JP2006155357A - Voltage lowering circuit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、降圧回路にかかり、詳しくは、外部電源電圧を所定の電圧に降圧して内部回路用の電源電圧として供給する降圧回路に関する。 The present invention relates to a step-down circuit, and more particularly to a step-down circuit that steps down an external power supply voltage to a predetermined voltage and supplies it as a power supply voltage for internal circuits.
近年、SOC(System On a Chip)等の半導体装置は、高集積化、低消費電力化及び高速化がますます要請されている。このような半導体装置には、消費電力を低減するため、あるいは内部回路を構成する素子を保護するために、外部から供給される電源電圧(外部電源電圧)を降圧して内部回路に供給する動作電圧(内部電源電圧)を生成する降圧回路が用いられている。従来、このような降圧回路としては、例えば、図12に示す構成のものが広く知られている。 In recent years, semiconductor devices such as SOC (System On a Chip) have been increasingly required to have high integration, low power consumption, and high speed. In such a semiconductor device, in order to reduce power consumption or protect elements constituting the internal circuit, an operation is performed to step down a power supply voltage (external power supply voltage) supplied from the outside and supply it to the internal circuit. A step-down circuit that generates a voltage (internal power supply voltage) is used. Conventionally, as such a step-down circuit, for example, one having the configuration shown in FIG. 12 is widely known.
図12に示すように、降圧回路100は、電圧入力電圧出力型の負帰還回路を基本回路としてなる定電圧回路であり、参照電圧発生回路101、オペアンプ102、オペアンプ102に定電流を供給する電流源103、駆動トランジスタDRV、電圧分割抵抗をなす抵抗R1,R2、出力調整回路104、位相補償回路105を備えて構成されている。なお、位相補償回路105は、例えば位相補償容量CCにより構成されている。
As shown in FIG. 12, the step-
駆動トランジスタDRVは、例えばPチャネル型MOSトランジスタにより構成されており、そのソースには外部電源電圧VDDが印加され、そのドレインには図示しない内部回路(降圧回路100の負荷回路)の内部電源端子が接続されている。この駆動トランジスタDRVのゲートとドレインとの間には位相補償回路105が接続されており、同駆動トランジスタDRVのドレインには抵抗R1,R2が接地電位に対し直列に接続されている。
The drive transistor DRV is composed of, for example, a P-channel MOS transistor, and an external power supply voltage VDD is applied to the source, and an internal power supply terminal of an internal circuit (load circuit of the step-down circuit 100) (not shown) is connected to the drain. It is connected. A
出力調整回路104は、例えばNチャネル型MOSトランジスタよりなる3段のトランジスタTN51〜TN53にてなり、これらを上記駆動トランジスタDRVのドレインと接地電位との間に直列に接続して構成されている。この出力調整回路104は、降圧回路100から出力される内部電源電圧Vintを各トランジスタTN1〜TN3の閾値をもとに調整するものである。
The
参照電圧発生回路101及びオペアンプ102は、外部電源電圧VDDを動作電源としており、オペアンプ102は、参照電圧発生回路101から発生される参照電圧Vrefと、内部電源電圧Vintを抵抗R1,R2で抵抗分割して生じる接点Aの電位との電圧差を増幅して出力する。このオペアンプ102の出力電圧は、上記駆動トランジスタDRVのゲートに入力される。これにより、駆動トランジスタDRVを通じて内部電源電圧Vintが参照電圧Vrefと略同じ電圧となるよう生成される。
The reference
このような降圧回路100において、オペアンプ102に定電流を流す電流源103は、内部回路の活性状態(アクティブ時)と待機状態(スタンバイ時)とを制御する外部からのコントロール信号CEに基づいて、アクティブ時とスタンバイ時との間で可変されるようになっている。これにより、スタンバイ時には降圧回路100の消費電流を低減させる一方、アクティブ時には動作レスポンス(応答速度)の高速化を図っている。
In such a step-
ところが、LSIによるSOCの実現と更なる機能拡張との要求に伴い、LSIは高速
動作、低消費電流、電源ノイズ耐性向上、内部電源搭載、そしてIP(Intellectual Property )コアのサイズ縮小が近年同時に進められている。降圧回路は1つのIPコアとしてみることも出来るが、電源機能を持つためシステムコアとしてより上位に位置付けられるのが普通である。そのため、降圧回路においては、1)高速動作に伴う負荷電流によく追従すること、2)降圧回路自身の消費電流の削減、3)ノイズ耐性を確保するためにクリーンな内部電源の生成、4)コンパクトであること、が求められる。
However, along with the demand for the realization of SOC by LSI and further function expansion, LSI has recently advanced simultaneously with high-speed operation, low current consumption, improved power noise resistance, internal power supply, and IP (Intellectual Property) core size reduction. It has been. Although the step-down circuit can be viewed as one IP core, it has a power supply function and is usually positioned higher as a system core. Therefore, in a step-down circuit, 1) follow the load current associated with high-speed operation well, 2) reduce the current consumption of the step-down circuit itself, 3) generate a clean internal power supply to ensure noise resistance, and 4) It is required to be compact.
この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、前記4項目の開発ポイントに注視して、電流駆動能力の強化、低スタンバイ電流、内部電源電圧の安定、及び、小型化を目指した降圧回路を提供することにある。 The present invention has been made in view of such conventional circumstances, and its purpose is to focus on the development points of the above four items, and to enhance current driving capability, low standby current, stable internal power supply voltage, and The object is to provide a step-down circuit aiming at miniaturization.
以下、上記の目的を達成するための手段及びその作用について記載する。 In the following, means for achieving the above object and its operation will be described.
請求項1に記載の発明では、外部電源電圧を所定の参照電圧に基づいて降圧した内部電源電圧を生成し、負荷回路に前記内部電源電圧を供給する降圧回路において、前記内部電源電圧に基づく電圧と前記参照電圧との電圧差に応じて駆動電圧を発生するオペアンプと、前記駆動電圧に応じた前記内部電源電圧を出力する駆動トランジスタと、を有してなる負帰還回路と、前記内部電源電圧と前記参照電圧との電圧差が所定の範囲を超えているとき、前記負帰還回路の応答速度を可変制御する制御信号を生成するコントロール回路と、を備えることをその要旨としている。 According to the first aspect of the present invention, in the step-down circuit that generates the internal power supply voltage obtained by stepping down the external power supply voltage based on a predetermined reference voltage and supplies the internal power supply voltage to a load circuit, the voltage based on the internal power supply voltage A negative feedback circuit comprising: an operational amplifier that generates a drive voltage according to a voltage difference between the reference voltage and a drive transistor that outputs the internal power supply voltage according to the drive voltage; and the internal power supply voltage And a control circuit that generates a control signal for variably controlling the response speed of the negative feedback circuit when the voltage difference between the reference voltage and the reference voltage exceeds a predetermined range.
この構成によれば、負帰還回路の動作に基づいて、内部電源電圧は参照電圧に略一致する電圧となるように生成される。この際、本構成では、参照電圧に対して内部電源電圧が所定の範囲を超えて変動していることがコントロール回路により検出されるときには、負帰還回路の応答速度が可変制御される。これにより、例えば、負荷電流(負荷回路の消費電流)が低下し、且つ内部電源電圧が参照電圧に対して所定の範囲内にあり安定しているときには、負帰還回路の応答速度を下げることで消費電流の低減を図る。一方、参照電圧に対して内部電源電圧が所定の範囲を超えて変動しているときには、負帰還回路の応答速度を上げることで動作レスポンスを最適化することができる。 According to this configuration, based on the operation of the negative feedback circuit, the internal power supply voltage is generated so as to be a voltage that substantially matches the reference voltage. At this time, in this configuration, when the control circuit detects that the internal power supply voltage fluctuates beyond a predetermined range with respect to the reference voltage, the response speed of the negative feedback circuit is variably controlled. Thereby, for example, when the load current (current consumption of the load circuit) decreases and the internal power supply voltage is within a predetermined range with respect to the reference voltage and is stable, the response speed of the negative feedback circuit is decreased. Reduce current consumption. On the other hand, when the internal power supply voltage fluctuates beyond a predetermined range with respect to the reference voltage, the operation response can be optimized by increasing the response speed of the negative feedback circuit.
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の降圧回路において、前記コントロール回路は、前記負荷回路がアクティブ状態のとき、外部からのクロック信号に基づいて前記負帰還回路の応答速度を可変制御することをその要旨としている。 According to a second aspect of the present invention, in the step-down circuit according to the first aspect, when the load circuit is in an active state, the control circuit can vary the response speed of the negative feedback circuit based on an external clock signal. The gist is to control.
この構成によれば、アクティブ状態のときには、負帰還回路の応答速度が外部からのクロック信号に基づいて可変制御されることで、同アクティブ時における負帰還回路の動作レスポンスを向上させることができる。また、負荷回路の活性/非活性状態を制御する外部からのコントロール信号に替えて、このようなクロック信号に基づく制御とすることで、降圧回路が負荷回路の動作状態をある程度予測運転できるため、同アクティブ時における消費電流の低減も同時に図ることができる。 According to this configuration, in the active state, the response speed of the negative feedback circuit is variably controlled based on an external clock signal, so that the operation response of the negative feedback circuit during the active state can be improved. In addition, by using control based on such a clock signal instead of an external control signal that controls the active / inactive state of the load circuit, the step-down circuit can be operated to predict the operating state of the load circuit to some extent. It is possible to simultaneously reduce current consumption during the active state.
請求項3に記載の発明では、請求項1に記載の降圧回路において、前記負帰還回路の応答速度は、前記オペアンプに電流を供給する電流源の電流値を制御することにより可変制御されることをその要旨とする。 According to a third aspect of the present invention, in the step-down circuit according to the first aspect, the response speed of the negative feedback circuit is variably controlled by controlling a current value of a current source that supplies a current to the operational amplifier. Is the gist.
