特許 7607033 ＤＣ／ＤＣコンバータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-18

(45)【発行日】2024-12-26

(54)【発明の名称】ＤＣ／ＤＣコンバータ

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20241219BHJP

   H02M 3/07 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 H

H02M3/07

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022517535

(86)(22)【出願日】2021-03-10

(86)【国際出願番号】 JP2021009449

(87)【国際公開番号】W WO2021220629

(87)【国際公開日】2021-11-04

【審査請求日】2024-01-17

(31)【優先権主張番号】P 2020077926

(32)【優先日】2020-04-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】316005926

【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112955

【弁理士】

【氏名又は名称】丸島 敏一

(72)【発明者】

【氏名】小野 和俊

(72)【発明者】

【氏名】執行 信彦

(72)【発明者】

【氏名】前田 秀雄

【審査官】安食 泰秀

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第１００６１３３９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】国際公開第２０１３／１２８８０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００６／０２２６８９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００２－０５１５３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

Ｈ０２Ｍ ３／０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の直流電源から所定の出力電圧を生成するチャージポンプと、
前記チャージポンプを動作させるためのクロックを出力するクロック発生器と、
前記チャージポンプの前記出力電圧を監視して、第１または第２の電位の何れか一方を基準として前記出力電圧との比較を行って前記出力電圧が上回っているときに前記クロックの出力を有効にする制御信号を出力し、前記制御信号が前記クロックの無効を示しているときには前記第１の電位を基準として前記比較を行い、前記制御信号が前記クロックの有効を示しているときには前記第２の電位を基準として前記比較を行って、前記出力電圧が前記第１の電位から前記第２の電位の範囲を維持するように前記クロック発生器から出力される前記クロックを制御する電圧監視部と、
前記チャージポンプの前記出力電圧からバイアス電圧を生成する電圧レギュレータと
を具備するＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項2】

前記チャージポンプは、所定の正電位の前記直流電源から所定の負電位の前記出力電圧を生成し、
前記電圧レギュレータは、前記出力電圧から所定の負電位の前記バイアス電圧を生成する
請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項3】

前記バイアス電圧は、完全空乏型ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）プロセスによる回路のボディバイアス電圧である
請求項２記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項4】

前記チャージポンプの出力は容量に接続され、前記チャージポンプの動作に応じて前記容量において電荷が充放電される
請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項5】

前記電圧監視部は、前記クロックを出力させているときに前記出力電圧が前記第２の電位を下回ると前記クロックの出力を停止させ、前記クロックの出力を停止させているときに前記出力電圧が前記第１の電位を上回ると前記クロックの出力を開始させる
請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項6】

前記電圧監視部は、前記制御信号が前記クロックの無効を示しているときであっても所定の強制信号が入力されているときには前記第２の電位を基準として前記比較を行う
請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項7】

前記第１の電位は－１．４Ｖであり、前記第２の電位は－１．５Ｖである
請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、ＤＣ／ＤＣコンバータに関する。詳しくは、直流電源から任意の電源を生成し、被バイアス回路に任意の電位を供給するＤＣ／ＤＣコンバータに関する。

【背景技術】

【0002】

ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）トランジスタの製造技術として、ＦＤ－ＳＯＩ（Fully-Depleted Silicon on Insulator：完全空乏型ＳＯＩ）プロセスが注目されている。ＦＤ－ＳＯＩプロセスは、チャネル層、ソースおよびドレインと基板とがＢＯＸ（Buried Oxide）層で分離されており、ソースおよびドレインと基板との間に寄生ダイオードが存在しない。そのため、順方向リークを考慮する必要がなく、例えばＮチャネルトランジスタのソースを０Ｖとし、基板に－１．３Ｖなどの電位をかけることができ、トランジスタの閾値電位をアグレッシブに調整することが可能となる。すなわち、ＦＤ－ＳＯＩプロセスは、基板にかける電圧に自由度があり、ダイナミックにその電圧を調整することで、低リークと高速動作を両立させることができ、結果として、チップ全体の電力の低下を図ることができる。このとき、基板（ボディ）電圧をバイアスするためにボディバイアスジェネレータが用いられる。このようなＦＤ－ＳＯＩプロセスのＣＭＯＳトランジスタのためのボディバイアスジェネレータとして、チャージポンプを用いた回路構成が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】David Jacquet, et. al: "A 3 GHz Dual Core Processor ARM CortexTM-A9 in 28 nm UTBB FD-SOI CMOS With Ultra-Wide Voltage Range and Energy Efficiency Optimization", IEEE Journal of Solid-State Circuits, VOL.49, NO.4, 2014.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述の従来技術では、１．８Ｖ電源およびチャージポンプを用いて－１．８Ｖの負電源を生成し、レギュレータを介して、Ｎチャネルの基板に負電位を供給している。しかしながら、上述の従来技術では、１．８Ｖ電源の反転電圧をチャージポンプの出力電位としており、電荷転送量が少ないため、ポンピング頻度が高くなって、消費電流が大きくなってしまうという問題がある。

