JP2013074713A - Charge pump and power-supply device using the same - Google Patents

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伸和 築地
Kazuhiro Murakami
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charge pump that allows achieving a reduction in mounting area on a printed wiring board and cost.SOLUTION: A charge pump 100 uses body diodes 111d and 112d of floating NMOSFETs 111 and 112 that are integrated in a semiconductor device 110, as a charge and discharge switch for a flying capacitor 120.

Description

本発明は、チャージポンプ及びこれを用いた電源装置に関するものである。   The present invention relates to a charge pump and a power supply device using the same.

入力電圧を正昇圧ないしは負昇圧(反転出力を含む)して出力電圧を生成するチャージポンプは、それほど高い電流供給能力を必要とされないアプリケーションの電源として、広く一般に用いられている。また、チャージポンプは、スイッチングレギュレータと組み合わせて使用されることが多い。   A charge pump that generates an output voltage by positively boosting or negatively boosting an input voltage (including an inverted output) is widely used as a power source for applications that do not require a very high current supply capability. In addition, the charge pump is often used in combination with a switching regulator.

図9は、電源装置の一従来例を示す図である。本従来例の電源装置において、正チャージポンプCPPと負チャージポンプCPNは、いずれも昇圧型スイッチングレギュレータを形成するICの外部回路として構成されていた。   FIG. 9 is a diagram illustrating a conventional example of a power supply device. In the power supply device of this conventional example, both the positive charge pump CPP and the negative charge pump CPN are configured as external circuits of an IC that forms a step-up switching regulator.

なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献1を挙げることができる。   As an example of the related art related to the above, Patent Document 1 can be cited.

特開平05−244766号公報JP 05-244766 A

しかしながら、上記従来例の電源装置では、正チャージポンプCPPと負チャージポンプCPNをICの外部回路として形成するために、多くのディスクリート部品が必要となるので、プリント配線基板の面積増大やコストアップなどが問題となっていた。   However, in the power supply device of the above conventional example, a large number of discrete components are required to form the positive charge pump CPP and the negative charge pump CPN as external circuits of the IC. Was a problem.

なお、ダイオードをIC内部に集積化する場合、一般にはPMOSFET[P channel type metal oxide semiconductor field effect transistor]のボディダイオードZ1が用いられる(図10を参照)。   When the diode is integrated in the IC, a body diode Z1 of a PMOSFET (P channel type metal oxide semiconductor field effect transistor) is generally used (see FIG. 10).

しかしながら、チャージポンプに含まれるダイオード(キャパシタ充放電用スイッチ)として、PMOSFETのボディダイオードZ1を用いた場合には、このボディダイオードZ1がオンする際に、PMOSFETに寄生するPNP型バイポーラトランジスタZ2を介する経路で、PMOSFETのドレインから半導体基板に向けた電流が流れるので、この電流が損失となってしまう。   However, when a body diode Z1 of a PMOSFET is used as a diode (capacitor charge / discharge switch) included in the charge pump, when the body diode Z1 is turned on, it passes through a PNP-type bipolar transistor Z2 that is parasitic on the PMOSFET. Since a current flows from the drain of the PMOSFET toward the semiconductor substrate along the path, this current becomes a loss.

特に、チャージポンプに含まれるダイオードとキャパシタの双方をIC内部に集積化する場合には、キャパシタの容量値が非常に小さくなるので(例えば数pF)、チャージポンプの電流供給能力が非常に小さくなる。そのため、PMOSFETのドレインから半導体基板側に電流が逃げるような従来構成では、チャージポンプによる昇圧動作に支障を来たすおそれがあった。   In particular, when both the diode and the capacitor included in the charge pump are integrated in the IC, the capacitance value of the capacitor becomes very small (for example, several pF), so that the current supply capability of the charge pump becomes very small. . Therefore, in the conventional configuration in which the current escapes from the drain of the PMOSFET to the semiconductor substrate side, there is a possibility that the boosting operation by the charge pump may be hindered.

また、負チャージポンプCPNに含まれるダイオードとして、PMOSFETのボディダイオードZ1を用いるためには、半導体基板に負電圧を印加しておかなければならず、取り扱いが困難であった。   In addition, in order to use the body diode Z1 of the PMOSFET as the diode included in the negative charge pump CPN, a negative voltage must be applied to the semiconductor substrate, which is difficult to handle.

本発明は、本願の発明者らにより見出された上記の問題点に鑑み、プリント配線基板上の実装面積削減やコスト削減を実現することのできるチャージポンプ、及び、これを用いた電源装置を提供することを目的とする。   In view of the above-mentioned problems found by the inventors of the present application, the present invention provides a charge pump capable of realizing a reduction in mounting area and cost on a printed wiring board, and a power supply device using the same. The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、本発明に係るチャージポンプは、フライングキャパシタの充放電用スイッチとして、半導体装置に集積化されたフローティングNMOSFETのボディダイオードを用いる構成(第1の構成)とされている。   In order to achieve the above object, a charge pump according to the present invention has a configuration (first configuration) in which a body diode of a floating NMOSFET integrated in a semiconductor device is used as a charge / discharge switch for a flying capacitor. .

なお、上記第1の構成から成るチャージポンプにおいて、前記フローティングNMOSFETは、p型半導体基板と、前記p型半導体基板上に形成されたn型ウェルと、前記n型ウェル内に形成されたp型ウェルと、前記p型ウェル内に形成されたn型ソース領域及びn型ドレイン領域と、前記n型ソース領域と前記n型ドレイン領域との間に挟まれたチャネル領域上に形成されたゲート電極と、を有する構成(第2の構成)にするとよい。   In the charge pump having the first configuration, the floating NMOSFET includes a p-type semiconductor substrate, an n-type well formed on the p-type semiconductor substrate, and a p-type formed in the n-type well. A well, an n-type source region and an n-type drain region formed in the p-type well, and a gate electrode formed on a channel region sandwiched between the n-type source region and the n-type drain region And (a second configuration).

また、上記第2の構成から成るチャージポンプにおいて、前記p型ウェルは、前記n型ウェルによって前記p型半導体基板から電気的に絶縁されている構成(第3の構成)にするとよい。   In the charge pump having the second configuration, the p-type well may be configured to be electrically insulated from the p-type semiconductor substrate by the n-type well (third configuration).

また、上記第3の構成から成るチャージポンプにおいて、前記p型半導体基板は、接地端に接続されている構成(第4の構成)にするとよい。   In the charge pump having the third configuration, the p-type semiconductor substrate may be connected to a ground terminal (fourth configuration).

また、上記第4の構成から成るチャージポンプにおいて、前記n型ウェルは、前記p型半導体基板内に埋込形成されたn型埋込絶縁層と、前記n型埋込絶縁層を取り囲むように前記p型半導体基板の表層まで積層形成されたn型エピタキシャル絶縁層と、を含む構成(第5の構成)にするとよい。   In the charge pump having the fourth structure, the n-type well surrounds the n-type buried insulating layer buried in the p-type semiconductor substrate and the n-type buried insulating layer. It is preferable to have a configuration (fifth configuration) including an n-type epitaxial insulating layer stacked up to the surface layer of the p-type semiconductor substrate.

