JP2004222398A

JP2004222398A - Charge pump circuit

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Publication number: JP2004222398A
Application number: JP2003005868A
Authority: JP
Inventors: Giyoushiyou Chin; 暁翔陳; Shinji Matoba; 伸次的場; Shuji Okamura; 修司岡村; Tomoshi Tokunaga; 智志徳永; Masamichi Asano; 正通浅野
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: JP4281360B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charge pump circuit which can more reduce the area of a capacitor than a conventional one and besides can take a load current over a conventional one. <P>SOLUTION: When an input terminal INa is 0, the output of a pulse booster circuit 102 becomes 0, and a capacitor 106 is charged with power voltage Vcc. When INa is Vcc, the output of the pulse booster circuit 102 becomes 2Vcc, and the voltage of C1 becomes 3Vcc, and by this voltage, the capacitor 107 is charged. Next, when the output of an inverter 103 becomes Vcc, the voltage at a point C2 becomes 5Vcc, and by this voltage, a capacitor 116 or 117 is charged. Here, the frequency of periodical pulses inputted into INb is one-third the frequency of the periodical pulses of INa. As a result, when INb is 0, the capacitor 116 is charged while the capacitor 107 repeats charge/discharge three times, and when INb becomes Vcc, the capacitor 117 is charged three times, and this is repeated. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直流低電圧を昇圧して直流高電圧を生成するチャージポンプ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のＬＳＩ（大規模集積回路）においては、回路内部において３Ｖ、５Ｖ、１０Ｖというように多電源が要求される場合が多い。従来、このような多電源が要求される場合、ＬＳＩ外部において複数の電源を生成してＬＳＩへ供給するようになっていた。しかし、最近は、ＬＳＩへ供給する電源は１電源で、ＬＳＩ内部において多電源を生成することが要求される。
【０００３】
ＬＳＩ内部において、外部から供給される電源電圧Ｖｃｃより高い電圧を生成する回路として、チャージポンプ回路が用いられる。図１０は、従来のチャージポンプ回路の構成を示す回路図である。この図において、符号２０１は波高値Ｖｃｃでデューティ５０％の周期パルスが供給される入力端子、２０２は電源電圧Ｖｃｃが加えられる端子、２０３〜２０７はダイオード、２１１〜２１４はコンデンサ、２２０はインバータ、２３０は出力端子である。
【０００４】
このような構成において、入力端子２０１が電圧０（接地電位）の時はダイオード２０３を介してコンデンサ２１１が電圧Ｖｃｃに充電される。次に、入力端子２０１が電圧Ｖｃｃになると、コンデンサ２１１の一端（ダイオード２０４のアノード側）が２Ｖｃｃとなり、また、インバータ２２０の出力が電圧０となる。これにより、コンデンサ２１２が電圧２Ｖｃｃに充電される。次に、入力端子２０１が再び電圧０、インバータ２２０の出力が電圧Ｖｃｃになると、コンデンサ２１２の一端が電圧３Ｖｃｃとなり、コンデンサ２１３がこの電圧３Ｖｃｃに充電される。次に、入力端子２０１が電圧Ｖｃｃ、インバータ２２０の出力が電圧０になると、コンデンサ２１３の一端が電圧４Ｖｃｃとなり、コンデンサ２１４がこの電圧４Ｖｃｃに充電される。次に、入力端子２０１が電圧０、インバータ２２０の出力が電圧Ｖｃｃになると、コンデンサ２１４の一端が電圧５Ｖｃｃとなる。この電圧５Ｖｃｃがダイオード２０７を介して出力端子２３０へ出力される。なお、この出力電圧は、正確にはダイオード２０３〜２０７の順降下電圧を引いた電圧となる。
なお、従来の技術として、特許文献１に記載されるものが知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２０８２９０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、例えば携帯電話等においては、装置の小型化に伴い、電池も益々小型化され、この結果、電池の出力電圧も例えば１Ｖ（ボルト）とかなり低くなってきている。このため、上述したチャージポンプ回路によって、１Ｖの電源電圧を例えば１０Ｖまで昇圧しようとすると、図１０における１個のコンデンサおよび１個のダイオードからなるブロックが１０個またはそれ以上必要となる。しかし、特に、コンデンサはＬＳＩ内部において大きい面積を必要とし、このため、ＬＳＩ内に多くのコンデンサを作成することは、他の回路を作成する面積が少なくなって極めて好ましくない。一方、コンデンサの面積を少なくするため、コンデンサの容量を小とすると、負荷電流がとれなくなる問題が発生する。