CN1286256C - 半导体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的半导体装置中设有在备用时供给电源电压的升压电路。升压电路中设有：电荷泵电路(11)和检测电荷泵电路(11)的输出电压的第一与第二检测电路(13、15)。第二检测电路(15)以大于第一检测电路(13)的DC电流工作，并由第一检测电路(13)的输出(Vdet1)激活。电荷泵电路(11)至少基于第二检测电路(15)的输出(Vdet2)被激活。从而，提供设有在备用时抑制电流损耗的同时实现电压变动小的升压的升压电路的半导体装置。
Description
技术领域
本发明涉及半导体装置中的产生内部电源电压的升压电路的控制。
背景技术
在半导体装置中设有电荷泵(charge pump)电路，作为在装置内部产生所需电压的电路。在闪速存储器(flash memory)等半导体装置中为减少备用电流而设有正常工作时和备用状态分别工作的两个内部电压发生电路。
关于半导体装置中的内部电压发生电路有这样的公开文献：如日本专利文献特开2001-95234号公报(参照段落[0007]、图12、图13等)或日本专利文献特开2002-15571号公报(参照图1～3、段落[0043]、[0044]等)。在这些专利文献中公开了一种升压电路，它设有电荷泵电路和检测该电荷泵电路的输出电压并基于该输出电压控制电荷泵电路的动作的电路。具体地说，公开了这样的技术：在该升压电路中，检测出电荷泵电路的输出电压Vpp，并将该输出电压Vpp与基准电压进行比较，当输出电压Vpp低于基准电压时激活电荷泵电路，当输出电压Vpp达到基准电压时将电荷泵电路去激活。
在上述的升压电路中，为减少半导体装置的备用状态时的电流消耗，考虑了减小在备用状态时流入基于电荷泵电路的输出电压控制电荷泵电路的动作的电路的DC电流的方案。
但是，减小DC电流就会恶化电路的响应特性，在实际使用上存在问题。在备用状态时，因半导体装置中的晶体管的漏电流等导致的电压降速度非常慢，而与之相比电荷泵电路的电压升压速度非常快。因此，存在升压电路的响应特性低时电荷泵电路工作时会升压到很高的电压，且电源电压的波动量变大的问题。
发明内容
本发明旨在解决上述课题，提供设有抑制备用时的电流消耗并同时实现其电压变动小的升压的升压电路的半导体装置。
本发明的一种设有备用时供给电源电压的升压电路的半导体装置，其中：
该升压电路包括，
电荷泵电路，
检测所述电荷泵电路的输出电压的第一检测电路，以及
作为检测所述电荷泵电路的输出电压的电路、以大于所述第一检测电路的直流电流工作、并由所述第一检测电路的检测信号激活的第二检测电路；
所述电荷泵电路至少基于所述第二检测电路的检测信号被激活，
所述第二检测电路基于所述电荷泵的输出电压达到所述第二检测电路的检测电平即特定电压而生成使所述电荷泵电路去激活的检测信号，
所述第二检测电路的激活期间比所述第一检测电路的激活期间短。
附图说明
图1是本发明实施例1的半导体装置的升压电路的结构图。
图2是升压电路的第一检测电路内的分压电路的结构图。
图3是升压电路的第一检测电路内的比较电路的结构图。
图4是升压电路的第二检测电路内的分压电路的结构图(实施例1)。
图5是升压电路的第二检测电路内的比较电路的结构图。
图6是实施例1的升压电路的升压动作时的信号波形图。
图7是升压电路的第二检测电路内的比较电路的结构图(实施例2)。
图8是本发明实施例2的半导体装置的升压电路的升压动作时的信号波形图。
图9是本发明实施例3的半导体装置的升压电路的结构图
图10是实施例3的升压电路的升压动作时的信号波形图。
符号说明
11：电荷泵电路；13：第一检测电路；15、15b：第二检测电路；21、25：比较电路；23、27、27b：分压电路。
具体实施方式
以下参照附图就本发明的半导体装置的实施例进行详细说明。
实施例1
