专利名称：半导体集成电路设备中的dc－dc变换器的控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路设备，更具体地说，涉及半导体集成电路设备中例如DC-DC变换器这样的电源电路的控制电路。
背景技术：
半导体电路的操作速度随着操作环境或制造期间发生的处理的差别而变化。因此，需要这样一种电源电路，其向半导体电路提供最佳电源电压。
在现有技术中，在提高半导体集成电路设备(LSI)的速度和集成度方面已经取得了进展。而且，为了满足对耗电更少的半导体集成电路设备的需求，已经降低了操作电源电压。一个电子设备是多种半导体集成电路设备的组合，而每个半导体集成电路设备被提供以根据其配置的电源电压。每个半导体集成电路设备包括多个半导体电路。由于制造半导体集成电路设备期间发生的处理差别，各个半导体电路的门限电压或电阻是不同的。这使得半导体电路的操作速度互不相同。而且，门限电压或电阻也会由于温度或电源电压而产生差别。相应地，日本早期公开专利No.10-31522、No.11-135728、No.9-285109和8-223018中的每一个都提出了用于根据半导体电路的操作状态(例如延迟时间)来控制向半导体电路(逻辑电路)提供的电源电压的技术。
而且，电子设备的每个半导体集成电路设备被提供以不同的电源电压。因此优选地，向每个半导体集成电路提供一个电源电路(例如DC-DC变换器)。
发明内容
本发明提供了一种用于控制半导体集成电路设备中的电源电路的方法，其以预定速度操作半导体电路，而不论设备之间有何差别或操作环境如何变化，同时，其还产生不同于输入电压的电源电压。
本发明的一个方面是一种半导体集成电路，其具有这样的半导体电路，该半导体电路包括用于产生代表所述半导体电路的特性的监控信号的监控电路。连接到所述半导体电路的电源电路向所述半导体电路提供操作电压。所述电源电路包括用于产生所述操作电压的输出电路。信号产生电路产生参考信号。所述半导体电路和所述电源电路中的任意一个包括连接到所述监控电路和所述信号产生电路的控制电路，所述控制电路用于比较所述监控信号和所述参考信号，以根据所述比较结果来控制所述输出电路改变所述操作电压，并产生用于选择性地操作所述监控电路的控制信号。
本发明的另一方面是一种半导体集成电路，其具有这样的半导体电路，该半导体电路包括用于产生代表所述半导体电路的特性的监控信号的监控电路。连接到所述半导体电路的电源电路向所述半导体电路提供操作电压。所述电源电路包括用于产生所述操作电压的输出电路。信号产生电路产生参考信号。所述半导体电路和所述电源电路中的任意一个包括连接到所述监控电路和所述信号产生电路的第一控制电路，所述第一控制电路用于比较所述监控信号和所述参考信号，以根据所述比较结果来控制所述输出电路改变所述操作电压。连接到所述监控电路的第二控制电路产生控制信号，以间歇地操作所述监控电路。
本发明的另一方面是一种用于利用从具有参考信号的DC-DC变换器提供的电压而进行操作的半导体电路。该半导体电路包括根据控制信号进行操作的监控电路，所述监控电路用于产生代表所述半导体电路的特性的监控信号。连接到所述DC-DC变换器和所述监控电路的控制电路比较所述DC-DC变换器的所述参考信号和所述监控电路的所述监控信号，以根据所述比较结果来控制所述DC-DC变换器改变所述电压，并产生用于选择性地操作所述监控电路的控制信号。
本发明的另一方面是一种用于利用从具有参考信号的DC-DC变换器提供的电压而进行操作的半导体电路。该半导体电路包括根据控制信号进行操作的监控电路，所述监控电路用于产生代表所述半导体电路的特性的监控信号。连接到所述DC-DC变换器和所述监控电路的第一控制电路比较所述DC-DC变换器的所述参考信号和所述监控电路的所述监控信号，以根据所述比较结果来控制所述DC-DC变换器改变所述电压。连接到所述监控电路的第二控制电路产生控制信号，以间歇地操作所述监控电路。
本发明的另一方面是一种用于接收输入电压并产生用于向半导体电路提供的操作电压的DC-DC变换器。所述半导体电路包括用于产生代表所述半导体电路特性的监控信号的监控电路。所述DC-DC变换器包括用于产生参考信号的信号产生电路。连接到所述监控电路和所述信号产生电路的控制电路比较所述监控信号和所述参考信号、根据所述比较结果来控制所述操作电压，并产生用于选择性地操作所述监控电路的控制信号。
本发明的另一方面是一种用于接收输入电压并产生用于向半导体电路提供的操作电压的DC-DC变换器。所述半导体电路包括用于产生代表所述半导体电路特性的监控信号的监控电路。所述DC-DC变换器包括用于产生参考信号的信号产生电路。连接到所述监控电路和所述信号产生电路的第一控制电路比较所述监控信号和所述参考信号，以根据所述比较结果来控制所述操作电压。连接到所述监控电路的第二控制电路产生控制信号，以间歇性地操作所述监控电路。
