CN100544175C - 电荷泵电路 - Google Patents

电荷泵电路 Download PDF

Info

Publication number
CN100544175C
CN100544175C CNB2007101678290A CN200710167829A CN100544175C CN 100544175 C CN100544175 C CN 100544175C CN B2007101678290 A CNB2007101678290 A CN B2007101678290A CN 200710167829 A CN200710167829 A CN 200710167829A CN 100544175 C CN100544175 C CN 100544175C
Authority
CN
China
Prior art keywords
mos transistor
charge pump
pump circuit
charge
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2007101678290A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101174789A (zh
Inventor
赖俊树
吉川定男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
System Solutions Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Semiconductor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd, Sanyo Semiconductor Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Publication of CN101174789A publication Critical patent/CN101174789A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100544175C publication Critical patent/CN100544175C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H02M3/073—Charge pumps of the Schenkel-type
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C5/00—Details of stores covered by group G11C11/00
    • G11C5/14—Power supply arrangements, e.g. power down, chip selection or deselection, layout of wirings or power grids, or multiple supply levels
    • G11C5/145—Applications of charge pumps; Boosted voltage circuits; Clamp circuits therefor

Abstract

本发明的目的在于，解决因残留电荷使得构成电荷泵电路的元件(电容元件或电荷传输元件)发生劣化的问题和因残留电荷引起的误动作的问题。使栅极与漏极短路的N沟道型电荷传输MOS晶体管(To～TM)串联连接在输入端子(IN)与输出端子(OUT)之间。各电荷传输MOS晶体管的连接点(节点A～X)与电容元件(C1～CM)的一方端子连接。而且，节点(A～X)经由栅极与源极短路的N沟道型MOS晶体管(N1～NM)与降压电路(30)连接。即，在使电荷泵电路的升压动作结束之际，形成了用于使残留电荷从节点(A～X)向外部有效逃逸的路径。

