JP2011004452A - Power circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力された電圧を昇圧して出力する電源回路に関する。 The present invention relates to a power supply circuit that boosts and outputs an input voltage.
半導体装置には、供給される電源の電圧と異なる電圧を要求する処理回路を有するものがある。半導体装置は、処理回路に電源を供給するために供給される電源の電圧を昇圧する内部電源回路(昇圧回路)を備えることにより、複数の電圧を外部で用意しなくとも処理回路を駆動させる構成が用いられている(特許文献1、特許文献2)。
Some semiconductor devices have a processing circuit that requires a voltage different from the voltage of a power supply to be supplied. A semiconductor device includes an internal power supply circuit (boost circuit) that boosts the voltage of a power supply supplied to supply power to the processing circuit, thereby driving the processing circuit without preparing a plurality of voltages externally. Are used (
図11は、例えば、半導体チップ上に形成される半導体装置9の構成を示す概略ブロック図である。半導体装置9は、外部に設けられた外部直流電源8から電源が供給される。また、半導体装置9は、半導体装置9におけるデータ処理などを行う処理回路90と、外部直流電源8から供給される電源の電圧を昇圧して処理回路90に出力する内部電源回路91と備える。また、処理回路90と内部電源回路91とは、外部直流電源8に接続され、外部直流電源8の正極側から電位Vddが印加され、外部直流電源8の負極側から電位Vssが印加される。ここで、半導体装置9は、例えば、フラッシュメモリなどの記憶装置、入力された画像信号を変換して出力する画像処理装置などである。
FIG. 11 is a schematic block diagram showing a configuration of the
図12は、内部電源回路91の構成を示した概略ブロック図及び回路図である。図12(a)は、内部電源回路91の構成を示した概略ブロック図である。内部電源回路91は、検出回路911と、基準電位出力回路912と、コンパレータ913と、オシレータ914と、昇圧部915とを備えている。
FIG. 12 is a schematic block diagram and a circuit diagram showing the configuration of the internal
検出回路911は、例えば、抵抗を用いた分圧回路などからなり、ポンプ回路915−1、…、915−mが出力する出力電位nVddを比較用の検出電位Vaに変換して、コンパレータ913に出力する。ここで、電位nVddは、外部直流電源8の正極側電位Vddをn倍した電位を示す。
基準電位出力回路912は、予め定められた昇圧規定電位Vloadに対応して定められた基準電位Vrefをコンパレータ913に出力する。ここで、昇圧規定電位Vloadとは、内部電源回路91に求められる出力電位である。また、基準電位Vrefは、昇圧規定電位Vload(規定電位)に対応して定められ、出力電位nVddが昇圧規定電位Vloadと一致する場合、検出電位Vaと一致するように定められている。
The
The reference
コンパレータ913は、H(High)レベルの昇圧開始信号が外部より入力されると、検出回路911が出力する検出電位Vaと、基準電位出力回路912が出力する基準電位Vrefとを比較し、検出電位Vaが基準電位Vref以下の場合、オシレータ914がパルス信号Tosを出力する制御を行い、検出電位Vaが基準電位Vrefより大きい場合、オシレータ914がパルス信号Tosの出力を停止する制御を行う。ここで、昇圧開始信号は、Hレベルのとき、内部電源回路91に対して昇圧動作の開始を指示し、L(Low)レベルの場合、内部電源回路91に対して昇圧動作の停止を指示する信号である。
The
オシレータ914は、例えば、インバータが複数直列に接続されたリングオシレータであり、Hレベルの昇圧開始信号が外部より入力されると、コンパレータ913が出力する制御信号Compoutに応じて連続する発振したパルス信号Tosを昇圧部915に出力する。
昇圧部915は、複数のポンプ回路915−1、…、915−mを有し、オシレータ914が出力するパルス信号Tosにより、外部直流電源8が供給する電位Vddを昇圧して処理回路90に出力する。複数のポンプ回路915−1、…、915−mは、同じ構成を有しており、全ての回路の説明に替えてポンプ回路915−1の回路構成を説明して、他の回路の説明を省略する。
例えば、昇圧部915が有するポンプ回路の個数は、1つ当たりのポンプ回路が供給する電荷量と、処理回路90の負荷及び消費電力とに応じて定められ、IP(Intellectual Property)モジュール化されたポンプ回路を組み合わせることにより構成される。このとき、1つのポンプ回路を1パーツともいう。
The
The
For example, the number of pump circuits included in the
図12(b)は、ポンプ回路915−1の構成を示す回路図である。ポンプ回路915−1は、図示するようにDickson方式の昇圧回路であり、順方向に直列接続されたn個のダイオード93−1、…、93−nと、ダイオード93−1、…、93−nそれぞれの間の接続点に対応し、一端が当該接続点に接続されたコンデンサ94−1、…、94−(n−1)と、オシレータ914(図12(a))から入力されたパルス信号CKを反転するインバータ95とを備えている。
直列接続されたダイオード93−1、…、93−nの初段のダイオード93−1のアノードには、外部直流電源8(図11)から正極側電位Vddが印加される。また、直列接続されたダイオード93−1、…、93−nの最終段のダイオード93−nからは、昇圧された出力電位nVddが出力される。コンデンサ94−1、…、94−(n−1)の他端それぞれには、入力されるパルス信号CKと、パルス信号CKをインバータ95により反転した反転パルス信号とが交互に入力される。
FIG. 12B is a circuit diagram showing a configuration of the pump circuit 915-1. The pump circuit 915-1 is a Dickson type booster circuit as shown in the figure, and includes n diodes 93-1,..., 93-n and diodes 93-1,. n corresponds to a connection point between n, and one end of the capacitors 94-1,..., 94- (n-1) connected to the connection point, and a pulse input from the oscillator 914 (FIG. 12A) And an
A positive potential Vdd is applied from the external DC power supply 8 (FIG. 11) to the anodes of the diodes 93-1 of the first stage of the diodes 93-1,..., 93-n connected in series. The boosted output potential nVdd is output from the diode 93-n at the final stage of the diodes 93-1, ..., 93-n connected in series. An input pulse signal CK and an inverted pulse signal obtained by inverting the pulse signal CK by the
上述のように構成されるポンプ回路915−1は、入力されるパルス信号CKの電位が変化する度に、ダイオード93−1、…、93−nを介して隣接するコンデンサに蓄積した電荷を移動させ、コンデンサ間を移動する度にパルス信号CKの電位の変化量に応じて電位が上昇し、最終段のダイオード93−nから供給される電位Vddを昇圧した出力電位nVddが出力される。 The pump circuit 915-1 configured as described above moves the charge accumulated in the adjacent capacitor via the diodes 93-1,..., 93-n each time the potential of the input pulse signal CK changes. Each time it moves between the capacitors, the potential rises according to the amount of change in the potential of the pulse signal CK, and an output potential nVdd obtained by boosting the potential Vdd supplied from the diode 93-n at the final stage is output.
