JP2006115682A - 電圧発生回路 - Google Patents

電圧発生回路 Download PDF

Info

Publication number
JP2006115682A
JP2006115682A JP2005232778A JP2005232778A JP2006115682A JP 2006115682 A JP2006115682 A JP 2006115682A JP 2005232778 A JP2005232778 A JP 2005232778A JP 2005232778 A JP2005232778 A JP 2005232778A JP 2006115682 A JP2006115682 A JP 2006115682A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
node
vdd
terminal
capacitive element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005232778A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoichi Hida
洋一 飛田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2005232778A priority Critical patent/JP2006115682A/ja
Priority to TW094127913A priority patent/TW200627765A/zh
Priority to US11/224,142 priority patent/US20060055448A1/en
Priority to KR1020050085680A priority patent/KR100670216B1/ko
Publication of JP2006115682A publication Critical patent/JP2006115682A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C5/00Details of stores covered by group G11C11/00
    • G11C5/14Power supply arrangements, e.g. power down, chip selection or deselection, layout of wirings or power grids, or multiple supply levels
    • G11C5/147Voltage reference generators, voltage or current regulators; Internally lowered supply levels; Compensation for voltage drops
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0083Converters characterised by their input or output configuration
    • H02M1/009Converters characterised by their input or output configuration having two or more independently controlled outputs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)
  • Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

【課題】薄膜トランジスタに印加される逆電圧を小さくすることで、薄膜トランジスタのオン電流の経時的劣化を低減する電圧発生回路を提供する。
【解決手段】VDDから2VDDまで電圧変化するノード16に、PMOSトランジスタ12のソースを接続する。そしてドレインには、ノード17において、交差接続されたNMOSトランジスタ18,19のドレインを接続する。また、NMOSトランジスタ18,19のソースには2VDDまで充電された容量素子20,9の各一端を夫々接続する。交差接続されたNMOSトランジスタ18,19により、容量素子9,20の他端から入力される信号によらず、ノード17の電圧は一定(2VDD)となる。PMOSトランジスタ12のゲートに2VDDの電圧を印加することで、オフ状態にできる。その結果、PMOSトランジスタ12の逆電圧(オフ状態でのゲート・ソース間電圧)は最大でもVDDにできる。
【選択図】図1

