(57)【要約】      （修正有）【課題】チップの低電力デジタル回路用のリニア電圧管理装置を提供する。【解決手段】閾値電圧に応じて変化する基準電圧と、増幅器で構成されたバッファと、補償コンデンサとを備え、基準電圧がバッファの入力端となり、バッファの出力電圧が基準電圧と一致し、電流駆動能力を有し、補償コンデンサは電流負荷変化時の出力電圧の変動範囲を減少させる。基準電圧は閾下領域で作動する２つのＭＯＳゲートソース間電圧ＶＧＳを含み、基準電圧Ｖｒｅｆは関係式Ｖｒｅｆ  μ  b（?ＶＧＳ１?＋ＶＧＳ２）を満たし、増幅器からなる出力バッファを経た後、デジタル回路に電圧を提供する。ＭＯＳの閾値電圧に関連する基準に従い、プロセス条件と環境温度が変わるとき、基準電圧もそれに伴い変化し、このように、リニアレギュレータの出力はこのような条件の変化を反映して、デジタル回路の動作電源電圧を低下させ、それに応じて、電力も大幅に低下する。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
チップの低電力デジタル回路用のリニア電圧管理装置であって、
閾値電圧に応じて変化する基準電圧と、増幅器で構成されたバッファと、補償コンデンサとを備え、前記基準電圧が前記バッファの入力端となり、前記バッファの出力電圧が基準電圧と一定し、電流駆動能力を有し、前記補償コンデンサは電流負荷変化時の出力電圧の変動範囲を減少させ、前記基準電圧は、閾下領域で作動する２つのＭＯＳゲートソース間電圧を含み、基準電圧Ｖｒｅｆは関係式Ｖｒｅｆ  μ  b（?ＶＧＳ１?＋ＶＧＳ２）を満たし、前記基準電圧Ｖｒｅｆは増幅器からなる出力バッファを経た後、デジタル回路に電圧を提供することを特徴とするリニア電圧管理装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は電圧管理の技術分野に関し、具体的には、チップの低電力デジタル回路用のリニア電圧管理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、チップを設計するとき、普通、複数の電圧ドメイン、デジタル回路、アナログ回路及び外部インターフェース回路の電圧が異なり、リニア電圧管理装置はこれら回路に電源を提供するための有効な手段であり、現在、汎用のリニア電圧管理装置は、たとえば特許「電流シンク負荷回路及び低圧差リニア電圧管理装置（ＣＮ１０６２００７４１Ａ）」の図１に示すように、バンドギャップリファレンス源、エラー増幅器、電力増幅管、サンプリング回路からなる。このような電圧管理装置は、各種条件で出力電圧の安定性を保持することを主な特徴とする。基準電圧として用いられるバンドギャップリファレンス源は、各種条件での基準電圧を小さく保持することによって、リニアレギュレータの電圧安定性を保持することができる。実際に使用されるとき、高温条件でＭＯＳトランジスタの閾値電圧が低下すると、回路に必要な実際の作動電源が低下できる。しかし、レギュレータの出力が一定であるため、チップのリーク電流増大を引き起こす。
【０００３】
デジタル回路の電力は、回路スイッチの動的電力、短絡電流、静的リーク電流からなり、この三種の電流のいずれかを減少させるのに有効な手段として、電源電圧を低下させる。従来のリニアレギュレータの回路では、チップが各種プロセスの条件でも作動できるように、最悪の場合に必要な最低作動電圧を閾値とするように、電圧が設定されるが、このように、デジタル回路の電源電圧が高くなり、電力が増大する。
【０００４】
従って、従来技術には改善する余裕がある。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
本考案が解決しようとする技術的問題は、従来技術の上記欠点に鑑み、閾値電圧に応じて変化する基準電圧と、増幅器で構成されたバッファと、補償コンデンサとを備え、前記基準電圧が前記バッファの入力端となり、前記バッファの出力電圧が基準電圧と一致し、電流駆動能力を有し、前記補償コンデンサは電流負荷変化時の出力電圧の変動範囲を減少させ、前記基準電圧は閾下領域で作動する２つのＭＯＳゲートソース間電圧を含み、基準電圧Ｖｒｅｆは関係式Ｖｒｅｆ  μ  b（?ＶＧＳ１?＋ＶＧＳ２）を満たし、増幅器からなる出力バッファを経た後、デジタル回路に電圧を提供する、チップの低電力デジタル回路用のリニア電圧管理装置を提供することである。
【考案の効果】
【０００６】
本考案に係るチップの低電力デジタル回路用のリニア電圧管理装置によれば、ＭＯＳの閾値電圧に関連する基準が使用されることで、プロセス条件と環境温度が変わったとき、基準電圧もそれに伴い変化し、このように、リニアレギュレータの出力がこのような条件変化を反映して、デジタル回路の動作電源電圧を低下させ、それに応じて、電力も大幅に低下する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
