(57)【要約】【課題】ノーマルモードとスタンバイモードとの切替が、外部容量を必要とせず、レギュレータの出力電圧を安定できる半導体装置を提供することを課題とする。【解決手段】回路の動作がノーマルモードとスタンバイモードを有し、ノーマルモードを設定する信号の入力とスタンバイモードを設定する信号の入力とで各々独立して一定の電圧を発生する電圧発生回路を備え、ノーマルモードを設定、および解除する信号に対し、すくなくともスタンバイモードを設定する信号を遅延させる遅延回路を具備することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路の動作がノーマルモードとスタンバイモードを有し、ノーマルモードを設定する信号の入力とスタンバイモードを設定する信号の入力とで各々独立して一定の電圧を発生する電圧発生回路を備え、ノーマルモードを設定、および解除する信号に対し、すくなくともスタンバイモードを設定する信号を遅延させる遅延回路を具備することを特徴とする半導体回路。
【請求項２】
回路の動作がノーマルモードとスタンバイモードを有し、ノーマルモードを設定する信号の入力とスタンバイモードを設定する信号の入力とで各々独立して一定の電圧を発生する電圧発生回路を備え、ノーマルモードを設定する信号に対し、スタンバイモードを解除する信号を遅延させ、スタンバイモードを設定する信号に対し、ノーマルモードを解除する信号を遅延させる遅延回路を具備することを特徴とする半導体回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタンバイモードとスリープモードを有する半導体回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体回路は通常、消費電力が少なくなることを求められる。近年では代表的に、携帯電話などのように、持ち運びして利用される電子装置（いわゆるモバイル装置）に使用する半導体回路に、低消費電流が求められている。特に、回路が活性化するノーマルモードと非活性化するスタンバイモードを有し、半導体回路をスタンバイ(スリープ)モードに設定した場合の消費電流は、極力抑えるように半導体回路設計を行う必要がある。
【０００３】
このような設計に関し、内部電圧発生回路(以下：レギュレータ)の低消費電力について説明する。レギュレータとはICチップの外部電源を1端子のみで、内部に必要な電圧を供給する回路である。レギュレータが無い場合は、チップの外部端子に複数の外部電源を用意する必要がある。
【０００４】
図５は、ノーマルモードとスタンバイモードを有する一般的なレギュレータの例を示した説明図である。図で、回路の活性化信号Ampenは、ノーマルモードとスタンバイモードを選択する信号で、活性化信号Ampenに応じ、ノーマルモード信号Ampactenか、スタンバイ信号Ampstnen（スリープモード）が選択され活性化された出力となる。図５（ｂ）に示すように、活性化信号Ampenを、バッファとしてインバータを２段（Ｉｎｖ２、Ｉｎｖ３）、あるいは１段（Ｉｎｖ１）通すことでノーマルモード信号Ampactenか、スタンバイ信号Ampstnenかを選択し、出力される。
【０００５】
ノーマルモードが選択されると、差動増幅器ＡＭＰ１、ＰチャンネルトランジスタＰ１１、Ｐ１２、位相補償回路ＲＣ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２で構成される回路が動作する。ＡＭＰ１の正入力には、リファレンス電圧が入力されている。ＡＭＰ１の出力は、Ｐ１１のゲートとＰ１２のドレインに接続されている。Ｐ１１は、そのソースが電源電圧にバイアスされ、ドレインがレギュレータ出力Voutとなる。Ｐ１２のゲートはノーマルモード信号Ampactenが入力しており、スタンバイモードのときに導通（ＯＮ状態）となりドレインがソースにバイアスされている電源電圧となって、Ｐ１１を遮断（ＯＦＦ状態）する。Ｐ１１のゲート−ドレイン間には発信を防止するためのＲＣ１が接続されている。Ｐ１１のドレインにはさらに、Ｒ１、Ｒ２が直列接続しており、Ｒ２の他端子は接地され、Ｒ１、Ｒ２の間からＡＭＰ１の負入力端子に接続している。これから、Ｐ１１、Ｒ１、Ｒ２でレギュレータの温度変化等に対する補償回路を構成している。
【０００６】
