JP2006067764A

JP2006067764A - チャージポンプ回路

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Publication number: JP2006067764A
Application number: JP2004250574A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Kawai; 周平河井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2006-03-09
Also published as: TW200623633A; KR100682007B1; CN1744417A; US7212066B2; KR20060050758A; US20060049867A1

Abstract

【課題】電荷転送用ＭＯＳトランジスタの寄生ダイオードのリークパスを遮断し、消費電力の増加を防止すると共に、回路が制御不能に陥るのを防止する。
【解決手段】第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１及び第２の電荷転送ＭＯＳトランジスタＭ２はＮチャネル型であり、互いに直列に接続されている。第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１のソースには接地電位ＶＳＳが供給され、第２の電荷転送ＭＯＳトランジスタＭ２のドレインである出力端子Ｐｏｕｔから出力電位が得られる。第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１のバックゲートＧ１は、第１のスイッチング回路ＳＷ１によって、第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２の接続点の電位Ｘと入力電位である接地電位ＶＳＳとのいずれか一方の電位に設定されるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、集積回路の電源回路等に用いられるチャージポンプ回路に関する。

チャージポンプ回路は、電荷転送用ＭＯＳトランジスタ、コンデンサ、クロックドライバー等から構成され、入力電位を正の高電位又は負の電位に変換して出力する回路であり、集積回路の電源回路等として広く用いられている。
特開２００３−３３００６号公報

しかしながら、電荷転送用ＭＯＳトランジスタのバックゲートは固定されていたために、その用途によって出力電位が正電位にも負電位にも変動する場合には、電荷転送ＭＯＳトランジスタに付随する寄生ダイオードに不要な順方向電流が流れてしまい、消費電力が増大したり、チャージポンプ回路が用いられた回路が制御不能になるという問題があった。

そこで、本発明のチャージポンプ回路は、入力電位が印加された第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタと、前記第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタに直列接続された第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタと、前記第１及び第２の電荷転送用デバイスに容量結合されたコンデンサと、前記コンデンサにクロックを供給するクロックドライバーと、前記第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタの導通を制御する制御回路と、前記第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタのバックゲートを前記第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタの接続点の電位と前記入力電位とのいずれか一方の電位に固定するように切り換えるスイッチング回路と、を備え、前記第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタから出力電位を得ることを特徴とするものである。

本発明によれば、電荷転送用ＭＯＳトランジスタのバックゲートは固定されていたために、その用途によって出力電位が正電位にも負電位にも変動する場合であっても、バックゲートの電位切り換えにより、寄生ダイオードのリークパスを遮断し、消費電力の増加を防止すると共に、回路が制御不能に陥るのを防止することができる。

次に、本発明の第１の実施形態に係るチャージポンプ回路について図面を参照しながら説明する。図１は白色発光ダイオードの駆動回路を示す回路図であり、この駆動回路の電源回路としてチャージポンプ回路が用いられている。図１において、１０は液晶パネルのバックライト用として用いられる白色発光ダイオード（以下、白色ＬＥＤと称する）であり、そのアノード（陽極）には電源電位ＶＤＤが供給されている。１１は、この白色ＬＥＤ１０に駆動電流を供給するための駆動ＭＯＳトランジスタであり、白色ＬＥＤ１０のカソード（陰極）にそのドレインが接続されている。白色ＬＥＤ１０は３．２Ｖ〜３．８Ｖという順方向しきい値電圧を有しているため、この程度の電圧を白色ＬＥＤ１０のアノード・カソード間に印加する必要がある。

一方、白色ＬＥＤ１０の駆動回路の電源電位ＶＤＤの規格としては、例えば、２．７Ｖ〜５．５Ｖという広い電圧範囲が要求されている。そこで、この駆動回路では、電源電位ＶＤＤが低い時にはチャージポンプ回路３０を動作させて負の電位を発生させ、駆動用ＭＯＳトランジスタ１１のソース電位を下げることで、アノード・カソード間に印加する所定の電圧を確保している。また、電源電位ＶＤＤが高いときにはチャージポンプ回路３０の動作を停止させることにより、駆動用ＭＯＳトランジスタ１１のソース電位を上げて駆動用ＭＯＳトランジスタ１１のソースドレイン間に一定電圧が加わるようにし、白色ＬＥＤ１０に定電流を供給するようにしている。そのための具体的な回路構成については後述する。

