特開 2023-88661 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023088661

(43)【公開日】2023-06-27

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   G05F 1/56 20060101AFI20230620BHJP

   H03M 1/66 20060101ALI20230620BHJP

【ＦＩ】

G05F1/56 310

H03M1/66 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021203533

(22)【出願日】2021-12-15

(71)【出願人】

【識別番号】000191238

【氏名又は名称】日清紡マイクロデバイス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】下本 晃平

【テーマコード（参考）】

5H430

5J022

【Ｆターム（参考）】

5H430BB01

5H430BB11

5H430EE06

5H430FF02

5H430FF13

5H430GG04

5H430HH03

5J022AB01

5J022BA06

(57)【要約】

【課題】本発明の目的は、応用の幅を容易に広げることができる半導体装置を提供することである。
【解決手段】電源端子と、出力端子と、前記電源端子に電源ノードが電気的に接続される基準電圧源と、前記電源端子に電源ノードが電気的に接続され、前記出力端子に出力ノードが電気的に接続され、第１の入力ノードと第２の入力ノードとを有する演算増幅回路とを備えた半導体装置は、一端が前記基準電圧源の出力ノードに電気的に接続され、他端が前記演算増幅回路の第１の入力ノードに電気的に接続されるスイッチとスイッチの制御ノードに電気的に接続される第１の入力端子と、前記演算増幅回路の第１の入力ノードに電気的に接続される第２の入力端子と、前記演算増幅回路の第２の入力ノードに電気的に接続される第３の入力端子とを有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源端子と、出力端子と、前記電源端子に電源ノードが電気的に接続される基準電圧源と、前記電源端子に電源ノードが電気的に接続され、前記出力端子に出力ノードが電気的に接続され、第１の入力ノードと第２の入力ノードとを有する演算増幅回路とを備えた半導体装置において、
一端が前記基準電圧源の出力ノードに電気的に接続され、他端が前記演算増幅回路の第１の入力ノードに電気的に接続されるスイッチと、
スイッチの制御ノードに電気的に接続される第１の入力端子と、
前記演算増幅回路の第１の入力ノードに電気的に接続される第２の入力端子と、
前記演算増幅回路の第２の入力ノードに電気的に接続される第３の入力端子と、
を備えた半導体装置。

【請求項2】

前記スイッチと前記演算増幅回路の第１の入力ノードとの間に電気的に接続されるインピーダンス部をさらに備えた
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記半導体装置は、前記スイッチがオン状態に維持される第１のモードと前記スイッチがオフ状態に維持される第２のモードとで切り替え可能である
請求項１又は２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記半導体装置は、前記スイッチがオン状態に維持される第１のモードと前記スイッチがスイッチング動作する第３のモードとで切り替え可能である
請求項１又は２に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記半導体装置は、前記第２の入力端子に容量素子を介して信号源が接続された状態で、前記第１の入力端子を介して前記スイッチの制御ノードで受ける制御信号が第１のレベルに維持される期間に電源装置として機能し、前記第１の入力端子を介して前記スイッチの制御ノードで受ける制御信号が第２のレベルに維持される期間に信号増幅装置として機能する
請求項２に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記半導体装置は、前記第１の入力端子にインバータを介して主電源装置が接続され前記第２の入力端子に第２のスイッチを介して信号源が接続された状態で、前記第１の入力端子を介して前記スイッチの制御ノードで受ける前記主電源装置のモニターレベルが第１のレベルに維持され前記第２のスイッチがオフ状態に維持される期間にバックアップ電源装置として機能し、前記第１の入力端子を介して前記スイッチの制御ノードで受ける前記主電源装置のモニターレベルが第２のレベルに維持され前記第２のスイッチがオン状態に維持される期間に信号増幅装置として機能する
請求項２に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記半導体装置は、前記第２の入力端子に容量素子及び抵抗素子を介して基準電位が接続され前記第３の入力端子に第２の演算増幅回路を介して出力電圧に応じた参照電圧が接続された状態で、前記第１の入力端子を介して前記スイッチの制御ノードで受ける制御信号が第１のレベルに維持される期間に第１のタイプの電源装置として機能し、前記第１の入力端子を介して前記スイッチの制御ノードで受ける制御信号が第１のレベルと第２のレベルとの間で変化する期間に第２のタイプの電源装置として機能する
請求項２に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記半導体装置は、前記第１の入力端子にデジタル処理回路が接続され前記第２の入力端子に容量素子が接続された状態で、前記第１の入力端子を介して前記スイッチの制御ノードで受けるパルス信号が第１のレベルと第２のレベルとの間で変化する期間にＤＡ変換装置の一部として機能する
請求項２に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書の実施形態は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置は、基準電圧源及び演算増幅回路が搭載されて構成されることがある（非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開平０１－１５５５２１号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】馬場清太郎「電源回路設計成功のかぎ」，ＣＱ出版社発行（２００９年），ｐ６９－ｐ７４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば、半導体装置において、基準電圧源と演算増幅回路とが直接接続されていると、電源装置として機能させることはできるが、他の用途に応用しにくい。ユーザーの利便性を向上させるためには、半導体装置の応用の幅を広げることが望まれる。