図13は、内部電源回路91の動作を示した波形図である。縦軸方向はそれぞれの信号のレベル、電圧値、又は電流値を示し、横軸方向は時間を示す。図示するように、時刻t0(半導体装置9の動作開始)において、外部よりHレベルの昇圧開始信号が入力されると、コンパレータ913は、検出回路911が出力する検出電位Vaと、基準電位出力回路912が出力する基準電位Vrefとを比較し、基準電位Vrefより検出電位Vaが低いことを検出すると、オシレータ914に対してパルス信号Tosを出力させる制御信号Compoutを出力する。このとき、検出電位Vaは、昇圧部915の出力する初期値(0V)に対応する電位が出力される。
FIG. 13 is a waveform diagram showing the operation of the internal
時刻t0から時刻t1の期間において、昇圧部915が有するポンプ回路915−1、…、915−mは、オシレータ914が出力するパルス信号Tosに応じて、外部直流電源8より供給される電位Vddを昇圧し、昇圧された出力電位nVddを出力する。
In the period from time t0 to time t1, the pump circuits 915-1,..., 915-m included in the
時刻t1において、出力電位nVddが昇圧規定電位Vloadより高くなると、電源検出回路911から出力される検出電位Vaが基準電位Vrefより高くなる。コンパレータ913は、検出電位Vaが基準電位Vrefより高いことを検出すると、オシレータ914にパルス信号Tosの出力を停止させる制御信号Compoutを出力する。オシレータ914は、コンパレータ913が出力した制御信号Compoutに応じて、パルス信号Tosの出力を停止する。昇圧部915は、パルス信号Tosの出力が停止されると、昇圧を停止する。昇圧部915が昇圧を停止すると、出力電位nVddは、検出回路911のDC電流パス、処理回路90などにより昇圧された電位nVddは徐々に低下する。内部電源回路91の出力電位nVddが昇圧規定電位Vloadより低くなると、検出回路911が出力する検出電位Vaが、基準電位Vrefより低くなる。
When the output potential nVdd becomes higher than the boost specified potential Vload at time t1, the detection potential Va output from the power
時刻t2において、コンパレータ913は、検出電位Vaが基準電位Vrefより低いことを検出すると、オシレータ914に対してパルス信号Tosを出力させる制御信号Compoutを出力する。オシレータ914は、パルス信号Tosを昇圧部915に出力し、昇圧部915が有するポンプ回路915−1、…、915−mは、オシレータ914が出力するパルス信号Tosに応じて、外部直流電源8より供給される電位Vddを昇圧し、昇圧された出力電位nVddを出力する。
At time t2, when the
時刻t3において、コンパレータ913は、検出電位Vaが基準電位Vrefより高いことを検出すると、オシレータ914にパルス信号Tosの出力を停止させる制御信号Compoutを出力する。オシレータ914は、コンパレータ913が出力した制御信号Compoutに応じて、パルス信号Tosの出力を停止し、昇圧部915は、パルス信号Tosの出力が停止されると、昇圧を停止する。
When the
時刻t4において、上述の時刻t2と同様に、内部電源回路91は動作し、時刻t5において、上述の時刻t3と同様に、内部電源回路91は、動作する。
時刻t1以降においては、上述の時刻t1から時刻t3までの動作が、出力電位nVddの変化に応じて繰り返して、昇圧開始信号がLレベルになるまで行われる。図示するように、内部電源回路91が昇圧動作を行う度に、電流Iddが流れる。
また、時刻t0から時刻t1までの内部電源回路91の動作状態を昇圧動作状態といい、時刻t1以降内部電源回路91の状態を昇圧後電位維持状態という。
At time t4, the internal
After time t1, the above-described operation from time t1 to time t3 is repeated according to the change in the output potential nVdd until the boost start signal becomes L level. As shown in the drawing, a current Idd flows every time the internal
Further, the operation state of the internal
図14は、半導体装置9において、内部電源回路91の動作により生じる影響を示す概略図である。上述のように構成された内部電源回路91を備える半導体装置9では、内部電源回路91が動作すると、内部電源回路91に電流Iddが流れ、処理回路90に印加される電圧に変動が生じる。特に、内部電源回路91が動作を開始するとき(図13では、時刻t0、t2、t4)に、処理回路90に印加される電圧が大きく変化する。
FIG. 14 is a schematic diagram showing the influence caused by the operation of the internal
図15は、内部電源回路91が動作するとき、内部電源回路91に流れる電流Idd及び供給される電圧Vdd1、並びに処理回路90に供給される電圧Vdd2の変化を示す波形図である。図15において、縦軸方向は電流値及び電圧値を示し、横軸方向は時間を示す。図示するように、内部電源回路91が昇圧を開始して、内部電源回路91と外部直流電源8(図11)との間に電流Iddが発生する。このとき、内部電源回路91と外部直流電源8とを接続する配線の寄生抵抗により、内部電源回路91に供給される電圧が低下する。図15に示す例では、電圧Vdd1は、3Vから2.75Vに低下する。また、内部電源回路91に電流Iddが流れ始める急峻な変化により、処理回路90に印加されている電圧Vdd2は変化する。図15に示す例では、電位Vdd2は、3Vから約3.125Vに上昇する。
FIG. 15 is a waveform diagram showing changes in the current Idd flowing in the internal
上述のように、内部電源回路91が有するポンプ回路915−1、…、915−mの全てが一斉に昇圧動作を開始することにより、処理回路90に印加される電圧に正方向の変動(ノイズ)が生じる。また、内部電源回路91が有するポンプ回路915−1、…、915−mの全てが一斉に昇圧動作を停止することにより、処理回路90に印加される電圧に負方向の変動(ノイズ)が生じる。このように、内部電源回路91の始動及び停止により、半導体装置9の内部電源にノイズが生じる。
As described above, all of the pump circuits 915-1,..., 915-m included in the internal
ここで、内部電源回路91に流れる電流Iddは、内部電源回路91が出力する電流Ioを用いて、以下のように表される。
ここで、内部電源回路91の入力電位を外部直流電源8の正極側電位Vddとし、内部電源回路91の出力電位を電位Vddをn倍に昇圧した電位nVddとする。また、内部電源回路91に入力される電力Piと、内部電源回路91が出力する電力Poとは、以下の式(A−1)(A−2)のように表される。
Pi= Vdd * Idd …(A−1)
Po=nVdd * Io …(A−2)
Here, the current Idd flowing through the internal
Here, the input potential of the internal
Pi = Vdd * Idd (A-1)
Po = nVdd * Io (A-2)
また、Pi=Poより、
Vdd * Idd = nVdd *Io
Idd =n・Io
となる。すなわち、内部電源回路91に流れる電流Iddは、処理回路90に対して出力する出力電流Ioのn倍の電流が流れることが、内部電源回路91の動作が処理回路90に印加される電圧に変動を与える要因の1つとなっている。
From Pi = Po,
Vdd * Idd = nVdd * Io
Idd = n · Io