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、コンデンサの面積を従来のものより少なくすることができ、しかも、従来のもの以上の負荷電流をとることができるチャージポンプ回路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、順方向に直列接続され、第１のダイオード素子が電源端子に接続された第１〜第ｎ（ｎは正の整数）のダイオード素子と、前記第１〜第ｎのダイオード素子と対応して設けられ、周期パルスを昇圧して出力する第１〜第ｎのパルス昇圧回路と、前記各パルス昇圧回路の出力端と前記各ダイオード素子の間に介挿された第１〜第ｎのコンデンサと、第１の入力端子に得られる第１の周期パルスを前記第１、第３・・・のパルス昇圧回路へ供給すると共に、該第１の周期パルスを反転して前記第２、第４・・・のパルス昇圧回路へ供給する回路と、第１、第２の出力コンデンサと、第２の入力端子に得られる第２の周期パルスが接地レベルの時前記第ｎのコンデンサの充電電荷によって前記第１の出力コンデンサを充電すると共に、前記第２のコンデンサの充電電圧に電源電圧を加算した電圧を出力端子へ出力し、前記第２の周期パルスが電源電圧レベルの時前記第ｎのコンデンサの充電電荷によって前記第２の出力コンデンサを充電すると共に、前記第１のコンデンサの充電電圧に電源電圧を加算した電圧を出力端子へ出力する充電回路とを具備することを特徴とするチャージポンプ回路である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のチャージポンプ回路において、前記充電回路は、直列接続され、その接続点が前記第１の出力コンデンサの一端に接続された第１、第２の出力ダイオード素子と、直列接続され、その接続点が前記第２の出力コンデンサの一端に接続された第３、第４の出力ダイオード素子と、前記第１の出力コンデンサの他端に入力端が接続され、前記第２の出力コンデンサの他端に出力端が接続されたインバータとから構成され、前記第１、第３の出力ダイオード素子のアノード側が共通接続されると共に前記第ｎのコンデンサの出力端に接続され、前記第２、第４の出力ダイオード素子のカソード側が共通接続されると共に前記出力端子に接続され、前記インバータの入力端が前記第２の入力端子に接続されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のチャージポンプ回路において、前記充電回路は、直列接続され、その接続点が前記第１の出力コンデンサの一端に接続された第１、第２の出力ダイオード素子と、直列接続され、その接続点が前記第２の出力コンデンサの一端に接続された第３、第４の出力ダイオード素子と、出力端が前記第１の出力コンデンサの他端に接続され、周期パルスを昇圧して出力する第１の出力側パルス昇圧回路と、出力端が前記第２の出力コンデンサの他端に接続され、周期パルスを昇圧して出力する第２の出力側パルス昇圧回路と、入力端が前記第１の出力側パルス昇圧回路の入力端に接続され、出力端が前記第２の出力側パルス昇圧回路の入力端に接続されたインバータとから構成され、前記第１、第３の出力ダイオード素子のアノード側が共通接続されると共に前記第ｎのコンデンサの出力端に接続され、前記第２、第４の出力ダイオード素子のカソード側が共通接続されると共に前記出力端子に接続され、前記第１の出力側パルス昇圧回路の入力端が前記第２の入力端子に接続されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかの項に記載のチャージポンプ回路において、前記パルス昇圧回路は、入力される周期パルスが第１のレベルの時、コンデンサを充電する充電回路と、第１、第２のレベルを繰り返す入力端子の周期パルスの変化に応じて、前記第１のレベルと、前記コンデンサの充電電圧に電源電圧を加算した電圧とを交互に出力端子へ出力するスイッチング回路とを具備することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のチャージポンプ回路において、前記スイッチング回路は直列接続された導電型が異なる第１、第２の増幅素子からなることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のチャージポンプ回路において、前記第１、第２のレベルを繰り返す第１の周期パルスと、前記第１の周期パルスの立ち上がりより微少時間早く立ち上がり、前記第１の周期パルスの立ち下がりより微少時間遅く立ち下がる第２の周期パルスを出力するパルス発生回路を設け、前記第１、第２の増幅素子を各々前記第１、第２の周期パルスによって駆動することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の第１の実施の形態によるチャージポンプ回路の構成を示す回路図、図２は同チャージポンプ回路の動作を説明するための波形図である。図１において、符号ＩＮａは、波高値Ｖｃｃ（電源電圧）、デューティ比５０％、周波数３ｆの矩形状周期パルス（図２（イ）参照）が印加される入力端子であり、パルス昇圧回路１０２の入力端子に接続されると共に、インバータ１０３を介してパルス昇圧回路１０４の入力端子に接続されている。パルス昇圧回路１０２、１０４は同一の回路であり、入力される波高値Ｖｃｃの周期パルスを波高値２Ｖｃｃまで昇圧して出力する。すなわち、パルス昇圧回路１０２は入力端子ＩＮａへ供給される周期パルスと同相で波高値が２Ｖｃｃの周期パルスを出力し、パルス昇圧回路１０４は入力端子ＩＮａへ供給される周期パルスと位相が逆相で波高値が２Ｖｃｃの周期パルスを出力する。
【００１３】
図４はパルス昇圧回路１０２（１０４）の具体的構成を示す回路図である。この図において、符号ＩＮは、波高値Ｖｃｃ、デューティ比５０％の矩形状の周期パルスが入力される入力端子であり、この入力端子ＩＮに入力された周期パルスはインバータ８によって反転され、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）３のゲートへ供給される。ＦＥＴ３は、ＮチャネルＦＥＴであり、そのドレインが電源電圧Ｖｃｃに接続され、ソースがコンデンサ４を介して入力端子ＩＮに接続されると共に、ＦＥＴ５のゲートに接続される。ＦＥＴ５はＮチャネルＦＥＴであり、そのドレインが電源電圧Ｖｃｃに接続され、ソースがコンデンサ６の一端およびＦＥＴ７のソースに接続されている。インバータ８は、入力端子ＩＮの周期パルスを反転し、コンデンサ６の他端へ出力する。ＦＥＴ７およびＦＥＴ９はそれぞれＰチャネルおよびＮチャネルＦＥＴであり、これらのＦＥＴ７，９の各ゲートおよびドレインが共通接続され、これによってインバータが構成されている。そして、ＦＥＴ７，９のゲートが入力端子ＩＮに接続され、ドレインが出力端子ＯＵＴに接続され、また、ＦＥＴ９のソースが接地されている。
【００１４】
このような構成において、入力端子ＩＮの電圧が”Ｈ”（ハイレベル＝Ｖｃｃ）の時は、インバータ８の出力が”Ｌ”（ロー＝接地電位）となり、ＦＥＴ３がオフとなる。またこの時、入力端子ＩＮの”Ｈ”がコンデンサ４を介してＦＥＴ５のゲートへ供給され、ＦＥＴ５がオンとなる。ここで、後に示すように、接続点Ａは予めＶｃｃ−Ｖｔｈ（ＶｔｈはＦＥＴ３のしきい値）に充電されているため、接続点Ｂは２Ｖｃｃ−Ｖｔｈとなり、Ｖｃｃより高い電圧となるので、ＦＥＴが３極管動作となる。
ＦＥＴ５がオンとなると、このＦＥＴ５を介してコンデンサ６に電圧Ｖｃｃが充電される。また、この時点において、ＦＥＴ７，９の各ゲートへは”Ｈ”が加えられ、これにより、ＦＥＴ９がオン、ＦＥＴ７がオフとなり、出力端子ＯＵＴが接地電位となる。この時、接続点Ａの電圧は、Ｖｃｃ−Ｖｔｈであり、Ｖｃｃより低い電圧にある。
【００１５】
次に、入力端子ＩＮが”Ｌ”になると、インバータ８の出力が”Ｈ”となり、ＦＥＴ３がオンとなる。これにより、ＦＥＴ３からコンデンサ４の充電電流が流れ、ＦＥＴ５のゲートが”Ｌ”となり、ＦＥＴ５がオフとなる。また、この時点で、コンデンサ６には電圧Ｖｃｃが充電されていることから、インバータ８の出力が”Ｈ”になると、接続点Ｂの電圧が、２Ｖｃｃとなる。そして、この時点でＦＥＴ７がオン、ＦＥＴ９がオフとなることから、上記の電圧２Ｖｃｃが出力端子ＯＵＴから出力される。
【００１６】
次に、入力端子ＩＮが再び”Ｈ”になると、再び、出力端子ＯＵＴが接地電位となると共に、コンデンサ６の充電が行われ、入力端子ＩＮが”Ｌ”になると、出力端子ＯＵＴが電圧２Ｖｃｃとなり、以下、この動作が繰り返される。