また、上記第5の構成から成るチャージポンプにおいて、前記フローティングNMOSFETは、前記p型ウェルと前記n型埋込絶縁層との間に形成されたp型低絶縁層を有する構成(第6の構成)にするとよい。   In the charge pump having the fifth configuration, the floating NMOSFET has a p-type low insulating layer formed between the p-type well and the n-type buried insulating layer (sixth configuration). ).

また、上記第2〜第6いずれかの構成から成るチャージポンプは、前記フライングキャパシタを充放電させて入力電圧よりも高い正の出力電圧を生成する構成(第7の構成)にするとよい。   Further, the charge pump having any one of the second to sixth configurations may be configured to generate a positive output voltage higher than the input voltage by charging and discharging the flying capacitor (seventh configuration).

また、上記第7の構成から成るチャージポンプにおいては、前記n型ウェル、前記p型ウェル、前記n型ソース領域、及び、前記ゲート電極が互いに短絡されて前記ボディダイオードのアノードとなり、かつ、前記n型ドレイン領域が前記ボディダイオードのカソードとなる構成(第8の構成)にするとよい。   Further, in the charge pump having the seventh configuration, the n-type well, the p-type well, the n-type source region, and the gate electrode are short-circuited to become an anode of the body diode, and A configuration (eighth configuration) may be employed in which the n-type drain region becomes the cathode of the body diode.

また、上記第2〜第6いずれかの構成から成るチャージポンプは、前記フライングキャパシタを充放電させて入力電圧から負の出力電圧を生成する構成(第9の構成)にするとよい。   The charge pump having any one of the second to sixth configurations may be configured to generate and output a negative output voltage from the input voltage by charging and discharging the flying capacitor.

また、上記第9の構成から成るチャージポンプにおいては、前記p型ウェル、前記n型ソース領域、及び、前記ゲート電極が互いに短絡されて前記ボディダイオードのアノードとなり、前記n型ドレイン領域が前記ボディダイオードのカソードとなり、前記n型ウェルが接地端に接続されている構成(第10の構成)にするとよい。   Further, in the charge pump having the ninth configuration, the p-type well, the n-type source region, and the gate electrode are short-circuited to become an anode of the body diode, and the n-type drain region is the body body. It is preferable to adopt a configuration (tenth configuration) in which the n-type well is connected to the ground terminal as the cathode of the diode.

また、上記第9の構成から成るチャージポンプにおいては、前記p型ウェルが前記ボディダイオードのアノードとなり、前記n型ソース領域、前記n型ドレイン領域、及び、前記ゲート電極が互いに短絡されて前記ボディダイオードのカソードとなり、前記n型ウェルが接地端に接続されている構成(第11の構成)にするとよい。   In the charge pump having the ninth configuration, the p-type well serves as an anode of the body diode, and the n-type source region, the n-type drain region, and the gate electrode are short-circuited to each other. It is preferable to adopt a configuration (eleventh configuration) in which the n-type well is connected to a ground terminal as a cathode of a diode.

また、上記第9〜第11いずれかの構成から成るチャージポンプは、前記出力電圧の印加端と接地端との間に接続される静電保護素子として、前記半導体装置に集積化されたフローティングNMOSFETのボディダイオードを用いる構成(第12の構成)にするとよい。   Further, the charge pump having any one of the ninth to eleventh configurations includes a floating NMOSFET integrated in the semiconductor device as an electrostatic protection element connected between the output voltage application terminal and a ground terminal. The body diode may be used (a twelfth configuration).

また、上記第1〜第12いずれかの構成から成るチャージポンプにおいて、前記フライングキャパシタは前記半導体装置に外部接続された構成(第13の構成)にするとよい。   In the charge pump having any one of the first to twelfth configurations, the flying capacitor may be externally connected to the semiconductor device (a thirteenth configuration).

また、上記第1〜第12いずれかの構成から成るチャージポンプにおいて、前記フライングキャパシタは、前記半導体装置に集積化された構成(第14の構成)にするとよい。   In the charge pump having any one of the first to twelfth configurations, the flying capacitor may be configured to be integrated in the semiconductor device (fourteenth configuration).

また、本発明に係る電源装置は、上記第1〜第14いずれの構成から成るチャージポンプを有する構成(第15の構成)とされている。   Further, the power supply device according to the present invention has a configuration (fifteenth configuration) having a charge pump having any one of the first to fourteenth configurations.

本発明によれば、プリント配線基板上の実装面積削減やコスト削減を実現することのできるチャージポンプ、及び、これを用いた電源装置を提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a charge pump capable of realizing a reduction in mounting area and cost on a printed wiring board, and a power supply device using the charge pump.

正チャージポンプの一構成例を示す図The figure which shows one structural example of a positive charge pump フローティングNMOSFET111の縦断面図Vertical section of floating NMOSFET 111 負チャージポンプの第1構成例を示す図The figure which shows the 1st structural example of a negative charge pump フローティングNMOSFET211の縦断面図Vertical section of floating NMOSFET 211 負チャージポンプの第2構成例を示す図The figure which shows the 2nd structural example of a negative charge pump. フローティングNMOSFET311の縦断面図Vertical section of floating NMOSFET 311 電源装置の一構成例を示す図The figure which shows one structural example of a power supply device 正チャージポンプ13の一構成例を示す図The figure which shows the example of 1 structure of the positive charge pump 13 電源装置の一従来例を示す図Figure showing a conventional example of a power supply PMOSFETの縦断面図PMOSFET vertical section

<正チャージポンプ>
図1は、正チャージポンプの一構成例を示す図である。本構成例の正チャージポンプ100は、半導体装置110と、フライングキャパシタ120と、出力キャパシタ130とを有する。
<Positive charge pump>
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a positive charge pump. The positive charge pump 100 of this configuration example includes a semiconductor device 110, a flying capacitor 120, and an output capacitor 130.

半導体装置110には、フローティングNMOSFET[N channel type MOSFET]111及び112が集積化されている。フローティングNMOSFET111及び112のソース・ドレイン間には、それぞれ、ボディダイオード111d及び112dが付随している。本構成例の正チャージポンプ100は、フライングキャパシタ120の充放電用スイッチとして、これらのボディダイオード111d及び112dを用いる点に特徴を有している。フローティングNMOSFET111及び112のデバイス構造については後ほど詳細に説明する。   In the semiconductor device 110, floating NMOSFETs [N channel type MOSFETs] 111 and 112 are integrated. Body diodes 111d and 112d are attached between the source and drain of the floating NMOSFETs 111 and 112, respectively. The positive charge pump 100 of this configuration example is characterized in that these body diodes 111d and 112d are used as charging / discharging switches for the flying capacitor 120. The device structure of the floating NMOSFETs 111 and 112 will be described in detail later.

ボディダイオード111dのアノードは、入力電圧INの印加端に接続されている。ボディダイオード111dのカソードは、フライングキャパシタ120の第1端に接続されている。フライングキャパシタ120の第2端は、スイッチ電圧SW(入力電圧INと接地電圧GNDとの間でパルス駆動される矩形波電圧)の印加端に接続されている。ボディダイオード112dのアノードは、フライングキャパシタ120の第1端に接続されている。ボディダイオード112dのカソードは、出力電圧OUTの印加端と出力キャパシタ130の第1端に接続されている。出力キャパシタ130の第2端は、接地端に接続されている。   The anode of the body diode 111d is connected to the application terminal for the input voltage IN. The cathode of the body diode 111 d is connected to the first end of the flying capacitor 120. A second end of the flying capacitor 120 is connected to an application end of a switch voltage SW (a rectangular wave voltage pulse-driven between the input voltage IN and the ground voltage GND). The anode of the body diode 112d is connected to the first end of the flying capacitor 120. The cathode of the body diode 112d is connected to the application terminal of the output voltage OUT and the first terminal of the output capacitor 130. A second terminal of the output capacitor 130 is connected to the ground terminal.