Description

本発明は、電圧発生回路に関し、特に低温ポリシリコン技術で形成された薄膜トランジスタを用いた電圧発生回路に関する。
従来の電圧発生回路は、複数の容量素子と複数のトランジスタを組み合わせて所定の電圧を発生させている。
例えば、VDDの入力電圧を昇圧して3VDDの出力電圧を出力する電圧発生回路は以下のような構成を備えている。
入力電圧を入力する入力端子に一端が接続された第1容量素子と、前記第1容量素子の一端にソースが接続された第1PMOSトランジスタと、前記第1PMOSトランジスタのドレインに一端が接続された第2容量素子と、前記第2容量素子の一端にソースが接続された第2PMOSトランジスタと、前記第2PMOSトランジスタのドレイン及び出力電圧を出力する出力端子に一端が接続された第3容量素子とにより構成されている。
そして、以下のように動作することで3VDDの電圧を発生している。
まず、第1PMOSトランジスタをオフ状態にしておき、第1容量素子をVDDまで充電する。次に第1容量素子の他端に電圧VDDを印加して、第1容量素子の一端の電圧をVDDから2VDDへ昇圧する。さらに、第1PMOSトランジスタをオン状態にすることで、第1容量素子から第2容量素子へ負荷電流を流し、第2容量素子を2VDDまで充電する。
次に、第1PMOSトランジスタをオフ状態にして第2容量素子の他端にVDDの電圧を印加する。そして、第2容量素子の一端の電圧を3VDDまで昇圧する。次に第2PMOSトランジスタをオン状態にして、第2容量素子から第3容量素子へ負荷電流を流して第3容量素子を3VDDまで充電する。そうして、第3容量素子の一端に接続された出力端子から3VDDの出力電圧を取り出すことができる。
なお、本発明に関連する先行技術が特許文献1に開示されている。
特開昭63−290159号公報 浦丘行治 他「低温ポリシリコン薄膜トランジスタのホットキャリア劣化」平成14年度応用物理学会中国四国支部研究会講演予稿集、p.78−83
しかしながら、第2容量素子の一端の電圧を3VDDまで昇圧した際、第1PMOSトランジスタをオフ状態にするためには、ゲートに3VDDの電圧を印加する必要がある。この時、第1PMOSトランジスタのソースが接続された第1容量素子の一端の電圧はVDDである。そのため、第1PMOSトランジスタには、オフ状態時に大きな(上記の例では2VDD)ゲート・ソース間電圧(以下、オフ状態でのゲート・ソース間電圧を「逆電圧」と称する場合がある。)が印加される。
ここで、第1,2PMOSトランジスタとして低温ポリシリコン技術で形成された薄膜トランジスタを用いた場合、薄膜トランジスタは、逆電圧が大きくなるほど劣化が顕著になることが知られている(非特許文献1参照)。
すなわち、薄膜トランジスタは、オフ状態の時にゲート・ソース間の電圧が大きくなると、逆電圧の印加時間に応じて薄膜トランジスタのオン電流が小さくなる。その結果、薄膜トランジスタの駆動能力が低下し、所定の電圧が生成されなくなるという問題があった。
そこで本発明の目的は、薄膜トランジスタに印加される逆電圧を小さくすることで、薄膜トランジスタのオン電流の経時的劣化を低減する電圧発生回路を提供することである。
請求項1に記載の発明は、単位電圧発生回路を複数個従続接続した電圧発生回路であって、前記単位電圧発生回路は、入力電圧が入力される一方端子を有する第1電界効果トランジスタと、前記第1電界効果トランジスタの他方端子に一端が接続された第1容量素子と、前記第1容量素子の一端に一方端子が接続された第2電界効果トランジスタと、出力電圧が出力される前記第2電界効果トランジスタの他方端子に一端が接続された第2容量素子と、を備えることを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、入力電圧が入力される一方端子を有する第1電界効果トランジスタと、前記第1電界効果トランジスタの他方端子に一端が接続された第1容量素子と、前記第1容量素子の一端に一方端子が接続された第2電界効果トランジスタと、出力電圧が出力される前記第2電界効果トランジスタの他方端子に一端が接続された第2容量素子と、前記第1電界効果トランジスタと交差接続された第3電界効果トランジスタと、を備えることを特徴とする。
請求項1に記載の発明によれば、単位電圧発生回路を構成する第1,2電界効果トランジスタがオフ状態のとき、ゲート・ソース間の電圧差を小さくできる。その結果、薄膜トランジスタを用いた電圧発生回路に適用した場合、第1,2電界効果トランジスタのオン電流の経時的劣化を低減することができる。
請求項7に記載の発明によれば、第1電界効果トランジスタと、第3電界効果トランジスタとが交差接続されているので、第1容量素子より第1電界効果トランジスタと第2電界効果トランジスタの接続ノードに電流を供給する時、第1電界効果トランジスタを十分にOFFでき、電圧発生を効率よくすることができる。
<実施の形態1>
図1は、本実施の形態に係る電圧発生回路の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る電圧発生回路は、単位電圧発生回路CP1と、単位電圧発生回路CP1にノード17において接続された単位電圧発生回路CP2によって構成されている。
まず、単位電圧発生回路CP1の構成について説明する。NMOSトランジスタ10(第3電界効果トランジスタ)のドレイン(一方端子である電流入力端子)が端子6に接続され、ソース(他方端子である電流出力端子)はノード15において容量素子7の一端及びNMOSトランジスタ11(第1電界効果トランジスタ)のゲート(制御端子である電流制御端子)に接続されている。端子6には電圧VDD(入力電圧)が入力されている。
容量素子7の他端は、端子2に接続され、端子2には信号P1が入力されている。NMOSトランジスタ11のドレインは端子6に接続され、ソースはノード16において容量素子8(第1容量素子)の一端及びNMOSトランジスタ10のゲートに接続されている。また容量素子8の他端は、端子3に接続され、端子3には信号P2が入力されている。
ここで、NMOSトランジスタ10とNMOSトランジスタ11は交差接続を構成している。
PMOSトランジスタ12(第2電界効果トランジスタ)のソース(一方端子である電流入力端子)がノード16に接続され、ドレイン(他方端子である電流出力端子)はノード17において容量素子21(第2容量素子)の一端に接続されている。PMOSトランジスタ12のゲートは端子4に接続され、端子4には信号P3が入力されている。容量素子21の他端は接地されている。容量素子21は、ノード17の電圧レベルを安定化するための安定化容量素子であり、後述する端子1に接続される負荷が小さい場合は省略してもよい。
次に、単位電圧発生回路CP2の構成について説明する。NMOSトランジスタ18のドレインがノード17に接続され、ソースはノード22において容量素子20の一端及びNMOSトランジスタ19のゲートに接続されている。容量素子20の他端は、端子2Dに接続され、端子2Dには信号P1が入力されている。
NMOSトランジスタ19のドレインはノード17に接続され、ソースはノード23において容量素子9の一端及びNMOSトランジスタ18のゲートに接続されている。また容量素子9の他端は、端子3Dに接続され、端子3Dには信号P2が入力される。ここで、NMOSトランジスタ18とNMOSトランジスタ19は交差接続を構成している。
PMOSトランジスタ13のソースがノード23に接続され、ドレインが端子1及び容量素子14の一端に接続されている。容量素子14の他端は接地されている。PMOSトランジスタ13のゲートには端子24が接続され、端子24には信号P3Dが入力されている。
信号P1,P2,P3,P3Dは、電圧発生回路を制御するための制御信号(繰り返し信号)である。
次に、本実施の形態に係る電圧発生回路の動作について説明する。説明を容易にするため、以下の説明では、無負荷時の定常状態の動作について説明する。定常状態では、容量素子7,8は電圧VDDで充電されている。また、容量素子9,20,21は電圧2VDDで充電されている。そして容量素子14は、電圧3VDDで充電されている。
図2は、本実施の形態に係る電圧発生回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。信号P1,P2,P3及びP3D、及びノード15,16,17,22,23の電圧波形を夫々示している。
まず単位電圧発生回路CP1の動作について説明する。
時刻t1では、信号P1はGND(0V)のまま、信号P2がGNDから電圧VDDまで上昇する。この時、ノード16の電位はVDDから2VDDまで上昇する。ノード16の電位が2VDDまで上昇すると、NMOSトランジスタ10のゲート・ソース間電圧がVDDとなり、オン状態に遷移する。
端子6の電圧レベルはVDDなので、ノード15の電圧レベルはVDDとなる。そのため、リーク電流によりノード15の電圧レベルが低下しても、ノード15はVDDまで補償される。
また、NMOSトランジスタ11のゲートにはVDDの電圧が印加される。NMOSトランジスタ11のゲート・ソース間電圧は、−VDDであり、NMOSトランジスタ11はオフ状態のままである。そのため、ノード16から端子6へリーク電流が流れ、ノード16の電圧レベルが低下するのを防ぐことができる。
次に時刻t2において、信号P3の電圧レベルが2VDDからGNDへ遷移する。ここで、P3の電圧2VDDは例えば容量素子21の出力電圧2VDDを電源電圧として用いた駆動回路(図示せず)から生成される。このことは後述のP3Dの3VDDについても同じである。PMOSトランジスタ12は、ゲート・ソース間電圧が−2VDDとなり、オフ状態からオン状態に遷移する。通常は、ノード16から、PMOSトランジスタ12を介して、容量素子21へ負荷電流が流れる。そして、容量素子21を2VDDまで充電する。しかし、無負荷時の定常状態の動作を考えており、既に容量素子21は2VDDに充電されているので負荷電流は流れない。
続いて時刻t3では、信号P3の電圧レベルがGNDから2VDDへ遷移する。その結果、PMOSトランジスタ12のゲート・ソース間電圧は0Vとなり、オン状態からオフ状態に遷移する。そのため、ノード16の電圧レベルが変化しても、ノード17の電圧レベルは2VDDを維持する。
時刻t4では、信号P2の電圧レベルがVDDからGNDへ遷移する。ノード16の電圧レベルが2VDDからVDDへ遷移する。この時、PMOSトランジスタ12のゲートには2VDDの電圧が印加されており、ゲート・ソース間電圧はVDDでオフ状態となっている。PMOSトランジスタ12はオフ状態になっているので、ノード17からPMOSトランジスタ12を介してノード16へ電流が流れ、ノード17の電圧レベルが低下するおそれはない。
時刻t5では、信号P1の電圧レベルがGNDからVDDへ遷移する。容量素子7はVDDまで充電されているので、ノード15の電圧レベルはVDDから2VDDへ遷移する。この結果、NMOSトランジスタ11のゲート・ソース間電圧はVDDとなり、NMOSトランジスタ11はオン状態に遷移する。ノード16は、NMOSトランジスタ11を介して端子6と接続される。そのため、通常は、端子6からノード16へ負荷電流が流れ、容量素子8をVDDまで充電し、ノード16の電圧レベルはVDDとなる。しかし、今は無負荷時の定常状態での動作を考えており、容量素子8はVDDまで充電されているので、ノード16の電圧レベルに変化は生じない。
時刻t6,t7では、時刻t5での状態を維持する。
時刻t8では、信号P1の電圧レベルがVDDからGNDへ遷移する。ノード15の電圧レベルは2VDDからVDDへ遷移する。NMOSトランジスタ11のゲート・ソース間電圧は0Vとなり、NMOSトランジスタ11はオフ状態となる。
次に、単位電圧発生回路CP2の動作について説明する。
時刻t1で信号P2がGNDから電圧VDDまで上昇すると、ノード23の電位は、2VDDから3VDDまで上昇する。ノード23の電位が3VDDまで上昇すると、NMOSトランジスタ18のゲート・ソース間電圧がVDDとなり、NMOSトランジスタ18は、オン状態に遷移する。
ノード17の電圧レベルは2VDDなので、ノード22の電圧レベルもまた2VDDとなる。そのため、リーク電流によりノード22の電圧レベルが低下しても、ノード22は2VDDまで補償される。
ここで、NMOSトランジスタ19のゲートは、ノード22に接続されている。ノード22の電圧レベルは2VDDなので、ノード23の電圧レベルが3VDDに上昇した場合でも、NMOSトランジスタ19はオフ状態となっている。そのため、ノード17の電圧レベルは、ノード23の電圧レベルが上昇しても、2VDDを維持する。
