JP2005117773A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、より特定的には昇圧回路、特にフラッシュメモリに使用される昇圧回路に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a booster circuit, and more particularly to a booster circuit used for a flash memory.
特許第3403006号明細書(特許文献1)には、基板バイアス用チャージポンプを備えている半導体集積回路に関して、最大到達電圧を低下させることなくチップ面積を可及的に小さくすることを目的として並列に接続された複数個のチャージポンプ回路を切換えて使用する構成が開示されている。
図18は、電位発生回路500の構成を示した回路図である。
FIG. 18 is a circuit diagram showing the configuration of the
図18を参照して、発振器512で発生された信号OSCがNAND回路514およびインバータ516〜520によって相補なクロックφ,/φに変換されてこの相補なクロックφ、/φによって駆動された昇圧回路502が昇圧動作を行なう。昇圧回路は負荷回路506に対して昇圧電位VPPを供給する。コンパレータ510は、基準電位Vrefと分圧回路504によって電位VPPが分圧された分圧電位DIVを比較する。コンパレータは電位DIVが基準電位発生回路508で発生された電位Vrefを上回ると、昇圧活性信号VPPENをLレベルに非活性化する。
Referring to FIG. 18, signal OSC generated by
その結果、クロック信号φ,/φがディスエーブルとなり、昇圧動作は停止される。その後、リークなどによって電位VPPのレベルが低下し、電位DIVが電位Vrefを下回るようになると、再びコンパレータが信号VPPENをHレベルに活性化する。するとクロック信号φ,/φがイネーブルとなり、昇圧回路502は昇圧動作を再開する。
As a result, the clock signals φ, / φ are disabled, and the boosting operation is stopped. After that, when the level of the potential VPP decreases due to leakage or the like and the potential DIV becomes lower than the potential Vref, the comparator activates the signal VPPEN to the H level again. Then, the clock signals φ and / φ are enabled, and the
図19は、電位発生回路500の動作を説明するための波形図である。
FIG. 19 is a waveform diagram for explaining the operation of the
図18、図19を参照して、昇圧回路502が昇圧停止、昇圧再開動作を繰返すことにより、電位VPPはほぼ電位VPP0を中心としてΔVPPの範囲に安定化される。なお、VPP0は、以下の式(1)で表わされる。
Referring to FIGS. 18 and 19, when
VPP0=(R1+R2)/R2*Vref…(1)
このように、昇圧回路の駆動力が、負荷回路の容量に対してあまり大きくない場合には、ほぼ上記VPP0の一定値に電位VPPは制御される。
VPP0 = (R1 + R2) / R2 * Vref (1)
As described above, when the driving power of the booster circuit is not so large with respect to the capacity of the load circuit, the potential VPP is controlled to a constant value of VPP0.
しかし、昇圧回路502の駆動力が、負荷回路506の容量に対して大きい場合には、1回のクロックアップ動作で昇圧容量Cを介して負荷回路506に供給される電荷量が過剰となる。また、コンパレータ510は、電位VPPが電位VPP0に達したことを検知して昇圧動作を停止させるが、コンパレータが応答するにはある所定の応答時間がかかるので、昇圧動作を停止するのには時間差が生じてしまう。この間も昇圧動作は行なわれるため、電位VPPは電位VPP0をある量超えた電位まで昇圧されてしまう。
However, when the driving power of the
また、コンパレータ510によって昇圧動作が停止した後には、昇圧回路502の出力ノードのリーク電流、たとえば、負荷回路506や分圧回路504の消費電流などによって電位VPPが低下する。このとき電位VPPが電位VPP0まで低下すると、コンパレータ510がそれを検知して昇圧動作を直ちに再開すべきであるが、やはり応答時間Tdがかかってしまう。したがって、昇圧動作は、電位VPPが電位VPP0をある程度下回ってから初めて再開される。
In addition, after the boosting operation is stopped by the
このため、図19に示すように、電位VPPは定常状態においても鋸状の波形となる。 For this reason, as shown in FIG. 19, the potential VPP has a sawtooth waveform even in a steady state.
フラッシュメモリでは、書込時のビット線電位等にこのような昇圧電位が用いられる。ビット線電位は、一定値に安定化させておく必要があり、図19に示したような鋸状のリップルが生じると、オーバープログラムなどの問題が生ずる。このため、昇圧回路502の駆動力に対して負荷容量が小さくならないように、デカップル容量Cdを付加して電位VPPの安定化を図ることがよく行なわれる。
In the flash memory, such a boosted potential is used for the bit line potential at the time of writing. The bit line potential needs to be stabilized at a constant value, and if a saw-tooth ripple as shown in FIG. 19 occurs, problems such as over programming occur. For this reason, it is often performed to stabilize the potential VPP by adding a decoupling capacitor Cd so that the load capacitance does not decrease with respect to the driving force of the
昇圧回路502の駆動力は、クロック振幅などによって変動する。クロック振幅は、電源電圧と等しくなることが普通であり、電源電圧が高いときは昇圧回路502の駆動力は大きくなり、逆に電源電圧が低いときには昇圧回路502の駆動力は小さくなる。
The driving force of the
昇圧電位VPPは、ある一定時間以内に目標電位であるVPP0まで昇圧を行なう必要がある。昇圧回路502が駆動力の高い場合すなわち電源電圧が高いときに昇圧回路502の駆動力を負荷に対して最適化すると、電源電圧が低い場合には昇圧に時間がかかりすぎてしまう。したがって、昇圧回路502は、電源電圧が低いときに合せて最適化される。
The boosted potential VPP needs to be boosted to the target potential VPP0 within a certain time. If the driving power of the
しかし、電源電圧が高くなり駆動力が高くなると、昇圧回路502は明らかに負荷回路506に対してオーバーパワーとなり、リップルが増大する。また、昇圧回路502の駆動力を高く設定すると、昇圧回路502自体の消費電力が増大してしまう。
However, when the power supply voltage increases and the driving power increases, the
特に、フラッシュメモリでは、書込時のビット線の選択数は書込むデータパターンによって異なる。たとえば、1本のビット線しか昇圧の対象にならない場合もあれば、数千本のビット線が昇圧の対象になる場合もある。このように駆動力の変化のみならず、負荷容量の変化も起こる。負荷容量の変化によっても電位のリップルが発生し、これによる問題が生ずる。 In particular, in a flash memory, the number of bit lines selected at the time of writing differs depending on the data pattern to be written. For example, only one bit line may be boosted, and several thousand bit lines may be boosted. Thus, not only the driving force changes, but also the load capacity changes. A change in the load capacitance also causes a potential ripple, which causes a problem.
このようなリップルの増大を抑制するには、十分なデカップル容量を付加すればよいが、負荷容量を増やしすぎると、電源電圧が低いときに駆動力不足を招く。この駆動力不足を補うためには昇圧回路の駆動力を増やすことが必要となる。すると昇圧回路の面積の増加および昇圧回路での消費電力の増加等の弊害が生ずる。また、大容量のデカップル容量を設けると、このデカップル容量が占有する面積も無視することができなくなる。 In order to suppress such an increase in ripple, a sufficient decoupling capacity may be added. However, if the load capacity is increased too much, the driving force is insufficient when the power supply voltage is low. In order to compensate for this deficiency in driving force, it is necessary to increase the driving force of the booster circuit. As a result, problems such as an increase in the area of the booster circuit and an increase in power consumption in the booster circuit occur. If a large decoupling capacity is provided, the area occupied by the decoupling capacity cannot be ignored.
本発明の目的は、消費電流が削減され、リップル量が改善された昇圧回路を搭載する半導体装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device including a booster circuit with reduced current consumption and improved ripple amount.
この発明は、要約すると、半導体装置であって、内部回路と、内部回路で使用するための内部電位を発生する電位発生回路と、内部電位の変化の時定数を観測し、時定数が所定の値よりも小さい場合もしくは大きい場合に時定数が所定の値と等価となるように電位発生回路を制御する制御回路とを備える。 In summary, the present invention relates to a semiconductor device, an internal circuit, a potential generation circuit that generates an internal potential for use in the internal circuit, and a time constant of a change in the internal potential. And a control circuit that controls the potential generation circuit so that the time constant is equivalent to a predetermined value when the value is smaller or larger than the value.
