JP2009225580A - Charge pump circuit - Google Patents

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Yasuhiro Kagawa
泰宏 香川
Akihiko Furukawa
彰彦 古川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charge pump circuit that reduces step-up time and prevents a drop of a step-up voltage that is finally obtained. <P>SOLUTION: Before the start of step-up operation, a capacitance element 1 is initially charged via a rectifying device 3 and a transistor 4 respectively for initial charging. After the start of step-up operation, a voltage higher than a power supply voltage is applied to a gate of the transistor 4 for initial charging. Therefore, an OFF-leakage current of the transistor 4 for initial charging is reduced. As a result, it is possible to prevent a drop of a step-up voltage that is finally obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電源電圧を昇圧するためのチャージポンプ回路に関する。   The present invention relates to a charge pump circuit for boosting a power supply voltage.

従来から、半導体不揮発性記憶装置では、信号の書込や消去時に電源電圧よりも高い電圧を必要とするため、複数の昇圧セルを直列に接続した昇圧回路(チャージポンプ回路)が用いられている(たとえば、特開昭60−251598号公報(特許文献1)参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor nonvolatile memory device, a voltage higher than a power supply voltage is required at the time of signal writing or erasing, and therefore a booster circuit (charge pump circuit) in which a plurality of booster cells are connected in series has been used. (For example, refer to JP-A-60-251598 (Patent Document 1)).

上記昇圧回路の各昇圧セルは、電荷転送用の伝達トランジスタと充放電用のキャパシタとを含む。伝達トランジスタのドレインとゲートとは、互いに接続されて昇圧セルの入力に用いられ、ソースは昇圧セルの出力として用いられる。初段の昇圧セルの入力には電源電圧が供給される。また、キャパシタの一端は伝達トランジスタのソースに接続され、キャパシタの他端にはクロックが入力される。   Each booster cell of the booster circuit includes a transfer transistor for charge transfer and a capacitor for charge / discharge. The drain and gate of the transmission transistor are connected to each other and used as the input of the booster cell, and the source is used as the output of the booster cell. A power supply voltage is supplied to the input of the booster cell in the first stage. One end of the capacitor is connected to the source of the transmission transistor, and a clock is input to the other end of the capacitor.

さらに、各昇圧セルに初期充電用のトランジスタが設けられる。初期充電用のトランジスタは、そのドレインとゲートとに電源が接続され、そのソースに伝達トランジスタのソースが接続される。これにより、昇圧動作に入る前に、伝達トランジスタのソースには、電源電圧から初期充電用のトランジスタの閾値電圧分下がった電圧が与えられる。したがって、昇圧初期に昇圧回路はその電圧までは充電しなくてすむ(たとえば、特開平11−283392号公報(特許文献2)参照)。   Further, an initial charging transistor is provided in each boosting cell. The initial charging transistor has a power supply connected to its drain and gate, and a source of the transmission transistor connected to its source. As a result, before starting the boosting operation, the source of the transmission transistor is given a voltage that is lower than the power supply voltage by the threshold voltage of the transistor for initial charging. Therefore, the booster circuit does not need to be charged up to that voltage in the initial stage of boosting (see, for example, JP-A-11-283392 (Patent Document 2)).

昇圧回路は、昇圧効率を上げ、昇圧速度を速くすることが課題となっている。たとえば、特開平11−283392号公報(特許文献2)に開示される技術では、バックゲートバイアス特性の影響を小さくするため、各昇圧セルの伝達トランジスタは、トリプルウェルの半導体によって構成される。また、特開2000−149582号公報(特許文献3)に開示される昇圧回路では、昇圧速度を速くするために、中間ノードから出力に至る部分が並列化される。この場合、出力電位に応じて昇圧回路の能力が切換えられる。   The booster circuit has a problem of increasing the boosting efficiency and increasing the boosting speed. For example, in the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-283392 (Patent Document 2), in order to reduce the influence of the back gate bias characteristic, the transfer transistor of each booster cell is formed of a triple well semiconductor. Further, in the booster circuit disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-149582 (Patent Document 3), the portion from the intermediate node to the output is parallelized in order to increase the boosting speed. In this case, the capacity of the booster circuit is switched according to the output potential.

なお、正電圧に昇圧するためのチャージポンプ回路と同様の構成によって、負電圧の昇圧も行なうことができる(たとえば、特開平7−177729号公報(特許文献4)参照)。
特開昭60−251598号公報 特開平11−283392号公報 特開2000−149582号公報 特開平7−177729号公報
Note that the negative voltage can be boosted by a configuration similar to that of the charge pump circuit for boosting to a positive voltage (see, for example, JP-A-7-177729 (Patent Document 4)).
JP-A-60-251598 Japanese Patent Laid-Open No. 11-283392 JP 2000-149582 A JP-A-7-177729

ところで、最近の傾向として、電源電圧の低電圧化が進み、多くの場合、通常用いられるMOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)の閾値電圧よりも低い電源電圧が使用される。このような低い電源電圧でも効率よく半導体回路を動作させるために、より低い閾値電圧のMOSFETを用いる必要がある。   By the way, as a recent trend, the power supply voltage has been lowered, and in many cases, a power supply voltage lower than a threshold voltage of a normally used MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) is used. In order to operate a semiconductor circuit efficiently even with such a low power supply voltage, it is necessary to use a MOSFET having a lower threshold voltage.

しかしながら、本発明の発明者らは、前述の特開平11−283392号公報(特許文献2)に記載される初期充電用のトランジスタを用いたチャージポンプ回路で、閾値電圧を低くした場合には、次のような問題が生じることを見出している。   However, the inventors of the present invention, when the threshold voltage is lowered in the charge pump circuit using the initial charging transistor described in the above-mentioned JP-A-11-283392 (Patent Document 2), It has been found that the following problems occur.

チャージポンプ回路では、昇圧動作が進むにつれて各昇圧セルの容量素子に充電される電圧が上昇する。そして、それに伴って初期充電用のMOSトランジスタのドレイン・ソース間の電圧が上昇する。このため、初期充電用のMOSトランジスタのオフリークが増加し、各昇圧セルの容量素子に充電された電荷が、初期充電用のMOSトランジスタを通って電源ノードに放出してしまう。   In the charge pump circuit, the voltage charged in the capacitor element of each boosting cell increases as the boosting operation proceeds. Accordingly, the voltage between the drain and source of the MOS transistor for initial charging increases. Therefore, the off-leakage of the initial charge MOS transistor increases, and the charge charged in the capacitor element of each boosting cell is discharged to the power supply node through the initial charge MOS transistor.

特に、低い閾値電圧のMOSトランジスタを用いる場合、ドレイン・ソース間電圧が上昇した際に流れるオフリーク電流は、通常の閾値電圧のMOSトランジスタと比較して大きい。このため、オフリーク電流がチャージポンプ回路を流れる電流に対して無視できず、最終的に得られる昇圧電圧が低下することになる。   In particular, when a MOS transistor having a low threshold voltage is used, the off-leakage current that flows when the drain-source voltage increases is larger than that of a normal threshold voltage MOS transistor. For this reason, the off-leakage current cannot be ignored with respect to the current flowing through the charge pump circuit, and the finally obtained boosted voltage is lowered.

したがって、本発明の目的は、昇圧時間を短縮させるとともに、最終的に得られる昇圧電圧の低下を防止することができるチャージポンプ回路を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a charge pump circuit that can shorten the boosting time and prevent the finally obtained boosted voltage from being lowered.

本発明は要約すれば、複数の第1のトランジスタと、複数の容量素子と、複数の整流素子と、複数の第2のトランジスタと、制御回路とを備えるチャージポンプ回路である。ここで、複数の第1のトランジスタは、第1の電源電圧を受ける入力端子と出力端子との間に直列に接続される。各第1のトランジスタは、入力端子から出力端子の方向へ電荷を転送する。複数の容量素子は、複数の第1のトランジスタにそれぞれ対応して設けられる。各容量素子は、対応する第1のトランジスタの出力ノードに接続され、転送された電荷を蓄積する。複数の整流素子は、複数の第1のトランジスタにそれぞれ対応して設けられる。複数の整流素子の各カソードは、対応する第1のトランジスタの出力ノードに接続される。複数の第2のトランジスタは、複数の整流素子にそれぞれ対応して設けられるPチャネルのMOS型のトランジスタである。複数の第2のトランジスタの各ドレインは、対応する整流素子のアノードに接続される。複数の第2のトランジスタの各ソースは、第1の電源電圧を受ける。制御回路は、第1の電源電圧より高い第2の電源電圧を受け、複数の第1のトランジスタによる電荷の転送開始後に、複数の第2のトランジスタの各ゲートに第2の電源電圧を出力する。   In summary, the present invention is a charge pump circuit including a plurality of first transistors, a plurality of capacitor elements, a plurality of rectifier elements, a plurality of second transistors, and a control circuit. Here, the plurality of first transistors are connected in series between an input terminal that receives the first power supply voltage and an output terminal. Each first transistor transfers charge from the input terminal to the output terminal. The plurality of capacitor elements are provided corresponding to the plurality of first transistors, respectively. Each capacitive element is connected to the output node of the corresponding first transistor, and accumulates the transferred charge. The plurality of rectifying elements are provided corresponding to the plurality of first transistors, respectively. Each cathode of the plurality of rectifying elements is connected to the output node of the corresponding first transistor. The plurality of second transistors are P-channel MOS transistors provided corresponding to the plurality of rectifying elements, respectively. Each drain of the plurality of second transistors is connected to the anode of the corresponding rectifying element. Each source of the plurality of second transistors receives a first power supply voltage. The control circuit receives a second power supply voltage higher than the first power supply voltage, and outputs the second power supply voltage to each gate of the plurality of second transistors after the start of charge transfer by the plurality of first transistors. .

