(57)【要約】【課題】ボディ端子にバイアス電圧を提供するように結合されている出力を含むボディバイアス制御回路を与える。【解決手段】ボディバイアス制御回路は、ある期間にわたってバイアス電圧を第１のバイアス電圧から第２のバイアス電圧へと変化させるように構成されており、その期間にわたって、バイアス電圧の実効変化速度の大きさが変化し、ソース電圧により近い、第１のバイアス電圧と第２のバイアス電圧との間の電圧について。実効変化速度は、ソース電圧からより遠い、第１のバイアス電圧と第２のバイアス電圧との間のバイアス電圧のものよりも小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路において、
バイアス電圧を受け取るように結合されているボディ端子と、ソース電圧を受け取るように結合されているソース端子とを含んでなるトランジスタと、
前記バイアス電圧を前記ボディ端子に与えるべく結合されている出力を含んでなるボディバイアス制御回路であって、前記ボディバイアス制御回路は、ある期間にわたって第１のバイアス電圧から第２のバイアス電圧まで、前記バイアス電圧を変化させ、かつ前記バイアス電圧の実効変化速度は前記期間にわたって変化するように形成されており、前記第１のバイアス電圧と第２のバイアス電圧との間の電圧のうち前記ソース電圧により近い電圧での前記実効変化速度は、前記第１のバイアス電圧と第２のバイアス電圧との間のバイアス電圧のうち前記ソース電圧からより遠い電圧での前記実効変化速度よりも小さい、ボディバイアス制御回路とを備える、回路。
【請求項２】
前記バイアス電圧の前記実効変化速度は、前記期間にわたって増加する、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記バイアス電圧の移動平均は、前記期間にわたって二次的に変化する、請求項１に記載の回路。
【請求項４】
前記トランジスタはＰウェル内に形成されているｎ型トランジスタであり、前記第２のバイアス電圧は前記第１のバイアス電圧よりも小さい、請求項１に記載の回路。
【請求項５】
前記トランジスタはＮウェル内に形成されているＰ型トランジスタであり、前記第２のバイアス電圧は前記第１のバイアス電圧よりも大きい、請求項１に記載の回路。
【請求項６】
前記ボディバイアス制御回路は、前記出力において、対応する継続時間に対して各々、前記第１のバイアス電圧と前記第２のバイアス電圧との間にある一連のバイアス目標レベル電圧を印加することによって、前記バイアス電圧を、前記第１のバイアス電圧から前記第２のバイアス電圧へと変化させるように形成されている、請求項１に記載の回路。
【請求項７】
各対応する継続時間は、同じ継続時間である、請求項６に記載の回路。
【請求項８】
前記ボディバイアス制御回路は、前記出力を、前記一連のバイアス目標レベル電圧の各々及び前記第２のバイアス電圧に向かってプルするために使用される電荷ポンプを備える、請求項６に記載の回路。
【請求項９】
前記ボディバイアス制御回路は、
複数のタップであって、前記複数の各タップは、前記一連のバイアス目標レベル電圧のうちの１つのバイアス目標レベル電圧に対応する、複数のタップと、
前記複数のタップのうちの、前記バイアス電圧を前記第１のバイアス電圧から前記第２のバイアス電圧へと変化させるためのタップを選択するように構成されているタップコントローラとをさらに備える、請求項６に記載の回路。
【請求項１０】
前記ボディバイアス制御回路は、ある期間にわたって第２のバイアス電圧から第１のバイアス電圧まで、前記バイアス電圧を変化させるように形成されており、前記バイアス電圧の実効変化速度は前記期間にわたって変化し、前記第２のバイアス電圧と第１のバイアス電圧との間の電圧のうち前記ソース電圧により近い電圧では、前記実効変化速度は、前記第２のバイアス電圧と第１のバイアス電圧との間のバイアス電圧のうち前記ソース電圧からより遠い電圧での前記実効変化速度よりも小さい、請求項１に記載の回路。
【請求項１１】
ボディバイアス電圧を制御するための方法において、
トランジスタのボディ端子にバイアス電圧を、及び、前記トランジスタのソース端子にソース電圧を与える工程と、
ある期間にわたって前記バイアス電圧を第１のバイアス電圧から第２のバイアス電圧へと変化させる工程であって、前記期間にわたって、前記バイアス電圧の実効変化速度の大きさが変化し、前記第１のバイアス電圧と第２のバイアス電圧との間の電圧のうち前記ソース電圧により近い電圧での前記実効変化速度は、前記第１のバイアス電圧と第２のバイアス電圧との間のバイアス電圧のうち前記ソース電圧からより遠い電圧での前記実効変化速度よりも小さい、変化させる工程とを備える、方法。
【請求項１２】
前記バイアス電圧を前記第１のバイアス電圧から前記第２のバイアス電圧へと変化させる工程は、前記期間にわたって、前記バイアス電圧の前記実効変化速度が増加するように実行される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記バイアス電圧を前記第１のバイアス電圧から前記第２のバイアス電圧へと変化させる工程は、前記期間にわたって、前記バイアス電圧の移動平均が変化するように実行される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記トランジスタはＰウェル内に形成されているｎ型トランジスタであり、前記第２のバイアス電圧は前記第１のバイアス電圧よりも小さい、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記トランジスタはＮウェル内に形成されているｐ型トランジスタであり、前記第２のバイアス電圧は前記第１のバイアス電圧よりも大きい、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記方法は、第２の期間にわたって前記第２のバイアス電圧から前記第１のバイアス電圧まで、前記バイアス電圧を変化させる工程であって、前記バイアス電圧の実効変化速度は前記第２の期間にわたって変化する、変化させる工程をさらに備え、