本发明的另一方面是一种用于控制用于接收输入电压并产生用于向半导体电路提供的操作电压的DC-DC变换器的电路。所述半导体电路包括用于产生代表所述半导体电路特性的监控信号的监控电路。所述电路包括用于产生参考信号的信号产生电路。连接到所述监控电路和所述信号产生电路的控制电路比较所述监控信号和所述参考信号、根据所述比较结果来控制所述DC-DC变换器改变所述操作电压，并产生用于选择性地操作所述监控电路的控制信号。
本发明的另一方面是一种用于控制用于接收输入电压并产生向半导体电路提供的操作电压的DC-DC变换器的方法。所述半导体电路包括用于产生代表所述半导体电路特性的监控信号的监控电路。所述方法包括产生参考信号；比较所述监控信号和所述参考信号以根据所述比较结果来控制所述DC-DC变换器改变所述操作电压；以及利用控制信号来停止所述监控电路的操作。
本发明的另一方面是一种用于控制用于接收输入电压并产生向半导体电路提供的操作电压的DC-DC变换器的方法。所述半导体电路包括用于产生代表所述半导体电路特性的监控信号的监控电路。所述方法包括利用控制信号来间歇地操作所述监控电路；产生参考信号；以及比较所述监控信号和所述参考信号，以根据所述比较结果来控制所述DC-DC变换器改变所述操作电压。
结合附图，从下面的通过例子来解释本发明原理的描述中，可更清楚地理解本发明的其它方面和优点。
参照下面对优选实施例的说明并结合附图，可最好地理解本发明及其目的和优点，在附图中图1是根据本发明的优选实施例的半导体集成电路设备的示意方框图；图2是图1的半导体集成电路设备的详细示意方框图；图3是该半导体集成电路设备的第一修改的示意方框图；图4是该半导体集成电路设备的第二修改的示意方框图；图5是该半导体集成电路设备的第三修改的示意方框图；图6是该半导体集成电路设备的第四修改的示意方框图；图7是该半导体集成电路设备的第五修改的示意方框图；图8是该半导体集成电路设备的第六修改的示意方框图；图9是该半导体集成电路设备的第七修改的示意方框图；图10是该半导体集成电路设备的第八修改的示意方框图；以及图11是该半导体集成电路设备的第九修改的示意方框图。
具体实施例方式
现在参照图1和图2来描述根据本发明优选实施例的半导体集成电路设备(此后简称为半导体设备)10。
半导体设备10包括半导体电路11和用于向半导体电路11提供最佳电源电压的电源电路(DC-DC变换器)12。电路11和12集成在同一芯片上。半导体电路11包括逻辑电路(未示出)和环形振荡器21，它们利用从DC-DC变换器12提供的电源电压Vo而操作。环形振荡器21被用作为这样的装置，其用于检测由于温度改变或半导体电路11的制造期间发生的处理差别而造成的门限值和电阻值的改变。半导体电路可以包括使用环形振荡器21的振荡信号OSC1作为时钟信号而操作的逻辑电路。可替换地，半导体电路可以整个地根据时钟信号而操作。
参照图2，环形振荡器21包括被用作为反相设备的NAND电路22，还包括两个反相器电路23和24。环形振荡器21可以包括奇数个NAND电路22。NAND电路22包括用于接收控制信号SC的第一输入端、用于接收振荡信号OSC1的第二输入端，以及连接到第一反相器电路23的输出端。第一反相器电路23和第二反相器电路24是串联的，并且第二反相器电路24的输出端连接到NAND电路22的第二输入端。虽然未在图2中示出，但是NAND电路22和反相器电路23、24包括用于接收电压Vo的高电位电源端和连接到地GND的低电位电源端。环形振荡器21在控制信号SC为高时振荡，而在控制信号SC为低时停止振荡。
参照图1，DC-DC变换器12是降压型DC-DC变换器12，其接收输入电压Vi，并产生低于输入电压Vi的电压Vo。DC-DC变换器12产生控制信号SC，以控制DC-DC变换器12的振荡。而且，DC-DC变换器12基于环形振荡器21的振荡信号OSC1来调节输出电压Vo，以使得环形振荡器21的振荡频率被设置为所期望的频率。
DC-DC变换器12包括控制电路31、线圈L1以及电容器C1。线圈L1和电容器C1连接到控制电路31。控制电路31包括振荡器32、输出电压控制电路33、误差放大电路34、PWM控制电路35、第一晶体管T1、第二晶体管T2，以及可变电源VV。
振荡器32是三角波振荡器，其产生具有预定频率的三角波信号OSC2。三角波信号OSC2被提供给输出电压控制电路33和PWM控制电路35。
当被激活时，输出电压控制电路33在被设置为执行例如初始化的预定周期内，产生高电平的控制信号SC。然后，输出电压控制电路33产生低电平的控制信号SC。半导体电路11的环形振荡器21响应于高控制信号SC而在预定周期内振荡，然后响应于低控制信号SC而停止振荡。相应地，环形振荡器21所造成的半导体电路11的功耗增加被限制在预定周期内。
