JP2012210026A - Charge pump circuit - Google Patents

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Akinobu Onishi
章申 大西
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charge pump circuit that can generate an output voltage of a target level even if a parasitic transistor occurs.SOLUTION: A charge pump circuit that generates an output voltage in response to an input voltage comprises: an integration circuit that outputs an integrated voltage in which the input voltage is integrated; an NMOS transistor that has an input electrode and a substrate electrode to which the integrated voltage is applied; a PMOS transistor that is connected in series to the NMOS transistor and is complementarily turned on or off with the NMOS transistor; a first capacitor that is charged based on a clock signal while the NMOS transistor is turned on and is discharged based on the clock signal while the PMOS transistor is turned on; and a second capacitor in which charges discharged from the first capacitor is charged while the PMOS transistor is turned on and generates the output voltage.

Description

本発明は、チャージポンプ回路に関する。   The present invention relates to a charge pump circuit.

入力電圧を昇圧する回路として、チャージポンプ回路が知られている(例えば、特許文献1参照)。図6は、チャージポンプ回路100の一例を示す図である。チャージポンプ回路100は、NMOSトランジスタM10、PMOSトランジスタM11、及びコンデンサ110,111を含んで構成される。チャージポンプ回路100では、クロック信号CLKがローレベル(以下、“L”レベル)となる期間φ1において、NMOSトランジスタM10がオンし、PMOSトランジスタM11がオフする。したがって、コンデンサ110は、期間φ1に充電される。一方、クロック信号CLKがハイレベル(以下、“H”レベル)となる期間φ2において、NMOSトランジスタM10がオフし、PMOSトランジスタM11がオンする。この結果、コンデンサ110に充電された電荷は、コンデンサ111に放電される。したがって、入力電圧を“Vin”とし、クロック信号CLKの振幅を“Vdd”とすると、コンデンサ111に発生する出力電圧Voutは、“Vin+Vdd”となる。   A charge pump circuit is known as a circuit for boosting the input voltage (see, for example, Patent Document 1). FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the charge pump circuit 100. The charge pump circuit 100 includes an NMOS transistor M10, a PMOS transistor M11, and capacitors 110 and 111. In the charge pump circuit 100, the NMOS transistor M10 is turned on and the PMOS transistor M11 is turned off during a period φ1 in which the clock signal CLK is at a low level (hereinafter, “L” level). Therefore, the capacitor 110 is charged in the period φ1. On the other hand, in the period φ2 in which the clock signal CLK is at a high level (hereinafter, “H” level), the NMOS transistor M10 is turned off and the PMOS transistor M11 is turned on. As a result, the charge charged in the capacitor 110 is discharged to the capacitor 111. Therefore, when the input voltage is “Vin” and the amplitude of the clock signal CLK is “Vdd”, the output voltage Vout generated in the capacitor 111 is “Vin + Vdd”.

特開2001−211637号公報JP 2001-211637 A

ところで、チャージポンプ回路100は、トリプルウェル構造のプロセスを用いて製造された集積回路である。したがって、NMOSトランジスタM10の基板電極を接地することなく、入力電圧Vinが印加される電極(例えば、ソース電極)に接続することが可能である。しかしながら、トリプルウェル構造のプロセスを用いた場合、図6に示すように、例えば、入力電圧Vinが印加されるNMOSトランジスタM10と、出力電圧Voutが生成されるコンデンサ111との間には、PNP型の寄生トランジスタ150が発生する。一般に、チャージポンプ回路100の起動時においては、出力電圧Voutはほぼ0Vとなっているため、入力電圧Vinは出力電圧Voutより高くなる。このような場合、寄生トランジスタ150がオンすることがあり、チャージポンプ回路100は、目的レベルの出力電圧Vout(Vout=Vin+Vdd)を生成できないという問題があった。   By the way, the charge pump circuit 100 is an integrated circuit manufactured using a triple well structure process. Therefore, the substrate electrode of the NMOS transistor M10 can be connected to an electrode (for example, a source electrode) to which the input voltage Vin is applied without grounding. However, when a triple well structure process is used, as shown in FIG. 6, for example, a PNP type is provided between the NMOS transistor M10 to which the input voltage Vin is applied and the capacitor 111 for generating the output voltage Vout. The parasitic transistor 150 is generated. In general, when the charge pump circuit 100 is activated, the output voltage Vout is approximately 0 V, so the input voltage Vin is higher than the output voltage Vout. In such a case, the parasitic transistor 150 may be turned on, and there is a problem that the charge pump circuit 100 cannot generate the target level output voltage Vout (Vout = Vin + Vdd).

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、寄生トランジスタが発生する場合であっても、目的レベルの出力電圧を生成できるチャージポンプ回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a charge pump circuit capable of generating an output voltage of a target level even when a parasitic transistor is generated.

