JP2005018677A - Power supply circuit - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第1電源ラインから電源入力して昇圧電圧を第2電源ラインに出力するチャージポンプと、第2電源ラインから電源入力して出力端子にレギュレート電圧を出力するレギュレータとを具備した電源回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の電源回路100(例えば、特許文献1を参照)について図3を参照して説明する。電源回路100は、クロック信号CLKに同期して充放電動作して昇圧電圧を出力するチャージポンプ10と、チャージポンプ10の出力電圧を電源入力してレギュレート電圧Voutを出力するレギュレータ20とで構成されている。
【0003】
チャージポンプ10は、図4に一例を示すように、2倍昇圧型で構成され、昇圧コンデンサ11、平滑コンデンサ12およびスイッチ13,14,15,16とを有している。第1電源ラインVDD1と接地ラインGnd間にスイッチ13、昇圧コンデンサ11およびスイッチ14が直列接続されている。第1電源ラインVDD1と昇圧コンデンサ11およびスイッチ14の接続点間にスイッチ15が接続されている。スイッチ13および昇圧コンデンサ11の接続点と接地ラインGnd間にスイッチ16および平滑コンデンサ12が直列接続され、その直列接続点がチャージポンプ10の出力端として第2電源ラインVDD2に接続されている。スイッチ13,14とスイッチ15,16とは、クロック信号CLK入力により相補的にオン/オフ制御される。スイッチ13,14,15,16は、例えば、MOSトランジスタで構成される。
【0004】
チャージポンプ10の昇圧動作について説明する。先ず、“H”レベルのクロック信号CLK入力により、スイッチ13,14がオン、スイッチ15,16がオフになり、電源電圧VDD1により昇圧コンデンサ11が充電される。次に、“L”レベルのクロック信号CLK入力により、スイッチ13,14がオフ、スイッチ15,16がオンになり、昇圧コンデンサ11は放電し、昇圧コンデンサ11に充電された電圧に電源電圧VDD1が重畳された電圧で平滑コンデンサ12が充電される。このオン/オフ制御が繰り返されて、チャージポンプ10の出力端から第2電源ラインVDD2に昇圧電圧VDD2が出力される。チャージポンプ10は、クロック信号CLK入力により、コンデンサ11,12の充電電圧が飽和するようにオン/オフ制御され、チャージポンプ10の出力端に第1電源電圧VDD1の2倍の昇圧電圧が出力される。
【0005】
レギュレータ20は、図3に示すように、第2電源ラインVDD2からの電源電圧VDD2が電源入力され、レギュレート電圧Voutを出力するオペアンプ21と、オペアンプ21の出力端電位を分圧しその分圧電圧をオペアンプ21の反転入力端に供給する分圧抵抗R1,R2からなる分圧回路22と、オペアンプ21の非反転入力端に基準電圧Vrefを供給する基準電圧源23と、オペアンプ21の出力端と接地ラインGnd間に接続された平滑コンデンサ24とを有している。オペアンプ21は、チャージポンプ10が完全に昇圧し終わった後にオンするとともに、出力不要時は低消費電力化のためオフするように、オン/オフ制御端子21aを有している。オン/オフ制御端子21aは制御信号入力端子Vcに接続されている。さらに、レギュレータ20は、オペアンプ21がオフ時にオペアンプ21の出力端電位を接地電位VSSにプルダウンさせるためにオペアンプ21の出力端と接地ラインGnd間に接続されたプルダウンスイッチであるNチャネルMOSトランジスタ25と、制御信号入力端子VcとMOSトランジスタ25のゲート間に接続されたインバータ26とを有している。この電源回路100は、1チップの半導体集積回路で構成され、チャージポンプ10を構成する昇圧コンデンサ11および平滑コンデンサ12とレギュレータ20を構成する平滑コンデンサ24とは、半導体集積回路に外付け素子として接続される。チャージポンプ10へのクロック信号CLK入力は、半導体集積回路の外部から供給されるか、または半導体集積回路内部に構成される発振回路から供給される。
【0006】
上記構成の電源回路100の動作を図5を併用して説明する。第1電源ラインVDD1に、バッテリー等の直流電源から、例えば、第1電源電圧VDD1=3vが供給され、時刻T1にチャージポンプ10がオンし、チャージポンプ10が完全に昇圧し終わった後の時刻T2には、チャージポンプ10から第2電源ラインVDD2に、電源電圧VDD1の2倍の昇圧電圧VDD2=2×VDD1=6vが出力されている。この時刻T2に制御信号入力端子Vcに“H”レベルの制御信号Vcが入力されるとレギュレータ20はオンし、第2電源ラインVDD2から平滑コンデンサ24に電源電圧VDD2=6vが充電される。そして、分圧回路22の分圧抵抗R1,R2が、例えばR1/R2=1に設定されて、分圧電圧が基準電圧Vref、例えば、Vref=2.5vに等しくなるようにレギュレートされて、時刻T3に出力端子VoutからVout=Vref(1+R1/R2)=2.5×(1+1)=5vのレギュレート電圧が出力される。
【0007】
【特許文献1】
特開2000−100187号公報(図1)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の電源回路100は、レギュレータ20がチャージポンプ10の負荷を構成しており、レギュレータ20が時刻T2にオンしたとき、チャージポンプ10からの昇圧電圧VDD2が平滑コンデンサ24へ充電されるが、このとき、図5に示すように、昇圧電圧VDD2は過渡的に降下する。チャージポンプ10は、立ち上がり時の負荷駆動能力が低いため、この降下電圧が大き過ぎると、チャージポンプ10が立ち下がったままになったり、他の電圧との関係でラッチアップが発生したりする虞があり、これを防止するために、チャージポンプの負荷駆動能力を大きくする必要があり、この電源回路を構成する半導体集積回路のチップサイズが大きくなるという問題があった。
従って、本発明の目的は、レギュレータ立ち上がり時のチャージポンプの電圧降下を小さくした電源回路を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の電源回路は、チャージポンプからの昇圧電圧をオペアンプに電源入力し平滑コンデンサが接続されたオペアンプの出力端にレギュレート電圧を出力する電源回路において、オペアンプのオン直前に前記平滑コンデンサをプリチャージすることを特徴とする。