以下、図面及び実施例を参照しながら、本考案について更に説明する。
【図１】従来のリニア電圧管理装置の回路論理図である。
【図２】本考案に係るチップの低電力デジタル回路用のリニア電圧管理装置のリニアレギュレータの回路論理図である。
【図３】従来のリニア電圧管理装置を用いたデジタル回路の１２５Ｃでのリーク電流である。
【図４】本考案に係る電圧管理装置を用いたデジタル回路の１２５Ｃでのリーク電流である。
【考案を実施するための形態】
【０００８】
図１に、従来のリニア電圧管理装置の回路論理図が示されている。一例として、４０ｎｍＣＭＯＳプロセスでは、従来のリニア電圧管理装置のように設計され、コアデバイスの標準電圧を１．１Ｖとする。
【０００９】
図２に、本考案に係るチップの低電力デジタル回路用のリニア電圧管理装置の第１実施例のモジュール模式図が示されている。図２に示されるように、本考案の第１実施例によるチップの低電力デジタル回路用のリニア電圧管理装置は、閾値電圧に応じて変化する基準電圧と、増幅器で構成されたバッファと、補償コンデンサとを少なくとも備える。基準電圧は閾下領域で作動している２つのＭＯＳゲートソース間電圧ＶＧＳを含む。基準電圧Ｖｒｅｆは、関係式Ｖｒｅｆ  μ  b（?ＶＧＳ１?＋ＶＧＳ２）（式中、ＶＧＳ１は閾下領域で作動している第１のＭＯＳゲートソース間電圧、ＶＧＳ２は閾下領域で作動している第２のＭＯＳゲートソース間電圧である。）を満たす。基準電圧Ｖｒｅｆは増幅器からなる出力バッファを経た後、デジタル回路に電圧を提供するため、リニア電圧管理装置の出力電圧Ｖｏｕｔは同様に閾値電圧の変化に追従する。
【００１０】
一例として、４０ｎｍＣＭＯＳプロセスでは、コアデバイスの標準電圧は１．１Ｖである。デジタル回路の電力をできるだけ低下させるために、標準電圧より低い電源電圧が使用される。プロセスコーナーがＳＳにあり且つ温度が−４０℃である場合、本考案の最高出力電圧Ｖｏｕｔが１．０５Ｖである。
【００１１】
プロセスコーナーと温度が変化し、たとえばＦＦ[ｆａｓｔ  ｆａｓｔ  高速]、１２５℃の場合にも、従来のリニア電圧管理装置では、１．１Ｖとして設計され、本考案において、閾値電圧の変化を追跡するため、出力電圧が０．６２Ｖになり、従来の構造よりも遥かに低下する。その点について、１０００個の位相反転器でコントラストシミュレーションが行われた。
【００１２】
図３は従来のリニア電圧管理装置を用いたデジタル回路の１２５Ｃでのリーク電流である。図４は本考案の電圧管理装置を用いたデジタル回路の１２５Ｃでのリーク電流である。図中から明らかなように、本考案に係る回路リーク電流は、従来構造の１／３しかなく、本考案の電圧管理装置を用いることで、デジタル回路のリーク電流を著しく低下させる。
【００１３】
デジタル回路の動的電力については、その大きさが電源電圧の二乗に比例する。従来のリニア電圧管理装置では、出力が一定の電圧であり、その大きさが最悪の場合に必要な電圧を満足しなければならないため、動的電力が比較的安定している。本考案に係る電圧管理装置では、電圧出力が動的に変化し、最悪の場合は従来構造と一致する以外、ほかの条件での動的電力は比較的小さい。
【００１４】
本考案では、ＭＯＳの閾値電圧に関連する基準が使用されることで、プロセス条件と環境温度が変わったとき、基準電圧もそれに伴い変化し、このように、リニアレギュレータの出力はこのような条件の変化を反映して、デジタル回路の動作電源電圧を低下させ、それに応じて、電力も大幅に低下することを達成させる。
【００１５】
ＭＯＳトランジスタのリーク電流を低下させるために、電源電圧を作動環境の変化に応じて調整する必要があることから、随閾値電圧に応じて変化する基準が使用される。基準が閾値電圧に応じて変化するから、デジタル回路が正常に動作する場合、電源電圧をできるだけ低下させ、さらにＭＯＳトランジスタのリーク電流を低下させることができる。
【００１６】
本考案では、以上の実施例の設計によって、ＭＯＳの閾値電圧に関連する基準が使用され、プロセス条件と環境温度が変わったとき、基準電圧はそれに伴い変化し、このように、リニアレギュレータの出力はこのような条件の変化を反映して、デジタル回路の動作電源電圧を低下させ、それに応じて、電力も大幅に低下することを実現した。
【００１７】
本考案は、特定実施例に基づいて説明したが、当業者であれば、本考案の範囲を逸脱せずに、各種変化や同等置換が可能であることが理解すべきである。また、本考案の技術を用いる特定の場合に応じて、保護範囲内で本考案について各種の修正を行ってもよい。従って、本考案は、開示された特定実施例に制限されず、実用新案登録請求の範囲に属するすべての実施例を含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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