上記構成例の正チャージポンプ100において、スイッチ電圧SWがローレベル(GND)であるときには、ボディダイオード111dが順バイアス状態となり、ボディダイオード112dが逆バイアス状態となる。従って、入力電圧INの印加端からボディダイオード111d及びフライングキャパシタ120を介してスイッチ電圧SW(GND)の印加端に至る経路を流れる電流により、フライングキャパシタ120の充電が行われる。このとき、フライングキャパシタ120の第1端に現れる電圧V1は、ほぼ入力電圧INとなる。   In the positive charge pump 100 of the above configuration example, when the switch voltage SW is at the low level (GND), the body diode 111d is in the forward bias state, and the body diode 112d is in the reverse bias state. Therefore, the flying capacitor 120 is charged by the current flowing through the path from the application terminal of the input voltage IN to the application terminal of the switch voltage SW (GND) through the body diode 111d and the flying capacitor 120. At this time, the voltage V1 appearing at the first end of the flying capacitor 120 is substantially the input voltage IN.

その後、スイッチ電圧SWがローレベル(GND)からハイレベル(IN)に上昇すると、フライングキャパシタ120に蓄えられている電荷の保存則により、電圧V1にもスイッチ電圧SWの上昇(GND→IN)に相当する上昇(IN→2×IN)が生じる。このとき、ボディダイオード111dが逆バイアス状態となり、ボディダイオード112dが順バイアス状態となる。従って、電圧V1の印加端からボディダイオード112d及び出力キャパシタ130を介して接地端に至る経路を流れる電流により、出力キャパシタ130の充電が行われる。このとき、出力キャパシタ130の第1端に現れる出力電圧OUTは、ほぼ電圧V1(=2×IN)となる。   Thereafter, when the switch voltage SW rises from the low level (GND) to the high level (IN), the switch voltage SW also rises (GND → IN) to the voltage V1 due to the conservation law of the charge stored in the flying capacitor 120. A corresponding rise (IN → 2 × IN) occurs. At this time, the body diode 111d is in a reverse bias state, and the body diode 112d is in a forward bias state. Therefore, the output capacitor 130 is charged by the current flowing through the path from the voltage V1 application end to the ground end via the body diode 112d and the output capacitor 130. At this time, the output voltage OUT appearing at the first end of the output capacitor 130 is approximately the voltage V1 (= 2 × IN).

従って、本構成例の正チャージポンプ100では、スイッチ電圧SWを用いてフライングキャパシタ120を充放電させることにより、入力電圧INよりも高い正の出力電圧OUT(=2×IN)を生成することができる。   Therefore, in the positive charge pump 100 of this configuration example, the positive output voltage OUT (= 2 × IN) higher than the input voltage IN can be generated by charging and discharging the flying capacitor 120 using the switch voltage SW. it can.

図2は、フローティングNMOSFET111の縦断面図である。なお、フローティングNMOSFET111及び112は、いずれも同一のデバイス構造を有するので、ここではフローティングNMOSFET111のみを例に挙げて説明を行う。   FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the floating NMOSFET 111. Since both floating NMOSFETs 111 and 112 have the same device structure, only the floating NMOSFET 111 will be described here as an example.

フローティングNMOSFET111は、p型半導体基板A1と、n型埋込絶縁層A2と、n型エピタキシャル絶縁層A3と、p型低絶縁層A4と、p型ウェルA5と、n型ソース領域A6と、n型ドレイン領域A7と、ゲート電極A8と、コンタクト領域A9〜A11と、を含む。   The floating NMOSFET 111 includes a p-type semiconductor substrate A1, an n-type buried insulating layer A2, an n-type epitaxial insulating layer A3, a p-type low insulating layer A4, a p-type well A5, an n-type source region A6, n Type drain region A7, gate electrode A8, and contact regions A9 to A11.

p型半導体基板A1は、半導体装置110の回路素子を集積化するための母材である。   The p-type semiconductor substrate A1 is a base material for integrating circuit elements of the semiconductor device 110.

n型埋込絶縁層A2は、p型半導体基板A1内に埋込形成されたn型不純物層(いわゆるB/L[buried layer]層)である。   The n-type buried insulating layer A2 is an n-type impurity layer (so-called B / L [buried layer] layer) buried in the p-type semiconductor substrate A1.

n型エピタキシャル絶縁層A3は、n型埋込絶縁層A2を取り囲むようにp型半導体基板A1の表層まで積層形成されたn型不純物層である。   The n-type epitaxial insulating layer A3 is an n-type impurity layer that is stacked up to the surface layer of the p-type semiconductor substrate A1 so as to surround the n-type buried insulating layer A2.

すなわち、フローティングNMOSFET111では、n型埋込絶縁層A2とn型エピタキシャル絶縁層A3によって、p型半導体基板A1上にn型ウェル(A2+A3)が形成されている。   That is, in the floating NMOSFET 111, the n-type well (A2 + A3) is formed on the p-type semiconductor substrate A1 by the n-type buried insulating layer A2 and the n-type epitaxial insulating layer A3.

p型低絶縁層A4は、p型ウェルA5とn型埋込絶縁層A2との間に形成されたp型不純物層(いわゆるL/I[low isolation]層)である。   The p-type low insulating layer A4 is a p-type impurity layer (so-called L / I [low isolation] layer) formed between the p-type well A5 and the n-type buried insulating layer A2.

p型ウェルA5は、n型ウェル(A2+A3)内に形成されたp型不純物層である。すなわち、p型ウェルA5は、n型ウェル(A2+A3)によってp型半導体基板A1から電気的に絶縁されている。なお、p型ウェルA5は、フローティングNMOSFET111のバックゲート領域(BG)に相当する。   The p-type well A5 is a p-type impurity layer formed in the n-type well (A2 + A3). That is, the p-type well A5 is electrically insulated from the p-type semiconductor substrate A1 by the n-type well (A2 + A3). The p-type well A5 corresponds to the back gate region (BG) of the floating NMOSFET 111.

n型ソース領域A6は、フローティングNMOSFET111のソース(S)として、p型ウェルA5内に形成されたn型不純物領域である。   The n-type source region A6 is an n-type impurity region formed in the p-type well A5 as the source (S) of the floating NMOSFET 111.

n型ドレイン領域A7は、フローティングNMOSFET111のドレイン(D)として、p型ウェルA5内に形成されたn型不純物領域である。   The n-type drain region A7 is an n-type impurity region formed in the p-type well A5 as the drain (D) of the floating NMOSFET 111.

ゲート電極A8は、フローティングNMOSFET111のゲート(G)として、n型ソース領域A6とn型ドレイン領域A7との間に挟まれたチャネル領域上に形成されたメタル電極である。   The gate electrode A8 is a metal electrode formed on the channel region sandwiched between the n-type source region A6 and the n-type drain region A7 as the gate (G) of the floating NMOSFET 111.

