(57)【要約】【課題】チャージポンプ回路の起動時の出力電圧の急峻な変化を抑制し、チャージポンプ回路と独立して動作する回路ブロックの出力の過渡変位を抑える半導体集積回路を提供する。【解決手段】本発明の半導体集積回路は、フライング容量Ｃ１と出力容量Ｃ２とに接続され、入力電圧をフライング容量Ｃ１に充電した後、フライング容量Ｃ１が充電した電荷を出力容量Ｃ２に受け渡し、出力容量Ｃ２の電圧値を出力電圧とする回路であって、出力容量Ｃ２を充電する能力を切り替え可能なチャージポンプ回路１と、正の電源と接地電位が電源として供給される回路ブロック３と、正の電源とチャージポンプ回路の出力電圧が電源として供給される回路ブロック４と、を有し、チャージポンプ回路１の起動時にチャージポンプ回路１の充電能力を抑える。【選択図】図１
2008017596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の容量と第２の容量とに接続され、入力電圧を前記第１の容量に充電した後、前記第１の容量が充電した電荷を前記第２の容量に受け渡し、前記第２の容量の電圧値を出力電圧とする回路であって、前記第１又は第２の容量を充電する能力を切り替え可能なチャージポンプ回路と、
正の電源と接地電位が電源として供給される第１の回路ブロックと、
正の電源と前記チャージポンプ回路の出力電圧が電源として供給される第２の回路ブロックと、
を有することを特徴とする半導体集積回路。
【請求項２】
前記チャージポンプ回路は、
前記第１の容量の一端を前記入力電圧とショートするための第１のスイッチ回路と、
前記第１の容量の一端を接地電位とショートするための第２のスイッチ回路と、
前記第１の容量の他端を接地電位とショートするための第３のスイッチ回路と、
前記第１の容量の他端を前記第２の容量とショートするための第４のスイッチ回路と、
前記第２の容量の充電開始時、前記第１から第４のスイッチ回路の少なくとも一つのスイッチ回路の抵抗値を大きくする切替回路と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項３】
前記チャージポンプ回路は、前記第１の容量の一端を前記入力電圧とショートするための第１のスイッチングトランジスタと、前記第１の容量の一端を接地電位とショートするための第２のスイッチングトランジスタと、前記第１の容量の他端を接地電位とショートするための第３のスイッチングトランジスタと、前記第１の容量の他端を前記第２の容量とショートするための第４のスイッチングトランジスタとを備え、
前記半導体集積回路は、前記第１から第４のスイッチングトランジスタのオン／オフを切り替える駆動電圧を出力するゲート駆動回路をさらに備え、
前記ゲート駆動回路は、前記第２の容量の充電開始時に前記チャージポンプ回路の第１から第４のスイッチングトランジスタの少なくとも一つのスイッチングトランジスタのＯＮデューティーを小さくするように前記駆動電圧を切り替える切替回路を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項４】
前記チャージポンプ回路は、
前記第１の容量の一端を前記入力電圧とショートするための第１のスイッチングトランジスタと、
前記第１の容量の一端を接地電位とショートするための第２のスイッチングトランジスタと、
前記第１の容量の他端を接地電位とショートするための第３のスイッチングトランジスタと、
前記第１の容量の他端を前記第２の容量とショートするための第４のスイッチングトランジスタと、
ドレインとゲートが前記第１から第４のスイッチングトランジスタのいずれかのゲートに接続され、ソースが前記第１から第４のスイッチングトランジスタのいずれかのソースに接続された、第５のトランジスタと、
前記第５のトランジスタのドレインに電流を供給する電流源と、
前記電流源の電流が前記第５のトランジスタのドレインに流れる期間を切り替える切替回路と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項５】
前記第２の容量は、前記チャージポンプ回路の出力と接地電位間に接続された１０μＦ以下の容量であり、
前記チャージポンプ回路は、前記第２の容量の充電傾斜が３Ｖ/ｍｓよりも緩やかな状態で前記第２の容量の充電を開始することを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項６】
前記チャージポンプ回路の出力と接地電位間とを低インピーダンスで接続するスイッチをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項７】
前記第１の回路ブロックは音声信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項８】
前記第２の回路ブロックは映像信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャージポンプ回路を搭載した半導体集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電池駆動のポータブル機器において低消費電力化による長時間動作を実現するために、低電源電圧化が進んでいる。その一方で半導体集積回路の信号処理回路においては、従来と同等の振幅の電圧または従来よりも大きな振幅の電圧を出力する要求がある。低電源電圧化により十分な信号振幅の電圧を出力できない場合、ＤＣ−ＤＣコンバータで昇圧または降圧することにより、機器内部で所望なＤＣ電圧を発生し、そのＤＣ電圧を使用して十分な信号振幅の電圧を出力している。