上記目的を達成するため、本発明の一つの側面に係る入力電圧に応じた出力電圧を生成するチャージポンプ回路は、前記入力電圧を積分した積分電圧を出力する積分回路と、前記積分電圧が印加される入力電極及び基板電極を有するNMOSトランジスタと、前記NMOSトランジスタに直列接続され、前記NMOSトランジスタと相補的にオンオフされるPMOSトランジスタと、前記NMOSトランジスタがオンされている場合に、クロック信号に基づいて充電され、前記PMOSトランジスタがオンされている場合に、前記クロック信号に基づいて放電される第1コンデンサと、前記PMOSトランジスタがオンされている場合に前記第1コンデンサから放電された電荷が充電され、前記出力電圧を生成する第2コンデンサと、を備える。   In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, a charge pump circuit that generates an output voltage according to an input voltage includes an integration circuit that outputs an integrated voltage obtained by integrating the input voltage, and the integrated voltage is applied. An NMOS transistor having an input electrode and a substrate electrode, a PMOS transistor connected in series with the NMOS transistor and turned on and off in a complementary manner with the NMOS transistor, and when the NMOS transistor is turned on, based on a clock signal The first capacitor discharged based on the clock signal when the PMOS transistor is turned on, and the charge discharged from the first capacitor charged when the PMOS transistor is turned on. And a second capacitor for generating the output voltage. .

寄生トランジスタが発生する場合であっても、目的レベルの出力電圧を生成できるチャージポンプ回路を提供することができる。   It is possible to provide a charge pump circuit that can generate an output voltage of a target level even when a parasitic transistor is generated.

本発明の一実施形態であるチャージポンプ回路10の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the charge pump circuit 10 which is one Embodiment of this invention. チャージポンプ回路10の一部を抜粋した回路を示す図である。2 is a diagram showing a circuit excerpted from a part of the charge pump circuit 10. FIG. チャージポンプ回路10の起動時の動作を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining an operation at the time of activation of the charge pump circuit 10. 本発明を適応したバイアス電圧生成回路40の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the bias voltage generation circuit 40 to which this invention was applied. バイアス電圧生成回路40の起動時の動作を説明するための図である。6 is a diagram for explaining an operation at the time of starting the bias voltage generation circuit 40. FIG. 一般的なチャージポンプ回路100の構成を示す図である。1 is a diagram showing a configuration of a general charge pump circuit 100. FIG.

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。   At least the following matters will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

図1は、本発明の一実施形態であるチャージポンプ回路10の構成を示す図である。チャージポンプ回路10は、入力電圧Vinを昇圧した出力電圧Voutを生成する回路であり、積分回路20、コンデンサ21〜23、制御回路24、クロック信号出力回路25、NMOSトランジスタM1,M2、及びPMOSトランジスタM3,M4を含んで構成される。また、チャージポンプ回路10は、トリプルウェル構造のプロセスを用いて製造された集積回路である。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a charge pump circuit 10 according to an embodiment of the present invention. The charge pump circuit 10 is a circuit that generates an output voltage Vout obtained by boosting the input voltage Vin. The integration circuit 20, capacitors 21 to 23, a control circuit 24, a clock signal output circuit 25, NMOS transistors M1 and M2, and a PMOS transistor It includes M3 and M4. The charge pump circuit 10 is an integrated circuit manufactured using a triple well structure process.

積分回路20は、入力電圧Vinを積分し、積分結果を示す積分電圧Vbinを出力する回路であり、抵抗30,コンデンサ31を含んで構成される。なお、ここでは、抵抗30の抵抗値を“R1”とし、コンデンサ31の容量値を“C1”とする。   The integrating circuit 20 is a circuit that integrates the input voltage Vin and outputs an integrated voltage Vbin indicating an integration result, and includes a resistor 30 and a capacitor 31. Here, the resistance value of the resistor 30 is “R1”, and the capacitance value of the capacitor 31 is “C1”.

クロック信号出力回路25は、クロック信号CLK1と、クロック信号CLK1と逆相のクロック信号CLK2とを出力する。このため、クロック信号CLK1が“H”レベルの期間、クロック信号CLK2は“L”レベルとなり、クロックCLK1が“L”レベルの期間、クロック信号CLK2は“H”レベルとなる。   The clock signal output circuit 25 outputs a clock signal CLK1 and a clock signal CLK2 having a phase opposite to that of the clock signal CLK1. Therefore, the clock signal CLK2 is at the “L” level during the period when the clock signal CLK1 is “H” level, and the clock signal CLK2 is at the “H” level while the clock CLK1 is at “L” level.

直列接続されたNMOSトランジスタM1及びPMOSトランジスタM3は、電荷転送用のトランジスタである。   The NMOS transistor M1 and the PMOS transistor M3 connected in series are charge transfer transistors.

NMOSトランジスタM1は、コンデンサ21を充電するために、積分回路20及びコンデンサ21の間に設けられている。NMOSトランジスタM1のソース電極(入力電極)及び基板電極には積分電圧Vbinが印加され、ドレイン電極にはコンデンサ21及びPMOSトランジスタM3が接続される。   The NMOS transistor M <b> 1 is provided between the integrating circuit 20 and the capacitor 21 in order to charge the capacitor 21. The integration voltage Vbin is applied to the source electrode (input electrode) and the substrate electrode of the NMOS transistor M1, and the capacitor 21 and the PMOS transistor M3 are connected to the drain electrode.