また、本発明の他の局面によれば、本発明は、複数の第1のトランジスタと、複数の容量素子と、複数の整流素子と、複数の第2のトランジスタとを備えるチャージポンプ回路である。ここで、複数の第1のトランジスタは、第1の電源電圧を受ける入力端子と出力端子との間に直列に接続される。各第1のトランジスタは、入力端子から出力端子の方向へ電荷を転送する。複数の容量素子は、複数の第1のトランジスタにそれぞれ対応して設けられる。各容量素子は、対応する第1のトランジスタの出力ノードに接続され、転送された電荷を蓄積する。複数の整流素子は、複数の第1のトランジスタにそれぞれ対応して設けられる。複数の整流素子の各カソードは、対応する第1のトランジスタの出力ノードに接続される。複数の第2のトランジスタは、複数の整流素子にそれぞれ対応して設けられるPチャネルのMOS型のトランジスタである。複数の第2のトランジスタの各ドレインは、対応する整流素子のアノードに接続される。複数の第2のトランジスタの各ソースは、第1の電源電圧を受ける。複数の第2のトランジスタの各ゲートは、出力端子に接続される。   According to another aspect of the present invention, the present invention is a charge pump circuit including a plurality of first transistors, a plurality of capacitive elements, a plurality of rectifier elements, and a plurality of second transistors. . Here, the plurality of first transistors are connected in series between an input terminal that receives the first power supply voltage and an output terminal. Each first transistor transfers charge from the input terminal to the output terminal. The plurality of capacitor elements are provided corresponding to the plurality of first transistors, respectively. Each capacitive element is connected to the output node of the corresponding first transistor, and accumulates the transferred charge. The plurality of rectifying elements are provided corresponding to the plurality of first transistors, respectively. Each cathode of the plurality of rectifying elements is connected to the output node of the corresponding first transistor. The plurality of second transistors are P-channel MOS transistors provided corresponding to the plurality of rectifying elements, respectively. Each drain of the plurality of second transistors is connected to the anode of the corresponding rectifying element. Each source of the plurality of second transistors receives a first power supply voltage. Each gate of the plurality of second transistors is connected to the output terminal.

本発明によれば、昇圧動作の開始前に、各容量素子は、整流素子および第2のトランジスタを介して初期充電されるので、昇圧時間を短縮することができる。さらに、昇圧動作の開始後に、第2のトランジスタのゲートには、前記第1の電源電圧より高い電圧が印加されるので、第2のトランジスタのオフリーク電流を減少させることができる。したがって、最終的に得られる昇圧電圧の低下を防止することができる。   According to the present invention, each capacitor element is initially charged through the rectifier element and the second transistor before the boost operation is started, so that the boost time can be shortened. Furthermore, since the voltage higher than the first power supply voltage is applied to the gate of the second transistor after the start of the boosting operation, the off-leak current of the second transistor can be reduced. Accordingly, it is possible to prevent the finally obtained boosted voltage from being lowered.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態1のチャージポンプ回路30の構成を示す回路図である。図1を参照して、チャージポンプ回路30は電荷を充電するための容量素子1(1.1〜1.n)と、電荷を転送するための伝達用NMOS(NチャネルMOS)トランジスタ2(2.1〜2.n)と、初期充電用のNMOSトランジスタ3(3.1〜3.n)およびPMOS(PチャネルMOS)トランジスタ4(4.1〜4.n)と、ゲート電圧制御回路5とを含む。入力端子Vinには、電源電圧VDDが入力され、電源電圧VDDを昇圧した電圧が出力端子Voutから出力される。また、ゲート電圧制御回路5には、第1の電源電圧VDDより高い電圧の第2の電源電圧VCCが供給されている。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a charge pump circuit 30 according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, charge pump circuit 30 includes a capacitive element 1 (1.1 to 1.n) for charging charges, and a transfer NMOS (N-channel MOS) transistor 2 (2 for transferring charges). 0.1 to 2.n), NMOS transistor 3 (3.1 to 3.n) and PMOS (P channel MOS) transistor 4 (4.1 to 4.n) for initial charging, and gate voltage control circuit 5 Including. A power supply voltage VDD is input to the input terminal Vin, and a voltage obtained by boosting the power supply voltage VDD is output from the output terminal Vout. The gate voltage control circuit 5 is supplied with a second power supply voltage VCC that is higher than the first power supply voltage VDD.

図2は、図1のチャージポンプ回路30に含まれる1つの昇圧セルCkの構成を示す回路図である。図2は、図1のゲート電圧制御回路5の構成の一例も併せて示している。   FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of one boosting cell Ck included in charge pump circuit 30 of FIG. FIG. 2 also shows an example of the configuration of the gate voltage control circuit 5 of FIG.

図1、図2を参照して、チャージポンプ回路30は、入力端子Vinと出力端子Voutとの間にn個の昇圧セルCk(ただし、nは整数であり、kは1〜nの整数である。以下同様。)が直列に接続された構成と考えることができる。各昇圧セルCkは、容量素子1.kと、伝達用NMOSトランジスタ2.kと、初期充電用のNMOSトランジスタ3.kおよびPMOSトランジスタ4.kとを含む。まず、これらの接続について説明する。   Referring to FIGS. 1 and 2, charge pump circuit 30 includes n booster cells Ck between input terminal Vin and output terminal Vout (where n is an integer and k is an integer from 1 to n). Yes, the same applies hereinafter.) Can be considered to be connected in series. Each booster cell Ck includes capacitive elements 1. k and a transfer NMOS transistor. k and an NMOS transistor for initial charging; 3. k and PMOS transistor4. k. First, these connections will be described.

伝達用のNMOSトランジスタ2.kは、そのゲートとドレインとバックゲートとが相互に接続される。NMOSトランジスタ2.kのソースは、昇圧ノードPkに接続される。NMOSトランジスタ2.kのドレインは、前段の昇圧セルCk−1の昇圧ノードPk−1(ただし、k=1の場合は入力端子Vin)に接続される。なお、最終段(k=n)の昇圧ノードPnは、出力端子Voutに対応する。   1. NMOS transistor for transmission As for k, the gate, the drain, and the back gate are mutually connected. NMOS transistor 2. The source of k is connected to the boost node Pk. NMOS transistor 2. The drain of k is connected to the boost node Pk-1 of the previous boost cell Ck-1 (however, when k = 1, the input terminal Vin). Note that the boost node Pn in the final stage (k = n) corresponds to the output terminal Vout.

容量素子1.kの一端は、昇圧ノードPkに接続される。容量素子1.kの他端には、最終段(k=n)の容量素子1.nを除いて、チャージポンプを駆動するためのクロック信号CLK、およびクロック信号CLKを反転した逆位相の反転クロック信号CLKBのいずれか一方が印加される。具体的には、奇数段の昇圧セルC1,C3・・・に設けられた容量素子1.1,1.3・・・の他端は、反転クロック信号CLKB(第1のクロック信号)の入力端子に接続される。偶数段の昇圧セルC2,C4・・・に設けられた容量素子1.2,1.4・・・の他端は、クロック信号CLK(第2のクロック信号)の入力端子に接続される。また、最終段(k=n)の容量素子1.nの他端は、接地ノードGNDに接続される。   Capacitance element 1. One end of k is connected to the boost node Pk. Capacitance element 1. k at the other end of the capacitive element 1. Except n, one of the clock signal CLK for driving the charge pump and the inverted clock signal CLKB having the opposite phase obtained by inverting the clock signal CLK is applied. Specifically, the other ends of the capacitive elements 1.1, 1.3,... Provided in the odd-numbered boost cells C1, C3,... Are input with the inverted clock signal CLKB (first clock signal). Connected to the terminal. The other ends of the capacitive elements 1.2, 1.4,... Provided in the even-numbered boost cells C2, C4,... Are connected to the input terminal of the clock signal CLK (second clock signal). Further, the capacitor (1) of the last stage (k = n) 1. The other end of n is connected to the ground node GND.

初期充電用のNMOSトランジスタ3.kは、ドレインとゲートとバックゲートとが互いに接続される。このような接続はダイオード接続と呼ばれ、NMOSトランジスタ3.kのソースが整流素子のカソードに対応し、NMOSトランジスタ3.kのドレインが整流素子のアノードに対応する。NMOSトランジスタ3.kのソースは、昇圧ノードPkに接続される。ダイオード接続されたNMOSトランジスタの場合、ドレイン・ソース間電圧が閾値電圧Vthより大きい場合にドレインからソースに電流が流れる。   2. NMOS transistor for initial charging As for k, the drain, the gate, and the back gate are connected to each other. Such a connection is called a diode connection. k source corresponds to the cathode of the rectifying element, and NMOS transistor 3. The drain of k corresponds to the anode of the rectifying element. 2. NMOS transistor The source of k is connected to the boost node Pk. In the case of a diode-connected NMOS transistor, a current flows from the drain to the source when the drain-source voltage is higher than the threshold voltage Vth.

PMOSトランジスタ4.kのドレインは、NMOSトランジスタ3.kのドレインと接続される。PMOSトランジスタ4.kのソースは入力端子Vinに接続され、電源電圧VDDが印加される。また、PMOSトランジスタ4.kのバックゲートとドレインとは、相互に接続される。PMOSトランジスタ4.kのゲートはゲート電圧制御回路5に接続される。なお、初段(k=1)についてはPMOSトランジスタ4.1を除去した構成としても初期充電の効果にほとんど影響がない。この場合、NMOSトランジスタ3.1のドレインが入力端子Vinに接続される。   PMOS transistor4. The drain of k is the NMOS transistor 3. connected to the drain of k. PMOS transistor4. The source of k is connected to the input terminal Vin, and the power supply voltage VDD is applied. PMOS transistor 4. The k back gate and drain are connected to each other. PMOS transistor4. The gate of k is connected to the gate voltage control circuit 5. Note that the initial stage (k = 1) has almost no effect on the effect of the initial charging even if the PMOS transistor 4.1 is removed. In this case, the drain of the NMOS transistor 3.1 is connected to the input terminal Vin.

ゲート電圧制御回路5は、昇圧動作の開始する前に、接地電圧をPMOSトランジスタ4.kのゲートに与えることによって、PMOSトランジスタ4.kをオン状態にする。このとき、昇圧ノードPkには、NMOSトランジスタ3.kおよびPMOSトランジスタ4.kを介して電源電圧VDDが供給されることになる。したがって、容量素子1.kは、電源電圧VDDからNMOSトランジスタ3.1の閾値電圧Vthを減じた電圧VDD−Vthまで初期充電される。   The gate voltage control circuit 5 supplies the ground voltage to the PMOS transistor 4. PMOS transistor 4. by applying to the gate of k. Turn k on. At this time, the NMOS node 3. k and PMOS transistor4. The power supply voltage VDD is supplied via k. Therefore, the capacitive elements 1. k is initially charged to a voltage VDD−Vth obtained by subtracting the threshold voltage Vth of the NMOS transistor 3.1 from the power supply voltage VDD.

