DE3051230C2

DE3051230C2 - Spannungserhöhungsschaltung

Info

Publication number: DE3051230C2
Application number: DE3051230A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Nisizawa; Youchi Tobita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1980-03-14
Filing date: 1980-10-10
Publication date: 1994-01-27
Anticipated expiration: 2000-10-11
Also published as: DE3038409A1; US4398100A; JPS56129570A; JPS6118415B2; DE3038409C2

Description

In der nachveröffentlichten EP 0 030 813 A2 ist eine Spannungserhöhungsschaltung beschrieben, bei der das aufzustockende Signal und ein Booster-Kondensator während der Treiberperioden elektrisch voneinander getrennt und während der Boost-Perioden elektrisch miteinander verbunden sind. Hierdurch kann die kapazitive Belastung, die das aufgestockte Signal treiben muß, verringert werden.

Diese Spannungserhöhungsschaltung weist einen Eingangsanschluß zur Eingabe eines aufzustockenden Signals auf, welcher mit einem Lastkondensator verbunden ist, wobei das aufzustockende Signal an den Lastkondensator angelegt wird, der durch dieses getrieben wird.

Des weiteren enthält diese Spannungserhöhungsschaltung einen ersten Transistor, der zwischen dem Eingangsanschluß zur Eingabe des aufzustockenden Signals und einer Verbindungsstelle angeordnet ist. Auch ist ein erster Booster-Kondensator vorgesehen, an dessen einem Anschluß ein Boost-Signal angelegt wird, während der andere Anschluß mit der Verbindungsstelle verbunden ist.

Ein zweiter Transistor ist zwischen der Verbindungsstelle und einem ersten Spannungsversorgungsanschluß angeordnet. Durch diesen zweiten Transistor wird der erste Booster-Kondensator geladen.

An einem Anschluß eines zweiten Booster-Kondensators wird ein Boost-Signal angelegt, während der andere Anschluß mit einer Steuerelektrode des ersten Transistors verbunden ist.

Des weiteren ist ein vierter Transistor vorhanden, der zwischen der Steuerelektrode des ersten Transistors und einem zweiten Spannungsversorgungsanschluß vorgesehen ist, an dessen Gate eine Spannung angelegt wird.

Demnach lädt das aufzustockende Signal einen Kondensator auf, der in der Boost-Periode dazu dient, den ersten Transistor zu steuern, der eine Verbindung zwischen dem ersten Booster-Kondensator und dem Lastkondensator herstellt. Damit ist die kapazitive Belastung des aufzustockenden Signals nicht optimal niedrig.

Aus der WO 80/00394 ist eine Spannungserhöhungsschaltung bekannt, welche einen Lastkondensator und einen Booster-Kondensator umfaßt. Diese bekannte Schaltung ist aufgrund ihrer aufwendigen und komplexen Struktur nachteilig.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine aufwandsarme Spannungserhöhungsschaltung zu schaffen, bei der während der Treiberperioden der Booster-Schaltkreis von dem aufzustockenden Signal vollständig abgekoppelt sein soll, um somit die von dem aufzustockenden Signal zu treibende kapazitive Belastung zu minimieren. Auf diese Weise soll bei integrierter Schaltungsausbildung dieser Spannungserhöhungsschaltung mit einer geringeren Chipfläche ausgekommen werden bei gleichzeitiger Minimierung des Energieverbrauchs der Spannungserhöhungsschaltung.

Diese Aufgabe wird durch eine Spannungserhöhungsschaltung gemäß Anspruch 1 gelöst mit:

- einem Eingangsanschluß zur Eingabe eines aufzustockenden Signals, welcher mit einem Lastkondensator verbunden ist, wobei das aufzustockende Signal an den Lastkondensator angelegt wird, der durch dieses getrieben wird,
- einem ersten Transistor, der zwischen dem Eingangsanschluß zur Eingabe des aufzustockenden Signals und einer Verbindungsstelle angeordnet ist,
- einem ersten Booster-Kondensator, an dessen einen Anschluß ein Boost-Signal angelegt, während der andere Anschluß mit der Verbindungsstelle verbunden ist,
- einem zweiten Transistor, der zwischen der Verbindungsstelle und einem ersten Spannungsversorgungsanschluß vorgesehen ist und durch den der erste Booster-Kondensator geladen wird, zumindest vor dem Erhöhen des aufzustockenden Signals,
- einem zweiten Booster-Kondensator, an dessen einem Anschluß ein Boost-Signal angelegt wird, während der andere Anschluß mit einer Steuerelektrode des ersten Transistors verbunden ist,
- einem dritten Transistor, der zwischen dem ersten Spannungsversorgungsanschluß und der Steuerelektrode des ersten Transistors angeschlossen ist und den zweiten Booster-Kondensator auflädt, und
- einem vierten Transistor, der zwischen der Steuerelektrode des ersten Transistors und einem zweiten Spannungsversorgungsanschluß (Masse) vorgesehen ist, an dessen Gate eine Spannung angelegt wird, dann, wenn das aufzustockende Signal einen Niedrigpegel aufweist, um so eine Ladung abzuführen, die sich in dem zweiten Booster-Kondensator vor dessen Aufladung durch den dritten Transistor angesammelt hat.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.

Fig. 1 das Schaltbild einer Spannungserhöhungsschaltung;

Fig. 2A bis 2D einzelne Signalverläufe zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung aus Fig. 1;

Fig. 3 und 5 Ausführungsbeispiele von Spannungserhöhungsschaltungen in erfindungsgemäßer Ausbildung; und

Fig. 4A bis 4C und 6A bis 6F Erläuterungsdiagramme, die einzelne Signalwellenformen oder Signalverläufe zeigen und die zur Beschreibung der Arbeitsweise der jeweiligen Spannungserhöhungsschaltungen aus den Fig. 3 und 5 dienen.

In der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ist eine Spannung Φ_A, die aufgrund des Boost-Signals Φ_B gemäß Fig. 2B angehoben oder aufgestockt werden soll, durch

wiedergegeben, wie in Fig. 2C gezeigt, wobei C₁ die Kapazität des Lastkondensators 2, C₂ die Kapazität des Booster-Kondensators 4 und V die Spannung einer äußeren Spannungsquelle ist. Unter der Annahme, daß die Spannung V extern festliegt, ist der Erhöhungs- oder Aufstockungsbereich der Spannung durch die Kapazität des Booster-Kondensators 4 vorgegeben. In der Fig. 1 ist mit 5 ein Booster-Kondensator bezeichnet, der an einem Schaltungsknotenpunkt C angeschlossen ist, während 6 und 7 MOS-Transistoren zum Trennen des aufzustockenden Signals Φ_A von einem Booster-Kondensator 4 während der Treiberperioden in Übereinstimmung mit dem Pegel des Signals Φ_A und mit 8 ein MOS-Transistor zum Aufladen des Booster-Kondensators 4 bezeichnet sind. Die am Knotenpunkt B auftretende Spannung kann auf den Wert V angehoben werden. In Fig. 1 ist mit 9 ein MOS-Transistor bezeichnet, der dazu dient, die Steuerelektrode des Transistors 8 für eine bestimmte Zeitspanne anzuheben. Ein weiterer MOS-Transistor 10 dient dazu, die Steuerelektrode des MOS-Transistors 8 unmittelbar vor dem Spannungserhöhungsvorgang zu erden. Mit einem Kondensator 11 wird die Steuerelektrodenspannung des MOS-Transistors 8 auf einen Wert von nicht weniger als V+V_T angehoben, um damit den am Knotenpunkt B auftretenden Spannungswert auf den Spannungswert V der Energiequelle anzuheben, sobald der Spannungserhöhungsvorgang mit dem Kondensator 4 beginnt. Einer Eingangsklemme 12 wird ein Signal zugeführt, und einer weiteren Eingangsklemme 13 ein Signal Φ.

Die Spannungserhöhungsschaltung nach Fig. 1 arbeitet auf folgende Weise:

Hat das Signal Φ_A einen niedrigen Wert, wie dies in Fig. 2C gezeigt ist, dann ist der Pegel der Steuerspannung des Transistors 6 niedrig. Folglich ist der Transistor 6 gesperrt. Daraus ergibt sich, daß die Steuerelektrodenspannung des Transistors 8 durch das Signal , welches in Fig. 2A gezeigt ist, auf den Wert V-V_T eingestellt ist. Wenn anschließend das Signal Φ vom niedrigen Wert auf den hohen Wert gemäß Fig. 2B übergeht, wird die Steuerelektrodenspannung des Transistors 8 über den Kondensator 11 auf einen Spannungswert erhöht, der nicht unter V+V_T liegt, wodurch die am Knotenpunkt B auftretende Spannung V wird. Wenn dann das Signal Φ_A von einem niedrigen auf den hohen Wert übergeht, wodurch der Kondensator 2 aufgeladen wird, dann ist die Source-Spannung des Transistors 6, d. h. die am Knotenpunkt B auftretende Spannung V, und damit wird der Transistor 6 abgeschaltet oder in den Sperr-Zustand versetzt. Dadurch wirkt der Lastkondensator 2 als Belastung für das Signal Φ_A. Andererseits ist in diesem Fall die Steuerelektrodenspannung des Transistors 8 über den Transistor 10 aufgrund des Pegels des Signals Φ_A geerdet. Der Transistor 8 wird folglich nicht leitend. Wenn dann als nächstes das Signal Φ_B vom niedrigen Wert auf den hohen Wert übergeht, wie dies in Fig. 2D gezeigt ist, dann wird der Spannungspegel am Knotenpunkt C, der auf V-V_T gehalten ist, auf einen Wert nicht kleiner als V+V_T durch den Booster-Kondensator 5 aufgestockt, was zur Folge hat, daß der Transistor 6 leitend wird und damit das Signal Φ_A dem Booster-Kondensator 4 zuführt. In diesem Fall wird das Signal Φ_A gleichzeitig über den Booster-Kondensator 4 durch das Signal Φ_B aufgestockt.

Eine Spannungserhöhungsschaltung eines Ausführungsbeispiels zeigt die Fig. 3, in der ein MOS-Transistor 14 dazu dient, die Steuerelektrodenspannung des Transistors 6 auf Erdpotential zu halten, wenn keine Spannungsaufstockung nötig ist. Die Spannungserhöhungsschaltung nach Fig. 3 arbeitet folgendermaßen: Wenn das Signal Φ_A einen niedrigen Wert hat, wie in Fig. 4B gezeigt, ist über den Transistor 14 die Steuerelektrode des Transistors 6 geerdet, da das Signal einen hohen Wert hat, und somit ist der Transistor 6 abgeschaltet oder gesperrt. Wenn anschließend das Signal Φ_A vom niedrigen Wert auf den hohen Wert wechselt, nachdem das Signal auf einen niedrigen Wert übergegangen ist, wird die Steuerelektrode des Transistors 6 bei Zuführung des Signals Φ_A durch den Transistor 7 auf den Wert V-V_T angehoben. Da die Source-Elektrode des Transistors 6 durch den Transistor 8 auf den Spannungswert V-V_T eingestellt ist, ist der Transistor 6 abgeschaltet. Folglich ist nur der Lastkondensator 2 Belastung des Signals Φ_A. Nachdem das Signal Φ_A vollständig auf den Wert V angestiegen ist, wenn das Signal Φ_B gemäß Fig. 4C angestiegen ist, ist der Spannungspegel am Knotenpunkt C von V-V_T auf einen Wert von nicht weniger als V+V_T aufgestockt worden. Als Folge davon ist der Transistor 6 leitend und führt somit das Signal Φ_A dem Booster-Kondensator 4 zu. Auf diese Weise ist in Übereinstimmung mit dem Signal Φ_B das Signal Φ_A durch den Booster-Kondensator aufgestockt worden.

Das Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels ist in der Fig. 5 wiedergegeben, in der neben bereits bekannten Schaltungsbauteilen MOS-Transistoren 15 und 16 und ein Booster-Kondensator 17 zum Aufladen, Entladen und zum Aufstocken der Spannung am Knotenpunkt D enthalten sind. Der Steuerelektrode des MOS-Transistors 16, dem Booster-Kondensator 17 und der Steuerelektrode des MOS-Transistors 15 werden die Signale _C, Φ_D bzw. Φ_E zugeleitet.

