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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spannungserzeugungsschaltung
zum internen Erzeugen einer Spannung mit einem gewünschten Spannungspegel.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Aufbau
einer Leistungsversorgungsschaltung, die durch Verwenden eines Ladungspumpvorgangs
eines Kapazitätselements eine
interne Versorgungsspannung erzeugt, deren Spannungspegel sich von
einer externen Versorgungsspannung unterscheidet.
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In
Halbleitervorrichtungen ist oft eine Spannung mit einem anderen
Spannungspegel als dem einer von einer Systemsleistungsversorgung
gelieferten Spannung erforderlich. In einem nichtflüchtigen Speicher
sind z.B. eine positive Spannung und eine negative Spannung zum
Programmieren und Löschen
von Daten erforderlich. In einer Anzeigevorrichtung wird eine positive
Spannung oder eine negative Spannung zum Auswählen eines Pixelanzeigeelements
wie z.B. eines Flüssigkristallelements
zu einer Gateleitung übertragen.
In diesen Fällen
wird eine (interne) Spannung mit einem erforderlichen Spannungspegel
in der Halb leitervorrichtung aus einer verfügbaren Versorgungsspannung
erzeugt und einer internen Schaltung als Versorgungsspannung zugeführt. Die
interne Schaltung verwendet diese interne Spannung als Betriebsversorgungsspannung, um
eine zugeordnete Signalleitung oder einen zugeordneten Knoten auf
den Pegel der internen Spannung zu treiben.
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Eine
interne Spannungserzeugungsschaltung zum Erzeugen einer internen
Spannung aus einer von außen
zugeführten
Versorgungsspannung ist im allgemeinen aus einer Ladungspumpenschaltung aufgebaut,
die einen Ladungspumpvorgang eines Kapazitätselements verwendet. In der
Ladungspumpenschaltung werden positive oder negative Ladungen entsprechend
einem sich wiederholenden Signal wie z.B. einem Taktsignal zu einem
Elektrodenknoten des Kapazitätselements übertragen,
und die aufgebrachten positiven oder negativen Ladungen werden zu
einem Ausgangsknoten übertragen,
um eine interne Spannung mit einem gewünschten positiven oder negativen
Spannungspegel zu erzeugen. Eine solche Erzeugungsschaltung für eine interne
Spannung (Internspannungserzeugungsschaltung), die den Ladungspumpvorgang
des Kapazitätselements
verwendet, wird häufig
als interne Leistungsversorgungsschaltung für eine Treiberschaltung einer
Anzeigevorrichtung und einer integrierten Schaltung verwendet.
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Die
interne Leistungsversorgungsschaltung bzw. Internspannungserzeugungsschaltung
muss im Hinblick auf einen stabilen Betrieb einer Lastschaltung,
die die interne Spannung verbraucht, wie z.B. eine interne Schaltung,
der Lastschaltung eine Spannung auf einem stabilen und konstanten
Spannungspegel zuführen.
Um den Spannungspegel zu stabilisieren, wird für die interne Leistungsversorgungsschaltung
bzw. Internspannungserzeugungsschaltung gewöhnlich ein Aufbau wie der unten
beschriebene verwendet. Insbesondere wird der Pegel einer Ausgangsspannung
der Ladungspumpenschaltung überwacht,
und der Ladungspumpvorgang wird entsprechend dem Ergebnis der Überwachung
selektiv aktiviert.
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Durch
die selektive Aktivierung des Ladungspumpvorgangs werden Ladungen
zugeführt, wenn
der Absolutwert der internen Spannung kleiner als eine Zielspannung
wird, um die interne Spannung auf dem Zielspannungspegel zu halten.
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Zum Überwachung
des Spannungspegel wie oben beschrieben wird gewöhnlich eine Vergleichsschaltung
verwendet, die eine Referenzspannung mit der Ausgangsspannung der
Ladungspumpenschaltung vergleicht. Entsprechend einem Ausgangssignal
dieser Vergleichsschaltung wird die Aktivierung/Deaktivierung des
Ladungspumpvorgangs gesteuert. Der Referenzspannungspegel wird unabhängig von
Temperatur und Herstellungsparametern auf einen konstanten Spannungspegel
eingestellt, so dass der Pegel der internen Spannung (der internen Versorgungsspannung),
die von der Ladungspumpenschaltung erzeugt wird, stabil auf einem
durch die Referenzspannung festgelegten Spannungspegel gehalten
werden kann.
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Als
Vergleichsschaltung zum Erfassen des Spannungspegels der internen
Spannung kann möglicherweise
ein Differenzverstärker
(Operationsverstärker)
verwendet werden. Der Differenzverstärker enthält eine Differenzstufe die
die Referenzspannung und die interne Spannung empfängt, und
eine Stromspiegelstufe, die einen Treiberstrom der Differenzstufe
einstellt. Zwischen den gepaarten Transistoren der Differenzstufe
tritt ein Leitwertunterschied entsprechend dem Unterschied zwischen
der internen Spannung und der Referenzspannung auf, und der Pegel der
Ausgangsspannung wird durch den Leitwertunterschied und den von
der Stromspiegelstufe erzeugten Lade- bzw. Entladetreiberstrom bestimmt.
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In
dem Fall, in dem die gepaarten Transistor der Differenzstufe aus
MOS-Transistoren (Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate) gebildet
sind, wird die Größe des Treiberstroms
für die
gepaarten Transistoren der Differenzstufe unter der Bedingung, dass die
Schwellenspannungen identisch zueinander sind, hauptsächlich durch
die Gate-Source-Spannung bestimmt. Zwischen den gepaarten Transistoren
der Differenzstufe kann somit ein dem Unterschied zwischen der internen
Spannung und der Referenzspannung entsprechender Unterschied in
der Größe des Treiberstroms
exakt erzeugt werden.
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Zum
Beispiel aufgrund von Schwankungen von Parametern oder einer Fehljustierung
der Maske in dem Herstellungsverfahren tritt jedoch ein Unterschied
in der Schwellenspannung zwischen den Transistoren der Eingangsdifferenzstufe
auf, der hauptsächlich
aufgrund des Unterschieds der Schwellenspannung eine Offsetspannung
ergibt. Die Offsetspannung stellt eine Abweichung der Spannung von
dem Zustand des "virtuellen
Kurzschlusses" der
Eingangsanschlüsse
des Differenzverstärkers
in einem idealen Zustand dar.
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Wenn
so eine Offsetspannung auftritt, kann der Unterschied zwischen der
internen Spannung und der Referenzspannung nicht exakt erfasst werden,
und somit kann die interne Spannung nicht auf einem gewünschten
Spannungspegel gehalten werden. Demzufolge verschlechtert sich ein
Betriebsspielraum einer Lastschaltung, die die interne Spannung
als eine Betriebsversorgungsspannung empfängt. Insbesondere wenn bei
einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
oder dergleichen der Spannungspegel eines Signals, der eine Gateleitung
treibt, die mit Transistoren verbunden ist, die ein Flüssigkristallelement
auswählen,
von einem Zielwert abweicht, kann eine den Anzeigepixeldaten in
dem Flüssigkristallelement
entsprechende Spannung nicht exakt erzeugt werden, was sich in einer
verschlechterten Anzeigequalität äußert.
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Außerdem verwendet
ein Anzeigefeld der Flüssigkristallvorrichtung
ein Glassubstrat als isolierendes Substrat, und demzufolge wird
als Transistorelement ein Niedrigtemperatur-Polysilizium- TFT (Thin Film Transistor
= Dünnfilmtransistor)
verwendet. Daher ist eine Wärmebehandlung
des Transistorelements unzureichend, eine Schwankung der Schwellenspannung
erreicht eine so großen
Wert wie einige 100mV, und dementsprechend wird auch die Größe der Offsetspannung
des Differenzverstärkers eine
beträchtliche
Größe.
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Die
Referenzspannung muss präzise
sein. Daher wird die Referenzspannung für gewöhnlich durch eine Hochpräzisionsreferenzspannungserzeugungsschaltung
auf der Grundlage einer Versorgungsspannung erzeugt. Wenn eine erforderliche
interne Spannung größer als
die Referenzspannung ist, die von der Referenzspannungserzeugungsschaltung
erzeugt werden kann, oder eine andere Polarität aufweist, wird die interne
Spannung z.B. durch Widerstandsteilung in ihrem Pegel umgewandelt,
und eine Spannung zu erzeugen (im folgenden als Vergleichsspannung
bezeichnet), die mit dem Referenzspannungspegel verglichen werden
kann. Um den Vergleich (die Differenzverstärkung) in dem empfindlichsten
Arbeitsbereich des Differenzverstärkers durchführen zu
können,
wird die interne Spannung weiter wie oben beschrieben pegelgewandelt
(pegelverschoben). Wenn die interne Spannung durch eine Widerstandsteilschaltung
in eine Vergleichsspannung pegelgewandelt wird, ist der Ausgangsspannung
das Produkt aus der Offsetspannung und dem Kehrwert des Widerstandsteilfaktors überlagert,
was zu einem erhöhten
Fehler in dem Vergleich/der Pegelbestimmung führt.
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Einige
bekannte Techniken offenbaren einen Aufbau zum Unterdrücken der
Einflüsse
der Offsetspannung des Differenzverstärkers (Operationsverstärkers) auf
die Ausgangsspannung, wobei die Offsetspannung auf einen Kondensator
geladen und gespeichert wird und die in dem Kondensator gespeicherte
Spannung verwendet wird, wenn die Operationsverstärkung durchgeführt wird,
um den Einfluss der Offsetspannung auf die Ausgangsspannung zu beseitigen.
Insbesondere wird in der bekannten Technik grundsätzlich der
folgende Aufbau verwendet: der Differenzverstärker wird in einem Spannungsfolgermodus
betrieben, bei dem ein Eingangssignal mit Masse verbunden wird,
der Kondensator mit der Ausgangsspannung geladen wird, und die negativ
rückgekoppelte
Offsetspannung verwendet wird, wenn die Differenzverstärkung durchgeführt wird,
um die Offsetspannung zum Erzeugen der Ausgangsspannung zu beseitigen.
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Insbesondere
offenbart die Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 58-135467
einen Aufbau einer Spannungsvergleicherschaltung unter Verwendung
eines Operationsverstärkers.