It becomes. That is, the current Idd that flows through the internal
図16は、処理回路90に印加する電位Vdd2の変化を説明する概略図である。内部電源回路91が昇圧動作を開始するとき、内部電源回路91に流れる電流Iddが急峻に上昇し、内部電源回路91と外部直流電源8とを接続する配線の寄生抵抗Rに対して電位差ΔV(=R*ΔIdd)が生じる。このとき、処理回路90の寄生容量Csに対する容量カップリングにより、処理回路90に印加される正極側電位Vddが上昇する。
ここで、ΔIddは、時間間隔Δtにおける内部電源回路91に流れる電流Iddの変化量を示す。
FIG. 16 is a schematic diagram illustrating changes in the potential Vdd2 applied to the
Here, ΔIdd represents the amount of change in the current Idd flowing through the internal
図17は、処理回路90と内部電源回路91との半導体基板P_sub上における配置を示す概略図である。内部電源回路91が構成される領域には、P型半導体基板P_subの表面にN型半導体のN_Well1が形成され、N_Well1の表面にP型半導体のP_Well1が形成される。内部電源回路91は、N_Well1上に構成されるP型トランジスタと、P_Well1上に構成されるN型トランジスタとを含み構成される。一方、処理回路90が構成される領域には、内部電源回路91が構成される領域と同様に、P型半導体基板P_subの表面にN型半導体のN_Well2が形成され、N_Well2の表面にP型半導体のP_Well2が形成される。処理回路90は、N_Well2上に構成されるP型トランジスタと、P_Well2上に構成されるN型トランジスタとを含み構成される。
上述の内部電源回路91に流れる電流Iddにより処理回路90に印加する電位の変化を抑制するため、図示するように内部電源回路91に電源を供給する電源回路8bと、処理回路90に電源を供給する電源回路8aとを分けたとしても、負極側の電位Vssが共通となり影響を抑制することはできない。
FIG. 17 is a schematic diagram showing the arrangement of the
In order to suppress a change in potential applied to the
図18は、6つのポンプ回路915−1、…、915−6を備える内部電源回路91aの構成を示す概略ブロック図、及び、動作を示す波形図である。図18(a)に示すように、内部電源回路91aは、昇圧部915aが6つのポンプ回路915−1、…、915−6を有する点以外、図12(a)及び(b)に示した内部電源回路91と同じ構成を有しており、該当する箇所には同じ符号を付して、その説明を省略する。内部電源回路91aは、昇圧部915に替わって昇圧部915aを備え、昇圧部915aは、6つのポンプ回路915−1、…、915−6を有する。
FIG. 18 is a schematic block diagram showing the configuration of an internal
図18(b)は、内部電源回路91aの動作を示す波形図である。縦軸方向はそれぞれの信号のレベル、電圧値、又は、電流値を示し、横軸方向は時間を示す。図示するように、Hレベルの昇圧開始信号が入力されているとき、周期的に変化するパルス信号Tosが入力されると、パルス信号Tosの最初の立ち上がりにより、ポンプ回路915−1、…、915−6が昇圧動作を開始する。これにより、ポンプ回路915−1、…、915−6それぞれに流れる電流Idd_1、…、Idd_6が上昇し、内部電源回路91aに流れる電流Iddが急峻に増加する。また、図示はしていないが、内部電源回路91aが昇圧動作を停止すると、ポンプ回路915−1、…、915−6全てが一斉に停止し、ポンプ回路915−1、…、915−6に流れる電流Idd_1、…、Idd_6が低下して、内部電源回路91aに流れる電流Iddが急峻に減少する。
上述のように、ポンプ回路915−1、…、915−6全てが一斉に昇圧動作を開始及び停止を行うことにより、内部電源回路91に流れる電流Iddは、急峻に変動し、半導体装置9の内部、すなわち、処理回路90に印加される電圧の変動(ノイズ)の要因の1つとなる。
FIG. 18B is a waveform diagram showing the operation of the internal
As described above, when all the pump circuits 915-1,... 915-6 start and stop the voltage boosting operation at the same time, the current Idd flowing through the internal
図19は、内部電源回路91aの構成によるシミュレーション結果を示すグラフである。図19(a)は、ポンプ回路915−1、…、915−6それぞれに入力されるパルス信号Tosの波形図である。縦軸方向は信号それぞれのレベルを示し、横軸方向は時間を示す。図19(b)は、内部電源回路91aに流れる電流Iddを示す波形図である。縦軸方向は電流Idd[μA]を示し、横軸方向は時間を示す。内部電源回路91aは、Hレベルの昇圧開始信号が入力されると、オシレータ914がパルス信号Tosをポンプ回路915−1、…、915−6に出力し、ポンプ回路915−1、…、915−6それぞれがパルス信号Tosに応じて昇圧動作を行う。
FIG. 19 is a graph showing a simulation result by the configuration of the internal
内部電源回路91aにおいては、昇圧開始信号が入力されると、昇圧部915aが有する全てのポンプ回路915−1、…、915−6が一斉に動作するので、内部電源回路91aに流れる電流Iddの立ち上がりは急峻になり、処理回路90に印加される電圧Vdd2が変動する要因の1つとなっている。
また、内部電源回路91aが昇圧停止する場合、全てのポンプ回路915−1、…、915−6が一斉に停止するので、内部電源回路91aに流れる電流Iddの立ち下がりは急峻になり、同様に、処理回路90に印加される電圧Vdd2が変動する要因の1つとなっている。
In the internal
When the internal
図20は、上述のようにポンプ回路915−1、…、915−6が一斉に動作するのを防ぐ内部電源回路91bの構成例の一部分を示す概略ブロック図及び動作を示す波形図である。内部電源回路91bは、図20(a)に示すように、オシレータ914aが出力するパルス信号Tosと、オシレータ914aとポンプ回路915−1、…、915−6との接続が異なる。また、内部電源回路91bは、前述の点を除いて、図18(a)に示した内部電源回路91aと同じ構成であり、該当する箇所には同じ符号を付して、その説明を省略する。
FIG. 20 is a schematic block diagram showing a part of a configuration example of the internal
オシレータ914aは、インバータ96−1、…、96−6と、2入力のNANDゲート97と、コンデンサ98−1、…、98−6とを有している。インバータ96−1、…、96−6は、順方向に直列に接続され、インバータ96−6は、出力信号をNANDゲート97の一方の入力端に出力する。また、インバータ96−1には、NANDゲート97の出力信号が入力される。NANDゲート97の他方の入力端には、昇圧開始信号が入力され、オシレータ914aが発振してパルス信号を出力するか否かを昇圧開始信号により制御する。
また、インバータ96−1、…、96−6それぞれの出力端には、コンデンサ98−1、…、98−6が接続され、ポンプ回路915−1〜915−6へ出力する信号を安定させる構成となっている。
The
In addition, capacitors 98-1,..., 98-6 are connected to the output terminals of the inverters 96-1,..., 96-6, and the signals output to the pump circuits 915-1 to 915-6 are stabilized. It has become.