昇圧動作の開始後に、ゲート電圧制御回路5は、電源電圧VDDより高電圧の外部電源電圧VCCをPMOSトランジスタ4.kのゲートに与える。この場合の電源電圧VCCは、PMOSトランジスタ4.kをオフさせるのに十分なゲート電圧である。これによって、PMOSトランジスタ4.kのオフリーク電流を減少させることができる。   After starting the boosting operation, the gate voltage control circuit 5 applies the external power supply voltage VCC higher than the power supply voltage VDD to the PMOS transistor 4. to the gate of k. In this case, the power supply voltage VCC is applied to the PMOS transistor 4. The gate voltage is sufficient to turn off k. As a result, the PMOS transistor 4. The k off-leakage current can be reduced.

ゲート電圧制御回路5は、例えば図2に示すようにコンパレータで構成することができる。コンパレータは、出力端子Voutの電圧と入力端子Vinの電圧とをモニターし、出力端子Voutの電圧が入力端子Vinの電圧より大きくなった場合に、PMOSトランジスタ4.kのゲートに電圧VCCを印加する。   The gate voltage control circuit 5 can be composed of a comparator as shown in FIG. 2, for example. The comparator monitors the voltage at the output terminal Vout and the voltage at the input terminal Vin. When the voltage at the output terminal Vout becomes larger than the voltage at the input terminal Vin, the PMOS transistor 4. A voltage VCC is applied to the gate of k.

図3は、伝達用NMOSトランジスタ2.kの構造を模式的に示す断面図である。図1、図2のチャージポンプ回路30では、バックゲートバイアス効果を抑制するために、NMOSトランジスタ2.kのドレインとバックゲートとが接続されている。このため、NMOSトランジスタ2のバックゲートを相互に電気的に分離する必要がある。そこで、NMOSトランジスタ2.kは、図3に示すようなトリプルウェルの構造となっている。   FIG. 3 shows a transfer NMOS transistor 2. It is sectional drawing which shows the structure of k typically. In the charge pump circuit 30 of FIGS. 1 and 2, in order to suppress the back gate bias effect, the NMOS transistor 2. The k drain and the back gate are connected. For this reason, it is necessary to electrically isolate the back gates of the NMOS transistors 2 from each other. Therefore, NMOS transistor 2. k has a triple well structure as shown in FIG.

図3を参照して、トリプルウェル構造では、P型基板100上にNウェル110が設けられ、さらに、Nウェル110上にPウェル120が設けられる。NMOSトランジスタ2.kは、Pウェル120上に形成される。Pウェル120内のN+拡散層122,123が、ドレインおよびソースとして用いられる。ドレイン領域であるN+拡散層122は、Pウェル120内のP+拡散層121およびNウェル110内のN+拡散層111と接続される。これによって、NMOSトランジスタ2.kのドレインとバックゲートとが接続される。昇圧時には、昇圧されたNウェル110と接地されたP型基板100とが逆バイアスになるので、Nウェル110およびPウェル120はP型基板100と電気的に分離される。   Referring to FIG. 3, in the triple well structure, an N well 110 is provided on a P-type substrate 100, and a P well 120 is further provided on the N well 110. NMOS transistor 2. k is formed on the P-well 120. N + diffusion layers 122 and 123 in the P well 120 are used as a drain and a source. N + diffusion layer 122 which is a drain region is connected to P + diffusion layer 121 in P well 120 and N + diffusion layer 111 in N well 110. As a result, the NMOS transistor 2. The drain of k and the back gate are connected. At the time of boosting, the boosted N well 110 and the grounded P type substrate 100 are reversely biased, so that the N well 110 and the P well 120 are electrically separated from the P type substrate 100.

図4は、チャージポンプ回路30に印加されるクロック信号CLKおよび反転クロック信号CLKBの波形を模式的に示すタイミング図である。図4の上側の波形がクロック信号CLKの波形を示し、下側の波形が反転クロック信号CLKBの波形を示す。図4に示すように、クロック信号CLKおよび反転クロック信号CLKBは、ともに、0と電源電圧VDDとの間で振動する矩形波である。   FIG. 4 is a timing diagram schematically showing the waveforms of the clock signal CLK and the inverted clock signal CLKB applied to the charge pump circuit 30. The upper waveform of FIG. 4 shows the waveform of the clock signal CLK, and the lower waveform shows the waveform of the inverted clock signal CLKB. As shown in FIG. 4, both the clock signal CLK and the inverted clock signal CLKB are rectangular waves that oscillate between 0 and the power supply voltage VDD.

次に、上記構成のチャージポンプ回路30の動作を説明する前に、基本的なチャージポンプ回路の動作について説明する。   Next, before describing the operation of the charge pump circuit 30 having the above-described configuration, the basic operation of the charge pump circuit will be described.

図5は、チャージポンプ回路の基本動作を説明するための図である。また、図6は、図5のチャージポンプ回路40に含まれる1つの昇圧セルCCkの構成を示す回路図である。   FIG. 5 is a diagram for explaining the basic operation of the charge pump circuit. FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of one booster cell CCk included in the charge pump circuit 40 of FIG.

図5、図6に示すチャージポンプ回路40は、IEEE Journal of Solid-State Circuits、vol.SC-11、No.3、June 1976、p.374-378に記載のチャージポンプ回路であり、一般にDicksonチャージポンプ回路と呼ばれる。チャージポンプ回路40は、チャージポンプ回路の基本構成を示すものであり、電荷を充電するための容量素子12(12.1〜12.n)と、電荷を転送するための伝達用NMOSトランジスタ13(13.1〜13.n)とを含む。容量素子12およびNMOSトランジスタ13は、図1の容量素子1および伝達用NMOSトランジスタ2にそれぞれ対応する。以下、図5、図6を参照して、Dicksonチャージポンプ回路40の構成と動作について説明する。   The charge pump circuit 40 shown in FIGS. 5 and 6 is a charge pump circuit described in IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. SC-11, No. 3, June 1976, p. 374-378, and is generally Dickson. It is called a charge pump circuit. The charge pump circuit 40 shows a basic configuration of the charge pump circuit, and includes a capacitive element 12 (12.1 to 12.n) for charging charges and a transfer NMOS transistor 13 (for transferring charges) ( 13.1-13.n). The capacitive element 12 and the NMOS transistor 13 correspond to the capacitive element 1 and the transmission NMOS transistor 2 in FIG. 1, respectively. Hereinafter, the configuration and operation of the Dickson charge pump circuit 40 will be described with reference to FIGS. 5 and 6.

チャージポンプ回路40は、入力端子Vinと出力端子Voutとの間に図6の昇圧セルCCk(ただし、kは1〜nの整数)がn個直列に接続された構成である。各昇圧セルCkは、容量素子12.kと、伝達用NMOSトランジスタ13.kとを含む。伝達用NMOSトランジスタ13.kのゲートとドレインとが接続され、ソースが昇圧ノードPkに接続される。伝達用NMOSトランジスタ13.kのドレインは前段の昇圧セルCCk−1の昇圧ノードPk−1(ただし、k=1の場合は入力端子Vin)に接続される。   The charge pump circuit 40 has a configuration in which n booster cells CCk (where k is an integer from 1 to n) in FIG. 6 are connected in series between an input terminal Vin and an output terminal Vout. Each booster cell Ck includes a capacitive element 12. k and a transfer NMOS transistor 13. k. Transmission NMOS transistor 13. The gate and drain of k are connected, and the source is connected to the boost node Pk. Transmission NMOS transistor 13. The drain of k is connected to the boost node Pk-1 of the previous boost cell CCk-1 (however, when k = 1, the input terminal Vin).

また、昇圧ノードPkには、容量素子12.kの一端が接続される。最終段(k=n)の容量素子12.nを除く容量素子12.1〜12.n−1の他端には、チャージポンプを駆動するために、図4に示すようなクロック信号CLKとCLKを反転した反転クロック信号CLKBとが印加される。クロック信号CLK,CLKBは直列接続された昇圧セルCC1〜CCnに対して交互に印加される。チャージポンプ回路40は、入力された電荷を各昇圧セルCC1〜CCnに順番に伝達することで、最終的に出力端子Voutに接続された最終段の容量素子12.nに電荷を充電し、昇圧電圧を得る。   Further, the booster node Pk includes the capacitive elements 12. One end of k is connected. 11. Capacitance element at the final stage (k = n) capacitive elements excluding n 12.1-12. To drive the charge pump, the other end of n−1 is applied with a clock signal CLK as shown in FIG. 4 and an inverted clock signal CLKB obtained by inverting CLK. Clock signals CLK and CLKB are alternately applied to booster cells CC1 to CCn connected in series. The charge pump circuit 40 sequentially transmits the input charges to the boosting cells CC1 to CCn, so that the capacitive element 12. Charges n to obtain a boosted voltage.

次に、図4および図5を参照して、上記チャージポンプ回路40の動作について説明する。チャージポンプ回路40の入力端子Vinには、電源電圧VDDが入力されている。   Next, the operation of the charge pump circuit 40 will be described with reference to FIGS. The power supply voltage VDD is input to the input terminal Vin of the charge pump circuit 40.

まず、図4の時刻t1では、初段(k=1)の昇圧セルCC1の昇圧ノードP1に印加された反転クロック信号CLKBはLレベル(0V)になる。このとき、伝達用NMOSトランジスタ13.1を介して、容量素子12.1は、電源電圧VDDと伝達用NMOSトランジスタ13の閾値電圧Vthとの差である電圧VDD−Vthまで充電される。   First, at time t1 in FIG. 4, the inverted clock signal CLKB applied to the boosting node P1 of the boosting cell CC1 in the first stage (k = 1) becomes L level (0V). At this time, the capacitive element 12.1 is charged to the voltage VDD−Vth which is the difference between the power supply voltage VDD and the threshold voltage Vth of the transfer NMOS transistor 13 via the transfer NMOS transistor 13.1.