本発明の電源回路は、上記電源回路において、オペアンプの出力端電位をチャージポンプの電源でプルアップさせるプルアップスイッチ回路と、オペアンプの出力端電位が所定電位になったことを検出する電圧検出回路とを有し、プリチャージはプルアップスイッチ回路により行い、オペアンプのオンは電圧検出回路からの検出信号により行うことを特徴とする。
また、本発明の電源回路は、第1電源ラインから電源入力して昇圧電圧を第2電源ラインに出力するチャージポンプと、第2電源ラインから電源入力して出力端子にレギュレート電圧を出力するレギュレータとを具備し、レギュレータが、制御信号入力端子と、前記第2電源ラインから電源入力され、前記レギュレート電圧を出力するオン/オフ制御端子付きオペアンプと、オペアンプの出力端と接地ライン間に接続されたコンデンサと、オペアンプの出力端と接地ライン間に接続されたプルダウンスイッチと、オペアンプ出力端の電位を分圧しその分圧電圧をオペアンプの反転入力端に供給する分圧回路と、オペアンプの非反転入力端に基準電圧を供給する基準電圧源とを有する電源回路において、前記第1電源ラインと前記オペアンプの出力端間に接続されたプルアップスイッチと、オペアンプ出力端の電位を検出しその検出信号をプルアップスイッチの制御端およびオペアンプのイネーブル端子に供給する電圧検出回路とが付設され、前記制御端子への制御信号に同期して前記プルダウンスイッチをオフ制御するとともに前記プルアップスイッチをオン制御してオペアンプの出力端電位を第1電源ライン電位でプルアップさせ、オペアンプの出力端電位が所定の閾値になったのを前記電圧検出回路で検出しその検出信号に同期して前記プルアップスイッチをオフ制御するとともにオペアンプをオン制御することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施例の電源回路200について図1を参照して説明する。尚、図3と同一のものについては同一符号を付して、その説明を省略する。図3に示す従来の電源回路100と異なる点は、電源回路100に、プルアップスイッチ回路30と、電圧検出回路40と、制御回路50とが付設され、オペアンプ21のオン/オフ制御端子21aが制御信号入力端子Vcに直結されているのではなく、制御回路50を介して接続されている点である。この電源回路200は、1チップの半導体集積回路で構成され、チャージポンプ10を構成する昇圧コンデンサ11および平滑コンデンサ12とレギュレータ20を構成する平滑コンデンサ24とは、半導体集積回路に外付け素子として接続される。チャージポンプ10へのクロック信号CLK入力は、半導体集積回路の外部から供給してもよいし、または半導体集積回路内部で発振回路により供給してもよい。
【0011】
プルアップスイッチ回路30は、プルアップスイッチであるPチャネル型MOSトランジスタ31と、MOSトランジスタ31のバックゲートのソースまたはドレインへの接続を切換えるスイッチであるPチャネル型MOSトランジスタ32,33とを有している。MOSトランジスタ32,33はソース同士で直列接続され、MOSトランジスタ31とで並列接続されて、第1電源ラインVDD1とオペアンプ21の出力端間に接続されている。MOSトランジスタ31,32,33はバックゲートが共通接続され、MOSトランジスタ32,33のソースに接続されている。
【0012】
電圧検出回路40は、インバータ41,42およびレベルシフタ43を有し、オペアンプ21の出力端と制御回路50の入力端間に縦接続されている。オペアンプ21の出力端電位がインバータ41の閾値電圧Vthより高くなると、インバータ42の出力は第1電源電圧VDD1レベルの“H”レベルになり、レベルシフタ43により第2電源電圧VDD2レベルの“H”レベルに変換される。
【0013】
制御回路50は、XNOR回路51、AND回路52およびインバータ53を有している。XNOR回路51およびAND回路52は、一入力端に制御信号入力端子Vcが接続され、他入力端にレベルシフタ43の出力端が接続されている。XNOR回路51の出力端はMOSトランジスタ31のゲートに接続され、AND回路52の出力端はオペアンプ21のオン/オフ制御端子21aに接続されているとともに、MOSトランジスタ32のゲートに接続され、さらにMOSトランジスタ33のゲートにインバータ53を介して接続されている。。
【0014】
上記構成の電源回路200の動作を図2を併用して説明する。第1電源ラインVDD1に、バッテリー等の直流電源から、例えば、第1電源電圧VDD1=3vが供給され、時刻T1にチャージポンプ10がオンし、チャージポンプ10が完全に昇圧し終わった後の時刻T2には、チャージポンプ10から第2電源ラインVDD2に、電源電圧VDD1の2倍の昇圧電圧VDD2=2×VDD1=6vが出力されている。この時刻T2になるまで、制御信号入力端子Vcは“L”レベルであり、XNOR回路51の出力は“H”レベルでMOSトランジスタ31はオフ状態、AND回路52の出力は“L”レベルでオペアンプ21はオフ状態、MOSトランジスタ25はオン状態でオペアンプ21の出力端電位は接地電位VSSにプルダウンされた状態である。また、このとき、MOSトランジスタ32はオン状態、MOSトランジスタ33はオフ状態であるため、MOSトランジスタ31のバックゲートは第1電源ラインVDD1に接続された状態となっている。
【0015】
時刻T2に制御信号入力端子Vcに“H”レベルの制御信号Vcが入力されると、このとき、MOSトランジスタ25がオフし、また、XNOR回路51の出力が“L”レベルになり、MOSトランジスタ31がオンする。このとき、AND回路52の出力は“L”レベルのままであり、MOSトランジスタ32はオン状態のまま、MOSトランジスタ33およびオペアンプはオフ状態のままである。MOSトランジスタ31がオンすることにより第1電源ラインVDD1から平滑コンデンサ24に充電が開始され、オペアンプ21の出力端電位が接地電位VSSから第1電源ラインVDD1の電位の方向にプルアップされる。
【0016】
