JP2005045934A

JP2005045934A - チャージポンプ回路

Info

Publication number: JP2005045934A
Application number: JP2003278320A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Kawagoe; 弘和河越
Original assignee: Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd; Kansai Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd; Kansai Nippon Electric Co Ltd
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】寄生トランジスタがオンしないチャージポンプ回路を提供する。
【解決手段】昇圧コンデンサＣ１の充電動作時には、寄生トランジスタＱ３のベース電位がそのエミッタ電位と同電位となるように、ＭＯＳトランジスタＭ５をオンにして、ＭＯＳトランジスタＭ３のバックゲートをそのソース（電源端子ＶＤＤ側）に接続し、昇圧コンデンサＣ１の放電動作時には、寄生トランジスタＱ４のベース電位がそのエミッタ電位と同電位となるように、ＭＯＳトランジスタＭ７をオンにして、ＭＯＳトランジスタＭ４のバックゲートをそのソース（昇圧コンデンサＣ１側）に接続するようにしたので、チャージポンプ回路２０の昇圧動作時に寄生トランジスタＱ３，Ｑ４はオンしない。
【選択図】図１

Description

本発明はチャージポンプ回路に関し、特にチャージポンプ回路を構成する充電用および放電用の各ＰチャネルＭＯＳトランジスタがＰ型半導体基板内またはＰ型半導体層内のＮ型ウェルをバックゲートとして形成されたチャージポンプ回路に関する。

この種のチャージポンプ回路（例えば、特許文献１を参照）は、充電用および放電用の各ＰチャネルＭＯＳトランジスタに寄生トランジスタを有している。以下、特許文献１を参考にして従来のチャージポンプ回路１０について、図４を参照して説明する。チャージポンプ回路１０は、昇圧コンデンサＣ１、平滑コンデンサＣ２、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＭ１、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＭ２、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＭ３、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＭ４、電流制限抵抗Ｒ１および電流制限抵抗Ｒ２を有している。Ｑ３はＭＯＳトランジスタＭ３の寄生トランジスタである。Ｑ４はＭＯＳトランジスタＭ４の寄生トランジスタである。ＭＯＳトランジスタＭ１およびＭ２はドレイン同士で直列接続され、各ソースが電源端子ＶＤＤと接地端子Ｇｎｄにそれぞれ接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ３およびＭ４はＭ３のドレインとＭ４のソースで直列接続され、Ｍ３のソースとＭ４のドレインが電源端子ＶＤＤと出力端子Ｖｏｕｔにそれぞれ接続されている。コンデンサＣ１の両端はＭＯＳトランジスタＭ１およびＭ２の直列接続点とＭＯＳトランジスタＭ３およびＭ４の直列接続点にそれぞれ接続されている。コンデンサＣ２の両端は出力端子Ｖｏｕｔと接地端子Ｇｎｄにそれぞれ接続されている。電流制限抵抗Ｒ１の両端はＭＯＳトランジスタＭ３のバックゲートとドレインに接続されている。電流制限抵抗Ｒ２の両端はＭＯＳトランジスタＭ４のバックゲートとドレインに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２，Ｍ４のゲートはクロック入力端子ＣＬＫに直結され、ＭＯＳトランジスタＭ３のゲートはインバータＩＮＶを介してクロック入力端子ＣＬＫに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ２，Ｍ３とＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ４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。