チャージポンプ回路３０は、第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１、第２の電荷転送ＭＯＳトランジスタＭ２、コンデンサＣ１，Ｃ２、スイッチング用のＭＯＳトランジスタＭ３，Ｍ４，Ｍ５、クロックＣＬＫを駆動するクロックドライバーＣＤ（Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタＭ６及びＮチャネル型ＭＯＳトランジスタＭ７から成る）、第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１及び第２の電荷転送ＭＯＳトランジスタＭ２の導通を制御する制御回路３１から構成されている。

第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１及び第２の電荷転送ＭＯＳトランジスタＭ２はＮチャネル型であり、互いに直列に接続されている。第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１のソースには接地電位ＶＳＳが供給され、第２の電荷転送ＭＯＳトランジスタＭ２のドレインである出力端子Ｐｏｕｔから出力電位Ｖｏｕｔが得られる。第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１のバックゲートＧ１（サブストレート）は、第１のスイッチング回路ＳＷ１によって、第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２の接続点の電位Ｘと入力電位である接地電位ＶＳＳとのいずれか一方の電位に設定されるように構成されている。

図２はこの第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１の断面構造を示している。Ｐ型半導体基板１００の表面にＮ型ウエル領域１０１が形成され、さらにその中にＰ型ウエル領域１０２が形成され、このＰウエル領域１０２の中に第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１が形成されている。Ｐウエル領域１０２は第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１のバックゲートを構成している。Ｄ１は、ドレインＤとＰウエル領域１０２とで形成される寄生ダイオード、Ｄ２は、ソースＳとＰウエル領域１０２とで形成される寄生ダイオードである。

制御回路３１にはクロックＣＬＫ、白色ＬＥＤ１０と駆動用ＭＯＳトランジスタ１１の接続点（ドレインＤ）の電位ＶＤ、高抵抗素子１２とダイオード１３の接続点の電位である基準電位ＶＲＥＦが供給されている。制御回路３１は、チャージポンプ回路３０の動作中にはクロックＣＬＫに基づいて第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２を交互にオンオフさせるようにそれらのゲート電位を制御する。

また制御回路３１は、チャージポンプ回路３０の動作停止中には、第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２を両方オンさせるとともに、第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１のオン抵抗を、前記電位ＶＤが前記基準電位ＶＲＥＦと等しくなるように制御する。この制御は制御回路３１の中のオペアンプ（不図示）によって行われる。
即ち、ダイオード１３の順方向しきい値電圧をＶＦとすると、駆動用ＭＯＳトランジスタ１１のソースドレイン間電圧ＶＤは、ＶＦに等しくなるように制御される。これにより、駆動用ＭＯＳトランジスタ１１に定電流を流すことが可能になる。

次に、上述した白色発光ダイオードの駆動回路の詳細な動作を説明する。まず、電源電位ＶＤＤが所定値より低いときは、チャージポンプ回路３０を動作させ、出力端子Ｐｏｕｔから出力電位Ｖｏｕｔとして−０．５ＶＤＤという負の電位を出力させる。これにより、白色ＬＥＤ１０と駆動用ＭＯＳトランジスタ１０の間に１．５ＶＤＤという電圧が加わるので、白色ＬＥＤ１０を駆動することができる。

このとき、第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１のバックゲートＧ１は、第１のスイッチング回路ＳＷ１により、第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２の接続点の電位Ｘに設定される。（図１中の実線による結線）これにより、第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１のバックゲートバイアス効果が抑止されるとともに、寄生ダイオードＤ２が働くことで電流の逆流が防止されている。

