JP3474809B2 - DC voltage conversion circuit and integrated circuit using the same - Google Patents
DC voltage conversion circuit and integrated circuit using the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電源電圧からそれ
よりも低い電圧を生成するための直流電圧変換回路と、
これを用いた半導体集積回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC voltage conversion circuit for generating a voltage lower than a power supply voltage, and
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit using this.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、半導体集積回路の集積度の向上は
著しく、ギガビット級の半導体メモリでは1チップに数
億個の半導体素子が、64ビットのマイクロプロセッサ
では1チップに数百万から1千万個の半導体素子が集積
されるようになっている。集積度の向上は素子の微細化
によって達成され、1GビットDRAM(Dynamic Rand
om Access Memory)においては0.15μmのゲート長
のMOSトランジスタが用いられ、さらに集積度が高ま
ると0.1μm以下のゲート長のMOSトランジタが用
いられるようになる。2. Description of the Related Art In recent years, the degree of integration of semiconductor integrated circuits has been remarkably improved. In a gigabit class semiconductor memory, hundreds of millions of semiconductor elements are included in one chip, and in a 64-bit microprocessor, millions to 1,000 parts are included in one chip. Tens of thousands of semiconductor devices are integrated. The improvement in the degree of integration is achieved by the miniaturization of elements, and 1G bit DRAM (Dynamic Rand)
In an om access memory), a MOS transistor having a gate length of 0.15 μm is used, and when the degree of integration is further increased, a MOS transistor having a gate length of 0.1 μm or less is used.
【0003】このような微細MOSトランジスタにおい
ては、ホットキャリア生成によるトランジスタ特性の劣
化やTDDB(Time Dependent Die1ectric Breakdow
n)による絶縁膜破壊が起きる。また、チャネル長が短
くなることによるしきい値電圧の低下を抑えるため、基
板領域やチャネル領域の不純物濃度が高められると、ソ
ース,ドレインの接合耐圧が低下する。In such a fine MOS transistor, deterioration of transistor characteristics due to generation of hot carriers and TDDB (Time Dependent Die1ectric Breakdow) are caused.
Insulation film breakdown due to n) occurs. Further, in order to suppress the decrease in the threshold voltage due to the shortened channel length, if the impurity concentration in the substrate region or the channel region is increased, the junction breakdown voltage between the source and drain is lowered.
【0004】これら微細素子の信頼性を維持するために
は、電源電圧を下げることが有効である。即ち、ソース
・ドレイン間の横方向電界を弱めることによってホット
キャリアの発生を防ぎ、ゲート・バルク間の縦方向電界
を弱めることによってTDDBを防ぐ。さらに、電源電
圧を下げることによって、ソース・バルク間,ドレイン
・バルク間の接合に加わる逆バイアスを低下させ、耐圧
の低下に対応させる。In order to maintain the reliability of these fine elements, it is effective to lower the power supply voltage. That is, by weakening the horizontal electric field between the source and drain, generation of hot carriers is prevented, and by weakening the vertical electric field between the gate and bulk, TDDB is prevented. Further, by lowering the power supply voltage, the reverse bias applied to the junction between the source and the bulk and between the drain and the bulk is reduced, and the withstand voltage is reduced.
【0005】一方、近年の市場の拡大が著しい携帯情報
機器においては、リチウムイオン電池に代表される軽量
でかつエネルギー密度の高い電源が主に使われている。
しかしながら、リチウムイオン電池は電圧が3〜3.6
V程度あり、上記微細MOSトランジスタの耐圧より高
く、このような微細トランジスタを用いた回路に適用す
る場合、直流電圧変換回路で降圧する必要がある。携帯
情報機器の使用時間は電源システムと構成部品の消費電
力によって決まり、より長時間使うためには、高エネル
ギー密度の電池、高効率の直流電圧変換回路、低消費電
力な集積回路が要求されている。降圧した電源電圧を特
に消費電力の大きいベースバンドLSIに用いること
は、LSIの低消費電力化の観点からも望ましい。On the other hand, in portable information equipment, which has been remarkably expanding in the market in recent years, a light source having a high energy density represented by a lithium ion battery is mainly used.
However, the voltage of the lithium-ion battery is 3 to 3.6.
There is about V, which is higher than the withstand voltage of the fine MOS transistor, and when applied to a circuit using such a fine transistor, it is necessary to step down the voltage using a DC voltage conversion circuit. The operating time of portable information devices is determined by the power consumption of the power supply system and its components.To use it for a longer period of time, a battery with high energy density, a high-efficiency DC voltage conversion circuit, and an integrated circuit with low power consumption are required. There is. It is desirable to use the stepped down power supply voltage for a baseband LSI that consumes a particularly large amount of power from the viewpoint of reducing the power consumption of the LSI.
【0006】図8に、半導体チップ内に集積形成された
直流電圧変換回路の従来例を示す。これは、任意のデュ
ーティ比を持つクロックパルスPU,NUをpチャネル
MOSトランジスタM101とnチャネルMOSトラン
ジスタM102からなるメインバッファ回路100に加
え、その出力OUTをインダクタL3とキャパシタC3
からなるローパスフィルタ回路を通して電源電圧より低
い電圧VDDを高効率で出力するものである。バッファ
回路100の電源電圧をVDDH、クロックパルスP
U,NUのデューティ比をRとすると、VDD=(1−
R)VDDHとなる。FIG. 8 shows a conventional example of a DC voltage conversion circuit integratedly formed in a semiconductor chip. This is to add clock pulses PU and NU having arbitrary duty ratios to a main buffer circuit 100 composed of a p-channel MOS transistor M101 and an n-channel MOS transistor M102, and to output its output OUT to an inductor L3 and a capacitor C3.
The voltage VDD, which is lower than the power supply voltage, is output with high efficiency through the low-pass filter circuit consisting of. The power supply voltage of the buffer circuit 100 is VDDH, the clock pulse P
If the duty ratio of U and NU is R, VDD = (1-
R) VDDH.
【0007】いま、VDDH=3V,R=2/3、VD
Dの負荷回路に流れる電流を300mAと仮定すると、
VDD=1V,変換効率90%の場合、バッファ回路1
00に流れる電流は111mAとなる。従って、バッフ
ァ回路100のMOSトランジスタM101とM102
において数mmのゲート幅が必要となるため、これを駆
動するためにはプリバッファ回路が必要となる。200
はこのようなプリバッファ回路を示し、M101を駆動
するためにM201〜M210で構成された信号INU
が入力する5段のインバータ回路と、M102を駆動す
るためにM211〜M220で構成された信号INDが
入力する5段のインバータ回路とからなる。Now, VDDH = 3V, R = 2/3, VD
Assuming that the current flowing through the load circuit of D is 300 mA,
When VDD = 1V and the conversion efficiency is 90%, the buffer circuit 1
The current flowing through 00 is 111 mA. Therefore, the MOS transistors M101 and M102 of the buffer circuit 100 are
Since a gate width of several millimeters is required, a pre-buffer circuit is required to drive this. 200
Indicates such a pre-buffer circuit, which is a signal INU composed of M201 to M210 for driving M101.
Is input and a five-stage inverter circuit to which the signal IND composed of M211 to M220 for driving M102 is input.
【0008】以上のように、半導体チップ内に集積され
た直流電圧変換回路を用いることにより、低コストで、
半導体チップ内の集積回路を構成する素子の信頼性を向
上させ、さらには集積回路の低消費電力化を図ることが
できる。しかしながら、この種の変換回路においては、
変換回路を構成する素子に加わる電圧が外部電圧に等し
くなるため、耐圧の関係で微細な素子が用いられないと
いう問題がある。その結果、耐圧は高いが駆動能力の低
い素子を用いる必要があり、損失が増加し、高効率の直
流電圧変換回路が実現し難いという問題がある。As described above, by using the DC voltage conversion circuit integrated in the semiconductor chip, the cost can be reduced.
It is possible to improve the reliability of the elements forming the integrated circuit in the semiconductor chip and further reduce the power consumption of the integrated circuit. However, in this type of conversion circuit,
Since the voltage applied to the element forming the conversion circuit becomes equal to the external voltage, there is a problem that a fine element cannot be used due to the breakdown voltage. As a result, there is a problem that it is necessary to use an element having a high breakdown voltage but a low driving capability, the loss increases, and it is difficult to realize a highly efficient DC voltage conversion circuit.