【0005】

本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、基板のバイアス電圧を生成する際に、チャージポンプの出力電圧を適切なレベルに制御することにより、消費電流の低減を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の側面は、所定の直流電源から所定の出力電圧を生成するチャージポンプと、上記チャージポンプを動作させるためのクロックを出力するクロック発生器と、上記チャージポンプの上記出力電圧を監視して上記出力電圧が所定の範囲を維持するように上記クロック発生器から出力される上記クロックを制御する電圧監視部と、上記チャージポンプの上記出力電圧からバイアス電圧を生成する電圧レギュレータとを具備するＤＣ／ＤＣコンバータである。これにより、チャージポンプの出力電圧を所定の範囲に維持して消費電流を低減するという作用をもたらす。

【0007】

また、この第１の側面において、上記チャージポンプは、所定の正電位の上記直流電源から所定の負電位の上記出力電圧を生成し、上記電圧レギュレータは、上記出力電圧から所定の負電位の上記バイアス電圧を生成するようにしてもよい。この場合において、上記バイアス電圧は、完全空乏型ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）プロセスによる回路のボディバイアス電圧を想定してもよい。

【0008】

また、この第１の側面において、上記チャージポンプの出力は容量に接続され、上記チャージポンプの動作に応じて上記容量において電荷が充放電されるようにしてもよい。これにより、チャージポンプが動作を停止している期間には容量から電圧レギュレータに給電させるという作用をもたらす。

【0009】

また、この第１の側面において、上記電圧監視部は、第１または第２の電位の何れか一方を基準として上記出力電圧との比較を行って上記出力電圧が上回っているときに上記クロックの出力を有効にする制御信号を出力し、上記制御信号が上記クロックの無効を示しているときには上記第１の電位を基準として上記比較を行い、上記制御信号が上記クロックの有効を示しているときには上記第２の電位を基準として上記比較を行うようにしてもよい。これにより、チャージポンプの出力電圧を第１の電位と第２の電位の範囲に維持して消費電流を低減するという作用をもたらす。

【0010】

また、この第１の側面において、上記電圧監視部は、上記クロックを出力させているときに上記出力電圧が上記第２の電位を下回ると上記クロックの出力を停止させ、上記クロックの出力を停止させているときに上記出力電圧が上記第１の電位を上回ると上記クロックの出力を開始させるようにしてもよい。

【0011】

また、この第１の側面において、上記電圧監視部は、上記制御信号が上記クロックの無効を示しているときであっても所定の強制信号が入力されているときには上記第２の電位を基準として上記比較を行うようにしてもよい。これにより、強制信号が入力されているときにチャージポンプの動作を促進するという作用をもたらす。

【0012】

なお、この第１の側面において、例えば、上記第１の電位は－１．４Ｖであり、上記第２の電位は－１．５Ｖであることが想定される。これにより、ポンピング回数を抑制して消費電力を低減するという作用をもたらす。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本技術の実施の形態における半導体装置の一例を示す図である。