したがって、本発明の主たる利点は、電源電圧、負荷容量その他の要因によって、駆動力と負荷の相対関係が変動した場合にも、動作が最適化され、リップルの低減や消費電力の低減が図られることである。 Therefore, the main advantage of the present invention is that even when the relative relationship between the driving force and the load varies depending on the power supply voltage, the load capacity, and other factors, the operation is optimized, and the ripple and power consumption can be reduced. That is.
以下において、本発明の実施の形態について本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[実施の形態1]
図1は、本発明の半導体装置1の構成を示したブロック図である。本明細書では、昇圧回路を内蔵する半導体装置の一例としてフラッシュメモリを説明する。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a
図1を参照して、半導体装置1は、内部にROMを用い、このROMに保持しているプログラムコードに基づき書込および消去の制御を行なう書込&消去制御部2と、書込&消去制御部2から制御信号VDCCONTおよび活性化信号VPPEN、リセット信号RSTEを受けてこれらに応じて出力電位VPP、Vout−、VWLを発生して出力する電圧発生部3と、外部からアドレス信号ADRを受けるアドレスバッファ16と、アドレスバッファ16から内部アドレス信号を受け電圧発生部3から電位の供給を受けセレクトゲート線SGL、ワード線WL0,WL1,ソース線SLおよびウェルの各電位を決定するXデコーダ18と、データ入出力信号DIOを授受するための入出力バッファ22と、アドレスバッファ16からアドレス信号を受けデコードするYデコーダ20と、Yデコーダ20の出力に応じてデータ入出力信号に対応しメインビット線MBLに高電圧を印加するY系制御回路24とを含む。
Referring to FIG. 1, a
電圧発生部3は、書込&消去制御部2から制御信号VDCCONTおよび活性化信号VPPEN、リセット信号RSTEを受けてこれらに応じて出力電位VPPを発生させる正電圧発生回路4と、制御信号VDCCONT、リセット信号RSTEおよびチャージポンプ活性化信号NPUMPEを受けて出力電位Vout−を発生させる負電圧発生回路8と、ワード線電位VWLを発生させるWLブースト回路12と、書込&消去制御部2によって制御され出力電位VPP、Vout−およびワード線電位VWLを受けて各内部回路に分配するディストリビュータ14とを含む。
The
Xデコーダは、図示しないが、ワード線を選択するためのWLデコーダと、セレクトゲートを選択するためのSGデコーダと、選択されたメモリブロックに対応するウェル領域を選択するWELLデコーダと、ソース線を選択するためのSLデコーダとを含む。 Although not shown, the X decoder includes a WL decoder for selecting a word line, an SG decoder for selecting a select gate, a WELL decoder for selecting a well region corresponding to the selected memory block, and a source line. And an SL decoder for selection.
Y系制御回路24は、読出時にカラム選択を行ないセンスアンプで読出作業を行なうYG&センスアンプとラッチ回路と、ラッチしているデータに基づき書込時のメインビット線MBLに高電位を印加するかどうかを決定するページバッファとを含む。
The Y-
WLブースト回路12は、高速アクセスを実現するために読出時に選択されたワード線WLおよび選択されたセレクトゲートSGに与える昇圧電位を発生する回路である。
The
半導体装置1は、さらに、メモリアレイ26を含む。メモリアレイ26は、それぞれが分離されたウェルの内部に形成されるメモリブロックBLOCK0〜BLOCKnを含む。
メモリブロックBLOCK0は、メモリセル30,32と、セレクトゲート28とを含む。メモリブロックBLOCK0では、Xデコーダ18によって選択されたセレクトゲート線SGL、ワード線WL0,WL1およびソース線SLに対応するメモリセルが選択され、メインビット線MBLからデータに対応する信号を受けてデータ保持が行なわれる。図1では、選択されたセレクトゲート線SGL、ワード線WL0,WL1およびソース線SLに対応するセレクトゲート28、メモリセル30,32が代表的に図示されている。
Memory block BLOCK 0 includes
図2は、図1における書込&消去制御部2と正電圧発生回路4の構成を示した回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of write / erase
図2を参照して、正電圧発生回路4は、クロック信号φ,/φに応じて昇圧動作を行なう昇圧回路50と、昇圧回路50の出力ノードの電位を分圧する抵抗R1,R2と、基準電位Vref1〜Vref3を発生する基準電位発生回路76と、抵抗R1,R2によって分圧された電位DIV1と基準電位Vref1を比較して信号VPPENを出力するコンパレータ74とを含む。
Referring to FIG. 2, positive
正電圧発生回路4は、さらに、昇圧用のクロック信号CLKPを出力する昇圧用発振器54と、クロック信号CLKPと信号VPPENとを受けるNAND回路56と、NAND回路56の出力を受けて反転しクロック信号φを出力するインバータ58と、NAND回路56の出力を受けるインバータ60と、インバータ60の出力を受けて反転しクロック信号/φを出力するインバータ62とを含む。
The positive
正電圧発生回路4は、さらに、制御信号VDCCONTに応じて電源電位VCCを降下させて電源電位VCCLを出力するVDC52を含む。電源電位VCCLは、インバータ58、62に対して動作電源電位として与えられる。したがって、クロック信号φ,/φの振幅は電源電位VCCLとなる。
Positive
なお、昇圧回路50の出力ノードには、負荷容量CLが接続されている。この負荷容量CLは、たとえばフラッシュメモリであれば書込データパターンによって定まるビット線の選択数に応じて容量が変化する。
Note that a load capacitor CL is connected to the output node of the
書込&消去制御部2は、電圧検知回路69を含む。電圧検知回路69は、昇圧回路50の出力する電位VPPを分圧するための直列に接続された抵抗R3,R4と、抵抗R3,R4によって分圧された電位DIV2と基準電位Vref2とを比較して信号CP01を出力するコンパレータ70と、電位VPPを分圧するための直列に接続された抵抗R5,R6と、抵抗R5,R6によって分圧された電位DIV3と基準電位Vref3とを比較して信号CP02を出力するコンパレータ72とを含む。
The write & erase
書込&消去制御部2は、さらに、時定数の観測する時間基準であるシステムクロックCLKSを発生するシステムクロック発振器64と、所定の時定数に対応する情報を記憶するためのリードオンリメモリ(ROM)66と、クロック信号CLKS,信号CP01,CP02およびROM66に記憶された情報に基づいて、VDC52を制御する制御信号VDCCONTを出力する昇圧部制御回路68を含む。
The write & erase
図3は、昇圧回路50の構成を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the
図3を参照して、昇圧回路50は、電源ノードからノードN1に向う向きにダイオード接続されるNチャネルMOSトランジスタ82と、一方端がノードN1に接続され他方端にクロック信号φを受けるキャパシタ84と、ノードN1からノードN2に向う向きが順方向となるようにダイオード接続されたNチャネルMOSトランジスタ86と、ノードN2に一方端が接続され他方端がクロック信号/φに結合されるキャパシタ88とを含む。
Referring to FIG. 3,
昇圧回路50は、さらに、ノードN2からノードN3に向う向きが順方向となるようにダイオード接続されるNチャネルMOSトランジスタ90と、ノードN3に一方端が接続され他方端にクロック信号φを受けるキャパシタ92と、ノードN3からノードN4に向う向きが順方向となるように接続されるNチャネルMOSトランジスタ94と、ノードN4に一方端が接続され他方端にクロック信号φを受けるキャパシタ96と、ノードN4からノードN5に向う向きが順方向となるように接続されるNチャネルMOSトランジスタ98とを含む。
Boost
ノードN5からは昇圧電位VPPが出力される。 Boosted potential VPP is output from node N5.
