である
半導体集積回路の動作方法。 - 請求項16において、
前記ハイサイドスイッチ素子が前記オン状態であるオン期間と、前記ハイサイドスイッチ素子が前記オフ状態であるオフ期間と、前記入力電圧によって、前記ローパスフィルタから生成されるDC−DCコンバータの出力電圧が設定される
半導体集積回路の動作方法。 - 請求項17において、
前記第1トランジスタと前記第2トランジスタと前記第3トランジスタとは、それぞれNチャネルMOSトランジスタである
半導体集積回路の動作方法。 - 請求項15において、
前記ハイサイドスイッチ素子としての前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとは第1半導体チップに形成され、前記ローサイドスイッチ素子としての前記第3トランジスタは第2半導体チップに形成され、前記コントローラは第3半導体チップに形成され、
前記第1半導体チップと前記第2半導体チップと前記第3半導体チップとは、1個のパッケージに封止された
半導体集積回路の動作方法。 - 請求項19において、
前記ハイサイドスイッチ素子としての前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとは、トレンチゲート型Nチャネル縦型MOSトランジスタ構造によって形成され、
前記第1トランジスタの複数のトレンチゲートと前記第2トランジスタの複数のトレンチゲートとは、前記第1半導体チップの内部において前記第1トランジスタと前記第2トランジスタの前記配置方向で交互に配置された
半導体集積回路の動作方法。
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