WO2022071222A1 - デジタル制御レギュレータ - Google Patents

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WO2022071222A1
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voltage
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control
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大介 井手
信彦 執行
啓太 駒形
裕之 渡辺
誉博 内藤
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/59—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
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    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/18—Automatic control for modifying the range of signals the converter can handle, e.g. gain ranging
    • H03M1/181—Automatic control for modifying the range of signals the converter can handle, e.g. gain ranging in feedback mode, i.e. by determining the range to be selected from one or more previous digital output values
    • G—PHYSICS
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    • G05F1/575—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices characterised by the feedback circuit
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    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/34—Analogue value compared with reference values

Definitions

  • This disclosure relates to digital control regulators.
  • Typical control circuits include (1) a digital LDO with multiple loop control equipped with a capacity correction function, (2) a digital control capacity correction circuit, and (3) an analog control capacity correction circuit.
  • the above-mentioned digital LDO in (1) has a problem that the capacity cannot be corrected unless the output changes, and a problem that it is difficult to secure stability because of multiple loop control.
  • a configuration in which a loop controlled by an analog voltage is mounted requires a large area and causes an increase in power consumption.
  • the above-mentioned digital control capability correction circuit (2) cannot be adjusted according to the input voltage (or input / output potential difference), adjusted in consideration of the skew of the transistor, and adjusted according to the temperature.
  • the correction accuracy may deteriorate.
  • the above-mentioned analog control capability correction circuit (3) causes an increase in area and power, and is not suitable for low voltage operation.
  • the present disclosure provides a digital control regulator that can improve stability, reduce variations in ripple voltage and droop characteristics, and can be miniaturized at a low voltage.
  • a first AD converter that generates a first digital signal corresponding to a difference voltage between an output voltage and a first reference voltage
  • a first AD converter that generates a first digital signal corresponding to a difference voltage between an output voltage and a first reference voltage
  • the output stage circuit that generates the output voltage and A replica circuit having the same circuit configuration as the output stage circuit and outputting a replica voltage related to the output voltage
  • a second AD converter that generates a second digital signal according to the difference voltage between the replica voltage and the second reference voltage
  • a digital control regulator including a control circuit that generates a control signal for controlling a gain of the output stage circuit based on the first digital signal and the second digital signal.
  • the output stage circuit and the replica circuit may be circuits having the same circuit configuration including transistors of the same conductivity type and the same size.
  • the output stage circuit and the replica circuit may be circuits having the same circuit configuration including resistance elements having the same resistance value.
  • the second digital signal may include capability information of the replica circuit.
  • the control circuit may generate the control signal so that the output voltage is not affected by the capability information of the output stage circuit.
  • the capability information may include at least one piece of information about the input voltage, output voltage, manufacturing process, and temperature of the replica circuit or the output stage circuit.
  • the second digital signal may include on-resistance information of the replica circuit.
  • the control circuit may generate the control signal based on the second digital signal so that the on-resistance of the output stage circuit matches the on-resistance of the replica circuit.
  • the replica circuit outputs the replica voltage before the output stage circuit and the control circuit start the feedback control of the output voltage, or in synchronization with the start timing of the feedback control. Even if the second AD converter generates the second digital signal before the output stage circuit and the control circuit start the feedback control of the output voltage, or in synchronization with the start timing of the feedback control. good.
  • the replica circuit outputs the replica voltage in synchronization with the timing at which the voltage level of the output voltage is switched while the output stage circuit and the control circuit are performing feedback control of the output voltage.
  • the second AD converter synchronizes with the timing at which the voltage level of the output voltage is switched while the output stage circuit and the control circuit are performing feedback control of the output voltage, and the second digital signal. May be generated.
  • the replica circuit outputs the replica voltage a predetermined period before the timing of switching the voltage level of the output voltage while the output stage circuit and the control circuit are performing feedback control of the output voltage.
  • the second AD converter outputs the second digital signal at the timing when the voltage level of the output voltage is switched while the output stage circuit and the control circuit are performing feedback control of the output voltage. It may be generated.
  • the replica circuit intermittently outputs the replica voltage while the output stage circuit and the control circuit are performing feedback control of the output voltage.
  • the second AD converter may intermittently generate the second digital signal while the output stage circuit and the control circuit are performing feedback control of the output voltage.
  • the replica circuit continuously outputs the replica voltage while the output stage circuit and the control circuit are performing feedback control of the output voltage.
  • the second AD converter may continuously generate the second digital signal while the output stage circuit and the control circuit are performing feedback control of the output voltage.
  • the replica circuit may output the replica voltage when the enable signal has a predetermined logic, and may stop the output of the replica voltage when the enable signal has a logic other than the predetermined logic.
  • the second reference voltage may be input to the second AD converter at the timing when the enable signal becomes the predetermined logic.
  • the second AD converter is A comparator that outputs a signal corresponding to the difference voltage between the replica voltage and the second reference voltage, and A variable load circuit that controls the voltage level of the replica voltage by adjusting the current flowing through the output node of the replica circuit. Based on the output signal of the comparator, the current flowing through the output node to the variable load circuit is adjusted, and the on-resistance information of the replica circuit for matching the replica voltage with the second reference voltage is obtained. It may have a control unit for generating the second digital signal including the second digital signal.
  • the second AD converter is A comparator that outputs a signal corresponding to the difference voltage between the replica voltage and the second reference voltage, and Based on the output signal of the comparator, the number of connection stages of the transistor or the resistance element in the replica circuit is adjusted, and the on-resistance information of the replica circuit for matching the replica voltage with the second reference voltage is included. It may have a control unit for generating the second digital signal.
  • the output stage circuit can adjust the number of connection stages of transistors or resistance elements.
  • the number of connection stages of the transistor or the resistance element in the output stage circuit may be the same as the number of connection stages of the transistor or the resistance element in the replica circuit based on the second digital signal.
  • the control circuit feedback controls so that the output voltage becomes equal to the first reference voltage.
  • the first reference voltage and the second reference voltage may have the same voltage level.
  • the control circuit feedback-controls the output voltage so that the voltage divided by 1 / A (A is a real number larger than 1) times equal to the first reference voltage.
  • the second reference voltage is set to the same voltage level as the first reference voltage.
  • the second AD converter may compare the replica voltage with the voltage obtained by multiplying the second reference voltage by A.
  • the block diagram of the digital control regulator by one Embodiment A block diagram showing an example of a circuit configuration in an output stage circuit. The figure which shows the characteristic of a transistor in an output stage circuit. The figure which shows the fluctuation amount of the output voltage by the fluctuation of a load current.
  • the block diagram which shows the 1st specific example of a digital control regulator.
  • the block diagram which shows the 2nd specific example of a digital control regulator.
  • the block diagram which shows the 4th specific example of a digital control regulator The block diagram which shows the 5th specific example of a digital control regulator.
  • Timing diagram when capacity correction is performed only at startup A timing diagram in which the capacity correction circuit corrects the capacity according to the start of the digital LDO operation.
  • Timing diagram when capacity correction is performed intermittently Timing diagram for performing capacity correction before switching the voltage level of the output voltage.
  • Timing diagram when capacity correction is continuously performed before the digital LDO operation is started.
  • the block diagram which shows an example of the schematic structure of the digital control regulator by this embodiment. A block diagram of a digital control regulator according to a modified example.
  • FIG. 1 is a block diagram of a digital control regulator 1 according to an embodiment.
  • the digital control regulator 1 of FIG. 1 is also called a digital control LDO.
  • the digital control regulator 1 of FIG. 1 includes a first AD converter (hereinafter, ADC 1 or first ADC) 2, an output stage circuit 3, a replica circuit 4, and a second AD converter (hereinafter, ADC 2 or second ADC). ) 5 and a control circuit (CTRL) 6.
  • ADC 1 or first ADC an AD converter
  • ADC 2 or second ADC second AD converter
  • CTRL control circuit
  • the first ADC 2 generates a first digital signal D1 corresponding to the difference voltage between the output voltage Vout and the first reference voltage VREF1.
  • the first digital signal D1 is input to the control circuit 6.
  • the first ADC 2 performs an AD conversion operation when the first reference voltage VREF1 and the output voltage Vout are input.
  • the output stage circuit 3 generates an output voltage Vout.
  • a resistance element R1 and a capacitor C1 are connected in parallel between the output node and the ground node of the output stage circuit 3.
  • the output stage circuit 3 is controlled by the control circuit 6.
  • the output stage circuit 3, the first ADC 2, and the control circuit 6 constitute a digital LDO circuit 7.
  • the digital LDO circuit 7 feedback controls so that the output voltage Vout matches the first reference voltage VREF1.
  • the replica circuit 4 has the same circuit configuration as the output stage circuit 3 and outputs the replica voltage related to the output voltage Vout.
  • the replica voltage has the same voltage level as the output voltage Vout when there is no load fluctuation.
  • the replica circuit 4 and the second ADC 5 form a capability correction circuit 8 that corrects the capability of the output stage circuit 3.
  • the replica circuit 4 may be enabled and output the replica voltage when the first enable signal EN1 has a predetermined logic. In this case, since the replica circuit 4 stops the output of the replica voltage when the first enable signal EN1 is other than the predetermined logic, the power consumption of the replica circuit 4 can be reduced.
  • the second ADC 5 generates a second digital signal D2 according to the difference voltage between the replica voltage and the second reference voltage VREF2.
  • the second digital signal D2 includes the capability information of the replica circuit 4.
  • the capability information of the replica circuit 4 includes, for example, at least one information of the input voltage, the output voltage Vout, the manufacturing process, and the temperature of the replica circuit 4.
  • the capability information of the replica circuit 4 is substantially the same as the capability information of the output stage circuit 3.
  • the second digital signal D2 includes the on-resistance information of the replica circuit 4.
  • the second ADC 5 performs an AD conversion operation when the replica voltage and the second reference voltage VREF2 are input.
  • the second ADC 5 is enabled when the first enable signal EN1 has a predetermined logic, and generates the second digital signal D2.
  • the second reference voltage VFEF2 is input to the second ADC 5 at the timing when the first enable signal EN1 becomes a predetermined logic. Power consumption can be reduced by limiting the period for inputting the second reference voltage VREF2 to the second ADC5 and performing the A / D conversion operation on the second ADC5 only when the first enable signal EN1 has a predetermined logic.
  • the control circuit 6 generates a control signal for controlling the gain of the output stage circuit 3 based on the first digital signal D1 and the second digital signal D2.
  • the control circuit 6 generates a control signal so that the output voltage Vout is not affected by the capability information of the output stage circuit 3.
  • the control circuit 6 generates a control signal based on the second digital signal D2 so that the on-resistance of the output stage circuit 3 matches the on-resistance of the replica circuit 4.
  • the output voltage Vout is fed back to the first ADC2, and the first digital signal D1 corresponding to the difference voltage from the first reference voltage VREF1 is generated.
  • the control circuit 6 generates a control signal for controlling the gain of the output stage circuit 3 based on the first digital signal D1 and the second digital signal D2 from the second ADC 5. Since this feedback loop does not have a double loop structure, stability design can be easily performed.
  • the output stage circuit 3 can adjust the on-resistance by the control signal output from the control circuit 6, and the output voltage Vout can be controlled by adjusting the on-resistance.
  • the specific circuit configuration for adjusting the on-resistance in the output stage circuit 3 is arbitrary.
  • the output stage circuit 3 may output the output voltage Vout when the second enable signal EN2 has a predetermined logic. Further, the second enable signal EN2 may be input to the first ADC 2 and the control circuit 6. In this case, when the second enable signal EN2 is other than the predetermined logic, the entire operation of the digital LDO circuit 7 having the first ADC2, the control circuit 6, and the output stage circuit 3 can be stopped, and the power consumption can be reduced. ..
  • the output stage circuit 3 and the replica circuit 4 are, for example, circuits having the same circuit configuration including transistors of the same conductivity type and the same size.
  • the output stage circuit 3 and the replica circuit 4 may be circuits having the same circuit configuration including resistance elements having the same resistance value.
  • the replica circuit 4 may output the replica voltage before the output stage circuit 3 and the control circuit 6 start the feedback control of the output voltage Vout, or in synchronization with the start timing of the feedback control.
  • the second ADC 5 generates the second digital signal D2 before the output stage circuit 3 and the control circuit 6 start the feedback control of the output voltage Vout, or in synchronization with the start timing of the feedback control. In this way, by correcting the capacity of the output stage circuit 3 before starting the digital LDO operation, the digital LDO operation can be performed independently of the variation in the capacity of the output stage circuit 3.
  • the replica circuit 4 may output the replica voltage in synchronization with the timing at which the voltage level of the output voltage Vout is switched while the output stage circuit 3 and the control circuit 6 are performing feedback control of the output voltage Vout. good.
  • the second ADC 5 generates the second digital signal D2 in synchronization with the timing at which the voltage level of the output voltage Vout is switched while the output stage circuit 3 and the control circuit 6 are performing feedback control of the output voltage Vout. do.
  • the capacity correction of the output stage circuit 3 is performed again according to the timing when the voltage level of the output voltage Vout changes. By doing so, the droop characteristics, ripple characteristics, etc. can be improved.
  • the replica circuit 4 may output the replica voltage a predetermined period before the timing of switching the voltage level of the output voltage Vout while the output stage circuit 3 and the control circuit 6 are performing feedback control of the output voltage Vout. good.
  • the second ADC 5 generates the second digital signal D2 at the timing when the voltage level of the output voltage Vout is switched while the output stage circuit 3 and the control circuit 6 are performing feedback control of the output voltage Vout. ..
  • the second digital signal including the capacity information of the replica circuit 4 is input from the second ADC 5 before the timing when the output voltage Vout is switched. It is necessary to output D2. As a result, the capacity of the output stage circuit 3 can be corrected from the timing when the output voltage Vout is switched.
  • the replica circuit 4 may intermittently output the replica voltage while the output stage circuit 3 and the control circuit 6 are performing feedback control of the output voltage Vout.