前記第２のバイアス電圧と第１のバイアス電圧との間の電圧のうち前記ソース電圧により近い電圧での前記実効変化速度は、前記第２のバイアス電圧と第１のバイアス電圧との間のバイアス電圧のうち前記ソース電圧からより遠い電圧での前記実効変化速度よりも小さい、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
回路において、
バイアス電圧を受け取るように結合されているボディ端子と、ソース電圧を受け取るように結合されているソース端子とを含んでなるトランジスタと、
前記バイアス電圧を前記ボディ端子に提供するように結合されている出力を含んでなるボディバイアス制御回路であって、前記ボディバイアス制御回路は、ある期間にわたって開始バイアス電圧から終了バイアス電圧まで、前記バイアス電圧に、異なる目標レベルにおいて連続的に刻み幅をつけるように構成されており、前記異なる目標レベル間の電圧刻み幅サイズは前記期間にわたって変化し、前記ソース電圧により近い、目標レベル間の電圧刻み幅サイズは、前記ソース電圧からより遠い、目標レベル間の電圧刻み幅サイズよりも小さい、ボディバイアス制御回路とを備える、回路。
【請求項１８】
前記目標レベル間の各電圧刻み幅のサイズは前記期間にわたって増大する、請求項１７に記載の回路。
【請求項１９】
前記目標レベル間の各電圧刻み幅のサイズは前記期間にわたって二次的に変化する、請求項１７に記載の回路。
【請求項２０】
前記ボディバイアス制御回路は、
電荷ポンプと、
各々が前記バイアス電圧の目標レベルに対応する、前記電荷ポンプに結合されている複数のタップと、
前記複数のタップのうち、目標レベルに対応するタップを選択するように構成されているタップコントローラとを備える、請求項１７に記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回路一般に関し、より詳細には、トランジスタボディのバイアス制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタは、集積回路内の回路を実装するために使用される。いくつかの種類の電界効果トランジスタなどのいくつかのトランジスタでは、閾値電圧を上回る電圧をトランジスタのゲートに印加すると、電荷（たとえば、正孔又は電子）がトランジスタのソースとドレインの間のチャネル領域を移動する。一般的に、チャネル領域は、ドープされた半導体ウェル内に設けられる。
【０００３】
いくつかのトランジスタにおいて、トランジスタのスイッチング速度及びサブスレッショルド漏れ電流の両方は、閾値電圧によって決定される。ＦＥＴでは、閾値電圧が高くなることは、スイッチング速度が遅くなること、及び、漏れ電流が低くなることに対応する。閾値電圧が低くなることに対応して、スイッチング速度が速くなるが、漏れ電流が高くなる。漏れ電流の量は、トランジスタの電力消費に影響を及ぼし、漏れ電流が高くなることに対応して、電力消費は高くなる。
【０００４】
トランジスタの閾値電圧（ならびに、それに応じて漏れ電流、電力、及びスイッチング速度）は、トランジスタのソースに印加される電圧（ソース電圧）と異なる電圧においてトランジスタのボディ（一般的に、チャネル領域が位置しているウェル）をバイアスすることによって調整することができる。逆ボディバイアスを使用してトランジスタの閾値電圧を上昇させることができる。ＮＦＥＴにおいて、逆ボディバイアスは、ソースに印加される電圧よりも小さい電圧（いくつかの例において一般的にはシステムグランド（ＶＳＳ））をボディに印加することによって実行される。ＰＦＥＴでは、逆ボディバイアスは、ソースに印加される電圧よりも大きい電圧（いくつかの例において一般的にはＶＤＤ）をボディに印加することによって実行される。
【０００５】
順方向ボディバイアスを使用してトランジスタの閾値電圧を低下させることができる。ＮＦＥＴでは、順方向ボディバイアスは、ソースに印加される電圧よりも高い電圧をボディに印加することによって実行される。ＰＦＥＴでは、順方向ボディバイアスは、ソースに印加される電圧よりも小さい電圧をボディに印加することによって実行される。
【０００６】
いくつかの例において、動作の間の周囲温度の上昇によって、より多くの漏れ電流が生じる。それゆえ、より高温の環境内で動作しているトランジスタは、より低温の環境内で動作しているトランジスタよりも多量の漏れ電流を生成する場合がある。
【０００７】
本発明は、添付の図面を参照することによってよりよく理解されることができ、その多数の目的、特徴、及び利点が当業者に明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態による回路を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施形態による回路を示すブロック図。
【図３】本発明の一実施形態によるボディバイアス制御回路を示す回路図。
【図４】本発明の一実施形態によるボディバイアスの変化を示すグラフ。
【図５】本発明の別の実施形態によるボディバイアス制御回路を示す回路図。
【図６】本発明の別の実施形態によるボディバイアスの変化を示すグラフ。
【０００９】
異なる図面において同じ参照符号が使用されている場合、これは、別途記載しない限り、同一の項目であることを示す。図面は必ずしも原寸に比例して描かれてはいない。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下は、本発明を実施するための形態の詳細な説明を示す。本記載は本発明の例を示すことを意図しており、本発明は限定的に解釈されるべきではない。