【図2】本技術の第１の実施の形態におけるボディバイアスジェネレータ２００のブロック構成例を示す図である。

【図3】本技術の第１の実施の形態におけるボディバイアスジェネレータ２００の動作タイミング例を示す図である。

【図4】本技術の実施の形態におけるチャージポンプ２３０の回路構成例を示す図である。

【図5】本技術の実施の形態におけるチャージポンプ２３０の転送可能電荷量の算出例を示す図である。

【図6】本技術の第１の実施の形態におけるボディバイアスジェネレータ２００の回路構成例を示す図である。

【図7】本技術の第２の実施の形態におけるボディバイアスジェネレータ２００のブロック構成例を示す図である。

【図8】本技術の第２の実施の形態におけるボディバイアスジェネレータ２００の動作タイミングの第１の例を示す図である。

【図9】本技術の第２の実施の形態におけるボディバイアスジェネレータ２００の動作タイミングの他の例を示す図である。

【図10】本技術の第２の実施の形態におけるボディバイアスジェネレータ２００の回路構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
１．第１の実施の形態（消費電流を低減する例）
２．第２の実施の形態（放射性ノイズを低減する例）

【0015】

＜１．第１の実施の形態＞
［モバイルワイヤレス通信チップ］
図１は、本技術の実施の形態における半導体装置の一例を示す図である。

【0016】

ここでは、半導体装置の一例として、モバイルワイヤレス通信チップのブロック構成図を示している。このモバイルワイヤレス通信チップは、ＬＤＯレギュレータ１００と、ボディバイアスジェネレータ２００と、無線通信モジュール３００とを備える。

【0017】

ＬＤＯ（Low Drop Out）レギュレータ１００は、モバイルワイヤレス通信チップに給電を行うためのリニアレギュレータである。この例では、ＬＤＯレギュレータ１００が「－１．８Ｖ」の電源電圧を給電するものと想定する。

【0018】

ボディバイアスジェネレータ２００は、ＬＤＯレギュレータ１００から電源電圧を受けて、無線通信モジュール３００のボディバイアス電圧を生成する回路である。このボディバイアスジェネレータ２００は、直流の電源電圧から直流のボディバイアス電圧を生成するため、ＤＣ（Direct Current：直流）／ＤＣコンバータとしての機能を備える。すなわち、このボディバイアスジェネレータ２００は、特許請求の範囲に記載のＤＣ／ＤＣコンバータの一例である。このボディバイアスジェネレータ２００の詳細については後述する。

【0019】

無線通信モジュール３００は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ規格に則った通信（ＢＬＥ通信）を行うための通信モジュールである。ＢＬＥは、近距離において小さいサイズのデータを周囲に送信する技術であり、低消費電力で無線通信を行うことができる。この無線通信モジュール３００は、ボディバイアスジェネレータ２００から供給されたボディバイアス電圧により動作する。

【0020】

この無線通信モジュール３００は、ＦＤ－ＳＯＩプロセスのＣＭＯＳを想定しており、Ｎチャネルトランジスタのボディバイアス電圧を「０Ｖ」乃至「－１．３Ｖ」間で可変にすることが可能である。また、Ｐチャネルトランジスタのボディバイアス電圧も同様に「０Ｖ」乃至「＋１．３Ｖ」間で可変にすることが可能である。この例では、Ｎチャネルトランジスタに着目して、ボディバイアスジェネレータ２００がＮチャネルトランジスタのボディバイアス電圧ＮＢＢとして「－１．３Ｖ」を生成するものとする。

【0021】

なお、ここでは、ＢＬＥ通信のモジュールを例示したが、これは適用対象の一例であり、本技術の実施の形態は他の回路のボディバイアス電圧を生成する際にも広く適用することができる。

【0022】

［ボディバイアスジェネレータ］
図２は、本技術の第１の実施の形態におけるボディバイアスジェネレータ２００のブロック構成例を示す図である。

【0023】

このボディバイアスジェネレータ２００は、電圧監視部２１０と、クロック発生器２２０と、チャージポンプ２３０と、電圧レギュレータ２４０とを備える。また、チャージポンプ２３０の出力にはパッド２９１が設けられる。このパッド２９１には外部の容量２９２が接続される。

【0024】

電圧監視部２１０は、チャージポンプ２３０の出力電圧ＶＣＰを監視する回路である。この電圧監視部２１０は、オペアンプ２１７を備える。このオペアンプ２１７は、チャージポンプ２３０の出力電圧ＶＣＰと参照電圧とを比較して、出力電圧ＶＣＰが参照電圧を上回っているときに、クロック発生器２２０からのクロックの出力を有効にする制御信号Ａを出力する。