  • the second ADC 5 intermittently generates the second digital signal D2 while the output stage circuit 3 and the control circuit 6 are performing feedback control of the output voltage Vout.
  • the replica circuit 4 may continuously output the replica voltage while the output stage circuit 3 and the control circuit 6 are performing feedback control of the output voltage Vout.
  • the second ADC 5 continuously generates the second digital signal D2 while the output stage circuit 3 and the control circuit 6 are performing feedback control of the output voltage Vout.
  • the replica circuit 4 may output the replica voltage when the first enable signal EN1 has a predetermined logic, and may stop the output of the replica voltage when the first enable signal EN1 has a logic other than the predetermined logic. In this way, by operating the replica circuit 4 only when necessary, the power consumption of the replica circuit 4 can be reduced.
  • the second ADC 5 performs an A / D conversion operation only when the first enable signal EN1 has a predetermined logic. Further, the second reference voltage VREF2 is input to the second ADC 5 at the timing when the first enable signal EN1 becomes a predetermined logic. As a result, the power consumption of the second ADC 5 can also be reduced.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the circuit configuration in the output stage circuit 3.
  • a p-type MOS transistor hereinafter, simply referred to as a transistor
  • the control circuit 6 outputs a control signal for controlling the number of transistors in the output stage circuit 3 to be turned on.
  • the number of transistors to be turned on changes depending on the control signal, and the on-resistance of the output stage circuit 3 changes.
  • FIG. 3A is a diagram showing the characteristics of the transistor in the output stage circuit 3.
  • the horizontal axis of FIG. 3A is the output voltage Vout
  • the vertical axis is the drain current of the transistor in the output stage circuit 3.
  • the curves W1 to W3 in FIG. 3A show the correspondence between the output voltage Vout and the drain current when the gate-source voltage Vgs of the transistor in the output stage circuit 3 is changed in three ways (when the power supply voltage is different). Shows.
  • the larger the gate-source voltage the larger the drain current and the higher the capacity of the transistor.
  • FIG. 3A shows three drain current straight lines W4 to W6 having different current values.
  • the order of the magnitudes of the drain currents is W4 ⁇ W5 ⁇ W6.
  • FIG. 3B is a diagram showing the amount of fluctuation of the output voltage Vout due to the fluctuation of the load current.
  • the curves W7 to W9 in FIG. 3B correspond to the straight lines W4 to W6 in FIG. 3A, respectively.
  • the degree to which the output voltage Vout temporarily drops when the load current suddenly increases is called the droop characteristic.
  • the smaller the Vgs, the larger the drop in the output voltage Vout, and the droop characteristic is Deteriorate.
  • the higher the transistor capacity in the output stage circuit 3 the better the droop characteristics, but the circuit operation becomes unstable, the ripple voltage increases, and the noise characteristics may decrease.
  • a replica circuit 4 having the same circuit configuration as the output stage circuit 3 is provided, and a second voltage corresponding to the difference voltage between the replica voltage output from the replica circuit 4 and the second reference voltage VREF2 is provided.
  • the digital signal D2 is generated by the second ADC 5.
  • the second digital signal D2 is a signal including the capability information of the replica circuit 4.
  • the control circuit 6 controls the gain of the output stage circuit 3 based on the first digital signal D1 and the second digital signal D2 corresponding to the difference voltage between the output voltage Vout and the first reference voltage VREF1.
  • control circuit 6 can control the gain of the output stage circuit 3 in consideration of the capacity information such as the input voltage, the output voltage Vout, the manufacturing process, and the temperature of the output stage circuit 3, and is originally a trade. Both the stability in the off relationship and the transient response and ripple characteristics can be improved.
  • the output stage circuit 3 and the replica circuit 4 in FIG. 1 have the same circuit configuration, but various modifications can be considered for the specific circuit configurations of the output stage circuit 3 and the replica circuit 4. ..
  • FIG. 4 is a block diagram showing a first specific example of the digital control regulator 1a.
  • the output stage circuit 3 and the replica circuit 4 in the digital control regulator 1a of FIG. 4 have an n-type MOS transistor (hereinafter referred to as a transistor).
  • the output stage circuit 3 has, for example, a plurality of transistors connected in parallel between the power supply voltage node and the output node. Although only one transistor may exist in the output stage circuit 3, an example in which a plurality of transistors are connected in parallel will be described below.
  • a control signal is supplied from the control circuit 6 to the gates of the plurality of transistors in the output stage circuit 3. The on-resistance of the output stage circuit 3 is controlled by this control signal.
  • the replica circuit 4 has only one transistor which is the same as the transistor connected in parallel in the output stage circuit 3.
  • the replica circuit 4 outputs the replica voltage only when the first enable signal EN1 has a predetermined logic.
  • the output stage circuit 3 outputs the output voltage Vout only when the second enable signal EN2 has a predetermined logic.
  • the first enable signal EN1 and the second enable signal EN2 are not always indispensable, but by providing the first enable signal EN1 and the second enable signal EN2, the capability correction circuit 8 having the replica circuit 4 and the second ADC 5 and the first ADC 2 are provided. , The power consumption of the digital LDO circuit 7 having the control circuit 6 and the output stage circuit 3 can be reduced.
  • the second ADC 5 has a comparator 11, a variable current source 12, and a control unit 13.
  • the comparator 11 outputs a signal corresponding to the difference voltage between the replica voltage and the second reference voltage VREF2.
  • the variable current source 12 controls the voltage level of the replica voltage by adjusting the current flowing through the output node of the replica circuit 4.
  • the variable current source 12 is connected between the output node and the ground node in the replica circuit 4. More specifically, the variable current source 12 is connected between the source of the transistor and the grounded node in the replica circuit 4.
  • the control unit 13 adjusts the current flowing through the output node to the variable current source 12 based on the output signal of the comparator 11, and turns on the replica circuit 4 for matching the replica voltage with the second reference voltage VREF2.
  • a second digital signal D2 including resistance information is generated. More specifically, the control unit 13 generates an adjustment signal for adjusting the current of the variable current source 12 based on the signal output from the comparator 11. For example, if the replica voltage is lower than the second reference voltage VREF2, the control unit 13 generates an adjustment signal so as to reduce the current flowing through the variable current source 12.
  • the control circuit 6 is a control signal for controlling the gain of the output stage circuit 3 based on the first digital signal D1 output from the first ADC 2 and the second digital signal D2 including the on-resistance information of the replica circuit 4. To generate.
  • the on-resistance of the output stage circuit 3 can be controlled by this control signal.
  • the on-resistance of the output stage circuit 3 changes depending on the capacity information such as the input voltage, output voltage Vout, manufacturing process, and temperature of the output stage circuit 3, and when the on-resistance changes, the drain current and output voltage Vout are affected. ..
  • the replica circuit 4 having the same circuit configuration as the output stage circuit 3 is used, and the on-resistance information of the replica circuit 4 is detected by the second ADC 5 and supplied to the control circuit 6.
  • the control circuit 6 can control the on-resistance of the output stage circuit 3 in consideration of the capability information of the output stage circuit 3.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a second specific example of the digital control regulator 1b.
  • the output stage circuit 3 and the replica circuit 4 in the digital control regulator 1b of FIG. 5 have a resistance element. More specifically, it has a resistance element 4a and a switch 4b connected in series between the power supply voltage node and the output node.
  • the switch 4b is for switching whether or not to use the resistance element 4a.
  • a plurality of sets including a resistance element 3a and a switch 3b connected in series are connected in parallel. Any set of resistance elements 3a among a plurality of sets can be selected by the switch 3b.
  • the replica circuit 4 has the same resistance element 4a and switch 4b as in the output stage circuit 3.
  • the second ADC 5 has a comparator 11, a variable current source 12, and a control unit 13 as in FIG. 4.
  • the variable current source 12 is connected between the output node and the ground node of the replica circuit 4.
  • the control unit 13 operates in the same manner as the control unit 13 of FIG. That is, the control unit 13 adjusts the current flowing through the output node to the variable current source 12 based on the output signal of the comparator 11, and the replica circuit 4 for matching the replica voltage with the second reference voltage VREF2.
  • the second digital signal D2 including the on-resistance information of is generated.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a third specific example of the digital control regulator 1c.
  • the output stage circuit 3 and the replica circuit 4 in the digital control regulator 1c of FIG. 6 have a p-type MOS transistor.
  • the digital control regulator 1c in FIG. 6 has different conductive types of the transistors in the output stage circuit 3 and the replica circuit 4 as compared with the digital control regulator 1a in FIG. 4, and is controlled accordingly.
  • the logic of the control signal output from the circuit 6 is reversed, but the circuit operations of the digital control regulators 1a and 1c are common.
  • the digital control regulator 1c of FIG. 6 is provided with a variable resistor 12a instead of the variable current source 12.
  • the resistance value of the variable resistor 12a is adjusted by the adjustment signal from the control unit 13, whereby the replica voltage output from the replica circuit 4 is controlled.
  • the control unit 13 in the second ADC 5 supplies the second digital signal D2 including the on-resistance information of the replica circuit 4 to the control circuit 6.
  • the control circuit 6 can generate a control signal in consideration of the on-resistance information of the replica circuit 4.
  • variable current source 12 is provided in the second ADC 5 and the current flowing through the variable current source 12 is controlled by the control unit 13 so that the replica voltage becomes equal to the second reference voltage VREF2.
  • a constant current source that allows a constant current to flow is provided, and the number of connection stages of transistors and resistors in the output stage circuit 3 and replica circuit 4 is varied to provide information on the number of connection stages. It may be included in the second digital signal D2 as on-resistance information and supplied to the control circuit 6.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a fourth specific example of the digital control regulator 1d.
  • the output stage circuit 3 and the replica circuit 4 in the digital control regulator 1d of FIG. 7 each have a plurality of p-type MO transistors (hereinafter, simply referred to as transistors) whose number of connection stages can be changed. Each transistor is connected between the power supply voltage node and the output node. As the number of connection stages of the transistors in the output stage circuit 3 and the replica circuit 4 is increased, the on-resistance of the output stage circuit 3 and the replica circuit 4 becomes smaller.
  • the second ADC 5 has a comparator 11, a constant current source 12b, and a control unit 13.
  • the comparator 11 outputs a signal corresponding to the difference voltage between the replica voltage and the second reference voltage VREF2.
  • the constant current source 12b is connected between the output node and the ground node of the replica circuit 4, and causes a constant current to flow.
  • the control unit 13 adjusts the number of connection stages of the transistors in the replica circuit 4 based on the output signal of the comparator 11, and also provides on-resistance information of the replica circuit 4 for matching the replica voltage with the second reference voltage VREF2. Generates a second digital signal D2 that includes. More specifically, the control unit 13 generates an adjustment signal so that the replica voltage matches the second reference voltage VREF2. This adjustment signal is supplied to the replica circuit 4.
  • the replica circuit 4 adjusts the number of connection stages of the transistors in the replica circuit 4 based on the adjustment signal. Each transistor in the replica circuit 4 is always on, and the replica circuit 4 adjusts the number of connection stages of the transistors in the on state by the adjustment signal. For example, when the replica voltage is lower than the second reference voltage VREF2, the control unit 13 increases the number of connection stages of the transistors in the replica circuit 4. As a result, the on-resistance of the replica circuit 4 becomes smaller and the replica voltage becomes higher.
  • the on-resistance of the replica circuit 4 changes depending on the number of connection stages of the transistors in the replica circuit 4.
  • the control unit 13 supplies the second digital signal D2 including the on-resistance information of the replica circuit 4 to the control circuit 6.
  • the control circuit 6 generates a control signal based on the first digital signal D1 and the second digital signal D2, and controls the number of connection stages of the transistors in the output stage circuit 3.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a fifth specific example of the digital control regulator 1e.
  • the output stage circuit 3 and the replica circuit 4 in the digital control regulator 1e of FIG. 8 each have a plurality of n-type MOS transistors (hereinafter, simply referred to as transistors) whose number of connection stages can be changed. That is, in the digital control regulator 1e of FIGS. 7 and 8, the conductive types of the transistors in the output stage circuit 3 and the replica circuit 4 are different, and the logic of the control signal output by the control circuit 6 also changes accordingly. ..
  • transistors n-type MOS transistors
  • control unit 13 in the second ADC 5 supplies the second digital signal D2 including the on-resistance information of the replica circuit 4 to the control circuit 6.
  • the control circuit 6 controls the number of connection stages of the transistors in the output stage circuit 3 based on the first digital signal D1 and the second digital signal D2.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a sixth specific example of the digital control regulator 1f.
  • the digital control regulator 1f of FIG. 9 is provided with a plurality of resistance circuits in which the number of connection stages can be changed in the output stage circuit 3 and the replica circuit 4.
  • Each resistance circuit has resistance elements 3a and 4a and switches 3b and 4b connected in series between the power supply voltage node and the output node. By turning on the switches 3b and 4b, the resistance elements 3a and 4a connected to these switches 3b and 4b can be selected. By turning on or off the switches 3b and 4b for each resistance circuit, the number of resistance elements 3a and 4a connected in parallel between the power supply voltage node and the output node can be controlled.
  • the control unit 13 in the second ADC 5 supplies the second digital signal D2 including the on-resistance information of the replica circuit 4 to the control circuit 6.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a seventh specific example of the digital control regulator 1 g.
  • the digital control regulator 1g of FIG. 10 has a constant current source in the digital control regulator 1d of FIG. 7 replaced with a resistance element, and other than that, it has the same circuit configuration as the digital control regulator 1d of FIG.
  • the second ADC 5 transfers the on-resistance information of the replica circuit 4 to the second digital, as in the digital control regulators 1a, 1b, and 1c of FIGS. 4 to 6. It is included in the signal D2 and supplied to the control circuit 6.
  • the control circuit 6 generates a control signal for controlling the gain of the output stage circuit 3 based on the first digital signal D1 and the second digital signal D2. Thereby, the output voltage Vout can be controlled in consideration of the capacity information of the output stage circuit 3.