【0006】

本発明の目的は、応用の幅を容易に広げることができる半導体装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる半導体装置は、電源端子と、出力端子と、前記電源端子に電源ノードが電気的に接続される基準電圧源と、前記電源端子に電源ノードが電気的に接続され、前記出力端子に出力ノードが電気的に接続され、第１の入力ノードと第２の入力ノードとを有する演算増幅回路とを備えた半導体装置において、一端が前記基準電圧源の出力ノードに電気的に接続され、他端が前記演算増幅回路の第１の入力ノードに電気的に接続されるスイッチとスイッチの制御ノードに電気的に接続される第１の入力端子と、前記演算増幅回路の第１の入力ノードに電気的に接続される第２の入力端子と、前記演算増幅回路の第２の入力ノードに電気的に接続される第３の入力端子とを有する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、電源装置の機能と、信号増幅装置などの電源装置以外の機能とを切り替えること、あるいは他のアナログ処理も加えた電源装置として動作させることが可能となり、半導体装置の応用の幅を容易に広げることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る半導体装置の構成を示す回路図。

【図2】実施形態に係る半導体装置の第１の応用例を示す回路図。

【図3】実施形態に係る半導体装置の第２の応用例を示す回路図。

【図4】実施形態に係る半導体装置の第３の応用例を示す回路図。

【図5】実施形態に係る半導体装置の第４の応用例を示す回路図。

【図6】実施形態に係る半導体装置の第５の応用例を示す回路図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら、半導体装置の実施形態について詳細に説明する。以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作を行うものとして、重複する説明は適宜省略する。

【0011】

（実施形態）
実施形態に係る半導体装置は、基準電圧源及び演算増幅回路が搭載されて構成され、電源装置として機能し得る。例えば、半導体装置１は、図１に示すように構成される。図１は、半導体装置１の構成を示す図である。

【0012】

半導体装置１は、基準電圧源８、演算増幅回路１０、端子ＶＳＵＰ、端子ＧＮＤ、端子ＩＮＮ、及び端子ＯＵＴを有する。

【0013】

基準電圧源８は、電源電圧及びグランド電圧を受け、電源電圧及びグランド電圧を用いて基準電圧を生成する。基準電圧源８は、例えばＢＧＲ（Ｂａｎｄ Ｇａｐ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）であり、半導体のバンドギャップに応じた略一定の基準電圧を生成可能である。

【0014】

基準電圧源８は、電源ノード８ａ、グランドノード８ｂ、及び出力ノード８ｃを有する。電源ノード８ａは、端子ＶＳＵＰに電気的に接続される。端子ＶＳＵＰには、外部電源等から電源電圧が供給される。基準電圧源８は、端子ＶＳＵＰ及び電源ノード８ａを介して電源電圧を受ける。グランドノード８ｂは、端子ＧＮＤに電気的に接続される。端子ＧＮＤには、外部電源等からグランド電圧が供給される。基準電圧源８は、端子ＧＮＤ及びグランドノード８ｂを介してグランド電圧を受ける。出力ノード８ｃは、演算増幅回路１０の側に設けられる。基準電圧源８は、基準電圧を出力ノード８ｃから演算増幅回路１０の側へ出力する。

【0015】

演算増幅回路１０は、電源電圧及びグランド電圧を受けるとともに、所定の入力電圧を受け、電源電圧及びグランド電圧を用いて所定の入力電圧に対して所定の動作を施し、その結果を出力する。

【0016】

演算増幅回路１０は、入力ノード１０ａ、入力ノード１０ｂ、電源ノード１０ｃ、グランドノード１０ｄ、出力ノード１０ｅを有する。入力ノード１０ａは、基準電圧源８の側に設けられる。入力ノード１０ｂは、端子ＩＮＮに電気的に接続される。電源ノード１０ｃは、端子ＶＳＵＰに電気的に接続される。演算増幅回路１０は、端子ＶＳＵＰ及び電源ノード１０ｃを介して電源電圧を受ける。グランドノード１０ｄは、端子ＧＮＤに電気的に接続される。演算増幅回路１０は、端子ＧＮＤ及びグランドノード１０ｄを介してグランド電圧を受ける。出力ノード１０ｅは、端子ＯＵＴに接続されている。演算増幅回路１０は、所定の動作の結果を出力ノード１０ｅから端子ＯＵＴ経由で外部へ出力することができる。

【0017】

例えば、基準電圧源８と演算増幅回路１０とが直接接続されて半導体装置１が構成される場合、半導体装置１を、電源装置として機能させることはできるが、他の用途に応用しにくい。

【0018】

それに対して、半導体装置１は、スイッチ１１、端子ＲＥＧ＿ＥＮ、インピーダンス部９、端子ＩＮＰをさらに有する。

【0019】

スイッチ１１は、基準電圧源８と演算増幅回路１０との間に電気的に接続される。スイッチ１１は、一端が基準電圧源８の出力ノード８ｃに電気的に接続され、他端が演算増幅回路１０の入力ノード１０ａに電気的に接続される。端子ＲＥＧ＿ＥＮは、スイッチ１１の制御ノードに電気的に接続される。これにより、外部からスイッチ１１を利用でき、基準電圧源８と演算増幅回路１０とを電気的に切り離せるので、半導体装置１を電源装置以外の用途にも応用でき、半導体装置１の応用の幅を広げることができる。

【0020】

インピーダンス部９は、スイッチ１１と演算増幅回路１０との間に電気的に接続される。インピーダンス部９は、一端がスイッチ１１の他端に電気的に接続され、他端が演算増幅回路１０の入力ノード１０ａに電気的に接続される。インピーダンス部９は、インピーダンスを発生させる。インピーダンス部９は、例えば、抵抗素子などの受動素子であってもよいし、トランジスタなどの能動素子であってもよい。端子ＩＮＰは、インピーダンス部９と演算増幅回路１０との間のノードに電気的に接続される。これにより、外部からインピーダンス部９を利用でき、所定の機能を実現できるので、半導体装置１を電源装置以外の用途にも応用でき、半導体装置１の応用の幅を広げることができる。

