(57)【要約】【課題】低消費電力の電圧変換器を提供する。【解決手段】蓄電池からの入力電圧を変換した出力電圧を出力する電圧変換器において、入力電圧により蓄電されて、出力電圧を出力する出力コンデンサと、蓄電池と出力コンデンサを接続するか否かを切り替える第１出力スイッチと、出力電圧が予め定められた第１閾値電圧を超えたか否かに応じて、第１出力スイッチのオンオフを切り替える第１出力電圧制御部とを備え、第１出力電圧制御部は、第１閾値電圧に対応する第１基準電圧を生成する第１基準電圧生成部と、第１基準電圧が入力端子に入力され、出力電圧が電源端子に入力される第１ＣＭＯＳインバータとを備え、第１出力電圧制御部は、第１ＣＭＯＳインバータの出力が反転したか否かにより出力電圧が第１閾値電圧を超えたか否かを検出する電圧変換器を提供する。【選択図】図１
2015136253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池からの入力電圧を変換した出力電圧を出力する電圧変換器において、
前記入力電圧により蓄電されて、前記出力電圧を出力する出力コンデンサと、
前記蓄電池と前記出力コンデンサを接続するか否かを切り替える第１出力スイッチと、
前記出力電圧が予め定められた第１閾値電圧を超えたか否かに応じて、前記第１出力スイッチのオンオフを切り替える第１出力電圧制御部と
を備え、
前記第１出力電圧制御部は、
前記第１閾値電圧に対応する第１基準電圧を生成する第１基準電圧生成部と、
前記第１基準電圧が入力端子に入力され、前記出力電圧が電源端子に入力される第１ＣＭＯＳインバータと
を備え、
前記第１出力電圧制御部は、前記第１ＣＭＯＳインバータの出力が反転したか否かにより前記出力電圧が前記第１閾値電圧を超えたか否かを検出する電圧変換器。
【請求項２】
前記第１出力スイッチは、第１ＰＭＯＳトランジスタを有し、
前記出力コンデンサが前記第１閾値電圧を超えて蓄電されていない場合において、前記第１ＰＭＯＳトランジスタのゲート端子とソース端子との間にローパスフィルタを接続して、前記ゲート端子と前記ソース端子との間に電位差を発生させることにより、前記第１出力スイッチをオンにする請求項１に記載の電圧変換器。
【請求項３】
前記第１出力電圧制御部は、
前記ゲート端子および前記ソース端子とグラウンドとの間に接続される第１ＮＭＯＳトランジスタを備え、
前記第１ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子が、前記第１ＣＭＯＳインバータの出力端子に接続された請求項２に記載の電圧変換器。
【請求項４】
前記ゲート端子とグラウンドとの間に抵抗を接続し、
前記抵抗と前記ゲート端子との間の電圧を前記出力電圧に対応する電圧とするか否かを、前記第１ＣＭＯＳインバータの出力に応じて制御する請求項２に記載の電圧変換器。
【請求項５】
前記第１基準電圧は、第１上側基準電圧および前記第１上側基準電圧よりも小さい第１下側基準電圧を有し、
前記第１上側基準電圧および前記第１下側基準電圧のいずれか一方を選択して前記第１ＣＭＯＳインバータの前記入力端子に出力する電圧選択部を備え、
前記電圧選択部は、
前記出力電圧が前記第１上側基準電圧により定まる第１上側閾値電圧を超えた場合に、前記第１下側基準電圧を選択し、前記出力電圧が前記第１下側基準電圧により定まる第１下側閾値電圧以下の場合に、前記第１上側基準電圧を選択する請求項１に記載の電圧変換器。
【請求項６】
前記入力電圧が、予め定められた第２閾値電圧を超えたか否かによって、前記入力電圧を前記出力コンデンサに出力するか否かを制御するスタートアップ回路を備え、
前記スタートアップ回路は、
前記蓄電池と前記出力コンデンサを接続するか否かを切り替える第２出力スイッチと、
前記入力電圧が予め定められた前記第２閾値電圧を超えたか否かに応じて、前記第２出力スイッチのオンオフを切り替える第２出力電圧制御部と
を備え、
前記第２出力電圧制御部は、
前記第２閾値電圧に対応する予め定められた第２基準電圧を生成する第２基準電圧生成部と、
前記第２基準電圧が入力端子に入力され、前記入力電圧が電源端子に入力される第２ＣＭＯＳインバータと
を備え、
前記第２出力電圧制御部は、前記第２ＣＭＯＳインバータの出力が反転したか否かにより前記入力電圧が前記第２閾値電圧を超えたか否かを検出し、
前記第２閾値電圧は、第２上側閾値電圧および前記第２上側閾値電圧よりも小さい第２下側閾値電圧を有し、前記第２上側閾値電圧は、前記第１下側閾値電圧よりも大きく、かつ、前記第１上側閾値電圧よりも小さい請求項５に記載の電圧変換器。
【請求項７】
前記入力電圧が予め定められた第３閾値電圧を超えたか否かによって、前記入力電圧を前記第１出力電圧制御部および前記スタートアップ回路に出力するか否かを制御する過放電防止回路を備え、
前記過放電防止回路は、
前記蓄電池と前記出力コンデンサを接続するか否かを切り替える第３出力スイッチと、
前記入力電圧が予め定められた前記第３閾値電圧を超えたか否かに応じて、前記第３出力スイッチのオンオフを切り替える第３出力電圧制御部と
を備え、
前記第３出力電圧制御部は、
前記第３閾値電圧に対応する予め定められた第３基準電圧を生成する第３基準電圧生成部と、
前記第３基準電圧が入力端子に入力され、前記出力電圧が電源端子に入力される第３ＣＭＯＳインバータと
を備え、
前記第３出力電圧制御部は、前記第３ＣＭＯＳインバータの出力が反転したか否かにより前記入力電圧が前記第３閾値電圧を超えたか否かを検出し、
前記第３閾値電圧は、第３上側閾値電圧および前記第３上側閾値電圧よりも小さい第３下側閾値電圧を有し、前記第３上側閾値電圧は、前記第２下側閾値電圧よりも大きく、かつ、前記第１上側閾値電圧および前記第２上側閾値電圧よりも小さい請求項６に記載の電圧変換器。
【請求項８】
前記第１出力スイッチは、第１ＰＭＯＳトランジスタを有し、
前記第１出力電圧制御部は、
前記出力電圧に対応する電圧が、前記第１閾値電圧を超えたか否かに応じて、前記第１ＰＭＯＳトランジスタのゲート端子に、前記入力電圧に対応する電圧およびグラウンド電圧のいずれかを入力するレベルシフト回路
を備える請求項７に記載の電圧変換器。
【請求項９】
前記レベルシフト回路は、
前記過放電防止回路の出力端子と前記第１ＰＭＯＳトランジスタのソース端子との間に接続されたソース端子を有する第２ＰＭＯＳトランジスタおよび第３ＰＭＯＳトランジスタと、
前記第２ＰＭＯＳトランジスタとグラウンドとの間に、前記第２ＰＭＯＳトランジスタと直列に接続された第２ＮＭＯＳトランジスタと
前記第３ＰＭＯＳトランジスタとグラウンドとの間に、前記第３ＰＭＯＳトランジスタと直列に接続された第３ＮＭＯＳトランジスタと
を備え、
前記第２ＰＭＯＳトランジスタのドレイン端子および前記第２ＮＭＯＳトランジスタのドレイン端子は、前記第１ＰＭＯＳトランジスタのゲート端子および前記第３ＰＭＯＳトランジスタのゲート端子に接続されて、
前記第３ＰＭＯＳトランジスタのドレイン端子および前記第３ＮＭＯＳトランジスタのドレイン端子は、前記第２ＰＭＯＳトランジスタのゲート端子に接続されて、
前記第２ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子および前記第３ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子には、前記第１ＣＭＯＳインバータの出力に応じた信号が入力されることにより、前記第２ＮＭＯＳトランジスタおよび前記第３ＮＭＯＳトランジスタのオンオフが反対となるように制御される請求項８に記載の電圧変換器。
【請求項１０】
前記レベルシフト回路は、
一端が前記過放電防止回路の出力端子に接続される抵抗と、
前記抵抗の他端とグラウンドとの間に接続されて、ゲート端子が前記第１ＣＭＯＳインバータの出力端子に接続されるＮＭＯＳトランジスタと
を備え、
前記第１ＰＭＯＳトランジスタの前記ゲート端子が、前記抵抗の前記他端と前記ＮＭＯＳトランジスタのドレイン端子との間に接続され、
前記第１ＣＭＯＳインバータは、前記ＮＭＯＳトランジスタのオンオフを制御することにより、前記第１ＰＭＯＳトランジスタのオンオフを制御する請求項８に記載の電圧変換器。
【請求項１１】
前記第１基準電圧生成部は、
コントロールゲートおよびフローティングゲートを有し、ディプレッション型として機能させる第１書込ＭＯＳトランジスタと、
前記第１書込ＭＯＳトランジスタと直列に接続され、コントロールゲートおよびフローティングゲートを有し、エンハンスメント型として機能させる第２書込ＭＯＳトランジスタと
を有し、
前記第１書込ＭＯＳトランジスタおよび前記第２書込ＭＯＳトランジスタは、前記フローティングゲートに注入される電荷がトンネルするトンネル酸化膜を有する不揮発性記憶素子であり、
前記第１書込ＭＯＳトランジスタおよび前記第２書込ＭＯＳトランジスタの接続点から前記第１基準電圧を出力する請求項１から１０のいずれか一項に記載の電圧変換器。
【請求項１２】
前記第１基準電圧生成部は、
コントロールゲートおよびフローティングゲートを有し、ディプレッション型として機能させる第１書込ＭＯＳトランジスタと、
前記第１書込ＭＯＳトランジスタと直列に接続され、コントロールゲートおよびフローティングゲートを有し、エンハンスメント型として機能させる第２書込ＭＯＳトランジスタと、
前記第１書込ＭＯＳトランジスタの前記コントロールゲートおよび前記フローティングゲートと電気的に接続されたコントロールゲートおよびフローティングゲートを有し、ディプレッション型として機能させる第１出力ＭＯＳトランジスタと、
前記第２書込ＭＯＳトランジスタの前記コントロールゲートおよび前記フローティングゲートと電気的に接続されたコントロールゲートおよびフローティングゲートを有し、前記第１出力ＭＯＳトランジスタと直列に接続され、エンハンスメント型として機能させる第２出力ＭＯＳトランジスタと
を有し、
前記第１書込ＭＯＳトランジスタおよび前記第２書込ＭＯＳトランジスタは、前記フローティングゲートに注入される電荷がトンネルするトンネル酸化膜を有する不揮発性記憶素子であり、
前記第１出力ＭＯＳトランジスタおよび前記第２出力ＭＯＳトランジスタは、前記トンネル酸化膜を有さず、前記第１出力ＭＯＳトランジスタおよび前記第２出力ＭＯＳトランジスタの接続点から前記第１基準電圧を出力する請求項１から１０のいずれか一項に記載の電圧変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電圧変換器は、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いて、蓄電池からの電圧を変換して負荷に供給していた（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１  特開２０１０−１４２０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の電圧変換器は、ＤＣ／ＤＣコンバータの消費電力が大きく、負荷を低消費化しても、ＤＣ/ＤＣコンバータを含むシステム全体の消費電化を図れない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、蓄電池からの入力電圧を変換した出力電圧を出力する電圧変換器において、入力電圧により蓄電されて、出力電圧を出力する出力コンデンサと、蓄電池と出力コンデンサを接続するか否かを切り替える第１出力スイッチと、出力電圧が予め定められた第１閾値電圧を超えたか否かに応じて、第１出力スイッチのオンオフを切り替える第１出力電圧制御部とを備え、第１出力電圧制御部は、第１閾値電圧に対応する第１基準電圧を生成する第１基準電圧生成部と、第１基準電圧が入力端子に入力され、出力電圧が電源端子に入力される第１ＣＭＯＳインバータとを備え、第１出力電圧制御部は、第１ＣＭＯＳインバータの出力が反転したか否かにより出力電圧が第１閾値電圧を超えたか否かを検出する電圧変換器を提供する。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】システム１０００の構成の概要を示す。
【図２】電圧変換器５００の動作の一例を示す。
【図３】システム１０００の構成の一例を示す。
【図４】電圧変換器５００の動作の一例を示す。
【図５】システム１０００の構成の一例を示す。
【図６】システム１０００の構成の一例を示す。
【図７】システム１０００の構成の一例を示す。
【図８】システム１０００の構成の一例を示す。
【図９】コンパレータ５０の構成の一例を示す
【図１０】出力電圧制御部１００の基準電圧を設定する構成の一例を示す。
【図１１】基準電圧検出モードにおける基準電圧の検出方法の概要を示す。
【図１２】本実施形態に係る基準電圧生成部２０の備える基本回路を示す。
【図１３】トンネル酸化膜を備える不揮発性記憶素子９０を示す。
