JP2771158B2 - Clock generator - Google Patents

Clock generator

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JP2771158B2
JP2771158B2 JP61213165A JP21316586A JP2771158B2 JP 2771158 B2 JP2771158 B2 JP 2771158B2 JP 61213165 A JP61213165 A JP 61213165A JP 21316586 A JP21316586 A JP 21316586A JP 2771158 B2 JP2771158 B2 JP 2771158B2
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威男 藤井
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Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、MIS型電界効果トランジスタ回路に関し、
特に、電源以上に昇圧された出力信号を出力可能なクロ
ックジェネレータに関する。 〔従来の技術〕 一般にMIS型電界効果集積回路装置は、いくらかの外
部クロックによって制御されることになるが、内部に遅
延回路を有し、さらにいくつかの内部クロックを発生さ
せ、内部動作を制御するのが普通である。この内部クロ
ックの出力は、高レベルは電源電位(Vcc),低レベル
は接地電位(VG)とするのが一般的である。しかしたと
えばNチャンネルMIS型電界効果集積回路装置の場合
は、高レベル出力電位が電源電位(Vcc)以上に昇圧さ
れたクロックジェネレータを必要とする場合がある。こ
れは、NチャネルMIS型電界効果トランジスタ(MISFE
T)によるドバイバトランジスタのゲートに電源電位(V
cc)を与えると出力電位、すなわちソース端子の電位
は、最大、電源電位(Vcc)−ドライバトランジスタの
しきい値電圧(VT)までしか上がらないことが理由で、
ある接点を電源電位(Vcc)まで充電したい場合その接
点を充電するMISFETのゲートに供給されるクロックとし
て、電源電位(Vcc)+MISFETのVT以上の電位を高レベ
ル出力することが可能なクロックジェネレータが必要と
なるわけである。たとえばNチャネルMOS FETによるダ
イナミックRAMの場合、ワードラインなどは、電源電位
以上に昇圧することが多く、これは、メモリセル容量を
電源電位まで充電する(書き込む)ことを目的としてい
るためである。またデータ転送ゲートの電位を電源電位
以上に昇圧する場合が多いが、充電後の最終電位もさる
ことながらその結果転送速度の向上も得られる。 第3図に電源電位以上の高レベルを出力するクロック
ジェネレータの従来例を、上述 のダイナミックRAMの場合に付いて説明する。 Q1〜Q11はNチャネルMOSFETで、C1,C2は容量素子φ
はスタンバイ時に高レベルのクロック、φINは入力クロ
ック,φ2は出力昇圧用クロックである。破線内の
MOSFET群Dは一種の遅延回路で、スタンバイ時はφ
より接点N2を高レベルに保ち、入力クロックφINが低レ
ベルから高レベルに変化した際にはある遅延回路の後
に、接点N2の電位を低レベルに引き落とす機能を果す。 第4図に、第3図のクロックジェネレータが活性化さ
れた場合の波形図を示す。 φINが高レベル(Vcc)に変化すると前述のごとく予
めN2は高レベルに保たれているのでMOSFET Q6はオンし
ており、接点NはφINに従って上昇し、MOSFET Q8,Q10
がオンすることになる。しかし、接点N2は、φINが上昇
してもある遅延時間の後時刻t1に下降し、低レベルとな
るため時刻t1までは、MOSFET Q9,Q11もオンしており、
この時間は、接点N1,φoutは、MOSFET Q8とQ9またQ10
Q11のオン抵抗の比率を適切に設定し、低レベルを保つ
ことになる。すなわち、この期間に、容量素子C1の両端
の電位差は好ましくは電源電圧になるまで充電されるこ
とになり、その後時刻t1に接点N2が下降し、MOSFET Q9,
Q11がオフすることにより接点N1の電位が上昇する。こ
の時点でMOSFET Q6は同様にオフするため接点Nはフロ
ーティングとなっており、容量素子C1がブートストラッ
プ容量として機能し、接点Nの電位は電源電位以上に持
ち上がる。接点N1が上昇し始めると同時にφoutも上昇
し始め、MOSFET Q10のゲート電位(接点N)が電源電位
+VT以上となっていることもあり、最終到達電位は電源
電位となる。さらに、時刻t2にφが上昇し、MOSFET Q
7がオンすることにより接点Nの電位は、接地電位まで
下降し、MOSFET Q8,Q10はオフし、φoutは高電位でフロ
ーティング状態となる。その後あるいはほぼ同時に、φ
が上昇することにより、フローティングとなったφou
tの電位はさらに持ち上げられ、電源電位以上の高レベ
ルを出力することとなる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述した従来のクロックジェネレータは、φoutをφ
によって昇圧する際に、接点Nの電位をMOSFET Q7
よって接地電位まで落すためにいくつかの欠点をもって
いる。 第1に高速動作に向かない点が挙げられる。すなわ
ち、φINとφとの時間間隔がつまってくると、φIN
上昇に従ってMOSFET Q6を経て接点Nの電位は上昇して
くるが、十分な電位に到達する前にMOSFET Q7によって
接地電位へ向かって下降し始めることになる。その結果
MOSFET Q8,Q10のゲートレベルの不足から接点N1,φout
の上昇がにぶりφoutの電位が十分上昇しないままφ
で持ち上げようとしても結局、所定の電位まで上昇しな
