JPH1049243A - 内部電源回路 - Google Patents

内部電源回路

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JPH1049243A
JPH1049243A JP8204369A JP20436996A JPH1049243A JP H1049243 A JPH1049243 A JP H1049243A JP 8204369 A JP8204369 A JP 8204369A JP 20436996 A JP20436996 A JP 20436996A JP H1049243 A JPH1049243 A JP H1049243A
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勝彦 笹原
Sukeyoshi Hashimoto
祐喜 橋本
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    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/462Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc as a function of the requirements of the load, e.g. delay, temperature, specific voltage/current characteristic
    • G05F1/465Internal voltage generators for integrated circuits, e.g. step down generators
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
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    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/08Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/24Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only
    • G05F3/242Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only with compensation for device parameters, e.g. channel width modulation, threshold voltage, processing, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部電源電圧の安定化を図る。 【解決手段】 入力された外部電源電圧VEXT から内部
電源電圧VINT を発生させるものであり、VEXT が第1
の境界電圧VT1または第2の境界電圧VT2(>VT1)以
下であるときは、定電圧発生回路で生成された、VEXT
に関係なく一定の電圧VININを出力し、VEXT がVT1ま
たはVT2以上であるときは、可変電圧発生回路で生成さ
れた、VEXT の増加とともに線形的に増加する可変電圧
(>VININ)を出力し、検出手段によって、VEXT がV
T2以上に増加したことを検出すると、定電圧特性から可
変電圧特性に切り換わり、またVEXT がVT1以下に減少
したことを検出すると、可変電圧特性から前記定電圧特
性に切り換わる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置の内
部に設けられ、外部から入力された外部電源電圧から前
記半導体装置の内部回路に供給する内部電源電圧を発生
する内部電源回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種の従来技術としては、例えば特願
平5−115059号公報に開示されたものがある。図
7は従来の内部電源回路の外部電源電圧に対する内部電
源電圧特性の一例を示すものである。図7において内部
電源電圧は、外部電源電圧が0から電圧VN までの区間
(第1電圧区間)では、外部電源電圧を内部電源電圧と
して出力し、外部電源電圧が電圧VN から境界電圧VT
までの区間(第2電圧区間)では外部電源電圧に関係な
く一定の電圧を出力する定電圧特性を示し、第2電圧区
間の最後で垂直に上昇し、外部電源電圧が境界電圧VT
以上となる区間(第3電圧区間)では第2電圧区間の最
後で上昇した電圧から線形的に上昇する電圧を出力する
可変電圧特性を示す。
【0003】製造された半導体装置には、初期不良のス
クリーニングや新しく開発した半導体装置の信頼性試験
を目的として、通常の規格よりも高い電源電圧を印加し
て高温中で動作させるバーンイン試験が施される。この
バーンイン試験においては、上記の第3電圧区間におい
て半導体装置を動作させる。対して通常動作において
は、上記の第2電圧区間における動作となる。第2電圧
区間で動作するか、第3電圧区間で動作するかは、印加
される外部電源電圧のレベルにより制御され、また電圧
区間の切り換えは外部電源電圧のレベルを変えることに
より行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の内部電源回路においては、第2電圧区間から第3電
圧区間、または第3電圧区間から第2電圧区間への切り
換えポイントとなる境界電圧VT の付近で、ノイズの発
生等により外部電源電圧にゆらぎが生じると、内部電源
電圧の電圧区間が第2電圧区間または第3電圧区間のい
ずれかに安定せず、不安定な内部電源電圧を出力すると
いう問題があった。
【0005】本発明は、このような従来の問題を解決
し、安定した内部電源電圧を出力することができる内部
電源回路を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の内部電源回路は、前記外部電源電圧が第1の