【図１４】基準電圧生成部２０の回路構成の一例を示す。
【図１５】基準電圧生成部２０の回路構成の一例を示す。
【図１６】基準電圧の設定方法の一例を示すフロー図である。
【図１７】基準電圧の設定方法を説明するための図である。
【図１８】不揮発性記憶素子９０の設定方法を示す。
【図１９】基準電圧設定モードにおける出力電圧制御部１００の動作の一例を示す。
【図２０】第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗへの書き込み動作の一例を示す。
【図２１】基準電圧設定モードにおける出力電圧制御部１００の動作の一例を示す。
【図２２】第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗへの書き込み動作を示す。
【図２３】本実施形態に係る基準電圧生成部２０の回路構成の一例を示す。
【図２４】基準電圧生成部２０の回路構成の一例を示す。
【図２５】基準電圧生成部２０の回路構成の一例を示す。
【図２６】基準電圧生成部２０の回路構成の一例を示す。
【図２７】第１制御パルスの書き込み時間に対する閾値電圧Ｖｔｈの変化量を示す。
【図２８】基準電圧生成部２０の回路構成の一例を示す。
【図２９】調整シーケンス（２）、（３）における閾値電圧Ｖｔｈの変化を示す。
【図３０】確認シーケンスを用いた場合の閾値電圧Ｖｔｈの変化を示す。
【図３１】基準電圧生成部２０の回路構成の一例を示す。
【図３２】基準電圧生成部２０の回路構成の一例を示す。
【図３３】調整シーケンス（４）、（５）における閾値電圧Ｖｔｈの変化を示す。
【図３４】カレントミラー７１の接続例を示す図である。
【図３５】実動作モードにおける出力電圧制御部１００の構成の一例を示す。
【図３６】基準電圧生成部２０における第１ＭＯＳトランジスタＭ１および第２ＭＯＳトランジスタＭ２の他の接続例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、システム１０００の構成の概要を示す。システム１０００は、蓄電装置１０、電圧変換器５００および負荷６０を備える。電圧変換器５００は、出力電圧制御部１００および出力コンデンサＣ１を備える。
【０００９】
蓄電装置１０は、出力電圧制御部１００を介して出力コンデンサＣ１に電力を供給する。このとき、蓄電装置１０から出力電圧制御部１００に入力される入力電圧をＶｉｎとする。例えば、蓄電装置１０は、電池等の可変電源である。また、蓄電装置１０は、リチウムイオンバッテリー（ＬＩＢ）であってよい。
【００１０】
電圧変換器５００は、蓄電装置１０からの入力電圧Ｖｉｎを変換した出力電圧Ｖｏｕｔを負荷６０に出力する。電圧変換器５００は、出力電圧Ｖｏｕｔ（出力コンデンサＣ１の電圧）が予め定められた出力閾値電圧Ｖｔｈを超えたか否かに応じて、出力コンデンサＣ１に電力を出力するか否かを切り替える。これにより、電圧変換器５００は、所定の電圧を負荷６０に出力する。
【００１１】
出力電圧制御部１００は、基準電圧生成部２０、切替部３０、レベルシフト回路３５、電圧選択部４０およびコンパレータ５０を備える。出力電圧制御部１００は、出力電圧Ｖｏｕｔが予め定められた出力閾値電圧Ｖｔｈを超えたか否かに応じて、切替部３０のオンオフを制御する。出力閾値電圧Ｖｔｈは、上側および下側の異なる２種類の値をそれぞれ有する。出力電圧制御部１００は、出力閾値電圧Ｖｔｈとして、上側および下側のいずれの値を用いるかを適宜変更することにより、ヒステリシスに動作する。
【００１２】
基準電圧生成部２０は、出力閾値電圧Ｖｔｈ（目標電圧）に対応する予め定められた基準電圧を生成する。本例の基準電圧生成部２０は、不揮発性記憶素子を有する上側基準電圧生成部２５および下側基準電圧生成部２６を備える。基準電圧生成部２０は、不揮発性記憶素子を調整することで、上側基準電圧生成部２５および下側基準電圧生成部２６が生成する基準電圧を調整する。
【００１３】
上側基準電圧生成部２５は、出力閾値電圧Ｖｔｈに対応する予め定められた上側基準電圧ＶｒｅｆＨを生成して、電圧選択部４０に出力する。下側基準電圧生成部２６は、出力閾値電圧Ｖｔｈに対応する予め定められた下側基準電圧ＶｒｅｆＬを生成して、電圧選択部４０に出力する。下側基準電圧ＶｒｅｆＬは、上側基準電圧ＶｒｅｆＨより小さい。
【００１４】
電圧選択部４０は、上側基準電圧ＶｒｅｆＨおよび下側基準電圧ＶｒｅｆＬのいずれかを選択して、コンパレータ５０に出力する。具体的には、電圧選択部４０は、出力電圧Ｖｏｕｔが上側基準電圧ＶｒｅｆＨにより定まる上側出力閾値電圧Ｖｔｈ１を超えた場合に、下側基準電圧ＶｒｅｆＬを選択する。また、電圧選択部４０は、出力電圧Ｖｏｕｔが下側基準電圧ＶｒｅｆＬにより定まる下側出力閾値電圧Ｖｔｈ２以下となった場合に、上側基準電圧ＶｒｅｆＨを選択する。これにより、出力電圧制御部１００は、予め定められた出力閾値電圧Ｖｔｈに応じて、ヒステリシスに動作する。
【００１５】
コンパレータ５０は、選択した出力閾値電圧Ｖｔｈと出力電圧Ｖｏｕｔとの比較結果に応じた信号をレベルシフト回路３５に出力する。コンパレータ５０の出力は、出力電圧Ｖｏｕｔが出力閾値電圧Ｖｔｈを超えたか否かにより遷移する。本例では、出力電圧Ｖｏｕｔが出力閾値電圧Ｖｔｈ以下の場合に、コンパレータ５０の出力は、接地電位等の基準電位となる。また、出力電圧Ｖｏｕｔが出力閾値電圧Ｖｔｈを超えた場合に、コンパレータ５０の出力は、出力電圧Ｖｏｕｔと略等しい電圧となる。コンパレータ５０は、出力が反転したか否かに基づいて、出力電圧Ｖｏｕｔが出力閾値電圧Ｖｔｈを超えたか否かを判定する。本明細書では、コンパレータ５０の出力が、基準電位から出力電圧Ｖｏｕｔに変化すること、および、出力電圧Ｖｏｕｔから基準電位に変化することを、コンパレータ５０の出力が「反転する」と称する。
【００１６】
レベルシフト回路３５は、コンパレータ５０の出力に応じたレベルの電圧を生成する。レベルシフト回路３５が、コンパレータ５０の出力に応じて切替部３０を確実に切り替えられるレベルの電圧を出力することにより、切替部３０のオンオフ精度は向上する。
【００１７】
切替部３０は、蓄電装置１０と出力コンデンサＣ１を接続するか否かを切り替える。切替部３０は、レベルシフト回路３５の出力に応じてオンオフが切り替えられるＰＭＯＳトランジスタを備える。切替部３０は、蓄電装置１０と出力コンデンサＣ１とを接続している状態で、出力電圧Ｖｏｕｔが出力閾値電圧Ｖｔｈ（本例では上側出力閾値電圧Ｖｔｈ１）を超えた場合に、蓄電装置１０と出力コンデンサＣ１との接続を遮断する。一方、切替部３０は、蓄電装置１０と出力コンデンサＣ１との接続を遮断した状態で、出力電圧Ｖｏｕｔが出力閾値電圧Ｖｔｈ（本例では下側出力閾値電圧Ｖｔｈ２）以下の場合に、蓄電装置１０と出力コンデンサＣ１とを接続する。
【００１８】
出力コンデンサＣ１は、蓄電装置１０と接続されると、入力電圧Ｖｉｎで蓄電される。出力コンデンサＣ１は、蓄電された電力を出力電圧Ｖｏｕｔで負荷６０に出力する。負荷６０は、出力電圧Ｖｏｕｔで入力された電力により動作する。
【００１９】
本例の電圧変換器５００は、出力コンデンサＣ１の充電時以外は切替部３０がオフとなるので、蓄電装置１０からの消費電流がほとんどゼロになる。また、出力電圧制御部１００は、ＣＭＯＳインバータ回路を中心に構成される。これにより、出力電圧制御部１００は、ＣＭＯＳインバータ回路が反転する場合以外は、ほとんど電流が流れないので、システム１０００全体の消費電力を低減できる。
【００２０】
図２は、電圧変換器５００の動作の一例を示す。横軸は出力電圧Ｖｏｕｔ［Ｖ］を、縦軸は切替部３０が備えるＰＭＯＳトランジスタのＰＭＯＳゲート電圧Ｖｐｇ［Ｖ］を示す。本例のＰＭＯＳトランジスタは、上側ＰＭＯＳゲート電圧Ｖｐｇ１および下側ＰＭＯＳゲート電圧Ｖｐｇ２を備える。ＰＭＯＳゲート電圧Ｖｐｇが上側ＰＭＯＳゲート電圧Ｖｐｇ１を越えると、ＰＭＯＳトランジスタがオフする。一方、ＰＭＯＳゲート電圧Ｖｐｇが下側ＰＭＯＳゲート電圧Ｖｐｇ２以下になるとＰＭＯＳトランジスタがオンする。
【００２１】
出力電圧制御部１００は、目標電圧（上側出力閾値電圧Ｖｔｈ１、下側出力閾値電圧Ｖｔｈ２）を設定して、ヒステリシスに動作する。目標電圧は、コンパレータ５０の出力の状態に応じて、上側出力閾値電圧Ｖｔｈ１および下側出力閾値電圧Ｖｔｈ２のいずれかに設定される。具体的には、コンパレータ５０が基準電位を出力している場合は上側出力閾値電圧Ｖｔｈ１に設定され、コンパレータ５０が出力電圧Ｖｏｕｔと略等しい電圧を出力している場合の第２目標電圧は下側出力閾値電圧Ｖｔｈ２に設定される。目標電圧は、出力電圧制御部１００の要求される仕様に応じて適宜変更されてよい。
【００２２】
ＰＭＯＳトランジスタのＰＭＯＳゲート電圧Ｖｐｇが基準電位の状態で、出力電圧Ｖｏｕｔが増加して上側出力閾値電圧Ｖｔｈ１になると、コンパレータ５０の出力が反転する。コンパレータ５０の出力が反転すると、レベルシフト回路３５が出力するＰＭＯＳゲート電圧Ｖｐｇが上側ＰＭＯＳゲート電圧Ｖｐｇ１よりも大きく設定されることにより確実にＰＭＯＳトランジスタをオフできる。
【００２３】
ＰＭＯＳトランジスタがオフされると、出力コンデンサＣ１に蓄電された電荷が負荷６０に消費されるので、出力電圧Ｖｏｕｔが低下する。出力電圧Ｖｏｕｔが低下して下側出力閾値圧Ｖｔｈ２以下になると、コンパレータ５０の出力が反転する。コンパレータ５０の出力が反転すると、ＰＭＯＳゲート電圧Ｖｐｇは基準電位となり、ＰＭＯＳトランジスタがオンになる。
【００２４】
図３は、システム１０００の構成の一例を示す。電圧変換器５００は、出力電圧制御部１００および出力コンデンサＣ１を備える。出力電圧制御部１００は、ローパスフィルタＬＰＦ、第１基準電圧生成部２１、第１切替部３１、レベルシフト回路３５、第１電圧選択部４１、第１コンパレータ５１および抵抗Ｒ１を備える。抵抗Ｒ３は負荷６０の一例であってよい。
【００２５】
第１切替部３１は、還流ダイオード３８およびＰＭＯＳトランジスタ３９を備える。ＰＭＯＳトランジスタ３９および還流ダイオード３８はそれぞれ並列に接続される。
【００２６】
ＰＭＯＳトランジスタ３９のゲート端子は、レベルシフト回路３５に接続される。ＰＭＯＳトランジスタ３９のゲート端子には、第１コンパレータ５１の出力に応じた信号が入力される。ＰＭＯＳトランジスタ３９のソース端子は蓄電装置１０に接続され、ドレイン端子は出力コンデンサＣ１に接続される。還流ダイオード３８は、ＰＭＯＳトランジスタ３９がオフの状態において、蓄電装置１０の放電を防止する向きに設けられる。
【００２７】
ローパスフィルタＬＰＦは、蓄電装置１０から入力電圧Ｖｉｎの供給を開始した時に、出力コンデンサＣ１の電圧が出力閾値電圧Ｖｔｈを超えていない場合であっても、ＰＭＯＳトランジスタ３９をオンできる。ローパスフィルタＬＰＦは、抵抗Ｒ２およびゲートコンデンサＣ２を備える。具体的には、抵抗Ｒ２は、一端が蓄電装置１０と第１切替部３１のソース端子との間に接続される。また、抵抗Ｒ２の他端と基準電位との間には、入力コンデンサＣ２が接続される。抵抗Ｒ２とゲートコンデンサＣ２との間の接続点は、第１切替部３１のゲート端子に接続される。
【００２８】
ローパスフィルタＬＰＦは、蓄電装置１０からＰＭＯＳトランジスタ３９のソース端子への入力に対して、ＰＭＯＳトランジスタ３９のゲート端子への入力の立ち上がりを遅らせる。つまり、ＰＭＯＳトランジスタ３９のゲートソース間の電圧は、ローパスフィルタＬＰＦの時定数を調整することにより、ＰＭＯＳトランジスタ３９の閾値電圧よりも大きくなる。よって、ＰＭＯＳトランジスタ３９は、ゲートソース間の電圧によりオンされる。ＰＭＯＳトランジスタ３９がオンされると、第１基準電圧生成部２１、第１電圧選択部４１および第１コンパレータ５１は、蓄電装置１０から電力が供給される。電力が供給されると第１コンパレータ５１は、レベルシフト回路３５が備えるトランジスタＴｒ１をオンに制御する。これにより、ＰＭＯＳトランジスタ３９の制御がローパスフィルタＬＰＦから第１コンパレータ５１に移行する。
【００２９】
第１電圧選択部４１は、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬおよびＮＯＴ回路を備える。スイッチＳＷＨには、上側基準電圧生成部２５が出力した上側基準電圧ＶｒｅｆＨが入力される。一方、スイッチＳＷＬには、下側基準電圧生成部２６が出力した下側基準電圧ＶｒｅｆＬが入力される。スイッチＳＷＨおよびＳＷＬは、入力された基準電位を第１コンパレータ５１の正側入力端子に出力する。
【００３０】
スイッチＳＷＨは、第１コンパレータ５１が出力した信号に応じてオンオフされる。一方、スイッチＳＷＬは、第１コンパレータ５１の出力をＮＯＴ回路により反転した信号に応じてオンオフされる。本例のスイッチＳＷＨおよびＳＷＬは、それぞれオンオフが逆となるように制御される。
【００３１】