次に、図4の時刻t2では、反転クロック信号CLKBがHレベル(VDD)になることによって、昇圧ノードP1の電圧が持ち上げられる。このときの持ち上げられた電圧Vclkは、各容量素子12の容量をCpとし、各昇圧ノードPkの浮遊容量をCfとすると、
Vclk=VDD×Cp/(Cp+Cf) …(1)
と表わされる。
Next, at time t2 in FIG. 4, the inverted clock signal CLKB becomes H level (VDD), thereby raising the voltage of the boost node P1. The raised voltage Vclk at this time is given by assuming that the capacitance of each capacitive element 12 is Cp and the stray capacitance of each boosting node Pk is Cf.
Vclk = VDD × Cp / (Cp + Cf) (1)
It is expressed as

持ち上げられた電圧は、伝達用NMOSトランジスタ13.2を介して2段目(k=2)の容量素子12.2に充電され、初段の容量素子12.1と2段目の容量素子12.2の電圧がつりあうまで電荷の移動が行われる。同様の動作を繰り返すことで最終的に2段目の昇圧ノードP2の電圧はVDD−Vth+Vclk−Vthとなる。時刻t3以降、各昇圧セルCCkで上記動作を繰り返すことで各昇圧ノードPkの電圧が上昇し、n段チャージポンプの最終段(k=n)の容量素子12.nにはVDD−Vth+(Vclk−Vth)×nの電圧が充電される。   The raised voltage is charged to the second stage (k = 2) capacitive element 12.2 via the transfer NMOS transistor 13.2, and the first stage capacitive element 12.1 and the second stage capacitive element 12.2. The charge is transferred until the two voltages are balanced. By repeating the same operation, the voltage at the second boosting node P2 finally becomes VDD−Vth + Vclk−Vth. After time t3, the above-described operation is repeated in each boost cell CCk, whereby the voltage of each boost node Pk rises, and the capacitive element 12.n of the final stage (k = n) of the n-stage charge pump. n is charged with a voltage of (VDD−Vth + (Vclk−Vth) × n).

次に、実施の形態1のチャージポンプ回路30の動作を説明する。図1、図2を参照して、チャージポンプ回路30は、図5のチャージポンプ回路40に、初期充電用のNMOSトランジスタ3およびPMOSトランジスタ4を付加した構成となっている。したがって、チャージポンプ回路30は、図5のチャージポンプ回路40の機能に加えて、次のような機能を有する。   Next, the operation of the charge pump circuit 30 of the first embodiment will be described. Referring to FIGS. 1 and 2, the charge pump circuit 30 is configured by adding an initial charge NMOS transistor 3 and a PMOS transistor 4 to the charge pump circuit 40 of FIG. Therefore, the charge pump circuit 30 has the following function in addition to the function of the charge pump circuit 40 of FIG.

まず、電源投入直後に各昇圧セルCkの容量素子1.kは、初期充電用のNMOSトランジスタ3.kおよびPMOSトランジスタ4.kを介して充電電流が流れることによって、VDD−Vthまで充電される。このため、昇圧動作初期にVDD−Vthまで昇圧する必要がなくなるので、昇圧初期の昇圧時間が短縮される。   First, immediately after the power is turned on, the capacitor elements 1. k is an NMOS transistor for initial charging; k and PMOS transistor4. When a charging current flows through k, the battery is charged to VDD-Vth. This eliminates the need for boosting to VDD-Vth in the initial stage of boosting operation, thereby shortening the boosting time in the initial stage of boosting.

さらに、チャージポンプ回路30では、昇圧動作によって出力電圧が上昇した場合に、各昇圧セルCkごとに容量素子1.kから入力端子Vinへ流れる電流がPMOSトランジスタ4.kによって制限される。この結果、PMOSトランジスタ4のドレイン・ソース間に電位差が発生するので、初期充電用NMOSトランジスタ3のドレイン・ソース間の電圧の上昇は抑えられる。したがって、閾値電圧Vthの低いMOSFETを用いる場合にも、オフリークによる容量素子1.kから入力端子Vinへの電荷の移動が抑制される。したがって、チャージポンプ回路30では、最終的に得られる昇圧電圧の低下を防ぐことができる。   Further, in the charge pump circuit 30, when the output voltage increases due to the boosting operation, the capacitance elements 1.. k to the input terminal Vin is a PMOS transistor 4. Limited by k. As a result, a potential difference is generated between the drain and source of the PMOS transistor 4, so that an increase in voltage between the drain and source of the initial charging NMOS transistor 3 can be suppressed. Therefore, even when a MOSFET having a low threshold voltage Vth is used, the capacitive element 1. The movement of charges from k to the input terminal Vin is suppressed. Therefore, the charge pump circuit 30 can prevent the finally obtained boosted voltage from being lowered.

ここで、初期充電時には、PMOSトランジスタ4およびNMOSトランジスタ3を介して容量素子1へ電荷が充電される。このとき、PMOSトランジスタ4のオン抵抗によって初期電荷が初期充電の機能を低下させないためにPMOSトランジスタ4のゲート幅は、初期充電用NMOSトランジスタ3のゲート幅より大きく設定する。好ましくは、PMOSトランジスタ4のゲート幅をNMOSトランジスタ3の10倍以上とする。   Here, at the time of initial charging, electric charge is charged to the capacitive element 1 via the PMOS transistor 4 and the NMOS transistor 3. At this time, the gate width of the PMOS transistor 4 is set larger than the gate width of the NMOS transistor 3 for initial charging so that the initial charge does not deteriorate the function of initial charging due to the on-resistance of the PMOS transistor 4. Preferably, the gate width of the PMOS transistor 4 is 10 times or more that of the NMOS transistor 3.

[実施の形態1の変形例]
図7は、図1のチャージポンプ回路30の変形例であるチャージポンプ回路31の構成を示す回路図である。図7のチャージポンプ回路31は、図1の伝達用NMOSトランジスタ2(2.1〜2.n)に代えてPMOSトランジスタ6(6.1〜6.n)を含む点で、実施の形態1のチャージポンプ回路30と異なる。さらに、チャージポンプ回路31は、図1の初期充電用のNMOSトランジスタ3(3.1〜3.n)に代えてPMOSトランジスタ7(7.1〜7.n)を含む点で、実施の形態1のチャージポンプ回路30と異なる。このように、NMOSトランジスタをPMOSトランジスタに変更しても、チャージポンプ回路31は、図1のチャージポンプ回路30と同様の動作をし、同様の効果を奏する。
[Modification of Embodiment 1]
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a charge pump circuit 31 which is a modification of the charge pump circuit 30 of FIG. The charge pump circuit 31 of FIG. 7 includes a PMOS transistor 6 (6.1 to 6.n) in place of the transmission NMOS transistor 2 (2.1 to 2.n) of FIG. Different from the charge pump circuit 30 of FIG. Further, the charge pump circuit 31 includes a PMOS transistor 7 (7.1 to 7.n) instead of the NMOS transistor 3 (3.1 to 3.n) for initial charging shown in FIG. 1 different from the charge pump circuit 30 of FIG. As described above, even if the NMOS transistor is changed to the PMOS transistor, the charge pump circuit 31 operates in the same manner as the charge pump circuit 30 of FIG. 1 and has the same effect.

図7の場合、各PMOSトランジスタ6.k(ただし、kは1〜nの整数)のドレインとゲートとバックゲートとが互いに接続されるとともに、各PMOSトランジスタ6.kのドレインは昇圧ノードPkにも接続される。PMOSトランジスタ6.kのソースは、前段の昇圧ノードPk−1に接続される(k=1の場合は、入力端子Vinに接続される)。また、各PMOSトランジスタ7.kのドレインとゲートとバックゲートとが互いに接続されるとともに、各PMOSトランジスタ7.kのドレインは昇圧ノードPkにも接続される。各PMOSトランジスタ7.kのソースは、PMOSトランジスタ4.kのドレインに接続される。図7のその他の点は、図1のチャージポンプ回路30と同様であるので、共通する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。   In the case of FIG. k (where k is an integer from 1 to n), the drain, the gate, and the back gate are connected to each other and each PMOS transistor 6. The drain of k is also connected to the boost node Pk. PMOS transistor 6. The source of k is connected to the previous boost node Pk−1 (when k = 1, it is connected to the input terminal Vin). Each PMOS transistor 7. k drain, gate and back gate are connected to each other and each PMOS transistor 7. The drain of k is also connected to the boost node Pk. 6. Each PMOS transistor The source of k is a PMOS transistor 4. connected to the drain of k. Since the other points of FIG. 7 are the same as those of charge pump circuit 30 of FIG. 1, common portions are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

図8は、伝達用PMOSトランジスタ6.kの構造を模式的に示す断面図である。図7のチャージポンプ回路30では、バックゲートバイアス効果を受けないようにするため、PMOSトランジスタ6.kのドレインとバックゲートとが接続されている。したがって、PMOSトランジスタ6のバックゲートを相互に電気的に分離するために、PMOSトランジスタ6.kは、図8に示すようなNウェルの構造となっている。   8 shows a transfer PMOS transistor 6. It is sectional drawing which shows the structure of k typically. In the charge pump circuit 30 of FIG. 7, in order to avoid the back gate bias effect, the PMOS transistor 6. The k drain and the back gate are connected. Therefore, in order to electrically isolate the back gates of the PMOS transistors 6 from each other, the PMOS transistors 6. k has an N-well structure as shown in FIG.

図8を参照して、Nウェル110はP型基板100上に設けられ、PMOSトランジスタ6.kは、Nウェル110上に形成される。Nウェル110内のP+拡散層112,113が、ドレインおよびソースとして用いられる。ドレイン領域であるP+拡散層112は、Nウェル110内のN+拡散層111と接続される。これによって、PMOSトランジスタ6.kのドレインとバックゲートとが接続される。昇圧時には、昇圧されたNウェル110と接地されたP型基板100とが逆バイアスとなるので、Nウェル110はP型基板100と電気的に分離される。   Referring to FIG. 8, N well 110 is provided on P type substrate 100, and PMOS transistor 6. k is formed on the N well 110. The P + diffusion layers 112 and 113 in the N well 110 are used as a drain and a source. The P + diffusion layer 112 which is a drain region is connected to the N + diffusion layer 111 in the N well 110. As a result, the PMOS transistor 6. The drain of k and the back gate are connected. At the time of boosting, the boosted N-well 110 and the grounded P-type substrate 100 are reverse-biased, so that the N-well 110 is electrically isolated from the P-type substrate 100.