ボディバイアスの遷移中に経時的なボディバイアスの実効変化速度を変化させるボディバイアス制御回路を提供することによって、その電圧調整を遷移中により望ましく制御することができるシステムを提供することができることが見出された。
【００１１】
上述のように、ボディバイアスを変化させてトランジスタの閾値電圧を変化させることによって、トランジスタの漏れ電流を変化させることができる。電力使用を制御し、又は動作速度を調整するために、回路のトランジスタの漏れ電流を選択的に調整することが望ましい場合がある。また、ボディバイアスは、始動又はリセット期間中に変更され得る。
【００１２】
いくつかの回路においては、漏れ電流の量が変化することによって、回路の電流使用及び電力消費が変化する。漏れ電流の変化が速すぎる場合、回路に給電する電圧調整器によってもたらされる電圧は、所望の許容範囲外に引き出され（プルされ）得る。たとえば、回路の電力引き込みが突然変化することによって、回路に給電する電圧調整器からの供給電圧のオーバーシュート又はアンダーシュートが生じる場合がある。許容範囲外の供給電圧によって、回路について動作上の問題が生じる場合がある（たとえば、誤ったデータの生成、誤ったリセット、及びトランジスタの損傷）。それゆえ、いくつかのシステムにおいて、回路のトランジスタに印加されるボディバイアスの遷移中に漏れ電流の変化量を制限することが望ましい。
【００１３】
しかしながら、漏れ電流の変化量を制限するという要件に加えて、システムは、ボディバイアスの変化が必要とされる場合にモードを変更するための時間を制限するタイミング要件をも有する場合がある。そのような要件は、電力モードの変更又は始動に許可されている時間を含む。いくつかのシステムにおいて、始動時間がより速いこと、又は、電力モードを変更するための時間がより速いことが好適である。
【００１４】
始動又はモード切り替え時間を速くすることを可能にするために、漏れ電流の変化が、調整器出力電圧を許容範囲外に引き出されるようにする速度よりもわずかに下回る速度において線形的であることが望ましい場合がある。遷移の任意の部分の間により遅い速度で漏れ電流を変化させることによって、始動又は電力モード切り替え時間が増大することになる。遷移の任意の時点において漏れ電流の変化の速度が速くなることによって、調整電圧が許容範囲外になることになる。
【００１５】
しかしながら、いくつかのタイプのトランジスタでは、ボディバイアスの変化に起因する漏れ電流の変化量は、一定範囲のボディバイアス電圧にわたるボディバイアスの変化量に比例しない。いくつかのトランジスタでは、ソース電圧付近のバイアス電圧におけるボディバイアスの小さい変化によって、漏れ電流の量がより大きく変化する場合がある。一例において、ソース電圧からのボディバイアスの最初の１００ｍＶの変化を適用することによって、漏れ電流の約２３％の低減がもたらされる。ソース電圧からのボディバイアスの第２の１００ｍＶの変化を適用することによって、漏れ電流の約１２％の低減がもたらされる。ソース電圧からのバイアスボディバイアスの第３の１００ｍＶの変化を適用することによって、漏れ電流の約９％の低減がもたらされる。ソース電圧からのボディバイアスの最後の１００ｍＶの変化を適用することによって、漏れ電流の５％のみの低減がもたらされる。したがって、ボディバイアスをソース電圧から、ソース電圧から４００ｍＶだけ異なる電圧値へと変化させることによって漏れ電流が約４９％低減することになるが、その低減の約半分が第１の１００ｍＶの変化において生じている。これらの特定の結果は、１６５℃の環境において動作する、一般的な９０ｎｍ技術、５５ｎｍ技術又はそれ以上からのファーストコーナＮＦＥＴについてもたらされており、ボディバイアスは０ボルトから−４００ｍＶへと低減された。
【００１６】
一例において、漏れ電流（Ｉｓｕｂｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）の閾値電圧（Ｖｔｈ）に対する依存性は、以下のように説明される（式中、Ｖｇｓはゲート−ソース電圧であり、ＶＴは温度電圧であり（下記添付の画像参照）、Ｖｄｓはドレイン−ソース電圧であり、ｎはサブスレッショルド補正パラメータである。
【００１７】
【数１】
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【００１８】
ここで、ＶＴはＶＴ＝（ｋ＊Ｔ）／ｑから導出される温度電圧であり、ｋはボルツマン定数であり、Ｔは絶対温度であり、ｑは電子電荷である。
したがって、経時的なより小さい変化がソース電圧により近い電圧において生じるようにボディバイアスの変化を制御することによって、これらの遷移期間中の漏れ電流の変化を低減することができ、それによって、電力供給電圧が許容範囲外にプルされなくなる。
【００１９】
さらに上記に示したように、ソース電圧からボディバイアスがさらに変化されるほど、ボディバイアスの変化が閾値電圧及び漏れ電流（それゆえ、電力消費）に及ぼす効果は小さくなる。したがって、ボディバイアス電圧のより大きい変化がこれらの電圧において許容され得る。したがって、これらの電圧において、供給電圧を許容範囲外にすることなく遷移時間を低減するために、ボディバイアスをより迅速に変化させることができる。
【００２０】
したがって、本明細書に記載するいくつかの実施形態において、ボディバイアス制御回路は、遷移中に漏れ電流の変化によって電力供給電圧が許容範囲外で動作するようにならず、遷移に必要とされる時間をなお低減するように、ボディバイアス電圧を変化させる。一実施形態において、ボディバイアス制御回路は、ボディバイアスの遷移中に漏れ電流がある一定の線形速度で変化するようにボディバイアスを変化させ、線形速度は、電力供給電圧を許容範囲外にする速度を下回る。いくつかの実施形態において、遷移中のボディバイアスの変化速度は、動作温度に応じて決まり、又は、意図される動作温度に対して設計される。