このように、上記実施形態のパルス昇圧回路によれば、波高値Ｖｃｃの周期パルスを波高値２Ｖｃｃの周期パルスに変換することができる。
【００１７】
次に、図１に戻ると、符号１０６、１０７は各々、一端がパルス昇圧回路１０２、１０４の各出力端に接続されたコンデンサ、１０９は電源電圧Ｖｃｃが供給される端子である。１１０〜１１５はダイオードであり、ダイオード１１０のアノードが端子１０９に接続され、ダイオード１１０のカソードがダイオード１１１のアノードおよびコンデンサ１０６の他端に接続され、ダイオード１１１のカソードがダイオード１１２、１１４の各アノードおよびコンデンサ１０７の他端に接続され、ダイオード１１２のカソードがダイオード１１３のアノードおよびコンデンサ１１６の一端に接続され、ダイオード１１４のカソードがダイオード１１５のアノードおよびコンデンサ１１７の一端に接続され、ダイオード１１３、１１５の各カソードが共通接続されて出力端子ＯＵＴａに接続されている。また、符号ＩＮｂは、波高値Ｖｃｃ、デューティ比５０％、周波数ｆの矩形状周期パルス（図２（ハ）参照）が印加される入力端子である。すなわち、この入力端子ＩＮｂには、入力端子ＩＮａへ供給される周期パルスの１／３の周波数の周期パルスが供給される。この入力端子ＩＮｂはコンデンサ１１６の他端およびインバータ１１８の入力端に接続され、インバータ１１８の出力端がコンデンサ１１７の他端に接続されている。
【００１８】
次に、図１に示す回路の動作を説明する。
まず、入力端子ＩＮａが電圧０（接地電位）になると、パルス昇圧回路１０２の出力電圧が０となり、コンデンサ１０６がダイオード１１０を介して電圧Ｖｃｃに充電される。なお、実際にはダイオード１１０の順降下電圧分だけ電源電圧Ｖｃｃより低い電圧に充電されるが、ここでは説明の簡略化のためダイオードの順降下電圧を０として説明する。次に、入力端子ＩＮａが電圧Ｖｃｃになると、パルス昇圧回路１０２の出力電圧が電圧２Ｖｃｃとなり、この結果、点Ｃ１の電圧（ダイオード１１１のアノード電圧）が３Ｖｃｃとなる。またこの時、インバータ１０３の電圧が０となり、パルス昇圧回路１０４の出力電圧が０となる。この結果、コンデンサ１０７がコンデンサ１０６の電荷によって充電され、一方、コンデンサ１０６が放電する。次に、入力端子ＩＮａの電圧が０になると、コンデンサ１０６が充電され、入力端子ＩＮａの電圧がＶｃｃになると、コンデンサ１０７が充電され、コンデンサ１０６が放電し、以下、この動作が繰り返され、これにより、コンデンサ１０７の充電後の電圧が３Ｖｃｃとなまで、コンデンサ１０７の充電電圧が順次上昇する。
【００１９】
次に、入力端子ＩＮａの電圧が０になり、インバータ１０３の出力がＶｃｃになると、パルス昇圧回路１０４の出力電圧が２Ｖｃｃとなり、この結果、点Ｃ２の電圧（ダイオード１１２のアノード電圧）が５Ｖｃｃとなる。また、この時点において、入力端子ＩＮｂの電圧は０となっている。この結果、コンデンサ１１６が点Ｃ２の電圧５Ｖｃｃによって充電され、一方、コンデンサ１０７は放電する。次に、インバータ１０３の出力が０になると、パルス昇圧回路１０４の出力が０となり、コンデンサ１０７が再び３Ｖｃｃまで充電される。次いで、インバータ１０３の出力がＶｃｃになると、点Ｃ２の電圧が５Ｖｃｃとなり、この電圧によってコンデンサ１１６が再び充電され、また、コンデンサ１０７が放電される。
【００２０】
このようにして、コンデンサ１１６がコンデンサ１０７の電荷によって３回充電されると、入力端子ＩＮｂの電圧が反転してＶｃｃとなり、この電圧Ｖｃｃとコンデンサ１１６の充電電圧の和がダイオード１１３を介して出力端子ＯＵＴａへ出力される。また、入力端子ＩＮｂの電圧がＶｃｃになると、インバータ１１８の出力が０となり、以後、コンデンサ１０７の電荷がダイオード１１４を介してコンデンサ１１７へ供給され、これによりコンデンサ１１７が充電される。そして、コンデンサ１１７が３回充電されると、再び、入力端子ＩＮｂの電圧が０、インバータ１１８の出力がＶｃｃとなる。これにより、以後、インバータ１１８の出力電圧電圧Ｖｃｃとコンデンサ１１７の充電電圧の和がダイオード１１５を介して出力端子ＯＵＴａへ出力され、また、コンデンサ１１６の充電が行われる。
【００２１】
図２の（ニ）、（ホ）はこの状態を示しており、電源投入直後はコンデンサ１１６、１１７の端子電圧である点Ｃ３、Ｃ４の電圧が上記の過程によって徐々に上昇する。また、点Ｃ３、Ｃ４の電圧が交互にダイオード１１３または１１５を介して出力端子ＯＵＴａへ出力される（図２（へ）参照）。そして、コンデンサ１１６，１１７が各々電圧５Ｖｃｃまで充電されると、その電圧に入力端子ＩＮｂの電圧またはインバータ１１８の出力電圧Ｖｃｃが加算された電圧６Ｖｃｃが出力端子ＯＵＴａへ出力される。
【００２２】
以上がこの発明の第１の実施形態の詳細である。ところで、図１０の回路におけるコンデンサ２１１〜２１４には各々、３０００μｍ^２の面積が必要であり、したがって図１０の回路をＬＳＩ内に作成するには、コンデンサのために１２０００μｍ^２の面積を必要とする。これに対し、図４のコンデンサ４、６には各々５００μｍ^２および１０００μｍ^２の面積が必要であり、また、図１のコンデンサ１０６、１０７には１０００μｍ^２、コンデンサ１１６、１１７には各々１５００μｍ^２の面積が必要である。この結果、図１の回路をＬＳＩ内に構成するためには、８０００μｍ^２の面積でよいことになる。
【００２３】
一方、図１の回路によれば、図１０の回路より多くの負荷電流をとることができる。すなわち、図１０の回路は、出力が半周期毎に変化する電圧であり、直流電源として使用するためには当然ながら負荷回路にコンデンサを追加して平滑する必要がある。そして、コンデンサで平滑した電源からは多くの負荷電流をとることはできない。これに対し、図１の回路は、入力端子ＩＮｂの半周期毎にコンデンサ１１６，１１７の電圧が交互に出力端子ＯＵＴａへ出力される。これにより、図１０の回路より多くの負荷電流をとることができる。
このように、図１の回路は、従来の回路に比較し、回路面積を小さくすることができると共に、従来より多くの負荷電流をとることができる。
【００２４】
次に、この発明の第２の実施形態について説明する。
図３はこの発明の第２の実施形態によるチャージポンプ回路の構成を示すブロック図であり、この図において、図１の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。この図に示す回路が図１に示すものと異なる点は、パルス昇圧回路１０２と同一構成のパルス昇圧回路１２０、１２１が設けられている点である。すなわち、入力端子ＩＮｂはパルス昇圧回路１２０の入力端に接続され、パルス昇圧回路１２０の出力端がコンデンサ１１６に接続されている。また、インバータ１１８の出力端がパルス昇圧回路１２１の入力端に接続され、パルス昇圧回路１２０の出力端がコンデンサ１１７に接続されている。
【００２５】
このような構成において、入力端子ＩＮｂが０の時は、パルス昇圧回路１２０の出力が０となり、コンデンサ１１６に充電が行われる。次に、入力端子ＩＮｂがＶｃｃになると、パルス昇圧回路１２０の出力が２Ｖｃｃとなり、この電圧２Ｖｃｃとコンデンサ１１６の充電電圧５Ｖｃｃの和である７Ｖｃｃがダイオード１１３を介して出力端子ＯＵＴａへ出力される。また、入力端子ＩＮｂがＶｃｃになると、インバータ１１８の出力が０となり、パルス昇圧回路１２１の出力が０となる。これにより、コンデンサ１１７の充電が行われる。次に、入力端子ＩＮｂが０、インバータ１１８の出力がＶｃｃになると、コンデンサ１１７の充電電圧に２Ｖｃｃを加算した電圧がダイオード１１５を介して出力端子ＯＵＴａへ出力され、また、コンデンサ１１６の充電が行われる。以下、同様の過程が繰り返される。