Entsprechend dieser bekannten Technik wird die Differenzspannung
zwischen zwei Eingangsspannungen von einem Kondensator abgetastet,
und gleichzeitig wird der Operationsverstärker in dem Spannungsfolgermodus
betrieben, und eine Offsetspannung relativ zu einer Massespannung
wird in einem Offsetkompensationskondensator gespeichert. Bei einem
Vergleichsvorgang wird der Abtastkondensator in Reihe zu dem Offsetkompensationskondensator
geschaltet, der die inverse Spannung der Offsetspannung speichert,
durch kapazitive Kopplung wird eine Spannungsverschiebung der Offsetspannung
in dem Abtastkondensator bewirkt, und dann wird das Potential auf
einer Elektrode des Abtastkondensator mit der Massespannung verglichen.
Der positive (nichtinvertierende) Eingang des Operationsverstärkers ist
mit Masse verbunden, und seinem negativen (invertierenden) Eingang
wird die Spannung mit einem Spannungspegel zugeführt, bei dem die Offsetspannung kompensiert
ist, und somit erzeugt er ein Binärsignal entsprechend dem Eingangssignal.
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Bei
dem Aufbau der oben beschriebenen bekannten Technik sind zwei Kondensatoren
erforderlich, d.h. der Abtastkondensator zum Abtasten von zwei Eingangsspannungen
und der Offsetkompensationskondensator zum Kompensieren der Offsetspannung,
was eine erhöhte
durch den Pegelbestimmungsabschnitt belegte Fläche ergibt. Weiter ist bei dem
Aufbau dieser bekannten Technik der positive Eingang des Operationsverstärkers die
ganze Zeit mit Masse verbunden, die Spannung des dem negativen Eingang
zugeführten
Spannung wird in die umgekehrte Richtung der Offsetspannung verschoben, und
die Signalspannung an dem positiven Eingang wird gleichfalls um
die Offsetspannung verschoben, um den Offset zu kompensieren. Bei
dieser bekannten Technik wird nicht berücksichtigt, wie die Offsetspannung
kompensiert wird, wenn das Signal dem positiven Eingang zugeführt wird.
Weiter wird nicht berücksichtigt,
wie das Signal verwendet wird, dass das Ergebnis der Binärpegelbestimmung
anzeigt.
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Die
Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 62-261205 offenbart einen
Aufbau, bei dem ein Operationsverstärker in einem Spannungsfolgermodus
betrieben wird und eine negativ rückgekoppelte Offsetspannung
in einem Kapazitätselement
gespeichert wird. Ein erstes Signal wird einem positiven Eingang
zugeführt,
und ein zweites Signal wird über
das Kapazitätselement
zu einem negativen Eingang übertragen,
wenn die Differenzverstärkung
durchgeführt
wird. Diese bekannte Technik beabsichtigt lediglich, bei der Differenzverstärkung eine
Offsetspannungskompensation durchzuführen und berücksichtigt
nicht, wie das Ausgangssignal verwendet werden soll.
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Die
Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 60-142610 offenbart einen
Aufbau, bei dem der Operationsverstärker beim Erfassen einer Offsetspannung
in dem Spannungsfolgermodus betrieben wird, wobei der Differenzeingang
kurzgeschlossen ist, die Referenzspannung angelegt ist und seine Ausgangsspannung
in einem Kapazitätselement
gespeichert wird. Wenn ein Vergleich durchgeführt wird, wird der Differenzeingang
aufgetrennt, um ein Differenzsignal zu empfangen. Bei diesem Betrieb
wird ein Eingangssignal über
das Kapazitätselement
zu dem negativen Eingang übertragen.
Der Aufbau dieser bekannten Technik ist ähnlich wie der der Japanischen
Patentoffenlegungsschrift Nr. 62-261205 und berücksichtigt nicht, wie das Ausgangssignal
verwenden werden soll.
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Die
Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 60-198915 offenbart, dass
der Unterschied zwischen den Differenzeingangspotentialen einer
Zielreferenzspannung und eines Eingangssignals von einem Abtastkapazitätselement
abgetastet wird und ein Differenzverstärker entsprechend einer Referenzversorgungsspannung
von einer Referenzleistungsversorgung in dem Spannungsfolgermodus
arbeitet, um eine Ausgangssignalspannung in einem Kompensationskapazitätselement
zu speichern. Wenn ein Vergleich durchgeführt wird, wird eine Elektrode
des Abtastkondensators mit der Referenzleistungsversorgung verbunden,
die andere Elektrode des Abtastkondensators wird mit dem negativen
Eingang des Differenzverstärkers
verbunden, und bei dem Kompensationskapazitätselement ist die ladungsspeichernde
Elektrode mit der Referenzleistungsversorgung verbunden und die
andere Elektrode ist mit dem positiven Eingang verbunden. Die Summe
aus der Offsetspannung und der Differenzspannung des Differenzsignals
wird dem Differenzeingang zugeführt,
um einen Einfluss des Offsets des Operationsverstärkers zu
beseitigen. In dem Aufbau dieser bekannten Technik wird der Unterschied zwischen
der Zielreferenzspannung und dem Eingangssignal verstärkt, und
der Unterschied zwischen der Referenzspannung und dem Eingangssignal
wird von dem Abtastkondensator erfasst. Daher sind zwei Kapazitätselemente
erforderlich, d.h. das Abtastkapazitätselement und das Offsetkompensationskapazitätselement.
Außerdem
schweigt diese bekannte Technik darüber, wie das Ausgangssignal
verwendet werden soll.
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Die
Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 11-330874 offenbart einen
Aufbau, bei dem ein Operationsverstärker in dem Spannungsfolgermodus betrieben
wird, eine Offsetspannung in einem Pegel haltenden Kapazitätselement
gespeichert wird, das mit dem negativen Eingang verbunden ist, und
ein Eingangssignal an den positiven Eingang angelegt wird, wenn
eine Verstärkung
durchgeführt
wird, um den Offset zu kompensieren. Diese bekannte Technik offenbart
lediglich die Verwendung des Operationsverstärkers als Verstärker in
der anfänglichen
Eingangsstufe einer Funkkommunikationseinrichtung und schweigt über den
Aufbau zum Verwenden des Ausgangssignal des Operationsverstärkers zum Steuern
des Betriebs anderer Schaltungen.
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Die
Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 5-129848 offenbart einen
Aufbau, bei dem ein Differenzeingang kurzgeschlossen ist, wobei
ein Signal desselben Spannungspegels daran angelegt ist, wenn die
Offsetkompensation durchgeführt
wird, und der durch die Differenztransistoren eines Differenzverstärkers fließende Strom
so eingestellt wird, dass das Ausgangssignal gleich einer Referenzspannung (einer
halben Versorgungsspannung) ist. Entsprechend dieser bekannten Technik
wird die Spannung, die einer Eingangsschwellenspannung einer Schaltung
in der nachfolgenden Stufe entspricht, als Referenzspannung verwendet,
und eine Referenz für
eine offsetkompensierte Spannung wird auf einen Spannungspegel entsprechend
dem Eingangsschwellenpegel der nachfolgenden Schaltung eingestellt.
Diese bekannte Technik beabsichtigt, die Offsetspannung des Differenzverstärkers zu
kompensieren, schweigt aber über
einen Vorgang, der von der Schaltung in der nachfolgenden Stufe
ausgeführt werden
soll.
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Die
Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 6-125228 offenbart einen
Aufbau, bei dem zweistufige Differenzverstärker in dem Spannungsfolgermodus
betrieben werden, die jeweiligen Ausgangsspannungen des Verstärkers der
ersten Stufe und des Verstärkers
der zweiten Stufe in einem ersten und zweiten Kapazitätselement
gespeichert werden, die am Eingang und Ausgang des Differenzverstärkers der
zweiten Stufe angeordnet sind. Bei einem Vergleichsvorgang wird
das zweite Kapazitätselement
mit dem negativen Eingang des Verstärkers der ersten Stufe verbunden,
und eine Referenzspannung wird an den negativen Eingang des Ver stärkers der zweiten
Stufe angelegt, Während
diese bekannte Technik auch den Aufbau zum Kompensieren der Offsetspannung
des Differenzverstärkers
durch die in den Kapazitätselementen
gespeicherte Spannung zeigt, wird eine Referenzspannung nach der D/A-Wandlung
als Referenzspannung zugeführt,
und die Differenzverstärker
werden als Vergleichsschaltung einer A/D-Wandlerschaltung vom Typ
des aufeinanderfolgenden Vergleichs verwendet. Diese Referenz der
bekannten Technik schweigt über
die Verwendung des Ausgangssignals als Steuersignal für eine andere
Schaltung.
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Die
oben beschriebenen bekannten Techniken berücksichtigen nicht die Tatsache,
dass die Offsetspannung verstärkt
wird, wenn die zu vergleichende Spannung von der Widerstandsteilerschaltung
pegelgewandelt wird, und sie berücksichtigen
daher nicht den Aufbau zum Unterdrücken von Einflüssen der
Offsetspannung in dem Fall, wenn die Offsetspannung verstärkt wird.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Internspannungserzeugungsschaltung
bereitzustellen, die in der Lage ist, stabil eine interne Spannung
mit einem gewünschten
Spannungspegel zu erzeugen.
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Weiter
soll eine Internspannungserzeugungsschaltung bereitgestellt werden,
die eine Pegelbestimmungsschaltung enthält, die in der Lage ist, den
Pegel einer internen Spannung zu bestimmen, ohne durch einen Offset
eines Differenzverstärkers beeinflusst
zu sein.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Spannungserzeugungsschaltung gemäß Anspruch 1. Weiterbildungen
der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Spannungserzeugungsschaltung enthält: einen Differenzverstärker mit
einem ersten und einem zweiten Eingang; eine In ternspannungserzeugungsschaltung,
die im aktivierten Zustand entsprechend einem Ladungspumpvorgang
eines Kapazitätselements
eine interne Spannung erzeugt; ein Kompensationskapazitätselement,
das mit dem ersten Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist; ein erstes
Schaltglied, das selektiv entweder eine Referenzspannung oder eine
der internen Spannung entsprechende Vergleichsspannung an den zweiten
Eingang des Differenzverstärkers überträgt; und
ein zweites Schaltglied, das im leitenden Zustand einen Ausgang
des Differenzverstärkers
und den ersten Eingang miteinander verbindet. Wenn das zweite Schaltglied
eingeschaltet ist, wählt
das erste Schaltglied die Referenzspannung und führt die Referenzspannung dem
zweiten Eingang des Differenzverstärkers zu. Wenn das erste Schaltglied
die Vergleichsspannung auswählt,
wird das zweite Schaltglied in einen nichtleitenden Zustand versetzt.