【００２１】
いくつかの実施形態において、ボディバイアス制御回路は、ボディバイアス電圧をソース電圧から所望のボディバイアスまで経時的に二次的に変化させ、ここで、ボディバイアスの経時的なより小さい変化はソース電圧により近い電圧において発生し、ボディバイアスの経時的なより大きい変化はソース電圧からより遠い電圧において発生するようにする。いくつかの実施形態において、このように二次的であることによって、遷移中の漏れ電流の線形変化がもたらされる。「二次的に変化する」という語句は、ボディバイアス電圧が遷移におけるあらゆる瞬間において正確な二次曲線に従うことを必ずしも必要とするのではなく、ボディバイアスの移動平均が、概して二次的であるものとして特徴付けられる様式で移動することを意味し、ただし、必ずしも正確に二次的であることは必要としない。ボディバイアスのいくつかの中間目標レベルを含む実施形態について、移動平均は、複数の目標レベル遷移期間にわたって計算される。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態による回路の一部を示している。図示されている実施形態において、回路１０１は、ＮＦＥＴ１０５及びＰＦＥＴ１０３を含むインバータを含む。ＮＦＥＴ１０５及びＰＦＥＴ１０３のゲート端子は、ノードＶｉｎにおいてともに接続されている。ＮＦＥＴ１０５及びＰＦＥＴ１０３のドレイン端子は、ノードＶｏｕｔにおいてともに接続されている。ＰＦＥＴ１０３のソース端子は、電力供給電圧ＶＤＤを提供する電圧調整器１０４の電圧調整器出力端子１０６に接続されている。ＮＦＥＴ１０５のソース端子は、システムグランド端子に接続されている。
【００２３】
図示されている実施形態において、ＰＦＥＴ１０３のボディ端子は、Ｎウェルバイアス電圧制御回路１０７に接続されている。ＮＦＥＴ１０５のボディ端子は、ノード１１３を介してＰウェルバイアス制御回路１０９に接続されている。回路１０７はＰＦＥＴ１０３のボディバイアスを制御し、回路１０９は、ＮＦＥＴ１０５のボディバイアスを制御する。
【００２４】
一実施形態において、制御回路１０９は、ボディバイアスが一定期間にわたって第１のバイアス電圧（たとえば、ソース電圧）から第２のバイアス電圧へと遷移するように、トランジスタ１０５のボディバイアスを制御し、ボディバイアスの実効変化速度はこの期間にわたって変化する。遷移中、第１のバイアス電圧と第２のバイアス電圧との間の、ソース電圧により近いボディバイアス電圧について、ボディバイアスの実効変化速度は、ソース電圧からより遠いボディバイアス電圧のものよりも小さい。たとえば、電力消費を低減することが望ましい低電力モードへと遷移中、制御回路１０９は、ＮＦＥＴ１０５の電圧閾値を上昇させて漏れ電流を低減するために、グランドから負電圧（たとえば、−４００ｍＶ）へバイアス電圧を低減するための逆ボディバイアスを実行することになる。遷移中、ボディバイアスの実効変化速度は、−４００ｍＶにより近い電圧よりも、グランドにより近い電圧において、より小さい。
【００２５】
一実施形態において、制御回路１０７は、少なくともいくつかの低電力モード中、ＰＦＥＴ１０３をＶＤＤよりも大きい電圧において逆バイアスするように、ＰＦＥＴ１０３のボディバイアスを制御する。いくつかの実施形態において、遷移中、回路１０７によるボディバイアスの実効変化速度の大きさも、ボディバイアスがＶＤＤよりも高くなるにつれて増大する。しかしながら、他の実施形態において、制御回路１０７は、ＰＦＥＴ１０３のボディをＶＤＤ端子に結合するコネクタである。
【００２６】
いくつかの実施形態において、制御回路１０９，１０７は、それぞれＮＦＥＴ１０５及びＰＦＥＴ１０３を順方向バイアスするのにも使用されてもよい。一実施形態において、制御回路１０９，１０７は、ソース電圧（たとえば、ＶＤＤ、グランド）により近いボディバイアス電圧においては、ボディバイアス電圧がソース電圧からより遠いときよりも遅くボディバイアス電圧を変化させることによって、順方向バイアス電圧への遷移中にボディバイアス電圧を制御する。
【００２７】
図１は回路１０１がインバータを有することを示しているが、回路１０１は、複数のトランジスタが様々な回路構成に配列されている回路を含む他のタイプの回路を含んでもよい。いくつかの実施形態において、他の回路は、そのボディ端子が制御回路１０９に接続されているＮＦＥＴと、そのボディ端子が制御回路１０７に接続されているＰＦＥＴとを含む。
【００２８】
図２は、集積回路２０１の複数のＮＦＥＴ（図示せず）のバイアス電圧を制御するためのいくつかのＰウェルバイアス制御回路１０９を含む集積回路２０１のブロック図である。一実施形態において、集積回路２０１は、各Ｐウェルが複数のＮＦＥＴを含む、複数の独立したＰウェルを含む。ＮＦＥＴは、いくつかの異なるタイプの回路を実装するように構成されてもよい。各独立したＰウェルは、独立したＰウェルのＮＦＥＴトランジスタのボディバイアスを制御するためにＰウェルにバイアス電圧を提供するように接続されている、関連するバイアス制御回路１０９を有する。したがって、ＰウェルのＮＦＥＴのボディバイアスは、他のＰウェルのＮＦＥＴのボディバイアスから独立して制御することができる。そのような構成によって、集積回路２０１の異なる部分を、異なる時点において異なる電力モードに置くことができる。他の実施形態において、各Ｐウェルは、複数のボディバイアス制御回路１０９に接続されることになる。尚、図２には、Ｎウェルバイアス制御回路１０７又は集積回路２０１の他の回路は示していない。
【００２９】
