(57)【要約】【課題】半導体装置間のデータ転送時において、信号伝達の際に発生する信号の反射のエネルギーを保存し、保存したエネルギーを信号のドライブ時に使用することにより、反射により発生するノイズを低減すると共に、電力の有効利用を行う半導体装置を提供する。【解決手段】バッファ１に、ダイオード及びコンデンサを含む充電回路２と、同様にダイオード及びコンデンサを含む充電回路３とを接続する。充電回路２は、出力信号６に生じた反射信号によるオーバーシュートを電荷としてコンデンサ２３に充電し、充電回路３は、出力信号６に生じた反射信号によるアンダーシュートを電荷としてコンデンサ３３に充電することにより、オーバーシュート等のエネルギーを回収する。これらの電荷は、充電回路４１に集積され、コンデンサ４２に蓄えられた後、安定回路４３により内部電源の電源電圧に変換され内部電源として供給される。【選択図】図１
2007208403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力バッファ又は出力バッファにおける信号の入力時又は出力時のオーバーシュート及びアンダーシュートをエネルギーとして回収するエネルギー回収部と、回収されたエネルギーを充電する充電部と、充電部に充電された電荷を電源電圧として供給する供給部と、を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
出力端子と、前記出力端子を介して信号を出力する出力バッファと、前記出力バッファを含む電子回路に電圧を供給して動作させる電源と、前記出力バッファに接続され出力信号レベルの遷移時に出力電圧が電源電圧を超えるオーバーシュートをエネルギーとして回収して充電する第１の回路と、前記出力バッファに接続され出力信号レベルの遷移時に出力電圧がグランド電圧より低下するアンダーシュートをエネルギーとして回収して充電する第２の回路と、前記第１又は第２の回路に接続され第１又は第２の回路により充電された電荷を集積する充電回路と、前記第１及び第２の回路と前記充電回路との接続を切り替えるスイッチと、前記充電回路に接続され充電回路により集積された電荷を蓄えるコンデンサと、前記コンデンサに接続されコンデンサに蓄えられた電荷を内部電源の電源電圧に変換して内部電源として供給する回路と、を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
入力端子と、前記入力端子を介して信号を入力する入力バッファと、前記入力バッファを含む電子回路に電圧を供給して動作させる電源と、前記入力バッファに接続され入力信号レベルの遷移時に入力電圧が電源電圧を超えるオーバーシュートをエネルギーとして回収して充電する第１の回路と、前記入力バッファに接続され入力信号レベルの遷移時に入力電圧がグランド電圧より低下するアンダーシュートをエネルギーとして回収して充電する第２の回路と、前記第１又は第２の回路に接続され第１又は第２の回路により充電された電荷を集積する充電回路と、前記第１及び第２の回路と前記充電回路との接続を切り替えるスイッチと、前記充電回路に接続され充電回路により集積された電荷を蓄えるコンデンサと、前記コンデンサに接続されコンデンサに蓄えられた電荷を内部電源の電源電圧に変換して内部電源として供給する回路と、を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記スイッチは、電界効果型トランジスタからなることを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体装置。
【請求項５】
出力端子と、前記出力端子を介して信号を出力する出力バッファと、前記出力バッファを含む電子回路に電圧を供給して動作させる電源と、前記出力バッファに接続され出力信号レベルの遷移時に出力電圧が電源電圧を超えるオーバーシュートをエネルギーとして回収して充電する第１の回路と、前記出力バッファに接続され出力信号レベルの遷移時に出力電圧がグランド電圧より低下するアンダーシュートをエネルギーとして回収して充電する第２の回路と、前記第１及び第２の回路に夫々個別に接続され第１及び第２の回路により充電された電荷を集積する充電回路と、前記充電回路に夫々個別に接続され充電回路により集積された電荷を蓄えるコンデンサと、前記コンデンサに夫々個別に接続されコンデンサに蓄えられた電荷を内部電源の電源電圧に変換して内部電源として供給する回路と、を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
入力端子と、前記入力端子を介して信号を入力する入力バッファと、前記入力バッファを含む電子回路に電圧を供給して動作させる電源と、前記入力バッファに接続され入力信号レベルの遷移時に入力電圧が電源電圧を超えるオーバーシュートをエネルギーとして回収して充電する第１の回路と、前記入力バッファに接続され入力信号レベルの遷移時に入力電圧がグランド電圧より低下するアンダーシュートをエネルギーとして回収して充電する第２の回路と、前記第１及び第２の回路に夫々個別に接続され第１及び第２の回路により充電された電荷を集積する充電回路と、前記充電回路に夫々個別に接続され充電回路により集積された電荷を蓄えるコンデンサと、前記コンデンサに夫々個別に接続されコンデンサに蓄えられた電荷を内部電源の電源電圧に変換して内部電源として供給する回路と、を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
