置100中，开关SWx响应于第一电源电压Vx已经达 到第一设定电压Vth_SWx_0N而从断开状态切换至导通状态。即，在半导体装置100中，通 过利用根据第一实施例的半导体装置1的控制电路12将电力供应至负载芯片13。
[0049] 以下将参考时序图说明根据比较例的半导体装置100的操作。图5是用于解释根 据比较例的半导体装置100的操作的时序图。此外，图5中的设定电压REF1和REF2对应 于与参考图3进行说明的设定电压相同的电压。
[0050] 如图5中所示，根据比较例的半导体装置100响应于第一电源电压Vx已经达到第 一设定电压Vth_SWx_0N而从充电时段转变至稳定操作时段。因此，在根据比较例的半导体 装置100中，第二电源电压VDD在稳定操作时段开始时上升。
[0051] 在将参考图3说明的根据第一实施例的半导体装置1的操作和参考图5说明的根 据比较例的半导体装置100的操作进行比较时，根据第一实施例的半导体装置1直至第二 电源电压VDD达到最小操作电源电压Vmin为止所经过的时间更短。即，根据第一实施例的 半导体装置1通过采用控制芯片11能缩短负载芯片13的起动时间。以下将在下文更详细 说明通过减小起动时间而获得的效果。
[0052] 首先，将说明平滑电容器C1的充电能量和负载芯片13的激活能量之间的关系。以 下将Eboot定义为负载芯片13的激活能量。此外，在以下说明中，C1代表平滑电容器C1的 电容值，Vmin代表负载芯片13的最小操作电源电压且Vth_SWx_0N代表第一设定电压。此 外，Cprop代表根据第一实施例的半导体装置1的充电电容器Cx的电容值，且Ccomp代表 根据比较例的半导体装置100的充电电容器Cx的电容值。
[0053] 方程式（1)和方程式（2)源自根据定义的平滑电容器C1的充电能量和负载芯片 13的激活能量的关系方程式。
[0054][数学式1]
[0055]
[0056]
[0057]
[0058] 方程式⑴表示比较例中说明的半导体装置100中的能量关系。左侧表示在充电 电容器Cx中积累的能量中的负载芯片13的激活时使用的能量。更具体地，因为即使在升至 电压Vth_SWx_0N的能量被充电至充电电容器Cx时，也仅能使用对应于等于或大于作为负 载芯片的最小操作电压的Vmin的能量，且这个方程式如上表述。同时，右侧表示激活负载 芯片13所需的能量。更具体地，平滑电容器C1设置为连接至负载芯片，且因此激活负载芯 片13所需的能量需要激活负载芯片13的能量Eboot，还需要用于将平滑电容器C1充电至 负载芯片的最小擦作电压的能量。方程式（2)表示根据第一实施例的半导体装置1中的能 量的关系，且计算基础与方程式（1)相同。在方程式（1)和方程式（2)的比较时，根据第一 实施例的半导体装置1不具有左侧中的C1项。这是因为在根据第一实施例的半导体装置1 中，平滑电容器C1和负载芯片13在负载芯片13激活时被隔离。此外，当负载芯片13的电 源电压是Vmin或更小时，会出现负载芯片13的激活序列停止的现象。因此，方程式（1)和 方程式（2)表示在充电电容器Cx中积累的能量中可用于激活负载芯片13的能量（左侧） 不高于激活负载芯片13所需的能量（右侧）时，负载芯片13不能被激活。
[0059] 以下，通过利用方程式（1)和方程式（2)导出根据第一实施例的半导体装置1以 及根据比较例的半导体装置100的充电电容器Cx的电容值以比较与起动时间深度相关的 充电电容器Cx的电容值。通过从方程式⑴和方程式⑵导出方程式（3)和方程式（4) 而获得电容值。
[0060][数学式3]
[0061]
[0062][数学式4]
[0063] Cprop多2 ·Eboot/ (Vth_SWx_0N2_Vmin2)…（4)