このときのチャージポンプ回路の動作の詳細は以下の通りである。まず、クロックＣＬＫがロウレベルの時の動作について説明する。このとき、クロックドライバーＣＤのＭ６はオンし、Ｍ７はオフするので、反転クロック＊ＣＬＫはハイレベル（ＶＤＤレベル）となる。また、Ｍ１，Ｍ４をオンし、Ｍ２，Ｍ３，Ｍ５をオフする。

すると、クロックドライバーＣＤのＭ６、コンデンサＣ１、Ｍ４、コンデンサＣ２、Ｍ１、接地電圧ＶＳＳを通る経路で、コンデンサＣ１，Ｃ２が直列接続されて充電される。これにより、コンデンサＣ１の第１の端子は電源電位ＶＤＤに充電され、その第２の端子の電位Ｖ１は＋０．５ＶＤＤに充電され、コンデンサＣ２の第１の端子の電位Ｖ３も＋０．５ＶＤＤに充電される。

次に、クロックＣＬＫがハイレベルの時の動作について説明する。このとき、クロックドライバーＣＤのＭ７がオンし、Ｍ６がオフするため、反転クロック＊ＣＬＫはロウレベルとなる。（ＶＳＳレベル）また、Ｍ１，Ｍ４をオフし、Ｍ２，Ｍ３，Ｍ５をオンする。すると、２つの経路から出力端子に−０．５ＶＤＤが供給される。１つの経路は、接地電位ＶＳＳから、Ｍ３、コンデンサＣ２、Ｍ２を通して、コンデンサＣ２の電荷が放電され、出力端子Ｐｏｕｔに−０．５ＶＤＤが供給される。

これは、コンデンサＣ２の第１の端子の電位Ｖ３はクロックＣＬＫがロウレベルのときに＋０．５ＶＤＤに充電されているため、Ｍ３がオンすることにより、電位Ｖ３が＋０．５ＶＤＤから接地電位ＶＳＳに変化することに伴って、コンデンサＣ２の容量結合により、コンデンサＣ２の第２の端子の電位Ｘは接地電位ＶＳＳ（０Ｖ）から−０．５ＶＤＤに降圧されるためである。

もう１つの経路は、接地電位ＶＳＳから、クロックドライバーＣＤのＮチャネル型ＭＯＳトランジスタＭ７、第１のコンデンサＣ１、Ｍ５を通して、第１のコンデンサＣ１の電荷が放電され、出力端子Ｐｏｕｔに−０．５ＶＤＤが供給される。これは、クロックＣＬＫがロウレベルのときに、第１のコンデンサＣ１の第２の端子の電圧Ｖ１は＋０．５ＶＤＤに充電されるが、クロックＣＬＫがハイレベルに変化すると、Ｍ７がオンすることにより、コンデンサＣ１の第１の端子の電位が電源電位ＶＤＤから接地電位ＶＳＳに変化することに伴い、コンデンサＣ１の容量結合により、コンデンサＣ１の第２の端子の電位Ｖ１は＋０．５ＶＤＤから−０．５ＶＤＤに降圧されるためである。このクロックＣＬＫがロウレベルの時の動作と、ハイレベル時の動作を交互に繰り返すことにより、出力電位Ｖｏｕｔとして、電源電位ＶＤＤを−０．５倍した−０．５ＶＤＤが得られる。

次に、電源電位ＶＤＤが所定値より高いときにはチャージポンプ回路３０の動作を停止させる。即ち、クロックＣＬＫを停止するか、回路への入力を遮断する。そして、前述したように、第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２を両方オンさせるとともに、第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１のオン抵抗を、前記電位ＶＤが前記基準電位ＶＲＥＦと等しくなるように制御する。

これにより、駆動用ＭＯＳトランジスタ１１に定電流を流す。この動作により、出力端子Ｐｏｕｔの出力電位ＶｏｕｔはＭ１，Ｍ２のオン抵抗により、接地電位ＶＳＳより高くなる。即ち、出力端子Ｐｏｕｔの出力電位Ｖｏｕｔは正になるため、このままでは、第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２の寄生ダイオードＤ２，Ｄ３に不要な順方向電流が流れてしまい、出力端子Ｐｏｕｔの出力電位Ｖｏｕｔが制御不能となる。