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Wenn
das zweite Schaltglied eingeschaltet ist, arbeitet der Differenzverstärker in
dem Spannungsfolgermodus. In diesem Betrieb wird die Referenzspannung
dem Differenzverstärker über das
erste Schaltglied zugeführt.
Demzufolge wird eine Offsetspannung im Hinblick auf diese Referenzspannung
in dem Kapazitätselement
gespeichert. Wenn der Pegel der internen Spannung festgelegt werden soll,
wählt das
erste Schaltglied die Vergleichsspannung, und die Differenzverstärkung wird
für die
Vergleichsspannung und die in dem Kapazitätselement gespeicherte Spannung
durchgeführt.
Eine Ausgangsspannung wird erzeugt, bei der die Offsetspannung beseitigt
ist. Ohne einen Einfluss der Offsetspannung kann ein Signal erzeugt
werden, das das Ergebnis der Bestimmung der internen Spannung anzeigt.
Somit kann der Pegel der internen Spannung exakt bestimmt werden,
um den Vorgang des Erzeugens der internen Spannung so zu steuern, dass
die interne Spannung stabil auf einem gewünschten Pegel erzeugt werden
kann.
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Weitere
Merkmale und Zweckmäßigkeiten der
Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der beigefügten Zeichnungen.
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1 zeigt
schematisch einen Aufbau einer Leistungsversorgungsschaltung nach
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
ein Beispiel für
einen Aufbau eines in 1 gezeigten Differenzverstärkers.
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3 ist
ein Signalverlaufsdiagramm, das einen Betrieb der in 1 gezeigten
Leistungsversorgungsschaltung veranschaulicht.
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4 zeigt
eine Verbindung, wenn eine Referenzspannung in der in 1 gezeigten
Leistungsversorgungsschaltung aufgefrischt wird.
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5 zeigt
eine Verbindung, wenn der Spannungspegel in der in 1 gezeigten
Leistungsversorgungsschaltung erfasst wird.
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6 zeigt
schematisch ein Beispiel für
einen Aufbau eines Abschnitts zum Erzeugen der in 1 gezeigten
Steuersignale.
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7 ist ein Signalverlaufsdiagramm, das einen
Betrieb des in 6 gezeigten Steuersignalerzeugungsabschnitts
veranschaulicht.
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8 zeigt
ein Beispiel für
einen Aufbau eines in 1 gezeigten Schaltglieds für den positiven Eingang.
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9 zeigt
ein Beispiel für
einen Aufbau eines in 1 gezeigten Schaltglieds für die negative Rückkopplung.
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10 zeigt
schematisch einen Aufbau einer Leistungsversorgungsschaltung nach
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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11 zeigt
schematisch einen Aufbau einer Leistungsversorgungsschaltung nach
einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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12 zeigt
ein Beispiel für
einen Aufbau eines in 11 gezeigten Differenzverstärkers.
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1 zeigt
schematisch einen Aufbau einer Internspannungserzeugungsschaltung
nach einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die in 1 gezeigte
Internspannungserzeugungsschaltung ist eine Leistungsversorgungsschaltung zum
Liefern einer Ausgangsspannung Vo über eine Ausgangsleitung (Versorgungsleitung) 6 an
eine Lastschaltung 7 als Betriebsversorgungsspannung. In
der folgenden Beschreibung wird die Internspannungserzeugungsschaltung
als Leistungsversorgungsschaltung bezeichnet und beschrieben.
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Die
Leistungsversorgungsschaltung enthält: einen Differenzverstärker (Vergleicherschaltung) 1 mit
einem positiven Eingang (+) (nicht invertierender Eingang, zweiter
Eingang) und einem negativen Eingang (–) (invertierender Eingang,
erster Eingang), der eine Differenz zwischen den an den negativen Eingangsknoten
ND1 und an den positiven Eingangsknoten ND2 angelegten Signalen
verstärkt zum
Ausgeben eines Signals, dass das Ergebnis der Differenzverstärkung anzeigt,
an einem Ausgangsknoten ND3; Widerstandselemente R1 und R2, die
in Reihe zwischen die Ausgangsleitung 6 und ein Knoten
eines Grundpotentials (Masseknoten) geschaltet sind; ein Schaltglied 2,
um entsprechend einem Steuersignal ϕ1 von einer Spannung
Vod an einem Verbindungsknoten ND4 zwischen den Widerstandselementen
R1 und R2 und einer Referenzspannung VR eine auszuwählen und
die ausgewählte
an den positiven Eingangsknoten ND2 zu übertragen; ein Kapazitätselement
(Kompensationskapazitätselement) C1,
das zwischen den negativen Eingangsknoten ND1 des Differenzverstärkers 1 und
den Masseknoten geschaltet ist; und ein Schaltglied 3 zum
elektrischen Verbinden des Ausgangsknotens ND3 und des negativen
Eingangsknotens ND1 des Differenzverstärkers 1 entsprechend
einem Steuersignal ϕ2.
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Eine
aus den Widerstandselementen R1 und R2 bestehende Widerstandsteilerschaltung
erzeugt eine zu vergleichende Spannung bzw. Vergleichsspannung Vod
durch Widerstandsteilen der Ausgangsspannung Vo mit einem Widerstandsverhältnis zwischen
den Widerstandselementen R1 und R2. Diese Vergleichsspannung Vod
wird durch den folgenden Ausdruck dargestellt: Vod
= Vo·R2/(R1+R2),wobei
die Widerstandswerte der Widerstandselemente R1 und R2 jeweils durch
dieselben Bezugszeichen R1 und R2 bezeichnet sind. Dabei ist der
Spannungspegel eines Grundspannungsknotens, mit dem das Widerstandselement
R2 verbunden ist, 0V.
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Die
Leistungsversorgungsschaltung enthält weiter eine ODER-Schaltung 4,
die ein Ausgangssignal des Differenzverstärkers 1, ein Vergleichsfreigabesignal
/CPE und ein wiederholtes Signal CLK empfängt, und eine Ladungspumpenschaltung 5 zum
Zuführen
von Ladungen zu der Ausgangsleitung 6 entsprechend einem
Ladungspumpvorgang eines in ihm enthaltenden Kapazitätselement 6 als
Reaktion auf ein Ausgangssignal der ODER-Schaltung 4 zum
Erzeugen einer Ausgangsspannung. Die Internspannungserzeugungsschaltung
besteht aus der ODER-Schaltung 4 und der Ladungspumpenschaltung 5.
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Wenn
das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 4 ein Signal ist,
das dem sich wiederholenden Signal CLK entspricht, führt die
Ladungspumpenschaltung 5 intern den Vorlade/Ladungspumpvorgang
durch, um Ladungen an die Ausgangsleitung 6 zu liefern.
In der ersten Ausführungsform
werden der Ausgangsleitung 6 von der Ladungspumpenschaltung 5 positive
Ladungen zugeführt,
und daher ist die Ausgangsspannung Vo eine positive Spannung.
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2 zeigt
ein Beispiel für
einen Aufbau eines in 1 gezeigten Differenzverstärkers. Mit
Bezug auf 2 enthält der Differenzverstärker: einen p-Kanal-MOS-Transistor
Q1 (Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate), der zwischen einen
oberen Leistungsversorgungsknoten ND10 und einen internen Knoten
ND11 geschaltet ist und dessen Gate mit einem internen Knoten ND12
verbunden ist; einen p-Kanal-MOS-Transistor Q2, der zwischen den
oberen Versorgungsknoten ND10 und den internen Knoten ND12 geschaltet
ist und dessen Gate mit dem internen Knoten ND12 verbunden ist;
einen n-Kanal-MOS-Transistor Q3, der zwischen den internen Knoten
ND11 und einen internen Knoten ND13 geschaltet ist und dessen Gate
mit dem positiven Eingangsknoten ND2 verbunden ist; einen n-Kanal-MOS-Transistor
Q4, der zwischen den internen Knoten ND12 und den internen Knoten
ND13 geschaltet ist und dessen Gate mit dem negativen Eingangsknoten
ND1 verbunden ist; eine Konstantstromquelle 10, die zwischen
den internen Knoten ND13 und einen unteren Versorgungsknoten ND14 geschaltet
ist; einen p-Kanal-MOS-Transistor Q5, der zwischen den oberen Versorgungsknoten
ND10 und den Ausgangsknoten ND3 geschaltet ist und dessen Gate mit
dem internen Knoten ND11 verbunden ist; und eine Konstantstromquelle 11,
die zwischen den Ausgangsknoten ND3 und einen unteren Versorgungsknoten
ND15 geschaltet ist.
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Eine
obere Versorgungsspannung VH wird dem oberen Versorgungsknoten ND10
zugeführt, während eine
untere Versorgungsspannung VL den unteren Versorgungsknoten ND14
und ND15 zugeführt
wird. Diese unteren Versorgungsknoten ND14 und ND15 können ein
gemeinsamer Knoten sein.
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In
dem in 2 gezeigten Differenzverstärker 1 bilden die
MOS-Transistoren Q1 und Q2 eine Last vom Stromspiegeltyp, wobei
der MOS-Transistor Q2 als Master dient, und die MOS-Transistoren Q3 und
Q4 bilden eine Differenzstufe. Wenn der Pegel der Spannung an dem
positiven Eingangsknoten ND2 größer ist
als der an dem negativen Eingangsknoten ND1, wird die Leitfähigkeit
des MOS-Transistors Q3 größer als
die des MOS-Transistors
Q4. Der MOS-Transistor Q2 liefert einen Treiberstrom des MOS-Transistors
Q4, und ein Strom mit derselben Größe wie der durch den MOS-Transistor
Q2 fließende
Strom fließt
durch den MOS-Transistor Q1 und wird über den MOS-Transistor Q3 abgeleitet.
Dementsprechend sinkt der Pegel der Spannung an den internen Knoten
ND11, und die Leitfähigkeit
des MOS-Transistors Q5 steigt, um einen Strom mit einem größeren Betrag
zu treiben als der Treiberstrom der Konstantstromquelle 11,
so dass ein Signal des Ausgangsknotens N3 einen hohen Pegel (logisch
hoher Pegel = H-Pegel) erreicht.