このオペアンプ21の出力端電位が時刻T4にインバータ41の閾値電圧Vth、例えば、Vth=2vより高くなると、このとき、電圧検出回路40から検出信号として“H”レベルが出力される。この“H”レベルの検出信号により、XNOR回路51およびAND回路52の出力が“H”レベルになり、プルアップスイッチ回路30はMOSトランジスタ31,32がオフし、MOSトランジスタ33がオンし、MOSトランジスタ31のバックゲートはオペアンプ21の出力端に接続された状態となる。また、AND回路52の出力が“H”レベルになることにより、オペアンプ21がオンし、第2電源ラインVDD2から平滑コンデンサ24に充電が開始される。また、時刻T4直後において、第2電源ラインVDD2の電位は平滑コンデンサ24への充電により降下するが、時刻T2からT4の間に第1電源ラインVDD1により平滑コンデンサ24はインバータ41の閾値電圧=2vまで予備充電されており、従来の電源回路100の場合よりも、この電圧降下は少なくでき、この電源回路100の時刻T3−T2より短い時間、時刻T5−T2で時刻T5に出力端子VoutからVout=Vref(1+R1/R2)=2.5×(1+1)=5vのレギュレート電圧を出力する。
【0017】
以上のように、第1電源ラインVDD1からチャージポンプ10に電源入力しチャージポンプ10から第2電源ラインVDD2に出力した昇圧電圧をレギュレータ20を構成するオペアンプ21に電源入力し、オペアンプ21からレギュレート電圧を出力する電源回路200において、オペアンプ21をオンする直前に、オペアンプ21の出力端電位がインバータ41の閾値電圧Vthになるまで、オペアンプ21の出力端と接地ラインGnd間に接続された平滑コンデンサ24を第1電源ラインVDD1によりプリチャージするようにしたので、オペアンプ21の立ち上がり時における第2電源ラインVDD2の電圧降下を少なくできる。
【0018】
尚、上記実施例では、チャージポンプを2倍昇圧型を例に説明したが、他の整数倍昇圧型のチャージポンプに適用することもできる。また、チャージポンプを正のチャージポンプを例に説明したが、負のチャージポンプに適用することもできる。
【0019】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の電源回路よりもレギュレータ立ち上がり時におけるチャージポンプ出力電位の降下を少なくでき、この電源回路を構成する半導体集積回路のチップサイズを小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の電源回路200の回路図
【図2】図1に示す電源回路200の動作を示す電圧波形図。
【図3】従来の電源回路100の回路図
【図4】図1および図3の電源回路100に用いられるチャージポンプ10の一例の回路図。
【図5】図3に示す電源回路100の動作を示す電圧波形図。
【符号の説明】
VDD1 第1電源ライン
VDD2 第2電源ライン
10 チャージポンプ
20 レギュレータ
21 オペアンプ
22 分圧回路
23 基準電圧源
24 平滑コンデンサ
25 NチャネルMOSトランジスタ(プルダウンスイッチ)
26 インバータ
30 プルアップスイッチ回路
31 PチャネルMOSトランジスタ(プルアップスイッチ)
32,33 PチャネルMOSトランジスタ(バックゲート接続切換えスイッチ)
40 電圧検出回路
41,42 インバータ
43 レベルシフタ
50 制御回路
51 XNOR回路
52 AND回路
53 インバータ
200 電源回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes a charge pump that inputs power from a first power line and outputs a boosted voltage to a second power line, and a regulator that inputs power from the second power line and outputs a regulated voltage to an output terminal. It relates to a power supply circuit.
[0002]
[Prior art]
A conventional
[0003]
As shown in FIG. 4, the
[0004]
A boosting operation of the
[0005]
As shown in FIG. 3, the
[0006]
The operation of the
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-1000018 (FIG. 1)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional
Therefore, an object of the present invention is to provide a power supply circuit in which the voltage drop of the charge pump when the regulator is started up is reduced.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The power supply circuit of the present invention is a power supply circuit that inputs the boosted voltage from the charge pump to the operational amplifier and outputs the regulated voltage to the output terminal of the operational amplifier to which the smoothing capacitor is connected. It is characterized by charging.
The power supply circuit of the present invention includes a pull-up switch circuit that pulls up an output terminal potential of an operational amplifier with a power supply of a charge pump in the power supply circuit, and a voltage detection circuit that detects that the output terminal potential of the operational amplifier has become a predetermined potential. The precharge is performed by a pull-up switch circuit, and the operational amplifier is turned on by a detection signal from a voltage detection circuit.