[実施の形態2]
図9は、本発明の実施の形態2のチャージポンプ回路32の構成を示す回路図である。図9を参照して、チャージポンプ回路32は、電荷を充電するための容量素子1(1.1〜1.n)と、電荷を転送するための伝達用NMOSトランジスタ2(2.1〜2.n)と、初期充電用のNMOSトランジスタ3(3.1〜3.n)およびPMOSトランジスタ4(4.1〜4.n)とを含む。チャージポンプ回路32は、図1のゲート電圧制御回路を含まず、これに代えてPMOSトランジスタ4の各ゲートを出力端子に接続している点で、図1のチャージポンプ回路30と異なる。容量素子1、伝達用NMOSトランジスタ2、初期充電用NMOSトランジスタ3の構成および接続は実施の形態1と同様であるため説明を繰返さない。
[Embodiment 2]
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of the charge pump circuit 32 according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9, charge pump circuit 32 includes capacitive element 1 (1.1 to 1.n) for charging charges, and transfer NMOS transistor 2 (2.1 to 2) for transferring charges. N), and NMOS transistor 3 (3.1 to 3.n) for initial charging and PMOS transistor 4 (4.1 to 4.n). The charge pump circuit 32 does not include the gate voltage control circuit shown in FIG. 1, but instead differs from the charge pump circuit 30 shown in FIG. 1 in that each gate of the PMOS transistor 4 is connected to the output terminal. Since the configuration and connection of capacitive element 1, transmission NMOS transistor 2, and initial charging NMOS transistor 3 are the same as those in the first embodiment, description thereof will not be repeated.

実施の形態1の場合と同様に、各PMOSトランジスタ4.k(ただし、kは1〜nの整数)のソースは、入力端子Vinに接続される。また、各PMOSトランジスタ4.kのドレインおよびバックゲートが相互に接続される。各PMOSトランジスタ4.kのドレインは、初期充電用NMOSトランジスタ3.kのドレインに接続される。   As in the first embodiment, each PMOS transistor 4. The source of k (where k is an integer from 1 to n) is connected to the input terminal Vin. Each PMOS transistor 4. The k drain and the back gate are connected to each other. 3. Each PMOS transistor The drain of k is an NMOS transistor for initial charging. connected to the drain of k.

実施の形態1と異なる点は、各PMOSトランジスタ4.kのゲートが出力端子Voutに接続されている点である。したがって、昇圧動作開始前の初期状態では、出力端子Voutの電圧が0であるので、各PMOSトランジスタ4.kのゲート電圧が0となる。この結果、PMOSトランジスタ4.kはオン状態になるので、容量素子1は、PMOSトランジスタ4およびNMOSトランジスタ3を介して初期充電されることになる。なお、初期充電の機能を低下させないために、PMOSトランジスタ4のゲート幅は、NMOSトランジスタ3のゲート幅より大きいこと、好ましくは10倍以上であることが望ましい。   The difference from the first embodiment is that each PMOS transistor 4. The gate of k is connected to the output terminal Vout. Therefore, in the initial state before the start of the boost operation, the voltage at the output terminal Vout is 0. The gate voltage of k becomes 0. As a result, the PMOS transistor 4. Since k is turned on, the capacitive element 1 is initially charged via the PMOS transistor 4 and the NMOS transistor 3. In order not to deteriorate the function of initial charging, the gate width of the PMOS transistor 4 is preferably larger than the gate width of the NMOS transistor 3, preferably 10 times or more.

一方、昇圧動作開始後に、出力端子Voutの電圧が入力端子Vinの電圧よりも高くなると、PMOSトランジスタ4.kはオフ状態になる。このように、チャージポンプ回路32のうち最も電圧が高い最終段(k=n)の出力端子Voutの電圧をゲート電圧として利用することによって、PMOSトランジスタ4を確実にオフ状態にすることができる。したがって、オフリーク電流の低減が可能となる。また、図1のゲート電圧制御回路5を必要としないため、実施の形態1と比較して回路規模を小さくできる。   On the other hand, when the voltage at the output terminal Vout becomes higher than the voltage at the input terminal Vin after the boost operation starts, the PMOS transistor 4. k goes off. Thus, by using the voltage of the output terminal Vout of the final stage (k = n) having the highest voltage in the charge pump circuit 32 as the gate voltage, the PMOS transistor 4 can be reliably turned off. Therefore, it is possible to reduce off-leakage current. Further, since the gate voltage control circuit 5 of FIG. 1 is not required, the circuit scale can be reduced as compared with the first embodiment.

[実施の形態2の変形例]
図10は、図9のチャージポンプ回路32の変形例であるチャージポンプ回路33の構成を示す回路図である。図10のチャージポンプ回路33は、図9の伝達用NMOSトランジスタ2(2.1〜2.n)に代えてPMOSトランジスタ6(6.1〜6.n)を含む点で、実施の形態2のチャージポンプ回路32と異なる。さらに、チャージポンプ回路33は、図9の初期充電用のNMOSトランジスタ3(3.1〜3.n)に代えてPMOSトランジスタ7(7.1〜7.n)を含む点で、実施の形態2のチャージポンプ回路32と異なる。このように、NMOSトランジスタをPMOSトランジスタに変更しても、チャージポンプ回路33は、図9のチャージポンプ回路32と同様の動作をし、同様の効果を奏する。
[Modification of Embodiment 2]
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a charge pump circuit 33 which is a modification of the charge pump circuit 32 of FIG. The charge pump circuit 33 of FIG. 10 includes a PMOS transistor 6 (6.1 to 6.n) instead of the transmission NMOS transistor 2 (2.1 to 2.n) of FIG. Different from the charge pump circuit 32 of FIG. Further, the charge pump circuit 33 includes a PMOS transistor 7 (7.1-7.n) in place of the NMOS transistor 3 (3.1-3.n) for initial charging shown in FIG. Different from the second charge pump circuit 32. As described above, even if the NMOS transistor is changed to the PMOS transistor, the charge pump circuit 33 operates in the same manner as the charge pump circuit 32 in FIG.

図10の場合、各PMOSトランジスタ6.k(ただし、kは1〜nの整数)のドレインとゲートとバックゲートとが互いに接続されるとともに、各PMOSトランジスタ6.kのドレインは昇圧ノードPkにも接続される。PMOSトランジスタ6.kのソースは、前段の昇圧ノードPk−1に接続される(k=1の場合は、入力端子Vinに接続される)。また、各PMOSトランジスタ7.kのドレインとゲートとバックゲートとが互いに接続されるとともに、各PMOSトランジスタ7.kのドレインは昇圧ノードPkにも接続される。各PMOSトランジスタ7.kのソースは、PMOSトランジスタ4.kのドレインに接続される。図10のその他の点は、図9のチャージポンプ回路32と同様であるので、共通する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。   In the case of FIG. k (where k is an integer from 1 to n), the drain, the gate, and the back gate are connected to each other and each PMOS transistor 6. The drain of k is also connected to the boost node Pk. PMOS transistor 6. The source of k is connected to the previous boost node Pk−1 (when k = 1, it is connected to the input terminal Vin). Each PMOS transistor 7. k drain, gate and back gate are connected to each other and each PMOS transistor 7. The drain of k is also connected to the boost node Pk. 6. Each PMOS transistor The source of k is a PMOS transistor 4. connected to the drain of k. The other points of FIG. 10 are the same as those of charge pump circuit 32 of FIG. 9, and therefore, common portions are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

[実施の形態3]
図11は、本発明の実施の形態3のチャージポンプ回路34の構成を示す回路図である。図11のチャージポンプ回路34は、本発明の実施の形態2の構成を4相クロック駆動のチャージポンプ回路に適用したものである。
[Embodiment 3]
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of charge pump circuit 34 according to the third embodiment of the present invention. A charge pump circuit 34 in FIG. 11 is obtained by applying the configuration of the second embodiment of the present invention to a charge pump circuit driven by a four-phase clock.

図11を参照して、チャージポンプ回路34は、実施の形態2の場合と同様に、電荷を充電するための容量素子1(1.1〜1.n)と、容量素子1に電荷を転送するための伝達用NMOSトランジスタ2(2.1〜2.n)と、初期充電用のNMOSトランジスタ3(3.1〜3.n)およびPMOSトランジスタ4(4.1〜4.n)とを含む。一方、実施の形態2の場合と異なり、チャージポンプ回路34は、さらに、伝達用NMOSトランジスタ2(2.1〜2.n)のゲートにそれぞれ接続される容量素子21(21.1〜21.n)と、容量素子21に電荷を転送するための補助伝達用NMOSトランジスタ22(21.1〜21.n)とを含む。   Referring to FIG. 11, charge pump circuit 34 transfers capacitance to capacitive element 1 and capacitive element 1 (1.1 to 1.n) for charging the charge, as in the second embodiment. Transfer NMOS transistor 2 (2.1-2.n), initial charging NMOS transistor 3 (3.1-3.n) and PMOS transistor 4 (4.1-4.n) Including. On the other hand, unlike the case of the second embodiment, the charge pump circuit 34 further includes capacitive elements 21 (21.1 to 21.2) connected to the gates of the transmission NMOS transistors 2 (2.1 to 2.n), respectively. n) and an auxiliary transmission NMOS transistor 22 (21.1 to 21.n) for transferring charges to the capacitive element 21.

チャージポンプ回路34は、入力端子Vinと出力端子Voutとの間にn個の昇圧セルが直列に接続された構成と考えることができる。k段目の昇圧セル(ただし、kは1〜nの整数)は、容量素子1.k、NMOSトランジスタ2.k、NMOSトランジスタ3、PMOSトランジスタ4.k、容量素子21.k、およびNMOSトランジスタ22.kを含む。まず、これらの接続について説明する。   The charge pump circuit 34 can be considered as a configuration in which n booster cells are connected in series between the input terminal Vin and the output terminal Vout. The kth booster cell (where k is an integer from 1 to n) k, NMOS transistor 2. k, NMOS transistor 3, PMOS transistor 4. k, capacitive element 21. k, and NMOS transistor 22. including k. First, these connections will be described.

伝達用NMOSトランジスタ2.kのドレインとバックゲートとは、前段の昇圧ノードPk−1(ただし、k=1の場合は入力端子Vin)に接続される。NMOSトランジスタ2.kのソースは昇圧ノードPkに接続される。   1. NMOS transistor for transmission The drain and back gate of k are connected to the previous boost node Pk−1 (where k = 1, the input terminal Vin). NMOS transistor 2. The source of k is connected to the boost node Pk.

