JP7385383B2 - 半導体装置、システムおよび制御方法 - Google Patents
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Description
<システムの構成>
図1は、実施の形態1に係わるシステムの構成を示す回路図である。図1において、1は、システムを示している。システム1は、複数の半導体装置、複数のトラジスタおよび複数の受動素子(インダクタ、抵抗、キャパシタ等)等を備えているが、図1には、説明に必要なもののみが示されている。
図2は、実施の形態1に係わるDC-DCコンバータの構成を示す回路図である。同図において、一点鎖線は、第1電源電圧Vd1が給電され、一次電源で動作する領域と、第2電源電圧Vd2が給電され、システム電源(第2電源電圧Vd2)で動作する領域とを区切る仮想線である。一次電源で動作する領域には、図1で説明した一次電源動作領域11とスイッチング回路30が配置されている。また、システム電源で動作する領域には、図1で説明したシステム電源動作領域13が配置されている。図2では、図1と異なり、DC-DCコンバータ14を構成する回路ブロックが、システム電源で動作する領域に配置された例が示されているが、これに限定されるものではない。
デジタル制御ループ35は、誤差アンプ41と、ADC回路42と、PID制御回路43と、ソフトスタート制御回路44と、セレクタ45と、比較器47と、カウンター46と、タイミング回路48とを備えている。
アナログ制御ループ36は、誤差アンプ49と、比較器50とを備えている。誤差アンプ49は、参照電圧38が供給される入力端子(+)と出力電圧Voutが供給される入力端子(-)とを備え、参照電圧38と出力電圧Voutとの間の電位差をアナログの誤差信号として出力する。
図3は、実施の形態1に係わるDC-DCコンバータ14の動作を示す波形図である。図3には、図2に示したDC-DCコンバータ14の起動時の各制御信号および出力電圧Voutの波形が示されている。以下、図2および図3を用いて、DC-DCコンバータ14の動作を説明する。
図4は、実施の形態1に係わるモード切替回路37の構成を示すブロック図である。図4に示すモード切替回路37は、入力端子(0)、入力端子(1)、選択端子SLおよび出力端子OTを備えたセレクタ37Sによって構成されている。選択端子SLに供給されているモード切替信号mod2が、“0”の場合、PWM信号D_PWMが出力端子OTからゲートドライバ15へ供給され、モード切替信号mod2が、“1”の場合、PFM信号A_PFMがゲートドライバ15へ供給される。
図8は、実施の形態3に係わるモード切替回路の構成を示すブロック図である。図8に示すモード切替回路37_2は、図2に示したDC-DCコンバータ14において、モード切替回路37として用いられている。モード切替回路37_2は、図6に示したモード切替回路37_1に類似しているので、主に相異点を説明する。モード切替回路37_2は、モード切替回路37_1に対して、FF回路FM3~FM5、FF回路WM3~WM5、インバータ回路66、68および3入力オア(OR)回路67、69が追加されている。また、モード切替回路37_2には、テスト信号Testおよびリセット信号PonRが供給される。テスト信号Testは、例えば半導体装置10をテストするとき、論理値“1”にされ、リセット信号PonRは、前記したように、電源投入により、論理値“0”となり、所定の時間が経過すると、論理値“1”に変化する。
10 半導体装置
14 DC-DCコンバータ
15 ゲートドライバ
16 システム制御ロジック
17 フラッシュメモリ
18 プロセッサ
30 スイッチング回路
35 デジタル制御ループ
36 アナログ制御ループ
37 モード切替回路
39 レジスタ
43 PID制御回路
44 ソフトスタート制御回路
Cout キャパシタ
FM1~FM5、WM1~WM5 フリップフロップ回路
Lout インダクタ
MN1、MP1 トランジスタ
Vd1 第1電源電圧
Vd2 第2電源電圧
T1~T6 外部端子
Claims (9)
- レジスタに接続され、前記レジスタに設定された制御パラメータに従って、特性が定められるデジタル制御ループと、
予め定められた特性のアナログ制御ループと、
前記デジタル制御ループと前記アナログ制御ループとに接続され、第1モード切替信号に従って、前記デジタル制御ループまたは前記アナログ制御ループを選択する第1モード切替回路と、
前記第1モード切替回路によって選択された前記デジタル制御ループまたは前記アナログ制御ループの出力信号に基づいて形成された出力電圧を動作電源として動作する不揮発性記憶装置と、