時刻t2では、信号P3Dの電圧レベルが、3VDDからGNDに遷移する。その結果、PMOSトランジスタ13のゲート・ソース間電圧は−3VDDとなり、オフ状態からオン状態に遷移する。ノード23から、PMOSトランジスタ13を介して、容量素子14へ負荷電流が流れる。そして、容量素子14を3VDDまで充電する。しかし、今は定常状態の動作を考えており、既に容量素子14は充電されているので負荷電流は流れない。容量素子14が3VDDまで充電されていることにより、端子1から3VDDの出力電圧が出力される。
時刻t3では、信号P3Dの電圧レベルがGNDから3VDDへ遷移する。その結果、PMOSトランジスタ13のゲート・ソース間電圧は0Vとなり、オン状態からオフ状態に遷移する。そのため、ノード23の電圧レベルが変化しても、端子1の電圧レベルは3VDDを維持する。
時刻t4では、信号P2の電圧レベルがVDDからGNDへ遷移する。そのため、ノード23の電圧レベルが3VDDから2VDDへ遷移する。PMOSトランジスタ13のゲートには3VDDの電圧が印加されており、PMOSトランジスタ13のゲート・ソース間電圧はVDDとなっている。そのためPMOSトランジスタ13はオフ状態になっており、端子1からPMOSトランジスタ13を介してノード23へ電流が流れて端子1の電圧レベルが低下するおそれはない。
続いて時刻t5では、信号P1の電圧レベルがGNDからVDDへ遷移する。容量素子20は2VDDまで充電されているので、ノード22の電圧レベルは2VDDから3VDDへ遷移する。この結果、NMOSトランジスタ19のゲート・ソース間電圧はVDDとなり、NMOSトランジスタ19はオン状態に遷移する。ノード23は、NMOSトランジスタ19を介してノード17と接続される。そのため、ノード17からノード23へ負荷電流が流れ、容量素子9を2VDDまで充電し、ノード23の電圧レベルは2VDDとなる。しかし、今は定常状態での動作を考えており、容量素子9は2VDDまで充電されているので、ノード23の電圧レベルに変化は生じない。
また、ノード22の電圧レベルが2VDDから3VDDに遷移しても、NMOSトランジスタ18はオフ状態となっているため、ノード17の電圧レベルが3VDDに遷移するおそれはない。
時刻t6,t7では、時刻t5での状態を維持する。
時刻t8では、信号P1の電圧レベルがVDDからGNDへ遷移する。ノード22の電圧レベルは3VDDから2VDDへ遷移する。NMOSトランジスタ19のゲート・ソース間電圧は0Vとなり、NMOSトランジスタ19はオフ状態となる。
本実施の形態に係る電圧発生回路は、NMOSトランジスタ18,19が交差接続されているので、ノード22,23の電圧レベルが上昇しても、ノード17の電圧レベルは2VDDに保たれている。また、ノード16の電圧レベルの範囲はVDDから2VDDである。従って、PMOSトランジスタ12をオフ状態にするには、ゲートに2VDDの電圧を印加すればよい。そのため、ノード16の電圧レベルがVDDに遷移しても、PMOSトランジスタ12の逆電圧はVDDとなる。
また、端子1の電圧レベルは3VDDに保たれ、ノード23の電圧レベルの範囲は2VDDから3VDDである。そのため、PMOSトランジスタ13のゲートには3VDDの電圧を印加することでオフ状態にできる。ノード23の電圧レベルが2VDDに遷移しても、PMOSトランジスタ13の逆電圧はVDDとなる。
PMOSトランジスタ12,13に印加される逆電圧をVDDにできるので、大きな逆電圧が印加されることによるPMOSトランジスタ12,13の駆動能力の低下を防止することができる。
以上の説明では、説明を容易にするため、VDDとGNDの電圧レベルを用いた。基準電圧VR、信号P2の電圧振幅をVWとすると、端子1から出力される出力電圧V1は、一般的にV1=VR+2・VWで表される。図1の例では、基準電圧VR=VDD、電圧振幅VW=VDDなので、出力電圧V1は3VDDとなる。
また、図1においては、端子6から入力される電圧VDDと容量素子8,9が負荷電流を供給する役割をしている。そのため、信号P2には電流駆動能力が要求されるので、例えば信号P2は、LSIの主電源により生成され、高レベルはVDD、低レベルは0Vに設定される。
なお、信号P1,P2の電圧レベルは必ずしも等しくする必要はない。また、容量素子9,20を駆動する信号としてP1,P2を用いているが、P1,P2と同一の位相関係にあれば、別の信号を入力するようにしてもよい。
さらに、単位電圧発生回路を増やすことにより、逆電圧を大きくすることなくより高い出力電圧を発生することができる。
<実施の形態2>
図3は、本実施の形態に係る電圧発生回路の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る電圧発生回路は、実施の形態1において、NMOSトランジスタ10,11及びNMOSトランジスタ18,19で構成される交差接続部分(図1参照)をNMOSトランジスタ11(第1電界効果トランジスタ)及びNMOSトランジスタ19(第1電界効果トランジスタ)で置き換えた構成となっている。
そして、NMOSトランジスタ11,19のゲートには、実施の形態1において、印加される電圧レベルと同様の信号が印加される。具体的には、実施の形態1では信号P1がGNDからVDDに遷移することにより、NMOSトランジスタ11のゲートにはVDDから2VDDへ遷移する電圧が印加される。
そのため、本実施の形態では、NMOSトランジスタ11のゲートに、信号P1と同一位相で、VDDから2VDDへ遷移する信号P1Dが入力されるように構成する。NMOSトランジスタ19も同様に、P1と同一位相で、電圧レベルが2VDDから3VDDに遷移する信号を入力する。
その他の構成は、実施の形態1と同様であり、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
まず、本実施の形態に係る単位電圧発生回路CP1の構成について説明する。NMOSトランジスタ11のドレインが端子6に接続されている。端子6には電圧VDDが入力されている。NMOSトランジスタ11のソースが、ノード16において、PMOSトランジスタ12のソース及び容量素子8の一端に接続されている。容量素子8の他端は端子3に接続され、端子3には信号P2が入力されている。NMOSトランジスタ11のゲートは端子25に接続され、端子25には信号P1Dが入力されている。
PMOSトランジスタ12のドレインはノード17において容量素子21の一端及びNMOSトランジスタ19のドレインに接続されている。容量素子21の他端は接地されている。PMOSトランジスタ12のゲートは端子4に接続され、端子4には信号P3が入力されている。
次に単位電圧発生回路CP2の構成について説明する。NMOSトランジスタ19のソースは、ノード23においてPMOSトランジスタ13のソース及び容量素子9の一端に接続されている。容量素子9の他端は端子3Dに接続されている。端子3Dからは信号P2が入力されている。NMOSトランジスタ19のゲートは、端子26に接続されている。端子26には信号P1DDが入力されている。
PMOSトランジスタ13のドレインが端子1及び容量素子14の一端に接続されている。容量素子14の他端は接地されている。PMOSトランジスタ13のゲートは、端子24に接続されている。端子24には、信号P3Dが入力されている。
次に本実施の形態に係る電圧発生回路の動作について説明する。
図4は、本実施の形態に係る電圧発生回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。信号P1D,P1DD,P2,P3及びP3D、及びノード16,17,23の電圧波形を示している。
説明を容易にするため、以下の説明では、無負荷時の定常状態での動作について説明する。無負荷時の定常状態では、容量素子8は電圧VDDで充電されている。また、容量素子9,21は電圧2VDDまで充電されている。そして容量素子14は、電圧3VDDまで充電されている。
なお、図4には、一周期分の信号が示されている。
まず、単位電圧発生回路CP1の動作について説明する。
時刻t1では、信号P2がGNDから電圧VDDまで上昇する。この時ノード16はVDDから2VDDまで上昇する。また、電圧レベルVDDの信号P1Dが端子25からNMOSトランジスタ11のゲートに入力されている。NMOSトランジスタ11のゲート・ソース間電圧は、−VDDとなり、NMOSトランジスタ11はオフ状態のままである。そのため、ノード16から端子6へリーク電流が流れ、ノード16の電圧レベルが低下することはない。
次に時刻t2では、信号P3の電圧レベルが2VDDからGNDへ遷移する。PMOSトランジスタ12は、ゲート・ソース間電圧が−2VDDとなり、オフ状態からオン状態に遷移する。ノード16から、PMOSトランジスタ12を介して、容量素子21へ負荷電流が流れる。そして、容量素子21を2VDDまで充電する。しかし、無負荷時の定常状態の動作を考えており、既に容量素子21は充電されているので負荷電流は流れない。
続いて時刻t3では、信号P3の電圧レベルがGNDから2VDDへ遷移する。その結果、PMOSトランジスタ12のゲート・ソース間電圧は0Vとなり、オン状態からオフ状態に遷移する。ノード16の電圧レベルが変化しても、ノード17の電圧レベルは2VDDを維持する。
時刻t4では、信号P2の電圧レベルがVDDからGNDへ遷移する。そしてノード16の電圧レベルが2VDDからVDDへ遷移する。この時、PMOSトランジスタ12はオフ状態になっているので、ノード17からPMOSトランジスタ12を介してノード16へ電流が流れてノード17の電圧レベルが低下するおそれはない。
時刻t5では、信号P1Dの電圧レベルがVDDから2VDDへ遷移する。容量素子8はVDDまで充電されているので、NMOSトランジスタ11のゲート・ソース間電圧はVDDとなり、NMOSトランジスタ11はオン状態に遷移する。ノード16は、NMOSトランジスタ11を介して端子6と接続される。そのため、端子6からノード16へ負荷電流が流れ、容量素子8をVDDまで充電し、ノード16の電圧レベルはVDDとなる。しかし、今は定常状態での動作を考えており、容量素子8はVDDまで充電されているので、ノード16の電圧レベルに変化は生じない。
時刻t6,t7では、時刻t5での状態を維持する。
時刻t8では、信号P1Dの電圧レベルが2VDDからVDDへ遷移する。NMOSトランジスタ11のゲート・ソース間電圧は0Vとなり、NMOSトランジスタ11はオフ状態となる。
次に単位電圧発生回路CP2の動作について説明する。
時刻t1で信号P2がGNDから電圧VDDまで上昇すると、ノード23の電位は、2VDDから3VDDまで上昇する。
ここで、時刻t1において、電圧レベル2VDDの信号P1DDがNMOSトランジスタ19のゲートに入力されている。NMOSトランジスタ19のゲート・ソース間電圧は−VDDとなり、NMOSトランジスタ19はオフ状態となる。そのためノード23からNMOSトランジスタ19を介してノード17へ負荷電流が流れ、ノード23の電圧レベルが低下するおそれはない。
時刻t2では、信号P3Dの電圧レベルが3VDDからGNDに遷移する。その結果、PMOSトランジスタ13のゲート・ソース間電圧は−3VDDとなり、オフ状態からオン状態に遷移する。ノード23から、PMOSトランジスタ13を介して、容量素子14へ負荷電流が流れる。そして、容量素子14を3VDDまで充電する。しかし、今は定常状態の動作を考えており、既に容量素子14は充電されているので負荷電流は流れない。容量素子14が3VDDまで充電されていることにより、端子1は3VDDの電圧を出力する。
続いて、時刻t3では、信号P3Dの電圧レベルがGNDから3VDDへ遷移する。その結果、PMOSトランジスタ13のゲート・ソース間電圧は0Vとなり、オン状態からオフ状態に遷移する。そのため、ノード23の電圧レベルが変化しても、端子1の電圧レベルは3VDDを維持する。
時刻t4では、ノード23の電圧レベルが3VDDから2VDDへ遷移する。PMOSトランジスタ13のゲートには3VDDの電圧が印加されており、PMOSトランジスタ13はオフ状態になっている。そのため、端子1からPMOSトランジスタ13を介してノード23へ電流が流れて端子1の電圧レベルが低下するおそれはない。また、ノード23の電圧レベルが2VDDに下がることにより、PMOSトランジスタ13のゲート・ソース間電圧(逆電圧)はVDDとなる。