図３は、Ｐウェルバイアス制御回路１０９の一実施形態の回路図である。回路１０９は、負電荷ポンプ３０１と、ポンプクロック３０３と、比較器３０５と、マルチプレクサ（ｍｕｘ）３０７と、抵抗器ラダー３１１と、電流源３０９と、コントローラ３１３と、電力スイッチ３３３とを含んでなる。コントローラ３１３は、制御回路の動作のパラメータをプログラムするためのレジスタ３１５を含んでなる。負電荷ポンプ３０１は、遷移中又は低電力モード中にノード３１２をシステムグランドを下回ってプルするために電荷を提供する。遷移（たとえば、通常から低電力モードへの）中又は低電力モード中、スイッチ３３３はノード３１２をノード１１３に結合する。一実施形態において、電荷ポンプ３０１は、負電圧（たとえば、−１ボルト）を提供することが可能な交互位相タイプの電荷ポンプであるが、他の実施形態においては別のタイプの電荷ポンプであってもよい。ポンプクロック３０３は、ポンプ３０１がノード３１２からの電荷をプルするようにするクロック信号を提供する。クロック３０３がクロック信号を提供しないとき、ポンプ３０１はノード３１２からの電荷をプルしない。
【００３０】
比較器３０５の非反転入力の電圧が反転入力（グランドに結合されている）の電圧よりも大きいとき、比較器３０５は、ポンプクロック３０３が電荷ポンプ３０１にクロック信号を提供するようにするハイ信号をポンプクロック３０３にアサートする。クロック信号に応答して、負電荷３０１は、ノード３１２を負電圧に向けてプルするように動作するようになる。ノード３１２を負電圧にプルすることによって、抵抗器ラダー３１１のタップノード（３２１，３２３，３２５，３２７）の電圧がより低くプルされる。これらのノードは、ｍｕｘ３０７の入力に接続されている。ｍｕｘ３０７は、タップノードのうちの、比較器３０５の非反転入力に結合するための１つ（選択ノードと称される）を選択するのに使用される。ラダー３１１の選択ノードがグランドに達するとき、比較器３０５はその出力をローにプルし、それによって、クロック３０３はクロック信号を電荷ポンプ３０１に提供するのを中止するようになる。この時点において、ノード３１２は目標電圧（負電圧）にあり、ポンプ３０１はノード１１３からの電荷をプルするのを停止する。ノード３１２の電圧が目標電圧を上回ってより高くドリフトしていくときに、ポンプ３０１は、抵抗器ラダー３１１の選択ノードの電圧がグランドを上回ったときにオンに戻る。その時点において、比較器３０５はポンプクロック３０３をオンにし、電荷ポンプ３０１は、ノード３１２の電圧を目標電圧まで低下させるために、ノード３１２からの電荷をプルし始める。目標電圧に達すると、比較器３０５は負電荷ポンプ３０１が電荷をプルするのを停止する。
【００３１】
タップノード（３２１，３２３，３２５，３２７）間の抵抗値は、比較器３０５の非反転入力に結合されるときに異なる目標電圧を（電流源３０９の電流に基づいて）提供するように設定される。図示されている実施形態において、個々の抵抗値は各々、値が異なる。図示されている実施形態において、異なる抵抗値を有することによって、異なる増分だけ分離された目標電圧がもたらされる。一実施形態において、電流源３０９は、０．５マイクロアンペアの電流を提供するように設計されるが、他の実施形態においては他の電流値を提供してもよい。
【００３２】
図示されている実施形態において、タップノードの各セット間の抵抗値は、先行するより低いノードセット間の抵抗値から二次的に増大する。たとえば、ノード３２７とノード３１２との間の抵抗値はＸオームであり、ノード３２７と３２５との間の抵抗値は２Ｎ＊Ｘであり、ここで、Ｎは５である。したがって、各ノードに関連付けられる目標電圧は、下部ノード３２７から上部ノード３２１へと二次的に低減する。Ｘの抵抗値は、電流源３０９のアンペア数及び所望の目標電圧に応じて決まる。
【００３３】
通常電力モード中、回路１０９は、ノード１１３においてグランド電圧を提供する。通常電力モード中、電力スイッチ１３３は、ノード１１３を、グランドに結合されているスイッチ１３３の入力に結合する。図示されている実施形態において、スイッチ１３３はコントローラ３１３によって制御されているが、他の実施形態においては、他の回路によって制御されてもよい。通常電力モード中、コントローラ３１３は、ポンプクロック３０３がクロック信号を提供することを無効にすることによって、負電荷ポンプ３０１をオフにする。低電力モード又は遷移中、コントローラ３１３は、ノード１１３をノード３１２に結合するようにスイッチ１３３を制御する。また、低電力モード又は遷移中、コントローラ３１３はポンプクロック３０３をディセーブルせず、それによって、ポンプクロックは比較器３０５によって制御される。
【００３４】
遷移中、ノード１１３におけるボディバイアスの変化速度を制御するために、コントローラ３１３は、電荷ポンプ３０１がそれに向かってノード１１３の電圧をプルする、異なる負目標電圧に設定するために、各間隔（クロック信号に基づくような）において異なるｍｕｘ入力を選択する。図示されている実施形態において、最初の遷移期間において、スイッチ３３３は、ノード３１２をノード１１３に結合するように変更され、タップノード３２７が選択される。それに応答して、ノード１１３の電圧が第１の負電圧レベル（たとえば、−１０ｍＶ）に一致するまで、電荷ポンプ３０１が作動される。
【００３５】
第２の遷移期間において、タップノード３２５が選択される。ノード３２５とノード３１２との間にはノード３２７とノード３１２との間よりも多くの抵抗量があるため、電荷ポンプ３０１は、ノード３１２（及びノード１１３）をより低くプルする。これは、ノード３２５がノード３２７よりも高い電圧にある（それゆえ、ノード３２５がグランドに達するためにノード３１２においてより低い電圧を必要とする）ためである。引き続く各期間において、ラダー３１１のより高いタップノードが選択される。より高い各タップノードにおいて、電荷ポンプ３０１は、選択されたタップノードがシステムグランドに一致するまで、ノード３１２（及びノード１１３）をより低い負電圧にプルする。図示されている実施形態において、ノード３２１は最も低い目標電圧に関連付けられている。