前記出力電圧を動作電源として動作し、前記不揮発性記憶装置を制御するプロセッサと、
を備え、
前記制御パラメータは前記不揮発性記憶装置に格納され、
前記第1モード切替回路によって前記アナログ制御ループが選択されている期間において、前記制御パラメータは、前記プロセッサによって前記不揮発性記憶装置から読み出され、前記レジスタに設定される、半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記デジタル制御ループは、前記出力電圧と参照電圧との誤差に対応したデジタル信号が供給され、前記レジスタからの前記制御パラメータに従って特性が定められる補償回路と、前記補償回路の出力信号と時間的に変化する比較信号とを比較し、PWM信号を出力する第1比較器とを備え、
前記アナログ制御ループは、前記出力電圧と参照電圧との誤差に対応したアナログ信号と、所定のしきい値とを比較し、PFM信号を出力する第2比較器とを備え、
前記第1モード切替回路によって、前記PWM信号または前記PFM信号が選択される、半導体装置。 - 請求項2に記載の半導体装置において、
前記半導体装置は、前記補償回路が動作する前に、所定の信号を出力するソフトスタート制御回路と、前記補償回路の出力と前記ソフトスタート制御回路の出力とを、第2モード切替信号に従って選択する第2モード切替回路とを、さらに備え、
前記第1比較器は、前記第2モード切替回路によって選択された信号と、前記比較信号とを比較し、前記PWM信号を出力する、半導体装置。 - 請求項2に記載の半導体装置において、
前記第1モード切替回路は、
前記PFM信号が、それぞれのクロック端子に供給され、直列接続された複数の第1フリップフロップ回路と、
前記複数の第1フリップフロップ回路を介した第1信号と前記第1モード切替信号とが供給される第1論理回路と、
前記PWM信号が、それぞれのクロック端子に供給され、直列接続された複数の第2フリップフロップ回路と、
前記複数の第2フリップフロップ回路を介した第2信号と前記第1論理回路の出力とが供給される第2論理回路と、
前記第2論理回路の出力に従って、前記PWM信号または前記PFM信号を選択するセレクタと、
を備え、
前記セレクタは、前記第1モード切替信号が前記PWM信号の選択を指示したとき、直列接続された第1フリップフロップ回路と第2フリップフロップ回路の段数に応じた時間遅延して、前記PWM信号を選択する、半導体装置。 - 請求項2に記載の半導体装置において、
前記第1モード切替回路は、
前記PFM信号が、それぞれのクロック端子に供給され、直列接続された複数の第1フリップフロップ回路と、
前記複数の第1フリップフロップ回路を介した第1信号と前記第1モード切替信号とが供給される第1論理回路と、
前記PWM信号が、それぞれのクロック端子に供給され、直列接続された複数の第2フリップフロップ回路と、
前記複数の第2フリップフロップ回路を介した第2信号と前記第1論理回路の出力とが供給される第2論理回路と、
前記第1論理回路の出力と前記PFM信号とが供給される第3論理回路と、
前記第2論理回路の出力に従って、前記PWM信号または前記第3論理回路の出力信号を選択するセレクタと、
を備え、
前記複数の第1フリップフロップ回路は、前記第1モード切替信号に基づいてリセットされ、
前記複数の第2フリップフロップ回路は、前記第1論理回路の出力に基づいてリセットされ、
前記セレクタは、前記第1モード切替信号が前記PWM信号の選択を指示したとき、直列接続された第1フリップフロップ回路と第2フリップフロップ回路の段数に応じた時間遅延して、前記PWM信号を選択する、半導体装置。 - 請求項2に記載の半導体装置において、
前記第1モード切替回路は、
前記PFM信号が、それぞれのクロック端子に供給され、直列接続された複数の第1フリップフロップ回路と、
前記PFM信号が、それぞれのクロック端子に供給され、リセット信号によってリセットされる直列接続された複数の第2フリップフロップ回路と、
前記複数の第1フリップフロップ回路を介した第1信号と、前記複数の第2フリップフロップ回路を介した第2信号と、テスト信号とが供給される第1の論理回路と、
前記第1の論理回路の出力信号と、前記第1モード切替信号とが供給される第2の論理回路と、
前記PWM信号が、それぞれのクロック端子に供給され、前記第2の論理回路の出力によってリセットされる直列接続された複数の第3フリップフロップ回路と、
前記PWM信号が、それぞれのクロック端子に供給され、前記リセット信号によってリセットされる直列接続された複数の第4フリップフロップ回路と、
