説明

半導体集積回路

【課題】主電源とバックアップ電源とを切り換える切換回路を内蔵しないリアルタイムクロック用の半導体集積回路において、バックアップモードにおける消費電力を低減する。
【解決手段】この半導体集積回路は、外部の主電源による第1の電源電圧又は外部のバックアップ電源による第2の電源電圧が選択的に供給されて動作する半導体集積回路であって、第1又は第2の電源電圧に基づいて第3の電源電圧を生成する定電圧回路と、第3の電源電圧が供給されて原振クロック信号を生成する発振回路と、原振クロック信号を分周し、分周されたクロック信号に基づいて計時情報を管理するロジック回路と、第1の電源電圧が供給されているか否かを表す信号に従って、第1の電源電圧が供給されていないときに、定電圧回路から出力される第3の電源電圧の値又は定電圧回路の動作期間を減少させる制御回路とを具備する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、計時情報を管理するリアルタイムクロック用の半導体集積回路に関する。
【背景技術】
【0002】
計時情報を管理するリアルタイムクロック(RTC)用の半導体集積回路(IC)においては、発振回路が原振クロック信号を生成し、原振クロック信号を分周して得られる分周クロック信号に基づいてロジック回路が動作する。ここで、発振回路は、ロジック回路に供給される電源電圧よりも低い電源電圧が供給されて動作することが可能であり、安定化された電源電圧を発振回路に供給するために、定電圧回路が用いられることが多い。
【0003】
さらに、携帯電話機等のようにバッテリーで動作する機器においては、バッテリーを取り外してもRTC用ICが計時情報を管理できるように、定電圧回路やロジック回路等に電源電圧を供給する2次電池又は大容量キャパシタ等のバックアップ電源が設けられている。しかしながら、バックアップ電源が供給できる電力には限りがあるので、バックアップモードにおけるRTC用ICの消費電力を低減することが望まれている。
【0004】
関連する技術として、特許文献1には、バックアップ電源による駆動時の消費電流を小さくすることができ、バックアップ電源による駆動時間を長くするとともに、誤動作を防止して信頼性を向上させることができる定電圧発生装置が開示されている。この定電圧出力装置は、第1の電源と第2の電源とを切り換える切換回路と、切換回路から供給される第1の電源または第2の電源によって稼動し、所定の電圧の電源を出力する定電圧回路とを備えた定電圧出力装置であって、切換回路が、定電圧回路に供給している電源が第1の電源か第2の電源かを示す制御信号を定電圧回路に出力し、定電圧回路が、切換回路からの制御信号に基づいて間欠動作を行うことを特徴とする。
【0005】
特許文献1によれば、第1の電源と第2の電源とを切り換える切換回路から定電圧回路に制御信号を出力することにより、定電圧回路が間欠動作を行うことが可能となる。しかしながら、そのような切換回路を内蔵しないRTC用ICにおいては、バックアップモードにおける消費電力を低減することができなかった。
【特許文献1】特開2002−91583号公報(第3頁、図1)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、主電源とバックアップ電源とを切り換える切換回路を内蔵しないリアルタイムクロック用の半導体集積回路においても、バックアップモードにおける消費電力を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
以上の課題を解決するため、本発明の1つの観点に係る半導体集積回路は、外部の主電源による第1の電源電圧又は外部のバックアップ電源による第2の電源電圧が選択的に供給されて動作する半導体集積回路であって、第1又は第2の電源電圧に基づいて第3の電源電圧を生成する定電圧回路と、定電圧回路によって生成される第3の電源電圧が供給され、発振動作を行うことにより原振クロック信号を生成する発振回路と、発振回路によって生成される原振クロック信号を分周し、分周されたクロック信号に基づいて計時情報を管理するロジック回路と、第1の電源電圧が供給されているか否かを表す信号に従って、第1の電源電圧が供給されていないときに、定電圧回路から出力される第3の電源電圧の値又は定電圧回路の動作期間を減少させる制御回路とを具備する。
【0008】
ここで、定電圧回路が、ゲートがソースに接続されたディプリーションタイプの複数のトランジスタを含み、制御回路が、定電圧回路における複数のトランジスタの接続状態を変化させることにより、複数のトランジスタの内の少なくとも1つを第3の電源電圧生成のための定電流源として動作させるスイッチ回路を含み、第1の電源電圧が供給されているときに、定電圧回路から出力される第3の電源電圧の値を第1の値に設定し、第1の電源電圧が供給されていないときに、定電圧回路から出力される第3の電源電圧の値を第1の値よりも低い第2の値に設定するようにしても良い。