スタンバイモードが選択されると、差動増幅器ＡＭＰ２、ＰチャンネルトランジスタＰ１３、Ｐ１４、位相補償回路ＲＣ２、抵抗Ｒ１、Ｒ２で構成される回路が動作する。ＡＭＰ１の正入力には、リファレンス電圧が入力されている。ＡＭＰ２の出力は、Ｐ１３のゲートとＰ１４のドレインに接続されている。Ｐ１３は、そのソースが電源電圧にバイアスされ、ドレインがレギュレータ出力Voutとなる。Ｐ１４のゲートはスタンバイ信号Ampstnenが入力しており、ノーマルモードのときに導通（ＯＮ状態）となりドレインがソースにバイアスされている電源電圧となって、Ｐ１３を遮断（ＯＦＦ状態）する。Ｐ１３のゲート−ドレイン間には発信を防止するためのＲＣ２が接続されている。Ｐ１３のドレインにはさらに、Ｒ１、Ｒ２が直列接続しており、Ｒ２の他端子は接地され、Ｒ１、Ｒ２の間からＡＭＰ２の負入力端子に接続している。これから、Ｐ１３、Ｒ１、Ｒ２でレギュレータの温度変化等に対する補償回路を構成している。
【０００７】
図６は、差動増幅器ＡＭＰ１、ＡＭＰ２の例を示した説明図である。図で、ＡＭＰ１では、ＮチャンネルトランジスタＮ２１とＮチャンネルトランジスタＮ２２とで差動対を成し、ＰチャンネルトランジスタＰ２１とＰチャンネルトランジスタＰ２２とで、能動負荷を構成している。ＮチャンネルトランジスタＮ２３は、定電流源を担っている。ＰチャンネルトランジスタＰ２３とＮチャンネルトランジスタＮ２４とが、ノーマルモードAmpactenが選択されるとＰ２３が遮断され、Ｎ２４が導通状態となり、能動負荷、低電流源を活性化する。スタンバイ信号Ampstnen（スリープモード）が選択されると、Ｐ２３が導通し、能動負荷Ｐ２１、Ｐ２２が遮断され、Ｎ２４が遮断状態となる。
【０００８】
同様に、ＡＭＰ２では、ＮチャンネルトランジスタＮ２５とＮチャンネルトランジスタＮ２６とで差動対を成し、ＰチャンネルトランジスタＰ２４とＰチャンネルトランジスタＰ２５とで、能動負荷を構成している。ＮチャンネルトランジスタＮ２７は、定電流源を担っている。ＰチャンネルトランジスタＰ２６とＮチャンネルトランジスタＮ２８とが、スタンバイモードAmpstnenが選択されるとＰ２６が遮断され、Ｎ２８が導通状態となり、能動負荷、低電流源を活性化する。ノーマルモードの信号Ampactenが選択されると、Ｐ２６が導通し、能動負荷Ｐ２１、Ｐ２２が遮断され、Ｎ２８が遮断状態となる。
【０００９】
以上のように、（１）ノーマルモード、（２）スタンバイ(スリープ)モードに応じてレギュレータが動作する。ノーマルモード時はVout端子の負荷電流が大きい（チップの消費電流が多い）ため、負荷電流分を供給できるように、Ｐ１１の幅Wサイズを大きく設計する。逆にスタンバイモード時は、負荷電流は小さい（チップの消費電流が少ない）ため、Ｐ１３の幅Wサイズは小さく設計する。Ｐ１１、Ｐ１３を駆動できるようにＡＭＰ１、ＡＭＰ２の消費電流を最適（ＡＭＰ１の消費電流＞ＡＭＰ２の消費電流)に設計し、チップの消費電流を抑える。同様に、ＡＭＰ１、ＡＭＰ２の定電流源を担っているトランジスタの電流も（Ｎ２３での電流＞Ｎ２７での電流）最適化している。このようにして、スタンバイ(スリープ)モードの消費電流を抑えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４０６４６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上のようにしてスタンバイ(スリープ)モードの消費電流を抑えているが、ノーマルモードとスタンバイモードとが切り替わるときに、遅延が生じ、両方のレギュレータが停止してしまうことがある。モードの切替は、図５（ｂ）で示した回路で活性化信号Ampenにより実施される。すなわち、活性化信号Ampenをバッファのインバータ２段Ｉｎｖ２、Ｉｎｖ３を経由してノーマルモード信号Ampactenを出力し、インバータ１段Ｉｎｖ１を経由してスタンバイ信号Ampstnenを出力している。
【００１２】
図７は、活性化信号Ampen、ノーマルモード信号Ampacten、スタンバイ信号Ampstnenのタイミングチャートの一例を示した説明図である。この例では各モードはそれぞれＨレベルの信号で設定、活性化される。図７（ａ）は理想的なタイミングチャートであって、図で示したように、スタンバイモードでは、活性化信号AmpenはＬレベルで、ノーマルモード信号AmpactenはＬレベル、スタンバイ信号AmpstnenはＨレベルである。差動増幅器ＡＭＰ２が活性化され、差動増幅器ＡＭＰ１は停止している。ノーマルモードへの切り替は活性化信号AmpenをＨレベルとし、ノーマルモード信号AmpactenはＨレベル、スタンバイ信号AmpstnenはＬレベルに変わる。この場合、差動増幅器ＡＭＰ１が活性化され、差動増幅器ＡＭＰ２は停止している。さらにスタンバイモードに切り替わるときには、活性化信号
