(57)【要約】  集積回路（１００）は、イネーブルトランジスタ（１０４）を介してスタンバイモードに切り替えられることができる回路部（１０２）を持ち、前記イネーブルトランジスタは、内部電源ライン（１２０）と外部電源ライン（１３０）との間に結合される。イネーブルトランジスタ（１０４）は、制御ライン（１６０）を介して制御回路により制御される。制御ライン（１６０）は、論理ゲート（１５０）の第１トランジスタ（１５２）及び更に他のトランジスタ（１５４）のゲートに結合される。他のトランジスタ（１５４）の基板は、逆バイアス生成器（１７０）に結合される。結果として、イネーブルトランジスタ（１０４）がスイッチを切られる場合に、他のトランジスタ（１５４）が有効にされ、イネーブルトランジスタ（１０４）のゲートに相当な逆バイアスを印加し、従って、イネーブルトランジスタ（１０４）を通る回路部（１０２）からのリーク電流を劇的に減少する。
2005516454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源ラインと、
内部電源ラインと、
前記内部電源ラインに結合された回路部と、
前記内部電源ラインを前記外部電源ラインに結合するイネーブルトランジスタと、
第１ゲート電圧を用いて前記イネーブルトランジスタを導通状態に切り替え、第２ゲート電圧を用いて非導通状態に切り替えるために前記イネーブルトランジスタのゲートに結合された制御手段と、
を有する集積回路であって、
前記制御手段が、前記第２ゲート電圧をバイアス印加することにより前記非導通状態において前記イネーブルトランジスタを通るリーク電流を減少するように構成されることを特徴とする集積回路。
【請求項２】
前記制御手段が、前記集積回路のバルク基板から電気的に絶縁された基板を持つ他のトランジスタを有し、前記基板が、バイアス電圧源に結合され、前記他のトランジスタが、前記イネーブルトランジスタを非導通状態に切り替えるための制御信号に応答することを特徴とする、請求項１に記載の集積回路。
【請求項３】
前記バイアス電圧源が、前記制御信号に応答する逆バイアス生成器を有することを特徴とする、請求項２に記載の集積回路。
【請求項４】
電池容器の接点に結合された電源ラインを有する電池式電子装置であって、前記電源ラインが、請求項１に記載の集積回路の外部電源ラインに結合されることを特徴とする電池式電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
外部電源ラインと、内部電源ラインと、
前記内部電源ラインに結合された回路部と、前記内部電源ラインを前記外部ラインに結合するイネーブルトランジスタ（enable transistor）と、前記イネーブルトランジスタを第１ゲート電圧を用いて導通状態に切り替え、第２ゲート電圧を用いて非導通状態に切り替えるために前記イネーブルトランジスタのゲートに結合された制御手段と、
を有する集積回路に関する。
【０００２】
本発明は、更に、このような集積回路を持つ電池式電子装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
このような集積回路の実施例は、IEEE Journal of Solid State Circuit, Vol. 32(1);
p.52-61, 1997から既知である。
【０００４】
ＩＣ設計の分野において、トランジスタ寸法の進行中の縮小は、ＩＣ上のトランジスタ密度の増加を可能にし、これは、ますます複雑なＩＣの開発を可能にする。しかしながら、トランジスタ密度の増加は、著しい複雑化をも持ち込む。幾つか問題を挙げると、ノイズ、クロストーク及び多数の設計技術の危険の増加の他に、これらの超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）は、動作中に大量の電力を消費する。加えて、トランジスタ寸法及び供給電圧の減少と共に、これらのトランジスタの閾値電圧（VT）は、通常下げられ、前記トランジスタの高周波スイッチングを可能にする。これは、これらのトランジスタに対するリーク電流の増加を起こし、当該リーク電流は、前記回路の合計電力消費及び特にスタンバイ電流を増加させる。これは、特に、携帯装置、ラップトップコンピュータ、携帯電話、及びポータブルＣＤプレーヤ等のような、このような回路を含む電池式装置に対する電池寿命に関して問題を生じる。従って、低電力消費は、特にこれらのＩＣがこのような装置内で使用されている場合に、ＩＣの設計において重要な問題である。
【０００５】