前記第１及び第２の回路は、ダイオードとコンデンサとを直列接続して構成されるスナバ回路を有することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１の回路は、カソード側が前記入力又は出力バッファに接続されアノード側が前記電源に接続された第１のダイオードと、この第１のダイオードと前記入力又は出力バッファとの接続点に接続されアノード側がこの接続点に接続された第２のダイオードと、この第２のダイオードに接続された第１のコンデンサと、この第１のコンデンサを前記電源と前記第１のダイオードとの接続点又は接地点に切り替える第１のスイッチと、を有し、前記第２のダイオードと前記第１のコンデンサとの接続点は前記スイッチを介して前記充電回路に接続され、前記第２の回路は、アノード側が前記入力又は出力バッファに接続されカソード側が接地点に接続された第３のダイオードと、この第３のダイオードと前記接地点との接続点に接続されアノード側がこの接続点に接続された第４のダイオードと、この第４のダイオードに接続された第２のコンデンサと、この第２のコンデンサを前記入力又は出力バッファと前記第３のダイオードとの接続点又は接地点に切り替える第２のスイッチと、を有し、前記第４のダイオードと前記第２のコンデンサとの接続点は前記スイッチを介して前記充電回路に接続されること、を特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１及び第２のスイッチは、電界効果型トランジスタからなることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１の回路は、カソード側が前記入力又は出力バッファに接続されアノード側が前記電源に接続された第１のダイオードと、この第１のダイオードと前記入力又は出力バッファとの接続点に接続されアノード側がこの接続点に接続された第２のダイオードと、一端がこの第２のダイオードに接続され他端が接地された第１のコンデンサと、を有し、前記第２のダイオードと前記第１のコンデンサとの接続点は前記充電回路に接続され、前記第２の回路は、アノード側が前記入力又は出力バッファに接続されカソード側が接地点に接続された第３のダイオードと、この第３のダイオードと前記接地点との接続点に接続されアノード側がこの接続点に接続された第４のダイオードと、一端がこの第４のダイオードに接続され他端が接地された第２のコンデンサと、を有し、前記第４のダイオードと前記第２のコンデンサとの接続点は前記充電回路に接続されること、を特徴とする請求項５又は６に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号送受信時に発生する反射のエネルギーを保存し、保存したエネルギーを電源電圧に回生することにより電力の有効利用を行う半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時のデジタル技術の発展に伴い、半導体装置が扱う信号の周波数は年々高くなり、１００ＭＨｚを超える周波数のインターフェイスを用いて半導体装置間のデータ転送を行う半導体装置が実用化されている。インターフェイス信号の周波数が高くなると、その信号を駆動するときの立ち上り、及び立下りの高速化が求められる。しかしながら、信号の立ち上り時間、及び立下り時間が短くなると、伝送路の特性インピーダンスのアンマッチによって信号波形が一時的に規定レベルを超えるオーバーシュート、及び信号波形が一時的に規定レベルを下回るアンダーシュート、が発生しやすくなる。オーバーシュート及びアンダーシュートは比較的大きな電流を伴うが、信号伝送において全く不要なものであり、消費電力を増大させるだけである。
【０００３】
パワーデバイスのスイッチング動作に伴う過渡電圧エネルギーを電源側に効率的に回生することができる技術として、特許文献１に開示された技術がある。図６は、特許文献１に記載の電圧型インバータの構成を示す回路図である。
【０００４】
図６に示すように、ＧＴＯ（ゲートターンオフサイリスタ）１０２ａ、１０２ｂには、夫々還流ダイオード１０３ａ、１０３ｂとスナバ回路１０４ａ、１０４ｂとが並列に接続されている。スナバ回路１０４ａはダイオード１１４ａとコンデンサ１１５ａとからなり、スナバ回路１０４ｂはダイオード１１４ｂとコンデンサ１１５ｂとからなる。そして、コンデンサ１１５ａ、１１５ｂには、夫々ダイオード１０６ａ、１０６ｂを介して、コンデンサ（エネルギー回生コンデンサ）１０５が並列に接続されている。また、ＧＴＯ１０２ａ、１０２ｂは、夫々リアクトル１０７ａ、１０７ｂを通じて直流電源１１０に接続されている。
【０００５】