PMOSトランジスタM3は、コンデンサ21を放電しつつコンデンサ23を充電するために、コンデンサ21及びコンデンサ23の間に設けられている。PMOSトランジスタM3のドレイン電極にはNMOSトランジスタM1及びコンデンサ21が接続され、ソース電極及び基板電極にはコンデンサ23が接続される。   The PMOS transistor M3 is provided between the capacitor 21 and the capacitor 23 in order to charge the capacitor 23 while discharging the capacitor 21. The NMOS transistor M1 and the capacitor 21 are connected to the drain electrode of the PMOS transistor M3, and the capacitor 23 is connected to the source electrode and the substrate electrode.

コンデンサ21(第1コンデンサ)の一端は、NMOSトランジスタM1及びPMOSトランジスタM3が接続されたノードに接続され、他端には、クロック信号CLK1が入力される。なお、本実施形態では、クロック信号CLK1の“L”レベルを0Vとし、“H”レベルをVdd(V:ボルト)とする。   One end of the capacitor 21 (first capacitor) is connected to a node to which the NMOS transistor M1 and the PMOS transistor M3 are connected, and the clock signal CLK1 is input to the other end. In this embodiment, the “L” level of the clock signal CLK1 is set to 0V, and the “H” level is set to Vdd (V: volts).

直列接続されたNMOSトランジスタM2及びPMOSトランジスタM4は、NMOSトランジスタM1及びPMOSトランジスタM3と同様の電荷転送用トランジスタである。   The NMOS transistor M2 and the PMOS transistor M4 connected in series are charge transfer transistors similar to the NMOS transistor M1 and the PMOS transistor M3.

NMOSトランジスタM2は、コンデンサ22を充電するために、積分回路20及びコンデンサ22の間に設けられている。NMOSトランジスタM2のソース電極及び基板電極には積分電圧Vbinが印加され、ドレイン電極にはコンデンサ22及びPMOSトランジスタM4が接続される。   The NMOS transistor M <b> 2 is provided between the integrating circuit 20 and the capacitor 22 in order to charge the capacitor 22. The integration voltage Vbin is applied to the source electrode and the substrate electrode of the NMOS transistor M2, and the capacitor 22 and the PMOS transistor M4 are connected to the drain electrode.

PMOSトランジスタM4は、コンデンサ22を放電しつつ、コンデンサ23を充電するために、コンデンサ22及びコンデンサ23の間に設けられている。PMOSトランジスタM4のドレイン電極にはNMOSトランジスタM2及びコンデンサ22が接続され、ソース電極にはコンデンサ23が接続される。   The PMOS transistor M4 is provided between the capacitor 22 and the capacitor 23 in order to charge the capacitor 23 while discharging the capacitor 22. An NMOS transistor M2 and a capacitor 22 are connected to the drain electrode of the PMOS transistor M4, and a capacitor 23 is connected to the source electrode.

コンデンサ22の一端は、NMOSトランジスタM2及びPMOSトランジスタM4が接続されたノードに接続され、他端には、クロック信号CLK2が入力される。   One end of the capacitor 22 is connected to a node to which the NMOS transistor M2 and the PMOS transistor M4 are connected, and the clock signal CLK2 is input to the other end.

コンデンサ23(第2コンデンサ)は、コンデンサ21,22からの電荷が充電され、出力電圧Voutが生成される。なお、本実施形態では、コンデンサ21,22の容量値を“C2”とし、コンデンサ23の容量値を“C3”とする。また、コンデンサ31の容量値C1は、コンデンサ21,22の容量値C2より大きいこととする。   The capacitor 23 (second capacitor) is charged with the electric charge from the capacitors 21 and 22, and the output voltage Vout is generated. In the present embodiment, the capacitance values of the capacitors 21 and 22 are “C2”, and the capacitance value of the capacitor 23 is “C3”. The capacitance value C1 of the capacitor 31 is greater than the capacitance value C2 of the capacitors 21 and 22.

制御回路24は、例えば、クロック信号CLK1に基づいて、NMOSトランジスタM1及びPMOSトランジスタM3を相補的にオンオフし、NMOSトランジスタM2及びPMOSトランジスタM4を相補的にオンオフする回路である。   The control circuit 24 is a circuit that complementarily turns on and off the NMOS transistor M1 and the PMOS transistor M3 and complementarily turns on and off the NMOS transistor M2 and the PMOS transistor M4 based on the clock signal CLK1, for example.

具体的には、制御回路24は、クロック信号CLK1が“L”レベル(0V)の期間φ1にNMOSトランジスタM1をオンし、クロック信号CLK1が“H”レベル(Vdd)の期間φ2にPMOSトランジスタM3をオンする。したがって、コンデンサ21は、期間φ1に積分電圧Vbinに応じた電圧で充電され、期間φ2に充電された電荷が放電される。この結果、コンデンサ23には、期間φ2において“Vbin+Vdd”となる出力電圧Voutが生成されることになる。   Specifically, the control circuit 24 turns on the NMOS transistor M1 during the period φ1 when the clock signal CLK1 is “L” level (0V), and the PMOS transistor M3 during the period φ2 when the clock signal CLK1 is “H” level (Vdd). Turn on. Therefore, the capacitor 21 is charged with a voltage corresponding to the integrated voltage Vbin in the period φ1, and the charge charged in the period φ2 is discharged. As a result, the output voltage Vout that is “Vbin + Vdd” is generated in the capacitor 23 in the period φ2.