【0009】一方、携帯情報機器においては、動作時の
低消費電力化だけではなく、待機時の低消費電力化も求
められている。集積回路の低消費電力化のため、駆動電
圧を下げると素子の動作速度が低下したり動作しなくな
るという問題があり、これを解決するため、MOSトラ
ンジスタのしきい値電圧は電源電圧の低下と共に下げら
れている。しかしながら、しきい値電圧を下げるとオフ
リーク電流が増加し、機器が待機状態にあるときの消費
電力が増加するという問題がある。これを解決するた
め、動作時と待機時とでMOSトランジスタが形成され
ているウェルの電圧を変化させ、待機時のMOSトラン
ジスタのしきい値電圧を高くする方式が提案されてい
る。On the other hand, in portable information equipment, not only low power consumption during operation but also low power consumption during standby are required. To reduce the power consumption of the integrated circuit, there is a problem that the operating speed of the device is reduced or the device does not operate when the driving voltage is reduced. To solve this, the threshold voltage of the MOS transistor is reduced with the decrease of the power supply voltage. It has been lowered. However, when the threshold voltage is lowered, the off-leakage current increases, and there is a problem that the power consumption increases when the device is in the standby state. In order to solve this, a method has been proposed in which the voltage of the well in which the MOS transistor is formed is changed between the operating state and the standby state to increase the threshold voltage of the MOS transistor during the standby state.
【0010】この方式においては、集積回路を駆動する
ための電源電圧の他、pウェルとnウェルに与える2つ
の電圧が必要である。システムに負担をかけないために
はオンチップでこれらの電圧を発生させる必要がある。
これら2つの電圧を異なる直流電圧変換回路で作った場
合、駆動電圧を含め、計3種類の直流電圧変換回路が必
要となり、これらを制御する回路まで含めて考えると回
路規模が大きくなり、チップコストの増大を招く。In this system, in addition to the power supply voltage for driving the integrated circuit, two voltages applied to the p well and the n well are required. It is necessary to generate these voltages on-chip in order not to burden the system.
If these two voltages are created by different DC voltage conversion circuits, a total of three types of DC voltage conversion circuits including the drive voltage are required. Considering the circuits that control these, the circuit scale becomes large and the chip cost Cause an increase in
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】このように従来、微細
素子を用いた半導体集積回路において、信頼性を保ち低
消費電力化を図るために直流電圧変換回路を用いていた
が、低コスト化のため変換回路をオンチップにしようと
すると変換回路を構成するMOSトランジスタの耐圧が
持たないという問題があった。さらに、耐圧を持たせる
ために駆動能力の低い微細化されていない素子を用いる
と、効率が低下するという問題があった。また、動作時
と待機時とでウェル電位を変化させ、低電圧での動作と
待機時の低消費電力化を図ったシステムにおいて、リチ
ウムイオン電池からの3〜3.6Vの電圧から降圧した
電源電圧と2つのウェル電圧を発生させるために、3種
類のオンチップ直流電圧変換回路を用いると、回路規模
が増大しチップコストが増大するという問題があった。As described above, conventionally, in the semiconductor integrated circuit using the fine element, the DC voltage conversion circuit has been used in order to maintain reliability and reduce power consumption. Therefore, when the conversion circuit is made to be on-chip, there is a problem that the MOS transistors forming the conversion circuit do not have the withstand voltage. Further, if a non-miniaturized element having a low driving capability is used in order to have a withstand voltage, there is a problem that efficiency is reduced. Further, in a system in which the well potential is changed between operating and standby to achieve low voltage operation and low power consumption during standby, a power supply stepped down from a voltage of 3 to 3.6 V from a lithium ion battery. When three types of on-chip DC voltage conversion circuits are used to generate the voltage and the two well voltages, there is a problem that the circuit scale increases and the chip cost increases.
【0012】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、微細化された素子を用
いても素子にかかる電圧を外部電圧より下げることがで
き、且つ最小限の回路規模で2種類の変換出力を出力す
ることのできる直流電圧変換回路を提供することにあ
る。The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to make it possible to lower the voltage applied to an element below an external voltage even when a miniaturized element is used. Another object of the present invention is to provide a DC voltage conversion circuit capable of outputting two types of conversion outputs with the circuit scale of
【0013】また、本発明の他の目的は、上記直流電圧
変換回路を用いて低消費電力化,低コスト化をはかった
半導体集積回路を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit which uses the above DC voltage conversion circuit to reduce power consumption and cost.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】(構成)上記課題を解決
するために本発明は次のような構成を採用している。(Structure) In order to solve the above problems, the present invention adopts the following structure.
【0015】即ち本発明は、電源電圧からそれよりも低
い電圧を生成するための直流電圧変換回路において、第
1の電源端と中間電位端との間に接続された第1のイン
バータ回路と、第1の電源端よりも電位の低い第2の電
源端と前記中間電位端との間に接続された第2のインバ
ータ回路と、第1のインバータ回路の出力端に接続され
た第1のローパスフィルタ回路と、第2のインバータ回
路の出力端に接続された第2のローパスフィルタ回路
と、第1のインバータ回路の入力端に所定のデューティ
比の第1の駆動信号を入力する手段と、第2のインバー
タ回路の入力端に第1の駆動信号とは逆相の関係にある
第2の駆動信号を入力する手段とを具備してなることを
特徴とする。That is, according to the present invention, in a DC voltage conversion circuit for generating a voltage lower than a power supply voltage, a first inverter circuit connected between a first power supply terminal and an intermediate potential terminal, A second inverter circuit connected between a second power source terminal having a lower potential than the first power source terminal and the intermediate potential terminal, and a first low-pass connected to an output terminal of the first inverter circuit. A filter circuit; a second low-pass filter circuit connected to the output terminal of the second inverter circuit; a means for inputting a first drive signal having a predetermined duty ratio to the input terminal of the first inverter circuit; And a means for inputting a second drive signal having a phase opposite to that of the first drive signal to the input terminal of the second inverter circuit.
【0016】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。
(1) 第1の駆動信号は第1の電源端電位から中間電位ま
で振幅する矩形波であり、第2の駆動信号は第2の電源
端電位から中間電位まで振幅する矩形波であること。
(2) 第1の駆動信号を生成するためのインバータ群が第
1の電源端と中間電位端との間に接続され、第2の駆動
信号を生成するためのインバータ群が中間電位端と第2
の電源端との間に接続されていること。Here, the following are preferred embodiments of the present invention. (1) The first drive signal is a rectangular wave that oscillates from the first power supply end potential to the intermediate potential, and the second drive signal is a rectangular wave that oscillates from the second power supply end potential to the intermediate potential. (2) An inverter group for generating the first drive signal is connected between the first power source terminal and the intermediate potential terminal, and an inverter group for generating the second drive signal is connected to the intermediate potential terminal and the intermediate potential terminal. Two
Be connected to the power supply end of.
【0017】(3) インバータ回路を構成するpチャネル
MOSトランジスタのゲートとnチャネルMOSトラン
ジスタのゲートは共通接続されておらず、第1のインバ
ータ回路のpチャネルMOSトランジスタのゲートには
第1のp側駆動信号が入力され、第1のインバータ回路
のnチャネルMOSトランジスタのゲートには第1のn
側駆動信号が入力され、第2のインバータ回路のpチャ
ネルMOSトランジスタのゲートには第2のp側駆動信
号が入力され、第2のインバータ回路のnチャネルMO
Sトランジスタのゲートには第2のn側駆動信号が入力
されること。(3) The gates of the p-channel MOS transistors and the gates of the n-channel MOS transistors forming the inverter circuit are not commonly connected, and the gate of the p-channel MOS transistor of the first inverter circuit is connected to the first p-channel MOS transistor. The side drive signal is input to the gate of the n-channel MOS transistor of the first inverter circuit, and
Side driving signal is input, the second p-side driving signal is input to the gate of the p-channel MOS transistor of the second inverter circuit, and the n-channel MO of the second inverter circuit is input.
The second n-side drive signal is input to the gate of the S transistor.