この構成によれば、オペアンプに電流を供給する電流源の電流値を制御することにより、オペアンプの応答速度を制御することができる。従って、容易に負帰還回路の応答速度を制御することができる。 According to this configuration, the response speed of the operational amplifier can be controlled by controlling the current value of the current source that supplies current to the operational amplifier. Therefore, the response speed of the negative feedback circuit can be easily controlled.
請求項4に記載の発明では、請求項1に記載の降圧回路において、前記コントロール回路は、前記負荷回路がアクティブ状態であり且つ前記内部電源電圧と前記参照電圧との電圧差が前記所定の範囲内にある準スタンバイ状態を検出し、該準スタンバイ状態では前記オペアンプに電流を供給する電流源の電流値を前記負荷回路がスタンバイ状態にあるときと同じ電流値に制御することをその要旨としている。 According to a fourth aspect of the present invention, in the step-down circuit according to the first aspect, in the control circuit, the load circuit is in an active state, and a voltage difference between the internal power supply voltage and the reference voltage is in the predetermined range. The gist of the present invention is to detect a quasi-standby state, and to control the current value of a current source that supplies current to the operational amplifier to the same current value as when the load circuit is in a standby state in the quasi-standby state .
この構成によれば、コントロール回路により準スタンバイ状態が検出されるときには、オペアンプの電流源の電流値がスタンバイ時と同じ電流値となるよう制御される。これにより、アクティブ状態であっても、準スタンバイ状態のときには消費電流を極力削減することができる。 According to this configuration, when the quasi-standby state is detected by the control circuit, the current value of the current source of the operational amplifier is controlled to be the same as that during standby. Thereby, even in the active state, current consumption can be reduced as much as possible in the quasi-standby state.
請求項5に記載の発明では、請求項3又は4に記載の降圧回路おいて、前記電流源は、弱反転領域で動作するトランジスタにより構成される第一電流源と、前記コントロール回路が出力する前記制御信号に基づいて制御される第二電流源と、を並列に接続して構成されることをその要旨としている。 According to a fifth aspect of the present invention, in the step-down circuit according to the third or fourth aspect, the current source is a first current source composed of a transistor operating in a weak inversion region, and the control circuit outputs The gist is that the second current source controlled based on the control signal is connected in parallel.
この構成によれば、内部電源電圧と参照電圧との電圧差が所定の範囲内にあるときには、オペアンプの電流源の電流値は弱反転動作するように制御されたトランジスタに流れる微少な電流値に制御される。一方、内部電源電圧と参照電圧との電圧差が所定の範囲を越えているときには、コントロール回路からの制御信号に基づいて第二電流源が活性され、オペアンプの電流源の電流値は第一及び第二電流源の電流値を総和した値に制御される。これにより、本構成では、オペアンプの電流源の電流値を内部電源電圧の電位変動に追従して可変制御することができる。 According to this configuration, when the voltage difference between the internal power supply voltage and the reference voltage is within a predetermined range, the current value of the current source of the operational amplifier is set to a minute current value flowing through the transistor controlled to perform the weak inversion operation. Be controlled. On the other hand, when the voltage difference between the internal power supply voltage and the reference voltage exceeds a predetermined range, the second current source is activated based on a control signal from the control circuit, and the current value of the current source of the operational amplifier is The current value of the second current source is controlled to a total value. Thereby, in this configuration, the current value of the current source of the operational amplifier can be variably controlled following the potential fluctuation of the internal power supply voltage.
請求項6に記載の発明では、請求項3又は4に記載の降圧回路において、前記コントロール回路は、前記参照電圧と前記内部電源電圧との電圧差を増幅して差動増幅電圧を発生する差動増幅回路と、前記オペアンプの電流源の電流値を可変制御する前記制御信号を前記差動増幅電圧に基づいて発生するドライブ回路とを備えることをその要旨としている。 According to a sixth aspect of the present invention, in the step-down circuit according to the third or fourth aspect, the control circuit amplifies a voltage difference between the reference voltage and the internal power supply voltage to generate a differential amplified voltage. The gist thereof includes a dynamic amplification circuit, and a drive circuit that generates the control signal for variably controlling the current value of the current source of the operational amplifier based on the differential amplification voltage.
この構成によれば、コントロール回路は、差動増幅回路が参照電圧と内部電源電圧との電圧差に応じて発生する差動増幅電圧をもとに、オペアンプの電流源の電流値を制御する制御信号を発生する。 According to this configuration, the control circuit controls the current value of the current source of the operational amplifier based on the differential amplification voltage generated by the differential amplification circuit according to the voltage difference between the reference voltage and the internal power supply voltage. Generate a signal.
請求項7に記載の発明では、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の降圧回路において、前記コントロール回路は、前記内部電源電圧と前記参照電圧との電圧差が前記所定の範囲を超えている状態から前記所定の範囲内にある状態に変化するときに前記制御信号を緩慢に変化させることをその要旨としている。 According to a seventh aspect of the present invention, in the step-down circuit according to any one of the first to sixth aspects, the control circuit has a voltage difference between the internal power supply voltage and the reference voltage exceeding the predetermined range. The gist of the invention is to slowly change the control signal when the state changes from the current state to the state within the predetermined range.
この構成によれば、内部電源電圧と参照電圧との電圧差が所定の範囲を超えている状態から該所定の範囲内にある状態に変化するときに制御信号を急峻に遷移させる(つまりは負帰還回路の応答速度を急激に低下させる)ことによる内部電源電圧の上昇変動を好適に抑制することができる。 According to this configuration, when the voltage difference between the internal power supply voltage and the reference voltage changes from a state exceeding a predetermined range to a state within the predetermined range, the control signal is abruptly shifted (that is, negative). An increase in the internal power supply voltage due to a rapid decrease in the response speed of the feedback circuit can be suitably suppressed.
請求項8に記載の発明では、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の降圧回路において、前記駆動トランジスタは、ドレインを前記外部電源電圧に接続し、ソースを前記内部電源電圧に接続してなるNMOSトランジスタにより構成される、ことをその要旨としている。 According to an eighth aspect of the present invention, in the step-down circuit according to any one of the first to seventh aspects, the drive transistor has a drain connected to the external power supply voltage and a source connected to the internal power supply voltage. The gist of this is that it is composed of NMOS transistors.
この構成によれば、内部電源電圧が上昇するときにはそれに伴ってNMOSトランジスタ(駆動トランジスタ)のゲート電圧が低下することにより、該駆動トランジスタはドレ
イン電流を減少させるように動作する。なお、NMOSトランジスタの基板バイアスを固定すれば、ソースと基板間の電位差を通じてもドレイン電流を減少させることができる。これにより、本構成では、内部電源電圧の電位変動に追従させて駆動トランジスタに流れる電流量を駆動トランジスタ自身でフィードバック制御させることができるため、負帰還回路の応答性を一段と向上させることができる。ちなみに、駆動能力の点からも、NMOSトランジスタを採用する方がPMOSトランジスタを採用する場合に比べて素子サイズを小さく設定できる(同一サイズの場合にはNMOSトランジスタの方が大きな駆動能力を得られる)ので有利である。
According to this configuration, when the internal power supply voltage increases, the gate voltage of the NMOS transistor (drive transistor) decreases accordingly, so that the drive transistor operates to decrease the drain current. If the substrate bias of the NMOS transistor is fixed, the drain current can also be reduced through the potential difference between the source and the substrate. Thereby, in this configuration, the amount of current flowing through the drive transistor can be feedback-controlled by the drive transistor itself following the potential fluctuation of the internal power supply voltage, so that the responsiveness of the negative feedback circuit can be further improved. By the way, from the point of drive capability, the element size can be set smaller when the NMOS transistor is used than when the PMOS transistor is used (in the case of the same size, the NMOS transistor can obtain a larger drive capability). This is advantageous.
請求項9に記載の発明では、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の降圧回路において、弱反転領域で動作するトランジスタを電流源として有し、前記外部電源電圧に基づいて前記参照電圧を発生する参照電圧発生回路を備える、ことをその要旨としている。 According to a ninth aspect of the present invention, in the step-down circuit according to any one of the first to eighth aspects, a transistor operating in a weak inversion region is used as a current source, and the reference voltage is based on the external power supply voltage. The gist of the present invention is to include a reference voltage generation circuit for generating
この構成によれば、参照電圧発生回路を低消費電流で動作させることができる。これにより、降圧回路の更なる低消費電力化が図られる。 According to this configuration, the reference voltage generation circuit can be operated with low current consumption. As a result, the power consumption of the step-down circuit can be further reduced.
上記したように、この発明によれば、電流駆動能力の強化、低スタンバイ電流、内部電源電圧の安定、及び小型化を図り得る降圧回路を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a step-down circuit capable of enhancing current driving capability, low standby current, stable internal power supply voltage, and downsizing.
以下、この発明を半導体装置に搭載される降圧回路に具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in a step-down circuit mounted on a semiconductor device will be described with reference to the drawings.