以上がこの発明の第２の実施形態である。この実施形態によれば、前述した第１の実施形態より高い出力電圧を得ることができる。
【００２６】
なお、上記第１、第２の実施形態においては、入力端子ＩＮｂの周期パルスの周波数を入力端子ＩＮａの周期パルスの周波数の１／３としたが、これは１／３に限るものではない。例えば１／２、あるいは１／５等でもよい。
【００２７】
次に、パルス昇圧回路１０２（１０４、１２０、１２１）の他の構成例を説明する。
図５は図４の構成をさらに簡略化した回路であり、この図において、入力端子ＩＮに入力される周期パルスはインバータ１１において反転され、コンデンサ１２の一端に供給される。また、ＮチャネルＦＥＴ１３のドレインは電源電圧Ｖｃｃに接続され、ゲートがドレインと接続され、ソースがコンデンサ１２の他端およびＰチャネルＦＥＴ１４のソースに接続されている。ＦＥＴ１４およびＮチャネルＦＥＴ１５はインバータを構成しており、各ゲートの接続点に入力端子ＩＮの電圧が加えられ、各ドレインの接続点が出力端子ＯＵＴに接続されている。
【００２８】
このような構成において、入力端子ＩＮの電圧が”Ｈ”の時は、インバータ１１の出力が”Ｌ”となる。これにより、ＦＥＴ１３を介してコンデンサ１２に電圧（Ｖｃｃ−Ｖｔｈ）が充電される。ここで、電圧ＶｔｈはＦＥＴ１３のゲート−ソース間電圧であり、約０．７Ｖである。またこの時、ＦＥＴ１４がオフ、ＦＥＴ１５がオンとなり、出力端子ＯＵＴが接地電位となる。次に、入力端子ＩＮが”Ｌ”になると、インバータ１１の出力が”Ｈ”となり、この結果、ＦＥＴ１４のソース電圧が
Ｖｃｃ＋（Ｖｃｃ−Ｖｔｈ）＝２Ｖｃｃ−Ｖｔｈ
となる。またこの時、ＦＥＴ１３はソース−ドレイン間が逆バイアスとなり、カットオフされる。そして、この時点でＦＥＴ１４がオン、ＦＥＴ１５がオフとなることから、上記の電圧（２Ｖｃｃ−Ｖｔｈ）が出力端子ＯＵＴから出力される。
【００２９】
図６はパルス昇圧回路１０２のさらに他の構成例を示す回路図であり、この図において図４の各部と対応する部分には同一の符号が付してある。図４の回路においては、入力端子ＩＮに１相の周期パルスが供給され、ＦＥＴ７，９のゲートへこの周期パルスが入力されるようになっている。しかし、このような構成の場合、ＦＥＴ７，９のオン／オフ切替時においてＦＥＴ７，９を貫通する貫通電流が流れる恐れがある。そこで、この回路においては、入力端子ＩＮの周期パルスに基づいて、波高値Ｖｃｃの２相周期パルスＰ１、Ｐ２を発生するパルス発生回路２０を設けている。図７はパルス発生回路２０から出力される２相周期パルスＰ１、Ｐ２の波形図であり、この図に示すように、周期パルスＰ２が立ち上がった後、微少時間経過後に周期パルスＰ１が立ち上がり、周期パルスＰ１が立ち下がった後、微少時間後に周期パルスＰ２が立ち下がる。そして、周期パルスＰ１、Ｐ２がそれぞれがＦＥＴ９、７のゲートへ入力されるようになっている。なお、パルス発生回路２０は公知の回路であり、その一例を図８に示す。この図において、３１〜３８はインバータ、４１，４２はナンドゲートである。
【００３０】
また、この回路においては、図４のインバータ８に代えてＰチャネルＦＥＴ２１とＮチャネルＦＥＴ２２を設け、ＦＥＴ２１のゲートに周期パルスＰ２を加え、ソースを電源電圧Ｖｃｃに、ドレインをＦＥＴ２２のドレインにそれぞれ接続し、また、ＦＥＴ２２のゲートに周期パルスＰ１を加え、ＦＥＴ２２のソースを接地している。そして、ＦＥＴ２１、２２の共通ドレインとＦＥＴ７のソースとの間にコンデンサ６を接続している。また、ＦＥＴ７，２１の各基板をそれぞれのソースに接続している。
【００３１】
このような構成によれば、周期パルスＰ１が”Ｌ”となり、ＦＥＴ９がオフとなった後、周期パルスＰ２が”Ｌ”となってＦＥＴ７がオンとなり、また、周期パルスＰ２が”Ｈ”となってＦＥＴ７がオフとなった後、周期パルスＰ１が”Ｈ”となりＦＥＴ９がオンとなる。これにより、ＦＥＴ７，９に貫通電流が流れることはない。
【００３２】
図９はパルス昇圧回路１０２のさらに他の構成例を示す回路図であり、この図において、図５の各部に対応する部分には同一の符号が付してある。この図に示すパルス昇圧回路は、図５に示す回路におけるＦＥＴ１４、１５の貫通電流を防止するための回路である。すなわち、図６と同様に、２相周期パルスを出力するパルス発生回路２０を設け、周期パルスＰ１、Ｐ２をそれぞれがＦＥＴ１５、１４のゲートへ入力している。また、図５のインバータ１１に代えてＰチャネルＦＥＴ２４とＮチャネルＦＥＴ２５を設け、ＦＥＴ２４のゲートに周期パルスＰ２を加え、ＦＥＴ２４のソースを電源電圧Ｖｃｃに、ドレインをＦＥＴ２５のドレインにそれぞれ接続し、また、ＦＥＴ２５のゲートに周期パルスＰ１を加え、ＦＥＴ２５のソースを接地している。そして、ＦＥＴ２４、２５の共通ドレインとＦＥＴ４のソースとの間にコンデンサ１２を接続している。
そして、この回路によっても、図６の回路と同様にＦＥＴ１４、１５の貫通電流を防ぐことができる。
【００３３】
なお、上述した第１、第２の実施形態においては、ダイオード、パルス昇圧回路およびコンデンサから構成されるブロックが２組（ダイオード１１０、１１１に対応するブロック）しか設けられていないが、これは、出力電圧に応じてさらに多数設けられることは勿論である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、コンデンサの面積を従来のものより少なくすることができ、しかも、従来のもの以上の負荷電流をとることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態によるチャージポンプ回路の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態の動作を説明するための波形図である。
【図３】この発明の第２の実施形態によるチャージポンプ回路の構成を示すブロック図である。
【図４】図１におけるパルス昇圧回路１０２の第１の構成例を示す回路図である。
【図５】図１におけるパルス昇圧回路１０２の第２の構成例を示す回路図である。
【図６】図１におけるパルス昇圧回路１０２の第３の構成例を示す回路図である。
【図７】図６におけるパルス発生回路２０の動作を説明するためのタイミング図である。
【図８】図６におけるパルス発生回路２０の具体例を示す回路図である。
【図９】図１におけるパルス昇圧回路１０２の第４の構成例を示す回路図である。
【図１０】従来のチャージポンプ回路の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
１０２、１０４…パルス昇圧回路
１０３…インバータ
１０６、１０７、１１６、１１７…コンデンサ
１０９…電源端子
１１０〜１１５…ダイオード
ＩＮａ、ＩＮｂ…入力端子
ＯＵＴａ…出力端子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a charge pump circuit that generates a high DC voltage by boosting a low DC voltage.