前述の従来技術から既知である相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）回路は、外部電力線を内部電力線に結合する制御回路に結合されたイネーブルトランジスタ、例えば、前記回路の外部電力線（Vdd,ext）と内部電力線（Vdd,int）との間に結合されたｐＭＯＳ高VTトランジスタの存在により低電力設計を持つ。前記高VTトランジスタは、前記イネーブルトランジスタのゲート電圧を第１ゲート電圧と第２ゲート電圧との間で切り替えることにより前記制御回路からのイネーブル／ディセーブル制御信号により制御され、回路部に対する電流供給を使用可能／使用不可能にする。例えば電池式装置の例えばスタンバイモードの間に、ＩＣの大部分のスイッチを切ることにより、消費電力の大幅な節約が達成され、結果として増加された電池寿命を生じる。高VTトランジスタの使用は、１０又は２０年の間、スタンバイモードの前記回路部からのリーク電流を減少する。
【０００６】
高VTトランジスタを使用する不利点は、前記イネーブルトランジスタに対して、前記回路部に使用されている技術とは異なる技術が使用されなければならず、これは、ＩＣ設計の複雑さ及びＩＣ製造コストを増加させる。加えて、高VTトランジスタの両端間の著しい電圧降下を避けるために、このようなトランジスタは、相対的に大きくなくてはならず、これは、集積回路の全体的な面積を増加させ、ＩＣ製造コストをも増加させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、イネーブルトランジスタが、高VTイネーブルトランジスタと比べてスタンバイリーク電流を増加することなく回路部と同じ技術で実現されることができる冒頭の段落に記述される種類の集積回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここで、この目的は、制御手段が、第２ゲート電圧をバイアス印加することにより非導通状態のイネーブルトランジスタを通るリーク電流を減少するように構成されることにより実現される。
【０００９】
前記第２ゲート電圧をバイアス印加することにより、例えば、前記イネーブルトランジスタのゲートにゲート逆バイアス電圧を印加することにより、前記イネーブルトランジスタの閾値電圧と、非導通状態の前記イネーブルトランジスタの電圧との間の電圧のギャップは、広がる。これは、結果として前記回路部から前記トランジスタを通るスタンバイリーク電流の大幅な減少を生じることができ、例えば、ちょうど１００ｍＶのゲート逆バイアス電圧は、前記トランジスタを通る閾値下のリーク電流を１０乃至１５の倍率で減少させ、数ボルトのゲート逆バイアスが、１０年以上の間、前記閾値下のリークを減少させる。他のリーク電流経路がＩＣ内に存在するが、トランジスタの閾値下のリーク電流は、ディープサブミクロン技術において全体的な電流リークに対する支配的な寄与であり、これは、本発明の重要性を明記する。
【００１０】
好ましい実施例において、前記制御手段は、前記集積回路のバルク基板から電気的に絶縁された基板を持つ更に他のトランジスタを有し、前記基板は、バイアス電圧源に結合され、前記他のトランジスタは、前記イネーブルトランジスタを非導通状態に切り替える制御信号に応答する。ここで、リーク電流を減少させる基板及び／又はウェル逆バイアス電圧技術の使用が、当技術分野から既知であることに注意すべきである。例えば、米国特許US5,744,996は、前記回路内の前記トランジスタの基板に逆バイアス電圧を印加することにより異なる供給電圧で動作するように調整されることができるＣＭＯＳ回路を開示する。他の米国特許、例えばUS6,124,752において、前記基板から電荷を除去するために専用制御回路に応答する電荷ポンプを使用することにより、第３供給電圧、例えば、前記回路の公称供給電圧Vdd及びグラウンド供給電圧Vssに隣接する逆バイアス電圧を印加しなければならない問題の解決法が提供されている。これらの特許に記述されたアーキテクチャの共通のアプローチは、しかしながら、逆バイアス電圧を前記回路の一部、例えば回路部に印加するか、又は前記回路全体に印加するかの何れかであり、前記回路の一部に印加する場合、トリプルウェル技術又は他の絶縁技術が必要とされる。しかしながら、前記集積回路の大部分に対する逆バイアス電圧の印加は、電荷ポンプのような逆バイアス生成器が、基板の大部分を制御しなくてはならず、これが、前記逆バイアス生成器のサイズか、又は逆バイアスの印加が実現される実際の時間期間の何れかに負の効果を持つという不利点を持つ。加えて、リーク電流を減少する逆バイアス電圧印加の正の効果は、いわゆるｋファクタの予測される減少のために技術寸法の更なる縮小と共により小さくなるだろうと予測され、前記ｋファクタは以下の式で表され、
VT=VX+k√(Vsb+2φF)