チャージポンプ回路１０の基本的な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、ＭＯＳトランジスタＭ２，Ｍ３がオン、ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ４がオフになる。このとき、電源電圧VDDにより昇圧コンデンサＣ１が充電される。すなわち、ＭＯＳトランジスタＭ２，Ｍ３が充電用ＭＯＳトランジスタとして機能することにより昇圧コンデンサＣ１の充電動作が行われる。次に、"Ｌ"レベルのクロック信号ＣＬＫ入力により、ＭＯＳトランジスタＭ２，Ｍ３がオフ、ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ４がオンになる。このとき、昇圧コンデンサＣ１は放電し、昇圧コンデンサＣ１に充電された電圧に電源電圧VDDが加算された昇圧電圧が出力端子Ｖoutから出力されるとともに平滑コンデンサＣ２に充電される。すなわち、ＭＯＳトランジスタＭ４が放電用ＭＯＳトランジスタ、およびＭＯＳトランジスタＭ１が電圧加算用ＭＯＳトランジスタとして機能することにより昇圧コンデンサＣ１の放電動作とともに電源電圧の加算動作が行われる。このオン／オフ制御が繰り返されて、出力端子Ｖoutに一定の昇圧電圧が出力される。コンデンサＣ１の充電電圧が飽和するように、ＭＯＳトランジスタＭ２，Ｍ３のオン時間が制御される場合は、出力端子Ｖoutに電源電圧VDDの2倍の昇圧電圧が出力される。また、コンデンサＣ１の充電電圧が不飽和となるように、ＭＯＳトランジスタＭ２，Ｍ３のオン時間が制御される場合は、出力端子Ｖoutに電源電圧VDDの2倍より低い昇圧電圧が出力される。

つぎに、上述の昇圧動作での寄生トランジスタＱ３，Ｑ４の動作について説明する。
"Ｈ"レベルのクロック信号ＣＬＫ入力による昇圧コンデンサＣ１の充電動作時、ＭＯＳトランジスタＭ２，Ｍ３のオンと同時に、寄生トランジスタＱ３もオンするが、寄生トランジスタＱ３のベース電流は電流制限抵抗Ｒ１を介して流れるので、寄生トランジスタＱ３による無効電流は制限される。次に、"Ｌ"レベルのクロック信号ＣＬＫ入力による昇圧コンデンサＣ１の放電動作時、ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ４のオンと同時に、寄生トランジスタＱ４もオンするが、寄生トランジスタＱ４のベース電流は電流制限抵抗Ｒ２を介して流れるので、寄生トランジスタＱ４による無効電流は制限される。
特開２００２−１９１１６８号公報（３頁、図１）

ところで、チャージポンプ回路１０の寄生トランジスタＱ３，Ｑ４による無効電流は、前述の如く、電流制限抵抗Ｒ１，Ｒ２により電流制限抵抗Ｒ１，Ｒ２のないものより制限されるが、零ではなく、まだ効率の低下の虞がある。

従って、本発明の目的は、チャージポンプ回路の寄生トランジスタが昇圧動作時にオンしないようにしたチャージポンプ回路を提供することである。

本発明のチャージポンプ回路は、充電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタのオンにより昇圧コンデンサが充電動作し、放電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタのオンにより昇圧コンデンサが放電動作するチャージポンプ回路において、充電用および放電用の各ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートのソースまたはドレインへの接続の各切換スイッチを有し、昇圧コンデンサが充電動作のとき、充電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタの寄生トランジスタのベース電位がエミッタ電位と同電位となるように充電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタの前記切換スイッチを切換え、昇圧コンデンサが放電動作のとき、放電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタの寄生トランジスタのベース電位がエミッタ電位と同電位となるように放電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタの前記切換スイッチを切換えることを特徴とする。
上記チャージポンプ回路において、前記各切換スイッチが充電用および放電用の各ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートとソース間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタおよびバックゲートとドレイン間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタからなり、昇圧コンデンサが充電動作のとき、充電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートとソース間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタをオンさせるとともに、放電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートとドレイン間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタをオンさせ、昇圧コンデンサが放電動作のとき、充電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートとドレイン間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタをオンさせるとともに、放電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートとソース間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタをオンさせることを特徴とする。
また、本発明のチャージポンプ回路は、電源端子を充電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタを介して昇圧コンデンサに接続し、昇圧コンデンサを放電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタを介して出力端子に接続したチャージポンプ回路において、充電用および放電用の各ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートとソース間およびバックゲートとドレイン間にＰチャネルＭＯＳトランジスタをそれぞれ接続し、充電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタがオンのとき、充電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートとソース間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタをオンさせるとともに、放電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートとドレイン間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタをオンさせ、放電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタがオンのとき、充電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートとドレイン間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタをオンさせるとともに、放電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートとソース間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタをオンさせることを特徴とする。
上記手段によれば、昇圧コンデンサの充電動作時には、充電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタの寄生トランジスタのベース電位がエミッタ電位と同電位となり、昇圧コンデンサの放電動作時には、放電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタの寄生トランジスタのベース電位がエミッタ電位と同電位となり、チャージポンプ回路の昇圧動作時に充電用および放電用のＰチャネルＭＯＳトランジスタの寄生トランジスタはオンしない。