また、制御回路24は、クロック信号CLK1が“H”レベルの期間φ2において、NMOSトランジスタM2をオンし、クロック信号CLK1が“L”レベルの期間φ1にPMOSトランジスタM4をオンする。なお、期間φ2には、クロック信号CLK2は、“L”レベル(0V)となり、期間φ1には、クロック信号CLK2は、“H”レベル(Vdd)となる。このため、コンデンサ22は、期間φ2に積分電圧Vbinに応じた電圧で充電され、期間φ1に充電された電荷が放電される。この結果、コンデンサ23には、期間φ1において“Vbin+Vdd”となる出力電圧Voutが生成されることになる。   The control circuit 24 turns on the NMOS transistor M2 during the period φ2 when the clock signal CLK1 is “H” level, and turns on the PMOS transistor M4 during the period φ1 when the clock signal CLK1 is “L” level. Note that in the period φ2, the clock signal CLK2 becomes “L” level (0 V), and in the period φ1, the clock signal CLK2 becomes “H” level (Vdd). Therefore, the capacitor 22 is charged with a voltage corresponding to the integrated voltage Vbin during the period φ2, and the charge charged during the period φ1 is discharged. As a result, the output voltage Vout that becomes “Vbin + Vdd” is generated in the capacitor 23 in the period φ1.

このように、チャージポンプ回路23は、期間φ1,φ2の間、つまり、クロック信号CLK1の1周期の間、“Vbin+Vdd”となる出力電圧Voutを生成する。なお、制御回路24は、例えば、NMOSトランジスタM1及びPMOSトランジスタM3が同時にオンし、コンデンサ23からコンデンサ31への電流が流れないよう、デッドタイムを設けてNMOSトランジスタM1等のオンオフを制御している。   In this way, the charge pump circuit 23 generates the output voltage Vout that becomes “Vbin + Vdd” during the periods φ1 and φ2, that is, during one cycle of the clock signal CLK1. For example, the control circuit 24 controls the on / off of the NMOS transistor M1 and the like by providing a dead time so that the NMOS transistor M1 and the PMOS transistor M3 are simultaneously turned on and current does not flow from the capacitor 23 to the capacitor 31. .

<<チャージポンプ回路10の起動時の動作の一例>>
ここで、チャージポンプ回路10の起動時の動作の一例を説明する。前述のように、図1のチャージポンプ回路10におけるNMOSトランジスタM1、PMOSトランジスタM3、及びコンデンサ21は、期間φ2に出力電圧Voutを生成し、NMOSトランジスタM2、PMOSトランジスタM4、及びコンデンサ22は、期間φ1に出力電圧Voutを生成する。そして、期間φ1に出力電圧Voutを生成する回路と、期間φ2に出力電圧Voutを生成する回路は同様に動作する。このため、チャージポンプ回路10の動作を説明する際には、便宜上、図2に示すように、期間φ2に出力電圧Voutを生成する回路を抜粋して説明する。
<< Example of operation at start-up of charge pump circuit 10 >>
Here, an example of the operation at the time of starting the charge pump circuit 10 will be described. As described above, the NMOS transistor M1, the PMOS transistor M3, and the capacitor 21 in the charge pump circuit 10 of FIG. 1 generate the output voltage Vout in the period φ2, and the NMOS transistor M2, the PMOS transistor M4, and the capacitor 22 An output voltage Vout is generated at φ1. A circuit that generates the output voltage Vout in the period φ1 and a circuit that generates the output voltage Vout in the period φ2 operate in the same manner. For this reason, when describing the operation of the charge pump circuit 10, for the sake of convenience, as shown in FIG. 2, a circuit that generates the output voltage Vout in the period φ2 will be extracted and described.

図3は、チャージポンプ回路10が起動する際の動作を説明するための図である。チャージポンプ回路10が起動される前の状態、すなわち、クロック信号CLK1が入力される前の状態では、コンデンサ31の積分電圧Vbinの電圧値は“Vin(入力電圧の電圧値)”であり、コンデンサ21,23の電圧は0Vであることとする。また、ここでは、積分回路20の時定数τ1(τ1=R1×C1)は、クロック信号CLK1の周期Tより十分長いこととする。   FIG. 3 is a diagram for explaining the operation when the charge pump circuit 10 is activated. In the state before the charge pump circuit 10 is activated, that is, the state before the clock signal CLK1 is input, the voltage value of the integrated voltage Vbin of the capacitor 31 is “Vin (voltage value of the input voltage)”. The voltages of 21 and 23 are assumed to be 0V. Here, it is assumed that the time constant τ1 (τ1 = R1 × C1) of the integrating circuit 20 is sufficiently longer than the cycle T of the clock signal CLK1.