  • the replica circuit 4 and the second ADC 5 in the above-mentioned digital control regulators 1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, and 1g of FIGS. 1 and 4 to 10 have a capability correction for correcting the capability of the output stage circuit 3. It constitutes a circuit 8.
  • the output stage circuit 3, the first ADC 2, and the control circuit 6 constitute a digital LDO circuit.
  • the digital LDO circuit performs feedback control by the first ADC 2 and the control circuit 6 so that the output voltage Vout matches the first reference voltage VREF1.
  • the capacity correction circuit 8 generates the capacity information of the replica circuit 4.
  • the control circuit 6 may correct the capability of the output stage circuit 3 by generating a control signal in consideration of not only the first digital signal D1 but also the second digital signal D2 output from the second ADC 5. can.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an example of a processing procedure for performing digital LDO operation and capacity correction of the output stage circuit 3.
  • FIG. 11 shows a processing procedure performed by the digital control regulators 1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, and 1g according to any one of FIGS. 1, 4 to 10.
  • step S1 capacity correction is performed before starting the digital LDO operation (step S1).
  • step S2 it is determined whether or not the capacity correction is performed only when the digital LDO operation is activated (step S3). If it is determined that the capacity correction is performed only at the time of startup, the operation of the capacity correction circuit 8 having the replica circuit 4 and the second ADC 5 is stopped (step S4), and the digital LDO operation is started (step S5).
  • step S4 for example, the replica circuit 4 is disabled to prevent the replica voltage from being output from the replica circuit 4. Alternatively, the supply of the power supply voltage to the replica circuit 4 and the second ADC 5 may be cut off. As a result, the power consumption in the replica circuit 4 and the second ADC 5 can be suppressed.
  • step S6 it is determined whether or not to perform capacity correction intermittently.
  • step S6 it is determined whether or not to perform capacity correction intermittently.
  • step S6 it is determined whether or not the capacity correction is performed intermittently, the operation of the capacity correction circuit 8 is stopped (step S7), and the digital LDO operation is started (step S8).
  • step S9 it is determined whether or not the timing for intermittently performing capacity correction has been reached again (step S9), and when the timing for performing capacity correction comes, the capacity correction circuit 8 is operated (step S10), and the second ADC 5 to the second ADC 5 are performed. 2
  • the digital signal D2 is output (step S11).
  • step S11 the second digital signal D2 is updated every time the capability is corrected intermittently.
  • step S7 and subsequent steps are repeated. If NO is determined in step S6, the capacity correction is continuously performed during the digital LDO operation (steps S12 and S13).
  • FIG. 12 is a timing diagram in the case of YES in step S3 of FIG. 11, that is, the case where the ability correction is performed only at the time of activation.
  • the first enable signal EN1 of the capability correction circuit 8 having the replica circuit 4 and the second ADC5 and the second enable signal EN2 of the digital LDO circuit 7 having the first ADC2, the control unit 13 circuit, and the output stage circuit 3 are shown.
  • the signal waveforms of the second digital signal D2, the first reference voltage VREF1, the second reference voltage VREF2, and the output voltage Vout are shown.
  • the time t1 to t3 in FIG. 12 is before the start of the digital LDO operation, and the first enable signal EN1 input to the replica circuit 4 becomes high within the period from time t1 to t2.
  • the capacity correction circuit 8 having the replica circuit 4 and the second ADC 5 performs the capacity correction process.
  • the second reference voltage VREF2 is input to the second ADC 5 within the period from time t1 to t2.
  • the second ADC 5 outputs the second digital signal D2 including the on-resistance information of the replica circuit 4 at time t2.
  • the replica circuit 4 is disabled at time t2, and the second reference voltage VREF2 is not input to the second ADC 5, but the second ADC 5 holds the second digital signal D2 output at time t2.
  • the control circuit 6 After that, the first reference voltage VREF1 is input to the first ADC2 during the period after the time t3, and the digital LDO operation is performed. At this time, the control circuit 6 generates a control signal based on the first digital signal D1 and the second digital signal D2. This control signal is a signal in which the capability correction of the output stage circuit 3 is added to the digital LDO operation. As a result, the output stage circuit 3 outputs the output voltage Vout with the capacity corrected of the output stage circuit 3.
  • the timing at which the capacity correction circuit 8 having the replica circuit 4 and the second ADC 5 performs the capacity correction may not be before the digital LDO operation is performed, but may be a timing that coincides with the start of the digital LDO operation.
  • FIG. 13 is a timing diagram in which the capacity correction circuit 8 performs capacity correction in accordance with the start of the digital LDO operation.
  • the first enable signal EN1 of the replica circuit 4 becomes high, and the second reference voltage VREF2 is input to the second ADC5. Therefore, after the time t3, the output voltage Vout in which the digital LDO operation is performed is output. Further, at time t4, the second ADC 5 outputs a second digital signal D2 including the on-resistance information of the replica circuit 4.
  • the control signal including the capacity correction of the output stage circuit 3 is output from the control unit 13. Therefore, the output stage circuit 3 outputs the output voltage Vout after the capacity correction of the output stage circuit 3 is performed after the time t4.
  • the above-mentioned digital control regulators 1 to 1 g may intermittently perform capacity correction by the capacity correction circuit 8.
  • FIG. 14 is a timing diagram when capacity correction is performed intermittently.
  • the capacity correction circuit 8 corrects the capacity of the output stage circuit 3 during the period from time t1 to t2 before the digital LDO operation is started and the time t4 to t5 after the digital LDO operation is started. Although omitted in FIG. 14, the capability correction circuit 8 intermittently performs capability correction during the digital LDO operation period even after the time t5.
  • FIG. 14 shows an example in which the output stage circuit 3 switches the voltage level of the output voltage Vout at time t4, and the capacity correction circuit 8 performs capacity correction according to the timing at which the voltage level of the output voltage Vout is switched. This is because when the output voltage Vout of the output stage circuit 3 changes, the droop characteristics, ripple characteristics, and the like change.
  • the first enable signal EN1 of the replica circuit 4 becomes high and becomes the enable state within the period from the time t4 to t5.
  • the second reference voltage VREF2 is input to the second ADC 5 within the period from time t4 to t5.
  • the second ADC 5 outputs the second digital signal D2 including the capability information of the replica circuit 4 at time t5, and after the time t5, the output stage circuit 3 outputs the output voltage Vout including the capability correction of the output stage circuit 3. do.
  • capacity correction may be performed at regular time intervals, and as shown at time t4 in FIG. 14, after the digital LDO operation is started, the output voltage Vout of the output stage circuit 3
  • the capacity correction may be performed only when the voltage level changes.
  • the capacity is corrected when the voltage level of the output voltage Vout is switched, but as shown in the timing diagram of FIG. 15, the capacity is corrected prior to the timing of switching the voltage level of the output voltage Vout. You may.
  • the capacity is corrected within the period from time t1 to t2 before the digital LDO operation is disclosed, and the time t4 immediately before the time t5 when the voltage level of the output voltage Vout is switched after the digital LDO operation is started.
  • An example of performing capacity correction within the period of ⁇ t5 is shown.
  • the digital control regulators 1 to 1 g know the timing of switching the voltage level of the output voltage Vout, it is possible to perform the capacity correction within the period of time t4 to t5 immediately before switching the voltage level of the output voltage Vout. be.
  • the second digital signal D2 including the capability information of the replica circuit 4 can be output from the second ADC 5. Therefore, after the time t5 when the voltage level of the output voltage Vout is switched, the output voltage Vout corrected for the capacity of the output stage circuit 3 can be output. That is, when switching the voltage level of the output voltage Vout, the output voltage Vout with the capacity corrected can be output from the time of switching.
  • the above-mentioned digital control regulators 1 to 1 g may continuously perform capacity correction by the capacity correction circuit 8.
  • 16 and 17 are timing diagrams in the case of continuous capacity correction.
  • FIG. 16 shows a timing diagram when capacity correction is continuously performed before the digital LDO operation is started.
  • FIG. 17 shows an example in which the capacity correction is continuously performed according to the timing at which the digital LDO operation is started.
  • the first enable signal EN1 input to the replica circuit 4 becomes high and is in the enable state.
  • the first enable signal EN1 maintains a high level after time t1.
  • the second reference voltage VREF2 is continuously input to the second ADC5.
  • the second ADC 5 outputs a second digital signal D2 including the capability information of the replica circuit 4. Since the second ADC 5 continues to operate after the time t2, the second digital signal D2 is updated at any time according to the capability information of the replica circuit 4.
  • the second enable signal EN2 input to the output stage circuit 3 becomes high and becomes an enable state. Further, after the time t3, the first reference voltage VREF1 is continuously input to the first ADC2.
  • the control circuit 6 generates a control signal based on the first digital signal D1 output from the first ADC 2 and the second digital signal D2 output from the second ADC 5.
  • the output stage circuit 3 outputs the output voltage Vout to which the capacity correction of the output stage circuit 3 is added based on the control signal after the time t3.
  • the first enable signal EN1 input to the replica circuit 4 and the second enable signal EN2 input to the output stage circuit 3 are both high, and the replica circuit 4 and the output stage circuit 3 are set to high. It will continue to be enabled after time t2.
  • the first reference voltage VREF1 is input to the first ADC2
  • the second reference voltage VREF2 is input to the second ADC5.
  • the first reference voltage VREF1 and the second reference voltage VREF2 are continuously input to the first ADC2 and the second ADC5 after the time t2, respectively.
  • the second ADC 5 outputs the second digital signal D2 including the on-resistance information of the replica circuit 4 after the time t3.
  • the second digital signal D2 is continuously updated after the time t3 based on the latest on-resistance information of the replica circuit 4.
  • the output stage circuit 3 continuously outputs the output voltage Vout in consideration of the capacity correction of the output stage circuit 3 after the time t3.
  • the output voltage Vout output from the output stage circuit 3, the first reference voltage VREF1 input to the first ADC2, and the second reference voltage VREF2 input to the second ADC5 have related voltage levels, respectively. ..
  • FIG. 18 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of the digital control regulator 1h according to the present embodiment.
  • the digital control regulator 1h of FIG. 18 has a configuration in which the digital control regulator 1 of FIG. 1 is more embodied.
  • the same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the differences will be mainly described below.
  • the digital control regulator 1h of FIG. 18 includes a first reference voltage generation circuit 14 that generates a first reference voltage VREF1 and a second reference voltage generation circuit 15 that generates a second reference voltage VREF2.
  • a variable load circuit 16 is provided.
  • the first reference voltage generation circuit 14 has a first current source 17 and a first variable resistor 18 connected in series between a power supply voltage node and a ground node.
  • the second reference voltage generation circuit 15 has a second current source 19 and a second variable resistor 20 connected in series between the power supply voltage node and the ground node.
  • variable load circuit 16 is connected between the output node and the ground node of the replica circuit 4, and the resistance value is variably controlled by the adjustment signal from the second ADC 5.
  • a specific example of the variable load circuit 16 is the variable current source 12 and the variable resistor shown in FIGS. 4 to 6.
  • the control circuit 6 performs feedback control so that the output voltage Vout matches the first reference voltage VREF1.
  • FIG. 19 is a block diagram of a digital control regulator 1i according to a modified example.
  • FIG. 19 includes a resistance voltage divider circuit 21 and a voltage amplifier 22 in addition to the circuit configuration of FIG.
  • the resistance voltage dividing circuit 21 is connected between the output node and the ground node of the output stage circuit 3 and divides the output voltage Vout.
  • the voltage divided voltage divided by the resistance voltage dividing circuit 21 is input to the first ADC 2.
  • the resistance voltage divider circuit 21 generates a voltage divider voltage obtained by multiplying the output voltage Vout by 1 / A.
  • the first ADC 2 generates a first digital signal D1 corresponding to the difference voltage between the voltage dividing voltage and the first reference voltage VREF1.
  • the feedback control is performed so that the divided voltage becomes the same as the first reference voltage VREF1, the voltage level of the first reference voltage VREF1 can be lowered.
  • the replica circuit 4 outputs a replica voltage having a voltage level similar to that of the output stage circuit 3.
  • the second reference voltage VREF2 is set to the same voltage level as the first reference voltage VREF1. Therefore, the second reference voltage VREF2 is multiplied by A by the voltage amplifier 22 to be about the same as the voltage level of the replica voltage.
  • the replica circuit 4 having the same circuit configuration as the output stage circuit 3 is provided, and the second digital signal D2 including the capability information of the replica circuit 4 is supplied to the control circuit 6, so that the control circuit 6 is used.
  • the fluctuation of the ripple voltage and the fluctuation of the droop characteristic can be suppressed.
  • the present embodiment since the influence of the capacity variation of the output stage circuit 3 is reduced, it is not necessary to complicate the circuit configuration inside the digital control regulators 1 to 1i, and the stability can be improved. More specifically, the present embodiment does not require a multiple loop configuration for digital LDO operation, which facilitates control and improves stability.
  • a circuit having a low voltage and a small area can be configured, and integration is easy, so that the manufacturing cost can be reduced.
  • the present technology can have the following configurations.
  • a first AD converter that generates a first digital signal according to the difference voltage between the output voltage and the first reference voltage, and The output stage circuit that generates the output voltage and A replica circuit having the same circuit configuration as the output stage circuit and outputting a replica voltage related to the output voltage
  • a second AD converter that generates a second digital signal according to the difference voltage between the replica voltage and the second reference voltage
  • a digital control regulator comprising a control circuit for generating a control signal for controlling a gain of the output stage circuit based on the first digital signal and the second digital signal.
  • the digital control regulator according to (1), wherein the output stage circuit and the replica circuit are circuits having the same circuit configuration including resistance elements having the same resistance value.
  • the second digital signal includes capability information of the replica circuit.
  • the control circuit generates the control signal so that the output voltage is not affected by the capability information of the output stage circuit.