Die Darstellungen der Fig. 6A bis 6F dienen der Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 5. Wenn das aufzustockende Signal Φ_A einen niedrigen Wert hat, hat die Steuerelektrodenspannung des Transistors 6 ebenfalls einen niedrigen Wert. Folglich ist der Transistor 6 gesperrt, so daß durch die Funktion des Transistors 8 der Knotenpunkt B den Spannungswert V-V_T hat. Wenn das Signal Φ_A den Lastkondensator 2 auflädt, da die Source-Spannung des Transistors 6, d. h. der Spannungswert am Knotenpunkt B, V-V_T ist, wird der Transistor 6 in Sperrzustand versetzt. Dadurch ist die Belastung für das Signal Φ_A lediglich der Lastkondensator 2. Wenn die Spannung am Knotenpunkt C durch den Transistor 16 auf V-V_T eingestellt ist, wird auf Zuführung des Signals Φ_D der Spannungswert auf annähernd 2V-V_T aufgestockt. Dadurch wird, wenn das Signal Φ_A der Eingangsklemme 1 zugeführt wird, der Pegel am Knotenpunkt C über den Transistors 7 auf V angehoben. Anschließend wird der Knotenpunkt D durch Zuführung des Signals Φ_E auf 0 V oder Erde gestellt. In diesem Fall wird der Knotenpunkt C auf dem Wert V gehalten. Wenn das Signal Φ_B zugeführt wird, wird durch den Booster-Kondensator 5 die Spannung am Knotenpunkt C erhöht, so daß der Spannungspegel dort nicht kleiner als V ist. Dadurch wird der Transistor 6 leitend und führt das Signal Φ_A an den Booster-Kondensator 4. Gleichzeitig wird über den Booster-Kondensator 4, welcher durch das Signal Φ_B gesteuert wird, das Signal Φ_A erhöht. Wenn die Steuerelektrode des Transistors 7 mit der Quelle für die Spannung V verbunden ist, tritt anfänglich am Knotenpunkt C die Spannung V-V_T auf. Wenn jedoch der Knotenpunkt D auf einen Spannungswert von nicht weniger als V durch die Wirkung des Transistors 16, den Booster-Kondensator 17 und das Signal _C eingestellt wird, woraufhin der Knotenpunkt C dann vor der Spannungserhöhung den Wert V erhält, dann wird eine schnelle Spannungserhöhung erreicht.

Aus der vorangehenden Beschreibung wird deutlich, daß dadurch, daß der Booster-Kondensator mit dem aufzustockenden Signal elektrisch nur dann gekoppelt ist, wenn der Spannungserhöhungsvorgang tatsächlich durchgeführt wird, die Belastung des aufzustockenden Signals verringert ist. Folglich kann die für die Erzeugung des aufzustockenden Signals benötigte Schaltkreisgröße erheblich verkleinert werden, und der Treiberenergieverbrauch wird reduziert.

Claims

1. Spannungserhöhungsschaltung mit:

- einem Eingangsanschluß (1) zur Eingabe eines aufzustockenden Signals, welcher mit einem Lastkondensator (2) verbunden ist, wobei das aufzustockende Signal an den Lastkondensator (2) angelegt wird, der durch dieses getrieben wird,
- einem ersten Transistor (6), der zwischen dem Eingangsanschluß (1) zur Eingabe des aufzustockenden Signals und einer Verbindungsstelle (B) angeordnet ist,
- einem ersten Booster-Kondensator (4), an dessen einem Anschluß (3) ein Boost-Signal angelegt wird, während der andere Anschluß mit der Verbindungsstelle (B) verbunden ist;
- einem zweiten Transistor (8), der zwischen der Verbindungsstelle (B) und einem ersten Spannungsversorgungsanschluß (V) vorgesehen ist und durch den der erste Booster-Kondensator (4) geladen wird, zumindest vor dem Erhöhen des aufzustockenden Signals,
- einem zweiten Booster-Kondensator (5), an dessen einem Anschluß (3) ein Boost-Signal angelegt wird, während der andere Anschluß mit einer Steuerelektrode (C) des ersten Transistors (6) verbunden ist,
- einem dritten Transistor (7) , der zwischen einem ersten Spannungsversorgungsanschluß (V) und der Steuerelektrode (C) des ersten Transistors (6) angeschlossen ist und den zweiten Booster-Kondensator (5) auflädt, und
- einem vierten Transistor (14), der zwischen der Steuerelektrode (C) des ersten Transistors (6) und einem zweiten Spannungsversorgungsanschluß (Masse) vorgesehen ist, an dessen Gate eine Spannung () angelegt wird, dann, wenn das aufzustockende Signal einen Niedrigpegel aufweist, um so eine Ladung abzuführen, die sich in dem zweiten Booster-Kondensator (5) vor dessen Aufladfung durch den dritten Transistor (7) angesammelt hat (Fig. 3).

2. Spannungserhöhungsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des dritten Transistors (7) mit dem Eingangsanschluß (1) verbunden ist.