まず、時刻t0にクロック信号CLK1が入力され、NMOSトランジスタM1のオンオフが繰り返されると、積分電圧Vbinは過渡的に低下する。積分回路20には入力電圧Vinが印加されているため、積分電圧Vbinが低下すると、コンデンサ31への充電電流は増加する。したがって、積分電圧Vbinは、例えば、時刻t0から積分回路20の時定数τ1だけ経過した時刻t1まで低下し、その後上昇する。   First, when the clock signal CLK1 is input at time t0 and the NMOS transistor M1 is repeatedly turned on and off, the integrated voltage Vbin decreases transiently. Since the input voltage Vin is applied to the integration circuit 20, the charging current to the capacitor 31 increases when the integration voltage Vbin decreases. Therefore, the integration voltage Vbin decreases, for example, from time t0 to time t1 when the time constant τ1 of the integration circuit 20 has elapsed, and then increases.

また、出力電圧Vout及び積分電圧Vbinとの間には、前述のように“Vout=Vbin+Vdd”の関係がある。したがって、積分電圧Vbinが低下すると、出力電圧Voutも例えば時刻t1までは同様に低下する。そして、時刻t1以降、出力電圧Voutは、積分電圧Vbinに応じて上昇する。また、積分電圧Vbinは“Vin”まで上昇するため、結果的に、目的レベルの出力電圧“Vout=Vin+Vdd”が生成される。   Further, as described above, there is a relationship of “Vout = Vbin + Vdd” between the output voltage Vout and the integrated voltage Vbin. Therefore, when the integrated voltage Vbin decreases, the output voltage Vout also decreases similarly until, for example, time t1. Then, after time t1, the output voltage Vout rises according to the integrated voltage Vbin. Further, the integrated voltage Vbin rises to “Vin”, and as a result, the output voltage “Vout = Vin + Vdd” at the target level is generated.

このように、チャージポンプ回路10では、時刻t0にクロック信号CLK1が入力されると、積分電圧Vbinを出力電圧Voutより低くしつつ、出力電圧Voutを昇圧することができる。   Thus, in the charge pump circuit 10, when the clock signal CLK1 is input at time t0, the output voltage Vout can be boosted while the integrated voltage Vbin is made lower than the output voltage Vout.

なお、図1に示すチャージポンプ回路10では、出力電圧Voutは、期間φ1,φ2の両方の期間に昇圧される。したがって、図3に例示した期間φ2のみで出力電圧Voutが上昇する場合よりも、チャージポンプ回路10の出力電圧Voutは速く上昇することになる。   In the charge pump circuit 10 shown in FIG. 1, the output voltage Vout is boosted during both periods φ1 and φ2. Therefore, the output voltage Vout of the charge pump circuit 10 rises faster than when the output voltage Vout rises only in the period φ2 illustrated in FIG.

<<本発明の適用例>>
図4は、本発明を適用した、バイアス電圧生成回路40の一例を示す図である。バイアス電圧生成回路40は、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)マイク41を動作させるためのバイアス電圧Vbを生成する回路である。
<< Application Example of the Present Invention >>
FIG. 4 is a diagram showing an example of the bias voltage generation circuit 40 to which the present invention is applied. The bias voltage generation circuit 40 is a circuit that generates a bias voltage Vb for operating, for example, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) microphone 41.

バイアス電圧生成回路40は、積分回路20、クロック信号出力回路25、チャージポンプ回路50〜52、及びLPF(Low Pass Filter:低域通過フィルタ)53を含んで構成される。なお、積分回路20は、前述した図1に示した回路と同じである。   The bias voltage generation circuit 40 includes an integration circuit 20, a clock signal output circuit 25, charge pump circuits 50 to 52, and an LPF (Low Pass Filter) 53. The integrating circuit 20 is the same as the circuit shown in FIG.

チャージポンプ回路50〜52のそれぞれは、図1に示したチャージポンプ回路10における、コンデンサ21〜23、制御回路24、NMOSトランジスタM1,M2、及びPMOSトランジスタM3,M4を含んで構成される。そして、チャージポンプ回路50〜52のそれぞれには、クロック信号CLK1,CLK2が入力される。   Each of the charge pump circuits 50 to 52 includes the capacitors 21 to 23, the control circuit 24, NMOS transistors M1 and M2, and PMOS transistors M3 and M4 in the charge pump circuit 10 shown in FIG. Then, the clock signals CLK1 and CLK2 are input to the charge pump circuits 50 to 52, respectively.

このため、チャージポンプ回路50の出力電圧Vo1は、Vo1=Vbin+Vddとなる。同様に、チャージポンプ回路51の出力電圧Vo2は、Vo2=Vo1+Vdd=Vbin+2×Vddとなり、チャージポンプ回路52の出力電圧Vo3は、Vo3=Vo2+Vdd=Vbin+3×Vddとなる。   For this reason, the output voltage Vo1 of the charge pump circuit 50 is Vo1 = Vbin + Vdd. Similarly, the output voltage Vo2 of the charge pump circuit 51 is Vo2 = Vo1 + Vdd = Vbin + 2 × Vdd, and the output voltage Vo3 of the charge pump circuit 52 is Vo3 = Vo2 + Vdd = Vbin + 3 × Vdd.