図2に、本実施の形態の降圧回路1を搭載した半導体装置2の全体構成を示す。
FIG. 2 shows an overall configuration of the semiconductor device 2 on which the step-down
半導体装置2は、本実施の形態においてはSRAM(Static-RAM)を内部回路3とする半導体メモリとして構成されており、この半導体装置2には、外部からの電源電圧(以下「外部電源電圧」という)VDDを降圧して内部回路3に供給する電源電圧(以下「内部電源電圧」という)Vintを生成する降圧回路1が搭載されている。このような半導体装置2においては、内部回路3は、降圧回路1側からみれば該降圧回路1の負荷回路として考えることができる。
In the present embodiment, the semiconductor device 2 is configured as a semiconductor memory having an SRAM (Static-RAM) as an internal circuit 3. The semiconductor device 2 includes an external power supply voltage (hereinafter referred to as “external power supply voltage”). A step-down
図1に、この降圧回路1の概略構成を示す。なお、先に説明した図12と同様の構成部分については同一符号を付して説明する。
FIG. 1 shows a schematic configuration of the step-down
降圧回路1は、バイアス電圧発生回路11、参照電圧発生回路12、オペアンプ13、該オペアンプ13の電流源14、駆動トランジスタDRV1、抵抗R1,R2、コントロール回路15、出力調整回路16等を備えて構成されている。なお、本実施の形態においては、抵抗R1と抵抗R2とにより帰還回路19が構成されている。
The step-down
バイアス電圧発生回路11は、参照電圧発生回路12およびオペアンプ13のバイアス電流値を決める制御電圧を発生する回路である。本実施の形態においては、バイアス電圧発生回路11は、オペアンプ13のバイアス電流値(具体的には電流源14の電流値)を制御する第一制御電圧VNと、参照電圧発生回路12のバイアス電流値を制御する第二制御電圧VPとを発生する。
The bias
参照電圧発生回路12は、本降圧回路1により外部電源電圧VDDを降圧して内部電源電圧Vintを生成する際の基準となる参照電圧を発生する回路である。本実施の形態においては、この参照電圧発生回路12は、上記バイアス電圧発生回路11により発生され
た第二制御電圧VPをもとに、内部電源電圧Vintの設定電圧とする第一参照電圧Vref1と、この第一参照電圧Vref1よりも高電位の第二参照電圧Vref2とを発生する。
The reference
オペアンプ13は、2つの入力端に与えられる2つの入力電圧の差を増幅して出力する差動増幅器である。本実施の形態においては、オペアンプ13は、一方の入力端に供給される参照電圧発生回路12からの第一参照電圧Vref1と、他方の入力端に供給される内部電源電圧Vintの帰還電圧Vfb(内部電源電圧Vintを帰還回路19の抵抗R1,R2により分圧した分圧電圧)との差を増幅して駆動電圧Vout1を発生させる。
The
電流源14は、オペアンプ13にバイアス電流を供給する回路である。なお、説明の便宜上、図1では、オペアンプ13と電流源14とを機能的に分けて示しているが、実際には、電流源14は、オペアンプ13の内部に設けられている。
The
先にも述べたように、この電流源14には、バイアス電圧発生回路11により発生された第一制御電圧VNが供給される。この第一制御電圧VNは、本実施の形態においては、半導体装置2のスタンバイ時(内部回路3の非活性状態)とアクティブ時(内部回路3の活性状態)とにおいて電流源14に定常的に供給され、該電流源14を構成するMOSトランジスタ(後述する)を弱反転領域(サブスレッショルド領域ともいう)で動作させるよう制御する電圧である。
As described above, the first control voltage VN generated by the bias
ここで、本実施の形態の電流源14は、こうした第一制御電圧VNによる制御に加えて、後述するコントロール回路15により内部電源電圧Vintに基づいて生成される、又は外部からのクロック信号CLKあるいは内部クロック信号QPCBに基づいて生成される制御信号IS1により電流値が制御されるものとなっている。これにより、内部電源電圧Vint及び外部又は内部クロックの生起に応じて、オペアンプ13のバイアス電流を動作レスポンスを最適化する必要十分量とするように制御している。
Here, in addition to the control by the first control voltage VN, the
即ち、スタンバイ時には、電流源14を構成するトランジスタを第一制御電圧VNにより弱反転領域で動作させてオペアンプ13の消費電流を極力削減する一方、アクティブ時には、電流源14の電流値を制御信号IS1により制御してオペアンプ13の動作レスポンスの最適化を図っている。これにより、降圧回路1は内部電源電圧Vintの電位変動に柔軟に対応するものとなっている。
That is, at the time of standby, the transistor constituting the
駆動トランジスタDRV1は、本実施の形態においては、Nチャネル型MOSトランジスタ(以下「NMOSトランジスタ」と称す)、より詳しくは、チャネルドープ等によって低閾値特性を持つNMOSトランジスタにより構成されている。この駆動トランジスタDRV1のドレインには外部電源電圧VDDが印加され、そのソースには内部回路3の内部電源端子(内部電源電圧Vintの供給端子)が接続され、そのゲートにはオペアンプ13からの駆動電圧Vout1が供給されている。そして、この駆動トランジスタDRV1のソースと接地電位との間に、帰還回路19をなす抵抗R1,R2が直列に接続されて設けられており、これら抵抗R1,R2間の接続点の電位がオペアンプ13の一方の入力端に内部電源電圧Vintの帰還電圧Vfbとして入力されるようになっている。なお、図示は省略しているが、この駆動トランジスタDRV1のバックゲートは接地電位に接続されている。
In the present embodiment, the drive transistor DRV1 is composed of an N-channel MOS transistor (hereinafter referred to as “NMOS transistor”), more specifically, an NMOS transistor having a low threshold characteristic by channel doping or the like. The external power supply voltage VDD is applied to the drain of the drive transistor DRV1, the internal power supply terminal (supply terminal of the internal power supply voltage Vint) of the internal circuit 3 is connected to the source, and the drive voltage from the
本実施の形態においては、オペアンプ13と、駆動トランジスタDRV1と、帰還回路19(本例では抵抗R1,R2で構成)とからなる負帰還回路によって、内部電源電圧を生成する第1のループが構成されている。そして、この第1のループにより第一参照電圧Vref1と帰還電圧Vfbとが略一致するよう制御されることで、内部電源電圧Vin
tは帰還回路19の特性を介して上記第一参照電圧Vref1に連関したレベルに制御され安定するようになる。なお、この負帰還回路の制御ループ(第1のループ)に加えて、後述するコントロール回路15により内部電源電圧Vintの第一参照電圧Vref1に対する所定の範囲を超える下方変動が検出されるときには、オペアンプ13の出力(駆動電圧Vout1)から、駆動トランジスタDRV1、コントロール回路15、電流源14を経由して同オペアンプ13に帰還入力される第2のループも動作する。また、後述するように、上記駆動トランジスタDRV1は、内部電源電圧Vintの変化に応じて、ソース・ドレイン間電流Idsを制御する負帰還として機能する。
In the present embodiment, a first loop for generating an internal power supply voltage is configured by a negative feedback circuit including an
t is controlled to a level related to the first reference voltage Vref1 through the characteristics of the
なお、本実施の形態においては、オペアンプ13の電流源14を制御することで負帰還回路の応答速度を可変制御しているが、負帰還回路の応答速度を可変制御する方法はこれに限らない。例えば、駆動トランジスタDRV1(NMOS)よりも閾値電圧の低い駆動トランジスタDRV1a(図示略)を別途用意する。そして、負帰還回路に対し高い応答速度が求められる場合は、駆動トランジスタDRV1aにより駆動トランジスタDRV1を代替する。通常、同じ駆動能力に合わせて設計をする場合においては、閾値電圧の低い駆動トランジスタDRV1aは駆動トランジスタDRV1よりもコンパクトに設計できるため、ゲート容量の削減効果によって負帰還回路の応答速度を向上させることができる。この場合、駆動トランジスタDRV1と駆動トランジスタDRV1aとの切替を制御信号IS1で行ってもよい。
In the present embodiment, the response speed of the negative feedback circuit is variably controlled by controlling the
コントロール回路15は、本降圧回路1により生成される内部電源電圧Vintの電位を検出し、該検出した電位に基づいて電流源14の電流値(即ちオペアンプ13の電流値)を制御する回路である。本実施の形態においては、このコントロール回路15は、参照電圧発生回路12により発生された第一及び第二参照電圧Vref1,Vref2と内部電源電圧Vintの帰還電圧Vfbとに基づいて、電流源14の電流値を制御する制御信号IS1を生成する。
The
なお、図1に示すように、本実施の形態の降圧回路1には、上記参照電圧発生回路12により発生された第二参照電圧Vref2を擾乱させずに出力する増幅率「1」のバッファ回路17が設けられており、コントロール回路15には、同第二参照電圧Vref2が上記バッファ回路17を通じて供給されるようになっている。以下、本明細書中において、上記バッファ回路17を通じてコントロール回路15に供給される第二参照電圧については、それを「Vref2A」にて記載する。ちなみにバッファ回路17に定電流を供給する電流源18は、上記バイアス電圧発生回路11からの第一制御電圧VNにより弱反転動作するMOSトランジスタにて構成されており、これによりバッファ回路17も低消費電流で動作するものとなっている。
As shown in FIG. 1, the step-down
出力調整回路16は、先に説明した図12と同様、例えばNMOSトランジスタにてなる3段のトランジスタTN51〜TN53をトランジスタDRV1のソースと接地電位との間に直列に接続して構成されている。この出力調整回路16は、本降圧回路1より出力される内部電源電圧Vintが所定のレベルを超えて上昇しないように監視する。具体的には、内部電源電圧Vint<第一参照電圧+α(但しα>0)の条件下では、各トランジスタTN51〜TN53に電流が流れないように、一方、そうでないときには内部電源電圧Vintの余剰電荷を放電させるように、各トランジスタTN51〜TN53の閾値電圧又はサイズを設定する。
The
次に、上記降圧回路1を構成する各回路の詳細構成について説明する。
Next, the detailed configuration of each circuit constituting the step-down
まず、図3を参照して、バイアス電圧発生回路11の構成を説明する。
First, the configuration of the bias
バイアス電圧発生回路11は、2つのカレントミラー回路と電流源とから構成されている。具体的には、第一カレントミラー回路を構成する一対のPMOSトランジスタTP1,TP2と、第二カレントミラー回路を構成する一対のNMOSトランジスタTN1,TN2と、電流源を構成する前記低閾値特性のNMOSトランジスタTND1とにより構成されている。
The bias
トランジスタTP1,TP2のソースは外部電源電圧VDDに接続され、それらのゲートは互いに接続されるとともにトランジスタTP1のドレインに接続されている。また、トランジスタTP1,TP2のドレインはそれぞれトランジスタTN1,TN2のドレインに接続されており、それらトランジスタTN1,TN2のゲートは互いに接続されるとともにトランジスタTN2のドレインに接続されている。即ち、第一カレントミラー回路と第二カレントミラー回路とは、互いの出力電流がそれぞれ入力電流として与えられるように接続されている。そして、トランジスタTN1のソースは電流源をなすトランジスタTND1を介して接地電位に接続され、トランジスタTN2のソースは接地電位に接続されている。トランジスタTND1は、そのソースとそのゲートとが互いに接続されて設けられている。 The sources of the transistors TP1 and TP2 are connected to the external power supply voltage VDD, and their gates are connected to each other and to the drain of the transistor TP1. The drains of the transistors TP1 and TP2 are connected to the drains of the transistors TN1 and TN2, respectively. The gates of the transistors TN1 and TN2 are connected to each other and to the drain of the transistor TN2. In other words, the first current mirror circuit and the second current mirror circuit are connected so that each other's output current is given as an input current. The source of the transistor TN1 is connected to the ground potential via the transistor TND1 forming a current source, and the source of the transistor TN2 is connected to the ground potential. The transistor TND1 is provided such that its source and its gate are connected to each other.