スナバ回路１０４ａ、１０４ｂによりＧＴＯ１０２ａ、１０２ｂのオフ時の急峻な電圧上昇は抑制され、また、リアクトル１０７ａ、１０７ｂによりＧＴＯ１０２ａ、１０２ｂのオン時の急峻な電流変化は抑制される。また、スナバ回路１０４ａ、１０４ｂ内の夫々コンデンサ１１５ａ、１１５ｂに充電された吸収エネルギーは、その充電電圧の上昇に伴いＧＴＯ１０２ａ、１０２ｂのスイッチング動作に応じてダイオード１０６ａ、１０６ｂを通じてコンデンサ１０５に充電される。また、リアクトル１０７ａ、１０７ｂの吸収エネルギーは、ＧＴＯ１０２ａ、１０２ｂのオフ時にダイオード１０６ａ、１０６ｂを通じてコンデンサ１０５に充電される。
【０００６】
更に、電圧型インバータ１００には、コンデンサ１０５の充電電圧を検出するための電圧比較回路１０８と、コンデンサ１０５と直流電源１１０との間の接続をオン／オフするスイッチング素子であるＧＴＯ１１１ａ、１１１ｂと、このスイッチング動作を制御する点弧回路１０９ａ、１０９ｂとが設けられており、コンデンサ１０５の充電電圧が電源電圧を超えたときに、スイッチング素子をオン動作させることによりコンデンサ１０５と直流電源１１０とを接続し、リアクトル１１２ａ、１１２ｂ、及びダイオード１１３を介して、コンデンサ１０５の充電エネルギーを電源側に回生させる。なお、図６では、電圧比較回路１０８による比較電圧としては電源電圧を用いているが、同文献には、所定の基準電圧と比較できる実施例が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１４９８３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の従来技術には以下に示すような問題点がある。
【０００９】
従来の電子回路のドライバー及びレシーバーを介した信号伝達においては、周波数が高くなることによりＬＳＩ（Large Scale Integration ：大規模集積回路）に供給する電流が多くなり、消費電力と発熱が増大するという問題がある。また、発熱が増大することにより、冷却システムの高性能化が必要となり、ヒートシンクの大型化及び冷却ファンの高速化が必要となり、環境に悪影響を与えるという問題がある。これらは、環境問題が取りざたされる昨今の動きに逆行している。
【００１０】
上述のように、半導体装置間のデータ転送時においては、信号を駆動するときの立ち上がり時間、及び立下り時間が短くなると、伝送路の特性インピーダンスのアンマッチによってノイズ成分であるオーバーシュート、及びアンダーシュートが発生し、消費電力を増大させる。従って、オーバーシュート、及びアンダーシュートによる電力を再利用するフィードバック手段を設けることができれば、電力の有効利用につながると共に、反射によるノイズ成分を低減できる。
【００１１】
従来、特許文献１に記載されているように、スナバ回路を用いたエネルギー回生回路が知られている。しかしながら、これらの技術は、半導体装置間の高周波信号伝送時に発生するオーバーシュート、及びアンダーシュートを抑制するとともに反射のエネルギーを再利用して電力消費を抑えるものに対応するものではない。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、半導体装置間のデータ転送時において、信号伝達の際に発生する信号の反射のエネルギーを保存し、保存したエネルギーを信号のドライブ時に使用することにより、反射により発生するノイズを低減すると共に、電力の有効利用を行う半導体装置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】
本発明に係る半導体装置は、入力バッファ又は出力バッファにおける信号の入力時又は出力時のオーバーシュート及びアンダーシュートをエネルギーとして回収するエネルギー回収部と、回収されたエネルギーを充電する充電部と、充電部に充電された電荷を電源電圧として供給する供給部と、を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る半導体装置は、出力端子と、前記出力端子を介して信号を出力する出力バッファと、前記出力バッファを含む電子回路に電圧を供給して動作させる電源と、前記出力バッファに接続され出力信号レベルの遷移時に出力電圧が電源電圧を超えるオーバーシュートをエネルギーとして回収して充電する第１の回路と、前記出力バッファに接続され出力信号レベルの遷移時に出力電圧がグランド電圧より低下するアンダーシュートをエネルギーとして回収して充電する第２の回路と、前記第１又は第２の回路に接続され第１又は第２の回路により充電された電荷を集積する充電回路と、前記第１及び第２の回路と前記充電回路との接続を切り替えるスイッチと、前記充電回路に接続され充電回路により集積された電荷を蓄えるコンデンサと、前記コンデンサに接続されコンデンサに蓄えられた電荷を内部電源の電源電圧に変換して内部電源として供給する回路と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る半導体装置は、入力端子と、前記入力端子を介して信号を入力する入力バッファと、前