レベルシフト回路３５は、第１コンパレータ５１の出力に応じて、第１切替部３１のオンオフを切り替える。本例のトランジスタＴｒ１は、ＮＭＯＳトランジスタである。トランジスタＴｒ１のソース端子は基準電位に接続され、トランジスタＴｒ１のドレイン端子は、抵抗Ｒ２とゲートコンデンサＣ２との接続点に接続される。トランジスタＴｒ１のゲート端子には、第１コンパレータ５１の出力した信号が入力される。これにより、トランジスタＴｒ１は、第１コンパレータ５１の入力に応じてＰＭＯＳトランジスタ３９のゲート端子に基準電位ＶＳＳを入力するか、入力電圧Ｖｉｎに応じた電圧を入力するか否かを切り替える。
【００３２】
抵抗Ｒ１は、第１切替部３１と出力コンデンサＣ１との間に設けられる。抵抗Ｒ１の大きさは、システム１０００の低消費化を図れる程度に十分に小さくてよい。抵抗Ｒ１は、出力コンデンサＣ１とＲＣのローパスフィルタ回路を構成する。ローパスフィルタ回路は、電圧変換器５００の出力におけるリンギングおよびリップルを低減する。必要に応じて、抵抗はＲ１だけでなく、切替部３１と蓄電装置１０との間にも、別の抵抗を入れてもよい。また、抵抗Ｒ１は、出力電圧制御部１００にコイルが設けられる場合、ＬＣ共振しない条件でコイルとダンピングしてもよい。
【００３３】
第１コンパレータ５１は、第１切替部３１と抵抗Ｒ１との間の電圧を監視する。第１コンパレータ５１は、出力閾値電圧Ｖｔｈを超えてもすぐに出力を反転せず、出力閾値電圧Ｖｔｈを超えてから数十ｕｓ程度経過後に、出力を反転させるような反応速度を有してよい。Ｒ１の抵抗値と出力コンデンサＣ１の値にもよるが、第１コンパレータ５１の反応速度を遅らせることにより、出力電圧制御部１００は、数ｍＡ程度の軽負荷用途に向けても利用できる。
【００３４】
本例では、第１コンパレータ５１の出力がＨの時、トランジスタＴｒ１はオンされる。ＰＭＯＳトランジスタ３９のゲート端子は基準電位に接続されて、ＰＭＯＳトランジスタ３９がオンする。一方、第１コンパレータ５１の出力がＬの時、トランジスタＴｒ１はオフされる。ＰＭＯＳトランジスタ３９のＰＭＯＳゲート電圧Ｖｐｇは、入力電圧Ｖｉｎに対応する電圧となり、ＰＭＯＳトランジスタ３９がオフされる。ＰＭＯＳトランジスタ３９がオフされると、出力コンデンサＣ１に蓄積された電荷は抵抗Ｒ３に消費される。
【００３５】
本実施形態に係る出力電圧制御部１００は、低消費電力で動作する。例えば、ローパスフィルタＬＰＦにより第１切替部３１がオンされると、出力コンデンサＣ１は瞬時に蓄電される。そのため、抵抗Ｒ２に流れる電流はごくわずかであり、抵抗Ｒ２で消費される電流は小さい。
【００３６】
また、第１コンパレータ５１は、抵抗Ｒ１の上流側である抵抗Ｒ１と第１切替部３１との間の電圧をモニタする。そのため、多少、第１コンパレータ５１の出力に遅れがあっても、出力電圧Ｖｏｕｔが上側出力閾値電圧Ｖｔｈ１を超えることなくＰＭＯＳトランジスタ３９をオフできる。さらに、出力コンデンサＣ１が充電されていない場合、ＰＭＯＳトランジスタ３９はオフされてハイインピーダンスとなる。
【００３７】
出力電圧制御部１００は、基準電圧生成部２０を除き、ＣＭＯＳインバータ回路で構成される。そのため、出力電圧制御部１００は、第１コンパレータ５１の出力が反転する場合を除いてほとんど電流が流れないので、低消費電力で動作する。本実施形態に係る電圧変換器５００は、５０ｎＡ以下の消費電流で動作できる。
【００３８】
図４は、電圧変換器５００の動作の一例を示す。横軸は時刻［ｔ］を示して、縦軸は入力電圧Ｖｉｎ、出力電圧Ｖｏｕｔ、レベルシフタ電源電圧Ｖｌｓおよび電圧ＰＭＯＳゲート電圧Ｖｐｇ［Ｖ］を示す。例えば、電圧変換器５００は図３で示された実施例と同様に構成される。
【００３９】
入力電圧Ｖｉｎは、徐々に昇圧して、蓄電装置１０の特性に応じた値に収束する。本例の入力電圧Ｖｉｎは、蓄電装置１０の特性に応じた値に到達するまで、線形的に昇圧する。
【００４０】
図４に示すレベルシフタ電源電圧Ｖｌｓは、ローパスフィルタＬＰＦからレベルシフト回路３５に入力される電圧を指す。レベルシフタ電源電圧Ｖｌｓは、入力電圧ＶｉｎがローパスフィルタＬＰＦを介して入力されるので、入力電圧Ｖｉｎの傾きよりもなだらかに昇圧される。これにより、ＰＭＯＳトランジスタ３９のソース端子とゲート端子との間に電位差が生じるので、ＰＭＯＳトランジスタ３９がオンされて、出力コンデンサＣ１が昇圧される。
【００４１】
出力電圧Ｖｏｕｔが昇圧されて上側出力閾値電圧Ｖｔｈ１を超えると、第１コンパレータ５１の出力はハイからローに反転する。レベルシフト回路３５は、レベルシフタ電源電圧ＶｌｓをＰＭＯＳトランジスタ３９のゲート端子に入力する。つまり、ＰＭＯＳトランジスタ３９のＰＭＯＳゲート電圧Ｖｐｇをレベルシフタ電源電圧Ｖｌｓにすることで、ＰＭＯＳトランジスタ３９がオフされる。
【００４２】
ＰＭＯＳトランジスタ３９がオフされると、出力コンデンサＣ１は、電力が供給されなくなり、ＯＵＴ側の負荷の一例としての抵抗Ｒ３により出力コンデンサＣ１の電荷が消費され、出力電圧Ｖｏｕｔが低下する。ＰＭＯＳトランジスタ３９は、出力電圧Ｖｏｕｔが下側出力閾値電圧Ｖｔｈ２以下となると、第１コンパレータ５１の出力はローからハイに反転する。ＰＭＯＳトランジスタ３９は、ゲート端子が基準電位に接続されるので、オンされる。出力電圧Ｖｏｕｔは、再び上側出力閾値電圧Ｖｔｈ１まで上昇する。
【００４３】
電圧変換器５００は、このようなヒステリシス付の判定動作を繰り返す。電圧変換器５００は、出力電圧Ｖｏｕｔを上側出力閾値電圧Ｖｔｈ１と下側出力閾値電圧Ｖｔｈ２との間に制御する。
【００４４】
図５は、システム１０００の構成の一例を示す。本例のレベルシフト回路３５は、トランジスタＴｒ１の代わりにＣＭＯＳインバータ回路を備える点で図３と異なる。また、本例の電圧変換器５００は、ローパスフィルタＬＰＦの代わりに、高抵抗３６を備える。つまり、電圧変換器５００は、ローパスフィルタＬＰＦがなくとも出力電圧制御部１００をスタートアップできる。
【００４５】
ＣＭＯＳインバータ回路は、第１コンパレータ５１からの出力に応じて、高抵抗３６とＰＭＯＳトランジスタ３９のゲート端子の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔに対応する電圧とするか否かを制御する。レベルシフト回路３５のＣＭＯＳインバータ回路は、正側電源端子に出力電圧Ｖｏｕｔに対応する電圧が入力され、負側電源端子に基準電位ＶＳＳが入力される。また、ＣＭＯＳインバータ回路の入力端子には、第１コンパレータ５１の出力端子が接続される。なお、本明細書において、「出力電圧Ｖｏｕｔに対応する電圧」とは、出力電圧Ｖｏｕｔが抵抗Ｒ１等の小さな抵抗を介して入力された電圧を指す。入力電圧Ｖｉｎの場合も同様である。
【００４６】
高抵抗３６は、出力コンデンサＣ１に電荷が蓄積されていない場合に、ＰＭＯＳトランジスタ３９をオンする。高抵抗３６は、ＰＭＯＳトランジスタ３９のゲート端子と基準電位との間に接続される。高抵抗３６とＰＭＯＳトランジスタ３９のゲート端子と接続点は、ＣＭＯＳインバータ回路の出力端子に接続される。ＰＭＯＳトランジスタ３９のゲート端子には、高抵抗３６で基準電位に接続される。そのため、ＰＭＯＳトランジスタ３９のソース端子に入力電圧Ｖｉｎが入力されると、ＰＭＯＳトランジスタ３９がオンされる。
【００４７】
図６は、システム１０００の構成の一例を示す。本例の電圧変換器５００は、スタートアップ回路２００、過放電防止回路３００をさらに備える。スタートアップ回路２００および過放電防止回路３００は、出力電圧制御部１００と同様に、基準電圧生成部２０、切替部３０、電圧選択部４０およびコンパレータ５０を備えてよい。
【００４８】
過放電防止回路３００は、蓄電装置１０の過放電を防止する。過放電防止回路３００は、入力された入力電圧Ｖｉｎが予め定められた放電閾値電圧Ｖｔｈｄを超えたか否かによって、蓄電装置１０から負荷６０に放電させるか否かを制御する。放電閾値電圧Ｖｔｈｄは、上側および下側の異なる２種類の値を有する。過放電防止回路３００は、放電閾値電圧Ｖｔｈｄとして上側および下側のいずれの値を用いるかを適宜変更することにより、ヒステリシスに動作する。
【００４９】
スタートアップ回路２００は、出力コンデンサＣ１の電圧が出力電圧制御部１００が動作する電圧となるまで、出力コンデンサＣ１を昇圧する。この場合、出力電圧制御部１００の備える切替部３０がオフされているので、出力電圧制御部１００には電流が流れない。スタートアップ回路２００は、予め定められたスタートアップ閾値電圧Ｖｔｈｓを超えたか否かによって、過放電防止回路３００から出力を負荷６０に放電させるか否かを制御する。スタートアップ閾値電圧Ｖｔｈｓは、上側および下側の異なる２種類の値を有する。スタートアップ回路２００は、スタートアップ閾値電圧Ｖｔｈｓとして、上側および下側のいずれの値を用いるかを適宜変更することにより、ヒステリシスに動作する。
【００５０】
上側スタートアップ閾値電圧Ｖｔｈｓ１は、下側出力閾値電圧Ｖｔｈ２よりも大きく、かつ、上側出力閾値電圧Ｖｔｈ１よりも小さい。また、上側放電閾値電圧Ｖｔｈｄ１は、下側スタートアップ閾値電圧Ｖｔｈｓ２よりも大きく、かつ、上側出力閾値電圧Ｖｔｈ１および上側スタートアップ閾値電圧Ｖｔｈｓ１よりも小さい。
【００５１】
一例では、出力電圧制御部１００において、上側出力閾値電圧Ｖｔｈ１は１．８５Ｖに設定され、下側出力閾値電圧Ｖｔｈ２は１．７５Ｖに設定される。また、スタートアップ回路２００において、上側スタートアップ閾値電圧Ｖｔｈｓ１は１．８Ｖに設定され、下側放電閾値電圧Ｖｔｈｓ２は１．７Ｖに設定される。そして、過放電防止回路３００において、上側放電閾値電圧Ｖｔｈｄ１は１．７５Ｖに設定され、下側放電閾値電圧Ｖｔｈｄ２は１．６５Ｖに設定される。
【００５２】
出力電圧制御部１００は、コンパレータ５０が反転したか否かにより出力電圧Ｖｏｕｔが、出力閾値電圧Ｖｔｈを超えたか否かを検出する。また、スタートアップ回路２００および過放電防止回路３００は、コンパレータ５０が反転したか否かにより入力電圧Ｖｉｎがスタートアップ閾値電圧Ｖｔｈｓもしくは放電閾値電圧Ｖｔｈｄを超えたか否かを検出する。つまり、出力電圧制御部１００、スタートアップ回路２００および過放電防止回路３００のいずれにおいても、コンパレータ５０が反転する場合を除きほとんど電流が流れないので、電圧変換器５００は低消費電力で動作する。
【００５３】
図７は、システム１０００の構成の一例を示す。本例のシステム１０００は、出力電圧制御部１００、スタートアップ回路２００および過放電防止回路３００を備える。
【００５４】
出力電圧制御部１００は、第１コンパレータ５１の出力に基づいて、出力電圧Ｖｏｕｔに応じた電圧もしくは基準電圧をレベルシフト回路３５に出力する第１インバータ５４を備える。第１インバータ５４の正側電源端子には出力電圧Ｖｏｕｔが抵抗Ｒ１を介して入力され、負側電源端子は基準電位に接続される。なお、本例の第１コンパレータ５１の出力は、ＮＯＴ回路により反転されてスイッチＳＷＨに入力され、スイッチＳＷＬにはそのまま入力される。本例の第１切替部３１は、ＰＭＯＳトランジスタ３９の代わりに、ＧＮＤ側に接続されたＮＭＯＳトランジスタを用いることもできる。ＮＭＯＳトランジスタを用いる場合、第１コンパレータ５１の極性が反転される。スタートアップ回路２００および過放電防止回路３００についても同様に、ＰＭＯＳトランジスタ３９の代わりに、ＮＭＯＳトランジスタを用いることができる。
【００５５】
レベルシフト回路３５は、第１インバータ５４の出力に応じて、ＰＭＯＳトランジスタ３９のオンオフを切り替える。レベルシフト回路３５は、ＰＭＯＳトランジスタ３９のゲート端子に入力電圧Ｖｉｎに応じた信号を入力するか、もしくはゲート端子を基準電位に接続する。レベルシフト回路３５は、Ｐ型のＭＯＳトランジスタであるＰＭＯＳ１、ＰＭＯＳ２およびＮ型のＭＯＳトランジスタであるＮＭＯＳ１、ＮＭＯＳ２を備える。
【００５６】
ＰＭＯＳ１のソース端子は、過放電防止回路３００の出力端子とＰＭＯＳトランジスタ３９のソース端子との間に接続される。ＰＭＯＳ２のソース端子は、過放電防止回路３００の出力端子とＰＭＯＳトランジスタ３９のソース端子との間に接続される。
【００５７】
ＮＭＯＳ１は、ＰＭＯＳ１と基準電位との間に、ＰＭＯＳ１と直列に接続される。ＮＭＯＳ２は、ＰＭＯＳ２と基準電位との間に、ＰＭＯＳ２と直列に接続される。ＰＭＯＳ１のドレイン端子およびＮＭＯＳ１のドレイン端子は、ＰＭＯＳトランジスタ３９のゲート端子およびＰＭＯＳ２のゲート端子に接続される。ＰＭＯＳ２のドレイン端子およびＮＭＯＳ２のドレイン端子は、ＰＭＯＳ１のゲート端子に接続される。
【００５８】
ＮＭＯＳ１のゲート端子およびＮＭＯＳ２のゲート端子には、第１コンパレータ５１の出力に応じた信号が入力されることにより、ＮＭＯＳ１およびＮＭＯＳ２のオンオフが反対となるように制御される。
【００５９】