  • the capability information includes at least one information of an input voltage, an output voltage, a manufacturing process, and a temperature of the replica circuit or the output stage circuit.
  • the second digital signal includes on-resistance information of the replica circuit.
  • Control regulator. (9)
  • the replica circuit outputs the replica voltage before the output stage circuit and the control circuit start the feedback control of the output voltage, or in synchronization with the start timing of the feedback control.
  • the second AD converter generates the second digital signal before the output stage circuit and the control circuit start the feedback control of the output voltage, or in synchronization with the start timing of the feedback control.
  • the digital control regulator according to any one of 1) to (8).
  • the replica circuit outputs the replica voltage in synchronization with the timing at which the voltage level of the output voltage is switched while the output stage circuit and the control circuit are performing feedback control of the output voltage.
  • the second AD converter synchronizes with the timing at which the voltage level of the output voltage is switched while the output stage circuit and the control circuit are performing feedback control of the output voltage, and the second digital signal.
  • the digital control regulator according to (9).
  • (11) The replica circuit outputs the replica voltage a predetermined period before the timing of switching the voltage level of the output voltage while the output stage circuit and the control circuit are performing feedback control of the output voltage.
  • the second AD converter outputs the second digital signal at the timing when the voltage level of the output voltage is switched while the output stage circuit and the control circuit are performing feedback control of the output voltage.
  • the digital control regulator according to (9) or (10) to be generated.
  • the replica circuit intermittently outputs the replica voltage while the output stage circuit and the control circuit are performing feedback control of the output voltage.
  • the second AD converter intermittently generates the second digital signal while the output stage circuit and the control circuit are performing feedback control of the output voltage, (1) to (8).
  • the digital control regulator according to any one of the above.
  • the replica circuit continuously outputs the replica voltage while the output stage circuit and the control circuit are performing feedback control of the output voltage.
  • the second AD converter continuously generates the second digital signal while the output stage circuit and the control circuit are performing feedback control of the output voltage, (1) to (8).
  • the digital control regulator according to any one of the above.
  • the replica circuit outputs the replica voltage when the enable signal has a predetermined logic, and stops the output of the replica voltage when the enable signal has a logic other than the predetermined logic, (9) to The digital control regulator according to any one of (13).
  • the second AD converter is A comparator that outputs a signal corresponding to the difference voltage between the replica voltage and the second reference voltage, and A variable load circuit that controls the voltage level of the replica voltage by adjusting the current flowing through the output node of the replica circuit.
  • the digital control regulator according to any one of (1) to (15), comprising a control unit for generating the second digital signal including the second digital signal. (17) In the replica circuit, the number of connection stages of a transistor or a resistance element can be adjusted.
  • the second AD converter is A comparator that outputs a signal corresponding to the difference voltage between the replica voltage and the second reference voltage, and Based on the output signal of the comparator, the number of connection stages of the transistor or the resistance element in the replica circuit is adjusted, and the on-resistance information of the replica circuit for matching the replica voltage with the second reference voltage is included.
  • the digital control regulator according to any one of (1) to (15), comprising a control unit for generating the second digital signal. (18) In the output stage circuit, the number of connection stages of a transistor or a resistance element can be adjusted.
  • the control circuit Based on the second digital signal, the control circuit makes the number of connection stages of transistors or resistance elements in the output stage circuit the same as the number of connection stages of transistors or resistance elements in the replica circuit, (1) to The digital control regulator according to any one of (17).
  • the control circuit feedback controls so that the output voltage becomes equal to the first reference voltage.
  • the control circuit feedback-controls the output voltage so that the voltage divided by 1 / A (A is a real number larger than 1) times equal to the first reference voltage.
  • the second reference voltage is set to the same voltage level as the first reference voltage.
  • the digital control regulator according to any one of (1) to (18), wherein the second AD converter compares the replica voltage with a voltage obtained by multiplying the second reference voltage by A.

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Abstract

［課題］安定性を向上させることができ、リップル電圧やdroop特性のばらつきを低減でき、かつ低電圧で小型化が可能なデジタル制御レギュレータの提供。 ［解決手段］デジタル制御レギュレータは、出力電圧と第１基準電圧との差分電圧に応じた第１デジタル信号を生成する第１のＡＤ変換器と、出力電圧を生成する出力段回路と、出力段回路と同じ回路構成を有し、出力電圧に関連するレプリカ電圧を出力するレプリカ回路と、レプリカ電圧と第２基準電圧との差分電圧に応じた第２デジタル信号を生成する第２のＡＤ変換器と、第１デジタル信号及び第２デジタル信号に基づいて、出力段回路のゲインを制御する制御信号を生成する制御回路と、を備える。

Description

デジタル制御レギュレータ
　本開示は、デジタル制御レギュレータに関する。
　一般に、デジタルＬＤＯ（Low Drop Out）の出力段回路の能力が低すぎると、電流供給能力やdroop特性が悪化し、能力が高すぎるとリプル電圧の増加や安定性の悪化を招くことから、安定性の向上と過渡応答特性の向上及びリップル低減とはトレードオフの関係にあると言える。出力段回路の能力を一定に保つことができれば、この問題を解決することができる。
　出力段回路の能力のばらつきを抑制する種々の制御回路が従来から提案されている（特許文献１参照）。代表的な制御回路として、（１）能力補正機能を実装した多重ループ制御のデジタルＬＤＯと、（２）デジタル制御の能力補正回路と、（３）アナログ制御の能力補正回路とがある。
特表２０１６－５１９３５６号公報
　上述した（１）のデジタルＬＤＯは、出力が変化しないと能力補正ができないという問題と、多重ループ制御になることから、安定性確保が困難であるという問題がある。また、アナログ電圧で制御するループを実装した構成では、大面積が必要になり、電力増加も招いてしまう。
　上述した（２）のデジタル制御の能力補正回路は、入力電圧（あるいは入出力電位差）に応じた調整と、トランジスタのスキューを考慮に入れた調整と、温度に合わせた調整とが行えないため、補正精度が悪くなるおそれがある。
　上述した（３）のアナログ制御の能力補正回路は、面積と電力増加を招き、低電圧動作に不向きである。
　そこで、本開示では、安定性を向上させることができ、かつリップル電圧やdroop特性のばらつきを低減でき、かつ低電圧で小型化が可能なデジタル制御レギュレータを提供するものである。