[0064] 方程式（3)表示根据比较例的半导体装置100的充电电容器Cx的电容值，且方程 式（4)表示根据第一实施例的半导体装置1的充电电容器Cx的电容值。方程式（3)和方 程式⑷中的负载芯片13的激活能量Eboot、负载芯片13的最小激活电源电压Vmin以及 平滑电容器C1的电容值在根据第一实施例的半导体装置1以及根据比较例的半导体装置 100相同，且因此发现由方程式（3)表述的电容值Ccomp高于由方程式⑷表述的Cprop。 通过从方程式（3)和方程式（4)导出充电电容器Cx的关系，获得方程式（5)的关系。
[0065][数学式5]
[0066]Ccomp多Cprop…（5)
[0067] 方程式（5)示出当负载芯片13、平滑电容器C1以及第一设定电压Vth_SWx_0N处 于相同条件下时，根据第一实施例的半导体装置1的充电电容器Cx小于根据比较例的半导 体装置100的充电电容器Cx。换言之，根据第一实施例的半导体装置1的充电电容器Cx可 采用比根据比较例的半导体装置100的充电电容器Cx更低的电容值的乘积。
[0068] 最后，导出用于根据第一实施例的半导体装置1以及根据比较例的半导体装置 100的需要积累在充电电容器Cx中以激活负载芯片13的能量的量以比较充电时间。这些 能量的量可从方程式（1)和方程式（2)中导出为方程式（6)和方程式（7)。
[0069][数学式6]
[0070]
[0071]
[0072]
[0073] 左侧表示充电电容器Cx中积累的能量。在方程式（6)和方程式（7)的比较时，右 侧第一项公共的，方程式（7)的右侧第二项小于方程式（6)且方程式（7)的右侧第三项小 了Cl· (VmirT2)/2。有鉴于此，根据第一实施例的半导体装置1需要用于激活的更低的能 量。起动时间（即充电开始之后经过直至负载电路激活时的时间）等于经过直至由方程式 (6)和方程式（7)表述的能量的量被充电的充电时间。即，鉴于方程式（6)和方程式（7)， 确认根据第一实施例的半导体装置1可缩短经过直至负载芯片13激活的时间。
[0074] 在这点上，通过在方程式（1)至方程式（7)中代入特定值而描述充电电容器Cx的 电容值之间的关系以及起动时间之间的关系。在以下说明中，激活负载芯片13所需的能量 的量Eboot为10μJ(对应于2V下在5msec期间消耗1mA的能量的量），负载芯片13的最 小操作电源为2V，平滑电容器C1的电容值是10μF且用于将开关SWx切换至导通状态的第 一设定电压Vth_SWx_0N为3V。
[0075] 首先，通过在方程式（3)中代入上述条件而将根据比较例的半导体装置100的充 电电容器Cx的电容值计算为12yF。此外，通过将上述条件代入方程式（4)中而将根据第 一实施例的半导体装置1的充电电容器Cx的电容值计算为4μF。即，通过采用根据第一实 施例的半导体装置1，能降低充电电容器Cx的电容值。
[0076] 此外，通过采用充电电容器Cx的计算的电容值以及方程式（6)将激活根据比较例 的半导体装置100中的负载芯片13的充电电容器Cx中需要积累的能量的量计算为54μJ。 此外，通过采用充电电容器Cx的计算的电容值以及方程式（7)将激活根据第一实施例的半 导体装置1中的负载芯片13的充电电容器Cx中需要积累的能量的量计算为18μJ。
[0077] 在这点上，当从电源10输出的电流为100μA时，根据比较例的半导体装置100需 要540msec以激活负载芯片13。同时，根据第一实施例的半导体装置1需要180msec，其为 激活负载芯片13所需的时间。在这个特定实例中，根据第一实施例的半导体装置1与根据 比较例的半导体装置100相比可将起动时间降低66%。
[0078] 以下将研究根据第一实施例的半导体装置1中的选择性设定诸如第一设定电压 的参数的方法。首先将说明第一设定电压Vth_SWx_0N以及第三设定电压Vth_SWl_0N。针 对方程式（2)，最小操作电源电压Vmin以及激活能量Eboot是基于负载芯片13的规格而唯 一确定的参数，且可自由设定的参数是Vth_SWx_0N以及充电电容器Cx的电容值。此外，当 方程式（2)中的右侧大于左侧时，需要改变增加第一设定电压Vth_SWx_0N的方法以及增加 充电电容器Cx的电容值的方法的两种方法的组合以满足方程式（2)的数值关系。