そこで、第１のスイッチング回路ＳＷ１により、第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１のバックゲートＧ１を接地電位ＶＳＳに接続するように切り換える。（図１中の破線による結線）こうすることで、寄生ダイオードＤ１が逆バイアスされ、出力端子Ｐｏｕｔから接地電位ＶＳＳへのダイオード電流を遮断することができる。

上述したように本実施形態のチャージポンプ回路３０によれば、バックゲートＧ１の切り換えにより、その出力端子Ｐｏｕｔの出力電位Ｖｏｕｔが正電位、負電位になるような動作条件下において、ダイオードリークパスを無くし、白色ＬＥＤ１０の駆動回路を適切に制御することが可能になる。ダイオードリークパスを無くす代替手法としては、第１及び第２の電荷転送ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２に対して、もう１つの直列接続ＭＯＳトランジスタを追加することも考えられる。

しかしながら、その分、電荷転送パスのＭＯＳトランジスタのオン抵抗が増大してしまい大出力電流が得られなくなる。そのオン抵抗の増大を抑えるには、電荷転送のために元々大きく設計されたトランジスタサイズを更に大きくしなければならずレイアウトパターン面積の増大を招いてしまう。本実施形態のチャージポンプ回路３０によれば、１つの電荷転送用ＭＯＳトランジスタのバックゲートＧ１の切り換えだけで対応しており、第１のスイッチング回路ＳＷ１を構成するトランジスタサイズは小さくて良いことから、レイアウトパターン面積の増大を抑えることができる。

次に、第１のスイッチング回路ＳＷ１の具体的な回路構成について図３を参照しながら説明する。図３は、図１の要部を抜き出した回路図であり、寄生ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３は図示されていない。第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１のバックゲートＧ１と第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２の接続点（電位Ｘ）との間に２つのスイッチ用Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタＭＮＡ，ＭＮＢが直列に接続され、また第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１のバックゲートＧ１と接地電位ＶＳＳとの間に２つのスイッチ用Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタＭＮＣ，ＭＮＤが直列に接続されている。ＭＮＡ、ＭＮＢ、ＭＮＣ、ＭＮＤのゲート電位をそれぞれＮＡ，ＮＢ，ＮＣ，ＮＤとする。

チャージポンプ回路３０が動作して出力端子Ｐｏｕｔから出力電位Ｖｏｕｔとして負の電位（−０．５ＶＤＤ）を出力する場合には、ＮＡ，ＮＢにそれぞれ電源電位ＶＤＤを印加して、ＭＮＡ、ＭＮＢをオンさせる。また、ＮＣには電位Ｘ、ＮＤには接地電位ＶＳＳを印加して、ＭＮＣ、ＭＮＤをオフさせる。これにより、第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１のバックゲートＧ１は電位Ｘに設定される。

一方、チャージポンプ回路３０が動作を停止して出力端子Ｐｏｕｔから出力電位Ｖｏｕｔとして正の電位を出力する場合には、ＮＣ、ＮＤに電源電位ＶＤＤを印加してＭＮＣ、ＭＮＤをオンさせる。また、ＮＡには電位Ｘ、ＮＢには接地電位ＶＳＳを印加してＭＮＡ、ＭＮＢをオフさせる。これにより第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１のバックゲートＧ１は接地電位ＶＳＳに設定される。これにより、チャージポンプ回路３０の動作中、動作停止中の両方において出力端子Ｐｏｕｔから接地電位ＶＳＳにダイオード電流が流れ込まないようにできる。