[0002]
[Prior art]
In recent years, large scale integrated circuits (LSIs) often require multiple power supplies such as 3V, 5V and 10V inside the circuit. Conventionally, when such multiple power supplies are required, a plurality of power supplies are generated outside the LSI and supplied to the LSI. However, recently, the power supply to the LSI is one power supply, and it is required to generate multiple power supplies inside the LSI.
[0003]
In an LSI, a charge pump circuit is used as a circuit for generating a voltage higher than a power supply voltage Vcc supplied from the outside. FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional charge pump circuit. In this figure, reference numeral 201 denotes an input terminal to which a periodic pulse having a peak value Vcc and a duty of 50% is supplied, 202 a terminal to which a power supply voltage Vcc is applied, 203 to 207 diodes, 211 to 214 capacitors, 220 an inverter, 230 is an output terminal.
[0004]
In such a configuration, when the input terminal 201 is at the voltage 0 (ground potential), the capacitor 211 is charged to the voltage Vcc via the diode 203. Next, when the voltage of the input terminal 201 becomes Vcc, one end of the capacitor 211 (the anode side of the diode 204) becomes 2Vcc, and the output of the inverter 220 becomes 0 voltage. Thereby, the capacitor 212 is charged to the voltage of 2 Vcc. Next, when the input terminal 201 has a voltage of 0 again and the output of the inverter 220 has a voltage of Vcc, one end of the capacitor 212 has a voltage of 3 Vcc, and the capacitor 213 is charged to the voltage of 3 Vcc. Next, when the input terminal 201 becomes the voltage Vcc and the output of the inverter 220 becomes the voltage 0, one end of the capacitor 213 becomes the voltage 4Vcc, and the capacitor 214 is charged to the voltage 4Vcc. Next, when the input terminal 201 has a voltage of 0 and the output of the inverter 220 has a voltage of Vcc, one end of the capacitor 214 has a voltage of 5 Vcc. This voltage 5Vcc is output to output terminal 230 via diode 207. Note that this output voltage is, to be precise, a voltage obtained by subtracting the forward drop voltage of the diodes 203 to 207.
As a conventional technique, a technique described in Patent Literature 1 is known.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2002-208290 A
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, for example, in mobile phones and the like, batteries have been increasingly miniaturized with the miniaturization of devices, and as a result, the output voltage of the batteries has been considerably reduced to, for example, 1 V (volt). For this reason, if the power supply voltage of 1 V is to be boosted to, for example, 10 V by the above-described charge pump circuit, 10 or more blocks each including one capacitor and one diode in FIG. 10 are required. However, in particular, a capacitor requires a large area inside the LSI, and therefore, it is extremely undesirable to create many capacitors in the LSI because the area for creating other circuits is reduced. On the other hand, if the capacitance of the capacitor is reduced in order to reduce the area of the capacitor, a problem occurs in that the load current cannot be obtained.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a charge pump circuit that can reduce the area of a capacitor as compared with the conventional one and can take a load current larger than that of the conventional one. To provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and the invention according to claim 1 is a first to n-th ( n is a positive integer), a first to an n-th pulse booster circuit provided corresponding to the first to n-th diode elements and boosting and outputting a periodic pulse; The first to n-th capacitors interposed between the output terminal of the circuit and each of the diode elements and the first periodic pulse obtained at the first input terminal are the first, third,. A circuit for supplying to the booster circuit, inverting the first periodic pulse, and supplying the inverted pulse to the second, fourth,... Pulse booster circuits, first and second output capacitors, and a second input. When the second periodic pulse obtained at the terminal is at the ground level, the n-th capacitor Charging the first output capacitor with the charge of the second capacitor, and outputting a voltage obtained by adding a power supply voltage to a charging voltage of the second capacitor to an output terminal, when the second periodic pulse is at a power supply voltage level. A charging circuit that charges the second output capacitor with the charge of the n-th capacitor and outputs a voltage obtained by adding a power supply voltage to a charging voltage of the first capacitor to an output terminal. Is a charge pump circuit.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the charge pump circuit according to the first aspect, the charging circuit is connected in series, and a connection point thereof is connected to one end of the first output capacitor. And third and fourth output diode elements connected in series with one end of the second output capacitor, and an input terminal connected to the other end of the first output capacitor. And an inverter having an output terminal connected to the other end of the second output capacitor, the anode sides of the first and third output diode elements are connected in common, and the output of the n-th capacitor is connected. And the cathodes of the second and fourth output diode elements are commonly connected and connected to the output terminal, and the input terminal of the inverter is connected to the second input terminal. And said that you are.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the charge pump circuit according to the first aspect, the charging circuits are connected in series, and a connection point thereof is connected to one end of the first output capacitor. And the third and fourth output diode elements connected in series with one end of the second output capacitor, and the output terminal is connected to the other end of the first output capacitor. A first output-side pulse booster circuit that is connected and boosts and outputs a periodic pulse, and a second output side that has an output terminal connected to the other end of the second output capacitor and boosts and outputs the periodic pulse A pulse booster circuit, and an inverter having an input terminal connected to an input terminal of the first output-side pulse booster circuit and an output terminal connected to an input terminal of the second output-side pulse booster circuit, First and third outputs The anode side of the diode element is commonly connected and connected to the output terminal of the n-th capacitor, the cathode side of the second and fourth output diode elements is commonly connected and connected to the output terminal, The input terminal of the output-side pulse booster circuit is connected to the second input terminal.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in the charge pump circuit according to any one of the first to third aspects, the pulse booster circuit includes a capacitor when the input periodic pulse is at the first level. A charging circuit for charging, and the first level and a voltage obtained by adding a power supply voltage to a charging voltage of the capacitor are alternately output according to a change in a periodic pulse of an input terminal that repeats the first and second levels. And a switching circuit for outputting to a terminal.
[0011]
According to a fifth aspect of the present invention, in the charge pump circuit of the fourth aspect, the switching circuit includes first and second amplifying elements of different conductivity types connected in series.