　上記の課題を解決するために、本開示によれば、出力電圧と第１基準電圧との差分電圧に応じた第１デジタル信号を生成する第１のＡＤ変換器と、
　前記出力電圧を生成する出力段回路と、
　前記出力段回路と同じ回路構成を有し、前記出力電圧に関連するレプリカ電圧を出力するレプリカ回路と、
　前記レプリカ電圧と第２基準電圧との差分電圧に応じた第２デジタル信号を生成する第２のＡＤ変換器と、
　前記第１デジタル信号及び前記第２デジタル信号に基づいて、前記出力段回路のゲインを制御する制御信号を生成する制御回路と、を備える、デジタル制御レギュレータが提供される。
　前記出力段回路及び前記レプリカ回路は、同一導電型かつ同一サイズのトランジスタを含む同一回路構成の回路であってもよい。
　前記出力段回路及び前記レプリカ回路は、同一抵抗値の抵抗素子を含む同一回路構成の回路であってもよい。
　前記第２デジタル信号は、前記レプリカ回路の能力情報を含んでもよい。
　前記制御回路は、前記出力電圧が前記出力段回路の能力情報による変動を受けないように、前記制御信号を生成してもよい。
　前記能力情報は、前記レプリカ回路又は前記出力段回路の入力電圧、出力電圧、製造プロセス、及び温度の少なくとも一つの情報を含んでもよい。
　前記第２デジタル信号は、前記レプリカ回路のオン抵抗情報を含んでもよい。
　前記制御回路は、前記第２デジタル信号に基づいて、前記出力段回路のオン抵抗が前記レプリカ回路のオン抵抗に一致するように前記制御信号を生成してもよい。
　前記レプリカ回路は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を開始する前、又は前記帰還制御の開始タイミングに同期させて前記レプリカ電圧を出力し、
　前記第２のＡＤ変換器は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を開始する前、又は前記帰還制御の開始タイミングに同期させて前記第２デジタル信号を生成してもよい。
　前記レプリカ回路は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に前記出力電圧の電圧レベルを切り替えたタイミングに同期させて前記レプリカ電圧を出力し、
　前記第２のＡＤ変換器は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に前記出力電圧の電圧レベルを切り替えたタイミングに同期させて前記第２デジタル信号を生成してもよい。
　前記レプリカ回路は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に前記出力電圧の電圧レベルを切り替えるタイミングより所定期間前に前記レプリカ電圧を出力し、
　前記第２のＡＤ変換器は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に前記出力電圧の電圧レベルを切り替えたタイミングに合わせて前記第２デジタル信号を生成してもよい。
　前記レプリカ回路は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に間欠的に前記レプリカ電圧を出力し、
　前記第２のＡＤ変換器は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に間欠的に前記第２デジタル信号を生成してもよい。
　前記レプリカ回路は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に継続して前記レプリカ電圧を出力し、
　前記第２のＡＤ変換器は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に継続して前記第２デジタル信号を生成してもよい。
　前記レプリカ回路は、イネーブル信号が所定の論理のときに前記レプリカ電圧を出力し、前記イネーブル信号が前記所定の論理以外の論理のときには前記レプリカ電圧の出力を停止してもよい。
　前記イネーブル信号が前記所定の論理になるタイミングに合わせて、前記第２基準電圧が前記第２のＡＤ変換器に入力されてもよい。
　前記第２のＡＤ変換器は、
　前記レプリカ電圧と前記第２基準電圧との差分電圧に応じた信号を出力する比較器と、
　前記レプリカ回路の出力ノードに流れる電流を調整することにより、前記レプリカ電圧の電圧レベルを制御する可変負荷回路と、
　前記比較器の出力信号に基づいて、前記出力ノードを通って前記可変負荷回路に流れる電流を調整するとともに、前記レプリカ電圧を前記第２基準電圧に一致させるための前記レプリカ回路のオン抵抗情報を含む前記第２デジタル信号を生成する制御部と、を有してもよい。
　前記レプリカ回路は、トランジスタ又は抵抗素子の接続段数を調整可能であり、
　前記第２のＡＤ変換器は、
　前記レプリカ電圧と前記第２基準電圧との差分電圧に応じた信号を出力する比較器と、
　前記比較器の出力信号に基づいて、前記レプリカ回路内のトランジスタ又は抵抗素子の接続段数を調整するとともに、前記レプリカ電圧を前記第２基準電圧に一致させるための前記レプリカ回路のオン抵抗情報を含む前記第２デジタル信号を生成する制御部と、を有してもよい。
　前記出力段回路は、トランジスタ又は抵抗素子の接続段数を調整可能であり、
　前記制御回路は、前記第２デジタル信号に基づいて、前記出力段回路内のトランジスタ又は抵抗素子の接続段数を、前記レプリカ回路内のトランジスタ又は抵抗素子の接続段数と同一にしてもよい。
　前記制御回路は、前記出力電圧が前記第１基準電圧と等しくなるように帰還制御し、
　前記第１基準電圧と前記第２基準電圧とは、同一の電圧レベルであってもよい。
　前記制御回路は、前記出力電圧を１／Ａ（Ａは１より大きい実数）倍に分圧した電圧が前記第１基準電圧と等しくなるように帰還制御し、
　前記第２基準電圧は、前記第１基準電圧と同一の電圧レベルに設定され、
　前記第２のＡＤ変換器は、前記レプリカ電圧と前記第２基準電圧をＡ倍した電圧とを比較してもよい。
一実施形態によるデジタル制御レギュレータのブロック図。 出力段回路内の回路構成の一例を示すブロック図。 出力段回路内のトランジスタの特性を示す図。 負荷電流の変動による出力電圧の変動量を示す図。 デジタル制御レギュレータの第１具体例を示すブロック図。 デジタル制御レギュレータの第２具体例を示すブロック図。 デジタル制御レギュレータの第３具体例を示すブロック図。 デジタル制御レギュレータの第４具体例を示すブロック図。 デジタル制御レギュレータの第５具体例を示すブロック図。 デジタル制御レギュレータの第６具体例を示すブロック図。 デジタル制御レギュレータの第７具体例を示すブロック図。 デジタルＬＤＯ動作と出力段回路の能力補正を行う処理手順の一例を示すフローチャート。 起動時のみ能力補正を行う場合のタイミング図。 デジタルＬＤＯ動作の開始に合わせて、能力補正回路が能力補正を行うタイミング図。 間欠的に能力補正を行う場合のタイミング図。 出力電圧の電圧レベルを切り替える前に能力補正を行うタイミング図。 デジタルＬＤＯ動作を開始する前から、継続的に能力補正を行う場合のタイミング図。 デジタルＬＤＯ動作を開始するタイミングに合わせて、継続的に能力補正を行う例を示す図。 本実施形態によるデジタル制御レギュレータの概略構成の一例を示すブロック図。 一変形例によるデジタル制御レギュレータのブロック図。
　以下、図面を参照して、デジタル制御レギュレータの実施形態について説明する。以下では、デジタル制御レギュレータの主要な構成部分を中心に説明するが、デジタル制御レギュレータには、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。
　図１は一実施形態によるデジタル制御レギュレータ１のブロック図である。図１のデジタル制御レギュレータ１は、デジタル制御ＬＤＯとも呼ばれるものである。図１のデジタル制御レギュレータ１は、第１のＡＤ変換器（以下、ＡＤＣ１又は第１ＡＤＣ）２と、出力段回路３と、レプリカ回路４と、第２のＡＤ変換器（以下、ＡＤＣ２又は第２ＡＤＣ）５と、制御回路（ＣＴＲＬ）６とを備えている。
　第１ＡＤＣ２は、出力電圧Ｖoutと第１基準電圧ＶＲＥＦ１との差分電圧に応じた第１デジタル信号Ｄ１を生成する。第１デジタル信号Ｄ１は、制御回路６に入力される。第１ＡＤＣ２は、第１基準電圧ＶＲＥＦ１と出力電圧Ｖoutが入力されたときにＡＤ変換動作を行う。
　出力段回路３は、出力電圧Ｖoutを生成する。出力段回路３の出力ノードと接地ノードの間には、抵抗素子Ｒ１とキャパシタＣ１が並列接続されている。出力段回路３は、制御回路６により制御される。出力段回路３、第１ＡＤＣ２、及び制御回路６は、はデジタルＬＤＯ回路７を構成している。デジタルＬＤＯ回路７は、出力電圧Ｖoutが第１基準電圧ＶＲＥＦ１に一致するように帰還制御する。
　レプリカ回路４は、出力段回路３と同じ回路構成を有し、出力電圧Ｖoutに関連するレプリカ電圧を出力する。レプリカ電圧は、負荷変動がない状態では出力電圧Ｖoutと同じ電圧レベルである。レプリカ回路４と第２ＡＤＣ５は、出力段回路３の能力を補正する能力補正回路８を構成している。
　レプリカ回路４は、第１イネーブル信号ＥＮ１が所定の論理のときにイネーブル状態となって、レプリカ電圧を出力するようにしてもよい。この場合、レプリカ回路４は、第１イネーブル信号ＥＮ１が所定の論理以外のときにはレプリカ電圧の出力を停止するため、レプリカ回路４の消費電力を削減できる。
　第２ＡＤＣ５は、レプリカ電圧と第２基準電圧ＶＲＥＦ２との差分電圧に応じた第２デジタル信号Ｄ２を生成する。第２デジタル信号Ｄ２は、レプリカ回路４の能力情報を含んでいる。レプリカ回路４の能力情報は、例えば、レプリカ回路４の入力電圧、出力電圧Ｖout、製造プロセス、及び温度の少なくとも一つの情報を含んでいる。レプリカ回路４の能力情報は、出力段回路３の能力情報と実質的に同一である。また、第２デジタル信号Ｄ２は、レプリカ回路４のオン抵抗情報を含んでいる。第２ＡＤＣ５は、レプリカ電圧と第２基準電圧ＶＲＥＦ２が入力されたときにＡＤ変換動作を行う。第２ＡＤＣ５は、第１イネーブル信号ＥＮ１が所定の論理のときにイネーブル状態となって、第２デジタル信号Ｄ２を生成する。第２基準電圧ＶＦＥＦ２は、第１イネーブル信号ＥＮ１が所定の論理になるタイミングに合わせて、第２ＡＤＣ５に入力される。第２基準電圧ＶＲＥＦ２を第２ＡＤＣ５に入力する期間を制限し、かつ第１イネーブル信号ＥＮ１が所定の論理のときのみ第２ＡＤＣ５でＡ／Ｄ変換動作を行うことで、消費電力を削減できる。
　制御回路６は、第１デジタル信号Ｄ１と第２デジタル信号Ｄ２に基づいて、出力段回路３のゲインを制御する制御信号を生成する。制御回路６は、出力電圧Ｖoutが出力段回路３の能力情報による変動を受けないように、制御信号を生成する。例えば、制御回路６は、第２デジタル信号Ｄ２に基づいて、出力段回路３のオン抵抗がレプリカ回路４のオン抵抗に一致するように制御信号を生成する。
　出力電圧Ｖoutは、第１ＡＤＣ２に帰還されて、第１基準電圧ＶＲＥＦ１との差分電圧に応じた第１デジタル信号Ｄ１が生成される。制御回路６は第１デジタル信号Ｄ１と第２ＡＤＣ５からの第２デジタル信号Ｄ２とに基づいて、出力段回路３のゲインを制御するための制御信号を生成する。この帰還ループは二重ループの構造にはなっていないため、安定性の設計が容易に行える。
　出力段回路３は、制御回路６から出力された制御信号により、オン抵抗を調整可能であり、オン抵抗を調整することで、出力電圧Ｖoutを制御できる。出力段回路３におけるオン抵抗を調整するための具体的な回路構成は任意である。出力段回路３は、第２イネーブル信号ＥＮ２が所定の論理のときに出力電圧Ｖoutを出力するようにしてもよい。また、第１ＡＤＣ２と制御回路６にも第２イネーブル信号ＥＮ２を入力してもよい。この場合、第２イネーブル信号ＥＮ２が所定の論理以外のときは、第１ＡＤＣ２、制御回路６及び出力段回路３を有するデジタルＬＤＯ回路７の全体の動作を停止させることができ、消費電力を削減できる。
　出力段回路３とレプリカ回路４は、例えば、同一導電型かつ同一サイズのトランジスタを含む同一回路構成の回路である。あるいは、出力段回路３とレプリカ回路４は、同一抵抗値の抵抗素子を含む同一回路構成の回路であってもよい。
　後述するように、レプリカ回路４は、出力段回路３及び制御回路６が出力電圧Ｖoutの帰還制御を開始する前、又は帰還制御の開始タイミングに同期させてレプリカ電圧を出力してもよい。この場合、第２ＡＤＣ５は、出力段回路３及び制御回路６が出力電圧Ｖoutの帰還制御を開始する前、又は帰還制御の開始タイミングに同期させて第２デジタル信号Ｄ２を生成する。このように、デジタルＬＤＯ動作を開始する前に出力段回路３の能力補正を行うことで、出力段回路３の能力のばらつきに依存せずにデジタルＬＤＯ動作を行うことができる。
　あるいは、レプリカ回路４は、出力段回路３及び制御回路６が出力電圧Ｖoutの帰還制御を行っている最中に出力電圧Ｖoutの電圧レベルを切り替えたタイミングに同期させてレプリカ電圧を出力してもよい。この場合、第２ＡＤＣ５は、出力段回路３及び制御回路６が出力電圧Ｖoutの帰還制御を行っている最中に出力電圧Ｖoutの電圧レベルを切り替えたタイミングに同期させて第２デジタル信号Ｄ２を生成する。出力電圧Ｖoutの電圧レベルが変化すると、後述するように出力電圧Ｖoutのdroop特性やリップル特性が変動するため、出力電圧Ｖoutの電圧レベルが変化したタイミングに合わせて出力段回路３の能力補正を再度行うことで、droop特性やリップル特性等を向上できる。
　あるいは、レプリカ回路４は、出力段回路３及び制御回路６が出力電圧Ｖoutの帰還制御を行っている最中に出力電圧Ｖoutの電圧レベルを切り替えるタイミングより所定期間前にレプリカ電圧を出力してもよい。この場合、第２ＡＤＣ５は、出力段回路３及び制御回路６が出力電圧Ｖoutの帰還制御を行っている最中に出力電圧Ｖoutの電圧レベルを切り替えたタイミングに合わせて第２デジタル信号Ｄ２を生成する。出力電圧Ｖoutが切り替わったタイミングで、出力段回路３の能力補正ができるようにするには、出力電圧Ｖoutが切り替わるタイミングより前に、第２ＡＤＣ５から、レプリカ回路４の能力情報を含む第２デジタル信号Ｄ２を出力する必要がある。これにより、出力電圧Ｖoutが切り替わったタイミングから出力段回路３の能力補正を行うことができる。
　あるいは、レプリカ回路４は、出力段回路３及び制御回路６が出力電圧Ｖoutの帰還制御を行っている最中に間欠的にレプリカ電圧を出力してもよい。この場合、第２ＡＤＣ５は、出力段回路３及び制御回路６が出力電圧Ｖoutの帰還制御を行っている最中に間欠的に第２デジタル信号Ｄ２を生成する。デジタルＬＤＯ動作を行っている最中に間欠的に出力段回路３の能力補正を行うことで、出力段回路３の入力電圧、出力電圧Ｖout、温度等が変動した場合でも、その変動の影響を受けずに出力電圧Ｖoutを生成できる。