コンタクト領域A9は、フローティングNMOSFET111のバックゲート(BG)と電気的接続を確立するために、p型ウェルA5内に形成されたp型不純物領域である。   The contact region A9 is a p-type impurity region formed in the p-type well A5 in order to establish electrical connection with the back gate (BG) of the floating NMOSFET 111.

コンタクト領域A10は、n型ウェル(A2+A3)との電気的な接続を確立するために、n型エピタキシャル絶縁層A3内に形成されたn型不純物領域である。   The contact region A10 is an n-type impurity region formed in the n-type epitaxial insulating layer A3 in order to establish electrical connection with the n-type well (A2 + A3).

コンタクト領域A11は、p型半導体基板A1との電気的な接続を確立するために、p型半導体基板A1内に形成されたp型不純物領域である。なお、p型半導体基板A1は、このコンタクト領域A11を介して接地端に接続されている。   The contact region A11 is a p-type impurity region formed in the p-type semiconductor substrate A1 in order to establish electrical connection with the p-type semiconductor substrate A1. The p-type semiconductor substrate A1 is connected to the ground terminal via the contact region A11.

上記のデバイス構造を持つフローティングNMOSFET111では、n型ウェル(A2+A3)、p型ウェルA5、n型ソース領域A6、及び、ゲート電極A8が互いに短絡されてボディダイオード111dのアノードとなり、かつ、n型ドレイン領域A7がボディダイオード111dのカソードとなる。   In the floating NMOSFET 111 having the above device structure, the n-type well (A2 + A3), the p-type well A5, the n-type source region A6, and the gate electrode A8 are short-circuited to become the anode of the body diode 111d, and the n-type drain Region A7 becomes the cathode of body diode 111d.

なお、上記のデバイス構造を持つフローティングNMOSFET111には、p型半導体基板A1をコレクタとし、n型埋込絶縁層A2をベースとし、p型低絶縁層A4をエミッタとしたpnp型バイポーラトランジスタ111pが付随する。ただし、トランジスタ111pは、ベース・エミッタ間が短絡されているので、オンすることはない。   The floating NMOSFET 111 having the above device structure is accompanied by a pnp bipolar transistor 111p having a p-type semiconductor substrate A1 as a collector, an n-type buried insulating layer A2 as a base, and a p-type low insulating layer A4 as an emitter. To do. However, the transistor 111p is not turned on because the base and the emitter are short-circuited.

このように、フライングキャパシタの充放電用スイッチとして、フローティングNMOSFETに付随するボディダイオードを用いた正チャージポンプ100であれば、寄生素子の影響を受けることなく、従来外付け部品として構成されていた充放電用スイッチを半導体装置に集積化することができるので、プリント配線基板上の実装面積削減やコスト削減を実現することが可能となる。   Thus, if the positive charge pump 100 uses the body diode associated with the floating NMOSFET as the charging / discharging switch for the flying capacitor, the charging / discharging switch that has been conventionally configured as an external component without being affected by the parasitic element is used. Since the discharge switch can be integrated in the semiconductor device, it is possible to reduce the mounting area and cost on the printed wiring board.

なお、pnp型バイポーラトランジスタ111pの意図しないオン遷移を避けるためには、コンタクト領域A10及びA11をできる限り大きく設計しておくことが望ましい。   In order to avoid unintended on-transition of the pnp bipolar transistor 111p, it is desirable to design the contact regions A10 and A11 as large as possible.

<負チャージポンプ>
図3は、負チャージポンプの第1構成例を示す図である。第1構成例の負チャージポンプ200は、半導体装置210と、フライングキャパシタ220と、出力キャパシタ230とを有する。
<Negative charge pump>
FIG. 3 is a diagram illustrating a first configuration example of the negative charge pump. The negative charge pump 200 of the first configuration example includes a semiconductor device 210, a flying capacitor 220, and an output capacitor 230.

半導体装置210には、フローティングNMOSFET211〜213が集積化されている。フローティングNMOSFET211〜213のソース・ドレイン間には、それぞれ、ボディダイオード211d〜213dが付随している。第1構成例の負チャージポンプ200は、フライングキャパシタ220の充放電用スイッチ、及び、出力電圧OUTの印加端と接地端との間に接続される静電保護素子として、これらのボディダイオード211d〜213dを用いる点に特徴を有している。フローティングNMOSFET211〜213のデバイス構造については、後ほど詳細に説明する。   In the semiconductor device 210, floating NMOSFETs 211 to 213 are integrated. Body diodes 211d to 213d are attached between the sources and drains of the floating NMOSFETs 211 to 213, respectively. The negative charge pump 200 of the first configuration example includes the body diodes 211d to 211d as charge / discharge switches of the flying capacitor 220 and electrostatic protection elements connected between the application terminal of the output voltage OUT and the ground terminal. It is characterized in that 213d is used. The device structure of the floating NMOSFETs 211 to 213 will be described in detail later.

ボディダイオード211dのカソードは、接地端に接続されている。ボディダイオード211dのアノードは、フライングキャパシタ220の第1端に接続されている。フライングキャパシタ220の第2端は、スイッチ電圧SW(入力電圧INと接地電圧GNDとの間でパルス駆動される矩形波電圧)の印加端に接続されている。ボディダイオード212dのカソードは、フライングキャパシタ220の第1端に接続されている。ボディダイオード212dのアノードは、出力電圧OUTの印加端と出力キャパシタ230の第1端に接続されている。出力キャパシタ230の第2端は、接地端に接続されている。ボディダイオード213dのカソードは、接地端に接続されている。ボディダイオード213dのアノードは、出力電圧OUTの印加端に接続されている。   The cathode of the body diode 211d is connected to the ground terminal. The anode of the body diode 211 d is connected to the first end of the flying capacitor 220. A second end of the flying capacitor 220 is connected to an application end of a switch voltage SW (a rectangular wave voltage pulse-driven between the input voltage IN and the ground voltage GND). The cathode of the body diode 212d is connected to the first end of the flying capacitor 220. The anode of the body diode 212 d is connected to the application terminal of the output voltage OUT and the first terminal of the output capacitor 230. The second terminal of the output capacitor 230 is connected to the ground terminal. The cathode of the body diode 213d is connected to the ground terminal. The anode of the body diode 213d is connected to the application terminal of the output voltage OUT.

上記した第1構成例の負チャージポンプ200において、スイッチ電圧SWがハイレベル(IN)であるときには、ボディダイオード211dが順バイアス状態となり、ボディダイオード212dが逆バイアス状態となる。従って、スイッチ電圧SW(IN)の印加端からフライングキャパシタ220及びボディダイオード211dを介して接地端に至る経路を流れる電流により、フライングキャパシタ220の充電が行われる。このとき、フライングキャパシタ120の第1端に現れる電圧V2は、ほぼ接地電圧GNDとなる。   In the negative charge pump 200 of the first configuration example described above, when the switch voltage SW is at a high level (IN), the body diode 211d is in a forward bias state and the body diode 212d is in a reverse bias state. Therefore, the flying capacitor 220 is charged by the current flowing through the path from the application terminal of the switch voltage SW (IN) to the ground terminal via the flying capacitor 220 and the body diode 211d. At this time, the voltage V2 appearing at the first end of the flying capacitor 120 is substantially the ground voltage GND.