電圧範囲内であるときに、前記内部電源電圧が前記外部
電源電圧に関係なく定電圧となる定電圧特性を示し、前
記外部電源電圧が前記第1の電圧範囲よりも大きい第2
の電圧範囲内であるときに、前記内部電源電圧が、前記
定電圧よりも大きく、前記外部電源電圧の増加とともに
線形的に増加する可変電圧となる可変電圧特性を示し、
前記可変電圧特性から前記定電圧特性に切り換わる第1
の境界電圧が、前記定電圧特性から前記可変電圧特性に
切り換わる第2の境界電圧よりも低いことを特徴とする
ものである。
【0007】また請求項2に記載の内部電源回路は、基
準電圧を生成する基準電圧発生回路と、前記外部電源電
圧から前記基準電圧のレベルに応じた前記定電圧を生成
する定電圧発生回路と、前記外部電源電圧から前記可変
電圧を生成する可変電圧発生回路と、入力された電圧を
内部電源電圧として出力する出力回路と、前記基準電圧
を用いて前記外部電源電圧のレベルを監視し、この監視
結果に基づいて第1論理値または第2論理値の判定信号
を出力しており、前記外部電源電圧が前記第2の境界電
圧以上に上昇したことを検出すると、前記判定信号を第
1論理値から第2論理値に変化させ、また前記外部電源
電圧が前記第1の境界電圧以下に下降したことを検出す
ると、前記判定信号を第2論理レベルから第1論理値に
変化させる検出手段とを有し、前記判定信号が第1論理
値であるときは前記定電圧を前記出力回路に入力し、ま
た前記判定信号が第2論理値であるときは前記可変電圧
を前記出力回路に入力することを特徴とするものであ
る。
【0008】請求項3に記載の内部電源回路は、前記検
出手段が、前記判定信号が第1論理値であるときは前記
外部電源電圧を第1の分圧比で分圧し、また前記判定信
号が第2論理値であるときは第2の分圧比で分圧し、こ
の分圧電圧を出力する分圧回路と、入力された基準電圧
と前記分圧電圧のレベル比較を行い、前記分圧電圧が前
記基準電圧以下であるとき第1論理値を前記判定信号と
して出力し、前記分圧電圧が前記基準電圧以上であると
き第2論理値を前記判定信号として出力する比較回路と
を備え、前記分圧回路は、前記外部電源電圧が前記第2
の境界電圧であり、前記第1の分圧比で分圧を行うとき
に、前記分圧電圧が前記基準電圧と等しくなるように前
記第1の分圧比を設定し、前記外部電源電圧が前記第1
の境界電圧であり、前記第2の分圧比で分圧を行うとき
に、前記分圧電圧が前記基準電圧と等しくなるように前
記第2の分圧比を設定したものであることを特徴とする
ものである。
【0009】請求項4に記載の内部電源回路は、前記分
圧回路が、分圧比の温度依存を自由に設定することが可
能であることを特徴とするものである。
【0010】請求項5に記載の内部電源回路は、前記分
圧回路が、3つ以上の負荷素子を直列接続し、端部を前
記外部電源および接地電源にそれぞれ接続し、負荷素子
どうしの接続点のいずれかを前記分圧電圧の出力端子と
することにより、前記外部電源から前記出力端子までの
外部電源側負荷回路と前記出力端子から前記接地電源ま
での接地電源側負荷回路とで前記外部電源電圧を分圧す
る分圧負荷回路と、所定の前記負荷素子の端子間を前記
判定信号に従って短絡または開放することにより、前記
分圧負荷回路の分圧比を前記第1または第2の分圧比に
設定するスイッチ回路とを備えたことを特徴とするもの
である請求項6に記載の内部電源回路は、請求項5にお
いて、前記分圧負荷回路が、前記負荷素子として抵抗を
用いたものであることを特徴とするものである。
【0011】請求項7に記載の内部電源回路は、請求項
6において、前記分圧負荷回路が、前記外部電源側負荷
回路の抵抗と前記接地電源側負荷回路の抵抗とを温度係
数の異なる2種類以上の抵抗材質で形成することによ
り、分圧比の温度依存を自由に設定することが可能であ
ることを特徴とするものである。
【0012】請求項8に記載の内部電源回路は、請求項
6において、前記分圧負荷回路が、前記外部電源側負荷
回路と前記接地電源側負荷回路のそれぞれに前記スイッ
チ回路に制御されない複数の抵抗を有し、前記各複数の
抵抗をそれぞれ温度係数の異なる2種類以上の抵抗材質
で形成することにより、分圧比の温度依存を自由に設定
することが可能であることを特徴とするものである。
【0013】請求項9に記載の内部電源回路は、請求項
7または8において、前記分圧負荷回路が、前記抵抗材
質として、ポリシリコンと、n型あるいはp型シリコン
拡散層とを用いたものであることを特徴とする請求項8
に記載の内部電源回路。
【0014】請求項10に記載の内部電源回路は、前記
スイッチ回路が、前記分圧負荷回路の短絡対象負荷素子
に並列に接続した1つまたは複数の短絡スイッチ素子を
備え、前記判定信号に従って前記短絡スイッチ素子を導
通または遮断することを特徴とするものである。
【0015】請求項11に記載の内部電源回路は、請求
項10において、前記スイッチ回路が、前記短絡スイッ
チ素子としてMOSトランジスタを用いたことを特徴と
するものである。
【0016】請求項12に記載の内部電源回路は、さら
に、前記負荷素子のうちの所定の負荷素子の端子間を短
絡させる調整用ヒューズを備え、前記調整用ヒューズを
切断することにより前記分圧負荷回路の分圧比の調整を
可能としたことを特徴とするものである。
【0017】請求項13に記載の内部電源回路は、前記
比較回路が、反転入力端子および非反転端子にそれぞれ
前記基準電圧と前記分圧電圧が入力される比較器と、前
記比較器の出力信号により駆動され、前記判定信号を出
力する駆動回路とを備えたことを特徴とするものであ
る。
【0018】請求項14に記載の内部電源回路は、前記
可変電圧発生回路が、その出力端子が前記出力回路の入
力端子に接続されており、前記判定信号が第2論理値で
あるとき活性化されて前記可変電圧を前記出力回路に出
力し、また前記判定信号が第1論理値であるとき前記可
変電圧の出力を停止し、前記定電圧発生回路が、その出
力端子が前記出力手段の入力端子に接続されており、前