補助伝達用NMOSトランジスタ22.kのドレインとバックゲートとは、前段の昇圧ノードPk−1(ただし、k=1の場合は入力端子Vin)に接続される。NMOSトランジスタ22.kのソースは、NMOSトランジスタ22.kのゲートに接続される。また、NMOSトランジスタ22.kのゲートは昇圧ノードPkに接続される。   Auxiliary transmission NMOS transistor 22. The drain and back gate of k are connected to the previous boost node Pk−1 (where k = 1, the input terminal Vin). NMOS transistor 22. The source of k is the NMOS transistor 22. connected to k gates. The NMOS transistor 22. The gate of k is connected to the boost node Pk.

容量素子1.kの一端は昇圧ノードPkに接続される。最終段(k=n)を除いて、奇数段の容量素子1の他端にはクロック信号#1(第1のクロック信号)が供給され、偶数段の容量素子1の他端にはクロック信号#3(第2のクロック信号)が供給される。最終段の容量素子1.nの他端は接地される。   Capacitance element 1. One end of k is connected to the boost node Pk. A clock signal # 1 (first clock signal) is supplied to the other end of the odd-numbered capacitive element 1 except for the final stage (k = n), and a clock signal is supplied to the other end of the even-numbered capacitive element 1. # 3 (second clock signal) is supplied. Final stage capacitive element 1. The other end of n is grounded.

容量素子21.kの一端は、伝達用NMOSトランジスタ2.kのゲートに接続される。また、奇数段の容量素子21の他端にはクロック信号#4(第3のクロック信号)が供給され、偶数段の容量素子21の他端にはクロック信号#2(第4のクロック信号)が供給される。   Capacitive element 21. k is connected to the transfer NMOS transistor 2. connected to k gates. The other end of the odd-numbered capacitive element 21 is supplied with a clock signal # 4 (third clock signal), and the other end of the even-numbered capacitive element 21 is supplied with the clock signal # 2 (fourth clock signal). Is supplied.

初期充電用のNMOSトランジスタ3.kおよびPMOSトランジスタ4.kの接続については、実施の形態2と同様であるので説明を繰返さない。   2. NMOS transistor for initial charging k and PMOS transistor4. Since the connection of k is the same as that of the second embodiment, description thereof will not be repeated.

次に、実施の形態3のチャージポンプ回路34の動作について説明する。
図12は、チャージポンプ回路34に印加されるクロック信号#1〜#4の波形を模式的に示すタイミング図である。図12は、上から順に、クロック信号#1,#2,#3,#4をそれぞれ示す。クロック信号#1〜#4は、いずれも0と電源電圧VDDとの間で振動する矩形波である。クロック信号#1はクロック信号#4と逆位相であり、クロック信号#2はクロック信号#3と逆位相である。また、クロック信号#1は、クロック信号#2と同周期であり、クロック信号#2が立上がる前に立上がり、クロック信号#4が立下がった後に立下がる。
Next, the operation of the charge pump circuit 34 of the third embodiment will be described.
FIG. 12 is a timing chart schematically showing waveforms of clock signals # 1 to # 4 applied to the charge pump circuit 34. As shown in FIG. FIG. 12 shows clock signals # 1, # 2, # 3, and # 4 in order from the top. The clock signals # 1 to # 4 are all rectangular waves that vibrate between 0 and the power supply voltage VDD. The clock signal # 1 has an opposite phase to the clock signal # 4, and the clock signal # 2 has an opposite phase to the clock signal # 3. The clock signal # 1 has the same cycle as the clock signal # 2, rises before the clock signal # 2 rises, and falls after the clock signal # 4 falls.

図11,図12を参照して、時刻t1以前に、1段目の容量素子1.1が充電されているとする。また、クロック信号#3がHレベルであるので、NMOSトランジスタ22.2はオン状態である。この状態で、時刻t1にクロック信号#1がHレベルになるので、容量素子1.1の電圧が持ち上げられて、ゲート充電用の容量素子21.2が充電される。   Referring to FIGS. 11 and 12, it is assumed that capacitor element 1.1 at the first stage is charged before time t1. Further, since the clock signal # 3 is at the H level, the NMOS transistor 22.2 is on. In this state, clock signal # 1 becomes H level at time t1, so that the voltage of capacitive element 1.1 is raised and capacitive element 21.2 for gate charging is charged.

次の時刻t2では、クロック信号#1がHレベルの状態で、クロック信号#2がHレベルになり、クロック信号#3がLレベルになる。この結果、NMOSトランジスタ2.2のゲート電圧が持ち上げられるので、NMOSトランジスタ2.2が導通する。そうすると、容量素子1.1の電荷がNMOSトランジスタ2.2を通って2段目の容量素子1.2に転送される。   At the next time t2, the clock signal # 1 is at the H level, the clock signal # 2 is at the H level, and the clock signal # 3 is at the L level. As a result, the gate voltage of the NMOS transistor 2.2 is raised, so that the NMOS transistor 2.2 becomes conductive. Then, the charge of the capacitive element 1.1 is transferred to the second-stage capacitive element 1.2 through the NMOS transistor 2.2.

次の時刻t3で、クロック信号#1がHレベルの状態で、クロック信号#2がLレベルになり、クロック信号#3がHレベルになる。これによって、2段目の容量素子1.2の電圧が持ち上げられて、ゲート充電用の容量素子21.3が充電される。   At the next time t3, while the clock signal # 1 is at the H level, the clock signal # 2 is at the L level and the clock signal # 3 is at the H level. As a result, the voltage of the capacitor element 1.2 in the second stage is raised, and the capacitor element 21.3 for gate charging is charged.

次の時刻t4では、クロック信号#3がHレベルの状態で、クロック信号#1がHレベルになり、クロック信号#4がLレベルになる。この結果、NMOSトランジスタ2.3のゲート電圧が持ち上げられるので、NMOSトランジスタ2.3が導通する。そうすると、容量素子1.2の電荷がNMOSトランジスタ2.3を通って3段目の容量素子1.3に転送される。   At the next time t4, while the clock signal # 3 is at the H level, the clock signal # 1 is at the H level and the clock signal # 4 is at the L level. As a result, the gate voltage of the NMOS transistor 2.3 is raised, so that the NMOS transistor 2.3 becomes conductive. Then, the electric charge of the capacitive element 1.2 is transferred to the third-stage capacitive element 1.3 through the NMOS transistor 2.3.

次の時刻t5で、クロック信号#3がHレベルの状態で、クロック信号#1がLレベルになり、クロック信号#4がHレベルになる。これによって、3段目の容量素子の1.3の電圧が持ち上げられて、ゲート充電用の容量素子21.4が充電される。以下、同様の動作を繰返すことによって、実施の形態2の2相クロック方式の場合よりも高効率で電源電圧を昇圧することができる。   At the next time t5, while the clock signal # 3 is at the H level, the clock signal # 1 is at the L level and the clock signal # 4 is at the H level. As a result, the voltage 1.3 of the capacitor element at the third stage is raised, and the capacitor element 21.4 for gate charging is charged. Thereafter, by repeating the same operation, the power supply voltage can be boosted with higher efficiency than in the case of the two-phase clock system of the second embodiment.

ここで、実施の形態2の場合と同様に、初期充電用のNMOSトランジスタ3およびPMOSトランジスタ4を介して、電源投入直後に各容量素子1.kがVDD−Vthまで充電される。このため、昇圧動作初期にVDD−Vthまでは昇圧する必要がなく、昇圧初期の昇圧時間が短縮される。   Here, as in the case of the second embodiment, each capacitor element 1... Immediately after the power is turned on via the NMOS transistor 3 and the PMOS transistor 4 for initial charging. k is charged to VDD-Vth. For this reason, it is not necessary to boost to VDD-Vth at the beginning of the boosting operation, and the boosting time at the initial boosting time is shortened.

さらに、チャージポンプ回路34の昇圧開始後に出力電圧が上昇した場合には、各容量素子1.kから入力端子Vinへ流れるリーク電流がPMOSトランジスタ4によって制限される。このように、MOSFETが閾値電圧Vthが低い場合であってもオフリーク電流が抑制されるので、実施の形態2の場合と同様に、最終的に得られる昇圧電圧の低下を防ぐことができる。   Further, when the output voltage rises after the charge pump circuit 34 starts boosting, each capacitor element 1. A leak current flowing from k to the input terminal Vin is limited by the PMOS transistor 4. As described above, even when the threshold voltage Vth of the MOSFET is low, the off-leakage current is suppressed. Therefore, as in the case of the second embodiment, it is possible to prevent the finally obtained boosted voltage from being lowered.

[比較例との対比]
図13は、実施の形態2のチャージポンプ回路32の比較例であるチャージポンプ回路41の構成を示す回路図である。
[Comparison with comparative example]
FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a charge pump circuit 41 which is a comparative example of the charge pump circuit 32 of the second embodiment.

また、図14は、図13のチャージポンプ回路41に含まれる1つの昇圧セルCCCkの構成を示す回路図である。チャージポンプ回路41は、入力端子Vinと出力端子Voutの間に複数の昇圧セルCCCk(ただし、kは1〜nの整数)が直列に接続される。   FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of one booster cell CCCk included in the charge pump circuit 41 of FIG. In the charge pump circuit 41, a plurality of booster cells CCCk (where k is an integer from 1 to n) are connected in series between an input terminal Vin and an output terminal Vout.

図13、図14を参照して、チャージポンプ回路41は、電荷を充電するための容量素子12(12.1〜12.n)と、電荷を転送するための伝達用NMOSトランジスタ14(14.1〜14.n)と、初期充電用のNMOSトランジスタ15(15.1〜15.n)とを含む。チャージポンプ回路41は、図9のチャージポンプ回路32で、PMOSトランジスタ4を含まない構成となっている。すなわち、各NMOSトランジスタ15.kのドレインは、図9の場合と異なり、PMOSトランジスタ4.kを介さずに入力端子Vinと直接接続される。したがって、図13の場合には、昇圧時に、容量素子12から入力端子VinにNMOSトランジスタ15を介してオフリーク電流19が流れる。オフリーク電流19は、出力電圧が高電圧になるほど増加する。   Referring to FIG. 13 and FIG. 14, the charge pump circuit 41 includes a capacitive element 12 (12.1 to 12.n) for charging a charge and a transfer NMOS transistor 14 (14. 1 to 14.n) and an initial charge NMOS transistor 15 (15.1 to 15.n). The charge pump circuit 41 is the charge pump circuit 32 of FIG. 9 and does not include the PMOS transistor 4. That is, each NMOS transistor 15. The drain of k is different from that of FIG. It is directly connected to the input terminal Vin without going through k. Therefore, in the case of FIG. 13, an off-leakage current 19 flows from the capacitive element 12 to the input terminal Vin via the NMOS transistor 15 at the time of boosting. The off-leakage current 19 increases as the output voltage becomes higher.