In addition, the power supply circuit of the present invention inputs a power supply from the first power supply line and outputs a boosted voltage to the second power supply line, and inputs a power supply from the second power supply line and outputs a regulated voltage to the output terminal. A regulator, and the regulator includes a control signal input terminal, an operational amplifier with an on / off control terminal that receives power from the second power supply line and outputs the regulated voltage, and an output terminal of the operational amplifier and a ground line. A connected capacitor, a pull-down switch connected between the output terminal of the operational amplifier and the ground line, a voltage dividing circuit that divides the potential of the operational amplifier output terminal and supplies the divided voltage to the inverting input terminal of the operational amplifier, In a power supply circuit having a reference voltage source for supplying a reference voltage to a non-inverting input terminal, the first power supply line and the operational amplifier A pull-up switch connected between the power terminals and a voltage detection circuit for detecting the potential of the operational amplifier output terminal and supplying the detected signal to the control terminal of the pull-up switch and the enable terminal of the operational amplifier are attached to the control terminal. The pull-down switch is turned off in synchronization with the control signal and the pull-up switch is turned on to pull up the output terminal potential of the operational amplifier with the first power supply line potential, so that the output terminal potential of the operational amplifier becomes a predetermined threshold value. This is detected by the voltage detection circuit, and the pull-up switch is turned off and the operational amplifier is turned on in synchronization with the detection signal.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A
[0011]
The pull-up
[0012]
The
[0013]
The
[0014]
The operation of the
[0015]
When the control signal Vc of “H” level is input to the control signal input terminal Vc at time T2, at this time, the
[0016]
When the output terminal potential of the
[0017]
As described above, the boosted voltage input from the first power supply line VDD1 to the
[0018]
In the above embodiment, the charge pump has been described as an example of the double boost type, but it can be applied to other integer multiple boost type charge pumps. Further, although the charge pump has been described by taking a positive charge pump as an example, it can also be applied to a negative charge pump.