い結果に終わる可能性がある。このような状態では、MO
SFETのVTやβの製造ばらつきによるゆらぎに敏感にな
り、特性のばらつきが保留の低下をまねく。 第2に、出力φoutの接点にリークバスが存在した場
合に、φが上昇した後接点Nは接地電位であるため、
φoutがリーク電流のために異常に下降しても補償充電
するバスがない。そのために、長時間φoutを高レベル
に保持する必要のあるモードの場合、特性不良を発生す
る確率が高くなる。 第3に、接点Nを接地電位まで下降させる際に総合容
量CSによってφoutが少々引き下げられるという欠点が
ある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明によるクロックジェネレータは、ドレインが電
源端子に接続され、ソースが出力端子に接続されたMIS
型電界効果トランジスタがドライバを形成し、出力端子
に昇圧回路を有するクロックジェネレータにおいて、前
記昇圧回路が活性化される以前に前記MIS型電界効果ト
ランジスタのゲート電位を前記電源端子の電位にクラン
プする手段を有することを特徴としている。 〔実施例〕 次に、本発明について図面を参照して説明する。第1
図は本発明の一実施例の回路図を示す。従来例を示した
第3図とほぼ同様に、ダイナミックRAMの場合であり、Q
1〜Q12はNチャネルMISFET、C1,C2は容量素子,φ
スタンバイ時に高レベルのクロック、φINは入力クロッ
ク、φは昇圧用クロックである。 第2図に、本実施例のクロックジェネレータが活性化
された場合の波形図を示す。 入力クロックがφINが上昇してから容量素子C1によっ
て接点Nの電位が、電源電位以上に昇圧され、φoutは
電源電位まで上昇するところまでの各部の動作は、全く
従来例の説明と同一である。φが上昇し、φoutを電
源電位以上に昇圧する時刻t3に接点N4も電源電位Vcc+V
T以上に昇圧され、電源電位Vcc+VT以上の電位であった
接点Nの電位を電源電位にクランプする。 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明は、φout昇圧の間に、
接点N3の電位を接地電位ではなく、電源電位にクランプ
するため、クロックφINとクロックφ間がつまって
も、従来例で説明したように接点N3の電位が、十分上昇
しないうちに下降し始め結果的にφoutが致命的な低レ
ベルにとどまるということはなく、最悪の場合でもφou
tはVcc−VT以上は保つ。 従って、VTおよびβなどの製造上ばらつきの中で、φ
IN−φ間をつめても致命的結果に陥ることがなく高速
動作に向いている。 また、φoutの接点にリークバスが存在しても接点N3
の電位が接地電位でなく電源電位であるので、φoutが
電源電位−VTまで降下するとMOSFET Q10がオンし、リー
ク電流を補償することになり、従来例のように、致命的
な電位まで降下することはない。 また従来例に比較し、φout昇圧の際の接点N3の振幅
が小さいので、接点N3とφoutとの結合容量CSによる引
き落としの影響は小さい。さらに、接点N3の電位の電源
電圧へのクランプとφoutの昇圧とを同じ内部信号で行
うので、高速動作を実現することができ、かつこの場
合、出力φoutはワードラインを駆動しているので負荷
容量が大きく、電位上昇が少しおくれるため、出力端子
から電源に対して出力信号の漏洩が起きることはない。
The present invention relates to an MIS field effect transistor circuit,
In particular, the present invention relates to a clock generator capable of outputting an output signal boosted above a power supply. [Prior Art] Generally, an MIS type field effect integrated circuit device is controlled by some external clock, but has an internal delay circuit, generates some internal clocks, and controls internal operation. It is usual to do. In general, the output of the internal clock has a power supply potential (Vcc) at a high level and a ground potential (V G ) at a low level. However, for example, in the case of an N-channel MIS type field effect integrated circuit device, a clock generator whose high-level output potential is boosted to a power supply potential (Vcc) or more may be required. This is an N-channel MIS type field effect transistor (MISFE
Power supply potential (V)
When cc) is applied, the output potential, that is, the potential of the source terminal, increases only up to the maximum of the power supply potential (Vcc) -the threshold voltage (V T ) of the driver transistor.