　あるいは、レプリカ回路４は、出力段回路３及び制御回路６が出力電圧Ｖoutの帰還制御を行っている最中に継続してレプリカ電圧を出力してもよい。この場合、第２ＡＤＣ５は、出力段回路３及び制御回路６が出力電圧Ｖoutの帰還制御を行っている最中に継続して第２デジタル信号Ｄ２を生成する。デジタルＬＤＯ動作を行っている最中に継続して出力段回路３の能力補正を行うことで、出力段回路３の入力電圧、出力電圧Ｖout、温度等の変動に即応して、出力電圧Ｖoutを補正できる。
　レプリカ回路４は、第１イネーブル信号ＥＮ１が所定の論理のときにレプリカ電圧を出力し、第１イネーブル信号ＥＮ１が所定の論理以外の論理のときにはレプリカ電圧の出力を停止してもよい。このように、レプリカ回路４を必要なときのみ動作させることで、レプリカ回路４での消費電力を削減できる。
　また、第２ＡＤＣ５は、第１イネーブル信号ＥＮ１が所定の論理のときのみＡ／Ｄ変換動作を行う。また、第２ＡＤＣ５には、第１イネーブル信号ＥＮ１が所定の論理になるタイミングに合わせて、第２基準電圧ＶＲＥＦ２が入力される。これにより、第２ＡＤＣ５での消費電力も削減できる。
　図２は出力段回路３内の回路構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、出力段回路３内には例えばｐ型ＭＯＳトランジスタ（以下、単にトランジスタと呼ぶ）が設けられている。制御回路６は、出力段回路３内のトランジスタをオンさせる個数を制御するための制御信号を出力する。制御信号により、オンするトランジスタ数が変化し、出力段回路３のオン抵抗が変化する。
　図３Ａは出力段回路３内のトランジスタの特性を示す図である。図３Ａの横軸は出力電圧Ｖout、縦軸は出力段回路３内のトランジスタのドレイン電流である。図３Ａの曲線Ｗ１～Ｗ３は、出力段回路３内のトランジスタのゲート－ソース間電圧Ｖgsを３通りに変化させた場合（電源電圧が異なる場合）の出力電圧Ｖoutとドレイン電流との対応関係を示している。曲線Ｗ１はＶgs＝０．６Ｖ、曲線Ｗ２はＶgs＝０．６５Ｖ、曲線Ｗ３はＶgs＝０．７Ｖの場合の特性曲線を表している。図示のように、ゲート－ソース間電圧が大きくなるほど、ドレイン電流が多くなり、トランジスタの能力が高くなる。
　図３Ａには、電流値がそれぞれ相違する３つのドレイン電流直線Ｗ４～Ｗ６が図示されている。ドレイン電流の大きさの順序は、Ｗ４＜Ｗ５＜Ｗ６である。
　図３Ｂは負荷電流の変動による出力電圧Ｖoutの変動量を示す図である。図３Ｂの曲線Ｗ７～Ｗ９はそれぞれ、図３Ａの直線Ｗ４～Ｗ６に対応している。図３Ｂに示すように、負荷電流が変動すると、出力電圧Ｖoutが変化するが、Ｖgsが大きいほど、負荷電流の変動による出力電圧Ｖoutの変動量は小さくなる。図３Ｂのように、負荷電流が急増したときに出力電圧Ｖoutが一時的に低下する度合いはdroop特性と呼ばれており、Ｖgsが小さいほど出力電圧Ｖoutの低下量がより大きくなり、droop特性は悪くなる。
　図３Ａ及び図３Ｂからわかるように、出力段回路３内のトランジスタ能力が高いほどdroop特性は向上するが、回路動作が不安定となり、リップル電圧が大きくなり、ノイズ特性が低下するおそれがある。
　図１に示すデジタル制御レギュレータ１では、出力段回路３と同じ回路構成のレプリカ回路４を設けて、レプリカ回路４から出力されるレプリカ電圧と第２基準電圧ＶＲＥＦ２との差分電圧に応じた第２デジタル信号Ｄ２を第２ＡＤＣ５で生成する。この第２デジタル信号Ｄ２は、レプリカ回路４の能力情報を含む信号である。制御回路６は、出力電圧Ｖoutと第１基準電圧ＶＲＥＦ１の差分電圧に応じた第１デジタル信号Ｄ１と、第２デジタル信号Ｄ２とに基づいて、出力段回路３のゲインを制御する。これにより、制御回路６は、出力段回路３の入力電圧、出力電圧Ｖout、製造プロセス、温度等の能力情報を考慮に入れて、出力段回路３のゲインを制御することができ、本来はトレードオフの関係にある安定性と、過渡応答性及びリップル特性とをともに改善することができる。
　上述したように、図１の出力段回路３とレプリカ回路４は同一の回路構成を備えているが、出力段回路３とレプリカ回路４の具体的な回路構成には種々の変形例が考えられる。
　図４はデジタル制御レギュレータ１ａの第１具体例を示すブロック図である。図４のデジタル制御レギュレータ１ａ内の出力段回路３とレプリカ回路４は、ｎ型ＭＯＳトランジスタ（以下、トランジスタと呼ぶ）を有する。出力段回路３は、例えば、電源電圧ノードと出力ノードとの間に並列接続された複数のトランジスタを有する。なお、出力段回路３内に一つのトランジスタだけが存在してもよいが、以下では、複数のトランジスタが並列接続されている例を説明する。出力段回路３内の複数のトランジスタのゲートには、制御回路６から制御信号が供給される。この制御信号により、出力段回路３のオン抵抗が制御される。
　レプリカ回路４は、出力段回路３内の並列接続されるトランジスタと同一のトランジスタを１つだけ有する。
　レプリカ回路４は、第１イネーブル信号ＥＮ１が所定の論理のときだけ、レプリカ電圧を出力する。同様に、出力段回路３は、第２イネーブル信号ＥＮ２が所定の論理のときだけ、出力電圧Ｖoutを出力する。第１イネーブル信号ＥＮ１と第２イネーブル信号ＥＮ２は必ずしも必須ではないが、第１イネーブル信号ＥＮ１と第２イネーブル信号ＥＮ２を設けることで、レプリカ回路４と第２ＡＤＣ５を有する能力補正回路８と、第１ＡＤＣ２、制御回路６及び出力段回路３を有するデジタルＬＤＯ回路７の消費電力を削減できる。
　第２ＡＤＣ５は、比較器１１と、可変電流源１２と、制御部１３とを有する。比較器１１は、レプリカ電圧と第２基準電圧ＶＲＥＦ２との差分電圧に応じた信号を出力する。可変電流源１２は、レプリカ回路４の出力ノードに流れる電流を調整することにより、レプリカ電圧の電圧レベルを制御する。可変電流源１２は、レプリカ回路４内の出力ノードと接地ノードの間に接続されている。より具体的には、可変電流源１２は、レプリカ回路４内のトランジスタのソースと接地ノードの間に接続されている。
　制御部１３は、比較器１１の出力信号に基づいて、出力ノードを通って可変電流源１２に流れる電流を調整するとともに、レプリカ電圧を第２基準電圧ＶＲＥＦ２に一致させるためのレプリカ回路４のオン抵抗情報を含む第２デジタル信号Ｄ２を生成する。より具体的には、制御部１３は、比較器１１から出力された信号に基づいて、可変電流源１２の電流を調整するための調整信号を生成する。例えば、制御部１３は、レプリカ電圧が第２基準電圧ＶＲＥＦ２よりも低ければ、可変電流源１２を流れる電流を減らすように調整信号を生成する。
　制御回路６は、第１ＡＤＣ２から出力された第１デジタル信号Ｄ１と、レプリカ回路４のオン抵抗情報を含む第２デジタル信号Ｄ２とに基づいて、出力段回路３のゲインを制御するための制御信号を生成する。この制御信号により、出力段回路３のオン抵抗を制御することができる。出力段回路３の入力電圧、出力電圧Ｖout、製造プロセス、及び温度等の能力情報により、出力段回路３のオン抵抗は変化し、オン抵抗が変化すると、ドレイン電流や出力電圧Ｖoutに影響が及ぶ。そこで、本実施形態では、出力段回路３と同じ回路構成のレプリカ回路４を用いて、第２ＡＤＣ５にてレプリカ回路４のオン抵抗情報を検出して、制御回路６に供給する。これにより、制御回路６は、結果的に出力段回路３の能力情報を考慮に入れて、出力段回路３のオン抵抗を制御できる。
　図５はデジタル制御レギュレータ１ｂの第２具体例を示すブロック図である。図５のデジタル制御レギュレータ１ｂ内の出力段回路３とレプリカ回路４は、抵抗素子を有する。より具体的には、電源電圧ノードと出力ノードとの間に直列接続された抵抗素子４ａとスイッチ４ｂとを有する。スイッチ４ｂは、抵抗素子４ａを使用するか否かを切り替えるためのものである。出力段回路３には、直列接続された抵抗素子３ａとスイッチ３ｂを一組とする複数組が並列接続されている。複数組のうち任意の組の抵抗素子３ａをスイッチ３ｂにて選択することができる。レプリカ回路４は、出力段回路３内と同一の抵抗素子４ａとスイッチ４ｂを有する。
　第２ＡＤＣ５は、図４と同様に、比較器１１と、可変電流源１２と、制御部１３とを有する。可変電流源１２は、レプリカ回路４の出力ノードと接地ノードの間に接続されている。制御部１３は、図４の制御部１３と同様の動作を行う。すなわち、制御部１３は、比較器１１の出力信号に基づいて、出力ノードを通って可変電流源１２に流れる電流を調整するとともに、レプリカ電圧を第２基準電圧ＶＲＥＦ２に一致させるためのレプリカ回路４のオン抵抗情報を含む第２デジタル信号Ｄ２を生成する。
　図６はデジタル制御レギュレータ１ｃの第３具体例を示すブロック図である。図６のデジタル制御レギュレータ１ｃ内の出力段回路３とレプリカ回路４は、ｐ型ＭＯＳトランジスタを有する。このように、図６のデジタル制御レギュレータ１ｃは、図４のデジタル制御レギュレータ１ａと比べて、出力段回路３とレプリカ回路４内のトランジスタの導電型を変えたものであり、これに伴って制御回路６から出力される制御信号の論理は逆になるが、デジタル制御レギュレータ１ａ、１ｃの回路動作は共通する。また、図６のデジタル制御レギュレータ１ｃは、可変電流源１２の代わりに、可変抵抗１２ａを備えている。制御部１３からの調整信号により、可変抵抗１２ａの抵抗値が調整され、これにより、レプリカ回路４から出力されるレプリカ電圧が制御される。
　図４～図６のデジタル制御レギュレータ１ａ、１ｂ、１ｃのいずれにおいても、第２ＡＤＣ５内の制御部１３は、レプリカ回路４のオン抵抗情報を含む第２デジタル信号Ｄ２を制御回路６に供給する。これにより、制御回路６は、レプリカ回路４のオン抵抗情報を考慮に入れて、制御信号を生成することができる。
　図４～図６では、第２ＡＤＣ５内に可変電流源１２を設けて、レプリカ電圧が第２基準電圧ＶＲＥＦ２に等しくなるように、可変電流源１２を流れる電流を制御部１３にて制御する例を示したが、可変電流源１２の代わりに、一定電流を流す定電流源を設けるとともに、出力段回路３とレプリカ回路４内のトランジスタや抵抗の接続段数を可変させて、その接続段数の情報をオン抵抗情報として第２デジタル信号Ｄ２に含めて制御回路６に供給してもよい。
　図７はデジタル制御レギュレータ１ｄの第４具体例を示すブロック図である。図７のデジタル制御レギュレータ１ｄ内の出力段回路３とレプリカ回路４はそれぞれ、接続段数を変更可能な複数のｐ型ＭＯトランジスタ（以下、単にトランジスタと呼ぶ）を有する。各トランジスタは、電源電圧ノードと出力ノードとの間に接続されている。出力段回路３とレプリカ回路４内のトランジスタの接続段数を増やすほど、出力段回路３とレプリカ回路４のオン抵抗は小さくなる。
　第２ＡＤＣ５は、比較器１１と、定電流源１２ｂと、制御部１３とを有する。比較器１１は、レプリカ電圧と第２基準電圧ＶＲＥＦ２との差分電圧に応じた信号を出力する。定電流源１２ｂは、レプリカ回路４の出力ノードと接地ノードとの間に接続されており、定電流を流す。制御部１３は、比較器１１の出力信号に基づいて、レプリカ回路４内のトランジスタの接続段数を調整するとともに、レプリカ電圧を第２基準電圧ＶＲＥＦ２に一致させるためのレプリカ回路４のオン抵抗情報を含む第２デジタル信号Ｄ２を生成する。より具体的には、制御部１３は、レプリカ電圧が第２基準電圧ＶＲＥＦ２に一致するように調整信号を生成する。この調整信号は、レプリカ回路４に供給される。レプリカ回路４は、調整信号に基づいて、レプリカ回路４内のトランジスタの接続段数を調整する。レプリカ回路４内の各トランジスタは常にオンしており、レプリカ回路４は、オン状態のトランジスタの接続段数を調整信号により調整する。例えば、レプリカ電圧が第２基準電圧ＶＲＥＦ２よりも低い場合には、制御部１３はレプリカ回路４内のトランジスタの接続段数を増やす。これにより、レプリカ回路４のオン抵抗がより小さくなり、レプリカ電圧は高くなる。
　レプリカ回路４内のトランジスタの接続段数によって、レプリカ回路４のオン抵抗が変化する。制御部１３は、レプリカ回路４のオン抵抗情報を含む第２デジタル信号Ｄ２を制御回路６に供給する。制御回路６は、第１デジタル信号Ｄ１と第２デジタル信号Ｄ２に基づいて、制御信号を生成するとともに、出力段回路３内のトランジスタの接続段数を制御する。
　図８はデジタル制御レギュレータ１ｅの第５具体例を示すブロック図である。図８のデジタル制御レギュレータ１ｅ内の出力段回路３とレプリカ回路４はそれぞれ、接続段数を変更可能な複数のｎ型ＭＯＳトランジスタ（以下、単にトランジスタと呼ぶ）を有する。すなわち、図７と図８のデジタル制御レギュレータ１ｅは、出力段回路３とレプリカ回路４内のトランジスタの導電型が異なっており、これに伴って、制御回路６が出力する制御信号の論理も変わる。
　図８のデジタル制御レギュレータ１ｅにおいても、第２ＡＤＣ５内の制御部１３は、レプリカ回路４のオン抵抗情報を含む第２デジタル信号Ｄ２を制御回路６に供給する。制御回路６は、第１デジタル信号Ｄ１と第２デジタル信号Ｄ２に基づいて、出力段回路３内のトランジスタの接続段数を制御する。
　図９はデジタル制御レギュレータ１ｆの第６具体例を示すブロック図である。図９のデジタル制御レギュレータ１ｆは、出力段回路３とレプリカ回路４内に、接続段数を変更可能な複数の抵抗回路を設けている。各抵抗回路は、電源電圧ノードと出力ノードとの間に直列接続された抵抗素子３ａ、４ａとスイッチ３ｂ、４ｂとを有する。スイッチ３ｂ、４ｂをオンすることで、これらスイッチ３ｂ、４ｂに接続された抵抗素子３ａ、４ａを選択することができる。抵抗回路ごとにスイッチ３ｂ、４ｂをオン又はオフすることで、電源電圧ノードと出力ノードの間に並列接続される抵抗素子３ａ、４ａの数を制御することができる。レプリカ回路４内の並列接続される抵抗素子の数を増やすほど、レプリカ回路４のオン抵抗を小さくすることができる。図９のデジタル制御レギュレータ１ｆにおいても、第２ＡＤＣ５内の制御部１３は、レプリカ回路４のオン抵抗情報を含む第２デジタル信号Ｄ２を制御回路６に供給する。
　図１０はデジタル制御レギュレータ１ｇの第７具体例を示すブロック図である。図１０のデジタル制御レギュレータ１ｇは、図７のデジタル制御レギュレータ１ｄ内の定電流源を抵抗素子に置換したものであり、それ以外は図７のデジタル制御レギュレータ１ｄの回路構成と共通する。
　図７～図１０のデジタル制御レギュレータ１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇでは、図４～図６のデジタル制御レギュレータ１ａ、１ｂ、１ｃと同様に、第２ＡＤＣ５がレプリカ回路４のオン抵抗情報を第２デジタル信号Ｄ２に含めて制御回路６に供給する。制御回路６は、第１デジタル信号Ｄ１と第２デジタル信号Ｄ２に基づいて出力段回路３のゲインを制御するための制御信号を生成する。これにより、出力段回路３の能力情報を考慮に入れて、出力電圧Ｖoutを制御することができる。