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Wenn
dagegen der Pegel der Spannung an dem positiven Eingangsknoten ND2
kleiner ist als der an dem negativen Eingangsknoten ND1, wird die Leitfähigkeit
des MOS-Transistors Q4 größer als
die des MOS-Transistors Q3, und durch den MOS-Transistor Q4 fließt ein Strom,
der größer ist
als der durch den MOS-Transistor
Q3 fließende.
In diesem Zustand kann der MOS-Transistor
Q3 nicht den gesamten von dem MOS-Transistor Q1 gelieferten Strom entladen,
so dass der Pegel der Spannung an dem internen Knoten ND11 steigt,
die Leitfähigkeit
des MOS-Transistors
Q5 sinkt und der Betrag seines Treiberstromes sinkt. Wenn der Treiberstrom
des MOS-Transistors Q5 kleiner wird als der Treiberstrom der Konstantstromquelle 11,
erhält der
Pegel der von dem Ausgangsknoten ND3 ausgegebenen Spannung einen
niedrigen Pegel (logisch niedriger Pegel: L-Pegel).
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Bei
den MOS-Transistoren Q3 und Q4, die die Differenzstufe bilden, sind
die jeweiligen Sourceknoten gemeinsam mit dem internen Knoten ND13 verbunden.
Wenn diese MOS-Transistoren Q3 und Q4 dieselbe Schwellenspannung
aufweisen, kann daher eine Ausgangsspannung an einem Ausgangsknoten
ND3 exakt entsprechend dem Unterschied zwischen den an den positiven
Eingangsknoten ND1 und den negativen Eingangsknoten ND2 angelegten Spannungen
erzeugt werden. Durch Schwankungen von Herstellungsparametern und
dergleichen haben diese MOS-Transistoren Q3 und Q4 jedoch verschiedene
Schwellenspannungen. Der Unterschied zwischen den Schwellenspannung
trägt zu
einem Offset für
den Spannungsunterschied bei, der zwischen dem positiven Eingangsknoten
ND1 und dem negativen Eingangsknoten ND2 auftritt und dient somit
als Hauptfaktor für
das Entstehen der Offsetspannung in dem Differenzverstärker.
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Die
Offsetspannung in dem Differenzverstärker 1 wird unter
Verwendung des in 1 gezeigten Kapazitätselements
C1 beseitigt.
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Es
sei angemerkt, dass die obere Versorgungsspannung VH und die untere
Versorgungsspannung VL nur jeweils Pegel aufweisen müssen, die
es ermöglichen,
dass die Differenzverstärkung bei
dem Spannungspegel der Referenzspannung VR durchgeführt werden
kann und dass eine Spannung mit einem ähnlichen Pegel wie dem der
Referenzspannung VR in dem Spannungsfolgermodus erzeugt werden kann.
Die obere Versorgungsspannung VH muss somit zumindest auf einem
Pegel der Referenzspannung VR liegen, und die untere Versorgungsspannung
VL und die obere Versorgungsspannung VH werden auf Pegel eingestellt,
die es ermöglichen,
dass die ODER-Schaltung 4 einen
Binärbetrieb
durchführt.
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3 ist
ein Signalverlaufdiagramm, das einen Betrieb der in 1 gezeigten
Leistungsversorgungsschaltung darstellt. Mit Bezug auf 3 wird nun
der Betrieb der in 1 gezeigten Leistungsversorgungsschaltung
beschrieben.
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Zum
Zeitpunkt t0 steigt das Vergleichsfreigabesignal /CPE von dem L-Pegel
(dem Pegel der unteren Versorgungsspannung VL) auf den H-Pegel (den
Pegel der oberen Versorgungsspannung VH), und das Steuersignal ϕ2
wird aktiviert. Als Reaktion auf die Aktivierung des Steuersignals ϕ2
wird das in 1 gezeigte Schaltglied 3 leitend,
so dass der negative Eingangsknoten ND1 und der Ausgangsknoten ND3
des Differenzverstärkers 1 elektrisch
miteinander verbunden sind. Was das Schaltglied 2 betrifft, wählt das
Schaltglied 2 die Referenzspannung VR entsprechend dem
Steuersignal ϕ1, dessen Logikpegel sich in ähnlicher
Weise ändert.
In diesem Zustand arbeitet der Differenzverstärker 1 wie in 4 gezeigt
in dem Spannungsfolgermodus. Weiterhin wird an dem Ausgangsknoten
ND3 und dem negativen Eingangsknoten ND1 eine Spannung erzeugt,
die der dem positiven Eingangsknoten ND2 zugeführten Referenzspannung VR entspricht.
Durch das Vorhandensein einer Offsetspannung Vos des Differenzverstärkers 1 wird
die Summe aus der Referenzspannung VR und der Offsetspannung Vos
des Differenzverstärkers 1 erzeugt,
d.h. die Spannung VR+Vos, und diese Spannung VR+Vos an dem Knoten
ND1 wird in dem Kapazitätselement
C1 gespeichert.
-
Wenn
das Vergleichsfreigabesignal /CPE auf H-Pegel liegt, liegt das Ausgangssignal
der ODER-Schaltung 4 auf H-Pegel, so dass die Übertragung
des wiederholten Signals CLK zu der Ladungspumpenschaltung 5 verhindert
wird und die Ladungspumpenschaltung 5 dementsprechend den
Ladungspumpvorgang beendet.
-
Insbesondere
in der Zeitspanne, in der die Offsetspannung des Differenzverstärkers 1 erfasst und
eingestellt wird, arbeitet der Differenzverstärker 1 in dem Spannungsfolgermodus,
so dass eine Spannung, die die Offsetspannung berücksichtigt,
in dem Kapazitätselement
C1 gespeichert wird und der Spannungspegel des negativen Eingangsknotens ND1
um die Offsetspannung des Differenzverstärkers 1 verschoben
wird.
-
Zum
Zeitpunkt t1 fällt
das Vergleichsfreigabesignal /CPE auf L-Pegel, und das Steuersignal ϕ2 wird
deaktiviert, so dass das Schaltglied 3 nichtleitend wird.
Das Schaltglied 2 wählt
entsprechend dem Steuersignal ϕ1 die Vergleichsspannung
Vod von dem Verbindungsknoten ND4. In diesem Zustand sind der negative
Eingangsknoten ND1 und der Ausgangsknoten ND3 des Differenzverstärkers 1 wie
in 5 dargestellt voneinander getrennt. Die Differenzverstärkerschaltung 1 führt dann
eine Differenzverstärkung
zwischen der dem positiven Eingangsknoten ND2 zugeführten Vergleichsspannung
Vod und der Spannung an dem negativen Eingangsknoten ND1 (der in
dem Kapazitätselement
C1 gespeicherten Spannung) durch und erzeugt an dem Ausgangsknoten
ND3 ein dem Verstärkungsergebnis entsprechendes
Signal. Bei diesem Vergleichsvorgang ist in dem Kapazitätselement
C1 die der Summe aus der Referenzspannung VR und der Offsetspannung
Vos entsprechende Spannung gespeichert. Daher wird die dem positiven
Eingangsknoten ND2 zugeführte
Vergleichsspannung VOD relativ um den Spannungspegel dieser Offsetspannung
Vos verkleinert. Die Eingangsspannungsdifferenz des Differenzverstärkers 1 wird
somit zu Vod-(VR+Vos). Durch das Vorhandensein der Offsetspannung
Vos des Differenzverstärkers 1 wird
der relative Wert der Verschiebung der an den positiven Eingangsknoten ND2
angelegten Spannung Vod durch die Offsetspannung des Differenzverstärkers 1 beseitigt,
so dass an dem Ausgangsknoten ND3 ein Signal ausgegeben wird, das
dem Unterschied zwischen der Referenzspannung VR und der Eingangsspannung
Vod entspricht, d.h. Vod-VR.
-
Wenn
der Differenzverstärker 1 einen
binären
bzw, zweipegeligen Bestimmungsvorgang durchführt, wird an dem Ausgangsknoten
N3 ein Signal mit H-Pegel erzeugt, wenn die Vergleichsspannung Vod größer ist
als die Referenzspannung VR, und ein Signal mit L-Pegel wird an dem
Ausgangsknoten N3 erzeugt, wenn die Vergleichsspannung Vod kleiner
als die Referenzspannung VR ist. Alternativ kann der Differenzverstärker 1 eine
Differenzverstärkung
in einer analogen Weise durchführen,
und die ODER-Schaltung 4 kann
entsprechend ihrer logischen Eingangsschwellenspannung eine b-Pegel-Bestimmung
des Ausgangssignals des Differenzverstärkers 1 durchführen.
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Wenn
das Signal an dem Ausgangsknoten N3 auf H-Pegel liegt, wird das
Ausgangssignal der ODER-Schaltung fest auf H-Pegel gehalten, so
dass die Übertragung
des Taktsignals CLK zu der Ladungspumpenschaltung 5 verhindert
wird, und dementsprechend wird der Ladungspumpvorgang der Ladungspumpenschaltung 5 beendet.
Wenn dagegen das Signal an dem Ausgangsknoten ND3 auf L-Pegel liegt, arbeitet
die ODER-Schaltung 4 als Pufferschaltung (das Vergleichsfreigabesignal
/CPE liegt auf L-Pegel), und das wiederholte Signal CLK wird zu
der Ladungspumpenschaltung 5 übertragen und als Reaktion
darauf führt
die Ladungspumpenschaltung 5 den Ladungspumpvorgang entsprechend
dem übertragenen
wiederholten Signal durch, um der Ausgangsleitung 6 positive
Ladungen zuzuführen
zum Erhöhen
des Spannungspegels der Ausgangsspannung Vo. Durch Sättigung
eines solchen Vorgangs erhält
die Ausgangsspannung Vo an der Ausgangsleitung 6 einen
Spannungspegel, der gleich dem Spannungspegel ist, der durch die
Referenzspannung VR und den Spannungsteilungsfaktor über die Widerstandselemente
R1 und R2 festgelegt ist.