時刻t5では、信号P1DDの電圧レベルが2VDDから3VDDへ遷移する。容量素子9は2VDDまで充電されているので、NMOSトランジスタ19のゲート・ソース間電圧はVDDとなり、NMOSトランジスタ19はオン状態に遷移する。ノード23は、NMOSトランジスタ19を介してノード17と接続される。そのため、ノード17からノード23へ負荷電流が流れ、容量素子9を2VDDまで充電し、ノード23の電圧レベルは2VDDとなる。しかし、今は定常状態での動作を考えており、容量素子9は2VDDまで充電されているので、ノード23の電圧レベルに変化は生じない。
時刻t6,t7では、時刻t5での状態を維持する。
時刻t8では、信号P1DDの電圧レベルが3VDDから2VDDへ遷移する。NMOSトランジスタ19のゲート・ソース間電圧は0Vとなり、NMOSトランジスタ19はオフ状態となる。
本実施の形態は以上のように構成されているので、実施の形態1と同様にPMOSトランジスタ12,13の逆電圧をVDDにできる。そのため、大きな逆電圧が印加されることによるPMOSトランジスタ12,13の駆動能力の低下を防止することができる。
また、本実施の形態では、交差接続を用いていないので実施の形態1に比べて回路構成を簡単にできる。
なお、信号P1DのHレベルは、2VDDとしている。しかし、NMOSトランジスタ11のオン抵抗を低減するために、より高い電圧を印加できる。例えば、3VDDの電圧を印加してもよい。また、P1DのLレベルの電圧はVDDとしている。そして、NMOSトランジスタ11がオフ状態のとき、逆電圧はノード16・端子25間に印加される電圧であり−VDDとなっているが、逆電圧を小さくするために、信号P1DのLレベルの電圧をVDD+αにしてもよい。しかし、この場合NMOSトランジスタ11のオフマージン(NMOSトランジスタ11をオフ状態に保つために必要な逆電圧のマージン)が減少する。
さらに、信号P1DDのHレベルは、3VDDとしているが、例えば4VDDの電圧を印加するようにすることで、NMOSトランジスタ19のオン抵抗を小さくすることができる。そして、信号P1DDのLレベルを2VDD+αにしてもよい。この場合、NMOSトランジスタ19に印加される逆電圧は、より小さくなるがオフマージンが減少する。
<実施の形態3>
図5は、本実施の形態に係る電圧発生回路の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る電圧発生回路は、実施の形態2においてNMOSトランジスタ11,19をPMOSトランジスタ11D,19Dに置き換えた構成となっている。
PMOSトランジスタ11Dのゲートには信号/P1Dが入力され、PMOSトランジスタ19Dのゲートに信号/P1DDが入力されている。ここで、信号/P1Dは、High(H)レベルが2VDD、Low(L)レベルが0Vの信号である。そして、図4において示した信号P1Dと極性が逆の信号になっている。すなわち、信号P1Dの電圧レベルがVDD(Lレベル)の期間では、信号/P1Dの電圧レベルは、2VDD(Hレベル)となっている。そして、信号P1Dの電圧レベルが2VDD(Hレベル)の期間では、信号/P1Dの電圧レベルは、0V(Lレベル)となっている。
また、信号/P1DDは、Hレベルが3VDD、Lレベルが0Vの信号である。そして図4において示した信号P1DDと逆の極性の信号に対応している。すなわち、信号P1DDの電圧レベルが2VDD(Lレベル)の期間では、信号/P1Dの電圧レベルは、3VDD(Hレベル)となっている。そして、信号P1DDの電圧レベルが3VDD(Hレベル)の期間では、信号/P1DDの電圧レベルは、0V(Lレベル)となっている。
その他の構成は、図3と同様であり同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
また、本実施の形態に係る電圧発生回路の動作は、実施の形態2と同様であるので説明は省略する。
本実施の形態では、NMOSトランジスタ19(図3参照)に代えてPMOSトランジスタ19Dを用いている。その結果、PMOSトランジスタ19Dのゲートに入力される信号を0Vから3VDDに変化する信号にできる。オン状態で、PMOSトランジスタ12に印加されるゲート・ソース間電圧の大きさは2VDDとなる。そのため、実施の形態2のNMOSトランジスタ19のオン時でのゲート・ソース間電圧がVDDであるのに比べ、オン電流を大きくすることができる。
<実施の形態4>
図6は、本実施の形態に係る電圧発生回路の構成を示す回路図である。本実施の形態では、複数個(図の例ではn個)の単位電圧発生回路CP1〜CPnを従続接続した構成となっている。
単位電圧発生回路CP1は、以下のように構成されている。NMOSトランジスタTN1のドレインが端子6に接続され、ソースがノードN11において、PMOSトランジスタTP1のソース及び容量素子C11の一端に接続されている。容量素子C11の他端は端子31に接続され、端子31には信号P2が入力されている。
NMOSトランジスタTN1のゲートは端子51に接続され、端子51には信号P11が入力されている。
PMOSトランジスタTP1のドレインは、ノードN21において、NMOSトランジスタTN2のドレイン及び容量素子C21の一端に接続されている。容量素子C21の他端は接地されている。PMOSトランジスタTP1のゲートは、端子41に接続され、信号P31が入力されている。
次に、単位電圧発生回路CP1に従続接続された単位電圧発生回路CP2について説明する。NMOSトランジスタTN2のドレインがノードN21に接続され、ソースがノードN12において、PMOSトランジスタTP2のソース及び容量素子C12の一端に接続されている。容量素子C12の他端は端子32に接続され、端子32には信号P2が入力されている。
NMOSトランジスタTN2のゲートは端子52に接続され、端子52には信号P12が入力されている。
PMOSトランジスタTP2のドレインは、ノードN22において、NMOSトランジスタTN3(図示せず)のドレイン及び容量素子C22の一端に接続されている。容量素子C22の他端は接地されている。PMOSトランジスタTP2のゲートは、端子42に接続され、信号P32が入力されている。
以下、同様の構成を備える単位電圧発生回路CP3〜CPn−1が、従続接続されている。
そしてn番目の単位電圧発生回路CPnは、単位電圧発生回路CPn−1(図示せず)に接続されている。NMOSトランジスタTNnのドレインがノードN2(n−1)(図示せず)に接続され、ソースがノードN1nにおいて、PMOSトランジスタTPnのソース及び容量素子C1nの一端に接続されている。容量素子C1nの他端は端子3nに接続され、端子3nには信号P2が入力されている。NMOSトランジスタTNnのゲートは端子5nに接続され、端子5nには信号P1nが入力されている。
PMOSトランジスタTPnのドレインは、ノードN2nにおいて容量素子C2nの一端に接続されている。容量素子C2nの他端は接地されている。PMOSトランジスタTPnのゲートは、端子4nに接続され、信号P3nが入力されている。ノードN2nは端子1に接続されている。
信号P11,P31,P12,P32は、実施の形態2の信号P1D,P3,P1DD,P3Dに夫々対応しており、それらと同一位相、同一電圧レベルの信号である。また、単位電圧発生回路CPnの端子5nには、信号P1Dと同一位相で、LレベルがnVDD、Hレベルが(n+1)VDDの信号が入力される。端子4nには、LレベルがGND、Hレベルが(n+1)VDDの信号が入力される。
また定常状態では、容量素子C11は電圧VDD、容量素子C21は電圧2VDDで充電されている。さらに、容量素子C12は電圧2VDD、容量素子C22は3VDDで充電されている。また、容量素子C1nはnVDD、容量素子C2nは(n+1)VDDで充電されている。
単位電圧発生回路CP1〜CPnの夫々の動作は、実施の形態2において説明したものと同様であるので説明は省略する。
単位電圧発生回路CP1は端子6から入力される電圧VDDを受け、ノードN21の電圧レベルを2VDDにする。単位電圧発生回路CP2は、ノードN21から入力される電圧2VDDを受け、ノードN22の電圧レベルを3VDDにする。同様に単位電圧発生回路CPnは、電圧nVDDを受けてノードN2nの電圧レベルを(n+1)VDDにして、端子1から出力する。
本実施の形態では、NMOSトランジスタ、PMOSトランジスタに印加される逆電圧は、VDDとなっている。例えば、NMOSトランジスタTNnの逆電圧は、nVDD(端子5nの電圧)−(n+1)VDD(ノードN1nの電圧)=−VDDとなっている。さらに、PMOSトランジスタTPnの逆電圧は、(n+1)VDD(端子4nの電圧)−nVDD(ノードN1nの電圧)=VDDとなる。
その結果、本実施の形態に係る電圧発生回路は、NMOSトランジスタ、PMOSトランジスタのオン電流の経時的劣化を防止しつつ、(n+1)VDDの電圧を発生することができる。
なお、本実施の形態では、実施の形態2において示した単位電圧発生回路CP1(図3参照)と同一構成の単位電圧発生回路をn個従続接続する構成としたが、実施の形態3において示した単位電圧発生回路CP1(図5参照)と同一構成の単位電圧発生回路をn個従続接続する構成にしてもよい。また、実施の形態2と3の単位電圧発生回路CP1を組み合わせた構成にしてもよい。
<実施の形態5>
図7は、本実施の形態に係る電圧発生回路の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る電圧発生回路は、実施の形態1に示した電圧発生回路と、逆の極性のMOSトランジスタを用いて構成したものである。
図7に示すように電圧発生回路は、単位電圧発生回路/CP1と単位電圧発生回路/CP2により構成されている。
まず単位電圧発生回路/CP1の構成について説明する。
PMOSトランジスタ/10のドレインが接地され、ソースがノード/15において、PMOSトランジスタ/11のゲート及び容量素子/7の一端に接続されている。容量素子/7の他端は端子/2に接続され、端子/2には信号/P1が入力されている。
PMOSトランジスタ/11のドレインは接地され、ソースは、ノード/16においてPMOSトランジスタ/10のゲート及び容量素子/8の一端に接続されている。容量素子/8の他端は端子/3に接続されている。端子/3には、信号/P2が入力されている。
NMOSトランジスタ/12のソースがノード/16に接続され、ドレインがノード/17において容量素子/21の一端に接続されている。容量素子/21の他端は接地されている。NMOSトランジスタ/12のゲートは端子/4に接続され、端子/4には信号/P3が入力されている。
次に単位電圧発生回路/CP2の構成について説明する。
PMOSトランジスタ/18及び/19のドレインがノード/17に接続されている。PMOSトランジスタ/18のソースがノード/22においてPMOSトランジスタ/19のゲート及び容量素子/20の一端に接続されている。容量素子/20の他端は、端子/2Dに接続されている。端子/2Dには信号/P1が入力されている。
PMOSトランジスタ/19のソースがノード/23においてPMOSトランジスタ/18のゲート及び容量素子/9に一端に接続されている。容量素子/9の他端は端子/3Dに接続されている。端子/3Dには信号/P2が入力されている。
NMOSトランジスタ/13のソースがノード/23に接続されている。ドレインは端子/1及び容量素子/14に一端に接続されている。容量素子/14の他端は接地されている。NMOSトランジスタ/13のゲートは端子/24に接続されている。端子/24には信号/P3Dが入力されている。
図8は、本実施の形態に係る電圧発生回路の動作を説明するためのタイミングチャート図である。信号/P1,/P2,/P3及び/P3D、及びノード/15,/16,/17,/22,/23の電圧波形を示している。
説明を容易にするため、以下の説明では、端子/1から電圧−2VDDを出力している無負荷時の定常状態の動作について説明する。
定常状態では、容量素子/7,/8はノード/15,ノード/16の電圧レベルを夫々基準として電圧VDDで充電されている。また、容量素子/9,/20は、ノード/23,/22の電圧レベルを夫々基準として2VDDまで充電されている。容量素子/21は、GNDを基準として電圧−VDDまで充電されている。そして容量素子/14は、GNDを基準として電圧−2VDDまで充電されている。なお、図8には、一周期分の信号が示されている。