【０００３】
ＤＣ−ＤＣコンバータとしてチャージポンプ回路を使用したものがポータブル機器において広く使われている。また、実装面積を削減することを目的として、チャージポンプ回路と信号を処理する回路ブロックを同一基板上に内蔵化した半導体集積回路が実用化されている。
【０００４】
特許文献１に、降圧型のチャージポンプ回路を内蔵した従来の半導体集積回路が開示されている。図１３に示すように、従来の半導体集積回路１００は、降圧型のチャージポンプ回路１１、チャージポンプ回路１１のゲート端子に印加する電圧を制御するゲート駆動回路２、正の電圧ＶＣＣと接地電位（以下、「ＧＮＤ」と呼ぶ。）が電源として供給された状態で所定の信号処理を行う回路ブロック３、正の電圧ＶＣＣとチャージポンプ回路１１の出力電圧ＶＳＳが電源として供給された状態で所定の信号処理を行う回路ブロック４、及びチャージポンプ回路１１の出力をＧＮＤにショートすることによりチャージポンプ回路１１の出力を低インピーダンスにするスイッチ５を有する。半導体集積回路１００のこれらの内部回路は、同一基板上に集積化される。
【０００５】
チャージポンプ回路１１は、チャージポンプ回路１１の充電時に使用されるフライング容量Ｃ１の両端と一端をＧＮＤに接続された出力容量Ｃ２の他端とに接続される。チャージポンプ回路１１はゲート駆動回路２からクロック信号となる駆動電圧Φ１、Φ２、Φ３及びΦ４をゲート端子に入力されることにより動作して、負電圧の出力電圧ＶＳＳを出力する。
【０００６】
従来の半導体集積回路１００は、消費電流の削減等を目的として回路ブロック４を停止させて回路ブロック３のみを動作させる場合に、回路ブロック４の動作をパワーセーブ状態にすると共にチャージポンプ回路１１を停止させる。また、回路ブロック４を動作させる場合にチャージポンプ回路１１を起動させる。従来の半導体集積回路１００は、チャージポンプ回路１１の動作が停止しているときにラッチアップを発生させないように、チャージポンプ回路１１の出力とＧＮＤ間をショートするためのスイッチ５を設けている。チャージポンプ回路１１がオン／オフを切り替えた時のチャージポンプ回路１１の出力電圧ＶＳＳと、回路ブロック３の出力電圧Ｖｏｕｔの波形を図１４に示す。図１４において、時刻Ｔ１にチャージポンプ回路１１は動作を開始し、時刻Ｔ２にチャージポンプ回路１１は動作を停止する。
【０００７】
時刻Ｔ１において、まずスイッチ５をＯＮからＯＦＦに切り替える。入力電圧ＶＣＣを印加された状態でゲート駆動回路２から所定のクロック信号Φ１、Φ２、Φ３、Φ４の入力を開始することで、チャージポンプ回路１１は動作を開始する。チャージポンプ回路１１が動作を開始すると、チャージポンプ回路１１の出力電圧ＶＳＳは急激に下がり、電圧値（−ＶＣＣ）に達する。この出力電圧ＶＳＳは半導体集積回路１００の基板電位となるため、出力電圧ＶＳＳの急激な低下の影響を受けて、回路ブロック３の出力電圧Ｖｏｕｔは過渡的な負のピーク電圧Ｖｎを発生する。
【０００８】
時刻Ｔ２において、ゲート駆動回路２がチャージポンプ回路１１のゲート端子へのクロック信号Φ１〜Φ４の入力を停止すると、チャージポンプ回路１１は充放電の繰り返し動作を停止する。チャージポンプ回路１１の出力電圧ＶＳＳは０Ｖに上昇し、その影響を受けて、回路ブロック３の出力電圧Ｖｏｕｔは過渡的な正のピーク電圧Ｖｐを発生する。
【特許文献１】特開２００５−７９８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の半導体集積回路において、回路ブロック３の動作中に、チャージポンプ回路１１の出力電圧ＶＳＳが急激に変化すると、半導体集積回路１００の基板の電位も急激に変化する。半導体集積回路１００の基板がＰ型基板で、回路ブロック３がＮＰＮトランジスタを備える場合、半導体集積回路１００のＰ型基板とＮＰＮトランジスタのコレクタ拡散層との間に形成される寄生容量を通して、チャージポンプ回路１１の出力電圧ＶＳＳの電圧変化がＮＰＮトランジスタに伝播し、回路ブロック３の信号等に電圧ＶＳＳの電位変化が重畳される。例えば、回路ブロック３が音声信号を出力する回路である場合、電圧ＶＳＳの電位変化が重畳された信号が増幅回路等を通し、図１４の時刻Ｔ１とＴ２に示す出力電圧Ｖｏｕｔにより過渡音等の不具合を発生させてしまう。
【００１０】
特に、回路ブロック４が負電源としての高い能力を必要とし、チャージポンプ回路１１が供給する負電源の電流供給能力を高くする事を目的として、チャージポンプ回路１１内のトランジスタのサイズを大きくしたり、ポータブル機器の実装面積を抑えるために１０μＦ以下の出力容量Ｃ２を使用したりした場合、チャージポンプ回路１１の出力電圧ＶＳＳの充電傾斜が急峻になり、回路ブロック３による過渡音等の不具合は顕著になる。
【００１１】
トランジスタ面積や増幅器の利得にもよるが、例えば一般のポータブル機器に使用する音声信号出力回路を含む半導体集積回路の場合、電圧ＶＳＳの充電傾斜が３[Ｖ/ｍｓ]よりも緩やかな場合、過渡音の変位は小さく、聴感上問題にならないことが多い。しかしポータブル機器に適した実装面積の小さな１０μＦ以下のチップコンデンサを、チャージポンプ回路１１の出力容量Ｃ２として用いた場合、３[Ｖ/ｍｓ]よりも緩やかな充電傾斜を持たせることは従来構成では非常に困難である。
