[发明专利]半导体集成电路

说明书

相关专利申请的交叉引用

2011年11月11日提交的日本专利申请No.2011-247215的公开内容，包括说明书、附图和摘要的全部内容，通过引用其整体而并入本文。

技术领域

本发明涉及装配有调节电路的半导体集成电路，具体地讲，涉及根据耦合到输出端的负载电路所消耗负载电流的增大或减小来控制输出电压的调节电路。

背景技术

在均利用继28nm代之后的半导体工艺的产品中，预期半导体器件的操作变得更快。然而，出现的问题是，因为随着半导体工艺代的推进，芯片中的电流密度变高，所以与低负载/低速操作相比，在高负载/高速操作下，要施加到晶体管的电压大大降低，从而导致难以进行高速操作。在这种情形下，通常采用将调节电路安装在半导体芯片上方并且抑制施加到晶体管的电压的波动的方法。通常，在调节电路中使用模拟部件，诸如晶体管、电容器、电感器等，并且已实现通过组合这些元件的参数值来控制电压的控制算法。这种类型的调节电路被称为模拟控制型调节器。在制成芯片之后的调试中，模拟控制型调节器难以根据要控制的目标来改变控制的循环特性。这是因为难以很大地改变用于确定循环特性的模拟部件的参数值。另一方面，已提出即使在芯片设计之后也能够容易改变循环特性的数控型调节器。

例如，在非专利文件1至3的每个中已公开了通过这种数字控制操作的调节电路的示例。在非专利文件1中已公开了以下示例：通过监控输出电压而获得的电压值被转换成数字值，并且功率MOS晶体管受PID控制的控制。在非专利文件2中已公开了以下示例：使用移位寄存器，顺序地增加每一个均成为导通状态的功率MOS晶体管的数量。在非专利文件3中已公开了以下示例：沿线性函数增加功率MOS晶体管的栅极长度。

[现有技术文献]

[非专利文献]

[非专利文献1]

B.J.Patella等人，“High-Frequency Digital PWM Controller IC forDC-DC Converters”（用于DC-DC转换器的高频数字PWM控制IC），IEEE电子电力学报（IEEE Transactions on Power Electronics），2003年1月，第1期第18卷，第438页至第446页。

[非专利文献2]

Y.Lkuma等人，“0.5-V input digital LDO with 98.7%currentefficiency and 2.7-μA quiescent current in 65nm CMOS”（65nm CMOS中具有98.7%的电流效率和2.7-μA的静态电流的0.5V输入数字LDO），2010 IEEE定制集成电路会议（IEEE Custom Integrated CircuitsConference,CICC），2010年，第1页至第4页。

[非专利文献3]

L．Guo，“Implementations of Digital PID Controllers for DC-DCConverters using Digital Signal Processors”（使用数字信号处理器实现用于DC-DC转换器的数字PID控制器），2007 IEEE电子信息技术国际研讨会（IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE onELECTRO/INFORMATION TECHNOLOGY），2007年5月，第306页至第311页。

发明内容

在半导体器件中，假定模块电路（例如，负载电路）是在调节电路中提供输出电压的目的地。近来对功耗降低存在大的需求。为了降低功耗，在没有利用模块电路的情况下，通常执行采取或假定在功耗方面极低的待机模式的控制。

因此，调节电路需要适应施加到模块电路的负载电流中大的波动。更具体地讲，施加到模块电路的负载电流使正常操作模式和待机模式之差扩大至5位，调节电路需要保持输出电压相对于从几微安到几百毫安的范围内的大范围负载电流恒定。

然而，非专利文献1至3中描述的技术不能够抑制输出电压相对于负载电流突然波动的波动。更具体地讲，因为即使在负载电流突然波动的时间段内也执行与另一个时间段内相同的控制，所以在负载电流突然波动之后，每个功率MOS晶体管的导通电阻不能立即显著地变化。也就是说，非专利文献1至3的每个中描述的技术所伴随的问题是，当负载电流出现大波动时，不能抑制调节电路的输出电压波动。