JP2001244799A - 電圧制御回路 - Google Patents

電圧制御回路

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JP2001244799A JP2000384780A JP2000384780A JP2001244799A JP 2001244799 A JP2001244799 A JP 2001244799A JP 2000384780 A JP2000384780 A JP 2000384780A JP 2000384780 A JP2000384780 A JP 2000384780A JP 2001244799 A JP2001244799 A JP 2001244799A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 所望の電圧に達した時に制御信号を発生さ
せ、その制御信号によってチャージポンプの動作周期を
増やすことにより、電流の消耗を減少させることのでき
る電圧制御回路を提供すること。 【解決手段】 本発明に係る電圧制御回路は、フラッシ
ュEEPROMのプログラム電圧制御回路において、入
力されるクロック信号に基づいて電圧を発生させるチャ
ージポンプと、チャージポンプに入力されるクロック信
号の周期を決定するための発振部と、チャージポンプか
ら出力される電圧を感知して一定の電圧になった場合、
発振部が前記チャージポンプに入力されるクロック信号
の周期を可変させうるように調整信号を出力する調整部
とを含んで構成されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電圧制御回路に係
り、より詳しくはフラッシュEERPOMのプログラム
時に用いられる高電圧を制御して消費電力を節減するこ
とのできる電圧制御回路に関する。
【0002】
【従来の技術】フラッシュEEPROMは制御ゲート
(或いはプログラムゲート)と基板との間に隔離された
フローティングゲートに電子を注入するか放出すること
により、プログラム或いは消去される。
【0003】一般に、NOR型EERPOMセルにおい
て電子を注入することをプログラムというが、チャネル
ホットエレクトロン(Channel hot electron)方式が主に
用いられる。即ち、制御ゲートには約9Vの電圧を、ド
レーンには約5Vの電圧を印加し、ウェルとソースは接
地させる。この条件ではドレイン付近でホットキャリア
が発生し、ゲート電圧によって設けられた電場によりそ
の電子がフローティングゲートへ移動する。この際、プ
ログラム時間は約5μs〜10μs程度である。
【0004】ところが、外部の単一電源(Vccが5
V、3.3V、2Vなど)を使う場合には、プログラム
時に必要な高電圧を発生させるためにチャージポンピン
グ(Charge pumping)方法を利用し、電圧が高くなった後
は一定の電圧を維持することが必要である。次に、前述
したチャージポンピング方法について説明する。
【0005】チャージポンピングを実現するための従来
のフラッシュEEPROMのプログラム電圧制御回路を
図1及び図2に基づいて説明する。
【0006】図1に示すように、従来のプログラム電圧
制御回路は、外部から入力されるプログラム信号PGM
と外部クロックHVOSCに基づいてポンピング動作を
行なうチャージポンプ20と、チャージポンプ20の出
力電圧を調節するための調整部30とから構成される。
そして、調整部30は、図2に示すように、チャージポ
ンプ20から出力される電圧を分配する電圧分配部31
と、基準電圧を発生させる基準電圧発生部32と、電圧
分配部で分配された分配電圧REGLEVELと基準電
圧発生部32から発生した基準電圧REGREFとを比
較し、その出力に基づいてリーク経路34を制御するた
めの比較器31とから構成される。
【0007】プログラム信号PGMによってチャージポ
ンプ20及び調整部30がイネーブルされる。チャージ
ポンプ20は外部クロックHVOSCに基づいてポンピ
ング動作を開始してポンピング電圧VPPIを生産す
る。
【0008】チャージポンプ20から出力されるポンピ
ング電圧VPPIは調整部30に入力される。ポンピン
グ電圧VPPIは電圧分配部31で分配された後比較器
33に入力される。比較器33では電圧分配部31によ
って分配された電圧REGLEVELと基準電圧発生部
32から生成された基準電圧REGREFとを比較す
る。
【0009】比較の結果、分配電圧REGLEVELが
基準電圧REGREF以上になると、ハイ信号を出力す
る。このハイ信号によってトランジスタがターンオンさ
れてリーク経路34を介して余分の電荷がディスチャー
ジされる。
【0010】図3aは電圧の上昇を、図3bは電流の消
耗を表わすシミュレーション結果であり、チャージポン