図4は、図2における昇圧部制御回路68の具体的構成を示したブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a specific configuration of
図4を参照して、昇圧部制御回路68は、クロック信号CLKSに応じてカウント数CNを出力するカウント回路402と、カウント数CNとROM66から与えられる規定されたシステムクロック数情報Nを比較する比較回路404と、カウント数CNとROM66から与えられる規定されたシステムクロック数情報Mとを比較する比較回路406と、信号CP01,CP02と比較回路404,406の出力とに応じて制御信号VDCCONTを出力する判定ロジック408とを含む。
Referring to FIG. 4,
電圧の上昇開始に伴い、図2のシステムクロック発振器64が発振を開始し、カウント回路402がカウントを行なう。カウント回路402は、比較回路404にカウント数CNを出力する。
As the voltage starts to rise, the
一方、比較回路404には、ROM66からの規定されたシステムクロック数情報Nが入力されており、カウント数CNがN未満とN以上とで異なる論理信号OUT1を出力する。
On the other hand, the specified system clock number information N from the
制御信号CP01がLレベルからHレベルに変化した場合であって、論理信号OUT1がN未満を示しているときには、判定ロジック408はチャージポンプの駆動力を落とす指示信号VDCCONTを出力する。
When the control signal CP01 changes from the L level to the H level and the logic signal OUT1 indicates less than N, the
一方、制御信号CP01がLレベルからHレベルに変化した場合であって論理信号OUT1がN以上を示すときには、判定ロジック408は、チャージポンプの駆動力を変化させないように指示信号VDCCONTを出力する。
On the other hand, when the control signal CP01 changes from the L level to the H level and the logic signal OUT1 indicates N or more, the
同様に、比較回路406が、カウント数CNがM以上であるかM未満であるかによって論理信号OUT2を変化させる。判定ロジック408は、制御信号CP02がLレベルからHレベルに変化した場合に論理信号OUT2がM未満を示すときには、判定ロジック408はチャージポンプの駆動力を落とすように指示信号VDCCONTを変化させる。
Similarly, the
一方、制御信号CP02がLレベルからHレベルに変化した場合に論理信号OUT2がM以上を示すときには、判定ロジック408はチャージポンプの駆動力を変化させないように指示信号VDCCONTを出力する。
On the other hand, when the control signal CP02 changes from the L level to the H level and the logic signal OUT2 indicates M or more, the
図5は、実施の形態1の正電圧発生回路の動作を説明するための動作波形図である。 FIG. 5 is an operation waveform diagram for explaining the operation of the positive voltage generating circuit according to the first embodiment.
図2、図5を参照して、昇圧用発振器54が、クロック信号CLKPを発生させており、時刻t0では、昇圧イネーブル信号VPPENがHレベルである。するとインバータ58および62から相補なクロック信号φ,/φが出力される。この相補クロック信号φ,/φのHレベルは、外部から与えられる電源電位VCCが降圧回路VDC52によって降圧された電位VCCLで与えられる。基準電位発生回路76は、3種類の基準電位Vref1〜Vref3を発生させる。なお、3つの基準電位の大きさには
Vref1>Vref3>Vref2…(2)
の関係がある。
2 and 5, boosting
There is a relationship.
コンパレータ70,72,74が昇圧電位VPPから分圧された電位DIV1〜DIV3と基準電位Vref1〜Vref3とをそれぞれ比較することで、昇圧電位VPPを観測する。
The
昇圧部制御回路68は、システムクロックCLKSおよびコンパレータ70,72の出力を受け、また、予めROM66から取得されている情報に基づいてVDC制御信号VDCONTを出力する。ROM66には、システムクロックCLKSが何クロック目以上でコンパレータ70,72の出力が反転すべきかという情報が保持されている。昇圧部制御回路68は、信号VDCCONTによって相補クロック信号φ,/φのHレベルである電位VCCLを制御する。
The
時刻t0〜t1において、昇圧回路50が昇圧動作を開始すると、昇圧電位VPPが時定数τ1に相当する速度で上昇し始める。そして時刻t1において電位VPPが電位VPP1に到達する。なお、電位VPP1は、次の式(3)で表わされる。
When the
VPP1=(R5+R6)/R6*Vref2…(3)
このとき、コンパレータ70がこれを検出し、信号CP01はLレベルからHレベルに反転する。昇圧部制御回路68にはROM66から所定のクロック数Nが取得されている。そして昇圧部制御回路68は、信号CP01が反転したときのクロック数Xとクロック数Nとを比較する。
VPP1 = (R5 + R6) / R6 * Vref2 (3)
At this time, the
クロック数Xがクロック数Nよりも小さい場合には、昇圧部制御回路68は、昇圧回路50の駆動力が大きいと判断して時定数を上げるために制御信号VDCCONTをVDC52に対して出力し、電位VCCLを電位VCCL0から電位VCCL1に低下させる。これにより昇圧回路50の駆動力が小さくされる。
When the clock number X is smaller than the clock number N, the
時刻t1〜t2では、昇圧回路50は、駆動力が1段階小さくなった状態で昇圧動作を継続し、昇圧電位VPPの上昇の時定数はτ2に増大する。ここで、τ1<τ2である。
From time t1 to t2, the
そして時刻t2において電位VPPが電位VPP2に到達する。なお、電位VPP2は次の式(4)で表わされる。 At time t2, the potential VPP reaches the potential VPP2. The potential VPP2 is expressed by the following formula (4).
VPP2=(R3+R4)/R4*Vref3…(4)
このとき、コンパレータ72がこれを検出し、信号CP02がLレベルからHレベルに反転する。
VPP2 = (R3 + R4) / R4 * Vref3 (4)
At this time, the
昇圧部制御回路68は、ROM66から取得した所定のクロック数Mと信号CP02が反転したときのクロック数Yとを比較する。クロック数Yがクロック数Mよりも小さい場合には、昇圧部制御回路68は昇圧回路の駆動力が未だ大きいと判断する。そして昇圧部制御回路68は時定数を大きくするために、VDC52に対して制御信号VDCCONTを出力し、電位VCCLのレベルを電位VCCL1から電位VCCL2に低下させる。これにより昇圧回路50の駆動力はさらに小さくなる。
The
昇圧回路は、時刻t2〜t3の間この状態で昇圧動作を継続し、このとき昇圧電位の上昇時の時定数はτ3となる。なお、τ2<τ3である。 The booster circuit continues the boosting operation in this state from time t2 to t3, and at this time, the time constant when the boosted potential rises becomes τ3. Note that τ2 <τ3.
このように、昇圧回路50の駆動力が最適化されるので、昇圧回路50における消費電力が低減する。この状態で、時刻t3において電位VPPが目標到達電位VPP0に到達する。なお、VPP0は次の式(5)で表わされる。
Thus, since the driving force of the
VPP0=(R1+R2)/R2*Vref1…(5)
時刻t3以降は、コンパレータ74が、電位VPPを分圧した電位DIV1と基準電位Vref1とを比較し、電位DIV1が基準電位Vref1を超えた場合に出力VPPENをHレベルからLレベルに反転させる。この結果、相補クロック信号φ,/φが昇圧回路50に供給されなくなり昇圧動作は停止される。
VPP0 = (R1 + R2) / R2 * Vref1 (5)
After time t3, the
その後も、コンパレータ74は、電位VPPを監視し、電位低下が起こった場合には、出力VPPENをLレベルからHレベルに反転させ再び昇圧動作を再開させる。昇圧動作が再開されると電位VPPは上昇する。以降の動作は従来例と同様であるが、昇圧回路50の駆動力が大きすぎないようにクロック信号φ,/φの振幅が最適化されているので、電位VPPのリップル量は従来例と比べて小さくなる。また、時刻t3以降のレギュレーション動作中においても、昇圧回路50の消費電力は従来例と比べて小さくなる。
Thereafter, the
図6は、図2における昇圧部制御回路68の動作を示したフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the
図2、図6を参照して、まずステップS1で昇圧動作が開始されると、次にステップS2において昇圧部制御回路68はROM66から目標時定数に相当するクロック数の情報N,Mを取得する。
Referring to FIGS. 2 and 6, when the step-up operation is started in step S1, first, in step S2, step-up
そしてステップS3において、コンパレータ70の出力する信号CP01がHレベルに変化したときのクロック数XがROM66から読出されたクロック数Nより小さいか否かが判断される。クロック数Xがクロック数Nよりも小さくない場合には直接ステップS7に進む。一方クロック数Xがクロック数Nよりも小さい場合にはステップS4に進み昇圧回路50の駆動力を所定量だけ低下させる。そしてステップS5に進む。
In step S3, it is determined whether or not the clock number X when the signal CP01 output from the
ステップS5においては、コンパレータ72が出力する信号CP02がHレベルになったときのクロック数XとROMから読出されたクロック数Mとが比較される。クロック数Xがクロック数Mよりも小さくなかった場合には直接ステップS7に進む。一方クロック数Xがクロック数Mよりも小さかった場合にはステップS6に進み昇圧回路50の駆動力を所定量低下させる。そしてステップS7に進む。
In step S5, the clock number X when the signal CP02 output from the
ステップS7では、昇圧およびレギュレーション動作が継続されステップS8で昇圧動作が終了する。 In step S7, the boosting and regulating operations are continued, and the boosting operation is finished in step S8.