Description

电荷泵电路
技术领域
本发明涉及由低的电压产生高的电压的电荷泵电路(Charge PumpCircuit)，尤其涉及一种具备降压电路的电荷泵电路。
背景技术
例如，在EEPROM(Electrically Programmable Read Only Memory)等非易失性半导体存储装置中，需要向存储器单元供给比电源电压高的正的高电压(或者负的高电压)。在这种需要高电压的情况下，广泛采用了将电荷泵电路内置于装置的方法。
图3是现有例所涉及的电荷泵电路的电路图。该电荷泵电路使输入到输入端子IN的输入电压Vin(＝VCC)升压，从输出端子OUT输出高电压HV作为输出电压Vout。在输入端子IN与输出端子OUT之间串联连接有使栅极和漏极短路的N沟道型电荷传输MOS晶体管To～TM(M为任意值)。将各电荷传输MOS晶体管To～TM的连接点设为节点A～X。
各节点A～X与电容元件C1～CM一方的端子连接。电容元件C1～CM的另一方端子被交替施加第一时钟信号CLK及第二时钟信号*CLK(与第一时钟信号反相的信号)。
在上述构成中，如果输入端子IN被施加电源电压VCC，电容元件C1～CM被施加第一及第二时钟信号CLK、*CLK，则可以从最终级的MOS晶体管TM的源极(输出端子OUT)得到比输入电压VCC高的高电压HV作为输出电压Vout。如果将电荷泵电路的级数设为M，则可以由HV＝(M+1)×VCC来表示。其中，忽略了电荷传输元件MOS晶体管To～TM的电压损耗。
而且，电荷泵电路的输出端子OUT与降压电路100连接。降压电路100是用于在通过使第一及第二时钟信号CLK、*CLK停止而使得电荷泵电路的升压动作结束之后，使在输出端子OUT产生的高电压(HV)降压为电源电压VCC电平的电路。
与本发明相关联的技术例如记载于以下的专利文献中。
专利文献1：特开2006—229755号公报
在上述的电荷泵电路中，如果使升压动作结束，则由于电流的路径关闭，所以，在各节点A～X中电荷会残留某一程度。该残留电荷会随着时间的流逝而被自然放电。不过，可以判断因为该残留电荷主要会引起以下两点问题。
对第一问题进行说明。在残留电荷大的情况下，难以自然放电。而且，节点A～X的残留电荷大意味着电容元件C1～CM及各电荷传输MOS晶体管To～TM产生了高电压的负载。在电荷泵电路中，由于越靠后级越升压为高的电压，所以，可以认为尤其是对后级的元件而言，高电压的负载大。因此，存在着电容元件C1～CM及各电荷传输MOS晶体管To～TM因残留电荷而劣化的问题。
对第二问题进行说明。有时存在着暂时使电荷泵电路的升压动作结束，之后立即开始动作的情况。例如发生了瞬间停电的情况等。在这种情况下，来不及发生上述自然放电，残留电荷不会向外部逃逸。于是，电荷泵电路的动作在未被初始化的不稳定状态下开始。并且，作为其结果，电荷泵电路会发生误动作，存在着无法输出所期望电平的高电压的问题。
另外，这些问题不限于上述的使输入电压升压的电荷泵电路，在对输入电压进行降压的电荷泵电路中也同样会产生。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种可以解决因残留电荷而使得构成电荷泵电路的元件(电容元件或电荷传输元件)劣化的问题、及残留电荷引起的误动作的问题的电荷泵电路。
本发明是鉴于上述课题而提出的发明，其主要特征如下所述。即，本发明的电荷泵电路具备：在输入端子与输出端子之间串联连接的多个电荷传输元件；各自的一方的端子与所述多个电荷传输元件的连接点分别连接，各自的另一方的端子被施加时钟信号的多个电容元件；与所述输出端子连接，在所述时钟信号的施加停止时，使所述输出端子的电压降压的降压电路；和分别连接在所述连接点与所述输出端子之间的多个降压用整流元件。
而且，对于本发明的电荷泵电路而言，所述降压电路具备：根据控制信号而导通或截止的第一晶体管；和与所述第一晶体管串联连接，在所述输出端子的电压降低到规定的电压时截止的第二晶体管。
(发明效果)
根据本发明的电荷泵电路，由于在电荷传输元件与输出端子的连接点设置了整流元件，所以，可以使连接点的电荷积极地向降压电路逃逸。因此，残留电荷不会过大，可以解决以往存在的因残留电荷使得元件劣化或误动作的问题。
附图说明
图1是对本发明的实施方式所涉及的电荷泵电路进行说明的电路图。
图2是对本发明的实施方式所涉及的电荷泵电路的动作进行说明的图。
图3是对现有的电荷泵电路进行说明的电路图。
图中：10—NAND电路，11—变换器，20—调整电路，30—降压电路，31—P沟道型MOS晶体管，32—N沟道型MOS晶体管，100—降压电路，To～TM—电荷传输MOS晶体管，N1～NM—MOS晶体管，A～X—节点，IN—输入端子，OUT—输出端子，Vin—输入电压，VCC—电源电压，Vout—输出电压，Vtp—P沟道型MOS晶体管31的阈值电压，HV—高电压，C1～CM—电容元件，CLK—时钟信号，CLK1—第一时钟信号，*CLK1—第二时钟信号，ENB—使能信号，Ctrl—控制信号。
具体实施方式
接着，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
本实施方式所涉及的电荷泵电路使输入到输入端子IN的输入电压Vin＝VCC(例如3伏特)升压，从输出端子OUT输出高电压HV(例如约20伏特)作为输出电压Vout。如图1所示，在输入端子IN与输出端子OUT之间，串联连接有使栅极和漏极短路的N沟道型电荷传输MOS晶体管To～TM(M为任意值)。将各电荷传输MOS晶体管To～TM的连接点设为节点A～X。