プ20の出力電圧が9Vの時を前後として電流消耗が似
ていることが分かる。
【0011】即ち、電圧が上昇する時とか電圧を維持す
る時、チャージポンプは同一の周期で作動するために、
プログラムの開始から終了まで常時一定量の電流が引き
続き消耗されて消費電力が大きいという問題点がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来の
問題点を解決するためのもので、その目的は所望の電圧
に達した時に制御信号を発生させ、その制御信号によっ
てチャージポンプの動作周期を増やすことにより、電流
の消耗を減少させることのできる電圧制御回路を提供す
ることにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る電圧制御回路は、フラッシュEEPRO
Mのプログラム電圧制御回路において、入力されるクロ
ック信号に基づいて電圧を発生させるチャージポンプ
と、チャージポンプに入力されるクロック信号の周期を
決定するための発振部と、チャージポンプから出力され
る電圧を感知して一定の電圧になった場合、発振部が前
記チャージポンプに入力されるクロック信号の周期を可
変させうるように調整信号を出力する調整部とを含んで
構成されることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、添付図に基づいて本発明の
実施例を詳細に説明する。
【0015】図4を参照すると、フラッシュEERPO
Mのコントロール部分は、外部から入力されるプログラ
ム信号PGMに基づいてイネーブルされ、第1及び第2
チャージポンプ71及び72から構成されるチャージポ
ンプ部70と、チャージポンプ部70から発生した高電
圧と基準電圧とを比較して後術の発振部50から出力さ
れる信号の周期を制御する信号を発生させる調整部10
0と、外部から入力される信号と調整部100から出力
される信号HVPPに基づいてチャージポンプ部70を
駆動する信号を発生させる発振部50とから構成され
る。
【0016】前記調整部100は2つの実施例を挙げる
ことができるが、まず図5aに示すように、調整部の第
1実施例は次の通りである。
【0017】調整部100は、外部から電圧の印加を受
けて基準電圧を発生させる基準電圧発生部120と、チ
ャージポンプ70から発生した高電圧を分配する電圧分
配部110と、基準電圧発生部120から発生した基準
電圧と電圧分配部110で分配された電圧とを比較して
発振部のクロックの周期を調整する調整信号を発生させ
る調整信号制御部140とから構成される。
【0018】前記電圧分配部110は、入力される電圧
VPPIを分配するために電圧分配部110の出力端子
とグラウンドとの間に直列接続された多数個のPMOS
トランジスタP1乃至P9とNMOSトランジスタN1
から構成される。ポートENを介して入力されるプログ
ラム信号PGMに基づいてNMOSトランジスタN1が
ターンオンされると、電圧VPPIは接続された素子数
によって分配され、その分配された電圧REGLEVE
Lはリーク経路制御部131と調整信号制御部140に
入力される。
【0019】基準電圧発生部120はプログラム信号P
GMと外部基準電圧VREFの入力を受けて基準電圧R
EG_REFを出力端へ出力し、基準電圧発生部120
の出力端はリーク経路制御部131に直接接続されると
同時に、基準電圧発生部120から出力される電圧RE
G_REFを分配するために抵抗R1及びR2を介して
グラウンドに接続される。そして、抵抗R1及びR2に
よって分配された電圧HVPP_REFは調整信号制御
部140に入力される。
【0020】調整信号制御部140は調整信号発生部1
41と、多数個のインバータ素子I1乃至I4を直列に
接続させた遅延部142とを備えるが、遅延部142の
最終インバータI4の出力端と調整信号発生部141の
出力端はNANDゲートA1の入力端に接続される。な
お、NANDゲートA1の出力端にはインバータI5が
接続され、インバータI5の出力端は図4の発振部50
に接続される。
【0021】また、調整部100はリーク経路制御部1
31を備えるが、リーク経路制御部131のポートEN
にはプログラム信号PGMが入力され、ポートIP2に
は電圧分配部110によって分配された電圧REGLE
VELが入力され、ポートIP1は基準電圧発生部12
0の出力端が接続される。リーク経路制御部131の出
力端にはNMOSトランジスタN3と高電圧トランジス
タN4からなるリーク経路132が接続される。NMO
SトランジスタN3のドレインと端子HVINとの間に
は高電圧トランジスタN4が接続される。
【0022】図5bは、調整部の第2実施例を示すが、
変形された電圧分配部210を含む。第2実施例の電圧