まず、単位電圧発生回路/CP1の動作について説明する。
時刻t1では、信号/P1はVDDのまま、信号/P2が電圧VDDからGNDへ遷移する。この時、ノード/16の電圧レベルは0Vから−VDDに下降する。ノード/16の電位が−VDDまで下降すると、PMOSトランジスタ/10のゲート・ソース間電圧が−VDDとなり、オン状態に遷移する。その結果、リーク電流によりノード/15の電圧レベルが上昇しても、ノード/15は0Vに補償される。
また、PMOSトランジスタ/11のゲートには0Vの電圧が印加される。PMOSトランジスタ/11のゲート・ソース間電圧は、VDDであり、PMOSトランジスタ/11はオフ状態のままである。そのため、PMOSトランジスタ/11を介してノード/16へGNDからリーク電流が流れこみ、ノード/16の電圧レベルが上昇するのを防ぐことができる。
次に時刻t2において、信号/P3の電圧レベルが−VDDからVDDへ遷移する。NMOSトランジスタ/12は、ゲート・ソース間電圧が2VDDとなり、オフ状態からオン状態に遷移する。容量素子/21から、NMOSトランジスタ/12を介して、ノード/16へ負荷電流が流れる。そして、容量素子/21を−VDDまで充電する。しかし、今は定常状態の動作を考えており、既に容量素子/21は−VDDまで充電されているので負荷電流は流れない。
時刻t3では、信号/P3の電圧レベルがVDDから−VDDへ遷移する。その結果、NMOSトランジスタ/12のゲート・ソース間電圧は0Vとなり、オン状態からオフ状態に遷移する。ノード/16の電圧レベルが変化しても、ノード/17の電圧レベルは−VDDに維持される。
時刻t4では、信号/P2の電圧レベルがGNDからVDDへ遷移する。そしてノード/16の電圧レベルが−VDDから0Vへ遷移する。NMOSトランジスタ/12はオフ状態になっているので、ノード/16からNMOSトランジスタ/12を介してノード/17へ負荷電流が流れ、ノード/17の電圧レベルが上昇するおそれはない。
時刻t5では、信号/P1の電圧レベルがVDDからGNDへ遷移する。容量素子/7はVDDまで充電されているので、ノード/15の電圧レベルは0Vから−VDDへ遷移する。この結果、PMOSトランジスタ/11のゲート・ソース間電圧は−VDDとなり、PMOSトランジスタ/11はオン状態に遷移する。ノード/16は、PMOSトランジスタ/11を介して接地される。
時刻t6,t7では、時刻t5での状態を維持する。
時刻t8では、信号/P1の電圧レベルがGNDからVDDへ遷移する。ノード/15の電圧レベルは−VDDからGNDへ遷移する。PMOSトランジスタ/11のゲート・ソース間電圧はVDDとなり、PMOSトランジスタ/11はオフ状態となる。
次に単位電圧発生回路/CP2の動作について説明する。
時刻t1で信号/P2が電圧VDDからGNDまで下降すると、ノード/23の電圧レベルは、−VDDから−2VDDまで下降する。ノード/23の電位が−2VDDまで下降すると、PMOSトランジスタ/18のゲート・ソース間電圧が−VDDとなり、PMOSトランジスタ/18は、オン状態に遷移する。
ノード/17の電圧レベルは−VDDなので、ノード/22の電圧レベルもまた−VDDとなる。その結果、リーク電流によりノード/22の電圧レベルが上昇しても、ノード/22は−VDDまで補償される。
ここで、PMOSトランジスタ/19のゲートは、ノード/22に接続されている。ノード/22の電圧レベルは−VDDなので、PMOSトランジスタ/19はオフ状態となっている。そのため、ノード/23の電圧レベルが−VDDから−2VDDへ下降しても、ノード/17の電圧レベルは変動することなく−VDDに維持される。
次に時刻t2では、信号/P3Dの電圧レベルが、−2VDDからVDDに遷移する。その結果、NMOSトランジスタ/13のゲート・ソース間電圧は3VDDとなり、オフ状態からオン状態に遷移する。容量素子/14から、NMOSトランジスタ/13を介して、ノード/23へ負荷電流が流れる。そして、容量素子/14を−2VDDまで充電する。しかし、今は定常状態の動作を考えており、既に容量素子/14は充電されているので負荷電流は流れない。容量素子/14が−2VDDまで充電されていることにより、端子/1は−2VDDの電圧を出力する。
続いて時刻t3では、信号/P3Dの電圧レベルがVDDから−2VDDへ遷移する。その結果、NMOSトランジスタ/13のゲート・ソース間電圧は0Vとなり、オン状態からオフ状態に遷移する。その結果、ノード/23の電圧レベルが変化しても、端子/1の電圧レベルは−2VDDを維持する。
時刻t4では、信号/P2の電圧レベルがGNDからVDDへ遷移する。そしてノード/23の電圧レベルが−2VDDから−VDDへ遷移する。NMOSトランジスタ/13のゲートには−2VDDの電圧が印加されており、NMOSトランジスタ/13はオフ状態になっている。そのため、ノード/23からNMOSトランジスタ/13を介して容量素子/14へ電流が流れて端子/1の電圧レベルが上昇するおそれはない。
時刻t5では、信号/P1の電圧レベルがVDDからGNDへ遷移する。容量素子/20は2VDDまで充電されているので、ノード/22の電圧レベルは−VDDから−2VDDへ遷移する。この結果、PMOSトランジスタ/19のゲート・ソース間電圧は−VDDとなり、PMOSトランジスタ/19はオン状態に遷移する。ノード/23は、PMOSトランジスタ/19を介してノード/17と接続される。
そのため、ノード/17からノード/23へ負荷電流が流れ、容量素子/9を2VDDまで充電し、ノード/23の電圧レベルは−VDDとなる。しかし、今は定常状態での動作を考えており、既に容量素子/9は2VDDまで充電されているので、ノード/23の電圧レベルに変化は生じない。
また、ノード/22の電圧レベルが−VDDから−2VDDに遷移しても、PMOSトランジスタ/18はオフ状態となっているため、ノード/17の電圧レベルが変動するおそれはない。
時刻t6,t7では、時刻t5での状態を維持する。
時刻t8では、信号/P1の電圧レベルがGNDからVDDへ遷移する。そして、ノード/22の電圧レベルは−2VDDから−VDDへ遷移する。PMOSトランジスタ/19のゲート・ソース間電圧はVDDとなり、PMOSトランジスタ/19はオフ状態となる。
本実施の形態に係る電圧発生回路は、PMOSトランジスタ/18,/19が交差接続されているのでノード/17の電圧レベルは−VDDに保たれている。また、ノード/16の電圧レベルの範囲は0Vから−VDDである。そのため、NMOSトランジスタ/12のゲートには−VDDの電圧を印加することでオフ状態にできる。ノード/16の電圧レベルが0Vに遷移しても、NMOSトランジスタ/12の逆電圧は、−VDD(ノード/16の電圧)−0(ノード/P3の電圧)=−VDDとなる。
また、端子/1の電圧レベルは−2VDDに保たれ、ノード/23の電圧レベルの範囲は−VDDから−2VDDである。そのため、ゲートに−2VDDの電圧を印加することで、NMOSトランジスタ/13をオフ状態にできる。ノード/23の電圧レベルが−VDDに遷移したとき、NMOSトランジスタ/13の逆電圧は、ゲート電圧からノード/23の電圧を引いて、−2VDD−(−VDD)=−VDDとなる。
NMOSトランジスタ/12,/13に印加される逆電圧は−VDDとなるので、大きな逆電圧が印加されることによるNMOSトランジスタ/12,/13の駆動能力の低下を防止することができる。
以上の説明では、説明の簡単化のため、基準電圧がGND(0V)、信号/P2の電圧振幅がVDDの場合について説明した。一般的には、基準電圧VR、信号/P2の電圧振幅をVWとすると、端子/1から出力される出力電圧V1は、V1=VR−2・VWで表される。図7の例では、基準電圧VR=0V、電圧振幅VW=VDDなので、出力電圧V1は−2・VDDとなっている。
また、図7においては、容量素子/8,/9が負荷電流を供給する役割をしている。そのため、信号/P2には電流駆動能力が要求されるので、例えば信号/P2は、LSIの主電源により生成され、高レベルはVDD、低レベルは0Vに設定される。
なお、信号/P1,/P2の電圧レベルは必ずしも等しくする必要はない。また、容量素子/9,/20を駆動する信号として/P1,/P2を用いているが、/P1,/P2と同一の位相関係にあれば、別の信号を入力するようにしてもよい。
さらに、単位電圧発生回路を増やすことにより、逆電圧を大きくすることなくより低い出力電圧を発生することができる。
<実施の形態6>
図9は、本実施の形態に係る電圧発生回路の構成を示す回路図である。
本実施の形態に係る電圧発生回路は、実施の形態5において、PMOSトランジスタ/10,/11及びPMOSトランジスタ/18,/19で構成される交差接続部分(図7参照)をPMOSトランジスタ/11及びPMOSトランジスタ/19で置き換えた構成となっている。
そして、PMOSトランジスタ/11,/19のゲートには、実施の形態5において、印加される電圧レベルと同様の信号が印加される。具体的には、実施の形態5では信号/P1がVDDからGNDに遷移することにより、PMOSトランジスタ/11のゲートには0Vから−VDDへ遷移する電圧が印加される。そのため本実施の形態では、PMOSトランジスタ/11のゲートには0Vから−VDDへ遷移する電圧レベルの信号/P1Dが/P1と同一位相で入力されるように構成する。PMOSトランジスタ/19のゲートへも同様に、/P1と同一位相で、電圧レベルが−VDDから−2VDDに遷移する信号/P1DDを入力する。
その他の構成は、実施の形態5と同様であり、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
まず、本実施の形態に係る単位電圧発生回路/CP1の構成について説明する。
PMOSトランジスタ/11のドレインが接地され、ソースがノード/16においてNMOSトランジスタ/12のソース及び容量素子/8の一端に接続されている。容量素子/8の他端は端子/3に接続され、信号/P2が入力されている。PMOSトランジスタ/11のゲートは端子/25に接続され、端子/25には信号/P1Dが入力されている。
NMOSトランジスタ/12のドレインがノード/17において、PMOSトランジスタ/19のドレイン及び容量素子/21の一端に接続されている。容量素子/21の他端は接地されている。NMOSトランジスタ/12のゲートは端子/4に接続され、端子/4には信号/P3が入力されている。
次に単位電圧発生回路/CP2の構成について説明する。
PMOSトランジスタ/19のソースが、ノード/23において、NMOSトランジスタ/13のソース及び容量素子/9の一端に接続されている。容量素子/9の他端は、端子/3Dに接続されている。端子/3Dには、信号/P2が入力されている。PMOSトランジスタ/19のゲートは端子/26に接続され、端子/26には信号/P1DDが入力されている。
NMOSトランジスタ/13のドレインが端子/1及び容量素子/14の一端に接続されている。容量素子/14の他端は接地されている。NMOSトランジスタ/13のゲートは、端子/24に接続されている。端子/24には信号/P3Dが入力されている。
次に本実施の形態に係る電圧発生回路の動作について説明する。
図10は、本実施の形態に係る電圧発生回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。信号/P1D,/P1DD,/P2,/P3及び/P3D、ノード/16,/17,/23の電圧波形を示している。
説明を容易にするため、以下の説明では、端子/1から−2VDDの電圧を出力する無負荷時の定常状態の動作について説明する。
無負荷時の定常状態では、容量素子/8は、端子/3の電圧を基準にして電圧−VDDで充電されている。容量素子/21は、GNDを基準にして電圧−VDDで充電されている。また、容量素子/9は端子/3Dの電圧を基準にして−2VDDで充電されている。そして、容量素子/14は、GNDを基準として電圧−2VDDで充電されている。
なお、図10には、一周期分の信号が示されている。
まず、単位電圧発生回路/CP1の動作について説明する。
まず時刻t1では、信号/P2の電圧レベルが電圧VDDから0Vまで下降する。この時ノード/16は0Vから−VDDまで下降する。