その後、スイッチ電圧SWがハイレベル(IN)からローレベル(GND)に低下すると、フライングキャパシタ220に蓄えられている電荷の保存則により、電圧V2にもスイッチ電圧SWの低下(IN→GND)に相当する低下(GND→−IN)が生じる。このとき、ボディダイオード211dが逆バイアス状態となり、ボディダイオード212dが順バイアス状態となる。従って、接地端から出力キャパシタ230及びボディダイオード212dを介して電圧V2の印加端に至る経路を流れる電流により、出力キャパシタ230の充電が行われる。このとき、出力キャパシタ230の第1端に現れる出力電圧OUTは、ほぼ電圧V2(=−IN)となる。   Thereafter, when the switch voltage SW decreases from the high level (IN) to the low level (GND), the voltage V2 also decreases (IN → GND) according to the conservation law of the charge stored in the flying capacitor 220. A corresponding decrease (GND → -IN) occurs. At this time, the body diode 211d is in a reverse bias state, and the body diode 212d is in a forward bias state. Therefore, the output capacitor 230 is charged by the current flowing through the path from the ground terminal to the application terminal of the voltage V2 via the output capacitor 230 and the body diode 212d. At this time, the output voltage OUT appearing at the first end of the output capacitor 230 is substantially the voltage V2 (= −IN).

従って、本構成例の負チャージポンプ200では、スイッチ電圧SWを用いてフライングキャパシタ220を充放電させることにより、入力電圧INよりも低い負の出力電圧OUT(=−IN)を生成することができる。   Therefore, in the negative charge pump 200 of this configuration example, the negative output voltage OUT (= −IN) lower than the input voltage IN can be generated by charging and discharging the flying capacitor 220 using the switch voltage SW. .

図4は、フローティングNMOSFET211の縦断面図である。なお、フローティングNMOSFET211〜213は、いずれも同一のデバイス構造を有するので、ここではフローティングNMOSFET211のみを例に挙げて説明を行う。また、フローティングNMOSFET211〜213のデバイス構造自体は、先述のフローティングNMOSFET111及び112と同一であり、n型ウェル(A2+A3)の接続先がn型ソース領域A6ではなく、接地端に変更されている点のみ相違する。   FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the floating NMOSFET 211. Since all the floating NMOSFETs 211 to 213 have the same device structure, only the floating NMOSFET 211 will be described here as an example. The device structure itself of the floating NMOSFETs 211 to 213 is the same as that of the above-described floating NMOSFETs 111 and 112, and the connection destination of the n-type well (A2 + A3) is not the n-type source region A6 but only the ground end. Is different.

すなわち、フローティングNMOSFET211では、p型ウェルA5、n型ソース領域A6、及び、ゲート電極A8が互いに短絡されてボディダイオード211dのアノードとなり、n型ドレイン領域A7がボディダイオード211dのカソードとなり、n型ウェル(A2+A3)が接地端に接続されている。   That is, in the floating NMOSFET 211, the p-type well A5, the n-type source region A6, and the gate electrode A8 are short-circuited to become the anode of the body diode 211d, and the n-type drain region A7 becomes the cathode of the body diode 211d. (A2 + A3) is connected to the ground terminal.

なお、上記のデバイス構造を持つフローティングNMOSFET211においても、先述のフローティングNMOSFET111と同様、p型半導体基板A1をコレクタとし、n型埋込絶縁層A2をベースとし、p型低絶縁層A4をエミッタとしたpnp型バイポーラトランジスタ211pが付随する。ただし、トランジスタ211pは、ベース電位がエミッタ電位よりも高いので、オンすることはない。   In the floating NMOSFET 211 having the above device structure, similarly to the floating NMOSFET 111 described above, the p-type semiconductor substrate A1 is used as a collector, the n-type buried insulating layer A2 is used as a base, and the p-type low insulating layer A4 is used as an emitter. A pnp bipolar transistor 211p is attached. However, the transistor 211p is not turned on because the base potential is higher than the emitter potential.

このように、フライングキャパシタの充放電用スイッチとして、フローティングNMOSFETに付随するボディダイオードを用いた負チャージポンプ200であれば、寄生素子の影響を受けることなく、従来外付け部品として構成されていた充放電用スイッチを半導体装置に集積化することができるので、プリント配線基板上の実装面積削減やコスト削減を実現することが可能となる。   Thus, if the negative charge pump 200 using the body diode associated with the floating NMOSFET as the charging / discharging switch for the flying capacitor is used, the charging / discharging switch that has been conventionally configured as an external component without being affected by the parasitic element is used. Since the discharge switch can be integrated in the semiconductor device, it is possible to reduce the mounting area and cost on the printed wiring board.

ところで、フライングキャパシタ220と出力電圧OUTの印加端との間に接続されるフローティングNMOSFET212について着目すると、ソース(S)には負の出力電圧OUT(例えば−10V)が固定的に印加される一方、ドレイン(D)にはスイッチ電圧SWに応じてパルス駆動される電圧V2(−10V〜0V)が印加されている。そのため、スイッチ電圧SWのハイレベルが何らかの原因で入力電圧INよりも高い電圧値(例えば12V)まで上昇すると、p型ウェルA5に付随するキャパシタ211cや抵抗211rを介して、p型ウェルA5の電位を意図せずに持ち上げてしまうおそれがあった。このようなp型ウェルA5の電位上昇が生じた場合、n型埋込絶縁層A2をコレクタとし、p型ウェルA5をベースとし、n型ソース領域A6をエミッタとするnpn型バイポーラトランジスタ211nを介して電流が流れてしまうので、負チャージポンプ200の異常動作を招くおそれもある。そこで、第1構成例の負チャージポンプ200で生じ得る上記の問題を解決すべく、次項では第2構成例の負チャージポンプ300を提案する。   By the way, paying attention to the floating NMOSFET 212 connected between the flying capacitor 220 and the application terminal of the output voltage OUT, a negative output voltage OUT (for example, −10 V) is fixedly applied to the source (S). A voltage V2 (-10V to 0V) that is pulse-driven according to the switch voltage SW is applied to the drain (D). Therefore, when the high level of the switch voltage SW rises to a voltage value (for example, 12V) higher than the input voltage IN for some reason, the potential of the p-type well A5 is passed through the capacitor 211c and the resistor 211r associated with the p-type well A5. There was a risk of unintentional lifting. When such a potential increase in the p-type well A5 occurs, the n-type bipolar transistor 211n has the n-type buried insulating layer A2 as a collector, the p-type well A5 as a base, and the n-type source region A6 as an emitter. Current may flow, which may cause the negative charge pump 200 to malfunction. Therefore, in order to solve the above-described problems that may occur in the negative charge pump 200 of the first configuration example, the negative charge pump 300 of the second configuration example is proposed in the next section.

図5は、負チャージポンプの第2構成例を示す図である。第2構成例の負チャージポンプ300は、半導体装置310と、フライングキャパシタ320と、出力キャパシタ330と、を有する。半導体装置310には、フローティングNMOSFET311〜313が集積化されている。第2構成例の負チャージポンプ300は、基本的に第1構成例と同様の構成であるが、フローティングNMOSFET311及び312の端子間接続が第1構成例とは異なっている。   FIG. 5 is a diagram illustrating a second configuration example of the negative charge pump. The negative charge pump 300 of the second configuration example includes a semiconductor device 310, a flying capacitor 320, and an output capacitor 330. In the semiconductor device 310, floating NMOSFETs 311 to 313 are integrated. The negative charge pump 300 of the second configuration example has basically the same configuration as that of the first configuration example, but the connection between the floating NMOSFETs 311 and 312 is different from that of the first configuration example.