分配部は多数個の抵抗R3乃至R5とNMOSトランジ
スタN5が直列に接続されており、第1分配電圧REG
LEVEL1と第2分配電圧REGLEVEL2を出力
する。そして、各分配電圧の出力端は調整信号発生部2
41とリーク経路制御部231にそれぞれ接続される。
【0023】一方、図6を参照すると、発振部50は外
部クロックと調整部の調整信号を入力としてチャージポ
ンプ部70の動作周期を決定するクロックOSCを出力
するが、調整信号制御部の出力信号HVPP(ハイ或い
はロー信号)に基づいて外部クロックHVOSC或いは
内部発生信号をクロックOSCとして出力する。そうす
るために、発振部50は外部クロックHVOSCを入力
としてその外部クロックHVOSCの周期を例えば2倍
に増やす周期変換部51を備え、調整信号HVPPに基
づいて外部クロックHVOSC或いは周期変換部51の
出力信号を選択的に出力するためのスイッチング部を含
むが、スイッチング部は伝送ゲートT1及びT2とイン
バータI11、I12を備える。
【0024】以下、前述した構成による動作を詳細に説
明する。
【0025】フラッシュEEPROMのプログラム時に
外部からプログラム信号PGMと外部クロックHVOS
Cが入力されるが、プログラム信号PGMが入力される
と、その信号はチャージポンプ部70と調整部100に
入力される。そして、発振部50には前記外部クロック
HVOSCと調整部100からの調整信号HVPPが入
力されるが、発振部50はその外部クロックと調整信号
に基づいてチャージポンプ部70の動作周期を決定する
クロックOSCを出力する。最初には調整部100から
出力される調整信号HVOSCはロー信号になるが、そ
のロー信号はトランジスタP1のゲートに印加されるだ
けでなく、インバータI11によってハイ信号に変換さ
れてトランジスタP10とトランジスタN10のゲート
に印加される。
【0026】それにより、トランジスタN10とトラン
ジスタP11がターンオンされ、外部クロックHVOS
CがインバータI12を介してクロックOSCとして出
力される。
【0027】発振部50から出力されるクロックOSC
はチャージポンプ部70に入力されるが、チャージポン
プ部70はプログラム信号PGMとクロックOSCによ
って動作が決定され、高電圧VPPIを調整部100の
ポートHVINへ出力する。
【0028】調整部100の第1実施例に係る本発明の
作動は次の通りである。電圧分配部110はポートHV
INに入力された電圧VPPIを、接続されたMOSダ
イオードチェーン(MOS Diode chain)P1乃至P9によ
って分配するが、電圧VPPIはダイオードの数Nに基
づいて電圧VPPI/ダイオードの数Nによって分配さ
れて分配電圧REGLEVELを生成する。
【0029】そして、調整部100のポートENに入力
されたプログラム信号PGMは基準電圧発生部120の
ポートENに入力され、それにより基準電圧発生部12
0はイネーブル状態になる。
【0030】基準電圧発生部120は第1比較電圧RE
GREFを出力するが、この第1比較電圧REGREF
はリーク経路制御部131に入力され、抵抗R1と抵抗
R2によって第2比較電圧HVPPREFに分配されて
調整信号発生部141に入力される。この際、第2比較
電圧HVPPREFは第1基準電圧REGREFの約9
0〜95%に該当する電圧となるように抵抗R1と抵抗
R2の抵抗比を設定する。
【0031】リーク経路制御部131は基準電圧発生部
120からの第1比較電圧REGREFを入力とし、電
圧分配部110からの分配電圧REGLEVELを入力
とするが、ポートENに入力されるプログラム信号PG
Mによってイネーブルされる。
【0032】リーク経路制御部131はイネーブルされ
ながら、第1比較電圧REGREFと分配電圧REGL
EVELとを比較して、分配電圧REGLEVELが第
1比較電圧以上になると、ハイ信号を出力し、第1比較
電圧以下であれば、ロー信号を出力する。
【0033】リーク経路制御部131からハイ信号が出
力されると、リーク経路(leak path)132が動作する
が、即ちトランジスタN3がターンオンされ、トランジ
スタN4がターンオンされて電流が流れるようになるの
で、電荷がディスチャージされる。電荷がディスチャー
ジされると、チャージポンプから発生した電圧は低くな
る。
【0034】電圧が低くなると、電圧分配部110から
の分配電圧REFLEVELが低くなってリーク経路制
御部131に入力される第1基準電圧REGREF以下
に落ちてしまう。そうなると、リーク経路制御部131
はロー信号を出力するが、それによりリーク経路132
のトランジスタN3とトランジスタN4はターンオフさ
れる。トランジスタN3及びN4がターンオフされる
と、電荷の流れるリーク経路132が遮断され、再び電