图1是本发明的半导体装置所包含的升压电路的结构示图。这种升压电路是用以产生半导体装置的备用时的内部电源电压的电路，它对外部供给的电压或对外部供给的电压降压后的再升压的电压加以输出。升压电路中设有供给半导体装置的内部电源电压的电荷泵电路11，以及检测电荷泵电路11的输出的第一电压检测电路13与第二电压检测电路15。升压电路还设有对第一电压检测电路13与第二电压检测电路15的输出Vdet1与Vdet2进行逻辑积运算的AND门12。电荷泵电路11基于第一电压检测电路13与第二电压检测电路15的输出Vdet1、Vdet2的逻辑积运算结果而激活。第二检测电路15由第一检测电路13的输出电压Vdet1激活。
第一电压检测电路13中设有比较电路21和分压电路23。如图2所示，分压电路23由多个电阻构成。设定各电阻的电阻值，使分压电路23的输出Vdiv1成为Vpp×VREF/Vpptarget。这里，VREF为基准电压，设定为相当于电荷泵电路的目标电压值Vpptarget的值。Vpptarget为起动电荷泵电路时的目标电压。在分压电路23上流过DC电流Idiv1。如图3所示，比较电路21由电流镜电路，晶体管31、32，电流源33，以及倒相器34构成。在比较电路21上流过DC电流Idet1。
第二电压检测电路15中设有比较电路25和分压电路27。如图4所示，分压电路27由多个电阻构成。设定各电阻的电阻值，使分压电路27的输出Vdiv2成为Vpp×VREF/Vpptarget。如图5所示，比较电路25由电流镜电路，晶体管35、36，电流源37，以及倒相器38构成。在分压电路27上流过大于DC电流Idiv1的DC电流Idiv2，在比较电路25上流过大于DC电流Idet1的DC电流Idet2。因而，第二电压检测电路15显示比第一电压检测电路13快的响应特性。
第一检测电路13输入电荷泵电路11的输出电压Vpp，电压Vpp的值在目标值Vpptarget以下时输出“High”电平的信号。
第二检测电路15输入电荷泵电路11的输出电压Vpp。第二检测电路15输入第一检测电路13的输出电压Vdet1，当第一检测电路13的输出Vdet1为“High”时被激活。第二检测电路15在检测出的电压Vpp的值在目标值Vpptarget以下，且第一检测电路13的输出Vdet1为“High”时，输出“High”电平的信号。
电荷泵电路11进行第一与第二检测电路13、15的输出Vdet1、Vdet2的AND运算并在内部生成泵启动信号，根据该泵启动信号被激活/去激活。就是说，该电路只在第一与第二检测电路13、15的输出均为“High”时工作。
用图6进一步详细说明升压电路的工作。
在电荷泵电路的输出即内部电源电压Vpp高于目标值Vpptarget的期间，第一与第二检测电路13、15均输出“Low”。内部电源电压Vpp因半导体装置内的晶体管的漏电流等而慢慢地减少，当减至低于目标值Vpptarget时，从该时刻开始经过响应时间Tres1d后，第一检测电路13的输出Vdet1成为“High”。
另一方面，即使内部电源电压Vpp在目标值Vpptarget以下时，第二检测电路15在第一检测电路13的输出Vdet1不是“High”的期间即在经过响应时间Tres1d之前也输出“Low”。因此，电荷泵电路11内部的泵启动信号照样为“Low”，电荷泵电路11不被激活。
然后，经过响应时间Tres1d后，第一检测电路13的输出从“Low”切换到“High”时，从该时刻开始经过响应时间Tres2d后，第二检测电路15的输出Vdet2成为“High”。如图6所示，第二检测电路15的响应时间Tres2d比第一检测电路13的响应时间Tres1d短，是因为第二检测电路15具有比第一检测电路13更高的响应特性。
第一与第二检测电路13，15的输出均为“High”时，在电荷泵电路11内部生成的泵启动信号成为“High”，电荷泵电路11被激活，并开始工作。从而，内部电源电压Vpp开始上升。