各节点A～X与电容元件C1～CM的一方端子连接。即，成为由电荷传输MOS晶体管和电容元件构成的块的单位多个串联连接的构成。电容元件C1～CM的另一方端子被施加第一时钟信号CLK1和第二时钟信号*CLK1(与第一时钟信号CLK1反相的信号)的一方。更详细而言，电容元件C1、C3、…中间省略…、CM-1被施加第一时钟信号CLK1，电容元件C2、C4、…中间省略…、CM被施加第二时钟信号*CLK1。
NAND电路10是对电荷泵电路的动作进行控制的电路，第一输入端子被施加时钟信号CLK，第二输入端子被施加使能信号ENB。时钟信号CLK是用于对电容元件C1～CM的充放电进行控制的信号。使能信号ENB是用于对电荷泵电路整体的接通及断开进行控制的信号。当使能信号ENB为高电平(H)时，时钟信号CLK经由NAND电路10而施加给电容元件C1～CM，使得电荷泵电路动作。在使能信号ENB为低电平(L)时，NAND电路10的输出被固定为高电平(H)，电荷泵电路的动作停止。
即，在使能信号ENB为高电平(H)时，从NAND电路10的输出端子输出上述第一时钟信号CLK1。而且，从NAND电路10的输出端子经由变换器11输出上述第二时钟信号*CLK1。
电荷泵电路的输出端子OUT与调整电路20连接。调整电路20是用于将升压后的高电压HV(例如约20伏特)调节为所期望的电压(例如约10～12伏特)的电路。作为调整电路20例如可以采用齐纳二极管。由调整电路20调节后的电压被提供给存储单元等未图示的负载。
另外，电荷泵电路的输出端子OUT与降压电路30连接。降压电路30是用于在停止时钟信号CLK的施加而结束了电荷泵电路的升压动作之后，根据控制信号(控制信号Ctrl)将在输出端子OUT产生的高电压HV降压为规定电平(例如电源电压VCC电平)的电路。
如图1所示，降压电路30例如由在输出端子OUT与接地端子(GND)之间串联连接的P沟道型MOS晶体管31及N沟道型MOS晶体管32构成。P沟道型MOS晶体管31的栅极被施加从电源电压VCC的值中减去P沟道型MOS晶体管31的阈值电压Vtp的值之后的电压(VCC—Vtp)，其构成为当输出端子OUT的电压为VCC以下时截止。另外，N沟道型MOS晶体管32的栅极被施加用于控制该降压电路30的控制信号Ctrl。
而且，各节点A～X经由栅极与源极短路的N沟道型MOS晶体管N1～NM与输出端子OUT连接。该MOS晶体管N1～NM是从节点A～X向降压电路30侧流动电流的整流元件，在电荷泵电路的动作结束之后，成为使各节点A～X的残留电荷向外部逃逸的路径。
这里，优选MOS晶体管N1～NM的晶体管尺寸比电荷传输MOS晶体管To～TM的晶体管尺寸小。这里所说的晶体管尺寸是指将栅极宽度设为W、将栅极长度设为L时的W/L。而且，优选MOS晶体管N1～NM的寄生电容与电荷传输MOS晶体管To～TM的寄生电容及电容元件C1～CM的电容相比非常小。其原因在于，通过由MOS晶体管N1～NM的寄生电容保持电荷，可以避免电荷泵电路的升压动作的效率降低。另外，这里所说的MOS晶体管的寄生电容是指：栅极电容或源极/漏极层与基板间的PN结的耦合电容等的总和。
此外，如图1所示，优选MOS晶体管N1～NM的源极与降压电路30连接。其原因在于，通过使在输出端子OUT产生的高电压降压为电源电压VCC、和由一个降压电路30来实现使各节点A～X的残留电荷逃逸，从而可以简化电路构成。另外，基于MOS晶体管N1～NM的整流性，电流不会从输出端子OUT侧向各节点A～C流动。此外，还可以替代MOS晶体管N1～NM，采用PN结二极管等整流元件，但从谋求装置微细化的观点出发，优选采用MOS晶体管构造。
接着，参照图2所示的动作时序图对上述构成的电荷泵电路的动作进行说明。
首先，在使能信号ENB为低电平的期间，不进行电荷泵电路的升压动作，输出端子OUT的输出电压Vout为VCC电平(参照图2(a)、(b))。
接着，如果使能信号ENB变为高电平，则从NAND电路10输出与时钟信号CLK对应的第一时钟信号CLK1，施加给电容元件C1、C3、…、CM-1(参照图2(d))。而且，第一时钟信号CLK1反相后的第二时钟信号*CLK1被施加给电容元件C2、C4、…、CM。
由此，电荷传输MOS晶体管T1～TM交替反复导通和截止，并且，电容元件C1～CM交替反复充电及放电。然后，向后级的MOS晶体管传输电荷，从输出端子OUT输出升压后的高电压HV作为输出电压Vout(参照图2(a))。
接着，如果使能信号ENB变为低电平，则第一时钟信号CLK1维持为高电平，电荷泵电路的升压动作结束(参照图2(b)、(d))。
接着，如果控制信号Ctrl变为高电平，则N沟道型MOS晶体管32导通，降压电路30开始动作。然后，从输出端子OUT向接地端子侧流动电流。P沟道型MOS晶体管31持续导通，直到输出端子OUT的电压从高电压HV降压为电源电压VCC为止。当输出端子OUT的电压降低为电源电压VCC时，P沟道型MOS晶体管31截止，降压电路30的动作结束。
另外，节点A～X经由MOS晶体管N1～NM与降压电路30连接。因此，各节点A～X的残留电荷经由MOS晶体管N1～NM向降压电路30侧移动，被降压电路30降压(放电)。使该各节点A～X的残留电荷逃逸，直至各节点A～X的电压成为VCC电平为止。
这样，本实施方式中在使电荷泵电路的升压动作结束之际，具有用于使残留电荷从节点A～X向外部(降压电路30)积极逃逸的路径。因此，可以解决以往存在的因残留电荷使得元件劣化或误动作的问题。
另外，本发明不限定于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围中可以实现设计变更。例如，在上述实施方式中采用了MOS晶体管作为电荷传输元件，但也可以采用双极性晶体管。而且，降压电路30是降压至电源电压VCC的电路，但也可以通过改变构成而降压为其他的电平。另外，上述实施方式中对使输入电压升压的电荷泵电路进行了说明，但在使输入电压降压的电荷泵电路中也是同样的。本发明能够广泛应用于电荷泵电路中。