記可変電圧発生回路が出力停止しているとき活性化され
て前記定電圧を前記出力回路に出力し、また前記可変電
圧発生回路が活性化されると出力停止することを特徴と
するものである。
【0019】請求項15に記載の内部電源回路は、請求
項14において、前記可変電圧発生回路が、制御端子に
前記判定信号が入力され、前記判定信号が第1論理値の
とき開放となり、第2論理値のとき導通するスイッチ素
子と、前記スイッチ素子に直列に接続された降圧負荷素
子とを備え、前記定電圧発生回路が、反転入力端子に前
記基準電圧が入力される差動増幅器と、前記差動増幅器
の非反転端子と前記出力回路の入力端子との間に設けら
れた第1の昇圧負荷素子と、前記差動増幅器の非反転端
子と接地電源との間に設けられた第2の昇圧負荷素子
と、ゲート電極が前記差動増幅器の出力端子に接続さ
れ、ソース電極が前記外部電源に接続され、ドレイン電
極が前記出力回路の入力端子に接続され、前記スイッチ
素子が導通して前記定電圧発生回路が活性化されると遮
断するPMOSトランジスタとを備えたことを特徴とす
るものである。
【0020】従って上記本発明の内部電源回路によれ
ば、内部電源電圧の特性を、外部電源電圧が第2の境界
電圧で定電圧特性から可変電圧特性に切り換え、また第
2の境界電圧より小さい第1の境界電圧で可変電圧特性
から定電圧特性に切り換えるようにして、内部電源電圧
にヒステリシス特性を持たせることにより、一度定電圧
特性から可変電圧特性にエントリーされた内部電源電圧
が外部電源電圧のゆらぎにより定電圧特性に戻ること、
および一度第可変電圧特性から定電圧特性にエントリー
された内部電源電圧が外部電源電圧のゆらぎにより可変
電圧特性に戻ることがなくなり、特性の切り換わり付近
において外部電源電圧が不安定な場合にも、安定した内
部電源電圧を出力することができる。また従来に比べ
て、定電圧特性となる外部電源電圧の区間、および可変
電圧特性となる外部電源電圧の区間をともに広くするこ
とができる。
【0021】また上記請求項4、7〜9に記載の内部電
源回路によれば、分圧回路の分圧比の温度依存を自由に
設定することにより、基準電圧の温度変動による第1お
よび第2の境界電圧の温度変動を補正することができ
る。
【0022】上記請求項12に記載の内部電源回路によ
れば、調整用ヒューズを切断して所定の負荷素子の短絡
を解除することにより分圧負荷回路の分圧比を調整する
ことができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
第1の実施形態 図1は本発明の第1の実施形態の内部電源回路である。
この内部電源回路は、基準電圧発生回路100と、定電
圧発生回路である増幅回路110と、分圧回路120
と、比較回路130と、可変電圧発生回路であるバーン
イン電圧発生回路150と、内部電圧出力回路160と
を有する。
【0024】基準電圧発生回路100は、外部電源電圧
に依存しない一定の基準電圧VREFを発生する回路であ
る。基準電圧VREF は例えば1.3〜1.4[V]であ
る。
【0025】増幅回路回路110は、ゲート電極に基準
電圧VREF が印加されるNMOSトランジスタN1と、
ソース電極がN1のソース電極に接続され、N1と差動
対をなすNMOSトランジスタN2と、ゲート電極がト
ランジスタN1のゲート電極に接続され、ドレイン電極
がトランジスタN1のソース電極に接続され、ソース電
極が接地され、定電流源として動作するNMOSトラン
ジスタN3と、ソース電極が外部電源VEXT に接続さ
れ、ドレイン電極がトランジスタN1のドレイン電極に
接続されたPMOSトランジスタP1と、ゲート電極が
トランジスタN1のゲート電極に接続され、ドレイン電
極がトランジスタN2のドレイン電極に接続され、ソー
ス電極が外部電源VEXT に接続され、さらにゲート電極
とドレイン電極が共通接続されて、トランジスタP1と
負荷対をなすPMOSトランジスタP2により構成さ
れ、トランジスタN1のドレイン電極を出力端子とする
差動増幅器を有する。またゲート電極がトランジスタN
1のドレイン電極に接続され、ソース電極が外部電源V
EXT に接続されたPMOSトランジスタP3と、トラン
ジスタP3のドレイン電極とトランジスタN2のゲート
電極との間に設けられた抵抗R1(第1の昇圧負荷素
子)と、トランジスタN2のゲート電極と接地電源との
間に設けられた抵抗R2(第2の昇圧負荷素子)とを有
する。この増幅回路回路110は、トランジスタP3の
ドレイン端子を出力端子INTNとし、基準電圧VREF
のレベルに応じた外部電源電圧VEXT に依存しない定電
圧VINTNを出力端子INTNに発生させる。このときV
INTN=VREF ×(R1+R2)/R2となる。このVIN
TNは、例えば3.3[V]である。
【0026】分圧回路120は、抵抗R4、R5、R6
をこの順に直列接続し、抵抗R4の端部を外部電源VEX
T に接続し、抵抗R6の端部を接地し、抵抗R5とR6
の接続点を分圧電圧Vaの出力端子とすることにより、
抵抗R4とR5による外部電源側負荷回路と抵抗R6に
よる接地電源側負荷回路とでVEXT を分圧する分圧負荷
回路と、抵抗R4に並列接続され、抵抗R4を短絡また
は開放するスイッチ回路であるPMOSトランジスタP
4とを有し、トランジスタP4がOFFしているとき
に、抵抗R4およびR5の直列抵抗と抵抗R6の抵抗比
により決まる分圧比(第1の分圧比)でVEXT を分圧
し、Ρ4がONしているときに、抵抗R5とR6の抵抗
比により決まる分圧比(第2の分圧比)でVEXT を分圧
する。第1の分圧比における分圧電圧Va1はVEXT ×R
6/(R4+R5+R6)となり、第2の分圧比におけ
る分圧電圧Va2はVEXT ×R6/(R5+R6)とな
る。R4、R5、R6の各抵抗値は、VEXT が第1の境
界電圧VT1のときのVa2(=VT1×R6/(R5+R
6))と、VEXT が第2の境界電圧VT2のときのVa1
(=VT2×R6/(R4+R5+R6))がともにVRE
F に等しくなるように設定される。VT1およびVT2の設