ここでVTは閾値電圧であり、VXは過程に関する一定の閾値電圧項であり、kはこの技術における単位面積酸化物当たりの酸化物キャパシタンスに依存するボディファクタ又はｋファクタであり、φFはフェルミレベルであり、Vsbはソース−バルク間又は逆バイアス電圧である。ｋファクタの減少と共に、前記閾値電圧の増加への前記逆バイアスの影響は、より穏やかになり、この結果として前記回路又は回路部からのリーク電流のより小さな減少を生じることは、当業者により認識されるだろう。
【００１１】
前述の実施例が、前記ｋファクタの影響のこの予測される低下から著しく損害を受けることはないと強調され、前記回路部及び前記イネーブルトランジスタの両方が、デフォルト技術で実現され、前記イネーブルトランジスタのゲートに印加されるべき逆バイアス電圧を生成する役割を持つトランジスタが、逆バイアス源に接続される。従って、前記回路部及び前記イネーブルトランジスタではなく、このトランジスタが、未来の技術の減少されたｋファクタの結果としてスタンバイ状態で増加されたリーク電流を経験し、これは、典型的には何百万ものトランジスタを持つＩＣのリーク電流に対してごくわずかな寄与である。更に、標準的な技術、例えばＣＭＯＳ技術における前記ＩＣの大部分の実現は、公称電源ラインVdd及びVssを使用する標準的なライブラリセルが、前記回路部及び前記イネーブルトランジスタの両方に対して使用されることができ、前記逆バイアス電圧を印加するための前記電源ラインの経路設定の問題が、前記イネーブルトランジスタのゲート逆バイアスを生成する役割を持つ前記トランジスタに限定されたままであるという利点を持つ。加えて、前記イネーブルトランジスタのゲートに印加されるべき逆バイアス電圧を生成する役割を持つ前記トランジスタの基板面積の適度なサイズのため、前記逆バイアスは、より大きな実質的な基板面積がバイアス印加されなければならない既知の逆バイアス印加と対照的に、急速に確立されることができる。
【００１２】
バイアス電圧源が制御信号に応答する逆バイアス生成器を有するならば、利点である。前記逆バイアス生成器を前記制御信号に応答させることにより、前記逆バイアス生成器は、必要な場合のみに、例えば、前記回路部が、スタンバイモードに切り替えられる場合にスイッチを入れられ、これは、前記逆バイアス生成器の電力消費を減少する。
【００１３】
電池式装置の重要な性質は、動作期間、即ち前記装置が電池を再充電する必要無しに機能するであろう期間の長さである。典型的には、このような装置の動作期間の増加は、市場地位を著しく強化し、これは、特に、幾つか電池式装置を挙げると、携帯電話及びラップトップコンピュータの場合にあてはまる。本発明によるＩＣを使用する電池式装置は、前記ＩＣの大部分が、スタンバイモードにおいて前記回路部からのリーク電流を劇的に減少してスイッチを切られることができるという事実により、より長い動作時間を提供することができ、これは、概して前記装置の市場地位を向上する。
【００１４】
本発明による集積回路及び装置は、より詳細に且つ添付図面を参照して非限定的な例によって記述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１において、集積回路１００は、回路部１０２を有する。回路部１０２は、電源ライン１１０と内部電源ライン１２０との間で結合され、内部電源ライン１２０は、イネーブルトランジスタ１０４により外部電源ライン１３０に結合される。随意的に、デカップリングキャパシタ１０６は、回路部１０２の電源投入中に電源電圧のグリッチを補償するために電源ライン１１０と内部電源ライン１２０との間で結合される。イネーブルトランジスタ１０４のゲートは、論理ゲート１５０、例えばインバータに結合され、論理ゲート１５０は、イネーブルトランジスタ１０４を導通状態に切り替えるために第１ゲート電圧を生成するトランジスタ１５２と、イネーブルトランジスタ１０４を非導通状態に切り替えるために第２ゲート電圧を生成する更に他のトランジスタ１５４とを有する。他の論理ゲートは、本発明の範囲から外れることなく使用されることができる。
【００１６】
他のトランジスタ１５４の基板は、逆バイアス電源ライン１４０を介して、逆バイアス源１７０、例えば荷電ポンプのような逆バイアス生成器又は逆バイアスを生成する他の既知の装置に結合される。トランジスタ１５２及び他のトランジスタ１５４のゲートは、制御信号ライン１６０を介して図示されていない制御回路に結合される。信頼性のため、トランジスタ１５４は、好ましくは、トランジスタ１５４が導通状態に切り替えられる場合に印加される逆バイアスの結果として生じる増加されたゲート−ソース間及びゲート−ドレイン間電圧に耐えるために２つのトランジスタのカスケードとして実施されると強調される。集積回路１００内に一体化されることができるか又は少なくとも部分的に集積回路１００の外側に位置することができる図示されていない前記制御回路は、回路部１０２の動作モードを、例えばアクティブ又はスタンバイモードの何れかに制御するのに使用される。随意的に、逆バイアス源１７０は、逆バイアス源１７０が、前記制御回路に応答するようにされた場合に、点線部分により示されるように制御信号ライン１６０にも接続される。図１において、逆バイアス源１７０は、集積回路１００に一体化され、これは好ましい構成である。しかしながら、集積回路１００の図示されていない入力ピンを介して他のトランジスタ１５４に結合された外部逆バイアス源も、本発明の教えから外れることなく使用されることができることは、当業者に明らかであろう。