ステップS3,ステップS5において、信号CP01,CP02が反転するのに規定のクロック数以上の時間がかかった場合には、駆動力を低下させる必要性はないので、駆動力低下の措置がとられず直接ステップS7に進む。 In steps S3 and S5, if it takes a time longer than the prescribed number of clocks to invert the signals CP01 and CP02, there is no need to reduce the driving force, so no measures for reducing the driving force are taken. Proceed directly to step S7.
このように、昇圧電位の上昇中にリアルタイムに立上がり時の時定数をモニタし、駆動力の調整を行なう。なお、信号CP01,CP02の両方を用いる場合を示したが、信号CP01,CP02のいずれか一方のみを用いて駆動力の調整を行なってもよい。 In this way, the time constant at the time of rising is monitored in real time while the boosted potential is rising, and the driving force is adjusted. Although the case where both signals CP01 and CP02 are used is shown, the driving force may be adjusted using only one of signals CP01 and CP02.
昇圧電位の立上がりの時定数は、昇圧回路の駆動力と負荷容量の相対関係を表わすファクタである。負荷容量に対して駆動力が大きいと時定数が小さくなる。逆に昇圧回路の負荷容量に対して駆動力が小さいと時定数は大きくなる。この時定数の変化を、所定の基準電位に到達する時間をシステムクロックによって計測することによりリアルタイムにモニタする。これにより、電源電圧、負荷容量、その他の要因によって駆動力と負荷の相対関係が変動した場合にも駆動力が最適化できる。 The rise time constant of the boosted potential is a factor representing the relative relationship between the driving force of the booster circuit and the load capacity. When the driving force is large with respect to the load capacity, the time constant becomes small. Conversely, when the driving force is small relative to the load capacity of the booster circuit, the time constant increases. The change in the time constant is monitored in real time by measuring the time to reach a predetermined reference potential using the system clock. Thus, the driving force can be optimized even when the relative relationship between the driving force and the load varies due to the power supply voltage, the load capacity, and other factors.
言換えれば、外部から電源電圧、選択ビット線数などの情報を与えられることなく、自律的に駆動力の調整が行なわれる。これにより消費電流削減、リップル量の改善が図られる。 In other words, the driving force is adjusted autonomously without external information such as the power supply voltage and the number of selected bit lines. As a result, current consumption can be reduced and the amount of ripple can be improved.
[実施の形態2]
図7は、実施の形態2の書込&消去制御部と正電圧発生回路の構成を示した回路図である。
[Embodiment 2]
FIG. 7 is a circuit diagram showing the configuration of the write & erase control unit and positive voltage generation circuit of the second embodiment.
図7を参照して、正電圧発生回路104は、図2で説明した正電圧発生回路4の構成においてインバータ58および62の動作電源電圧は一定とされ、かつ、昇圧用発振器54に代えて昇圧用VCO110を含む。正電圧発生回路104の他の構成は、図2における正電圧発生回路4と同様であるので説明は繰返さない。
Referring to FIG. 7, positive
書込&消去制御部102は、図における書込&消去制御部2の構成において、昇圧部制御回路68,ROM66に代えてそれぞれ昇圧部制御回路106,ROM108を含む。書込&消去制御部2の他の構成は、書込&消去制御部2と同様であるので説明は繰返さない。
Write & erase
実施の形態1では、駆動力を低下させる手段として、相補クロック信号φ,/φの振幅を小さくした。実施の形態2では、相補クロック信号φ,/φの振幅を変化させる代わりに、相補クロック信号φ,/φの周波数fを下げることで、実施の形態1と同様な効果を得る。 In the first embodiment, the amplitudes of the complementary clock signals φ and / φ are reduced as means for reducing the driving force. In the second embodiment, instead of changing the amplitudes of the complementary clock signals φ and / φ, the same effect as in the first embodiment is obtained by reducing the frequency f of the complementary clock signals φ and / φ.
昇圧用のクロックの発生源として、電圧制御型の発振器(VCO:Voltage Controlled Oscillator)を用い、昇圧部制御回路106が出力する制御信号VCOCONTを受けて、昇圧用VCO110は、クロック信号CLKPの周波数を下げる。クロック信号CLKPの周波数が変化すると、これに応じてクロック信号φ,/φの周波数も変化する。
A voltage-controlled oscillator (VCO) is used as a source for generating a boosting clock. Upon receiving a control signal VCOCONT output from the
図8は、図7における昇圧用VCO110の具体的構成を示した回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a specific configuration of boosting
図8を参照して、昇圧用VCO110は、発振制御電圧選択信号発生回路410と、発振制御電圧発生回路412と、リングオシレータ414とを含む。
Referring to FIG. 8, boosting
発振制御電圧選択信号発生回路410は、制御信号VCOCONT1を受けて反転するインバータ416と、制御信号VCOCONT2を受けて反転するインバータ418と、制御信号VCOCONT1,VCOCONT2を受けて選択信号Aを出力するNAND回路420と、インバータ416の出力と制御信号VCOCONT2とを受けて選択信号Bを出力するNAND回路422と、制御信号VCOCONT1とインバータ418の出力とを受けて選択信号Cを出力するNAND回路424と、インバータ416,418の出力を受けて選択信号Dを出力するNAND回路426とを含む。
The oscillation control voltage selection
発振制御電圧発生回路412は、ノードN31とノードN32との間に接続される抵抗432と、ノードN32にベースおよびコレクタが接続され接地ノードにエミッタが接続されるNPNトランジスタ428と、ノードN31とノードN33との間に接続される抵抗434と、ノードN33とノードN34との間に接続される抵抗436と、ノードN34にベースおよびコレクタが接続され接地ノードにエミッタが接続されるNPNトランジスタ430とを含む。NPNトランジスタ430のサイズはNPNトランジスタ428のサイズのN倍である。
The oscillation control
発振制御電圧発生回路412は、さらに、ノードN32にプラス入力ノードが接続されノードN33にマイナス入力ノードが接続されノードN31に出力が接続される比較回路438と、ノードN31とノードN35との間に接続される抵抗440と、ノードN35とノードN36との間に接続される抵抗442と、ノードN36とノードN37との間に接続される抵抗444と、ノードN37と接地ノードとの間に接続される抵抗446とを含む。
The oscillation control
抵抗440〜446の抵抗値は、ノードN31がたとえば1.2Vである場合には、ノードN35,N36,N37の電位がそれぞれ0.9V,0.6V,0.3Vとなるような抵抗値に選択される。
The resistance values of the
発振制御電圧発生回路412は、さらに、ノードN31とノードN38との間に接続されゲートに制御信号Dを受けるNチャネルMOSトランジスタ448と、ノードN35とノードN38との間に接続されゲートに制御信号Cを受けるNチャネルMOSトランジスタ450と、ノードN36とノードN38との間に接続されゲートに制御信号Bを受けるNチャネルMOSトランジスタ452と、ノードN37とノードN38との間に接続されゲートに制御信号Aを受けるNチャネルMOSトランジスタ454とを含む。
Oscillation control
リングオシレータ414は、制御信号ACTに応じて活性化されノードN38から出力される制御電圧VCONTに応じて遅延時間が変化するリング状に接続された3段の差動反転増幅器456,458,460を含む。
The
差動反転増幅器456は、電源ノードとノードN39との間に接続されゲートに制御電圧VCONTを受けるPチャネルMOSトランジスタ462と、電源ノードとノードN40との間に接続されゲートに制御電圧VCONTを受けるPチャネルMOSトランジスタ464と、ノードN39とノードN41との間に接続されゲートに差動反転増幅器460の一方の出力を受けるNチャネルMOSトランジスタ466と、ノードN40とノードN41との間に接続されゲートに差動反転増幅器460の他方の出力を受けるNチャネルMOSトランジスタ468と、ノードN41と接地ノードとの間に接続されゲートに制御信号ACTを受けるNチャネルMOSトランジスタ470とを含む。
Differential inverting amplifier 456 is connected between a power supply node and node N39 and receives a control voltage VCONT at its gate, and is connected between the power supply node and node N40 and receives a control voltage VCONT at its gate. P-
なお、差動反転増幅器458,460の構成は、差動反転増幅器456と同様であるので説明は繰返さない。差動反転増幅器460の一方の出力からクロック信号CLKPが出力される。
Since the configuration of
リングオシレータ414は、差動反転増幅器456,458および460の3段で構成され、各段の遅延時間に依存して発振周期が定まる。制御信号VCOCONT1,VCOCONT2に応じて制御信号VCONTのレベルが変わることで、発振周期が可変となる。制御電圧VCONTのレベルが上昇すると、差動反転増幅器を構成するPチャネルMOSトランジスタ462,464のインピーダンスが大きくなり、クロック信号CLKPの発振周期が長くなる。なお、制御信号VCOCONT1,VCOCONT2は、それぞれ図6の制御信号CP01,CP02に基づいて発生される信号である。
The
図9は、図7に示した回路の動作を説明するための動作波形図である。 FIG. 9 is an operation waveform diagram for explaining the operation of the circuit shown in FIG.