図6は、フローティングNMOSFET311の縦断面図である。なお、フローティングNMOSFET311及び312は、いずれも同一のデバイス構造を有するので、ここではフローティングNMOSFET311のみを例に挙げて説明を行う。   FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the floating NMOSFET 311. Since floating NMOSFETs 311 and 312 both have the same device structure, only floating NMOSFET 311 will be described here as an example.

フローティングNMOSFET311では、p型ウェルA5がボディダイオード311dのアノードとなり、n型ソース領域A6、n型ドレイン領域A7、及び、ゲート電極A8が互いに短絡されてボディダイオード311dのカソードとなり、n型ウェル(A2+A3)が接地端に接続されている。このような構成とすることにより、図4で示したnpn型バイポーラトランジスタ211nが機能しなくなるので、先述の問題が生じることはなくなる。   In the floating NMOSFET 311, the p-type well A5 becomes the anode of the body diode 311d, and the n-type source region A6, the n-type drain region A7, and the gate electrode A8 are short-circuited to each other to become the cathode of the body diode 311d. ) Is connected to the ground terminal. With such a configuration, the npn-type bipolar transistor 211n shown in FIG. 4 does not function, and the above-described problem does not occur.

またフローティングNMOSFET311には、n型埋込絶縁層A2をコレクタとし、p型ウェルA5をベースとし、n型ドレイン領域A6をエミッタとするnpn型バイポーラトランジスタ(図6では不図示)も付随しているが、これについては、ベース電位を持ち上げる要因となるスイッチ電圧SWがエミッタにも印加されている形となるので、不要な電流は流れない。   The floating NMOSFET 311 is also accompanied by an npn bipolar transistor (not shown in FIG. 6) having an n-type buried insulating layer A2 as a collector, a p-type well A5 as a base, and an n-type drain region A6 as an emitter. However, in this case, since the switch voltage SW that causes the base potential to be raised is applied to the emitter, unnecessary current does not flow.

<電源装置>
図7は、チャージポンプを用いた電源装置の一構成例を示す図である。本構成例の電源装置1は、半導体装置10と、液晶駆動装置20と、液晶表示装置30と、を有するほかに、半導体装置10に外部接続されるディスクリート部品として、コイルL1と、ショットキーバリアダイオードD1と、出力キャパシタC1及びC2と、フライングキャパシタC3と、を有する。
<Power supply unit>
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a power supply device using a charge pump. The power supply device 1 of this configuration example includes a semiconductor device 10, a liquid crystal drive device 20, and a liquid crystal display device 30, and also includes a coil L1 and a Schottky barrier as discrete components externally connected to the semiconductor device 10. It has a diode D1, output capacitors C1 and C2, and a flying capacitor C3.

半導体装置10は、入力電圧INから2系統の出力電圧OUT1及びOUT2を生成して液晶駆動装置20に供給する多出力電源ICである。半導体装置10には、スイッチングレギュレータ11と、負チャージポンプ12と、正チャージポンプ13と、EEPROM[Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory]14と、ロジック部15が集積化されている。   The semiconductor device 10 is a multi-output power supply IC that generates two systems of output voltages OUT1 and OUT2 from the input voltage IN and supplies them to the liquid crystal driving device 20. In the semiconductor device 10, a switching regulator 11, a negative charge pump 12, a positive charge pump 13, an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) 14, and a logic unit 15 are integrated.

半導体装置10の外部において、コイルL1の第1端は入力電圧INの印加端に接続されている。コイルL1の第2端とショットキーバリアダイオードD1のアノードは、いずれもスイッチ電圧SWの印加端(スイッチングレギュレータ11に含まれる出力トランジスタの一端)に接続されている。ショットキーバリアダイオードD1のカソードは、出力電圧OUT1の印加端に接続されている。出力キャパシタC1は、出力電圧OUT1の印加端と接地端との間に接続されている。出力キャパシタC2は、出力電圧OUT2の印加端と接地端との間に接続されている。フライングキャパシタC3は、スイッチ電圧SWの印加端と負チャージポンプ12との間に接続されている。   Outside the semiconductor device 10, the first end of the coil L1 is connected to the application end of the input voltage IN. The second end of the coil L1 and the anode of the Schottky barrier diode D1 are both connected to the application end of the switch voltage SW (one end of the output transistor included in the switching regulator 11). The cathode of the Schottky barrier diode D1 is connected to the application terminal of the output voltage OUT1. The output capacitor C1 is connected between the application terminal of the output voltage OUT1 and the ground terminal. The output capacitor C2 is connected between the application terminal of the output voltage OUT2 and the ground terminal. The flying capacitor C 3 is connected between the application terminal of the switch voltage SW and the negative charge pump 12.

スイッチングレギュレータ11は、出力トランジスタのオン/オフ制御によってエネルギ貯蔵素子であるコイルL1を駆動することにより、入力電圧INよりも高い出力電圧OUT1を生成する昇圧型DC/DCコンバータの一構成要素として機能する。   The switching regulator 11 functions as a component of a step-up DC / DC converter that generates an output voltage OUT1 higher than the input voltage IN by driving a coil L1 that is an energy storage element by on / off control of an output transistor. To do.

負チャージポンプ12は、スイッチ電圧SWを用いてフライングキャパシタC3を充放電させることにより、入力電圧INよりも低い負の出力電圧OUT2(=−IN)を生成する。負チャージポンプ12としては、先に説明した負チャージポンプ200ないし負チャージポンプ300を用いればよい。なお、負チャージポンプ12は、液晶駆動装置20の電源として、大きな電流供給能力が要求されている。そのため、フライングキャパシタC3は、大容量化を優先して半導体装置10に外部接続することが望ましい。   The negative charge pump 12 generates a negative output voltage OUT2 (= −IN) lower than the input voltage IN by charging and discharging the flying capacitor C3 using the switch voltage SW. As the negative charge pump 12, the negative charge pump 200 or the negative charge pump 300 described above may be used. The negative charge pump 12 is required to have a large current supply capability as a power source for the liquid crystal driving device 20. For this reason, it is desirable that the flying capacitor C3 is externally connected to the semiconductor device 10 in view of increasing the capacity.

正チャージポンプ13は、ロジック部15からのイネーブル信号ENに応じて、EEPROM14への書込電圧VPPを生成する。   The positive charge pump 13 generates a write voltage VPP to the EEPROM 14 in response to the enable signal EN from the logic unit 15.

EEPROM14は、ロジック部15からのアクセスを受けて半導体装置10の設定情報DATA(出力電圧やスイッチング周波数などの設定情報)を不揮発的に保持する。   The EEPROM 14 receives access from the logic unit 15 and holds the setting information DATA (setting information such as output voltage and switching frequency) of the semiconductor device 10 in a nonvolatile manner.