その他のNMOSトランジスタ15の接続については、図9のNMOSトランジスタ3と同様であるので説明を繰返さない。また、容量素子12およびNMOSトランジスタ14の構成および接続についても、対応する図9の容量素子1およびNMOSトランジスタ2と同様であるので説明を繰返さない。以下、図15〜図17を参照して、図9の実施の形態2のチャージポンプ回路32のシミュレーション結果と図13の比較例のチャージポンプ回路41のシミュレーション結果とを比較する。   Since the connection of other NMOS transistors 15 is the same as that of NMOS transistor 3 of FIG. 9, description thereof will not be repeated. Also, the configuration and connection of capacitive element 12 and NMOS transistor 14 are similar to those of corresponding capacitive element 1 and NMOS transistor 2 of FIG. 9, and therefore description thereof will not be repeated. Hereinafter, the simulation result of the charge pump circuit 32 according to the second embodiment in FIG. 9 and the simulation result of the charge pump circuit 41 in the comparative example in FIG. 13 will be compared with reference to FIGS.

図15は、昇圧電圧に対する各昇圧セルの初期充電用NMOSトランジスタのリーク電流を表すグラフである。図15の横軸は昇圧電圧(図9、図15の出力端子Voutの電圧)を表わし、図15の縦軸は初期充電用NMOSトランジスタ(図9の参照符号3、図15の参照符号15)のリーク電流を表わす。図15に示すように、実施の形態2のチャージポンプ回路32を用いた場合のリーク電流(図15の実線8)は、比較例のチャージポンプ回路41の場合のリーク電流(図15の破線9)に比べて低減している。特に、昇圧電圧が高くなるほど、両者の差が顕著である。   FIG. 15 is a graph showing the leakage current of the initial charging NMOS transistor of each boosting cell with respect to the boosting voltage. The horizontal axis in FIG. 15 represents the boosted voltage (the voltage at the output terminal Vout in FIGS. 9 and 15), and the vertical axis in FIG. 15 represents the initial charge NMOS transistor (reference numeral 3 in FIG. 9 and reference numeral 15 in FIG. 15). Represents the leakage current. As shown in FIG. 15, the leakage current (solid line 8 in FIG. 15) when the charge pump circuit 32 of the second embodiment is used is the leakage current (broken line 9 in FIG. 15) in the charge pump circuit 41 of the comparative example. ). In particular, the difference between the two becomes more significant as the boosted voltage increases.

図16は、昇圧開始から昇圧完了までのチャージポンプ回路の昇圧電圧の時間変化を表わすグラフである。図16に示すように、昇圧電圧の立上がり時の昇圧速度について比較すると、実施の形態2のチャージポンプ回路32を用いた場合(図16の実線10)の昇圧速度は、比較例のチャージポンプ回路41を用いた場合(図16の破線11)の昇圧速度と同等である。一方、昇圧完了時の到達電圧については、実施の形態2のチャージポンプ回路32を用いた場合(図16の実線10)の到達電圧は、比較例のチャージポンプ回路41を用いた場合(図16の破線11)の到達電圧より大きい。このように、実施の形態2のチャージポンプ回路32では、最終的に得られる昇圧電圧の低下を防止することができることがわかる。   FIG. 16 is a graph showing the time change of the boosted voltage of the charge pump circuit from the start of boosting to the completion of boosting. As shown in FIG. 16, when comparing the boosting speed when the boosted voltage rises, the boosting speed when the charge pump circuit 32 of the second embodiment is used (solid line 10 in FIG. 16) is the charge pump circuit of the comparative example. This is equivalent to the boosting speed when 41 is used (broken line 11 in FIG. 16). On the other hand, with regard to the reached voltage when boosting is completed, the reached voltage when the charge pump circuit 32 of the second embodiment is used (solid line 10 in FIG. 16) is the same as when the charge pump circuit 41 of the comparative example is used (FIG. 16). Is larger than the ultimate voltage of the broken line 11). Thus, it can be seen that the charge pump circuit 32 of the second embodiment can prevent the finally obtained boosted voltage from being lowered.

図17は、昇圧開始から昇圧完了までのチャージポンプ回路の昇圧電圧の時間変化を表わすグラフである。図17では、図5のDicksonチャージポンプ回路40のシミュレーション結果(図17の実線16)と、図13の比較例のチャージポンプ回路41のシミュレーション結果(図17の破線17)とを比較している。   FIG. 17 is a graph showing the time change of the boosted voltage of the charge pump circuit from the start of boosting to the completion of boosting. 17, the simulation result of the Dickson charge pump circuit 40 in FIG. 5 (solid line 16 in FIG. 17) and the simulation result of the charge pump circuit 41 in the comparative example in FIG. 13 (broken line 17 in FIG. 17) are compared. .

図17に示すように、昇圧電圧の立上がり時の昇圧速度については、比較例のチャージポンプ回路41(図17の破線17)の昇圧速度は、Dicksonチャージポンプ回路40(図17の実線16)の昇圧速度よりも速い。この理由は、比較例のチャージポンプ回路41では、昇圧開始前に容量素子1に初期充電を行っているからである。一方、昇圧完了時の到達電圧については、比較例のチャージポンプ回路41(図17の破線17)の到達電圧は、Dicksonチャージポンプ回路40(図17の実線16)の到達電圧より低い。この理由は、比較例のチャージポンプ回路41では、初期充電用のNMOSトランジスタ15を介したオフリーク電流19が無視できないからである。したがって、本発明によれば、比較例のチャージポンプ回路41と同等の昇圧速度を達成するとともに、比較例のチャージポンプ回路41に観測される昇圧電圧の低下を防止できることがわかる。   As shown in FIG. 17, with respect to the boosting speed when the boosted voltage rises, the boosting speed of the charge pump circuit 41 of the comparative example (broken line 17 in FIG. 17) is the same as that of the Dickson charge pump circuit 40 (solid line 16 in FIG. 17). Faster than the pressurization speed. This is because in the charge pump circuit 41 of the comparative example, the capacitor element 1 is initially charged before the start of boosting. On the other hand, regarding the reached voltage at the completion of boosting, the reached voltage of the charge pump circuit 41 (broken line 17 in FIG. 17) of the comparative example is lower than the reached voltage of the Dickson charge pump circuit 40 (solid line 16 in FIG. 17). This is because in the charge pump circuit 41 of the comparative example, the off-leakage current 19 via the initial charge NMOS transistor 15 cannot be ignored. Therefore, according to the present invention, it is understood that the boosting speed equivalent to that of the charge pump circuit 41 of the comparative example can be achieved, and the decrease of the boosted voltage observed in the charge pump circuit 41 of the comparative example can be prevented.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time must be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の実施の形態1のチャージポンプ回路30の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a charge pump circuit 30 according to a first embodiment of the present invention. 図1のチャージポンプ回路30に含まれる1つの昇圧セルCkの構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of one booster cell Ck included in the charge pump circuit 30 of FIG. 1. 伝達用NMOSトランジスタ2.kの構造を模式的に示す断面図である。1. NMOS transistor for transmission It is sectional drawing which shows the structure of k typically. チャージポンプ回路30に印加されるクロック信号CLKおよび反転クロック信号CLKBの波形を模式的に示すタイミング図である。4 is a timing chart schematically showing waveforms of a clock signal CLK and an inverted clock signal CLKB applied to the charge pump circuit 30. FIG. チャージポンプ回路の基本動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the basic operation | movement of a charge pump circuit. 図5のチャージポンプ回路40に含まれる1つの昇圧セルCCkの構成を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of one booster cell CCk included in the charge pump circuit 40 of FIG. 5. 図1のチャージポンプ回路30の変形例であるチャージポンプ回路31の構成を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a charge pump circuit 31 which is a modification of the charge pump circuit 30 of FIG. 1. 伝達用PMOSトランジスタ6.kの構造を模式的に示す断面図である。5. Transmission PMOS transistor It is sectional drawing which shows the structure of k typically. 本発明の実施の形態2のチャージポンプ回路32の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the charge pump circuit 32 of Embodiment 2 of this invention. 図9のチャージポンプ回路32の変形例であるチャージポンプ回路33の構成を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a charge pump circuit 33 which is a modification of the charge pump circuit 32 of FIG. 9. 本発明の実施の形態3のチャージポンプ回路34の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the charge pump circuit 34 of Embodiment 3 of this invention. チャージポンプ回路34に印加されるクロック信号#1〜#4の波形を模式的に示すタイミング図である。4 is a timing chart schematically showing waveforms of clock signals # 1 to # 4 applied to the charge pump circuit 34. FIG. 実施の形態2のチャージポンプ回路32の比較例であるチャージポンプ回路41の構成を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a charge pump circuit 41 which is a comparative example of the charge pump circuit 32 of the second embodiment. 図13のチャージポンプ回路41に含まれる1つの昇圧セルCCCkの構成を示す回路図である。FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of one booster cell CCCk included in the charge pump circuit 41 of FIG. 13. 昇圧電圧に対する各昇圧セルの初期充電用NMOSトランジスタのリーク電流を表すグラフである。It is a graph showing the leakage current of the NMOS transistor for initial charge of each boosting cell with respect to a boosting voltage. 昇圧開始から昇圧完了までのチャージポンプ回路の昇圧電圧の時間変化を表わすグラフである。It is a graph showing the time change of the boost voltage of the charge pump circuit from the boost start to the boost completion. 昇圧開始から昇圧完了までのチャージポンプ回路の昇圧電圧の時間変化を表わすグラフである。It is a graph showing the time change of the boost voltage of the charge pump circuit from the boost start to the boost completion.