このように構成されたバイアス電圧発生回路11では、トランジスタTP1,TN1の接続点の電位(第一カレントミラー回路の入力電位)が第二制御電圧VPとして出力され、トランジスタTP2,TN2の接続点の電位が第一制御電圧VNとして出力されるようになっている。
In the bias
ここで、本実施の形態においては、このバイアス電圧発生回路11の電流源を前記低閾値特性のNMOSトランジスタTND1を用いて、そのゲート電圧Vgs=0とするように構成している。ゲート電圧Vgs=0でトランジスタTND1が弱反転領域で動作するように設定すれば、外部電源電圧VDDに依存しない一定電流を発生する電流源として機能するだけでなく、そのドレイン電流(Ids)は絶対温度Tのほぼ0.5乗に比例した温度依存を示し実用上極めて安定性のよい特性を示す。さらに、ソース・ドレイン間電圧(Vds)を極めて小さくとれるので、バイアス電圧発生回路11が正常に動作する外部電源電圧VDDの下限をCMOS回路の理論限界(Vtn−Vtp;エンハンスメント型N/PMOSの閾値)まで低くできる。つまり、降圧回路1は、非常に広い外部電源電圧VDDに対応可能となる。
Here, in the present embodiment, the current source of the bias
一方、ゲート電圧Vgs=0でトランジスタTND1が強反転の線形領域で動作するように同トランジスタTND1の閾値電圧を十分低く設定しても、外部電源電圧VDDに依存しない一定電流を発生する電流源として機能する。そして、その素子サイズを調整してトランジスタTND1のドレイン電流(Ids)を下げていくと、やがてトランジスタTN1,TN2が弱反転領域で動作するようになり、ドレイン電流(Ids)は絶対温度Tのほぼ−0.5乗に比例した温度依存を示す。よって、高温になるほど消費電流が削減できる技術を提供するとともに、実用上も極めて安定性のよい特性を示す。 On the other hand, even if the threshold voltage of the transistor TND1 is set sufficiently low so that the transistor TND1 operates in a strong inversion linear region when the gate voltage Vgs = 0, the current source generates a constant current independent of the external power supply voltage VDD. Function. When the element size is adjusted to lower the drain current (Ids) of the transistor TND1, the transistors TN1 and TN2 eventually operate in the weak inversion region, and the drain current (Ids) is almost equal to the absolute temperature T. Shows temperature dependence proportional to -0.5. Therefore, it provides a technology that can reduce current consumption as the temperature rises, and exhibits extremely stable characteristics in practice.
プロセス変動に対してドレイン電流(Ids)はトランジスタTND1の閾値(Vt)のみに依存するので、製造工程の視点からは同トランジスタTND1の閾値(Vt)だけの管理で済むので実際的といえる。トランジスタTND1が弱反転領域で動作するときはドレイン電流(Ids)は閾値(Vt)の指数に、強反転領域で動作するときはドレイン電流(Ids)は閾値(Vt)の1乗に比例する。従って、プロセス変動の視点からは、トランジスタTND1は強反転の線形領域で動作させる方が有利となる。 Since the drain current (Ids) depends only on the threshold value (Vt) of the transistor TND1 with respect to the process variation, it can be said that it is practical because only the threshold value (Vt) of the transistor TND1 can be managed from the viewpoint of the manufacturing process. When the transistor TND1 operates in the weak inversion region, the drain current (Ids) is proportional to the exponent of the threshold (Vt), and when operated in the strong inversion region, the drain current (Ids) is proportional to the first power of the threshold (Vt). Therefore, it is advantageous to operate the transistor TND1 in the linear region of strong inversion from the viewpoint of process variation.
次に、図4を参照して参照電圧発生回路12の構成を説明する。
Next, the configuration of the reference
参照電圧発生回路12は、電流源31,32とPMOSトランジスタTP3〜TP6とから構成されている。
The reference
電流源31,32は、本実施の形態においてはそれぞれPMOSトランジスタにより構成されており、電流源31は、各ダイオード接続されてなるトランジスタTP3〜TP5を介して接地電位に接続され、電流源32は、トランジスタTP6を介して接地電位に接続されている。そして、電流源31とトランジスタTP3との接続点の電位、具体的には、接地電位からの各トランジスタTP3〜TP5の各|Vgs|(ゲート・ソース間電圧の絶対値)の合計電位が第一参照電圧Vref1として出力されるようになっている。また、この第一参照電圧Vref1はトランジスタTP6のゲートに供給され、トランジスタTP6と電流源32との接続点の電位が第二参照電圧Vref2として出力されるようになっている。
In the present embodiment, the
このように構成された参照電圧発生回路12では、第一及び第二参照電圧Vref1,Vref2は、図5に示すように、半導体装置2の推奨動作電源電圧の範囲においてVref2>Vref1となるよう生成される。
In the reference
ここで、本実施の形態においては、参照電圧発生回路12の各電流源31,32をなすPMOSトランジスタは上記バイアス電圧発生回路11にて発生された第二制御電圧VPによりそれぞれ弱反転動作するよう制御される。これにより、参照電圧発生回路12は、スタンバイ時及びアクティブ時を問わず低消費電流で動作するものとなっている。
Here, in the present embodiment, the PMOS transistors forming the
次に、図6(a)を参照して、オペアンプ13の構成を説明する。
Next, the configuration of the
図6(a)に示すように、オペアンプ13は、負荷としてのカレントミラー回路をなす一対のPMOSトランジスタTP8,TP9と、差動対トランジスタをなす一対のNMOSトランジスタTN3,TN4と、電流源14とから構成されている。
As shown in FIG. 6A, the
トランジスタTP8,TP9のソースは外部電源電圧VDDに接続され、それらのゲートは互いに接続されるとともにトランジスタTP8のドレインに接続されている。また、トランジスタTP8,TP9のドレインはそれぞれトランジスタTN3,TN4のドレインに接続されており、それらトランジスタTN3,TN4のソースは電流源14を介して接地電位に接続されている。そして、トランジスタTN3のゲートに第一参照電圧Vref1が供給され、トランジスタTN4のゲートに内部電源電圧Vintの帰還電圧Vfbが供給され、これら第一参照電圧Vref1と帰還電圧Vfbとの差を増幅した電圧がトランジスタTP9,TN4の接続点より駆動電圧Vout1として出力されるようになっている。
The sources of the transistors TP8 and TP9 are connected to the external power supply voltage VDD, and their gates are connected to each other and to the drain of the transistor TP8. The drains of the transistors TP8 and TP9 are connected to the drains of the transistors TN3 and TN4, respectively, and the sources of the transistors TN3 and TN4 are connected to the ground potential via the
ここで、本実施の形態においては、上記カレントミラー回路をなす一対のトランジスタTP8,TP9の素子サイズ比を入力側のトランジスタTP8と出力側のトランジスタTP9とで1:x(x>1)に設定してそれらの電流駆動能力を互いに異ならせることで、オペアンプ13を電気的に非対称特性を有するように構成している。こうした構成では、各トランジスタTP8,TP9の電流駆動能力を同じ(即ち素子サイズ比を1:1)にする場合に比べてオペアンプ13の増幅率は低下するものの、その発振を好適に抑制することが可能となる。このことは、負帰還回路において、従来の降圧回路100では必要としていた位相補償回路105(図12参照)を本降圧回路1では削除可能とすることに大きく寄与するものとなる。
In this embodiment, the element size ratio of the pair of transistors TP8 and TP9 forming the current mirror circuit is set to 1: x (x> 1) between the input-side transistor TP8 and the output-side transistor TP9. The
図7に示すように、まず、駆動トランジスタDRV1を前記低閾値特性のNMOSトランジスタ(図中、D−NMOSにて示す)により構成したことにより、同トランジスタD
RV1をエンハンスメント型のNMOSトランジスタ(図中、E−NMOSにて示す)により構成した場合に比べてより低いゲート電圧Vgsでも大きなドレイン電流Idを得ることが可能となる。即ち、駆動トランジスタDRV1の電流駆動能力を向上させることができるだけでなく、同一の電流駆動能力を得る場合においては上記駆動トランジスタDRV1の素子サイズを小さくして、同トランジスタDRV1の寄生容量を小さくすることができる。つまりは、駆動トランジスタDRV1のスイッチング速度を高速化させることができる。その結果、オペアンプ13により駆動される駆動トランジスタDRV1のゲート制御性(トランジスタのスイッチング速度)を向上させ、負帰還回路の応答性(フィードバック速度)を向上させることが可能となる。
As shown in FIG. 7, first, the drive transistor DRV1 is constituted by the NMOS transistor having the low threshold characteristic (indicated by D-NMOS in the figure), so that the transistor D
A larger drain current Id can be obtained even with a lower gate voltage Vgs than when RV1 is configured by an enhancement type NMOS transistor (indicated by E-NMOS in the figure). That is, not only can the current driving capability of the driving transistor DRV1 be improved, but also when the same current driving capability is obtained, the element size of the driving transistor DRV1 is reduced to reduce the parasitic capacitance of the transistor DRV1. Can do. That is, the switching speed of the drive transistor DRV1 can be increased. As a result, the gate controllability (transistor switching speed) of the drive transistor DRV1 driven by the
このように本実施の形態においては、オペアンプ13の増幅率を下げることによる効果と、駆動トランジスタDRV1のサイズ縮小による効果である高速フィードバック制御とが従来必要としていた位相補償回路105(図12)をなくしても十分な位相補償を実現することを可能とし、それにより負帰還回路の動作安定化を図っている。
As described above, in the present embodiment, the phase compensation circuit 105 (FIG. 12) that has conventionally required the effect of lowering the amplification factor of the
なお、トランジスタDRV1を前記低閾値特性のNMOSトランジスタ(D−NMOS)に替えて通常のエンハンスメント型のNMOSトランジスタ(E−NMOS)により構成しても以下の効果が得られる。 Even if the transistor DRV1 is constituted by a normal enhancement type NMOS transistor (E-NMOS) instead of the low threshold characteristic NMOS transistor (D-NMOS), the following effects can be obtained.