ロジック部15は、EEPROM14へのデータ書込みに際して、正チャージポンプ13へのイネーブル信号ENをイネーブル時の論理レベルとすることにより、正チャージポンプ13を駆動して書込電圧VPPを生成させると共に、EEPROM14に対して設定情報DATAの書き込みを行う。このように、EEPROM14へのデータ書込み時にのみ、正チャージポンプ13を駆動する構成であれば、半導体装置10の定常時における消費電力を削減することができる。   The logic unit 15 drives the positive charge pump 13 to generate the write voltage VPP by setting the enable signal EN to the positive charge pump 13 to the logic level at the time of writing when writing data to the EEPROM 14, and at the same time, the EEPROM 14. The setting information DATA is written to. As described above, if the positive charge pump 13 is driven only when data is written to the EEPROM 14, the power consumption of the semiconductor device 10 during normal operation can be reduced.

図8は、正チャージポンプ13の一構成例を示す図である。本構成例の正チャージポンプ13は、フローティングNMOSFETX1〜X5と、フライングキャパシタX6〜X9と、出力キャパシタX10と、レギュレータX11及びX12と、レベルシフタX13と、インバータX14と、を含む。   FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of the positive charge pump 13. The positive charge pump 13 of this configuration example includes floating NMOSFETs X1 to X5, flying capacitors X6 to X9, an output capacitor X10, regulators X11 and X12, a level shifter X13, and an inverter X14.

本構成例の正チャージポンプ13では、フライングキャパシタX6〜X9の充放電用スイッチとして、フローティングNMOSFETX1〜X5に各々付随するボディダイオードが用いられている。なお、正チャージポンプ13の基本動作は、先述の正チャージポンプ100と同様であり、スイッチ電圧SW(及びその論理反転信号)を用いてフライングキャパシタX6〜X9を充放電させることによって、レギュレータX11から入力される電圧Vbよりも高い電圧Vc(=約4×Vb)を生成する。   In the positive charge pump 13 of this configuration example, body diodes associated with the floating NMOSFETs X1 to X5 are used as charging / discharging switches for the flying capacitors X6 to X9. The basic operation of the positive charge pump 13 is the same as that of the positive charge pump 100 described above, and charging and discharging of the flying capacitors X6 to X9 using the switch voltage SW (and its logic inversion signal) causes the regulator X11 to A voltage Vc (= about 4 × Vb) higher than the input voltage Vb is generated.

レギュレータX11は、電圧Va(例えば10V〜40V)から電圧Vb(例えば7V〜10V)を生成する。レギュレータX12は、電圧Vc(例えば24V〜36V)から書込電圧VPP(例えば18.5V)を生成する。   The regulator X11 generates a voltage Vb (for example, 7V to 10V) from the voltage Va (for example, 10V to 40V). The regulator X12 generates a write voltage VPP (for example, 18.5 V) from the voltage Vc (for example, 24 V to 36 V).

レベルシフタX13は、電圧V0(例えば3V)と接地電圧GND(0V)との間でパルス駆動されるクロック信号CLKの入力を受けて、電圧Vbと接地電圧GND(0V)との間でパルス駆動されるスイッチ電圧SWを生成する。スイッチ電圧SWは、フライングキャパシタX6及びX8の各一端に直接印加される一方、フライングキャパシタX7及びX9の各一端にはインバータX14を介して反転印加される。クロック信号CLKに応じたチャージポンプ動作によって書込電圧VPPを生成する構成であれば、書込電圧VPPのスイッチ電圧SWに対する依存性を排除することが可能となる。   The level shifter X13 is pulse-driven between the voltage Vb and the ground voltage GND (0V) in response to the input of the clock signal CLK that is pulse-driven between the voltage V0 (for example, 3V) and the ground voltage GND (0V). The switch voltage SW is generated. The switch voltage SW is directly applied to one end of the flying capacitors X6 and X8, while being inverted and applied to each end of the flying capacitors X7 and X9 via the inverter X14. If the write voltage VPP is generated by the charge pump operation according to the clock signal CLK, the dependency of the write voltage VPP on the switch voltage SW can be eliminated.

このように、フライングキャパシタの充放電用スイッチとして、フローティングNMOSFETに付随するボディダイオードを用いるという技術的思想については、半導体装置10の内部で高い電圧(本構成ではEEPROM14の書込電圧VPP)が必要となる場合にも有効である。   As described above, regarding the technical idea of using the body diode associated with the floating NMOSFET as the charging / discharging switch of the flying capacitor, a high voltage (the write voltage VPP of the EEPROM 14 in this configuration) is required inside the semiconductor device 10. It is also effective when

なお、正チャージポンプ13には、大きな電流供給能力が要求されないので、ディスクリート素子の削減を優先して、フライングキャパシタX6〜X9はいずれも半導体装置10に集積化することが望ましい。   Since the positive charge pump 13 is not required to have a large current supply capability, it is desirable that all of the flying capacitors X6 to X9 be integrated in the semiconductor device 10 with priority given to the reduction of discrete elements.

<その他の変形例>
なお、上記の実施形態では、液晶表示装置に搭載される電源装置に本発明を適用した構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、その他の用途に供される電源装置全般に広く適用することが可能である。
<Other variations>
In the above embodiment, the configuration in which the present invention is applied to the power supply device mounted on the liquid crystal display device has been described as an example. However, the application target of the present invention is not limited to this, The present invention can be widely applied to all power supply devices used for other purposes.

本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。例えば、バイポーラトランジスタとMOS電界効果トランジスタとの相互置換や、各種信号の論理レベル反転は任意である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。   Various technical features disclosed in the present specification can be variously modified within the scope of the technical creation in addition to the above-described embodiment. For example, mutual replacement of a bipolar transistor and a MOS field effect transistor and logic level inversion of various signals are arbitrary. That is, the above-described embodiment is an example in all respects and should not be considered as limiting, and the technical scope of the present invention is not the description of the above-described embodiment, but the claims. It should be understood that all modifications that come within the meaning and range of equivalents of the claims are included.

本発明に係る電源装置は、LCD−TV、PDP−TV、DVDレコーダ、BDレコーダなど、様々なアプリケーションの電源として利用することが可能である。   The power supply apparatus according to the present invention can be used as a power supply for various applications such as LCD-TV, PDP-TV, DVD recorder, and BD recorder.