【0018】(4) 第1のp側駆動信号は第1の電源端電
位から中間電位まで振幅する矩形波であり、第1のn側
駆動信号は第2の電源端電位から中間電位まで振幅する
矩形波であり、第2のp側駆動信号は第1の電源端電位
から中間電位まで振幅する矩形波であり、第2のp側駆
動信号は第2の電源端電位から中間電位まで振幅する矩
形波であること。(4) The first p-side drive signal is a rectangular wave that oscillates from the first power supply end potential to the intermediate potential, and the first n-side drive signal swings from the second power supply end potential to the intermediate potential. The second p-side drive signal is a rectangular wave oscillating from the first power source end potential to the intermediate potential, and the second p-side drive signal is oscillating from the second power source end potential to the intermediate potential. It must be a rectangular wave.
【0019】また本発明は、半導体集積回路において、
上記構成の直流電圧変換回路と、第1のローパスフィル
タを介した第1の整流出力端と第2のローパスフィルタ
を介した第2の整流出力端との間に接続され、第1の整
流出力端を電源端とし第2の整流出力端を接地端とする
論理回路と、この論理回路を構成するpチャネルMOS
トランジスタのボディ領域を第1の電源端又は第1の整
流出力端に接続するための第1の切り換え回路と、前記
論理回路を構成するnチャネルMOSトランジスタのボ
ディ領域を第2の電源端又は第2の整流出力端に接続す
るための第2の切り換え回路とを具備してなることを特
徴とする。The present invention also relates to a semiconductor integrated circuit,
The first rectified output is connected between the DC voltage conversion circuit having the above-mentioned configuration and the first rectified output end that passes through the first low-pass filter and the second rectified output end that passes through the second low-pass filter. A logic circuit whose end is a power supply end and a second rectification output end is a ground end, and a p-channel MOS which constitutes this logic circuit
A first switching circuit for connecting the body region of the transistor to the first power supply terminal or the first rectification output terminal, and the body region of the n-channel MOS transistor forming the logic circuit for the second power supply terminal or the second power supply terminal. And a second switching circuit for connecting to the two rectified output terminals.
【0020】(作用)本発明によれば、第1のインバー
タ回路と第2のインバータ回路が縦積みにされているの
で、これらの回路を構成する素子にかかる電圧は外部電
圧の1/2になる。また、降圧された2つの出力におい
て、外部電圧と高電圧側出力の差と低電圧側出力と接地
電圧の差とが等しくなる。従って、微細化された素子を
用いても素子にかかる電圧を外部電圧より下げることが
でき、且つ最小限の回路規模で2種類の変換出力を出力
することが可能となる。(Operation) According to the present invention, since the first inverter circuit and the second inverter circuit are vertically stacked, the voltage applied to the elements constituting these circuits is ½ of the external voltage. Become. In addition, in the two outputs that have been stepped down, the difference between the external voltage and the high voltage side output and the difference between the low voltage side output and the ground voltage become equal. Therefore, even if a miniaturized element is used, the voltage applied to the element can be made lower than the external voltage, and two types of converted outputs can be output with a minimum circuit scale.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.
【0022】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態に係わる直流電圧変換回路を示す回路構成図
である。図中の10はpチャネルMOSトランジスタM
1,M3及びnチャネルMOSトランジスタM2,M4
からなるメインバッファ回路である。即ち、M1のソー
スは電源電圧VDDHに接続され、ゲートは信号PUに
接続され、ドレインは出力端子OUTUに接続され、M
2のソースはノードMに接続され、ゲートは信号NUに
接続され、ドレインは出力端子OUTUに接続されてい
る。また、M3のソースはノードMに接続され、ゲート
は信号PDに接続され、ドレインは出力端子OUTDに
接続され、M4のソースは接地電位VSSに接続され、
ゲートは信号NDに接続され、ドレインは出力端子OU
TDに接続されている。(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
3 is a circuit configuration diagram showing a DC voltage conversion circuit according to the embodiment of FIG. 10 in the figure is a p-channel MOS transistor M.
1, M3 and n-channel MOS transistors M2, M4
It is a main buffer circuit consisting of. That is, the source of M1 is connected to the power supply voltage VDDH, the gate is connected to the signal PU, the drain is connected to the output terminal OUTU, and M1
The source of 2 is connected to the node M, the gate is connected to the signal NU, and the drain is connected to the output terminal OUTU. The source of M3 is connected to the node M, the gate is connected to the signal PD, the drain is connected to the output terminal OUTD, the source of M4 is connected to the ground potential VSS,
The gate is connected to the signal ND and the drain is the output terminal OU
It is connected to TD.
【0023】ここで、M1,M2で第1のインバータ回
路11が構成され、M3,M4で第2のインバータ回路
12が構成されている。第1のインバータ回路11にお
いて、M1,M2のゲートは共通接続されていないが、
各々のゲートには後述するように同相の駆動信号が入力
されることから、インバータとして機能するものとなっ
ている。第2のインバータ回路12においても同様であ
る。Here, M1 and M2 form a first inverter circuit 11, and M3 and M4 form a second inverter circuit 12. In the first inverter circuit 11, the gates of M1 and M2 are not commonly connected,
Since in-phase drive signals are input to each gate as described later, they function as inverters. The same applies to the second inverter circuit 12.
【0024】メインバッファ回路10において、信号P
UとNUは同相で等デューティ比、信号PDとNDは同
相で等デューティ比、さらに信号PDはPUと逆相の関
係にあり、信号NDはNUと逆相の関係にある。信号P
Uがローレベルのとき、信号NUはローレベル、信号P
DとNDはハイレベルであるから、M1とM4はオン
し、M2とM3はオフする。従って、出力OUTUはV
DDHまで充電され、出力OUTDはVSSまで放電さ
れる。In the main buffer circuit 10, the signal P
U and NU have the same phase and the same duty ratio, signals PD and ND have the same phase and the same duty ratio, and signal PD has a negative phase relationship with PU and signal ND has a negative phase relationship with NU. Signal P
When U is low level, the signal NU is low level and the signal P
Since D and ND are at high level, M1 and M4 are turned on and M2 and M3 are turned off. Therefore, the output OUTU is V
It is charged to DDH and the output OUTD is discharged to VSS.
【0025】信号PUがハイレベルのとき、信号NUは
ハイレベル、信号PDとNDはローレベルであるから、
M1とM4はオフし、M2とM3はオンする。従って、
ノードMの電圧はVDDHをM2とM3のオン抵抗によ
り抵抗分割した値VMになる。その結果、出力OUTU
はVMまで放電され、出力OUTDはVMまで充電され
る。When the signal PU is at high level, the signal NU is at high level and the signals PD and ND are at low level.
M1 and M4 turn off and M2 and M3 turn on. Therefore,
The voltage of the node M becomes a value VM obtained by resistance-dividing VDDH by the ON resistances of M2 and M3. As a result, the output OUTU
Are discharged to VM and the output OUTD is charged to VM.
【0026】出力OUTUにはインダクタL1とキャパ
シタC1からなる第1のローパスフィルタ回路21、出
力OUTDにはインダクタL2とキャパシタC2からな
る第2のローパスフィルタ回路22がそれぞれ接続され
ている。これらのフィルタ回路20(21,22)によ
り、信号PUのデューティ比で決定される一定電圧がフ
ィルタの出力VDDUとVDDDに現れる。The output OUTU is connected to a first low-pass filter circuit 21 composed of an inductor L1 and a capacitor C1, and the output OUTD is connected to a second low-pass filter circuit 22 composed of an inductor L2 and a capacitor C2. By these filter circuits 20 (21, 22), a constant voltage determined by the duty ratio of the signal PU appears at the outputs VDDU and VDDD of the filter.