　上述した図１、図４～図１０のデジタル制御レギュレータ１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ内のレプリカ回路４と第２ＡＤＣ５は、出力段回路３の能力を補正する能力補正回路８を構成している。一方、出力段回路３、第１ＡＤＣ２、及び制御回路６は、デジタルＬＤＯ回路を構成している。デジタルＬＤＯ回路は、出力電圧Ｖoutが第１基準電圧ＶＲＥＦ１に一致するように、第１ＡＤＣ２と制御回路６にて帰還制御を行う。能力補正回路８は、レプリカ回路４の能力情報を生成する。制御回路６は、第１デジタル信号Ｄ１だけでなく、第２ＡＤＣ５から出力された第２デジタル信号Ｄ２を考慮に入れて、制御信号を生成することで、出力段回路３の能力を補正することができる。
　能力補正回路８が能力補正を行うタイミングとして、複数通りが考えられる。図１１はデジタルＬＤＯ動作と出力段回路３の能力補正を行う処理手順の一例を示すフローチャートである。図１１は、図１、図４～図１０のいずれかのデジタル制御レギュレータ１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇが行う処理手順を示している。
　まず、デジタルＬＤＯ動作を開始する前に、能力補正を行う（ステップＳ１）。能力補正が終了すると（ステップＳ２）、デジタルＬＤＯ動作の起動時のみ能力補正を行うか否かを判定する（ステップＳ３）。起動時のみ能力補正を行うと判定された場合は、レプリカ回路４と第２ＡＤＣ５を有する能力補正回路８の動作を停止させて（ステップＳ４）、デジタルＬＤＯ動作を開始させる（ステップＳ５）。ステップＳ４では、例えばレプリカ回路４をディセーブル状態にしてレプリカ回路４からレプリカ電圧が出力されないようする。あるいは、レプリカ回路４と第２ＡＤＣ５への電源電圧の供給を遮断してもよい。これにより、レプリカ回路４と第２ＡＤＣ５での電力消費を抑制できる。
　次に、ステップＳ３でＮＯと判定された場合、間欠的に能力補正を行うか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６で間欠的に能力補正を行うと判定されると、能力補正回路８の動作を停止させて（ステップＳ７）、デジタルＬＤＯ動作を開始させる（ステップＳ８）。その後、間欠的に能力補正を行うタイミングに再度達したか否かを判定し（ステップＳ９）、能力補正を行うタイミングになると、能力補正回路８を動作させて（ステップＳ１０）、第２ＡＤＣ５から第２デジタル信号Ｄ２を出力する（ステップＳ１１）。このように、ステップＳ１１では、間欠的に能力補正を行うたびに、第２デジタル信号Ｄ２を更新する。ステップＳ１１の処理が終了すると、ステップＳ７以降の処理を繰り返す。ステップＳ６でＮＯと判定された場合、デジタルＬＤＯ動作の最中に継続して能力補正を行う（ステップＳ１２、Ｓ１３）。
　図１２は図１１のステップＳ３でＹＥＳの場合、すなわち起動時のみ能力補正を行う場合のタイミング図である。図１２では、レプリカ回路４及び第２ＡＤＣ５を有する能力補正回路８の第１イネーブル信号ＥＮ１と、第１ＡＤＣ２、制御部１３回路及び出力段回路３を有するデジタルＬＤＯ回路７の第２イネーブル信号ＥＮ２と、第２デジタル信号Ｄ２と、第１基準電圧ＶＲＥＦ１と、第２基準電圧ＶＲＥＦ２と、出力電圧Ｖoutの各信号波形を示している。
　図１２の時刻ｔ１～ｔ３まではデジタルＬＤＯ動作が開始する前であり、時刻ｔ１～ｔ２の期間内にレプリカ回路４に入力される第１イネーブル信号ＥＮ１はハイになる。これにより、時刻ｔ１～ｔ２では、レプリカ回路４と第２ＡＤＣ５を有する能力補正回路８は能力補正処理を行う。具体的には、時刻ｔ１～ｔ２の期間内に第２基準電圧ＶＲＥＦ２が第２ＡＤＣ５に入力される。第２ＡＤＣ５は、時刻ｔ２で、レプリカ回路４のオン抵抗情報を含む第２デジタル信号Ｄ２を出力する。時刻ｔ２でレプリカ回路４はディセーブル状態になり、第２ＡＤＣ５には第２基準電圧ＶＲＥＦ２が入力されなくなるが、第２ＡＤＣ５は、時刻ｔ２で出力した第２デジタル信号Ｄ２を保持する。
　その後、時刻ｔ３以降の期間に第１基準電圧ＶＲＥＦ１が第１ＡＤＣ２に入力され、デジタルＬＤＯ動作が行われる。このとき、制御回路６は、第１デジタル信号Ｄ１と第２デジタル信号Ｄ２に基づいて制御信号を生成する。この制御信号は、デジタルＬＤＯ動作に出力段回路３の能力補正を加味した信号である。これにより、出力段回路３は、出力段回路３の能力補正を行った出力電圧Ｖoutを出力する。
　レプリカ回路４と第２ＡＤＣ５を有する能力補正回路８が能力補正を行うタイミングは、デジタルＬＤＯ動作を行う前ではなく、デジタルＬＤＯ動作の開始に合わせたタイミングであってもよい。
　図１３はデジタルＬＤＯ動作の開始に合わせて、能力補正回路８が能力補正を行うタイミング図である。図１３の時刻ｔ３～ｔ４の期間内にレプリカ回路４の第１イネーブル信号ＥＮ１はハイになりとともに、第２ＡＤＣ５に第２基準電圧ＶＲＥＦ２が入力される。よって、時刻ｔ３以降に、デジタルＬＤＯ動作を行った出力電圧Ｖoutが出力される。また、時刻ｔ４に、第２ＡＤＣ５は、レプリカ回路４のオン抵抗情報を含む第２デジタル信号Ｄ２を出力する。時刻ｔ４以降は、出力段回路３の能力補正を加味した制御信号が制御部１３から出力される。よって、出力段回路３は、時刻ｔ４以降に出力段回路３の能力補正を行った出力電圧Ｖoutを出力する。
　上述したデジタル制御レギュレータ１～１ｇは、間欠的に能力補正回路８による能力補正を行ってもよい。図１４は間欠的に能力補正を行う場合のタイミング図である。能力補正回路８は、デジタルＬＤＯ動作が起動される前の時刻ｔ１～ｔ２の期間と、デジタルＬＤＯ動作が起動された後の時刻ｔ４～ｔ５の期間に出力段回路３の能力補正を行う。図１４では省略しているが、時刻ｔ５以降も、能力補正回路８は、デジタルＬＤＯ動作期間中に間欠的に能力補正を行う。
　図１４は、時刻ｔ４で出力段回路３が出力電圧Ｖoutの電圧レベルを切り替える例を示しており、出力電圧Ｖoutの電圧レベルが切り替わるタイミングに合わせて能力補正回路８による能力補正を行っている。これは、出力段回路３の出力電圧Ｖoutが変化すると、droop特性やリップル特性等が変化するためである。
　図１４の時刻ｔ４で出力電圧Ｖoutの電圧レベルが変化した場合、時刻ｔ４～ｔ５の期間内にレプリカ回路４の第１イネーブル信号ＥＮ１はハイになり、イネーブル状態になる。また、時刻ｔ４～ｔ５の期間内に第２基準電圧ＶＲＥＦ２が第２ＡＤＣ５に入力される。第２ＡＤＣ５は、時刻ｔ５にレプリカ回路４の能力情報を含む第２デジタル信号Ｄ２を出力し、時刻ｔ５以降に、出力段回路３は、出力段回路３の能力補正を加味した出力電圧Ｖoutを出力する。
　間欠的に能力補正を行う場合、一定の時間間隔で能力補正を行ってもよいし、図１４の時刻ｔ４のように、デジタルＬＤＯ動作を開始した後は、出力段回路３の出力電圧Ｖoutの電圧レベルが変化した場合のみに能力補正を行ってもよい。
　図１４では、出力電圧Ｖoutの電圧レベルを切り替える際に、能力補正を行っているが、図１５のタイミング図に示すように、出力電圧Ｖoutの電圧レベルを切り替えるタイミングに先立って、能力補正を行ってもよい。図１５では、デジタルＬＤＯ動作が開示される前の時刻ｔ１～ｔ２の期間内に能力補正を行うとともに、デジタルＬＤＯ動作が開始された後に出力電圧Ｖoutの電圧レベルが切り替わる時刻ｔ５の直前の時刻ｔ４～ｔ５の期間内に能力補正を行う例を示している。デジタル制御レギュレータ１～１ｇは、出力電圧Ｖoutの電圧レベルを切り替えるタイミングを把握しているため、出力電圧Ｖoutの電圧レベルを切り替える直前の時刻ｔ４～ｔ５の期間内に能力補正を行うことも可能である。これにより、時刻ｔ５のときに、第２ＡＤＣ５から、レプリカ回路４の能力情報を含む第２デジタル信号Ｄ２を出力できる。よって、出力電圧Ｖoutの電圧レベルが切り替わる時刻ｔ５以降に、出力段回路３の能力を補正した出力電圧Ｖoutを出力できる。すなわち、出力電圧Ｖoutの電圧レベルを切り替える際には、切り替える時点から能力補正がされた出力電圧Ｖoutを出力できる。
　上述したデジタル制御レギュレータ１～１ｇは、継続的に能力補正回路８による能力補正を行ってもよい。図１６及び図１７は継続的に能力補正を行う場合のタイミング図である。図１６はデジタルＬＤＯ動作を開始する前から、継続的に能力補正を行う場合のタイミング図を示している。また、図１７はデジタルＬＤＯ動作を開始するタイミングに合わせて、継続的に能力補正を行う例を示している。
　図１６の時刻ｔ１でレプリカ回路４に入力される第１イネーブル信号ＥＮ１がハイになり、イネーブル状態になる。第１イネーブル信号ＥＮ１は時刻ｔ１以降、ハイレベルを維持する。また、時刻ｔ１以降、第２基準電圧ＶＲＥＦ２は継続して第２ＡＤＣ５に入力される。時刻ｔ２になると、第２ＡＤＣ５は、レプリカ回路４の能力情報を含む第２デジタル信号Ｄ２を出力する。第２ＡＤＣ５は、時刻ｔ２以降も動作を継続するため、第２デジタル信号Ｄ２は、レプリカ回路４の能力情報に応じて随時更新される。時刻ｔ３になると、出力段回路３に入力される第２イネーブル信号ＥＮ２がハイになってイネーブル状態になる。また、時刻ｔ３以降に、第１基準電圧ＶＲＥＦ１が継続して第１ＡＤＣ２に入力される。制御回路６は、第１ＡＤＣ２から出力された第１デジタル信号Ｄ１と、第２ＡＤＣ５から出力された第２デジタル信号Ｄ２とに基づいて、制御信号を生成する。出力段回路３は、制御信号に基づいて、出力段回路３の能力補正を加味した出力電圧Ｖoutを時刻ｔ３以降に出力する。
　図１７では、時刻ｔ２で、レプリカ回路４に入力される第１イネーブル信号ＥＮ１と、出力段回路３に入力される第２イネーブル信号ＥＮ２がともにハイになり、レプリカ回路４と出力段回路３は時刻ｔ２以降継続してイネーブル状態になる。また、時刻ｔ２には、第１基準電圧ＶＲＥＦ１が第１ＡＤＣ２に入力されるとともに、第２基準電圧ＶＲＥＦ２が第２ＡＤＣ５に入力される。第１基準電圧ＶＲＥＦ１と第２基準電圧ＶＲＥＦ２は、時刻ｔ２以降、継続的に第１ＡＤＣ２と第２ＡＤＣ５にそれぞれ入力される。第２ＡＤＣ５は、時刻ｔ３以降、レプリカ回路４のオン抵抗情報を含む第２デジタル信号Ｄ２を出力する。第２デジタル信号Ｄ２は、時刻ｔ３以降、継続的にレプリカ回路４の直近のオン抵抗情報に基づいて更新される。出力段回路３は、時刻ｔ３以降、継続的に、出力段回路３の能力補正を加味した出力電圧Ｖoutを出力する。
　出力段回路３から出力される出力電圧Ｖoutと、第１ＡＤＣ２に入力される第１基準電圧ＶＲＥＦ１と、第２ＡＤＣ５に入力される第２基準電圧ＶＲＥＦ２とは、それぞれ関連のある電圧レベルを持っている。
　図１８は本実施形態によるデジタル制御レギュレータ１ｈの概略構成の一例を示すブロック図である。図１８のデジタル制御レギュレータ１ｈは、図１のデジタル制御レギュレータ１をより具体化した構成を備えている。図１８では、図１と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
　図１８のデジタル制御レギュレータ１ｈは、図１の構成に加えて、第１基準電圧ＶＲＥＦ１を生成する第１基準電圧生成回路１４と、第２基準電圧ＶＲＥＦ２を生成する第２基準電圧生成回路１５と、可変負荷回路１６とを備えている。
　第１基準電圧生成回路１４は、電源電圧ノードと接地ノードの間に直列に接続された第１電流源１７と第１可変抵抗１８を有する。第２基準電圧生成回路１５は、電源電圧ノードと接地ノードの間に直列に接続された第２電流源１９と第２可変抵抗２０を有する。
　可変負荷回路１６は、レプリカ回路４の出力ノードと接地ノードの間に接続されており、第２ＡＤＣ５からの調整信号により抵抗値が可変制御される。可変負荷回路１６の一具体例は、図４～図６に示した可変電流源１２や可変抵抗である。
　図１８のデジタル制御レギュレータ１ｈでは、制御回路６は、出力電圧Ｖoutが第１基準電圧ＶＲＥＦ１に一致するように、帰還制御を行う。この場合、第２ＡＤＣ５に入力される第２基準電圧ＶＲＥＦ２は第１基準電圧ＶＲＥＦ１と同じ電圧レベルに設定される。よって、図１８のデジタル制御レギュレータ１ｈは、安定状態では、出力電圧Ｖout＝第１基準電圧ＶＲＥＦ１＝第２基準電圧ＶＲＥＦ２になる。
　出力電圧Ｖoutの電圧レベルが高い場合、第１基準電圧ＶＲＥＦ１や第２基準電圧ＶＲＥＦ２を出力電圧Ｖoutと同じ電圧レベルにすると、消費電力が大きくなる。そこで、出力電圧Ｖoutよりも第１基準電圧ＶＲＥＦ１や第２基準電圧ＶＲＥＦ２の電圧レベルを下げる回路的な工夫を施してもよい。
　図１９は一変形例によるデジタル制御レギュレータ１ｉのブロック図である。図１９は、図１８の回路構成に加えて、抵抗分圧回路２１と、電圧増幅器２２とを備えている。抵抗分圧回路２１は、出力段回路３の出力ノードと接地ノードの間に接続されており、出力電圧Ｖoutを分圧する。抵抗分圧回路２１で分圧された分圧電圧は、第１ＡＤＣ２に入力される。抵抗分圧回路２１は、出力電圧Ｖoutを１／Ａ倍にした分圧電圧を生成する。第１ＡＤＣ２は、分圧電圧と第１基準電圧ＶＲＥＦ１との差分電圧に応じた第１デジタル信号Ｄ１を生成する。最終的に、分圧電圧が第１基準電圧ＶＲＥＦ１にひとしくなるように帰還制御が行われるため、第１基準電圧ＶＲＥＦ１の電圧レベルを下げることができる。
　一方、レプリカ回路４は、出力段回路３と同程度の電圧レベルのレプリカ電圧を出力する。第２基準電圧ＶＲＥＦ２は、第１基準電圧ＶＲＥＦ１と同じ電圧レベルに設定される。そこで、第２基準電圧ＶＲＥＦ２を電圧増幅器２２でＡ倍して、レプリカ電圧の電圧レベルと同程度にする。
　このように、図１９の構成の場合、抵抗分圧回路２１と電圧増幅器２２を備えることで、出力電圧Ｖoutの電圧レベルが高くても、第１基準電圧ＶＲＥＦ１と第２基準電圧ＶＲＥＦ２の電圧レベルを低く抑えることができ、消費電力の削減が図れる。
　このように、本実施形態では、出力段回路３と同じ回路構成のレプリカ回路４を設けて、レプリカ回路４の能力情報を含む第２デジタル信号Ｄ２を制御回路６に供給するため、制御回路６は、デジタルＬＤＯ動作を行う際に、出力段回路３の能力情報を考慮に入れて、出力電圧Ｖoutを出力できる。よって、出力段回路３の入力電圧、出力電圧Ｖout、製造プロセス、及び温度等の能力情報に依存しない出力電圧Ｖoutを生成できる。
　また、本実施形態によれば、負荷電流が変化しても、リップル電圧の変動とdroop特性の変動を抑制できる。
　さらに、本実施形態によれば、出力段回路３の能力ばらつきによる影響が低減するため、デジタル制御レギュレータ１～１ｉ内部の回路構成を複雑化する必要がなくなり、安定性を向上させることができる。より具体的には、本実施形態は、デジタルＬＤＯ動作のための多重ループ構成を必要としないため、制御が容易になり、安定性が向上する。
　また、本実施形態によれば、アナログ制御の電流能力補正回路８に比べて、低電圧かつ小面積の回路を構成でき、集積化も容易になることから、製造コスト削減も図れる。
　なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。
　（１）出力電圧と第１基準電圧との差分電圧に応じた第１デジタル信号を生成する第１のＡＤ変換器と、