环形振荡器21的功耗由下式表示。
PW＝(1/2)×F×C×V×V在该式中，C代表构成了NAND电路22和反相器电路23、24的CMOS电路的总的栅极电容，F代表振荡频率，而V代表环形振荡器21的电源电压。如果环形振荡器21持续振荡，则将消耗上述功率。但是，控制信号SC控制环形振荡器21的振荡。因此，可通过仅在监控半导体电路11的操作状态时才振荡环形振荡器21来减小功耗。
输出电压控制电路33接收三角波信号OSC2和环形振荡器21的振荡信号OSC1，检测三角波信号OSC2和振荡信号OSC1之间的频率差或相位差，并根据检测结果来控制可变电源VV。可变电源VV向误差放大电路34提供比较电压Vr。因此，输出电压控制电路33控制被提供给误差放大电路34的比较电压Vr。
误差放大电路34包括接收比较电压Vr的正相输入端，和接收输出电压Vo的反相输入端。误差放大电路34放大比较电压Vr和输出电压Vo之间的电压差，以产生放大信号S1。PWM控制电路35将来自误差放大电路34的放大信号S1的电压与三角波信号OSC2的电压进行比较，以产生具有对应于比较结果的脉宽的第一和第二控制信号SG1和SG2。
第一晶体管T1是p沟道MOS晶体管，其源极用于接收输入电压Vi，漏极连接到第二晶体管T2，栅极用于接收第一控制信号SG1。第二晶体管T2是n沟道MOS晶体管，其源极连接到低电位电源(在本实施例中是地GND)，漏极连接到第一晶体管T1，栅极用于接收第二控制信号SG2。第一晶体管T1和第二晶体管T2之间的节点连接到扼流线圈L1的第一接线端，而线圈L1的第二接线端连接到半导体电路11。线圈L1的第二接线端还经由平滑电容器C1而连接到地GND。
第一晶体管T1和第二晶体管T2由第一控制信号SG1和第二控制信号SG2以基本互补的方式激活和禁止。晶体管T1和T2的激活和禁止向半导体电路11提供对输入电压Vi进行降压而产生的输出电压Vo。输出电压Vo由根据三角波信号OSC1和放大信号S1的比较结果的晶体管T1和T2的导通/关断比决定，该放大信号S1即输出电压Vo和比较电压Vr之间的电压差。即，DC-DC变换器12反馈输出电压Vo的检测结果，以控制(PWM控制)PWM控制电路35所产生的第一控制信号SG1和第二控制信号SG2的脉宽。这控制了晶体管T1的激活时间和禁止时间的比(导通/关断比)，以控制输出电压Vo。
输出电压控制电路33基于环形振荡器21的振荡信号OSC1的频率和振荡器32的三角波信号OSC2的频率之间的差来控制比较电压Vr。相应地，输出电压控制电路33控制比较电压Vr以控制输出电压Vo，并且使振荡信号OSC1的频率和三角波信号OSC2的频率一致。换句话说，输出电压控制电路33固定了半导体电路11的操作速度。
如图2所示，输出电压控制电路33包括相位检测器(P/D)41、计数器42、寄存器43、加法器44、D-A转换器(DAC)45，以及控制部件(控制电路)46。
相位检测器41检测三角波信号OSC2和振荡信号OSC1之间的相位差，以产生代表检测结果的比较信号。在优选实施例中，相位检测器41基于与相位有对应关系的频率来检测相位差。即，相位检测器41对三角波信号OSC2的频率(脉冲数)和振荡信号OSC1的频率(脉冲数)进行确定或计数，以产生根据两个计数值的比较结果的相位比较信号。更具体地说，相位检测器41包括第一计数器51、第二计数器52，以及比较器53。第一计数器51对振荡信号OSC1的频率(脉冲数)进行确定或计数，以产生计数值。第二计数器52对振荡信号OSC2的频率(脉冲数)进行确定或计数，以产生计数值。比较器53比较第一计数器51和第二计数器52的计数值，以根据比较结果来产生相位比较信号。
计数器42是向上/向下计数器，其根据相位比较信号S1来向上或向下计数，以产生计数值。计数器42具有初始值零(0)。计数器42的计数值根据振荡信号OSC1和三角波信号OSC2之间的相位差(频率差)而改变。例如，当振荡信号OSC1的频率大于三角波信号OSC2的频率时，计数器42产生负计数值。当振荡信号OSC1的频率不大于三角波信号OSC2的频率时，计数器42产生正计数值。
参考电压寄存器43存储输出电压Vo的参考电压值。例如，当输出电压Vo是3伏(V)时，参考电压值是对应于3V的数字值。
加法器44将计数器42的输出计数值和从寄存器43读取的参考值相加，并将和(数字值)提供给DAC45。DAC45根据从加法器44提供的数字值来产生比较电压Vr。相应地，DAC45工作为可变电源VV。