【0021】

半導体装置１は、スイッチ１１がオン状態に維持される第１のモードとスイッチ１１がオフ状態に維持される第２のモードとで切り替え可能である。第１のモードでは、端子ＲＥＧ＿ＥＮを介してスイッチ１１の制御ノードに供給される信号がアクティブレベルに維持され、スイッチ１１がオン状態に維持される。第２のモードでは、端子ＲＥＧ＿ＥＮを介してスイッチ１１の制御ノードに供給される信号がノンアクティブレベルに維持され、スイッチ１１がオフ状態に維持される。

【0022】

例えば、半導体装置１は、図２に示す第１の応用例に応用できる。図２は、半導体装置１の第１の応用例を示す回路図である。図２は、第１の応用例として、電源装置又は信号増幅装置への応用例を例示する。図２（ａ）は、半導体装置１を第１のモードに切り替えて電源装置として機能させた状態を示し、図２（ｂ）は、半導体装置１を第２のモードに切り替えて信号増幅装置として機能させた状態を示す。

【0023】

半導体装置１を含む親機１００は、図２に示すようなインターフォン３００に適用可能である。インターフォン３００は、親機１００に加えて、子機２００を有する。親機１００及び子機２００は、ライン３０１及びライン３０２を介して接続されている。親機１００は、半導体装置１に加えて、電源１０１、コントローラ１０２、容量素子１０３、信号源１０４、抵抗素子１０５、抵抗素子１０６、容量素子１０７、端子１０８、端子１０９をさらに含む。子機２００は、スピーカ２０１、増幅回路２０２、容量素子２０３、充電池２０４、スイッチ２０５、端子２０６、端子２０７を含む。

【0024】

親機１００において、電源１０１は、直流電源であり、＋端子が端子ＶＳＵＰに接続され、－端子がグランド電位に接続される。コントローラ１０２は、例えばマイクロコントローラであり、出力ノードが端子ＲＥＧ＿ＥＮに接続される。端子ＧＮＤがグランド電位に接続される。容量素子１０３は、一端が端子ＩＮＰに接続され、他端が信号源１０４の一端に接続される。信号源１０４の他端は、グランド電位に接続される。抵抗素子１０５は、一端が端子ＯＵＴ及び端子１０８に接続され、他端が抵抗素子１０６の一端及び端子ＩＮＮに接続される。抵抗素子１０６の他端はグランド電位及び端子１０９に接続される。容量素子１０７は、一端が端子ＯＵＴ及び端子１０８に接続され、他端がグランド電位及び端子１０９に接続される。

【0025】

子機２００において、スピーカ２０１は、一端が増幅回路２０２の出力ノード２０２ｂに接続され、他端が端子２０７に接続される。増幅回路２０２は、入力ノード２０２ａが容量素子２０３の一端に接続され、電源ノード２０２ｃがスイッチ２０５のノード２０５３に接続され、グランドノード２０２ｄが端子２０７に接続される。容量素子２０３は、他端がスイッチ２０５のノード２０５２及び端子２０６に接続される。充電池２０４は、＋端子がスイッチ２０５のノード２０５１に接続され、－端子が端子２０７に接続される。スイッチ２０５は、コントローラ１０２からの制御信号に応じて、第１の接続状態と第２の接続状態との間で切り替え可能である。第１の接続状態は、ノード２０５１がノード２０５２に接続されるとともにノード２０５３から遮断された状態である。第２の接続状態は、ノード２０５１がノード２０５３に接続されるとともにノード２０５２から遮断された状態である。端子２０６は、ライン３０１を介して端子１０８に接続される。端子２０７は、ライン３０２を介して端子１０９に接続される。

【0026】

インターフォン３００は、図２（ａ）の場合に親機１００で調整した電圧で子機２００の充電池２０４を充電し、図２（ｂ）の場合に子機２００で充電池２０４の充電電荷を利用して親機１００で増幅した信号を子機２００へ供給しスピーカ２０１から音声を出力させる。これにより、インターフォン３００を適正に動作させることができる。

【0027】

図２（ａ）では、親機１００において、コントローラ１０２が端子ＲＥＧ＿ＥＮを介してスイッチ１１の制御ノードへ供給する制御信号をアクティブレベル（例えば、Ｈレベル）に維持し、スイッチ１１は、オン状態に維持される。信号源１０４は、交流信号の供給を停止している。子機２００において、コントローラ１０２がスイッチ２０５の制御ノードへ供給する制御信号を第１のレベル（例えば、Ｈレベル）に維持し、スイッチ２０５が第１の接続状態に維持される。

【0028】

これにより、基準電圧源８の電圧がスイッチ１１及びインピーダンス部９を介して演算増幅回路１０の入力ノード１０ａへ継続的に供給される。演算増幅回路１０は、抵抗素子１０５及び抵抗素子１０６で分圧された電圧が入力ノード１０ａの電圧（≒定電圧）に等しくなるようにフィードバック動作を行う。すなわち、半導体装置１は電源装置として機能し、略一定に制御された電圧Ｖｏｕｔが親機１００から子機２００へ供給される。子機２００では、スイッチ２０５が第１の接続状態に切り替えられており、親機１００からの電圧Ｖｏｕｔで充電池２０４が充電される。このとき、端子２０６と増幅回路２０２とは容量素子２０３を介して直流的に遮断されている。増幅回路２０２の電源ノード２０２ｃがフローティング状態であり、増幅回路２０２に電源が供給されずその動作を停止している。