記入力バッファを含む電子回路に電圧を供給して動作させる電源と、前記入力バッファに接続され入力信号レベルの遷移時に入力電圧が電源電圧を超えるオーバーシュートをエネルギーとして回収して充電する第１の回路と、前記入力バッファに接続され入力信号レベルの遷移時に入力電圧がグランド電圧より低下するアンダーシュートをエネルギーとして回収して充電する第２の回路と、前記第１又は第２の回路に接続され第１又は第２の回路により充電された電荷を集積する充電回路と、前記第１及び第２の回路と前記充電回路との接続を切り替えるスイッチと、前記充電回路に接続され充電回路により集積された電荷を蓄えるコンデンサと、前記コンデンサに接続されコンデンサに蓄えられた電荷を内部電源の電源電圧に変換して内部電源として供給する回路と、を有することを特徴とする。
【００１６】
スイッチは、電界効果型トランジスタから構成してもよい。
【００１７】
本発明に係る半導体装置は、出力端子と、前記出力端子を介して信号を出力する出力バッファと、前記出力バッファを含む電子回路に電圧を供給して動作させる電源と、前記出力バッファに接続され出力信号レベルの遷移時に出力電圧が電源電圧を超えるオーバーシュートをエネルギーとして回収して充電する第１の回路と、前記出力バッファに接続され出力信号レベルの遷移時に出力電圧がグランド電圧より低下するアンダーシュートをエネルギーとして回収して充電する第２の回路と、前記第１及び第２の回路に夫々個別に接続され第１及び第２の回路により充電された電荷を集積する充電回路と、前記充電回路に夫々個別に接続され充電回路により集積された電荷を蓄えるコンデンサと、前記コンデンサに夫々個別に接続されコンデンサに蓄えられた電荷を内部電源の電源電圧に変換して内部電源として供給する回路と、を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る半導体装置は、入力端子と、前記入力端子を介して信号を入力する入力バッファと、前記入力バッファを含む電子回路に電圧を供給して動作させる電源と、前記入力バッファに接続され入力信号レベルの遷移時に入力電圧が電源電圧を超えるオーバーシュートをエネルギーとして回収して充電する第１の回路と、前記入力バッファに接続され入力信号レベルの遷移時に入力電圧がグランド電圧より低下するアンダーシュートをエネルギーとして回収して充電する第２の回路と、前記第１及び第２の回路に夫々個別に接続され第１及び第２の回路により充電された電荷を集積する充電回路と、前記充電回路に夫々個別に接続され充電回路により集積された電荷を蓄えるコンデンサと、前記コンデンサに夫々個別に接続されコンデンサに蓄えられた電荷を内部電源の電源電圧に変換して内部電源として供給する回路と、を有することを特徴とする。
【００１９】
第１及び第２の回路は、ダイオードとコンデンサとを直列接続してなるスナバ回路を含むようにして構成することができる。
【００２０】
第１の回路は、カソード側が入力又は出力バッファに接続されアノード側が電源に接続された第１のダイオードと、この第１のダイオードと入力又は出力バッファとの接続点に接続されアノード側がこの接続点に接続された第２のダイオードと、この第２のダイオードに接続された第１のコンデンサと、この第１のコンデンサを電源と第１のダイオードとの接続点又は接地点に切り替える第１のスイッチと、を有し、第２のダイオードと第１のコンデンサとの接続点はスイッチを介して充電回路に接続され、第２の回路は、アノード側が入力又は出力バッファに接続されカソード側が接地点に接続された第３のダイオードと、この第３のダイオードと接地点との接続点に接続されアノード側がこの接続点に接続された第４のダイオードと、この第４のダイオードに接続された第２のコンデンサと、この第２のコンデンサを入力又は出力バッファと第３のダイオードとの接続点又は接地点に切り替える第２のスイッチと、を有し、第４のダイオードと第２のコンデンサとの接続点はスイッチを介して充電回路に接続されるようにして構成することができる。
【００２１】
第１及び第２のスイッチは、電界効果型トランジスタから構成してもよい。
【００２２】
第１の回路は、カソード側が入力又は出力バッファに接続されアノード側が電源に接続された第１のダイオードと、この第１のダイオードと入力又は出力バッファとの接続点に接続されアノード側がこの接続点に接続された第２のダイオードと、一端がこの第２のダイオードに接続され他端が接地された第１のコンデンサと、を有し、第２のダイオードと第１のコンデンサとの接続点は充電回路に接続され、第２の回路は、アノード側が入力又は出力バッファに接続されカソード側が接地点に接続された第３のダイオードと、この第３のダイオードと接地点との接続点に接続されアノード側がこの接続点に接続された第４のダイオードと、一端がこの第４のダイオードに接続され他端が接地された第２のコンデンサと、を有し、第４のダイオードと第２のコンデンサとの接続点は充電回路に接続されるようにして構成することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、電子回路で信号線に電気信号を伝達する場合において、発生する信号の反射のエネルギーを保存し、保存したエネルギーをドライバーが信号線をドライブするときに使用することにより、反射により発生するノイズの低減を行うとともに、エネルギーの有効利用を行うことが可能となり電力消費量を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す回路図である。