【００１２】
本発明は従来の問題点を解決するもので、チャージポンプ回路の動作開始及び停止時の出力電圧の急峻な変化を抑制し、チャージポンプ回路と独立して動作する回路ブロックの出力の過渡変位を抑える半導体集積回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の半導体集積回路は、第１の容量と第２の容量とに接続され、入力電圧を第１の容量に充電した後、第１の容量が充電した電荷を第２の容量に受け渡し、第２の容量の電圧値を出力電圧とする回路であって、第１又は第２の容量を充電する能力を切り替え可能なチャージポンプ回路と、正の電源と接地電位が電源として供給される第１の回路ブロックと、正の電源とチャージポンプ回路の出力電圧が電源として供給される第２の回路ブロックと、を有する。
【００１４】
チャージポンプ回路の停止状態から動作状態への移行時、チャージポンプ回路の充電能力を抑えて、チャージポンプ回路の出力電圧の変位の傾斜を緩やかにすることにより、動作状態である第１の回路ブロックがチャージポンプ回路の出力電圧の変位による影響を受けることを軽減する。これにより、正の電源と接地電位を電源供給源とする第１の回路ブロックと、正の電源とチャージポンプ回路の出力電圧を電源供給源とする第２の回路ブロックとを、同一の半導体集積回路基板上に集積した場合であっても、第１の回路ブロックはチャージポンプ回路の起動／停止による影響を受けずに動作できる。よって、第１の回路ブロックと第２の回路ブロックとを同一の半導体集積回路基板上に集積することが可能となり、実装面積を大幅に削減した半導体集積回路を実現できる。
【００１５】
上記チャージポンプ回路は、第１の容量の一端を入力電圧とショートするための第１のスイッチ回路と、第１の容量の一端を接地電位とショートするための第２のスイッチ回路と、第１の容量の他端を接地電位とショートするための第３のスイッチ回路と、第１の容量の他端を第２の容量とショートするための第４のスイッチ回路と、第２の容量の充電開始時、第１から第４のスイッチ回路の少なくとも一つのスイッチ回路の抵抗値を大きくする切替回路と、を有しても良い。
【００１６】
上記チャージポンプ回路は、第１の容量の一端を入力電圧とショートするための第１のスイッチングトランジスタと、第１の容量の一端を接地電位とショートするための第２のスイッチングトランジスタと、第１の容量の他端を接地電位とショートするための第３のスイッチングトランジスタと、第１の容量の他端を第２の容量とショートするための第４のスイッチングトランジスタとを備え、半導体集積回路は、第１から第４のスイッチングトランジスタのオン／オフを切り替える駆動電圧を出力するゲート駆動回路をさらに備え、ゲート駆動回路は、第２の容量の充電開始時にチャージポンプ回路の第１から第４のスイッチングトランジスタの少なくとも一つのスイッチングトランジスタのＯＮデューティーを小さくするように駆動電圧を切り替える切替回路を有しても良い。ゲート駆動回路が、クロック波形のデューティー比を変えて駆動電圧を出力することで、チャージポンプ回路の出力に繋がる容量への充電電荷量を抑えて、チャージポンプ回路の出力電圧の変位の傾斜を緩やかにすることができる。
【００１７】
上記チャージポンプ回路は、第１の容量の一端を入力電圧とショートするための第１のスイッチングトランジスタと、第１の容量の一端を接地電位とショートするための第２のスイッチングトランジスタと、第１の容量の他端を接地電位とショートするための第３のスイッチングトランジスタと、第１の容量の他端を第２の容量とショートするための第４のスイッチングトランジスタと、ドレインとゲートが第１から第４のスイッチングトランジスタのいずれかのゲートに接続され、ソースが第１から第４のスイッチングトランジスタのいずれかのソースに接続された、第５のトランジスタと、第５のトランジスタのドレインに電流を供給する電流源と、電流源の電流が第５のトランジスタのドレインに流れる期間を切り替える切替回路と、を有しても良い。チャージポンプ回路のスイッチングトランジスタのいずれかひとつ以上のスイッチングトランジスタをカレントミラー構成にして、チャージポンプ回路の停止状態から動作状態への移行時、チャージポンプ回路から出力容量への充放電量を切り替えた定電流で制限することにより、チャージポンプ回路の出力電圧の変位の傾斜を緩やかにすることができる。
【００１８】
第２の容量は、チャージポンプ回路の出力と接地電位間に接続された１０μＦ以下の容量である場合、チャージポンプ回路は、第２の容量の充電傾斜が３Ｖ/ｍｓよりも緩やかな状態で第２の容量の充電を開始しても良い。これにより、第１の回路ブロックの出力電圧の電位変位を抑えることができる。
【００１９】
上記半導体集積回路は、チャージポンプ回路の出力と接地電位間とを低インピーダンスで接続するスイッチをさらに備えても良い。このスイッチを、チャージポンプ回路の動作状態から停止状態への移行時に直ぐにＯＮにせず、チャージポンプ回路の出力端子に流れ込むアイドリング電流などにより除々に出力容量を放電し、チャージポンプ回路の出力端子の電位がＧＮＤレベルに十分近くなってからスイッチをＯＮさせることにより、チャージポンプ回路の出力電圧の傾斜を緩やかにしても良い。これにより、チャージポンプ回路の動作状態から停止状態への移行時においても第１の回路ブロックの電位変位を抑えることができる。