【0027】30はメインバッファ回路10を駆動する
ためのプリバッファ回路である。この例では、電源電圧
VDDHと接地電位VSSとの間にインバータが2段積
みされた縦積みインバータ回路3つから構成されてい
る。即ち、MOSトランジスタM21〜M24からなる
縦積みインバータ回路において、M21のソースは電源
電圧VDDHに接続され、ゲートは信号BINU1に接
続され、ドレインはノードINU3に接続され、M22
のソースはノードMに接続され、ゲートは信号BINU
1に接続され、ドレインはノードINU3に接続されて
いる。Reference numeral 30 is a pre-buffer circuit for driving the main buffer circuit 10. In this example, it is composed of three vertically stacked inverter circuits in which two inverters are stacked between the power supply voltage VDDH and the ground potential VSS. That is, in the vertically stacked inverter circuit including the MOS transistors M21 to M24, the source of M21 is connected to the power supply voltage VDDH, the gate is connected to the signal BINU1, the drain is connected to the node INU3, and M22.
Source is connected to the node M, and the gate is the signal BINU
1 and the drain is connected to the node INU3.
【0028】また、M23のソースはノードMに接続さ
れ、ゲートは信号BINDに接続され、ドレインはノー
ドIND3に接続され、M24のソースは接地電位VS
Sに接続され、ゲートは信号BINDに接続され、ドレ
インはノードIND3に接続されている。The source of M23 is connected to the node M, the gate is connected to the signal BIND, the drain is connected to the node IND3, and the source of M24 is the ground potential VS.
It is connected to S, the gate is connected to the signal BIND, and the drain is connected to the node IND3.
【0029】ノードINU3とIND3はMOSトラン
ジスタM25〜M28からなる縦積みインバータ回路に
それぞれ入力され、各々のインバータ回路の出力NUと
PDはプリバッファ回路30の出力となる。また、ノー
ドINU3とIND3はMOSトランジスタM29〜M
32からなる縦積みインバータ回路にそれぞれ入力さ
れ、各々のインバータ回路の出力PUとNDはプリバッ
ファ回路30の出力となる。The nodes INU3 and IND3 are respectively input to the vertically stacked inverter circuit composed of MOS transistors M25 to M28, and the outputs NU and PD of each inverter circuit become the output of the prebuffer circuit 30. The nodes INU3 and IND3 are connected to the MOS transistors M29 to M29.
Each of the inverter circuits 32 is input to the vertically stacked inverter circuit, and the outputs PU and ND of each inverter circuit become the output of the prebuffer circuit 30.
【0030】プリバッファ回路30の入力から出力まで
の縦積みインバータ回路の段数は2段に限定されるもの
ではない。段数はメインバッファ回路10の駆動電流で
決まるゲート幅に応じて決定される。また、ノードMは
メインバッファ回路10と共通でなくてもよい。さら
に、ノードMは全ての縦積みインバータ回路で共通にし
なくてもよい。The number of stages of the vertically stacked inverter circuit from the input to the output of the prebuffer circuit 30 is not limited to two. The number of stages is determined according to the gate width determined by the drive current of the main buffer circuit 10. Further, the node M may not be common to the main buffer circuit 10. Further, the node M does not have to be common to all the vertically stacked inverter circuits.
【0031】25はノードMに接続された安定化回路で
ある。この安定化回路25は、2つの抵抗或いはノーマ
リオンのMOSトランジスタを用いて構成される。ま
た、さらに安定にするためにキャパシタを接続してもよ
い。これらの回路はオンチップにしてもよいし、外部か
ら個別素子で構成してもよい。Reference numeral 25 is a stabilizing circuit connected to the node M. The stabilizing circuit 25 is configured by using two resistors or normally-on MOS transistors. Also, a capacitor may be connected for further stabilization. These circuits may be on-chip or may be externally configured with individual elements.
【0032】40は2つのインバータ回路とレベルシフ
タからなるバッファ付きのレベルシフト回路である。即
ち、入力信号INUはMOSトランジスタM41,M4
2からなるインバータ回路に入力され、その出力BIN
Uがレベルシフタに入力される。また、入力信号IND
はMOSトランジスタM43,M44からなるインバー
タ回路に入力され、このインバータ回路からBINDが
出力される。これらのインバータ回路の電源端子は、V
DDHよりも低い電源電圧VDDLに接続されている。Reference numeral 40 is a level shift circuit with a buffer which is composed of two inverter circuits and a level shifter. That is, the input signal INU is the MOS transistors M41 and M4.
Input to the inverter circuit consisting of 2 and its output BIN
U is input to the level shifter. Also, the input signal IND
Is input to an inverter circuit composed of MOS transistors M43 and M44, and BIND is output from this inverter circuit. The power supply terminals of these inverter circuits are V
It is connected to a power supply voltage VDDL lower than DDH.
【0033】レベルシフタは、pチャネルMOSトラン
ジスタM45,M46とnチャネルMOSトランジスタ
M47,M48,M49からなり、M48のゲートに入
力する参照電位VREF及びM49のゲート電圧VGG
で制御される。このレベルシフタの電源端子は電源電圧
VDDHに接続され、M41,M42からなるインバー
タ回路によりVDDLからVSSの間でスイングする信
号BINUを、論理振幅を変えずにハイレベルがほぼV
DDHの信号BINU1,BINU2に変換することが
できる。The level shifter is composed of p-channel MOS transistors M45, M46 and n-channel MOS transistors M47, M48, M49. The reference potential VREF input to the gate of M48 and the gate voltage VGG of M49.
Controlled by. The power supply terminal of this level shifter is connected to the power supply voltage VDDH, and the signal BINU swinging between VDDL and VSS by the inverter circuit composed of M41 and M42 has a high level of almost V without changing the logic amplitude.
It can be converted into DDH signals BINU1 and BINU2.
【0034】具体的な例として、VDDL=1.5V,
VDDH=3V、入力信号INU,INDのデューティ
比TH/T=2/3(THはハイレベルの時間,Tは周
期)、M2とM3のオン抵抗は等しいと仮定した場合の
動作波形を図2に示す。このとき、BINUのハイレベ
ルは1.5V、ローレベルは0Vである。参照電位VR
EFはこれらの中間電圧、例えば0.75Vに設定され
ている。また、ゲート電圧VGGはMOSトランジスタ
M49が飽和領域で動作する電圧に設定されている。As a concrete example, VDDL = 1.5V,
VDDH = 3V, duty ratios TH / T = 2/3 of input signals INU and IND (TH is a high-level time, T is a cycle), and operating waveforms assuming that the on-resistances of M2 and M3 are equal to each other are shown in FIG. Shown in. At this time, the high level of BINU is 1.5V and the low level is 0V. Reference potential VR
The EF is set to the intermediate voltage between them, for example, 0.75V. The gate voltage VGG is set to a voltage at which the MOS transistor M49 operates in the saturation region.
【0035】BINUが0Vのとき、これはVREFよ
り低いので、MOSトランジスタM47はカットオフ状
態、M48はオン状態にあるため、レベルシフトタの出
力BINU1は充電、BINU2は放電される。BIN
Uが1.5Vのとき、これはVREFより高いので、M
OSトランジスタM47はオン状態、M48はカットオ
フ状態になり、BINU1は放電、BINU2は充電さ
れる。When BINU is 0V, which is lower than VREF, the MOS transistor M47 is in the cutoff state and M48 is in the ON state, so that the output BINU1 of the level shifter is charged and the BINU2 is discharged. BIN
When U is 1.5V, this is higher than VREF, so M
The OS transistor M47 is turned on, the transistor M48 is turned off, and BINU1 is discharged and BINU2 is charged.
【0036】MOSトランジスタのゲート幅を適当に選
ぶことにより、BINU1のハイレベルを約3V、ロー
レベルを約1.5Vにすることができる。従って、レベ
ルシフト回路40によって0〜1.5Vの間でスイング
する入力電圧は1.5V〜3Vの間のスイングに変換さ
れる。By appropriately selecting the gate width of the MOS transistor, the high level of BINU1 can be set to about 3V and the low level of BINU1 can be set to about 1.5V. Therefore, the level shift circuit 40 converts the input voltage swinging between 0 and 1.5V into a swing between 1.5V and 3V.
【0037】プリバッファ回路30ヘの入力BINU
1,BINDに対し、出力PUのハイレベルは3V、ロ
ーレベルは1.5VでTH=(2/3)T、NUはPU
と同一波形である。さらに、出力PDのハイレベルは
1.5V、ローレベルは0VでTH=T/3、NDはP
Dと同一波形である。Input BINU to the pre-buffer circuit 30
1, BIND, the high level of the output PU is 3V, the low level is 1.5V, TH = (2/3) T, NU is PU
Has the same waveform as. Further, the high level of the output PD is 1.5V, the low level is 0V, TH = T / 3, and ND is P.