【0025】

ここで、制御信号Ａが無効を示している場合には、電圧監視部２１０は、ＶＲＥＦ１を基準の参照電圧として、出力電圧ＶＣＰとの比較を行う。一方、制御信号Ａが有効を示している場合には、電圧監視部２１０は、ＶＲＥＦ２を基準の参照電圧として、出力電圧ＶＣＰとの比較を行う。この例では、ＶＲＥＦ１が「－１．４Ｖ」であり、ＶＲＥＦ２が「－１．５Ｖ」であることを想定する。すなわち、このような動作を行うオペアンプ２１７は、例えば、ヒステリシスコンパレータとして実現することができる。

【0026】

クロック発生器２２０は、電圧監視部２１０からの制御信号Ａに従って、クロック信号Ｂを発生する回路である。すなわち、制御信号Ａがクロック出力の有効を示している場合には、クロック発生器２２０はクロック信号Ｂを発生する。一方、制御信号Ａがクロック出力の無効を示している場合には、クロック発生器２２０はクロック信号Ｂを発生しない。

【0027】

チャージポンプ２３０は、クロック発生器２２０からのクロック信号Ｂに従って、ＬＤＯレギュレータ１００からの直流電源により容量２９２の充放電を行う回路である。容量２９２にはチャージポンプ２３０の出力電圧ＶＣＰが印加される。クロック発生器２２０からクロック信号Ｂが出力されているときには、容量２９２には電荷が充電される。一方、クロック発生器２２０からクロック信号Ｂが出力されていないときには、容量２９２に充電されている電荷が放電される。

【0028】

電圧レギュレータ２４０は、チャージポンプ２３０の出力電圧ＶＣＰからボディバイアス電圧ＮＢＢを生成するものである。この電圧レギュレータ２４０は、例えば、ＤＡＣ（Digital-to-Analog Converter）により構成される。

【0029】

図３は、本技術の第１の実施の形態におけるボディバイアスジェネレータ２００の動作タイミング例を示す図である。

【0030】

初回の起動時には、チャージポンプ２３０の出力電圧ＶＣＰは「０Ｖ」である。クロック発生器２２０を動作させてクロック信号Ｂを発生することにより、チャージポンプ２３０が駆動され、容量２９２に電荷が充電され、チャージポンプ２３０の出力電圧ＶＣＰが負電位の方向に低下する。

【0031】

このとき、制御信号Ａがクロック出力の有効を示しているため、電圧監視部２１０は、ＶＲＥＦ２（－１．５Ｖ）を基準の参照電圧として、出力電圧ＶＣＰとの比較を行う。これにより、出力電圧ＶＣＰがＶＲＥＦ２（－１．５Ｖ）を下回ると、制御信号Ａがクロック出力の無効を示すようになり、クロック発生器２２０はクロック信号Ｂを発生しなくなる。クロック信号Ｂの停止中は、容量２９２に充電された電荷と負荷電流との関係により、電荷が放電されていく。これにより、チャージポンプ２３０の出力電圧ＶＣＰは、ＶＲＥＦ２（－１．５Ｖ）からＶＲＥＦ１（－１．４Ｖ）に向けて遷移する。

【0032】

このとき、制御信号Ａがクロック出力の無効を示しているため、電圧監視部２１０は、ＶＲＥＦ１（－１．４Ｖ）を基準の参照電圧として、出力電圧ＶＣＰとの比較を行う。これにより、容量２９２の電荷の放電によりチャージポンプ２３０の出力電圧ＶＣＰがＶＲＥＦ１（－１．４Ｖ）を上回ると、制御信号Ａがクロック出力の有効を示すようになり、クロック発生器２２０はクロック信号Ｂを発生し、チャージポンプ２３０の動作により容量２９２には電荷が充電されていく。

【0033】

以下、同様の動作を繰り返す。これにより、チャージポンプ２３０の出力電圧ＶＣＰは、ＶＲＥＦ１（－１．４Ｖ）からＶＲＥＦ２（－１．５Ｖ）の範囲を維持するように制御される。