インバータ96−1は、出力信号Aをポンプ回路915−1にクロック信号CKとして出力する。インバータ96−2は、出力信号Bをポンプ回路915−2にクロック信号CKとして出力する。インバータ96−3は、出力信号Cをポンプ回路915−3にクロック信号CKとして出力する。インバータ96−4は、出力信号Dをポンプ回路915−4にクロック信号CKとして出力する。インバータ96−5は、出力信号Eをポンプ回路915−5にクロック信号CKとして出力する。インバータ96−6は、出力信号Fをポンプ回路915−6にクロック信号CKとして出力する。すなわち、オシレータ914aは、内部の異なる信号をポンプ回路915−1、…、915−6それぞれにクロック信号CKとして出力することにより、ポンプ回路915−1、…、915−6を異なるタイミングで動作させる。
The inverter 96-1 outputs the output signal A to the pump circuit 915-1 as the clock signal CK. The inverter 96-2 outputs the output signal B to the pump circuit 915-2 as the clock signal CK. The inverter 96-3 outputs the output signal C to the pump circuit 915-3 as the clock signal CK. The inverter 96-4 outputs the output signal D to the pump circuit 915-4 as the clock signal CK. The inverter 96-5 outputs the output signal E to the pump circuit 915-5 as the clock signal CK. The inverter 96-6 outputs the output signal F to the pump circuit 915-6 as the clock signal CK. That is, the
図20(b)は、内部電源回路91bの動作を示す波形図である。縦軸方向はそれぞれの信号のレベルを示し、横軸方向は時間を示す。内部電源回路91bは、外部よりHレベルの昇圧開始信号が入力されると、オシレータ914aが発振し、出力信号A、…、Fの出力レベルが順にゲート遅延ΔTの遅れを以って変化する。出力信号A、…、Fのレベルが変化することにより、ポンプ回路915−1、…、915−6が順に昇圧動作を行う。
FIG. 20B is a waveform diagram showing the operation of the internal
上述の構成により、内部電源回路91bにおいては、ポンプ回路915−1、…、915−6それぞれを異なるタイミングで動作させることにより、ポンプ回路915−1、…、915−6それぞれに流れる電流Idd_1、…、Idd_6が昇圧開始時に一斉に上昇すること防いでいる。これにより、半導体装置9において、内部電源回路91aに替えて内部電源回路91bを備えることにより、内部電源回路91bに流れる電流Iddが処理回路90に印加される電圧に与える影響を抑制している。
With the above-described configuration, the internal
しかしながら、図20(a)に示す回路構成では、複数のポンプ回路それぞれの動作開始のタイミングを、オシレータが出力するパルス信号の半周期を超えて変えることができない。そのため、オシレータの発信周波数が高くなると、ポンプ回路それぞれの動作開始及び動作停止のタイミングが極めて短くなり、複数のポンプ回路の動作開始及び停止のタイミングに差があったとしても、昇圧動作開始の際には、内部電源回路に流れる電流の急峻な増加が生じ、昇圧動作停止の際には、内部電源回路に流れる電流の急峻な減少とが生じる。これにより、処理回路90に印加する電圧に対して、正方向の変動と負方向の変動とによる電源ノイズが発生してしまうという問題がある。
However, in the circuit configuration shown in FIG. 20A, the operation start timing of each of the plurality of pump circuits cannot be changed beyond the half cycle of the pulse signal output from the oscillator. Therefore, when the oscillation frequency of the oscillator is increased, the timing for starting and stopping the operation of each pump circuit becomes extremely short, and even if there is a difference in the timing for starting and stopping the operation of multiple pump circuits, This causes a sharp increase in the current flowing through the internal power supply circuit, and a sharp decrease in the current flowing through the internal power supply circuit when the boosting operation is stopped. As a result, there is a problem that power supply noise due to fluctuations in the positive direction and fluctuations in the negative direction occurs with respect to the voltage applied to the
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、半導体装置に設けられた電源回路が有するオシレータの発信周波数に関わらず、電源回路が動作するときに生じる半導体装置内の電圧変動、すなわち、電源ノイズを抑制した電源回路を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and its object is to generate a voltage in a semiconductor device that is generated when the power supply circuit operates regardless of the oscillation frequency of the oscillator included in the power supply circuit provided in the semiconductor device. It is an object of the present invention to provide a power supply circuit that suppresses fluctuations, that is, power supply noise.
(1)上記問題を解決するために、本発明は、予め定めた周期で信号のレベルが変化するパルス信号を出力する発振器と、前記発振器が出力する前記パルス信号に応じて、外部から入力された電源電圧を昇圧する複数の昇圧回路と、前記発振器が出力する前記パルス信号の変化に応じて、前記複数の昇圧回路それぞれに前記パルス信号を入力するか否かを選択する制御回路とを備えることを特徴とする電源回路である。 (1) In order to solve the above problem, the present invention provides an oscillator that outputs a pulse signal whose signal level changes in a predetermined cycle, and an external input according to the pulse signal output from the oscillator. A plurality of booster circuits that boost the power supply voltage, and a control circuit that selects whether or not to input the pulse signal to each of the plurality of booster circuits in accordance with a change in the pulse signal output from the oscillator. This is a power supply circuit.
(2)また、本発明は、上記に記載の発明において、前記制御回路は、前記複数の昇圧回路それぞれに対応したビットを有し、前記パルス信号の立ち上がりに応じて変化するシフトレジスタを有し、前記複数のビットそれぞれのレベルに応じて、前記複数の昇圧回路それぞれに前記パルス信号を入力するか否かを選択することを特徴とする。 (2) Further, according to the present invention, in the above-described invention, the control circuit has a bit corresponding to each of the plurality of booster circuits, and has a shift register that changes in response to rising of the pulse signal. In accordance with the level of each of the plurality of bits, whether or not to input the pulse signal to each of the plurality of booster circuits is selected.
(3)また、本発明は、上記に記載の発明において、前記制御回路は、前記複数の昇圧回路それぞれに対応したビットを有し、前記パルス信号の立ち上がり又は立ち下がりに応じて変化するシフトレジスタを有し、前記複数のビットそれぞれのレベルに応じて、前記複数の昇圧回路それぞれに前記パルス信号を入力するか否かを選択することを特徴とする。 (3) Further, according to the present invention, in the above-described invention, the control circuit has a bit corresponding to each of the plurality of booster circuits, and changes according to rising or falling of the pulse signal. And selecting whether to input the pulse signal to each of the plurality of booster circuits according to the level of each of the plurality of bits.
(4)また、本発明は、上記に記載の発明において、一端が前記複数の昇圧回路の出力に共通接続され、他端が接地されたコンデンサを備えることを特徴とする。 (4) Further, the present invention is characterized in that, in the above-described invention, a capacitor is provided having one end commonly connected to the outputs of the plurality of booster circuits and the other end grounded.