It has the same waveform as D.
【0038】また、VM=VDDH/2=1.5Vとな
るため、OUTUのハイレベルは3V,ローレベルは
1.5V、OUTDのハイレベルは1.5V,ローレベ
ルは0V、そしてVDDU=2V,VDDD=1Vとな
る。従って、VDDHとVDDUの差は1V、VDDD
とVSSの差も1Vとなり、2つの差は等しくなる。Since VM = VDDH / 2 = 1.5V, the high level of OUTU is 3V, the low level is 1.5V, the high level of OUTD is 1.5V, the low level is 0V, and VDDU = 2V. , VDDD = 1V. Therefore, the difference between VDDH and VDDU is 1V, VDDD
The difference between V and VSS is also 1V, and the two differences are equal.
【0039】この動作において、MOSトランジスタM
1〜M4,M21〜M32,M41〜M49のドレイン
・ソース間電圧はいずれも0〜1.5Vとなり、ドレイ
ン耐圧が3Vより下がった場合でも信頼性の問題は生じ
ない。In this operation, the MOS transistor M
The drain-source voltages of 1 to M4, M21 to M32, and M41 to M49 are all 0 to 1.5 V, and there is no reliability problem even when the drain breakdown voltage falls below 3 V.
【0040】なお、この回路はCMOS構成となってい
るため、バルク基板を用いて集積する場合、特に縦積み
インバータ回路において、上側のインバータを構成する
MOSトランジスタと下側のインバータを構成するMO
Sトランジスタのウェルを分離する必要がある。この場
合、3重ウェル構成にすることでウェルを分離すること
ができる。また、ウェル分離の不要なSOI基板上に形
成されたMOSトランジスタで構成することで、より簡
単な製造工程でこの回路を集積化することができる。Since this circuit has a CMOS structure, when it is integrated using a bulk substrate, especially in a vertically stacked inverter circuit, a MOS transistor forming an upper inverter and an MO transistor forming a lower inverter are formed.
It is necessary to separate the well of the S transistor. In this case, the wells can be separated by forming a triple well structure. In addition, by using a MOS transistor formed on an SOI substrate that does not require well separation, this circuit can be integrated by a simpler manufacturing process.
【0041】また、フィルタ回路20は個別素子を用い
てチップ外に与えることもできるし、同一チップ上に集
積形成してもよい。バッファ付きのレベルシフト回路4
0において、上側と下側で位相を反転させるために、レ
ベルシフタのBINU1から出力を取り出したが、BI
NU1の代わりにBINU2から出力を取り出し、下側
に新たに1つのインバータを挿入してもよい。Further, the filter circuit 20 may be provided outside the chip by using individual elements, or may be integrated and formed on the same chip. Level shift circuit with buffer 4
At 0, the output was taken out from the level shifter BINU1 in order to invert the phase between the upper side and the lower side.
Instead of NU1, the output may be taken out from BINU2 and one inverter may be newly inserted on the lower side.
【0042】また、バッファ付きのレベルシフト回路4
0において、2つのインバータ回路の電源端には外部電
源電圧VDDHよりも低いVDDLを供給したが、これ
らのインバータ回路に流れる電流は極めて少ないため、
VDDLは抵抗分割等によりVDDHから容易に作り出
すことができる。The level shift circuit 4 with a buffer is also provided.
In 0, VDDL lower than the external power supply voltage VDDH was supplied to the power supply ends of the two inverter circuits, but the current flowing through these inverter circuits is extremely small.
VDDL can be easily created from VDDH by resistance division or the like.
【0043】また、本実施形態ではレベルシフト回路を
用いることにより、バッファ回路における上側のインバ
ータ回路にVDDHからVMまで振幅する駆動信号を、
下側のインバータ回路にVSSからVMまで振幅する信
号を入力したが、双方のインバータ回路の入力端にVD
DHからVSSまで振幅する信号を入力するようにして
もよい。この場合は、レベルシフト回路は不要となる。Further, in this embodiment, by using the level shift circuit, the drive signal oscillating from VDDH to VM is supplied to the upper inverter circuit in the buffer circuit.
A signal swinging from VSS to VM was input to the lower inverter circuit, but VD was input to the input terminals of both inverter circuits.
You may make it input the signal which oscillates from DH to VSS. In this case, the level shift circuit is unnecessary.
【0044】このように本実施形態によれば、直流電圧
変換回路を構成するバッファ回路10,30を電源端V
DDHと接地端VSSの間に2つ縦積みに接続すること
で、各々のバッファ回路10,30を構成する素子にか
かる電圧を外部電圧の1/2にすることができる。その
結果、耐圧は低いが騒動能力の高い微細素子を用いるこ
とができ、信頼性が高くより高効率の直流電圧変換回路
を実現することが可能である。As described above, according to this embodiment, the buffer circuits 10 and 30 constituting the DC voltage conversion circuit are connected to the power source terminal V.
By vertically connecting two elements between DDH and the ground terminal VSS, the voltage applied to the elements forming the respective buffer circuits 10 and 30 can be halved of the external voltage. As a result, it is possible to use a fine element having a low breakdown voltage but a high noise level, and it is possible to realize a highly reliable and highly efficient DC voltage conversion circuit.
【0045】また、縦積みされた各々のバッファ回路1
0から2つの出力電圧VDDU,VDDDを取り出すこ
とで、外部電圧VDDHと高電圧側出力VDDUの差を
低電圧側出力VDDDと接地電圧VSSの差と等しくす
ることができる。その結果、動作時と待機時とでウェル
電位を変化させ、低電圧での動作と待機時の抵消費電力
化を図ったシステムにおいて、リチウムイオン電池から
の3〜3.6Vの電圧を降圧した電源電圧と2つのウェ
ル電圧を容易に発生させることができ、低コストなオン
チップ直流電圧変換回路を実現できる。Further, each buffer circuit 1 which is vertically stacked
By taking out two output voltages VDDU and VDDD from 0, the difference between the external voltage VDDH and the high voltage side output VDDU can be made equal to the difference between the low voltage side output VDDD and the ground voltage VSS. As a result, in the system in which the well potential is changed between the operating time and the standby time to reduce the power consumption during the low voltage operation and the standby time, the voltage of 3 to 3.6 V from the lithium ion battery is stepped down. A power supply voltage and two well voltages can be easily generated, and a low-cost on-chip DC voltage conversion circuit can be realized.
【0046】(第2の実施形態)図3は、本発明の第2
の実施形態に係わる直流電圧変換回路を示す回路構成図
である。なお、図1と同一部分には同一符号を付して、
その詳しい説明は省略する。(Second Embodiment) FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
3 is a circuit configuration diagram showing a DC voltage conversion circuit according to the embodiment of FIG. The same parts as those in FIG.
The detailed description is omitted.
【0047】この実施形態が先に説明した第1の実施形
態と異なる点は、プリバッファ回路の構成にある。本実
施形態のプリバッファ回路50は、電源電圧VDDHと
接地電位VSSとの間にインバータが2段積みされた縦
積みインバータ回路4つから構成されている。This embodiment differs from the first embodiment described above in the configuration of the pre-buffer circuit. The pre-buffer circuit 50 of the present embodiment is composed of four vertically stacked inverter circuits in which two inverters are stacked between the power supply voltage VDDH and the ground potential VSS.
【0048】即ち、レベルシフト回路40の出力BIN
U1とBINDはMOSトランジスタM51〜54から
なる縦積みインバータ回路に入力され、この出力がMO
SトランジスタM55〜M58からなる縦積みインバー
タ回路に入力され、この出力がMOSトランジスタM5
9〜M62からなる縦積みインバータ回路に入力され、
この出力がMOSトランジスタM63〜M66からなる
縦積みインバータ回路に入力され、この出力がPU,P
Dとなる。また、出力NUとNDは、それぞれPUとP
Dと同一となっている。That is, the output BIN of the level shift circuit 40
U1 and BIND are input to a vertically stacked inverter circuit composed of MOS transistors M51 to 54, and its output is MO.