スタートアップ回路２００は、第２基準電圧生成部２２、第２切替部３２、第２電圧選択部４２および第２コンパレータ５２を備える。スタートアップ回路２００は、第３コンパレータ５３と第２切替部３２との間に第２インバータ５５を備える。
【００６０】
第２基準電圧生成部２２、第２電圧選択部４２、第２コンパレータ５２は、基準電圧生成部２０、電圧選択部４０およびコンパレータ５０の一例である。但し、第２基準電圧生成部２２は、出力電圧制御部１００のスタートアップのために、第１基準電圧生成部２１とは異なる値が設定される。また、出力電圧制御部１００とスタートアップ回路２００とは、第１コンパレータ５１の負側電源端子には出力電圧Ｖｏｕｔが入力されるのに対して、第２コンパレータ５２の負側電源端子には入力電圧Ｖｉｎが入力される点で異なる。
【００６１】
過放電防止回路３００は、第３基準電圧生成部２３、第３切替部３３、第３電圧選択部４３および第３コンパレータ５３を備える。第３基準電圧生成部２３、第３電圧選択部４３、第３コンパレータ５３は、基準電圧生成部２０、電圧選択部４０、コンパレータ５０の一例である。第３基準電圧生成部２３は、蓄電装置１０の過放電を防止するために、第１基準電圧生成部２１および第２基準電圧生成部２２とは異なる値が設定される。
【００６２】
第３切替部３３は、還流ダイオード３８およびＰＭＯＳトランジスタ３９を備える。還流ダイオード３８は、過放電を防止する向きに設けられる。また、ＰＭＯＳトランジスタ３９のソース端子は蓄電装置１０に接続される。
【００６３】
第３コンパレータ５３は、負側入力端子に入力された入力電圧Ｖｉｎと、第３基準電圧生成部２３からの基準電圧により定まる放電閾値電圧Ｖｔｈｄとを比較する。第３コンパレータ５３は、比較結果に応じてＰＭＯＳトランジスタ３９のオンオフを制御する。これにより、出力電圧制御部１００は、蓄電装置１０の過放電を防止する。
【００６４】
図８は、システム１０００の一例を示す。本例のレベルシフト回路３５は、抵抗Ｒ４およびトランジスタＴｒ２を備える。トランジスタＴｒ２は、Ｎ型のＭＯＳトランジスタである。過放電防止回路３００は、図７における構成と同一である。
【００６５】
抵抗Ｒ４は、一端が過放電防止回路３００の出力端子に接続されて、他端がトランジスタＴｒ２のドレイン端子に接続される。トランジスタＴｒ２のソース端子は、基準電位に接続されて、ゲート端子が第１インバータ５４の出力端子に接続される。抵抗Ｒ３とトランジスタＴｒ２のドレイン端子の接続点は、ＰＭＯＳトランジスタ３９のゲート端子に接続される。トランジスタＴｒ２は、還流ダイオードに接続されてよい。
【００６６】
第１インバータ５４の出力端子は、トランジスタＴｒ２のゲート端子に接続される。第１インバータ５４は、トランジスタＴｒ２のオンオフを制御することにより、ＰＭＯＳトランジスタ３９のＰＭＯＳゲート電圧Ｖｐｇを入力電圧Ｖｉｎに対応する電圧とするか、基準電位とするかを切り替える。
【００６７】
以上の通り、本発明に係る電圧変換器５００は、スタートアップ回路２００を備えるので、出力電圧制御部１００のスタートアップが確実に保証される。また、電圧変換器５００は、過放電防止回路３００を備えるので、蓄電装置１０の過放電が防止される。次に、蓄電装置１０の特性に応じた基準電圧の設定方法について説明する。
【００６８】
基準電圧の設定方法について、過放電防止回路３００を例にして説明する。つまり、第３基準電圧生成部２３が上側放電閾値電圧Ｖｔｈｄ１および下側放電閾値電圧Ｖｔｈｄ２を生成する場合である。但し、出力電圧制御部１００およびスタートアップ回路２００の基準電圧についても同様の方法で設定される。
【００６９】
出力電圧制御部１００の場合、第１基準電圧生成部２１が上側出力閾値電圧Ｖｔｈ１および下側出力閾値電圧Ｖｔｈ２を生成する。また、スタートアップ回路２００の場合、第２基準電圧生成部２２が上側スタートアップ閾値電圧Ｖｔｈｓ１および下側スタートアップ閾値電圧Ｖｔｈｓ２を生成する。
【００７０】
図９は、コンパレータ５０の構成の一例を示す。コンパレータ５０は、ＣＭＯＳインバータ５６および出力回路５７を備える。
【００７１】
ＣＭＯＳインバータ５６の電源入力端子にはコンパレータ５０に入力された入力電圧Ｖｉｎが入力される。ＣＭＯＳインバータ５６の入力端子には、コンパレータ５０に入力された基準電圧が入力される。コンパレータ５０は、電源端子に入力された入力電圧Ｖｉｎおよび入力端子に入力された基準電圧に応じてスイッチング動作する。なお、電源端子とは、ＣＭＯＳインバータ５６のソース端子に接続される端子を指し、入力端子とは、ＣＭＯＳインバータ５６のゲート端子に接続される端子を指す。
【００７２】
ＣＭＯＳインバータ５６は、ＣＭＯＳトランジスタ（Ｍｐ、Ｍｎ）を有する。ＣＭＯＳインバータ５６は、電源端子入力型のＣＭＯＳインバータであり、正側電源端子に入力電圧Ｖｉｎが入力され、負側電源端子にＧＮＤが接続される。本例のＣＭＯＳインバータ５６の正側電源端子とは、ＣＭＯＳトランジスタＭｐのソースに接続される端子であり、負側電源端子とは、ＣＭＯＳトランジスタＭｎのソースに接続される端子である。本例のＣＭＯＳインバータ５６の正側電源端子は、入力電圧Ｖｉｎが入力される入力電圧端子として機能する。また、ＣＭＯＳインバータ５６の入力端子には、出力閾値電圧Ｖｔｈに対応する上側基準電圧ＶｒｅｆＨおよび下側基準電圧ＶｒｅｆＬが入力される。上述したように、ＣＭＯＳインバータ５６の入力端子とは、ＣＭＯＳトランジスタ（Ｍｐ、Ｍｎ）の各ゲートに接続される端子を指す。本例のＣＭＯＳインバータ５６の入力端子は、基準電圧が入力される基準電圧端子として機能する。
【００７３】
出力回路５７は、ＣＭＯＳインバータ５６が出力した出力電圧Ｖｏｕｔｉに応じた電圧Ｖｏｕｔｃを出力する。例えば出力回路５７は、ＣＭＯＳインバータ５６と多段接続されるＣＭＯＳインバータ回路を有してよく、その他の一般的な出力用回路を有してもよい。例えば出力回路５７は、ＣＭＯＳインバータ５６の出力電圧Ｖｏｕｔｉを出力するか否かを切り替えるＰＭＯＳスイッチを有してよく、ＣＭＯＳインバータ５６の出力電圧Ｖｏｕｔｉに応じて動作するソースを接地電位に接続したＮＭＯＳ回路を有してもよい。また、出力回路５７は、複数種類の出力用回路、および、それぞれの出力用回路に対応する出力端子を有してよい。
【００７４】
ＣＭＯＳインバータ５６が接地電位を出力するか、または、入力電圧Ｖｉｎに略等しい電圧を出力するかは、入力電圧Ｖｉｎおよび基準電圧との差分が、ＣＭＯＳインバータ５６におけるＰＭＯＳトランジスタＭｐの閾値以上か否かにより定まる。ＣＭＯＳインバータ５６の出力が反転する動作点（目標電圧）は、基準電圧により調整することができる。本例では、出力回路５７の出力に応じて、電圧選択部４０が基準電圧ＶｒｅｆＨおよびＶｒｅｆＬのいずれかを選択することで、出力回路５７の出力に応じて目標電圧を変更することができる。これにより、過放電防止回路３００は、ヒステリシスに動作する。
【００７５】
過放電防止回路３００が動作すべき目標電圧に対して、どのような基準電圧をコンパレータ５０に入力すべきかは、コンパレータ５０に含まれるＣＭＯＳインバータ５６の特性により定まる。ただし、ＣＭＯＳインバータ５６の特性はばらつきを有するので、過放電防止回路３００が目標電圧で精度よく動作するためには、ＣＭＯＳインバータ５６の特性のばらつき等を考慮した基準電圧を用いることが好ましい。
【００７６】
本例では、ＣＭＯＳインバータ５６の電源入力端子に入力電圧Ｖｉｎが入力される過放電防止回路３００について説明した。しかしながら、出力電圧制御部１００およびスタートアップ回路２００の場合も、コンパレータ５０は同様に動作する。但し、出力電圧制御部１００の第２インバータ５５の電源端子には、出力電圧Ｖｏｕｔに対応する電圧が入力される。また、スタートアップ回路２００の第２インバータ５５の電源端子には、入力電圧Ｖｉｎに対応する電圧が入力される。
【００７７】
さらに、出力電圧制御部１００およびスタートアップ回路２００のＣＭＯＳインバータ５６の入力端子には出力閾値電圧Ｖｔｈおよびスタートアップ閾値電圧Ｖｔｈｓに対応する上側基準電圧ＶｒｅｆＨおよび下側基準電圧ＶｒｅｆＬが入力される。
【００７８】
図１０は、過放電防止回路３００の基準電圧を設定する構成の一例を示す。本例の過放電防止回路３００は、設定される目標電圧でコンパレータ５０を動作させるための基準電圧を検出する基準電圧検出モード、検出した基準電圧を基準電圧生成部２０に出力させるべく基準電圧生成部２０を設定する基準電圧設定モード、および、設定した基準電圧を用いて入力電圧Ｖｉｎと目標電圧とを比較する実動作モードの３つの動作モードを有する。
【００７９】
過放電防止回路３００は、図１に示した構成に加え、モード選択部８０、テスト回路７０および電圧計７５を更に備える。また、過放電防止回路３００は、過放電防止回路３００の内部と外部とを電気的に接続する各端子ＶＰＰ、ＤＡＴＡ、ＳＣＬＫ、ＰＵＬＳＥ、ＧＮＤ、ＶＩＮ、ＶＲＥＦ、ＩＲＥＦ、ＶＭＯＮ、ＯＵＴを有する。なお、Ｖｒｅｆ端子およびＩＲＥＦ端子は同一端子であってよい。
【００８０】
モード選択部８０は、過放電防止回路３００の動作モードを選択する。モード選択部８０は、ＶＰＰ端子から入力される電圧に基づいて、動作モードを選択してよい。モード選択部８０は、選択した動作モードに応じて、電圧選択部４０、上側基準電圧生成部２５および下側基準電圧生成部２６を制御する。
【００８１】
実動作モードにおいて、モード選択部８０は、コンパレータ５０の出力状態を示す信号に基づいて電圧選択部４０に基準電圧を選択させる。これにより、図２に示したヒステリシス動作を実現する。テスト回路７０は、カレントミラー７１およびアンプ回路７２を有する。テスト回路７０は、実動作モードでは動作せず、基準電圧設定モードにおいて動作する。また、本例の電圧選択部４０は、上側基準電圧生成部２５が出力する上側基準電圧ＶｒｅｆＨ、下側基準電圧生成部２６が出力する下側基準電圧ＶｒｅｆＬ、および、ＶＲＥＦ端子に外部から入力される設定電圧のいずれかを、動作モードに応じて選択して、コンパレータ５０に入力する。
【００８２】
まず、基準電圧検出モードにおける過放電防止回路３００の動作を説明する。図１０において、主に基準電圧検出モードで信号が流れる線を太線で示している。モード選択部８０は、基準電圧検出モードを選択した場合、電圧選択部４０にＶＲＥＦ端子から出力される設定電圧Ｖｒｅｆを選択させる。基準電圧検出モードにおいては、ＶＲＥＦ端子には、徐々にレベルが変化する設定電圧が入力される。電圧選択部４０は、徐々に変化する設定電圧Ｖｒｅｆを選択して、ＣＭＯＳインバータ５６の入力端子に入力する。
【００８３】
また、基準電圧検出モードにおいては、ＶＩＮ端子からコンパレータ５０に、過放電防止回路３００が動作する目標電圧が入力される。本例では、ヒステリシス動作すべく、過放電防止回路３００は第１目標電圧Ｖ１および第２目標電圧Ｖ２の２つの目標電圧で動作する。この場合、ＶＩＮ端子には、第１目標電圧Ｖ１および第２目標電圧Ｖ２が順番に入力される。ＶＩＮ端子は、コンパレータ５０の電源端子に接続される。
【００８４】
コンパレータ５０は、入力された設定電圧Ｖｒｅｆおよび目標電圧に応じて動作する。設定電圧Ｖｒｅｆが徐々に変化するので、設定電圧Ｖｒｅｆおよび目標電圧の差分が所定値以上となった場合に、コンパレータ５０の出力状態が遷移する。コンパレータ５０の出力端子は、ＯＵＴ端子に接続される。コンパレータの出力状態が遷移したときの設定電圧Ｖｒｅｆのレベルが、当該目標電圧に対応する基準電圧のレベルとなる。コンパレータ５０の出力状態は、ＯＵＴ端子に接続される外部機器が監視してよく、電圧計７５等の過放電防止回路３００の内部回路が監視してもよい。
【００８５】
図１１は、基準電圧検出モードにおける基準電圧（ＶｒｅｆＨ、ＶｒｅｆＬ）の検出方法の概要を示す。縦軸は、ＶＩＮ端子から入力される入力電圧Ｖｉｎ、ＣＭＯＳインバータ５６の入力端子に入力される設定電圧Ｖｒｅｆおよび基準電圧（ＶｒｅｆＨ、ＶｒｅｆＬ）の電圧レベル［Ｖ］を示しており、横軸は時刻ｔを示す。
【００８６】
ＶＩＮ端子に入力される目標電圧は、時刻の経過に伴い徐々に増加して、予め定められた目標電圧に到達すると一定に保持される。設定電圧Ｖｒｅｆは、予測される上側基準電圧ＶｒｅｆＨよりも予め定められた値だけ大きい初期値まで、目標電圧と共に増加する。設定電圧Ｖｒｅｆが初期値になった後、設定電圧Ｖｒｅｆを徐々に変化（本例では減少）させて、ＣＭＯＳインバータ５６の出力が反転するときの設定電圧Ｖｒｅｆを検出する。検出された設定電圧Ｖｒｅｆは、入力されている目標電圧に対する基準電圧となる。このような処理を、第１目標電圧Ｖ１および第２目標電圧Ｖ２の双方に対して行い、それぞれに対応する基準電圧ＶｒｅｆＨおよびＶｒｅｆＬを検出する。モード選択部８０は、検出した設定電圧に基づいて、基準電圧生成部２０を設定する。なお、入力電圧Ｖｉｎおよび設定電圧の変化の態様は、図１１に示した例に限定されない。入力電圧Ｖｉｎが目標電圧に達した後で、コンパレータ５０の出力状態が遷移するように設定電圧を変化させればよい。
