(57)【要約】可変出力電圧を出力するように設計された回路において、半導体素子の基板は、レギュレータに接続され、特に、回路基板の電位よりも低い電位に接続されるスイッチに接続される。回路は、例えば、加入者回線インターフェイス回路（ＳＬＩＣ）に用い得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電位になるように構成された基板であって、基板がｐ型である時、第１電位よりも低く、また、基板がｎ型である時、第１電位よりも高い第２電位を供給するように構成された電圧源に電圧供給端子を介して接続可能な前記基板が含まれる半導体回路において、
半導体回路には、基板への前記第１電位が接地と前記第２電位との間の範囲になるように制御するために、基板と電圧供給端子との間に相互接続される電圧レギュレータが含まれことを特徴とする半導体回路。
【請求項２】
少なくとも第１及び第２電圧供給端子を介して少なくとも２つの異なる電圧源に接続可能な半導体回路であって、前記回路は、少なくとも２つの電圧供給端子で少なくとも２つの異なる電圧を受取るように設計され、第２端子で受取る電圧は、第１端子で受取られる電圧よりも大きい絶対値を有し、前記回路には、前記少なくとも２つの電圧間の範囲における電圧を回路に供給するために設けられたレギュレータが含まれる前記半導体回路であって、
回路基板が、第１端子に接続されること、また、レギュレータが、回路基板と第２端子との間で相互接続されることを特徴とする半導体回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回路であって、
レギュレータには、少なくとも第１バイポーラトランジスタが含まれ、特に、ｎｐｎトランジスタが含まれることを特徴とする回路。
【請求項４】
請求項２に記載の回路であって、
レギュレータには、前記少なくとも第１バイポーラｎｐｎトランジスタにダーリントン構成で接続される少なくとも第２バイポーラｎｐｎトランジスタが含まれることを特徴とする回路。
【請求項５】
請求項２乃至４の何れかに記載の回路であって、
回路には、供給電圧を受取るための３つ以上の電圧供給端子が含まれることを特徴とする回路。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の回路であって、
回路は、加入者回線インターフェイス回路（ＳＬＩＣ）であることを特徴とする回路。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかに記載の回路であって、
レギュレータは、スイッチであることを特徴とする回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、半導体回路のレギュレータに関する。
【０００２】
発明の背景及び従来技術
殆どの集積回路（ＩＣ）プロセスにおいて、能動素子は、ｐ型基板上に形成されたｎ型エピタキシャル層によって形成される。
能動素子周囲において、ｐ型拡散が、アイソレーションを提供するために形成される。ｐ型アイソレーションは、集積回路の基板に短絡される。このような場合、基板の逆バイアス、及び基板上に形成される能動素子のアイランドに対するアイソレーションのｐｎ遷移を提供できるように、基板には、回路の最低電位に対応する電位を与えなければならない。
【０００３】
しかしながら、能動素子のアイランドが、基板に対して逆バイアスをかけられても、常に素子から基板に電流、所謂、基板電流が流れる。基板電流は、素子アイランド周囲の逆バイアスされた領域からの漏れ電流であったり、あるいは、例えば、ｎｐｎトランジスタにおける順方向バイアスされたベースや、横型（ｌａｔｅｒａｌ）ｐｎｐトランジスタにおける順方向バイアスされたエミッタ若しくはコレクタから注入された他の少数電荷キャリアであったりする。
【０００４】
高電圧源を有するように設計された回路において、これらの基板電流は、集積回路における総消費電力のかなりの部分に寄与し得る。
基板の電位は、通常、集積回路のパッケージ上に設けられるピンを介して供給される。ピンは、回路上のパッドに接続され、パッドは、アイソレーション拡散領域への金属導体を介して、基板に接続される。基板電圧は、集積回路全体に分散されるため、集積回路上のあらゆる場所で、基板電圧にアクセスするためにアイソレーション拡散部への接点を取り付けることが可能である。