【0034】

［チャージポンプ］
図４は、本技術の実施の形態におけるチャージポンプ２３０の回路構成例を示す図である。

【0035】

このチャージポンプ２３０は、フライイングキャパシタ（Ｃｆｌｙ）２３１と、４つのスイッチ２３２乃至２３５とを備える。スイッチ２３２および２３４の一端は、フライイングキャパシタ２３１の一端に接続される。スイッチ２３３および２３５の一端は、フライイングキャパシタ２３１の他端に接続される。スイッチ２３２および２３３の他端は、電源レベルに接地される。スイッチ２３４の他端は、電源電位ＶＤＤ（１．８Ｖ）に接続される。スイッチ２３５の他端は、チャージポンプ２３０の出力電圧ＶＣＰとして、容量２９２の一端に接続される。

【0036】

スイッチ２３２乃至２３５は、クロック発生器２２０からのクロック信号Ｂによりオンまたはオフに駆動される。すなわち、クロックが「０」を示すときは、スイッチ２３３および２３４をオンにするとともに、スイッチ２３２および２３５をオフにして、フライイングキャパシタ２３１を電源電位ＶＤＤ（１．８Ｖ）により充電する。一方、クロックが「０」を示すときは、スイッチ２３３および２３４をオフにするとともに、スイッチ２３２および２３５をオンにして、フライイングキャパシタ２３１に充電されていた電荷を放電して、その電荷を容量２９２に充電する。

【0037】

図５は、本技術の実施の形態におけるチャージポンプ２３０の転送可能電荷量の算出例を示す図である。

【0038】

一般に、１．８Ｖ電源によりチャージポンプを用いて負電源を生成した際の起動プロファイルの曲線は同図に示すようになる。この曲線では、出力電圧ＶＣＰが「－１．８Ｖ」に近づくほど変化がなだらかになっている。これは、１．８Ｖ電源と出力電圧ＶＣＰのレベルに関係があるためである。

【0039】

これは、フライイングキャパシタＣｆｌｙに正電源（１．８Ｖ）とＶＳＳ間で充電した電荷を、出力電圧ＶＣＰの負電源に転送する動きとなる。１回当たりに転送できる電荷量ΔＱは、次式により示される。
ΔＱ ＝ Ｃｆｌｙ ＊ΔＶ ＝ Ｃｆｌｙ ＊（正電源 ＋ ＶＣＰ）

【0040】

例えば、正電源が「１．８Ｖ」、Ｃｆｌｙが１００ｐＦの場合に、出力電圧ＶＣＰのレベルによって転送できる電荷量は、以下に示すように算出される。
ＶＣＰ ＝ ０Ｖの場合：
ΔＱ ＝ １００ｐＦ ＊（１．８Ｖ －０Ｖ）＝ １８０ｐ［ｑ］
ＶＣＰ ＝ －１．４Ｖの場合：
ΔＱ ＝ １００ｐＦ ＊（１．８Ｖ －１．４Ｖ）＝ ４０ｐ［ｑ］
ＶＣＰ ＝ －１．７５Ｖの場合：
ΔＱ ＝ １００ｐＦ ＊（１．８Ｖ －１．７５Ｖ）＝ ５ｐ［ｑ］

【0041】

出力電圧ＶＣＰのレベルが「－１．４Ｖ」の場合と「－１．７５Ｖ」の場合の電荷転送量を比較した場合、前者の方が８倍多く電荷を転送することができる。つまり、出力電圧ＶＣＰから消費される電流（電荷）が一定の場合でも、出力電圧ＶＣＰのレベルによっては、ポンピング回数（頻度）が大きく異なることがわかる。

【0042】

チャージポンプの消費電流は、理想のスイッチで構成されている場合であればゼロであるが、実際にはスイッチには寄生容量があり、また、それを駆動するためのバッファなどが電力を消費してしまう。言い換えると、チャージポンプの消費電力はポンピング回数（頻度）に比例する。チャージポンプの消費電力を低下させるためには、ポンピング回数を低く抑えることが効果的なアプローチと考えられる。

【0043】

そこで、この実施の形態では、チャージポンプ２３０の出力電圧ＶＣＰが「－１．４Ｖ」から「－１．５Ｖ」の範囲を維持するように制御することにより、ポンピング回数を低く抑えて、チャージポンプの消費電力の低下を図る。

【0044】

［ボディバイアスジェネレータの回路構成］
図６は、本技術の第１の実施の形態におけるボディバイアスジェネレータ２００の回路構成例を示す図である。ボディバイアスジェネレータ２００のブロック構成については上述の通りである。