As a clock supplied to the gate of the MISFET for charging the contact you want to charge a certain contact to the power supply potential (Vcc), the power supply potential (Vcc) + MISFET clock generator capable of high-level output V T more than the potential of the Is required. For example, in the case of a dynamic RAM using an N-channel MOS FET, a word line or the like is often boosted to a power supply potential or higher, since the purpose is to charge (write) the memory cell capacity to the power supply potential. In many cases, the potential of the data transfer gate is boosted to a level equal to or higher than the power supply potential. As a result, the transfer speed can be improved as well as the final potential after charging. FIG. 3 illustrates a conventional example of a clock generator that outputs a high level higher than the power supply potential in the case of the above-described dynamic RAM. Q 1 to Q 11 are N-channel MOSFETs, and C 1 and C 2 are capacitive elements φ P
The high level of the clock in the standby, the phi IN input clock, phi 2, phi 3 is output step-up clock. In the dashed line
MOSFET group D is a delay circuit of one, standby time keeps the contacts N 2 to a high level by phi P, after a delay circuit in the case where the input clock phi IN changes from the low level to the high level, the contacts N 2 It has the function of lowering the potential of the device to a low level. FIG. 4 shows a waveform diagram when the clock generator of FIG. 3 is activated. When φ IN changes to a high level (Vcc), N 2 is kept at a high level in advance as described above, so that MOSFET Q 6 is turned on, contact N rises according to φ IN and MOSFETs Q 8 , Q 10
Will be turned on. However, contact N 2 is lowered at time t 1 after the time delay phi IN there is also increased, until the time t 1 for a low level, MOSFET Q 9, Q 11 is also turned on,
This time, the contact N 1, .phi.out includes a MOSFET Q 8 and Q 9 also Q 10
The ratio of the ON resistance of Q 11 is appropriately set, thereby maintaining the low level. That is, in this period, the potential difference across the capacitive element C 1 is preferably would be charged to a power supply voltage, and then lowered contact N 2 at time t 1, MOSFET Q 9,
Q 11 is the potential of the contact N 1 is increased by turning off. Contact N for MOSFET Q 6 is turned off in the same manner at this point is a floating, capacitor element C 1 functions as a bootstrap capacitance, the potential of the contact N is lifted above the power supply potential. Also φout at the same time the contact N 1 starts to rise starts to increase, there is also the gate potential of the MOSFET Q 10 (contact N) indicates the power potential + V T above, ultimate potential at the power supply potential. Further, at time t 2 , φ 2 rises and MOSFET Q
When 7 is turned on, the potential of the contact N drops to the ground potential, the MOSFETs Q 8 and Q 10 are turned off, and φout is in a floating state at a high potential. Then or almost simultaneously, φ
Φou floating due to the rise of 3
The potential of t is further raised, and a high level higher than the power supply potential is output. [Problems to be Solved by the Invention] The conventional clock generator described above requires
When boosted by 3, it has a number of drawbacks to drop the potential of the contact N to the ground potential by MOSFET Q 7. First, it is not suitable for high-speed operation. That is, when the time interval between φ IN and φ 2 becomes short, the potential of the contact N rises through the MOSFET Q 6 as φ IN rises, but before reaching the sufficient potential, the MOSFET Q 7 It will start dropping toward the ground potential. as a result
Contact N 1 , φout due to insufficient gate level of MOSFET Q 8 , Q 10
While φ 3 rises dull potential of φout does not rise enough
However, there is a possibility that the result will not be increased to a predetermined potential. In such a situation, MO
It becomes sensitive to fluctuations due to manufacturing variations in V T and β of SFET, variations in characteristics deteriorating pending. Second, if the Rikubasu the contact output φout was present, the contact N after phi 2 is raised at the ground potential,
Even if φout abnormally drops due to leak current, there is no bus to charge for compensation. Therefore, in a mode in which it is necessary to maintain φout at a high level for a long time, the probability of occurrence of a characteristic failure increases. Third, there is a disadvantage that φout is slightly reduced by the total capacitance C S when the contact N is lowered to the ground potential. [Means for Solving the Problems] A clock generator according to the present invention comprises an MIS having a drain connected to a power supply terminal and a source connected to an output terminal.