即ち、NMOSトランジスタを用い、そのソースを内部回路3の内部電源端子(内部電源電圧Vintの供給端子)に接続して上記トランジスタDRV1を構成すれば、例えば、内部電源電圧Vintが上昇するときには、それに伴いゲート電圧Vgsが低下することにより、同トランジスタDRV1はドレイン電流Idを減少させるように動作する。また、こうして内部電源電圧Vintが上昇するときには、上記トランジスタDRV1のソース−バックゲート間電圧Vbsが上昇することにより、同トランジスタDRV1は先と同様にドレイン電流Idを減少させるように動作する。ちなみに、D−NMOSではE−NMOSに比べて一段と出力抵抗を低く設計できるため、定電圧源としては良好な特性を示すことになる。即ち、こうした構成では、内部電源電圧Vintの電位変動に追従して、上記トランジスタDRV1に流れる電流量を自身でフィードバック制御する構成とすることができる。こうした点からも、NMOSトランジスタにより駆動トランジスタDRV1を構成すれば、それをPMOSトランジスタにより構成する場合に比べてフィードバックの応答性を向上させることができる。 That is, if an NMOS transistor is used and its source is connected to the internal power supply terminal (supply terminal of the internal power supply voltage Vint) of the internal circuit 3 to configure the transistor DRV1, for example, when the internal power supply voltage Vint rises, As a result, the gate voltage Vgs decreases, so that the transistor DRV1 operates to decrease the drain current Id. When the internal power supply voltage Vint increases in this way, the source-back gate voltage Vbs of the transistor DRV1 increases, so that the transistor DRV1 operates to decrease the drain current Id as before. Incidentally, since the output resistance of the D-NMOS can be designed to be lower than that of the E-NMOS, the D-NMOS exhibits good characteristics as a constant voltage source. That is, in such a configuration, the amount of current flowing through the transistor DRV1 can be feedback-controlled by following the potential fluctuation of the internal power supply voltage Vint. From this point of view, if the drive transistor DRV1 is constituted by an NMOS transistor, the feedback response can be improved as compared with the case where the drive transistor DRV1 is constituted by a PMOS transistor.
次に、図6(b)を参照して、上記オペアンプ13の電流源14の構成を説明する。
Next, the configuration of the
図6(b)に示すように、電流源14は、具体的には、第一電流源35と第二電流源36とを並列に接続して構成されている。
As shown in FIG. 6B, the
第一電流源35は、本実施の形態においてはNMOSトランジスタTN7により構成されており、このトランジスタTN7のゲートには、バイアス電圧発生回路11により発生された第一制御電圧VNが半導体装置2のスタンバイ時とアクティブ時とにおいて定常的に供給される。この際、上記したように、トランジスタTN7は第一制御電圧VNにより弱反転動作するように制御される。従って、第一電流源35の電流値(ドレイン電流)は微少電流値に制御される。
The first
一方、第二電流源36は、スイッチ素子37と、それに直列に接続されてなる前記低閾値特性のNMOSトランジスタTND2とから構成されている。なお、実質的には、トランジスタTND2が第二電流源36として動作するものとなっている。スイッチ素子37は、本実施の形態においてはNMOSトランジスタにより構成されており、上記コントロール回路15からの制御信号IS1に基づいて導通制御される。トランジスタTND2は
、そのゲートとそのソースとが互いに接続され、そのソースが接地電位に接続され、そのドレインがスイッチ素子37に接続されて構成されている。前記低閾値特性のNMOSトランジスタTND2のソース・ドレイン間電圧Vdsが適当な範囲に設定される限り、同トランジスタTND2はゲート電圧(ゲート・ソース間電圧)Vgs=0において飽和領域で動作するので、定電流を安定して供給することのできる優れた電流源を構成することができるとともに、該電流源を駆動する付加回路等を不要とした簡素な構成とすることができる。
On the other hand, the second
この第二電流源36は、上記制御信号IS1によりスイッチ素子37がオンされるとき、トランジスタTND2に流れる一定電流を同スイッチ素子37を介してオペアンプ13に供給する。ちなみに、NMOSトランジスタTND2に流れる電流値は、上記弱反転動作するトランジスタTN7に流れる電流値よりも遙かに大きな電流値に設定される。
The second
このように、電流源14は、スタンバイ時には微少電流値に制御された第一電流源35からの定電流をオペアンプ13に供給する一方、アクティブ時には同第一電流源35からの定電流に加えて、更に第二電流源36からの定電流をオペアンプ13に供給するようになっている。
As described above, the
なお、図示は割愛しているが、上記バッファ回路17の電流源18は、先に説明した第一電流源35と同様NMOSトランジスタにより構成されており、このNMOSトランジスタも上記第一制御電圧VNにより弱反転動作するものとなっている。これにより、バッファ回路17も低消費電流で動作させるようにしている。
Although not shown in the figure, the
次に、図8〜図10を参照して、コントロール回路15の構成を説明する。
Next, the configuration of the
図8に示すように、コントロール回路15は、差動増幅回路41と、ドライブ回路42と、波形整形回路43とを備えて構成されている。
As shown in FIG. 8, the
差動増幅回路41には、活性信号SLEEPの他、第一参照電圧Vref1と、第二参照電圧Vref2Aと、内部電源電圧Vintの帰還電圧Vfbと、ドライブ回路42より出力される制御信号IS1とが入力される。そして、詳しくは図9にて説明するように、この差動増幅回路41は、第二参照電圧Vref2Aを動作電源とする第一差動増幅器と、外部電源電圧VDDを動作電源とする第二差動増幅器とにより、内部電源電圧Vintの帰還電圧Vfbと第一参照電圧Vref1との電圧差を増幅して差動増幅電圧OUT1を出力するものとなっている。
In addition to the activation signal SLEEP, the
波形整形回路43は、半導体装置2のアクティブ時とスタンバイ時とを制御する外部からのコントロール信号/CE(/は否定の意)と、半導体装置2の内部回路3で生成された内部クロック信号QPCBとに基づいて、上記差動増幅回路41の出力波形(差動増幅電圧OUT1)を所定のHレベルの電位に設定する回路である。これにより、波形整形回路43の出力と差動増幅回路41の出力とのワイヤードORにより差動増幅電圧OUT1がドライブされる。
The
また、この波形整形回路43は、上記コントロール信号/CEと内部クロック信号QPCBとに基づいて、コントロール回路15の動作を制御するクロック信号QPCB2を生成する。なお、本実施の形態では、内部回路3(SRAM)が非同期型メモリの場合を想定しており、該SRAM内部で生成された内部クロック信号QPCBを波形整形回路43に供給する構成としているが、内部回路3が同期型メモリである場合等、半導体装置2の動作を外部からのクロック信号CLK(システムクロック)に同期して制御させる場合には、内部クロック信号QPCBに替えてこのシステムクロックを供給する構成としてもよ
い。
The
ドライブ回路42は、波形整形回路43からのクロック信号QPCB2と差動増幅回路41からの差動増幅電圧OUT1とに基づいて、上記電流源14の電流値を制御する制御信号IS1を生成する。
The
図9に、上記差動増幅回路41の詳細な回路構成を示す。
FIG. 9 shows a detailed circuit configuration of the
上記したように、この差動増幅回路41の基本構成は、第二参照電圧Vref2AをDC動作電源とする第一差動増幅器51と、外部電源電圧VDDを動作電源とする第二差動増幅器52とを接続した構成となっている。
As described above, the basic configuration of the
第一差動増幅器51は、本実施の形態においては、差動対トランジスタをなす一対のPMOSトランジスタTP12,TP13と、各ダイオード接続されてなる4つのNMOSトランジスタTN8,TN9及びNMOSトランジスタTN10,TN11とから構成されており、上記一対のトランジスタTP12,TP13の各ソースに第二参照電圧Vref2Aが供給されている。そして、この第一差動増幅器51は、上記一対のトランジスタTP12,TP13の各ゲートに入力される第一参照電圧Vref1と内部電源電圧Vintの帰還電圧Vfbとの差を増幅して、トランジスタTP12,TN8の接続点(ノードN1)の電位、及びトランジスタTP13,TN10の接続点(ノードN2)の電位を第二差動増幅器52に差動入力として与える。
In the present embodiment, the first
第二差動増幅器52は、本実施の形態においては、カレントミラー回路をなす一対のPMOSトランジスタTP14,TP15と、差動対トランジスタをなす一対のNMOSトランジスタTN12,TN13と、NMOSトランジスタTN14,TN15とから構成されている。なお、上記トランジスタTN14,TN15の各ゲートは、第一差動増幅器51を構成するトランジスタTN8,TN9の接続点、及びトランジスタTN10,TN11の接続点にそれぞれ接続されている。
In the present embodiment, the second
この第二差動増幅器52において、上記カレントミラー回路をなす一対のトランジスタTP14,TP15の各ソースと外部電源電圧VDDとの間には、PMOSトランジスタTP16,TP17,TP18の直列接続回路とPMOSトランジスタTP19,TP20,TP21の直列接続回路とが並列に接続されている。ドライブ回路42からの制御信号IS1がLレベルの時はトランジスタTP19,TP20,TP21の経路でトランジスタTP20,TP21の閾値だけ外部電源電圧VDDより降圧した電圧が、また、制御信号IS1がHレベルの時はトランジスタTP16,TP17,TP18の経路で外部電源電圧VDDのフルレベルがトランジスタTP14,TP15に印加される。ちなみに、制御信号IS1がHレベルの時は、トランジスタTP16はインバータ回路INV1による同制御信号IS1の反転信号で、トランジスタTP17は接地電位で、また、トランジスタTP18は活性信号SLEEPでゲートされる。トランジスタTP17は外部電源電圧VDDの瞬間的な変動の影響による回路誤動作を抑制するために、トランジスタTP18は活性信号SLEEPにより回路動作を禁止するために設けられている。必要に応じて活性信号SLEEPは接地電位に接続してもよい。
In the second
また、この第二差動増幅器52において、上記差動対トランジスタをなす一対のトランジスタTN12,TN13のソースは、NMOSトランジスタTN16及び前記低閾値特性のNMOSトランジスタTND3を介して接地電位に接続されている。ここで、トランジスタTN16のゲートには上記ドライブ回路42から出力される制御信号IS1がインバータ回路INV1,INV2を介して供給される。
In the second