LPF53は、出力電圧Vo3に含まれるノイズを除去するためのフィルタである。具体的には、LPF53は、例えばクロック信号CLK1,CLK2の周波数成分のノイズや、積分回路20の抵抗30で発生するノイズを除去する。また、バイアス電圧Vbの直流レベルは出力電圧Vo3の直流レベルに等しいため、バイアス電圧Vb=Vbin+3×Vddとなる。   The LPF 53 is a filter for removing noise included in the output voltage Vo3. Specifically, the LPF 53 removes, for example, noise of frequency components of the clock signals CLK1 and CLK2 and noise generated by the resistor 30 of the integration circuit 20. Further, since the DC level of the bias voltage Vb is equal to the DC level of the output voltage Vo3, the bias voltage Vb = Vbin + 3 × Vdd.

ここで、図5を参照しつつ、バイアス電圧生成回路40が起動する際の動作を説明する。   Here, the operation when the bias voltage generation circuit 40 is activated will be described with reference to FIG.

まず、時刻t10にバイアス電圧生成回路40が起動して昇圧動作が開始されると、図3で説明した場合と同様に、積分電圧Vbinは過渡的に低下する。そして、例えば、時刻t10から積分回路20の時定数τ1だけ経過した時刻t11になると、積分電圧Vbinは上昇する。このため、出力電圧Vo1〜Vo3のそれぞれも、積分電圧Vbinに応じて低下した後に上昇する。なお、出力電圧Vo1〜Vo3には、Vo3>Vo2>Vo1との関係がある。したがって、チャージポンプ回路50〜52のそれぞれ入力側の電圧が出力側の電圧より高くなることは無い。   First, when the bias voltage generation circuit 40 is activated and the boosting operation is started at time t10, the integrated voltage Vbin decreases transiently as in the case described with reference to FIG. For example, at time t11 when the time constant τ1 of the integrating circuit 20 has elapsed from time t10, the integrated voltage Vbin rises. For this reason, each of the output voltages Vo1 to Vo3 also rises after dropping according to the integrated voltage Vbin. The output voltages Vo1 to Vo3 have a relationship of Vo3> Vo2> Vo1. Therefore, the voltage on the input side of each of the charge pump circuits 50 to 52 does not become higher than the voltage on the output side.

以上、本実施形態のチャージポンプ回路10及びバイアス電圧生成回路40について説明した。チャージポンプ回路10においては、NMOSトランジスタM1の基板電極と、出力電圧Voutが印加されるコンデンサ23との間にPNP型の寄生トランジスタが発生する(例えば、図6)。したがって、積分電圧Vbinが、出力電圧Voutより高くなると、寄生トランジスタがオンすることがある。しかしながら、チャージポンプ回路10は、積分回路20を含んでいるため、積分電圧Vbinを出力電圧Voutより低くすることが可能である。したがって、チャージポンプ回路10は、寄生トランジスタがオンされることを防ぎつつ、目的レベルの出力電圧Vout(=Vin+Vdd)を生成することができる。また、バイアス電圧生成回路40においても、前述のように、チャージポンプ回路50〜52のそれぞれ入力側の電圧が出力側の電圧より高くなることは無い。したがって、バイアス電圧生成回路40も、寄生トランジスタの影響を受けることなく、目的レベルのバイアス電圧Vb(=Vin+3×Vdd)を生成することができる。   The charge pump circuit 10 and the bias voltage generation circuit 40 according to this embodiment have been described above. In the charge pump circuit 10, a PNP type parasitic transistor is generated between the substrate electrode of the NMOS transistor M1 and the capacitor 23 to which the output voltage Vout is applied (for example, FIG. 6). Therefore, when the integrated voltage Vbin becomes higher than the output voltage Vout, the parasitic transistor may be turned on. However, since the charge pump circuit 10 includes the integration circuit 20, the integration voltage Vbin can be made lower than the output voltage Vout. Therefore, the charge pump circuit 10 can generate the output voltage Vout (= Vin + Vdd) at the target level while preventing the parasitic transistor from being turned on. Also in the bias voltage generation circuit 40, as described above, the input side voltages of the charge pump circuits 50 to 52 do not become higher than the output side voltage. Therefore, the bias voltage generation circuit 40 can also generate the target level bias voltage Vb (= Vin + 3 × Vdd) without being affected by the parasitic transistor.

また、例えば、積分回路20の時定数τ1が周期Tより十分短い場合、起動時に積分電圧Vbinが低下した場合であっても、直ちに積分電圧Vbinが上昇し、出力電圧Voutより高くなることがある。しかしながら、チャージポンプ回路10では、積分回路20の時定数τ1を、クロック信号CLK1の周期Tより長く設定している。したがって、チャージポンプ回路10では、チャージポンプ回路10内に発生する寄生トランジスタがオンすることをより確実に防ぐことができる。   Further, for example, when the time constant τ1 of the integrating circuit 20 is sufficiently shorter than the cycle T, the integrated voltage Vbin may immediately rise and become higher than the output voltage Vout even when the integrated voltage Vbin decreases during startup. . However, in the charge pump circuit 10, the time constant τ1 of the integrating circuit 20 is set longer than the cycle T of the clock signal CLK1. Therefore, the charge pump circuit 10 can more reliably prevent the parasitic transistor generated in the charge pump circuit 10 from being turned on.