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Bei
der Differenzverstärkung
durch den Differenzverstärker 1 wird
die Vergleichsspannung Vod mit der Spannung an dem negativen Eingangsknoten ND1
verglichen, d.h. mit VR+Vos. Wenn die Differenzverstärkerschaltung 1 keiner
Offsetkompensation unterliegt und den Unterschied zwischen der Referenzspannung
VR und der Vergleichsspannung Vod verstärkt zum Steuern des Ladungspumpenvorgangs, ändert sich
das Ausgangssignal des Differenz verstärkers 1 so, dass die
Vergleichsspannung Vod gleich der Spannung VR+Vos wird. In diesem Fall
wird die Ausgangsspannung Vo der Ladungspumpenschaltung 5 durch
den folgenden Ausdruck dargestellt: Vo = VR·(1+R1/R2)+Vos·(1+R1/R2).
-
Wenn
für den
Differenzverstärker 1 keine Offsetkompensation
durchgeführt
wird, wird die Ausgangsspannung Vo daher um die Spannung Vos·(1+R1/R2)
höher eingestellt
als die Referenzspannung VR. Im Fall einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
zum Beispiel wird als Referenzspannung VR eine Versorgungsspannung
VDD des Systems verwendet, das die Flüssigkristallanzeigevorrichtung enthält. Diese
Versorgungsspannung VDD nimmt den Wert der derzeit allgemein verwendeten
Versorgungsspannung eines LSI (Zarge Scale Integrated Circuit) an,
d.h. VR=VDD=3V. Wenn für
den Pegel der Ausgangsspannung Vo 9V angenommen wird, was auf dem
Pegel der als Versorgungsspannung des Gateleitungstreibers der Flüssigkristallanzeigevorrichtung
verwendeten Spannung liegt, kann die Ausgangsspannung Vo von 9V
in dem Fall, in dem die Offsetspannung des Differenzverstärkers 1 nicht berücksichtigt
wird, durch Einstellen von R1/R2=2 gewonnen werden. Mit diesem Spannungsteilerverhältnis ist
der Pegel der Ausgangsspannung VO aufgrund des Vorhandenseins der
Offsetspannung in dem Differenzverstärker 1 um 3·Vos höher als die Zielspannung.
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Wenn
jedoch in dem Kapazitätselement
C1 die Referenzspannung gespeichert wird, bei der die Offsetspannung
Vos des Differenzverstärkers 1 berücksichtigt
ist, und die Spannung an dem negativen Eingangsknoten ND1 auf VR+Vos
eingestellt wird, wird die Offsetspannungskomponente des Differenzverstärkers 1 durch
die in dem Kapazitätselement
C1 gespeicherte Spannungsoffsetkomponente Vos beseitigt. Somit wird
die Vergleichsspannung Vod mit der Referenzspannung VR verglichen,
und der Logikpegel des Ausgangssignal des Differenzverstärkers 1 wird
durch das Ergebnis des Vergleichs bestimmt. Anders ausgedrückt vergleicht
der Differenzverstärker 1 aufgrund
der Offsetspannung gleichermaßen die
dem positiven Eingangsknoten ND2 zugeführte Spannung Vod+Vos mit der
Spannung VR+Vos an dem negativen Eingangsknoten N1, die Komponenten
der Offsetspannung Vos werden gleichwertig gegenseitig beseitigt,
und somit kann der Pegel der Vergleichsspannung exakt bestimmt werden,
um die Ausgangsspannung Vo auf einen Spannungspegel einzustellen,
der der Referenzspannung VR entspricht. In diesem Fall wird die
Ausgangsspannung VO durch den folgenden Ausdruck dargestellt: VO=VR·(1+R1/R2).
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Durch
Bilden der Widerstandselemente R1 und R2 aus demselben Material
werden Schwankungen des Widerstandswerts aufgrund der Umgebungstemperatur
und der Herstellungsbedingungen beseitigt. Durch Verwenden der Referenzspannung VR
mit einer sichergestellten Spannungsgenauigkeit kann die Ausgangsspannung
Vo unabhängig
von der Umgebungstemperatur und den Herstellungsbedingungen exakt
auf einen Spannungspegel eingestellt werden.
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Das
Referenzpotential des Differenzverstärkers 1 wird in dem
Kapazitätselement
C1 gehalten. Aufgrund eines Leckstroms werden die in dem Kapazitätselement
C gespeicherten Ladungen abgeleitet, und demzufolge sinkt dessen
Spannungspegel um ΔV.
Demzufolge muss der zwischen dem Zeitpunkt t0 und dem Zeitpunkt
t1 durchgeführte
Vorgang des Erfassens und Einstellens der Offsetspannung mit einer bestimmten
Periode T wiederholt werden, um das Referenzpotential aufzufrischen.
Die Periode des Erfassens und Einstellens der Offsetspannung (des Auffrischens
des Referenzpotentials) wird unter Berücksichtigung eines erlaubten
Spannungsabfalls der Ausgangsspannung Vo auf einen geeigneten Wert eingestellt.
In dem Fall einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
wird das Vergleichsfreigabesignal /CPE beispielsweise jedes Mal
dann auf H-Pegel gelegt, wenn eine Horizontalabtast periode vergangen
ist (das Referenzpotential wird mit jeder horizontalen Abtastperiode
aufgefrischt). Alternativ kann die Offsetspannung mit jeder Vertikalabtastperiode
zum Auffrischen des Referenzpotentials erfasst und eingestellt werden.
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In
dem Fall, in dem das wiederholte Signal CLK den Übertragungszyklus von Pixeldaten
bestimmt, können
die Horizontalabtastperiode und die Vertikalabtastperiode durch
Zählen
dieses wiederholten Signals bestimmt werden. Demzufolge kann der Zeitablauf
des Aktivierens/Deaktivierens des Auffrischvorgangs der Offsetspannung
leicht eingestellt werden. In dem Fall, in dem das wiederholte Signal CLK
ein wiederholtes Signal ist, das in Abhängigkeit von der Ladungspumpfähigkeit
der Ladungspumpenschaltung 5 durch eine interne Oszillationsschaltung erzeugt
wird, kann die Deaktivierungszeit (die L-Pegel-Zeitspanne) des Vergleichsfreigabesignals
/CPE entsprechend einem Gateleitungstreiberzeitablaufsignal (Horizontalsynchronisations(treib)signal
oder Vertikalsynchronisations(treib)signal) bestimmt werden, um
die Offsetspannung zu erfassen und einzustellen und das Referenzpotential
aufzufrischen.
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Wenn
diese Versorgungsschaltung von einer anderen Halbleitervorrichtung
als einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
verwendet wird, kann das Vergleichsfreigabesignal /CPE auf der Grundlage
eines Ausgangssignals eines Zeitgebers erzeugt werden, der das wiederholte
Signal CLK zählt
und die in 3 gezeigte Auffrischperiode
T und den Zeitablauf des Auffrischvorgangs bestimmt.
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6 zeigt
ein Beispiel für
einen Aufbau eines Abschnitts zum Erzeugen der Steuersignale ϕ1 und ϕ2
zum Steuern der Schaltglieder 2 und 3. In 6 ist
als Beispiel ein Aufbau zum Erzeugen der Steuersignale ϕ1
und ϕ2 auf der Grundlage des wiederholten Signals CLK gezeigt.
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Mit
Bezug auf 6 enthält der Schaltsteuersignalerzeugungsabschnitt
eine Offsetauffrischperiodeneinstellschaltung 20 zum Festlegen
der Auffrischperiode zum Erfassen und Einstellen der Offsetspannung
auf der Grundlage des wiederholten Signals CLK zum Aktivieren des
Vergleichsfreigabesignals /CPE in einem vorbestimmten Zyklus, ein
zusammengesetztes Gatter 21 zum Erzeugen des Steuersignals ϕ1
entsprechend dem Vergleichsfreigabesignal /CPE und dem Steuersignal ϕ2,
und eine Einzelpulserzeugungsschaltung 22 zum Erzeugen des
Steuersignals ϕ2 in einer Einzelpulsform entsprechend dem
Steuersignal ϕ1.
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Das
zusammengesetzte Gatter 21 enthält gleichermaßen ein
ODER-Gatter, das
das Steuersignal ϕ2 und das Vergleichsfreigabesignal /CPE
empfängt,
und ein UND-Gatter, das ein Ausgangssignal dieses ODER-Gatters und
das Vergleichsfreigabesignal /CPE empfängt zum Ausgeben des Steuersignals ϕ1.
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7 ist ein Signalverlaufsdiagramm, das einen
Betrieb der in 6 gezeigten Schaltsteuersignalerzeugungsschaltung
veranschaulicht. Mit Bezug auf 7 wird
nun der Betrieb der in 6 gezeigten Schaltsteuersignalerzeugungsschaltung
beschrieben.
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Die
Offsetauffrischperiodeneinstellschaltung 20 deaktiviert
das Vergleichsfreigabesignal /CPE (setzt es auf L-Pegel) für eine vorbestimmte
Zeitspanne mit einem vorbestimmten Zyklus auf der Grundlage des
Zählens
des wiederholten Signals CLK. Als Reaktion auf die Deaktivierung
des Vergleichsfreigabesignals /CPE erreicht das Steuersignal ϕ1
des zusammengesetzten Gatters 21 den H-Pegel, und dementsprechend
erreicht das Steuersignal ϕ2 der Einzelpulserzeugungsschaltung 22 den H-Pegel.
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Wenn
das Steuersignal ϕ1 auf H-Pegel liegt, wählt das
in 1 gezeigte Schaltglied 1 die Referenzspannung
VR, und das Schalt glied 3 wird leitend, weil das Steuersignal ϕ2
auf H-Pegel liegt. Wenn das Steuersignal ϕ2 der Einzelpulserzeugungsschaltung 22 nach
einer vorbestimmten Zeitspanne auf den L-Pegel fällt, wird das in 1 gezeigte
Schaltglied 3 ausgeschaltet und trennt den negativen Eingangsknoten
ND1 und den Ausgangsknoten ND3 des Differenzverstärkers 1 voneinander.
Die H-Pegel-Dauer des
Steuersignals ϕ2 wird kürzer
eingestellt als die H-Pegel-Dauer
des Vergleichsfreigabesignals /CPE. Wenn das Steuersignal ϕ2
den H-Pegel erreicht und das Vergleichsfreigabesignal /CPE den L-Pegel,
fällt das
Steuersignal ϕ1 des zusammengesetzten Gatters 21 auf
den L-Pegel, so dass das in 1 gezeigte
Schaltglied 2 die Vergleichsspannung Vod auswählt.