在配置输出电压控制电路33时，控制部件46控制电路41到45中每个电路的操作，并用控制信号SC来控制环形振荡器21。更具体地说，控制部件46在检测半导体电路11的状态时(例如初始化期间)，产生用于环形振荡器21的高电平的控制信号SC，并控制电路41到45。相应地，环形振荡器21响应于高控制信号SC而振荡。而且，输出电压控制部件46控制比较电压Vr和输出电压Vo，从而使得环形振荡器21的振荡信号OSC1的频率和三角波信号OSC2的频率基本一致。检测结束后，控制部件46产生低电平的控制信号SC，环形振荡器21响应于该低控制信号SC而停止振荡。而且，控制部件46停止对相位检测器41的操作。结果，计数器42不改变计数值，并且保持最后的计数值。DAC45继续根据最后被保持的计数值来产生比较电压Vr。
现在描述半导体设备10的操作。
当DC-DC变换器12被激活时，计数器42的计数值被设置为0。加法器44将计数值与存储在寄存器43中的参考电压值相加。相应地，DAC 45产生对应于参考电压值的比较电压Vr。结果，DC-DC变换器12产生根据参考电压值确定的输出电压Vo。
然后，控制部件46产生高电平的控制信号SC，并操作环形振荡器21以监控半导体电路11的特性。当环形振荡器21操作后，控制部件46操作相位检测器41和计数器42。振荡器32的三角波信号OSC2的频率和环形振荡器21的频率被确定或计数。例如，当计数器52的计数值到达预定值n时，相位检测器41的计数器51和52停止计数，并且比较器比较计数器51和52的计数值。
例如，当代表环形振荡器21的频率的计数器51的计数值m小于代表三角波信号OSC2的频率的计数器52的计数值n时，半导体电路11的操作速度低于期望值。因此，计数器42的计数值被增加，以提高DC-DC变换器12的输出电压Vo。加法器44将计数器42的计数值与参考电压值相加，并将和提供给DAC 45。相应地，被提供给误差放大电路34的比较电压Vr比初始电压值大电压值α，其对应于计数器42的计数值。结果，DC-DC变换器12的输出电压Vo也提高了电压值α。半导体电路11的电源电压Vo的提高提高了环形振荡器21的频率。然后，控制部件46再次操作相位检测器41的计数器51和52，对三角波信号OSC2的频率和振荡信号OSC1的频率进行确定或计数，并基于计数值来比较这两个频率。
当代表环形振荡器21的频率的计数器51的计数值m大于代表三角波信号OSC2的频率的计数器52的计数值n时，半导体电路11的操作速度高于期望值。因此，计数器42的计数值被减少，以降低DC-DC变换器12的输出电压Vo。相应地，被提供给误差放大电路34的比较电压Vr比初始电压值小电压值α，其对应于计数器42的计数值。结果，DC-DC变换器12的输出电压Vo也降低了电压值α。半导体电路11的电源电压Vo的降低降低了环形振荡器21的频率。然后，控制部件46再次操作相位检测器41的计数器51和52，对三角波信号OSC2的频率和振荡信号OSC1的频率进行计数，并基于计数值来比较这两个频率。
控制部件46重复上述操作并减小环形振荡器21的振荡信号OSC1和振荡器32的三角波信号OSC2的频率之间的差。当该差基本变为0时，控制信号产生低控制信号，并停止环形振荡器21。而且，控制部件46停止相位比较器53的操作。计数器42保持相位比较器53停止操作时的最后计数值。因此，DC-DC变换器12继续根据最后计数值来产生比较电压Vr。
通过停止相位比较器53的操作，防止了功耗的增加。而且，计数器42和比较器53的操作状态并未改变(输出值被保持)。因此，功耗比操作状态改变时低。结果，功耗比检测半导体电路11的状态时低。即，与不包含环形振荡器21或输出电压控制电路33的设备相比，半导体集成电路设备10的整体功耗增加得很少。而且，环形振荡器21和输出电压控制电路33所占的面积相对很小。这防止了半导体集成电路设备10的电路面积扩大。
优选实施例的半导体设备10具有以下优点。
(1)输出电压控制电路33将从半导体电路11的环形振荡器21提供的振荡信号OSC1与从DC-DC变换器12的振荡器32提供的三角波信号OSC2进行比较，并基于比较结果来改变比较电压Vr，以改变输出电压Vo。结果，环形振荡器21的振荡信号OSC1与作为参考信号的三角波信号OSC2基本一致。因此，半导体电路11以根据三角波信号OSC2的速度进行操作(补偿半导体电路11的特性)，并以该速度稳定地操作。
(2)输出电压控制电路33利用控制信号SC来选择性地操作环形振荡器21。结果，环形振荡器21可被操作为仅在必要时监控半导体电路11的特性。这防止了功耗的增加。
(3)通过利用环形振荡器21来监控半导体电路11的特性，半导体电路11的操作可被很容易地监控。而且，采用环形振荡器21方便了对振荡的控制。