内部电源电压Vpp上升并超过目标值Vpptarget时，第一检测电路13经过响应时间Tres1u后，其输出Vdet1切换到“Low”，且第二检测电路15经过响应时间Tres2u后，其输出Vdet2切换到“Low”。此时，由于第二检测电路15具有较高的响应特性，因此，Tres2u＜Tres1u。因此，在泵启动信号的“High”期间比第一检测电路13的输出Vdet1的“High”期间短。因此，电荷泵电路11的工作期间变短，并能抑制因电荷泵电路11导致的内部电源电压Vpp的过上升。
再有，在上述例中，通过第一与第二检测电路的输出Vdet1、Vdet2的AND运算生成泵启动信号，但也能将第二检测电路的输出Vdet2用作泵启动信号。
本实施例中，由于使第二检测电路15的DC电流高于第一检测电路13的DC电流，其备用电流Is的增加令人有点担心，但由于缩短了电荷泵电路11的工作期间，在整体上能够减少备用电流Is。
上述电路结构的备用电流Is由下式获得。
Is＝N×Ileak+(Idet1+N×Idev1)
+{(Idet2+N×Idev2)×(Tres1d+Tres1u)/Tcycle)
其中，N表示电荷泵电路的效率，Tcycle表示电荷泵电路的激活效率。并且，Ileak表示由升压电路供给内部电源的半导体装置内的全部晶体管的漏电流的总和。可知，通过上式控制{(Tres1d+Tres1u)/Tcycle)，能够控制备用电流Is。
如上所述，本实施例的升压电路中设有两个输出使电荷泵电路激活的信号的内部电源电压的检测电路，基于第一检测电路的输出激活第二检测电路，基于第二检测电路的输出控制电荷泵电路的激活/去激活。从而，由于能够缩短电荷泵电路的工作期间，因此，能够减少备用时的耗电，并且，由于能够抑制内部电源电压的过度上升，因此能够减少内部电源电压中所含的波动量。
实施例2
本实施例表示另一例升压电路。本实施例的结构基本上与实施例1相同，其不同之处在于：使第二检测电路的检测电平相对于第一检测电路的检测电平有预定值Δ的差异。就是说，如图7所示，本实施例的第二检测电路的分压电路27b中为能够输出由下式得到的输出电压Vdiv2而设定各电阻的电阻值。
Vdiv2＝Vpp×VREF(Vpptarget+Δ)
用图8就升压电路的动作进行详细说明。
在内部电源电压Vpp高于目标值Vpptarget的期间，第一与第二检测电路13、15均输出“Low”。内部电源电压Vpp慢慢地减少，当减至低于目标值Vpp时，从该时刻起经过响应时间Tres1d后，第一检测电路18的输出Vdet1成为“High”。
另一方面，即使内部电源电压Vpp在目标值Vpp以下时，第二检测电路15在第一检测电路13不输出“High”的期间即在经过响应时间Tres1d之前也输出“Low”。因此，电荷泵电路11内部的泵启动信号照样为“Low”，电荷泵电路11不会被激活。
然后，经过响应时间Tres1d后，第一检测电路13的输出Vdet1从“Low”切换到“High”时，从该时刻起经过响应时间Tres2d后，第二检测电路15的输出Vdet2成为“High”。
当第一与第二检测电路13、15的输出Vdet1、Vdet2同为“High”时，泵启动信号成为“High”，电荷泵电路11被激活，开始工作。从而，内部电源电压Vpp开始上升。
内部电源电压Vpp上升并超过电压值Vpptarget+Δ时，第二检测电路15从该时刻起经过响应时间Tres2u后，该输出Vdet2切换到“Low”。从而，泵启动信号也成为“Low”，电荷泵电路11被去激活，其升压动作结束。
如上所述，通过使第一与第二检测电路13、15的用于检测的各基准值之差为Δ，能够比实施例1的场合增加对应于该差值Δ的电荷泵电路11的升压动作期间。电荷泵电路11的激活期间能够更加延长。本实施例的升压电路，在使用能力较低的电荷泵电路时特别有效。就是说，电荷泵电路的能力较低时，即使电荷泵电路正在工作，其电压上升也需要时间。因此，通过适当地设定第二检测电路的检测电平来延长其电荷泵电路的激活期间，能够不伴随电荷泵电路的激活率(Tres1d+Tres1u)/Tcycle的增加而获得足够的升压电压，并能供给低电流消耗且低波动量的电源电压。
实施例3