【００２０】
上記第１の回路ブロックは音声信号を出力しても良い。また、上記第２の回路ブロックは映像信号を出力しても良い。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、チャージポンプ回路の動作開始及び停止時の出力電圧の急峻な変化を抑制して、チャージポンプ回路と独立して動作する回路ブロックの出力の過渡変位を抑える半導体集積回路を実現できる。これにより、チャージポンプ回路の出力電圧の変化が動作状態である回路ブロックに対して影響を及ぼすことやチャージポンプ回路の状態移行時による過渡音の発生を防止することができる。よって、チャージポンプ回路の出力電圧を電源供給端子として使用する回路ブロックと、チャージポンプ回路と独立して動作する回路ブロックとを同一の半導体基板上に集積することができるようになり、実装面積を大幅に削減することができる。また、ポータブル機器に適した１０μＦ以下のチップコンデンサをチャージポンプ回路の出力容量として用いた場合においても、３[Ｖ/ｍｓ]よりも緩やかな充電傾斜を持たせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
《第１の実施形態》
［半導体集積回路の構成］
図１に、本発明の第１の実施形態の半導体集積回路を示す。本実施形態の半導体集積回路１０は、降圧型のチャージポンプ回路１、チャージポンプ回路１のゲート端子に印加する電圧を制御するゲート駆動回路２、正の電圧ＶＣＣと接地電位（以下、「ＧＮＤ」と呼ぶ。）を電源供給源とし、所定の信号処理を行う回路ブロック３、正の電圧ＶＣＣとチャージポンプ回路１の出力電圧ＶＳＳを電源供給源とし、所定の信号処理を行う回路ブロック４、及びチャージポンプ回路１の出力をＧＮＤにショートすることによりチャージポンプ回路１の出力を低インピーダンスにするスイッチ５を有する。半導体集積回路１０に設けられた上記内部回路は、同一の基板上に実装される。
【００２４】
チャージポンプ回路１は、チャージポンプ回路１の充電時に使用されるフライング容量１１の両端と、一端をＧＮＤに接続された出力容量Ｃ２の他端とに接続される。本実施形態において、出力容量Ｃ２は、ポータブル機器に適した１０μＦ以下のチップコンデンサである。
【００２５】
本実施形態において、回路ブロック３は音声信号を出力する回路である。回路ブロック４は、信号出力を正負にスイングでき、おもに映像信号を出力する映像出力回路などの出力コンデンサレスの出力回路を構成する。
【００２６】
［ゲート駆動回路の構成］
図２に、ゲート駆動回路２の構成を示す。ゲート駆動回路２は、矩形波の電圧Ｖ１を発生する発振器２０、発振器２０に接続された抵抗Ｒ１３と容量Ｃ１１で構成する１次ローパスフィルタ（以下、「１次ＬＰＦ」と呼ぶ。）、１次ＬＰＦの出力電圧Ｖ２を入力するインバータ回路２１、インバータ回路２１に接続されたインバータ回路２２、発振器２０の出力電圧Ｖ１とインバータ回路２２の出力電圧Ｖ３とを入力するＮＡＮＤ回路３０とＮＯＲ回路３１、ＮＡＮＤ回路３０に接続されたインバータ回路２３、インバータ回路２３に接続されたトランジスタＭ１２と抵抗Ｒ１２で構成するレベルシフト回路、ＮＯＲ回路３１に接続されたインバータ回路２４、インバータ回路２４に接続されたトランジスタＭ１１と抵抗Ｒ１１で構成されるレベルシフト回路、及びこれらのレベルシフト回路に接続されたインバータ回路２５〜２８を有する。
【００２７】
ゲート駆動回路２は、トランジスタＭ１１と抵抗Ｒ１１の接続点に接続されたインバータ回路２６の出力を駆動電圧Φ１として出力する。また、レベルシフト回路２７を介してトランジスタＭ１１と抵抗Ｒ１１の接続点に接続されたレベルシフト回路２８の出力を駆動電圧Φ２として出力する。さらにゲート駆動回路２は、トランジスタＭ１２と抵抗Ｒ１２の接続点に接続されたインバータ回路２５の出力を駆動電圧Φ３及び駆動電圧Φ４として出力する。
【００２８】
発振器２０の出力電圧Ｖ１、１次ＬＰＦの出力電圧Ｖ２、インバータ回路２２の出力電圧Ｖ３、及びゲート駆動回路２が出力する駆動電圧Φ１〜Φ４の波形を図３に示す。図３に示すように、ゲート駆動回路２は、駆動電圧Φ１のローレベル(以下、「Ｌ」と記す)と駆動電圧Φ２のハイレベル(以下、「Ｈ」と記す)と同時に、駆動電圧Φ３、Φ４がＨにならないように時間差（以下、「デッドタイム」と呼ぶ）ｔｄ１、ｔｄ２を設けている。
【００２９】
［チャージポンプ回路の構成］
図４に、本実施形態のチャージポンプ回路１の構成を示す。本実施形態のチャージポンプ回路１は、フライング容量Ｃ１の一方を入力電圧ＶＣＣとショートするためのスイッチングトランジスタＭ１、フライング容量Ｃ１の一方をＧＮＤとショートするためのスイッチングトランジスタＭ３、フライング容量Ｃ１の他方をＧＮＤとショートするためのスイッチングトランジスタＭ２、及びフライング容量Ｃ１の他方を出力容量Ｃ２とショートするためのスイッチングトランジスタＭ４を有する。
【００３０】