1 電源装置
10 半導体装置
11 スイッチングレギュレータ
12 負チャージポンプ
13 正チャージポンプ
14 EEPROM
15 ロジック部
20 液晶駆動装置
30 液晶表示装置
100 正チャージポンプ
110 半導体装置
111、112 フローティングNMOSFET
111d、112d ボディダイオード
111p pnp型バイポーラトランジスタ
120 フライングキャパシタ
130 出力キャパシタ
200 負チャージポンプ
210 半導体装置
211、212、213 フローティングNMOSFET
211d、212d、213d ボディダイオード
211p pnp型バイポーラトランジスタ
211n npn型バイポーラトランジスタ
211c キャパシタ
211r 抵抗
220 フライングキャパシタ
230 出力キャパシタ
300 負チャージポンプ
310 半導体装置
311、312、313 フローティングNMOSFET
311d、312d、313d ボディダイオード
320 フライングキャパシタ
330 出力キャパシタ
A1 p型半導体基板
A2 n型埋込絶縁層
A3 n型エピタキシャル絶縁層
A4 p型低絶縁層
A5 p型ウェル(バックゲート領域)
A6 n型ソース領域
A7 n型ドレイン領域
A8 ゲート電極
A9 コンタクト領域
A10 コンタクト領域
A11 コンタクト領域
X1〜X5 フローティングNMOSFET
X6〜X10 キャパシタ
X11、X12 レギュレータ
X13 レベルシフタ
X14 インバータ
L1 コイル
D1 ショットキーバリアダイオード
C1、C2 出力キャパシタ
C3 フライングキャパシタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply device 10 Semiconductor device 11 Switching regulator 12 Negative charge pump 13 Positive charge pump 14 EEPROM
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Logic part 20 Liquid crystal drive device 30 Liquid crystal display device 100 Positive charge pump 110 Semiconductor device 111,112 Floating NMOSFET
111d, 112d body diode 111p pnp type bipolar transistor 120 flying capacitor 130 output capacitor 200 negative charge pump 210 semiconductor device 211, 212, 213 floating NMOSFET
211d, 212d, 213d body diode 211p pnp bipolar transistor 211n npn bipolar transistor 211c capacitor 211r resistor 220 flying capacitor 230 output capacitor 300 negative charge pump 310 semiconductor device 311, 312, 313 floating NMOSFET
311d, 312d, 313d Body diode 320 Flying capacitor 330 Output capacitor A1 p-type semiconductor substrate A2 n-type buried insulating layer A3 n-type epitaxial insulating layer A4 p-type low insulating layer A5 p-type well (back gate region)
A6 n-type source region A7 n-type drain region A8 gate electrode A9 contact region A10 contact region A11 contact region X1 to X5 Floating NMOSFET
X6 to X10 Capacitor X11, X12 Regulator X13 Level Shifter X14 Inverter L1 Coil D1 Schottky Barrier Diode C1, C2 Output Capacitor C3 Flying Capacitor

Claims (15)

フライングキャパシタの充放電用スイッチとして、半導体装置に集積化されたフローティングNMOSFETのボディダイオードを用いることを特徴とするチャージポンプ。   A charge pump using a floating NMOSFET body diode integrated in a semiconductor device as a charge / discharge switch for a flying capacitor. 前記フローティングNMOSFETは、
p型半導体基板と、
前記p型半導体基板上に形成されたn型ウェルと、
前記n型ウェル内に形成されたp型ウェルと、
前記p型ウェル内に形成されたn型ソース領域及びn型ドレイン領域と、
前記n型ソース領域と前記n型ドレイン領域との間に挟まれたチャネル領域上に形成されたゲート電極と、
を有することを特徴とする請求項1に記載のチャージポンプ。
The floating NMOSFET is
a p-type semiconductor substrate;
An n-type well formed on the p-type semiconductor substrate;
A p-type well formed in the n-type well;
An n-type source region and an n-type drain region formed in the p-type well;
A gate electrode formed on a channel region sandwiched between the n-type source region and the n-type drain region;
The charge pump according to claim 1, comprising:
前記p型ウェルは、前記n型ウェルによって前記p型半導体基板から電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項2に記載のチャージポンプ。   The charge pump according to claim 2, wherein the p-type well is electrically insulated from the p-type semiconductor substrate by the n-type well. 前記p型半導体基板は、接地端に接続されていることを特徴とする請求項3に記載のチャージポンプ。   The charge pump according to claim 3, wherein the p-type semiconductor substrate is connected to a ground terminal. 前記n型ウェルは、
前記p型半導体基板内に埋込形成されたn型埋込絶縁層と、
前記n型埋込絶縁層を取り囲むように前記p型半導体基板の表層まで積層形成されたn型エピタキシャル絶縁層と、
を含むことを特徴とする請求項4に記載のチャージポンプ。
The n-type well is
An n-type buried insulating layer buried in the p-type semiconductor substrate;
An n-type epitaxial insulating layer laminated up to a surface layer of the p-type semiconductor substrate so as to surround the n-type buried insulating layer;
The charge pump according to claim 4, comprising:
前記フローティングNMOSFETは、前記p型ウェルと前記n型埋込絶縁層との間に形成されたp型低絶縁層を有することを特徴とする請求項5に記載のチャージポンプ。   6. The charge pump according to claim 5, wherein the floating NMOSFET has a p-type low insulating layer formed between the p-type well and the n-type buried insulating layer. 前記フライングキャパシタを充放電させて入力電圧よりも高い正の出力電圧を生成することを特徴とする請求項2〜請求項6のいずれか一項に記載のチャージポンプ。   The charge pump according to any one of claims 2 to 6, wherein the flying capacitor is charged / discharged to generate a positive output voltage higher than an input voltage. 前記n型ウェル、前記p型ウェル、前記n型ソース領域、及び、前記ゲート電極が互いに短絡されて前記ボディダイオードのアノードとなり、前記n型ドレイン領域が前記ボディダイオードのカソードとなることを特徴とする請求項7に記載のチャージポンプ。   The n-type well, the p-type well, the n-type source region, and the gate electrode are short-circuited to be an anode of the body diode, and the n-type drain region is a cathode of the body diode. The charge pump according to claim 7. 前記フライングキャパシタを充放電させて入力電圧から負の出力電圧を生成することを特徴とする請求項2〜請求項6のいずれか一項に記載のチャージポンプ。   The charge pump according to any one of claims 2 to 6, wherein the flying capacitor is charged / discharged to generate a negative output voltage from an input voltage. 前記p型ウェル、前記n型ソース領域、及び、前記ゲート電極が互いに短絡されて前記ボディダイオードのアノードとなり、前記n型ドレイン領域が前記ボディダイオードのカソードとなり、前記n型ウェルが接地端に接続されていることを特徴とする請求項9に記載のチャージポンプ。   The p-type well, the n-type source region, and the gate electrode are short-circuited to be the anode of the body diode, the n-type drain region is the cathode of the body diode, and the n-type well is connected to the ground terminal The charge pump according to claim 9, wherein the charge pump is provided. 前記p型ウェルが前記ボディダイオードのアノードとなり、前記n型ソース領域、前記n型ドレイン領域、及び、前記ゲート電極が互いに短絡されて前記ボディダイオードのカソードとなり、前記n型ウェルが接地端に接続されていることを特徴とする請求項9に記載のチャージポンプ。   The p-type well becomes the anode of the body diode, the n-type source region, the n-type drain region, and the gate electrode are short-circuited to each other to become the cathode of the body diode, and the n-type well is connected to the ground terminal The charge pump according to claim 9, wherein the charge pump is provided. 前記出力電圧の印加端と接地端との間に接続される静電保護素子として、前記半導体装置に集積化されたフローティングNMOSFETのボディダイオードを用いることを特徴とする請求項9〜請求項11のいずれか一項に記載のチャージポンプ。   12. The floating NMOSFET body diode integrated in the semiconductor device is used as an electrostatic protection element connected between the output voltage application terminal and the ground terminal. The charge pump as described in any one of Claims. 前記フライングキャパシタは、前記半導体装置に外部接続されていることを特徴とする請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載のチャージポンプ。   The charge pump according to claim 1, wherein the flying capacitor is externally connected to the semiconductor device. 前記フライングキャパシタは、前記半導体装置に集積化されていることを特徴とする請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載のチャージポンプ。   The charge pump according to claim 1, wherein the flying capacitor is integrated in the semiconductor device. 請求項1〜請求項14のいずれか一項に記載のチャージポンプを有することを特徴とする電源装置。   A power supply device comprising the charge pump according to any one of claims 1 to 14.
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