Claims (5)

1、一种电荷泵电路，其中具备：
多个电荷传输元件，串联连接在输入端子与输出端子之间；
多个电容元件，各自的一方的端子与所述多个电荷传输元件的连接点分别连接，各自的另一方的端子被施加时钟信号；
降压电路，其与所述输出端子连接，在所述时钟信号的施加停止时，使所述输出端子的电压降压；和
多个降压用整流元件，分别连接在所述连接点与所述输出端子之间。
2、根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，
所述降压电路具备：
第一晶体管，其根据控制信号而导通或截止；和
第二晶体管，其与所述第一晶体管串联连接，在所述输出端子的电压降低到规定的电压时截止。
3、根据权利要求1或2所述的电荷泵电路，其特征在于，
所述电荷传输元件由栅极与漏极连接的第一MOS晶体管构成，
所述整流元件由栅极与漏极连接的第二MOS晶体管构成。
4、根据权利要求3所述的电荷泵电路，其特征在于，
所述第二MOS晶体管的晶体管尺寸比所述第一MOS晶体管的晶体管尺寸小。
5、根据权利要求3所述的电荷泵电路，其特征在于，
所述第二MOS晶体管的寄生电容比所述电容元件的电容及所述第一MOS晶体管的寄生电容小。
CNB2007101678290A 2006-10-31 2007-10-26 电荷泵电路 Expired - Fee Related CN100544175C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006295100A JP4944571B2 (ja) 2006-10-31 2006-10-31 チャージポンプ回路
JP2006295100 2006-10-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101174789A CN101174789A (zh) 2008-05-07
CN100544175C true CN100544175C (zh) 2009-09-23

Family

ID=39423112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2007101678290A Expired - Fee Related CN100544175C (zh) 2006-10-31 2007-10-26 电荷泵电路