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Nachdem
das Schaltglied 3 ausgeschaltet wurde, wird das Schaltglied 2 in
einen Zustand gesetzt, in dem es die Vergleichsspannung Vod wählt. Somit
kann in dem Kapazitätselement
C1 zu speichernde Spannung genau auf einen Spannungspegel eingestellt
werden, bei dem die Offsetspannung im Hinblick auf die Referenzspannung
VR berücksichtigt
ist.
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Anstelle
des Aufbaus mit Verwendung des wiederholten Signals CLK kann die
in 6 gezeigte Offsetauffrischperiodeneinstellschaltung 20 so
aufgebaut sein, dass ein Vergleichsfreigabesignal /CPE entsprechend
einem Ausgangssignal eines Zeitgebers deaktiviert wird, der auf
der Grundlage eines anderen Signals eine vorbestimmte Zeitspanne
zählt.
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8 zeigt
ein Beispiel für
einen Aufbau des in 1 gezeigten Schaltglieds 2.
Mit Bezug auf 8 enthält das Schaltglied 2 einen
Inverter IV1, der das Steuersignal ϕ1 empfängt, zum
Erzeugen eines invertierten Steuersignals/ϕ1; ein CMOS-Übertragungsgatter
SW1, das entsprechend den Steuersignalen ϕ1 und ϕ2
selektiv leitend gemacht wird, um im leitenden Zustand die Vergleichsspannung
Vod an den positiven Eingangs knoten ND2 zu übertragen; und ein CMOS-Übertragungsgatter
SW2, das komplementär
zu dem CMOS-Übertragungsgatter
SW1 entsprechend den Steuersignalen ϕ1 und /ϕ1
leitend gemacht wird, um im leitenden Zustand die Referenzspannung
VR an den positiven Eingangsknoten ND2 zu übertragen.
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Wenn
das Steuersignal ϕ1 auf dem H-Pegel liegt, ist das CMOS-Übertragungsgatter SW2 leitend, während das
CMOS-Übertragungsgatter
SW1 nichtleitend ist. In diesem Zustand wird die Referenzspannung
VR an den positiven Eingangsknoten ND2 übertragen. Wenn das Steuersignal ϕ1
auf dem L-Pegel liegt, ist das CMOS-Übertragungsgatter SW1 leitend,
während
das CMOS-Übertragungsgatter
SW2 nichtleitend ist, und somit wird die Vergleichsspannung VOD
an den positiven Eingangsknoten ND2 übertragen.
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9 zeigt
ein Beispiel für
einen Aufbau eines in 1 gezeigten Schaltglieds. Mit
Bezug auf 9 enthält das Schaltglied 3 einen
Inverter IV2, der das Steuersignal ϕ2 empfängt, und
ein CMOS-Übertragungsgatter
SW3, das entsprechend dem von dem Inverter IV2 abgegebenen invertierten Steuersignal
/ϕ2 und dem Steuersignal ϕ2 selektiv leitend gemacht
wird, um im leitenden Zustand den negativen Eingangsknoten ND1 mit
dem Ausgangsknoten ND3 zu verbinden.
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Wenn
das Steuersignal ϕ2 auf H-Pegel liegt, wird das CMOS-Übertragungsgatter SW3 leitend
gemacht, und demzufolge sind die Knoten ND2 und ND3 elektrisch miteinander
verbunden. Wenn das Steuersignal ϕ2 auf dem L-Pegel liegt,
wird das CMOS-Übertragungsgatter
SW3 nichtleitend gemacht, und demzufolge ist der negative Eingangsknoten
ND1 elektrisch von dem Ausgangsknoten ND3 getrennt.
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Wie
in 8 und 9 dargestellt, verwenden die
Schaltglieder 2 und 3 ihre CMOS-Übertragungsgatter
so, dass das Analogsignal ohne Signalverlust sicher übertragen
werden kann, und die Spannung zum Beseitigen der Offsetspannung
des Differenzverstärkers
kann exakt in dem Kapazitätselement
C1 gespeichert werden.
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In
dem oben beschriebenen Aufbau wird während der Auffrischspanne des
Referenzpotentials zum Erfassen und Einstellen der Offsetspannung
das Vergleichsfreigabesignal /CPE verwendet, um das Ausgangssignal
der ODER-Schaltung 4 auf dem H-Pegel zu halten und ein Übertragen
des wiederholten Signals CLK an die Ladungspumpenschaltung 5 zu
verhindern. Auf diese Weise wird verhindert, dass die interne Spannung
Vo in der Auffrischspanne der Referenzspannung aufgrund des selbstlaufenden Ladungspumpvorgangs
von einer Zielspannung abweicht (in ihrem Absolutwert ansteigt).
Wenn in der Zeitspanne, in der der Differenzverstärkerschaltung 1 in
dem Spannungsfolgerbetrieb betrieben wird, ein Ansteigen oder Absinken
des Spannungspegels der Ausgangsspannung Vo der Ladungspumpenschaltung 5 vernachlässigbar
ist, ist es nicht besonders erforderlich, das Vergleichsfreigabesignal
/CPE der ODER-Schaltung 4 zuzuführen (die Ladungspumpenschaltung 5 führt den
Ladungspumpvorgang in einer selbstlaufenden Weise durch).
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Wenn
die Versorgungsspannung VDD als Referenzspannung VR verwendet wird
und die obere Versorgungsspannung VH größer ist als diese Versorgungsspannung
VDD, wenn die ODER-Schaltung 4 diese Versorgungsspannung
VDD als Betriebsversorgungsspannung empfängt, wird das Ausgangssignal
der ODER-Schaltung 4 während
des Auffrischzeitraums des Referenzpotentials auf H-Pegel gehalten,
und der Übertragungsvorgang
der Ladungspumpschaltung 5 wird auch dann verhindert, wenn das
Vergleichsfreigabesignal /CPE nicht verwendet wird. Wenn die Referenzspannung
VR auf einem mittleren Spannungspegel zwischen der oberen Versorgungsspannung
und der unteren Versorgungsspannung der ODER-Schaltung 4 liegt,
wird der Spannungspegel des Ausgangssignal der ODER-Schaltung 4 entsprechend
der Eingangslogikschwellenspannung der ODER-Schaltung 4 festgelegt.
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Wie
oben erörtert
wird gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Offsetspannung des Differenzverstärkers, die
den Ausgangsspannungspegel bestimmt, durch dessen Betrieb im Spannungsfolgermodus
erfasst, und die offsetspannungskompensierte Referenzspannung wird in
dem Kapazitätselement
gespeichert. Dann wird der Pegel der Ausgangsspannung auf der Grundlage des
in dem Kapazitätselement
gespeicherten Spannung und der Vergleichsspannung bestimmt zum Steuern
des Ladungspumpvorgangs zum Erzeugen einer internen Spannung. Demzufolge
kann der Pegel der Ausgangsspannung ohne Einfluss der Offsetspannung
des pegelbestimmenden Differenzverstärkers exakt bestimmt werden,
um den Ladungspumpenvorgang durchzuführen, und dementsprechend kann
die interne Versorgungsspannung stabil mit einem gewünschten
Spannungspegel zur Verfügung stehen.
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10 zeigt
schematisch einen Aufbau einer Leistungsversorgungsschaltung nach
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die in 10 gezeigte
Leistungsversorgungsschaltung unterscheidet sich in ihrem Aufbau
von der in 1 gezeigten Leistungsversorgungsschaltung
darin, dass Widerstandselemente R3 und R4 zum Teilen der Referenzspannung
VR in Reihe bereitgestellt sind. Dem Schaltglied 2 werden
die Ausgangsspannung Vo der Ladungspumpenschaltung 5 und
die durch diese Widerstandsteilerschaltung erzeugte geteilte Spannung
VRD zugeführt.
Der restliche Aufbau der in 10 gezeigten
Leistungsversorgungsschaltung ist identisch mit dem der in 1 gezeigten Leistungsversorgungsschaltung.
Gleiche Bestandteile werden somit durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet,
und ihre detaillierte Beschreibung wird nicht wiederholt.
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Die
Widerstandselemente R3 und R4 sind in Reihe zwischen einen Referenzspannungszuführknoten
und einem Masseknoten (Grundpotentialquelle) geschaltet, und die
geteilte Spannung VRD von einem Verbindungsknoten ND20 ausgegeben. Diese
Spannung VRD wird durch den folgenden Ausdruck dargestellt: VRD = VR/(1+R3/R4).
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Das
Schaltglied 2 wählt
aus der geteilten Spannung VRD und der Ausgangsspannung Vo der Ladungspumpenschaltung 5 eine
aus, um die ausgewählte
an den positiven Eingangsknoten ND2 des Differenzverstärkers 1 zu übertragen.
Wenn der Differenzverstärker 1 in
dem Spannungsfolgermodus arbeitet, ist an dem negativen Eingangsknoten
ND1 eine Spannung VRD+Vos gespeichert. Wenn der Differenzverstärker 1 die
Differenzverstärkung
durchführt,
vergleicht der Differenzverstärker 1 die
Ausgangsspannung Vo mit der Spannung VRD+Vos. Da der Differenzverstärker 1 eine
Offsetspannung Vos aufweist, wird diese Offsetspannungskomponente bei
der Differenzverstärkung
beseitigt, so dass der Differenzverstärker 1 ein Signal
entsprechend dem Unterschied zwischen der geteilten Spannung VRD und
der Ausgangsspannung (internen Versorgungsspannung) Vo ausgibt.
Wenn die Ausgangsspannung Vo größer ist
als die geteilte Spannung VRD, erreicht das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 1 den H-Pegel,
und demzufolge wird der Ladungspumpvorgang der Ladungspumpenschaltung 5 verhindert. Wenn
die geteilte Spannung VRD dagegen größer ist als die Ausgangsspannung
Vo, erreicht das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 1 den
L-Pegel, so dass der Ladungspumpvorgang der Ladungspumpenschaltung 5 aktiviert
wird, um den Spannungspegel des Ausgangsknotens Vo anzuheben. Anders ausgedrückt wird
der Ladungspumpvorgang der Ladungspumpenschaltung 5 entsprechend
dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers 1 so gesteuert, dass
die Ausgangsspannung Vo gleich dem Spannungspegel der geteilten
Spannung VRD wird. Somit wird die Ausgangsspannung Vo durch den
folgenden Ausdruck dargestellt: Vo = VRD = VR/(1+R3/R4).