【0029】

図２（ｂ）では、親機１００において、コントローラ１０２が端子ＲＥＧ＿ＥＮを介してスイッチ１１の制御ノードへ供給する制御信号をノンアクティブレベル（例えば、Ｌレベル）に維持し、スイッチ１１は、オフ状態に維持される。信号源１０４は、交流信号の供給を行う。子機２００において、コントローラ１０２がスイッチ２０５の制御ノードへ供給する制御信号を第２のレベル（例えば、Ｌレベル）に維持し、スイッチ２０５が第２の接続状態に維持される。

【0030】

これにより、基準電圧源８の出力ノード８ｃが演算増幅回路１０の入力ノード１０ａから遮断された状態で、信号源１０４からの交流信号が容量素子１０３を介して演算増幅回路１０の入力ノード１０ａへ供給される。演算増幅回路１０は、非反転増幅動作を行い、増幅された交流信号を子機２００へ供給する。例えば、入力ノード１０ａの交流信号をＶｉｎとし、抵抗素子１０５，１０６の抵抗値をそれぞれＲ_１０５，Ｒ_１０６とすると、出力ノード１０ｅの交流信号Ｖｏｕｔは、次の数式１で表される。
Ｖｏｕｔ＝（１＋Ｒ_１０５／Ｒ_１０６）Ｖｉｎ・・・数式１

【0031】

すなわち、半導体装置１は信号増幅装置として機能し、増幅された交流信号Ｖｏｕｔが親機１００から子機２００へ供給される。子機２００では、スイッチ２０５が第２の接続状態に切り替えられており、充電池２０４の電圧が増幅回路２０２の電源ノード２０２ｃに供給され、増幅回路２０２は動作している。増幅回路２０２は、親機１００からの交流信号Ｖｏｕｔを容量素子２０３経由で受け、交流信号Ｖｏｕｔを増幅してスピーカ２０１へ供給する。これにより、スピーカ２０１は、親機１００で増幅された交流信号Ｖｏｕｔに応じた音声を出力できる。

【0032】

このように、第１の応用例において、半導体装置１はコントローラ１０２から端子ＲＥＧ＿ＥＮに入力される信号に応じて電源装置と信号増幅装置の機能を切り替えて動作する。したがって、充電池２０４を充電するための電源装置と、親機１００から子機２００へ信号を供給する信号増幅装置とを別々に備える必要がなく、インターフォン３００の部品を削減することが可能となり、製造コストと部品の実装面積を低減することができる。このように、電源装置と通信機能が一体となったシステムを構成可能である。

【0033】

あるいは、半導体装置１は、図３に示す第２の応用例に応用できる。図３は、半導体装置１の第２の応用例を示す回路図である。図３は、第２の応用例として、信号増幅装置又は電源装置への応用例を例示する。図３（ａ）は、半導体装置１を第２のモードに切り替えて信号増幅装置として機能させた状態（バックアップ電源装置のスタンバイ状態）を示し、図３（ｂ）は、半導体装置１を第１のモードに切り替えて電源装置として機能させた状態（バックアップ電源装置のアクティブ状態）を示す。

【0034】

半導体装置１を含むバックアップ電源装置５００は、図３に示すような電源システム６００に適用可能である。電源システム６００は、バックアップ電源装置５００に加えて、メイン電源装置４００を有する。メイン電源装置４００は、入力ノード４００ａがライン４０１を介して電源Ｅの＋端子に接続され、入力ノード４００ｂがライン４０２を介して電源Ｅの－端子に接続される。メイン電源装置４００は、出力ノード４００ｃがライン４０３を介して負荷ＬＤの一端に接続され、出力ノード４００ｄがライン４０４を介して負荷ＬＤの他端に接続される。出力ノード４００ｃ及び負荷ＬＤの一端の間には、出力ノード４００ｃから負荷ＬＤへ向かう方向に整流させる整流素子４０５（例えば、ダイオード）が接続される。

【0035】

バックアップ電源装置５００は、入力ノード５００ａがライン５０１を介して電源Ｅの＋端子に接続され、入力ノード５００ｂがライン５０２を介して電源Ｅの－端子に接続される。バックアップ電源装置５００は、出力ノード５００ｃが容量素子５１１及びライン５０３を介して負荷ＬＤの一端に接続され、また出力ノード５００ｃはスイッチ５１２およびライン５０３を介して負荷ＬＤの一端に接続され、出力ノード５００ｄがライン５０４を介して負荷ＬＤの他端に接続される。バックアップ電源装置５００は、制御ノード５００ｅがライン５０５を介して出力ノード４００ｃ及び整流素子４０５の間のノードに接続される。

【0036】

バックアップ電源装置５００は、半導体装置１に加えて、インバータ５０６、スイッチ５０７、信号源５０８、抵抗素子５０９、抵抗素子５１０をさらに含む。半導体装置１は、インピーダンス部９として、抵抗素子９ａを含んでもよい。