【００３６】
いくつかの実施形態において、コントローラ３１３は、その出力が、いずれの入力が選択されるかを制御するためにｍｕｘ３０７に結合されているカウンタ（図示せず）を含む。カウンタがアップカウンタである場合、ノード３２７は最も低いカウンタ位置に対応する。
【００３７】
コントローラ３１３は、コントローラ３１３をプログラムするためのレジスタを含む。図示されている実施形態において、コントローラ３１３は、遷移の最後のボディバイアス電圧としての特定の目標電圧において停止するように（たとえば、動作中にプロセッサによって、又は、製造中に他の回路によって）プログラムすることができる。一実施形態において、ｍｕｘ３０７のいずれの入力が選択されるかを制御するコントローラ３１３のカウンタは、カウンタのカウントがレジスタ３１５内のプログラムされている値に一致すると、カウントを停止する。また、いくつかの実施形態において、コントローラ３１３がタップを変更する速度も変化することができる。回路が高温環境において動作しているとき、コントローラは、電圧遷移間の時間を増大させるようにプログラムすることができる。他の実施形態において、ｍｕｘは、ボディバイアスのより遅い変化が所望されるときに選択的に使用され得る抵抗器ラダーに接続されている複数の入力を有し得る。ボディバイアスのより速い変化が所望されるとき、中間ｍｕｘ入力のいくつかは使用されないことになる。一実施形態において、回路１０９は、レジスタ３１５に特定の値（たとえば、「００」）をプログラムすることによって、ノード３１３においてグランド電圧を提供するために通常電力モードに置かれる。しかしながら、他の実施形態において、コントローラ３１３は、回路１０９の電力モードを切り替えるための他の信号を受信してもよい。
【００３８】
一実施形態において、カウンタは、上及び下の両方の方向においてカウントする。トランジスタ速度を増大させるためにより高いボディバイアス電圧に戻ることが所望されるとき、カウンタは、タップノード３２１の選択からタップノード３２７の選択へとカウントダウンすることになる。しかしながら、コントローラ３１３は、他の実施形態においては別様に構成されてもよい。
【００３９】
図４は、図３のボディバイアス電圧制御回路１０９の動作による、グランドのボディバイアスの提供から−３００ｍＶのボディバイアスの提供への遷移の間のノード１１３の電圧のグラフを示す。
【００４０】
図４において、ボディバイアスは最初、通常動作モードのボディバイアス、又は、最初の始動時のボディバイアスを表し得る０Ｖである。この電圧は、スイッチ３３３によってグランドに結合されているノード１１３に対応する。第１の期間（１）において、コントローラ３１３はポンプクロック３０３をイネーブルし、ノード１１３をノード３１２に結合するようにスイッチ３３３を制御し、目標電圧−１０ｍＶに対応するタップノード３２７を選択する。初期電圧は０Ｖであったため、ポンプクロック３０３をイネーブルしてタップノード３２７を選択することによって、電荷ポンプ３０１はオン（比較器３０５の出力によって決定されるように）になり、ノード１１３の電圧が−１０ｍＶにプルされる。ノード１１３が−１０ｍＶに達すると、電荷ポンプ３０１はオフになる。図４に示すように、時刻１と時刻２との間で、ノード１１３の電圧は−１０ｍＶの目標電圧の周囲でリップルする。この時点において、電圧が−１０ｍＶを上回ると、電荷ポンプ３０１はオンになって、ノード１１３を、電荷ポンプ３０１がオフになる−１０ｍＶを下回ってプルする。
【００４１】
時刻２において、コントローラ３１３は、ｍｕｘ３０７によって選択されるタップを、−７５ｍＶの目標に対応するタップノード３２５に変更する。この時点において、ポンプ３０１はオンになって、ノード１１３の電圧を−７５ｍＶにプルする。その後、ポンプ３０１は、ノード１１３の電圧を−７５ｍＶに保持するためにオン及びオフになる。後続のサイクルにおいて、ラダー３１１の異なるタップが、電圧が時刻６において−３００ｍＶにプルされるまで、さらに低い目標レベルに（−１３４ｍＶ、−２０９ｍＶ）、ノード１１３の電圧をプルするために選択される。図４に示すように、６つのタップを有するｍｕｘ３０７に対応する６つの目標電圧レベルがある。しかしながら、単純にするために、４つのタップのみが図３には示されている。他の実施形態において、回路１０９は、ノード１１３の電圧がさらにより低く（たとえば、−４００ｍＶ）プルされることを可能にする追加のタップを有してもよい。一実施形態において、その時間間隔は約５μｓであるが、他の実施形態においては他の間隔であってもよい。
【００４２】
線４０１は、０Ｖから−３００ｍＶの遷移中のボディバイアスの移動平均を表す。実効変化速度（移動平均の変化速度）は、ソース電圧（グランド）により近いボディバイアス値においては、ソース電圧からより遠い電圧値（たとえば、−２０９ｍＶ、−３００ｍＶ）におけるよりも低い（接線がより平坦になる）ことに留意されたい。たとえば、ボディバイアス電圧は、バイアス電圧がソース電圧から離れて移動するにつれてより速く低減する。線４０１は、ボディバイアスの実効変化速度が、ソース電圧から離れる遷移の間に連続的に大きくなることを示している。一実施形態において、線４０１は、概して二次関数であるように特性化される。
【００４３】
ソース電圧により近い電圧においてより小さいボディバイアスの実効変化速度を提供するボディバイアス制御回路を提供することによって、供給電圧（ＶＤＤ）が許容範囲外になるようにする漏れ電流の変化を生成しない回路がもたらされる。ソース電圧から離れた電圧においてより大きいボディバイアスの実効変化速度を有するボディバイアス制御回路を提供することによって、より速い速度でボディバイアスの変化が起きることが可能になる。
【００４４】