　前記出力電圧を生成する出力段回路と、
　前記出力段回路と同じ回路構成を有し、前記出力電圧に関連するレプリカ電圧を出力するレプリカ回路と、
　前記レプリカ電圧と第２基準電圧との差分電圧に応じた第２デジタル信号を生成する第２のＡＤ変換器と、
　前記第１デジタル信号及び前記第２デジタル信号に基づいて、前記出力段回路のゲインを制御する制御信号を生成する制御回路と、を備える、デジタル制御レギュレータ。
　（２）前記出力段回路及び前記レプリカ回路は、同一導電型かつ同一サイズのトランジスタを含む同一回路構成の回路である、（１）に記載のデジタル制御レギュレータ。
　（３）前記出力段回路及び前記レプリカ回路は、同一抵抗値の抵抗素子を含む同一回路構成の回路である、（１）に記載のデジタル制御レギュレータ。
　（４）前記第２デジタル信号は、前記レプリカ回路の能力情報を含む、（１）乃至（３）のいずれか一項に記載のデジタル制御レギュレータ。
　（５）前記制御回路は、前記出力電圧が前記出力段回路の能力情報による変動を受けないように、前記制御信号を生成する、（４）に記載のデジタル制御レギュレータ。
　（６）前記能力情報は、前記レプリカ回路又は前記出力段回路の入力電圧、出力電圧、製造プロセス、及び温度の少なくとも一つの情報を含む、（４）又は（５）に記載のデジタル制御レギュレータ。
　（７）前記第２デジタル信号は、前記レプリカ回路のオン抵抗情報を含む、（１）乃至（６）のいずれか一項に記載のデジタル制御レギュレータ。
　（８）前記制御回路は、前記第２デジタル信号に基づいて、前記出力段回路のオン抵抗が前記レプリカ回路のオン抵抗に一致するように前記制御信号を生成する、（７）に記載のデジタル制御レギュレータ。
　（９）前記レプリカ回路は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を開始する前、又は前記帰還制御の開始タイミングに同期させて前記レプリカ電圧を出力し、
　前記第２のＡＤ変換器は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を開始する前、又は前記帰還制御の開始タイミングに同期させて前記第２デジタル信号を生成する、（１）乃至（８）のいずれか一項に記載のデジタル制御レギュレータ。
　（１０）前記レプリカ回路は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に前記出力電圧の電圧レベルを切り替えたタイミングに同期させて前記レプリカ電圧を出力し、
　前記第２のＡＤ変換器は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に前記出力電圧の電圧レベルを切り替えたタイミングに同期させて前記第２デジタル信号を生成する、（９）に記載のデジタル制御レギュレータ。
　（１１）前記レプリカ回路は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に前記出力電圧の電圧レベルを切り替えるタイミングより所定期間前に前記レプリカ電圧を出力し、
　前記第２のＡＤ変換器は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に前記出力電圧の電圧レベルを切り替えたタイミングに合わせて前記第２デジタル信号を生成する、（９）又は（１０）に記載のデジタル制御レギュレータ。
　（１２）前記レプリカ回路は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に間欠的に前記レプリカ電圧を出力し、
　前記第２のＡＤ変換器は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に間欠的に前記第２デジタル信号を生成する、（１）乃至（８）のいずれか一項に記載のデジタル制御レギュレータ。
　（１３）前記レプリカ回路は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に継続して前記レプリカ電圧を出力し、
　前記第２のＡＤ変換器は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に継続して前記第２デジタル信号を生成する、（１）乃至（８）のいずれか一項に記載のデジタル制御レギュレータ。
　（１４）前記レプリカ回路は、イネーブル信号が所定の論理のときに前記レプリカ電圧を出力し、前記イネーブル信号が前記所定の論理以外の論理のときには前記レプリカ電圧の出力を停止する、（９）乃至（１３）のいずれか一項に記載のデジタル制御レギュレータ。
　（１５）前記イネーブル信号が前記所定の論理になるタイミングに合わせて、前記第２基準電圧が前記第２のＡＤ変換器に入力される、（１４）に記載のデジタル制御レギュレータ。
　（１６）前記第２のＡＤ変換器は、
　前記レプリカ電圧と前記第２基準電圧との差分電圧に応じた信号を出力する比較器と、
　前記レプリカ回路の出力ノードに流れる電流を調整することにより、前記レプリカ電圧の電圧レベルを制御する可変負荷回路と、
　前記比較器の出力信号に基づいて、前記出力ノードを通って前記可変負荷回路に流れる電流を調整するとともに、前記レプリカ電圧を前記第２基準電圧に一致させるための前記レプリカ回路のオン抵抗情報を含む前記第２デジタル信号を生成する制御部と、を有する、（１）乃至（１５）のいずれか一項に記載のデジタル制御レギュレータ。
　（１７）前記レプリカ回路は、トランジスタ又は抵抗素子の接続段数を調整可能であり、
　前記第２のＡＤ変換器は、
　前記レプリカ電圧と前記第２基準電圧との差分電圧に応じた信号を出力する比較器と、
　前記比較器の出力信号に基づいて、前記レプリカ回路内のトランジスタ又は抵抗素子の接続段数を調整するとともに、前記レプリカ電圧を前記第２基準電圧に一致させるための前記レプリカ回路のオン抵抗情報を含む前記第２デジタル信号を生成する制御部と、を有する、（１）乃至（１５）のいずれか一項に記載のデジタル制御レギュレータ。
　（１８）前記出力段回路は、トランジスタ又は抵抗素子の接続段数を調整可能であり、
　前記制御回路は、前記第２デジタル信号に基づいて、前記出力段回路内のトランジスタ又は抵抗素子の接続段数を、前記レプリカ回路内のトランジスタ又は抵抗素子の接続段数と同一にする、（１）乃至（１７）のいずれか一項に記載のデジタル制御レギュレータ。
　（１９）前記制御回路は、前記出力電圧が前記第１基準電圧と等しくなるように帰還制御し、
　前記第１基準電圧と前記第２基準電圧とは、同一の電圧レベルである、（１）乃至（１８）のいずれか一項に記載のデジタル制御レギュレータ。
　（２０）前記制御回路は、前記出力電圧を１／Ａ（Ａは１より大きい実数）倍に分圧した電圧が前記第１基準電圧と等しくなるように帰還制御し、
　前記第２基準電圧は、前記第１基準電圧と同一の電圧レベルに設定され、
　前記第２のＡＤ変換器は、前記レプリカ電圧と前記第２基準電圧をＡ倍した電圧とを比較する、（１）乃至（１８）のいずれか一項に記載のデジタル制御レギュレータ。
　本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
　１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ　デジタル制御レギュレータ、２　第１ＡＤＣ、３　出力段回路、４　レプリカ回路、５　第２ＡＤＣ、６　制御回路、７　デジタルＬＤＯ回路、８　能力補正回路、１１　比較器、１２　可変電流源、１３　制御部、１４　第１基準電圧生成回路、１５　第２基準電圧生成回路、１６　可変負荷回路、１７　第１電流源、１８　第１可変抵抗、１９　第２電流源、２０　第２可変抵抗

Claims (20)

  1. 　出力電圧と第１基準電圧との差分電圧に応じた第１デジタル信号を生成する第１のＡＤ変換器と、
    　前記出力電圧を生成する出力段回路と、
    　前記出力段回路と同じ回路構成を有し、前記出力電圧に関連するレプリカ電圧を出力するレプリカ回路と、
    　前記レプリカ電圧と第２基準電圧との差分電圧に応じた第２デジタル信号を生成する第２のＡＤ変換器と、
    　前記第１デジタル信号及び前記第２デジタル信号に基づいて、前記出力段回路のゲインを制御する制御信号を生成する制御回路と、を備える、デジタル制御レギュレータ。
  2. 　前記出力段回路及び前記レプリカ回路は、同一導電型かつ同一サイズのトランジスタを含む同一回路構成の回路である、請求項１に記載のデジタル制御レギュレータ。
  3. 　前記出力段回路及び前記レプリカ回路は、同一抵抗値の抵抗素子を含む同一回路構成の回路である、請求項１に記載のデジタル制御レギュレータ。
  4. 　前記第２デジタル信号は、前記レプリカ回路の能力情報を含む、請求項１に記載のデジタル制御レギュレータ。
  5. 　前記制御回路は、前記出力電圧が前記出力段回路の能力情報による変動を受けないように、前記制御信号を生成する、請求項４に記載のデジタル制御レギュレータ。
  6. 　前記能力情報は、前記レプリカ回路又は前記出力段回路の入力電圧、出力電圧、製造プロセス、及び温度の少なくとも一つの情報を含む、請求項４に記載のデジタル制御レギュレータ。
  7. 　前記第２デジタル信号は、前記レプリカ回路のオン抵抗情報を含む、請求項１に記載のデジタル制御レギュレータ。
  8. 　前記制御回路は、前記第２デジタル信号に基づいて、前記出力段回路のオン抵抗が前記レプリカ回路のオン抵抗に一致するように前記制御信号を生成する、請求項７に記載のデジタル制御レギュレータ。
  9. 　前記レプリカ回路は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を開始する前、又は前記帰還制御の開始タイミングに同期させて前記レプリカ電圧を出力し、
    　前記第２のＡＤ変換器は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を開始する前、又は前記帰還制御の開始タイミングに同期させて前記第２デジタル信号を生成する、請求項１に記載のデジタル制御レギュレータ。
  10. 　前記レプリカ回路は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に前記出力電圧の電圧レベルを切り替えたタイミングに同期させて前記レプリカ電圧を出力し、
    　前記第２のＡＤ変換器は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に前記出力電圧の電圧レベルを切り替えたタイミングに同期させて前記第２デジタル信号を生成する、請求項９に記載のデジタル制御レギュレータ。
  11. 　前記レプリカ回路は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に前記出力電圧の電圧レベルを切り替えるタイミングより所定期間前に前記レプリカ電圧を出力し、
    　前記第２のＡＤ変換器は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に前記出力電圧の電圧レベルを切り替えたタイミングに合わせて前記第２デジタル信号を生成する、請求項９に記載のデジタル制御レギュレータ。
  12. 　前記レプリカ回路は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に間欠的に前記レプリカ電圧を出力し、
    　前記第２のＡＤ変換器は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に間欠的に前記第２デジタル信号を生成する、請求項１に記載のデジタル制御レギュレータ。
  13. 　前記レプリカ回路は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に継続して前記レプリカ電圧を出力し、
    　前記第２のＡＤ変換器は、前記出力段回路及び前記制御回路が前記出力電圧の帰還制御を行っている最中に継続して前記第２デジタル信号を生成する、請求項１に記載のデジタル制御レギュレータ。
  14. 　前記レプリカ回路は、イネーブル信号が所定の論理のときに前記レプリカ電圧を出力し、前記イネーブル信号が前記所定の論理以外の論理のときには前記レプリカ電圧の出力を停止する、請求項９に記載のデジタル制御レギュレータ。
  15. 　前記イネーブル信号が前記所定の論理になるタイミングに合わせて、前記第２基準電圧が前記第２のＡＤ変換器に入力される、請求項１４に記載のデジタル制御レギュレータ。
  16. 　前記第２のＡＤ変換器は、
    　前記レプリカ電圧と前記第２基準電圧との差分電圧に応じた信号を出力する比較器と、
    　前記レプリカ回路の出力ノードに流れる電流を調整することにより、前記レプリカ電圧の電圧レベルを制御する可変負荷回路と、
    　前記比較器の出力信号に基づいて、前記出力ノードを通って前記可変負荷回路に流れる電流を調整するとともに、前記レプリカ電圧を前記第２基準電圧に一致させるための前記レプリカ回路のオン抵抗情報を含む前記第２デジタル信号を生成する制御部と、を有する、請求項１に記載のデジタル制御レギュレータ。
  17. 　前記レプリカ回路は、トランジスタ又は抵抗素子の接続段数を調整可能であり、
    　前記第２のＡＤ変換器は、
    　前記レプリカ電圧と前記第２基準電圧との差分電圧に応じた信号を出力する比較器と、
    　前記比較器の出力信号に基づいて、前記レプリカ回路内のトランジスタ又は抵抗素子の接続段数を調整するとともに、前記レプリカ電圧を前記第２基準電圧に一致させるための前記レプリカ回路のオン抵抗情報を含む前記第２デジタル信号を生成する制御部と、を有する、請求項１に記載のデジタル制御レギュレータ。
  18. 　前記出力段回路は、トランジスタ又は抵抗素子の接続段数を調整可能であり、
    　前記制御回路は、前記第２デジタル信号に基づいて、前記出力段回路内のトランジスタ又は抵抗素子の接続段数を、前記レプリカ回路内のトランジスタ又は抵抗素子の接続段数と同一にする、請求項１に記載のデジタル制御レギュレータ。
  19. 　前記制御回路は、前記出力電圧が前記第１基準電圧と等しくなるように帰還制御し、
    　前記第１基準電圧と前記第２基準電圧とは、同一の電圧レベルである、請求項１に記載のデジタル制御レギュレータ。
  20. 　前記制御回路は、前記出力電圧を１／Ａ（Ａは１より大きい実数）倍に分圧した電圧が前記第１基準電圧と等しくなるように帰還制御し、
    　前記第２基準電圧は、前記第１基準電圧と同一の電圧レベルに設定され、
    　前記第２のＡＤ変換器は、前記レプリカ電圧と前記第２基準電圧をＡ倍した電圧とを比較する、請求項１に記載のデジタル制御レギュレータ。
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