According to a sixth aspect of the present invention, in the charge pump circuit according to the fifth aspect, a first periodic pulse that repeats the first and second levels and rises slightly earlier than a rise of the first periodic pulse. A pulse generating circuit for outputting a second periodic pulse falling slightly later than the falling of the first periodic pulse, and providing the first and second amplifying elements with the first and second periodic pulses, respectively. It is characterized by being driven by.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a charge pump circuit according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of the charge pump circuit. In FIG. 1, reference numeral INa denotes an input terminal to which a rectangular periodic pulse (see FIG. 2A) having a peak value Vcc (power supply voltage), a duty ratio of 50%, and a frequency of 3f is applied. It is connected to an input terminal and to an input terminal of a pulse booster circuit 104 via an inverter 103. The pulse booster circuits 102 and 104 are the same circuit, and boost an input periodic pulse having a peak value Vcc to a peak value of 2 Vcc and output it. That is, the pulse booster circuit 102 outputs a periodic pulse having a peak value of 2 Vcc in phase with the periodic pulse supplied to the input terminal INa, and the pulse booster circuit 104 has a phase opposite to that of the periodic pulse supplied to the input terminal INa. A periodic pulse having a peak value of 2 Vcc is output.
[0013]
FIG. 4 is a circuit diagram showing a specific configuration of the pulse booster circuit 102 (104). In this figure, reference numeral IN denotes an input terminal to which a rectangular periodic pulse having a peak value Vcc and a duty ratio of 50% is input. The periodic pulse input to this input terminal IN is inverted by an inverter 8, and the FET ( It is supplied to the gate of a field effect transistor 3. The FET 3 is an N-channel FET, the drain of which is connected to the power supply voltage Vcc, the source of which is connected to the input terminal IN via the capacitor 4 and the gate of the FET 5. The FET 5 is an N-channel FET whose drain is connected to the power supply voltage Vcc, and whose source is connected to one end of the capacitor 6 and the source of the FET 7. The inverter 8 inverts the periodic pulse of the input terminal IN and outputs the inverted pulse to the other end of the capacitor 6. The FET 7 and the FET 9 are a P-channel and an N-channel FET, respectively. The gates and the drains of these FETs 7 and 9 are commonly connected, thereby forming an inverter. The gates of the FETs 7 and 9 are connected to the input terminal IN, the drains are connected to the output terminal OUT, and the sources of the FETs 9 are grounded.
[0014]
In such a configuration, when the voltage of the input terminal IN is “H” (high level = Vcc), the output of the inverter 8 becomes “L” (low = ground potential), and the FET 3 is turned off. At this time, "H" of the input terminal IN is supplied to the gate of the FET 5 via the capacitor 4, and the FET 5 is turned on. Here, as will be described later, since the connection point A is pre-charged to Vcc-Vth (Vth is the threshold value of the FET3), the connection point B becomes 2Vcc-Vth, which is higher than Vcc. Becomes triode operation.
When the FET 5 is turned on, the capacitor 6 is charged with the voltage Vcc via the FET 5. At this point, "H" is applied to the gates of the FETs 7 and 9, whereby the FET 9 is turned on, the FET 7 is turned off, and the output terminal OUT is at the ground potential. At this time, the voltage at the connection point A is Vcc-Vth, which is lower than Vcc.
[0015]
Next, when the input terminal IN becomes "L", the output of the inverter 8 becomes "H", and the FET 3 is turned on. As a result, the charging current of the capacitor 4 flows from the FET 3, the gate of the FET 5 becomes "L", and the FET 5 is turned off. At this time, since the capacitor 6 is charged with the voltage Vcc, when the output of the inverter 8 becomes “H”, the voltage at the connection point B becomes 2 Vcc. At this point, the FET 7 is turned on and the FET 9 is turned off, so that the above-described voltage 2Vcc is output from the output terminal OUT.
[0016]
Next, when the input terminal IN becomes "H" again, the output terminal OUT becomes the ground potential again, and the capacitor 6 is charged. When the input terminal IN becomes "L", the output terminal OUT becomes the voltage 2Vcc. And this operation is repeated thereafter.
As described above, according to the pulse booster circuit of the embodiment, the periodic pulse having the peak value Vcc can be converted into the periodic pulse having the peak value 2Vcc.
[0017]
Next, returning to FIG. 1, reference numerals 106 and 107 denote capacitors each having one end connected to each output terminal of the pulse booster circuits 102 and 104, and reference numeral 109 denotes a terminal to which the power supply voltage Vcc is supplied. Reference numerals 110 to 115 denote diodes. The anode of the diode 110 is connected to the terminal 109. The cathode of the diode 110 is connected to the anode of the diode 111 and the other end of the capacitor 106. The cathode of the diode 111 is connected to the anodes of the diodes 112 and 114. And the other end of the capacitor 107, the cathode of the diode 112 is connected to the anode of the diode 113 and one end of the capacitor 116, the cathode of the diode 114 is connected to the anode of the diode 115 and one end of the capacitor 117, and the diodes 113, 115 Are connected in common and connected to an output terminal OUTa. Reference symbol INb denotes an input terminal to which a rectangular periodic pulse having a peak value Vcc, a duty ratio of 50%, and a frequency f (see FIG. 2C) is applied. That is, the input terminal INb is supplied with a periodic pulse having a frequency that is １／ of the periodic pulse supplied to the input terminal INa. The input terminal INb is connected to the other end of the capacitor 116 and the input end of the inverter 118, and the output end of the inverter 118 is connected to the other end of the capacitor 117.
[0018]
Next, the operation of the circuit shown in FIG. 1 will be described.
First, when the voltage of the input terminal INa becomes 0 (ground potential), the output voltage of the pulse booster circuit 102 becomes 0, and the capacitor 106 is charged to the voltage Vcc via the diode 110. It should be noted that the diode is actually charged to a voltage lower than the power supply voltage Vcc by an amount corresponding to the forward drop voltage of the diode 110. However, here, the forward drop voltage of the diode is assumed to be 0 for simplification of the description. Next, when the input terminal INa becomes the voltage Vcc, the output voltage of the pulse booster circuit 102 becomes the voltage 2Vcc, and as a result, the voltage at the point C1 (the anode voltage of the diode 111) becomes 3Vcc. At this time, the voltage of the inverter 103 becomes 0, and the output voltage of the pulse booster circuit 104 becomes 0. As a result, the capacitor 107 is charged by the electric charge of the capacitor 106, while the capacitor 106 is discharged. Next, when the voltage of the input terminal INa becomes 0, the capacitor 106 is charged. When the voltage of the input terminal INa becomes Vcc, the capacitor 107 is charged and the capacitor 106 is discharged. Thereafter, this operation is repeated. As a result, the charged voltage of the capacitor 107 sequentially increases until the voltage after charging the capacitor 107 becomes 3 Vcc.
[0019]
Next, when the voltage of the input terminal INa becomes 0 and the output of the inverter 103 becomes Vcc, the output voltage of the pulse booster circuit 104 becomes 2 Vcc. As a result, the voltage at the point C2 (the anode voltage of the diode 112) becomes 5 Vcc. Become. At this time, the voltage of the input terminal INb is 0. As a result, the capacitor 116 is charged by the voltage 5Vcc at the point C2, while the capacitor 107 is discharged. Next, when the output of the inverter 103 becomes 0, the output of the pulse booster circuit 104 becomes 0, and the capacitor 107 is charged to 3 Vcc again. Next, when the output of the inverter 103 becomes Vcc, the voltage at the point C2 becomes 5 Vcc, and the capacitor 116 is charged again by this voltage, and the capacitor 107 is discharged.