It is input to the vertically stacked inverter circuit composed of S transistors M55 to M58, and the output is the MOS transistor M5.
9-M62 is input to the vertically stacked inverter circuit,
This output is input to the vertically stacked inverter circuit composed of MOS transistors M63 to M66, and the output is PU, P
It becomes D. The outputs NU and ND are PU and P, respectively.
It is the same as D.
【0049】プリバッファ回路50の入力から出力まで
の縦積みインバータ回路の段数は、4段に限定されるも
のではない。段数はメインバッファ回路10の駆動電流
で決まるゲート幅に応じて決定される。また、ノードM
はメインバッファ回路10と共通でなくてもよい。さら
に、ノードMは全ての縦積みインバータ回路で共通にし
なくてもよい。The number of stages of the vertically stacked inverter circuit from the input to the output of the prebuffer circuit 50 is not limited to four. The number of stages is determined according to the gate width determined by the drive current of the main buffer circuit 10. Also, node M
Need not be common with the main buffer circuit 10. Further, the node M does not have to be common to all the vertically stacked inverter circuits.
【0050】本実施形態においても、前記図2に示した
動作を実現することができ、MOSトランジスタM1〜
M4,M41〜M49,M51〜M66のドレイン・ソ
ース間電圧はいずれも0〜1.5Vとなり、ドレイン耐
圧が3Vより下がった場合でも信頼性の問題は生じな
い。従って、第1の実施形態と同様の効果が得られる。Also in the present embodiment, the operation shown in FIG. 2 can be realized, and the MOS transistors M1 to M1.
The drain-source voltages of M4, M41 to M49, and M51 to M66 are all 0 to 1.5 V, and reliability problems do not occur even when the drain breakdown voltage falls below 3 V. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
【0051】(第3の実施形態)図4は、本発明の第3
の実施形態に係わる直流電圧変換回路を示す回路構成図
である。なお、図1と同一部分には同一符号を付して、
その詳しい説明は省略する。(Third Embodiment) FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention.
3 is a circuit configuration diagram showing a DC voltage conversion circuit according to the embodiment of FIG. The same parts as those in FIG.
The detailed description is omitted.
【0052】この実施形態が先の第1の実施形態と異な
る点は、プリバッファ回路の構成にある。本実施形態の
プリバッファ回路60は、電源電圧VDDHと接地電位
VSSとの間にインバータが2段積みされた縦積みイン
バータ回路4つから構成されている。The difference between this embodiment and the first embodiment is the configuration of the pre-buffer circuit. The pre-buffer circuit 60 of the present embodiment is composed of four vertically stacked inverter circuits in which two inverters are stacked between the power supply voltage VDDH and the ground potential VSS.
【0053】即ち、レベルシフト回路40の出力BIN
U2とBINDはMOSトランジスタM51〜M54か
らなる縦積みインバータ回路に入力され、この出力がM
OSトランジスタM55〜M58からなる縦積みインバ
ータ回路に入力され、この出力がMOSトランジスタM
59〜M62からなる縦積みインバータ回路に入力され
る。That is, the output BIN of the level shift circuit 40
U2 and BIND are input to the vertically stacked inverter circuit composed of MOS transistors M51 to M54, and the output is M
It is input to the vertically stacked inverter circuit composed of the OS transistors M55 to M58, and the output is the MOS transistor M.
It is input to the vertically stacked inverter circuit composed of 59 to M62.
【0054】そして、MOSトランジスタM59〜M6
2からなる縦積みインバータ回路の出力がPDとNDと
なって、メインバッファ回路10の下側のMOSトラン
ジスタM3とM4を駆動する。また、PDとNDはMO
SトランジスタM63〜M66からなる縦積みインバー
タ回路に入力され、この出力がPU,PDとなって、メ
インバッファ回路10の上側のMOSトランジスタM1
とM2を駆動する。Then, the MOS transistors M59 to M6
The outputs of the vertically stacked inverter circuit composed of 2 become PD and ND, and drive the lower MOS transistors M3 and M4 of the main buffer circuit 10. Also, PD and ND are MO
It is input to the vertically stacked inverter circuit composed of S transistors M63 to M66, and the outputs thereof are PU and PD, and the MOS transistor M1 on the upper side of the main buffer circuit 10 is provided.
And drive M2.
【0055】具体的な例として、VDDL=1.5V,
VDDH=3V、入力信号INU,INDのデューティ
比TH/T=2/3、M2とM3のオン抵抗は等しいと
仮定した場合の動作波形を、図5に示す。PUのハイレ
ベルは3V,ローレベルは1.5VでTH=(2/3)
T、NUのハイレベルは1.5V,ローレベルはOVで
TH=(2/3)T、PDのハイレベルは3V,ローレ
ベルは1.5VでTH=T/3、NDのハイレベルは
1.5V,ローレベルは0VでTH=T/3である。As a concrete example, VDDL = 1.5V,
FIG. 5 shows operation waveforms on the assumption that VDDH = 3V, duty ratios TH / T = 2/3 of the input signals INU and IND, and on resistances of M2 and M3 are equal. PU high level is 3V, low level is 1.5V and TH = (2/3)
The high level of T and NU is 1.5V, the low level is OV and TH = (2/3) T, the high level of PD is 3V, the low level is 1.5V and TH = T / 3, and the high level of ND is The voltage is 1.5V, the low level is 0V, and TH = T / 3.
【0056】PUがローレベルである1.5Vのとき、
NUは0V,PDは3V,NDは1.5Vであるため、
メインバッファ回路10のM1とM4がオン状態、M2
とM3はオフ状態である。従って、OUTUは3Vのハ
イレベルとなり、OUTDは0Vのローレベルとなる。
PUがハイレベルである3Vのとき、NUは1.5V,
PDは1.5V,NDは0Vであるため、メインバッフ
ァ回路10のM1とM4はオフ状態となる。When PU is at a low level of 1.5 V,
Since NU is 0V, PD is 3V, and ND is 1.5V,
M1 and M4 of the main buffer circuit 10 are turned on, M2
And M3 are off. Therefore, OUTU becomes a high level of 3V and OUTD becomes a low level of 0V.
When PU is high level 3V, NU is 1.5V,
Since PD is 1.5V and ND is 0V, M1 and M4 of the main buffer circuit 10 are turned off.
【0057】このとき、インダクタL1への電流供給が
なくなるため、インダクタの性質によってOUTUは
1.5Vより電圧が下がり約1Vになり、M2はオン状
態となる。また、インダクタL2からの電流引き抜きが
なくなるため、インダクタの性質によって0UTDは
1.5Vより電圧が上がり約2Vになり、M3はオン状
態となる。その結果、ノードMの電圧VMは安定する。At this time, since the current supply to the inductor L1 is stopped, the voltage of OUTU drops from 1.5V to about 1V due to the nature of the inductor, and M2 is turned on. Further, since the current is not drawn from the inductor L2, the voltage of 0UTD rises from 1.5V to about 2V due to the nature of the inductor, and M3 is turned on. As a result, the voltage VM of the node M becomes stable.
【0058】その後、フィルタ回路21,22の共振動
作によってOUTUは1.5Vよりやや高い電圧まで上
昇、OUTDは1.5Vよりやや低い電圧まで下降す
る。この結果、フィルタ回路21,22を通した電圧V
DDUは約2Vに、VDDDは約1Vになる。従って、
VDDHとVDDUの差は1V、VDDDとVSSとの
差も1Vとなり、2つの差は等しくなる。After that, due to the resonance operation of the filter circuits 21 and 22, OUTU rises to a voltage slightly higher than 1.5V, and OUTD falls to a voltage slightly lower than 1.5V. As a result, the voltage V passed through the filter circuits 21 and 22
DDU is about 2V and VDDD is about 1V. Therefore,
The difference between VDDH and VDDU is 1V, the difference between VDDD and VSS is 1V, and the two differences are equal.