また、チャージポンプ回路10が目的レベルの出力電圧Vout(=Vin+Vdd)が生成した後は、前述した寄生トランジスタがオンされることは無い。したがって、例えば、十分長い時間(所定時間)が経過して目的レベルの出力電圧Voutが生成された後は、クロック信号出力回路25に、積分回路20の時定数τ1より長い周期のクロック信号CLK1,CLK2を出力させても良い。この際、コンデンサ21,22は、積分回路20の時定数τ1より長い周期のクロック信号CLK1,CLK2に基づいて充放電される。このため、チャージポンプ回路10の消費電力を低減することができる。   In addition, after the charge pump circuit 10 generates the output voltage Vout (= Vin + Vdd) at the target level, the parasitic transistor described above is not turned on. Therefore, for example, after a sufficiently long time (predetermined time) has elapsed and the output voltage Vout of the target level has been generated, the clock signal CLK1, having a cycle longer than the time constant τ1 of the integration circuit 20, is sent to the clock signal output circuit 25. CLK2 may be output. At this time, the capacitors 21 and 22 are charged and discharged based on the clock signals CLK1 and CLK2 having a cycle longer than the time constant τ1 of the integrating circuit 20. For this reason, the power consumption of the charge pump circuit 10 can be reduced.

また、積分回路20としては、例えばオペアンプ等を用いて構成することも可能であるが、一般にチップ面積等が増加してしまう。本実施形態では、抵抗30及びコンデンサ31で積分回路20を構成しているため、チップ面積を小さくできる。   The integrating circuit 20 can be configured by using, for example, an operational amplifier, but generally increases the chip area and the like. In the present embodiment, since the integrating circuit 20 is configured by the resistor 30 and the capacitor 31, the chip area can be reduced.

また、積分回路20の時定数τ1を周期Tより長く設定する際に、例えば、容量値C1を大きくせず、抵抗値R1を大きくすることも可能である。ただし、抵抗値R1を大きくした場合、時定数τ2(=R1×(C1+C2))が非常に大きくなる。この結果、例えば期間φ1にコンデンサ21に充電される電荷が少なくなり、出力電圧Voutの上昇が遅くなる。本実施形態では、容量値C1を容量値C2より大きくしている。したがって、期間φ1におけるコンデンサ21の充電速度の低下を防ぐことができ、出力電圧Voutを速く上昇させることができる。   Further, when the time constant τ1 of the integration circuit 20 is set longer than the period T, for example, the resistance value R1 can be increased without increasing the capacitance value C1. However, when the resistance value R1 is increased, the time constant τ2 (= R1 × (C1 + C2)) becomes very large. As a result, for example, the charge charged in the capacitor 21 in the period φ1 decreases, and the increase in the output voltage Vout is delayed. In the present embodiment, the capacitance value C1 is larger than the capacitance value C2. Therefore, it is possible to prevent a decrease in the charging speed of the capacitor 21 during the period φ1, and the output voltage Vout can be increased quickly.

また、入力電圧Vinを、チャージポンプ回路10が形成された集積回路に印加される電圧のうち、最も低い電圧(例えば、“0V”)としても良い。このような場合、より確実に寄生トランジスタがオンされることを防ぐことができる。   The input voltage Vin may be the lowest voltage (for example, “0 V”) among the voltages applied to the integrated circuit in which the charge pump circuit 10 is formed. In such a case, it is possible to prevent the parasitic transistor from being turned on more reliably.

また、チャージポンプ回路50〜52に含まれる素子は、トリプルウェル構造のプロセスを用いて製造されているため、チャージポンプ回路50〜52に含まれるNMOSトランジスタの基板を接地する必要が無い。このため、例えば、チャージポンプ回路の段数を増加させた場合であっても、高耐圧トランジスタを用いることなく、高いバイアス電圧Vbを生成することができる。   Further, since the elements included in the charge pump circuits 50 to 52 are manufactured using a triple well structure process, there is no need to ground the substrate of the NMOS transistor included in the charge pump circuits 50 to 52. Therefore, for example, even when the number of stages of the charge pump circuit is increased, a high bias voltage Vb can be generated without using a high breakdown voltage transistor.

なお、上記実施例は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。   In addition, the said Example is for making an understanding of this invention easy, and is not for limiting and interpreting this invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes equivalents thereof.

例えば、入力電圧Vinを、チャージポンプ回路10が形成された集積回路に印加される電圧のうち、最も低い電圧(例えば、“0V”)とした場合、入力電圧VinをNMOSトランジスタM1,M2に直接印加しても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。つまり、例えば、入力電圧Vinが“0V”の場合、積分回路20を用いることなく、寄生トランジスタがオンされることを防ぐことが可能となる。   For example, when the input voltage Vin is the lowest voltage (for example, “0V”) among the voltages applied to the integrated circuit in which the charge pump circuit 10 is formed, the input voltage Vin is directly applied to the NMOS transistors M1 and M2. Even if it is applied, the same effect as in the present embodiment can be obtained. That is, for example, when the input voltage Vin is “0 V”, it is possible to prevent the parasitic transistor from being turned on without using the integration circuit 20.