圧分配部110の分配電圧REGLEELは上昇するこ
とになる。
【0035】一方、調整信号制御部140の動作は次の
通りである。
【0036】調整信号発生部141は第2比較電圧HV
PPREFと分配電圧REGREFを入力とし、プログ
ラムPGMを入力とするが、調整信号発生部141はプ
ログラム信号PGMによってイネーブル状態になる。調
整信号発生部141がイネーブル状態になると、分配電
圧REGREFと第2比較電圧HVPPREFとを比較
し、分配電圧が第2比較電圧に至ると、ハイ信号をNA
NDゲートA1の一側入力端子へ出力する。
【0037】この際、プログラム信号PGMはハイ信号
として遅延部142にも入力されるが、遅延部142は
入力される信号を所定の時間、即ち素子が遅延する時間
分だけ遅延させた後、NANDゲートA1の他側入力端
へ出力する。
【0038】そうすると、NANDゲートAlの入力端
には全てハイ信号が入力されるが、それによりNAND
ゲートAlはロー信号を出力し、インバータI5はその
ロー信号をハイ信号に変換させて発振部50へ出力す
る。従って、調整信号HVPPがロー信号からハイ信号
へ変換される。
【0039】一方、ハイ信号である調整信号HVPPが
発振部50に入力されるにつれて、トランジスタP11
のゲートにハイ信号が印加され、トランジスタN10の
ゲートにはインバータI11を介してロー信号が印加さ
れるが、それによりトランジスタP1、N10はターン
オフされる。また、トランジスタN9のゲートにはハイ
信号が入力され、トランジスタP10のゲートにはイン
バータI11を介してロー信号が印加されるが、それに
よりトランジスタN10、P10がターンオンされて周
期変換部51のポートQaから出力される信号がインバ
ータI12を介してクロックOSCとして出力される。
この際、出力される信号の周期は外部クロックHVOS
Cが出力される時の信号の周期に比べて2倍となる。
【0040】クロックOSCの周期が変わると、チャー
ジポンプ70の動作周期が変わるが、クロックOSCの
周期が増えると、チャージポンプ部70の動作周期も増
えて、チャージポンプ部70の出力電圧が減少すること
になる。また、電流の消耗も減少する。
【0041】チャージポンプ部70の出力電圧が減少す
ると、電圧分配部110の分配電圧REGLEVELが
減少するが、それにより調整信号発生部141に入力さ
れる第2基準電圧HVPPREFより分配電圧REGL
EVELがさらに低くなる。それにより、最終的に、調
整信号HVPPはロー信号が出力される。
【0042】調整信号HVPPがロー信号として発振部
50に入力されると、トランジスタP11のゲートにロ
ー信号が印加され、トランジスタN10のゲートにはイ
ンバータI11を介してハイ信号が印加されるが、それ
によりトランジスタP11、N10はターンオンされ
る。また、トランジスタN9のゲートにはロー信号が入
力され、トランジスタP10のゲートにはインバータI
11を介してハイ信号が印加されるが、それによりトラ
ンジスタN10、P10がターンオフされて外部クロッ
クHVOSCがクロックOSCとして出力されて周期が
短くなる。クロックOSCの周期が短くなると、チャー
ジポンプ部70の動作周期も短くなってチャージポンプ
部70の出力電圧が上昇することになる。
【0043】前述したように、リーク経路制御部131
と調整信号制御部140の動作に応じてチャージポンプ
部70の出力電圧は常時一定に維持されるだけでなく、
電流消耗を減らすことができる。リーク経路制御部13
1に入力される第1基準電圧REGREFより調整信号
発生部141に入力される第2基準電圧HVPPREF
がさらに低いため、チャージポンプ部70の出力電圧が
上昇すると、リーク経路制御部131が動作する前に調
整信号制御部から調整信号が出力されて電流の流れを防
止し、チャージポンプの出力電圧を一定に維持すること
ができる。この際、前述した遅延部142の遅延時間を
調整することにより、リーク経路制御部131と調整信
号制御部140の動作時間差を調整することができる。
【0044】以下、調整部の第2実施例に基づいて本発
明を説明する。
【0045】調整部の第2実施例は電圧分配部210を
多数個の抵抗R3、R4、R5とトランジスタN5を用
いて構成したものである。電圧分配部210は抵抗R
3、R4、R5の抵抗比に基づいてリーク経路制御部2
31に印加される第1分配電圧REFLEVEL1と、
調整信号発生部241に印加される第2分配電圧REG
LEVEL2を出力するが、調整部の第1実施例と同様
の動作を行なわせるために、第2分配電圧が第1分配電
圧より約5〜10%大きくなるように抵抗R3、R4、
R5の抵抗比を設定する。また、基準電圧発生部220
から出力される基準電圧REGREFはリーク経路制御
部231と調整信号発生部241へ等しく入力される。