この発明によれば、半導体装置が有する内部電源回路が動作するときに生じる半導体装置内の電圧変動、すなわち、電源ノイズを抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress voltage fluctuation in the semiconductor device, that is, power supply noise that occurs when the internal power supply circuit of the semiconductor device operates.
以下、本発明の実施形態による半導体装置及び内部電源回路を図面を参照して説明する。ここで、半導体装置は、例えば、半導体チップ上に形成されるフラッシュメモリなどである。 Hereinafter, a semiconductor device and an internal power supply circuit according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the semiconductor device is, for example, a flash memory formed on a semiconductor chip.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態における半導体装置100の構成を示す概略ブロック図である。半導体装置100は、内部電源回路1(電源回路)と、処理回路2とを有し、外部直流電源8と接続される。内部電源回路1は、外部直流電源8に接続され、正極側電位Vddと負極側電位Vssとが供給され、外部直流電源8から共有される電圧を昇圧して、処理回路2に出力する。処理回路2は、外部直流電源8に接続され、正極側電位Vddと負極側電位Vssとが供給されると共に、内部電源回路1から昇圧された電位nVddが供給され、半導体装置9が行うべき所望の信号処理などを行う。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic block diagram showing the configuration of the
図2は、本実施形態における内部電源回路1の構成を示す概略ブロック図である。内部電源回路1は、図示するように、検出回路11と、基準電位出力回路12と、コンパレータ13と、オシレータ14(発振器)と、昇圧部15と、昇圧制御回路16(制御回路)と、内部電源回路1の出力を平滑化するコンデンサ17とを備える。
検出回路11は、例えば、複数の抵抗を用いた分圧回路であり、昇圧部15が出力する出力電位nVddを比較用の検出電位Vaに変換して、コンパレータ13に出力する。ここで、電位nVddは、外部直流電源8の正極側電位Vddをn倍した電位を示す。
FIG. 2 is a schematic block diagram showing the configuration of the internal
The
基準電位出力回路12は、予め定められた昇圧規定電位Vloadに対応して定められた基準電位Vrefをコンパレータ13に出力する。ここで、昇圧規定電位Vloadとは、内部電源回路91に求められる出力電位である。また、基準電位Vrefは、昇圧規定電位Vload(規定電位)に対応して定められ、出力電位nVddが昇圧規定電位Vloadと一致する場合、検出電位Vaと一致するように定められている。
The reference
コンパレータ13は、H(High)レベルの昇圧開始信号が外部より入力されると、検出回路911が出力する検出電位Vaと、基準電位出力回路12が出力する基準電位Vrefとを比較し、検出電位Vaが基準電位Vref以下の場合、オシレータ14がパルス信号Tosを出力する制御を行い、検出電位Vaが基準電位Vrefより大きい場合、オシレータ14がパルス信号Tosの出力を停止する制御を行う。ここで、昇圧開始信号は、Hレベルのとき、内部電源回路1に対して昇圧動作の開始を指示し、L(Low)レベルの場合、内部電源回路1に対して昇圧動作の停止を指示する信号である。
オシレータ14は、例えば、複数のインバータを直列接続して構成されるリングオシレータであり、Hレベルの昇圧開始信号が外部より入力されると、コンパレータ13が出力する制御信号Compoutに応じて発振したパルス信号Tosを昇圧部15に出力する。
The
The
昇圧部15は、m個のポンプ回路(昇圧回路)151−1、151−2、…、151−mと、ポンプ回路151−1、…、151−mそれぞれに対応して設けられるm個のANDゲート152−1、152−2、…、152−mとを備える。ポンプ回路151−1、…、151−mそれぞれは、オシレータ14が出力するパルス信号Tosにより昇圧動作を行いn倍に昇圧した出力電位nVddを処理回路(図1)に出力する。ここで、ポンプ回路151−1、…、151−mは、同じ構成を有しており、更に、図12(b)に示したDickson方式の昇圧回路、ポンプ回路915−1と同じ構成を有しているので、その説明を省略する。
ANDゲート152−1、…、152−mは、それぞれ昇圧制御回路16が出力する制御信号EN1、…、ENmにより、オシレータ14が出力するパルス信号Tosをマスクする。
The
The AND gates 152-1,..., 152-m mask the pulse signal Tos output from the
昇圧制御回路16には、コンパレータ13から出力される制御信号Compoutがイネーブル信号ENとして入力され、オシレータ14から出力されるパルス信号Tosが入力される。また、昇圧制御回路16は、入力されるイネーブル信号ENとパルス信号Tosとから、昇圧部15が備えるm個のポンプ回路151−1、…、151−mそれぞれに対して、昇圧動作に使用するパルス信号Tosを入力するか否かを選択する制御信号EN1、…、ENmを出力する。
コンデンサ17は、処理回路1の負荷、及び、その負荷の変動により、昇圧部15が出力する出力電位nVddが、急激に変動しないように設けられる電位平滑用のコンデンサである。
The
The
図3は、本実施形態における昇圧制御回路16の構成を示す回路図と、その動作を示す波形図である。図3(a)に示すように、昇圧制御回路16は、フリップフロップ161−1、…、161−mを有している。フリップフロップ161−1、…、161−mには、パルス信号Tosがクロック端CKに入力され、反転されたイネーブル信号ENがリセット端Rに入力される。また、フリップフロップ161−1、…、161−mそれぞれは、シフトレジスタを構成するようにデータ入力端Dとデータ出力端Qとが直列に接続され、初段のフリップフロップ161−1のデータ入力端には、Hレベルの信号として電源電位Vddが接続される。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the
また、フリップフロップ161−1、…、161−mそれぞれは、データ出力端から出力される信号を制御信号EN1、…、ENmとして昇圧部15に出力する。すなわち、フリップフロップ161−1、…、161−mそれぞれは、ポンプ回路151−1、…、151−mに対応付けられ、フリップフロップ161−1、…、161−mそれぞれが記憶するビット信号によりポンプ回路151−1、…、151−mそれぞれにパルス信号Tosを入力するか否かを選択する構成となっている。
In addition, each of the flip-flops 161-1,..., 161-m outputs a signal output from the data output terminal to the
図3(b)は、上述のように構成された昇圧制御回路16の動作を示す波形図である。縦軸方向はそれぞれの信号のレベルを示し、横軸方向は時間を示す。図示するように、Hレベルのイネーブル信号ENが入力されると、フリップフロップ161−1、…、161−mそれぞれは、リセット状態が解除され、周期的に変化するパルス信号Tosが入力されると、パルス信号Tosの立ち上がりに応じて、制御信号EN1、…、ENmが順にLレベルからHレベルに変化する。ここで、リセット状態とは、フリップフロップ161−1、…、161−mが、データ入力端Dとクロック端CKとに入力される信号のレベルに関わらず、データ出力端QからLレベルの信号を出力する状態である。
FIG. 3B is a waveform diagram showing the operation of the