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20080143401A1 (zh)
JP (1) JP4944571B2 (zh)
CN (1) CN100544175C (zh)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8030988B2 (en) * 2009-12-31 2011-10-04 Stmicroelectronics Asia Pacific Pte. Ltd. Method for generating multiple incremental output voltages using a single charge pump chain
WO2011108367A1 (en) * 2010-03-02 2011-09-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Boosting circuit and rfid tag including boosting circuit
CN101908821B (zh) * 2010-07-07 2012-12-12 杭州士兰微电子股份有限公司 电荷泵、电荷泵升压电路及其工作方法
JP2012164385A (ja) * 2011-02-07 2012-08-30 Rohm Co Ltd 半導体記憶装置
US8619445B1 (en) 2013-03-15 2013-12-31 Arctic Sand Technologies, Inc. Protection of switched capacitor power converter
KR102320321B1 (ko) * 2014-03-14 2021-11-01 아크틱 샌드 테크놀로지스, 인크. 전하 펌프 안정성 제어
US10693368B2 (en) 2014-03-14 2020-06-23 Psemi Corporation Charge pump stability control
JP6690250B2 (ja) * 2016-01-21 2020-04-28 凸版印刷株式会社 チャージポンプ
JP6699194B2 (ja) * 2016-01-21 2020-05-27 凸版印刷株式会社 チャージポンプ
JP6834135B2 (ja) * 2016-01-21 2021-02-24 凸版印刷株式会社 チャージポンプ
US10110121B2 (en) * 2016-10-19 2018-10-23 Fortemedia, Inc. Charge pump with a rapid-discharge path
JP6817053B2 (ja) 2016-12-13 2021-01-20 ラピスセミコンダクタ株式会社 チャージポンプ回路及び昇圧回路
US10158364B1 (en) * 2017-08-31 2018-12-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Realignment strength controller for solving loop conflict of realignment phase lock loop
CN107728042B (zh) * 2017-11-13 2023-08-22 长鑫存储技术有限公司 具有保护测试的集成电路及其测试方法
CN112152446B (zh) * 2019-06-28 2022-04-19 瑞昱半导体股份有限公司 电荷泵升压电路
CN114765415A (zh) * 2021-01-11 2022-07-19 北京兆易创新科技股份有限公司 电荷泵电路、非易失性存储器

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5081371A (en) * 1990-11-07 1992-01-14 U.S. Philips Corp. Integrated charge pump circuit with back bias voltage reduction
JPH08256473A (ja) * 1995-03-16 1996-10-01 Toshiba Corp 昇圧回路
KR100257866B1 (ko) * 1997-04-11 2000-06-01 윤종용 챠아지 펌핑 회로를 가지는 불 휘발성 메모리 장치
US5978283A (en) * 1998-07-02 1999-11-02 Aplus Flash Technology, Inc. Charge pump circuits
JP3280623B2 (ja) * 1998-08-11 2002-05-13 沖電気工業株式会社 チャージポンプ回路の駆動制御回路
JP2000123587A (ja) * 1998-10-15 2000-04-28 Sony Corp プリチャージ回路を備えたチャージポンプ回路
JP2001266581A (ja) * 2000-03-23 2001-09-28 Asahi Kasei Microsystems Kk 放電回路
KR100399359B1 (ko) * 2001-07-07 2003-09-26 삼성전자주식회사 전하 펌프 회로
US20030184360A1 (en) * 2002-03-29 2003-10-02 Yi-Ti Wang Charge pump for flash memory with serially connected capacitors for preventing breakdown

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008113269A (ja) 2008-05-15
JP4944571B2 (ja) 2012-06-06
US20080143401A1 (en) 2008-06-19
CN101174789A (zh) 2008-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100544175C (zh) 电荷泵电路
US6169673B1 (en) Switched capacitor circuit having voltage management and method
JP4336489B2 (ja) 半導体集積回路
US5856918A (en) Internal power supply circuit
US7046076B2 (en) High efficiency, low cost, charge pump circuit
US20050213781A1 (en) Charge pump circuit
KR20140131580A (ko) 다수의 게이트 트랜지스터들을 포함하는 차지 펌프 회로 및 그의 작동 방법
CN101771340B (zh) 电荷泵
JP2006141196A (ja) チャージポンプ回路とこれを利用した直流変換装置
JP5940691B1 (ja) 電圧生成回路、半導体装置およびフラッシュメモリ
CN211046760U (zh) 电荷泵电路和非易失性存储器设备
CN101860205A (zh) 调整器控制电路与操作其的方法以及切换调整器
CN101110549A (zh) 升压电路
KR101295777B1 (ko) 차지 펌핑 회로
CN101340144A (zh) 升压电路和升压方法
CN107453599B (zh) 多电压输出的正压电荷泵
US7511559B2 (en) Booster circuit
JP2010187463A (ja) チャージポンプ回路および電源切換え装置
JP4808995B2 (ja) 半導体回路装置
KR101740084B1 (ko) 비동기 리미터 회로를 구비한 스위칭 모드 전원
CN108092501A (zh) 升压电路及具备该升压电路的非易失性存储器
CN107453602B (zh) 电荷泵和存储装置
CN108696118B (zh) 增压电路及其中的基体的偏压方法
JP4773746B2 (ja) 昇圧回路
JP4427898B2 (ja) 昇圧装置及びその制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090923

Termination date: 20211026