本実施形態のチャージポンプ回路１はさらに、ゲートが駆動電圧Φ４に接続され、ドレインとソースがスイッチングトランジスタＭ４のドレインとソースと同電位に接続されたスイッチングトランジスタＭ５と、スイッチングトランジスタＭ４のゲートを駆動電圧Φ４に接続するか、又はスイッチングトランジスタＭ４のソースに接続するかを切り替えるスイッチ６とを有する。スイッチングトランジスタＭ５のＯＮ抵抗は、スイッチングトランジスタＭ４に比べて非常に高い。スイッチングトランジスタＭ４とスイッチングトランジスタＭ５は、一つのスイッチ回路を構成し、出力容量Ｃ２の充電時に切替回路であるスイッチ６によりスイッチ回路の抵抗値を切り替えることが出来る。
【００３１】
ゲート駆動回路２からクロック信号となる駆動電圧Φ１、Φ２、Φ３及びΦ４がチャージポンプ回路１のゲート端子に入力されることにより、チャージポンプ回路１のスイッチングトランジスタＭ１〜Ｍ５は動作する。駆動電圧Φ１がＬ、Φ２がＨ、Φ３及びΦ４がＬのとき、スイッチングトランジスタＭ１及びＭ２が共にＯＮし、スイッチングトランジスタＭ３、Ｍ４及びＭ５が共にＯＦＦし、フライング容量Ｃ１は正の入力電圧ＶＣＣとＧＮＤ間で充電される。駆動電圧Φ１がＨ、Φ２がＬ、Φ３とΦ４がＨのとき、スイッチングトランジスタＭ１及びＭ２が共にＯＦＦし、スイッチングトランジスタＭ３及びスイッチングトランジスタＭ４又はＭ５が共にＯＮし、フライング容量Ｃ１に充電された電荷が出力容量Ｃ２に受け渡される。
【００３２】
本実施形態において、チャージポンプ回路１が動作停止状態から動作状態に移行する時、スイッチ６をスイッチングトランジスタＭ４のソースに接続する。すなわちスイッチングトランジスタＭ４のゲート−ソース間電圧は０Ｖになり、スイッチングトランジスタＭ４はＯＦＦする。この状態で、駆動電圧Φ４によりスイッチングトランジスタＭ５をＯＮにして、ＯＮ抵抗の高いスイッチングトランジスタＭ５で充電を開始する。所定時間経過後、スイッチ６を駆動電圧Φ４に接続することによりスイッチングトランジスタＭ４をＯＮにし、ＯＮ抵抗の低いスイッチングトランジスタＭ４で充電を継続する。
【００３３】
これらの一連の動作をすることにより、チャージポンプ回路１は、負電圧の出力電圧ＶＳＳを出力する。チャージポンプ回路１が入力電圧ＶＣＣを入力したときの出力電圧ＶＳＳの理想の値は−ＶＣＣである。
【００３４】
［回路ブロックにおいて使用されるＮＰＮトランジスタの構成例］
図５に、回路ブロック３及び４において、代表的に使用されるＮＰＮトランジスタの縦構造図を示す。図５において、Ｐ型基板５１は図１の半導体集積回路１０の基板である。回路ブロック３及び４に含まれるＮＰＮトランジスタは、ベース拡散層５３、エミッタ拡散層５４及びコレクタ拡散層５５を有し、これらの拡散層は、それぞれベース端子Ｂ、エミッタ端子Ｅ、及びコレクタ端子Ｃに接続される。回路ブロック３及び４に含まれる各ＮＰＮトランジスタは、半導体集積回路１０に実装される素子同士を分離するためのＰ型拡散層５２により分離される。また、Ｐ型基板５１とコレクタ拡散層５５の間に寄生容量（Ｎ−ｅｐｉ）５６が存在する。
【００３５】
［半導体集積回路の動作］
上記のように構成される本実施形態の半導体集積回路１０の動作を説明する。回路ブロック３と回路ブロック４とを同時に動作させている状態から、消費電流の削減等を目的として、回路ブロック４とチャージポンプ回路１を停止させる場合、回路ブロック４の動作をパワーセーブ状態にし、ゲート駆動回路２はチャージポンプ回路１のゲート端子への駆動電圧Φ１〜Φ４の供給を停止する。チャージポンプ回路１は充放電の繰り返し動作を停止する。チャージポンプ回路１が動作を停止した後、チャージポンプ回路１の出力電圧ＶＳＳがハイインピーダンスになり、半導体集積回路１０の基板電位でもある電圧ＶＳＳがＧＮＤより高くなることで発生するラッチアップを防止するため、ＧＮＤと出力電圧ＶＳＳをショートするスイッチ５をＯＦＦからＯＮに切り替える。
【００３６】
回路ブロック３のみを動作させている状態から、再びチャージポンプ回路１と回路ブロック４とを同時に動作させる場合、スイッチ５をＯＮからＯＦＦに切り替える。ゲート駆動回路２は、駆動電圧Φ１、Φ２、Φ３、Φ４をチャージポンプ回路１に供給する。チャージポンプ回路１は動作を開始する。本実施形態においてチャージポンプ回路１の停止状態から動作状態への移行時、図４に示すスイッチ６をスイッチングトランジスタＭ４のソースに接続することによりスイッチングトランジスタＭ４をＯＦＦにし、ＯＮ抵抗の高いスイッチングトランジスタＭ５で充電を開始する。
【００３７】
このときのチャージポンプ回路１の出力電圧ＶＳＳと回路ブロック３の出力電圧Ｖｏｕｔの過渡特性を図６の実線で示す。図６において、スイッチングトランジスタＭ５を使用せずに、動作開始時からスイッチングトランジスタＭ４を使用した場合、すなわち従来のチャージポンプ回路１１の出力電圧ＶＳＳと回路ブロック３の出力電圧Ｖｏｕｔの過渡特性を破線で例として示す。時刻Ｔ１は、チャージポンプ回路１１の動作開始時を示す。
【００３８】