また、0Vの信号/P1Dが端子/25からPMOSトランジスタ/11のゲートに入力されている。PMOSトランジスタ/11のゲート・ソース間電圧は、VDDとなり、PMOSトランジスタ/11はオフ状態のままである。そのため、GNDからPMOSトランジスタ/11を介してノード/16へリーク電流が流れ、ノード/16の電圧レベルが上昇することはない。
次に時刻t2では、信号/P3の電圧レベルが−VDDからVDDへ遷移する。NMOSトランジスタ/12は、ゲート・ソース間電圧が2VDDとなり、オフ状態からオン状態に遷移する。容量素子/21から、NMOSトランジスタ/12を介して、容量素子/8へ負荷電流が流れる。そして、容量素子/21を−VDDまで充電する。しかし、無負荷時の定常状態の動作を考えており、既に容量素子/21は−VDDまで充電されているので負荷電流は流れない。
時刻t3では、信号/P3の電圧レベルがVDDから−VDDへ遷移する。その結果、NMOSトランジスタ/12のゲート・ソース間電圧は0Vとなり、オン状態からオフ状態に遷移する。ノード/16の電圧レベルが変化しても、ノード/17の電圧レベルは−VDDを維持する。
時刻t4では、信号/P2の電圧レベルが0VからVDDへ遷移する。そしてノード/16の電圧レベルが−VDDから0Vへ遷移する。この時、NMOSトランジスタ/12のゲートへは、−VDDの電圧レベルである信号/P3Dが入力されている。そのため、NMOSトランジスタ/12はオフ状態になっているので、ノード/16からNMOSトランジスタ/12を介してノード/17へ電流が流れてノード/17の電圧レベルが上昇するおそれはない。
時刻t5では、信号/P1Dの電圧レベルがGNDから−VDDへ遷移する。容量素子/8は−VDDまで充電されているので、PMOSトランジスタ/11のゲート・ソース間電圧は−VDDとなり、PMOSトランジスタ/11はオン状態に遷移する。ノード/16は、PMOSトランジスタ/11を介して接地される。そのため、ノード/16からGNDへ負荷電流が流れ、容量素子/8を−VDDまで充電し、ノード/16の電圧レベルは0Vとなる。しかし、今は定常状態での動作を考えており、容量素子/8は−VDDまで充電されているので、ノード/16の電圧レベルに変化は生じない。
時刻t6,t7では、時刻t5での状態を維持する。
時刻t8では、信号/P1Dの電圧レベルが−VDDから0Vへ遷移する。PMOSトランジスタ/11のゲート・ソース間電圧は0Vとなり、PMOSトランジスタ/11はオフ状態となる。
次に単位電圧発生回路/CP2の動作について説明する。
時刻t1で、信号/P2がVDDからGNDに下降すると、ノード/23の電位は、−VDDから−2VDDまで下降する。
ここで、時刻t1において、PMOSトランジスタ/19のゲートに入力される信号/P1DDの電圧レベルは−VDDである。PMOSトランジスタ/19のゲート・ソース間電圧はVDDなのでオフ状態となる。そのため、ノード/17からPMOSトランジスタ/19を介してノード/23へ負荷電流が流れ、ノード/23の電圧レベルが上昇するおそれはない。
時刻t2では、信号/P3Dの電圧レベルが−2VDDからVDDに遷移する。その結果、NMOSトランジスタ/13のゲート・ソース間電圧は3VDDとなり、オフ状態からオン状態に遷移する。容量素子/14から、NMOSトランジスタ/13を介して、ノード/23へ負荷電流が流れる。そして、容量素子/14を−2VDDまで充電する。しかし、今は無負荷時の定常状態の動作を考えており、既に容量素子/14は充電されているので負荷電流は流れない。容量素子/14が−2VDDまで充電されていることにより、端子/1は−2VDDの電圧を出力する。
次に時刻t3では、信号/P3Dの電圧レベルがVDDから−2VDDへ遷移する。その結果、NMOSトランジスタ/13のゲート・ソース間電圧は0Vとなり、オン状態からオフ状態に遷移する。ノード/23の電圧レベルが変化しても、端子/1の電圧レベルは−2VDDを維持する。
続いて時刻t4では、ノード/23の電圧レベルが−2VDDから−VDDへ遷移する。NMOSトランジスタ/13のゲートには−2VDDの電圧が印加されており、NMOSトランジスタ/13はオフ状態になっている。そのため、ノード/23からNMOSトランジスタ/13を介して端子/1へ電流が流れて端子/1の電圧レベルが上昇するおそれはない。
時刻t5では、信号/P1DDの電圧レベルが−VDDから−2VDDへ遷移する。容量素子/9は−2VDDまで充電されているので、PMOSトランジスタ/19のゲート・ソース間電圧は−VDDとなり、PMOSトランジスタ/19はオン状態に遷移する。ノード/23は、PMOSトランジスタ/19を介してノード/17に接続される。そのため、通常は、ノード/23からノード/17へ負荷電流が流れ、容量素子/9を−2VDDまで充電し、ノード/23の電圧レベルは−VDDとなる。しかし、今は定常状態での動作を考えており、容量素子/9は−2VDDまで充電されているので、ノード/23の電圧レベルに変化は生じない。
時刻t6,t7では、時刻t5での状態を維持する。
時刻t8では、信号/P1DDの電圧レベルが−2VDDから−VDDへ遷移する。PMOSトランジスタ/19のゲート・ソース間電圧は0Vとなり、PMOSトランジスタ/19はオフ状態となる。
本実施の形態は以上のように構成されているので、実施の形態5と同様にNMOSトランジスタ/12,/13の逆電圧をVDDにできる。そのため、大きな逆電圧が印加されることによるNMOSトランジスタ/12,/13の駆動能力の低下を防止することができる。
また、本実施の形態では、交差接続を用いていないので実施の形態5に比べて回路構成を簡単にできる。
<実施の形態7>
図11は、本実施の形態に係る電圧発生回路の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る電圧発生回路は、実施の形態6においてPMOSトランジスタ/11,/19をNMOSトランジスタ/11D,/19Dに置き換えた構成となっている。そして、NMOSトランジスタ/11Dのゲートには信号/P1Dが入力され、NMOSトランジスタ/19Dのゲートに信号/P1DDが入力されている。その他の構成は、図9と同様であり同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
また本実施の形態に係る電圧発生回路の動作は、実施の形態6と同様であるので説明は省略する。
本実施の形態では、PMOSトランジスタ/19(図6参照)に代えてNMOSトランジスタ/19Dを用いている。その結果、NMOSトランジスタ/19DのゲートにHレベルがVDD、Lレベルが−2VDDの信号を入力できる。そのため、NMOSトランジスタ/19Dは、オン状態でゲート・ソース間電圧の大きさは2VDDとなる。実施の形態6のPMOSトランジスタ/19のオン時のゲート・ソース間電圧の大きさがVDDであるのに比べ、オン電流を大きくすることができる。
<実施の形態8>
図12は、本実施の形態に係る電圧発生回路の構成を示す回路図である。本実施の形態では、複数個(図の例ではn個)の単位電圧発生回路/CP1〜/CPnを従続接続した構成となっている。
単位電圧発生回路/CP1は、以下のように構成されている。PMOSトランジスタ/TP1のドレインが接地され、ソースがノード/N11において、NMOSトランジスタ/TN1のソース及び容量素子/C11の一端に接続されている。容量素子/C11の他端は端子/31に接続され、端子/31には信号/P2が入力されている。PMOSトランジスタ/TP1のゲートは端子/51に接続され、端子/51には信号/P11が入力されている。
NMOSトランジスタ/TN1のドレインは、ノード/N21において、PMOSトランジスタ/TP2のドレイン及び容量素子/C21の一端に接続されている。容量素子/C21の他端は接地されている。NMOSトランジスタ/TN1のゲートは、端子/41に接続され、信号/P31が入力されている。
次に、単位電圧発生回路/CP1に従続接続された単位電圧発生回路/CP2の構成について説明する。PMOSトランジスタ/TP2のドレインがノード/N21に接続され、ソースがノード/N12において、NMOSトランジスタ/TN2のソース及び容量素子/C12の一端に接続されている。容量素子/C12の他端は端子/32に接続され、端子/32には信号/P2が入力されている。
PMOSトランジスタ/TP2のゲートは端子/52に接続され、端子/52には信号/P12が入力されている。NMOSトランジスタ/TN2のドレインは、ノード/N22において、PMOSトランジスタTP3(図示せず)のドレイン及び容量素子/C22の一端に接続されている。容量素子/C22の他端は接地されている。NMOSトランジスタ/TN2のゲートは、端子/42に接続され、信号/P32が入力されている。
以下、同様の構成を備える単位電圧発生回路/CP3〜/CPn−1(図示せず)が、従続接続されている。そしてn番目の単位電圧発生回路/CPnは、単位電圧発生回路/CPn−1(図示せず)に接続されている。PMOSトランジスタ/TPnのドレインがノードN1nにおいて、NMOSトランジスタ/TNnのソース及び容量素子/C1nの一端に接続されている。容量素子/C1nの他端は端子/3nに接続され、端子/3nには信号/P2が入力されている。
PMOSトランジスタ/TPnのゲートは端子/5nに接続され、端子/5nには信号/P1nが入力されている。NMOSトランジスタ/TNnのドレインは、ノードN2nにおいて容量素子/C2nの一端に接続されている。容量素子/C2nの他端は接地されている。NMOSトランジスタ/TNnのゲートは、端子/4nに接続され、信号/P3nが入力されている。ノード/N2nは端子/1に接続されている。
信号/P11,/P31,/P12,/P32は、実施の形態6の信号/P1D,/P3,/P1DD,/P3Dに夫々対応しており、それらと同一位相、同一電圧レベルの信号である。
また、単位電圧発生回路/CPnの端子/5nには、信号/P1Dと同一位相で、Lレベルが−nVDD、Hレベルが−(n−1)VDDの信号が入力される。
端子/4nには、Lレベルが−nVDD、HレベルがVDDの信号が入力される。
また定常状態では、容量素子/C11は電圧−VDD、容量素子/C21は電圧−VDDで充電されている。さらに、容量素子/C12は電圧−2VDD、容量素子/C22は−2VDDで充電されている。また、容量素子C1nは−nVDD、容量素子C2nは−nVDDで充電されている。
単位電圧発生回路/CP1〜/CPnの夫々の動作は、実施の形態5において説明したものと同様であるので説明は省略する。
単位電圧発生回路/CP1はノード/N21の電圧レベルを−VDDにする。単位電圧発生回路/CP2は、ノード/N21から入力される電圧−VDDを受け、ノード/N22の電圧レベルを−2VDDにする。同様に単位電圧発生回路/CPnは、電圧−(n−1)VDDを受けてノード/N2nの電圧レベルを−nVDDにして、端子/1から出力する。
本実施の形態では、夫々のMOSトランジスタの逆電圧の大きさがVDDとなっている。そのため本実施の形態では、単位電圧発生回路をn個従続接続することで、トランジスタに印加される逆電圧の大きさをVDDにしたまま、−nVDDの電圧を発生することができる。
なお、本実施の形態では、実施の形態6において示した単位電圧発生回路をn個従続接続する構成としたが、実施の形態7において示した単位電圧発生回路をn個従続接続する構成にしてもよい。また、実施の形態6と7の構成を組み合わせた構成にしてもよい。
実施の形態1に係る電圧発生回路の構成を示す回路図である。 実施の形態1に係る電圧発生回路のタイミングチャート図である。 実施の形態2に係る電圧発生回路の構成を示す回路図である。 実施の形態2に係る電圧発生回路のタイミングチャート図である。 実施の形態3に係る電圧発生回路の構成を示す回路図である。 実施の形態4に係る電圧発生回路の構成を示す回路図である。 実施の形態5に係る電圧発生回路の構成を示す回路図である。 実施の形態5に係る電圧発生回路のタイミングチャート図である。 実施の形態6に係る電圧発生回路の構成を示す回路図である。 実施の形態6に係る電圧発生回路のタイミングチャート図である。 実施の形態7に係る電圧発生回路の構成を示す回路図である。 実施の形態8に係る電圧発生回路の構成を示す回路図である。
符号の説明
10,11,18,19 NMOSトランジスタ、12,13 PMOSトランジスタ、7,8,9,14,20,21 容量素子、CP1,CP2,CPn,/CP1,/CP2,/CPn 単位電圧発生回路。