前記複数の第3フリップフロップ回路を介した第3信号と、前記複数の第4フリップフロップ回路を介した第4信号と、前記テスト信号とが供給される第3の論理回路と、
前記第2の論理回路の出力と、前記第3の論理回路の出力とが供給される第4の論理回路と、
前記第4の論理回路の出力に従って、前記PWM信号または前記PFM信号に基づいた信号を選択するセレクタと、
を備え、
前記セレクタは、前記第1モード切替信号が前記PWM信号の選択を指示したとき、直列接続された第1フリップフロップ回路と第3フリップフロップ回路の段数に応じた時間遅延して、前記PWM信号を選択し、
前記テスト信号によって特定されるテスト時および前記リセット信号によって特定されるリセット時においては、前記直列接続された第1フリップフロップ回路と第3フリップフロップ回路の段数に応じた時間の遅延が無効にされ、前記第1モード切替信号による前記PWM信号の選択の指示に応答して、前記セレクタが前記PWM信号を選択する、半導体装置。 - 第1外部端子と第2外部端子を備えた半導体装置と、前記第1外部端子に接続されたスイッチング回路とを具備したシステムであって、
前記半導体装置は、
前記第2外部端子に接続され、前記第2外部端子における電圧を動作電圧として動作するプロセッサおよび不揮発性記憶装置と、
制御パラメータが設定されるレジスタと、
前記第2外部端子における電圧と参照電圧との誤差に対応するデジタル信号が供給され、前記レジスタに設定された前記制御パラメータに従って特性が定められる補償回路と、前記補償回路の出力と時間的に変化する比較信号とを比較し、PWM信号を出力する第1比較器とを備えたデジタル制御ループと、
前記第2外部端子における電圧と参照電圧との誤差に対応したアナログ信号と、所定のしきい値とを比較し、PFM信号を出力する第2比較器を備えたアナログ制御ループと、
前記デジタル制御ループと前記アナログ制御ループとに接続され、モード切替信号に従って、前記PWM信号または前記PFM信号を選択し、選択した前記PWM信号または前記PFM信号を前記第1外部端子を介して出力するモード切替回路と、
を備え、
前記スイッチング回路は、前記第1外部端子を介して供給される前記PWM信号または前記PFM信号に従ってスイッチングするトランジスタと、前記トランジスタを介して電流が供給されるインダクタとキャパシタとを備え、前記スイッチング回路は、前記PWM信号または前記PFM信号に応じた電圧を、前記第2外部端子に出力し、
前記不揮発性記憶装置に前記制御パラメータが格納され、
前記PFM信号が前記第1外部端子を介して出力されている期間において、前記不揮発性記憶装置から前記制御パラメータが、前記プロセッサによって読み出され、前記レジスタに設定される、システム。 - 制御パラメータを格納する不揮発性記憶装置が配置された領域を備えた半導体装置において、前記領域に供給される電源電圧を形成するための制御方法であって、
前記半導体装置は、
前記電源電圧と参照電圧との誤差に対応するデジタル信号が供給され、前記制御パラメータに従って特性が定められる補償回路と、前記補償回路が動作する前に、所定の信号を出力するソフトスタート制御回路と、時間的に変化する比較信号と前記補償回路または前記ソフトスタート制御回路の出力とを比較し、PWM信号を出力する第1比較器とを備えたデジタル制御ループと、
前記電源電圧と参照電圧との誤差に対応したアナログ信号と、所定のしきい値とを比較し、PFM信号を出力する第2比較器を備えたアナログ制御ループと、
前記デジタル制御ループと前記アナログ制御ループとに接続され、モード切替信号に従って、前記PWM信号または前記PFM信号を選択し、出力するモード切替回路と、
を具備し、
前記モード切替回路の出力に基づいて形成される前記電源電圧の電圧値が、前記ソフトスタート制御回路から出力されている前記所定の信号によって、所定の値まで上昇すると、前記モード切替信号により前記PFM信号が選択され、前記PFM信号に基づいて前記電源電圧が形成され、
前記PFM信号に基づいて前記電源電圧が形成されている期間において、前記不揮発性記憶装置に格納されている前記制御パラメータが、前記補償回路に転送され、
前記制御パラメータが、前記補償回路に転送された後、前記モード切替回路によって前記PWM信号が選択され、前記電源電圧が、前記PWM信号に基づいて形成される、制御方法。 - 請求項8に記載の制御方法において、
前記ソフトスタート制御回路は、電源の投入に応答して、動作を開始する、制御方法。
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