(57)【要約】【課題】温度が高温になってもリーク電流を低減する。【解決手段】電子回路Ａは、チャネル長の異なるトランジスターＮ１及びトランジスターＮ２と、トランジスターＮ１及びトランジスターＮ２の一つを選択して所定のノードＮに電気的に接続する選択部１００とを備える。選択部１００は、温度センサー２００で検出された温度が高くなると、チャネル長の長いトランジスターＮ２を選択する。これにより、温度が高温になってもリーク電流が低減される。【選択図】図４
2012163520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャネル長の異なる複数のトランジスターと、
前記複数のトランジスターの一つを選択して所定のノードに電気的に接続する選択部とを備え、
前記選択部は、温度が高くなる程、チャネル長の長いトランジスターを選択する、
ことを特徴とする電子回路。
【請求項２】
温度を検出する温度センサーを備え、
前記選択部は、前記温度センサーで検出された温度に基づいて、前記複数のトランジスターから一つを選択して前記所定のノードに電気的に接続することを特徴とする請求項１に記載の電子回路。
【請求項３】
所定のノードと接地の間に直列に接続された複数のトランジスターと、
前記トランジスター間の接続点及び前記所定のノードの間に設けられた一又は複数のスイッチング素子と、
前記一又は複数のスイッチング素子の各々をオン状態にするかオフ状態にするかを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、温度が高くなる程、直列に接続される前記トランジスターの個数が多くなるように前記一又は複数のスイッチング素子の各々についてオン状態にするかオフ状態にするかを制御する、
ことを特徴とする電子回路。
【請求項４】
温度を検出する温度センサーを備え、
前記制御部は、前記温度センサーで検出された温度に基づいて、前記一又は複数のスイッチング素子の各々についてオン状態にするかオフ状態にするかを制御することを特徴とする請求項３に記載の電子回路。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の電子回路を備えた半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の電子回路を備えた電子時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、温度変化に対応できる電子回路、半導体装置および電子時計に関する。
【背景技術】
【０００２】
時計用の集積回路は、低消費電力且つ低電圧で動作することを前提に設計を行う。そのため、閾値電圧の低いトランジスターを使用することが多い（例えば、特許文献１参照）。このようなトランジスターを用いることにより、動作領域が確保でき、低電圧動作に有利となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−６０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、閾値電圧の低いトランジスターはリーク電流が大きいという欠点がある。特に、常温時にはリーク電流が小さくても、高温時ではリーク電流が大きくなる場合がある。この場合には、低消費電力を実現できないという問題があった。
【０００５】
この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、温度が変化してもリーク電流を抑制することが可能な電子回路、半導体装置および電子時計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】
【０００６】
この発明は、チャネル長の異なる複数のトランジスターと、前記複数のトランジスターの一つを選択して所定のノードに電気的に接続する選択部とを備え、前記選択部は、温度が高くなる程、チャネル長の長いトランジスターを選択することを特徴とする。
一般に、温度が高くなると、トランジスターのリーク電流は増加する。この発明によれば、温度が高くなる程、チャネル長の長いトランジスターを選択するのでリーク電流を低減することができる。この結果、電子回路の消費電力を削減することが可能となる。
【０００７】
この電子回路の好ましい態様は、温度を検出する温度センサーを備え、前記選択部は、前記温度センサーで検出された温度に基づいて、前記複数のトランジスターから一つを選択して前記所定のノードに電気的に接続することを特徴とする。この発明によれば、検出された温度に応じて、トランジスターを選択できるのでリーク電流を低減することが可能となる。
【０００８】