【0045】

電圧監視部２１０は、電流源２１１および２１２と、抵抗２１３および２１４と、スイッチ２１５および２１６と、オペアンプ２１７とを備える。抵抗２１３には電流源２１１からの電流が流れ、出力電圧ＶＣＰが「－１．４Ｖ」のときに「０Ｖ」を示す電位が、スイッチ２１５の一端に供給される。抵抗２１４には電流源２１２からの電流が流れ、出力電圧ＶＣＰが「－１．５Ｖ」のときに「０Ｖ」を示す電位が、スイッチ２１６の一端に供給される。スイッチ２１５および２１６は、オペアンプ２１７の出力に応じて何れか一方がオン状態になり、他方がオフ状態になる。オペアンプ２１７は、スイッチ２１５および２１６の何れかから供給される電位と、ＶＳＳの「０Ｖ」とを比較して、出力電圧ＶＣＰが参照電圧（－１．４Ｖまたは－１．５Ｖ）を上回っているときに、クロック発生器２２０からのクロックの出力を有効にする制御信号Ａを出力する。

【0046】

クロック発生器２２０は、発振器２２１を備える。発振器２２１は、電圧監視部２１０からの制御信号Ａをイネーブル端子ＥＮに入力して、ＣＬＫ端子からクロック信号Ｂを出力する。すなわち、制御信号Ａがクロック出力の有効を示している場合には、発振器２２１はクロック信号Ｂを発生する。一方、制御信号Ａがクロック出力の無効を示している場合には、発振器２２１はクロック信号Ｂを発生しない。

【0047】

チャージポンプ２３０は、上述のように、フライイングキャパシタ２３１と、４つのスイッチ２３２乃至２３５とを備える。チャージポンプ２３０の出力は、上述のように、パッド２９１に接続される。このパッド２９１には外部の容量２９２が接続される。このチャージポンプ２３０の動作については上述の通りであるため、ここでの詳細な説明は省略する。

【0048】

電圧レギュレータ２４０は、電流源２４１と、ＭＯＳトランジスタ２４２および２４３と、抵抗２４４と、オペアンプ２４５とを備える。電流源２４１、ＭＯＳトランジスタ２４２および２４３は、カレントミラー回路を構成し、電流源２４１の電流Ｉｂ３をオペアンプ２４５に供給する。オペアンプ２４５はＶＳＳ（０Ｖ）を基準として、電流Ｉｂ３からボディバイアス電圧ＮＢＢ（－１．３Ｖ）を生成する。ボディバイアス電圧ＮＢＢは、被バイアス回路３０１に供給される。

【0049】

このように、本技術の第１の実施の形態では、ボディバイアスジェネレータ２００におけるチャージポンプ２３０の出力電圧ＶＣＰを電圧監視部２１０において監視して、出力電圧ＶＣＰがＶＲＥＦ１からＶＲＥＦ２の範囲を維持するように制御する。これにより、チャージポンプ２３０の１回当たりの電荷転送量を増加させて、ポンピング頻度を低下させ、消費電力を低減することができる。

【0050】

＜２．第２の実施の形態＞
ボディバイアスジェネレータ２００においては、チャージポンプ２３０が容量２９２に対して電荷を急速に充放電するため、磁界が発生してしまう。モバイルワイヤレス通信チップを想定すると、無線信号の受信パスがその磁界をノイズとして拾ってしまうおそれがある。また、チャージポンプ２３０が動作する場合、その出力電圧ＶＣＰにリプル（ripple）が生じ、そのリプルが電圧レギュレータ２４０を介して無線通信モジュール３００のボディに伝搬してしまうおそれがある。

【0051】

そこで、この第２の実施の形態では、そのような放射性ノイズを低減するために、無線通信中にチャージポンプ２３０を停止させる機能を持たせる。なお、チャージポンプ２３０を停止する場合、その間の給電は外付けの容量２９２に充電しておいた電荷からの給電になる。そのため、長期間停止すると出力電圧ＶＣＰのレベルは０Ｖになってしまう。一方、ＢＬＥ通信においては、送信と受信を繰り返し行い、その間にインターバル区間が存在する。したがって、そのインターバル区間に、チャージポンプ２３０を動作させて再充電することにより、システムとしての動作を担保する。