そして、残りの動作は前述した調整部の第1実施例と同
一である。
【0046】一方、前述した動作によるチャージポンプ
の出力電圧と調整部からの調整信号、そして電流消耗状
態を図7に基づいて考察する。
【0047】図7a、図7bを参照すると、チャージポ
ンプ部70の出力電圧VPPIが9Vになる前までは、
調整信号HVPPはロー信号状態になり、クロックOS
Cとしては外部クロックHVOSCの信号が反転されて
出力され、出力電圧VPPIが9Vになると、調整信号
HVPPはハイ信号状態になって周期が増えた状態の信
号がクロックOSCとして出力される。
【0048】図7cを参照すると、出力電圧VPPIが
9Vになり、クロックOSCの周期が増えた時点、即ち
約1.8μs前後の電流消耗量が異なることが分かる。
すなわち、チャージポンプ部70の出力電圧VPPIが
9Vに達した後は電流消耗が減少することが分かる。
【0049】
【発明の効果】前述したように、本発明に係る電圧制御
回路によれば、フラッシュEEPROMのプログラム時
に電圧を発生させるチャージポンプと;チャージポンプ
の動作信号の周期を可変させうるように外部クロックを
入力として周期を変換させる周期変換部と、調整信号に
よって外部クロックと周期変換部の出力信号が選択的に
出力されるようにするスイッチング部とを含む発振部
と;チャージポンプから出力される電圧を分配する電圧
分配部と、電圧分配部の出力電圧を比較するための基準
電圧を発生させる基準電圧発生部と、電圧分配部で分配
された電圧と第1基準電圧とを比較して、その結果に基
づいてリーク経路の動作を制御するリーク経路制御部
と、第1基準電圧よりは低く設定された第2基準電圧を
比較して、その結果に基づいて調整信号を出力する調整
信号制御部とを含む調整部と;を備え、フラッシュEE
PROMのプログラム時にチャージポンプの出力電圧が
一定電圧になると、チャージポンプの動作周期を決定す
る信号の周期を増やすことにより、消費電力を節減する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のフラッシュEEPROMのプログラム電
圧制御回路図である。
【図2】図1の調整部の詳細回路図である。
【図3】図3a及び図3bは従来のフラッシュEEPR
OMプログラム電圧制御回路の出力波形図である。
【図4】本発明に係るフラッシュEEPROMのプログ
ラム電圧制御回路図である。
【図5】図5aは図4の調整部の第1実施例、図5bは
図4の調整部の第2実施例である。
【図6】本発明に係るフラッシュEEPROMプログラ
ム電圧制御回路の発振部の回路図である。
【図7】図7a、図7b及び図7cは本発明に係るフラ
ッシュEEPROMプログラム電圧制御回路の出力波形
図である。
【符号の説明】
50 発振部 70 チャージポンプ 100、200 調整部 110、210 電圧分配部 120、220 基準電圧発生部 131、231 リーク経路制御部 140、240 調整信号制御部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力されるクロック信号に基づいて電圧
    を発生させるチャージポンプと、 前記チャージポンプに入力されるクロック信号の周期を
    決定するための発振部と、 前記チャージポンプから出力される電圧を感知して一定
    の電圧になった場合、前記発振部が前記チャージポンプ
    に入力されるクロック信号の周期を可変させうるように
    調整信号を出力する調整部とを含んでなることを特徴と
    する電圧制御回路。
  2. 【請求項2】 前記調整部は、前記チャージポンプから
    出力される電圧を分配する電圧分配部と、前記電圧分配
    部の出力電圧を比較するための基準電圧を発生させる基
    準電圧発生部と、前記電圧分配部で分配された電圧と前
    記基準電圧発生部から発生した第1基準電圧とを比較
    し、その結果に基づいてリーク経路の動作を制御するリ
    ーク経路制御部と、前記分配された電圧と前記第1基準
    電圧よりは低く設定された第2基準電圧とを比較し、そ
    の結果に基づいて前記調整信号を出力する調整信号制御
    部とを備えることを特徴とする請求項1記載の電圧制御
    回路。
  3. 【請求項3】 前記発振部は、外部クロックを入力とし
    て、前記外部クロックの周期を変換させる周期変換部
    と、前記調整信号によって前記外部クロックと前記周期
    変換部の出力信号が選択的に出力されるようにするスイ
    ッチング部とを備えることを特徴とする請求項1記載の
    フラッシュEEPROMのプログラム電圧制御回路。
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