トランジスタTN9とトランジスタTN14、及びトランジスタTN11とトランジスタTN15はそれぞれカレントミラーの関係にあるため、制御信号IS1がLレベルであると、第二差動増幅器52はトランジスタTN14,TN15により第一差動増幅器51のバイアス電流に比例するバイアス電流の供給を受けるが、制御信号IS1がHレベルになると、トランジスタTND3(定電流源)からのバイアス電流も加味される。本実施の形態においては、第一差動増幅器51のトランジスタTP12は常時弱反転動作し、トランジスタTP13は、内部電源電圧Vintが第一参照電圧Vref1に対して所定の範囲を超えて下方変動しない限り弱反転動作するので、内部電源電圧Vintが所定のレベルに安定する限り、差動増幅回路41全体としては低電流でバイアスされる。
Since the transistors TN9 and TN14 and the transistors TN11 and TN15 are in a current mirror relationship, when the control signal IS1 is at the L level, the second
一方、内部電源電圧Vintが第一参照電圧Vref1に対して所定の範囲を超えて下方変動すると、トランジスタTP13のドレイン電流が増し、第一及び第二差動増幅器51,52のバイアス電流が増すことにより差動増幅回路41のレスポンスが向上する。さらに、トランジスタTND3(定電流源)からのバイアス電流をトランジスタTN14,TN15からのバイアス電流よりも大きく設定すれば、制御信号IS1がHレベルになると、第二差動増幅器52のレスポンスがさらに向上する。その後、制御信号IS1がLレベルになると、トランジスタTND3からのバイアス電流の供給が止まり第二差動増幅器52のバイアス電流が下がるとともにレスポンスも下がる。
On the other hand, when the internal power supply voltage Vint fluctuates downward beyond a predetermined range with respect to the first reference voltage Vref1, the drain current of the transistor TP13 increases and the bias currents of the first and second
このように構成された第二差動増幅器52は、第一差動増幅器51のノードN1,N2間の電圧差を増幅して差動増幅電圧OUT1として出力する。
The second
図10に、ドライブ回路42の詳細な回路構成を示す。
FIG. 10 shows a detailed circuit configuration of the
ドライブ回路42は、一方の入力端に上記差動増幅回路41より出力される差動増幅電圧OUT1をインバータ回路INV3〜INV5を介して入力し、他方の入力端に上記波形整形回路43より出力されるクロック信号QPCB2を入力する2入力NANDゲート61を有している。このドライブ回路42は、半導体装置2のアクティブ時にはクロック信号QPCB2の立下がりに同期して動作し、上記NANDゲート61の出力端から制御信号IS1を出力する。
The
詳述すると、ドライブ回路42は、アクティブ時には上記電流源14(図6(b)参照)に設けられた第二電流源36を活性させるべく、クロック信号QPCB2の立下がりに応答してスイッチ素子37をオンさせるHレベルの制御信号IS1を出力する。そして、その後、第一参照電圧Vref1と内部電源電圧Vintとの電圧差が所定の範囲内にあることを検出する(具体的には、差動増幅電圧OUT1のレベルがインバータ回路INV5の出力をHレベルにするに足りるレベルに達する)と、制御信号IS1をLレベルにするようになっている。
More specifically, the
ここで、上記アクティブ時において第一参照電圧Vref1と内部電源電圧Vintとの電圧差が所定の範囲内にあるときは、駆動トランジスタDRV1の供給電流と内部回路3の負荷電流(内部回路3の消費電流)との間でバランスがとれているときである。 Here, when the voltage difference between the first reference voltage Vref1 and the internal power supply voltage Vint is within a predetermined range in the above active state, the supply current of the drive transistor DRV1 and the load current of the internal circuit 3 (consumption of the internal circuit 3) Current).
低い負荷電流においてバランスがとれているときは内部回路3が外部からのコントロール信号/CEによりスタンバイ状態にモード設定されている状態のときか、或いは、コントロール信号/CEによりアクティブ状態にモード設定されている状態であっても内部回路3がデータ処理動作を終了している状態(準スタンバイ状態)のときである。準スタンバイ状態の検知は、ドライブ回路42を構成するインバータ回路INV5の出力がHレベルになるに足りる入力レベルを差動増幅電圧OUT1が満たすときである。準スタンバイ状態が検知されると、直ちに制御信号IS1はLレベルになり、電流源14を構成するス
イッチ素子37を開放(オフ)して余分な消費電流を抑える。これにより、準スタンバイ状態であってもコントロール信号/CEで規定されたスタンバイ状態と同じ低消費電流で状態設定された半導体装置2が実現される。
When the load circuit is balanced at a low load current, the internal circuit 3 is set to the standby state by the control signal / CE from the outside, or is set to the active state by the control signal / CE. This is when the internal circuit 3 has finished the data processing operation (semi-standby state). The quasi-standby state is detected when the differential amplification voltage OUT1 satisfies an input level sufficient for the output of the inverter circuit INV5 constituting the
一方、高い負荷電流においてバランスがとれているときは内部回路3がデータ処理動作を続行している期間である。この場合、内部回路3のデータ処理動作が終了する最長期間tMAX以上の期間tRETにおいて制御信号IS1がHレベルに保持されるよう差動増幅回路41が設定される。しかし、何らかの理由によってこの条件(tMAX≦tRET)が満たされないときは、内部電源電圧Vintが急上昇する可能性がある。この問題に対しては、制御信号IS1をHレベルからLレベルへと急峻に遷移させないこと、つまりオペアンプ13の動作レスポンスを急激に低下させないことにより解決がなされる。
On the other hand, when the balance is achieved at a high load current, it is a period during which the internal circuit 3 continues the data processing operation. In this case, the
本実施の形態では、制御信号IS1の急峻な遷移を抑えるために、ドライブ回路42に充放電回路62が設けられている。この充放電回路62は、インバータ回路INV6〜INV8、容量C1、PMOSトランジスタTP31〜TP33、及びNMOSトランジスタTN31により構成され、容量C1を外部電源電圧VDDのレベルに充電する機能、及びNANDゲート61による容量C1の放電タイミングを指定する機能を有する。容量C1の充電は、制御信号IS1がHレベルになっている期間に充電用のトランジスタTP31により行われる。容量C1の放電タイミングは、差動増幅電圧OUT1の波形整形信号であるインバータ回路INV7の出力がトランジスタTN31をオンするタイミングと、NANDゲート61を構成するNMOS(放電用素子)がオンされるタイミングとのうち早い方で指定される。なお、トランジスタTP32,TP33は制御信号IS1及びその反転信号であるインバータ回路INV8の出力で制御される。制御信号IS1のHレベルからLレベルへの遷移波形は近似として線形波形で扱えるので、放電時間は容量C1とNANDゲート61を構成するNMOS(放電用素子)の駆動力で指定できる。
In the present embodiment, a charge /
スタンバイ状態、又は準スタンバイ状態において何らかの理由により内部電源電圧Vintが第一参照電圧Vref1に対して所定の範囲を超えて下方変動する場合が考えられる。このとき、差動増幅電圧OUT1のレベルがインバータ回路INV5の出力をLレベルにするに足りるレベルになると、制御信号IS1をHレベルにしてオペアンプ13のバイアス電流を増加させる。これにより、オペアンプ13及び駆動トランジスタDRV1からなる負帰還回路のレスポンスを高め、内部電源電圧Vintを速やかに所定のレベルに引き上げる。その後、差動増幅電圧OUT1がインバータ回路INV5の出力をHレベルにするに足りるレベルになると、上記充放電回路62とNANDゲート61とにより制御信号IS1は近似的に線形波形として遷移する。すなわち充放電回路62の機能により、制御信号IS1は緩慢に変化する。これにより、負帰還回路のレスポンスを緩やかに下げていく。
There may be a case where the internal power supply voltage Vint fluctuates below a predetermined range with respect to the first reference voltage Vref1 for some reason in the standby state or the semi-standby state. At this time, when the level of the differential amplification voltage OUT1 becomes a level sufficient to bring the output of the inverter circuit INV5 to the L level, the control signal IS1 is set to the H level to increase the bias current of the
なお、本実施例では、制御信号IS1を緩慢に変化させるために充放電回路62内部の容量を用いているが、本発明の技術的思想はこれに限られない。例えば、スイッチを介して電源に接続された抵抗をNANDゲート61の出力端子に接続し、制御信号IS1により上記スイッチを制御する方法でもよい。あるいは、NANDゲート61の出力端子にインダクタンスを付加する等の方法でもよい。
In the present embodiment, the capacity inside the charge /
図11は、上記降圧回路1の一動作例を示す波形図である。
FIG. 11 is a waveform diagram showing an operation example of the step-down
今、コントロール信号/CEがLレベルとなって内部回路3(SRAM)がアクティブになり、且つ内部回路3で発生される内部クロック信号QPCBがLレベルとなった時点から内部回路3の消費電流IL(負荷電流)が増加し、この変化に対応して内部電源電圧Vintが下がり変動するようになる(図中、破線A内の二点鎖線)。 Now, when the control signal / CE becomes L level and the internal circuit 3 (SRAM) becomes active and the internal clock signal QPCB generated in the internal circuit 3 becomes L level, the current consumption IL of the internal circuit 3 (Load current) increases, and the internal power supply voltage Vint decreases and fluctuates in response to this change (two-dot chain line in broken line A in the figure).