【０００５】
従って、非常に低い抵抗又は非常に小さいノイズが用途上要求されない限り、この電圧用に別個の金属接続部を形成する必要は無い。幾つかの用途において、基板自体及びアイソレーションは、例えば、所謂、基板ｐｎｐトランジスタにおいて、半導体素子の一部として形成され、この場合、トランジスタ及び基板の周囲のアイソレーションは、コレクタとして設計される。
【０００６】
基板電位は、回路において最も低い電位であるため、この基板電位が、最も高い供給電圧と共に、回路の利用可能な電圧範囲を決定する。
幾つかの用途、例えば、電話システムの呼び出し信号を提供する加入者回線インターフェイス回路（ＳＬＩＣ）においては、回路からの出力電圧を変化させることが望まれている。
【０００７】
出力呼び出し信号を提供するＳＬＩＣの場合、ＳＬＩＣが会話モードの場合、所謂オフ・フック（通話）バッテリを、また、他のバッテリ、所謂、呼び出しモード時、オフ・フックバッテリより絶対値が大きい出力電圧を有する呼び出しバッテリを用いるのが一般的である。
【０００８】
ＳＬＩＣにおける供給電圧は、通常、接地電圧よりも低く、また、基板の電位は、ＳＬＩＣの利用可能な電圧範囲を決定する。異なるモードで用いられる異なるバッテリ間の切り替えを行うために、一体型バッテリスイッチが設置される。
【０００９】
図１ において、呼び出し信号を出力するように設計されたＳＬＩＣに実装される、従来技術に基づくこのようなスイッチＳを示す。会話の送信時、ＳＬＩＣが会話モードの場合、負荷ＲＬ、即ち、ＳＬＩＣ及び加入者への／からの回線に接続される加入者の電話機に印加される電圧は、絶対値が、オフ・フックバッテリＯＨＢの電圧よりも低い。
【００１０】
負荷ＲＬからの電流は、ダイオードＤ２を通過して、電圧約−５０Ｖを有し得るオフ・フックバッテリＯＨＢに流れ、負荷に印加される電圧Ｖｂａｔ２は、約−５０Ｖになる。
【００１１】
ＳＬＩＣが会話モードの時、スイッチＳが開く。ＳＬＩＣが負荷ＲＬを介して呼び出し信号を出力すべきであると判断される場合、即ち、ＳＬＩＣに接続された加入者の電話機を呼び出すべきであると判断される場合、スイッチが、作動され閉じられる。
【００１２】
その結果、電位Ｖｂａｔ２は、呼び出しバッテリＲＢの電圧と同じになり、この場合−９０Ｖである。こうして、ダイオードＤ２は、逆バイアス状態であり、如何なる電流も流さない。また、回路Ａ及びＢを駆動する回線が、呼び出し電圧に接続されており、また、負荷を介してそれを印加し得るが、このことは、それによって呼び出し信号を出力する時、電圧を大きくするためである。
【００１３】
しかしながら、会話モードにおいて、従来技術に基づく技術に関しては、電力損失の問題がある。従って、回路からの漏れ電流は、基板ｓｂｔに流れ、基板は、大きい電圧降下に対応する電位を有し、また、従って、漏れ電流は、大幅な電力損失を生じる。
【００１４】
概要
本発明の目的は、従来技術よりも電力損失が少ない改良された半導体回路を提供することである。
本発明の他の目的は、半導体デバイスの基板電位が、特定の動作モードに対して最適値に制御され得る機構を提供することである。
【００１５】
これらの目的及び他の目的は、可変出力電圧を出力するように設計された回路によって得られ、ここで、半導体素子の基板は、レギュレータに接続され、特に、回路基板の電位よりも低い電位に接続されるスイッチに接続される。
【００１６】
好適な実施形態の説明
次に、本発明に関して、更に詳細に添付の図面を参照して説明する。
図２において、加入者回線インターフェイス回路（ＳＬＩＣ）の回路図を示す。ＳＬＩＣには、電位Ｖｂａｔ２と接地ｇｎｄとの間に接続される第１増幅器段１と、電位Ｖｂａｔ２と接地ｇｎｄとの間に接続される第２増幅器段と、が含まれる。増幅器段１及び２からの出力端子は、負荷ＲＬがその出力端子間に接続されるＳＬＩＣからの出力端子を形成する。
【００１７】
電位Ｖｂａｔ２に接続される増幅器段の端子は、更に、ＳＬＩＣが形成される集積回路の基板３に接続され、また、ダイオードＤ２を介して第１出力電圧Ｖｂａｔ２を有する第１バッテリ４に接続される。バッテリ４は、約−５０Ｖの出力電圧を有し得る。