図2に戻り、上述のように制御信号EN1、…、ENmがパルス信号Tosの立ち上がりに応じて順にHレベルに変化すると、オシレータ14が出力するパルス信号TosがANDゲート152−1、…、152−mを介して、昇圧部15のポンプ回路151−1、…、151−mに入力される。これにより、ポンプ回路151−1、…、151−mそれぞれが、パルス信号Tosの1周期ずつ遅れて順に動作し始める。
2, when the control signals EN1,..., ENm sequentially change to the H level in response to the rise of the pulse signal Tos as described above, the pulse signal Tos output from the
図4は、本実施形態における昇圧部15の動作を示す波形図である。縦軸方向はそれぞれの信号のレベル又は電流値を示し、横軸方向は時間を示す。昇圧制御回路16が上述のようにパルス信号Tosに立ち上がりに応じてHレベルに変化する制御信号EN1、…、ENmを昇圧部15に出力すると、昇圧部15のポンプ回路151−1、…、151−mが順に動作を開始して、ポンプ回路151−1、…、151−mそれぞれの出力電位nVddが上昇する。また、ポンプ回路151−1、…、151−mが順に動作を開始することにより、それぞれポンプ回路に流れる電流Idd_1、…、Idd_mも上昇し、内部電源回路1に流れる電流Iddは、パルス信号Tosの立ち上がり(変化)に応じて動作を開始するポンプ回路151−1、…、151−mに対応して上昇する。
FIG. 4 is a waveform diagram showing the operation of the
半導体装置100において、内部電源回路1に昇圧制御回路16と、昇圧制御回路16に制御される昇圧部15とを備えることにより、オシレータ14が出力するパルス信号Tosの立ち上がりに応じて、昇圧制御回路16は、昇圧部15が有する複数のポンプ回路151−1、…、151−mを順々に昇圧動作させる制御信号EN1、…、ENmを昇圧部15に出力する。これにより、ポンプ回路151−1、…、151−mは、制御信号EN1、…、ENmにより動作の開始が制御され、動作を開始するときに生じる電流の変化をパルス信号Tosの周期に応じて分散させることができ、内部電源回路1に生じる電流の急峻な増加を抑制し、処理回路2に印加される電圧の変化を低減することができる。
In the
すなわち、内部電源回路1が、複数のポンプ回路151−1、…、151−mをパルス信号の周期に応じて昇圧動作を開始させることにより、内部電源回路1に流れる電流の急峻な変動を抑制することで、処理回路2に印加される電圧に生じるノイズを削減することができる。また、昇圧部15の出力にコンデンサ17を設けたことにより、少ないポンプ回路で昇圧動作を行っても接続された負荷の変動により出力電位nVddを平滑化することができる。
That is, the internal
(第2実施形態)
第2実施形態は、第1実施形態の昇圧制御回路16と異なる構成の昇圧制御回路16Aを備える点が異なる構成である。以下、昇圧制御回路16Aの構成を説明し、他の構成については説明を省略する。
(Second Embodiment)
The second embodiment is different in that it includes a
図5は、第2実施形態の昇圧制御回路16Aの構成を示す回路図と、その動作を示す波形図である。図5(a)に示すように、昇圧制御回路16Aは、フリップフロップ161−1、…、161−mを有している。フリップフロップ161−1、…、161−mそれぞれは、シフトレジスタを構成するようにデータ入力端Dとデータ出力端Qとが直列に接続され、初段のフリップフロップ161−1のデータ入力端には、Hレベルの信号として電源電位Vddが接続される。
FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of the
また、フリップフロップ161−1、…、161−mそれぞれは、データ出力端から出力される信号を制御信号EN1、…、ENmとして昇圧部15に出力する。すなわち、フリップフロップ161−1、…、161−mそれぞれを、ポンプ回路151−1、…、151−mに対応付けられ、フリップフロップ161−1、…、161−mそれぞれが記憶するビット信号によりポンプ回路151−1、…、151−mそれぞれにパルス信号Tosを入力するか否かを選択する構成となっている。
In addition, each of the flip-flops 161-1,..., 161-m outputs a signal output from the data output terminal to the
また、全てのフリップフロップ161−1、…、161−mのリセット端Rには、反転されたイネーブル信号ENが入力され、シフトレジスタの初段から数えて奇数番目のフリップフロップのクロック端CKには、パルス信号Tosが入力され、シフトレジスタの初段から数えて偶数番目のフリップフロップには、反転されたパルス信号Tosがクロック端CKに入力される。 Also, the inverted enable signal EN is input to the reset terminals R of all the flip-flops 161-1,... The pulse signal Tos is input, and the inverted pulse signal Tos is input to the clock terminal CK in the even-numbered flip-flops counted from the first stage of the shift register.
図5(b)は、上述のように構成された昇圧制御回路16Aの動作を示す波形図である。縦軸方向はそれぞれの信号のレベルを示し、横軸方向は時間を示す。図示するように、Hレベルのイネーブル信号ENが入力されているとき、周期的に変化するパルス信号Tosが入力されると、パルス信号Tosの立ち上がり及び立ち下がり(変化)に応じて制御信号EN1、…、ENmが順にLレベルからHレベルに変化する。すなわち、昇圧制御回路16Aは、パルス信号Tosの半周期ごとに、制御信号EN1、…、ENmを順にHレベルに変化させる。
昇圧部15は、パルス信号Tosの半周期ごとに順次Hレベルに変化する制御信号EN1、…、ENmが昇圧制御回路16Aから入力されることにより、ポンプ回路151−1、…、151−mがパルス信号Tosの半周期ごとに順次動作を開始する。
FIG. 5B is a waveform diagram showing the operation of the
The
第2実施形態では、パルス信号Tosの1周期に替わって半周期ごとにパルス回路151−1、…、151−mの昇圧動作を開始させることができ、第1実施形態に比べ、ポンプ回路151−1、…、151−mの動作開始のタイミングを1周期より短い時間間隔である半周期で調節することができる。
In the second embodiment, the step-up operation of the pulse circuits 151-1,..., 151-m can be started every half cycle instead of one cycle of the pulse signal Tos, and the
(第3実施形態)
図6は、第3実施形態の内部電源回路1Bの構成を示す概略ブロック図、及び、昇圧制御回路16Bの構成を示す回路図である。図6(a)に示すように、内部電源回路1Bは、検出回路11と、基準電位出力回路12と、コンパレータ13と、オシレータ14と、昇圧部15と、昇圧制御回路16Bと、コンデンサ17と、ORゲート18とを備える。本実施形態における内部電源回路1Bは、第1実施形態の内部電源回路1に比べ、昇圧制御回路16に替えて昇圧制御回路16Bと、ORゲート18とを備える点以外、第1実施形態と同じ構成を有しているので、該当する箇所には同じ符号を付して、その説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a schematic block diagram showing the configuration of the internal
昇圧制御回路16Bには、コンパレータ13が出力する制御信号Compoutと、ORゲート18が出力するイネーブル信号ENと、オシレータ14が出力するパルス信号Tosとが入力される。また、昇圧制御回路16Bは、入力された制御信号Compoutと、イネーブル信号EN、及び、パルス信号Tosに応じて、昇圧部15が備えるm個のポンプ回路151−1、…、151−mそれぞれに対して、昇圧動作に使用するオシレータ14が出力するパルス信号Tosを入力するか否かを選択する制御信号EN1、…、ENmを出力する。