【００８７】
図１２は、本実施形態に係る基準電圧生成部２０の備える基本回路を示す。上側基準電圧生成部２５および下側基準電圧生成部２６は、それぞれ基準電圧生成部２０と同一の回路を有してよい。本実施形態に係る基準電圧生成部２０は、図１２（ｂ）に示すように、エンハンスメント状態とディプレッション状態の２状態にすることができる素子を利用して、基準電圧を生成する。
【００８８】
図１２（ａ）は、ディプレッション型ＭＯＳトランジスタＭ１とエンハンスメント型ＭＯＳトランジスタＭ２で構成される基準電圧生成部２０を示す。図１２（ａ）の各ＭＯＳトランジスタは、ドープ量等の製造時におけるパラメータの相違により、それぞれディプレッション型およびエンハンスメント型として機能する。
【００８９】
図１２（ｂ）は、ディプレッション型として機能させる第１ＭＯＳトランジスタＭ１と、エンハンスメント型として機能させる第２ＭＯＳトランジスタＭ２とを有する基準電圧生成部２０を示す。第１ＭＯＳトランジスタＭ１と第２ＭＯＳトランジスタＭ２は、フローティングゲートおよびコントロールゲートをそれぞれ有する。本例の第１ＭＯＳトランジスタＭ１および第２ＭＯＳトランジスタＭ２は、コントロールゲートに印加される電圧に応じて、フローティングゲートが保存する電荷の状態が制御され、保存された電荷量に応じた特性を示す不揮発性記憶素子として機能する。フローティングゲートが保存する電荷の状態とは、例えばフローティングゲートが保存する電荷の正負および電荷量を指す。本例では、第１ＭＯＳトランジスタＭ１および第２ＭＯＳトランジスタＭ２の閾値電圧が、フローティングゲートが保存する電荷の状態に応じて変化する。これにより、それぞれのＭＯＳトランジスタは、ディプレッション型またはエンハンスメント型として機能する。
【００９０】
第１ＭＯＳトランジスタＭ１は、ゲート端子とソース端子とが互いに接続され、ドレイン端子は電源に接続される。第１ＭＯＳトランジスタＭ１は、フローティングゲートにプラスチャージが注入されてディプレッション型として機能する。ディプレッション型とは、ゲート端子に電圧０Ｖが入力された場合に、トランジスタがオフする素子のことであり、いわゆるノーマリーオフの素子を指す。
【００９１】
第２ＭＯＳトランジスタＭ２は、ゲート端子とドレイン端子とが互いに接続され、ソース端子は接地される。また、第２ＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン端子は、第１ＭＯＳトランジスタＭ１のソース端子に接続される。第２ＭＯＳトランジスタＭ２は、フローティングゲートにマイナスチャージが注入されてエンハンスメント型として機能する。エンハンスメント型とは、ゲート端子に電圧０Ｖが入力された場合に、トランジスタがオンする素子のことであり、いわゆるノーマリーオンの素子を指す。基準電圧生成部２０は、第１ＭＯＳトランジスタＭ１および第２ＭＯＳトランジスタＭ２の接続点から基準電圧を出力する。
【００９２】
図１２（ｂ）に示した基準電圧生成部２０は、製造後に不揮発性記憶素子の状態を変更できるので、設計時と製造後の特性のバラツキを補償できる。そのため、基準電圧生成部２０は、第１ＭＯＳトランジスタＭ１および第２ＭＯＳトランジスタＭ２の接続点から出力される基準電圧を調整できる。モード選択部８０は、第１ＭＯＳトランジスタＭ１および第２ＭＯＳトランジスタＭ２のフローティングゲートが保存する電荷の状態を制御することで、基準電圧を調整する。
【００９３】
図１３は、トンネル酸化膜を備える不揮発性記憶素子９０を示す。不揮発性記憶素子９０は、基板９１、トンネル酸化膜９４、フローティングゲート９５、絶縁膜９６およびコントロールゲート９７を備える。
【００９４】
不揮発性記憶素子９０は、フローティングゲート９５を有することにより、エンハンスメント状態とディプレッション状態にすることができるＮＭＯＳタイプの素子である。本例の基板９１は、ｐ型基板で構成される。基板９１は、ソース領域９２およびドレイン領域９３を有する。ソース領域９２およびドレイン領域９３は、イオン注入等の一般的なＣＭＯＳプロセスを用いて形成される。基板９１上には、トンネル酸化膜９４、フローティングゲート９５、絶縁膜９６およびコントロールゲート９７の順に積層して形成される。
【００９５】
コントロールゲート９７は、不揮発性記憶素子９０のゲート端子に印加された電圧により、ソース領域９２とドレイン領域９３との間に形成されたチャネル領域を制御する。これにより、不揮発性記憶素子９０は、ソース領域９２とドレイン領域９３との間に流れる電流をオンオフする。
【００９６】
絶縁膜９６は、フローティングゲート９５とコントロールゲート９７との間を絶縁する。絶縁膜９６は、ＣＭＯＳプロセスで使用される一般的な絶縁膜で形成される。フローティングゲート９５に蓄積された電荷の状態は、コントロールゲート９７に印加された電圧に応じて変化する。例えば、コントロールゲート９７に印加された電圧に応じて、フローティングゲート９５に蓄積された電荷量が、正または負の方向に変動する。これにより、不揮発性記憶素子９０の閾値電圧が変動し、ディプレッション状態またはエンハンスメント状態に制御される。
【００９７】
トンネル酸化膜９４は、通常、基板９１とフローティングゲート９５との間を絶縁する。しかし、トンネル酸化膜９４は、コントロールゲート９７に予め定められた値以上の電圧が印加されると、ＦＮトンネリング（ファウラーノルドハイム  トンネリング）により導通状態となる。ＦＮトンネリングとは、絶縁体の中を電子がトンネルする場合の移動状態を指す。フローティングゲート９５は、ＦＮトンネリングによりソース領域９２から電子が注入され、または、電子を放出する。これにより、フローティングゲート９５が保存する電荷の状態が制御される。
【００９８】
図１４は、基準電圧生成部２０の回路構成の一例を示す。基準電圧生成部２０が、基準電圧を出力している状態において、スイッチ（ＳＷ）は以下のように制御される。
ＳＷｌ：ＶＤＤ（ＶＩＮ）
ＳＷ２：ＶＳＳ
ＳＷ３、ＳＷ４：ＯＰＥＮ
ＳＷ５、ＳＷ６、ＳＷ７、ＳＷ８：ＳＨＯＲＴ（接続）
ＳＷ９、ＳＷ１０：任意
【００９９】
基準電圧生成部２０は、スイッチが図１４のように制御された状態において、第１ＭＯＳトランジスタＭｌがディプレッション状態、第２ＭＯＳトランジスタＭ２がエンハンスメント状態のとき、基準電圧が生成される。なお、ＶＤＤ端子は、上側基準電圧生成部２５および下側基準電圧生成部２６としては、電源電圧を印加する端子として機能する。一方で、ＶＤＤ端子には、過放電防止回路３００のＶＩＮ端子から入力される電圧が入力されるので、過放電防止回路３００のＶＩＮ端子に対応する。
【０１００】
より具体的には、基準電圧生成部２０は、コントロールゲートおよびフローティングゲートを有して、ディプレッション型として機能する第１ＭＯＳトランジスタＭｌを備える。また、基準電圧生成部２０は、コントロールゲートおよびフローティングゲートを有して、エンハンスメント型として機能する第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２を備える。第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２は、第１ＭＯＳトランジスタＭｌと直列に接続される。第１ＭＯＳトランジスタＭｌおよび第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２は、フローティングゲートに注入される電荷がトンネルするトンネル酸化膜を有する不揮発性記憶素子である。これにより、基準電圧生成部２０は、第１ＭＯＳトランジスタＭｌおよび第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２の接続点から基準電圧を出力する。
【０１０１】
図１５は、基準電圧生成部２０の回路構成の一例を示す。上側基準電圧生成部２５および下側基準電圧生成部２６は、それぞれ図１５に示す基準電圧生成部２０と同一の回路を有してよい。基準電圧生成部２０は、トンネル酸化膜を有する第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗおよびトンネル酸化膜を有さない第１出力ＭＯＳトランジスタＭ１ｒ、ならびに、トンネル酸化膜を有する第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗおよびトンネル酸化膜を有さない第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒを含む。
【０１０２】
第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗ、および、第１出力ＭＯＳトランジスタＭ１ｒは、フローティングゲートおよびコントロールゲートをそれぞれ有する。第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗのフローティングゲートおよびコントロールゲートは、第１出力ＭＯＳトランジスタＭ１ｒのフローティングゲートおよびコントロールゲートとそれぞれ電気的に接続される。
【０１０３】
第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗのソース端子は、第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗのドレイン端子に接続される。図１４に示した構成と同様に、第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗおよび第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗを接続するか否かを切り替えるスイッチが更に設けられてもよい。スイッチＳＷ１は、第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗのドレイン端子に、電圧ＶＰＰを印加するか、接地電位等の電圧ＶＳＳを印加するかを選択する。スイッチＳＷ２は、第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗのソース端子に、電圧ＶＰＰを印加するか、接地電位等の電圧ＶＳＳを印加するかを選択する。
【０１０４】
第１出力ＭＯＳトランジスタＭ１ｒのドレイン端子には、所定の電圧ＶＤＤが印加される。第１出力ＭＯＳトランジスタＭ１ｒのソース端子は、第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒのドレイン端子に接続される。当該接続点における電圧が、基準電圧として出力される。第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒのソース端子には、電圧ＶＳＳが印加される。
【０１０５】
第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗおよび第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒは、フローティングゲートおよびコントロールゲートをそれぞれ有する。第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗのフローティングゲートおよびコントロールゲートは、第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒのフローティングゲートおよびコントロールゲートとそれぞれ電気的に接続される。
【０１０６】
第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗおよび第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗは、トンネル酸化膜を有している。このため、当該トンネル酸化膜を介して、第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗおよび第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗのフローティングゲートの電荷の状態を制御して、それぞれの閾値電圧Ｖｔｈを制御することができる。そして、上述したように、２つの第１ＭＯＳトランジスタＭ１ｗ、ｒのフローティングゲートおよびコントロールゲートが互いに電気的に接続されるので、第１出力ＭＯＳトランジスタＭ１ｒは、第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗと同一の閾値電圧Ｖｔｈを有する。また、第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒも同様に、第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗと同一の閾値電圧Ｖｔｈを有する。