発明の他の態様に係る電子回路は、所定のノードと接地の間に直列に接続された複数のトランジスターと、前記トランジスター間の接続点及び前記所定のノードの間に設けられた一又は複数のスイッチング素子と、前記一又は複数のスイッチング素子の各々をオン状態にするかオフ状態にするかを制御する制御部とを備え、前記制御部は、温度が高くなる程、直列に接続される前記トランジスターの個数が多くなるように前記一又は複数のスイッチング素子の各々についてオン状態にするかオフ状態にするかを制御することを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、直列に接続されたトランジスターをスイッチング素子を用いて短絡することができるので、トランジスターのチャネル長を実質的に制御することができる。しかも、温度が高くなる程、直列に接続されるトランジスターの個数が多くなるように制御するから、温度が高くなるとチャネル長が長くなり高温で問題となるリーク電流を効果的に低減することができる。くわえて、トランジスターを直列に接続したので、回路の占有面積を低減することができる。
【００１０】
この電子回路の好ましい態様は、温度を検出する温度センサーを備え、前記制御部は、前記温度センサーで検出された温度に基づいて、前記一又は複数のスイッチング素子の各々についてオン状態にするかオフ状態にするかを制御することを特徴とする。この発明によれば、検出された温度に応じて、トランジスターを選択できるのでリーク電流を低減することが可能となる。
【００１１】
本発明に係る半導体装置は、上述した電子回路を備えたものである。また、本発明に係る電子時計は上述した電子回路を備えたものである。これらの半導体装置及び電子時計は、消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の一実施形態である電子回路の適用例である電子時計の外観を示す平面図である。
【図２】同電子時計の機能構成を示すブロック図である。
【図３】同電子時計における充電電流検出回路および積分手段の動作を示すタイムチャートである。
【図４】電子回路Ａの構成を示す回路図である。
【図５】トランジスターＮ１及びＮ２のチャネル長を説明するための説明図である。
【図６】電子回路Ｂの構成を示す回路図である。
【図７】電子回路Ｃの構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。
図１はこの発明の一実施形態である電子回路の適用例である電子時計１の外観を示す平面図である。図１に示すように、電子時計１は、時針２１、分針２２、秒針２３からなる時刻表示用指針２０を備えている。また、電子時計１の文字板２４の９時位置には、時刻表示用指針２０とは別に表示針（副表示針）３１および発電表示用目盛板３２が設けられている。この表示針３１および発電表示用目盛板３２は、二次電池（図１では図示略）に蓄積されている電気エネルギーにより電子時計１が動作を継続することが可能な残り時間（継続時間）を表示する手段である。なお、文字板２４の３時位置には窓２４１が形成され、文字板２４の裏面に配置された日車によって日付が表示可能とされている。
【００１４】
図２は電子時計１の機能構成を示すブロック図である。図２において、発電手段４は、電子時計１のケース内部に配置された回転錘２の運動またはりゅうず３の回転に応じて発電する交流発電機である。整流手段５は、発電手段４から出力される交流電流を整流するものであり、全波整流回路、半波整流回路などの公知の整流回路を利用することができる。
【００１５】
充電電流検出回路６は、整流手段５によって整流された電流の大きさを複数種類の閾値の各々と比較し、各比較結果を示す検出結果信号を出力する回路である。整流手段５によって整流された電流は、この充電電流検出回路６を通過し、蓄電手段である二次電池７に充電される。なお、蓄電手段としては、二次電池７に限らず、キャパシタを利用してもよい。積分手段８は、充電電流検出回路６から出力される検出結果信号に基づいて二次電池７に対する充電電流の平均電流値を算出し、その平均電流値を積算することにより継続時間を算出する回路である。
【００１６】
ここで、図３を参照し、充電電流検出回路６および積分手段８の動作を説明する。例えばりゅうず３の回転が繰り返されると、１回転毎に図３の最上段に例示するような複数の半波を繋げたバースト波形を持った電流が整流手段５から出力される。充電電流検出回路６には、所定のサンプリングレートのサンプリングパルスφが積分手段８から供給される。充電電流検出回路６は、整流手段５の出力電流と、大きさの異なった閾値Ｉ１〜Ｉ４（Ｉ１＜Ｉ２＜Ｉ３＜Ｉ４）の各々とを比較し、サンプリングパルスφの発生タイミングにおいて各比較結果をサンプリングし、検出結果信号ＳＣＰ１〜ＳＣＰ４として出力する。
【００１７】