AmpenはＬレベル、ノーマルモード信号AmpactenはＬレベル、スタンバイ信号AmpstnenはＨレベルに変わる。この場合、差動増幅器ＡＭＰ２が活性化され、差動増幅器ＡＭＰ１は停止している。
【００１３】
このとき、図５、図６に示した回路のレイアウトの配置、配線の寄生抵抗・寄生容量により遅延が起こると、差動増幅器ＡＭＰ１、ＡＭＰ２が一瞬共に停止するタイミングが発生する。図７（ｂ）は、ノーマルモード信号Ampactenがタイミング（１）で遅延した例であり、図７（ｃ）は、スタンバイ信号Ampstnenがタイミング（２）で遅延した例である。ノーマルモード信号Ampactenがタイミング（１）で遅延した場合、図７（ｂ）に示すように、このタイミング（１）でノーマルモード信号Ampacten、スタンバイ信号Ampstnen共にＬレベルになる状態が発生する。この結果図６に示したようにＡＭＰ１のトランジスタＰ２１、Ｐ２２（Ｐ２３が導通）、Ｎ２４、ＡＭＰ２のトランジスタＰ２４、Ｐ２５（Ｐ２６が導通）、Ｎ２８が遮断され、両方の差動増幅器が停止する。また、図７（ｃ）に示すスタンバイ信号Ampstnenのタイミング（２）の遅延発生でも同様にして差動増幅器が停止する。さらに図５で示すように、このような遅延でトランジスタＰ１２、Ｐ１４が活性化し、レギュレータ出力用のＰ１１、Ｐ１３も遮断状態となる。この結果、図５の出力端子Voutの負荷電流分を供給できなくなり、出力電圧がダウンする。特に、ノーマルモード信号Ampactenがタイミング（１）で遅延した場合、負荷電流がスタンバイモードに比較して大きく、出力電圧が急激に低下する。一方、スタンバイ信号Ampstnenがタイミング（２）で遅延した場合、負荷電流がノーマルモードに比較して小さく、出力電圧はある程度安定している。一般的にノーマルモード数ｍＡに対して、スタンバイモードは数百μＡ程度の負荷電流で約１／１０である。
【００１４】
このような問題の対応として、図８に示すような対策が考えられる。これは、図５のレギュレータ回路の出力端子をチップの外部に出し、外部容量(数μＦ程度)を追加した回路である。これにより、ＡＭＰ１とＡＭＰ２の動作切換えタイミングで両方停止しても外部容量に溜まった電荷により一定時間Vout出力端子の出力電圧を維持できる。ただしこの方法では二つの不都合がある。
（１）半導体回路の外部に端子を用意する必要があり半導体回路のPIN数が増える。
（２）外部容量(数μＦ)をチップごとに用意する必要があり、部品のコスト増になる。 
また、半導体回路の内部に容量を作成する場合は、一般的に最大数ｎＦ程度の容量が限界であるため、負荷電流に対して十分確保できていない。また、占有面積も大きくなり、十分な対策とは言えない。
【００１５】
本発明は、このような問題を解決するものであり、ノーマルモードとスタンバイモードとの切替が、外部容量を必要とせず、レギュレータの出力電圧を安定できる半導体回路を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は係る課題に鑑みなされたものであり、請求項１の発明は、
回路の動作がノーマルモードとスタンバイモードを有し、ノーマルモードを設定する信号の入力とスタンバイモードを設定する信号の入力とで各々独立して一定の電圧を発生する電圧発生回路を備え、ノーマルモードを設定、および解除する信号に対し、すくなくともスタンバイモードを設定する信号を遅延させる遅延回路を具備することを特徴とする半導体回路としたものである。
【００１７】
本発明の請求項２の発明は、
回路の動作がノーマルモードとスタンバイモードを有し、ノーマルモードを設定する信号の入力とスタンバイモードを設定する信号の入力とで各々独立して一定の電圧を発生する電圧発生回路を備え、ノーマルモードを設定する信号に対し、スタンバイモードを解除す
る信号を遅延させ、スタンバイモードを設定する信号に対し、ノーマルモードを解除する信号を遅延させる遅延回路を具備することを特徴とする半導体回路としたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の半導体回路は、以上のような構成であるので、ノーマルモードとスタンバイモードとの切替が、外部容量を必要とせず、レギュレータの出力電圧が安定している半導体回路とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の半導体回路の一例を示した説明図である。