本発明によれば、昇圧コンデンサの充電動作時および放電動作時に充電用および放電用のＰチャネルＭＯＳトランジスタの寄生トランジスタがオンしないので、ラッチアップ等の発生や無効電流による効率の低下を防止できる。

以下に、本発明の一実施形態のチャージポンプ回路２０について図１を参照して説明する。尚、図４に示すものと基本的な構成が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４のチャージポンプ回路１０と異なる点は、電流制限抵抗Ｒ１，Ｒ２の替わりにＰチャネルＭＯＳトランジスタＭ５，Ｍ６，Ｍ７，Ｍ８を有する点である。

ＭＯＳトランジスタＭ５，Ｍ６は、充電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタであるＭＯＳトランジスタＭ３のバックゲートのソースまたはドレインへの接続の切換スイッチを構成する。ＭＯＳトランジスタＭ５，Ｍ６は、バックゲートがソースにそれぞれ接続されるとともにソースが共通接続され、ＭＯＳトランジスタＭ３に並列接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ５，Ｍ６のソースはＭＯＳトランジスタＭ３のバックゲートに接続されている。

ＭＯＳトランジスタＭ７，Ｍ８は、放電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタであるＭＯＳトランジスタＭ４のバックゲートのソースまたはドレインへの接続の切換スイッチを構成する。ＭＯＳトランジスタＭ７，Ｍ８は、バックゲートがソースにそれぞれ接続されるとともにソースが共通接続され、ＭＯＳトランジスタＭ４に並列接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ７，Ｍ８のソースはＭＯＳトランジスタＭ４のバックゲートに接続されている。

ＭＯＳトランジスタＭ６，Ｍ７のゲートはクロック入力端子ＣＬＫに直結され、ＭＯＳトランジスタＭ５，Ｍ８のゲートはインバータＩＮＶを介してクロック入力端子ＣＬＫに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ６，Ｍ７とＭＯＳトランジスタＭ５，Ｍ８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。

チャージポンプ回路２０の動作について説明する。尚、基本的な昇圧動作については従来のチャージポンプ回路１０と同様であり、その説明は省略する。先ず、昇圧コンデンサＣ１の充電動作のときについて、図２を参照して説明する。"Ｈ"レベルのクロック信号ＣＬＫ入力により、ＭＯＳトランジスタＭ５，Ｍ８がオン、ＭＯＳトランジスタＭ６，Ｍ７がオフになり、ＭＯＳトランジスタＭ３はバックゲートがソース（電源端子ＶＤＤ側）に接続され、ＭＯＳトランジスタＭ４はバックゲートがドレイン（出力端子Ｖｏｕｔ側）に接続される。このとき、ＭＯＳトランジスタＭ３はオンになるが、寄生トランジスタＱ３はベース電位がエミッタ電位と同電位となるためオンしない。また、このとき、オフになるＭＯＳトランジスタＭ４は、バックゲートがソースより高電位側のドレインに接続されているため、平滑コンデンサＣ２から電流が逆流することはない。次に、昇圧コンデンサＣ１の放電動作のときについて、図３を参照して説明する。"Ｌ"レベルのクロック信号ＣＬＫ入力により、ＭＯＳトランジスタＭ６，Ｍ７がオン、ＭＯＳトランジスタＭ５，Ｍ８がオフになり、ＭＯＳトランジスタＭ３はバックゲートがドレイン（昇圧コンデンサＣ１側）に接続され、ＭＯＳトランジスタＭ４はバックゲートがソース（昇圧コンデンサＣ１側）に接続される。このとき、ＭＯＳトランジスタＭ４はオンになるが、寄生トランジスタＱ４はベース電位がエミッタ電位と同電位となるためオンしない。また、このとき、オフになるＭＯＳトランジスタＭ３は、バックゲートがソースより高電位側のドレインに接続されているため、充電コンデンサＣ１から電流が逆流することはない。