Means for clamping a gate potential of the MIS field effect transistor to a potential of the power supply terminal before the boosting circuit is activated in a clock generator in which the field effect transistor forms a driver and has a booster circuit at an output terminal. It is characterized by having. Next, the present invention will be described with reference to the drawings. First
The figure shows a circuit diagram of one embodiment of the present invention. Almost in the same manner as in FIG.
1 to Q 12 are N-channel MISFET, C 1, C 2 is the capacitance element, phi P is at the high level of the clock in the standby, the phi IN input clock, phi 3 is a step-up clock. FIG. 2 shows a waveform diagram when the clock generator of this embodiment is activated. After the input clock φ IN rises, the potential of the contact N is boosted to the power supply potential or higher by the capacitive element C 1 , and the operation of each part up to the point where φ out rises to the power supply potential is exactly the same as the description of the conventional example. It is. phi 3 is increased, the contact N 4 at a time t 3 when boosting the φout than the power supply potential even when the power supply potential Vcc + V
The potential at the contact N, which has been boosted to T or more and has been at the power supply potential Vcc + VT or more, is clamped to the power supply potential. [Effects of the Invention] As described above, the present invention provides a
Rather than ground potential the potential of the contact N 3, for clamping to the power supply potential, even jammed between clock phi IN and the clock phi 3, while the potential of the contact N 3 as described in the prior art does not sufficiently rise Φout does not stay at a fatal low level as a result,
t is maintained at Vcc- VT or more. Therefore, among manufacturing variations such as VT and β, φ
Also packed between IN -.phi 3 falling into fatal outcome is facing high-speed operation without. Further, even if a leak bus exists at the contact of φout, the contact N 3
The potential of is at the power supply potential rather than ground potential, MOSFET Q 10 is turned on when φout falls to the power supply potential -V T, will be to compensate for leakage current, as in the conventional example, until catastrophic potential It does not descend. Also compared with the conventional example, since the amplitude of the contact N 3 during .phi.out boost is small, the small effect of the withdrawal by the coupling capacitance C S of the contact N 3 and .phi.out. Further, since the potential of the contact N3 is clamped to the power supply voltage and φout is boosted by the same internal signal, high-speed operation can be realized. In this case, since the output φout drives the word line, the load is reduced. Since the capacitance is large and the potential rise is slightly delayed, the output signal does not leak from the output terminal to the power supply.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の実施例を示す回路図、第2図は実施例
の動作を説明するための波形図、第3図は従来例を示す
回路図、第4図は従来例の動作を説明するための波形図
である。 Q1〜Q12……MOSFET、C1,C2,C3……容量素子、CS……寄
生容量素子、N1〜N4……接点名、φIN……入力クロッ
ク、φout……出力クロック、φ……スタンバイ時高
レベルであるクロック、φ2……昇圧のためのクロ
ックをそれぞれ示す。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of the embodiment, FIG. 3 is a circuit diagram showing a conventional example, FIG. The figure is a waveform diagram for explaining the operation of the conventional example. Q 1 ~Q 12 ...... MOSFET, C 1, C 2, C 3 ...... capacitive element, C S ...... parasitic capacitance elements, N 1 ~N 4 ...... contact name, φ IN ...... input clock, φout ...... An output clock, φ P ... A clock that is at a high level during standby, and φ 2 , φ 3 ... A clock for boosting, respectively.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.電源端子とワード線との間に接続されたトランジス
タと、 前記ワード線に一端が接続されたコンデンサと、 第1のタイミングで前記トランジスタのゲートを電源電
圧よりも大きく駆動することにより前記ワード線を電源
電圧に駆動させる第1の制御手段と、 前記第1のタイミング後第2のタイミングで、前記コン
デンサの他端のレベルを電源電圧とすることによって前
記ワード線を電源電圧以上に駆動し、同時に前記トラン
ジスタのゲート電位を前記電源端子の電位にクランプす
る第2の制御手段とを有することを特徴とするクロック
ジェネレータ。
(57) [Claims] A transistor connected between a power supply terminal and a word line; a capacitor having one end connected to the word line; and driving the gate of the transistor at a first timing to be larger than a power supply voltage so that the word line is driven. First control means for driving to a power supply voltage; and at a second timing after the first timing, the level of the other end of the capacitor is set to a power supply voltage to drive the word line to a power supply voltage or higher, and A second control means for clamping a gate potential of the transistor to a potential of the power supply terminal.
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