[0020]
Thus, when the capacitor 116 is charged three times by the charge of the capacitor 107, the voltage of the input terminal INb is inverted to Vcc, and the sum of this voltage Vcc and the charging voltage of the capacitor 116 is output via the diode 113. Output to the terminal OUTa. Further, when the voltage of the input terminal INb becomes Vcc, the output of the inverter 118 becomes 0, and thereafter, the charge of the capacitor 107 is supplied to the capacitor 117 via the diode 114, whereby the capacitor 117 is charged. Then, when the capacitor 117 is charged three times, the voltage of the input terminal INb becomes 0 again, and the output of the inverter 118 becomes Vcc. Thereby, the sum of the output voltage Vcc of the inverter 118 and the charging voltage of the capacitor 117 is output to the output terminal OUTa via the diode 115, and the capacitor 116 is charged.
[0021]
FIGS. 2D and 2E show this state. Immediately after the power is turned on, the voltages at the points C3 and C4, which are the terminal voltages of the capacitors 116 and 117, gradually increase by the above-described process. Further, the voltages at points C3 and C4 are alternately output to the output terminal OUTa via the diode 113 or 115 (see FIG. 2 ()). When the capacitors 116 and 117 are charged to a voltage of 5 Vcc, a voltage 6 Vcc obtained by adding the voltage of the input terminal INb or the output voltage Vcc of the inverter 118 to the voltage is output to the output terminal OUTa.
[0022]
The above is the details of the first embodiment of the present invention. Incidentally, each of the capacitors 211-214 in the circuit of FIG. 10, it is necessary area of 3000 .mu.m ^2, to create the circuit of Figure 10 in the LSI is thus requiring an area of 12000Myuemu ² for capacitor . In contrast, it requires each area of 500 [mu] m ² and 1000 .mu.m ² to the capacitor 4, 6 of Figure 4, also, 1000 .mu.m ² to the capacitor 106 and 107 of FIG. 1, each of 1500 .mu.m ² to the capacitor 116, 117 Area is required. As a result, in order to configure the circuit of FIG. 1 in an LSI, an area of 8000 μm ² is sufficient.
[0023]
On the other hand, according to the circuit of FIG. 1, a larger load current can be taken than the circuit of FIG. That is, in the circuit of FIG. 10, the output is a voltage that changes every half cycle, and it is necessary to add a capacitor to the load circuit for smoothing in order to use it as a DC power supply. And a large load current cannot be taken from the power supply smoothed by the capacitor. On the other hand, in the circuit of FIG. 1, the voltage of the capacitors 116 and 117 is alternately output to the output terminal OUTa every half cycle of the input terminal INb. As a result, a larger load current can be taken than the circuit shown in FIG.
As described above, the circuit of FIG. 1 can reduce the circuit area and can take a larger load current than the conventional circuit.
[0024]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a charge pump circuit according to a second embodiment of the present invention. In this figure, the same reference numerals are given to portions corresponding to the respective portions in FIG. 1, and description thereof will be omitted. . The circuit shown in this figure is different from that shown in FIG. 1 in that pulse boosting circuits 120 and 121 having the same configuration as the pulse boosting circuit 102 are provided. That is, the input terminal INb is connected to the input terminal of the pulse booster circuit 120, and the output terminal of the pulse booster circuit 120 is connected to the capacitor. The output terminal of the inverter 118 is connected to the input terminal of the pulse booster circuit 121, and the output terminal of the pulse booster circuit 120 is connected to the capacitor 117.
[0025]
In such a configuration, when the input terminal INb is 0, the output of the pulse booster circuit 120 becomes 0, and the capacitor 116 is charged. Next, when the input terminal INb becomes Vcc, the output of the pulse booster circuit 120 becomes 2Vcc, and 7Vcc, which is the sum of the voltage 2Vcc and the charging voltage 5Vcc of the capacitor 116, is output to the output terminal OUTa via the diode 113. When the input terminal INb becomes Vcc, the output of the inverter 118 becomes 0 and the output of the pulse booster 121 becomes 0. As a result, the capacitor 117 is charged. Next, when the input terminal INb becomes 0 and the output of the inverter 118 becomes Vcc, a voltage obtained by adding 2 Vcc to the charging voltage of the capacitor 117 is output to the output terminal OUTa via the diode 115, and the capacitor 116 is charged. Is Hereinafter, a similar process is repeated.
The above is the second embodiment of the present invention. According to this embodiment, it is possible to obtain a higher output voltage than in the first embodiment.
[0026]
In the first and second embodiments, the frequency of the periodic pulse at the input terminal INb is set to 1/3 of the frequency of the periodic pulse at the input terminal INa. However, the frequency is not limited to 1/3. For example, it may be 1/2 or 1/5.
[0027]
Next, another configuration example of the pulse booster circuit 102 (104, 120, 121) will be described.
FIG. 5 is a circuit in which the configuration of FIG. 4 is further simplified. In this figure, the periodic pulse input to the input terminal IN is inverted by the inverter 11 and supplied to one end of the capacitor 12. The drain of the N-channel FET 13 is connected to the power supply voltage Vcc, the gate is connected to the drain, and the source is connected to the other end of the capacitor 12 and the source of the P-channel FET 14. The FET 14 and the N-channel FET 15 constitute an inverter. The voltage of the input terminal IN is applied to the connection point of each gate, and the connection point of each drain is connected to the output terminal OUT.
[0028]
In such a configuration, when the voltage of the input terminal IN is “H”, the output of the inverter 11 becomes “L”. Thus, the capacitor 12 is charged with the voltage (Vcc-Vth) via the FET 13. Here, the voltage Vth is a voltage between the gate and the source of the FET 13 and is about 0.7V. At this time, the FET 14 is turned off, the FET 15 is turned on, and the output terminal OUT is at the ground potential. Next, when the input terminal IN becomes "L", the output of the inverter 11 becomes "H", and as a result, the source voltage of the FET 14 becomes Vcc + (Vcc-Vth) = 2Vcc-Vth.
It becomes. At this time, the FET 13 has a reverse bias between the source and the drain, and is cut off. At this time, the FET 14 is turned on and the FET 15 is turned off, so that the above voltage (2Vcc-Vth) is output from the output terminal OUT.
[0029]
FIG. 6 is a circuit diagram showing still another example of the configuration of the pulse booster circuit 102. In FIG. 6, portions corresponding to those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. In the circuit of FIG. 4, a one-phase periodic pulse is supplied to the input terminal IN, and this periodic pulse is input to the gates of the FETs 7 and 9. However, in such a configuration, when the FETs 7 and 9 are switched on / off, there is a possibility that a through current flowing through the FETs 7 and 9 flows. Therefore, in this circuit, a pulse generation circuit 20 for generating two-phase periodic pulses P1 and P2 having a peak value Vcc based on the periodic pulse at the input terminal IN is provided. FIG. 7 is a waveform diagram of the two-phase periodic pulses P1 and P2 output from the pulse generating circuit 20. As shown in FIG. 7, after the periodic pulse P2 rises, the periodic pulse P1 rises after a lapse of a very short time, and After the pulse P1 has fallen, the periodic pulse P2 falls a short time later. Then, the periodic pulses P1 and P2 are input to the gates of the FETs 9 and 7, respectively. The pulse generation circuit 20 is a known circuit, and an example is shown in FIG. In this figure, 31 to 38 are inverters, and 41 and 42 are NAND gates.