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Mit
dem in 10 gezeigten Aufbau kann die
Ausgangsspannung Vo mit einem gewünschten Spannungspegel auch
dann erzeugt werden, wenn die Ausgangsspannung Vo kleiner ist als
die obere Versorgungsspannung VH oder kleiner als die Systemversorgungsspannung
VDD (=VR). Die obere Versorgungsspannung VH muss auf einem Spannungspegel
liegen, der gleich groß wie
oder größer als
die Ausgangsspannung Vo ist. Wenn die Referenzspannung VR gleich
der Systemversorgungsspannung VDD ist, kann diese Systemversorgungsspannung
als obere Versorgungsspannung VH verwendet werden.
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Mit
dem in 10 gezeigten Aufbau der Leistungsversorgungsschaltung
wird die Referenzspannung VR durch eine Referenzspannungserzeugungsschaltung
mit einer hohen Spannungsgenauigkeit erzeugt (es wird eine Schaltung
verwendet, die eine Referenzspannung unabhängig von der Temperatur und
der Versorgungsspannung erzeugt). Durch Ausbilden der Widerstandselemente
R3 und R4 aus demselben Material kann die Abhängigkeit der Widerstandselemente
R3 und R4 von der Temperatur und den Herstellungsbedingungen ausgeglichen werden,
so dass die geteilte Spannung VRD stabil erzeugt werden kann. Somit
kann unabhängig
von der Umgebungstemperatur und den Herstellungsbedingungen die
Ausgangsspannung Vo auf einem erwünschten Pegel erzeugt werden.
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Wie
oben erläutert
ist gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Referenzspannung widerstandsgeteilt
zur Verwendung als Referenzspannung für die Ausgangsspannung. Dementsprechend
kann eine Ausgangsspannung, die kleiner ist als die Referenzspannung,
exakt auf einen gewünschten
Spannungspegel eingestellt werden.
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Durch
Verwenden der geteilten Spannung VRD und der geteilten Vergleichsspannung
Vod durch Kombination der in 10 und 1 gezeigten
Aufbauten kann die Ausgangsspannung Vo auf einen beliebigen Spannungspegel
eingestellt werden, und außerdem
kann der Vergleich in dem empfindlichsten Bereich des Differenzverstärkers 1 durchgeführt werden.
In diesem Fall wird die Ausgangsspannung Vo durch den folgenden
Ausdruck dargestellt: Vo = VR·(1+R1/R2)/(1+R4/R3).
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11 zeigt
schematisch einen Aufbau einer Leistungsversorgungsschaltung nach
einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die in 11 gezeigte
Leistungsversorgungsschaltung erzeugt eine negative Spannung Vn,
um diese Spannung über
eine Ausgangsleitung 36 einer Lastschaltung 37 zuzuführen.
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Mit
Bezug auf 11 enthält die Leistungsversorgungsschaltung:
einen Differenzverstärker 31 zum
Vergleichen der Spannungen an einem positiven Eingangsknoten (zweiten
Eingangsknoten) ND32 und einem negativen Eingangsknoten (ersten Eingangsknoten)
ND31 zum Erzeugen eines Signals, das das Vergleichsergebnis darstellt,
an einem Ausgangsknoten ND33; Widerstandselemente R5 und R6, die
in Reihe zwischen einen eine Versorgungsspannung VDD liefernden
Versorgungsknoten und die Ausgangsleitung 36 geschaltet
sind und an einem Verbindungsknoten ND34 eine geteilte Spannung Vnd
erzeugen; ein Schaltglied 32, um aus der Referenzspannung
VRN und der geteilten Spannung (Vergleichsspannung) Vnd entsprechend
dem Steuersignal ϕ1 eine auszuwählen, um die ausgewählte Spannung
an den positiven Eingangsknoten ND32 zu übertragen; ein Kapazitätselement
C2, das zwischen den negativen Eingangsknoten ND31 und einen Masseknoten
geschaltet ist; ein Schaltglied 33, um einen Ausgangsknoten
ND33 und den negativen Eingangsknoten ND31 des Differenzverstärkers 31 entsprechend
dem Steuersignal ϕ2 miteinander zu verbinden; einen Inverter 40,
der das Signal des Ausgangsknotens ND33 des Diffe renzverstärkers 31 empfängt; eine
ODER-Schaltung 34, die ein Ausgangssignal des Inverters 40,
das Vergleichsfreigabesignal /CPE und das wiederholte CLK empfängt; und
eine Ladungspumpenschaltung 35, die entsprechend einem
Ausgangssignal der ODER-Schaltung 34 selektiv
einen Ladungspumpvorgang über
ein Kapazitätselement
durchführt,
um eine negative Spannung Vn zu erzeugen.
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Wenn
die Ladungspumpenschaltung 35 aktiviert ist, führt sie
den Ladungspumpvorgang über
das interne Kapazitätselement
entsprechend dem wiederholten Signal CLK durch, um der Ausgangsleistung 36 negative
Ladungen zum Erzeugen der negativen Spannung Vn zuzuführen.
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Die
Widerstandselemente R5 und R6 bilden eine Spannungsteilerschaltung.
Die über
die Widerstandselemente R5 und R6 erzeugte geteilte Spannung Vnd
wird als zu vergleichende Spannung bzw. Vergleichsspannung durch
den folgenden Ausdruck dargestellt: Vnd = (VDD-Vn)·R6/(R5+R6).
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In
der in 11 gezeigten Leistungsversorgungsschaltung
sind die Vorgänge
des Erfassens und Einstellens der Offsetspannung des Differenzverstärkers 31 und
des Durchführens
eines Vergleichs ähnlich
wie die der ersten Ausführungsform. Insbesondere
wenn das Schaltglied 32 die Referenzspannung VRN wählt, wird
das Schaltglied 33 leitend gemacht, um den Ausgangsknoten
ND33 und den negativen Eingangsknoten ND31 des Differenzverstärkers 31 elektrisch
miteinander zu verbinden. In diesem Zustand arbeitet der Differenzverstärker 31 in den
Spannungsfolgermodus, so dass an dem negativen Eingangsknoten ND31
eine Spannung VRN+Vos erzeugt wird, und diese Spannung wird als
Referenzspannung in dem Kapazitätselement
C2 gespeichert. Dabei ist die Offsetspannung des Differenzverstärkers 1 durch
das Bezugszeichen Vos dargestellt.
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Bei
dem Vergleichsvorgang wird das Schaltglied 33 nichtleitend
gemacht, und das Schaltglied 32 wählt die geteilte Spannung Vnd
als Vergleichsspannung. Der Differenzverstärker 31, dessen Aufbau später beschrieben
wird, weist eine Offsetspannung Vos auf, und die Spannung an dem
positiven Eingangsknoten ND32 wird gleich Vnd+Vos. Dann vergleicht
der Differenzverstärker 31 diese
Spannung Vnd+Vos mit der in dem Kapazitätselement C2 gespeicherten
Referenzspannung Vos+VRN, und das Ergebnis des Vergleichs wird an
dem Ausgangsknoten ND33 ausgegeben. Somit wird auch in dem in 11 gezeigten
Aufbau die Offsetspannung Vos der Eingangsspannung des Differenzverstärkers 1 beseitigt,
die geteilte Spannung Vnd und die Referenzspannung VRN werden miteinander
verglichen, und ein das Ergebnis des Vergleichs darstellendes Signal
wird an dem Ausgangsknoten ND33 erzeugt.
-
Der
durch den Differenzverstärker 31 durchgeführte Vergleich
ist ähnlich
wie bei der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform. Wenn
der Differenzverstärker 31 eine
Binärpegelbestimmung
durchführt,
wird an dem Ausgangsknoten ND33 ein Signal mit H-Pegel erzeugt,
wenn die geteilte Spannung Vnd größer ist als die Referenzspannung
VRN. Wenn die geteilte Spannung Vnd dagegen kleiner ist als die
Referenzspannung VRN, wird an dem Ausgangsknoten ND33 ein Signal
mit L-Pegel erzeugt.
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Das
Ausgangssignal des Differenzverstärkers 31 wird von
dem Inverter 40 invertiert. Wenn die geteilte Spannung
Vnd größer ist
als die Referenzspannung VRN, erreicht das Ausgangssignal des Inverters 40 somit
den L-Pegel, die ODER-Schaltung 34 überträgt das wiederholte Signal CLK
zu der Ladungspumpenschaltung 35, um der Ausgangsleitung 36 negative
Ladungen zum Erniedrigen des Spannungspegels der Ausgangsspannung
VN zuzuführen.
-
Wenn
die geteilte Spannung Vnd kleiner ist als die Referenzspannung VRN,
erreicht das Ausgangssignal des Inverters 40 den H-Pegel,
die ODER-Schaltung 34 verhindert das Übertragen des wiederholten
Signals CLK und verhindert somit den Ladungspumpvorgang der Ladungspumpenschaltung 35.
Somit wird der Spannungspegel der negativen Ausgangsspannung Vn
auf einem Spannungspegel gehalten, bei dem die geteilte Spannung
Vnd gleich der Referenzspannung VRN ist. Insbesondere wird die negative
Ausgangsspannung Vn auf dem Spannungspegel gehalten, der den folgenden
Ausdruck erfüllt: Vnd = VRN = (VDD-Vn)·R6/(R5+R6).
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Der
obige Ausdruck wird mit Vn in die folgende Beziehung umgewandelt: Vn = VDD-VRN·(1+R5/R6).
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Wenn
der Spannungspegel der Ausgangsspannung Vn der Ladungspumpenschaltung 35 mit Bezug
auf die in 11 gezeigte Leistungsversorgungsschaltung
zum Erzeugen einer negativen Spannung Vn kleiner ist als der durch
die Referenzspannung VRN definierte Spannungspegel, liegt diese
negative Spannung Vn auf einem Spannungspegel, der noch niedriger
ist als eine vorbestimmte Spannung. In diesem Fall wird der Ladungspumpenvorgang
gestoppt. Wenn die negative Spannung Vn größer als der durch die Referenzspannung
VRN definierte Spannungspegel ist, erreicht die negative Spannung
Vn nicht einen vorbestimmten Spannungspegel. Daher führt die
Ladungspumpenschaltung 35 einen Ladungspumpvorgang durch.
Auf diese Weise kann die negative Spannung Vn mit einem gewünschten
Spannungspegel erzeugt werden.