【０１０７】
なお、第１出力ＭＯＳトランジスタＭ１ｒおよび第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒは、トンネル酸化膜を有していないので、電源電圧ＶＤＤを印加し続けた場合においても、不揮発性記憶素子のトンネル酸化膜から電子がリークするディスターブによる閾値電圧Ｖｔｈの変動がない。このため、基準電圧を精度よく生成できる。また、第１出力ＭＯＳトランジスタＭ１ｒおよび第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒは、基準電圧生成部２０において電流パスを形成するが、電流パスにスイッチを有さない。そのため、スイッチのオン抵抗が基準電圧に影響せず、基準電圧を精度よく生成できる。
【０１０８】
図１６は、基準電圧の設定方法の一例を示すフロー図である。ステップＳ１００において、ＣＭＯＳインバータ５６の電源端子に入力される目標電圧を予め定められた値に設定する。
【０１０９】
基準電圧検出モードでは、コンパレータ５０が目標電圧に応じて動作するためにＣＭＯＳインバータ５６の入力端子に入力されるべき電圧を検出する。ステップＳ２００において、図１１において説明したように、ステップＳ１００で設定した目標電圧に対応する基準電圧（ＶｒｅｆＨ、ＶｒｅｆＬ）を検出する。検出された基準電圧（ＶｒｅｆＨ、ＶｒｅｆＬ）は、過放電防止回路３００の外部機器に記憶される。検出された基準電圧（ＶｒｅｆＨ、ＶｒｅｆＬ）は、過放電防止回路３００の内部に記憶されてもよい。
【０１１０】
基準電圧設定モードでは、ステップＳ２００において検出した基準電圧（ＶｒｅｆＨ、ＶｒｅｆＬ）を基準電圧生成部２０に設定する。基準電圧設定モードを実行するステップＳ３００は、ステップＳ３１０〜ステップＳ３３０を有する。なお、それぞれの目標電圧に対してステップＳ３００の処理を行う。設定された目標電圧は、ＣＭＯＳインバータ５６の電源端子に入力される。
【０１１１】
ステップＳ３１０において、第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗのフローティングゲートに保存された電荷の状態を、予め定められた基準状態に設定する。ステップＳ３１０における基準状態は、第１ＭＯＳトランジスタＭ１ｗ、ｒの閾値電圧を十分高くして、第１ＭＯＳトランジスタＭ１ｗ、ｒから第２ＭＯＳトランジスタＭ２ｗ、ｒに電流が流れなくする状態を指してもよい。基準状態は、フローティングゲートに保存されていた電荷が消去された状態（すなわち、フローティングゲートにおける電荷量が略零の状態）を指してもよい。ステップＳ３１０では、第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗのコントロールゲートに制御パルスを印加することでフローティングゲートにおける電荷の状態を基準状態に調整し、第１ＭＯＳトランジスタＭ１ｗ、ｒから第２ＭＯＳトランジスタＭ２ｗ、ｒに電流が流れなくする。
【０１１２】
ステップＳ３２０において、第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒにカレントミラー７１が生成した調整用電流を印加した状態で、第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗのコントロールゲートに制御パルスを印加する。制御パルスを印加することで、第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗの閾値電圧を正方向に変動させる。これにより、２つの第２ＭＯＳトランジスタＭ２を所定のエンハンスメント状態に設定する。調整用電流は、実動作時に第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒに流れるべき電流と略等しい電流が与えられてよい。ステップＳ３２０においては、基準電圧生成部２０から出力される基準電圧が、目標電圧に対してステップＳ２００で検出した基準電圧と略等しくなるまで、第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗのコントロールゲートに制御パルスを印加する。
【０１１３】
次に、ステップＳ３３０において、第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒにカレントミラー７１が生成した調整用電流を印加しない状態で、第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗのコントロールゲートに制御パルスを印加する。制御パルスを印加することで、第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗの閾値電圧を負方向に変動させる。これにより、２つの第１ＭＯＳトランジスタＭ１を所定のディプレッション状態に設定する。ステップＳ３３０においても、基準電圧生成部２０から出力される基準電圧が、目標電圧に対してステップＳ２００で検出した基準電圧と略等しくなるまで、第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗのコントロールゲートに制御パルスを印加する。このような処理を、上側基準電圧生成部２５および下側基準電圧生成部２６に対して行う。これにより、ステップＳ２００で検出した基準電圧と等しい電圧を、上側基準電圧生成部２５および下側基準電圧生成部２６に出力させることができる。ステップＳ３００では、上側基準電圧ＶｒｅｆＨを下側基準電圧ＶｒｅｆＬよりも先に設定しても、下側基準電圧ＶｒｅｆＬを先に設定してもどちらでも構わない。
【０１１４】
図１７は、基準電圧の設定方法を説明するための図である。図１７（ａ）は、エンハンスメント型として機能させる第２ＭＯＳトランジスタＭ２ｗ、ｒの設定方法を示す。初めに、第１書込ＭＯＳトランジスタＭｌｗのフローティングゲートにチャージされた電荷を基準状態に設定する。例えば、第１書込ＭＯＳトランジスタＭｌｗの閾値電圧を十分高くする制御パルスを、コントロールゲートに印加することで、電荷の状態を基準状態に設定する。コントロールゲートに印加される電圧の極性は、スイッチＳＷ１およびＳＷ９を切り替えることで制御できる。これにより、エンハンスメント型として機能させる第２ＭＯＳトランジスタＭ２ｗ、ｒを設定するときに、第１ＭＯＳトランジスタＭｌｗ、ｒに電流が流れないようにする。
【０１１５】
次に、第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒに、調整用電流Ｉｒｅｆを印加した状態で、第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗのコントロールゲートに制御パルスを印加して、フローティングゲートに電荷をチャージする。このとき、基準電圧生成部２０が出力する基準電圧が所定の電圧となるように、第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗのフローティングゲートに電荷をチャージする。
【０１１６】
図１７（ｂ）は、ディプレッション型として機能させる第１ＭＯＳトランジスタＭ１ｗ、ｒの設定方法を示す。第１ＭＯＳトランジスタＭ１ｗ、ｒを設定する場合、調整用電流Ｉｒｅｆを止める。そして、第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒに流れる電流が、調整用電流Ｉｒｅｆと略同一となるように、第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗのコントロールゲートに制御パルスを印加して、フローティングゲートに電荷をチャージする。本例では、第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒに流れる電流を検出する代わりに、基準電圧生成部２０が出力する基準電圧が、上述した所定の電圧となるように、第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗのフローティングゲートに電荷をチャージする。
【０１１７】
図１８は、不揮発性記憶素子９０の設定方法を示す。不揮発性記憶素子９０は、上述した第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗおよび第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗに対応する。不揮発性記憶素子９０は、コントロールゲートおよびフローティングゲートを有するＮＭＯＳタイプの素子である。不揮発性記憶素子９０は、ＦＮトンネリングにより、フローティングゲートに電荷を蓄積させて閾値電圧が調整される。
【０１１８】
図１８（ａ）は、不揮発性記憶素子９０の閾値電圧を正方向に変動させる場合のバイアス条件を示す。図１８（ｂ）は、不揮発性記憶素子９０の閾値電圧を負方向に変動させる場合のバイアス条件を示す。これらのバイアス条件において、コントロールゲートに制御パルスを印加することで、不揮発性記憶素子９０の閾値電圧を制御する。
【０１１９】
閾値電圧を正方向に変動させる場合、図１８（ａ）に示すように、コントロールゲート端子に電圧ＶＰＰを印加して、ソース端子を接地して、ドレイン端子をフローティング状態にする。これにより、不揮発性記憶素子９０のフローティングゲートには、ＦＮトンネリングにより電子が注入され、不揮発性記憶素子９０の閾値電圧Ｖｔｈが上がる。なお、電圧ＶＰＰは、不揮発性記憶素子９０のトンネル酸化膜においてＦＮトンネリングするために必要な電圧である。
【０１２０】
閾値電圧を正方向に変動させる場合、図１８（ｂ）に示すように、コントロールゲート端子を接地して、ソース端子に電圧ＶＰＰを印加して、ドレイン端子をフローティング状態にする。これにより、不揮発性記憶素子９０は、ＦＮトンネリングによりフローティングゲートから電子が放出され、不揮発性記憶素子９０の閾値電圧Ｖｔｈが下がる。図１８（ａ）および（ｂ）において説明した動作を組み合わせることで、不揮発性記憶素子９０の閾値電圧を所定の電圧に調整することができる。上述したように、第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗおよび第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗの閾値電圧を調整すれば、第１出力ＭＯＳトランジスタＭ１ｒおよび第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒの閾値電圧も同様に調整される。
【０１２１】
図１９は、基準電圧設定モードにおける過放電防止回路３００の動作の一例を示す。本例の過放電防止回路３００は、上側基準電圧生成部２５の第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗへの書き込みを行う状態を示す。本例で用いられる構成は、主に太線で示される。
【０１２２】
モード選択部８０は、上側基準電圧生成部２５の第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗに制御パルスを印加する。モード選択部８０は、電圧選択部４０に、Ｖｒｅｆ端子を選択させる。この場合、Ｖｒｅｆ端子には、外部から電圧が入力されない。カレントミラー７１は、外部電流ＩＲＥＦに基づいて、外部電流ＩＲＥＦよりも小さな調整用電流Ｉｒｅｆを生成して、上側基準電圧生成部２５に出力する。例えばカレントミラー７１は、外部電流ＩＲＥＦの１／ｎ倍（ただしｎ＞１）の大きさの調整用電流Ｉｒｅｆを生成する。これにより、微小な調整用電流Ｉｒｅｆを精度よく生成できる。なお、過放電防止回路３００がカレントミラー７１を有さない場合、過放電防止回路３００の外部から微小な調整用電流Ｉｒｅｆを入力してもよい。
【０１２３】
アンプ回路７２は、電圧選択部４０を介して上側基準電圧生成部２５の出力を受け取り、当該出力を増幅した信号をＶＭＯＮ端子に出力する。電圧計７５には、アンプ回路７２が出力した増幅信号が入力される。これにより、ＶＭＯＮ端子に接続される計測機器における信号対雑音比を向上させる。電圧計７５は、アンプ回路７２が出力した増幅信号の電圧を検出する。また、過放電防止回路３００の外部に電圧計７５が設けられてもよい。モード選択部８０は、アンプ回路７２が出力する電圧が、設定すべき基準電圧に応じた電圧となるように、上側基準電圧生成部２５の第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗに制御パルスを印加する。