次に、本発明の第２の実施形態に係るチャージポンプ回路について図４を参照しながら説明する。このチャージポンプ回路３０には、第１の実施形態の回路に加えて、出力端子Ｐｏｕｔと接地電位ＶＳＳの間にＮチャネル型のプルダウン用ＭＯＳトランジスタＭ８が接続されている。前述のようにチャージポンプ回路の動作を停止させるときには、第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２を両方オンさせるが、出力電位Ｖｏｕｔと接地電位ＶＳＳ間のインピーダンスを十分下げることができず、白色ＬＥＤ１０に所定の定電流を供給できなくなる場合がある。

そこで、チャージポンプ回路の動作を停止させるときには、プルダウン用ＭＯＳトランジスタＭ８をオンさせることで出力電位Ｖｏｕｔと接地電位ＶＳＳ間のインピーダンスを下げるようにしている。プルダウン用ＭＯＳトランジスタＭ８はチャージポンプ回路の動作中はオフに設定される。また、プルダウン用ＭＯＳトランジスタＭ８のオン・オフは制御回路３１によって制御される。

また、第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１と同様に、プルダウン用ＭＯＳトランジスタＭ８に付随する寄生ダイオードに不要な順方向電流が流れないように、チャージポンプ回路３０が動作を停止しているときは、プルダウン用ＭＯＳトランジスタＭ８のバックゲートＧ２を接地電位ＶＳＳに接続し、チャージポンプ回路３０が動作しているときはバックゲートＧ２を出力電位Ｖｏｕｔに接続するように切り換える第２のスイッチング回路ＳＷ２を設けた。

次に、第２のスイッチング回路ＳＷ２の具体的な回路構成について図４を参照しながら説明する。プルダウン用ＭＯＳトランジスタＭ８のバックゲートＧ２と出力端子Ｐｏｕｔの間に２つのスイッチ用Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタＭＮ１Ａ，ＭＮ１Ｂが直列に接続され、またプルダウン用ＭＯＳトランジスタＭ８のバックゲートＧ２と接地電位ＶＳＳとの間に２つのスイッチ用Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタＭＮ１Ｃ，ＭＮ１Ｄが直列に接続されている。ＭＮ１Ａ、ＭＮ１Ｂ、ＭＮ１Ｃ、ＭＮ１Ｄのゲート電位をそれぞれＮ１Ａ，Ｎ１Ｂ，Ｎ１Ｃ，Ｎ１Ｄとする。

チャージポンプ回路３０が動作して出力端子Ｐｏｕｔから出力電位Ｖｏｕｔとして負の電位（−０．５ＶＤＤ）を出力する場合には、Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂにそれぞれ電源電位ＶＤＤを印加して、ＭＮ１Ａ、ＭＮ１Ｂをオンさせる。また、Ｎ１Ｃには出力電位Ｖｏｕｔ、Ｎ１Ｄには接地電位ＶＳＳを印加して、ＭＮ１Ｃ、ＭＮ１Ｄをオフさせる。これにより、プルダウン用ＭＯＳトランジスタＭ８のバックゲートＧ２は出力電位Ｖｏｕｔに設定される。

一方、チャージポンプ回路３０が動作を停止して出力端子Ｐｏｕｔから出力電位Ｖｏｕｔとして正の電位を出力する場合には、Ｎ１Ｃ、Ｎ１Ｄに電源電位ＶＤＤを印加してＭＮ１Ｃ、ＭＮ１Ｄをオンさせる。また、Ｎ１Ａには出力電位Ｖｏｕｔ、Ｎ１Ｂには接地電位ＶＳＳを印加してＭＮ１Ａ、ＭＮ１Ｂをオフさせる。これによりプルダウン用ＭＯＳトランジスタＭ８のバックゲートＧ２は接地電位ＶＳＳに設定される。これにより、チャージポンプ回路３０の動作中、動作停止中の両方において出力端子Ｐｏｕｔから接地電位ＶＳＳに寄生ダイオードによる順方向電流が流れ込まないようにできる。なお、本発明の第２のスイッチング回路ＳＷ２は、ＭＮ１ＢとＭＮ１Ｃの２つのＮチャネル型トランジスタで構成するものでも良い。