【0059】本実施形態においては、MOSトランジス
タM1〜M4のドレイン・ソース間電圧は0〜2Vとな
り、M41〜M49,M51〜M66のドレイン・ソー
ス間電圧はいずれも0〜1.5Vとなり、ドレイン耐圧
が3Vより下がった場合でも信頼性の問題は生じない。
そして、VDDH(3V)とVSS(0V)の電源電圧
からVDDU(2V)とVDDD(2V)の電圧を作り
出すことができ、第1の実施形態と同様の効果が得られ
る。In this embodiment, the drain-source voltages of the MOS transistors M1 to M4 are 0 to 2V, and the drain-source voltages of M41 to M49 and M51 to M66 are 0 to 1.5V, respectively. Even if the breakdown voltage is lower than 3V, the reliability problem does not occur.
Then, the voltages VDDU (2V) and VDDD (2V) can be generated from the power supply voltages VDDH (3V) and VSS (0V), and the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
【0060】なお、プリバッファ回路60において、縦
積みインバータ回路の3段目の出力がMOSトランジス
タM1とM4を駆動し、4段目の出力がMOSトランジ
スタM2とM3を駆動するように構成してもよい。ま
た、プリバッファ回路60の入力から出力までの縦積み
インバータ回路の段数は、4段に限定されるものではな
い。段数はメインバッファ回路10の駆動電流で決まる
ゲート幅に応じて決定される。また、ノードMはメイン
バッファと共通でなくてもよい。さらに、ノードMは全
ての縦積みインバータ回路で共通にしなくてもよい。In the pre-buffer circuit 60, the output of the third stage of the vertically stacked inverter circuit drives the MOS transistors M1 and M4, and the output of the fourth stage drives the MOS transistors M2 and M3. Good. The number of stages of the vertically stacked inverter circuit from the input to the output of the prebuffer circuit 60 is not limited to four. The number of stages is determined according to the gate width determined by the drive current of the main buffer circuit 10. The node M does not have to be the same as the main buffer. Further, the node M does not have to be common to all the vertically stacked inverter circuits.
【0061】(第4の実施形態)図6は、本発明の第4
の実施形態に係わる半導体集積回路を示す回路構成図で
ある。(Fourth Embodiment) FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention.
3 is a circuit configuration diagram showing a semiconductor integrated circuit according to the exemplary embodiment of FIG.
【0062】図中の70は直流電圧変換回路であり、こ
れは例えば前記図1に示した第1の実施形態の直流電圧
変換回路でローパスフィルタ回路21,22を除いたも
のであり、INU,INDの入力によりOUTU,OU
TDを出力する。また、入力信号INU,INDを入力
する代わりに、任意のデューティ比を生成するパルス生
成回路を内蔵してもよい。Reference numeral 70 in the figure denotes a DC voltage conversion circuit, which is, for example, the DC voltage conversion circuit of the first embodiment shown in FIG. 1 except the low-pass filter circuits 21 and 22. OUTU, OU by inputting IND
Output TD. Further, instead of inputting the input signals INU and IND, a pulse generation circuit that generates an arbitrary duty ratio may be incorporated.
【0063】20は第1の実施形態のようなローパスフ
ィルタ回路21,22からなるフィルタ回路で、入力O
UTUに対しVDDUを出力、入力OUTDに対しVD
DDを出力する。80はpチャネルMOSトランジスタ
及びnチャネルMOSトランジスタを有する論理回路で
あり、電源電圧VDDUを電源電圧としVDDDを接地
電圧として動作する。また、論理回路80を構成するM
OSトランジスタのボディ領域はVDDU,VDDDと
別々になっている。Reference numeral 20 is a filter circuit composed of the low-pass filter circuits 21 and 22 as in the first embodiment.
Output VDDU to UTU, VD to input OUTD
Output DD. Reference numeral 80 denotes a logic circuit having a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor, which operates using the power supply voltage VDDU as the power supply voltage and VDDD as the ground voltage. In addition, M that constitutes the logic circuit 80
The body region of the OS transistor is separated from VDDU and VDDD.
【0064】論理回路80を構成するpチャネルMOS
トランジスタのボディ領域の電圧VNとしては、MOS
トランジスタM91とM92によって、VDDH或いは
VDDUが与えられる。即ち、M91のソースはVDD
Uに接続され、ゲートは信号SLに接続され、ドレイン
はVNに接続され、M92のソースはVDDHに接続さ
れ、ゲートは信号SLの反転信号BSLに接続され、ド
レインはVNに接続されている。P-channel MOS forming the logic circuit 80
As the voltage VN of the body region of the transistor,
VDDH or VDDU is provided by the transistors M91 and M92. That is, the source of M91 is VDD
It is connected to U, the gate is connected to the signal SL, the drain is connected to VN, the source of M92 is connected to VDDH, the gate is connected to the inverted signal BSL of the signal SL, and the drain is connected to VN.
【0065】また、論理回路80を構成するnチャネル
MOSトランジスタのボディ領域の電圧VPとしては、
MOSトランジスタM93とM94によって、VDDD
或いはVSSが与えられる。即ち、M93のソースはV
SSに接続され、ゲートは信号SLに接続され、ドレイ
ンはVPに接続され、M94のソースはVDDDに接続
され、ゲートは信号BSLに接続され、ドレインはVP
に接続されている。Further, as the voltage VP of the body region of the n-channel MOS transistor forming the logic circuit 80,
VDDD by MOS transistors M93 and M94
Alternatively, VSS is given. That is, the source of M93 is V
Connected to SS, gate is connected to signal SL, drain is connected to VP, source of M94 is connected to VDDD, gate is connected to signal BSL, drain is VP
It is connected to the.
【0066】論理回路80が動作状態のときSLをロー
レベルにする。このとき、M91とM94がオン状態と
なり、M92とM93はオフ状態となるため、VN=V
DDU,VP=VDDDとなり、論理回路80を構成す
るMOSトランジスタのしきい値電圧は基板バイアスが
かからないときのしきい値電圧VT0となる。論理回路
80が非動作状態のとき、SLをハイレベルにする。こ
のとき、M91とM94がオフ状態となり、M92とM
93はオン状態となるため、VN=VDDH,VP=V
SSとなり、論理回路80を構成するMOSトランジス
タのしきい値電圧は基板バイアスがかかったときのしき
い値電圧VTとなる。When the logic circuit 80 is in operation, SL is set to low level. At this time, since M91 and M94 are turned on and M92 and M93 are turned off, VN = V
DDU, VP = VDDD, and the threshold voltage of the MOS transistor forming the logic circuit 80 becomes the threshold voltage VT0 when the substrate bias is not applied. When the logic circuit 80 is in the non-operation state, SL is set to the high level. At this time, M91 and M94 are turned off, and M92 and M94 are turned off.
Since 93 is turned on, VN = VDDH, VP = V
SS, the threshold voltage of the MOS transistor forming the logic circuit 80 becomes the threshold voltage VT when the substrate bias is applied.
【0067】ここで、|VT|>|VT0|なので、論
理回路80が動作するときはしきい値電圧の絶対値は小
さくなりより低電圧での高速動作が可能となり、論理回
路80が非動作状態のときはしきい値電圧の絶対値は大
きくなり無駄なリーク電流を減らすことができる。Since | VT |> | VT0 |, the absolute value of the threshold voltage becomes small when the logic circuit 80 operates, and high-speed operation at a lower voltage is possible, and the logic circuit 80 does not operate. In the state, the absolute value of the threshold voltage is increased, and useless leak current can be reduced.
【0068】図7に、論理回路80の具体例を示す。こ
の図では、複数のpチャネルMOSトランジスタのうち
M81とM82の2つだけを示し、複数のnチャネルM
OSトランジスタのうちM83とM84の2つだけを示
している。M81,M82のソースはVDDUに接続さ
れ、ボディはVNに接続され、M83,M84のソース
はVDDDに接続され、ボディはVPに接続されてい
る。論理回路80をバルク基板上に形成した場合、VN
はnウェル電圧であり、VPはpウェル電圧である。FIG. 7 shows a specific example of the logic circuit 80. In this figure, only two M81 and M82 of the plurality of p-channel MOS transistors are shown, and
Only two of M83 and M84 among OS transistors are shown. The sources of M81 and M82 are connected to VDDU, the bodies are connected to VN, the sources of M83 and M84 are connected to VDDD, and the bodies are connected to VP. When the logic circuit 80 is formed on the bulk substrate, VN
Is the n-well voltage and VP is the p-well voltage.