定値は、例えばVT1=6.55[V]、VT2=6.85
[V]である。
【0027】比較回路130は、反転入力端子(−)に
基準電圧VREF が入力され、非反転入力端子(+)に分
圧電圧Vaが入力される比較器C1と、インバータI
1、I2、I3を直列接続し、I3の出力端子を分圧回
路120のトランジスタP3のゲート電極に接続した駆
動回路とを有する。比較器C1は、基準電圧VREF と分
圧電圧Vaとのレベル比較を行ない、Va<VREF の場
合、論理レベル”Low”(以下、”L”と表記する)
の出力電圧Vbを出力し、Va≧VREF の場合、論理レ
ベル”High”(以下、”H”と表記する)の出力電
圧Vbを出力する。駆動回路は、Vbが”L”のとき”
H”(第1論理値に対応する)となり、Vbが”H”の
とき”L”(第2論理値に対応する)となる判定電圧V
cを出力する。このVcにより分圧回路120のトラン
ジスタP3は、Vc=”H”のときOFFし、Vc=”
L”のときONする。
【0028】バーンイン電圧発生回路150は、ゲート
電極に判定電圧Vcが入力され、ソース電極が外部電源
VEXT に接続されたPMOSトランジスタP5と、トラ
ンジスタP5のドレイン電極と増幅回路110の出力端
子INTNとの間に設けられた抵抗R3とを有し、抵抗
R3の増幅回路110側端子を出力端子INTBとし、
トランジスタP5がONしたときに活性化され、増幅回
路110からの定電圧VINTNより大きな値のバーンイン
電圧(可変電圧)VINTBをINTBから出力する。この
ときVINTB=VEXT ×(R1+R2)/(R1+R2+
R3)である。尚、バーンイン電圧発生回路150が活
性化され、増幅回路110の出力端子INTNに印加さ
れる電圧が上記のVINTBに上昇すると、トランジスタP
3がOFFして、増幅回路110は定電圧VINTNの出力
を停止する。
【0029】内部電源電圧出力回路160は、増幅回路
110またはバーンイン発生回路150から入力される
定電圧VINTNまたはバーンイン電圧VINTBを内部電源電
圧VINT として内部回路(図示せず)に供給する回路で
ある。
【0030】尚、分圧回路120と比較回路130と
は、検出手段を構成しており、外部電源電圧VEXT が第
2の境界電圧VT2以上に上昇したことを検出すると、判
定電圧Vcを”H”から”L”に変化させ、またVEXT
が第1の境界電圧VT1以下に下降したことを検出する
と、Vcを”L”から”H”に変化させる。
【0031】次に、図1に示す内部電源回路の動作につ
いて説明する。図2は図1に示した内部電源回路の入出
力電圧特性、すなわち外部電源電圧VEXT に対する内部
電源電圧VINT の特性を示す図である。図1において、
0≦VEXT <VEXTN(=VINTN)である第1電圧区間
は、外部電源電圧VEXT を内部電源電圧VINT として出
力する区間であり、VEXT の下降においてはVEXTN≦V
EXT <VT1、VEXT の上昇においてはVEXTN≦VEXT <
VT2である第2電圧区間は、VEXT に関係なく定電圧V
INTNが出力される定電圧特性区間であり、VEXT の下降
においてはVT1<VEXT 、VEXT の上昇においてはVT2
<VEXT である第3電圧区間は、VEXT に比例したバー
ンイン電圧VINTB(>VINTN)が出力される可変電圧特
性区間である。このようにVEXT の上昇により定電圧特
性から可変電圧特性に切り換わる境界電圧VT2と、VEX
T の下降により可変電圧特性から定電圧特性に切り換わ
る境界電圧VT1とが異なり、内部電源電圧VINT は外部
電源電圧VEXT に対してヒステリシス特性を有する(図
1に示す内部電源回路は、第2電圧区間と第3電圧区間
の区間切り換え動作のみが、外部電源電圧の増加による
場合と減少による場合で異なる)。尚、図2には外部電
源電圧VEXT に対する基準電圧VREF、分圧電圧Va、
比較器C1の出力電圧Vbの特性も同時に示してある。
【0032】第1電圧区間においては、バーンイン電圧
発生回路150のトランジスタP5はOFF、増幅回路
110のトランジスタP3はONしており、このトラン
ジスタP3および内部電源電圧出力回路160を介して
VEXT がそのまま内部電源電圧VINT として出力され
る。
【0033】最初に、第2電圧区間の定電圧特性区間に
おける動作を説明する。この区間においては、増幅回路
110は、外部電源電圧VEXT の変動に対してトランジ
スタP3のゲート電極に差動動増幅器の出力電圧(トラ
ンジスタN1のドレイン電圧)を印加することによりト
ランジスタP3を定電流源として動作させ、VEXT に依
存しない定電圧VINTN(=VREF ×(R1十R2)/R
2)を発生させる。この定電圧VINTNは、内部電源電圧
出力回路160に入力され、内部電源電圧出力回路16
0は、VINTNを内部電源電圧VINT として内部回路に供
給する。このとき分圧回路120から出力される分圧電
圧Vaは、常にVa<VREF になっており、比較器13
0の出力電圧Vbは”L”、判定電圧Vcは”H”であ
る。従ってトランジスタP4およびP5はOFFしてお
り、バーンイン電圧発生回路150は非活性化されてお
り、またVa=Va1=VEXT ×R6/(R4+R5+R
6)である。
【0034】次に、外部電源電圧VEXT の増加による第
2電圧区間から第3電圧区間への区間切り換え動作(V
EXT 増加時のヒステリシス特性区間における動作)を説
明する。VEXT が第1の境界電圧VT1を越えて増加し、
第2の境界電圧VT2以上となり、Va(=Va1)≧VRE
F となると、比較器C1の出力電圧Vbは、”L”か
ら”H”に反転し、それを受けて判定電圧Vcは、”
H”から”L”となる。その結果、トランジスタP5が
ONしてバーンイン電圧発生回路150は活性化され、
第2電圧区間から第3電圧区間への区間切り換えが行な
われる。すなわち、バーンイン電圧発生回路150は、
出力端子INTBにVINTNより大きなバーンイン電圧V
INTB(=VEXT ×(R1+R2)/(R1+R2+R