对于本领域的技术人员来说很明显，本发明可以很多其它具体形式来实现，而不会偏离本发明的精神或范围。具体地说，应当理解，本发明可以下列形式实现。
本发明可被修改为如图3到10所示。
参照图3，半导体集成电路设备60包括半导体电路(LSI)61和DC-DC变换器62。半导体电路61包括监控电路(设备A)63。DC-DC变换器62包括信号产生电路(设备B)64、输出部件(输出电路)65，以及控制器66。
监控电路63监控半导体电路61的特性，并对应于优选实施例中的环形振荡器21。信号产生电路64产生参考信号Sb，并对应于图1的振荡器32。输出部件65产生用于半导体电路61的操作电压Vo，并对应于图1所示的晶体管T1和T2、误差放大电路34，以及PWM控制电路35。控制器66产生控制电压Sc，其基于监控电路63的输出信号Sa和信号产生电路64的参考信号Sb来控制监控电路63的操作，并控制输出部件65。控制器66对应于输出电压控制电路33。监控信号Sa对应于环形振荡器21的振荡信号OSC1。参考信号Sb对应于振荡器32的三角波信号OSC2。该半导体集成电路设备可被配置以这些功能块。
参照图4，半导体集成电路设备60a包括半导体电路(LSI)61和DC-DC变换器62a。DC-DC变换器62a包括信号产生电路(设备B)64a、输出部件(输出电路)65a，以及控制器66。信号产生电路64a响应于来自控制器66的控制信号Sc而被选择性地操作。由于这样的配置，当监控不被执行时，信号产生电路64a停止操作。这防止了DC-DC变换器62a的功耗增加。在本例中，输出部分65a包括图1的振荡器32。而且，工作为信号产生电路64a的另一振荡器也是必要的。
参照图5，半导体集成电路设备60b包括半导体电路(LSI)61b和DC-DC变换器62b。半导体电路61b包括监控电路(设备A)63和控制器66。DC-DC变换器62b包括信号产生电路(设备B)64和输出部件(输出电路)65。在本例中，控制器66并不限于DC-DC变换器。
参照图6，半导体集成电路设备60c包括半导体电路(LSI)61b和DC-DC变换器62c。DC-DC变换器62c包括信号产生电路(设备B)64a。信号产生电路64a响应于来自控制器66的控制信号Sc而被选择性地操作。由于这样的配置，当监控不被执行时，信号产生电路64a停止操作。这防止了DC-DC变换器62c的功耗增加。
参照图7，半导体集成电路设备60d包括半导体电路(LSI)61和DC-DC变换器62d。DC-DC变换器62d包括信号产生电路(设备B)64、输出部件(输出电路)65、控制器66d，以及定时器电路67。定时器电路67间歇地向监控电路(设备A)63提供高控制信号Sc。由于这样的配置，通过周期性地监控半导体电路61的状态并控制输出电压Vo，处理了半导体电路61随时间的改变。在图7中，控制器66工作为第一控制部件(第一控制电路)，而定时器电路67工作为第二控制部件(第二控制电路)。
参照图8，半导体集成电路设备60e利用从定时器电路67提供的控制信号Sc来控制信号产生电路(设备B)64a。在这样的配置中，信号产生电路64a当监控不被执行时停止操作。这防止了DC-DC变换器62a的功耗增加。
参照图9，半导体集成电路设备60f包括半导体电路(LSI)61f和DC-DC变换器62b。半导体电路61f包括监控电路(设备A)63、控制器66e，以及定时器电路67。DC-DC变换器62b包括信号产生电路(设备B)64和输出部件(输出电路)65。在这样的配置中，输出电压Vo根据半导体电路61f的状态而被控制，以使得半导体电路61f的操作速度保持恒定，并处理半导体电路61f随时间的改变。
参照图10，半导体集成电路设备60g包括半导体电路(LSI)61f和DC-DC变换器62c。半导体电路61f包括监控电路(设备A)63、控制器66e，以及定时器电路67。DC-DC变换器62c包括信号产生电路(设备B)64a和输出部件(输出电路)65。在这样的配置中，输出电压Vo根据半导体电路61f的状态而被控制，以使得半导体电路61f的操作速度保持恒定，并处理半导体电路61f随时间的改变。而且，信号产生电路64a当监控不被执行时停止操作。这防止了DC-DC变换器62c的功耗增加。
在图7到10中，控制器66和定时器电路67可被布置在两个单独的电路中。更具体地说，定时器电路67可被布置在图7和8的半导体电路61中，定时器电路67也可被布置在图9和10的DC-DC变换器62b和62c中。
半导体电路设备可由多块芯片进行配置。在此情形下，优选地，DC-DC变换器12的芯片被配置为使得寄存器43可重写。在此情形下，可通过从外部设备改变存储在寄存器43中的参考电压值而改变输出电压Vo。而且，在不同的电源电压下进行操作的半导体电路很容易被处理。