【0052】

［ボディバイアスジェネレータ］
図７は、本技術の第２の実施の形態におけるボディバイアスジェネレータ２００のブロック構成例を示す図である。

【0053】

この第２の実施の形態におけるボディバイアスジェネレータ２００の構成は、上述の第１の実施の形態と基本的には同様である。ただし、電圧監視部２１０が論理和回路２１８をさらに備える点が上述の第１の実施の形態と異なる。論理和回路２１８は、オペアンプ２１７からの制御信号Ａと外部からの強制信号ＦＯＲＣＥとの論理和を生成し、参照電圧を選択するスイッチ２１５および２１６に供給するものである。

【0054】

強制信号ＦＯＲＣＥは、無線通信が行われていない旨（非通信状態）を示す信号であり、モバイルワイヤレス通信チップのコアロジックなどによって生成される制御信号である。上述の第１の実施の形態では、制御信号Ａがクロックの無効を示しているときにはＶＲＥＦ１を基準としてチャージポンプ２３０の出力電圧ＶＣＰとの比較を行い、制御信号Ａがクロックの有効を示しているときにはＶＲＥＦ２を基準として比較を行っていた。この第２の実施の形態では、制御信号Ａがクロックの無効を示しているときであっても、強制信号ＦＯＲＣＥが非通信状態を示しているときにはＶＲＥＦ２を基準として比較を行う。

【0055】

これにより、非通信状態においては、容量２９２の放電により出力電圧ＶＣＰがＶＲＥＦ２（－１．５Ｖ）を上回る段階で、クロック発生器２２０からのクロックを有効にしてチャージポンプ２３０を動作させ、容量２９２に電荷を充電する。すなわち、非通信状態において積極的に充電を行っておくことにより、無線通信中のチャージポンプ２３０の動作を抑制することができる。

【0056】

図８は、本技術の第２の実施の形態におけるボディバイアスジェネレータ２００の動作タイミングの第１の例を示す図である。

【0057】

この第２の実施の形態では、上述の第１の実施の形態に加えて、無線通信中か否かの視点を加えている。すなわち、強制信号ＦＯＲＣＥが「Ｈ」（非通信状態）を示すときには、チャージポンプ２３０の出力電圧ＶＣＰが「－１．５Ｖ」になるように負帰還がかかるようになっている。

【0058】

無線通信中には、強制信号ＦＯＲＣＥが「Ｌ」になる。その際、出力電圧ＶＣＰが「－１．４Ｖ」を下回っている状態であればクロックが停止され、容量２９２から給電（放電）される。

【0059】

ここで、これらの動作が成立するためには、以下の条件が成り立つように設計を行う必要がある。ただし、Ｑ１は強制信号ＦＯＲＣＥが非通信状態を示す期間に充電する電荷量であり、Ｑ２は強制信号ＦＯＲＣＥが無線通信中を示す期間に容量２９２から放電される電荷量である。
Ｑ１ ＞ Ｑ２

【0060】

なお、この第１の例では、強制信号ＦＯＲＣＥが非通信状態を示す期間が短い場合について説明した。強制信号ＦＯＲＣＥが非通信状態を示す期間が長い場合には、以下の第２の例のように電圧監視部２１０が基準とする参照電圧は「－１．５Ｖ」に固定されるため、出力電圧ＶＣＰは負帰還ループにより「－１．５Ｖ」を出力し続ける。

【0061】

図９は、本技術の第２の実施の形態におけるボディバイアスジェネレータ２００の動作タイミングの他の例を示す図である。この例は、非通信状態におけるチャージポンプ２３０の出力電圧ＶＣＰの遷移の詳細を示している。

【0062】

無線通信中であれば制御信号Ａがクロックの無効を示しているときには出力電圧ＶＣＰが「－１．４Ｖ」を上回るまで放電が進んだ状態でクロックが再開するが、非通信状態であれば出力電圧ＶＣＰが「－１．５Ｖ」を上回った時点でクロックが再開する。クロックが入力されることによりチャージポンプ２３０が動作して、容量２９２に電荷が充電される。充電が進み、出力電圧ＶＣＰが「－１．５Ｖ」を下回るようになると、クロックは停止する。これを繰り返すことにより、非通信状態においては出力電圧ＶＣＰが「－１．５Ｖ」になるように維持される。