【0009】
あるいは、ロジック回路が、分周されたクロック信号に基づいて所定のデューティを有するサンプリング信号を生成し、制御回路が、定電圧回路の動作をオン/オフさせるスイッチ回路を含み、第1の電源電圧が供給されているときに、定電圧回路を連続動作させ、第1の電源電圧が供給されていないときに、ロジック回路によって生成されるサンプリング信号に従って定電圧回路を間欠動作させるようにしても良い。その場合に、ロジック回路によって生成されるサンプリング信号のデューティは、1/16以上かつ1/4以下であることが望ましい。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、主電源からの電源電圧が供給されているか否かを表す信号に従って、主電源からの電源電圧が供給されていないときに、定電圧回路から出力される電源電圧の値又は定電圧回路の動作期間を減少させることにより、主電源とバックアップ電源とを切り換える切換回路を内蔵しないリアルタイムクロック用の半導体集積回路においても、バックアップモードにおける消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るリアルタイムクロック用の半導体集積回路を含む機器の回路構成を示すブロック図である。
【0012】
この機器は、バッテリーで動作する携帯電話機等の機器であり、図1に示すように、バッテリー又はACアダプタ等の主電源(システム電源)10と、電源制御回路20と、水晶振動子30が外付けされたリアルタイムクロック用の半導体集積回路40と、メインシステム50とによって構成される。電源制御回路20及びメインシステム50には、主電源10から電源電圧(VDD−VSS)が供給される。以下においては、電源電位VDDが5Vで、電源電位VSSが0V(接地電位)である場合について説明する。
【0013】
電源制御回路20は、抵抗21〜24と、PNPバイポーラトランジスタ25と、NPNバイポーラトランジスタ26と、逆流防止用のダイオード27と、バックアップ電源としての2次電池28と、平滑用のコンデンサ29とを含んでいる。抵抗21及び22は、主電源10から供給される電源電圧(VDD−VSS)を分圧することにより、制御信号Sを生成する。制御信号Sは、主電源10による第1の電源電圧が半導体集積回路40に供給されているか否かを表している。
【0014】
主電源10から正常な電源電圧が供給されている場合には、メインシステム50が動作すると共に、制御信号Sの電圧がトランジスタ26のしきい電圧を超えてトランジスタ26がオン状態となり、抵抗23を介してトランジスタ25のベース電流が流れるので、トランジスタ25もオン状態となる。これにより、半導体集積回路40に第1の電源電圧(約5V)が供給される。
【0015】
一方、バッテリーが取り外される等により主電源10から正常な電源電圧が供給されなくなると、メインシステム50が動作しなくなると共に、トランジスタ26がオフ状態となり、トランジスタ25のベース電流が流れなくなるので、トランジスタ25もオフ状態となる。その場合には、2次電池28から抵抗24及びダイオード27を介して半導体集積回路40に第2の電源電圧(例えば、約3V)が供給される。
【0016】
半導体集積回路40は、外部の主電源10による第1の電源電圧又は外部の2次電池28による第2の電源電圧が選択的に供給されて動作する半導体集積回路であって、制御回路41と、定電圧回路42と、発振回路43と、レベルシフタ44と、ロジック回路45と、入出力回路46とを内蔵している。
【0017】
図1等においては、半導体集積回路40の正極性の電源端子に供給される電源電位をVINで表している。制御回路41は、第1の電源電圧が供給されているか否かを表す制御信号Sに従って、第1の電源電圧が供給されていないときに、定電圧回路42から出力される安定化された第3の電源電圧VREGの値を減少させる。
【0018】
図2は、図1に示す制御回路及び定電圧回路の具体的な構成例を示す回路図である。図2に示すように、定電圧回路42は、外部から供給される電源電位VINがソースに供給され、ゲートがドレインに接続されたPチャネルMOSトランジスタQP11と、トランジスタQP11のドレインに接続されたドレインを有し、ゲートがソースに接続された複数のディプリーションタイプのNチャネルMOSトランジスタQN10及びQN11と、トランジスタQP11とカレントミラー回路を構成するPチャネルMOSトランジスタQP12と、トランジスタQP12に直列に接続されたNチャネルMOSトランジスタQN12とを含んでいる。
【0019】