Claims (7)

  1. 単位電圧発生回路を複数個従続接続した電圧発生回路であって、
    前記単位電圧発生回路は、入力電圧が入力される一方端子を有する第1電界効果トランジスタと、
    前記第1電界効果トランジスタの他方端子に一端が接続された第1容量素子と、
    前記第1容量素子の一端に一方端子が接続された第2電界効果トランジスタと、
    出力電圧が出力される前記第2電界効果トランジスタの他方端子に一端が接続された第2容量素子と、
    を備えることを特徴とする電圧発生回路。
  2. 前記第1電界効果トランジスタの極性と、前記第2電界効果トランジスタの極性が同一の導電型であることを特徴とする請求項1に記載の電圧発生回路。
  3. 前記第1電界効果トランジスタの極性と、前記第2電界効果トランジスタの極性が逆の導電型であることを特徴とする請求項1に記載の電圧発生回路。
  4. 前記複数個の単位電圧発生回路は、前記第1電界効果トランジスタの極性と、前記第2電界効果トランジスタの極性が同一の導電型である第1単位電圧発生回路と、前記第1電界効果トランジスタの極性と、前記第2電界効果トランジスタの極性が逆の導電型である第2単位電圧発生回路により構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電圧発生回路。
  5. 前記第1電界効果トランジスタと交差接続された第3電界効果トランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の電圧発生回路。
  6. 前記第2容量素子は、所定の電圧が供給される端子に他端が接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電圧発生回路。
  7. 入力電圧が入力される一方端子を有する第1電界効果トランジスタと、
    前記第1電界効果トランジスタの他方端子に一端が接続された第1容量素子と、
    前記第1容量素子の一端に一方端子が接続された第2電界効果トランジスタと、
    出力電圧が出力される前記第2電界効果トランジスタの他方端子に一端が接続された第2容量素子と、
    前記第1電界効果トランジスタと交差接続された第3電界効果トランジスタと、
    を備えることを特徴とする電圧発生回路。
JP2005232778A 2004-09-14 2005-08-11 電圧発生回路 Pending JP2006115682A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005232778A JP2006115682A (ja) 2004-09-14 2005-08-11 電圧発生回路
TW094127913A TW200627765A (en) 2004-09-14 2005-08-16 Voltage generator
US11/224,142 US20060055448A1 (en) 2004-09-14 2005-09-13 Voltage generator
KR1020050085680A KR100670216B1 (ko) 2004-09-14 2005-09-14 전압발생회로