また、バイアス電圧生成回路40において、バイアス電圧Vbが例えば地絡すると、バイアス電圧Vbは、“Vin+3×Vdd”から0Vまで低下する。このような場合であっても、例えば、入力電圧Vinを、前述した最も低い電圧(例えば、“0V”)とすることにより、バイアス電圧生成回路40を確実に起動させることができる。   In the bias voltage generation circuit 40, for example, when the bias voltage Vb is grounded, the bias voltage Vb decreases from “Vin + 3 × Vdd” to 0V. Even in such a case, for example, by setting the input voltage Vin to the lowest voltage (for example, “0 V”) described above, the bias voltage generation circuit 40 can be reliably started.

10,50,51,52 チャージポンプ回路
20 積分回路
21〜23,31,110,111 コンデンサ
24 制御回路
25 クロック信号出力回路
30 抵抗
40 バイアス電圧生成回路
41 MEMSマイク
53 LPF
150 PNPトランジスタ
M1,M2,M10 NMOSトランジスタ
M3,M4,M11 PMOSトランジスタ
10, 50, 51, 52 Charge pump circuit 20 Integration circuit 21-23, 31, 110, 111 Capacitor 24 Control circuit 25 Clock signal output circuit 30 Resistance 40 Bias voltage generation circuit 41 MEMS microphone 53 LPF
150 PNP transistor M1, M2, M10 NMOS transistor M3, M4, M11 PMOS transistor

Claims (6)

入力電圧に応じた出力電圧を生成するチャージポンプ回路であって、
前記入力電圧を積分した積分電圧を出力する積分回路と、
前記積分電圧が印加される入力電極及び基板電極を有するNMOSトランジスタと、
前記NMOSトランジスタに直列接続され、前記NMOSトランジスタと相補的にオンオフされるPMOSトランジスタと、
前記NMOSトランジスタがオンされている場合に、クロック信号に基づいて充電され、前記PMOSトランジスタがオンされている場合に、前記クロック信号に基づいて放電される第1コンデンサと、
前記PMOSトランジスタがオンされている場合に前記第1コンデンサから放電された電荷が充電され、前記出力電圧を生成する第2コンデンサと、
を備えることを特徴とするチャージポンプ回路。
A charge pump circuit that generates an output voltage according to an input voltage,
An integrating circuit that outputs an integrated voltage obtained by integrating the input voltage;
An NMOS transistor having an input electrode and a substrate electrode to which the integration voltage is applied;
A PMOS transistor connected in series to the NMOS transistor and turned on and off in a complementary manner with the NMOS transistor;
A first capacitor that is charged based on a clock signal when the NMOS transistor is on, and that is discharged based on the clock signal when the PMOS transistor is on;
When the PMOS transistor is turned on, a charge discharged from the first capacitor is charged, and a second capacitor that generates the output voltage;
A charge pump circuit comprising:
請求項1に記載のチャージポンプ回路であって、
前記積分回路の時定数は、
前記クロック信号の周期より長いこと、
を特徴とするチャージポンプ回路。
The charge pump circuit according to claim 1,
The time constant of the integration circuit is
Longer than the period of the clock signal;
A charge pump circuit.
請求項1に記載のチャージポンプ回路であって、
前記第1コンデンサは、
前記出力電圧が目的レベルとなるまでは、前記積分回路の時定数より短い周期の前記クロック信号に基づいて充放電され、前記出力電圧が前記目的レベルとなった後は、前記積分回路の時定数より長い周期の前記クロック信号に基づいて充放電されること、
を特徴とするチャージポンプ回路。
The charge pump circuit according to claim 1,
The first capacitor is:
Until the output voltage reaches the target level, charging and discharging are performed based on the clock signal having a cycle shorter than the time constant of the integration circuit. After the output voltage reaches the target level, the time constant of the integration circuit is reached. Charging and discharging based on the clock signal having a longer period;
A charge pump circuit.
請求項2または請求項3に記載のチャージポンプ回路であって、
前記積分回路は、
前記入力電圧が印加される抵抗と、
前記抵抗に接続される第3コンデンサと、
を含むことを特徴とするチャージポンプ回路。
A charge pump circuit according to claim 2 or claim 3, wherein
The integration circuit includes:
A resistor to which the input voltage is applied;
A third capacitor connected to the resistor;
A charge pump circuit comprising:
請求項1〜請求項4の何れか一項に記載のチャージポンプ回路であって、
前記第3コンデンサは、
前記第1コンデンサの容量値より大きい容量値を有すること、
を特徴とするチャージポンプ回路。
The charge pump circuit according to any one of claims 1 to 4,
The third capacitor is
Having a capacitance value greater than the capacitance value of the first capacitor;
A charge pump circuit.
請求項1〜請求項5の何れか一項に記載のチャージポンプ回路は集積回路であり、
前記入力電圧は、
前記集積回路に印加される電圧のうち最も低い電圧であること、
を特徴とするチャージポンプ回路。
The charge pump circuit according to any one of claims 1 to 5 is an integrated circuit,
The input voltage is
Being the lowest voltage applied to the integrated circuit,
A charge pump circuit.
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