積分手段８は、検出結果信号ＳＣＰ１〜ＳＣＰ４が充電電流検出回路６から得られる都度、検出結果信号ＳＣＰ１〜ＳＣＰ４が示す電流値を積算し、充電量積算値を算出する。具体的には検出結果信号ＳＣＰ１〜ＳＣＰ４が全てＬレベルである場合、充電電流の大きさは閾値Ｉ１以下である。従って、積分手段８は、現状の充電量積算値を維持する。また、検出結果信号ＳＣＰ１がＨレベル、検出結果信号ＳＣＰ２〜ＳＣＰ４がＬレベルである場合、充電電流の大きさは閾値Ｉ１〜Ｉ２の範囲内にある。従って、積分手段８は、閾値Ｉ１〜Ｉ２の範囲内の所定値を現状の充電量積算値に加える。また、検出結果信号ＳＣＰ１およびＳＣＰ２がＨレベル、検出結果信号ＳＣＰ３およびＳＣＰ４がＬレベルである場合、充電電流の大きさは閾値Ｉ２〜Ｉ３の範囲内にある。従って、積分手段８は、閾値Ｉ２〜Ｉ３の範囲内の所定値を現状の充電量積算値に加える。また、検出結果信号ＳＣＰ１〜ＳＣＰ３がＨレベル、検出結果信号ＳＣＰ４がＬレベルである場合、充電電流の大きさは閾値Ｉ３〜Ｉ４の範囲内にある。従って、積分手段８は、閾値Ｉ３〜Ｉ４の範囲内の所定値を現状の充電量積算値に加える。また、検出結果信号ＳＣＰ１〜ＳＣＰ４が全てＨレベルである場合、充電電流の大きさは閾値Ｉ４以上である。従って、積分手段８は、閾値Ｉ４以上の所定値を現状の充電量積算値に加える。一方、積分手段８は、単位時間の経過を示すタイミングパルスが発生する毎に、充電量積算値から電子時計１の単位時間当たりの電荷消費量を示す数値を減算する。
【００１８】
以上、りゅうず３の回転が繰り返されて発電手段４が発電する場合を例に充電電流検出回路６および積分手段８の動作の概略を説明したが、回転錘２の回転により発電手段４が発電する場合の充電電流検出回路６および積分手段８の動作も同様である。
【００１９】
持続時間表示制御手段９は、積分手段８が算出する充電量積算値に基づいて持続時間を算出し、この持続時間を表示針３１で指示するように持続時間表示用モータ駆動手段１０を制御する。持続時間表示用モータ駆動手段１０は、持続時間表示制御手段９から出力される駆動制御信号に基づいて、持続時間表示用モータ１１のモータコイル１１１に駆動パルスを与えて表示針３１を駆動し、この表示針（副表示針）３１により、発電量を積算した持続時間を表示する。
【００２０】
以上説明した電子時計１において、消費電力を低減することは電子時計１の稼働時間を長時間化する上で重要である。上述した各種の回路の一部には、以下に述べる電子回路が採用される。
図４に示す電子回路Ａは、チャネル長Ｌが異なるＮチャネルのトランジスターＮ１及びＮ２を備える。トランジスターＮ１のチャネル長Ｌは、トランジスターＮ２のチャネル長Ｌと比較して短い。図５にチャネル長Ｌ（横軸）とリーク電流Ｉcutoff（縦軸）の関係を示す。この図に示すように、チャネル長Ｌが長くなるほど、リーク電流Ｉcutoffが小さくなるという特性を示している。ここで、チャネル幅Ｗが一定であるとすれば、トランジスターＮ１のチャネル長Ｌが「ａ」であり、トランジスターＮ２のチャネル長Ｌが「ａ+Δ２」であるとする。この場合、チャネル長Ｌが長いトランジスターＮ２のリーク電流ＩcutoffはトランジスターＮ１のリーク電流Ｉcutoffより小さくなる。
【００２１】
このリーク電流Ｉcutoffは、高温になると増加する傾向にある。これは、トランジスターがオフ状態にある場合、基板の濃度差によって生じる拡散電流が支配的だからである。即ち、高温の方が低温よりキャリア数が多くなり拡散電流は増加するので、ゲート電圧が低くトランジスターがオフ状態である場合には、高温の方がリーク電流Ｉcutoffが大きくなる。リーク電流Ｉcutoffが増加すると、消費電力が増加するため、これを低減することが望まれる。
【００２２】
そこで、電子回路Ａでは、温度センサー２００を用いて温度を検知し、検知した温度に応じて選択部１００はトランジスターＮ１とトランジスターＮ２を切り替える。具体的には、温度が所定温度以上となった場合にチャネル長Ｌが長いトランジスターＮ２を選択してノードＸと電気的に接続する一方、温度が所定温度未満となった場合にチャネル長Ｌが短いトランジスターＮ１を選択してノードＸと電気的に接続する。これによって、温度が高温になってリーク電流Ｉcutoffが問題となる状態では、リーク電流Ｉcutoffが小さいトランジスターＮ２を用いるので、消費電力を低減することが可能となる。
【００２３】
なお、電子回路Ａでは、チャネル長の異なる２つのトランジスターＮ１、Ｎ２を選択部１００で切り替えたが、３個以上のチャネル長の異なるトランジスターを選択部１００に接続し、これらを選択部１００で選択してノードＸに電気的に接続してもよい。この場合、選択部１００は温度が高くなる程、チャネル長の長いトランジスターを選択すればよい。
【００２４】
次に、上述した各種の回路に適用可能な他の電子回路について説明する。図６は電子回路Ｂの回路図である。電子回路Ｂは、ノードＸと接地との間に、３つのＮチャネルのトランジスターＮ３、Ｎ４、及びＮ５を直列に接続し、温度に応じて切り換えるものである。トランジスターＮ３、Ｎ４、及びＮ５のチャネル長Ｌは、全て共通でもよいし、異ならせてもよい。