図7、図9を参照して、昇圧用VCO110が、クロック信号CLKPを発生させており、時刻t0では、昇圧イネーブル信号VPPENがHレベルである。するとインバータ58および62から相補なクロック信号φ,/φが出力される。基準電位発生回路76は、3種類の基準電位Vref1〜Vref3を発生させる。なお、3つの基準電位の大きさには先に説明した式(2)の関係がある。
7 and 9, boosting
コンパレータ70,72,74が昇圧電位VPPから分圧された電位DIV1〜DIV3と基準電位Vref1〜Vref3とをそれぞれ比較することで、昇圧電位VPPを観測する。
The
昇圧部制御回路106は、システムクロックCLKSおよびコンパレータ70,72の出力を受け、また、予めROM108から取得されている情報に基づいてVDC制御信号VDCONTを出力する。ROM108には、システムクロックCLKSが何クロック目以上でコンパレータ70,72の出力が反転すべきかという情報が保持されている。昇圧部制御回路106は、信号VCOCONTによって昇圧用VCO110が発生するクロック信号CLKPの周波数を制御する。
The
時刻t0〜t1において、クロック信号CLKPの周波数がf0であり、昇圧回路50が昇圧動作を開始すると、昇圧電位VPPが時定数τ1に相当する速度で上昇し始める。そして時刻t1において電位VPPが電位VPP1に到達する。なお、電位VPP1は、先に説明した式(3)で表わされる。
At time t0 to t1, when the frequency of the clock signal CLKP is f0 and the
このとき、コンパレータ70がこれを検出し、信号CP01はLレベルからHレベルに反転する。昇圧部制御回路106にはROM108から所定のクロック数Nが取得されている。そして昇圧部制御回路106は、信号CP01が反転したときまでに要した時間に相当するクロック数Xとクロック数Nとを比較する。
At this time, the
クロック数Xがクロック数Nよりも小さい場合には、昇圧部制御回路106は、昇圧回路50の駆動力が大きいと判断して、時定数を上げるために制御信号VCOCONTをVCO110に対して出力し、クロック信号CLKPの周波数をf0からf1に低くする。これにより昇圧回路50の駆動力が1段階小さくされる。
When the clock number X is smaller than the clock number N, the
時刻t1〜t2では、昇圧回路50は、駆動力が1段階小さくなった状態で昇圧動作を継続し、昇圧電位VPPの上昇の時定数はτ2に増大する。ここで、τ1<τ2である。
From time t1 to t2, the
そして時刻t2において電位VPPが電位VPP2に到達する。なお、電位VPP2は先に説明した式(4)で表わされる。 At time t2, the potential VPP reaches the potential VPP2. Note that the potential VPP2 is expressed by the equation (4) described above.
このとき、コンパレータ72がこれを検出し、信号CP02がLレベルからHレベルに反転する。
At this time, the
昇圧部制御回路106は、ROM108から取得した所定のクロック数Mと信号CP02が反転したときまでに要した時間に相当するクロック数Yとを比較する。クロック数Yがクロック数Mよりも小さい場合には、昇圧部制御回路106は昇圧回路の駆動力が未だ大きいと判断する。昇圧部制御回路106は、昇圧回路50の駆動力が大きいと判断して、時定数を上げるために制御信号VCOCONTをVCO110に対して出力し、クロック信号CLKPの周波数をf1からf2に低くする。これにより昇圧回路50の駆動力がさらに1段階小さくされる。
The
昇圧回路は、時刻t2〜t3の間この状態で昇圧動作を継続し、このとき昇圧電位の上昇時の時定数はτ3となる。なお、τ2<τ3である。 The booster circuit continues the boosting operation in this state from time t2 to t3, and at this time, the time constant when the boosted potential rises becomes τ3. Note that τ2 <τ3.
このように、昇圧回路50の駆動力が最適化されるので、昇圧回路50における消費電力が低減する。この状態で、時刻t3において電位VPPが目標到達電位VPP0に到達する。なお、VPP0は先に説明した式(5)で表わされる。
Thus, since the driving force of the
時刻t3以降は、コンパレータ74が、電位VPPを分圧した電位DIV1と基準電位Vref1とを比較し、電位DIV1が基準電位Vref1を超えた場合に出力VPPENをHレベルからLレベルに反転させる。この結果、相補クロック信号φ,/φが昇圧回路50に供給されなくなり昇圧動作は停止される。
After time t3, the
その後も、コンパレータ74は、電位VPPを監視し、電位低下が起こった場合には、出力VPPENをLレベルからHレベルに反転させ再び昇圧動作を再開させる。昇圧動作が再開されると電位VPPは上昇する。以降の動作は従来例と同様であるが、昇圧回路50の駆動力が大きすぎないようにクロック信号CLKPの周波数が最適化されているので、電位VPPのリップル量は従来例と比べて小さくなる。また、時刻t3以降のレギュレーション動作中においても、昇圧回路50の消費電力は従来例と比べて小さくなる。
Thereafter, the
実施の形態2においても、昇圧電位の上昇中に、リアルタイムに波形の時定数をモニタし、昇圧回路の駆動力の調整を行なう。これにより、電源電圧、負荷容量その他の要因によって、駆動力と負荷の相対関係が変動した場合にも、昇圧回路の駆動力が最適化できる。 Also in the second embodiment, the time constant of the waveform is monitored in real time while the boosted potential is rising, and the driving force of the booster circuit is adjusted. Thereby, even when the relative relationship between the driving force and the load varies due to the power supply voltage, the load capacity, and other factors, the driving force of the booster circuit can be optimized.
[実施の形態3]
図10は、実施の形態3で用いられる正電圧発生回路および書込&消去制御部の構成を示した回路図である。
[Embodiment 3]
FIG. 10 is a circuit diagram showing the configuration of the positive voltage generation circuit and the write & erase control unit used in the third embodiment.