本发明可应用于包括升压型DC-DC变换器(其提高输出电压Vi以产生电压Vo)的半导体集成电路设备。例如，如图11所示，半导体集成电路设备10a的DC-DC变换器12a包括线圈L1，其连接到输入电压Vi，还连接到晶体管T1和T2之间的节点，以在第一晶体管T1的源极产生输入电压Vi的升压电压Vo。在半导体集成电路设备10a中，电压基于布置在半导体电路11中的环形振荡器21的振荡输出信号而被调节。而且，半导体电路11以预定速度被操作。DC-DC变换器并不限于升压或降压型变换器，而是可以是产生负电压的DC-DC变换器，或者根据半导体电路11的配置而产生多个不同电压的DC-DC变换器。
上述示例和实施例应被认为是说明性的而非限制性的，而且本发明并不限于这里给出的细节，而是可在所附权利要求的范围和等同物内进行修改。
权利要求
1.一种半导体集成电路(10、10a、60、60a、60b、60c)，包括半导体电路(11、61、61b)，包括用于产生代表所述半导体电路的特性的监控信号(OSC1、Sa)的监控电路(21、63)；以及电源电路(12、12a、62、62a、62b、62c)，所述电源电路连接到所述半导体电路，并用于向所述半导体电路提供操作电压，所述电源电路包括用于产生所述操作电压的输出电路(34、35、T1、T2；65)；以及用于产生参考信号的信号产生电路(32、64、64a)，所述半导体电路和所述电源电路中的任意一个包括连接到所述监控电路和所述信号产生电路的控制电路(33、66)，所述控制电路用于比较所述监控信号和所述参考信号，以根据所述比较结果来控制所述输出电路改变所述操作电压，并产生用于选择性地操作所述监控电路的控制信号(Sc)。
2.如权利要求1所述的半导体集成电路设备，其中所述信号产生电路接收来自所述控制电路的控制信号(Sc)，并响应于所述控制信号而进行操作。
3.一种半导体集成电路(60d、60e、60f、60g)，包括半导体电路(61、61f)，包括用于产生代表所述半导体电路的特性的监控信号(Sa)的监控电路(63)；以及电源电路(62d、62e、62c)，所述电源电路连接到所述半导体电路，并用于向所述半导体电路提供操作电压，所述电源电路包括用于产生所述操作电压的输出电路(65)；以及用于产生参考信号(Sb)的信号产生电路(64、64a)，所述半导体电路和所述电源电路中的任意一个包括连接到所述监控电路和所述信号产生电路的第一控制电路(66d、66e)，所述第一控制电路用于比较所述监控信号和所述参考信号，以根据所述比较结果来控制所述输出电路改变所述操作电压；以及连接到所述监控电路的第二控制电路(67)，所述第二控制电路用于产生控制信号(Sc)，以间歇地操作所述监控电路。
4.如权利要求3所述的半导体集成电路设备，其中所述信号产生电路接收来自所述第二控制电路的所述控制信号(Sc)，并响应于所述控制信号而进行操作。
5.一种半导体电路(61b)，用于利用从具有参考信号(Sb)的DC-DC变换(62b、62c)提供的电压而进行操作，所述半导体电路包括根据控制信号进行操作的监控电路(63)，所述监控电路用于产生代表所述半导体电路的特性的监控信号(Sa)；以及连接到所述DC-DC变换器和所述监控电路的控制电路(66)，所述控制电路用于比较所述DC-DC变换器的所述参考信号和所述监控电路的所述监控信号，以根据所述比较结果来控制所述DC-DC变换器改变所述电压，并产生用于选择性地操作所述监控电路的控制信号(Sc)。
6.一种半导体电路(61f)，用于利用从具有参考信号(Sb)的DC-DC变换器(62b、62c)提供的电压而进行操作，所述半导体电路包括根据控制信号进行操作的监控电路(63)，所述监控电路用于产生代表所述半导体电路的特性的监控信号(Sa)；连接到所述DC-DC变换器和所述监控电路的第一控制电路(66e)，所述第一控制电路用于比较所述DC-DC变换器的所述参考信号和所述监控电路的所述监控信号，以根据所述比较结果来控制所述DC-DC变换器改变所述电压；以及连接到所述监控电路的第二控制电路(67)，所述第二控制电路用于产生控制信号(Sc)，以间歇地操作所述监控电路。
7.一种用于接收输入电压并产生用于向半导体电路(11)提供的操作电压的DC-DC变换器(12)，其中所述半导体电路包括用于产生代表所述半导体电路特性的监控信号的监控电路(21)，所述DC-DC变换器包括用于产生参考信号(OSC2)的信号产生电路(32)；以及连接到所述监控电路和所述信号产生电路的控制电路(33)，所述控制电路比较所述监控信号和所述参考信号、根据所述比较结果来控制所述操作电压，并产生用于选择性地操作所述监控电路的控制信号(Sc)。