さらに、定電圧回路42は、PチャネルMOSトランジスタQP21及びQP22、及び、NチャネルMOSトランジスタQN21〜QN23によって構成される差動増幅器と、この差動増幅器の出力信号がゲートに印加される出力段のPチャネルMOSトランジスタQP31と、トランジスタQP31に直列に接続されるPチャネルMOSトランジスタQP32及びNチャネルMOSトランジスタQN31とを含んでいる。トランジスタQN12、QN23、及び、QN31は、カレントミラー回路を構成している。また、トランジスタQP31のゲート・ドレイン間には、位相補償用のコンデンサC1が接続されている。なお、ディプリーションタイプのトランジスタQN10及びQN11以外は、エンハンスメントタイプのトランジスタである。
【0020】
ディプリーションタイプのトランジスタQN10及びQN11は、負のしきい値を有しており、ゲート電圧VGSが0Vでもドレイン電流が流れる。定電圧回路10は、トランジスタQN10及び/又はQN11に流れるドレイン電流と同じ大きさのドレイン電流をトランジスタQN12にも流すことにより、トランジスタQN12のドレイン・ソース間に発生する電圧に基づいて、安定化された第3の電源電位VREGを生成する。
【0021】
制御回路41は、NチャネルMOSトランジスタQN41によって構成されるスイッチ回路を含んでいる。スイッチ回路は、バックアップモード端子に印加される制御信号Sに従って、定電圧回路41におけるディプリーションタイプの複数のトランジスタQN10及びQN11の接続状態を変化させることにより、それらのトランジスタの内の少なくとも1つを、第3の電源電位VREGを生成するための定電流源として動作させる。
【0022】
図2に示す例においては、トランジスタQN11のゲート及びソースは、トランジスタQN41のドレインに接続されており、トランジスタQN41のソースは、電源電位VSSに接続されている。また、トランジスタQN11のゲート及びソースは、電源電位VSSに接続されている。
【0023】
第1の電源電圧が供給されているときには、制御信号Sがハイレベルとなるので、トランジスタQN41がオン状態となって、トランジスタQN10のゲート及びソースが電源電位VSSに接続される。その結果、トランジスタQN10及びQN11の両方が定電流源として動作し、トランジスタQN10及びQN11に流れるドレイン電流と同じ大きさのドレイン電流がトランジスタQN12にも流れることにより、トランジスタQN12のドレイン・ソース間に発生する電圧に基づいて、第3の電源電圧VREGの値が第1の値(例えば、0.8V〜1V)に設定される。
【0024】
一方、第1の電源電圧が供給されていないときには、制御信号Sがローレベルとなるので、トランジスタQN41がオフ状態となって、トランジスタQN10のゲート及びソースがフローティング状態となる。その結果、トランジスタQN11のみが定電流源として動作し、トランジスタQN11に流れるドレイン電流と同じ大きさのドレイン電流がトランジスタQN12にも流れることにより、トランジスタQN12のドレイン・ソース間に発生する電圧に基づいて、第3の電源電圧VREGの値が第2の値に設定される。ここで、第2の値は、第1の値よりも100mV〜200mV程度低くなっている。これにより、バックアップモードにおいては、第3の電源電圧VREGが供給されて動作する発振回路43の消費電流が低減して、半導体集積回路40全体の消費電力が低減する。
【0025】
図2においては、制御回路41において1つのトランジスタQN41を用いる場合について説明したが、トランジスタQN11のゲート及びソースと電源電位VSSとの間にもう1つのNチャネルMOSトランジスタを接続すると共に、制御信号Sを反転するインバータを追加することにより、第1の電源電圧が供給されているときにトランジスタQN41をオン状態とし、第1の電源電圧が供給されていないときに他方のトランジスタをオン状態とするようにしても良い。いずれにしても、第1の電源電圧が供給されているときに第3の電源電圧VREGの値が第1の値となり、第1の電源電圧が供給されていないときに第3の電源電圧VREGの値が第2の値となるように、トランジスタQN10及びQN11のゲート長及びゲート幅等が決定される。
【0026】
再び図1を参照すると、発振回路43は、定電圧回路42によって生成される第3の電源電圧VREGが供給され、発振動作を行うことにより原振クロック信号を生成する。発振回路43としては、水晶振動子30を用いる水晶発振回路の他にも、セラミック振動子又はSAW(Surface Acoustic Wave:表面弾性波)振動子等の振動子を用いる発振回路や、CR又はLCを用いる発振回路や、多段接続されたインバータを用いる発振回路等を使用することができる。
【0027】
発振回路43によって生成される原振クロック信号は、レベルシフタ44に供給されて、ロジック回路45に供給される電源電圧VINに対応する振幅を有するようにレベルがシフトされる。
【0028】