図６の実線に示すように、チャージポンプ回路１の出力電圧ＶＳＳの過渡応答は、従来の破線で示す応答に比べ、チャージポンプ１の起動時の充電傾斜が緩やかである。チャージポンプ回路１の出力電圧ＶＳＳの電圧変化は、半導体集積回路１０のＰ型基板５１と回路ブロック３のＮＰＮトランジスタのコレクタ拡散層５５との間に形成される寄生容量５６を通して、ＮＰＮトランジスタに伝播し、回路ブロック３の信号等に重畳される。しかし、本実施形態においては出力電圧ＶＳＳの充電傾斜が緩やかであるため、電圧ＶＣＣとＧＮＤを電源供給源とする回路ブロック３の出力電圧Ｖｏｕｔは図６に示すように小さい負のピーク電圧値Ｖｎとなり、従来の破線で示す電圧値と比較して、電位変位が抑えられる。これにより、回路ブロック３が過渡音等の不具合を発生させることを防ぐことができる。
【００３９】
チャージポンプ回路１のスイッチ６は、所定時間経過後、例えば出力電圧ＶＳＳが（−ＶＣＣ）に達した後に駆動電圧Φ４に接続し、チャージポンプ回路１の充電能力を上げて、チャージポンプ回路１の出力電圧ＶＳＳと電圧ＶＣＣを電源供給源とする回路ブロック４の動作を開始させる。
【００４０】
上記のように本実施形態によれば、正の電圧ＶＣＣとチャージポンプ回路１の出力電圧ＶＳＳより電源を供給される回路ブロック４と、正の電源ＶＣＣとＧＮＤから電源を供給される回路ブロック３とが、同一チップに集積化された半導体集積回路１０において、消費電力の削減等を目的として、回路ブロック３のみを動作させている状態から回路ブロック３と回路ブロック４を同時に動作させる場合に行われるチャージポンプ回路１の起動時の出力電圧ＶＳＳの変動の傾斜を、ＯＮ抵抗の高いスイッチングトランジスタＭ５で充電を開始することにより、緩やかにすることで、動作中である回路ブロック３に影響を及ぼさないようにすることができる。
【００４１】
本実施形態によれば、チャージポンプ回路１の状態移行時による回路ブロック３の過渡音の発生等を防止することができるため、チャージポンプ回路１の出力電圧により駆動する回路ブロック４と、チャージポンプ回路１と独立して動作する回路ブロック３とを同一の半導体基板上に集積化することができるようになり、実装面積を大幅に削減することができる。また、ポータブル機器に適した１０μＦ以下のチップコンデンサをチャージポンプ回路１の出力容量Ｃ２に用いた場合においても、３[Ｖ/ｍｓ]よりも緩やかな充電傾斜を持たせることができる。
【００４２】
なお、本実施形態のチャージポンプ回路１は、スイッチングトランジスタＭ５をスイッチングトランジスタＭ４と並列に設けて、スイッチングトランジスタＭ４とスイッチングトランジスタＭ５とにより一つのスイッチ回路を構成したが、これに限定されず、スイッチングトランジスタＭ５はスイッチングトランジスタＭ１〜Ｍ４の少なくとも一つと並列に設けることにより、チャージポンプ回路１の出力電圧ＶＳＳの電位変位を抑えるようにしても良い。
【００４３】
また、スイッチングトランジスタＭ４とドレイン及びソースを共通に接続した複数のトランジスタと、各トランジスタのゲートの電位を駆動電圧Φ４とＧＮＤに切り替えられる複数のスイッチと、を備えて、充電能力を除々に大きなものに切り替えていくことにより、（−ＶＣＣ）までの充電時間を短縮する機能を持たせてもよい。
【００４４】
また、図７に示すように、チャージポンプ回路１は、スイッチングトランジスタＭ５とスイッチ６とを設けない構成であっても良い。この場合、スイッチングトランジスタＭ４のゲートの電圧Φ４のＨレベルを通常より抑えることにより、チャージポンプ回路１の起動時の出力電圧ＶＳＳの過渡応答を緩やかにして、回路ブロック３の出力電圧Ｖｏｕｔの電位変位を抑えても良い。
【００４５】
《第２の実施形態》
図８に、本発明の半導体集積回路に含まれるゲート駆動回路の他の構成例を示す。本実施形態のゲート駆動回路２ａは、第１の実施形態の図２に示す構成に、容量Ｃ１２とスイッチ３２を追加した構成である。容量Ｃ１２とスイッチ３２とは、チャージポンプ回路１のスイッチングトランジスタＭ３及びＭ４のＯＮデューティーを小さくするように駆動電圧Φ３とΦ４を切り替える切替回路を構成する。本実施形態の半導体集積回路において、ゲート駆動回路２ａ以外の構成は第１の実施形態の図１と同じであり、チャージポンプ回路１の内部回路は図７に示す構成である。
【００４６】
ゲート駆動回路２ａにおいて、容量Ｃ１２の一端は容量Ｃ１１の一端と接続され、容量Ｃ１２の他端とスイッチ３２の一端とが接続され、スイッチ３２の他端はＧＮＤに接続される。本実施形態において、１次ＬＰＦは抵抗Ｒ１３、容量Ｃ１１及び容量Ｃ１２により構成される。
【００４７】
本実施形態のゲート駆動回路２ａは、図７に示すチャージポンプ回路１の停止状態から動作状態への移行時、スイッチ３２をショートさせ、抵抗Ｒ１３、容量Ｃ１１及び容量Ｃ１２で構成された１次ＬＰＦのカットオフ周波数を下げる。その状態でのゲート駆動回路２ａの発振器２０の出力電圧Ｖ１、１次ＬＰＦの出力電圧Ｖ２、インバータ回路２２の出力電圧Ｖ３、及びゲート駆動回路２の駆動電圧Φ１〜Φ４の波形を図９に示す。
【００４８】
図９に示すように１次ＬＰＦの出力電圧Ｖ２のなまりは、第１の実施形態の図３と比較して大きくなり、デッドタイムｔｄ１、ｔｄ２の時間は長くなる。すなわち、駆動電圧Φ３とΦ４のＯＮデューティーは下がる。駆動電圧Φ３とΦ４のＯＮデューティーを下げて、駆動電圧Φ１からΦ４をチャージポンプ回路１に入力した場合のチャージポンプ１の起動時の出力電圧ＶＳＳの充電傾斜は、図６となり緩やかになる。このようにデッドタイムｔｄ１、ｔｄ２を長くして、チャージポンプ回路１のスイッチングトランジスタＭ３とＭ４のＯＮデューティーを下げることにより、チャージポンプ１の起動時の出力電圧ＶＳＳの充電傾斜を緩やかにすることができ、電圧ＶＣＣとＧＮＤを電源として供給される回路ブロック３の出力電圧Ｖｏｕｔの電位変位を抑えることができる。