また、図２は、本実施形態に係る半導体装置の外観を示す斜視図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態の半導体装置は、出力バッファの最終段であるバッファ１を備えて構成されており、バッファ１は入力された入力信号５に対して出力信号６を出力し、入力レベルがＨｉｇｈ（ハイ）レベルからＬｏｗ（ロー）レベルに変化すると出力レベルはＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化し、逆に、入力レベルがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化すると出力レベルはＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化するという性質を有する。
【００２６】
バッファ１は、ダイオード２１、ダイオード２２、コンデンサ２３、及びスイッチ２４からなる充電回路２に接続されている。バッファ１はダイオード２１を介してＩＯ電源に接続されており、ダイオード２１のアノード側がＩＯ電源側となっている。また、ダイオード２１とバッファ１との接続点はダイオード２２に接続され、次にダイオード２２はコンデンサ２３に接続され、更に、コンデンサ２３はスイッチ２４に接続されている。また、ダイオード２２のカソード側がコンデンサ２３側となっている。そして、スイッチ２４の接続を切り替えることにより、コンデンサ２３はＩＯ電源とダイオード２１との接続点に接続されるか、又は、接地される。
【００２７】
また、バッファ１は、ダイオード３１、ダイオード３２、コンデンサ３３、及びスイッチ３４からなる充電回路３に接続されている。バッファ１はダイオード３１を介して接地されており、ダイオード３１のカソード側が接地側となっている。また、ダイオード３１と接地点との接続点はダイオード３２に接続され、次にダイオード３２はコンデンサ３３に接続され、更に、コンデンサ３３はスイッチ３４に接続されている。また、ダイオード３２のカソード側がコンデンサ３３側となっている。そして、スイッチ３４の接続を切り替えることにより、コンデンサ３３はバッファ１とダイオード３１との接続点に接続されるか、又は、接地される。
【００２８】
ダイオード２２とコンデンサ２３との接続点、及びダイオード３２とコンデンサ３３との接続点は、スイッチ７による切り替えを介して、共に充電回路４１に接続されている。そして、充電回路４１はコンデンサ２３又は３３に一時的に蓄えられた電荷を集積する。更に、充電回路４１はコンデンサ４２に接続され、充電回路４１に集積された電荷はコンデンサ４２に蓄積される。更にまた、コンデンサ４２に蓄えられた電荷を内部電源の電源レベルに変換するために、コンデンサ４２は安定回路４３に接続されている。スイッチ２４、３４、７は、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果型トランジスタ）で構成され、出力レベル又は入力レベルによって切り替えられる。
【００２９】
次に、本実施形態の動作について説明する。はじめに、図１に示すように、スイッチ２４はＩＯ電源とダイオード２１のアノード側に接続され、スイッチ３４はＧＮＤ（Ground:グランド）側に接続され、スイッチ７は充電回路３側に接続されている。そして、入力信号５がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化すると、バッファ１は入力レベルと反対の動きをするので、出力レベルはＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。バッファ１の出力側は一般的にレシーバーに接続されており、特性インピーダンスのアンマッチによって反射波が戻ってくるが、反射波はバッファ１の電源電圧を超えることがある。本発明では、反射によって出力信号６の電圧がバッファ１の電源電圧を超えた場合に、これを回収する。即ち、出力に現れる信号の電圧が電源電圧を超えると、ダイオード２２を通して電流が流れ、コンデンサ２３に電荷が蓄積される。
【００３０】
次に、入力信号５がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化すると、バッファ１は入力レベルと反対の動きをするので、出力レベルはＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化する。このとき、スイッチ２４をＧＮＤ側に接続し、スイッチ３４をバッファ１とダイオード３１のアノード側に接続し、スイッチ７を充電回路２側に接続する。出力レベルがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化すると、反射によって出力レベルにＧＮＤレベル以下の電圧が発生する場合がある。出力に現れる信号の電圧がＧＮＤレベル以下になると、ダイオード３２を通して電流が流れ、コンデンサ３３に電荷が蓄積される。一方、コンデンサ２３に蓄えられた電荷は、スイッチ７を介して充電回路４１に移動する。