【0037】

バックアップ電源装置５００において、ライン５０１が端子ＶＳＵＰに接続される。端子ＧＮＤがライン５０２を介してグランド電位に接続される。ライン５０５は、インバータ５０６を介して端子ＲＥＧ＿ＥＮに接続されるとともに、スイッチ５０７の制御ノードに接続される。すなわち、端子ＲＥＧ＿ＥＮ経由でスイッチ１１の制御ノードに供給される制御信号のレベルは、ライン５０５の電圧のレベルに対して論理反転したレベルになる。スイッチ５０７の制御ノードに供給される制御信号のレベルは、ライン５０５の電圧のレベルと論理的に同様のレベルになる。スイッチ５０７は、一端が端子ＩＮＰに接続され、他端が信号源５０８の一端に接続される。信号源５０８の他端は、グランド電位に接続される。抵抗素子５０９は、一端が端子ＯＵＴ及び容量素子５１１の一端に接続され、他端が抵抗素子５１０の一端及び端子ＩＮＮに接続される。抵抗素子５１０の他端はグランド電位及びライン５０４に接続される。スイッチ５１２は、容量素子５１１と並列に接続される。

【0038】

電源システム６００は、図３（ａ）の場合にメイン電源装置４００が正常動作し負荷ＬＤへ電源供給し、図３（ｂ）の場合にメイン電源装置４００がダウンしバックアップ電源装置５００が代替的に負荷ＬＤへ電源供給する。これにより、負荷ＬＤへ安定的に電源を供給できる。

【0039】

図３（ａ）では、メイン電源装置４００は、正常に動作しており、電源Ｅを受けて所定の電圧Ｖ_４００を生成して出力ノード４００ｃから負荷ＬＤへ供給している。出力ノード４００ｃの電圧Ｖ_４００がアクティブレベル（例えば、Ｈレベル）にあるため、ノンアクティブレベルの制御信号が制御ノードに供給されスイッチ１１はオフ状態に維持され、アクティブレベルの制御号が制御ノードに供給されスイッチ５０７はオン状態に維持される。信号源５０８は、交流信号の供給を行う。

【0040】

これにより、基準電圧源８の出力ノード８ｃが演算増幅回路１０の入力ノード１０ａから遮断された状態で、信号源５０８からの交流信号がスイッチ５０７を介して演算増幅回路１０の入力ノード１０ａへ供給される。演算増幅回路１０は、非反転増幅動作を行い、増幅された交流信号を容量素子５１１及びライン５０３，４０３経由で負荷ＬＤへ供給する。このとき、スイッチ５１２はオフ状態に制御され、増幅された交流信号は容量素子５１１によりＤＣ成分はカットされて出力される。例えば、入力ノード１０ａの交流信号をＶｉｎとし、抵抗素子５０９，５１０の抵抗値をそれぞれＲ_５０９，Ｒ_５１０とすると、出力ノード１０ｅの交流信号Ｖｏｕｔは、次の数式２で表される。
Ｖｏｕｔ＝（１＋Ｒ_５０９／Ｒ_５１０）Ｖｉｎ・・・数式２

【0041】

すなわち、半導体装置１は信号増幅装置として機能し、メイン電源装置４００が負荷ＬＤへ供給する電圧Ｖ_４００にＡＣ成分が重畳される形で、交流信号Ｖｏｕｔが負荷ＬＤへ供給される。

【0042】

図３（ｂ）では、メイン電源装置４００は、何らかの異常によりダウンしている。出力ノード４００ｃの電圧Ｖ_４００がノンアクティブレベル（例えば、Ｌレベル）へ減衰しているため、アクティブレベルの制御信号が制御ノードに供給されスイッチ１１はオン状態に維持され、ノンアクティブレベルの制御信号が制御ノードに供給されスイッチ５０７はオフ状態に維持され、アクティブレベルの制御信号が制御ノードに供給されスイッチ５１２はオン状態に維持される。信号源５０８は、交流信号の供給を停止している。

【0043】

これにより、基準電圧源８の電圧がスイッチ１１及びインピーダンス部９を介して演算増幅回路１０の入力ノード１０ａへ継続的に供給される。演算増幅回路１０は、抵抗素子１０５及び抵抗素子１０６で分圧された電圧が入力ノード１０ａの電圧（≒定電圧）に等しくなるようにフィードバック動作を行う。すなわち、半導体装置１は電源装置として機能し、略一定に制御された電圧Ｖｏｕｔがバックアップ電源装置５００から負荷ＬＤへ供給される。

【0044】

なお、メイン電源装置４００が回復し、出力ノード４００ｃの電圧Ｖ_４００がアクティブレベル（例えば、Ｈレベル）に戻れば、ノンアクティブレベルの制御信号が制御ノードに供給されスイッチ１１はオフ状態に維持され、アクティブレベルの制御号が制御ノードに供給されスイッチ５０７はオン状態に維持される。すなわち、図３（ａ）の状態に復帰する。

【0045】

このように、第２の応用例において、半導体装置１はメイン電源装置４００の出力ノード４００ｃから端子ＲＥＧ＿ＥＮに入力される信号に応じて信号増幅装置と電源装置の機能を切り替えて動作する。したがって、負荷ＬＤへの電源供給が必須となるシステムにおいて、メイン電源装置４００がダウンしたことを検出するための検出装置やバックアップ用の電源装置を備える必要がなく、電源システム６００の部品を削減することが可能となり、製造コストと部品の実装面積を低減することができる。