図10を参照して、正電圧発生回路204は、図2で説明した正電圧発生回路4の構成において、インバータ58,62の電源電圧は一定にされており、かつ、コンパレータ74に代えてコンパレータ210を含む。コンパレータ210は、制御信号CPCONTに応じて応答速度が変化する。正電圧発生回路204の他の部分の構成は、図2で説明した正電圧発生回路4と同様であるので説明は繰り返さない。
Referring to FIG. 10, positive
書込&消去制御部202は、図2で説明した書込&消去制御部2の構成において、コンパレータ72,抵抗R3,R4が取除かれ、かつ、昇圧部制御回路68,ROM66に代えてそれぞれ昇圧部制御回路206,ROM208を含む。書込&消去制御部202の他の部分の構成は、書込&消去制御部2と同様であるので説明は繰返さない。
The write & erase
図11は、図10におけるコンパレータ210の構成を示した回路図である。
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of
図11を参照して、コンパレータ210は、電源ノードとノードN11との間に接続されゲートがノードN11に接続されるPチャネルMOSトランジスタ212と、ノードN11とノードN13との間に接続されゲートに基準電位Vref1を受けるNチャネルMOSトランジスタ216と、電源ノードとノードN12との間に接続されゲートがノードN11に接続されるPチャネルMOSトランジスタ214と、ノードN12とノードN13との間に接続されゲートに分圧電位DIVが結合されるNチャネルMOSトランジスタ218とを含む。
Referring to FIG. 11,
コンパレータ210は、さらに、ノードN13と接地ノードとの間に接続されゲートに信号CPENを受けるNチャネルMOSトランジスタ211と、ノードN13と接地ノードとの間に接続されゲートに制御信号CPCONTを受けるNチャネルMOSトランジスタ212とを含む。信号CPENは、コンパレータ210を活性化するための信号である。
再び図10を参照して、実施の形態1、実施の形態2では、負荷に対して昇圧回路の駆動力が大きい場合に、駆動力を低下させていた。実施の形態3では、その代わりに、コンパレータ210の応答性を良くする。このためにトランジスタ212によってバイアス電流を増加させる。
Referring to FIG. 10 again, in the first and second embodiments, the driving force is reduced when the driving force of the booster circuit is larger than the load. In the third embodiment, the response of the
図12は、実施の形態3の動作を説明するための第1の動作波形図である。 FIG. 12 is a first operation waveform diagram for explaining the operation of the third embodiment.
図13は、実施の形態3の動作を説明するための第2の動作波形図である。 FIG. 13 is a second operation waveform diagram for explaining the operation of the third embodiment.
図11においてコンパレータ210のトランジスタ212が非導通状態の場合には、図12に示すように定常状態となった電位VPPのリップルVr1はコンパレータ210の応答時間td1に応じて定まる。この場合は従来技術の場合と同様なリップル量となる。
In FIG. 11, when the
これに対し、トランジスタ212が導通すると、このリップル量は小さくなる。図13に示すように、時刻t1において信号CP01がLレベルからHレベルに立上がった際、時刻t0〜t1の期間がシステムクロックCLKSで計測され、ROM208に保存されていた規定のクロック数Nと比較される。コンパレータ70の出力信号CP01が規定クロック数N以内にLレベルからHレベルに反転した場合には、昇圧部制御回路206は制御信号CPCONTをLレベルからHレベルに活性化させる。
On the other hand, when the
すると、初期的にはトランジスタ211のみがバイアス電流の供給源になっていたのが、トランジスタ212もバイアス電流の供給源として追加される。これにより、コンパレータのバイアス電流の総和が増加するので、コンパレータの応答性が良くなる。したがってコンパレータの応答時間は図12ではtd1であったものが図13ではtd2に短縮される。これにより、リップル量は、Vr1からVr2に小さくなる。
Then, although only the
一方、コンパレータ70の出力が規定クロック数Nに相当する時間よりも後に反転する場合には、コンパレータのバイアス電流は従来と同様に小さく抑えられるので、コンパレータの消費電流は低減される。
On the other hand, when the output of the
図14は、実施の形態3の昇圧部制御回路の動作を説明するためのフローチャートである。 FIG. 14 is a flowchart for explaining the operation of the booster control circuit according to the third embodiment.
図14を参照して、ステップS11において昇圧動作が開始される。昇圧部制御回路206は、ステップS12においてROM208から目標の時定数τを表わす情報、すなわちクロック数Nを取得する。
Referring to FIG. 14, the boosting operation is started in step S11. In step S12, the
そしてステップS13において、信号CP01がLレベルからHレベルに変化したときのシステムクロックCLKSの入力数XをROMから取得したクロック数Nと比較する。クロック数X<Nであった場合にはステップS14に進み、昇圧部制御回路206はコンパレータのバイアス電流を増加させるための制御信号CPCONTを活性化させる。そしてステップS15に進む。
In step S13, the input number X of the system clock CLKS when the signal CP01 changes from the L level to the H level is compared with the clock number N acquired from the ROM. If the number of clocks X <N, the process proceeds to step S14, and the
一方ステップS13においてクロック数X<Nではなかった場合には、直接ステップS15に進む。 On the other hand, if the number of clocks X <N is not satisfied in step S13, the process proceeds directly to step S15.
ステップS15では、昇圧およびレギュレーション動作が継続される。そしてステップS16において昇圧動作時の制御が終了する。 In step S15, the boosting and regulating operations are continued. In step S16, the control during the boosting operation ends.
実施の形態3においても、昇圧電位の上昇中に、リアルタイムに波形の時定数をモニタし、コンパレータの応答速度の調整を行なう。これにより、電源電圧、負荷容量その他の要因によって、駆動力と負荷の相対関係が変動した場合にも、コンパレータの応答速度が最適化でき、リップルの低減や消費電力の低減に効果がある。 Also in the third embodiment, the time constant of the waveform is monitored in real time while the boosted potential is rising, and the response speed of the comparator is adjusted. Thus, even when the relative relationship between the driving force and the load varies due to the power supply voltage, the load capacity, and other factors, the response speed of the comparator can be optimized, which is effective in reducing ripple and power consumption.
[実施の形態4]
図15は、実施の形態4の書込&消去制御部および正電圧発生回路の構成を示した回路図である。
[Embodiment 4]
FIG. 15 is a circuit diagram showing the configuration of the write & erase control unit and positive voltage generation circuit of the fourth embodiment.