本实施例表示本发明的半导体装置所包括的升压电路的又一示例。图9表示升压电路的结构。在本实施例的升压电路中，电荷泵电路11只基于第二检测电路15b的输出被激活/去激活。
第二检测电路15b为实施例2所说明的检测电路，设有其检测电平与第一检测电路的检测电平不同的分压电路27b。第二检测电路15b上被输入对第一检测电路13的输出电压Vdet1和第二检测电路15b的输出电压Vdet2进行OR运算后得到的电压。第二检测电路15b基于该OR运所得的电压而被激活。
图10是表示本实施例的升压电路的动作的示图。第一检测电路13从内部电源电压Vpp成为低于目标值Vpptarget后开始经过响应时间Tres1d后，其输出成为“High”，然后，从内部电源电压Vpp超过目标值Vpptarget时开始经过响应时间Tres1u后，其输出成为“Low”。另一方面，第二检测电路15b从内部电源电压Vpp成为低于目标值Vpptarget，且第一检测电路13的输出Vdet1成为“High”时开始经过响应时间Tres2d后，其输出Vdet2成为“High”。然后，即使第一检测电路13的输出Vdet1成为“Low”，只要内部电源电压Vpp不超过目标值Vpptarget+Δ，第二检测电路15b持续输出“High”。不久，内部电源电压Vpp超过目标值Vpptarget+Δ时，经过响应时间Tres2u后，第二检测电路15b的输出Vdet2成为“Low”，电荷泵电路11被停止。
如上所述，本实施例的升压电路与实施例2的情况相同，通过适当地设定第二检测电路的检测电平来延长其电荷泵电路的激活期间，能够不伴随电荷泵电路的激活率(Tres1d+Tres1u)/Tcycle的增加得到足够的升压电压，并能供给低电流消耗且低波动量的电源电压。
发明效果
依据本发明，能够在半导体装置中减少备用时的电流消耗，并能实现能够供给波动量减少的内部电源电压的升压电路。
Claims (3)
1.一种设有备用时供给电源电压的升压电路的半导体装置，其中：
该升压电路包括，
电荷泵电路，
检测所述电荷泵电路的输出电压的第一检测电路，以及
作为检测所述电荷泵电路的输出电压的电路、以大于所述第一检测电路的直流电流工作、并由所述第一检测电路的检测信号激活的第二检测电路；
所述电荷泵电路至少基于所述第二检测电路的检测信号被激活，
所述第二检测电路基于所述电荷泵的输出电压达到所述第二检测电路的检测电平即特定电压而生成使所述电荷泵电路去激活的检测信号，
所述第二检测电路的激活期间比所述第一检测电路的激活期间短。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：
第二检测电路的检测电平高于第一检测电路的检测电平。
3.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：
所述电荷泵电路基于所述第一检测电路的检测信号和所述第二检测电路的检测信号的逻辑积被激活。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: RENESAS ELECTRONICS CORPORATION Free format text: FORMER OWNER: RENESAS TECHNOLOGY CORP. Effective date: 20101019 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
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| TR01 | Transfer of patent right |
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| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20061122 Termination date: 20131128 |