[0019]
【The invention's effect】
According to the present invention, the drop of the charge pump output potential at the time of regulator startup can be reduced as compared with the conventional power supply circuit, and the chip size of the semiconductor integrated circuit constituting this power supply circuit can be reduced.
[Brief description of the drawings]
1 is a circuit diagram of a
3 is a circuit diagram of a conventional
FIG. 5 is a voltage waveform diagram showing an operation of the
[Explanation of symbols]
VDD1 First power supply line VDD2 Second
26
32, 33 P-channel MOS transistor (back gate connection changeover switch)
40
Claims (3)
前記プリチャージはプルアップスイッチ回路により行い、
前記オペアンプのオンは電圧検出回路からの検出信号により行うことを特徴とする請求項1記載の電源回路。A pull-up switch circuit that pulls up the output terminal potential of the operational amplifier with the power supply of the charge pump; and a voltage detection circuit that detects that the output terminal potential of the operational amplifier has reached a predetermined potential.
The precharge is performed by a pull-up switch circuit,
2. The power supply circuit according to claim 1, wherein the operational amplifier is turned on by a detection signal from a voltage detection circuit.
レギュレータが、制御信号入力端子と、前記第2電源ラインから電源入力され、前記レギュレート電圧を出力するオン/オフ制御端子付きオペアンプと、オペアンプの出力端と接地ライン間に接続されたコンデンサと、オペアンプの出力端と接地ライン間に接続されたプルダウンスイッチと、オペアンプ出力端の電位を分圧しその分圧電圧をオペアンプの反転入力端に供給する分圧回路と、オペアンプの非反転入力端に基準電圧を供給する基準電圧源とを有する電源回路において、
前記第1電源ラインと前記オペアンプの出力端間に接続されたプルアップスイッチと、オペアンプ出力端の電位を検出しその検出信号をプルアップスイッチの制御端およびオペアンプのオン/オフ制御端子に供給する電圧検出回路とが付設され、
前記制御信号入力端子への制御信号に同期して前記プルダウンスイッチをオフ制御するとともに前記プルアップスイッチをオン制御してオペアンプの出力端電位を第1電源ライン電位でプルアップさせ、オペアンプの出力端電位が所定の閾値になったのを前記電圧検出回路で検出しその検出信号に同期して前記プルアップスイッチをオフ制御するとともにオペアンプをオン制御することを特徴とする電源回路。A charge pump that inputs power from the first power line and outputs a boosted voltage to the second power line; and a regulator that inputs power from the second power line and outputs a regulated voltage to the output terminal,
A regulator, a control signal input terminal, an operational amplifier with an on / off control terminal that receives power from the second power line and outputs the regulated voltage, a capacitor connected between an output terminal of the operational amplifier and a ground line, A pull-down switch connected between the output terminal of the operational amplifier and the ground line, a voltage dividing circuit that divides the potential of the operational amplifier output terminal and supplies the divided voltage to the inverting input terminal of the operational amplifier, and a reference to the non-inverting input terminal of the operational amplifier A power supply circuit having a reference voltage source for supplying a voltage;
A pull-up switch connected between the first power supply line and the output terminal of the operational amplifier, and the potential of the operational amplifier output terminal are detected, and the detection signal is supplied to the control terminal of the pull-up switch and the on / off control terminal of the operational amplifier. And a voltage detection circuit,
The pull-down switch is turned off in synchronization with a control signal to the control signal input terminal, and the pull-up switch is turned on to pull up the output terminal potential of the operational amplifier with the first power supply line potential. A power supply circuit characterized in that the voltage detection circuit detects that the potential has reached a predetermined threshold value, and the pull-up switch is turned off and the operational amplifier is turned on in synchronization with the detection signal.
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