図15を参照して、正電圧発生回路304は、図2で説明した正電圧発生回路4の構成において、インバータ58,62の電源電圧は一定とされており、かつ、昇圧回路50に代えて昇圧回路310を含む。正電圧発生回路304の他の構成は、正電圧発生回路4と同様であるので説明は繰返さない。
Referring to FIG. 15, positive
書込&消去制御部302は、図2で説明した書込&消去制御部2の構成において、昇圧部制御回路68,ROM66に代えて昇圧部制御回路306、ROM308を含む。書込&消去制御部302の他の構成は、書込&消去制御部2と同様であるので説明は繰返さない。
The write & erase
昇圧部制御回路306は、昇圧回路310に対して昇圧回路中のチャージポンプの容量を制御するための信号CAPCONT1,CAPCONT2を供給する。
The
図16は、図15における昇圧回路310の構成を示した回路図である。
FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration of
図16を参照して、昇圧回路310は、電源ノードにゲートおよびドレインが接続されソースがノードN11に接続されるNチャネルMOSトランジスタ322と、ノードN11に一方端が接続されクロック信号φが与えられるノードN21に他方端が接続される可変容量回路312と、ノードN11にゲートおよびドレインが接続されノードN12にソースが接続されるNチャネルMOSトランジスタ324と、ノードN12に一方端が接続されクロック信号/φが与えられるノードN22に他方端が接続される可変容量回路314と、ノードN12にゲートおよびドレインが接続されノードN13にソースが接続されるNチャネルMOSトランジスタ326とを含む。
Referring to FIG. 16,
昇圧回路310は、さらに、ノードN14に一方端が接続されクロック信号φが与えられるノードN24に他方端が接続される可変容量回路316と、ノードN14にゲートおよびドレインが接続されノードN15にソースが接続されるNチャネルMOSトランジスタ328とを含む。ノードN15からは昇圧電位VPPが出力される。
昇圧回路310は、さらに、制御信号CAPCONT1,CAPCONT2のそれぞれのHレベルを昇圧電位VPPにレベルシフトして制御信号HCAPCONT1,HCAPCONT2を出力するレベルシフト回路320を含む。なお、NチャネルMOSトランジスタ322〜328は、ダイオード接続されており直列に接続されたダイオード素子と等価の働きを行なう。
可変容量回路312は、ノードN11とノードN21との間に接続されるキャパシタ332と、ノードN11とノードN21との間に直列に接続されるPチャネルMOSトランジスタ342およびキャパシタ352と、ノードN11とノードN21との間に直列に接続されるPチャネルMOSトランジスタ362およびキャパシタ372とを含む。PチャネルMOSトランジスタ342のゲートには制御信号HCAPCONT1が与えられる。PチャネルMOSトランジスタ362のゲートには制御信号HCAPCONT2が与えられる。
The
可変容量回路314は、ノードN12とノードN22との間に接続されるキャパシタ336と、ノードN12とノードN22との間に直列に接続されるPチャネルMOSトランジスタ344およびキャパシタ354と、ノードN12とノードN22との間に直列に接続されるPチャネルMOSトランジスタ364およびキャパシタ374とを含む。PチャネルMOSトランジスタ344のゲートには制御信号HCAPCONT1が与えられる。PチャネルMOSトランジスタ364のゲートには制御信号HCAPCONT2が与えられる。
The
可変容量回路316は、ノードN14とノードN24との間に接続されるキャパシタ338と、ノードN14とノードN24との間に直列に接続されるPチャネルMOSトランジスタ346およびキャパシタ356と、ノードN14とノードN24との間に直列に接続されるPチャネルMOSトランジスタ366およびキャパシタ376とを含む。PチャネルMOSトランジスタ346のゲートには制御信号HCAPCONT1が与えられる。PチャネルMOSトランジスタ366のゲートには制御信号HCAPCONT2が与えられる。
図17は、実施の形態4の動作を説明するための動作波形図である。 FIG. 17 is an operation waveform diagram for explaining the operation of the fourth embodiment.
図17を参照して、昇圧動作開始当初の時刻t0では、昇圧回路310は、可変容量回路312,314,316が最大の容量値となった状態で動作を行なう。すなわち、信号CAPCONT1、CAPCONT2はともにLレベルであり、これに応じて信号HCAPCONT1,HCAPCONT2もともにLレベルとなり、PチャネルMOSトランジスタ342〜346,362〜366は導通状態となっている。このとき、可変容量回路312の合計の容量値は、キャパシタ332,352,372の容量値の総和となる。可変容量回路314,316においても容量値は3つの容量値の総和となっている。
Referring to FIG. 17, at time t0 at the beginning of the boost operation,
時刻t0〜t1の間に昇圧回路310が動作しこのとき電位VPPの上昇は時定数τ1で行なわれる。
The
時刻t1において電位VPPが電位VPP1に到達したときにコンパレータ70が信号CP01を反転させる。このときまでに要した時間がROM208に予め登録されている規定のクロック数N以内であった場合には、可変容量回路312〜316の容量値を制御するための容量制御信号CAPCONT1がLレベルからHレベルに活性化される。この信号はレベルシフト回路320を経由してレベル変換され信号HCAPCONT1となる。
When the potential VPP reaches the potential VPP1 at time t1, the
その結果、PチャネルMOSトランジスタ342〜346は非導通状態となり、キャパシタ352〜356は、チャージポンプの昇圧容量から除外される。これにより可変容量回路312の容量値は、キャパシタ332,372の容量値の和となる。同様に可変容量回路314,316においても各容量値は2つのキャパシタの和となる。
As a result, P
その結果、時刻t1〜t2においては昇圧回路の駆動力が低減され電位VPPは時定数τ2で上昇を続けることになる。 As a result, the driving force of the booster circuit is reduced from time t1 to time t2, and the potential VPP continues to rise with the time constant τ2.
そして時刻t2において電位VPPが電位VPP2に到達したときにコンパレータ72はこれを検知して制御信号CP02をLレベルからHレベルに変化させる。このときまでの経過時間がクロック信号CLKSを基準として昇圧部制御回路306によって計測される。そしてその結果をROM308に予め登録されていた規定のクロック数Mと比較する。
When the potential VPP reaches the potential VPP2 at time t2, the
経過時間が規定のクロック数Mに相当する時間よりも短かった場合には、昇圧部制御回路306は制御信号CAPCONT2をLレベルからHレベルに変化させる。この信号はレベルシフト回路320を経由して電位VPPがHレベルとなるようにレベル変換され、信号HCAPCONT2が出力される。信号HCAPCONT2はHレベルとなることにより、PチャネルMOSトランジスタ362,364,366はともに非導通状態となりキャパシタ372,374,376は昇圧容量から除外される。
When the elapsed time is shorter than the time corresponding to the prescribed number of clocks M, the
その結果、可変容量回路312の容量値は、キャパシタ332の容量値と等しくなる。同様に可変容量回路314,316の各容量値も1つのキャパシタの容量値となる。これにより昇圧回路310は、さらに、駆動力の低下が図られ、時刻t2〜t3では電位VPPは時定数τ3で上昇を継続することになる。なお、昇圧部制御回路306の動作は、図14に示したフローチャートと同様な制御を行なうので説明は繰返さない。
As a result, the capacitance value of the
実施の形態4においても、昇圧電位の上昇中に、リアルタイムに波形の時定数をモニタし、昇圧回路の駆動力の調整を行なう。これにより、電源電圧、負荷容量その他の要因によって、駆動力と負荷の相対関係が変動した場合にも、昇圧回路の駆動力が最適化され、リップルの低減や消費電力の低減が図られる。 Also in the fourth embodiment, the time constant of the waveform is monitored in real time while the boosted potential is rising, and the driving force of the booster circuit is adjusted. As a result, even when the relative relationship between the driving force and the load varies due to the power supply voltage, the load capacity, and other factors, the driving force of the booster circuit is optimized, and ripple and power consumption can be reduced.
なお、以上の実施の形態においては、観測された時定数が所定の値よりも小さい場合に時定数を所定の値に近づけるように駆動力を調整する例を示したが、本発明は、たとえば、観測された時定数が所定の値よりも大きい場合に時定数を所定の値に近づけるように駆動力を調整するときにも適用することが可能である。 In the above embodiment, the example in which the driving force is adjusted so that the time constant approaches the predetermined value when the observed time constant is smaller than the predetermined value has been described. Further, when the observed time constant is larger than a predetermined value, the present invention can also be applied when adjusting the driving force so that the time constant approaches the predetermined value.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 半導体装置、2,102,202,302 書込&消去制御部、3 電圧発生部、4,104,204,304 正電圧発生回路、8 負電圧発生回路、12 ブースト回路、14 ディストリビュータ、16 アドレスバッファ、18,20 デコーダ、22 入出力バッファ、24 Y系制御回路、26 メモリアレイ、28 セレクトゲート、30,32 メモリセル、50,310 昇圧回路、52 VDC、54 昇圧用発振器、64 システムクロック発振器、66,108,208 ROM、68,106,206,306 昇圧部制御回路、70,72,74,210 コンパレータ、76 基準電位発生回路、82,86,90,94,98,322〜328,342〜346,362〜366,211〜218 トランジスタ、84,88,92,96,332〜338,352〜356,372〜376 キャパシタ、110 昇圧用VCO、312〜316 可変容量回路、320 レベルシフト回路、BLOCK0〜BLOCKn メモリブロック、CL 負荷容量、Cd デカップル容量、MBL メインビット線、R1〜R6 抵抗、SG セレクトゲート、SGL セレクトゲート線、SL ソース線、WL,WL0,WL1 ワード線。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記内部回路で使用するための内部電位を発生する電位発生回路と、
前記内部電位の変化の時定数を観測し、前記時定数が所定の値よりも小さい場合もしくは大きい場合に前記時定数が前記所定の値と等価となるように前記電位発生回路を制御する制御回路とを備える、半導体装置。 Internal circuitry,
A potential generating circuit for generating an internal potential for use in the internal circuit;
A control circuit that observes the time constant of the change in the internal potential and controls the potential generation circuit so that the time constant is equivalent to the predetermined value when the time constant is smaller or larger than a predetermined value. A semiconductor device comprising:
前記内部電位が第1電位から第2電位を経て第3電位に順次上昇もしくは下降する場合の前記第2電位を検知し、電圧検知信号を出力する電圧検知回路と、
前記時定数を観測する基準となるシステムクロック信号を発生するシステムクロック発生回路と、
前記電圧検知信号および前記システムクロック信号に基づいて前記第1電位から前記第2電位までの時間が所定の時間であるか否かにより前記所定の時定数であるか否かを判定し、判定結果に応じて前記電位発生回路を制御する制御信号を発生する昇圧部制御回路とを有する、請求項1に記載の半導体装置。 The control circuit includes:
A voltage detection circuit that detects the second potential when the internal potential sequentially rises or falls from the first potential to the third potential through the second potential, and outputs a voltage detection signal;
A system clock generation circuit for generating a system clock signal serving as a reference for observing the time constant;
Based on the voltage detection signal and the system clock signal, it is determined whether or not the predetermined time constant is the predetermined time constant based on whether or not the time from the first potential to the second potential is a predetermined time. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a booster control circuit that generates a control signal for controlling the potential generation circuit in response to the signal.