8.如权利要求7所述的DC-DC变换器，其中所述监控电路包括用于产生振荡信号作为所述监控信号的环形振荡器，所述DC-DC变换器还包括误差放大电路(34)，用于放大所述操作电压和比较电压之间的电压差，以产生放大信号(S1)；连接到所述误差放大电路的PWM控制电路(35)，所述PWM控制电路用于比较所述放大信号和所述参考信号，以产生具有根据所述比较结果的脉宽的第一和第二控制信号(SG1、SG2)；包括用于接收所述第一控制信号的第一栅极的第一晶体管(T1)；以及与所述第一晶体管串联的第二晶体管(T2)，所述第二晶体管包括用于接收所述第二控制信号的第二栅极；其中所述控制电路检测所述环形振荡器的所述振荡信号和所述参考信号之间的相位差，以根据所述检测结果来控制所述比较电压。
9.如权利要求8所述的DC-DC变换器，其中所述控制电路包括连接到所述环形振荡器的相位检测器(41)，所述相位检测器用于检测所述振荡信号和所述参考信号之间的相位差，以产生相位差检测信号；连接到所述相位检测器的计数器(42)，所述计数器用于通过根据所述相位差检测信号而向上或向下计数，来产生计数值；用于存储参考电压值的寄存器(43)；连接到所述计数器和所述寄存器的加法器(44)，所述加法器用于将所述计数器的所述计数值和所述参考电压值相加，以产生总和信号；以及连接到所述加法器和所述误差放大电路的D-A转换器(45)，所述D-A转换器用于根据所述总和信号来产生所述比较电压，并将所述比较电压提供给所述误差放大电路。
10.如权利要求9所述的DC-DC变换器，其中所述相位检测器包括连接到所述环形振荡器的第一计数器(51)，所述第一计数器用于对所述振荡信号的频率进行计数，以产生第一计数值；第二计数器，用于对所述参考信号的频率进行计数，以产生第二计数值；以及连接到所述第一和第二计数器的比较器(53)，所述比较器用于比较所述第一和第二计数值，以产生所述相位差检测信号。
11.一种用于接收输入电压并产生用于向半导体电路(11)提供的操作电压的DC-DC变换器(12)，其中所述半导体电路包括用于产生代表所述半导体电路特性的监控信号的监控电路(21)，所述DC-DC变换器包括用于产生参考信号(OSC2)的信号产生电路(32)；连接到所述监控电路和所述信号产生电路的第一控制电路(33)，所述第一控制电路比较所述监控信号和所述参考信号，以根据所述比较结果来控制所述操作电压；以及连接到所述监控电路的第二控制电路(67)，所述第二控制电路产生控制信号(Sc)以间歇地操作所述监控电路。
12.如权利要求11所述的DC-DC变换器，其中所述监控电路包括用于产生振荡信号作为所述监控信号的环形振荡器，所述DC-DC变换器还包括误差放大电路(34)，用于放大所述操作电压和比较电压之间的电压差，以产生放大信号(S1)；连接到所述误差放大电路的PWM控制电路(35)，所述PWM控制电路用于比较所述放大信号和所述参考信号，以产生具有根据所述比较结果的脉宽的第一和第二控制信号(SG1、SG2)；包括用于接收所述第一控制信号的第一栅极的第一晶体管(T1)；以及与所述第一晶体管串联的第二晶体管(T2)，所述第二晶体管包括用于接收所述第二控制信号的第二栅极，所述操作电压是通过激活和禁止所述第一和第二晶体管而产生的；其中所述第一控制电路检测所述环形振荡器的所述振荡信号和所述参考信号之间的相位差，以根据所述检测结果来控制所述比较电压。
13.如权利要求12所述的DC-DC变换器，其中所述第一控制电路包括连接到所述环形振荡器的相位检测器(41)，所述相位检测器用于检测所述振荡信号和所述参考信号之间的相位差，以产生相位差检测信号；连接到所述相位检测器的计数器(42)，所述计数器用于通过根据所述相位差检测信号而向上或向下计数，来产生计数值；用于存储参考电压值的寄存器(43)；连接到所述计数器和所述寄存器的加法器(44)，所述加法器用于将所述计数器的所述计数值和所述参考电压值相加，以产生总和信号；以及连接到所述加法器和所述误差放大电路的D-A转换器(45)，所述D-A转换器用于根据所述总和信号来产生所述比较电压，并将所述比较电压提供给所述误差放大电路。
14.如权利要求13所述的DC-DC变换器，其中所述相位检测器包括连接到所述环形振荡器的第一计数器(51)，所述第一计数器用于确定所述振荡信号的频率，并产生第一计数值；第二计数器，用于确定所述参考信号的频率，并产生第二计数值；以及连接到所述第一和第二计数器的比较器(53)，所述比较器用于比较所述第一和第二计数值，以产生所述相位差检测信号。