【図２】図１の例の、活性化信号Ampen、ノーマルモード信号Ampacten、スタンバイ信号Ampstnenのタイミングチャートを示した説明図である。
【図３】本発明の半導体回路の他の例を示した説明図である。
【図４】図３の例の、活性化信号Ampen、ノーマルモード信号Ampacten、スタンバイ信号Ampstnenのタイミングチャートを示した説明図である。
【図５】ノーマルモードとスタンバイモードを有する一般的なレギュレータの例を示した説明図である。
【図６】図５で示した回路の、差動増幅器ＡＭＰ１、ＡＭＰ２の例を示した説明図である。
【図７】図５の、活性化信号Ampen、ノーマルモード信号Ampacten、スタンバイ信号Ampstnenのタイミングチャートの一例を示した説明図である。
【図８】図５のレギュレータ回路の出力をチップの外部に出力し、外部容量を追加した回路である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下本発明を実施するための形態につき説明する。
【００２１】
本発明の半導体回路は、回路の動作がノーマルモードとスタンバイモードを有し、ノーマルモードを設定する信号の入力とスタンバイモードを設定する信号の入力とで各々独立して一定の電圧を発生する電圧発生回路を備えていることを前提とする。そして、ノーマルモードを設定、および解除する信号に対し、すくなくともスタンバイモードを設定する信号を遅延させる遅延回路を具備する。
【００２２】
あるいは、ノーマルモードを設定する信号に対し、スタンバイモードを解除する信号を遅延させ、スタンバイモードを設定する信号に対し、ノーマルモードを解除する信号を遅延させる遅延回路を具備する。
【００２３】
本発明の半導体回路の実施の形態を、図を用いて具体的に説明する。図１は、本発明の半導体回路の一例を示した説明図である。図１（ｂ）は、図５（ｂ）で示した従来のレギュレータのモードの切替の回路が、ノーマルモードを設定、および解除する信号Ａmpactenに対し、すくなくともスタンバイモードを設定する信号Ａmpstnenを遅延させる遅延回路を具備した回路である。すなわち、活性化信号Ampenを、バッファのインバータＩｎｖ２、Ｉｎｖ３を経由してノーマルモード信号Ampactenを出力し、さらにインバータＩｎｖ１
を経由して遅延回路Ｄｅｌ１で遅延させた後に、スタンバイ信号Ampstnenを出力している。このような回路構成とすることで、Ampstnen信号の立ち上り/立ち下りを遅らせる。
【００２４】
図２に、Ampstnen信号にディレイ回路を追加したタイミングチャートを示す。図２は、本例の、活性化信号Ampen、ノーマルモード信号Ampacten、スタンバイ信号Ampstnenのタイミングチャートを示した説明図である。この例では図７と同様に、各モードはそれぞれＨレベルの信号で設定、活性化される。スタンバイモードでは、活性化信号AmpenはＬレベルで、ノーマルモード信号AmpactenはＬレベル、スタンバイ信号AmpstnenはＨレベルである。ノーマルモードへの切り替は活性化信号AmpenをＨレベルとし、ノーマルモード信号AmpactenはＨレベル、スタンバイ信号AmpstnenはＬレベルに変わる。さらにスタンバイモードに切り替わるときには、活性化信号AmpenはＬレベル、ノーマルモード信号AmpactenはＬレベル、スタンバイ信号AmpstnenはＨレベルに変わる。このとき、スタンバイ信号Ampstnenは、遅延回路で遅延した後に出力しているので、Ｌレベルに変わる（スタンバイモード解除）ときと、Ｈレベルに変わる（スタンバイモード設定）ときとは、本来の理想とする信号（図７（ａ）のAmpstnen信号で、図の破線で示した部分）のタイミングに対し、遅延する。したがってノーマルモード信号AmpactenがＨレベルとなり、ノーマルモードが設定し、差動増幅器ＡＭＰ１が動作するまでは、スタンバイ信号Ampstnenは解除されず差動増幅器ＡＭＰ２は停止しない。レギュレータ出力のトランジスタＰ１１も遮断されない。また、ノーマルモードが解除されて差動増幅器ＡＭＰ１が停止してから、スタンバイ信号がＨレベルに変わり、スタンバイモード設定されてから、差動増幅器ＡＭＰ２が動作する。この場合は、両差動増幅器が停止することがある。