本実施の形態においては、この電圧降下を防ぐために、内部クロック信号QPCBの立下がりで制御信号IS1を立上げる。即ち、アクティブ時には、内部クロック信号QPCBの立下がりに同期させて制御信号IS1を立上げ、電流源14の電流値を増加させるようにしている。
In the present embodiment, in order to prevent this voltage drop, control signal IS1 is raised at the falling edge of internal clock signal QPCB. That is, when active, the control signal IS1 is raised in synchronization with the fall of the internal clock signal QPCB, and the current value of the
その後、内部回路3の動作が完了(データ処理動作を完了)すると、内部回路3は準スタンバイ状態に移行する。このとき、内部回路3の消費電流ILは殆どなくなる。本実施の形態においては、この準スタンバイ状態をコントロール回路15により検出しており、内部電源電圧Vintと第一参照電圧Vref1との電圧差が所定の範囲内にあることを条件に同コントロール回路15が準スタンバイ状態を検出するときには、制御信号IS1を立下げて降圧回路1自身の消費電流を低減させるようにしている。
After that, when the operation of the internal circuit 3 is completed (data processing operation is completed), the internal circuit 3 shifts to the semi-standby state. At this time, the consumption current IL of the internal circuit 3 is almost eliminated. In the present embodiment, this quasi-standby state is detected by the
ところが、上記したように、このとき制御信号IS1を急激に立下げると、その時点における内部回路3の消費電流IL(負荷電流)の大きさによっては内部電源電圧Vintが上昇方向に変動するといった問題が生じる。そこで、こうした変動を回避するために、本実施の形態においては、コントロール回路15により準スタンバイ状態が検出されるときには、図中、破線B内に示すように、制御信号IS1を上記充放電回路62の動作により緩やかに立下げて負帰還回路のレスポンスを緩やかにスタンバイ・レベルに移行させることにした。これにより、内部電源電圧Vintの過渡変動を抑制できることになる。
However, as described above, if the control signal IS1 is suddenly lowered at this time, the internal power supply voltage Vint varies in an increasing direction depending on the current consumption IL (load current) of the internal circuit 3 at that time. Occurs. Therefore, in order to avoid such fluctuations, in the present embodiment, when the quasi-standby state is detected by the
以上記述したように、本実施の形態では、以下の効果を奏することができる。 As described above, the following effects can be achieved in the present embodiment.
(1)本実施の形態では、電流源14の電流値を内部電源電圧Vintと第一参照電圧Vref1との電圧差に応じてコントロール回路15により可変する構成とした。即ち、内部電源電圧Vintと第一参照電圧Vref1との電圧差が所定の範囲を超えているときには電流源14の電流値を増加させ、逆に、内部電源電圧Vintと第一参照電圧Vref1との電圧差が所定の範囲内にあり、内部電源電圧Vintが安定しているときには電流源14の電流値を小さな電流値に抑えるようにした。これにより、消費電流の低減を図りつつ、内部電源電圧Vintの電位変動に応じて動作レスポンスを向上させることができる。
(1) In the present embodiment, the
(2)本実施の形態では、アクティブ時においては、電流源14の電流値を更に外部からのクロック信号(本実施の形態では内部回路3で生成される内部クロック信号QPCB)に基づいて可変制御する構成とした。具体的には、内部クロック信号QPCB(厳密にはQPCB2)の立下がりに同期して制御信号IS1を立上げ、電流源14の電流値を増加させるようにした。これにより、アクティブ動作開始時には降圧回路1の動作レスポンスの最適化を図ることができる。
(2) In the present embodiment, when active, the current value of the
(3)本実施の形態では、アクティブ時であっても、その後コントロール回路15により内部電源電圧Vintと第一参照電圧Vref1との電圧差が上記所定の範囲内にあることが検出されるときには、電流源14の電流値を減少させるようにした。即ち、アクティブ時であってもコントロール回路15により準スタンバイ状態が検出されるときには、電流源14の電流値を減少させるようにした。これにより、アクティブ時における定常的な電流消費を抑制して、該アクティブ時の消費電流の低減も図ることができる。
(3) In the present embodiment, even when active, when the
(4)本実施の形態では、準スタンバイ状態が検出された場合において、電流源14の電流値を減少させるべく制御信号IS1を立下げる際には、その電圧レベルを充放電回路62の動作により(容量C1の放電動作にしたがって)緩やかに立下げるようにした。これにより制御信号IS1を急峻に立下げることによる内部電源電圧Vintの電位変動(
上昇)を好適に抑制させることができる。
(4) In the present embodiment, when the control signal IS1 is lowered in order to decrease the current value of the
Rise) can be suitably suppressed.
(5)本実施の形態では、並列接続されてなる第一電流源35と第二電流源36とから電流源14を構成し、内部電源電圧Vintと第一参照電圧Vref1との電圧差が上記所定の範囲内にあり内部電源電圧Vintが安定しているときには第一電流源35のみを活性させる構成とした。この際、本実施の形態においては、この第一電流源35をなすNMOSトランジスタTN7を第一制御電圧VNにより弱反転動作させるようにしている。これにより、内部回路3の動作モードであるスタンバイ時や準スタンバイ時において内部電源電圧Vintの電位が安定しているときの降圧回路1の消費電流を極力削減することができる。
(5) In the present embodiment, the first
(6)また本実施の形態では、上記電流源14の第二電流源36を前記低閾値特性のNMOSトランジスタTND2を用いてそのゲート電圧Vgs=0とするよう構成した。こうした構成とすれば、トランジスタTND2のソース・ドレイン間電圧Vdsが適当な範囲に設定される限り、同トランジスタTND2はゲート電圧Vgs=0において飽和領域で動作するので、定電流を安定して供給することのできる優れた電流源を構成することができるとともに、該電流源を制御する付加回路等を不要とした簡素な構成とすることができる。
(6) In the present embodiment, the second
(7)本実施の形態では、駆動トランジスタDRV1をNMOSトランジスタを用いて構成し、そのソースに内部回路3の内部電源端子(内部電源電圧Vintの供給端子)を接続する構成とした。こうした構成とすれば、内部電源電圧Vintの電位変動に追従させて同駆動トランジスタDRV1に流れる電流量を同駆動トランジスタDRV1自身でフィードバック制御させる構成とすることができる。これにより、駆動トランジスタDRV1の応答性を向上させることができる。また、さらに本実施の形態では、前記低閾値特性のNMOSトランジスタを用いて構成していることにより、駆動トランジスタDRV1の電流駆動能力を(エンハンスメント型により構成した場合に比べて)向上させることができる。これは、駆動トランジスタDRV1の素子サイズをさらに小型化し、延いては駆動トランジスタDRV1の寄生容量を一段と小さくして同トランジスタDRV1の応答性(スイッチング速度)を高速化させることに寄与する。また、前記低閾値特性のMOSトランジスタはエンハンスメント型に比べて出力抵抗が小さくなるようにデバイス設計することが可能であるため、定電圧源としての降圧回路の出力ドライバに前記低閾値特性のMOSトランジスタを用いることは優れた選択となる。これにより、負帰還回路の応答性(フィードバック速度)を向上させ、その結果、従来の降圧回路において必要としていた位相補償回路105(図12)をなくしても十分な位相補償を実現することができる。 (7) In the present embodiment, the drive transistor DRV1 is configured using an NMOS transistor, and the internal power supply terminal (supply terminal for the internal power supply voltage Vint) of the internal circuit 3 is connected to the source thereof. With such a configuration, it is possible to make a configuration in which the drive transistor DRV1 itself feedback-controls the amount of current flowing through the drive transistor DRV1 following the potential fluctuation of the internal power supply voltage Vint. Thereby, the responsiveness of the drive transistor DRV1 can be improved. Furthermore, in the present embodiment, the current driving capability of the driving transistor DRV1 can be improved (compared to the case of the enhancement type) by using the NMOS transistor having the low threshold characteristic. . This contributes to further reducing the element size of the drive transistor DRV1, and further reducing the parasitic capacitance of the drive transistor DRV1 to increase the response (switching speed) of the transistor DRV1. In addition, since the low threshold characteristic MOS transistor can be designed so that the output resistance is smaller than that of the enhancement type, the low threshold characteristic MOS transistor is used as an output driver of a step-down circuit as a constant voltage source. Using is an excellent choice. As a result, the response (feedback speed) of the negative feedback circuit is improved. As a result, sufficient phase compensation can be realized without the phase compensation circuit 105 (FIG. 12) required in the conventional step-down circuit. .