3))を発生する。これにより内部電源電圧出力部16
0は、内部電源電圧VINT を上昇させ、バーンイン電圧
VINTBをVINT として内部回路に供給する。このとき増
幅回路110の出力端子INTNにもVINTBが印加さ
れ、トランジスタN2のゲート電圧が上昇してトランジ
スタN1のドレイン電圧が上昇し、これによりトランジ
スタP3がOFFして増幅回路110は非活性化され
る。またこのときトランジスタP4がONして抵抗R4
が短絡され、分圧電圧VaはVa1からVa2=VEXT ×R
6/(R5+R6)に切り換わる。
【0035】次に、第3電圧区間のバーンイン(可変電
圧)電圧特性における動作を説明する。この区間におい
ては、常にVa(=Va2)≧VREF であるので、比較器
C1の出力電圧Vbは”H”を保持する。従って比較回
路130からの判定電圧Vcは”L”を保持するので、
バーンイン電圧発生回路150は常に活性化されてお
り、外部電源電圧VEXT に比例したバーンイン電圧VIN
TB(=VREF ×(R1+R2)/(R1+R2+R
3))を内部電源電圧出力部160に供給する。内部電
源電圧出力部160は、VINTB を内部電源電圧VINT
として内部回路に供給する。また増幅回路110はトラ
ンジスタP3がOFFしているので非活性化されてお
り、分圧回路120においてはトランジスタP4がON
して抵抗R4が短絡されているので、分圧電圧Vaは常
にVa2(=VEXT ×R6/(R5+R6))である。
【0036】最後に、外部電源電圧VEXT の減少による
第3電圧区間から第2電圧区間への区間切り換え動作
(VEXT 減少時のヒステリシス特性区間における動作)
を説明する。VEXT が第2の境界電圧VT2を越えて増加
し、第1の境界電圧VT1以上となり、Va(=Va2)<
VREF となると、比較器C1の出力電圧Vbは、”H”
から”L”に反転し、それを受けて判定電圧Vcは、”
L”から”H”となる。その結果、トランジスタP5が
OFFしてバーンイン電圧発生回路150は非活性化さ
れ、第3電圧区間から第2電圧区間への区間切り換えが
行なわれる。すなわち、バーンイン電圧発生回路150
の非活性化により、トランジスタP3がOFF状態を脱
して増幅回路110が活性化され、その出力端子INT
Nに定電圧VINTNを発生する。これにより内部電源電圧
出力部160は、内部電源電圧VINT を降下させ、VIN
TNをVINT として内部回路に供給する。このときトラン
ジスタP4がOFFして抵抗R4が開放され、分圧電圧
VaはVa2からVa1に切り換わる。
【0037】以上のように図1の内部電源回路は、第2
電圧区間から第3電圧区間への切り換えを、分圧回路1
20の第1の分圧比による分圧電圧Va1(=VEXT ×R
6/(R4+R5+R6))と基準電圧VREF の電圧比
較により、外部電源電圧VEXT が第2の境界電圧VT2の
ときに行い、第3電圧区間から第2電圧区間への切り換
えを、第2の分圧比による分圧電圧Va2(=VEXT ×R
6/(R5+R6))とVREF の電圧比較により、VEX
T が第1の境界電圧VT1(<VT2)のときに行ものであ
る。すなわち、第2電圧区間から第3電圧区間に切り換
わる外部電源電圧よりも、第3電圧区間から第2電圧区
間に切り換わる外部電源電圧を低くして、第2電圧区間
と第3電圧区間の区間切り換えにヒステリシス特性を持
たせたものである。
【0038】このように上記第1の実施形態によれば、
分圧回路120の分圧比を切り換えて、第2電圧区間か
ら第3電圧区間へ切り換える外部電源電圧ポイントより
も、第3電圧区間から第2電圧区間へ切り換える外部電
源電圧ポイントを低くし、第2電圧区間と第3電圧区間
の領域切り換えにヒステリシス特性を持たせることによ
り、一度第2電圧区間から第3電圧区間にエントリーさ
れた内部電源電圧がすぐに第2電圧区間に戻ること、お
よび一度第3電圧区間から第2電圧区間にエントリーさ
れた内部電源電圧がすぐに第3電圧区間に戻ることがな
くなり、区間切り換わり付近において外部電源電圧が不
安定である場合にも、安定した内部電源電圧を出力する
ことが可能となる。またヒステリシス特性を持たせた
分、従来に比べて第2電圧区間、第3電圧区間をともに
広くすることが可能となる。
【0039】尚、分圧回路120の構成は上記に限定さ
れない。例えば、分圧比の切り換えを抵抗R5をトラン
ジスタP2で短絡してもよく、また抵抗R6を分離し、
分離抵抗の1つをNMOSトランジスタを用いて開放/
短絡しても同様の動作が可能である。また負荷素子R4
〜R6は抵抗に限定されるものではない。例えば、抵抗
R5に替えてダイード接続されたMOSトランジスタ、
あるいはこのMOSトランジスタを直列接続したものを
用いても良い。またスイッチ素子P4はMOSトランジ
スタに限定されるものではない。すなわち、3つ以上の
負荷素子を用いて、外部電源と分圧電圧出力端子間に挿
入される外部電源側負荷回路と、接地電源と分圧電圧出
力端子間に挿入される接地電源側負荷回路を構成し、ス
イッチ素子により所定の負荷素子を開放/短絡すること
により、分圧比を切り換えることができるものであれば
良い。さらに図3に示す分圧回路140のように、第1
の分圧比および第2の分圧比を調整可能としたものを用
いても良い。図3の分圧回路140において、直列接続
された抵抗R11〜R15は外部電源側負荷回路を構成
し、直列接続された抵抗R16〜R18は電源側負荷回
路を構成する。抵抗R11とR12により形成される直
列抵抗に並列にスイッチ素子であるPMOSトランジス
タP11が設けられ、また抵抗R12、R14、R1
5、R17、R18にそれぞれ並列に、レーザー照射等
により切断可能な調整用ヒューズF1〜F5が設けられ
ている。調整用ヒューズF2〜F5のいずれかを切断す
ることにより、第1および第2の分圧比を同時に調整す
ることができ、またF1を切断することにより、第1の
分圧比(トランジスタP11がOFFのときの分圧比)
を単独で調整することができる。
【0040】また、バーンイン電圧発生回路150の構