符号の説明Explanation of symbols

1,21 容量素子、2 伝達用NMOSトランジスタ、3 初期充電用NMOSトランジスタ、4 初期充電量PMOSトランジスタ、5 ゲート電圧制御回路、6 伝達用PMOSトランジスタ、7 初期充電用NMOSトランジスタ、22 補助伝達用NMOSトランジスタ、30〜34 チャージポンプ回路、CLK クロック信号、CLKB 反転クロック信号、GND 接地ノード、Pk 昇圧ノード、VCC 外部電源電圧、VDD 電源電圧、Vin 入力端子、Vout 出力端子、Vth 閾値電圧。   1,21 Capacitance element, 2 transfer NMOS transistor, 3 initial charge NMOS transistor, 4 initial charge amount PMOS transistor, 5 gate voltage control circuit, 6 transfer PMOS transistor, 7 initial charge NMOS transistor, 22 auxiliary transfer NMOS Transistor, 30 to 34 charge pump circuit, CLK clock signal, CLKB inverted clock signal, GND ground node, Pk boost node, VCC external power supply voltage, VDD power supply voltage, Vin input terminal, Vout output terminal, Vth threshold voltage.

Claims (8)

第1の電源電圧を受ける入力端子と出力端子との間に直列に接続され、各々が前記入力端子から前記出力端子の方向へ電荷を転送する複数の第1のトランジスタと、
前記複数の第1のトランジスタにそれぞれ対応して設けられ、各々が対応する第1のトランジスタの出力ノードに接続され、転送された電荷を蓄積する複数の容量素子と、
前記複数の第1のトランジスタにそれぞれ対応して設けられ、各々のカソードが対応する第1のトランジスタの出力ノードに接続される複数の整流素子と、
前記複数の整流素子にそれぞれ対応して設けられ、各々のドレインが対応する整流素子のアノードに接続され、各々のソースが前記第1の電源電圧を受けるPチャネルのMOS型の複数の第2のトランジスタと、
前記第1の電源電圧より高い第2の電源電圧を受け、前記複数の第1のトランジスタによる電荷の転送開始後に、前記複数の第2のトランジスタの各ゲートに前記第2の電源電圧を出力する制御回路とを備える、チャージポンプ回路。
A plurality of first transistors connected in series between an input terminal receiving a first power supply voltage and an output terminal, each transferring charge from the input terminal toward the output terminal;
A plurality of capacitance elements provided corresponding to the plurality of first transistors, each connected to an output node of the corresponding first transistor, and storing transferred charges;
A plurality of rectifying elements provided corresponding to the plurality of first transistors, each cathode being connected to an output node of the corresponding first transistor;
Each of the plurality of rectifying elements is provided correspondingly, each drain is connected to the anode of the corresponding rectifying element, and each source has a plurality of second P-channel MOS type receiving the first power supply voltage. A transistor,
The second power supply voltage higher than the first power supply voltage is received, and after the start of charge transfer by the plurality of first transistors, the second power supply voltage is output to each gate of the plurality of second transistors. A charge pump circuit comprising a control circuit.
前記制御回路は、前記出力端子の電圧を検出し、前記出力端子の電圧が前記第1の電源電圧よりも大きい場合に、前記複数の第2のトランジスタの各ゲートに前記第2の電源電圧を出力する、請求項1に記載のチャージポンプ回路。   The control circuit detects a voltage of the output terminal, and when the voltage of the output terminal is larger than the first power supply voltage, the control circuit supplies the second power supply voltage to each gate of the plurality of second transistors. The charge pump circuit according to claim 1, which outputs the charge pump circuit. 第1の電源電圧を受ける入力端子と出力端子との間に直列に接続され、各々が前記入力端子から前記出力端子の方向へ電荷を転送する複数の第1のトランジスタと、
前記複数の第1のトランジスタにそれぞれ対応して設けられ、各々が対応する第1のトランジスタの出力ノードに接続され、転送された電荷を蓄積する複数の容量素子と、
前記複数の第1のトランジスタにそれぞれ対応して設けられ、各々のカソードが対応する第1のトランジスタの出力ノードに接続される複数の整流素子と、
前記複数の整流素子にそれぞれ対応して設けられ、各々のドレインが対応する整流素子のアノードに接続され、各々のソースが前記第1の電源電圧を受け、各々のゲートが前記出力端子に接続される、PチャネルのMOS型の複数の第2のトランジスタとを備える、チャージポンプ回路。
A plurality of first transistors connected in series between an input terminal receiving a first power supply voltage and an output terminal, each transferring charge from the input terminal toward the output terminal;
A plurality of capacitance elements provided corresponding to the plurality of first transistors, each connected to an output node of the corresponding first transistor, and storing transferred charges;
A plurality of rectifying elements provided corresponding to the plurality of first transistors, each cathode being connected to an output node of the corresponding first transistor;
Provided corresponding to each of the plurality of rectifying elements, each drain being connected to an anode of the corresponding rectifying element, each source receiving the first power supply voltage, and each gate being connected to the output terminal. A charge pump circuit comprising a plurality of P-channel MOS type second transistors.
前記複数の整流素子の各々は、ゲートとドレインとが互いに接続されたMOS型のトランジスタであり、
前記複数の第2のトランジスタの各ゲート幅は、前記複数の整流素子の各ゲート幅よりも大きい、請求項1〜3のいずれか1項に記載のチャージポンプ回路。
Each of the plurality of rectifying elements is a MOS transistor in which a gate and a drain are connected to each other,
4. The charge pump circuit according to claim 1, wherein gate widths of the plurality of second transistors are larger than gate widths of the plurality of rectifying elements. 5.
前記複数の第1のトランジスタの各々は、ゲートとドレインとが互いに接続されたMOS型のトランジスタであり、
前記複数の容量素子は、前記出力端子に接続された第1のトランジスタに対応する第1の容量素子と、前記第1の容量素子以外の複数の第2の容量素子とを含み、
奇数段の第1のトランジスタの出力ノードに一端が接続された第2の容量素子の他端は、第1のクロック信号を受け、
偶数段の第1のトランジスタの出力ノードに一端が接続された第2の容量素子の他端は、前記第1のクロック信号と逆位相の第2のクロック信号を受ける、請求項4に記載のチャージポンプ回路。
Each of the plurality of first transistors is a MOS transistor in which a gate and a drain are connected to each other,
The plurality of capacitive elements include a first capacitive element corresponding to a first transistor connected to the output terminal, and a plurality of second capacitive elements other than the first capacitive element,
The other end of the second capacitor element, one end of which is connected to the output node of the odd-numbered first transistor, receives the first clock signal,
5. The second capacitor element having one end connected to the output node of the even-numbered first transistor receives a second clock signal having a phase opposite to that of the first clock signal. Charge pump circuit.
前記複数の第1、第2のトランジスタおよび前記複数の整流素子の各々は、バックゲートとドレインとが互いに接続される、請求項5に記載のチャージポンプ回路。   The charge pump circuit according to claim 5, wherein a back gate and a drain of each of the plurality of first and second transistors and the plurality of rectifying elements are connected to each other. 前記チャージポンプ回路は、第1〜第4のクロック信号を受け、
前記第1のクロック信号は、前記第3のクロック信号と逆位相であり、
前記第2のクロック信号は、前記第4のクロック信号と逆位相であり、
前記第1のクロック信号は、前記第4のクロック信号と同周期であり、前記第4クロック信号が立上がる前に立上がり、前記第4のクロック信号が立下がった後に立下がり、
前記複数の第1のトランジスタの各々は、NチャネルのMOS型のトランジスタであり、
前記複数の容量素子は、前記出力端子に接続された第1のトランジスタに対応する第1の容量素子と、前記第1の容量素子以外の複数の第2の容量素子とを含み、
奇数段の第1のトランジスタの出力ノードに一端が接続された第2の容量素子の他端は、前記第1のクロック信号を受け、
偶数段の第1のトランジスタの出力ノードに一端が接続された第2の容量素子の他端は、前記第2のクロック信号を受け、
前記チャージポンプ回路は、
前記複数の第1のトランジスタにそれぞれ対応して設けられ、各々が対応する第1のトランジスタのゲートとドレインの間に接続され、各々のゲートが対応する第1のトランジスタのソースに接続されるNチャネルのMOS型の複数の第3のトランジスタと、
前記複数の第1のトランジスタにそれぞれ対応して設けられる複数の第3の容量素子とをさらに備え、
奇数段の第1のトランジスタに対応する第3の容量素子の一端は、対応する第1のトランジスタのゲートに接続され、他端は前記第3のクロック信号を受け、
偶数段の第1のトランジスタに対応する第3の容量素子の一端は、対応する第1のトランジスタのゲートに接続され、他端は前記第4のクロック信号を受ける、請求項4に記載のチャージポンプ回路。
The charge pump circuit receives first to fourth clock signals,
The first clock signal is in anti-phase with the third clock signal;
The second clock signal is in anti-phase with the fourth clock signal;
The first clock signal has the same period as the fourth clock signal, rises before the fourth clock signal rises, falls after the fourth clock signal falls,
Each of the plurality of first transistors is an N-channel MOS transistor,
The plurality of capacitive elements include a first capacitive element corresponding to a first transistor connected to the output terminal, and a plurality of second capacitive elements other than the first capacitive element,
The other end of the second capacitor having one end connected to the output node of the odd-numbered first transistor receives the first clock signal,
The other end of the second capacitor element having one end connected to the output node of the even-numbered first transistor receives the second clock signal,
The charge pump circuit
N provided corresponding to each of the plurality of first transistors, each connected between the gate and drain of the corresponding first transistor, and each gate connected to the source of the corresponding first transistor A plurality of third MOS transistors of the channel;
A plurality of third capacitors provided corresponding to the plurality of first transistors, respectively.
One end of the third capacitive element corresponding to the odd-numbered first transistor is connected to the gate of the corresponding first transistor, and the other end receives the third clock signal,
5. The charge according to claim 4, wherein one end of the third capacitor element corresponding to the even-numbered first transistor is connected to the gate of the corresponding first transistor, and the other end receives the fourth clock signal. Pump circuit.
前記複数の第1〜第3のトランジスタおよび前記複数の整流素子の各々は、バックゲートとドレインとが互いに接続される、請求項7に記載のチャージポンプ回路。   The charge pump circuit according to claim 7, wherein a back gate and a drain of each of the plurality of first to third transistors and the plurality of rectifying elements are connected to each other.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015164386A (en) * 2013-08-21 2015-09-10 株式会社半導体エネルギー研究所 Charge pump circuit and semiconductor device including the same
JP2019198067A (en) * 2018-04-24 2019-11-14 インフィネオン テクノロジーズ アーゲーInfineon Technologies Ag Driver circuit for device circuit
CN114362515A (en) * 2022-01-17 2022-04-15 深圳劲芯微电子有限公司 Improved method and improved structure of drive circuit of multi-phase charge pump

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