【0046】

あるいは、半導体装置１は、スイッチ１１がオン状態に維持される第１のモードとスイッチ１１がスイッチング動作する第３のモードとで切り替え可能である。第１のモードでは、端子ＲＥＧ＿ＥＮを介してスイッチ１１の制御ノードに供給される信号がアクティブレベルに維持され、スイッチ１１がオン状態に維持される。第３のモードでは、端子ＲＥＧ＿ＥＮを介してスイッチ１１の制御ノードに供給される信号がアクティブレベルとノンアクティブレベルとの間で変化し、スイッチ１１がスイッチング動作する。

【0047】

例えば、半導体装置１は、図４に示す第３の応用例に応用できる。図４は、半導体装置１の第３の応用例を示す回路図である。図４は、第３の応用例として、ＬＤＯ（Ｌｏｗ Ｄｒｏｐ Ｏｕｔ）型電源装置又はスイッチング型電源装置への応用例を例示する。図４（ａ）は、半導体装置１を第１のモードに切り替えてＬＤＯ型電源装置として機能させた状態を示し、図４（ｂ）は、半導体装置１を第３のモードに切り替えてスイッチング型電源装置として機能させた状態を示す。図４（ａ）に示すＬＤＯ型電源装置は、ＬＤＯ型電圧レギュレータとも呼ばれる。図４（ｂ）に示すスイッチング型電源装置は、スイッチング型電圧レギュレータとも呼ばれる。

【0048】

電源装置７００は、半導体装置１を含み、電源７０１、スイッチ７０２、パルス源７０３、電圧源７０４、抵抗素子７０５、容量素子７０６、エラーアンプ７０７、電圧源７０８、誘導素子７０９、容量素子７１０、抵抗素子７１１、抵抗素子７１２をさらに含む。半導体装置１は、インピーダンス部９として、Ｖ－Ｉ変換素子９ｂを含んでもよい。Ｖ－Ｉ変換素子９ｂは、例えばＭＯＳトランジスタであり、ゲートがスイッチ１１の一端に接続され、ドレインが端子ＶＳＵＰに接続され、ソースが演算増幅回路１０の入力ノード１０ａと端子ＩＮＰとに接続される。

【0049】

電源７０１は、直流電源であり、＋端子が端子ＶＳＵＰに接続され、－端子がグランド電位に接続される。パルス源７０３は、一端がスイッチ７０２に接続され、他端がグランド電位に接続される。パルス源７０３は、アクティブレベル（例えば、Ｈレベル）とノンアクティブレベル（例えば、Ｌレベル）との間で周期的に変動するパルスを発生可能である。電圧源７０４は、＋端子がスイッチ７０２に接続され、－端子がグランド電位に接続される。電圧源７０４は、アクティブレベル（例えば、Ｈレベル）の電圧を発生可能である。

【0050】

スイッチ７０２は、コントローラ（図示せず）からの制御信号に応じて、第１の接続状態と第２の接続状態との間で切り替え可能である。第１の接続状態は、端子ＲＥＧ＿ＥＮが電圧源７０４に接続されるとともにパルス源７０３から遮断された状態（図４（ａ））である。第２の接続状態は、端子ＲＥＧ＿ＥＮがパルス源７０３に接続されるとともに電圧源７０４から遮断された状態（図４（ｂ））である。

【0051】

端子ＧＮＤがグランド電位に接続される。抵抗素子７０５は、一端が端子ＩＮＰに接続され、他端がグランド電位に接続される。容量素子７０６は、一端が端子ＩＮＰに接続され、他端がグランド電位に接続される。エラーアンプ７０７は、非反転入力ノード７０７ａが抵抗素子７１１及び抵抗素子７１２の間のノード７１３に接続され、反転ノード７０７ｂが電圧源７０８の一端に接続され、出力ノード７０７ｃが端子ＩＮＮに接続される。電圧源７０８の他端はグランド電位に接続される。電圧源７０８は、参照電圧ＶＲＥＦを発生可能である。誘導素子７０９は、一端が端子ＯＵＴに接続され、他端が負荷ＬＤの一端に接続される。容量素子７１０は、一端が誘導素子７０９の他端及び負荷ＬＤの一端に接続され、他端がグランド電位及び負荷ＬＤの他端に接続される。抵抗素子７１１は、一端が誘導素子７０９の他端及び負荷ＬＤの一端に接続され、他端がノード７１３に接続される。抵抗素子７１２は、一端がノード７１３に接続され、他端がグランド電位及び負荷ＬＤの他端に接続される。

【0052】

電源装置７００は、図４（ａ）の場合、負荷ＬＤの駆動負荷が比較的低いことに応じて半導体装置１をＬＤＯ型電源装置として機能させ、図４（ｂ）の場合、負荷ＬＤの駆動負荷が比較的高いことに応じて半導体装置１をスイッチング型電源装置として機能させる。これにより、電源装置７００の動作を高効率化できる。

【0053】

図４（ａ）では、スイッチ７０２が第１の接続状態に切り替えられており、電圧源７０４で発生するアクティブレベルの電圧がスイッチ７０２及び端子ＲＥＧ＿ＥＮ経由で制御ノードに供給されスイッチ１１はオン状態に維持される。ノード７１３には、電圧Ｖｏｕｔが抵抗素子７１１及び抵抗素子７１２で分圧された電圧が発生する。