他の実施形態において、制御回路１０９は、異なる数の中間レベルを有し、これらのレベルの異なる目標電圧値を有し、及び／又は異なる最終電圧値に変化してもよい。いくつかの実施形態において、ボディバイアスの実効変化速度は、電圧がソース電圧から離れて移動するにつれて大きくなってもよいが、ボディバイアスの移動平均の動きは、二次的であるとして特性化されない。
【００４５】
図４は、漏れ電流を低減するためにＮＦＥＴトランジスタを逆バイアスするための、ボディバイアスを０Ｖから−３００ｍＶへと低減する遷移中のノード１１３の経過を示す。ボディバイアスが−３００ｍＶであり、回路が、トランジスタがより速く切り替わるモードにあることが所望される場合、回路１０９は、供給電圧が許容範囲外になるようにする速度において漏れ電流が変化しないように、ボディバイアスを増分的に増大させることができる。
【００４６】
一実施形態において、回路１０９は、タップノードを、逆バイアス順とは反対の順序で連続して選択することによって、ボディバイアスを増大させる。タップノード３２１が定常状態逆バイアスのために選択される場合、コントローラ３１３は、電圧を０ボルトへと−３００ｍＶから増大させるためにノードを逆順において（３２３、３２５、及びその後３２７）連続して選択する。０ボルトに達するために、コントローラ３１３は、ノード１１３をグランドに結合するように、スイッチ３３３を制御する。コントローラ３１３はまた、この時点においてポンプクロック３０３をディセーブルする。
【００４７】
最初、電圧は相対的に急速に（２つの期間において−３００ｍＶから−１３４ｍＶへと）増大する。しかしながら、ボディバイアスがソース電圧（たとえば、グランド）に近づくにつれて、ボディバイアスの増大は減速し、それによって、ボディバイアスの変化に起因する漏れ電流の変化が、供給電圧の問題を引き起こすことになる閾値を下回って維持される。図４を参照すると、電圧のグランドへの増大の移動平均の曲線は、時刻６における垂直軸を中心とした線４０１の鏡像になる。
【００４８】
図５は、ボディバイアス制御回路１０９の別の実施形態を示す。図５の制御回路１０９は、ポンプクロック５０１と、負電荷ポンプ５０３と、オペアンプ５０５と、抵抗器ラダー５０９と、マルチプレクサ５０７と、コントローラ５１１と、電流源５２４と、電力スイッチ５１８とを含んでなる。低電力モード又は遷移の間、ポンプクロック５０１は、負電荷ポンプ５０３が最小値（たとえば、−１Ｖ）において電圧を提供するようにするクロック信号を、負電荷ポンプ５０３に連続的に提供する。負電荷ポンプ５０３の出力は、電流源５２４、及び、オペアンプ５０５の負電源レールに提供される。抵抗ラダー５０９の要素の抵抗値は、５Ｎ＊ＸからＸオームへと二次的に低減し、ここで、Ｎは約２である。マルチプレクサ５０７は、各々が抵抗器ラダー５０９のタップノードに結合されているいくつかの入力を含む。ｍｕｘ５０７の出力は、増幅器５０５の非反転入力に接続されている。図３の実施形態とは異なり、ノード５２１，５２３，５２５，５２７の電圧は、負電荷ポンプ５０３が低電力モード又は遷移中に連続的に作動していることに起因して、電圧値を変化させない。オペアンプ５０５は、オペアンプ５０５の出力（ノード５２０）がオペアンプ５０５の反転入力に接続されているユニティゲイン構成において構成されている。電力スイッチ５１８は、コントローラ５１１によって、ノード１１３をノード５２０に、又は、ノード１１３をグランドに結合するように制御される。他の実施形態において、スイッチ１１８は、オペアンプ５０５の出力ドライバを使用して実装される。
【００４９】
通常電力モード中、スイッチ５１８は、ノード１１３にグランド電圧を提供する。また、通常電力モード中、コントローラ５１１はポンプクロック５０１をディセーブルし、それによって、負電荷ポンプ５０３はオフになる。低電力モード又は遷移中、コントローラ５１１は、ノード５２０をノード１１３に結合するようにスイッチ５１８を制御する。この時間の間、コントローラ５１１は、ラダー５０９の、その目標電圧にある適切なタップノードを選択することによって、ノード１１３の出力電圧を決定する。ユニティゲイン構成において構成されているオペアンプ５０５は、その出力ノード５２０において選択されたタップノードの電圧を提供する。したがって、ボディバイアスを第１の値から第２の値へと遷移させるために、コントローラは、遷移中に周期的な間隔において第１の電圧値と第２の電圧値との間の値にあるラダー５０９のノードを連続して選択する。低電力モード又は遷移の間、図５の回路１０９は抵抗器ラダーノードの電圧値が一定に保持される、連続的に作動する電荷ポンプによって実装されるため、出力ノード１１３の電圧は、目標レベルにおいて、図３の回路の出力ノード１１３の電圧よりも「平滑」又は安定して見える。他の実施形態において、ｍｕｘ５０７のタップの１つは、コントローラ５１１が通常電力モード中にそのタップを選択することになるグランドに接続されてもよい。そのような実施形態は、スイッチ５１８を使用しなくてもよい。
【００５０】
他の実施形態において、逆バイアスが変更される間隔は、遷移中に非定期的な間隔で現れてもよい。たとえば、一実施形態において、ソース電圧に近いボディバイアス電圧について、ノード１１３の電圧は、電圧目標レベルをより遅く変化させることになる。電圧がソース電圧から離れて移動するにつれて、ボディバイアスは電圧目標レベルをより迅速に変化させることになる。１つのそのような例において、遷移ステップ中にボディバイアスが変化する量は、各遷移について同じになる。しかしながら、ボディバイアスの各変化は、ボディバイアスの先行する変化と比較して低減している時間間隔において行われることになる。一実施形態において、時間間隔は二次的に低減することになる。そのような実施形態について、バイアス電圧の実効変化速度は経時的に大きくなる。
【００５１】