【００４９】
また、チャージポンプ回路１の停止状態から動作状態へ移行後、チャージポンプ回路１の出力電圧ＶＳＳと電圧ＶＣＣを電源として供給される回路ブロック４の動作を開始する時には、充電能力を上げるために、スイッチ３２をオープンにし、駆動電圧Φ３とΦ４のＯＮデューティーを上げ、チャージポンプ回路１の充電効率を上げる。
【００５０】
なお、本実施形態においては、チャージポンプ回路１のスイッチングトランジスタＭ３とＭ４のＯＮデューティーを小さくしたが、これに限定されず、ゲート駆動回路２ａは、スイッチングトランジスタＭ１〜Ｍ４の少なくとも一つのスイッチングトランジスタのＯＮデューティーを小さくするような容量１２とスイッチ３２を含む切替回路を設けて、駆動電圧Φ１からΦ４を出力しても良い。
【００５１】
なお、本実施形態においては、一組の容量Ｃ１２とスイッチ３２とを容量Ｃ１１と並列に接続したが、複数の容量と複数のスイッチを容量Ｃ１１と並列に設けて、数段階にわけてＯＮデューティー比を変えることにより、−ＶＣＣまでの充電時間を短縮する機能を持たせてもよい。
【００５２】
また、ゲート駆動回路２ａにおいて、容量Ｃ１２とスイッチ３２とを設けずに、容量Ｃ１１と抵抗Ｒ１３の値を変えずに発振器２０の発振周波数を高めることによりＯＮデューティーをさげても、本実施形態と同様の効果が得られる。
【００５３】
また、本実施形態の半導体集積回路は、図７に示すチャージポンプ回路１に代えて、図４に示すチャージポンプ回路１を備えても良い。
【００５４】
《第３の実施形態》
図１０に、本発明の半導体集積回路に含まれるチャージポンプ回路の他の構成例を示す。本実施形態の半導体集積回路において、図１０に示すチャージポンプ回路１ａ以外の構成は第１の実施形態の図１と同じである。
【００５５】
本実施形態のチャージポンプ回路１ａは、図７に示す構成に加え、電流源４０、一端を電流源４０に接続され、他端をチャージポンプ回路１ａの出力端子に接続されるＮ型ＭＯＳトランジスタＭ２０、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＭ２０と並列に電流源４０とチャージポンプ回路１ａの出力端子との間に接続されるスイッチ４１、及びスイッチングトランジスタＭ４のゲートをゲート駆動回路２から出力される駆動電圧Φ４に接続するか又はＮ型ＭＯＳトランジスタＭ２０のゲートに接続するかを切り替えるスイッチ４２をさらに有する。
【００５６】
チャージポンプ回路１ａの停止状態から動作状態への移行時、チャージポンプ回路１ａは、スイッチ４２をＮ型ＭＯＳトランジスタＭ２０のゲートに接続し、スイッチ４１のＯＮ／ＯＦＦを駆動電圧Φ４と反転させた信号で制御する。本実施形態のチャージポンプ回路１ａにおいて、電流源４０の電流量Φ４’、スイッチ４１のＯＦＦ時間、及びスイッチングトランジスタＭ４とＮ型ＭＯＳトランジスタＭ２０のゲート幅Ｗ／ゲート長Ｌの比により、出力容量Ｃ２への充電量が決定される。
【００５７】
スイッチ４２がＮ型ＭＯＳトランジスタＭ２０のゲートに接続された状態で動作を開始するチャージポンプ回路１ａの出力電圧ＶＳＳの過渡応答と、回路ブロック３の出力電圧Ｖｏｕｔの過渡応答を図１１の実線で示す。また、スイッチ４２が駆動電圧Φ４に接続された状態で動作を開始する時のチャージポンプ回路１ａの出力電圧ＶＳＳの過渡応答と回路ブロック３の出力電圧Ｖｏｕｔの過渡応答を破線で例として示す。
【００５８】
図１１の実線で示すように、チャージポンプ回路１ａの停止状態から動作状態への状態移行時Ｔ１、スイッチ４２をＮ型ＭＯＳトランジスタＭ２０のゲートに接続すると、電流源４０の電流量、スイッチ４１のＯＦＦ時間、及びスイッチングトランジスタＭ４とＮ型ＭＯＳトランジスタＭ２０のゲート幅Ｗ／ゲート長Ｌの比により決定された小さい充電量で、出力容量Ｃ２の充電が開始されるため、チャージポンプ回路１ａの起動時の出力電圧ＶＳＳの充電傾斜は緩やかになる。よって、図１の電圧ＶＣＣとＧＮＤを電源として供給される回路ブロック３の出力電圧Ｖｏｕｔの電位変位を抑えることができる。
【００５９】
また、チャージポンプ回路１の停止状態から動作状態へ移行後、チャージポンプ回路１ａの出力電圧ＶＳＳと電圧ＶＣＣを電源として供給される回路ブロック４の動作を開始する際には、充電能力を上げるために、スイッチ４２を駆動電圧Φ４側に接続する。
【００６０】
このように、本実施形態のチャージポンプ回路１ａの構成によれば、スイッチングトランジスタＭ４をカレントミラーの２次側Ｔｒとして使用し、充電時の電流を一定値に制限することで、チャージポンプ回路の停止状態から動作状態への移行時Ｔ１のチャージポンプ回路１ａの出力電圧ＶＳＳの電位変位を抑えることができる。これにより、電圧ＶＣＣとＧＮＤを電源として供給される回路ブロック３の出力電圧Ｖｏｕｔの電位変位を抑えることができる。
【００６１】
なお、チャージポンプ回路１の停止状態から動作状態への移行後、回路ブロック４の動作を開始する際に、スイッチ４２を駆動電圧Φ４側に接続する代わりに、電流源４０の電流量を増してもよい。
【００６２】