次に、本発明の第３の実施形態に係るチャージポンプ回路について図５を参照しながら説明する。このチャージポンプ回路は正の昇圧電位を出力端子Ｐｏｕｔから出力する回路である。Ｐチャネル型の第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１１，Ｍ１２が直列に接続されている。第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタのソースには電源電位ＶＤＤが供給されている。また、第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１１，Ｍ１２の接続点にコンデンサＣの第１の端子が接続され、コンデンサＣの第２の端子にはＣＭＯＳインバータから成るクロックドライバーＣＤの出力が印加されている。ＭＲは出力端子Ｐｏｕｔと接地電位ＶＳＳとの間に接続されたＮチャネル型のリセット用ＭＯＳトランジスタである。

クロックドライバーＣＤの入力にはクロックＣＬＫが印加されている。また、第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１１のバックゲートＧ３は、スイッチング回路ＳＷ３により、チャージポンプ回路の動作中には第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１１，Ｍ１２の接続点の電位Ｙに設定され、チャージポンプ回路の動作停止中には電源電位ＶＤＤに設定されるように構成されている。

スイッチング回路ＳＷ３の具体的な回路構成は以下の通りである。第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１１のバックゲートＧ３と第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１１，Ｍ１２の接続点（その電位を電位Ｙとする）との間に２つのスイッチ用Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタＭＰＡ，ＭＰＢが直列に接続され、また第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１１のバックゲートＧ３と電源電位ＶＤＤとの間に２つのスイッチ用Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタＭＰＣ，ＭＰＤが直列に接続されている。ＭＰＡ、ＭＰＢ、ＭＰＣ、ＭＰＤのゲート電位をそれぞれＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤとする。

このチャージポンプ回路が動作して出力端子Ｐｏｕｔから出力電位Ｖｏｕｔとして正の電位（例えば２ＶＤＤ）を出力する場合には、ＰＡ，ＰＢにそれぞれ接地電位ＶＳＳを印加して、ＭＰＡ、ＭＰＢをオンさせる。また、ＰＣには電位Ｙ、ＰＤには電源電位ＶＤＤを印加して、ＭＰＣ、ＭＰＤをオフさせる。これにより、第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１１のバックゲートＧ３は電位Ｙに設定される。リセット用ＭＯＳトランジスタＭＲは、ゲート信号Ｒがロウレベルに設定されることによりオフに設定される。

一方、このチャージポンプ回路が動作を停止する場合には、リセット用ＭＯＳトランジスタＲをオンに設定する。そして、ＰＣ、ＰＤに接地電位ＶＳＳを印加してＭＰＣ、ＭＰＤをオンさせる。また、ＰＡには電位Ｙ、ＰＢには電源電位ＶＤＤを印加してＭＰＡ、ＭＰＢをオフさせる。これにより第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタＭ１１のバックゲートＧ３は電源電位ＶＤＤに設定される。

これにより、チャージポンプ回路の動作中には図６（ａ）に示す寄生ダイオードが形成されるので、出力端子Ｐｏｕｔから電源電位ＶＤＤにダイオード電流が流れ込まないようにできる。また動作停止中においては、図６（ｂ）に示す寄生ダイオードが形成されるので、出力端子Ｐｏｕｔは接地電位ＶＳＳにリセットされると共に、電源電位ＶＤＤから出力端子Ｐｏｕｔ（接地電位ＶＳＳ）にダイオード電流が流れ込まないようにできる。これによりチャージポンプ回路の動作停止時の消費電力が低減される。

このチャージポンプ回路のダイオードリークパスを無くす代替手法としては、図７に示すように、第１及び第２の電荷転送ＭＯＳトランジスタＭ１１，Ｍ１２に対して、もう１つの直列接続ＭＯＳトランジスタ１３を追加することも考えられる。しかしながら、その分、電荷転送パスのＭＯＳトランジスタのオン抵抗が増大してしまい大出力電流が得られなくなる。