【００１８】
また、電位Ｖｂａｔ２に接続される増幅器段の端子は、スイッチＳの第１端子に接続される。スイッチＳの第２端子は、第２出力電圧Ｖｒｂａｔを有する第２バッテリ５に接続される。好適には、バッテリ５の出力電圧は、より大きな絶対出力電圧を有し、例えば、−９０Ｖになり得る。
【００１９】
更に、スイッチＳは、第３制御端子を有する。スイッチＳの制御端子に供給される電流に応じて、第１と第２端子との間の接続は、それぞれ、開状態及び閉状態にされる。従って、スイッチＳは、最も高い絶対電圧を有する供給電圧と集積回路の基板との間に相互接続される。
【００２０】
図２において、スイッチを、単一のｎｐｎトランジスタとして示す。トランジスタのエミッタ及びベースの電位は、呼び出しバッテリ電位に近く、また、トランジスタのコレクタ端子は、基板電位に短絡される。従って、その時、コレクタアイソレーションダイオードが、順方向バイアスされるため、ｎｐｎコレクタの電位は、基板の電位以下になり得ない。
【００２１】
スイッチＳに印加される制御電流Ｉ２、即ち、ｎｐｎトランジスタのベース端子に印加される電流は、図２に示したように、横型ｐｎｐトランジスタによって供給し得る。横型ｐｎｐトランジスタのコレクタは、この例ではｐ型であるが、ｐｎｐトランジスタのベース端子を逆バイアスできるため、基板の電位未満の電位を有し得る。
【００２２】
横型ｐｎｐトランジスタのベース端子、即ち、エピタキシャルｎ―アイランドの電位は、基板電位より大きくなり、また、接地電位に近い電位で回路Ｃが動作することによって制御し得る。
【００２３】
このような配置による幾つかの利点がある。つまり、会話の送信中、スイッチＳは、開状態であり、また、電位Ｖｂａｔ２は、ほぼ第１バッテリ４からの出力電圧である。
【００２４】
この状態で基板がこの電位に接続されるため、全漏れ電流が、より大きい出力電圧を有する第２バッテリ５の代わりに第１バッテリ４の出力電圧に対応する電位に対して印加される。これによって、漏れ電流から生じる電力損失は、ＳＬＩＣが会話モードの時、大幅に低減される。
【００２５】
また、全ての基板ｐｎｐトランジスタ、即ち、トランジスタの基板電位にそのコレクタが接続されるｐｎｐトランジスタは、消費電力を増加することなく保持し得る。そうでない場合、このような基板ｐｎｐトランジスタはいずれも、より大型の従来のｐｎｐトランジスタと置き換える必要があったり、図２のように、より大型のトランジスタのコレクタをＶｂａｔ２に接続する必要があったりするが、このことで、追加の金属相互接続の形成が必要となり、勿論、これは望ましくない。
【００２６】
更に、図２において説明した回路の雪崩現象に対するリスクが、大幅に低減する。このことは、スイッチが閉となる時、即ち、回路が呼び出しモードの時、破壊電圧がより高い素子を用いて回路の能動部分を実現できるようにして回路を設計することが可能であることによる。
【００２７】
また、この回路は、基板電位が接地電位により近くなるため、また、金属導体と、可能なポリシリコンの下方交差部と、アイソレーションと交差する抵抗器との間の電圧降下が、小さくなるため、信頼性が高くなる。高電圧は、呼び出し信号を発する時のみ印加され、これは、回路における全動作時間の内の比較的短い時間である。
【００２８】
スイッチ／レギュレータは、ｎドープアイランド、即ち、ｎｐｎトランジスタコレクタ端子、又は横型ｐｎｐトランジスタベース端子及びｐｎｐコレクタ端子が、基板の電位未満に潜在的に置かれないように形成し得ることに留意されたい。これによって、２つのｎｐｎトランジスタのベース及びエミッタ端子のみが、基板電位未満に置かれる。
【００２９】
図３において、第２実施形態に基づく具体例を示す。図２と３における回路間の相違は、スイッチＳがレギュレータＤで置き換えられていることである。スイッチの代わりにレギュレータを用いる利点は、その時の基板電位を、呼び出しバッテリ即ちバッテリＳと、オフ・フックバッテリ即ちバッテリ４との間のどこにでも設定できることである。
【００３０】