The boost control circuit 16B receives a control signal Compout output from the
ORゲート18は、コンパレータ13が出力する制御信号Compoutと、昇圧制御回路16Bが出力する制御信号EN1、…、ENmとが入力され、入力された制御信号Compoutと制御信号EN1、…、ENmとを論理和演算した結果をオシレータ14と、昇圧制御回路16Bとに出力する。
オシレータ14は、第1実施形態において入力されていたコンパレータ13が出力する制御信号Compoutに替わって、ORゲート18が出力するイネーブル信号ENが入力され、Hレベルのイネーブル信号ENが入力されると発振し、パルス信号Tosを出力する。
The
The
図6(b)は、昇圧制御回路16Bの構成を示した回路図である。図6(b)に示すように、昇圧制御回路16Bは、フリップフロップ161−1、…、161−mを有している。フリップフロップ161−1、…、161−mには、パルス信号Tosがクロック端CKに入力され、反転されたイネーブル信号ENがリセット端Rに入力される。また、フリップフロップ161−1、…、161−mそれぞれは、シフトレジスタを構成するようにデータ入力端Dとデータ出力端Qとが直列に接続され、初段のフリップフロップ161−1のデータ入力端には、コンパレータ13が出力する制御信号Compoutが入力される。
FIG. 6B is a circuit diagram showing a configuration of the boost control circuit 16B. As shown in FIG. 6B, the boost control circuit 16B has flip-flops 161-1,. In the flip-flops 161-1,..., 161-m, the pulse signal Tos is input to the clock terminal CK, and the inverted enable signal EN is input to the reset terminal R. In addition, in each of the flip-flops 161-1,..., 161-m, a data input terminal D and a data output terminal Q are connected in series so as to constitute a shift register, and the data input terminal of the first stage flip-flop 161-1 Is supplied with the control signal Compout output from the
また、フリップフロップ161−1、…、161−mそれぞれは、データ出力端から出力される信号を制御信号EN1、…、ENmとして昇圧部15に出力する。すなわち、フリップフロップ161−1、…、161−mそれぞれは、ポンプ回路151−1、…、151−mに対応付けられ、フリップフロップ161−1、…、161−mそれぞれが記憶するビット信号によりポンプ回路151−1、…、151−mそれぞれにパルス信号Tosを入力するか否かを選択する構成となっている。
In addition, each of the flip-flops 161-1,..., 161-m outputs a signal output from the data output terminal to the
図7は、本実施形態における内部電源回路1Bの動作を示す波形図である。縦方向はそれぞれの信号のレベルを示し、横軸方向は時間を示す。
時刻t1において、外部よりHレベルの昇圧開始信号が入力されると、コンパレータ13が出力電位nVddに応じた検出電位Vaと、基準電位Vrefとを比較し、Hレベルの制御信号Compoutを出力する。ORゲート18は、Hレベルの制御信号Compoutが入力されると、Hレベルのイネーブル信号ENを昇圧制御回路16Bとオシレータ14とに出力する。オシレータ14は、Hレベルのイネーブル信号ENが入力されると発振を始め、パルス信号Tosを昇圧部15と昇圧制御回路16Bとに出力する。
昇圧制御部16Bは、パルス信号Tosの立ち上がりごとに、制御信号EN1、…、ENmを順にHレベルに変化させて昇圧部15に出力する。これにより、ポンプ回路151−1からポンプ回路151−mの順に昇圧動作を開始する。
FIG. 7 is a waveform diagram showing the operation of the internal
At time t1, when an H level boost start signal is input from the outside, the
The boost control unit 16B sequentially changes the control signals EN1,..., ENm to the H level and outputs them to the
時刻t2において、外部よりLレベルの昇圧開始信号が入力されると、コンパレータ13は、Lレベルの制御信号Compoutを出力する。昇圧制御回路16Bにおいて、Lレベルの制御信号Compoutが入力されると、パルス信号Tosの立ち上がりごとに、制御信号EN1から制御信号ENmの順にLレベルに変化する。制御信号EN1、…、ENmが順にLレベルに変化することにより、ポンプ回路151−1からポンプ回路151−mの順に昇圧動作を停止する。
ORゲート18は、最後に制御信号ENmがLレベルに変化すると、Lレベルの制御信号ENを昇圧制御回路16Bとオシレータ14とに出力し、昇圧制御回路16Bにおいて、全てのフリップフロップ161−1、…、161−mが、イネーブル信号ENによりリセット状態となると共に、オシレータ14が発振と、パルス信号Tosの出力とを停止する。
At time t2, when an L level boost start signal is input from the outside, the
When the control signal ENm finally changes to the L level, the
上述の構成及び動作により、内部電源回路1Bは、第1実施形態の内部電源回路1と同様に、昇圧開始時にはパルス信号Tosの立ち上がりに応じて、ポンプ回路151−1、…、151−mが順に昇圧動作を開始する。更に、Lレベルの昇圧開始信号が外部から入力されると、内部電源回路1Bは、ポンプ回路151−1、…、151−mの順に昇圧動作を停止させる。これにより、内部電源回路1は、昇圧動作開始時と同様に、昇圧動作停止時に生じる電流Iddの変化をパルス信号Tosの周期に応じて分散させることができ、内部電源回路1Bに生じる電流の急峻な増減を制御し、処理回路2に印加される電圧の変化(電源ノイズ)を低減することができる。
With the above-described configuration and operation, the internal
なお、本実施形態では、第1実施形態に対応する構成、すなわち、パルス信号Tosの1周期間隔に応じて、ポンプ回路151−1、…、151−mを停止させる構成について説明したが、第2実施形態に対して同様の構成を用いて、パルス信号Tosの半周期間隔に応じて、ポンプ回路151−1、…、151−mを順に停止させる構成としてもよい。 In the present embodiment, the configuration corresponding to the first embodiment, that is, the configuration in which the pump circuits 151-1,..., 151-m are stopped according to the one-cycle interval of the pulse signal Tos has been described. It is good also as a structure which stops pump circuit 151-1, ..., 151-m in order according to the half cycle interval of pulse signal Tos using the same structure with respect to 2 embodiment.