【００３１】
更に、入力信号５の入力電圧が、再びＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化すると、出力信号６のレベルはＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。このとき、スイッチ２４を電源とダイオード２１のアノード側に接続し、スイッチ３４をＧＮＤ側に接続し、また、スイッチ７を充電回路３側に接続する。これにより、コンデンサ３３に蓄えられた電荷は、スイッチ７を介して充電回路４１に移動する。
【００３２】
このように、反射によって発生する電荷をコンデンサ２３、３３に集めることにより、再びバッファ１で反射することがない。
【００３３】
充電回路４１に集められた電荷は、コンデンサ４２に充電される。そして、コンデンサ４２に蓄積された電荷は安定回路４３によって電圧を内部電源の電源電圧まで変換された後に、内部電源として供給される。
【００３４】
次に、図２を用いて、本実施形態の外観について説明する。図２においては、半導体を収めるインターポーザ５０上にはコンデンサ５１が設けられており、その上にはヒートシンク５２が設けられている。インターポーザ５０には、装置内部で発生した熱が伝わり、更に、コンデンサ５１を介してヒートシンク５２に伝わり、大気中に放熱されるようになっている。コンデンサ５１は、図１におけるコンデンサ４２を含んでおり、充電回路４１で集めた電荷を蓄え、安定回路４３に電力を供給する。
【００３５】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００３６】
第１の効果は、信号伝達時に反射により発生するオーバーシュート、及びアンダーシュート等のノイズ成分による電力を再利用可能にすることにより、本発明の半導体装置を使用したシステムの消費電力を少なくすることができることである。
【００３７】
第２の効果は、オーバーシュート及びアンダーシュートの電力を吸収することにより、反射によって発生するノイズを低減させることができることである。
【００３８】
第３の効果は、ノイズを低減させることで信号レベルの安定化を図ることが可能となり、より一層高い信号周波数を利用できる可能性が高まることである。またこれは、該周波数における動作をより安定化できることを意味する。
【００３９】
第４の効果は、オーバーシュート、及びアンダーシュートによる電流が、電源に戻ることをなくすことで、電源ラインからの電磁界放射レベルを下げることができることである。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構成を示す回路図である。
【００４１】
図３においては、図１の構成において、充電回路４４、コンデンサ４５、及び安定回路４６が設けられており、一方、スイッチ２４、３４、及び７は設けられておらず、コンデンサ２３及び３３はＧＮＤに接地され、また、充電回路２及び３は夫々充電回路４４及び４１に接続されている。その他の構成は図１と同じである。そのため、図１と同様の構成物には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４２】
次に、本実施形態の動作について説明する。バッファ１は入力信号５のレベルに従って出力信号６をドライブする。入力信号５がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化すると、バッファ１は入力レベルと反対の動きをするので、出力レベルはＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。バッファ１から出力された出力信号６は一般的にレシーバーに接続されており、特性インピーダンスのアンマッチによって反射波が戻ってくる。そして、反射波はバッファ１の電源電圧を超えることがある。本発明では、反射によって出力信号６の電圧がバッファ１の電源電圧を超えた場合に、これを電荷として回収する。即ち、出力に現れる信号の電圧が、電源電圧を超えると、ダイオード２２を通して電流が流れ、コンデンサ２３に充電される。コンデンサ２３に集めた電荷は充電回路４４によってコンデンサ４５に蓄積される。コンデンサ４５に蓄積された電荷は、安定回路４６によって電圧を内部電源の電源電圧まで変換され、内部電源として供給される
【００４３】