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004266686 2004-09-14
JP2005232778A JP2006115682A (ja) 2004-09-14 2005-08-11 電圧発生回路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006115682A true JP2006115682A (ja) 2006-04-27

Family

ID=36033245

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005232778A Pending JP2006115682A (ja) 2004-09-14 2005-08-11 電圧発生回路

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20060055448A1 (ja)
JP (1) JP2006115682A (ja)
KR (1) KR100670216B1 (ja)
TW (1) TW200627765A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008054471A (ja) * 2006-08-28 2008-03-06 Toshiba Corp 昇圧回路および電圧供給回路
JP2008301647A (ja) * 2007-06-01 2008-12-11 Mitsubishi Electric Corp 電圧発生回路およびそれを備える画像表示装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2755047B2 (ja) * 1992-06-24 1998-05-20 日本電気株式会社 昇圧電位発生回路
TW271011B (ja) * 1994-04-20 1996-02-21 Nippon Steel Corp
EP0843402B1 (en) * 1996-11-14 2002-02-27 STMicroelectronics S.r.l. BiCMOS negative charge pump
US6271715B1 (en) * 1998-02-27 2001-08-07 Maxim Integrated Products, Inc. Boosting circuit with supply-dependent gain
JP3580693B2 (ja) * 1998-03-19 2004-10-27 シャープ株式会社 チャージ・ポンプ回路
US6373324B2 (en) * 1998-08-21 2002-04-16 Intel Corporation Voltage blocking method and apparatus for a charge pump with diode connected pull-up and pull-down on boot nodes
US6208196B1 (en) * 1999-03-02 2001-03-27 Maxim Integrated Products, Inc. Current mode charge pumps
US6337595B1 (en) * 2000-07-28 2002-01-08 International Business Machines Corporation Low-power DC voltage generator system
US6501325B1 (en) * 2001-01-18 2002-12-31 Cypress Semiconductor Corp. Low voltage supply higher efficiency cross-coupled high voltage charge pumps
US6476666B1 (en) * 2001-05-30 2002-11-05 Alliance Semiconductor Corporation Bootstrapped charge pump
KR100404001B1 (ko) * 2001-12-29 2003-11-05 주식회사 하이닉스반도체 차지 펌프 회로
TW550589B (en) * 2002-02-18 2003-09-01 Winbond Electronics Corp Charge pump circuit having clock voltage doubling and the method
TW583818B (en) * 2002-12-03 2004-04-11 Via Tech Inc Charge pump and voltage doubler using the same
US6995603B2 (en) * 2004-03-03 2006-02-07 Aimtron Technology Corp. High efficiency charge pump with prevention from reverse current

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008054471A (ja) * 2006-08-28 2008-03-06 Toshiba Corp 昇圧回路および電圧供給回路
JP2008301647A (ja) * 2007-06-01 2008-12-11 Mitsubishi Electric Corp 電圧発生回路およびそれを備える画像表示装置

Also Published As

Publication number Publication date
TW200627765A (en) 2006-08-01
US20060055448A1 (en) 2006-03-16
KR20060051287A (ko) 2006-05-19
KR100670216B1 (ko) 2007-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4557577B2 (ja) チャージポンプ回路
JP3036481B2 (ja) レベルシフト回路
US7304530B2 (en) Utilization of device types having different threshold voltages
US7199641B2 (en) Selectably boosted control signal based on supply voltage
JP2001084783A (ja) 電圧発生・転送回路
JP2008161014A (ja) 昇圧型チャージポンプ回路
JPH08335881A (ja) 相補型電流源回路
JP2006115682A (ja) 電圧発生回路
JP2001111397A (ja) 半導体集積回路
JP2010074721A (ja) 遅延回路
JP6406947B2 (ja) 集積回路装置、表示パネルドライバ、表示装置、及び昇圧方法
JP6288225B2 (ja) チャージポンプ
KR20060135366A (ko) 고전압 발생회로 및 이를 구비한 반도체 메모리 장치
KR100271712B1 (ko) 고전압 발생기
JP2007043892A (ja) 過昇圧防止回路
JP2008009820A (ja) 電圧レギュレータ
US10972005B2 (en) Charge pump circuit, semiconductor device, and semiconductor memory device
JP3975655B2 (ja) チャージポンプ回路
JP2009136112A (ja) 半導体集積装置
KR101993978B1 (ko) 게이트 부스팅 딕슨 차지 펌프 회로
KR100732253B1 (ko) 반도체 장치의 부스팅 회로
KR100349349B1 (ko) 승압 전압 발생기
JP2005184879A (ja) チャージポンプ回路
JP2005045934A (ja) チャージポンプ回路
JP2005117830A (ja) チャージポンプ回路