【０１２４】
本例の上側基準電圧生成部２５は、後述する調整シーケンス（１）から（５）を用いて、上側基準電圧ＶｒｅｆＨが設定される。また、下側基準電圧生成部２６に基準電圧ＶｒｅｆＬが設定される場合も本例の上側基準電圧生成部２５と同様の構成で設定される。
【０１２５】
図２０は、第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗへの書き込み動作の一例を示す。縦軸はモニター電圧［Ｖ］を示して、横軸は時刻ｔを示す。第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗには、モード選択部８０から制御パルスが入力される。
【０１２６】
まず、第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗのコントロールゲートに第１制御パルスを印加して、第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗのフローティングゲートに蓄積された電荷の状態を、予め定められた初期状態に設定する。これにより、基準電圧生成部２０が出力する電圧をモニターしたモニター電圧Ｖｍｏｎは増加する。制御パルスは、基準電圧生成部２０のモニター電圧Ｖｍｏｎが、設定すべき終了電圧よりも十分大きくなるまで第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗのコントロールゲートに印加される。
【０１２７】
次に、第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗのコントロールゲートに第２制御パルスを印加して、第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗのフローティングゲートの電荷の状態を制御する。第２制御パルスは、第１制御パルスとは正負の極性が逆のパルスである。本例では、第２制御パルスを印加することで、基準電圧生成部２０のモニター電圧Ｖｍｏｎは低下する。第２制御パルスは、基準電圧生成部２０のモニター電圧Ｖｍｏｎが終了電圧に徐々に近づくように印加される。
【０１２８】
制御パルスは、パルス幅が広い場合、または、パルス電圧が大きい場合、パルス１回当たりのフローティングゲートが保存する電荷の変動量が大きくなる。電荷の変動量が大きいと、モニター電圧が終了電圧を大きく超えやすくなる。そのため、モード選択部８０は、モニター電圧Ｖｍｏｎが終了電圧に近づくほど、第２制御パルスのパルス幅または電圧の少なくとも一方を調整して、第２制御パルスの強度を小さくする。なお、モード選択部８０は、第２制御パルスが印加されて、モニター電圧Ｖｍｏｎが終了電圧よりも小さくなった場合、第１制御パルスをコントロールゲートに入力してもよい。これによりモニター電圧Ｖｍｏｎを終了電圧に近づけられる。このような処理を、モニター電圧Ｖｍｏｎと終了電圧との差が許容範囲となるまで続行する。
【０１２９】
なお、モード選択部８０は、ＶＰＰ端子、ＤＡＴＡ端子、ＳＣＬＫ端子およびＰＵＬＳＥ端子に接続される。モード選択部８０は、ＶＰＰ端子から入力される電圧により、制御パルスの電圧を制御する。また、モード選択部８０は、ＰＵＬＳＥ端子から入力される周期信号により、制御パルスのパルス幅を制御する。ＳＣＬＫ端子は、モード選択部８０の動作クロックとなるクロック信号をモード選択部８０に出力する。ＤＡＴＡ端子は、テストモードに関するデータ信号をモード選択部８０に出力する。
【０１３０】
図２１は、基準電圧設定モードにおける過放電防止回路３００の動作の一例を示す。本例の過放電防止回路３００は、上側基準電圧生成部２５の第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗへの書き込みを行う状態を示す。本例で用いられる構成は、太線で示される。
【０１３１】
第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗへの書き込みは、図１９で示した第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗへの書き込みを行う場合と、上側基準電圧生成部２５にカレントミラー７１の出力が入力されない点で異なる。その他の構成は、基本的に図１９の場合と同一である。
【０１３２】
図２２は、第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗへの書き込み動作を示す。縦軸はモニター電圧［Ｖ］を示して、横軸は時刻ｔを示す。第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗには、モード選択部８０から制御パルスが入力される。
【０１３３】
まず、第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗのコントロールゲートに第１制御パルスを印加して、第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗのフローティングゲートに蓄積された電荷の状態を、予め定められた初期状態に設定する。これにより、基準電圧生成部２０のモニター電圧Ｖｍｏｎは低下する。第１制御パルスは、基準電圧生成部２０のモニター電圧Ｖｍｏｎが終了電圧よりも十分小さくなるまで第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗのコントロールゲートに印加される。
【０１３４】
次に、第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗのコントロールゲートに第２制御パルスを印加して、第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗのフローティングゲートに蓄積された電荷の状態を制御する。第２制御パルスは、第１制御パルスとは正負の極性が逆のパルスである。本例では、第２制御パルスを印加することで、基準電圧生成部２０のモニター電圧Ｖｍｏｎは増加する。第２制御パルスは、基準電圧生成部２０のモニター電圧Ｖｍｏｎを終了電圧に徐々に近づくように調整される。
【０１３５】
第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗへの書き込み動作の場合も、モード選択部８０は、モニター電圧Ｖｍｏｎが終了電圧に近づくほど、第２制御パルスのパルス幅または電圧の少なくとも一方を調整して、第２制御パルスの強度を小さくする。基準電圧設定モードは、モニター電圧Ｖｍｏｎが終了電圧と略一致した場合に終了する。モニター電圧Ｖｍｏｎが終了電圧と略一致するとは、必ずしも完全に一致する必要はなく、使用状況により実質的に一致するとみなされる程度であってよい。
【０１３６】
図２３は、本実施形態に係る基準電圧生成部２０の回路構成の一例を示す。各構成は、図１５に示した基準電圧生成部２０の回路構成と同一である。実動作モードにおいて基準電圧生成部２０が基準電圧を出力している状態では、図２３に示すようにスイッチは以下のように制御される。
ＳＷｌ：ＶＳＳ
ＳＷ２：ＶＳＳ
ＳＷ３、ＳＷ４：ＯＰＥＮ
ＳＷ５、ＳＷ７：ＳＨＯＲＴ（接続）
ＳＷ９、ＳＷ１０：任意
【０１３７】
基準電圧生成部２０は、スイッチが本例の通り制御された状態で、ディプレッション状態に設定された第１ＭＯＳトランジスタＭ１ｗ、ｒ、および、エンハンスメント状態に設定された第２ＭＯＳトランジスタＭ２ｗ、ｒを用いて、基準電圧を生成する。
【０１３８】
基準電圧生成部２０の出力する基準電圧は、調整シーケンス（１）から（５）を用いて調整される。
＜調整シーケンス（１）＞
図２４は、基準電圧生成部２０の回路構成の一例を示す。モード選択部８０は、第１ＭＯＳトランジスタＭ１ｗのコントロールゲートに制御パルスを印加することで、第１ＭＯＳトランジスタＭ１ｗ、ｒのフローティングゲートが保存する電荷の状態を基準状態にする。本例では、第１ＭＯＳトランジスタＭ１ｗ、ｒの閾値電圧が、基準電圧生成部２０に設定すべき基準電圧よりも十分高くなるように制御する。調整シーケンス（１）において、スイッチは以下のように制御される。これにより、第１ＭＯＳトランジスタＭ１から第２ＭＯＳトランジスタＭ２に電流が流れない状態にする。
ＳＷｌ：ＶＳＳ
ＳＷ２：ＶＳＳ
ＳＷ３：ＳＨＯＲＴ
ＳＷ４：ＯＰＥＮ
ＳＷ５、ＳＷ７：ＯＰＥＮ
ＳＷ９：ＶＰＰ
ＳＷ１０：任意
【０１３９】
＜調整シーケンス（２）＞
図２５は、基準電圧生成部２０の回路構成の一例を示す。モード選択部８０は、第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗのコントロールゲートに第１制御パルスを印加することで、第２ＭＯＳトランジスタＭ２ｗ、ｒを、図２０において説明した初期状態に設定する。調整シーケンス（２）において、スイッチは以下のように制御される。
ＳＷｌ：ＶＳＳ
ＳＷ２：ＶＳＳ
ＳＷ３：ＯＰＥＮ
ＳＷ４：ＳＨＯＲＴ
ＳＷ５、ＳＷ７：ＯＰＥＮ
ＳＷ９：任意
ＳＷ１０：ＶＰＰ
【０１４０】
＜確認シーケンス＞
なお、調整シーケンス（２）および後述する調整シーケンス（３）における第２ＭＯＳトランジスタＭ２ｗ、ｒの状態は、基準電圧生成部２０が出力する基準電圧をモニタすることで判別できる。
図２６は、基準電圧生成部２０の回路構成の一例を示す。本例の過放電防止回路３００は、第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒに調整用電流Ｉｒｅｆを流すことにより、基準電圧生成部２０が出力する基準電圧を確認する。確認シーケンスにおいて、スイッチは以下のように制御される。
ＳＷｌ、ＳＷ２：ＶＳＳ
ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５：ＯＰＥＮ
ＳＷ７：ＳＨＯＲＴ
ＳＷ９、ＳＷ１０：任意
【０１４１】
図２７は、調整シーケンス（２）における、第１制御パルスの書き込み時間に対する閾値電圧Ｖｔｈの変化量を示す。縦軸は第２ＭＯＳトランジスタＭ２ｗ、ｒの閾値電圧Ｖｔｈを、横軸は第２ＭＯＳトランジスタＭ２ｗ、ｒに対する第１制御パルスの書き込み時間を示す。
【０１４２】
第２ＭＯＳトランジスタＭ２ｗ、ｒの閾値電圧Ｖｔｈは、第１制御パルスの書き込み時間が増大するに伴い、図２７に示すように経時的に変化する。モード選択部８０は、図２０において説明した初期状態になるまで、第１制御パルスを生成する。
【０１４３】
＜調整シーケンス（３）＞
図２８は、基準電圧生成部２０の回路構成の一例を示す。モード選択部８０は、第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗのコントロールゲートに第２制御パルスを印加することで、図２０において説明したように、基準電圧生成部２０が出力する基準電圧を所定の終了電圧に近づける。調整シーケンス（３）においては、調整用電流Ｉｒｅｆを第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒに流しながら、第２制御パルスを印加する。調整シーケンス（３）において、スイッチは以下のように制御される。基準電圧が予め定められた電圧より下がりすぎた場合は、第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗのコントロールゲートに第１制御パルスを印加して、基準電圧を増大させてよい。
ＳＷｌ：ＶＳＳ
ＳＷ２：ＶＰＰ
ＳＷ３：ＯＰＥＮ
ＳＷ４：ＳＨＯＲＴ
ＳＷ５、ＳＷ７：ＯＰＥＮ
ＳＷ９：任意
ＳＷ１０：ＶＳＳ
【０１４４】
図２９は、調整シーケンス（２）および（３）における閾値電圧Ｖｔｈの変化を示す。縦軸は第２ＭＯＳトランジスタＭ２ｗ、ｒの閾値電圧Ｖｔｈを、横軸は時間を示す。
【０１４５】
図２８に係る構成では、第２ＭＯＳトランジスタＭ２ｗ、ｒの閾値電圧Ｖｔｈが、図２９の調整シーケンス（３）に示すように、第２制御パルスの書き込み時間に応じて減少する。書き込み時間を調整することで第２ＭＯＳトランジスタＭ２ｗ、ｒの閾値電圧Ｖｔｈを基準電圧となるように調整する。
【０１４６】
図３０は、調整シーケンス（３）と確認シーケンスを交互に行う場合の、閾値電圧Ｖｔｈの変化を示す。確認シーケンスでは、第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗのコントロールゲートに制御パルスを印加しないので、基準電圧は変化しない。モード選択部８０は、調整シーケンス（３）において生成する第２制御パルスのパルス幅および電圧を、直前の確認シーケンスで確認した基準電圧に応じて制御してよい。