ロジック回路45は、発振回路43によって生成されレベルシフタ44によってレベルがシフトされた原振クロック信号を分周して分周クロック信号を生成し、分周クロック信号に基づいて計時情報を管理する。例えば、ロジック回路45は、複数のカウンタを備えており、分周クロック信号を計数して、年月日・時分秒の現在日時データを生成するようになっている。ロジック回路45は、メインシステム50から要求があったときに、入出力回路46及びシリアルインタフェース(I/F)を介して、計時情報を送受信する。
【0029】
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
図3は、本発明の第2の実施形態に係るリアルタイムクロック用の半導体集積回路を含む機器の回路構成を示すブロック図である。
【0030】
第2の実施形態においては、制御回路が、NOR回路41aと、インバータ41bと、PチャネルMOSトランジスタ41cと、NチャネルMOSトランジスタ41dとを含んでいる。また、図1に示す第1の実施形態における定電圧回路42及びロジック回路45の替わりに、定電圧回路42a及びロジック回路45aが設けられている。制御回路は、第1の電源電圧が供給されているか否かを表す制御信号Sに従って、第1の電源電圧が供給されていないときに、定電圧回路42aの動作期間を減少させる。その他の点に関しては、第1の実施形態と同様である。
【0031】
図4は、図3に示す定電圧回路の具体的な構成例を示す回路図である。図4に示すように、定電圧回路42aは、制御回路のトランジスタ41cのドレインに接続されたソースを有し、ゲートがドレインに接続されたPチャネルMOSトランジスタQP11と、トランジスタQP11のドレインに接続されたドレインを有し、制御回路のトランジスタ41dのドレインに接続されたゲート及びソースを有するディプリーションタイプのNチャネルMOSトランジスタQN11と、トランジスタQP11とカレントミラー回路を構成するPチャネルMOSトランジスタQP12と、トランジスタQP12に直列に接続されたNチャネルMOSトランジスタQN12とを含んでいる。
【0032】
さらに、定電圧回路42aは、PチャネルMOSトランジスタQP21及びQP22、及び、NチャネルMOSトランジスタQN21〜QN23によって構成される差動増幅器と、この差動増幅器の出力信号がゲートに印加される出力段のPチャネルMOSトランジスタQP31と、トランジスタQP31に直列に接続されるPチャネルMOSトランジスタQP32及びNチャネルMOSトランジスタQN31とを含んでいる。トランジスタQN12、QN23、及び、QN31は、カレントミラー回路を構成している。また、トランジスタQP31のゲート・ドレイン間には、位相補償用のコンデンサC1が接続されている。なお、ディプリーションタイプのトランジスタQN11以外は、エンハンスメントタイプのトランジスタである。
【0033】
ディプリーションタイプのトランジスタQN11は、負のしきい値を有しており、ゲート電圧VGSが0Vでもドレイン電流が流れる。定電圧回路42aは、トランジスタQN11に流れるドレイン電流と同じ大きさのドレイン電流をトランジスタQN12にも流すことにより、トランジスタQN12のドレイン・ソース間に発生する電圧に基づいて、安定化された第3の電源電圧VREG(例えば、0.8V〜1V)を生成する。また、制御回路は、定電圧回路42aの動作をオン/オフさせるスイッチ回路を構成するトランジスタ41c及び41dを含んでいる。
【0034】
再び図3を参照すると、ロジック回路45aは、発振回路43によって生成されレベルシフタ44によってレベルがシフトされた原振クロック信号を分周して分周クロック信号を生成し、分周クロック信号に基づいて計時情報を管理すると共に、分周クロック信号に基づいて所定のデューティを有するサンプリング信号を生成する。
【0035】
第1の電源電圧が供給されているときには、制御信号Sがハイレベルとなるので、NOR回路41aの出力信号がローレベルとなり、インバータ41bの出力信号がハイレベルとなる。これにより、スイッチ回路を構成するトランジスタ41c及び41dがオン状態となり、定電圧回路42aが連続動作を行う。
【0036】
一方、第1の電源電圧が供給されていないときには、制御信号Sがローレベルとなるので、NOR回路41aは、ロジック回路45aによって生成されるサンプリング信号を反転して出力し、インバータ41bは、NOR回路41aによって反転されたサンプリング信号をさらに反転して出力する。これにより、スイッチ回路を構成するトランジスタ41c及び41dがサンプリング信号のハイレベル期間に対応してオン状態となり、定電圧回路42aが間欠動作を行う。
【0037】
定電圧回路42aの動作が停止している時には、定電圧回路42aによって生成される第3の電源電圧VREGが若干低下するが、サンプリング信号のデューティを適切に設定することによって、発振回路43の動作を維持することができる。これにより、バックアップモードにおいては、定電圧回路42a及び発振回路43の消費電流が低減して、半導体集積回路40全体の消費電力が低減する。