【００２５】
電子回路Ｂは、トランジスターＮ３〜Ｎ５の他に、スイッチングトランジスターＳ１及びＳ２を備える。スイッチングトランジスターＳ１はトランジスターＮ５のドレインとトランジスターＮ３のドレインとの間に設けられており、選択信号ＳＥＬ１によってオン・オフが制御される。一方、スイッチングトランジスターＳ２はトランジスターＮ５のソースとトランジスターＮ３のドレインとの間に設けられており、選択信号ＳＥＬ２によってオン・オフが制御される。
【００２６】
制御部３００は、温度センサー２００で検出された温度に応じて選択信号ＳＥＬ１及びＳＥＬ２を生成する。具体的には、第１温度Ｔ１と、第１温度より高い第２温度Ｔ２とを想定する。
検出温度が第１温度Ｔ１未満の場合、制御部３００は、選択信号ＳＥＬ１をハイレベルにする。この場合、トランジスターＮ５のドレインとトランジスターＮ３のドレインとが短絡されるので、実質的にトランジスターＮ３のみが選択される。
検出温度が第１温度Ｔ１以上第２温度Ｔ２未満の場合、制御部３００は、選択信号ＳＥＬ１をローレベルとし、且つ選択信号ＳＥＬ２をハイレベルにする。この場合、トランジスターＮ４のドレインとソースとが短絡されるので、実質的にトランジスターＮ３及びＮ５が直列に接続される。
検出温度が第２温度Ｔ２以上の場合、制御部３００は、選択信号ＳＥＬ１をローレベルとし、且つ選択信号ＳＥＬ２をローレベルにする。この場合、トランジスターＮ３〜Ｎ５が直列に接続される。
【００２７】
即ち、温度が高くなるにつれ、直列に接続されるトランジスターの数が増加するので、実質的にチャネル長Ｌが長くなる。これによって、高温時のリーク電流Ｉcutoffを低減することができる。また、電子回路Ｂは、電子回路Ａよりも多段階にチャネル長Ｌを調整することができ、チップ面積を小さくすることもできる。
なお、電子回路Ｂにおいて４個以上のトランジスターをノードＸと接地との間に直列に接続し、スイッチングトランジスターを増加してもよい。この場合、制御部３００は、温度が高くなる程、直列に接続されるトランジスターの個数が多くなるようにスイッチングトランジスターの各々についてオン状態にするかオフ状態にするかを制御すればよい。また、トランジスターＮ５とスイッチングトランジスターＳ１を削除して、トランジスターＮ４のドレインをノードＸと接続してもよい。この場合には、１個のスイッチングトランジスターＳ２を用いて、トランジスターＮ３を単独で用いるか、トランジスターＮ３及びＮ４を用いるかを選択すればよい。
【００２８】
上述した電子回路Ａ及びＢは、温度に応じてチャネル長Ｌを切り替えるものであったが、これらの電子回路Ａ及びＢと以下に述べる電子回路Ｃを併用してもよい。
図７（Ａ）は一般的なカレントミラー回路４００であり、同図（Ｂ）は電子回路Ｃの回路図である。電子回路Ｃは、カレントミラー回路４００に、トランジスターＮ８とトランジスターＮ９を付加したものである。
【００２９】
トランジスターＮ８のドレインとゲートとは短絡され、そのドレインは電流源ろ接続され、そのゲートはトランジスターＮ９のゲートと接続され、そのソースはトランジスターＮ６のドレインと接続される。
【００３０】
また、トランジスターＮ９のドレインはＰチャネルのトランジスターＰ１のドレインと接続され、トランジスターＮ９のソースはトランジスターＮ７のドレインと接続される。このため、トランジスターＮ７にかかるバイアス電圧は、トランジスターＮ９によって分圧される。一般に、トランジスターにかかるバイアス電圧は大きくなるほど、空乏層を広げ、チャネル長Ｌの実効長が短くなるチャネル変調効果が知られている。
【００３１】
電子回路Ｃでは、トランジスターＮ７にかかるバイアス電圧を小さくすることできるので、チャネル長Ｌの実効長を長くすることができる。これにより、リーク電流Ｉcutoffを低減して、ひいては消費電力を減らすことが可能となる。
【００３２】
なお、電子回路Ａ〜Ｃは、電子時計１の回路だけでなく、一般的な回路に適用できることは言うまでもない。また、電子回路Ａ〜Ｃは半導体集積回路などの半導体装置であってもよい。くわえて、電子回路Ａ及びＢのトランジスターはＮチャネル型で構成したがＰチャネル型で構成してもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１……電子時計、Ｎ１〜Ｎ９……トランジスター、Ａ〜Ｃ……電子回路、Ｓ１，Ｓ２……スイッチングトランジスター（スイッチング素子）、２００……温度センサー、３００……制御部、ＳＥＬ１，ＳＥＬ２……選択信号、Ｘ……ノード。
【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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