レギュレータＤは、一つまたは幾つかのパラメータに基づき制御されて、例えば、制御回路Ｆにより供給される制御電圧によって、Ｖｂａｔ２をバッテリ４の電圧とバッテリ５の電圧との間の値に変え得る。例えば、回路の他の部分よりも低い破壊電位を有する一つ又は幾つかのトランジスタをモニタすることが可能である。従って、基板電位の絶対値を最大にし、これによって個々の回路の呼び出し電圧を最大にすることが可能である。
【００３１】
更に、用いられるバッテリの出力電圧には、このような具体例において、より高い又より低い値を与え得る。例えば、呼び出しバッテリであるバッテリ５は、−１１０Ｖの出力電圧を有し、また、オフ・フックバッテリであるバッテリ４は、−２４Ｖの出力電圧を有し得る。
【００３２】
本明細書中に与えられた例において、基板電位未満の電位に接続されるレギュレータの使用方法を、ＳＬＩＣに関連して説明している。しかしながら、本発明は、ＳＬＩＣでの用途に限定されず、回路が、異なる動作モードにおいて異なる供給電圧を用いるように設計される他の用途においても勿論用い得る。
【００３３】
更に、レギュレータは、あらゆる適切な方法で、例えば、ＭＯＳトランジスタ、サイリスタ、又は他の半導体素子を用いて形成し得る。
またｐ型基板を用いることは、不要である。従って、ｎ型基板を用いることが可能である。このような用途において、電位は、接地電位より大きく、また、基板は、回路の最高電位に対応する電位を有する。
【００３４】
最後に、本明細書中に説明した回路は、２つの異なる電圧源のみを含む。しかしながら、幾つかの用途において、接地の他に一つの電圧源のみを用いることや、３つ以上の異なる供給電圧を用いることが要求又は望まれるが、この場合、本明細書中に説明したレギュレータ回路は、このような用途に対して、勿論修正し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術に基づくＳＬＩＣを示す回路図。
【図２】本発明の第１実施形態を示す回路図。
【図３】本発明の第２実施形態に基づく回路図
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年11月14日(2002.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧レギュレータによって生成される電圧より大きな絶対値を有する電圧源に電圧レギュレータの供給電圧端子により接続可能な電圧レギュレータが含まれる半導体回路であって、
半導体回路は、その基板により電圧レギュレータの出力部に接続されることを特徴とする半導体回路。
【請求項２】
少なくとも第１及び第２電圧供給端子を介して少なくとも２つの異なる電圧源に接続可能な半導体回路であって、前記回路は、少なくとも２つの電圧供給端子で少なくとも２つの異なる電圧を受取るように設計され、第２端子で受取る電圧は、第１端子で受取られる電圧よりも大きい絶対値を有し、前記回路には、前記少なくとも２つの電圧間の範囲における電圧を回路に供給するために設けられたレギュレータが含まれる半導体回路であって、
回路基板が、第１端子に接続されること、また、レギュレータが、回路基板と第２端子との間で相互接続されることを特徴とする半導体回路。
【請求項３】
請求項１又は２の何れかに記載の回路であって、
レギュレータには、少なくとも第１バイポーラトランジスタが含まれ、特に、ｎｐｎトランジスタが含まれることを特徴とする回路。
【請求項４】
請求項３に記載の回路であって、
レギュレータには、前記少なくとも第１バイポーラｎｐｎトランジスタにダーリントン構成で接続される少なくとも第２バイポーラｎｐｎトランジスタが含まれることを特徴とする回路。
【請求項５】
請求項２乃至４の何れかに記載の回路であって、
回路には、供給電圧を受取るための３つ以上の電圧供給端子が含まれることを特徴とする回路。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の回路であって、
回路は、加入者回線インターフェイス回路（ＳＬＩＣ）であることを特徴とする回路。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかに記載の回路であって、
レギュレータは、スイッチであることを特徴とする回路。
【国際調査報告】
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