[0030]
In this circuit, a P-channel FET 21 and an N-channel FET 22 are provided in place of the inverter 8 in FIG. 4, a periodic pulse P2 is applied to the gate of the FET 21, a source is connected to the power supply voltage Vcc, and a drain is connected to the drain of the FET 22. Further, a periodic pulse P1 is applied to the gate of the FET 22, and the source of the FET 22 is grounded. The capacitor 6 is connected between the common drain of the FETs 21 and 22 and the source of the FET 7. Further, the respective substrates of the FETs 7 and 21 are connected to respective sources.
[0031]
According to such a configuration, after the periodic pulse P1 becomes "L" and the FET 9 is turned off, the periodic pulse P2 becomes "L" and the FET 7 is turned on, and the periodic pulse P2 becomes "H". After the FET 7 is turned off, the periodic pulse P1 becomes "H" and the FET 9 is turned on. Thus, no through current flows through the FETs 7 and 9.
[0032]
FIG. 9 is a circuit diagram showing still another example of the configuration of the pulse booster circuit 102. In this figure, portions corresponding to the respective portions in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. The pulse booster circuit shown in this figure is a circuit for preventing a through current of the FETs 14 and 15 in the circuit shown in FIG. That is, similarly to FIG. 6, a pulse generating circuit 20 for outputting a two-phase periodic pulse is provided, and periodic pulses P1 and P2 are input to the gates of the FETs 15 and 14, respectively. Further, a P-channel FET 24 and an N-channel FET 25 are provided in place of the inverter 11 of FIG. 5, a periodic pulse P2 is applied to the gate of the FET 24, the source of the FET 24 is connected to the power supply voltage Vcc, and the drain is connected to the drain of the FET 25, respectively. , A periodic pulse P1 is applied to the gate of the FET 25, and the source of the FET 25 is grounded. The capacitor 12 is connected between the common drain of the FETs 24 and 25 and the source of the FET 4.
This circuit can also prevent the through current of the FETs 14 and 15 as in the circuit of FIG.
[0033]
In the first and second embodiments described above, only two blocks (blocks corresponding to the diodes 110 and 111) each including a diode, a pulse booster, and a capacitor are provided. It goes without saying that a larger number are provided according to the output voltage.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is an effect that the area of the capacitor can be made smaller than that of the conventional capacitor, and that a load current larger than that of the conventional capacitor can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a charge pump circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a waveform chart for explaining the operation of the embodiment.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a charge pump circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a first configuration example of a pulse booster circuit 102 in FIG. 1;
FIG. 5 is a circuit diagram showing a second configuration example of the pulse booster circuit 102 in FIG. 1;
FIG. 6 is a circuit diagram showing a third configuration example of the pulse booster circuit 102 in FIG. 1;
FIG. 7 is a timing chart for explaining an operation of the pulse generation circuit 20 in FIG. 6;
8 is a circuit diagram showing a specific example of a pulse generation circuit 20 in FIG.
FIG. 9 is a circuit diagram showing a fourth configuration example of the pulse booster circuit 102 in FIG. 1;
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional charge pump circuit.
[Explanation of symbols]
102, 104 ... pulse booster circuit 103 ... inverters 106, 107, 116, 117 ... capacitor 109 ... power supply terminals 110 to 115 ... diodes INa, INb ... input terminals OUTa ... output terminals

Claims

First to n-th (n is a positive integer) diode elements connected in series in the forward direction and the first diode element is connected to the power supply terminal;
A first to n-th pulse booster circuit provided corresponding to the first to n-th diode elements and boosting and outputting a periodic pulse;
An output terminal of each of the pulse booster circuits and first to n-th capacitors interposed between the diode elements;
The first periodic pulse obtained at the first input terminal is supplied to the first, third,... Pulse booster circuits, and the first periodic pulse is inverted to produce the second, fourth,. A circuit for supplying the pulse booster circuit;
First and second output capacitors;
When the second periodic pulse obtained at the second input terminal is at the ground level, the first output capacitor is charged by the charge of the n-th capacitor, and the power supply voltage is applied to the charging voltage of the second capacitor. The added voltage is output to an output terminal, and when the second periodic pulse is at the power supply voltage level, the second output capacitor is charged by the charge of the n-th capacitor and the charging voltage of the first capacitor is charged. A charging circuit that outputs a voltage obtained by adding the power supply voltage to the output terminal to
A charge pump circuit comprising:

The charging circuit includes:
First and second output diode elements which are connected in series and whose connection point is connected to one end of the first output capacitor;
Third and fourth output diode elements which are connected in series and whose connection point is connected to one end of the second output capacitor;
An inverter having an input terminal connected to the other end of the first output capacitor and an output terminal connected to the other end of the second output capacitor;
The anode sides of the first and third output diode elements are connected in common and are connected to the output terminal of the n-th capacitor. The cathode sides of the second and fourth output diode elements are connected in common and the output side is connected. The charge pump circuit according to claim 1, wherein the charge pump circuit is connected to a terminal, and an input terminal of the inverter is connected to the second input terminal.

The charging circuit includes:
First and second output diode elements which are connected in series and whose connection point is connected to one end of the first output capacitor;
Third and fourth output diode elements which are connected in series and whose connection point is connected to one end of the second output capacitor;
An output terminal connected to the other end of the first output capacitor, a first output-side pulse booster circuit for boosting and outputting a periodic pulse;
An output terminal connected to the other end of the second output capacitor, a second output-side pulse booster circuit for boosting and outputting the periodic pulse;
An inverter having an input terminal connected to the input terminal of the first output-side pulse booster circuit, and an output terminal connected to the input terminal of the second output-side pulse booster circuit;
The anode sides of the first and third output diode elements are connected in common and are connected to the output terminal of the n-th capacitor. The cathode sides of the second and fourth output diode elements are connected in common and the output side is connected. 2. The charge pump circuit according to claim 1, wherein the charge pump circuit is connected to a terminal, and an input terminal of the first output side pulse booster circuit is connected to the second input terminal.

The pulse booster circuit includes: a charging circuit that charges a capacitor when an input periodic pulse is at a first level; And a switching circuit that alternately outputs a voltage obtained by adding a power supply voltage to a charging voltage of the capacitor to an output terminal. 5. Charge pump circuit.

The charge pump circuit according to claim 4, wherein the switching circuit includes first and second amplifying elements having different conductivity types connected in series.

A first periodic pulse that repeats the first and second levels, and a second period that rises a minute earlier than the rise of the first periodic pulse and falls slightly later than the fall of the first periodic pulse. 6. The charge pump circuit according to claim 5, further comprising a pulse generating circuit for outputting a pulse, wherein the first and second amplifying elements are driven by the first and second periodic pulses, respectively.