【００１７】
図１に示された前記実施例において、電源ライン１１０はVddラインであり、内部電源ライン１２０は内部Vssラインであり、外部電源ライン１３０は外部Vssラインであり、イネーブルトランジスタ１０４はｎＭＯＳトランジスタである。ｎＭＯＳトランジスタは、大きな電流がアクティブモードの回路部１０２を流れなければならない場合に有用であるｐＭＯＳトランジスタより良い導通性を持つので、これは好ましい実施例である。本実施例において、前記イネーブルトランジスタに印加される逆バイアスは、事実、負の電圧であり、好ましくは数ボルトである。しかしながら、本発明の範囲から外れることなく、電源ライン１１０がVssラインであることができ、内部電源ライン１２０が内部Vddラインであることができ、外部電源ライン１３０が外部Vddラインであることができ、イネーブルトランジスタ１０４がｐＭＯＳトランジスタであることができることは、当業者に理解されるだろう。後者の場合、印加される前記逆バイアスは、前記ゲート電圧とｐＭＯＳトランジスタ１０４の閾値電圧との間のギャップを増大させるためにVddより正の電圧であろう。また、内部及び外部Vdd電源ラインの両方の間且つ内部及び外部Vss電源ラインの間のイネーブルトランジスタの組み合わせも、本発明の範囲から外れることなく考えられることができる。
【００１８】
図２は、図１の詳細な記述を後方参照して記述される。対応する参照番号は、別に述べられていない限り、同じ意味を持つ。図２において、電池式電子装置２００、例えばハンドヘルドコンピュータ、ラップトップコンピュータ、パーソナルアシスタント、及び携帯電話等は、本発明による集積回路１００を組み込む。集積回路１００の外部電源ライン１３０のみが、図２に明示的に示され、これは、明瞭さの理由のみでなされる。外部電源ライン１３０は、電池容器２２０の接点２２２に結合され、電池容器２２０の接点２２４と電源ライン１１０との間の接続は、明瞭さの理由で示されていない。回路部１０２のスタンバイモードにおいて、電池容器２２０内の図示されていない電池は、イネーブルトランジスタ１０４のゲートに印加された逆バイアスのために、回路部１０２にほとんど電力を供給しないようにしなければならないだろう。回路部１０２は、図示されていない前記制御回路の制御下でスタンバイモードに切り替えられるだろうし、この制御回路は、集積回路１００の外にある電池式電子装置２００に部分的に統合されるか若しくは完全に統合されるかの何れかであることができるか、又は集積回路１００の中に統合されることができる。本発明による集積回路１００の存在は、電池式電子装置２００の図示されていない電池の寿命を大幅に増加し、単独での動作時間、例えば電池式電子装置２００が電池以外の電源に接続されずに動作することができる時間は、このような製品を市場で売るために重要なフィーチャなので、これは市場性を著しく増加する。
【００１９】
上述の実施例は、本発明を制限するのではなく説明し、当業者が、添付された請求項の範囲から外れることなく多くの代替実施例を設計することができるであろうことに注意すべきである。前記請求項において、括弧の間に配置された如何なる参照符号も、請求項を制限するように解釈されるべきではない。単語“有する”は、請求項に列挙された要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を除外しない。要素に先行する単語“１つの”は、複数のこのような要素の存在を除外しない。幾つかの手段を列挙する装置請求項において、これらの手段の幾つかは、ハードウェアの同一のアイテムにより実施されることができる。特定の方策が相互に異なる従属請求項に列挙されるという単なる事実は、これらの方策の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例によるオン／オフ切り替え機能を持つ回路を示す。
【図２】本発明によるオン／オフ切り替え機能を持つ集積回路を有する電池式装置を示す。
【図１】
2005516454.tif 000003
【図２】
2005516454.tif 000004
【国際調査報告】
2005516454.tif 000005
2005516454.tif 000006