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In
dem in 11 gezeigten Aufbau wird das Steuersignal
/CPE, das die Referenzpotentialauffrischzeitspanne zum Erfassen
und Einstellen der Offsetspannung festlegt, während dieser Zeitspanne auf
den H-Pegel gelegt, um den Ladungspumpvorgang der Ladungspumpenschaltung 35 zu
beenden. Wenn der Spannungsbe reich, in dem die Ausgangsspannung
Vn in der Zeitspanne des Erfassens/Einstellens der Offsetspannung
schwankt, innerhalb eines tolerierbaren Bereich liegt, ist es jedoch
wie bei der ersten Ausführungsform
nicht erforderlich, der ODER-Schaltung das Vergleichsfreigabesignal
/CPE zuzuführen.
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Die
Steuersignal ϕ1 und ϕ2 können durch einen Aufbau ähnlich dem
Aufbau der in der ersten Ausführungsform
verwendeten Steuersignalerzeugungsschaltung erzeugt werden.
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12 zeigt
ein Beispiel für
einen Aufbau des in 11 gezeigten Differenzverstärkers 31.
Mit Bezug auf 12 enthält der Differenzverstärker 31 eine
Konstantstromquelle 42, die zwischen einen oberen Versorgungsknoten
ND40 und einen internen Knoten ND42 geschaltet ist, einen p-Kanal-MOS-Transistor
Q10, der zwischen die internen Knoten ND42 und ND43 geschaltet ist
und dessen Gate mit dem positiven Eingangsknoten ND32 verbunden
ist; einen p-Kanal-MOS-Transistor Q11, der zwischen die internen
Knoten ND42 und ND44 geschaltet ist und dessen Gate mit dem negativen
Eingangsknoten ND31 verbunden ist; einen n-Kanal-MOS-Transistor Q12, der
zwischen den internen Knoten ND43 und einen unteren Versorgungsknoten ND45
geschaltet ist und dessen Gate mit dem internen Knoten ND44 verbunden
ist; einen n-Kanal-MOS-Transistor
Q13, der zwischen den internen Knoten ND44 und den unteren Versorgungsknoten ND45
geschaltet ist und dessen Gate mit dem internen Knoten ND44 verbunden
ist; eine Konstantstromquelle 44, die zwischen einen oberen
Versorgungsknoten ND41 und den Ausgangsknoten ND33 geschaltet ist;
und einen n-Kanal-MOS-Transistor Q14,
der zwischen den Ausgangsknoten ND33 und einen unteren Versorgungsknoten
ND45 geschaltet ist und dessen Gate mit dem internen Knoten ND43 verbunden
ist.
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Dem
oberen Versorgungsknoten ND40 und ND41 wird die obere Versorgungsspannung
VH zugeführt,
und dem unteren Versorgungsknoten ND45 wird die untere Versorgungsspannung
VL zugeführt. Die se
obere Versorgungsspannung VH kann gleich groß wie die Versorgungsspannung
VDD sein oder davon abweichen. Weiterhin kann die untere Versorgungsspannung
VL die Massespannung sein oder nicht. Die Spannungspegel der Spannungen
VH und VL werden entsprechend dem Spannungspegel der Referenzspannung
VRN eingestellt. Die Inverterschaltung 40, die ODER-Schaltung 34 und
die Ladungspumpenschaltung 35, die in 11 dargestellt sind,
verwenden diese obere Versorgungsspannung VH und die untere Versorgungsspannung
VL als Betriebsversorgungsspannungen. Somit führt die Ladungspumpenschaltung 35 exakt
den Ladungspumpvorgang entsprechend dem Spannungspegel der negativen
Versorgungsspannung Vn durch, um die negative Versorgungsspannung
Vn auf einem gewünschten
Spannungspegel zu erzeugen.
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Bei
dem in 12 gezeigten Aufbau des Differenzverstärkers bilden
die MOS-Transistoren Q10 und Q11 eine Differenzstufe, während die
MOS-Transistoren Q12 und Q13 eine Last vom Stromspiegeltyp bilden.
Wenn der Spannungspegel des positiven Eingangsknotens ND32 größer ist
als der Spannungspegel des negativen Eingangsknotens ND31, wird
der Leitwert des MOS-Transistors Q10 kleiner als der Leitwert des
MOS-Transistors Q11. Durch die MOS-Transistoren Q12 und Q13 fließt ein Strom
derselben Größe, und
ein Strom mit derselben Größe wie die
des dem MOS-Transistor
Q11 zugeführten Stroms
wird über
den MOS-Transistor Q13 zu dem unteren Versorgungsknoten ND45 abgeführt. Der MOS-Transistor Q12 führt daher
den gesamten Strom von dem MOS-Transistor
Q10 ab, und die Spannung an dem internen Knoten ND43 sinkt auf einen
niedrigeren Pegel, was einen verringerten Leitwert des MOS-Transistors
Q14 bewirkt. Wenn der Leitwert des MOS-Transistors Q14 sinkt, kann
der Strom von der Konstantstromquelle 44 nicht abgeleitet
werden, so dass der Spannungspegel des Knotens ND33 den H-Pegel
(Pegel der oberen Versorgungsspannung VH) erreicht.
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Wenn
der Spannungspegel des positiven Eingangsknotens ND32 kleiner ist
als der Spannungspegel des negativen Eingangsknotens ND31, wird
der Leitwert des MOS-Transistors Q10 größer als der Leitwert des MOS-Transistors
Q11. Dementsprechend wird die Größe des Treiberstroms
des MOS-Transistors Q10 größer als
die des MOS-Transistors Q11. Ein Strom derselben Größe wie der
des Treiberstroms des MOS-Transistors Q11 wird über den MOS-Transistor Q13 abgeleitet, und ein Spiegelstrom
mit derselben Größe wie der
durch den MOS-Transistor Q13 fließende Strom fließt durch den
MOS-Transistor Q12. In diesem Fall kann der MOS-Transistor Q12 nicht
den gesamten von dem MOS-Transistor Q10 zugeführten Strom abführen, was
einen erhöhten
Spannungspegel an dem Knoten ND43 bewirkt. Die Leitfähigkeit
des MOS-Transistors Q14
wird erhöht,
um den gesamten Strom von der Konstantstromquelle 44 abzuleiten.
Durch das Ableiten des gesamten Treiberstroms der Konstantstromquelle 44 durch
den MOS-Transistor
Q14 erhält
der Spannungspegel des Ausgangsknotens ND33 den L-Pegel (Pegel der
unteren Versorgungsspannung VL).
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Dementsprechend
kann der Ausgangstreibertransistor Q14 verwendet werden, um den
Treiberstrom der Konstantstromquelle 44 selektiv abzuleiten,
so dass entsprechend dem Spannungsunterschied zwischen dem positiven
Eingangsknoten ND32 und dem negativen Eingangsknoten ND31 Signale
mit H-Pegel bzw. L-Pegel ausgegeben werden können.
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Es
sei angemerkt, dass bei dem in 12 gezeigten
Aufbau des Differenzverstärkers 31 ein
exakter Vergleich durchgeführt
werden kann, auch wenn die an den positiven Eingangsknoten ND32 und
den negativen Eingangsknoten ND31 angelegten Spannungen alle auf
einem negativen Spannungspegel liegen.
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Weiter
sei angemerkt, dass die in 11 gezeigte
Leistungsversorgungsschaltung so aufgebaut sein kann, dass der Differenzverstärker 31 einen
Verstärkungsvorgang
in einer analogen Weise durchführt
und das Ausgangssignal des Differenzverstärkers auf der Grundlage der
Eingangslogikschwellenspannung des Inverters 40 einer Binärpegelbestimmung
unterzogen wird.
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Weiterhin
sei zu der in 11 gezeigten Leistungsversorgungsschaltung 11 angemerkt,
dass bei einer Referenzspannung VRN auf einem negativen Spannungspegel
ein Aufbau wie in der zweiten Ausführungsform verwendet werden
kann, so dass die negative Referenzspannung (VRN) durch eine Widerstandsteilerschaltung
pegelverschoben werden kann und die negative Ausgangsspannung Vn und
die pegelverschobene Referenzspannung durch den Differenzverstärker verglichen
werden. In diesem Fall hat die negative Referenzspannung VRN einen
negativeren Spannungspegel als der negative Spannungspegel der Ausgangsspannung
Vn. Die untere Versorgungsspannung VL des Differenzverstärkers 31 muss
eine negative Spannung sein, da der Differenzverstärker 31 in
dem Spannungsfolgermodus arbeiten muss, wenn die Offsetspannung
erfasst und zum Speichern des Referenzpotentials für die negative
Versorgungsspannung Vn in dem Kapazitätselement C2 eingestellt wird.
Die obere Versorgungsspannung VH kann die Leistungsversorgungsspannung
VDD sein, oder sie kann auf Massepegel liegen.
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Wie
oben erläutert
wird nach der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung auch in dem Fall, in dem eine negative
Spannung erzeugt werden soll, die Offsetspannung des Differenzverstärkers zum
Bestimmen des Spannungspegels der negativen Spannung unter Verwendung
der in dem Kapazitätselement
gespeicherten Spannung beseitigt. Auf diese Weise kann die negative
Spannung exakt mit einem gewünschten
Spannungspegel erzeugt werden.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung kann die Internspannungserzeugungsschaltung
als Schaltung verwendet werden, die zusätzlich zu einer als Leistungsversorgungsspannung
verwendeten Spannung eine interne Spannung auf einem gewünschten
Span nungspegel erzeugt. Wie oben erläutert kann die Interspannungserzeugungsschaltung
verwendet werden als Schaltung zum Erzeugen einer negativen Spannung
und einer positiven Spannung, die für die AC-Ansteuerung des Flüssigkristalls einer
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
erforderlich sind. Zusätzlich
kann die Internspannungserzeugungsschaltung verwendet werden als
Schaltung in einer allgemeinen Halbleitervorrichtung zum Erzeugen
einer internen Spannung auf einem gewünschten Spannungspegel, der
sich von einer Versorgungsspannung und einer Massespannung unterscheidet.
Die Internspannungserzeugungsschaltung der vorliegenden Erfindung
kann somit als Schaltung verwendet werden zum Erzeugen einer internen Spannung
auf einem gewünschten
Spannungspegel und ist nicht auf eine Leistungsversorgungsschaltung eingeschränkt.