次に、入力信号５がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化すると、出力信号６はＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化する。出力信号６がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化すると、反射によって出力ピンにＧＮＤレベル以下の電圧が発生する。出力がＧＮＤレベル以下になると、ダイオード３２を通して電流が流れ、コンデンサ３３に充電されることになる。コンデンサ３３に充電された電荷は、充電回路４１によってコンデンサ４２に充電される。コンデンサ４２に充電された電荷は、安定回路４３によって電圧を内部電源の電源電圧まで変換され、内部電源として供給される。
【００４４】
このように、反射によって発生する電荷は、コンデンサ２３及び３３に集めることにより、再びバッファ１で反射することがない。
【００４５】
また、本実施形態の効果も第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００４６】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図４は、第３の実施形態に係る半導体装置の構成を示す回路図である。図４においては、図３におけるドライバーであるバッファ１がレシーバー８に置き換えられており、レシーバー８には入力信号９が入力され、その他の構成は図３と同様である。そのため、図３と同様の構成物には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４７】
次に、本実施形態の動作について説明する。本実施形態の動作は第２の実施形態の動作と同様であり、オーバーシュート及びアンダーシュートによる電源電圧を超える電圧による電流及びＧＮＤレベル以下の電圧による電流を集積し、内部電源として取り出すようになっている。
【００４８】
即ち、レシーバー８に入力される信号の電圧が、電源電圧を超えると、ダイオード２２を通して電流が流れ、コンデンサ２３に蓄積される。コンデンサ２３に集められた電荷は、充電回路４４によってコンデンサ４５に蓄積される。更に、コンデンサ４５に蓄積された電荷は、安定回路４６によって電圧を内部電源の電源電圧まで変換され、内部電源として供給される。一方、入力信号９の電圧がＧＮＤレベル以下になると、ダイオード３２を通して電流が流れ、コンデンサ３３に蓄積されることになる。コンデンサ３３に集められた電荷は、充電回路４１によってコンデンサ４２に蓄積される。更に、コンデンサ４２に蓄積された電荷は、安定回路４３によって電圧を内部電源の電源電圧まで変換され、内部電源として供給される。
【００４９】
このように、オーバーシュート及びアンダーシュートにより発生する電荷をコンデンサ２３及び３３に集めることにより、反射が少なくなる。また、本実施形態の効果も第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００５０】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図５は、第４の実施形態に係る半導体装置の構成を示す回路図である。図５においては、図１におけるドライバーであるバッファ１がレシーバー８に置き換えられており、レシーバー８には入力信号９が入力され、その他の構成は図１と同じである。そのため、図１と同様の構成物には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。本実施形態の動作も第１の実施形態の動作と同様であり、また、本実施形態の効果も第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、多くの信号線を持ち信号を高速に伝送することが必要な情報機器、通信機器、及び映像機器等に組み込まれる半導体装置に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す回路図である。
【図２】第１の実施形態に係る半導体装置の外観を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の構成を示す回路図である。
【図６】特許文献１に記載の電圧型インバータの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００５３】
１；バッファ
５、９；入力信号
２、３、４１、４４；充電回路
６；出力信号
７、２４、３４；スイッチ
８；レシーバー
２１、２２、３１、３２；ダイオード
２３、３３、４２、４５、５１；コンデンサ
４３、４６；安定回路
５０；インターポーザ
５２；ヒートシンク
１００；電圧型インバータ
１０２ａ、１０２ｂ、１１１ａ、１１１ｂ；ＧＴＯ
１０３ａ、１０３ｂ；還流ダイオード
１０４ａ、１０４ｂ；スナバ回路
１１３、１１４ａ、１１４ｂ；ダイオード
１０５、１１５ａ、１１５ｂ；コンデンサ
１０７ａ、１０７ｂ、１１２ａ、１１２ｂ；リアクトル
１０８；電圧比較回路
１０９ａ、１０９ｂ；点弧回路
１１０；直流電源
【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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