成は上記に限定されず、スイッチ素子であるトランジス
タP5を、外部電源と降圧負荷素子である抵抗R3の間
ではなく、抵抗R3と出力端子INTBの間に設けた構
成としても良い。また抵抗R3を0[Ω]として外部電
源電圧を直接出力する構成としても良い。また図1に示
すものに限定されない。またスイッチ素子はPMOSト
ランジスタに限定されない。また降圧負荷素子は抵抗に
限定されず、例えばダイード接続されたMOSトランジ
スタ、あるいはこのMOSトランジスタを直列接続した
ものを用いても良い。
【0041】また増幅回路110の構成は上記に限定さ
れず、トランジスタP3と抵抗R1の接続点を出力端子
INTNとせずに、トランジスタP3と抵抗R1の接続
点と出力端子INTNの間に判定電圧Vcが”H”のと
き導通し、Vcが”L”のとき開放となるスイッチ素子
を設けた構成としても良い。
【0042】第2の実施形態 内部電源回路を高温中で動作させる場合に、基準電圧V
REF に温度依存性があると、これにより電圧区間が切り
換えられる外部電源電圧のポイント(境界電圧)が変動
する。図4はVREF に温度依存性があり、分圧電圧Va
(すなわち分圧回路の分圧比)に温度依存がない場合の
境界電圧の温度依存性を説明する図である。図4におい
て、常温動作における基準電圧VREF の値はVREF1であ
ったとすると、電圧区間の切り換え条件Va=VREF1を
満たす外部電源電圧値である境界電圧はVT3である。次
に高温動作において、基準電圧に負の温度依存性があ
り、基準電圧がVREF2に下降したものとすると、境界電
圧はVT4となるので、所望の電圧値VT3よりも低い外部
電源電圧で電圧区間が切り換えられる。また逆に基準電
圧に正の温度依存性があり、基準電圧がVREF3に上昇し
たものとすると、境界電圧はVT5となるので、所望の電
圧値VT3よりも高い外部電源電圧で電圧区間が切り換え
られる。図1の内部電源回路に対しても上記と同様のこ
とが言える。基本的には、電圧区間の切り換えポイント
(境界電圧)には温度依存性がないことが望ましい。
【0043】そこで第2の実施形態の内部電源回路は、
図1の内部電源回路において、基準電圧発生回路100
からの基準電圧VREF が温度変動する場合に、分圧回路
120の出力電圧である分圧電圧Vaに、第1の境界電
圧VT1および第2の境界電圧VT2の温度変動を補正する
ような温度特性を持たせたものである。すなわち第2の
実施形態の内部電源回路は、図1の分圧回路120にお
いて、抵抗R4とR5による外部電源側負荷回路の温度
係数と、抵抗R6による接地電源側負荷回路の温度係数
とを異なる値に設定することにより、分圧電圧Vaに上
記の温度特性を持たせたものである。
【0044】一般に抵抗素子は、正の温度係数を持ち、
材質により設定できる温度係数範囲が異なる。例えば、
一般にシリコンのn型またはp型拡散層(以下、単に拡
散層と称する)の温度係数は、ポリシリコンの温度係数
よりも大きく、拡散層およびポリシリコンは、不純物濃
度や生成プロセス等により、それぞれ所定の範囲内で温
度係数を設定できる。そこで拡散層またはポリシリコン
を用いて抵抗R4〜R6を形成する。
【0045】基準電圧VREF が負の温度依存性を示す場
合には、抵抗R4およびR5に拡散層を用い、抵抗R6
にポリシリコンを用いて分圧電圧Vaに負の温度依存性
を持たせ、さらに外部電源電圧が第1の境界電圧VT1の
ときの第2の分圧比における分圧電圧Va2の温度変動が
VREF の温度変動と同じになるように抵抗R5およびR
6の温度係数をそれぞれ設定し、次に外部電源電圧が第
2の境界電圧VT2のときの第1の分圧比における分圧電
圧Va1の温度変動が上記VREF の温度変動と同じになる
ように抵抗R4の温度係数を設定する。このとき、抵抗
R6の温度係数は抵抗R4、R5の温度係数よりも小さ
くなる。
【0046】逆に基準電圧VREF が正の温度依存性を示
す場合には、抵抗R4およびR5にはポリシリコン、抵
抗R6には拡散層をそれぞれ用い、第1の境界電圧VT1
のときのVa2と、第2の境界電圧VT2のときのVa1の温
度変動が、それぞれVREF の温度変動と同じになるよう
に抵抗R4〜R6の温度係数を設定する。このとき、抵
抗R6の温度係数は抵抗R4、R5の温度係数よりも大
きくなる。
【0047】次に、図5は本発明の第2の実施形態の内
部電源回路における温度変動に対する境界電圧(第1の
境界電圧VT1、第2の境界電圧VT2)の補正動作を説明
する図である。図5において、常温動作における基準電
圧VREF の値がVREF1であり、外部電源電圧に対する分
圧電圧Vaの特性を図中のAであるとする。またこのと
きの境界電圧(VT1またはVT2)をVT とする。
【0048】次に高温動作において、基準電圧VREF に
負の温度依存性があり、基準電圧がVREF2に下降したも
のとする。このとき分圧電圧Va(Va1またはVa2)は
負の温度依存を持つように設定されているので、外部電
源電圧に対する分圧電圧Vaの特性は、図中のAからB
に変化する。このVaの特性変化により、電圧区間の切
り換え条件であるVa=VREF2を満たす外部電源電圧、
すなわち境界電圧が上がり、境界電圧は常温動作時と同
じVT に補正される。
【0049】逆に高温動作において、基準電圧VREF に
負の温度依存性があり、基準電圧がVREF23に上昇した
ものとする。このとき分圧電圧Va(Va1またはVa2)
は正の温度依存を持つように設定されているので、外部
電源電圧に対する分圧電圧Vaの特性は、図中のAから
Cに変化する。これにより境界電圧は上がり、常温動作
時と同じVT に補正される。
【0050】このように上記第2の実施形態によれば、
分圧回路120の各抵抗を異なる温度係数の材質で形成
することにより、基準電圧VREF に負の温度依存性があ
る場合には抵抗R6の温度係数が抵抗R4、R5の温度
係数より小さくなるように設定し、またVREF に正の温
度依存性がある場合は抵抗R6の温度係数を抵抗R4、
R5の温度係数より大きくなるように設定して、外部電