【0063】

［ボディバイアスジェネレータの回路構成］
図１０は、本技術の第２の実施の形態におけるボディバイアスジェネレータ２００の回路構成例を示す図である。

【0064】

この第２の実施の形態におけるボディバイアスジェネレータ２００の回路構成は、上述の第１の実施の形態と基本的には同様である。ただし、上述のように、電圧監視部２１０が論理和回路２１８をさらに備える点が上述の第１の実施の形態と異なる。

【0065】

このように、本技術の第２の実施の形態では、論理和回路２１８がオペアンプ２１７からの制御信号Ａと強制信号ＦＯＲＣＥとの論理和を生成して、オペアンプ２１７の参照電圧の選択信号とする。すなわち、強制信号ＦＯＲＣＥが非通信状態を示す期間においては、出力電圧ＶＣＰが「－１．５Ｖ」になるように維持され、積極的にチャージポンプ２３０を動作させて容量２９２に電荷を充電する。これにより、無線通信中のチャージポンプ２３０の動作を抑制して、放射性ノイズの発生を低減し、無線通信の送受信特性に影響を与えることなく、ボディバイアス電圧を生成することができる。

【0066】

なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の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において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。

【0067】

なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。

【0068】

なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）所定の直流電源から所定の出力電圧を生成するチャージポンプと、
前記チャージポンプを動作させるためのクロックを出力するクロック発生器と、
前記チャージポンプの前記出力電圧を監視して前記出力電圧が所定の範囲を維持するように前記クロック発生器から出力される前記クロックを制御する電圧監視部と、
前記チャージポンプの前記出力電圧からバイアス電圧を生成する電圧レギュレータと
を具備するＤＣ／ＤＣコンバータ。
（２）前記チャージポンプは、所定の正電位の前記直流電源から所定の負電位の前記出力電圧を生成し、
前記電圧レギュレータは、前記出力電圧から所定の負電位の前記バイアス電圧を生成する
前記（１）に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
（３）前記バイアス電圧は、完全空乏型ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）プロセスによる回路のボディバイアス電圧である
前記（２）に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
（４）前記チャージポンプの出力は容量に接続され、前記チャージポンプの動作に応じて前記容量において電荷が充放電される
前記（１）から（３）のいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
（５）前記電圧監視部は、第１または第２の電位の何れか一方を基準として前記出力電圧との比較を行って前記出力電圧が上回っているときに前記クロックの出力を有効にする制御信号を出力し、前記制御信号が前記クロックの無効を示しているときには前記第１の電位を基準として前記比較を行い、前記制御信号が前記クロックの有効を示しているときには前記第２の電位を基準として前記比較を行う
前記（１）から（４）のいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
（６）前記電圧監視部は、前記クロックを出力させているときに前記出力電圧が前記第２の電位を下回ると前記クロックの出力を停止させ、前記クロックの出力を停止させているときに前記出力電圧が前記第１の電位を上回ると前記クロックの出力を開始させる
前記（５）に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
（７）前記電圧監視部は、前記制御信号が前記クロックの無効を示しているときであっても所定の強制信号が入力されているときには前記第２の電位を基準として前記比較を行う
前記（５）に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
（８）前記第１の電位は－１．４Ｖであり、前記第２の電位は－１．５Ｖである
前記（５）から（７）のいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。

【符号の説明】

【0069】

１００ ＬＤＯレギュレータ
２００ ボディバイアスジェネレータ
２１０ 電圧監視部
２１１、２１２ 電流源
２１３、２１４ 抵抗
２１５、２１６ スイッチ
２１７ オペアンプ
２１８ 論理和回路
２２０ クロック発生器
２２１ 発振器
２３０ チャージポンプ
２３１ フライイングキャパシタ
２３２～２３５ スイッチ
２４０ 電圧レギュレータ
２４１ 電流源
２４２、２４３ ＭＯＳトランジスタ
２４４ 抵抗
２４５ オペアンプ
２９１ パッド
２９２ 容量
３００ 無線通信モジュール
３０１ 被バイアス回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】