【0069】また、論理回路80をSOI基板上に形成
しボディ電位をとる場合、VNはpチャネルMOSトラ
ンジスタのボディ電位、VPはnチャネルMOSトラン
ジスタのボディ電位である。また、SOIでボディ電位
を取らない場合、支持基板にnウェルとpウェルを形成
し、VNはnウェル電圧とし、VPはpウェル電圧とす
る。この場合、nウェルの範囲内の絶縁膜上にpチャネ
ルMOSトランジスタを形成し、pウェルの範囲内の絶
縁膜上にnチャネルMOSトランジスタを形成する。When the logic circuit 80 is formed on the SOI substrate and has a body potential, VN is the body potential of the p-channel MOS transistor and VP is the body potential of the n-channel MOS transistor. Further, when the body potential is not taken by SOI, an n well and a p well are formed on the support substrate, VN is an n well voltage, and VP is a p well voltage. In this case, a p-channel MOS transistor is formed on the insulating film within the range of the n-well, and an n-channel MOS transistor is formed on the insulating film within the range of the p-well.
【0070】また、本実施形態における直流電圧変換回
路70は論理回路80と同一チップ上に構成してもよ
い。さらに、フィルタ回路20を同一チップ上に構成し
た場合も本発明は有効である。The DC voltage conversion circuit 70 in this embodiment may be formed on the same chip as the logic circuit 80. Furthermore, the present invention is effective when the filter circuit 20 is formed on the same chip.
【0071】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種
々変形して実施することができる。The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be carried out without departing from the scope of the invention.
【0072】[0072]
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、第
1のインバータ回路と第2のインバータ回路を縦積みに
しているので、これらの回路を構成する素子にかかる電
圧を外部電圧の1/2と小さくすることができる。しか
も、降圧された2つの出力において、外部電圧と高電圧
側出力の差を低電圧側出力と接地電圧の差に等しくする
ことができる。従って、微細化された素子を用いても素
子にかかる電圧を外部電圧より下げることができ、且つ
最小限の回路規模で2種類の変換出力を出力することが
可能となる。また、この直流電圧変換回路を用いて半導
体集積回路を構成することにより、低消費電力化,低コ
スト化をはかることが可能となる。As described above in detail, according to the present invention, the first inverter circuit and the second inverter circuit are vertically stacked, so that the voltage applied to the elements constituting these circuits is the same as the external voltage. It can be reduced to 1/2. Moreover, the difference between the external voltage and the output on the high voltage side can be made equal to the difference between the output on the low voltage side and the ground voltage in the two outputs that have been stepped down. Therefore, even if a miniaturized element is used, the voltage applied to the element can be made lower than the external voltage, and two types of converted outputs can be output with a minimum circuit scale. Further, by constructing a semiconductor integrated circuit using this DC voltage conversion circuit, it is possible to reduce power consumption and cost.
【図1】第1の実施形態に係わる直流電圧変換回路を示
す回路構成図。FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a DC voltage conversion circuit according to a first embodiment.
【図2】第1の実施形態における動作を説明するための
タイミング図。FIG. 2 is a timing chart for explaining an operation in the first embodiment.
【図3】第2の実施形態に係わる直流電圧変換回路を示
す回路構成図。FIG. 3 is a circuit configuration diagram showing a DC voltage conversion circuit according to a second embodiment.
【図4】第3の実施形態に係わる直流電圧変換回路を示
す回路構成図。FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing a DC voltage conversion circuit according to a third embodiment.
【図5】第3の実施形態における動作を説明するための
タイミング図。FIG. 5 is a timing chart for explaining an operation in the third embodiment.
【図6】第4の実施形態に係わる半導体集積回路を示す
回路構成図。FIG. 6 is a circuit configuration diagram showing a semiconductor integrated circuit according to a fourth embodiment.
【図7】第4の実施形態に用いた論理回路の具体例を示
す回路構成図。FIG. 7 is a circuit configuration diagram showing a specific example of a logic circuit used in a fourth embodiment.
【図8】従来の直流電圧変換回路を示す回路構成図。FIG. 8 is a circuit configuration diagram showing a conventional DC voltage conversion circuit.
10,100…メインバッファ回路 20…ローパスフィルタ回路 25…安定化回路 30,50,60,110…プリバッファ回路 40…バッファ付きレベルシフト回路 70…直流電圧変換回路 80…論理回路 M1〜M94…MOSトランジスタ C1〜C3…キャパシタ L1,L3…インダクタ 10,100 ... Main buffer circuit 20 ... Low-pass filter circuit 25 ... Stabilization circuit 30, 50, 60, 110 ... Pre-buffer circuit 40 ... Level shift circuit with buffer 70 ... DC voltage conversion circuit 80 ... Logic circuit M1 to M94 ... MOS transistors C1 to C3 ... Capacitor L1, L3 ... Inductor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/155 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02M 3/155
Claims (4)
れた第1のインバータ回路と、第1の電源端よりも電位
の低い第2の電源端と前記中間電位端との間に接続され
た第2のインバータ回路と、第1のインバータ回路の出
力端に接続された第1のローパスフィルタ回路と、第2
のインバータ回路の出力端に接続された第2のローパス
フィルタ回路と、第1のインバータ回路の入力端に所定
のデューティ比の第1の駆動信号を入力する手段と、第
2のインバータ回路の入力端に第1の駆動信号とは逆相
の関係にある第2の駆動信号を入力する手段とを具備し
てなることを特徴とする直流電圧変換回路。1. A first inverter circuit connected between a first power supply end and an intermediate potential end, a second power supply end having a lower potential than the first power supply end, and the intermediate potential end. A second inverter circuit connected in between, a first low-pass filter circuit connected to the output terminal of the first inverter circuit, and a second
Second low-pass filter circuit connected to the output terminal of the inverter circuit, means for inputting the first drive signal having a predetermined duty ratio to the input terminal of the first inverter circuit, and input to the second inverter circuit A DC voltage conversion circuit, characterized in that it comprises a means for inputting a second drive signal having a phase opposite to that of the first drive signal at the end.
中間電位まで振幅する矩形波であり、第2の駆動信号
は、第2の電源端電位から中間電位まで振幅する矩形波
であることを特徴とする請求項1記載の直流電圧変換回
路。2. A first drive signal is a rectangular wave that oscillates from a first power source end potential to an intermediate potential, and a second drive signal is a rectangular wave that oscillates from a second power source end potential to an intermediate potential. The DC voltage conversion circuit according to claim 1, wherein
タ群が第1の電源端と前記中間電位端との間に接続さ
れ、第2の駆動信号を生成するためのインバータ群が前
記中間電位端と第2の電源端との間に接続されているこ
とを特徴とする請求項1記載の直流電圧変換回路。3. An inverter group for generating a first drive signal is connected between a first power source terminal and the intermediate potential terminal, and an inverter group for generating a second drive signal is the intermediate group. The DC voltage conversion circuit according to claim 1, wherein the DC voltage conversion circuit is connected between the potential terminal and the second power source terminal.
換回路と、第1のローパスフィルタを介した第1の整流
出力端と第2のローパスフィルタを介した第2の整流出
力端との間に接続され、第1の整流出力端を電源入力端
とし第2の整流出力端を接地端とする論理回路と、この
論理回路を構成するpチャネルMOSトランジスタのボ
ディ領域を第1の電源端又は第1の整流出力端に接続す
るための第1の切り換え回路と、前記論理回路を構成す
るnチャネルMOSトランジスタのボディ領域を第2の
電源端又は第2の整流出力端に接続するための第2の切
り換え回路とを具備してなることを特徴とする半導体集
積回路。4. The DC voltage conversion circuit according to claim 1, a first rectified output terminal via a first low-pass filter, and a second rectified output via a second low-pass filter. A logic circuit connected between the first rectification output end and the second rectification output end as a power supply input end and a ground end, and a body region of a p-channel MOS transistor forming the logic circuit. A first switching circuit for connecting to a power supply end or a first rectification output end of the same, and a body region of an n-channel MOS transistor forming the logic circuit is connected to a second power supply end or a second rectification output end. And a second switching circuit for operating the semiconductor integrated circuit.
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