【0054】

これにより、基準電圧源８の電圧（≒定電圧）がスイッチ１１及びインピーダンス部９を介して演算増幅回路１０の入力ノード１０ａへ継続的に供給される。エラーアンプ７０７及び演算増幅回路１０は、電圧Ｖｏｕｔが一定となるように動作する。ノード７１３の電圧が参照電圧ＶＲＥＦより低ければ、演算増幅回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔが上昇するようにエラーアンプ７０７が信号を出力するので、ノード７１３の電圧が上昇していく。ノード７１３の電圧が参照電圧ＶＲＥＦより高ければ、演算増幅回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔが低下するようにエラーアンプ７０７が信号を出力するので、ノード７１３の電圧が下降していく。これにより、端子ＯＵＴの電圧Ｖｏｕｔが概ね一定のレベルになるように制御される。すなわち、半導体装置１はＬＤＯ型電源装置として機能し、略一定に制御された電圧Ｖｏｕｔが電源装置７００から負荷ＬＤへ供給される。

【0055】

図４（ｂ）では、スイッチ７０２が第２の接続状態に切り替えられており、パルス源７０３で発生するパルス電圧がスイッチ７０２及び端子ＲＥＧ＿ＥＮ経由で制御ノードに供給されスイッチ１１はパルス電圧に応じたスイッチング動作を行う。

【0056】

これにより、基準電圧源８の電圧がパルス状の電圧に整形され、パルス状の電圧がＶ－Ｉ変換素子９ｂでパルス状の電流に変換される。パルス状の電流が抵抗素子７０５の抵抗値に応じた電圧に変換され、変換後の電圧で容量素子７０６が充放電される。これにより、三角波状の電圧が演算増幅回路１０の入力ノード１０ａへ供給される。エラーアンプ７０７及び演算増幅回路１０は、スイッチング型電源装置としてのエラーアンプとＰＷＭコンパレータに相当し、電圧Ｖｏｕｔが一定となるように動作する。ノード７１３の電圧が参照電圧ＶＲＥＦより低ければ、演算増幅回路１０が三角波状の電圧とエラーアンプ７０７の出力とを比較し、広いパルス幅の（デューティ比が大きい）電圧を出力するので、ノード７１３の電圧が上昇していく。ノード７１３の電圧が参照電圧ＶＲＥＦより高ければ、演算増幅回路１０が三角波状の電圧とエラーアンプ７０７の出力とを比較し、狭いパルス幅の（デューティ比が小さい）電圧を出力するので、ノード７１３の電圧が下降していく。これにより、端子ＯＵＴの電圧Ｖｏｕｔが概ね一定のレベルになるように制御される。すなわち、半導体装置１はスイッチング型電源装置として機能し、略一定に制御された電圧Ｖｏｕｔが電源装置７００から負荷ＬＤへ供給される。

【0057】

このように、第３の応用例において、半導体装置１は端子ＲＥＧ＿ＥＮに入力される信号に応じてＬＤＯ型電源装置とスイッチング型電源装置の機能を切り替えて動作する。したがって、負荷ＬＤの状態に応じて電源装置としての動作モードを切り替えることが可能となり、ＬＤＯ型電源装置とスイッチング型電源装置を備える必要がなく、製造コストと部品の実装面積を低減することができる。また、負荷ＬＤの駆動負荷が比較的低いときにＬＤＯ型電源装置として動作させることで消費電力を低くすることが可能であり、効率の高い電源装置７００を構成することが可能となる。

【0058】

また、ＬＤＯ型電源装置とスイッチング型電源装置の両方を備えるシステムにおいて、半導体装置１のみで構成することができ製造コストを低減可能となる。さらに、基板実装パターンを共通化でき、効率的に様々な電源システムを設計することが可能となる。

【0059】

あるいは、半導体装置１は、端子ＲＥＧ＿ＥＮにＰＷＭ回路が接続され端子ＩＮＰに容量素子が接続された状態で、端子ＲＥＧ＿ＥＮを介してスイッチ１１の制御ノードで受けるＰＷＭ信号が第１のレベルと第２のレベルとの間で変化する期間にＤＡ変換装置の一部として機能してもよい。

【0060】

例えば、半導体装置１は、図５に示す第４の応用例に応用できる。図５は、半導体装置１の第４の応用例を示す回路図である。図５は、第４の応用例として、ＤＡ変換装置への応用例を例示する。ＤＡ変換装置は、シリアルデータ又はパラレルデータのデジタル信号をアナログ信号へ変換する。

【0061】

ＤＡ変換装置８００は、半導体装置１を含み、電源８０１、デジタル処理回路８０２、容量素子８０３及びライン８０５をさらに含む。

【0062】

電源８０１は、直流電源であり、＋端子が端子ＶＳＵＰに接続され、－端子がグランド電位に接続される。端子ＧＮＤがグランド電位に接続される。容量素子８０３は、一端が端子ＩＮＰ経由でインピーダンス部９の他端と演算増幅回路１０の入力ノード１０ａとを接続するラインに接続され、他端がグランド電位に接続される。すなわち、インピーダンス部９及び容量素子８０３を含む回路は、ローパスフィルタ８０６を構成する。端子ＯＵＴ及び負荷ＬＤの一端の間のノード８０４は、ライン８０５及び端子ＩＮＮ経由で演算増幅回路１０の入力ノード１０ｂに接続される。すなわち、演算増幅回路１０及びライン８０５を含む回路は、電圧フォロワとして機能する出力バッファ８０７を構成する。