15.一种用于控制DC-DC变换器(12)的电路，所述DC-DC变换器用于接收输入电压并产生向半导体电路(11)提供的操作电压，其中所述半导体电路包括用于产生代表所述半导体电路特性的监控信号的监控电路(21)，所述电路包括用于产生参考信号(OSC2)的信号产生电路(32)；以及连接到所述监控电路和所述信号产生电路的控制电路(33)，所述控制电路比较所述监控信号和所述参考信号、根据所述比较结果来控制所述DC-DC变换器改变所述操作电压，并产生用于选择性地操作所述监控电路的控制信号(Sc)。
16.如权利要求15所述的电路，其中所述监控电路包括用于产生振荡信号作为所述监控信号的环形振荡器，所述DC-DC变换器包括误差放大电路(34)，用于放大所述操作电压和比较电压之间的电压差，以产生放大信号(S1)；连接到所述误差放大电路的PWM控制电路(35)，所述PWM控制电路用于比较所述放大信号和所述参考信号，以产生具有根据所述比较结果的脉宽的第一和第二控制信号(SG1、SG2)；包括用于接收所述第一控制信号的第一栅极的第一晶体管(T1)；以及与所述第一晶体管串联的第二晶体管(T2)，所述第二晶体管包括用于接收所述第二控制信号的第二栅极，所述操作电压是通过激活和禁止所述第一和第二晶体管而产生的；其中所述控制电路检测所述环形振荡器的所述振荡信号和所述参考信号之间的相位差，以根据所述检测结果来控制所述比较电压。
17.一种用于控制DC-DC变换器(12)的方法，所述DC-DC变换器用于接收输入电压并产生向半导体电路(11)提供的操作电压，所述半导体电路包括用于产生代表所述半导体电路特性的监控信号的监控电路(21)，所述方法包括产生参考信号(OSC2)；比较所述监控信号和所述参考信号，以根据所述比较结果来控制所述DC-DC变换器改变所述操作电压；以及利用控制信号(Sc)来停止所述监控电路的操作。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述监控电路包括用于产生振荡信号作为所述监控信号的环形振荡器，所述DC-DC变换器包括误差放大电路(34)，用于放大所述操作电压和比较电压之间的电压差，以产生放大信号(S1)；连接到所述误差放大电路的PWM控制电路(35)，所述PWM控制电路用于比较所述放大信号和所述参考信号，以产生具有根据所述比较结果的脉宽的第一和第二控制信号(SG1、SG2)；包括用于接收所述第一控制信号的第一栅极的第一晶体管(T1)；以及与所述第一晶体管串联的第二晶体管(T2)，所述第二晶体管包括用于接收所述第二控制信号的第二栅极，所述操作电压是通过激活和禁止所述第一和第二晶体管而产生的；其中所述比较包括检测所述所述振荡信号和所述参考信号之间的相位差；以及根据所述检测结果来控制所述比较电压。
19.一种用于控制DC-DC变换器(12)的方法，所述DC-DC变换器用于接收输入电压并产生向半导体电路(11)提供的操作电压，所述半导体电路包括用于产生代表所述半导体电路特性的监控信号的监控电路(21)，所述方法包括利用控制信号(Sc)来间歇地操作所述监控电路；产生参考信号(OSC2)；以及比较所述监控信号和所述参考信号，以根据所述比较结果来控制所述DC-DC变换器改变所述操作电压。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述监控电路包括用于产生振荡信号作为所述监控信号的环形振荡器，所述DC-DC变换器包括误差放大电路(34)，用于放大所述操作电压和比较电压之间的电压差，以产生放大信号(S1)；连接到所述误差放大电路的PWM控制电路(35)，所述PWM控制电路用于比较所述放大信号和所述参考信号，以产生具有根据所述比较结果的脉宽的第一和第二控制信号(SG1、SG2)；包括用于接收所述第一控制信号的第一栅极的第一晶体管(T1)；以及与所述第一晶体管串联的第二晶体管(T2)，所述第二晶体管包括用于接收所述第二控制信号的第二栅极，所述操作电压是通过激活和禁止所述第一和第二晶体管而产生的；其中所述比较包括检测所述所述振荡信号和所述参考信号之间的相位差；以及根据所述检测结果来控制所述比较电压。
全文摘要
本发明公开了一种用于产生不同于输入电压的电源电压的DC－DC变换器，同时，不论设备之间有何差别或操作环境如何改变，都以预定速度操作半导体电路。输出电压控制电路将从半导体电路的环形振荡器提供的振荡信号与从DC－DC变换器的振荡器提供的三角波信号进行比较，并根据比较结果来改变DC－DC变换器的输出电压。这基本上使得环形振荡器的振荡信号与作为参考信号的三角波信号相一致，并以根据三角波信号的速度来操作半导体电路。
文档编号H03L7/06GK1797915SQ20051007730
公开日2006年7月5日 申请日期2005年6月20日 优先权日2004年12月28日
发明者小泽秀清, 伊藤秀信, 土屋主税, 小川和树 申请人:富士通株式会社