【００２５】
このような動作から、レギュレータの出力は、ノーマルモードからスタンバイモードに切り替えるときに、差動増幅器が共に動作停止することが無く、安定している。スタンバイモードからノーマルモードに切り替えるときに、差動増幅器が共に動作停止することがあるが、スタンバイ区間の負荷電流は、ノールマ区間に比べて少なく、出力電圧の低下は小さいので大きな問題にはならない。
【００２６】
図３は、本発明の他の例を示した説明図である。図３（ｂ）は、図５（ｂ）で示した従来のレギュレータのモードの切替の回路が、ノーマルモードを設定する信号（Ａmpactenの立ち上がり）に対し、スタンバイモードを解除する信号（Ａmpstnenの立下り）を遅延させ、スタンバイモードを設定する信号（Ａmpstnenの立ち上がり）に対し、ノーマルモードを解除する信号（Ａmpactenの立ち下がり）を遅延させる遅延回路を具備した回路である。すなわち、活性化信号Ampenを、バッファのインバータＩｎｖ２、Ｉｎｖ３から、立下りを遅延する遅延回路Ｄｅｌ３を経由してノーマルモード信号Ampactenを出力し、インバータＩｎｖ１から、立下りを遅延する遅延回路Ｄｅｌ２を経由してスタンバイ信号Ampstnenを出力している。このような回路構成とすることで、Ampacten信号と、Ampstnen信号の立ち下りを遅らせる。
【００２７】
図４は、本例の、活性化信号Ampen、ノーマルモード信号Ampacten、スタンバイ信号Ampstnenのタイミングチャートを示した説明図である。この例では図７と同様に、各モードはそれぞれＨレベルの信号で設定、活性化される。スタンバイモードでは、活性化信号AmpenはＬレベルで、ノーマルモード信号AmpactenはＬレベル、スタンバイ信号AmpstnenはＨレベルである。ノーマルモードへの切り替は活性化信号AmpenをＨレベルとし、ノーマルモード信号AmpactenはＨレベル、スタンバイ信号AmpstnenはＬレベルに変わる。スタンバイ信号は、立下りを遅延する遅延回路Ｄｅｌ２を経由して出力するから、ノーマル信号AmpactenがＨレベルなってから、立ち下がってＬレベルとなる。したがって、差動増幅器ＡＭＰ１が活性化してから、差動増幅器ＡＭＰ２が動作停止する。
【００２８】
さらにスタンバイモードに切り替わるときには、活性化信号AmpenはＬレベル、ノーマ
ルモード信号AmpactenはＬレベル、スタンバイ信号AmpstnenはＨレベルに変わる。このとき、ノーマルモード信号Ampactenは、立下りを遅延する遅延回路Ｄｅｌ３を経由して出力するから、スタンバイ信号AmpstnenがＨレベルに変わってから、Ｌレベルに変わる。したがって、差動増幅器ＡＭＰ２が活性化してから、差動増幅器ＡＭＰ１が動作停止する。
【００２９】
このような動作から、レギュレータの出力は、ノーマルモードからスタンバイモードに切り替えるときに、また、スタンバイモードからノーマルモードに切り替えるときにも、差動増幅器が共に動作停止することが無く、安定している。この間、レギュレータ出力用のトランジスタｐ１１、ｐ１３が、同時に遮断されることがない。
【００３０】
図３（ｃ）には、本例に係る立下りで遅延する遅延回路の一例の説明図である。図で、抵抗Ｒ３とＮチャンネルトランジスタＮ３０とで、入力信号が接続されるインバータを形成している。その出力にコンデンサＣ１０を接続し、さらにインバータ３段を接続して遅延した信号を出力する。入力が０からＨレベルになる立ち上がりの場合は、Ｎ３０がＯＮとなり、Ｃ１０からの放電電流がトランジスタＮ３０を通じて流れるので、Ｎ３０のＯＮ抵抗を小さくすることにより急激に立ち上がれる。入力がＨレベルから０になる立下りでは、Ｎ３０が遮断ＯＦＦとなり、Ｃ１０の充電電流が抵抗Ｒ３を通じて流れるので、Ｒ３の値で電流量を制限することにより、立下りを遅延できる。
【００３１】
本発明の半導体回路は、以上のような構成であるので、ノーマルモードとスタンバイモードとの切替が、レギュレータの出力電圧が安定してできる半導体回路とすることができる。
【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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