【0063】

デジタル処理回路８０２は、デジタル信号を受け、パルス信号を出力可能である。例えば、デジタル信号に基づき変調されたパルス幅を有するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ回路であってもよい。ＰＷＭ回路は、デジタル信号に応じてＤｕｔｙを変化させたパルス信号（ＰＷＭ信号）を出力する。あるいは、デジタル信号に基づき変調されたパルス間隔周期を有するＰＦＭ信号を生成するＰＦＭ回路であってもよい。ＰＦＭ回路は、デジタル信号に応じてパルス間の間隔を変化させ、周波数を変化させたパルス信号（ＰＦＭ信号）を出力する。デジタル処理回路８０２は、デジタル信号のビット値が“０”であれば第１のレベルのパルス信号を出力し、デジタル信号のビット値が“１”であれば第１のレベルより高いレベルの第２のレベルのパルス信号を出力する。デジタル処理回路８０２は、ＰＷＭ信号又はＰＦＭ信号を端子ＲＥＧ＿ＥＮ経由でスイッチ１１の制御ノードへ供給する。スイッチ１１は、ＰＷＭ信号又はＰＦＭ信号に応じてオン・オフする。これにより、スイッチ１１は、ＰＷＭ信号又はＰＦＭ信号に応じて、パルス電圧を生成する。スイッチ１１は、パルス電圧をローパスフィルタ８０６へ供給する。ローパスフィルタ８０６は、パルス電圧を平滑化し、平滑電圧を出力バッファ８０７へ供給する。出力バッファ８０７は、平滑電圧に応じて、アナログ電圧（アナログ信号）を負荷ＬＤへ出力する。これにより、ＤＡ変換装置８００でデジタル信号がアナログ信号へ変換されて負荷ＬＤへ出力される。右の波形図は、デジタル処理回路８０２から出力されるパルス信号と、端子ＯＵＴから出力されるパルス信号に応じたアナログ信号を示す。このように、ＤＡ変換装置８００に入力されたデジタル信号は、ＰＷＭ回路又はＰＦＭ回路により変調され、デジタル信号に応じたアナログ電圧が負荷ＬＤへ供給される。

【0064】

また、半導体装置１は、図６に示す第５の応用例に応用できる。図６は、半導体装置１の第５の応用例を示す回路図である。図６は、第５の応用例として、増幅機能を有するＤＡ変換装置への応用例を例示する。第５の応用例は、第４の応用例に対して、ＤＡ変換後のアナログ信号をさらに増幅するように改良された応用例である。

【0065】

ＤＡ変換装置９００は、ＤＡ変換装置８００（図５参照）に対して、抵抗素子９０８及び抵抗素子９０９をさらに含む。

【0066】

抵抗素子９０８は、一端がノード８０４に接続され、他端がノード９１０に接続される。ノード８０４は、端子ＯＵＴ及び負荷ＬＤの一端にそれぞれ接続される。ノード９１０は、抵抗素子９０９の一端に接続され、ライン８０５を介して端子ＩＮＮに接続される。抵抗素子９０９の他端はグランド電位及び負荷ＬＤの他端に接続される。すなわち、演算増幅回路１０、抵抗素子９０８、抵抗素子９０９及びライン８０５を含む回路は、非反転増幅器として機能する出力アンプ９０７を構成する。

【0067】

ローパスフィルタ８０６が平滑電圧を生成する点は、第４の応用例と同様である。図６では、ローパスフィルタ８０６は、平滑電圧を出力アンプ９０７へ供給する。出力アンプ９０７は、平滑電圧に応じて、非反転増幅動作を行い、増幅されたアナログ電圧を生成する。例えば、入力ノード１０ａの平滑電圧をＶｉｎとし、抵抗素子９０８，９０９の抵抗値をそれぞれＲ_９０８，Ｒ_９０９とすると、出力ノード１０ｅのアナログ電圧Ｖｏｕｔは、次の数式３で表される。
Ｖｏｕｔ＝（１＋Ｒ_９０８／Ｒ_９０９）Ｖｉｎ・・・数式３

【0068】

出力アンプ９０７は、増幅率（１＋Ｒ_９０８／Ｒ_９０９）の増幅後のアナログ電圧（アナログ信号）を負荷ＬＤへ出力する。これにより、ＤＡ変換装置８００でデジタル信号が増幅されたアナログ信号へ変換されて負荷ＬＤへ出力される。

【0069】

以上のように、本実施形態では、半導体装置１において、基準電圧源８と演算増幅回路１０の入力ノード１０ａとの間にスイッチ１１が電気的に接続され、端子ＲＥＧ＿ＥＮがスイッチ１１の制御ノードに電気的に接続される。これにより、半導体装置１の外部からスイッチ１１を利用でき、基準電圧源８と演算増幅回路１０とを電気的に切り離せるので、半導体装置１を電源装置以外の用途にも応用でき、半導体装置１の応用の幅を広げることができる。

【0070】

また、本実施形態では、半導体装置１において、スイッチ１１と演算増幅回路１０の入力ノード１０ａとの間にインピーダンス部９が電気的に接続され、端子ＩＮＰがインピーダンス部９と演算増幅回路１０の入力ノード１０ａとの間のノードに電気的に接続される。これにより、半導体装置１の外部からインピーダンス部９を利用でき、所定の機能を実現できるので、半導体装置１を電源装置以外の用途にも応用でき、半導体装置１の応用の幅を広げることができる。さらに、半導体装置１は出力バッファ８０７を備えているため、負荷ＬＤの駆動負荷が比較的高い場合でも信号を供給することが可能である。

【0071】

以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0072】

１ 半導体装置
８ 基準電圧源
９ インピーダンス部
１０ 演算増幅回路
１１ スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】