源電圧が第1の境界電圧VT1であるときの分圧電圧Va2
の温度変動と、外部電源電圧が第2の境界電圧であると
きの分圧電圧Va1の温度変動とが、基準電圧の温度変動
に等しくなるような出力温度特性を分圧回路120に持
たせることにより、基準電圧の温度変動による第1およ
び第2の境界電圧の温度変動を補正することができる。
【0051】尚、分圧回路を図6に示す分圧回路210
とし、次のようにして境界電圧の温度変動を補正しても
良い。図6において、直列接続された抵抗R21〜R2
3は外部電源側負荷回路を構成し、直列接続された抵抗
R24、R25は接地電源側負荷回路を構成する。R2
1に並列にスイッチ素子であるPMOSトランジスタP
21が設けられている。抵抗R22とR23、抵抗R2
4とR25にそれぞれ温度係数の異なる抵抗材質を用い
る。例えば、抵抗R22とR24を拡散層で形成し、ま
た抵抗R23とR25をポリシリコンで形成する。これ
により、抵抗R22とR23の抵抗比、抵抗R24とR
24の抵抗比をそれぞれ調整することによっても第2の
分圧比における分圧電圧Va2の温度特性の調整が可能と
なるので、Va2の温度特性の調整自由度を大きくするこ
とができる。もちろん、外部電源側負荷回路(抵抗R2
2とR23)を拡散層で形成し、接地電源側負荷回路
(抵抗R24とR25)をポリシリコンで形成するこ
と、あるいはその逆も可能である。尚、トランジスタP
21により制御される抵抗R21を分割し、各分割抵抗
をそれぞれ温度係数の異なる抵抗材質で形成することに
より、第1の分圧比における分圧電圧Va1の温度特性の
調整自由度を大きくすることができることは言うまでも
ない。
【0052】
【発明の効果】以上のように本発明の内部電源回路によ
れば、内部電源電圧の特性を、外部電源電圧が第2の境
界電圧で定電圧特性から可変電圧特性に切り換え、また
第2の境界電圧より小さい第1の境界電圧で可変電圧特
性から定電圧特性に切り換えるようにして、内部電源電
圧ヒステリシス特性を持たせることにより、特性の切り
換わり付近において外部電源電圧が不安定な場合にも、
安定した内部電源電圧を出力することができるという効
果がある。また従来に比べて、定電圧特性となる外部電
源電圧の区間、および可変電圧特性となる外部電源電圧
の区間をともに広くすることができるという効果があ
る。
【0053】また上記請求項4、7〜9に記載の内部電
源回路によれば、分圧回路の分圧比の温度依存を自由に
設定することにより、基準電圧の温度変動による第1お
よび第2の境界電圧の温度変動を補正することができる
という効果がある。
【0054】上記請求項12に記載の内部電源回路によ
れば、調整用ヒューズを切断して所定の負荷素子の短絡
を解除することにより分圧負荷回路の分圧比を調整する
ことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の内部電源回路の回路
構成図である。
【図2】本発明の第1の実施形態の出力電圧特性を示す
図である。
【図3】本発明の第1の実施形態における分圧比を調整
可能とした分圧回路の回路図である。
【図4】境界電圧の温度変動を説明する図である。
【図5】本発明の第2の実施形態における温度変動に対
する境界電圧の補正動作を説明する図である。
【図6】本発明の第2の実施形態における別の分圧回路
の回路図である。
【図7】従来の内部電源回路の出力電圧特性を示す図で
ある。
【符号の説明】
100 基準電圧発生回路 110 増幅回路 120、140、210 分圧回路 130 比較回路 150 バーンイン電圧発生回路 160 内部電圧出力回路 N1〜N3 NMOSトランジスタ P1〜P5、P11、P21 PMOSトランジスタ R1〜R6、R11〜R18、R21〜R25 抵抗 C1 比較器 I1〜I3 インバータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03F 1/30

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力された外部電源電圧から内部電源電
    圧を発生する内部電源回路において、 前記外部電源電圧が第1の電圧範囲内であるときに、前
    記内部電源電圧が前記外部電源電圧に関係なく定電圧と
    なる定電圧特性を示し、 前記外部電源電圧が前記第1の電圧範囲よりも大きい第
    2の電圧範囲内であるときに、前記内部電源電圧が、前
    記定電圧よりも大きく、前記外部電源電圧の増加ととも
    に線形的に増加する可変電圧となる可変電圧特性を示
    し、 前記可変電圧特性から前記定電圧特性に切り換わる第1
    の境界電圧が、前記定電圧特性から前記可変電圧特性に
    切り換わる第2の境界電圧よりも低いことを特徴とする
    内部電源回路。
  2. 【請求項2】 基準電圧を生成する基準電圧発生回路
    と、 前記外部電源電圧から前記基準電圧のレベルに応じた前
    記定電圧を生成する定電圧発生回路と、 前記外部電源電圧から前記可変電圧を生成する可変電圧
    発生回路と、 入力された電圧を内部電源電圧として出力する出力回路
    と、 前記基準電圧を用いて前記外部電源電圧のレベルを監視
    し、この監視結果に基づいて第1論理値または第2論理
    値の判定信号を出力しており、前記外部電源電圧が前記
    第2の境界電圧以上に上昇したことを検出すると、前記
    判定信号を第1論理値から第2論理値に変化させ、また
    前記外部電源電圧が前記第1の境界電圧以下に下降した
    ことを検出すると、前記判定信号を第2論理レベルから
    第1論理値に変化させる検出手段とを有し、 前記判定信号が第1論理値であるときは前記定電圧を前
    記出力回路に入力し、また前記判定信号が第2論理値で
    あるときは前記可変電圧を前記出力回路に入力すること
    を特徴とする請求項1に記載の内部電源回路。
  3. 【請求項3】 前記検出手段は、 前記判定信号が第1論理値であるときは前記外部電源電