(8)本実施の形態では、オペアンプ13のカレントミラー回路を構成する一対のPMOSトランジスタTP8,TP9の素子サイズ比を、入力側のトランジスタ(TP8)と出力側のトランジスタ(TP9)とで1:x(但しx>1)とした。こうした構成では、オペアンプ13の増幅率は低下するものの、(負帰還回路における)同オペアンプ13の発振を好適に抑制することができる。その結果、従来の降圧回路において必要としていた位相補償回路105をなくしても十分な位相補償を実現することができる。
(8) In the present embodiment, the element size ratio of the pair of PMOS transistors TP8 and TP9 constituting the current mirror circuit of the
(9)上記(7)に記載したように、駆動トランジスタDRV1の素子サイズを小さくできることにより、降圧回路1の小型化を図ることができる。
(9) As described in (7) above, the step-down
(10)また、上記(7)及び(8)に記載したように、負帰還回路の位相補償回路105をなくすことができることにより、降圧回路1の更なる小型化を図ることができる。
(10) Further, as described in (7) and (8) above, by eliminating the
(11)本実施の形態では、第一及び第二参照電圧Vref1,Vref2を発生する
参照電圧発生回路12の電流源31,32(本実施の形態ではPMOSトランジスタ)をバイアス電圧発生回路11からの第二制御電圧VPにより弱反転動作させる構成とした。これにより、参照電圧発生回路12を低消費電流で動作させることができるため、降圧回路1における消費電流の更なる低減を図ることができる。
(11) In the present embodiment, the
(12)本実施の形態では、トランジスタを弱反転動作させるよう制御する第一及び第二制御電圧VN,VPを発生するバイアス電圧発生回路11の電流源を、前記低閾値特性のNMOSトランジスタTND1を用いてそのゲート電圧Vgs=0とするように構成している。このような構成では、トランジスタTND1が弱反転領域で動作する限り、同トランジスタTND1のドレイン電流(Ids)の温度依存は絶対温度Tのほぼ0.5乗になる。また、トランジスタTND1が強反転領域で線形動作すると、同トランジスタTND1のドレイン電流(Ids)の温度依存は絶対温度Tのほぼ−0.5乗になる。総して考えるに、物理現象の連続性により、ゲート電圧Vgs=0でバイアスしたトランジスタTND1を緩和領域(弱反転領域と強反転領域の中間領域)で動作するようにデバイス設計すると、そのドレイン電流(Ids)は絶対温度Tに極めて依存しにくくなることが予想される。一方、プロセス変動に対しては制御しなければならない変数はトランジスタTND1の閾値(Vt)のみになる。このことは、製造管理の観点から現実的な制約条件に収まる、つまりCMOS回路でも第一及び第二制御電圧VN,VPをゲート・バイアス電位として利用すると簡単に精度良く定電流源を作成可能となる。
(12) In the present embodiment, the current source of the bias
なお、上記実施の形態は、以下のような態様(変形例)に変更して実施してもよい。 In addition, you may implement the said embodiment, changing into the following aspects (modifications).
(変形例1)上記実施の形態では、内部電源電圧Vintの電位を設定電圧に精度良く維持させるために、第一及び第二参照電圧Vref1,Vref2の2種類の参照電圧をもとに電流源14の電流値を制御する制御信号IS1を発生させるようにしたが、必ずしもこうした2種類とする必要はない。 (Modification 1) In the above embodiment, in order to maintain the internal power supply voltage Vint at the set voltage with high accuracy, the current source is based on two types of reference voltages, the first and second reference voltages Vref1 and Vref2. Although the control signal IS1 for controlling the current value of 14 is generated, it is not always necessary to use these two types.
(変形例2)上記実施の形態では、駆動トランジスタDRV1を前記低閾値特性のNMOSトランジスタにより構成し、更にはオペアンプ13の発振を抑制させる(オペアンプ13の増幅率を抑える)構成とすることで、位相補償回路105(図12)をなくしても十分な位相補償を可能とする負帰還回路の構成を実現したが、上記両者の構成のうちいずれかの構成のみによっても十分な位相補償が可能となる場合には、必ずしも上記両者の構成を具備する必要はない。
(Modification 2) In the above embodiment, the drive transistor DRV1 is configured by the NMOS transistor having the low threshold characteristics, and further, the oscillation of the
(変形例3)上記実施の形態では、降圧回路1の制御性を向上させるためにバッファ回路17を設けたが、同降圧回路1の動作に影響を与えなければこれらを省略してもよい。
(Modification 3) In the above embodiment, the
(変形例4)その他上記実施の形態の降圧回路1の構成に関する設計的事項は本発明の技術的思想の範囲内において適宜変更することができる。
(Modification 4) Other design matters relating to the configuration of the step-down
1:降圧回路、2:半導体装置、3:内部回路、11:バイアス電圧発生回路、12:参照電圧発生回路、13:オペアンプ、14:オペアンプの電流源、15:コントロール回路、16:出力調整回路、17:バッファ回路、18:バッファ回路の電流源、19:帰還回路、35:第一電流源、36:第二電流源、37:スイッチ素子、41:差動増幅回路、42:ドライブ回路、43:波形整形回路、51:第一差動増幅器、52:第二差動増幅器、62:充放電回路、105:位相補償回路、C1:容量、DRV1:駆動トランジスタ、IS1:制御信号、OUT1:差動増幅電圧、CLK:クロック信号、QPCB:内部クロック信号、SLEEP:活性信号、VDD:外部電源電圧、Vint:内部電源電圧、Vout1:駆動電圧、VN:第一制御電圧、VP:第二制御電圧、Vref1:第一参照電圧、Vref2:第二参照電圧。 1: Step-down circuit, 2: Semiconductor device, 3: Internal circuit, 11: Bias voltage generation circuit, 12: Reference voltage generation circuit, 13: Operational amplifier, 14: Current source of operational amplifier, 15: Control circuit, 16: Output adjustment circuit 17: buffer circuit, 18: current source of buffer circuit, 19: feedback circuit, 35: first current source, 36: second current source, 37: switch element, 41: differential amplifier circuit, 42: drive circuit, 43: waveform shaping circuit, 51: first differential amplifier, 52: second differential amplifier, 62: charge / discharge circuit, 105: phase compensation circuit, C1: capacity, DRV1: drive transistor, IS1: control signal, OUT1: Differential amplification voltage, CLK: Clock signal, QPCB: Internal clock signal, SLEEP: Activation signal, VDD: External power supply voltage, Vint: Internal power supply voltage, Vout1: Drive power , VN: first control voltage, VP: second control voltage, Vref1: first reference voltage, Vref2: the second reference voltage.
Claims (9)
前記内部電源電圧に基づく電圧と前記参照電圧との電圧差に応じて駆動電圧を発生するオペアンプと、前記駆動電圧に応じた前記内部電源電圧を出力する駆動トランジスタと、を有してなる負帰還回路と、
前記内部電源電圧と前記参照電圧との電圧差が所定の範囲を超えているとき、前記負帰還回路の応答速度を可変制御する制御信号を生成するコントロール回路と、
を備えることを特徴とする降圧回路。 In a step-down circuit that generates an internal power supply voltage obtained by stepping down an external power supply voltage based on a predetermined reference voltage, and supplies the internal power supply voltage to a load circuit,
Negative feedback comprising: an operational amplifier that generates a drive voltage according to a voltage difference between the voltage based on the internal power supply voltage and the reference voltage; and a drive transistor that outputs the internal power supply voltage according to the drive voltage Circuit,
A control circuit for generating a control signal for variably controlling the response speed of the negative feedback circuit when a voltage difference between the internal power supply voltage and the reference voltage exceeds a predetermined range;
A step-down circuit comprising:
請求項1記載の降圧回路。 The control circuit variably controls the response speed of the negative feedback circuit based on an external clock signal when the load circuit is in an active state.
The step-down circuit according to claim 1.
請求項1記載の降圧回路。 The response speed of the negative feedback circuit is variably controlled by controlling the current value of a current source that supplies current to the operational amplifier.
The step-down circuit according to claim 1.
請求項1記載の降圧回路。 The control circuit detects a quasi-standby state in which the load circuit is in an active state and a voltage difference between the internal power supply voltage and the reference voltage is within the predetermined range. In the quasi-standby state, a current is supplied to the operational amplifier. Controlling the current value of the current source supplying the same current value as when the load circuit is in a standby state;
The step-down circuit according to claim 1.
請求項3又は4記載の降圧回路。 The current source is configured by connecting in parallel a first current source configured by a transistor operating in a weak inversion region and a second current source controlled based on the control signal output from the control circuit. To be
The step-down circuit according to claim 3 or 4.
前記参照電圧と前記内部電源電圧との電圧差を増幅して差動増幅電圧を発生する差動増幅回路と、
前記オペアンプの電流源の電流値を可変制御する前記制御信号を前記差動増幅電圧に基づいて発生するドライブ回路とを備える、
請求項3又は4記載の降圧回路。 The control circuit is
A differential amplifier circuit for amplifying a voltage difference between the reference voltage and the internal power supply voltage to generate a differential amplification voltage;
A drive circuit that generates the control signal for variably controlling the current value of the current source of the operational amplifier based on the differential amplification voltage;
The step-down circuit according to claim 3 or 4.
請求項1乃至6のいずれか一項記載の降圧回路。 The control circuit slowly changes the control signal when a voltage difference between the internal power supply voltage and the reference voltage changes from a state exceeding the predetermined range to a state within the predetermined range;
The step-down circuit according to any one of claims 1 to 6.
請求項1乃至7のいずれか一項記載の降圧回路。 The drive transistor is constituted by an NMOS transistor having a drain connected to the external power supply voltage and a source connected to the internal power supply voltage.
The step-down circuit according to any one of claims 1 to 7.
請求項1乃至8のいずれか一項記載の降圧回路。 A transistor operating in a weak inversion region has a current source, and includes a reference voltage generation circuit that generates the reference voltage based on the external power supply voltage.
The step-down circuit according to any one of claims 1 to 8.
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