[0079] 在这点上，将关注方程式（2)的左侧以阐明调整哪个参数更有效。虽然第 一项的Cprop· (Vth_SWx_0N~2) /2是充电电容器Cx中积累的总能量，但是第二项的 Cprop· (VmirT2)/2是没有用于激活负载芯片13的能量。这是因为当第二电源电压VDD 不是最小操作电源电压Vmin或更大时，能量不能用于激活负载芯片13。因此，计算有效用 于激活并且占据充电电容器Cx中积累的总能量的能量的比率（Ef_Eboot)。这种能量比率 Ef_Eb〇〇t从方程式（2)的左侧导出为方程式（8)。
[0080][数学式8]
[0081]
[0082] BP，当使第一设定电压Vth_SWl_0N
更高时，方程式（8)的右侧的第二项（Vmin'2/ Vth_SWx_0N~2)变得更小，且用于激活的能量比率更高。同时，当使充电电容器Cx的 电容值更高时，虽然用于激活的方程式（2)的能量提高，但是不能用于激活的能量 (Cprop· (VmirT2)/2)也提高，且用于激活并且占总能量的量的能量的量的比率没有改变。 鉴于上述内容，根据第一实施例的半导体装置1优选通过降低充电电容器Cx的电容值，同 时通过设定高的第一设定电压Vth_SWx_0N而尽可能提高效率，来降低没有用于激活的能 量的量。更具体地，第一设定电压Vth_SWx_0N的最大值优选为从电源10输出的最大输出 电压Vmax。
[0083] 随后将说明第三设定电压Vth_SWl_0N。当第三设定电压Vth_SWl_0N设定为低于 负载芯片13的最小操作电源电压Vmin的值时，平滑电容器C1不用作稳定电容器。同时， 当第三设定电压Vth_SWl_0N设定为电源10的最大输出电压Vmax或更大时，开关SW1不切 换至导通状态，平滑电容器C1不连接至负载芯片13,且因此发生操作失效。因此，第三设定 电压Vth_SWl_0N优选设定在Vmin〈Vth_SWl_0N〈Vmax之间。此外，当负载芯片13的电力消 耗的暂时波动较小时，第三设定电压Vth_SWl_0N设定为低电压，且当暂时改变显著时，能 通过将第三设定电压Vth_SWl_0N设定为高电压而稳定操作。
[0084] 此外，第二设定电压Vth_SWx_0FF以及第四设定电压Vth_SWl_0FF的电压优选设 定为Vmin〈Vth_SWx_OFF〈Vth_SWl_OFF。这是因为开关SWx保持导通状态的情况下，开关SW1 在导通和断开状态之间切换，以避免在负载芯片13的操作过程中稳定操作状态结束。
[0085] 如上所述，根据第一实施例的半导体装置1可通过提供控制芯片11而缩短负载芯 片13的起动时间。特别是当输出电力较低的微电力源用于电源10时，负载芯片13的起动 时间很可能增大。因此，在从这种微电力源提供电力的系统中提供控制芯片11并降低起动 时间是非常有效的。
[0086] 此外，根据第一实施例的半导体装置1可降低充电电容器Cx的电容值。近年来， 不仅安装在半导体上的半导体芯片而且安装基板显著小型化，因此使部件尺寸减小对降低 充电电容器Cx的电容值产生重要影响。
[0087] 第二实施例
[0088] 将在第二实施例中说明根据第一实施例的半导体装置1的控制电路12的实例。图 6是根据第二实施例的半导体装置2的框图。如图6中所示，根据第二实施例的半导体装置 2包括替代控制芯片11的控制芯片21。此外，控制芯片21包括作为控制电路12的第一电 压检测电路（例如电压检测电路22)以及第二电压检测电路（例如电压检测电路23)。
[0089] 电压检测电路22控制开关SWx处于导通状态直至第一电源电压Vx的电压达到第 一设定电压Vth_SWx_0N且随后达到低于第一设定电压Vth_SWx_0N的第二设定电压Vth_ SWx_0FF。电压检测电路23控制开关SW1处于导通状态直至第