図６は、ＰＦＥＴ（たとえば、ＰＦＥＴ１０３）の逆バイアスについての、ＶＤＤのボディバイアスの提供から、ＶＤＤの３００ｍＶ上のボディバイアスの提供への遷移の間の、Ｎウェルバイアス制御回路１０７の出力の電圧のグラフを示す。ボディバイアスの種々の目標電圧は、ＮＦＥＴの逆バイアスについての図４のものと同じ大きさである。図４と同様に、ボディバイアスの実効変化速度は、ボディバイアスがソース電圧（たとえば、ＶＤＤ）を離れてＶＤＤの３００ｍＶ上に向かって移動するにつれて大きくなっている。
【００５２】
一例において、ＰＦＥＴのボディバイアスを制御するためのＮウェルバイアス制御回路は、図３及び図５におけるＰウェルバイアス制御回路と同様であってもよいが、Ｎウェルバイアス制御回路が、負電荷ポンプの代わりに正電荷ポンプを含む点が異なっている。しかしながら、他の実施形態においては、他の構成のＮウェルバイアス制御回路が使用されてもよい。
【００５３】
ＰＦＥＴが逆バイアス状態にあるモードから、ＰＦＥＴのボディバイアスがＶＤＤにあるモードへと遷移するために、ボディバイアスは図６に示すものとは反対の方向において低減され、ボディバイアスは、図６に示す６つの間隔において、ＶＤＤの３００ｍＶ上からＶＤＤになる。したがって、ボディバイアスがＶＤＤにより近くなるにつれて、ボディバイアスの変化速度は低減する。
【００５４】
図４はＮＦＥＴの逆バイアスについてのグラフを示し、図６はＰＦＥＴの逆バイアスについてのグラフを示しているが、ＰＦＥＴは図４のグラフのように順方向バイアスされることができ、ＮＦＥＴは図６のグラフのように順方向バイアスされることができる。図４によるＰＦＥＴを順方向バイアスする事例では、Ｙ軸はソース電圧（たとえば、ＶＤＤ）を下回る電圧を表すことになる。図６のＮＦＥＴを順方向バイアスする事例において、Ｙ軸はソース電圧（たとえば、グランド）を上回る電圧を表すことになる。
【００５５】
図３及び図５の実施形態は、一連の目標レベル増分を通じて刻み幅をつけることによって、ボディバイアスを変化させる制御回路を実現したものである。他の実施形態において、ボディバイアスは、遷移中にボディバイアス電圧を異なるレートで傾斜させることによって変化されてもよい。
【００５６】
上記のように、ボディバイアスのソース電圧から離れていく遷移の間にボディバイアスの実効変化速度が大きくなることを可能にするボディバイアス制御回路を実装することができる。いくつかの実施形態において、ボディバイアスの移動平均が二次的に変化してもよい。いくつかの実施形態において、この変化は、許容範囲外の電力供給電圧を生成することになるよりもわずかに小さい速度において線形である漏れ電流の変化を可能にしてもよい。
【００５７】
遷移中にボディバイアスの実効変化速度が大きくなるボディバイアス制御回路を提供することによって、供給電圧が許容範囲外になるほど急速には漏れ電流が変化しない回路がもたらされてもよい。さらに、電圧がソース電圧から離れて移動するにつれてボディバイアスの実効変化速度が大きくなることによって、遷移がより迅速に行われることが可能になる。
【００５８】
一実施形態において、回路は、バイアス電圧を受け取るように結合されているボディ端子と、ソース電圧を受け取るように結合されているソース端子とを含むトランジスタを含む。回路は、ボディ端子にバイアス電圧を提供するように結合されている出力を含むボディバイアス制御回路を含む。ボディバイアス制御回路は、ある期間にわたってバイアス電圧を第１のバイアス電圧から第２のバイアス電圧へと変化させるように構成されており、その期間にわたって、バイアス電圧の実効変化速度の大きさが変化する。第１のバイアス電圧と第２のバイアス電圧との間の、ソース電圧により近い電圧について、実効変化速度は、第１のバイアス電圧と第２のバイアス電圧との間の、ソース電圧からより遠いバイアス電圧のものよりも小さい。
【００５９】
別の実施形態において、ボディバイアス電圧を制御するための方法は、トランジスタのボディ端子にバイアス電圧を、及び、トランジスタのソース端子にソース電圧を提供する工程を含む。方法は、ある期間にわたってバイアス電圧を第１のバイアス電圧から第２のバイアス電圧へと変化させる工程を含み、その期間にわたって、バイアス電圧の実効変化速度の大きさが変化する。第１のバイアス電圧と第２のバイアス電圧との間の、ソース電圧により近い電圧について、実効変化速度は、第１のバイアス電圧と第２のバイアス電圧との間の、ソース電圧からより遠いバイアス電圧のものよりも小さい。
【００６０】
別の実施形態において、回路は、バイアス電圧を受け取るように結合されているボディ端子と、ソース電圧を受け取るように結合されているソース端子とを含むトランジスタを含む。回路は、バイアス電圧をボディ端子に提供するように結合されている出力を含むボディバイアス制御回路を含み、ボディバイアス制御回路は、ある期間にわたって開始バイアス電圧から終了バイアス電圧まで、バイアス電圧に、異なる目標レベルにおいて連続的に刻み幅をつけるように構成されており、異なる目標レベル間の電圧刻み幅サイズはその期間にわたって変化する。ソース電圧により近い、目標レベル間の電圧刻み幅サイズは、ソース電圧からより遠い、目標レベル間の電圧刻み幅サイズよりも小さい。
【００６１】
本発明の特定の実施形態が図示及び説明されてきたが、本明細書における教示に基づいて、本発明及びそのより広い態様から逸脱することなくさらなる変更及び修正を為すことができ、したがって添付の特許請求の範囲はそれらの範囲内において、本発明の真の精神及び範囲内にあるすべてのこのような変更及び修正を包含するものであることが当業者には認識されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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