前記システムクロック信号をカウントするカウント回路と、
前記カウント回路が出力するカウント数と前記所定の時間に対応する所定のカウント数とを比較する比較回路と、
前記検知信号と前記比較回路の出力信号に基づいて前記時定数の大小を判断し、前記制御信号を発生する判定ロジック回路とを有する、請求項2に記載の半導体装置。 The booster control circuit includes:
A count circuit for counting the system clock signal;
A comparison circuit that compares the count number output by the count circuit with a predetermined count number corresponding to the predetermined time;
The semiconductor device according to claim 2, further comprising: a determination logic circuit that determines the magnitude of the time constant based on the detection signal and an output signal of the comparison circuit and generates the control signal.
クロック信号を発生するクロック発生部と、
前記クロック信号に応じて電源電位を昇圧して出力する昇圧回路とを含み、
前記制御回路は、前記時定数が所定の値よりも小さい場合には、前記クロック発生部に対して、前記クロック信号の振幅を減少させるように指示を行なう、請求項1に記載の半導体装置。 The potential generation circuit includes:
A clock generator for generating a clock signal;
A booster circuit that boosts and outputs a power supply potential according to the clock signal,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the control circuit instructs the clock generation unit to decrease the amplitude of the clock signal when the time constant is smaller than a predetermined value.
発振器と、
前記発振器の出力に応じて前記クロック信号を出力するクロックバッファと、
電源電位を前記制御回路の出力に応じて変化させて、動作電源電位を前記クロックバッファに与える電源電位供給回路とを有する、請求項4に記載の半導体装置。 The clock generator
An oscillator,
A clock buffer for outputting the clock signal according to the output of the oscillator;
The semiconductor device according to claim 4, further comprising: a power supply potential supply circuit that changes a power supply potential in accordance with an output of the control circuit and supplies an operation power supply potential to the clock buffer.
クロック信号を発生するクロック発生部と、
前記クロック信号に応じて電源電位を昇圧して出力する昇圧回路とを含み、
前記制御回路は、前記時定数が所定の値よりも小さい場合には、前記クロック発生部に対して、前記クロック信号の周波数を減少させるように指示を行なう、請求項1に記載の半導体装置。 The potential generation circuit includes:
A clock generator for generating a clock signal;
A booster circuit that boosts and outputs a power supply potential according to the clock signal,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the control circuit instructs the clock generation unit to decrease the frequency of the clock signal when the time constant is smaller than a predetermined value.
前記制御回路の出力に応じて発振周波数が変化し、前記クロック信号を出力する電圧制御発振器を含む、請求項6に記載の半導体装置。 The clock generator
The semiconductor device according to claim 6, further comprising a voltage controlled oscillator that changes an oscillation frequency according to an output of the control circuit and outputs the clock signal.
前記制御回路の出力に応じて応答速度が変化し、前記内部電位と目標電位とを比較する比較回路と、
前記比較回路の出力に応じて前記クロック信号を供給するクロック発生部と、
前記クロック信号に応じて電源電位を昇圧して出力する昇圧回路とを含む、請求項1に記載の半導体装置。 The potential generation circuit includes:
A comparison circuit that changes the response speed according to the output of the control circuit and compares the internal potential with a target potential;
A clock generator for supplying the clock signal according to the output of the comparison circuit;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising a booster circuit that boosts and outputs a power supply potential according to the clock signal.
前記内部電位を受けて分圧電位を出力する分圧抵抗と、
基準電位を発生する基準電位発生回路とをさらに含み、
前記比較回路は、
前記分圧電位をゲートに受ける第1のトランジスタと、
前記基準電位をゲートに受け、前記第1のトランジスタと差動増幅トランジスタ対を形成するように、ソースが前記第1のトランジスタのソースと接続される第2のトランジスタと、
前記第1、第2のトランジスタに流れる電流の和を制限する、並列接続される第3、第4のトランジスタとを有し、
前記第3のトランジスタは、前記制御回路の出力をゲートに受ける、請求項8に記載の半導体装置。 The potential generation circuit includes:
A voltage dividing resistor that receives the internal potential and outputs a divided potential;
A reference potential generating circuit for generating a reference potential,
The comparison circuit is
A first transistor that receives the divided potential at its gate;
A second transistor having a source connected to a source of the first transistor so that the reference potential is received at a gate and a differential amplification transistor pair is formed with the first transistor;
A third and a fourth transistor connected in parallel to limit a sum of currents flowing through the first and second transistors;
The semiconductor device according to claim 8, wherein the third transistor receives an output of the control circuit at a gate.
相補な第1、第2のクロック信号を発生するクロック発生部と、
前記第1、第2のクロック信号に応じて電源電位を昇圧して出力する昇圧回路とを含み、
前記昇圧回路は、
電源ノードと出力ノードとの間に直列に接続される複数の整流素子と、
前記複数の整流素子の複数の接続ノードにそれぞれ一方端が接続され、前記制御回路の出力に応じて容量値が変化する複数の可変容量回路とを含み、
前記電源ノードから数えて前記複数の接続ノードのうちの奇数番目の接続ノードに接続される前記複数の可変容量回路の他方端は前記第1のクロック信号を受け、
前記電源ノードから数えて前記複数の接続ノードのうちの偶数番目の接続ノードに接続される前記複数の可変容量回路の他方端は前記第2のクロック信号を受ける、請求項1に記載の半導体装置。 The potential generation circuit includes:
A clock generator for generating complementary first and second clock signals;
A booster circuit that boosts and outputs a power supply potential according to the first and second clock signals;
The booster circuit includes:
A plurality of rectifying elements connected in series between the power supply node and the output node;
A plurality of variable capacitance circuits, each having one end connected to a plurality of connection nodes of the plurality of rectifying elements, and a capacitance value changing according to an output of the control circuit;
The other ends of the plurality of variable capacitance circuits connected to odd connection nodes among the plurality of connection nodes counted from the power supply node receive the first clock signal,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the other end of the plurality of variable capacitance circuits connected to an even-numbered connection node among the plurality of connection nodes counted from the power supply node receives the second clock signal. .
前記一方端と前記他方端との間に接続される第1のキャパシタと、
前記一方端と前記他方端との間に直列に接続されるスイッチと第2のキャパシタとを含み、
前記制御回路は、前記時定数が所定の値よりも小さい場合に前記スイッチを同通状態から非導通状態に切換える請求項10に記載の半導体装置。 Each of the plurality of variable capacitance circuits includes:
A first capacitor connected between the one end and the other end;
A switch connected in series between the one end and the other end and a second capacitor;
The semiconductor device according to claim 10, wherein the control circuit switches the switch from the same state to a non-conductive state when the time constant is smaller than a predetermined value.
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