そのオン抵抗の増大を抑えるには、電荷転送のために元々大きく設計されたトランジスタサイズを更に大きくしなければならずレイアウトパターン面積の増大を招いてしまう。本実施形態のチャージポンプ回路によれば、１つの電荷転送用ＭＯＳトランジスタのバックゲートＧ３の切り換えだけで対応しており、スイッチング回路ＳＷ３を構成するトランジスタサイズは小さくて良いことから、レイアウトパターン面積の増大を抑えることができる。

本発明の第１の実施形態に係るチャージポンプ回路の回路図である。本発明の第１の実施形態に係るチャージポンプ回路の第１の電荷転送ＭＯＳトランジスタを示す断面図である。本発明の第１の実施形態に係るチャージポンプ回路のスイッチング回路の具体的な回路図である。本発明の第２の実施形態に係るチャージポンプ回路の回路図である。本発明の第３の実施形態に係るチャージポンプ回路の回路図である。本発明の第３の実施形態に係るチャージポンプ回路の寄生ダイオードを示す図である。参考例に係るチャージポンプ回路の回路図である。

符号の説明

１０白色ＬＥＤ１１駆動用ＭＯＳトランジスタ１２高抵抗素子
１３ダイオード３０チャージポンプ回路３１制御回路
ＣＤクロックドライバーＳＷ１第１のスイッチング回路
ＳＷ２第２のスイッチング回路

Claims

入力電位が印加された第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタと、
前記第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタに直列接続された第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタと、
前記第１及び第２の電荷転送用デバイスに容量結合されたコンデンサと、
前記コンデンサにクロックを供給するクロックドライバーと、
前記第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタの導通を制御する制御回路と、
前記第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタのバックゲートを前記第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタの接続点の電位と前記入力電位とのいずれか一方の電位に設定するように切り換える第１のスイッチング回路と、を備え、前記第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタから出力電位を得ることを特徴とするチャージポンプ回路。
前記第１のスイッチング回路は、チャージポンプ回路の動作中には前記第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタのバックゲートを前記第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタの接続点の電位に設定し、チャージポンプ回路の動作停止中には前記第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタのバックゲートを前記入力電位に設定することを特徴とする請求項１に記載のチャージポンプ回路。
前記出力電位と接地電位の間に接続されたプルダウン用ＭＯＳトランジスタと、チャージポンプ回路の動作中には前記プルダウン用ＭＯＳトランジスタのバックゲートを前記出力電位に設定し、チャージポンプ回路の動作停止中には前記プルダウン用ＭＯＳトランジスタのバックゲートを接地電位に設定する第２のスイッチング回路を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のチャージポンプ回路。
前記第１のスイッチング回路は、前記第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタのバックゲートと前記第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタの接続点との間に接続された第１のスイッチと、前記第１の電荷転送用ＭＯＳトランジスタのバックゲートと前記入力電位の間に接続された第２のスイッチから成ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のチャージポンプ回路。
前記第１のスイッチは、直列接続された第１及び第２の制御用ＭＯＳトランジスタから成ることを特徴とする請求項４に記載のチャージポンプ回路。
前記第１のスイッチをオンさせるときは前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲートに第１の電位を印加し、前記第１のスイッチをオフさせるときは前記第１の制御用ＭＯＳトランジスタのゲートに前記第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタの接続点の電位を印加すると共に前記第２の制御用ＭＯＳトランジスタのゲートに前記入力電位を印加することを特徴とする請求項５に記載のチャージポンプ回路。
前記第２のスイッチは、直列接続された第３及び第４の制御用ＭＯＳトランジスタから成ることを特徴とする請求項４に記載のチャージポンプ回路。
前記第２のスイッチをオンさせるときは前記第３及び第４の制御用
ＭＯＳトランジスタのゲートに第１の電位を印加し、前記第２のスイッチをオフさせるときは前記第３の制御用ＭＯＳトランジスタのゲートに前記第１及び第２の電荷転送用ＭＯＳトランジスタの接続点の電位を印加すると共に前記第４の制御用ＭＯＳトランジスタのゲートに前記入力電位を印加することを特徴とする請求項７に記載のチャージポンプ回路。