    圧を第1の分圧比で分圧し、また前記判定信号が第2論
    理値であるときは第2の分圧比で分圧し、この分圧電圧
    を出力する分圧回路と、 入力された基準電圧と前記分圧電圧のレベル比較を行
    い、前記分圧電圧が前記基準電圧以下であるとき第1論
    理値を前記判定信号として出力し、前記分圧電圧が前記
    基準電圧以上であるとき第2論理値を前記判定信号とし
    て出力する比較回路とを備え、 前記分圧回路は、 前記外部電源電圧が前記第2の境界電圧であり、前記第
    1の分圧比で分圧を行うときに、前記分圧電圧が前記基
    準電圧と等しくなるように前記第1の分圧比を設定し、
    前記外部電源電圧が前記第1の境界電圧であり、前記第
    2の分圧比で分圧を行うときに、前記分圧電圧が前記基
    準電圧と等しくなるように前記第2の分圧比を設定した
    ものであることを特徴とする請求項2に記載の内部電源
    回路。
  4. 【請求項4】 前記分圧回路は、 分圧比の温度依存を自由に設定することが可能であるこ
    とを特徴とする請求項3に記載の内部電源回路。
  5. 【請求項5】 前記分圧回路は、 3つ以上の負荷素子を直列接続し、端部を前記外部電源
    および接地電源にそれぞれ接続し、負荷素子どうしの接
    続点のいずれかを前記分圧電圧の出力端子とすることに
    より、前記外部電源から前記出力端子までの外部電源側
    負荷回路と前記出力端子から前記接地電源までの接地電
    源側負荷回路とで前記外部電源電圧を分圧する分圧負荷
    回路と、 所定の前記負荷素子の端子間を前記判定信号に従って短
    絡または開放することにより、前記分圧負荷回路の分圧
    比を前記第1または第2の分圧比に設定するスイッチ回
    路とを備えたことを特徴とする請求項3または4に記載
    の内部電源回路。
  6. 【請求項6】 前記分圧負荷回路は、 前記負荷素子として抵抗を用いたものであることを特徴
    とする請求項5に記載の内部電源回路。
  7. 【請求項7】 前記分圧負荷回路は、 前記外部電源側負荷回路の抵抗と前記接地電源側負荷回
    路の抵抗とを温度係数の異なる2種類以上の抵抗材質で
    形成することにより、分圧比の温度依存を自由に設定す
    ることが可能であることを特徴とする請求項6に記載の
    内部電源回路。
  8. 【請求項8】 前記分圧負荷回路は、 前記外部電源側負荷回路と前記接地電源側負荷回路のそ
    れぞれに複数の抵抗を有し、 前記各複数の抵抗をそれぞれ温度係数の異なる2種類以
    上の抵抗材質で形成することにより、分圧比の温度依存
    を自由に設定することが可能であることを特徴とする請
    求項6に記載の内部電源回路。
  9. 【請求項9】 前記分圧負荷回路は、 前記抵抗材質として、ポリシリコンと、n型あるいはp
    型シリコン拡散層とを用いたものであることを特徴とす
    る請求項8に記載の内部電源回路。
  10. 【請求項10】 前記スイッチ回路は、 前記分圧負荷回路の短絡対象負荷素子に並列に接続した
    1つまたは複数の短絡スイッチ素子を備え、 前記判定信号に従って前記短絡スイッチ素子を導通また
    は遮断することを特徴とする請求項5ないし9のいずれ
    かに記載の内部電源回路。
  11. 【請求項11】 前記スイッチ回路は、 前記短絡スイッチ素子としてMOSトランジスタを用い
    たことを特徴とする請求項10に記載の内部電源回路。
  12. 【請求項12】 前記分圧回路は、 さらに、前記負荷素子のうちの所定の負荷素子の端子間
    を短絡させる調整用ヒューズを備え、 前記調整用ヒューズを切断することにより前記分圧負荷
    回路の分圧比の調整を可能としたことを特徴とする請求
    項3ないし11のいずれかに記載の内部電源回路。
  13. 【請求項13】 前記比較回路は、 反転入力端子および非反転端子にそれぞれ前記基準電圧
    と前記分圧電圧が入力される比較器と、 前記比較器の出力信号により駆動され、前記判定信号を
    出力する駆動回路とを備えたことを特徴とする請求項3
    ないし12のいずれかに記載の内部電源回路。
  14. 【請求項14】 前記可変電圧発生回路は、 その出力端子が前記出力回路の入力端子に接続されてお
    り、前記判定信号が第2論理値であるとき活性化されて
    前記可変電圧を前記出力回路に出力し、また前記判定信
    号が第1論理値であるとき前記可変電圧の出力を停止
    し、 前記定電圧発生回路は、 その出力端子が前記出力手段の入力端子に接続されてお
    り、前記可変電圧発生回路が出力停止しているとき活性
    化されて前記定電圧を前記出力回路に出力し、また前記
    可変電圧発生回路が活性化されると出力停止することを
    特徴とする請求項2ないし13のいずれかに記載の内部
    電源回路。
  15. 【請求項15】 前記可変電圧発生回路は、 制御端子に前記判定信号が入力され、前記判定信号が第
    1論理値のとき開放となり、第2論理値のとき導通する
    スイッチ素子と、 前記スイッチ素子に直列に接続された降圧負荷素子とを
    備え、 前記定電圧発生回路は、 反転入力端子に前記基準電圧が入力される差動増幅器
    と、 前記差動増幅器の非反転端子と前記出力回路の入力端子
    との間に設けられた第1の昇圧負荷素子と、 前記差動増幅器の非反転端子と接地電源との間に設けら
    れた第2の昇圧負荷素子と、 ゲート電極が前記差動増幅器の出力端子に接続され、ソ
    ース電極が前記外部電源に接続され、ドレイン電極が前
    記出力回路の入力端子に接続され、前記スイッチ素子が
    導通して前記定電圧発生回路が活性化されると遮断する
    PMOSトランジスタとを備えたことを特徴とする請求
    項14に記載の内部電源回路。
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