なお、第1実施形態の昇圧制御回路16と、第3実施形態の昇圧制御回路16Bは、パルス信号Tosの1周期間隔で制御信号EN1、…、ENmを変化させ、第2実施形態の昇圧制御回路16Aは、パルス信号Tosの半周期間隔で制御信号EN1、…、ENmを変化させる構成としたが、1周期間隔と半周期間隔との両方を組み合わせて制御信号EN1、…、ENmをHレベルに変化させる構成としてもよい。
The
なお、第1実施形態の昇圧制御回路16、第2実施形態の昇圧制御回路16A、第3実施形態の昇圧制御回路16Bでは、フリップフロップ161−1、…、161−mは、シフトレジスタを構成する接続とし、ポンプ回路151−1、…、151−mに対して1つずつ昇圧動作を開始させる構成としたが、組み合わせ回路を用いて2つ以上のポンプ回路を1度に動作させる構成としてもよい。また、パルス信号Tosの毎周期にポンプ回路の昇圧動作を開始させずに複数周期ごとにポンプ回路の昇圧動作を開始させる構成としてもよい。それにより、オシレータ14の発振周期が短い場合でも、ポンプ回路の昇圧動作を開始するタイミングを時間的に分散させることができる。
In the
(シミュレーション結果)
図8は、第1実施形態の内部電源回路1の構成によるシミュレーション結果を示すグラフである。但し、昇圧部15は、6つのポンプ回路151−1、…、151−6を有し昇圧開始信号が入力されると、パルス信号Tosの立ち上がりに応じて、3個、4個、5個、6個の順にポンプ回路の昇圧動作を開始させる構成となっている。
図8(a)は、ポンプ回路151−1、…、151−6それぞれに入力されるパルス信号Tosの波形図である。縦軸方向はパルス信号Tosそれぞれのレベルを示し、横軸方向は時間を示す。図8(b)は、内部電源回路1に流れる電流Iddの波形図である。縦軸方向は電流値を示し、横軸方向は時間を示す。図示するように、動作するポンプ回路数が増えるに応じて、電流Iddの電流値が高くなることを示している。図8(c)は、図8(b)に対して、電流Iddの電流値の変化を示す補助線を加えた波形図である。
(simulation result)
FIG. 8 is a graph showing a simulation result by the configuration of the internal
FIG. 8A is a waveform diagram of the pulse signal Tos input to each of the pump circuits 151-1,..., 151-6. The vertical axis direction indicates the level of each pulse signal Tos, and the horizontal axis direction indicates time. FIG. 8B is a waveform diagram of the current Idd flowing through the internal
図9は、第1実施形態の内部電源回路1に流れる電流Iddのシミュレーション結果と、内部電源回路1の昇圧部15が有する全てのポンプ回路に昇圧動作の一斉に開始した場合における電流Iddのシミュレーション結果とを比較する波形図である。縦軸方向は電流値を示し、横軸方向は時間を示す。波形Gaは、第1実施形態の電流Iddを示し、波形Gbは、一斉にポンプ回路を動作させた場合のIddを示す。図示するように、波形Gbで示される電流Iddは、動作開始と共に急峻に上昇しているのに対して、本実施形態の電流Iddを示す波形Gaは、波形Gbに比較すると緩やかに上昇している。
このように、第1実施形態及び第2実施形態の半導体装置は、内部電源回路1に流れる電流Iddの急峻な変化を抑制することができる。
FIG. 9 shows a simulation result of the current Idd flowing through the internal
As described above, the semiconductor devices according to the first and second embodiments can suppress a steep change in the current Idd flowing through the internal
図10は、第1実施形態における内部電源回路1に流れる電流Iddと、処理回路2に印加される電圧を示す波形図である。但し、ここでは、昇圧部15は、10個のポンプ回路を順に1つずつ動作させる。このとき、図示するように、従来の内部電源回路91の電流が急峻に立ち上がるのに比べ、第1実施形態の内部電源回路1の電流Iddは、オシレータ14が出力するパルス信号Tosに応じて、上昇することが示されている。
また、上述のように電流Iddの急峻な上昇を抑制したことにより、処理回路2に印加されている電圧に生じる内部電源回路1による変動を約十分の一に抑制できることを示している。
FIG. 10 is a waveform diagram showing the current Idd flowing through the internal
Further, it is shown that, by suppressing the steep rise in the current Idd as described above, the fluctuation caused by the internal
Dickson方式のチャージポンプ回路を用いる半導体装置に適用することができる。 The present invention can be applied to a semiconductor device using a Dickson charge pump circuit.
1…内部電源回路、2…処理回路、8…外部直流電源、9…半導体装置
11…検出回路、12…基準電位出力回路、13…コンパレータ、14…オシレータ
15…昇圧部、16、16A、16B…昇圧制御回路、17…コンデンサ
100…半導体装置
151−1、151−m…ポンプ回路、152−1、152−m…ANDゲート
161−1、161−m…フリップフロップ
90…処理回路、91、91a、91b…内部電源回路
93−1、93−n…ダイオード、94−1、94−n…コンデンサ
95…インバータ、97…NANDゲート
911…検出回路、912…基準電位出力回路、913…コンパレータ
914、914a…オシレータ、915、915a…昇圧部
915−1、915−2、915−m…ポンプ回路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記発振器が出力する前記パルス信号に応じて、外部から入力された電源電圧を昇圧する複数の昇圧回路と、
前記発振器が出力する前記パルス信号の変化に応じて、前記複数の昇圧回路それぞれに前記パルス信号を入力するか否かを選択する制御回路と
を備える
ことを特徴とする電源回路。 An oscillator that outputs a pulse signal whose level changes in a predetermined cycle;
In response to the pulse signal output from the oscillator, a plurality of booster circuits that boost the externally input power supply voltage;
A power supply circuit comprising: a control circuit that selects whether or not to input the pulse signal to each of the plurality of booster circuits in accordance with a change in the pulse signal output from the oscillator.
前記複数の昇圧回路それぞれに対応したビットを有し、前記パルス信号の立ち上がりに応じて変化するシフトレジスタを有し、
前記複数のビットそれぞれのレベルに応じて、前記複数の昇圧回路それぞれに前記パルス信号を入力するか否かを選択する
ことを特徴とする請求項1に記載の電源回路。 The control circuit includes:
A bit corresponding to each of the plurality of booster circuits, and a shift register that changes in response to rising of the pulse signal;
2. The power supply circuit according to claim 1, wherein whether or not to input the pulse signal to each of the plurality of booster circuits is selected according to the level of each of the plurality of bits.
前記複数の昇圧回路それぞれに対応したビットを有し、前記パルス信号の立ち上がり又は立ち下がりに応じて変化するシフトレジスタを有し、
前記複数のビットそれぞれのレベルに応じて、前記複数の昇圧回路それぞれに前記パルス信号を入力するか否かを選択する
ことを特徴とする請求項1に記載の電源回路。 The control circuit includes:
A bit corresponding to each of the plurality of booster circuits, and a shift register that changes in response to a rising edge or a falling edge of the pulse signal;
2. The power supply circuit according to claim 1, wherein whether or not to input the pulse signal to each of the plurality of booster circuits is selected according to the level of each of the plurality of bits.
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電源回路。 The power supply circuit according to any one of claims 1 to 3, further comprising a capacitor having one end commonly connected to outputs of the plurality of booster circuits and the other end grounded.
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