以上に説明したように、昇圧コンデンサＣ１の充電動作時には、寄生トランジスタＱ３のベース電位がそのエミッタ電位と同電位となるように、ＭＯＳトランジスタＭ３のバックゲートをそのソースに接続し、昇圧コンデンサＣ１の放電動作時には、寄生トランジスタＱ４のベース電位がそのエミッタ電位と同電位となるように、ＭＯＳトランジスタＭ４のバックゲートをそのソースに接続するようにしたので、チャージポンプ回路２０の昇圧動作時に寄生トランジスタＱ３，Ｑ４はオンしない。

尚、上記実施例では、チャージポンプ回路を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回路に適用することもできる。

本発明の一実施形態のチャージポンプ回路２０の回路図。図１に示すチャージポンプ回路２０の昇圧コンデンサの充電動作時における動作を説明する回路図。図１に示すチャージポンプ回路２０の昇圧コンデンサの放電動作時における動作を説明する回路図。従来のチャージポンプ回路１０の回路図。

符号の説明

２０チャージポンプ回路
Ｃ１昇圧コンデンサ
Ｃ２平滑コンデンサ
Ｍ１ＰチャネルＭＯＳトランジスタ（電圧加算用ＭＯＳトランジスタ）
Ｍ２ＮチャネルＭＯＳトランジスタ（充電用ＭＯＳトランジスタ）
Ｍ３ＰチャネルＭＯＳトランジスタ（充電用ＭＯＳトランジスタ）
Ｍ４ＰチャネルＭＯＳトランジスタ（放電用ＭＯＳトランジスタ）
Ｍ５，Ｍ６ＰチャネルＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳトランジスタＭ３用切換スイッチ）
Ｍ７，Ｍ８ＰチャネルＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳトランジスタＭ４用切換スイッチ）
ＩＮＶインバータ

Claims

充電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタのオンにより昇圧コンデンサが充電動作し、放電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタのオンにより昇圧コンデンサが放電動作するチャージポンプ回路において、
充電用および放電用の各ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートのソースまたはドレインへの接続の各切換スイッチを有し、
昇圧コンデンサが充電動作のとき、充電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタの寄生トランジスタのベース電位がエミッタ電位と同電位となるように充電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタの前記切換スイッチを切換え、
昇圧コンデンサが放電動作のとき、放電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタの寄生トランジスタのベース電位がエミッタ電位と同電位となるように放電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタの前記切換スイッチを切換えることを特徴とするチャージポンプ回路。
前記各切換スイッチが充電用および放電用の各ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートとソース間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタおよびバックゲートとドレイン間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタからなり、
昇圧コンデンサが充電動作のとき、充電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートとソース間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタをオンさせるとともに、放電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートとドレイン間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタをオンさせ、
昇圧コンデンサが放電動作のとき、充電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートとドレイン間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタをオンさせるとともに、放電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートとソース間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタをオンさせることを特徴とするチャージポンプ回路。
電源端子を充電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタを介して昇圧コンデンサに接続し、昇圧コンデンサを放電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタを介して出力端子に接続したチャージポンプ回路において、
充電用および放電用の各ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートとソース間およびバックゲートとドレイン間にＰチャネルＭＯＳトランジスタをそれぞれ接続し、
充電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタがオンのとき、充電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートとソース間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタをオンさせるとともに、放電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートとドレイン間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタをオンさせ、
放電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタがオンのとき、充電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートとドレイン間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタをオンさせるとともに、放電用ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートとソース間に接続されたＰチャネルＭＯＳトランジスタをオンさせることを特徴とするチャージポンプ回路。