【0038】
図5は、図3に示すロジック回路によって生成されるサンプリング信号の波形を示すタイミングチャートである。図5においては、サンプリング信号の周期が976μsで、サンプリング信号のハイレベル期間が122μsであるので、サンプリング信号のデューティが1/8(12.5%)となっている。
【0039】
ここで、サンプリング信号のデューティが1/16よりも小さくなると、定電圧回路42aによって生成される第3の電源電圧VREGの低下が大きくなって、定電圧回路42aの負荷となる回路の動作に悪影響を与えてしまう。一方、サンプリング信号のデューティが1/4よりも大きくなると、消費電流を低減する効果が薄れてしまう。従って、ロジック回路45aによって生成されるサンプリング信号のデューティは、1/16(6.25%)以上で、かつ、1/4(25%)以下であることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体集積回路を含む機器を示すブロック図。
【図2】図1に示す制御回路及び定電圧回路の具体的な構成例を示す回路図。
【図3】本発明の第2の実施形態に係る半導体集積回路を含む機器を示すブロック図。
【図4】図3に示す定電圧回路の具体的な構成例を示す回路図。
【図5】図3に示すロジック回路によって生成されるサンプリング信号を示す図。
【符号の説明】
【0041】
10 主電源、 20 電源制御回路、 30 水晶振動子、 40 半導体集積回路、 41 制御回路、 41a NOR回路、 41b インバータ、 41c、QP11〜QP32 PチャネルMOSトランジスタ、 41d、QN10〜QN41 NチャネルMOSトランジスタ、 42、42a 定電圧回路、 43 発振回路、 44 レベルシフタ、 45、45a ロジック回路、 46 入出力回路、 50 メインシステム、 C1 コンデンサ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
外部の主電源による第1の電源電圧又は外部のバックアップ電源による第2の電源電圧が選択的に供給されて動作する半導体集積回路であって、
第1又は第2の電源電圧に基づいて第3の電源電圧を生成する定電圧回路と、
前記定電圧回路によって生成される第3の電源電圧が供給され、発振動作を行うことにより原振クロック信号を生成する発振回路と、
前記発振回路によって生成される原振クロック信号を分周し、分周されたクロック信号に基づいて計時情報を管理するロジック回路と、
第1の電源電圧が供給されているか否かを表す信号に従って、第1の電源電圧が供給されていないときに、前記定電圧回路から出力される第3の電源電圧の値又は前記定電圧回路の動作期間を減少させる制御回路と、
を具備する半導体集積回路。
【請求項2】
前記定電圧回路が、ゲートがソースに接続されたディプリーションタイプの複数のトランジスタを含み、
前記制御回路が、前記定電圧回路における前記複数のトランジスタの接続状態を変化させることにより、前記複数のトランジスタの内の少なくとも1つを第3の電源電圧生成のための定電流源として動作させるスイッチ回路を含み、第1の電源電圧が供給されているときに、前記定電圧回路から出力される第3の電源電圧の値を第1の値に設定し、第1の電源電圧が供給されていないときに、前記定電圧回路から出力される第3の電源電圧の値を第1の値よりも低い第2の値に設定する、請求項1記載の半導体集積回路。
【請求項3】
前記ロジック回路が、分周されたクロック信号に基づいて所定のデューティを有するサンプリング信号を生成し、
前記制御回路が、前記定電圧回路の動作をオン/オフさせるスイッチ回路を含み、第1の電源電圧が供給されているときに、前記定電圧回路を連続動作させ、第1の電源電圧が供給されていないときに、前記ロジック回路によって生成されるサンプリング信号に従って前記定電圧回路を間欠動作させる、請求項1記載の半導体集積回路。
【請求項4】
前記ロジック回路によって生成されるサンプリング信号のデューティが、1/16以上かつ1/4以下である、請求項3記載の半導体集積回路。

【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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【公開番号】特開2010−113654(P2010−113654A)
【公開日】平成22年5月20日(2010.5.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−287759(P2008−287759)
【出願日】平成20年11月10日(2008.11.10)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】