なお、上記第１の実施形態から第３の実施形態の半導体集積回路は、チャージポンプ回路１又は１ａの動作状態から停止状態への切り替わり時から遅延時間を持たせて図１のスイッチ５をＯＮさせる遅延回路を更に有しても良い。例えば、チャージポンプ回路１又は１ａの出力端子に流れ込むアイドリング電流などにより除々に出力容量Ｃ２を放電し、チャージポンプ回路１又は１ａの出力電圧ＶＳＳの電位がＧＮＤレベルに十分近くなってからスイッチ５をＯＮさせる。この場合のチャージポンプ回路１又は１ａの出力電圧ＶＳＳと回路ブロック３の出力電圧Ｖｏｕｔの波形を図１２に示す。図１２に示すように、チャージポンプ回路１又は１ａの動作状態から停止状態への切り替わり時Ｔ２のチャージポンプ回路１又は１ａの出力電圧ＶＳＳと電位変位は、図１４に示す従来と比較して緩やかになる。図１２の回路ブロック３の出力電圧Ｖｏｕｔの正のピーク電圧Ｖｐは、図１４のピーク電圧Ｖｐより抑えられる。このように、チャージポンプ回路１又は１ａの動作状態から停止状態への切り替わり時から遅延時間を持たせてスイッチ５をＯＮさせることにより、チャージポンプ回路１又は１ａの動作状態から停止状態の移行時Ｔ２の出力電圧ＶＳＳと回路ブロック３の出力電圧Ｖｏｕｔの電位変位を抑えることができる。
【００６３】
なお、上記第１の実施形態から第３の実施形態の半導体集積回路において、チャージポンプ回路１又は１ａは降圧型であったが、昇圧型のチャージポンプ回路であっても起動時の出力電圧の電位変位を抑えることにより、チャージポンプ回路と独立して動作する回路ブロックの出力電圧の電位変位を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の半導体集積回路は、チャージポンプ回路の動作開始時及び動作停止時の出力電圧の急峻な変化を抑制することができるという効果を有し、チャージポンプ回路の出力電圧により駆動される回路ブロックとチャージポンプ回路の出力電圧を必要としない回路ブロックとを同一基板上に搭載するポータブル機器等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施形態から第３の実施形態の半導体集積回路のブロック図
【図２】第１の実施形態のゲート駆動回路の内部構成を示す回路図
【図３】第１の実施形態のゲート駆動回路の動作波形図
【図４】第１の実施形態のチャージポンプ回路の内部構成を示す回路図
【図５】本発明の半導体集積回路に含まれる回路ブロックにおいて使用されるＮＰＮトランジスタの断面図
【図６】第１の実施形態のチャージポンプ回路が停止状態から動作状態に移行する時のチャージポンプ回路の出力電圧ＶＳＳと、同一基板上の電源とＧＮＤ間で動作する回路ブロックの出力電圧Ｖｏｕｔの過渡特性を示す波形図
【図７】第１の実施形態のチャージポンプ回路の内部構成の他の例を示す回路図
【図８】第２の実施形態のゲート駆動回路の内部構成を示す回路図
【図９】第２の実施形態のゲート駆動回路の動作波形図
【図１０】第３の実施形態のチャージポンプ回路の内部構成を示す回路図
【図１１】第３の実施形態のチャージポンプ回路が停止状態から動作状態に移行する時のチャージポンプ回路の出力電圧ＶＳＳと、同一基板上の電源とＧＮＤ間で動作する回路ブロックの出力電圧Ｖｏｕｔの過渡特性を示す波形図
【図１２】第１の実施形態から第３の実施形態のチャージポンプ回路が起動又は停止する時のチャージポンプ回路の出力電圧ＶＳＳと、同一基板上の電源とＧＮＤ間で動作する回路ブロックの出力電圧Ｖｏｕｔの過渡特性を示す波形図
【図１３】従来の半導体集積回路の構成を示すブロック図
【図１４】従来のチャージポンプ回路が停止状態から動作状態に移行する時のチャージポンプ回路の出力電圧ＶＳＳと、同一基板上の電源とＧＮＤ間で動作する回路ブロックの出力電圧Ｖｏｕｔの過渡特性を示す波形図
【符号の説明】
【００６６】
１、１ａ    チャージポンプ回路
２、２ａ    ゲート駆動回路
３          回路ブロック
４          回路ブロック
５          スイッチ
６          スイッチ
１０        半導体集積回路
２０        発振器
２１〜２８  インバータ
３０        ＮＡＮＤ回路
３１        ＮＯＲ回路
３２        スイッチ
４０        電流源
４１、４２  スイッチ
５１        Ｐ型基板
５２        Ｐ型拡散層
５３        ベース拡散層
５４        エミッタ拡散層
５５        コレクタ拡散層
５６        寄生容量
Ｃ１        フライング容量
Ｃ２        出力容量
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５  スイッチングトランジスタ
Ｃ１１、Ｃ１２          容量
Ｍ１１、Ｍ１２          トランジスタ
Ｍ２０                  Ｎ型ＭＯＳトランジスタ
Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３  抵抗
１１        従来のチャージポンプ回路
１００      従来の半導体集積回路
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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