【０１４７】
調整シーケンス（３）は、基準電圧生成部２０が出力する基準電圧が予め定められた値になると終了する。これにより、第２ＭＯＳトランジスタＭ２ｗ、ｒの調整は終了する。次に、第１ＭＯＳトランジスタＭ１ｗ、ｒを調整する。
【０１４８】
＜調整シーケンス（４）＞
図３１は、基準電圧生成部２０の回路構成の一例を示す。モード選択部８０は、第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗのコントロールゲートに第１制御パルスを印加することで、第１ＭＯＳトランジスタＭ１ｗ、ｒを、図２２において説明した初期状態に設定する。調整シーケンス（４）において、スイッチは以下のように制御される。
ＳＷｌ：ＶＰＰ
ＳＷ２：ＶＳＳ
ＳＷ３：ＳＨＯＲＴ
ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ７：ＯＰＥＮ
ＳＷ９：ＶＳＳ
ＳＷ１０：任意
【０１４９】
＜調整シーケンス（５）＞
図３２は、基準電圧生成部２０の回路構成の一例を示す。モード選択部８０は、第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗのコントロールゲートに第２制御パルスを印加することで、図３０において説明したように、基準電圧生成部２０が出力する基準電圧を所定の終了電圧に近づける。なお、調整シーケンス（４）および（５）においては、外部から調整用電流Ｉｒｅｆが印加されない。ただし、第１ＭＯＳトランジスタＭ１ｗ、ｒが、調整用電流Ｉｒｅｆに対応する電流を生成する。調整シーケンス（５）において、スイッチは以下のように制御される。
ＳＷｌ、ＳＷ２：ＶＳＳ
ＳＷ３、ＳＷ４：ＯＰＥＮ
ＳＷ５、ＳＷ７：ＳＨＯＲＴ
ＳＷ９、ＳＷ１０：任意
【０１５０】
図３３は、調整シーケンス（４）および（５）における閾値電圧Ｖｔｈの変化を示す。縦軸は第１ＭＯＳトランジスタＭ１ｗ、ｒの閾値電圧Ｖｔｈを、横軸は時間を示す。調整シーケンス（４）において、第１ＭＯＳトランジスタＭ１ｗ、ｒの閾値電圧Ｖｔｈは、第１制御パルスの書き込み時間が増大するに伴い、図３３に示すように経時的に減少する。モード選択部８０は、図２２において説明した初期状態になるまで、第１制御パルスを生成する。
【０１５１】
調整シーケンス（５）では、第１ＭＯＳトランジスタＭ１ｗ、ｒの閾値電圧Ｖｔｈが、第２制御パルスの書き込み時間に応じて増大する。書き込み時間を調整することで第１ＭＯＳトランジスタＭ１ｗ、ｒの閾値電圧Ｖｔｈを基準電圧となるように調整する。確認シーケンスでは、第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗのコントロールゲートに制御パルスを印加しないので、基準電圧は変化しない。モード選択部８０は、調整シーケンス（５）において生成する第２制御パルスのパルス幅および電圧を、直前の確認シーケンスで確認した基準電圧に応じて制御してよい。
【０１５２】
調整シーケンス（５）は、基準電圧生成部２０が出力する基準電圧が予め定められた値になると終了する。これにより、第１ＭＯＳトランジスタＭ１ｗ、ｒの調整は終了し、基準電圧生成部２０の調整が終了する。なお、調整シーケンス（４）および（５）における基準電圧を確認する場合、各スイッチは実動作時と同様に制御されてよい。例えば各スイッチは、図１５に示した例と同様に制御される。
【０１５３】
図３４は、カレントミラー７１の接続例を示す図である。本例のモード選択部８０は、ゲート制御部として動作する書き込み回路８５を備える。書き込み回路８５は、図１４から図３３に関連して説明したスイッチＳＷ１からＳＷ１０を制御することで、基準電圧生成部２０の第１書込ＭＯＳトランジスタＭ１ｗおよび第２書込ＭＯＳトランジスタＭ２ｗのコントロールゲートに制御パルスを入力する。
【０１５４】
カレントミラー７１は、基準電圧設定モードにおいて、過放電防止回路３００の外部から入力された外部電流ＩＲＥＦに基づいて、外部電流ＩＲＥＦよりも小さい調整用電流Ｉｒｅｆを生成する。例えば、カレントミラー７１は、過放電防止回路３００の外部から入力された外部電流ＩＲＥＦに基づいて、ｎ分の１の大きさの調整用電流Ｉｒｅｆを生成する。本例のカレントミラー７１は、第１出力ＭＯＳトランジスタＭ１ｒと共通の外部端子に接続される。カレントミラー７１は、当該外部端子から入力される外部電流ＩＲＥＦに基づいて、外部電流ＩＲＥＦより小さい微小な調整用電流Ｉｒｅｆを生成する。
【０１５５】
また、カレントミラー７１と、基準電圧生成部２０の出力端子との間には、スイッチＳＷ０が設けられる。各調整シーケンスに応じて、モード選択部８０は、スイッチＳＷ０を制御する。例えば、調整シーケンス（３）においては、モード選択部８０は、スイッチＳＷ０をオンにする。また、調整シーケンス（４）、（５）においては、モード選択部８０は、スイッチＳＷ０をオフにして、第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒに流れる調整用電流Ｉｒｅｆを遮断する。
【０１５６】
本例の基準電圧の設定方法は、調整シーケンス（１）において第１ＭＯＳトランジスタＭ１ｗ、ｒのフローティングゲートに蓄積された電荷が基準状態で、調整シーケンス（３）において第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒに調整用電流Ｉｒｅｆが入力される。そのため、第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒに調整用電流Ｉｒｅｆが流れる場合に、第１出力ＭＯＳトランジスタＭ１ｒから第２出力ＭＯＳトランジスタＭ２ｒに電流が流れない。このため、第２ＭＯＳトランジスタＭ２ｗ、ｒの設定精度が向上する。よって、第１出力ＭＯＳトランジスタＭ１ｒのドレイン端に、ディプレッション型ＭＯＳトランジスタＭ１ｒに蓄積された電荷の影響を遮断するためのスイッチを設ける必要がない。
【０１５７】
図３５は、実動作モードにおける過放電防止回路３００の構成の一例を示す。過放電防止回路３００は、モード選択部８０が実動作モードを選択した場合、ＶＩＮ端子、ＯＵＴ端子、ＧＮＤ端子を使用する。過放電防止回路３００は、ＶＩＮ端子から入力された電圧が予め定められた目標電圧以上か否かを検出して、ＯＵＴ端子に出力する。
【０１５８】
上側基準電圧生成部２５は、上側基準電圧ＶｒｅｆＨを出力する。また、下側基準電圧生成部２６は、下側基準電圧ＶｒｅｆＬを出力する。コンパレータ５０には、基準電圧（ＶｒｅｆＨ、ＶｒｅｆＬ）および入力電圧Ｖｉｎが入力される。コンパレータ５０は、ＯＵＴ端子に基準電圧（ＶｒｅｆＨ、ＶｒｅｆＬ）および入力電圧Ｖｉｎに応じた信号を出力する。
【０１５９】
電圧選択部４０は、コンパレータ５０の出力に応じて、基準電圧（ＶｒｅｆＨ、ＶｒｅｆＬ）を選択する。電圧選択部４０は、選択した基準電圧（ＶｒｅｆＨ、ＶｒｅｆＬ）をコンパレータ５０に入力する。これにより、ＣＭＯＳインバータ５６の目標電圧は、ヒステリシス動作すべくコンパレータ５０の出力に応じて変更される。
【０１６０】
図３６は、基準電圧生成部２０における第１ＭＯＳトランジスタＭ１および第２ＭＯＳトランジスタＭ２の他の接続例を示す。なお、図３６（ａ）の第１ＭＯＳトランジスタＭ１および第２ＭＯＳトランジスタＭ２は、図１２（ａ）の第１ＭＯＳトランジスタＭ１および第２ＭＯＳトランジスタＭ２と同様の素子である。図３６（ｂ）の第１ＭＯＳトランジスタＭ１および第２ＭＯＳトランジスタＭ２は、図１２（ｂ）の第１ＭＯＳトランジスタＭ１および第２ＭＯＳトランジスタＭ２と同様の不揮発性記憶素子である。
【０１６１】
本例においては、第１ＭＯＳトランジスタＭ１のゲートが第２ＭＯＳトランジスタＭ２のソースに接続される。また、第１ＭＯＳトランジスタＭ１のソース、第２ＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン、および、第２ＭＯＳトランジスタＭ２のゲートは互いに接続される。基準電圧生成部２０は、当該接続点から、基準電圧を出力する。
【０１６２】
図１５に示した構成において、書込側および出力側の第１ＭＯＳトランジスタＭ１および第２ＭＯＳトランジスタＭ２は、図３６における第１ＭＯＳトランジスタＭ１および第２ＭＯＳトランジスタＭ２と同一の接続を有してよい。この場合であっても、図１０から図３５において説明した方法と同様の方法で、書込側および出力側の第１ＭＯＳトランジスタＭ１および第２ＭＯＳトランジスタＭ２を設定することができる。なお、図１０から図３５においては、過放電防止回路３００について説明した。しかし、出力閾値電圧Ｖｔｈをスタートアップ閾値電圧Ｖｔｈｓおよび放電閾値電圧Ｖｔｈｄに適宜読み替えることにより、出力電圧制御部１００およびスタートアップ回路２００は、過放電防止回路３００と同様の方法で、基準電圧を設定できる。
【０１６３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１６４】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１６５】
１０・・・蓄電装置、２０・・・基準電圧生成部、２１・・・第１基準電圧生成部、２２・・・第２基準電圧生成部、２３・・・第３基準電圧生成部、２５・・・上側基準電圧生成部、２６・・・下側基準電圧生成部、３０・・・切替部、３１・・・第１切替部、３２・・・第２切替部、３３・・・第３切替部、３５・・・レベルシフト回路、３６・・・高抵抗、３８・・・還流ダイオード、３９・・・ＰＭＯＳトランジスタ、４０・・・電圧選択部、４１・・・第１電圧選択部、４２・・・第２電圧選択部、４３・・・第３電圧選択部、５０・・・コンパレータ、５１・・・第１コンパレータ、５２・・・第２コンパレータ、５３・・・第３コンパレータ、５４・・・第１インバータ、５５・・・第２インバータ、５６・・・ＣＭＯＳインバータ、５７・・・出力回路、６０・・・負荷、７０・・・テスト回路、７１・・・カレントミラー、７２・・・アンプ回路、７５・・・電圧計、８０・・・モード選択部、８５・・・書き込み回路、９０・・・不揮発性記憶素子、９１・・・基板、９２・・・ソース領域、９３・・・ドレイン領域、９４・・・トンネル酸化膜、９５・・・フローティングゲート、９６・・・絶縁膜、９７・・・コントロールゲート、１００・・・出力電圧制御部、２００・・・スタートアップ回路、３００・・・過放電防止回路、５００・・・電圧変換器、１０００・・・システム
【図１】
2015136253.tif 000003
【図２】
2015136253.tif 000004
【図３】
2015136253.tif 000005
【図４】
2015136253.tif 000006
【図５】
2015136253.tif 000007
【図６】
2015136253.tif 000008
【図７】
2015136253.tif 000009
【図８】
2015136253.tif 000010
【図９】
2015136253.tif 000011
【図１０】
2015136253.tif 000012
【図１１】
2015136253.tif 000013
【図１２】
2015136253.tif 000014
【図１３】
2015136253.tif 000015
【図１４】
2015136253.tif 000016
【図１５】
2015136253.tif 000017
【図１６】
2015136253.tif 000018
【図１７】
2015136253.tif 000019
【図１８】
2015136253.tif 000020
【図１９】
2015136253.tif 000021
【図２０】
2015136253.tif 000022
【図２１】
2015136253.tif 000023
【図２２】
2015136253.tif 000024
【図２３】
2015136253.tif 000025
【図２４】
2015136253.tif 000026
【図２５】
2015136253.tif 000027
【図２６】
2015136253.tif 000028
【図２７】
2015136253.tif 000029
【図２８】
2015136253.tif 000030
【図２９】
2015136253.tif 000031
【図３０】
2015136253.tif 000032
【図３１】
2015136253.tif 000033
【図３２】
2015136253.tif 000034
【図３３】
2015136253.tif 000035
【図３４】
2015136253.tif 000036
【図３５】
2015136253.tif 000037
【図３６】
2015136253.tif 000038